JP2022038331A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】火炎が存在しない場合において、スパークが火炎として誤検出されることを防止することで、誤作動を低減可能な燃焼装置を提供する。
【解決手段】火炎を発生させるバーナと、バーナに着火するためのスパークを発生させる着火手段と、バーナの火炎の有無を検出する火炎検出手段と、予め定められた判定期間における火炎検出手段の検出結果に基づいて、バーナにおいて火炎が発生しているか否かを判定する火炎判定手段とを備え、火炎判定手段は、判定期間において火炎検出手段の検出結果に基づき、所定条件が成立しているときに、火炎が発生している旨を判定し、着火手段は、判定期間のうち所定条件を成立させることのない特定期間に亘ってスパークを発生させる一方、判定期間のうち残り期間においてはスパークを発生させない。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃焼装置に関する。

燃焼装置には、バーナの火炎が発生しているかを検出する火炎検出手段が備えられている。この火炎検出手段によって、バーナの火炎の有無を検出し、検出結果に応じてバーナの燃焼を制御している。火炎検出手段として、紫外線検出器によって火炎を検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特公平６－１００３３２号公報

しかし、紫外線検出器では、バーナの火炎だけでなく、バーナに着火するためのスパーク（火花）も火炎として検出してしまう。そのため、実際には、火炎が存在しないのに火炎が存在すると誤検出してしまうという問題点があった。

本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、バーナの火炎が発生していない場合において、スパークが火炎として誤検出されてしまうことにより誤作動を招いてしまうことを防止できる燃焼装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のある局面に従う燃料装置は、火炎を発生させるバーナと、前記バーナに着火するためのスパークを発生させる着火手段と、前記バーナの火炎の有無を検出する火炎検出手段と、予め定められた判定期間における前記火炎検出手段の検出結果に基づいて、前記バーナにおいて火炎が発生しているか否かを判定する火炎判定手段とを備え、前記火炎判定手段は、前記判定期間において前記火炎検出手段の検出結果に基づき、所定条件が成立しているときに、火炎が発生している旨を判定し、前記着火手段は、前記判定期間のうち前記所定条件を成立させることのない特定期間に亘ってスパークを発生させる一方、前記判定期間のうち残り期間においてはスパークを発生させない。

上記の構成によれば、スパークを間欠的に発生させることにより、火炎が存在しない場合において、スパークが火炎として誤検出されてしまうことにより誤作動を招いてしまうことを防止できる。

好ましくは、前記火炎検出手段は、紫外線に基づいて火炎の有無を検出する。

上記の構成によれば、火炎と直接接触させることなく火炎の有無を判定できるために耐久性に富む火炎検出手段を用いつつも、スパークが火炎として誤検出されてしまうことにより誤作動を招いてしまうことを防止できる。

好ましくは、前記特定期間は、前記所定条件を成立させることなく前記バーナを着火させる期間である。

上記の構成によれば、特定期間ではスパークが発生してバーナに着火するが、所定条件が成立しないため火炎が発生している旨の判定がされない。したがって、スパークによるバーナへの着火は確実に行いつつ、火炎が存在していないときに、スパークに起因する火炎ありの誤検出を防止することができる。

好ましくは、前記所定条件は、前記火炎検出手段により火炎が有る旨が前記判定期間において検出された回数に応じて成立する。

上記の構成によれば、着火判定レベルを火炎検出手段の種類や燃焼装置の大きさ等に応じて、容易に調整することができる。

燃焼装置が用いられるボイラの構成を模式的に示す図である。 燃焼装置の動作を示すタイムチャートである。 イグナイタのＯＮ／ＯＦＦ時間の比率を変化させたときのプレイグニッション時火炎あり判定回数およびパイロットバーナ着火性（着火成功回数）の結果を示す図である。

本開示に係る燃焼装置は、ボイラなどで用いられる燃焼装置である。以下、該燃焼装置について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が本発明に含まれることが意図される。

＜概略構成について＞
以下に、図１を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る燃焼装置１０を備えるボイラ１について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置１０を備えるボイラ１の構成を模式的に示す図である。

ボイラ１は、燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラ本体２と、空気供給路３０を介してボイラ本体２内に空気を送り込む送風機３と、ボイラ本体２からの排ガスなどを導出する煙道４と、ボイラ本体２に燃料を供給する燃料供給ライン（燃料供給路）５とを備えている。なお、燃料は、ガスである例について説明するが、ガスなどの気体に限らず、油などの液体であってもよい。

燃焼装置１０は、制御部６、火炎検出器７（火炎検出手段）、パイロットバーナ（バーナ）８、着火手段９、メインバーナ２０を備える。メインバーナ２０は、ボイラ本体２と空気供給路３０との間の接続部に設けられており、空気供給路３０を介して送風機３から燃焼用空気が供給される。パイロットバーナ８は、空気供給路３０の内側に臨むように設けられている。

燃料供給ライン５は、空気供給路３０およびパイロットバーナ８に接続されている。燃料供給ライン５から空気供給路３０に供給される燃料は、送風機３から送風される空気と混合されて、ボイラ本体２内のメインバーナ２０に供給される。パイロットバーナ８に供給される燃料は、パイロットバーナ８から噴出されて空気供給路３０の上流側から供給される空気と混合される。燃料供給ライン５には、流路を開閉するための開閉弁（電磁弁）１１，１２と、燃料供給量調整弁１３とが設けられている。燃料供給量調整弁１３は、ボイラ本体２に供給する燃料の流量を調整可能である圧力調整弁として機能するとともに遮断機能をも備える。燃料供給量調整弁１３は、開閉弁１１，１２よりも下流側に設けられており、制御部６によって開度が調整されるモータバルブである。なお、燃料供給量調整弁１３は、燃料の流量を調整するものであればモータバルブに限らず、例えば、空気式制御弁であってもよい。

着火手段９は、パイロットバーナ８に着火するためのスパークを発生させる点火装置（イグナイタ）であり、空気供給路３０に設けられている。パイロットバーナ８は、着火手段９から発生するスパークによって着火して火炎を発生し、この火炎によってメインバーナ２０の着火が行われて、ボイラ本体２内で燃料を燃焼させる。

制御部６は、内部にメモリ、タイマ、および演算処理部を含むコンピュータにより実現される。制御部６は、燃焼の段階に応じて、ボイラ本体２への燃焼用空気の供給流量に基づき、燃料の供給流量を調整する。すなわち、燃焼用空気の流量が増加すれば、燃料供給量調整弁１３の開度を大きくして燃料の流量を増加させる。一方、燃焼用空気の流量が減少すれば、燃料供給量調整弁１３の開度を小さくして燃料の流量を減少させる。制御部６は、さらに火炎判定手段（火炎判定機能）を備えている。

火炎判定手段は、少なくともパイロットバーナ８において火炎が発生しているか否かを判定する手段であり、パイロットバーナ８の火炎の有無を検出する火炎検出器７の検出結果に基づき、火炎の発生を判定する。火炎検出器７は、紫外線光電管、硫化カドミウムセル、硫化鉛セルなどの光検出手段であって、火炎を光（可視光および非可視光を含む）として検出する。火炎検出器７としては、紫外線に基づいて火炎の有無を検出する、紫外線光電管等の紫外線検出器を用いることが好ましいが、これに限らず、可視光や赤外線を検出する検出器を用いるものであってもよい。なお、検出器のうち紫外線検出器は、直接火炎の中に入れずに使用でき、煤などの付着による汚れの問題が生じにくく、耐久性に優れることに加え、可視光や赤外線を検出する検出器と比べて、炉壁の赤熱に反応しにくく、かつ、青火の検出精度が高いため、好ましく用いられる。

制御部６は、火炎判定手段の判定結果に基づいて、メインバーナ２０への燃料供給を行うか否かを判断する。すなわち、火炎判定手段によって火炎の有無を監視し、例えば着火時においてパイロットバーナ８の火炎が発生している旨が判定されたときに、メインバーナ２０への燃料供給を開始して燃焼装置１０による燃焼を開始させる。そのため、火炎判定手段は、着火時において例えば着火手段９によるスパークを火炎と誤検出してしまうことを防止して、パイロットバーナ８の火炎が発生していないにもかかわらず燃料供給を開始してしまうことを防止する必要がある。

＜動作について＞
図２を参照して、本実施の形態に係る燃焼装置１０の動作について説明する。図２は、燃焼装置の動作を示すタイムチャートであって、着火手段９であるイグナイタのＯＮ／ＯＦＦ状態および火炎検出器７の作動（サンプリング）状態の変化を示している。火炎検出器７は、一定の作動周期でサンプリングを行う。火炎検出器７が紫外線光電管である場合、駆動電圧を一定周期（例えば、５ｍｓｅｃ周期）で印加することで、紫外線検出を行う。火炎判定手段は、判定期間（例えば、５００ｍｓｅｃ）における火炎検出器７の検出結果に基づいて火炎の有無を判定する。具体的に、火炎検出器７は、判定期間（例えば、５００ｍｓｅｃ）におけるサンプリングにおいて火炎が有る旨を検出した回数が所定回数以上であるとき（所定条件が成立）に、火炎が発生（着火）していると判定し得る情報を制御部６の火炎判定手段に出力する。判定期間が５００ｍｓｅｃ、サンプリングが５ｍｓｅｃ毎の場合、サンプリング回数は１００回となる。前記情報は、例えば、火炎がある旨の検出回数の合計からフレーム電流値を出力することで得られる。火炎判定手段は、フレーム電流値が着火判定レベルの電流値を上回れば、火炎が発生（着火）していると判定する。一方、フレーム電流値が、着火判定レベルの電流値以下であれば、火炎が発生（着火）していると判定されない。このような火炎検出器７の着火判定フローを考慮し、着火手段（イグナイタ）９は、一次側にＯＮ／ＯＦＦタイマ（図示せず）を設け、判定期間のうちの特定期間においてスパークを発生させ（イグナイタ ＯＮ）、判定期間のうちの残り期間においてはスパークを発生させない（イグナイタ ＯＦＦ）ようにし、この特定期間の判定期間に対する比率（ＤＴ比：特定期間／判定期間）を変化させて判定期間内に火炎が有る旨が検出される回数を調整することにより、火炎が発生している旨を判定する所定条件を成立させることなくバーナを着火させる。特定期間の判定期間に対する比率毎に採取した実験結果の一例を図３に示す。

図３では、判定期間が５００ｍｓｅｃである場合において、特定期間（イグナイタＯＮ時間）と残り期間（イグナイタＯＦＦ時間）とを、ＤＴ比０．５～０．０１に変化させた際の、プレイグニッション時火炎あり判定回数およびパイロットバーナ着火性（着火成功回数）の結果を示している。

プレイグニッション時は、パイロットバーナ８に火炎は生じておらずスパークのみが発生している状態である。したがって、プレイグニッション時火炎あり判定回数は、プレイグニッション時のスパークにより火炎ありと判定された、誤検出の回数を示している。ＤＴ比０．５（特定期間２５０ｍｓｅｃ）においては、１０回の判定においてすべて火炎ありと判定された。ＤＴ比０．３（特定期間１５０ｍｓｅｃ）においては、１０回の判定において２回火炎ありと判定された。ＤＴ比０．２（特定期間１００ｍｓｅｃ）以下においては、１０回の判定において一度も火炎ありと判定されなかった。これは、ＤＴ比０．２以下では、スパークが飛んでいるときに着火判定レベルの電流値以下となっていることを意味している。

パイロットバーナ着火性（着火成功回数）は、ＤＴ比０．５から０．１までは、１０回中１０回で着火成功している。ＤＴ比０．０５では１０回中着火成功が４回、ＤＴ比０．０２では１０回中着火成功が２回、ＤＴ比０．０１では１０回中着火成功が１回と、ＤＴ比が０．０５以下になると着火が成功しない場合が発生していることがわかる。誤検出しないレベルであったとしても、パイロットバーナに着火するというスパーク本来の目的が達成できるような範囲にＤＴ比を調整する必要がある。

以上より、判定期間が５００ｍｓｅｃ、火炎有無のサンプリングが５ｍｓｅｃ毎である場合に、火炎が発生している旨を判定する所定条件を成立させることなくバーナを着火させる特定期間としては、図３のうち、ＤＴ比０．２およびＤＴ比０．１であることがわかる。本実施形態においては、ＤＴ比が０．１以上０．３未満の範囲に設定することで、スパークによりバーナへの着火を確実に行いつつ、スパークが火炎として誤検出されてしまうことを防止可能な燃焼装置が得られることがわかる。

本実施の形態に係るボイラ１の動作の一例について説明する。燃焼開始する際、制御部６は、送風機３を起動させ、空気供給路３０に空気を供給する。その後、制御部６は、着火手段（イグナイタ）９に起動信号を出力して、着火手段９を起動させてスパークを発生させる。スパークを発生させた後に、制御部６は、パイロットバーナ８に燃料供給を開始させて、着火手段９からのスパークによって、パイロットバーナ８を着火させる。そして、制御部６は、ボイラ本体２内のメインバーナ２０に燃料供給を開始させて、着火したパイロットバーナ８から発生する火炎によって、メインバーナ２０の着火が行われ、供給された混合ガスが燃焼する。一方、この間、火炎検出器７が、火炎の有無を検出している。ここで、着火手段９は、上記のように設定された特定期間に亘ってスパークを発生させ、残り期間においてはスパークを発生させないことで、パイロットバーナ８への着火を確実に行いつつ、火炎判定手段（制御部６）によって火炎ありとは判定されない。パイロットバーナ８への着火により火炎が発生すると、火炎判定手段は火炎ありと判定し、メインバーナ２０への燃料供給が開始される。このように、スパークに起因する火炎ありの誤検出が防止され、パイロットバーナ８の火炎が発生していないにもかかわらずメインバーナ２０への燃料供給を開始してしまうことを防止できる。

本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形例などについて説明する。

上記実施の形態では、判定期間中に特定期間と残り期間とをＯＮ、ＯＦＦの順に１回切り替える例について説明した（例えば、ＤＴ比０．２の場合、ＯＮ時間１００ｍｓｅｃ→ＯＦＦ時間４００ｍｓｅｃ）。しかし、これに限らず、判定期間中にＯＦＦ、ＯＮの順に切り替えることもできる。例えば、ＤＴ比０．２の場合、ＯＦＦ時間４００ｍｓｅｃ→ＯＮ時間１００ｍｓｅｃとしてもよい。あるいは、ＯＮ時間とＯＦＦ時間の各々の合計時間が同一となるように、２回以上切り替えることもできる。例えば、ＤＴ比０．２の場合、ＯＮのトータル時間の１００ｍｓｅｃは変更せず、ＯＮ時間５０ｍｓｅｃ→ＯＦＦ時間４００ｍｓｅｃ→ＯＮ時間５０ｍｓｅｃと２回切り替えてもよい。ＯＦＦのトータル時間の４００ｍｓｅｃは変更せず、ＯＦＦ時間２００ｍｓｅｃ→ＯＮ時間１００ｍｓｅｃ→ＯＦＦ時間２００ｍｓｅｃと２回切り替えてもよい。また、ＯＮ時間５０ｍｓｅｃ→ＯＦＦ時間２００ｍｓｅｃ→ＯＮ時間５０ｍｓｅｃ→ＯＦＦ時間２００ｍｓｅｃのように、判定期間中に３回切り替えを行ってもよい。なお、ＯＮ時間とＯＦＦ時間の各々の合計時間が各判定期間において同一となるものであれば、ＯＮ時間とＯＦＦ時間の時間の割り振りや切替回数は、いずれの判定期間においても一定となるものに限らず、判定期間毎に異なる（不規則な周期となるもの）であってもよい。例えば、ある判定期間においては、２回切り替えで、例えば、ＯＮ時間３０ｍｓｅｃ→ＯＦＦ時間４００ｍｓｅｃ→ＯＮ時間７０ｍｓｅｃとし、別の判定期間においては、３回切り替えで、例えばＯＮ時間５０ｍｓｅｃ→ＯＦＦ時間２００ｍｓｅｃ→ＯＮ時間５０ｍｓｅｃ→ＯＦＦ時間２００ｍｓｅｃとなるように、判定期間毎に不規則となる周期で切り替えるものであってもよい。

上記実施の形態では、火炎検出器７は、判定期間における火炎がある旨の検出回数の合計からフレーム電流値を出力し、火炎判定手段は、フレーム電流値が着火判定レベルの電流値を上回っているか否かで、火炎の発生（着火）の有無を判定する例について説明した。しかし、これに限らず、サンプリングにおいて火炎が有る旨を検出した回数を、火炎が発生（着火）していると判定し得る情報として用いることもできる。この場合、火炎が有る旨を検出した回数が所定回数以上であれば、火炎が発生（着火）していると判定する。一方、火炎が有る旨を検出した回数が所定回数以下であれば、火炎が発生（着火）していると判定されない。

なお、本発明は、火炎が存在しない場合においてスパークが火炎として誤検出されてしまうことによる誤作動を防止するものであるが、次のような効果も得ることができる。本来であれば火炎が存在し得ないような段階において火炎検出器７による火炎の検出がなされた場合には、パイロットバーナ８付近の領域において火炎が発生していることとなるため燃料が漏れているあるいは燃料が残存していることや、イグナイタをＯＮ／ＯＦＦするタイマに異常が発生していることなどを検出できることになる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ボイラ
２ ボイラ本体
３ 送風機
４ 煙道
５ 燃料供給ライン（燃料供給路）
６ 制御部（火炎判定手段）
７ 火炎検出器（火炎検出手段）
８ パイロットバーナ（バーナ）
９ 着火手段
１０ 燃焼装置
１１ 開閉弁
１２ 開閉弁
１３ 燃料供給量調整弁
２０ メインバーナ
３０ 空気供給路

Claims (4)

1. 火炎を発生させるバーナと、
   前記バーナに着火するためのスパークを発生させる着火手段と、
   前記バーナの火炎の有無を検出する火炎検出手段と、
   予め定められた判定期間における前記火炎検出手段の検出結果に基づいて、前記バーナにおいて火炎が発生しているか否かを判定する火炎判定手段とを備え、
   前記火炎判定手段は、前記判定期間において前記火炎検出手段の検出結果に基づき、所定条件が成立しているときに、火炎が発生している旨を判定し、
   前記着火手段は、前記判定期間のうち前記所定条件を成立させることのない特定期間に亘ってスパークを発生させる一方、前記判定期間のうち残り期間においてはスパークを発生させない、燃焼装置。
2. 前記火炎検出手段は、紫外線に基づいて火炎の有無を検出する、請求項１に記載の燃焼装置。
3. 前記特定期間は、前記所定条件を成立させることなく前記バーナを着火させる期間である、請求項１または請求項２に記載の燃焼装置。
4. 前記所定条件は、前記火炎検出手段により火炎が有る旨が前記判定期間において検出された回数に応じて成立する、請求項１～請求項３のいずれかに記載の燃焼装置。
   
   

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