JPH01167523A - 燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、各種工業炉等における燃焼装置に適用される
燃焼制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、燃焼制御装置の一例としてＧｅフォトダイオード
または８１フオトダイオードのいずれかを受光素子とし
て炉内に配設し、その検出信号に基づいて周波数解析手
段でパワースペクトラムを得て、このパワースペクトラ
ムで算定されるパワースペクトラム比に従ってバーナへ
の空気供給量を調節するようにしたものが知られている
。

ナオ、この場合、パワースペクトラム比は次のように算
定している。

例えば、スワラ−タイプの保炎器を使用した燃焼器でＡ
重油６０１／ｈ燃焼し、排ガス０２％を１．２，３．４
％と変化させた時、（ト）フォトダイオードまたはＳｉ
フォトダイオードの受光素子で得られる光パワー振動信
号に基づいて周波数解析手段は第４図に示すようなパワ
ースペクトラムを得る。このパワースペクトラムは排ガ
ス０２チが増加すると、特定の周波数（第４図の例では
１ｓＨｚ）　　以上の帯域については大きな値になる。

そして、この特徴を数値表現するために、全周波数帯に
ついての積分値をＡ、特定周波数以上の帯域についての
積分値をＢとしてそれぞれを算定し、両者の比Ｂ／Ａを
とって（第５図参照）、パワースペクトラム比Ｃを算定
している。

このパワースペクトラム比ＣはＧｅフォトダイオードま
たはＳｉフォトダイオードではそれぞれ第６図に示すよ
うなデータになる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上述した従来の燃焼制御装置では排ガス０
２％によっては精度が低下し、適正な制御を行なえなく
なる場合があるという問題点があった。

すなわち、受光素子としてＳｉフォトダイオードを用い
た場合、パワースペクトラム比は第６図に示すようにな
り、排ガス０２％が一般的使用範囲である１〜２％では
変化率は充分大きく、この範囲での使用は有効ではある
ものの２％以上では変化率が小さくなり、この範囲での
使用は精度が低下し使用に耐えられなかった。また、受
光素子としてＧｅフォトダイオードを用いた場合、パワ
ースペクトラム比は同図に示すように排ガス０２％の全
領域にわたって直線状に変化し、２％以上の排ガス０２
チの領域ではＳｉフォトダイオードにくらべ変化率が大
きくこの範囲での利用は期待できたものの２％以下の範
囲についてはＳｉフォトダイオードにくらべて小さい変
化率であシ、この範囲での使用は余り高い精度を期待で
きなかった。

なお、燃焼制御の一例として特開昭６２−１０５０９号
公報には蒸気圧を検出して燃料や空気の供給量を調節す
る装置が示されているが、この装置では蒸気圧を検出対
象にしており、上述した従来例の問題点を解決しえるも
のではなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、排ガス０
２％の広範囲にわたって精度高く燃焼を制御できる燃焼
制御装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するための手段を、第１図および第３図
を参照して説明すると、本発明は、炉１内に配設されて
検出信号１３ａ、１３ｂ　　をそれぞれ出力するＧｅフ
ォトダイオード１２ａおよびＳｉ７オ）ダイオード１２
ｂからなる受光センサ１２と、信号切換え装置１６を介
して選択的に取込まれる検出信号１３ａ、１３ｂのパワ
ースペクトラムラ得る周波数解析器１７と、Ｇｅフォト
ダイオード、Ｓｉフォトダイオードそれぞれのパワース
ペクトラム比に基づいて設定した管理限界Ｇ、　、　Ｇ
２をあらかじめ格納しておき、かつ周波数解析器１７か
らパワースペクトラムを取込んでパワースペクトラム比
を算出しこれを該当する管理限界Ｇ１またはＧ２と比較
して比較結果に応じて検出信号を切替え、切替えた検出
信号に従って流量調節弁７を制御する調節器１８とを備
えたことを要旨とする。なお、流量調節弁５を制御する
ように設定してもよい。

（作　用） 本発明は、上記構成によって、Ｇｅフォトダイオード１
２ａまたはＳｉフォトダイオード１２ｂのいずれかの検
出結果を調節器１８が取込んで流量調節弁７を制御して
いる段階で、Ｇｅフォトダイオード１２ａに基づくパワ
ースペクトラム比が管理限界Ｇｌより小さくなったり、
あるいはＳｉフォトダイオード１２ｂに基づくパワース
ペクトラム比が管理限界Ｇ２より大きくなったりすると
、信号切換え装置１６を制御して検出信号を他方の受光
センサ１２から取込んで当該範囲で大きな変化率を有す
る受光センサのパワースペクトラム比を利用して流量調
節弁７を調節するので、広範囲にわたる排ガス０２％に
ついて精度の高い燃焼制御を行える。

（実施例） 以下、本発明の一実施例の燃焼制御装置について、添付
図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施し１１の燃焼制御装置を示すブ
ロック図である。

第１図において、炉１に配設されたバーナ２には燃料用
配管３および空気用配管４が接続されている。

燃料用配管３の途中には流量調節弁５および流量計６が
配設されている。また、空気用配管４の途中には流量調
節弁７が配設されている。

なお、炉１内には温度計８が配設されており、この温度
計８に温度調節器９が接続されている。

温度調節器９は温度計８の検出データおよび流量計６の
検出データを取込んで制御信号を生成し、この制御信号
を流量調節弁５へ送出して流量調節弁５を制御して炉１
内の温度を一定に保つようにするとともに、この制御信
号を補正器１０へ出力するようになっている。補正器１
０はこの制御信号および後述の調節器１８の出力信号を
取込んで両信号に基づいて得られる調節信号を流量調節
弁７へ出力する。

また、炉１内にはＧｅフォトダイオードｊ２ａおよび８
ｉフオトダイオード１２ｂからなる受光センサ１２が配
設されている。Ｇｅフォトダイオード１２ａには変換器
１４ａ、増幅器１５ａを介して、またＳｉフォトダイオ
ード１２ｂには変換器１４ｂ、増幅器１５ｂを介してそ
れぞれ信号切換え装置１６が接続されてお、ｉ）、Ｇｅ
フォトダイオード１２ａで得られる検出信号１３ａおよ
びＳｉフォトダイオード１２ｂで得られる検出信号１３
ｂがそれぞれ信号ｇ、ｈとして信号切換え装置１６に取
込まれるようになっている。

信号切換え装置１６は後述の調節器１８に制御されて信
号ｇ、ｈについての切換えを行なっていずれかを選択し
て出力する。この選択信号の出力光には周波数解析器１
７が接続されている。

周波数解析器１７は信号ｇ、ｈを取込んで周波数解析を
行ないパワースペクトラムを算定してこれを光パワース
ペクトラム比調節器（以下、調節器という）１８へ出力
する。

調節器１８は、Ｇｅフォトセンサ１２ａおよびＳｉフォ
トダイオード１２ｂそれぞれが第６図に示すような特性
を有することに基づいて、Ｇｅフォトダイオード１２ａ
の検出時における目標値として第３図に示すように最適
パワースペクトラム比Ｄｌを、また、最適パワースペク
トラム比Ｄ！より若干大きい値の管理限界Ｇｌを格納す
る一方、Ｓｉフォトダイオード１２ｂの検出時における
目標値として最適パワースペクトラム比Ｄ２を、また、
最適パワースペクトラム比へよシ若干大きい値の管理限
界Ｇ２を格納している。また、調節器１８は、あらかじ
め不図示の記憶手段に格納された制御プログラムを実行
し、周波数解析器１７からのパワースペクトラムに基づ
いて第５図に示すようにパワースペクトラム比Ｃを算定
する一方、あらかじめ設定された条件で現在取込んでい
るパワースペクトラムがＧｅフォトダイオード１２ａま
たはＳｉフォトダイオード１２ｂのいずれに基づいて得
られたものかを判定し、判定結果に応じて次のような処
理を行なう。

すなわち、Ｇｅフォトダイオード１２ａと判定した場合
、最適パワースペクトラム比り、と現状パワースペクト
ラム比Ｃとの偏差Ｅ１を求め、この偏差Ｅ、に基づいて
エア流量補正係数Ｆｌを算出してこれを補正器１０に出
力し、補正器１０を介して流量調節弁７を調節してバー
ナ２による燃焼を制御する一方、現状パワースペクトラ
ム比Ｃが管理限界Ｇ１よシ小さくなったら切換信号を信
号切換え装置１６に出力して制御し、周波数解析器１７
への出力信号を信号すに切替えさせ、変化率の大きいパ
ワースペクトラム比を得られ、精度の高い制御を行なえ
るようにする。また、Ｓｉフォトダイオード１２ｂと判
定した場合、最適パワースペクトラム比Ｄ２と現状パワ
ースペクトラム比Ｃとの偏差Ｅ２を求め、この偏差Ｅ２
に基づいてエア流量補正係数Ｆ２を算出してこれを補正
器１゜に出力し、補正器１０を介して流量調節弁７を調
節してバーナ２による燃焼を制御する一方、現状パワー
スペクトラム比Ｃが管理限界Ｇ２より大きくなったら切
換信号を信号切換え装置１６に出力して制御し、周波数
解析器１７への出方信号を信号ｇに切替えさせ、変化率
の大きいパワースペクトラム比を得て精度の高い制御を
行なうようにする。

以上のように構成された燃焼制御装置の動作について、
第２図のフローチャートを参照して以下説明する。

まず、周波数解析器１７で求めたパワースペクトラムを
調節器１８が入力すると（ステップ（以下ＳＴという）
３１）、調節器１８はパワースペクトラムの全周波数帯
の積分値Ａを算出する（　８Ｔ５２）一方、特定周波数
帯の積分値Ｂを算出する（ＳＴ３３）。さらに、パワー
スペクトラム比Ｃ：　Ｂ／Ａを算出する（Ｓ’Ｉ’３４
）。

次に、現在使用している受光素子１２がＧｅフォトダイ
オード１２ａであるか否かを判定する（ＳＴ３５）。

５Ｔ３５で”ＹＥＳ’　　と判定すると、最適パワース
ペクトラム比Ｄ１と現状パワースペクトラム比Ｃとの偏
差Ｅ！を算出しく　５Ｔ３６人偏差Ｅ、に従ってエア流
量補正係数Ｆ、を算出して（８Ｔ３７　）これに基づい
て流量調節弁７を制御し第３図に示すようにＧｅフォト
ダイオード１２ａが有する変化率に従って燃焼制御を行
なわせる一方、現状パワースペクトラム比Ｃが管理限界
０１以下になったらこの旨を示す制御信号を信号切換え
装置１６に出力し、周波数解析器１７への出力信号を信
号１】に切換えさせ（ＳＴ３８）、変化率の大きいパワ
ースペクトラム比を得て精度の高い制御を行う。

８Ｔ５５で”ＮＯ”と判定すると、最適パワースペクト
ラム比Ｄ２と現状パワースペクトラム比Ｃとの偏差Ｅ２
を算出しく８Ｔ３９）、偏差Ｅ２に従ってエア流量補正
係数Ｆ２を算出して（ｓ’ｒ４−ｏ）これに基づいて流
量調節弁７を制御し、第３図に示すようにＳｉフォトダ
イオード１２ｂが有する変化率に従って燃料制御を行な
わせる一方、現状パワースペクトラム比Ｃが管理限界０
２以上になったらこの旨を示す制御信号を信号切換え装
置１６に出力し、周波数解析器１７への出力信号を信号
ｇに切換えさせ（ＳＴ４１）、変化率の大きいパワース
ペクトラム比を得て精度の高い制御を行う。

なお、本実施例では最適パワースペクトラム比Ｄ１．Ｄ
ｚを設けた場合を例にしたが、Ｇｅフォトダイオード１
２ａで得られるデータに例えば第５図に示すように定数
Ｋを加えて最適パワースペクトラム比Ｄ２のみを用いる
ようにしてもよい。

また、本実施例では流量調節弁７を制御して空気量を調
節する場合を例にしたが、流量調節弁５を制御して燃料
の供給量を調節したりあるいは流量調節弁５および７を
制御したりするように設定してもよい。

また、信号切換え装置１６と周波数解析器１７との接続
関係は本実施例に限定されるものではなく信号ｇｔｈの
両信号を周波数解析器１７が取込み、この周波数解析器
１７の後段に信号切換え装置１６を接続するようにして
もよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は、軛フォトダイオードま
たはＳｉフォトダイオードの検出信号を取込んで、その
パワースペクトラム比があらかじめ設定した管理限界を
越えた時、大きい変化率を示す方の検出信号を選択し、
選択した検出信号に基づいて空気または燃料の供給量を
調節するので、排ガス０２％の広範囲にわたって精度高
く燃焼制御を行なえるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の燃焼制御装置を示すブロッ
ク図、第２図は同装置の動作例を示すフローチャート、
第３図は同装置の調節器の機能を示す説明図、第４図は
パワースペクトラムの算出例を示す特性図、第５図はパ
ワースペクトラム比の算出例を示す特性図、第６図はＧ
ｅフォトダイオード、Ｓｉフォトダイオードそれぞれの
パワースペクトラム比を示す特性図である。 １・・炉、　　２・バーナ、５，６・流量調節弁、１２
ａ・・・Ｇｅフォトセンサ、　１２ｂ・・　Ｓ１フオト
ダイオード、１６・・・信号切換え装置、１７・・・周
波数解析器、１８・・・調節器。 特許出願人　　トヨタ自動車株式会社 第１図 第２図 第３図 堆力゛°ス０２　（’／（１） 第４図 周３１１数（Ｈｚ） 第５図 ハ１ワース公りトラム比 奮川；反敏帝才１分１Ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 火炎が発生する光パワーの振動信号を周波数解析手段に
   よってパワースペクトラムを得、このパワースペクトラ
   ムを利用して燃焼状態を制御する燃焼制御装置において
   、燃焼炉内に配設されたＧｅフォトダイダード、Ｓｉフ
   ォトダイオードと、周波数解析手段で得られるパワース
   ペクトラムに基づくパワースペクトラム比をあらかじめ
   設定したパワースペクトラム比と比較し、この比較結果
   に応じてＧｅフォトダイオードまたはＳｉフォトダイオ
   ードの検出信号を切替えて切替えた検出信号に従ってバ
   ーナへの空気または燃料の供給量を制御する手段とを備
   えたことを特徴とする燃焼制御装置。