JP6663268B2 - 燃焼制御システム - Google Patents

Description

本発明は、燃焼制御システムに関し、特に、複数のバーナへの燃料の供給を共通の安全遮断弁によって一括して制御するマルチバーナシステムに関する。

一般に、鉄鋼炉、加熱炉、および脱臭炉等の工業炉に代表される燃焼炉では、燃焼炉内に設けられたバーナの燃焼状態や、炉内温度、燃焼用空気の圧力、バーナに供給される燃料の圧力等を、燃焼制御システムによって監視しながら燃焼制御を行うことにより、燃焼の安全性を確保している。

例えば、燃焼制御システムでは、工業用燃焼炉に関する安全規格（ＥＮ２９８：２０１２）に基づき、バーナの点火時に、実際には火炎がないにもかかわらず火炎検出器が火炎のあることを示す状態、すなわち疑似火炎が検出された場合には、バーナの点火動作を開始しないように制御している。

燃焼制御システムとしては、例えば特許文献１に開示されているように、共通の燃焼室内に設置された複数のバーナの燃焼を制御するマルチバーナシステムがある。ここで、燃焼室とは、温度や圧力等が同一の条件（パラメータ）で燃焼が制御される空間を言い、以下「ゾーン」とも称する。

一般に、マルチバーナシステムでは、バーナ毎に対応して設けられたバーナコントローラと夫々のバーナコントローラを制御する安全制御装置とから成るスター型の機器構成が採用されている。そのため、各バーナコントローラ間の通信は直接行われず、上位側の安全制御装置を介して間接的に行われる。

特開平１１−２１８０３４号公報

ところで、マルチバーナシステムでは、複数のバーナの安全な燃焼を実現するため、夫々のバーナへの燃料の供給制御が特に重要となる。そのため、従来のマルチバーナシステムでは、より安全性の高い制御手法として、燃料の主配管からバーナ毎に分岐した分岐配管に夫々安全遮断弁を設け、夫々の安全遮断弁の開閉を対応するバーナコントローラが操作することにより、各バーナへの燃料の供給と遮断をバーナ毎に制御する制御手法が採用されていた。

一方、近年、安全遮断弁等の機器の設置スペース不足や経済的な理由により、マルチバーナシステムにおける燃料の供給制御の別の手法として、燃料の主管路に共通の安全遮断弁を１つ設け、その安全遮断弁の開閉をマスタとなる一つのバーナコントローラが操作することにより、各バーナへの燃料の供給と遮断を一括して同時に制御する制御手法が望まれている。

しかしながら、後者の制御手法では、以下に示すように、バーナの点火時に問題があることが本願発明者らの検討によって明らかとなった。
例えば、前者の制御手法では、個々のバーナコントローラが夫々の遮断弁の開閉を制御するので、バーナの点火時にバーナコントローラが疑似火炎を検出した場合、そのバーナコントローラの制御対象のバーナには燃料が供給されず、燃焼室に未燃ガスが充満する可能性は低い。

一方、後者の制御手法では、バーナの点火時に、マスタのバーナコントローラが疑似火炎を検出せず、マスタ以外のバーナコントローラが疑似火炎を検出した場合、マスタのバーナコントローラは大元の安全遮断弁を操作して各バーナに対して燃料を供給して点火動作を開始する一方、疑似火炎を検出したバーナは点火動作を開始しないため、燃焼室に未燃ガスが流れ込んでしまう。

この場合、疑似火炎を検出したバーナコントローラが、異常が発生したことを上位側の安全制御装置に通知し、その通知を受けた安全制御装置がマスタのバーナコントローラに対して安全遮断弁を閉じることを指示することにより、全てのバーナの燃焼を停止させる。
このように、異常を検知したバーナコントローラとマスタのバーナコントローラとの間の通信が安全制御装置を介して間接的に行われるため、異常を検知してから安全遮断弁が閉じるまでの期間に燃料が燃焼室に供給され、未燃ガスの量が増えるという問題がある。

例えば、４本のバーナのうち１本のバーナが点火しなかった場合、残りの３本のバーナは燃焼しているため、バーナ１本分の未燃ガスが燃焼室内に流入しても安全性に問題はないかもしれないが、４本のバーナのうち１本のバーナしか点火しなかった場合には、残りのバーナ３本分の未燃ガスが燃焼室内に流入するため、未燃量ガスの量が多くなり、安全性の低下が懸念される。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、１つの安全遮断弁によって複数のバーナへの燃料の供給を制御するマルチバーナシステムにおいて、バーナの点火時の安全性を向上させることにある。

本発明に係る燃焼制御システム（１００，１０１）は、複数のバーナ（２１＿１〜２１＿４）に対する燃料の供給と遮断を一括して切り替える共通の安全遮断弁（３０）の開閉を制御するとともに、所定の信号（ＳＡ）を生成するマスタ装置と、バーナ毎に対応して設けられ、それぞれ対応するバーナの火炎の有無を判定し、対応するバーナの点火を制御するとともに、対応するバーナを点火する前に火炎がないと判定した場合に、入力された所定の信号を出力し、対応するバーナを点火する前に火炎があると判定した場合に、所定の信号を出力しない複数のスレーブ装置（１２＿１〜１２＿４）と、マスタ装置に接続され、所定の信号を伝送するための伝送線路（１３）とを備え、複数のスレーブ装置は、縦続接続され、複数のスレーブ装置のすべてが対応するバーナを点火する前に火炎がないと判定した場合には、マスタ装置から初段のスレーブ装置に入力された所定の信号を順次出力して最終段のスレーブ装置から伝送線路に出力し、複数のスレーブ装置のいずれかが対応するバーナを点火する前に火炎があると判定した場合には、所定の信号を最終段のスレーブ装置から伝送線路に出力せず、マスタ装置は、伝送線路からの所定の信号（ＳＡｏ）の入力の有無に基づいて安全遮断弁の開閉を制御することを特徴とする。

上記燃焼制御システムにおいて、伝送線路は、スレーブ装置の夫々に共通に接続され、スレーブ装置は、伝送線路から所定の信号が入力された場合に、対応するバーナの点火を開始してもよい。

上記燃焼制御システム（１０１）において、マスタ装置（１５＿１）によって点火が制御されるバーナ（１２＿１）を更に有し、マスタ装置は、制御対象のバーナを点火する前に当該バーナの火炎があると判定した場合に、所定の信号を出力せず、制御対象のバーナを点火する前に当該バーナの火炎がないと判定した場合に、所定の信号を初段のスレーブ装置（１５＿２）に対して出力するとともに、伝送線路を介して所定の信号が入力されたとき、制御対象のバーナの点火を開始する。

上記燃焼制御システムにおいて、マスタ装置（１５＿１）は、制御対象のバーナの火炎の有無を判定する第１火炎判定部（１１１Ａ）と、第１火炎判定部によって火炎がないと判定された場合に、所定の信号を生成して出力し、第１火炎判定部によって火炎があると判定された場合に、所定の信号を生成しない信号生成部（１１７）と、伝送線路からの所定の信号の入力を検出する第１信号検出部（１１３Ａ）と、第１信号検出部の検出結果に基づいて、安全制御弁の開閉を制御する安全遮断弁制御部（１１５）と、第１火炎判定部の判定結果に基づいて制御対象のバーナの点火を制御する第１点火制御部（１１４）とを有してもよい。

上記燃焼制御システムにおいて、スレーブ装置（１５＿２〜１５＿４）は、対応するバーナの火炎の有無を判定する第２火炎判定部（１１１Ｂ）と、第２火炎判定部によって火炎がないと判定された場合に、入力した所定の信号を出力し、第２火炎判定部によって火炎があると判定された場合に、入力した所定の信号を出力しない信号出力部（１２２）と、伝送線路からの所定の信号の入力を検出する第２信号検出部（１１３Ｂ）と、第２信号検出部の検出結果に基づいて、対応するバーナの点火を制御する第２点火制御部（１１４Ｂ）とを有してもよい。

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって表している。

以上説明したことにより、本発明によれば、共通の安全遮断弁によって複数のバーナに対する燃料の供給を一括して制御するマルチバーナシステムにおいて、バーナの点火時の安全性を向上させることが可能となる。

図１は、実施の形態１に係る燃焼制御システムの構成を示す図である。 図２は、実施の形態１に係る燃焼制御システムにおけるマスタ装置およびスレーブ装置の構成を示す図である。 図３は、バーナを点火し、全てのバーナが着火した場合の実施の形態１に係る燃焼制御システムの動作フローを示す図である。 図４は、一部のバーナが疑似火炎を検出し、バーナの点火を開始できなかった場合の実施の形態１に係る燃焼制御システムの動作フローを示す図である。 図５Ａは、バーナを点火するときの、マスタ装置およびスレーブ装置の動作状態と点火準備信号の伝送状態を示す図である。 図５Ｂは、バーナを点火するときの、マスタ装置およびスレーブ装置の動作状態と点火準備信号の伝送状態を示す図である。 図５Ｃは、バーナを点火するときの、マスタ装置およびスレーブ装置の動作状態と点火準備信号の伝送状態を示す図である。 図５Ｄは、バーナを点火するときの、マスタ装置およびスレーブ装置の動作状態と点火準備信号の伝送状態を示す図である。 図５Ｅは、バーナを点火するときの、マスタ装置およびスレーブ装置の動作状態と点火準備信号の伝送状態を示す図である。 図５Ｆは、バーナを点火するときの、マスタ装置およびスレーブ装置の動作状態と点火準備信号の伝送状態を示す図である。 図６は、実施の形態２に係る燃焼制御システムの構成を示す図である。 図７は、実施の形態２に係る燃焼制御システムにおけるマスタ装置およびスレーブ装置の構成を示す図である。 図８は、バーナを点火し、全てのバーナが着火した場合の実施の形態２に係る燃焼制御システムの動作フローを示す図である。 図９は、一部のバーナが疑似火炎を検出し、バーナの点火を開始できなかった場合の実施の形態２に係る燃焼制御システムの動作フローを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

〈実施の形態１に係る燃焼制御システムの構成〉
図１は、本実施の形態に係る燃焼制御装置を備えた燃焼システムの構成を示す図である。
同図に示される燃焼制御システム１００は、マルチバーナシステムである。燃焼制御システム１００としては、脱臭炉および加熱炉等の小型の工業用燃焼炉を制御するシステムや、プラント等における鉄鋼炉等の大型の工業用燃焼炉を制御するシステムを例示することができる。

具体的に、燃焼制御システム１００は、１つの燃焼室２０を備えた燃焼炉２と、燃焼制御装置１と、制御装置４と、燃料流路３とを備えている。

燃焼室２０には、ｎ（ｎは２以上の整数）個のバーナ２１＿１〜２１＿ｎと、バーナ２１＿１〜２１＿ｎ毎に対応して設けられた点火装置（イグナイタ，ＩＧ）２２＿１〜２２＿ｎと、バーナ２１＿１〜２１＿ｎ毎に対応して設けられた火炎検出器（ＳＥＮ）２３＿１〜２３＿ｎと、温度センサ等の燃焼制御に必要な装置とが設けられている。

本実施の形態では、一例としてｎ＝４とし、燃焼室２０内には、４本のバーナ２１＿１〜２１＿４と、４つの火炎検出器２３＿１〜２３＿４と、４つの点火装置２２＿１〜２２＿４とが設けられているものとして説明するが、“ｎ”の値はこれに限定されるものではない。なお、図１において、温度センサ等の燃焼制御に必要なその他の装置については、図示を省略している。

バーナ２１＿１〜２１＿４（総称する場合には、単に「バーナ２１」と表記することがある。）は、燃焼室２０内を加熱する機器である。本実施の形態では、バーナ２１＿１〜２１＿４が、パイロットバーナを有さず、主バーナを直接点火するダイレクト点火方式のバーナである場合を一例として説明する。
バーナ２１＿１〜２１＿４は、バーナ毎に対応して設けられた点火装置２２＿１〜２２＿４によって点火されることにより、着火する。

点火装置２２＿１〜２２＿４（総称する場合には、単に「点火装置２２」と表記することがある。）は、例えば、点火トランスと、点火トランスの二次側配線に接続された点火用電極棒（スパークロッド）とを備えている。点火装置２２＿１〜２２＿４は、後述する燃焼制御装置１からの制御信号に応じて、例えば数ｋＶ〜十数ｋＶの高電圧をスパークロッドに発生させることにより、対応するバーナ２１＿１〜２１＿４を点火させる。

火炎検出器２３＿１〜２３＿４（総称する場合には、単に「火炎検出器２３」と表記することがある。）は、バーナ２１＿１〜２１＿４毎に対応して設けられ、対応するバーナの火炎の有無を検出する機器である。火炎検出器２３＿１〜２３＿４は、火炎の有無を示す火炎検出信号を夫々出力する。

燃料流路３は、燃焼炉２に燃料を供給するための流路である。燃料流路３は、外部から燃料が供給される主流路３Ａと、主流路３Ａから複数に分岐した分岐流路３Ｂとから構成されている。主流路３Ａには、安全遮断弁３０が設置され、分岐流路３Ｂは、バーナ２１＿１〜２１＿４の夫々に接続されている。

ここで、燃料は、例えば、ガス（気体）であってもよいし、油（液体）であってもよく、燃料種は特に限定されない。

安全遮断弁３０は、複数のバーナ２１＿１〜２１＿４に対する燃料の供給と遮断を一括して切り替えるための機器である。安全遮断弁３０が開いているとき、主流路３Ａから分岐流路３Ｂへ燃料が送出され、各バーナ２１＿１〜２１＿４に燃料が供給される。安全遮断弁３０が閉じているとき、主流路３Ａから分岐流路３Ｂへの燃料の流入が遮断され、バーナ２１＿１〜２１＿４には燃料が供給されない。

図１に示すように、安全遮断弁３０は、例えば、二重遮断を行うために２つの遮断弁を一組とした構成を有し、主経路３Ａにおける一ヶ所に配置されている。

なお、図示はしないが、燃焼制御システム１００には、燃料流路３とは別に、燃焼炉２に空気（エア）を供給するための空気流路が設けられており、ブロアから吐出されたエアが空気流路を介して各バーナ２１＿１〜２１＿４に供給されるようになっている。

制御装置４は、燃焼制御システム１００における上位側の機器であり、燃焼炉２の統括的な制御を行う。制御装置４は、オペレータ等（ユーザ）からの入力操作に従って、燃焼室２０の燃焼の指示（以下「燃焼要求」と称する。）や、燃焼炉２全体の運転の停止要求を、燃焼制御装置１に対して与える。

制御装置４としては、操作ボタンやレバー、キーボード等のユーザの操作を入力する操作入力手段、モニタ等の情報を表示する表示手段、および燃焼制御装置１に対する指示等を出力する制御手段等が一体に形成された制御盤を例示することができる。また、例えば、燃焼制御装置１、モニタ、および中央管理装置等がネットワークを介して接続されたネットワーク制御システムを構築している場合には、燃焼制御装置１に対して指示を出す中央管理装置が制御装置４となる。

燃焼制御装置１は、制御装置４からの燃焼要求等に応じて、燃焼室２０内のバーナ２１の燃焼を制御するための装置である。図１に示されるように、燃焼制御装置１は、安全制御装置１０と、マスタ装置１１と、伝送線路１３と、マスタ装置１１と伝送線路１３との間に縦続接続された複数のスレーブ装置１２＿１〜１２＿ｎと、を備えている。

安全制御装置１０は、燃焼制御システム１００の安全運転、すなわち燃焼炉２の爆発等を防止するために、バーナ２１の燃焼状態や各リミット・インターロック（図示せず）の状態等を監視することにより、燃焼室２０内のバーナ２１の運転の許可および不許可をマスタ装置１１およびスレーブ装置１２＿１〜１２＿４に指示する装置である。

例えば、安全制御装置１０は、制御部４からのバーナの燃焼要求および遮断要求や、各バーナコントローラ１１＿１〜１１＿４から入力される火炎判定情報および異常検出情報等に基づいて、各バーナの運転の許可・不許可を示す信号を生成してマスタ装置１１およびスレーブ装置１２＿１〜１２＿４に与えることにより、マスタ装置１１およびスレーブ装置１２＿１〜１２＿４を介して各バーナ２１＿１〜２１＿４の運転（各バーナへの燃料の供給および停止等）を制御する。

安全制御装置１０としては、工業用燃焼炉に関する安全規格（例えば、工業用燃焼炉の安全通則 ＪＩＳ Ｂ ８４１５等）に基づいて製造されたリミット・インターロックを監視するためのリミット・インターロックモジュールや、上記安全通則に対応した専用のソフトウェアを設定したプログラマブルロジックコントローラ（所謂安全ＰＬＣ）等を例示することができる。

マスタ装置１１は、安全遮断弁３０の開閉を制御するための機器である。
マスタ装置１１は、バーナを点火させる前の準備段階において、所定の信号を生成して縦続接続された初段のスレーブ装置１２＿１に与えるとともに、縦続接続されたスレーブ装置１２＿１〜１２＿４を経由して伝送線路１３から上記所定の信号が戻ってきたか否かを判定して安全遮断弁３０の開閉を制御する。以下、マスタ装置１１について詳細に説明する。

図２は、実施の形態１に係る燃焼制御システムにおけるマスタ装置およびスレーブ装置の構成を示す図である。なお、図２では、安全制御装置１０の図示を省略している。
同図に示されるように、マスタ装置１１は、信号生成部１１２、信号検出部１１３Ａ、および安全遮断弁制御部１１５を有する。これらの機能部は、例えば、プロセッサ、クロック回路、通信回路、記憶装置、デジタル入出力回路、アナログ入出力回路、およびパワーエレクトロニクス回路等からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。

信号生成部１１２は、所定の信号を生成する機能部である。本実施の形態では、所定の信号を「点火準備信号ＳＡ」と称して説明する。
信号生成部１１２は、例えば、安全制御装置１０からの燃焼要求を受け取った場合に、点火準備信号ＳＡを生成し、縦続接続された初段のスレーブ装置１２＿１に与える。

ここで、点火準備信号ＳＡの信号形式は特に限定されない。例えば、本実施の形態では、点火準備信号ＳＡがパルス信号であるものとして説明するが、ハイレベルまたはローレベルの１ビットの信号であってもよいし、複数ビットの信号であってもよい。

詳細は後述するが、信号生成部１１２から出力された点火準備信号ＳＡは、各スレーブ装置１２＿１〜１２＿４が所定の条件を満たした場合に、縦続接続されたスレーブ装置１２＿１〜１２＿４を経由して伝送線路１３に入力され、伝送線路１３からマスタ装置１１および各スレーブ装置１２＿１〜１２＿４に再び入力されることになる。本実施の形態では、伝送線路１３に出力されるまでの点火準備信号を“ＳＡ”と表記し、伝送線路１３に出力された後の点火準備信号を“ＳＡｏ”と表記する。

信号検出部１１３Ａは、伝送線路１３からの点火準備信号ＳＡｏの入力を検出する機能部である。

安全遮断弁制御部１１５は、信号検出部１１３Ａの検出結果に基づいて、安全遮断弁３０の開閉を制御する。具体的には、安全遮断弁制御部１１５は、信号検出部１１３Ａによって点火準備信号ＳＡｏの入力が検出されている場合には、スレーブ装置１２＿１〜１２＿４の全てが点火する準備が完了していると判定し、安全遮断弁３０を開ける。一方、信号検出部１１３Ａによって点火準備信号ＳＡｏの入力が検出されない場合には、安全遮断弁制御部１１５は、スレーブ装置１２＿１〜１２＿４の少なくも一つが点火する準備が完了していないと判定し、安全遮断弁３０を閉じる。

伝送線路１３は、マスタ装置１１およびスレーブ装置１２＿１〜１２＿４の夫々に共通に接続され、点火準備信号ＳＡを伝送するための線路である。伝送線路１３は、点火準備信号ＳＡを複数の装置に伝達可能な構成を有していればよい。例えば、上述のように点火準備信号ＳＡがパルス信号である場合には、伝送線路１３は１ビット伝送用の専用線から構成されていてもよいし、点火準備信号ＳＡが多ビットの信号である場合には、複数の信号線から成るバスであってもよい。

スレーブ装置１２＿１〜１２＿４（総称する場合には、単に「スレーブ装置１２」と表記することがある。）は、バーナ２１＿１〜２１＿４毎に対応して設けられ、対応するバーナの火炎の有無を判定するともに、伝送線路１３から入力された点火準備信号ＳＡｏに基づいて対応するバーナの点火を制御するバーナコントローラである。各スレーブ装置１２＿１〜１２＿４は、マスタ装置１１から出力された点火準備信号ＳＡを伝送線路１３に伝達するための信号経路を形成するように、マスタ装置１１と伝送線路１３との間に縦続接続されている。

図２に示されるように、スレーブ装置１２は、火炎判定部１１１、信号出力部１２２、信号検出部１１３Ａ、および点火制御部１１４を有する。例えば、これらの機能部は、例えば、プロセッサ、クロック回路、通信回路、記憶装置、デジタル入出力回路、アナログ入出力回路、およびパワーエレクトロニクス回路等からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。

火炎判定部１１１は、対応する火炎検出器２３＿１〜２３＿４から出力された火炎検出信号に基づいて、対応するバーナによる安定した火炎が発生しているか否かを判定する。例えば、対応する火炎検出器２３＿１〜２３＿４から燃焼炉２の燃焼中に火炎があることを示す火炎検出信号が出力されている場合には、火炎判定部１１１は、対応するバーナによる安定した火炎が発生していると判定する。一方、燃焼炉２の燃焼中に火炎がないことを示す火炎検出信号が出力された場合には、火炎判定部１１１は、対応するバーナが断火したと判定する。また、バーナの点火を開始する前の準備期間において、実際には火炎がないにもかかわらず火炎検出器が火炎のあることを示す火炎検出信号が出力された場合には、火炎判定部１１１は、疑似火炎が発生していると判定する。火炎判定部１１１の判定結果は、信号出力部１２２に出力されるとともに、安全制御装置１０にも出力される。

信号出力部１２２は、火炎判定部１１１の判定結果に基づいて、外部（マスタ装置１１または他のスレーブ装置）から入力された点火準備信号ＳＡを、後段の装置（スレーブ装置または伝送線路１３）に出力するための機能部である。具体的に、信号出力部１２２は、対応するバーナ２１を点火する前に火炎判定部１１１によってバーナ２１の火炎がないと判定された場合に、入力された点火準備信号ＳＡを後段の装置に出力し、対応するバーナ２１を点火する前に火炎判定部１１１によってバーナ２１の火炎（疑似火炎）があると判定された場合に、入力された点火準備信号ＳＡを後段の装置に出力しない。

信号出力部１２２としては、一端が前段の装置（マスタ装置１１またはスレーブ装置１２）に接続され、他端が後段の装置（スレーブ装置１２または伝送線路１３）に接続されるスイッチ素子を含み、火炎判定部１１１の判定結果に基づいて上記スイッチ素子をオン／オフさせるスイッチ回路を例示することができる。

したがって、縦続接続された最終段のスレーブ装置１２＿４を除くスレーブ装置１２＿１〜１２＿３は、対応するバーナ２１＿１〜２１＿３を点火する前に火炎がないと判定した場合に、信号出力部１２２によって入力した点火準備信号ＳＡを直後に接続されたスレーブ装置１２＿２〜１２＿４に出力し、対応するバーナ２１＿１〜２１＿３を点火する前に火炎があると判定した場合に、入力した点火準備信号ＳＡを直後に接続されたスレーブ装置１２＿２〜１２＿４に出力しない。

また、最終段のスレーブ装置１２＿４は、対応するバーナ２１＿４を点火する前に火炎がないと判定した場合に、信号出力部１２２によって、入力した点火準備信号ＳＡを伝送線路１３に出力し、対応するバーナ２１＿４を点火する前に火炎があると判定した場合に、入力した点火準備信号ＳＡを伝送線路１３に出力しない。

信号検出部１１３Ｂは、信号検出部１１３Ａと同様に、伝送線路１３からの点火準備信号ＳＡｏの入力を検出する機能部である。

点火制御部１１４は、信号検出部１１３Ｂの検出結果に基づいて、対応するバーナの点火を制御する機能部である。具体的に、点火制御部１１４は、信号検出部１１３Ｂによって点火準備信号ＳＡｏの入力が検出された場合に、例えば予め設定された点火シーケンスに従って対応する点火装置２２＿１〜２２＿４を制御することにより、対応するバーナ２１＿１〜２１＿４を点火させる。

〈実施の形態１に係る燃焼制御システムの動作〉
次に、バーナの点火時の燃焼制御システム１００の動作について図を用いて説明する。

図３は、バーナを点火し、全てのバーナが着火した場合の燃焼制御システム１００の動作フローを示す図である。図４は、一部のバーナが疑似火炎を検出し、バーナの点火を開始できなかった場合の燃焼制御システム１００の動作フローを示す図である。図５Ａ〜図５Ｆは、バーナの点火制御時のマスタ装置１１およびスレーブ装置の動作状態と点火準備信号ＳＡの伝送状態を示す図である。

図３、４では、燃焼要求の出力されている期間、点火準備信号ＳＡ，ＳＡｏが出力されている期間、安全遮断弁３０が開いている期間、および火炎が発生している期間を、ハッチングを付して夫々示している。

先ず、バーナを点火し、全てのバーナが着火した場合の燃焼制御システム１００の動作の流れについて説明する。

図３に示されるように、例えば、時刻ｔ０において燃焼制御システム１００が起動したとする。このとき、マスタ装置１１は、安全遮断弁３０を閉じており、スレーブ装置１２＿１は待機状態となる（図５Ａ参照）。

次に、時刻ｔ１において、制御装置４が燃焼室２０の燃焼指示を燃焼制御装置１に対して出力したとする。この場合、制御装置４からの指示を受けた燃焼制御装置１内の安全制御装置１０は、例えば燃焼室２０内のプレパージを行うとともに、マスタ装置１１および各スレーブ装置１２の夫々に対して燃焼要求を出力する。

次に、燃焼要求を受け取ったマスタ装置１１は、安全遮断弁３０を閉じた状態で、信号生成部１１２によって点火準備信号ＳＡを出力する。一方、燃焼要求を受け取ったスレーブ装置１２は、点火の準備を開始する（図５Ｂ参照）。具体的には、スレーブ装置１２は、点火準備の一つとして、対応する火炎検出器２３からの火炎検出信号に基づいて疑似火炎の有無を判定する。

その後、例えば時刻ｔ２において、スレーブ装置１２＿１，１２＿２が対応するバーナ２１＿１，２１＿２の火炎（疑似火炎）がないと夫々判定したとする。この場合、スレーブ装置１２＿１がマスタ装置１１から入力された点火準備信号ＳＡを後段のスレーブ装置１２＿２に出力するとともに、スレーブ装置１２＿２がスレーブ装置１２＿１から供給された点火準備信号ＳＡを後段のスレーブ装置１２＿３に出力する（図５Ｃ参照）。このとき、スレーブ装置１２＿３，１２＿４は点火の準備中であることから、点火準備信号ＳＡは伝送線路１３までは伝達されない。

次に、例えば時刻ｔ３において、スレーブ装置１２＿３，１２＿４が対応するバーナ２１＿３，２１＿４の火炎（疑似火炎）がないと夫々判定したとする。この場合、スレーブ装置１２＿３が、スレーブ装置１２＿２から入力された点火準備信号ＳＡを後段のスレーブ装置１２＿４に出力するとともに、スレーブ装置１２＿４が、スレーブ装置１２＿３から供給された点火準備信号ＳＡを後段の伝送線路１３に出力する。これにより、点火準備信号ＳＡｏが、伝送線路１３からマスタ装置１１およびスレーブ装置１２＿１〜１２＿４に夫々入力される（図５Ｄ参照）。

マスタ装置１１は、点火準備信号ＳＡｏの入力を検出すると、安全遮断弁３０を開け、スレーブ装置１２＿１〜１２＿４は、点火準備信号ＳＡｏの入力を検出すると、所定の点火シーケンスに従ってバーナの点火を開始する（図５Ｅ参照）。

ここで、点火動作が行われる期間を点火期間（イグニッショントライアル期間）と称する。なお、本実施の形態では、一例として、点火期間は、火炎が存在しない状態においてバーナ２１への燃料の供給が許される最大の許容時間、すなわち安全時間（ｓａｆｅｔｙ ｔｉｍｅ，ＪＩＳ Ｂ ０１１３）と同じであるとする。

点火期間の経過後に全てのバーナ２１の火炎が検出された場合、各バーナが正常に着火したとして、燃焼炉２の燃焼が継続される。

次に、一部のバーナが疑似火炎を検出し、バーナの点火を開始できなかった場合の燃焼制御システム１００の動作の流れについて図４を用いて説明する。

前述した図３の動作フローと同様に、時刻ｔ１において、マスタ装置１１および各スレーブ装置１２に対して燃焼要求が夫々入力される。このとき、例えば図４に示すように、スレーブ装置１２＿３の制御対象であるバーナ２１＿３の疑似火炎が検出されたとする。この場合、スレーブ装置１２＿３の信号出力部１２２は、点火準備信号ＳＡが入力された場合であっても、その点火準備信号ＳＡを後段のスレーブ装置１２＿４に出力しない。そのため、図４に示すように、例えば時刻ｔ２においてスレーブ装置１２＿１，１２＿２，１２＿４が疑似火炎を検出しなかったとしても、点火準備信号ＳＡは伝送線路１３まで伝達されない（図５Ｆ）。その結果、マスタ装置１１は、伝送線路１３からの点火準備信号ＳＡｏを検出しないので、安全遮断弁３０は閉じた状態で維持され、燃焼室２０内への燃料の流入は起こらない。また、スレーブ装置１２＿１〜１２＿４も、伝送線路１３からの点火準備信号ＳＡｏを検出しないので、点火動作を開始しない。その後、例えば時刻ｔ３において、疑似火炎を検出したスレーブ装置１２＿３が安全制御部１０に疑似火炎が検出されたことを通知することにより、安全制御部１０からマスタ装置１１およびスレーブ装置１２＿１〜１２＿４への燃焼要求が取り下げられ、マスタ装置１１およびスレーブ装置１２＿１〜１２＿４は待機状態またはロックアウト状態となる。

〈実施の形態１に係る燃焼制御システムの効果〉
以上、本発明に係る燃焼制御システムによれば、複数のバーナを点火する際に、何れかのバーナの疑似火炎が検出された場合であっても、燃焼室に未燃ガスが充満することを防止することができるので、燃焼炉の安全性を向上させることができる。

すなわち、実施の形態１に係る燃焼制御システムは、マスタ装置１１から出力した点火準備信号ＳＡｏを縦続接続されたスレーブ装置１２＿１〜１２＿４を経由して伝送線路１３に伝達する信号経路を形成した上で、バーナ２１＿１〜２１＿４の点火時に、各スレーブ装置１２＿１〜１２＿４が対応するバーナの火炎の有無に基づいて点火準備信号ＳＡを後段の装置に出力するか否かを決定し、マスタ装置１１が伝送線路１３から点火準備信号ＳＡｏが入力されたことを条件に安全遮断弁３０を開ける。したがって、点火時に何れかのバーナ２１において疑似火炎が検出された場合であっても、燃焼室２０に燃料は流入せず、バーナ点火時の燃焼炉２の安全性を向上させることができる。

また、実施の形態１に係る燃焼制御システムによれば、各スレーブ装置１２が伝送線路１３から点火準備信号ＳＡｏが入力されたことを条件に、対応するバーナ２１の点火を開始するので、全てのバーナ２１の同時点火を実現することが容易となる。

≪実施の形態２≫
〈実施の形態２に係る燃焼制御システムの構成〉
図６は、実施の形態２に係る燃焼制御システムの構成を示す図である。
図６に示される燃焼制御システム１０１は、複数のバーナコントローラのうちの一つが安全遮断弁の開閉を制御するマスタ装置として機能する点において、実施の形態１に係る燃焼制御システム１００と相違する。

具体的に、燃焼制御システム１０１は、バーナ２１＿１〜２１＿４毎に対応して設けられた複数のバーナコントローラ（ＢＣＲ）１５＿１〜１５＿４を有する。バーナコントローラ１５＿１は、対応するバーナの燃焼を制御するとともに、点火準備信号ＳＡを生成し、安全遮断弁３０を制御するマスタ装置として機能し、バーナコントローラ１５＿２〜１５＿４は、対応するバーナ２１＿２〜２１＿４の燃焼を制御するスレーブ装置として機能する。

図７は、実施の形態２に係る燃焼制御システムにおけるバーナコントローラの内部構成を示す図である。
なお、実施の形態２に係る燃焼制御システム１０１の構成要素のうち、実施の形態１に係る燃焼制御システム１００と同様の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

また、実施の形態２では、説明の便宜上、マスタ装置としてのバーナコントローラ１５＿１の火炎判定部および点火制御部を参照符号“１１１Ａ”および“１１４Ａ”を用いて表記し、スレーブ装置としてのバーナコントローラ１５＿２〜１５＿４の火炎判定部および点火制御部を参照符号“１１１Ｂ”および“１１４Ｂ”を用いて表記する。

図７に示すように、マスタ装置としてのバーナコントローラ１５＿１は、火炎判定部１１１Ａ、信号生成部１１７、信号検出部１１３Ａ、点火制御部１１４、および安全遮断弁制御部１５を備える。

火炎判定部１１１Ａは、火炎検出器２３＿１から出力された火炎検出信号に基づいて、バーナ２１＿１による安定した火炎が発生しているか否かを判定する。火炎判定部１１１Ａによる火炎判定方法は、実施の形態１に係る火炎判定部１１１と同様である。火炎判定部１１１Ａの判定結果は、信号生成部１１７に出力されるとともに、安全制御装置１０にも出力される。

信号生成部１１７は、火炎判定部１１１Ａの判定結果に基づいて、点火準備信号ＳＡを生成する。具体的に、信号生成部１１７は、火炎判定部１１１Ａによってバーナ２１＿１の火炎（疑似火炎）がないと判定された場合に、点火準備信号ＳＡを生成してバーナコントローラ１５＿２に出力し、火炎判定部１１１Ａによってバーナ２１＿１の火炎（疑似火炎）があると判定された場合に、点火準備信号ＳＡを生成しない。

点火制御部１１４Ａは、信号検出部１１３Ａの検出結果に基づいて、バーナ２１＿１の点火を制御する機能部である。具体的に、点火制御部１１４Ａは、信号検出部１１３Ａによって点火準備信号ＳＡｏの入力が検出された場合に、例えば予め設定された点火シーケンスに従って点火装置２２＿１を制御することにより、バーナ２１＿１を点火させる。

バーナコントローラ１５＿２〜１５＿４は、実施の形態１のおけるスレーブ装置１２＿２〜１２＿４と同様に、信号出力部１２２、火炎判定部１１１Ｂ、信号検出部１１３Ｂ、および点火制御部１１４Ｂを有している。火炎判定部１１１Ｂおよび点火制御部１１４Ｂは、実施の形態１における火炎判定部１１１および点火制御部１１４と同様の構成を有している。

〈実施の形態２に係る燃焼制御システムの動作〉
次に、バーナの点火制御時の燃焼制御システム１０１の動作について図を用いて説明する。

図８は、バーナの点火制御により、全てのバーナが着火した場合の燃焼制御システム１０１の動作フローを示す図である。図９は、バーナの点火制御により、一部のバーナが正常に着火しなかった場合の燃焼制御システム１００の動作フローを示す図である。

先ず、全てのバーナが着火した場合の燃焼制御システム１０１の動作の流れについて説明する。
図８に示されるように、例えば、時刻ｔ０において燃焼制御システム１０１が起動したとする。このとき、マスタ装置としてのバーナコントローラ１５＿１は、安全遮断弁３０を閉じ、スレーブ装置１２＿２〜１２＿４は待機状態となる。

次に、時刻ｔ１において、制御装置４が燃焼室２０の燃焼指示を燃焼制御装置１に対して出力したとする。この場合、制御装置４からの指示を受けた燃焼制御装置１内の安全制御装置１０は、例えば燃焼室２０内のプレパージを行うとともに、各バーナコントローラ１５＿１〜１５＿４に対して燃焼要求を出力する。

次に、燃焼要求を受け取ったバーナコントローラ１５＿１は、安全遮断弁３０を閉じた状態で、点火の準備を開始する。具体的に、バーナコントローラ１５＿１は、点火の準備として、火炎検出器２３＿１からの火炎検出信号に基づいてバーナ２１＿１の疑似火炎の有無を判定する。判定の結果、バーナ２１＿１の疑似火炎が無いと判定した場合には、例えば時刻ｔ２において、信号生成部１１７によって点火準備信号ＳＡを生成し、後段のバーナコントローラ１５＿２に与える。なお、バーナ２１＿１の疑似火炎があると判定した場合には、点火準備信号ＳＡを生成せず、例えば安全制御装置１０に対して疑似火炎が検出されたことを通知する。

また、燃焼要求を受け取ったスレーブ装置としてのバーナコントローラ１５＿２〜１５＿４は、点火の準備を開始する。具体的に、バーナコントローラ１５＿２〜１５＿４は、点火の準備として、対応する火炎検出器２３からの火炎検出信号に基づいて疑似火炎の有無を判定する。

その後、例えば時刻ｔ３において、バーナコントローラ１５＿２がバーナ２１＿２の火炎（疑似火炎）がないと夫々判定したとする。この場合、バーナコントローラ１５＿２がバーナコントローラ１５＿１から入力された点火準備信号ＳＡを後段のバーナコントローラ１５＿３に出力する。このとき、バーナコントローラ１５＿３，１５＿４は点火の準備中であることから、点火準備信号ＳＡは、伝送線路１３まで伝達されない。

その後、全てのバーナ２１＿１〜２１＿４の火炎（疑似火炎）がないと判定された時刻ｔ４において、バーナコントローラ１５＿１から出力された点火準備信号ＳＡｏが、バーナコントローラ１５＿２〜１５＿４を経由して伝送線路１３に伝送される。

バーナコントローラ１５＿１は、伝送線路１３からの点火準備信号ＳＡｏの入力を検出すると、安全遮断弁３０を開けるとともに、所定の点火シーケンスに従ってバーナ２１＿１の点火を開始する。また、バーナコントローラ１５＿２〜１５＿４は、伝送線路１３からの点火準備信号ＳＡｏの入力を検出すると、所定の点火シーケンスに従って対応するバーナ２１＿２〜２１＿４の点火を夫々開始する。
所定の点火期間の経過後、各バーナの火炎が検出されれば、各バーナが正常に着火したとして、燃焼炉２の燃焼が継続される。

次に、一部のバーナが正常に着火しなかった場合の燃焼制御システム１０１の動作の流れについて図９を用いて説明する。

前述した図８の動作フローと同様に、時刻ｔ１において、バーナコントローラ１５＿１およびバーナコントローラ１５＿２〜１５＿４の夫々に対して燃焼要求が入力され、時刻ｔ２においてバーナコントローラ１５＿１が疑似火炎を検出せず、点火準備信号ＳＡを出力したとする。

このとき、例えば図９に示すように、バーナコントローラ１５＿３の制御対象であるバーナ２１＿３の疑似火炎が検出されたとする。この場合、バーナコントローラ１５＿３の信号出力部１２２は、点火準備信号ＳＡが入力された場合であっても、その点火準備信号ＳＡを後段のバーナコントローラ１５＿４に出力しない。そのため、図９に示すように、例えば、時刻ｔ３においてバーナコントローラ１５＿２が疑似火炎を検出せず、時刻ｔ４においてバーナコントローラ１５＿４が疑似火炎を検出しなかったとしても、点火準備信号ＳＡは伝送線路１３まで伝達されない。その結果、バーナコントローラ１５＿１は、伝送線路１３からの点火準備信号ＳＡｏを検出しないので、安全遮断弁３０は閉じた状態で維持され、燃料は燃焼室２０内に流入しない。

〈実施の形態２に係る燃焼制御システムの効果〉
以上、実施の形態２に係る燃焼制御システム１０１によれば、実施の形態１に係る燃焼制御システム１００と同様に、複数のバーナを点火する際の燃焼炉の安全性を向上させることができる。
また、燃焼制御システム１０１によれば、バーナ毎に対応したバーナコントローラを設け、そのうちの一つのバーナコントローラを安全遮断弁の開閉を制御するマスタ装置として機能させることにより、より簡単な機器構成によって燃焼炉の安全性を向上させることが可能となる。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施の形態では、燃焼制御システム１００，１０１の燃焼炉２が１つの燃焼室２０を有する場合を例示したが、複数の燃焼室を有していてもよい。この場合、燃焼室毎に、主流路３Ａ、分岐流量３Ｂ、安全遮断弁３０、および燃焼制御装置１を設け、夫々の燃焼制御装置１が対応する安全遮断弁３０の開閉を制御すればよい。

また、上記実施の形態では、バーナ２１＿１〜２１＿４が、パイロットバーナを有さず、主バーナを直接点火するダイレクト点火方式のバーナである場合を例示したが、バーナ２１＿１〜２１＿４が、パイロットバーナと主バーナとを有する時限パイロット点火方式のバーナであってもよい。

１００，１０１…燃焼制御システム、１…燃焼制御装置、２…燃焼炉、３…燃料流路、３Ａ…主流路、３Ｂ…分岐流路、４…制御装置、１０…安全制御装置、１１…マスタ装置、１２，１２＿１〜１２＿４…スレーブ装置、１３…伝送線路、１５＿１〜１５＿４…バーナコントローラ、２１，２１＿１〜２１＿４…バーナ、２２，２２＿１〜２２＿４…点火装置、２３，２３＿１〜２３＿４…火炎検出器、３０…安全遮断弁、１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ…火炎判定部、１１２，１１７…信号生成部、１１３Ａ，１１３Ｂ…信号検出部、１１４，１１４Ａ，１１４Ｂ…点火制御部、１１５…安全遮断弁制御部。

Claims (5)

1. 複数のバーナに対する燃料の供給と遮断を一括して切り替える共通の安全遮断弁の開閉を制御するとともに、所定の信号を生成するマスタ装置と、
   前記バーナ毎に対応して設けられ、それぞれ対応する前記バーナの火炎の有無を判定し、対応する前記バーナの点火装置を起動する点火制御部を制御するとともに、対応する前記バーナを点火する前に火炎がないと判定した場合に、入力された前記所定の信号を出力し、対応する前記バーナを点火する前に火炎があると判定した場合に、前記所定の信号を出力しない複数のスレーブ装置と、
   前記マスタ装置に接続され、前記所定の信号を伝送するための伝送線路と、を備え、
   前記複数のスレーブ装置は、縦続接続され、
   前記複数のスレーブ装置のすべてが対応する前記バーナを点火する前に火炎がないと判定した場合には、前記マスタ装置から初段のスレーブ装置に入力された前記所定の信号を順次出力して最終段のスレーブ装置から前記伝送線路に出力し、前記複数のスレーブ装置のいずれかが対応する前記バーナを点火する前に火炎があると判定した場合には、前記所定の信号を最終段のスレーブ装置から前記伝送線路に出力せず、
   前記マスタ装置は、前記伝送線路を介して伝送される前記所定の信号の入力の有無に基づいて前記安全遮断弁の開閉を制御し、
   前記点火制御部は、前記所定の信号が検出された場合に、前記点火装置を制御して前記バーナを点火させ、
   前記複数のスレーブ装置の各々に前記伝送線路から前記所定の信号が入力されたことにより、全ての前記バーナが同時に点火される
   燃焼制御システム。
2. 請求項１に記載の燃焼制御システムにおいて、
   前記複数のスレーブ装置は、前記伝送線路に夫々共通に接続され、
   前記スレーブ装置は、前記伝送線路から前記所定の信号が入力された場合に、対応する前記バーナの点火を開始する
   ことを特徴とする燃焼制御システム。
3. 請求項２に記載の燃焼制御システムにおいて、
   マスタ装置によって燃焼が制御されるバーナを更に有し、
   前記マスタ装置は、制御対象の前記バーナを点火する前に当該バーナの火炎があると判定した場合に、前記所定の信号を出力せず、制御対象の前記バーナを点火する前に当該バーナの火炎がないと判定した場合に、前記所定の信号を初段の前記スレーブ装置に対して出力するとともに、前記伝送線路を介して前記所定の信号が入力されたとき、前記制御対象のバーナの点火を開始する
   ことを特徴とする燃焼制御システム。
4. 請求項３に記載の燃焼制御システムにおいて、
   前記マスタ装置は、
   前記制御対象のバーナの火炎の有無を判定する第１火炎判定部と、
   前記第１火炎判定部によって火炎がないと判定された場合に、前記所定の信号を生成して出力し、前記第１火炎判定部によって火炎があると判定された場合に、前記所定の信号を生成しない信号生成部と、
   前記伝送線路からの前記所定の信号の入力を検出する第１信号検出部と、
   前記第１信号検出部の検出結果に基づいて、前記安全遮断弁の開閉を制御する安全遮断弁制御部と、
   前記第１火炎判定部の判定結果に基づいて、前記制御対象のバーナの点火を制御する第１点火制御部とを有する
   ことを特徴とする燃焼制御システム。
5. 請求項４に記載の燃焼制御システムにおいて、
   前記スレーブ装置は、
   対応する前記バーナの火炎の有無を判定する第２火炎判定部と、
   前記第２火炎判定部によって火炎がないと判定された場合に、入力された前記所定の信号を出力し、前記第２火炎判定部によって火炎があると判定された場合に、入力された前記所定の信号を出力しない信号出力部と、
   前記伝送線路からの前記所定の信号の入力を検出する第２信号検出部と、
   前記第２信号検出部の検出結果に基づいて、対応するバーナの点火を制御する第２点火制御部とを有する
   ことを特徴とする燃焼制御システム。

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