JP6824794B2 - 燃焼制御装置および方法 - Google Patents

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Description

本発明は、火炎センサのセンサ出力に応じて検出した火炎の有無に応じて燃焼を制御する燃焼制御技術に関する。
工業炉、ボイラ、冷暖機器、厨房器、熱交換器などで用いられる燃焼設備では、バーナーでの火炎の光量を検出して電気信号で出力する火炎センサを設け、この火炎センサのセンサ出力に基づいて燃焼制御装置で火炎の有無を検出し、その検出結果に応じて燃焼を制御するものとなっている。
従来、このような燃焼制御装置では、火炎の揺らぎによる火炎センサの出力変動の影響を抑えるため、着火検出時のセンサ出力である着火検出レベルより低い消炎検出レベルで火炎の消化を検出する、いわゆるヒステリシス特性に基づいて、火炎有無を検出するものとなっている（例えば、特許文献１など参照）。
特公平７−１５３２８号公報 登録第３９４３４７８号
しかしながら、このような従来技術では、火炎センサのセンサ出力としきい値とを比較することにより火炎有無を検出しているため、外光や迷光などの外乱光の影響で、消炎検出レベル以上で着火検出レベル以下の光量の疑似火炎が存在しているような環境下では、着火後に火炎が失火しても火炎センサのセンサ出力が消炎検出レベルまで低下しなくなるケースも考えられる。したがって、このようなケースでは、失火による消炎を検出できないため、失火後も燃料が放出され続けられることになり、非常に危険な状態となる可能性がある。
このような外乱の影響を抑制するため、バーナー構造を工夫して火炎センサに外乱光が入らないようにした技術が提案されている（例えば、特許文献２など参照）。しかし、どのような対応を行うかは設備メーカーに委ねられており、すべての燃焼装置でこのような対策が確実にとれているとは言い難かった。また、このようなバーナー構造を適用するには既存バーナーの交換など、既存の燃焼設備に対する変更が必要となるため、対策コストが大幅に増大することになる。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、既存の燃焼設備を変更することなく、外乱光に対して安全に燃焼設備を制御することができる燃焼制御技術を提供することを目的としている。
このような目的を達成するために、本発明にかかる燃焼制御装置は、火炎センサのセンサ出力から検出した燃焼設備内での燃焼火炎の有無に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御装置であって、前記燃焼設備での燃焼中に前記火炎センサから得られたセンサ出力と予め設定されている燃焼火炎しきい値とに基づいて、前記燃焼設備内での燃焼火炎の有無を検出する燃焼火炎検出部と、前記センサ出力と、予め設定されている、前記燃焼火炎しきい値より低い疑似火炎しきい値とに基づいて、疑似火炎の有無を検出する疑似火炎検出部と、前記燃焼火炎検出部で得られた燃焼火炎検出結果に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御部とを備え、前記燃焼制御部は、前記燃焼設備での着火試行前には前記疑似火炎検出部の疑似火炎検出結果を監視し、前記疑似火炎検出結果が第１の監視時間にわたり継続して疑似火炎ありを示した場合、前記燃焼設備での着火試行を取りやめるようにしたものである。
また、本発明にかかる上記燃焼制御装置の一構成例は、前記燃焼火炎しきい値が、第１の燃焼火炎しきい値とこの第１の燃焼火炎しきい値よりも低い第２の燃焼火炎しきい値とからなり、前記燃焼火炎検出部は、前記火炎センサのセンサ出力が第１の燃焼火炎しきい値以上となった場合に燃焼設備内での燃焼火炎ありを検出し、前記センサ出力が前記第２の燃焼火炎しきい値以下となった場合に燃焼火炎なしを検出するようにしたものである。
また、本発明にかかる上記燃焼制御装置の一構成例は、前記疑似火炎しきい値が、第１の疑似火炎しきい値とこの第１の疑似火炎しきい値よりも低い第２の疑似火炎しきい値とからなり、前記疑似火炎検出部は、前記火炎センサのセンサ出力が前記第１の疑似火炎しきい値以上となった場合に外乱光による疑似火炎ありを検出し、前記センサ出力が前記第２の疑似火炎しきい値以下となった場合に疑似火炎なしを検出するようにしたものである。
また、本発明にかかる上記燃焼制御装置の一構成例は、前記燃焼制御部が、前記着火試行前に、前記疑似火炎検出結果が第２の監視時間にわたり継続して疑似火炎なしを示した場合、前記燃焼設備での着火試行を開始するようにしたものである。
また、本発明にかかる燃焼制御方法は、火炎センサのセンサ出力から検出した燃焼設備内での燃焼火炎の有無に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御方法であって、燃焼火炎検出部が、前記燃焼設備での燃焼中に前記火炎センサから得られたセンサ出力と予め設定されている燃焼火炎しきい値とに基づいて、前記燃焼設備内での燃焼火炎の有無を検出する燃焼火炎検出ステップと、疑似火炎検出部が、前記センサ出力と、予め設定されている、前記燃焼火炎しきい値より低い疑似火炎しきい値とに基づいて、疑似火炎の有無を検出する疑似火炎検出ステップと、燃焼制御部が、前記燃焼火炎検出ステップで得られた燃焼火炎検出結果に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御ステップとを備え、前記燃焼制御ステップは、前記燃焼設備での着火試行前には前記疑似火炎検出ステップの疑似火炎検出結果を監視し、前記疑似火炎検出結果が第１の監視時間にわたり継続して疑似火炎ありを示した場合、前記燃焼設備での着火試行を取りやめるようにしたものである。
本発明によれば、着火試行前であってバーナーでの燃焼が開始されていないにも関わらず、疑似火炎検出部からの疑似火炎検出結果が第１の監視時間にわたり継続した場合には、このような外乱光が定常的に検出されており、バーナーでの燃焼を開始したとしても燃焼火炎を正確に検出できない可能性があるため、燃焼設備での着火試行が取りやめられることになる。したがって、外乱光に対して安全に燃焼設備を制御することが可能となる。また、燃焼制御装置側で外乱光による疑似火炎の有無を検出するようにしたので、火炎センサへ外乱光が入らないようにバーナー構造を変える必要はない。これにより、既存バーナーの交換など、既存の燃焼設備に対する変更が不要となるため、対策コストの大幅な増大を抑制することが可能となる。
燃焼制御装置の構成を示すブロック図である。 燃焼火炎検出動作を示す説明図である。 疑似火炎検出動作を示す説明図である。 着火試行可否判定処理を示すフローチャートである。
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
［燃焼制御装置］
まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる燃焼制御装置１０について説明する。図１は、燃焼制御装置の構成を示すブロック図である。
この燃焼制御装置１０は、火炎センサ２０からのセンサ出力Ｓに基づいて、燃焼設備３０の燃焼制御を行う装置である。
燃焼設備３０は、工業炉、ボイラ、冷暖機器、厨房器、熱交換器などで用いられる一般的な燃焼設備であり、バーナーで燃料を燃焼させることにより熱エネルギーを発生させる機能を有している。
火炎センサ２０は、燃焼設備３０のバーナーでの火炎の光量を検出して電気変換し、センサ出力Ｓとして燃焼制御装置１０へ出力するセンサである。
燃焼制御装置１０には、主な機能部として、燃焼火炎検出部１１、疑似火炎検出部１２、および燃焼制御部１３が設けられている。これら機能部は、ＩＣを用いた制御回路で構成してもよく、ＣＰＵとプログラムとを協働させて実現してもよい。
燃焼火炎検出部１１は、火炎センサ２０のセンサ出力Ｓと予め設定されている燃焼火炎しきい値とに基づいて、燃焼設備３０内での燃焼火炎の有無を検出する機能を有している。燃焼火炎の検出に、ヒステリシス特性を持たせる場合、燃焼火炎しきい値として、第１の燃焼火炎しきい値Ｈ１（着火検出レベル）と、この第１の燃焼火炎しきい値Ｈ１よりも低い第２の燃焼火炎しきい値Ｈ２（消炎検出レベル）とを用いる。
図２は、燃焼火炎検出動作を示す説明図である。燃焼火炎検出部１１は、火炎センサ２０のセンサ出力Ｓが第１の燃焼火炎しきい値Ｈ１（着火検出レベル）以上となった場合、燃焼設備３０内での燃焼火炎ありＢｏｎを検出し、センサ出力Ｓが第１の燃焼火炎しきい値Ｈ１よりも低い第２の燃焼火炎しきい値Ｈ２（消炎検出レベル）以下となった場合に燃焼火炎なしＢｏｆｆを検出する。
疑似火炎検出部１２は、火炎センサ２０のセンサ出力Ｓと予め設定されている疑似火炎しきい値とに基づいて、外乱光による疑似火炎の有無を検出する機能を有している。疑似火炎とは、燃焼設備３０内での実際の燃焼を示す燃焼火炎ではなく、外光や迷光などの外乱光の影響でセンサ出力Ｓのレベルが上昇する疑似的な火炎のことである。疑似火炎の検出に、ヒステリシス特性を持たせる場合、疑似火炎しきい値として、第１の疑似火炎しきい値Ｈ３（疑似火炎あり検出レベル）と、この第１の疑似火炎しきい値Ｈ３よりも低い第２の疑似火炎しきい値Ｈ４（疑似火炎なし検出レベル）とを用いる。
図３は、疑似火炎検出動作を示す説明図である。疑似火炎検出部１２は、火炎センサ２０のセンサ出力Ｓが疑似火炎しきい値Ｈ３（疑似火炎あり検出レベル）以上となった場合に外乱光による疑似火炎ありＰｏｎを検出し、センサ出力Ｓが疑似火炎しきい値Ｈ４（疑似火炎なし検出レベル）以下となった場合に疑似火炎なしＰｏｆｆを検出する。この際、疑似火炎しきい値Ｈ３，Ｈ４を第２の燃焼火炎しきい値Ｈ２より低い値とすることにより、より厳格に疑似火炎の有無を検出することができる。なお、疑似火炎しきい値Ｈ３，Ｈ４については、適応的に変化させてもよい。また、疑似火炎の検出にヒステリシス特性を持たせることにより安定した検出を実現できるが、本発明において必須の構成ではなく、ヒステリシス特性を持たせない場合には、疑似火炎しきい値Ｈ３，Ｈ４を同じ値とすればよい。
燃焼制御部１３は、燃焼設備３０での燃焼中には燃焼火炎検出部１１からの燃焼火炎検出結果Ｂに基づいて燃焼設備３０での燃焼を制御する機能を有している。ここでの燃焼制御では、従来と同様であり、例えば、燃焼火炎検出結果Ｂが燃焼火炎ありＢｏｎを示す場合には、バーナーに対する燃料供給を指示する制御信号Ｃを燃焼設備３０に出力し、燃焼火炎検出結果Ｂが燃焼火炎なしＢｏｆｆを示す場合には、バーナーに対する燃料供給を停止を指示する制御信号Ｃを燃焼設備３０に出力する。
また、燃焼制御部１３は、燃焼設備３０での着火試行前には疑似火炎検出部１２からの疑似火炎検出結果Ｐを監視し、疑似火炎検出結果Ｐが予め設定されている第１の監視時間Ｔ１にわたり継続して疑似火炎ありを示した場合、燃焼設備３０での着火試行を取りやめる機能と、着火試行前に疑似火炎検出結果Ｐが予め設定されている第２の監視時間にわたり継続して疑似火炎なしを示した場合、燃焼設備３０での着火試行を開始する機能とを有している。
なお、疑似火炎検出結果Ｐが疑似火炎ありを示した場合の動作については、燃焼設備３０を一定時間継続してロックアウトすることにより、燃焼設備３０動作を完全に停止してもよい。また、疑似火炎検出結果Ｐが疑似火炎ありを示した場合には、直ちにロックアウトしてもよく、一定期間待機するがロックアウトしないようにしてもよい。
［本実施の形態の動作］
次に、図４を参照して、本実施の形態にかかる燃焼制御装置１０の動作について説明する。図４は、着火試行可否判定処理を示すフローチャートである。
燃焼制御部１３は、燃焼設備３０での着火試行を開始する前に、図４の着火試行可否判定処理を実行する。
まず、燃焼制御部１３は、疑似火炎検出部１２から疑似火炎検出結果Ｐを取得する（ステップ１００）。ここで、火炎センサ２０のセンサ出力Ｓが疑似火炎しきい値Ｈ４以下であり、疑似火炎検出結果Ｐが疑似火炎なしＰｏｆｆを示す場合（ステップ１０１：ＮＯ）、燃焼制御部１３は、燃焼設備３０での着火試行を開始し（ステップ１０２）、一連の着火試行可否判定処理を終了する。これ以降、燃焼制御部１３は、燃焼火炎検出部１１からの燃焼火炎検出結果Ｂに基づいた燃焼設備３０の燃焼制御を開始する。
一方、火炎センサ２０のセンサ出力Ｓが疑似火炎しきい値Ｈ３以上であり、疑似火炎検出結果Ｐが疑似火炎ありＰｏｎを示す場合（ステップ１０１：ＹＥＳ）、燃焼制御部１３は、これ以降、疑似火炎検出結果Ｐの監視を開始する（ステップ１０３）。
ここで、火炎センサ２０のセンサ出力Ｓが疑似火炎しきい値Ｈ３以上を維持し、第１の監視時間にわたり継続して疑似火炎検出結果Ｐが疑似火炎ありＰｏｎを示した場合（ステップ１０４：ＹＥＳ）、火炎センサ２０で外乱光が定常的に検出されており、燃焼火炎を正確に検出できない可能性があるため、燃焼制御部１３は、燃焼設備３０での着火試行を取りやめて（ステップ１０５）、一連の着火試行可否判定処理を終了する。この際、着火試行の取りやめの具体例として、燃焼設備３０の動作停止、すなわちロックアウトを行ってもよい。これにより、高い安全性を得ることができる。
また、第１の監視時間にわたり継続して疑似火炎検出結果Ｐが疑似火炎ありＰｏｎを示さず（ステップ１０４：ＮＯ）、第２の監視時間にわたり継続して疑似火炎検出結果Ｐが疑似火炎なしＰｏｆｆを示した場合（ステップ１０６：ＹＥＳ）、火炎センサ２０で外乱光が検出されなくなって、燃焼火炎を正確に検出できるようになったため、燃焼制御部１３は、ステップ１０２へ移行して燃焼設備３０での着火試行を開始する。
また、疑似火炎ありＰｏｎが第１の監視時間にわたり継続せず、疑似火炎なしＰｏｆｆが第２の監視時間にわたり継続しなかった場合（ステップ１０６：ＮＯ）、燃焼制御部１３は、ステップ１０３に戻って、疑似火炎検出結果Ｐの監視を継続する。
なお、第１の監視時間と第２の監視時間については、それぞれの制御対象となる燃焼設備３０に応じて予め設定すればよく、これら双方に同じ時間を設定してもよい。
［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、疑似火炎検出部１２が、火炎センサ２０のセンサ出力Ｓが疑似火炎しきい値Ｈ３以上となった場合に外乱光による疑似火炎ありＰｏｎを検出し、センサ出力Ｓが疑似火炎しきい値Ｈ４以下となった場合に疑似火炎なしＰｏｆｆを検出し、燃焼制御部１３が、燃焼設備３０での着火試行前には疑似火炎検出部１２からの疑似火炎検出結果Ｐを監視し、疑似火炎検出結果Ｐが第１の監視時間にわたり継続して疑似火炎ありを示した場合、燃焼設備３０での着火試行を取りやめるようにしたものである。
これにより、着火試行前であってバーナーでの燃焼が開始されていないにも関わらず、疑似火炎検出部１２からの疑似火炎検出結果Ｐが第１の監視時間にわたり継続した場合には、このような外乱光が定常的に検出されており、バーナーでの燃焼を開始したとしても燃焼火炎を正確に検出できない可能性があるため、燃焼設備３０での着火試行が取りやめられることになる。したがって、外乱光に対して安全に燃焼設備３０を制御することが可能となる。また、燃焼制御装置１０側で外乱光による疑似火炎の有無を検出するようにしたので、火炎センサ２０へ外乱光が入らないようにバーナー構造を変える必要はない。これにより、既存バーナーの交換など、既存の燃焼設備３０に対する変更が不要となるため、対策コストの大幅な増大を抑制することが可能となる。
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
１０…燃焼制御装置、１１…燃焼火炎検出部、１２…疑似火炎検出部、１３…燃焼制御部、２０…火炎センサ、３０…燃焼設備、Ｓ…センサ出力、Ｈ１…第１の燃焼火炎しきい値、Ｈ２…第２の燃焼火炎しきい値、Ｈ３…第１の疑似火炎しきい値、Ｈ４…第２の疑似火炎しきい値、Ｂ…燃焼火炎検出結果、Ｐ…疑似火炎検出結果、Ｃ…制御信号。

Claims (5)

  1. 火炎センサのセンサ出力から検出した燃焼設備内での燃焼火炎の有無に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御装置であって、
    前記燃焼設備での燃焼中に前記火炎センサから得られたセンサ出力と予め設定されている燃焼火炎しきい値とに基づいて、前記燃焼設備内での燃焼火炎の有無を検出する燃焼火炎検出部と、
    前記センサ出力と、予め設定されている、前記燃焼火炎しきい値より低い疑似火炎しきい値とに基づいて、疑似火炎の有無を検出する疑似火炎検出部と、
    前記燃焼火炎検出部で得られた燃焼火炎検出結果に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御部とを備え、
    前記燃焼制御部は、
    前記燃焼設備での着火試行前に、前記疑似火炎検出部の前記疑似火炎の有無の検出結果を監視し、前記疑似火炎の有無の検出結果が第１の監視時間にわたり継続して疑似火炎ありを示した場合、前記燃焼設備での着火試行を取りやめる
    ことを特徴とする燃焼制御装置。
  2. 請求項１に記載の燃焼制御装置において、
    前記燃焼火炎しきい値は、第１の燃焼火炎しきい値とこの第１の燃焼火炎しきい値よりも低い第２の燃焼火炎しきい値とからなり、
    前記燃焼火炎検出部は、前記火炎センサのセンサ出力が前記第１の燃焼火炎しきい値以上となった場合に燃焼設備内での燃焼火炎ありを検出し、前記センサ出力が前記第２の燃焼火炎しきい値以下となった場合に燃焼火炎なしを検出する
    ことを特徴とする燃焼制御装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の燃焼制御装置において、
    前記疑似火炎しきい値は、第１の疑似火炎しきい値とこの第１の疑似火炎しきい値よりも低い第２の疑似火炎しきい値とからなり、
    前記疑似火炎検出部は、前記火炎センサのセンサ出力が前記第１の疑似火炎しきい値以上となった場合に外乱光による疑似火炎ありを検出し、前記センサ出力が前記第２の疑似火炎しきい値以下となった場合に疑似火炎なしを検出する
    ことを特徴とする燃焼制御装置。
  4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の燃焼制御装置において、
    前記燃焼制御部は、前記着火試行前に、前記疑似火炎検出結果が第２の監視時間にわたり継続して疑似火炎なしを示した場合、前記燃焼設備での着火試行を開始することを特徴とする燃焼制御装置。
  5. 火炎センサのセンサ出力から検出した燃焼設備内での燃焼火炎の有無に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御方法であって、
    燃焼火炎検出部が、前記燃焼設備での燃焼中に前記火炎センサから得られたセンサ出力と予め設定されている燃焼火炎しきい値とに基づいて、前記燃焼設備内での燃焼火炎の有無を検出する燃焼火炎検出ステップと、
    疑似火炎検出部が、前記センサ出力と、予め設定されている、前記燃焼火炎しきい値より低い疑似火炎しきい値とに基づいて、疑似火炎の有無を検出する疑似火炎検出ステップと、
    燃焼制御部が、前記燃焼火炎検出ステップで得られた燃焼火炎検出結果に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御ステップとを備え、
    前記燃焼制御ステップは、前記燃焼設備での着火試行前に、前記疑似火炎検出ステップの前記疑似火炎の有無の検出結果を監視し、前記疑似火炎の有無の検出結果が第１の監視時間にわたり継続して疑似火炎ありを示した場合、前記燃焼設備での着火試行を取りやめる
    ことを特徴とする燃焼制御方法。
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