JP3891672B2

JP3891672B2 - 不完全燃焼防止装置

Info

Publication number: JP3891672B2
Application number: JP33170997A
Authority: JP
Inventors: 智高橋; 秀樹金子; 三男難波; 恒男朝山
Original assignee: High Pressure Gas Safety Institute of Japan
Current assignee: High Pressure Gas Safety Institute of Japan
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2017-12-02
Also published as: JPH11166722A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃焼室の火炎を監視して不完全燃焼を防止する不完全燃焼防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃焼室の火炎を監視して不完全燃焼を防止する不完全燃焼防止装置として、例えば図８のように、熱伝対４１を先端がバーナ４２でのガス燃焼による火炎の基部Ｂに接触するように配置し、不完全燃焼時に火炎が浮き上がって火炎基部Ｂでの温度が低下する現象を熱伝対４１で捉え、その温度低下検出に基づいて不完全燃焼を防止するようにした装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の熱伝対４１を用いる不完全燃焼防止装置では、燃焼量が小さくなると、不完全燃焼となっても温度差が小さく、そのため不完全燃焼検出が困難となる場合もあった。
また、熱伝対４１を直接火炎の中に入れているため、熱伝対４１の性能劣化が激しくて検出精度も低下しがちであり、熱伝対４１を交換する頻度も高くなって、交換作業が煩雑であった。
この発明は上記に鑑み提案されたもので、どのようなときでも確実に不完全燃焼を検出でき、またセンサの劣化も生じないため常時安定して不完全燃焼を検出でき、センサ交換も不要となる不完全燃焼防止装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、燃焼室の火炎を監視して不完全燃焼を防止する不完全燃焼防止装置において、火炎の基部に臨み基部での化学発光のうち所定波長の光のみを通すフィルタと、上記フィルタを通った光の光強度を検出する光センサと、上記光センサによる光強度が、所定レベル以下であるか否かを判別する光強度レベル判別手段と、上記光強度が所定レベル以下であるとき、不完全燃焼であるとして送風ファンにファン回転数増加の指令を行い、燃焼室へより多くの空気を送り込む回転数増加手段と、上記ファン回転数の増加指令後、再度フィルタを通して検出した光強度が所定レベル以下のとき燃焼室への燃料供給を停止する燃料供給停止手段と、を有し、上記フィルタは、４３２ｎｍの波長の光を通す第１フィルタと、５１６ｎｍの波長の光を通す第２フィルタとの２つであり、上記光センサは第１フィルタ、第２フィルタの各々に対応して第１光センサ、第２光センサの２つ設けてあり、上記光強度の所定レベルは、第１光センサが検出した光強度と、第２光センサが検出した光強度とを加え合わして得られる光強度に対して設定されている、ことを特徴としている。
【０００５】
また、請求項２に記載の発明は、ＬＰガスが充填されたガスボンベから供給されたＬＰガスの燃焼室での火炎を監視して不完全燃焼を防止する不完全燃焼防止装置において、火炎の基部に臨み基部での化学発光のうち、第１波長の光のみを通す第１フィルタおよび第２波長の光のみを通す第２フィルタと、上記第１フィルタおよび第２フィルタを通った光の光強度をそれぞれ検出する第１光センサおよび第２光センサと、上記第１光センサによる光強度と、第２光センサによる光強度との光強度比を求め、その光強度比から推定したガス成分構成割合が、所定範囲に入っているか否かを判別する割合範囲判別手段と、上記ガス成分構成割合が所定範囲から外れているとき、不完全燃焼であるとして送風ファンにファン回転数増減の指令を行い、燃焼室へ送り込む空気量を適正に制御する回転数制御手段と、を有することを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１はこの発明の不完全燃焼防止装置の全体構成を示す図である。図において、燃焼室１には、その下部にバーナ８を載置し、上部にバーナ８でのガス燃焼により発生する熱を熱媒体に与える熱交換器９を配設してあり、側壁にはバーナ８でのガス燃焼による火炎の基部Ｂに相当する高さに窓を開設して、第１フィルタ２１および第２フィルタ２２を配置し、第１フィルタ２１および第２フィルタ２２が火炎基部Ｂに臨むようにしてある。
【０００７】
第１フィルタ２１は、火炎基部Ｂ中のＣＨ成分の化学発光による波長４３２ｎｍの光のみを通し、また第２フィルタ２２は、火炎基部Ｂ中のＣ₂成分の化学発光による波長５１６ｎｍの光のみを通し、これらの光は、第１フィルタ２１、第２フィルタ２２の各後段に連接した第１光センサ３１および第２光センサ３２によって検出され電気信号に変換される。
なお、図１では、第１フィルタ２１および第２フィルタ２２を高さ方向に並設してあるが、実際は図２の矢印Ａの高さにおいて水平方向に並設し、双方のフィルタ２１，２２ともに、火炎基部Ｂの高さ中央の光を受光するようになっている。
【０００８】
燃焼室１の底壁には通風口１２を開設してあり、この通風口１２には送風ファン４を配置してある。さらに、バーナ８には、ガスボンベ７からのガスを弁６を介して供給し、弁６の開度はソレノイド５によって調整可能となっている。
【０００９】
バーナ８では、ガスボンベ７から供給されたガスが、送風ファン４から送られた空気と混合して燃焼し、その燃焼が正常な場合は火炎は青炎でその高さは、図３（Ａ）に示すように低くなり、不完全燃焼の場合は、火炎は黄炎となってその高さは、図３（Ｂ）に示すように伸長して高くなる。但し、この双方の場合での火炎の基部Ｂの高さには、それほど大きな変化は見られず、したがって第１フィルタ２１、第２フィルタ２２は、燃焼状況によらず安定して火炎基部Ｂからの光を受光することができる。
【００１０】
図４は火炎基部での化学発光による光強度を示す図である。図において、光強度Ｉは、上記の第１光センサ３１が検出した光強度Ｉ１と第２光センサ３２が検出した光強度Ｉ２とを合成したもの、すなわち火炎基部Ｂから放射される波長４３２ｎｍの光の強度と波長５１６ｎｍの光の強度とを合成し加え合わせたものである。この光強度Ｉは、図に示すように、空燃比Ａ／Ｆが適正で燃焼が正常となる場合は強くなり、空燃比Ａ／Ｆが適正範囲から逸れて不完全燃焼となる場合は弱くなる。そこで、この実施形態では、その正常燃焼から不完全燃焼への変化領域に閾値Ｉ０を設定し、化学発光に基づく光強度Ｉが閾値Ｉ０より低くなると不完全燃焼であるとしている。
なお、空燃比Ａ／Ｆの小さい不完全燃焼領域では、ＣＯガス濃度が急激に増大しており、ＣＯ成分との関わりの大きい化学発光がこの領域で弱められることと強い相関を示している。
【００１１】
不完全燃焼防止装置１０（図１）は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等から成るマイコンを中心に構成してあり、第１光センサ３１および第２光センサ３２からのセンサ出力を受け取ると、ＲＯＭに記憶したプログラムに従って所定の処理を行い、送風ファン４およびソレノイド５を制御することで、燃焼室１における不完全燃焼を防止する。
【００１２】
すなわち、不完全燃焼防止装置１０は、第１光センサ３１および第２光センサ３２からのセンサ出力を受け取ると、そのセンサ出力を合成して光強度Ｉを求め、その光強度Ｉが閾値Ｉ０以下であるか否かを判別し、閾値Ｉ０以下であれば、不完全燃焼であるとして、送風ファン４の回転数を上げてより多くの空気を送り込み燃焼を正常に保つようにしている。また、送風ファン４の回転数を上げても、光強度Ｉが閾値Ｉ０以上とならないないときは、そのまま弁６を閉じてガスの供給を遮断し燃焼を停止させている。
【００１３】
図５はこの発明に係る不完全燃焼防止を実行するためのフローチャートである。
【００１４】
先ずステップＳ１では、第１光センサ３１および第２光センサ３２のセンサ出力を取り込み、次のステップＳ２に進む。
ステップＳ２では、センサ出力を合成して光強度Ｉを求め、その光強度Ｉが閾値Ｉ０以下であるか否かを判別し、光強度Ｉが閾値Ｉ０以下であれば不完全燃焼であるとして次のステップＳ３に進み、閾値Ｉ０以上であればステップＳ１に戻る。
【００１５】
ステップＳ３では、送風ファン４の回転数アップの指令を送風ファン４に対して出力し、次のステップＳ４に進む。
ステップＳ４では、センサ出力を取り込み、次のステップＳ５に進む。
【００１６】
ステップＳ５では、センサ出力信号Ｓ１，Ｓ２を合成して光強度Ｉを求め、その光強度Ｉが閾値Ｉ０以下であるか否かを判別し、光強度Ｉが閾値Ｉ０以下であれば不完全燃焼が継続しているとして次のステップＳ６に進み、閾値Ｉ０以上であればステップＳ１に戻る。
【００１７】
ステップＳ６では、ソレノイド５を作動させて弁６を閉じ、バーナ８へのガス供給を停止し、今回のルーチンを終了する。
【００１８】
以上述べたように、この実施形態では、火炎基部Ｂでの化学発光のうち、波長４３２ｎｍの光と、波長５１６ｎｍの光を検出し、不完全燃焼であればこれらの波長の光は必ず弱くなることを利用して、その光強度Ｉが閾値Ｉ０以下であれば不完全燃焼であると判定し、しかも火炎基部Ｂでの化学発光による光強度は、燃焼の変化を敏感に反映しているので、この実施形態の不完全燃焼防止によると、どのような不完全燃焼であっても確実にかつ的確に検出することができる。
【００１９】
また、火炎を非接触で検出するので、センサの劣化も生じず、常時安定して不完全燃焼を検出でき、センサ交換もほとんど行う必要がない。
【００２０】
さらに、不完全燃焼検出時には、空気量を増やして燃焼を改善させるともに、それでも不完全燃焼が継続するときは直ちに燃焼を停止するので、不完全燃焼に対して的確に対処することとなり、したがってガス中毒等の不完全燃焼により発生する事故を未然に確実に防止することができる。
【００２１】
なお、上記の実施形態では、第１光センサ３１および第２光センサ３２からの各センサ出力を合成して光強度Ｉを求め、その合成した光強度Ｉに閾値Ｉ０を設定するようにしたが、各センサ出力に基づく光強度Ｉ１，Ｉ２のそれぞれに閾値Ｉ０１，Ｉ０２を設定し、光強度Ｉ１が閾値Ｉ０１以下であるか否か、光強度Ｉ２が閾値Ｉ０２以下であるか否かに基づいて、不完全燃焼を判定するように構成してもよい。
また、第１フィルタ２１を通った光は第１光センサ３１で、第２フィルタ２２を通った光は第２光センサ３２でそれぞれ検出するようにしたが、第１フィルタ２１を通った光と、第２フィルタ２２を通った光とを、１個の光センサに入射させ検出するように構成することもできる。
【００２２】
次に、この発明の不完全燃焼防止装置の第２の実施形態を、図１、図６および図７を用いて説明する。なお、この第２の実施形態における装置構成は、図１に示したものと同一である。
【００２３】
図１におけるガスボンベ７の充填ガスを、ここではＬＰガスとする。このＬＰガスは、通常プロパンガスとブタンガスが、略９５：５の比率で混合しているが、プロパンガスの蒸発などにより、ガスボンベ７内におけるガス比率、すなわちプロパンの占める割合（プロパン割合）が変化するとき、この変化はガス燃焼時の火炎基部Ｂでの化学発光に影響を与えるので、図６に示すように、波長４３２ｎｍの光の強度I432と、波長５１６ｎｍの光の強度I516とは、そのプロパン割合の変化に対して異なる特性を示すようになる。そして、この特性変化は、光強度I432と光強度I516との比を捉えることにより、図７に示すように、より一層顕著なものとなり、プロパン割合の増加に応じて、I432／I516は顕著な比例増加を示し、I536／I432は顕著な比例減少を示し、その両者は必ず１点で交わるようになる。
【００２４】
この第２の実施形態における不完全燃焼防止装置１０は、第１光センサ３１および第２光センサ３２からの各センサ出力を受け取ると、上記の光強度比I432／I516、I536／I432の双方、あるいはそのいずれか一方を求め、その光強度比から現時点での燃焼ガスにおけるプロパン割合を推定し、そのプロパン割合が燃焼に適した所定範囲から外れていれば、不完全燃焼あるいは不適切な空気量であるとして送風ファン４にファン回転数増減の指令を行い、燃焼室１へ送り込む空気量を適正に制御する。プロパンの割合が小さい場合には、ブタンの割合が高くなり、必要な空気量は大きくなり、ファン回転数を上げて空気量を増加する。ちなみに、ブタンの燃焼には、プロパンの燃焼に比べて、１．３倍の空気が必要になる。
【００２５】
上記のように、この第２の実施形態では、火炎基部Ｂでの化学発光により発生する２つの波長光の強度比I432／I516、I536／I432を求めるようにしている。この光強度比I432／I516、I536／I432はプロパン割合に対して顕著な比例関係を示すので、その光強度比を用いてプロパン割合を精度良く推定することができ、推定したプロパン割合が所定範囲から外れているとき、不完全燃焼あるいは不適切な空気量であるとして空気量の増減制御を行う。従来、燃焼中のガスのプロパン割合を検出することは困難であったが、リアルタイムに精度良く検出できるようになり、このプロパン割合が最適となるように空気量を制御することで、不完全燃焼を的確に防止することができ、かつ効率的な燃焼が可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明の不完全燃焼防止装置によれば、火炎基部での化学発光のうち、所定波長の光のみを検出し、不完全燃焼であればその波長の光は必ず弱くなることを利用して、その検出した光強度が所定レベル以下であれば不完全燃焼であるとし、しかも火炎基部での化学発光による光強度は、燃焼の変化を敏感に反映しているので、どのような不完全燃焼であっても確実にかつ的確に検出することができる。
【００２７】
また、火炎を非接触で検出するので、センサの劣化も生じず、常時安定して不完全燃焼を検出でき、センサ交換もほとんど行う必要がない。
【００２８】
さらに、不完全燃焼検出時には、空気量を増やして燃焼を改善させるともに、それでも不完全燃焼が継続するときは直ちに燃焼を停止するので、不完全燃焼に対して的確に対処することとなり、したがってガス中毒等の不完全燃焼により発生する事故を未然に確実に防止することができる。
【００２９】
また、この発明の不完全燃焼防止装置では、火炎基部での化学発光により発生する２つの波長光の光強度比を求め、この光強度比はガス成分構成割合に対して顕著な特性を示すので、その光強度比を用いてガス成分構成割合を精度良く推定することができ、推定したガス成分構成割合が所定範囲から外れているとき、不完全燃焼あるいは不適切な空気量であるとして空気量の増減制御を行う。従来、燃焼中のガスのガス成分構成割合を検出することは困難であったが、リアルタイムに精度良く検出できるようになり、このガス成分構成割合が最適となるように空気量を制御することで、不完全燃焼を的確に防止することができ、かつ効率的な燃焼が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の不完全燃焼防止装置の全体構成を示す図である。
【図２】火炎基部と光センサ位置を示す図である。
【図３】火炎の状態を示す図で、図３（Ａ）は正常な燃焼を、図３（Ｂ）は不完全な燃焼を各々示す。
【図４】空燃比と、化学発光により発生する光の強度との関係を示す図である。
【図５】この発明に係る不完全燃焼防止を実行するためのフローチャートである。
【図６】プロパン割合に対する光強度の変化を示す図である。
【図７】プロパン割合に対する光強度比の変化を示す図である。
【図８】従来の熱伝対を用いた不完全燃焼検出装置を示す図である。
【符号の説明】
１燃焼室
３光検出センサ（火炎検出センサ）
４送風ファン
５ソレノイド
６弁
７ガスボンベ
８バーナ
９熱交換器
１０不完全燃焼防止装置
１２通風口
２１第１フィルタ
２２第２フィルタ
３１第１光センサ
３２第２光センサ
Ｉ光強度
Ｉ０光強度の閾値
I432 波長４３２ｎｍの光の強度
I516 波長５１６ｎｍの光の強度

Claims

燃焼室の火炎を監視して不完全燃焼を防止する不完全燃焼防止装置において、
火炎の基部に臨み基部での化学発光のうち所定波長の光のみを通すフィルタと、
上記フィルタを通った光の光強度を検出する光センサと、
上記光センサによる光強度が、所定レベル以下であるか否かを判別する光強度レベル判別手段と、
上記光強度が所定レベル以下であるとき、不完全燃焼であるとして送風ファンにファン回転数増加の指令を行い、燃焼室へより多くの空気を送り込む回転数増加手段と、
上記ファン回転数の増加指令後、再度フィルタを通して検出した光強度が所定レベル以下のとき燃焼室への燃料供給を停止する燃料供給停止手段と、を有し、
上記フィルタは、４３２ｎｍの波長の光を通す第１フィルタと、５１６ｎｍの波長の光を通す第２フィルタとの２つであり、
上記光センサは第１フィルタ、第２フィルタの各々に対応して第１光センサ、第２光センサの２つ設けてあり、
上記光強度の所定レベルは、第１光センサが検出した光強度と、第２光センサが検出した光強度とを加え合わして得られる光強度に対して設定されている、
ことを特徴とする不完全燃焼防止装置。
ＬＰガスが充填されたガスボンベから供給されたＬＰガスの燃焼室での火炎を監視して不完全燃焼を防止する不完全燃焼防止装置において、
火炎の基部に臨み基部での化学発光のうち、第１波長の光のみを通す第１フィルタおよび第２波長の光のみを通す第２フィルタと、
上記第１フィルタおよび第２フィルタを通った光の光強度をそれぞれ検出する第１光センサおよび第２光センサと、
上記第１光センサによる光強度と、第２光センサによる光強度との光強度比を求め、その光強度比から推定したガス成分構成割合が、所定範囲に入っているか否かを判別する割合範囲判別手段と、
上記ガス成分構成割合が所定範囲から外れているとき、不完全燃焼であるとして送風ファンにファン回転数増減の指令を行い、燃焼室へ送り込む空気量を適正に制御する回転数制御手段と、
を有することを特徴とする不完全燃焼防止装置。
上記火炎はＬＰガス燃焼時の火炎、第１波長の光はＣＨ成分の化学発光による波長４３２ｎｍの光、第２波長の光はＣ₂成分の化学発光による波長５１６ｎｍの光であり、上記ガス成分構成割合はＬＰガス中のプロパン割合である、
ことを特徴とする請求項２に記載の不完全燃焼防止装置。