JP3969806B2 - バーナ火炎検出器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、主バーナの火炎からの光と点火トーチの火炎からの光とを光プローブの光ファイバにそれぞれ入射してバーナの燃焼を検出するためのバーナ火炎検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】
火力発電所等のボイラの燃焼機器には、重油等を燃料とする数十個の主バーナと、主バーナを点火するため主バーナの近傍にそれぞれ設けられた点火トーチとが用いられている。この種の燃焼機器は通常、点火トーチを点火した状態で主バーナから燃料を噴出させて点火するようになっているが、何等かの原因で点火トーチや主バーナが点火しなかった場合には、燃料が主バーナや点火トーチの下に蓄積し、引火して爆発するおそれがある。
【0003】
そこで、本発明者らは燃焼機器には主バーナや点火トーチの燃焼状態を検出するためのバーナ火炎検出器を提案した。
【0004】
図9は本発明の前提となったバーナ火炎検出器の概念図である。
【0005】
同図に示すバーナ火炎検出器は、主バーナ1や点火トーチ(図示せず)の火炎2の光を入射した後合波する光プローブ3と、光プローブ3からの光を伝送する伝送用光ファイバケーブル4と、伝送用光ファイバケーブル4で伝送された光を分波して主バーナ1や点火トーチの燃焼を検出する火炎検出盤5とを有している。
【0006】
光プローブ3は、近視界(視野角が大きい可視視界)6の光学系を有する光ファイバ7と遠視界(視野角が小さい赤外視界)8の光学系を有する光ファイバ9と、二つのダイクロイックミラーからなり両光ファイバ7,9からの白色光線を合波する合波器10とを有している。近視界6の光学系は点火トーチの火炎の光を検出するため、遠視界8の光学系は主バーナ1の火炎の光を検出するために用いられる。
【0007】
光プローブ3に設けられた合波器10で合波された光は、光ファイバケーブル4を介して火炎検出盤5に伝送される。火炎検出盤5に伝送された光は光増幅器12内の分波器11で分波される。分波器11で分波された光のうち可視光は近視界計測回路14で分析されて点火トーチの火炎の特徴となる信号を抽出する。分波器11で分波された赤外光は遠視界計測回路13で分析されて主バーナ1の火炎の特徴となる信号を抽出する。15は火炎判定回路であり、両視界計測回路13,14から抽出された信号の大きさや変化を分析し、主バーナ1や点火トーチに火炎が有るか否かを遠視界及び近視界各々別々に判定する。火炎判定回路15は、判定後、火炎検出信号(例えば火炎有りの時ON、火炎無しのときOFFとなるメカニカルリレーのa接点出力)16を出力する。図示しない制御回路は火炎判定回路15からの信号に応じて主バーナ1のバルブを開閉する。
【0008】
尚、17は装置異常信号であり、例えば装置異常のときOFF、正常のときONとなるメカニカルリレーのa接点出力である。18はアナログ信号であり、光の計測値及び増幅器の較正値である。19は光ファイバケーブル4の長さを調整するための光ファイバケーブル溜め、20は光ファイバケーブル4を保護する金属可撓管であり、ボイラ21の熱膨張移動に追従し、光ファイバケーブル4に無理がかからないようにするバーナ前光ファイバケーブル可撓管である。22は光プローブ3を保護するための保護管である。23は光プローブ3の光学系を炉内ガスから保護するための冷却用空気を供給するための供給口であり、24は光プローブ3の着脱の際に流し、炉内ガスが噴き出てくるのを防止するためのアスピレート空気導入口である。25,26は光コネクタである。
【0009】
このようなバーナ火炎検出器が作動すると、光プローブ3の光ファイバ9の光学系は主バーナ1の燃焼を監視し、光ファイバ7の光学系は点火トーチの燃焼を監視し、主バーナ1が点火していない場合には、火炎検出盤5から図示しない制御装置に信号が送出されて、主バーナ1のバルブを閉じるようになっている(インターロック)。
【0010】
ここで、図10(a)、(b)は図9に示した光プローブの拡大図であり、図11(a)、(b)は図10(a)、(b)の平面断面図である。
【0011】
光プローブ3は、熱ヘッド27と、熱ヘッド27に連結された支管28と、支管28に連結されると共に熱ヘッド27を支管28ごと回転させる回転部29とで構成されている。熱ヘッド27には、二つの光学レンズ30,31が保持された筐体が並列に配置されている。2本のステンレス製キャピラリー32,33内にそれぞれ収容されたシングル光ファイバ7,9の先端部が光学レンズ30,31と同軸になるように配置されている。
【0012】
支管28の基部に設けられた回転部29内には、両シングル光ファイバ7,9からの光を合波する合波器10が収納されている。合波器10の出射側には光ファイバケーブル4に接続するための光コネクタが設けられている。尚、図は光コネクタがキャップで覆われている状態を示す。
【0013】
回転部29を回転させて熱ヘッド27における視野6を回転移動させることにより、最適な位置での主バーナ1や点火トーチの監視を行うことができるようになっている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したシングル光ファイバは、コア径が400μm程度の細いものであり、1本ずつステンレス製のキャピラリー内に収容しなければならず、非常に設計がデリケートであり、光ファイバのメーカでなければ製造できない状況であり、しかも光ファイバが折れやすいため製造中、製造後の取り扱いにはかなりの慎重さが要求されるという問題があった。
【0015】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、製造及び取り扱いが容易なバーナ火炎検出器を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、主バーナの火炎からの光と点火トーチの火炎からの光とを光プローブの光ファイバにそれぞれ入射してバーナの燃焼を検出するためのバーナ火炎検出器であって、光プローブの光ファイバに、主バーナの火炎からの光を入射する主バーナ用光ファイババンドルと点火トーチの火炎からの光を入射する点火トーチ用光ファイババンドルとを用い、その主バーナ用光ファイババンドルと点火トーチ用光ファイババンドルとが束ねられて1本の出力用光ファイババンドルが形成されると共に、これら光ファイババンドルが回転可能な光プローブの金属管に、金属管と一体に回転するように収容され、かつ主バーナ用光ファイババンドルと点火トーチ用光ファイババンドルの光入射面が、互いに離れるよう上記金属管の回転中心からずれて配置され、上記出力用光ファイババンドルが、一対のコリメートレンズからなる結合レンズを介して伝送用光ファイバケーブルに光学的に接続されるようにしたものである。
【0017】
上記構成に加え本発明は、主バーナ用光ファイババンドルと点火トーチ用光ファイババンドルとが、可撓性を有するステンレス製チューブ内に収容され、そのチューブが金属管内に収容されるのが好ましい。
【0019】
上記構成に加え本発明は、点火トーチ用光ファイババンドルの光入射面に視野角大の光学レンズが取付けられ、主バーナ用光ファイババンドルの光入射面に視野角小の光学レンズが取付けられて光プローブが形成されているのが好ましい。
【0020】
本発明によれば、光プローブの光ファイバの代わりに光ファイババンドルを用いることにより可撓性が生じるので、耐衝撃性が向上し、取り扱いが容易となり、光プローブの製造、取り扱いも容易となり、その結果バーナ火炎検出器の製造が容易となる。
【0021】
主バーナ用光ファイババンドルと点火トーチ用光ファイババンドルが、可撓性を有するキャピラリーチューブ内に収容され、そのチューブが回転可能な金属管内に収容されると共に光入射面が金属管の中心からずれて配置されている場合には、金属管を回転することにより、バーナの火炎を最適な位置で監視することができる。
【0022】
主バーナ用光ファイババンドルと点火トーチ用光ファイババンドルとを束ねて1本の出力用光ファイババンドルを形成する場合には、光合波器が不要となり、部品点数、製造工数が減少する。
【0023】
点火トーチ用光ファイババンドルの光入射面に視野角大の光学レンズが取付けられ、主バーナ用光ファイババンドルの光入射面に視野角小の光学レンズが取付けられて光プローブが形成されている場合には、視野角大の光学レンズにより近距離、すなわち点火トーチの火炎の光を検出することができ、視野角小の光学レンズにより遠距離、すなわち主バーナの火炎の光を検出することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0025】
図2は本発明のバーナ火炎検出器に用いられる光プローブの前半部を示す概観図である。
【0026】
光プローブ40は主バーナや点火トーチの近傍に配置され火炎からの光が入射する熱ヘッド41と、熱ヘッド41に連結され熱ヘッド41を支持するための支管42と、支管42に連結され熱ヘッド41を最適な位置に回転させると共にバーナの火炎の光を取り出すための回転部43とで構成されている。
【0027】
回転部43の後端部には光ファイバケーブルコネクタ44が設けられており、火炎検出器盤(図9参照)5に伝送用光ファイバケーブル4を介して主バーナ1及び点火トーチの火炎の光を伝送するようになっている。尚、火炎検出器盤5については従来と同様のため説明を省略する。
【0028】
光プローブ40の内部は図3及び図4に示すようになっている。図3(a)及び図3(b)は図2の側面断面図であり、図4(a)及び図4(b)は図2の平面断面図である。
【0029】
図3及び図4に示す光プローブ40の熱ヘッド41は、筒状の筐体45と、筐体45内に筐体45の中心軸からずれると共にその中心軸と略平行に配置された視野角大の光学レンズ46(46a,46b)及び視野角小の光学レンズ47と、両光学レンズ46,47からの光をそれぞれ入射するように配置された光ファイババンドル48a,48b,48cとで構成されている。
【0030】
ここで光学レンズについて説明する。
【0031】
図5(a)は図3(a)に示した熱ヘッド内に収容された視野角大の光学レンズ付近の側面拡大断面図であり、図5(b)は図5(a)の平面拡大断面図である。図6は図3(a)に示した熱ヘッド内に収容された視野角小の光学レンズ付近の側面拡大断面図である。
【0032】
視野角大の光学レンズ46は、図5に示すようにシリンドリカルレンズ46aと、シリンドリカルレンズ46aの出射側に配置された平凸レンズ46bとで構成されており金属管49内に保持されており、金属管49は金属管50内に保持されており、広い視野角(例えば37°)を得ることができる。このような視野角大の光学レンズを用いることにより、近距離の火炎(点火トーチの火炎)を監視することができる。
【0033】
図6に示すように視野角小の光学レンズ47は平凸レンズからなり、金属管51内に保持されており、狭い視野角(例えば2.3°)を得ることができる。このような視野角小の光学レンズ47を用いることにより遠距離の火炎(主バーナの火炎)を監視することができる。
【0034】
両金属管50,51の内径は、光ファイババンドル48a,48bの先端部が挿入できる大きさを有している。
【0035】
図3、図4に示す支管42は、光ファイババンドル48a,48bが挿入されたステンレス製チューブ52を金属管53内に収容したものである。
【0036】
ここで、光ファイババンドル48a,48b及びステンレス製チューブ52について説明する。
【0037】
図7は図3(a)、(b)に示した光プローブに用いられる光ファイババンドルを収容した可撓性のステンレス製チューブの概観図である。
【0038】
ステンレス製チューブは2つのファイバスリーブ(例えばステンレス管)54と、一端(図では左端)がファイバスリーブ54にそれぞれ連結され可撓性を有する2本の螺旋管(或いはコルゲート管)55と、両螺旋管55の他端(図では右端)に連結されたファイバスリーブ56とで構成されている。
【0039】
このファイバスリーブ56内に光ファイババンドル48a,48b,48cが収納されている。
【0040】
光ファイババンドル48a,48bは複数(例えば7本)の光ファイバ素線をそれぞれ束ねたものであり(分岐側、0.8mmφ)、かつ、途中で一括されて1本の光ファイババンドル48cを形成している(一括側、1.1mmφ)。光ファイバ素線は、石英コアを中心にして、石英クラッド及びAlコーティングで覆われたものである。このため、光ファイババンドル48a,48b,48cは耐熱性と可撓性を有してしる。
【0041】
この光ファイババンドル48a,48b,48cは、分岐側の光ファイババンドル48aを伝搬する光と光ファイババンドル48bを伝搬する光とが合波されて一括側の光ファイババンドル(出力用光ファイババンドル)48cから出射するようになっている。また、光ファイババンドル48c内の光ファイバ素線(14本)の配置はランダムとなっており、光合波器を用いることなく合波することができるので、その分だけ部品点数や光軸調整等の製造工程が減少する。また、光ファイババンドル48a,48b,48cが可撓性を有するステンレス製チューブ52内に収容されているので、耐衝撃性を有し、取り扱いが容易である。
【0042】
次に回転部について説明する。
【0043】
図3及び図4に示すように可撓性のステンレス製チューブ52、ファイバスリーブ56及び出力用光ファイババンドル48cが回転部43内に収納されている。出力用光ファイババンドル48cの出射側には図8に示すようなコリメートレンズ57,58が設けられている。出力用光ファイババンドル48cから出射した光Lが結合レンズ57,58で集束されて伝送用光ファイバケーブル4の入射面に入射するようになっている。尚、図8は図4(b)に示した光プローブの回転部に用いられる結合レンズの拡大図である。
【0044】
図4(a)、(b)に示すように、熱ヘッド41と支管42とが二点鎖線で示す保護管59内に挿入されている。保護管59の後端には保護管アダプタ60が取付けられており、支管42の外側には大クランプ61が取付けられている。大クランプ61と保護管アダプタ60との間には保護管59と外部とを遮断するVパッキン62が設けられている。支管42の後端には筒状の後端フランジ63が取付けられている。後端フランジ63にはホースアダプタ64が取付けられている。ホースアダプタ64は支管42を介して外部から熱ヘッド41の光学レンズ46a,47の表面に防塵及び冷却用の空気を吹き付けることができるようになっている。これら後端フランジ63、支管42、保護管アダプタ60、Vパッキン62及び大クランプ61で回転部43が構成されている。
【0045】
回転部43において、大クランプ61を緩めることにより、回転部43を手動で回転させることができる。回転部43を回転させると保護管59内で光プローブ40が回転し、回転に伴って熱ヘッド41内の光学レンズ46aの入射角度が変化し、大クランプ61を締めることにより、回転部43を最適な位置に固定することができる。尚、回転角度は後端フランジ63の側面に設けられたスプリングピン65の位置により知ることができる。
【0046】
図1(a)は本発明のバーナ火炎検出器の光プローブ40をボイラに取付けた状態を示す概念図であり、図1(b)は図1(a)のA−A線断面図である。
【0047】
ボイラの主バーナ1の近傍に配置された点火トーチ66の近傍に熱ヘッド41が位置するように光プローブ40が保護管59ごと配置されている。
【0048】
点火トーチ66の火炎(二次空気旋回方向が時計回りの点火トーチ火炎)は実線67で示す位置に限らず、破線68で示す位置(二次空気旋回方向が反時計周りの点火トーチ火炎)に発生する場合もあるので、光プローブ40を回転させることにより広角視野を例えば実線69で示す位置から破線70で示す位置まで移動させれば点火トーチ66の火炎の光(主に可視光)を確実に検出することができる。また、主バーナ1の火炎は点火トーチ66の火炎より大きく、かつ炉内の奥の中央に発生するので、実線71で示す狭角視野で火炎の光(主に赤外光)を検出することができる。
【0049】
以上において、本実施の形態によれば、光プローブを光ファイババンドルで形成することにより可撓性が生じるので、耐衝撃性が向上し、光ファイバの取り扱いが容易となり、光プローブの製造、取り扱いも容易となり、その結果バーナ火炎検出器の製造が容易となる。
【0050】
主バーナ用光ファイババンドルと点火トーチ用光ファイババンドルが、可撓性を有するステンレス製チューブ内に収容され、そのチューブが回転可能な金属管内に収容されると共に光入射面が金属管の中心からずれて配置されている場合には、金属管を回転することにより、バーナの火炎を最適な位置で監視することができる。
【0051】
バーナ用光ファイババンドルと点火トーチ用光ファイババンドルとを束ねて1本の出力用光ファイババンドルを形成する場合には、光合波器が不要となり、部品点数、製造工数が減少する。
【0052】
点火トーチ用光ファイババンドルの光入射面に視野角大の光学レンズが取付けられ、主バーナ用光ファイババンドルの光入射面に視野角小の光学レンズが取付けられて光プローブが形成されている場合には、視野角大の光学レンズにより近距離、すなわち点火トーチの火炎の光を検出することができ、視野角小の光学レンズにより遠距離、すなわち主バーナの火炎の光を検出することができる。
【0053】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【0054】
製造及び取り扱いが容易なバーナ火炎検出器の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明のバーナ火炎検出器の光プローブをボイラに設けた状態を示す概念図であり、(b)は(a)のA−A線断面図である。
【図2】本発明のバーナ火炎検出器に用いられる光プローブの前半部を示す概観図である。
【図3】(a)及び(b)は図2の側面断面図である。
【図4】(a)及び(b)は図2の平面断面図である。
【図5】(a)は図3(a)に示した熱ヘッド内に収容された視野角大の光学レンズ付近の側面拡大断面図であり、(b)は(a)の平面拡大断面図である。
【図6】図3(a)に示した熱ヘッド内に収容された視野角小の光学レンズ付近の側面拡大断面図である。
【図7】図3(a)、(b)に示した光プローブに用いられる光ファイババンドルを収容した可撓性のステンレス製チューブの概観図である。
【図8】図4(b)に示した光プローブの回転部に用いられる結合レンズの拡大図である。
【図9】本発明の前提となったバーナ火炎検出器の概念図である。
【図10】(a)、(b)は図9に示した光プローブの拡大図である。
【図11】(a)、(b)は図10(a)、(b)の平面断面図である。
【符号の説明】
1 主バーナ
40 光プローブ
48a,48b,48c 光ファイババンドル
59 保護管
66 点火トーチ
Claims (3)
- 主バーナの火炎からの光と点火トーチの火炎からの光とを光プローブの光ファイバにそれぞれ入射してバーナの燃焼を検出するためのバーナ火炎検出器であって、光プローブの光ファイバに、主バーナの火炎からの光を入射する主バーナ用光ファイババンドルと点火トーチの火炎からの光を入射する点火トーチ用光ファイババンドルとを用い、その主バーナ用光ファイババンドルと点火トーチ用光ファイババンドルとが束ねられて1本の出力用光ファイババンドルが形成されると共に、これら光ファイババンドルが回転可能な光プローブの金属管に、金属管と一体に回転するように収容され、かつ主バーナ用光ファイババンドルと点火トーチ用光ファイババンドルの光入射面が、互いに離れるよう上記金属管の回転中心からずれて配置され、上記出力用光ファイババンドルが、一対のコリメートレンズからなる結合レンズを介して伝送用光ファイバケーブルに光学的に接続されることを特徴とするバーナ火炎検出器。
- 主バーナ用光ファイババンドルと点火トーチ用光ファイババンドルとが、可撓性を有するステンレス製チューブ内に収容され、そのチューブが金属管内に収容される請求項1に記載のバーナ火炎検出器。
- 点火トーチ用光ファイババンドルの光入射面に視野角大の光学レンズが取付けられ、主バーナ用光ファイババンドルの光入射面に視野角小の光学レンズが取付けられて光プローブが形成されている請求項1又は2のいずれかに記載のバーナ火炎検出器。
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JPH11118145A JPH11118145A (ja) | 1999-04-30 |
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Cited By (1)
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1997
- 1997-10-14 JP JP28064097A patent/JP3969806B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101772145B1 (ko) * | 2017-03-16 | 2017-08-28 | 주식회사 에스텍 | 화염 검출을 위한 광 파이버 케이블 조립체 |
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