JP3035389B2 - 燃焼システム及び燃焼評価装置 - Google Patents
燃焼システム及び燃焼評価装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、火炎の発光を画像とし
て採光し、その光画像情報から空気比分布画像、温度分
布画像の情報を得て火炎の燃焼性を評価する装置、およ
び、これらの装置を備えた燃焼システムに関する。
て採光し、その光画像情報から空気比分布画像、温度分
布画像の情報を得て火炎の燃焼性を評価する装置、およ
び、これらの装置を備えた燃焼システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ボイラ等の燃焼する火炎の制御
は、一般には排ガス中のガス分析を行い、その分析値を
用いて制御系へ制御信号を出力する方法が用いられてい
る。排ガス中の監視成分としては、窒素酸化物、一酸化
炭素、酸素、二酸化炭素、亜硫酸ガス等があり、それら
の濃度をもとに火炎を制御している。
は、一般には排ガス中のガス分析を行い、その分析値を
用いて制御系へ制御信号を出力する方法が用いられてい
る。排ガス中の監視成分としては、窒素酸化物、一酸化
炭素、酸素、二酸化炭素、亜硫酸ガス等があり、それら
の濃度をもとに火炎を制御している。
【０００３】これらの方法は、燃焼の急激な変化には追
従できない。更に、１つの燃焼器に複数のバーナを有す
る場合、排ガス濃度は平均化されて、個々のバーナにつ
いて精度の高い制御は難しくなる。
従できない。更に、１つの燃焼器に複数のバーナを有す
る場合、排ガス濃度は平均化されて、個々のバーナにつ
いて精度の高い制御は難しくなる。
【０００４】そこで、バーナ火炎から発する光を受け分
光分析することによって、そのバーナの燃焼状態を診断
する技術が考案された。装置は、光プローブで火炎の光
を受け、この光を光ファイバで伝送し、分光器で分光測
定を行い、更に光電気変換器を経て、計算機で処理して
診断結果を出力する構成である。この装置を使うことに
よって燃焼管理をバーナ一本ごとに行えるので、ボイラ
の効率改善を合理的に行うことができるというもので、
特開昭６０−１２９５２４、６１−１３８０２２、５３
−１０７８９０等に示されている。しかし、これらの方
法では、光プローブで火炎のある一点の光を受けてお
り、その点が必ずしもその火炎を代表する点であるとは
限らず、測定する点の位置が異なれば、火炎診断結果も
変化する可能性が生じる。
光分析することによって、そのバーナの燃焼状態を診断
する技術が考案された。装置は、光プローブで火炎の光
を受け、この光を光ファイバで伝送し、分光器で分光測
定を行い、更に光電気変換器を経て、計算機で処理して
診断結果を出力する構成である。この装置を使うことに
よって燃焼管理をバーナ一本ごとに行えるので、ボイラ
の効率改善を合理的に行うことができるというもので、
特開昭６０−１２９５２４、６１−１３８０２２、５３
−１０７８９０等に示されている。しかし、これらの方
法では、光プローブで火炎のある一点の光を受けてお
り、その点が必ずしもその火炎を代表する点であるとは
限らず、測定する点の位置が異なれば、火炎診断結果も
変化する可能性が生じる。
【０００５】更に、特開昭６０−１５９５１５には、火
炎の断層で燃焼状態に関する情報を得るような採光を行
い、その光を分光して特定波長域を選定し、特定波長域
の発光強度や発光パターンから燃焼火炎の温度、空気
比、排ガス成分の情報を得て、その情報から火炎の燃焼
状態を判定する方法が示されている。この発明では、火
炎の断層での燃焼状態に関する情報を含む火炎の発光を
得る採光方法として、採光点を移動させる方法を採用し
ている。この方法では、採光点を移動させるために短時
間に画像情報を得ることはできない。また、この発明で
は単一波長の発光強度と燃焼火炎の温度、空気比、排ガ
ス成分の関係を求めており、例えば、採光面の汚れ等に
よる採光強度の減衰が燃焼状態が変化したかのような測
定誤差を生じ、燃焼診断を誤るおそれがある。
炎の断層で燃焼状態に関する情報を得るような採光を行
い、その光を分光して特定波長域を選定し、特定波長域
の発光強度や発光パターンから燃焼火炎の温度、空気
比、排ガス成分の情報を得て、その情報から火炎の燃焼
状態を判定する方法が示されている。この発明では、火
炎の断層での燃焼状態に関する情報を含む火炎の発光を
得る採光方法として、採光点を移動させる方法を採用し
ている。この方法では、採光点を移動させるために短時
間に画像情報を得ることはできない。また、この発明で
は単一波長の発光強度と燃焼火炎の温度、空気比、排ガ
ス成分の関係を求めており、例えば、採光面の汚れ等に
よる採光強度の減衰が燃焼状態が変化したかのような測
定誤差を生じ、燃焼診断を誤るおそれがある。
【０００６】また、特開昭６０−１６９０１５では、炭
素ラジカルと炭化水素ラジカルの発光量から燃焼状態を
診断する方法が示されているが、この方法は、燃焼状態
を診断できる具体的な物理量が不明瞭である。発光量
は、一般に火炎の温度と空気過剰率により決まるので、
発光量を検出しているのみではどちらが変化したのかは
分からず、測定結果に基づいた制御、判定ができない。
火炎の温度は、火炎周辺の環境変化によっても変わる。
例えば、燃料量と空気量を変化させず、即ち一定の空気
過剰率で燃焼していたとしても、火炉壁が冷却状態なの
か冷却しない耐火材状態なのかで、火炎から奪われる温
度が変わるので、火炎温度が変わる。従って、物理量が
不明瞭なことは、問題である。特開平１−１７４９２１
では、火炎の発光から温度を測定する装置についてであ
り、前述と同様の理由で火炎計測には問題が残る。
素ラジカルと炭化水素ラジカルの発光量から燃焼状態を
診断する方法が示されているが、この方法は、燃焼状態
を診断できる具体的な物理量が不明瞭である。発光量
は、一般に火炎の温度と空気過剰率により決まるので、
発光量を検出しているのみではどちらが変化したのかは
分からず、測定結果に基づいた制御、判定ができない。
火炎の温度は、火炎周辺の環境変化によっても変わる。
例えば、燃料量と空気量を変化させず、即ち一定の空気
過剰率で燃焼していたとしても、火炉壁が冷却状態なの
か冷却しない耐火材状態なのかで、火炎から奪われる温
度が変わるので、火炎温度が変わる。従って、物理量が
不明瞭なことは、問題である。特開平１−１７４９２１
では、火炎の発光から温度を測定する装置についてであ
り、前述と同様の理由で火炎計測には問題が残る。
【０００７】また、特開昭６０−１６２１２１では、火
炎のある地点のラジカル線スペクトルの強度と、固体輻
射スペクトルの強度をもとめ、これらの強度の差から、
還元火炎あるいは酸化火炎かどうかを判断する方法が提
案されている。
炎のある地点のラジカル線スペクトルの強度と、固体輻
射スペクトルの強度をもとめ、これらの強度の差から、
還元火炎あるいは酸化火炎かどうかを判断する方法が提
案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】火炎の発光スペクトル
や強度から、燃焼状態を診断する上記従来技術におい
て、任意の点の光を受けて診断する方法では、その点が
必ずしもその火炎を代表する点であるとは限らず、測定
する点の位置が異なれば、火炎診断結果も変化する可能
性が生じる。また、単一の波長から診断を行う方法で
は、採光面の汚れ等による診断誤差を生じる。さらに、
ラジカル線スペクトルと固体輻射スペクトルの強度差か
ら、火炎を判断する方法では、定性的な判断しかできず
高精度に火炎を制御することはできなかった。
や強度から、燃焼状態を診断する上記従来技術におい
て、任意の点の光を受けて診断する方法では、その点が
必ずしもその火炎を代表する点であるとは限らず、測定
する点の位置が異なれば、火炎診断結果も変化する可能
性が生じる。また、単一の波長から診断を行う方法で
は、採光面の汚れ等による診断誤差を生じる。さらに、
ラジカル線スペクトルと固体輻射スペクトルの強度差か
ら、火炎を判断する方法では、定性的な判断しかできず
高精度に火炎を制御することはできなかった。
【０００９】本発明は、火炎の燃焼性を短時間で、高い
精度で定量的に火炎を診断することができる燃焼評価装
置と、この評価装置を備えた優れた環境性と、高い燃焼
効率を有する燃焼システムを提供することを目的とす
る。
精度で定量的に火炎を診断することができる燃焼評価装
置と、この評価装置を備えた優れた環境性と、高い燃焼
効率を有する燃焼システムを提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料を
燃焼させるためのバーナと、前記バーナに燃料と燃焼用
空気を供給するための供給手段と、前記燃料の流量を調
節するための燃料流量調節手段と、前記空気の流量を調
節するための空気流量調節手段とを有する燃焼システム
において、前記バーナにより形成される火炎の少なくと
も一点以上の箇所の発光画像を採光する画像採光手段
と、前記発光画像についてそれぞれ２つの波長成分λ
１、λ２の光強度を求める光強度取得手段と、前記２つ
の波長の光強度の比を求め、この比から火炎の各点の燃
焼性を評価する物理量を演算する演算手段とを有するこ
とを特徴とする燃焼システムが提供される。
燃焼させるためのバーナと、前記バーナに燃料と燃焼用
空気を供給するための供給手段と、前記燃料の流量を調
節するための燃料流量調節手段と、前記空気の流量を調
節するための空気流量調節手段とを有する燃焼システム
において、前記バーナにより形成される火炎の少なくと
も一点以上の箇所の発光画像を採光する画像採光手段
と、前記発光画像についてそれぞれ２つの波長成分λ
１、λ２の光強度を求める光強度取得手段と、前記２つ
の波長の光強度の比を求め、この比から火炎の各点の燃
焼性を評価する物理量を演算する演算手段とを有するこ
とを特徴とする燃焼システムが提供される。
【００１１】また、本発明によれば、火炎の少なくとも
一点以上の箇所の発光画像を採光する画像採光手段と、
前記発光画像についてそれぞれ２つの波長成分λ１、λ
２の光強度を求める光強度取得手段と、前記２つの波長
の光強度の比を求め、この比から火炎の各点の燃焼性を
評価する物理量を演算する演算手段とを有することを特
徴とする燃焼評価装置が提供される。
一点以上の箇所の発光画像を採光する画像採光手段と、
前記発光画像についてそれぞれ２つの波長成分λ１、λ
２の光強度を求める光強度取得手段と、前記２つの波長
の光強度の比を求め、この比から火炎の各点の燃焼性を
評価する物理量を演算する演算手段とを有することを特
徴とする燃焼評価装置が提供される。
【００１２】
【作用】本発明の燃焼評価装置は、少なくとも１点以上
の火炎の発光を画像として採光し、それぞれの点におい
て、発光画像の２つの波長λ１、λ２の光強度を求め
る。この２つの波長の光強度の比を計算し、この比と、
密接な関係のある物理量を演算するものである。火炎の
各点で、この物理量を演算することにより、火炎の特徴
を定量的に求めることができる。物理量としては、空気
比や燃焼温度を演算することができる。
の火炎の発光を画像として採光し、それぞれの点におい
て、発光画像の２つの波長λ１、λ２の光強度を求め
る。この２つの波長の光強度の比を計算し、この比と、
密接な関係のある物理量を演算するものである。火炎の
各点で、この物理量を演算することにより、火炎の特徴
を定量的に求めることができる。物理量としては、空気
比や燃焼温度を演算することができる。
【００１３】空気比は、２つの波長のラジカルの発光ス
ペクトル強度の比から演算できる。燃焼温度は、ラジカ
ルの発光スペクトルを含まない、二つの波長の固体輻射
スペクトル強度の比から演算できる。
ペクトル強度の比から演算できる。燃焼温度は、ラジカ
ルの発光スペクトルを含まない、二つの波長の固体輻射
スペクトル強度の比から演算できる。
【００１４】火炎の発光を画像として採光し、２つ以上
の波長の画像に分けて、それぞれの波長の光強度の比を
用いることは、採光面の汚れ等による、光強度の減衰の
ための診断誤差を無くす作用がある。従って、火炎の燃
焼性を短時間に空間的に評価できるので、火炎診断を正
しく行え、燃焼制御の精度も向上できるよう作用する。
の波長の画像に分けて、それぞれの波長の光強度の比を
用いることは、採光面の汚れ等による、光強度の減衰の
ための診断誤差を無くす作用がある。従って、火炎の燃
焼性を短時間に空間的に評価できるので、火炎診断を正
しく行え、燃焼制御の精度も向上できるよう作用する。
【００１５】これらの燃焼評価結果を用いて、燃料およ
び空気流量制御を行う燃焼システムは、環境性に優れ、
燃焼効率を高くする作用がある。
び空気流量制御を行う燃焼システムは、環境性に優れ、
燃焼効率を高くする作用がある。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
る。
【００１７】本発明の第１の実施例の燃焼システムを図
１に示す。図１のように、本実施例の燃焼システムは、
燃焼火炉１４にバーナ５１を備え、バーナ５１に燃料を
供給する配管５２と燃焼用空気を供給する配管５３とを
備え、該バーナに供給する燃料及び空気の流量を制御す
る流量調節手段５４を備えている。前記バーナ５１によ
り形成される火炎１の発光画像を、画像採光手段である
対物レンズ採光光学系２で採光する。この採光光学系２
で採光した発光画像を、位置関係を保ったまま２個の画
像に分岐鏡３を用いて分岐する。分岐された発光画像の
各光路２ａ、２ｂ上には、各々異なる波長の光を通過さ
せる光干渉フィルタ４、５を設けられている。さらに、
光干渉フィルタ４、５を通過した各々の波長の発光画像
を、電気信号に変換するために、光電素子面を有するカ
メラ６、７を設けられている。これらにより、単一の火
炎画像について、位置関係を保ったまま測定波長の異な
る２つの画像が得られる。以上の、対物レンズ採光光学
系２、分岐鏡３、光干渉フィルタ４、５およびカメラ
６、７を、まとめて１つのカメラ装置１５とする。
１に示す。図１のように、本実施例の燃焼システムは、
燃焼火炉１４にバーナ５１を備え、バーナ５１に燃料を
供給する配管５２と燃焼用空気を供給する配管５３とを
備え、該バーナに供給する燃料及び空気の流量を制御す
る流量調節手段５４を備えている。前記バーナ５１によ
り形成される火炎１の発光画像を、画像採光手段である
対物レンズ採光光学系２で採光する。この採光光学系２
で採光した発光画像を、位置関係を保ったまま２個の画
像に分岐鏡３を用いて分岐する。分岐された発光画像の
各光路２ａ、２ｂ上には、各々異なる波長の光を通過さ
せる光干渉フィルタ４、５を設けられている。さらに、
光干渉フィルタ４、５を通過した各々の波長の発光画像
を、電気信号に変換するために、光電素子面を有するカ
メラ６、７を設けられている。これらにより、単一の火
炎画像について、位置関係を保ったまま測定波長の異な
る２つの画像が得られる。以上の、対物レンズ採光光学
系２、分岐鏡３、光干渉フィルタ４、５およびカメラ
６、７を、まとめて１つのカメラ装置１５とする。
【００１８】これらの２つの画像は、画像取り込み装置
８に蓄えられる。画像取り込み装置８からの出力は、各
光電素子面上の同一座標点からの出力に基づいて火炎の
燃焼性を評価する物理量画像を演算する演算装置９へ至
る。ここで、火炎中の温度分布画像や、あるいは空気比
分布画像を得る。これらの結果は、出力用モニタ１０に
出力される。また、これらの結果は、火炎中の温度分布
画像や、あるいは空燃比分布画像に基づいて火炎の燃焼
性を評価する評価装置１１に出力される。この装置で、
実際の燃焼火炎と理想的な燃焼火炎との差違等を評価す
る。理想的な燃焼火炎のデータは予め記憶されている。
実際の燃焼火炎と理想的な燃焼火炎との差違が大きな場
合には、任意の範囲内で一致するような制御信号を出力
する制御装置１２が作動する。制御装置１２は、流量調
節手段５４に制御信号を送り、バーナ５１あるいは燃焼
室へ供給される空気量と燃料量を制御する。
８に蓄えられる。画像取り込み装置８からの出力は、各
光電素子面上の同一座標点からの出力に基づいて火炎の
燃焼性を評価する物理量画像を演算する演算装置９へ至
る。ここで、火炎中の温度分布画像や、あるいは空気比
分布画像を得る。これらの結果は、出力用モニタ１０に
出力される。また、これらの結果は、火炎中の温度分布
画像や、あるいは空燃比分布画像に基づいて火炎の燃焼
性を評価する評価装置１１に出力される。この装置で、
実際の燃焼火炎と理想的な燃焼火炎との差違等を評価す
る。理想的な燃焼火炎のデータは予め記憶されている。
実際の燃焼火炎と理想的な燃焼火炎との差違が大きな場
合には、任意の範囲内で一致するような制御信号を出力
する制御装置１２が作動する。制御装置１２は、流量調
節手段５４に制御信号を送り、バーナ５１あるいは燃焼
室へ供給される空気量と燃料量を制御する。
【００１９】つぎに、図２を用いて、各光電素子面上の
同一座標点からの出力に基づいて、火炎の燃焼性を評価
する物理量画像を演算する方法について説明する。初め
に、対物レンズ採光光学系２が採光した火炎画像１３
を、位置関係を保ったまま測定波長の異なる２つの画像
（波長１、波長２）１３ａ、１３ｂに、分岐鏡３、およ
び光干渉フィルタ４、５により分ける。この２つの画像
をそれぞれ、任意行、任意列に区分する。これは、各光
電素子面の画素でも良い。
同一座標点からの出力に基づいて、火炎の燃焼性を評価
する物理量画像を演算する方法について説明する。初め
に、対物レンズ採光光学系２が採光した火炎画像１３
を、位置関係を保ったまま測定波長の異なる２つの画像
（波長１、波長２）１３ａ、１３ｂに、分岐鏡３、およ
び光干渉フィルタ４、５により分ける。この２つの画像
をそれぞれ、任意行、任意列に区分する。これは、各光
電素子面の画素でも良い。
【００２０】つぎに、画像１３ａ、１３ｂにおいて、同
一位置の画像（例えばｉ行ｊ列）の分画を選び、以下述
べるような演算を行い、画像１３のｉ行ｊ列の分画物理
量を決定する。
一位置の画像（例えばｉ行ｊ列）の分画を選び、以下述
べるような演算を行い、画像１３のｉ行ｊ列の分画物理
量を決定する。
【００２１】本実施例の燃焼システムでは、物理量とし
ては、空気比や温度を演算することができる。空気比と
は、Ｑｒ／Ｑｔで規定され、ここで、Ｑｒは供給された
ある量の燃料を燃焼させるために実際に供給した空気量
であり、Ｑｔは供給されたある量の燃料を完全燃焼させ
るのに必要な理論空気量である。空気比の分布画像を得
るためには、光干渉フィルタ４、５にラジカルの発光ス
ペクトルのみを透過させる光干渉フィルタを設置し、ラ
ジカルの発光スペクトルの強度を用いて演算する。
ては、空気比や温度を演算することができる。空気比と
は、Ｑｒ／Ｑｔで規定され、ここで、Ｑｒは供給された
ある量の燃料を燃焼させるために実際に供給した空気量
であり、Ｑｔは供給されたある量の燃料を完全燃焼させ
るのに必要な理論空気量である。空気比の分布画像を得
るためには、光干渉フィルタ４、５にラジカルの発光ス
ペクトルのみを透過させる光干渉フィルタを設置し、ラ
ジカルの発光スペクトルの強度を用いて演算する。
【００２２】本実施例では、ラジカルとして、ＣＨラジ
カル（４３１ｎｍ）とＣ2ラジカル（５１７ｎｍ）を用
いた。ＣＨラジカルの発光スペクトル強度とＣ2ラジカ
ル発光スペクトルの強度の比と、空気比には図３に示す
ような関係がある。従って、ＣＨラジカルの発光スペク
トル強度とＣ2ラジカル発光スペクトルの強度がわかれ
ば、図３の関係を用いて、空気比を演算することができ
る。光信号画像を受光する光電素子面上の任意座標ごと
に、それぞれの光信号画像を受光する光電素子面上の電
気信号出力の比に基づいて、空気比を演算することによ
り、空気比分布画像を得ることができる。装置的には、
図１の光干渉フィルタ４、５にＣＨラジカルの発光（４
３１ｎｍ）のみを透過させる光干渉フィルタとＣ2ラジ
カルの発光（４１７ｎｍ）のみを透過させる光干渉フィ
ルタを設置する。
カル（４３１ｎｍ）とＣ2ラジカル（５１７ｎｍ）を用
いた。ＣＨラジカルの発光スペクトル強度とＣ2ラジカ
ル発光スペクトルの強度の比と、空気比には図３に示す
ような関係がある。従って、ＣＨラジカルの発光スペク
トル強度とＣ2ラジカル発光スペクトルの強度がわかれ
ば、図３の関係を用いて、空気比を演算することができ
る。光信号画像を受光する光電素子面上の任意座標ごと
に、それぞれの光信号画像を受光する光電素子面上の電
気信号出力の比に基づいて、空気比を演算することによ
り、空気比分布画像を得ることができる。装置的には、
図１の光干渉フィルタ４、５にＣＨラジカルの発光（４
３１ｎｍ）のみを透過させる光干渉フィルタとＣ2ラジ
カルの発光（４１７ｎｍ）のみを透過させる光干渉フィ
ルタを設置する。
【００２３】また、温度分布画像を得るためには、光干
渉フィルタ４、５にラジカルの発光スペクトルを含まな
い、固体輻射スペクトルのみを透過させる光干渉フィル
タを設置し、固体輻射の発光スペクトルの強度を用いて
演算する。ここでは、ラジカルの発光による光信号を含
まない他の波長として、７９７ｎｍと５０２ｎｍを選定
した。これらの光は、火炎中に存在する微粒子からの輻
射光である。これらの発光スペクトルの強度比と温度と
は、図４に示すような密接な関係がある。従って、７９
７ｎｍと５０２ｎｍの固体輻射スペクトルの強度がわか
れば、図４の関係を用いて温度を演算し、温度分布画像
を得ることができる。この場合、装置的には、光干渉フ
ィルタ４、５に７９７ｎｍの発光のみを透過させる光干
渉フィルタと５０２ｎｍの発光のみを透過させる光干渉
フィルタを設置する。
渉フィルタ４、５にラジカルの発光スペクトルを含まな
い、固体輻射スペクトルのみを透過させる光干渉フィル
タを設置し、固体輻射の発光スペクトルの強度を用いて
演算する。ここでは、ラジカルの発光による光信号を含
まない他の波長として、７９７ｎｍと５０２ｎｍを選定
した。これらの光は、火炎中に存在する微粒子からの輻
射光である。これらの発光スペクトルの強度比と温度と
は、図４に示すような密接な関係がある。従って、７９
７ｎｍと５０２ｎｍの固体輻射スペクトルの強度がわか
れば、図４の関係を用いて温度を演算し、温度分布画像
を得ることができる。この場合、装置的には、光干渉フ
ィルタ４、５に７９７ｎｍの発光のみを透過させる光干
渉フィルタと５０２ｎｍの発光のみを透過させる光干渉
フィルタを設置する。
【００２４】従って、本実施例の燃焼システムでは、短
時間で、精度良く、容易に空気比や燃焼温度を求めるこ
とができるので、これを用いて、燃料および空気流量を
制御することにより効率の高い燃焼システムが提供され
る。
時間で、精度良く、容易に空気比や燃焼温度を求めるこ
とができるので、これを用いて、燃料および空気流量を
制御することにより効率の高い燃焼システムが提供され
る。
【００２５】また本発明の第２の実施例の燃焼システム
を、図５を用いて説明する。
を、図５を用いて説明する。
【００２６】カメラ装置１５を用いて燃焼器１４内に形
成された火炎１の発光画像を採光する。採光された画像
は、画像取り込み装置８、演算装置９を経て火炎中の温
度分布画像や、あるいは空気比分布画像に基づいて火炎
の燃焼性を評価する評価装置１１に至る。空気比および
温度の演算方法は、実施例１を同様であるので説明を省
略する。評価装置１１は、実際の燃焼火炎と理想的な燃
焼火炎との差違等を評価する。評価する方法としては、
画像処理して画像の特徴量を計算する。従って、演算装
置９からの出力は、評価装置１１の中の画像処理装置１
８に入力される。ここでは、例えば入力画像について任
意の強度以上と以下に２分化する２値化処理、２値化処
理した画像についての面積算出、２値化処理した画像の
位置算出、２値化処理した画像について境界のみを線で
結ぶエッジ処理、エッジで囲まれた領域の個数算出、エ
ッジ処理後のエッジの長さ算出、全画素の強度の平均値
及び分散算出等を行う。入力物理量画像について、以上
のような特徴量として算出された結果は、比較装置２０
へと出力される。ここでは、記憶装置１９に予め記憶さ
れている理想的な燃焼火炎の特徴量データと入力された
実際の燃焼火炎の特徴量データとが比較される。実際の
燃焼火炎と理想的な燃焼火炎との差違が大きな場合に
は、任意の範囲内で一致するような制御信号を出力する
制御装置１２が作動する。制御としては、バーナへ供給
される空気量制御装置１６と燃料量制御装置１７で調製
される。
成された火炎１の発光画像を採光する。採光された画像
は、画像取り込み装置８、演算装置９を経て火炎中の温
度分布画像や、あるいは空気比分布画像に基づいて火炎
の燃焼性を評価する評価装置１１に至る。空気比および
温度の演算方法は、実施例１を同様であるので説明を省
略する。評価装置１１は、実際の燃焼火炎と理想的な燃
焼火炎との差違等を評価する。評価する方法としては、
画像処理して画像の特徴量を計算する。従って、演算装
置９からの出力は、評価装置１１の中の画像処理装置１
８に入力される。ここでは、例えば入力画像について任
意の強度以上と以下に２分化する２値化処理、２値化処
理した画像についての面積算出、２値化処理した画像の
位置算出、２値化処理した画像について境界のみを線で
結ぶエッジ処理、エッジで囲まれた領域の個数算出、エ
ッジ処理後のエッジの長さ算出、全画素の強度の平均値
及び分散算出等を行う。入力物理量画像について、以上
のような特徴量として算出された結果は、比較装置２０
へと出力される。ここでは、記憶装置１９に予め記憶さ
れている理想的な燃焼火炎の特徴量データと入力された
実際の燃焼火炎の特徴量データとが比較される。実際の
燃焼火炎と理想的な燃焼火炎との差違が大きな場合に
は、任意の範囲内で一致するような制御信号を出力する
制御装置１２が作動する。制御としては、バーナへ供給
される空気量制御装置１６と燃料量制御装置１７で調製
される。
【００２７】図６に、入力画像について任意の強度以上
と以下に２分化する２値化処理の後、境界のみを線で結
ぶエッジ処理をした例を示す。図６（ａ）は２つの領域
が出来た例であり、図６（ｂ）、図６（ｃ）は１つの領
域の例である。各々位置やエッジの長さ、面積等が異な
る。例えば図６（ｂ）が理想的であるとするならば、図
６（ａ）、（ｃ）に対して制御を行う。また、図６
（ｂ）からずれてきたならば、制御を再開する。この他
に、全画素の強度の平均値及び分散等についても比較評
価する。
と以下に２分化する２値化処理の後、境界のみを線で結
ぶエッジ処理をした例を示す。図６（ａ）は２つの領域
が出来た例であり、図６（ｂ）、図６（ｃ）は１つの領
域の例である。各々位置やエッジの長さ、面積等が異な
る。例えば図６（ｂ）が理想的であるとするならば、図
６（ａ）、（ｃ）に対して制御を行う。また、図６
（ｂ）からずれてきたならば、制御を再開する。この他
に、全画素の強度の平均値及び分散等についても比較評
価する。
【００２８】本発明の第３の実施例の燃焼システムを図
７を用いて説明する。図７のように、１つの燃焼室内に
１つ以上のバーナを有する燃焼器２１において、１つ以
上のバーナを同時に観察できる位置に本発明の燃焼評価
装置のカメラ１５を備え、個々のバーナの燃焼性が評
価、制御される燃焼器の実施例を示す。この燃焼器には
ガスタービン燃焼器であり、内側バーナ群２２と外側バ
ーナ群２３がある。観察窓２４からの観察結果は、図８
に示す。内側バーナ群２２の８本のバーナ及び外側バー
ナ群２３の８本のバーナを同時に観察できる。従って、
本装置をこのような使い方をすれば、１度に複数のバー
ナを観察出来、全てのバーナを同時に管理できる効果が
ある。例えば、バーナ郡ごとに均一の燃焼を維持するこ
とも可能になる。均一に燃焼させることが燃焼効率を向
上させ、排ガス中窒素酸化物濃度も低減できるので、空
燃比分布あるいは温度分布の監視は非常に効果的であ
る。
７を用いて説明する。図７のように、１つの燃焼室内に
１つ以上のバーナを有する燃焼器２１において、１つ以
上のバーナを同時に観察できる位置に本発明の燃焼評価
装置のカメラ１５を備え、個々のバーナの燃焼性が評
価、制御される燃焼器の実施例を示す。この燃焼器には
ガスタービン燃焼器であり、内側バーナ群２２と外側バ
ーナ群２３がある。観察窓２４からの観察結果は、図８
に示す。内側バーナ群２２の８本のバーナ及び外側バー
ナ群２３の８本のバーナを同時に観察できる。従って、
本装置をこのような使い方をすれば、１度に複数のバー
ナを観察出来、全てのバーナを同時に管理できる効果が
ある。例えば、バーナ郡ごとに均一の燃焼を維持するこ
とも可能になる。均一に燃焼させることが燃焼効率を向
上させ、排ガス中窒素酸化物濃度も低減できるので、空
燃比分布あるいは温度分布の監視は非常に効果的であ
る。
【００２９】以上、説明してきた実施例は、物理量画像
として空燃比分布画像あるいは温度分布画像のどちらか
一方のみを測定するためのシステムを示した。そこで、
次に空燃比分布画像と温度分布画像を同時に測定するた
めの実施例を図９に示す。火炎１の発光画像を、対物レ
ンズ採光光学系２で採光する。この対物レンズ採光光学
系２で採光した発光画像を、位置関係を保ったまま２個
の画像に分岐鏡３を用いて分岐する。分岐された発光画
像の各光路上に、カメラ装置１５をそれぞれ配置する。
カメラ装置１５の出力以降は、図５に示したものと同様
であるので説明を省略する。
として空燃比分布画像あるいは温度分布画像のどちらか
一方のみを測定するためのシステムを示した。そこで、
次に空燃比分布画像と温度分布画像を同時に測定するた
めの実施例を図９に示す。火炎１の発光画像を、対物レ
ンズ採光光学系２で採光する。この対物レンズ採光光学
系２で採光した発光画像を、位置関係を保ったまま２個
の画像に分岐鏡３を用いて分岐する。分岐された発光画
像の各光路上に、カメラ装置１５をそれぞれ配置する。
カメラ装置１５の出力以降は、図５に示したものと同様
であるので説明を省略する。
【００３０】従って、本実施例によれば、一方のカメラ
装置１５ａにより空燃比分布画像を他方のカメラ装置１
５ｂにより温度分布画像を同時に測定できる効果があ
り、従って、燃焼火炎制御の精度もさらに向上する。
装置１５ａにより空燃比分布画像を他方のカメラ装置１
５ｂにより温度分布画像を同時に測定できる効果があ
り、従って、燃焼火炎制御の精度もさらに向上する。
【００３１】本実施例では、燃焼システムについて説明
したが、画像採光カメラ１５、画像取り込み装置８、演
算装置９、評価装置１１、出力用モニタ１０から構成さ
れる燃焼評価装置や、燃焼評価装置に制御装置１２を加
えて既存の燃焼システムを制御する燃焼制御装置を構成
することももちろん可能である。
したが、画像採光カメラ１５、画像取り込み装置８、演
算装置９、評価装置１１、出力用モニタ１０から構成さ
れる燃焼評価装置や、燃焼評価装置に制御装置１２を加
えて既存の燃焼システムを制御する燃焼制御装置を構成
することももちろん可能である。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
火炎の発光を画像として採光し、２つ以上の波長の画像
に分け、それぞれの波長の光強度の比を用いることで、
採光面の汚れ等による、光強度の減衰のための診断誤差
を無くす効果ある。また、それらの光強度の比を演算す
ることにより、短時間で空気比分布画像、温度分布画像
の情報を得ることができる。従って、火炎の燃焼性を短
時間に、定量的に評価できるので、火炎診断を高精度に
行え、燃焼制御の精度が向上する効果がある。
火炎の発光を画像として採光し、２つ以上の波長の画像
に分け、それぞれの波長の光強度の比を用いることで、
採光面の汚れ等による、光強度の減衰のための診断誤差
を無くす効果ある。また、それらの光強度の比を演算す
ることにより、短時間で空気比分布画像、温度分布画像
の情報を得ることができる。従って、火炎の燃焼性を短
時間に、定量的に評価できるので、火炎診断を高精度に
行え、燃焼制御の精度が向上する効果がある。
【００３３】したがって、本発明によれば、火炎の燃焼
性を短時間で、定量的に、高い精度で火炎を診断するこ
とができる燃焼評価装置と、この評価装置を備えた優れ
た環境性と、高い燃焼効率を有する燃焼システムを提供
することができる。
性を短時間で、定量的に、高い精度で火炎を診断するこ
とができる燃焼評価装置と、この評価装置を備えた優れ
た環境性と、高い燃焼効率を有する燃焼システムを提供
することができる。
【図１】本発明の第１の実施例の燃焼システムの構成を
示す説明図。
示す説明図。
【図２】光電変換手段上の同一座標点からの出力に基づ
いて、火炎の燃焼性を評価する物理量画像を演算するこ
とを示す説明図。
いて、火炎の燃焼性を評価する物理量画像を演算するこ
とを示す説明図。
【図３】ＣＨラジカルとＣ2ラジカルの発光強度比と空
燃比に関係を示すグラフ。
燃比に関係を示すグラフ。
【図４】固体輻射光の強度比と温度の関係を示すグラ
フ。
フ。
【図５】本発明の第２の実施例を燃焼システムの構成を
示す説明図。
示す説明図。
【図６】火炎の物理量画像について２値化処理の後、境
界のみを線で結ぶエッジ処理をした例を示す説明図。
界のみを線で結ぶエッジ処理をした例を示す説明図。
【図７】本発明の第３の実施例の燃焼システムの構成を
示す切り欠き断面図。
示す切り欠き断面図。
【図８】図７に示したカメラ１５から見たバーナの観察
図。
図。
【図９】空燃比分布画像と温度分布画像を同時に測定す
るための実施例を示す説明図。
るための実施例を示す説明図。
１…火炎、２…対物レンズ採光光学系、３…分岐鏡、４
…光干渉フィルタ、５…光干渉フィルタ、６、７…カメ
ラ、８…画像取り込み装置、９…演算装置、１０…出力
用モニタ、１１…評価装置１１、１２…制御装置、１５
…画像採光カメラ、１６…空気量調製装置、１７…燃料
量調製装置、１８…画像処理装置、１９…記憶装置、２
０…比較装置、２１…複数のバーナを有する燃焼器、５
１…バーナ、５２…燃料供給配管、５３…空気供給配
管、５４…流量調節手段。
…光干渉フィルタ、５…光干渉フィルタ、６、７…カメ
ラ、８…画像取り込み装置、９…演算装置、１０…出力
用モニタ、１１…評価装置１１、１２…制御装置、１５
…画像採光カメラ、１６…空気量調製装置、１７…燃料
量調製装置、１８…画像処理装置、１９…記憶装置、２
０…比較装置、２１…複数のバーナを有する燃焼器、５
１…バーナ、５２…燃料供給配管、５３…空気供給配
管、５４…流量調節手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−207912（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−144829（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−162121（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−312319（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23N 5/08
Claims (5)
- 【請求項１】火炎を形成する燃焼器と、前記燃焼器に燃
料と空気とを供給する供給手段と、前記火炎の画像を撮
影する撮像手段と、前記火炎画像から前記火炎の燃焼性
を示す物理量の前記火炎中での分布を示す物理量画像を
生成する演算手段と、前記物理量画像に基づいて前記燃
料および空気の少なくとも一方の流量を制御する制御手
段とを有し、 前記撮像手段は、前記火炎の発光する光のうち予め定め
られた波長λ１およびλ２の光をそれぞれ採光して複数
の画素からなる画像を撮像することにより、前記波長λ
１およびλ２についての前記火炎の画像をそれぞれ形成
し、 前記演算手段は、前記波長λ１およびλ２の前記火炎の
画像を構成する画素のうち、前記火炎の対応する座標位
置の画素についての前記撮像手段の出力強度同士を予め
定めた演算方法で演算することにより、前記物理量の前
記火炎中での分布を示す前記物理量画像を生成し、 前記制御手段は、前記物理量画像に画像処理を施すこと
により予め定めた特徴量の値を算出し、前記特徴量の値
が予め定めた範囲からはずれている場合、前記燃料およ
び空気のうち少なくとも一方の流量を制御することを特
徴とする燃焼システム。 - 【請求項２】請求項１に記載の燃焼システムにおいて、
前記燃焼器は、前記火炎を複数個形成する構成であり、 前記撮像手段は、前記波長λ１およびλ２の画像とし
て、前記複数の火炎の全体を含む画像をそれぞれ撮像
し、 前記演算手段は、前記物理量画像として、前記複数の火
炎の全体についての前記物理量画像を生成することを特
徴とする燃焼システム。 - 【請求項３】請求項１に記載の燃焼システムにおいて、
前記演算手段は、前記予め定めた演算方法として、前記
火炎の対応する座標位置の画素についての前記出力強度
同士の比を求め、予め求めておいた前記比と前記物理量
との関係から前記画素につい ての前記物理量を求める演
算を行うことを特徴とする燃焼システム。 - 【請求項４】請求項１に記載の燃焼システムにおいて、
前記制御手段は、前記画像処理として２値化処理を行
い、前記特徴量として、前記２値化処理した画像につい
ての面積、位置、エッジで囲まれた領域の個数、およ
び、エッジの長さのうちの少なくとも一つを用いること
を特徴とする燃焼システム。 - 【請求項５】燃焼器により形成される火炎の画像を撮影
する撮像手段と、前記画像から前記火炎の燃焼性を示す
物理量の前記火炎中での分布を示す物理量画像を生成す
る演算手段とを有し、 前記撮像手段は、前記火炎の発光する光のうち予め定め
られた波長λ１およびλ２の光をそれぞれ採光して複数
の画素からなる画像を撮像することにより、前記波長λ
１およびλ２についての前記火炎の画像をそれぞれ形成
し、 前記演算手段は、前記波長λ１およびλ２の前記火炎の
画像を構成する画素のうち、前記火炎の対応する座標位
置の画素についての前記撮像手段の出力強度同士を予め
定めた演算方法で演算することにより、前記物理量の前
記火炎中での分布を示す前記物理量画像を生成すること
を特徴とする燃焼評価装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3238275A JP3035389B2 (ja) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | 燃焼システム及び燃焼評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3238275A JP3035389B2 (ja) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | 燃焼システム及び燃焼評価装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0579623A JPH0579623A (ja) | 1993-03-30 |
| JP3035389B2 true JP3035389B2 (ja) | 2000-04-24 |
Family
ID=17027769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3238275A Expired - Lifetime JP3035389B2 (ja) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | 燃焼システム及び燃焼評価装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3035389B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013072574A (ja) * | 2011-09-27 | 2013-04-22 | Tokyo Gas Co Ltd | 燃焼状態診断装置および燃焼状態診断方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007102213A1 (ja) | 2006-03-08 | 2007-09-13 | Fujitsu Limited | 電子機器 |
-
1991
- 1991-09-18 JP JP3238275A patent/JP3035389B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013072574A (ja) * | 2011-09-27 | 2013-04-22 | Tokyo Gas Co Ltd | 燃焼状態診断装置および燃焼状態診断方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0579623A (ja) | 1993-03-30 |
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