JP5350549B1

JP5350549B1 - バーナーの火炎検出装置

Info

Publication number: JP5350549B1
Application number: JP2013014918A
Authority: JP
Inventors: 正範堀
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-01-30
Also published as: JP2014145544A

Abstract

【課題】バーナーにおける火炎を検出するバーナーの火炎検出装置において、安価な火炎検出装置によって、各種のバーナーにおける火炎を、誤動作なく簡単且つ適切に検出できるようにする。
【解決手段】バーナーの火炎検出装置において、バーナー２の火炎による光を受光して起電力を発生するＬＥＤ１１ａ、１１ｂが設けられた受光部１０と、前記のＬＥＤ１１ａ、１１ｂにおいて発生した起電力に基づいてバーナー２における火炎の有無を検出する検出装置２０とを設けるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種の炉に設けられたバーナーにおける着火や失火を確認するために、バーナーにおける火炎の有無を汎用のＬＥＤを用いて検出するようにしたバーナーの火炎検出装置に関するものである。特に、安価な火炎検出装置によって、各種のバーナーにおける火炎の有無を、誤動作なく簡単且つ適切に検出できるようにした点に特徴を有するものである。

加熱炉や熱処理炉等の各種の炉に設けられたバーナーにおける着火や失火を確認するために、従来から様々な火炎検出装置を用いて、バーナーにおける火炎を検出することが行われている。

そして、このような火炎検出装置としては、一般に、火炎の導電作用を利用したフレームロッド式の火炎検出装置や、特許文献１〜３に示されるように、火炎からの紫外線を検出するようにした紫外線式の火炎検出装置が利用されている。

ここで、火炎の導電作用を利用したフレームロッド式の火炎検出装置においては、ロッドの電極を火炎に接触させる位置に設けることが必要であり、燃焼条件の変動などによって火炎の長さが変化すると、火炎を適切に検出することができなくなって誤動作が生じたり、火炎との接触により電極が酸化されて次第に劣化したりする等の問題があった。

また、火炎からの紫外線を検出するようにした紫外線式の火炎検出装置においては、火炎から放射された紫外線をガスが封入された紫外線光電管に導入させ、この紫外線により封入ガスがイオン化されて流れる放電電流を検出装置によって検出するようにしている。

しかし、このような紫外線式の火炎検出装置の場合、紫外線光電管を完全に密封することが困難であり、紫外線光電管内に封入されたガスが漏れて火炎を適切に検出することができなくなったり、オイルを燃焼させるバーナーにおいては、オイルを気化させるときに、オイルと一緒に蒸気を噴出させて燃焼させるため、火炎からの紫外線が火炎に含まれる蒸気により攪乱されて、紫外線を適切に検知することができなくなったり、環境条件により紫外線光電管内において自己放電が生じて誤検出されたりするという問題があった。

さらに、紫外線式の火炎検出装置の場合、火炎から放射された紫外線を紫外線光電管に導入させるために、導入部分に高価な石英ガラスを使用しており、紫外線光電管のコストが高く付くと共に、封入ガスがイオン化されて流れる放電電流を検出する検出装置も高価になる等の問題があった。

実開平７−４２４６７号公報特開平９−１５２１２６号公報特開２００６−５８１９８号公報

本発明は、バーナーにおける着火や失火を確認するために、火炎検出装置によって、バーナーにおける火炎の有無を検出する場合における前記のような様々な問題を解決することを課題とするものである。

すなわち、本発明においては、汎用のＬＥＤを用いた安価な火炎検出装置によって、各種のバーナーにおける火炎を、誤動作なく簡単且つ適切に検出できるようにすることを課題とするものである。

本発明に係るバーナーの火炎検出装置においては、前記のような課題を解決するため、バーナーの火炎からの光を受光して起電力を発生するＬＥＤが設けられた受光部と、前記のＬＥＤにおいて発生した起電力に基づいてバーナーにおける火炎の有無を検出する検出装置とを備え、前記のＬＥＤとして、少なくとも、バーナーにおける火炎の光エネルギーが低い場合にも起電力を発生する第１ＬＥＤと、バーナーにおける火炎の光エネルギーが高くなった場合に起電力を発生する第２ＬＥＤとを設け、バーナーの火炎の状態に応じて、火炎を検出するＬＥＤを、切換装置によって前記の第１ＬＥＤと第２ＬＥＤとで切り換えるようにし、バーナーにおける火炎の光エネルギーが低い状態では、前記の第１ＬＥＤによってバーナーにおける火炎の有無を検出させる一方、バーナーにおける火炎の光エネルギーが高くなった状態では、前記の第２ＬＥＤによってバーナーにおける火炎の有無を検出させるようにした。

ここで、ＬＥＤにおいては、ＬＥＤ自体の発光波長以下の波長の光を受光した場合に起電力を生じることが知られており、バーナーの火炎からの光の波長が、ＬＥＤ自体の発光波長以下、すなわち発光波長よりも波長が短い光であれば、この光によってＬＥＤに起電力が発生し、発生した起電力に基づいて、検出装置によりバーナーにおける火炎の有無を検出することができる。

この場合、前記の第１ＬＥＤにおいては、パイロットバーナーやバーナーの燃焼開始当初の低い光エネルギーの火炎であっても、火炎の有無を検出することができ、また前記の第２ＬＥＤにおいては、バーナーにおける燃焼が強くなって、火炎の光エネルギーが高くなった時点における火炎の有無を検出することができる。

ここで、バーナーを炉内で燃焼させた場合、パイロットバーナーのような小さい火炎や、燃焼開始当初で炉内における空気が多い状態で燃焼する火炎のような火炎は、炉内における火炎の光エネルギーが低く、火炎の光は長波長の成分が多くなるという特性があり、炉内の温度が高まるに従って、火炎の光エネルギーが高くなり、火炎の光は短波長の成分が多くなるという特性がある。

そして、前記の第１ＬＥＤとしては、赤外域の発光波長以下の光を受光して起電力を発生する赤外光ＬＥＤを用いることができ、また第２ＬＥＤとしては、第１ＬＥＤよりも波長の短い可視光域の光を受光して起電力を発生する可視光ＬＥＤを用いることができる。なお、前記の赤外光ＬＥＤや可視光ＬＥＤとしては、電気を流せばそれぞれ赤外光や可視光を発光する、通常用いられている汎用のＬＥＤが用いられる。

そして、前記の第１ＬＥＤと第２ＬＥＤとを用いて、バーナーにおける火炎の有無を検出するにあたっては、バーナーの火炎の状態に応じて、火炎を検出するＬＥＤを、切換装置によって前記の第１ＬＥＤと第２ＬＥＤとで切り換えるようにし、バーナーにおける火炎の光エネルギーが低い状態では、前記の第１ＬＥＤによってバーナーにおける火炎の有無を検出させる一方、バーナーにおける火炎の光エネルギーが高くなった状態では、前記の第２ＬＥＤによってバーナーにおける火炎の有無を検出させるようにすることができる。

ここで、前記のようにバーナーの火炎の光エネルギーが低い状態で、前記の第１ＬＥＤによってバーナーの火炎を検出させるようにすると、バーナーの燃焼開始当初やパイロットバーナーのような低い光エネルギーの火炎であっても火炎の有無を適切に検出することができる。また、バーナーにおける火炎の光エネルギーが高くなった状態で、前記の切換装置によって前記の第１ＬＥＤから第２ＬＥＤに切り換えると、前記の第１ＬＥＤを用いた場合のように、火炎が失火した状態でも光エネルギーが高くなった炉の壁等からの光を検出して誤動作するというおそれがなく、光エネルギーが高くなった状態における火炎の有無を、この第２ＬＥＤによって速やかに適切に検出することができるようになる。

具体的には、バーナーを炉内に設置した場合において、炉内が高温状態になって壁面に蓄熱されると、壁面からも輻射熱による赤外線が放射されるようになる。この状態で、バーナーが失火した場合、第１ＬＥＤ（赤外光ＬＥＤ）だけでは、壁面からの赤外線によって起電力を発生してしまうため、炉内が高温状態においてバーナーの光エネルギーが高い火炎が失火したか否かを適切に検知することができなくなるという問題が生じる。一方、第２ＬＥＤ（可視光ＬＥＤ）だけでは、火炎の光エネルギーが高い可視光だけでしか起電力を発生しないため、バーナーの燃焼開始当初やパイロットバーナーのような光エネルギーの低い火炎の着火や失火を検知することができなくなるという問題を生じる。このため、前記のように第１ＬＥＤと第２ＬＥＤとを組み合わせて用いることにより、火炎が燃焼開始当初やパイロットバーナーの燃焼状態から炉内が高温の燃焼状態になるまでの全領域において、火炎の着火や失火を適切に検知することができるようになる。

また、前記の第１ＬＥＤと第２ＬＥＤの他に、さらに起電力を発生する火炎の光エネルギーが第１ＬＥＤと第２ＬＥＤとは異なる他のＬＥＤを設け、検出する火炎の光エネルギーを細分化させて、火炎の着火や失火をさらに適切に検知させるようにすることもできる。

本発明におけるバーナーの火炎検出装置のように、バーナーの火炎からの光を受光して起電力を発生するＬＥＤを用い、このＬＥＤにおいて発生した起電力を検出装置により検出して、バーナーにおける火炎の有無を検出させるようにすると、前記のフレームロッド式の火炎検出装置や紫外線式の火炎検出装置を用いた場合における前記のような問題が発生するということがなく、安価な火炎検出装置によって、各種のバーナーにおける火炎を、誤動作なく簡単且つ適切に検出できるようになると共に、ＬＥＤの寿命は一般に約５００００時間であるため、長期にわたってメンテナンスの必要がない、長寿命のバーナーの火炎検出装置が得られるようになる。

また、前記のようにＬＥＤとして、少なくとも、バーナーにおける火炎の光エネルギーが低い場合にも起電力を発生する第１ＬＥＤと、バーナーにおける火炎の光エネルギーが高くなった場合に起電力を発生する第２ＬＥＤとを設け、バーナーの火炎の状態に応じて、火炎を検出するＬＥＤを、切換装置によって前記の第１ＬＥＤの出力信号と第２ＬＥＤの出力信号とで切り換え、バーナーにおける火炎の光エネルギーが低い状態では、前記の第１ＬＥＤによってバーナーの火炎を検出させる一方、バーナーにおける火炎の光エネルギーが高くなった状態では、前記の第２ＬＥＤによってバーナーの火炎を検出させるようにすると、燃焼開始当初やパイロットバーナーのような光エネルギーの低い火炎から炉内が高温状態になった光エネルギーの高い火炎まで、様々な燃焼状態におけるバーナーの火炎を適切に検出できるようになる。

本発明の実施形態に係るバーナーの火炎検出装置を示した概略説明図である。前記の実施形態に係るバーナーの火炎検出装置を、バーナーが設けられた炉に装着させた状態を示した概略説明図である。前記の実施形態に係るバーナーの火炎検出装置により炉に設けられたバーナーにおける燃焼を開始させた当初において、火炎の有無を検出する状態を示し、（Ａ）はバーナーにおける燃焼を開始させた当初における火炎の状態を示した概略説明図、（Ｂ）はバーナーにおける燃焼を開始させた当初で、バーナーにおける火炎の光エネルギーが低い状態にある場合に、第１ＬＥＤを用いてバーナーにおける火炎の有無を検出する状態を示した概略説明図である。前記の実施形態に係るバーナーの火炎検出装置により炉に設けられたバーナーにおける燃焼が強くなった状態で、火炎の有無を検出する状態を示し、（Ａ）はバーナーにおける燃焼が強くなった状態を示した概略説明図、（Ｂ）はバーナーにおける燃焼が強くなって、バーナーにおける火炎の光エネルギーが高くなった場合に、第２ＬＥＤを用いてバーナーにおける火炎の有無を検出する状態を示した概略説明図である。前記の実施形態に係るバーナーの火炎検出装置において、火炎の光のスペクトルと、火炎の光の波長と、火炎の光エネルギーと、第１及び第２ＬＥＤの起電力発生の関係を示した図である。

以下、本発明の実施形態に係るバーナーの火炎検出装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係るバーナーの火炎検出装置は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。

この実施形態におけるバーナーの火炎検出装置においては、図１に示すように、バーナーの火炎からの光を受光する受光部１０内に、バーナーにおける火炎の光エネルギーが低く、火炎における光の長波長成分が多くなった場合にも、この光を受光して起電力を発生する第１ＬＥＤ１１ａと、バーナーにおける火炎の光エネルギーが高くなって、火炎における光の短波長成分が多くなった場合に、この光を受光して起電力を発生する第２ＬＥＤ１１ｂとを設けると共に、前記の第１ＬＥＤ１１ａと第２ＬＥＤ１１ｂとの前方に、それぞれ火炎による光を集光させる第１集光レンズ１２ａと第２集光レンズ１２ｂとを設けている。なお、この実施形態においては、第１ＬＥＤ１１ａと第２ＬＥＤ１１ｂとの前方に、それぞれ火炎による光を集光させる第１集光レンズ１２ａと第２集光レンズ１２ｂとを設けるようにしたが、第１ＬＥＤ１１ａ及び第２ＬＥＤ１１ｂにおける受光能力等に応じて、これらの集光レンズ１２ａ，１２ｂを設けないようにすることもできる。

ここで、前記の第１ＬＥＤ１１ａとしては、赤外域の発光波長以下の光を受光して起電力を発生する赤外光ＬＥＤ（ピーク波長：９７０ｎｍ）を用い、また第２ＬＥＤ１１ｂとしては、可視光域の発光波長以下の光を受光して起電力を発生する可視光ＬＥＤ（ピーク波長：６５０ｎｍ）を用いるようにしている。

また、前記の第１ＬＥＤ１１ａや第２ＬＥＤ１１ｂにおいて発生した起電力に基づいて、バーナーにおける火炎の有無を検出する検出装置２０においては、前記の第１ＬＥＤ１１ａと第２ＬＥＤ１１ｂとにおいて発生したそれぞれの起電力における電圧を増幅させる第１増幅装置２１ａ及び第２増幅装置２１ｂと、第１増幅装置２１ａや第２増幅装置２１ｂによって増幅された電圧に基づいて火炎の有無を検知する検知装置２２と、この検知装置２２に出力する電圧を第１増幅装置２１ａによって増幅された電圧と第２増幅装置２１ｂによって増幅された電圧との間で切り換える切換スイッチ２３と、前記の第２増幅装置２１ｂによって増幅された電圧が前記の検知装置２２による火炎の検知レベルに達したかを判別する判別装置２４と、この判別装置２４によって第２増幅装置２１ｂによって増幅された電圧が火炎の検知レベルに達したと判別された場合に、第２増幅装置２１ｂによって増幅された電圧を前記の検知装置２２に出力するように前記の切換スイッチ２３を切り換える切換装置２５を設けている。

そして、この実施形態におけるバーナーの火炎検出装置においては、図２に示すように、炉１に設けられたバーナー２の近傍に、前記のように第１、第２ＬＥＤ１１ａ、１１ｂ及び第１、第２集光レンズ１２ａ、１２ｂを収容させた受光部１０を取り付け、この受光部１０内に設けられた第１ＬＥＤ１１ａと、第２ＬＥＤ１１ｂとにおいて発生した起電力を前記の検出装置２０に出力させるようにしている。なお、この実施形態においては、前記の受光部１０をバーナー２からの火炎の噴出口に向けて傾斜させて取り付けているが、火炎を検知することができる場所であればどのような位置にあってもよい。

ここで、図３（Ａ）に示すように、バーナー２における燃焼を開始させた当初において、このバーナー２における火炎の光エネルギーが低い場合には、図３（Ｂ）に示すように、前記の検出装置２０における前記の切換スイッチ２３によって、前記の第１増幅装置２１ａを前記の検知装置２２に接続させ、前記の第１ＬＥＤ１１ａから出力されて第１増幅装置２１ａにより増幅された電圧を検知装置２２に出力し、この検知装置２２によって、燃焼を開始させた当初における光エネルギーの低い火炎の有無を検知するようにしている。このようにすると、バーナー２における火炎の光エネルギーが低い場合においても、バーナー２における火炎の有無が適切に検出されるようになる。

また、前記のバーナー２における燃焼が進み、図４（Ａ）に示すように、バーナー２における火炎の光エネルギーが高くなった場合には、前記の第２ＬＥＤ１１ｂから第２増幅装置２１ｂに出力される起電力が増加して、この第２増幅装置２１ｂによって増幅された電圧が大きくなり、前記の判別装置２４によって、第２増幅装置２１ｂにおいて増幅された電圧が前記の検知装置２２による火炎の検知レベルに達したと判別された場合には、図４（Ｂ）に示すように、前記の切換装置２５により切換スイッチ２３を切り換えて、前記の第２増幅装置２１ｂを前記の検知装置２２に接続させ、前記の第２ＬＥＤ１１ｂから出力されて第２増幅装置２１ｂにより増幅された電圧を検知装置２２に出力し、この検知装置２２によって、上記のように燃焼が強くなって光エネルギーが高くなった火炎の有無を検知するようにしている。ここで、前記の第１ＬＥＤ１１ａだけを用いて光エネルギーが高くなった火炎の有無を検出するようにした場合、火炎が失火した状態でも、高温に加熱された炉１の壁等からの赤外線を検出して誤動作するというおそれがあるが、前記のように赤外線によっては起電力を発生しない第２ＬＥＤ１１ｂを用いると、炉1の内部の光エネルギーが高くなって炉１の壁等からの赤外線が存在する場合においても、バーナー２における火炎の有無が適切に検出されるようになる。

また、前記の第２増幅装置２１ｂにおけるＧａｉｎを適正に設定することにより、バーナー２における火炎の有無をさらに適切に検出できるようになる。

なお、この実施形態におけるバーナーの火炎検出装置においては、燃焼を開始させた当初のバーナー２における光エネルギーが低い火炎の状態を、前記の第１ＬＥＤ１１ａにより検出させるようにしたが、パイロットバーナー（図示せず）を用いてバーナー２の燃焼を開始させるような場合には、このパイロットバーナーにおける火炎の状態を前記の第１ＬＥＤ１１ａによって検出させるようにすることができる。

ここで、火炎の光のスペクトルと、火炎の光の波長と、火炎の光エネルギーと、第１及び第２ＬＥＤの起電力発生の関係は、図５に示す通りであり、第１ＬＥＤ１１ａにおいては、火炎の光のスペクトルが赤外線域で、火炎の光の波長が長く、火炎の光エネルギーが低い状態から起電力が発生する一方、第２ＬＥＤ１１ｂにおいては、火炎の光のスペクトルが可視光域の赤色付近で、火炎の光の波長が赤外線よりも短く、火炎の光エネルギーが赤外線よりも高くなった状態から起電力が発生するようになる。

また、前記の第１ＬＥＤ１１ａと第２ＬＥＤ１１ｂの他に、例えば、第２ＬＥＤ１１ｂよりも短波長で光エネルギーの高い橙色の火炎の光を検知して起電力を発生するＬＥＤや、火炎の波長及び火炎の光エネルギーが前記の第１ＬＥＤ１１ａと第２ＬＥＤ１１ｂとの間の火炎の光を検知して起電力を発生するＬＥＤ等を設けてバーナー２の火炎の有無を検出させることもでき、この場合には、各燃焼状態において、バーナー２における火炎の着火や失火をより正確に検知することができるようになる。

１炉
２バーナー
１０受光部
１１ａ第１ＬＥＤ、１１ｂ第２ＬＥＤ
１２ａ第１集光レンズ、１２ｂ第２集光レンズ
２０検出装置
２１ａ第１増幅装置、２１ｂ第２第１増幅装置
２２検知装置
２３切換スイッチ
２４判別装置
２５切換装置

Claims

バーナーの火炎からの光を受光して起電力を発生するＬＥＤが設けられた受光部と、前記のＬＥＤにおいて発生した起電力に基づいてバーナーにおける火炎の有無を検出する検出装置とを備えたバーナーの火炎検出装置において、前記のＬＥＤとして、少なくとも、バーナーにおける火炎の光エネルギーが低い場合にも起電力を発生する第１ＬＥＤと、バーナーにおける火炎の光エネルギーが高くなった場合に起電力を発生する第２ＬＥＤとを設け、バーナーの火炎の状態に応じて、火炎を検出するＬＥＤを前記の第１ＬＥＤと第２ＬＥＤとで切り換える切換装置を設け、バーナーにおける火炎の光エネルギーが低い状態では前記の第１ＬＥＤによってバーナーの火炎を検出し、バーナーにおける火炎の光エネルギーが高くなった状態では前記の第２ＬＥＤによってバーナーの火炎を検出することを特徴とするバーナーの火炎検出装置。
請求項１に記載のバーナーの火炎検出装置において、前記の第１ＬＥＤとして、赤外域の発光波長以下の光を受光して起電力を発生する赤外光ＬＥＤを用いると共に、第２ＬＥＤとして、可視光域の発光波長以下の光を受光して起電力を発生する可視光ＬＥＤを用いたことを特徴とするバーナーの火炎検出装置。