JP7154934B2 - 未燃ガス検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスボイラ等のガス燃焼装置において、燃焼室内や煙道内などの未燃ガスを検出する未燃ガス検出装置に関するものである。

従来、例えばバーナに燃焼用空気を供給する送風機を備えたガス給湯器において、点火時に爆発着火を防ぐために、燃焼開始前に送風機のみを作動させてプレパージを行うものが知られている。（例えば、特許文献１参照。）。

特開平４－５５６１７号公報

しかしながら、上記のようなプレパージは、例えば燃焼室および煙道の容量の５倍以上の空気を送り込むことなどが必要とされる。そのようなプレパージを行うと、そのために送風機を運転する電力の消費や点火までの時間を要するうえ、燃焼を一旦停止した後に再開する場合には燃焼室などに余熱が残っていても冷却されてしまうため、再度温度を上昇させるための燃焼が必要となり、効率の低下を招くことになる。

本発明は、上記の点に鑑み、プレパージを行わなくても、未燃ガスの爆発着火等を防止できるようにすることを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明は、
未燃ガス検出装置であって、
ガス燃焼装置における未燃ガス存在可能領域の壁面に設けられた検出光透過窓と、
上記検出光透過窓、および上記未燃ガス存在可能領域内を透過する検出光に基づいて、上記未燃ガス存在可能領域内の未燃ガスを検出する検出部と、
を有することを特徴とする。

これにより、火炎の失火などによって未燃ガス存在可能領域内に未燃ガスが存在する場合に、その検知を検知部によって容易にできるとともに、上記のような検知部を未燃ガス存在可能領域から離れた、熱的影響や振動の影響等を受けにくい位置に設けることが容易にできる。

本発明によれば、プレパージを行わなくても、未燃ガスの爆発着火等を防止可能にすることができる。

実施形態１のガスボイラの概略構成を示す模式図である。 検出部の配置例を示す模式図である。 実施形態２の熱処理炉の概略構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
実施形態１として、未燃ガス検出装置が、ガス燃焼装置であるガスボイラに適用される例を説明する。

ガスボイラ１００は、図１に示すように、燃焼室１０１内に送風機１０２からの空気と、ガス供給管１０４からの燃料ガスとが供給され、ノズル１０３から噴出する燃料ガスの燃焼によって、図示しない流水配管内の水を加熱するようになっている。上記ガス供給管１０４には、安全性を高めるために２つのバルブ１０５が設けられている。また、燃焼室１０１内での燃焼によって発生した排気ガスは、煙道１０６を介して排出されるようになっている。

上記ガスボイラ１００には、例えば３カ所での未燃焼ガスの検出が行われるようになっている。具体的には、例えばガス供給管１０４におけるバルブ１０５の下流側、燃焼室１０１の炉壁、および煙道１０６（未燃ガス存在可能領域）に、それぞれ、耐熱ガラスから成る検出光透過窓１２２（未燃ガス検出装置の一部）が設けられている。また、上記検出光透過窓１２２から所定以上の距離だけ離れた位置に、検出光透過窓１２２の内部側に存在する未燃ガスを検出する検出部１２１（未燃ガス検出装置の一部）が設けられている。より詳しくは、検出部１２１は、例えば図２に示すように、煙道１０６等の熱的影響範囲１３１よりも離れた位置に配置されている。また、熱的影響範囲１３１に限らず、燃焼によって振動が生じる場合には、その振動による影響が生じないか、または十分に小さい位置に検出部１２１が配置されるようにしてもよい。さらに、防爆エリア外に配置される場合には、検出部１２１を防爆仕様にしなくてもよいので、製造コストの低減等を図ることもできる。もっとも、検出部１２１を防爆仕様にしたり耐圧防爆装置内に設置したりして、防爆エリア内に配置可能にしてもよい。

上記検出部１２１は、具体的には、例えばメタンガスによって強く吸収される波長が１．６μｍの赤外線レーザ光を所定の周波数で変調して、検出光透過窓１２２を介して照射し、検出光透過窓１２２の内部側で反射して検出光透過窓１２２から出射する検出光の強度を検出することにより、メタンガスの有無（濃度）を検出するようになっている。ここで、検出光透過窓１２２の内部側には、特に検出光の反射板などを設けなくても、内部側で乱反射等した検出光が検出光透過窓１２２から出射して検出部１２１により受光できるようになっていればよい。また、例えば煙道１０６等の壁面における互いに対向する位置等に検出光透過窓１２２が設けられ、一方の検出光透過窓１２２から検出光を入射させて他方の検出光透過窓１２２から出射した検出光の強度を検出するようにしてもよい。すなわち、未燃ガスが存在する場合に、そこを検出光が通過して特定の波長の光に吸光が生じ得るようになっていればよい。

上記のような検出部１２１が設けられていることによって、ガスボイラ１００の運転開始前にバルブ１０５が閉じた状態で下流側に燃料ガスのリークが生じている場合や、ノズル１０３からの火炎が失火して燃焼室１０１内や煙道１０６に未燃ガスが存在する場合に、その検知を容易にできるので、運転の開始や継続を停止させたり、失火した火炎を再着火させたりすることが容易にできる。

（実施形態２）
実施形態２として、未燃ガス検出装置が、ガス燃焼装置である蓄熱式ラジアントチューブバーナを設置する熱処理炉に適用される例を説明する。

熱処理炉２００は、図３に示すように、炉壁２０１によって囲まれる炉内２０２に、耐熱鋼等から成るラジアントチューブ２１１が多数設けられている。ラジアントチューブ２１１の両端部には、ガス供給管２１３からバルブ２１４を介してノズル２１２に燃料ガスが供給されるとともに図示しない空気供給部から空気が供給され、ノズル２１２から噴出する燃料ガスを燃焼させバルブ２１６から個別煙道２１５を介して集合煙道２１７から排出させ、ラジアントチューブ２１１から発せられる輻射熱により、例えば炉内２０２に搬入された鋼板３０１の熱処理等を行うようになっている。より詳しくは、燃料ガスを供給する２つのバルブ２１４および排気ガスを排出する２つのバルブ２１６をそれぞれ交互に切り替えて、ラジアントチューブ２１１の両端部のノズル２１２から交互に噴出する燃焼ガスを燃焼させ、ラジアントチューブ２１１の両端部に設けられた図示しないセラミックボールなどの蓄熱体を交互に加熱し、ラジアントチューブ２１１から輻射熱を発生させるようになっている。

上記熱処理炉２００には、実施形態１と同様に、例えば各ラジアントチューブ２１１の個別煙道２１５（未燃ガス存在可能領域）ごとに検出光透過窓１２２が設けられ、上記検出光透過窓１２２から所定以上の距離だけ離れた位置に、検出光透過窓１２２の内部側に存在する未燃ガスを検出する検出部１２１が設けられている。また、集合煙道２１７（未燃ガス存在可能領域）にも、同様にノズル２１２および検出部１２１が設けられている。なお、各個別煙道２１５と集合煙道２１７との両方に検出光透過窓１２２および検出部１２１が設けられるのに限らず、何れか一方だけ設けられるようにしてもよい。

上記のような熱処理炉２００においても、実施形態１で説明したのと同様に、ノズル２１２からの火炎が失火して個別煙道２１５や集合煙道２１７に未燃ガスが存在する場合、特にバーナの温度が７６０℃以下でメタンガスが自然着火しないような場合などに、燃料ガスの供給を遮断して爆発着火を防止したりすることが容易にできる。しかも、オペレータが各ラジアントチューブ２１１ごとの燃焼状態を確認したりする必要もない。

（変形例）
上記のような検出部１２１は、入射する検出光の強度によって燃料ガスの濃度等を検出するとともに、上記検出光の強度の時間的変化などに応じて検出光透過窓１２２の曇り等の汚れなどを検出し、必要に応じて清掃を促すようにしたりしてもよい。また、上記のように検出光透過窓１２２を介する検出光の強度と、検出光透過窓１２２を介さずに燃焼室１０１の外壁面等で反射される検出光の強度との相違に基づいて、検出光透過窓１２２の汚れなどを検出するようにしてもよい。上記のような検出光透過窓１２２を介する検出光と、検出光透過窓１２２を介さない検出光とは、同一の光源から出射した光をスキャンするなどして光路を切り替えることにより得られるようにしてもよいし、別個の光源を用いて得られるようにしてもよい。

また、上記のような２種類の検出光の強度の差分を求めることによって、検出部１２１と検出光透過窓１２２との間に存在するガスの影響などをキャンセルすることもできる。

また、検出部１２１と検出光透過窓１２２との間の検出光の光路を遮光筒で覆って、外乱光の影響等を排除するようにしてもよい。

また、１つの検出部１２１で、検出光の出射方向を切り替える光路切替部を設けるなどして、複数の検出光透過窓１２２を介した検出をできるようにしてもよい。

また、上記のような未燃ガス検出装置は、ガスボイラ１００や熱処理炉２００に限らず、ガスエンジン等に適用することもできる。すなわち、エンジンにおいて着火ミスを起こした場合には未燃ガスが排気中に混入することがあるが、そのような場合に、同様に排気ガス中の未燃ガスを検出することによって、ラプチャーディスクを用いたりすることなく、爆発燃焼によるエンジンの破損を防止することなどもできる。

１００ ガスボイラ
１０１ 燃焼室
１０２ 送風機
１０３ ノズル
１０４ ガス供給管
１０５ バルブ
１０６ 煙道
１２１ 検出部
１２２ 検出光透過窓
１３１ 熱的影響範囲
２００ 熱処理炉
２０１ 炉壁
２０２ 炉内
２１１ ラジアントチューブ
２１２ ノズル
２１３ ガス供給管
２１４ バルブ
２１５ 個別煙道
２１６ バルブ
２１７ 集合煙道
３０１ 鋼板

Claims (5)

1. ガス燃焼装置における未燃ガス存在可能領域の壁面に設けられた検出光透過窓と、
   上記検出光透過窓、および上記未燃ガス存在可能領域内を透過する検出光に基づいて、上記未燃ガス存在可能領域内の未燃ガスを検出する検出部と、
   を有し、
   上記検出部が、防爆エリア外に設けられるとともに、
   上記検出光透過窓を介した検出光の強度に基づいて、上記検出光透過窓の汚れを検出することを特徴とする未燃ガス検出装置。
2. 請求項１の未燃ガス検出装置であって、
   上記未燃ガス存在可能領域内に入射する検出光が透過する検出光透過窓と、上記未燃ガス存在可能領域内から出射する検出光が透過する検出光透過窓とが同一であることを特徴とする未燃ガス検出装置。
3. 請求項１および請求項２のうち何れか１項の未燃ガス検出装置であって、
   上記検出部は、上記検出光透過窓を介する検出光の強度と、上記検出光透過窓を介さない検出光の強度との相違に基づいて、上記検出光透過窓の汚れを検出することを特徴とする未燃ガス検出装置。
4. 請求項３の未燃ガス検出装置であって、
   上記検出光透過窓を介する検出光と、上記検出光透過窓を介さない検出光とは、同一の光源から出射した光の光路が切り替えられて生成されることを特徴とする未燃ガス検出装置。
5. 請求項１から請求項４のうち何れか１項の未燃ガス検出装置であって、
   複数の上記検出光透過窓が設けられ、
   上記検出部は、上記複数の光検出光透過窓を介する検出光に基づいて、上記未燃ガス存在可能領域内の未燃ガスを検出することを特徴とする未燃ガス検出装置。

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