JPH03170717A - バーナの燃焼制御装置 - 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、ボイラ等の燃焼設備に使用するバーナの燃焼
制御装置に関するものである。

｛従来の技術｝ 液体または気体の燃料を燃焼させるバーナにおいては，
燃焼中モの燃焼状態を最適に維持することが望ましい．
このための従来技術としては，バーナの火炎が発生する
光強度信号をフォトトランジスタ、フォトダイオードあ
るいは太陽電池等の半導体を使用して電気信号として捉
え、あるいは光センサに代えて火炎中に挿入した電極棒
を用いてイオン電流として捉え、これらの出力電流から
火炎中の振動波形の周波数解析の結果得たパワースペク
トルの積分値を利用して、燃焼制御を行なうものがある
．そしてこのうちの光センサを用いる方法と装置とが、
すでに提案されている（特願昭６３−３０６３１０号公
報等参照）．以上従来技術として述べたうちの前者のも
の，すなわち火炎から発生する光を電気信号として捉え
，これを電気回路によって処理する方法では、火炎が発
生する光信号をフォトトランジスタ、フォトダイオード
等の半導体による光センサで捉えることになるが、この
先センサを設ける位置としては、従来特別の定めがなく
，単に火炎が監視できるところであればよいと認識され
ていた．《発明が解決しようとする課題》 しかしながら実際にバーナを燃焼きせて炉の温度管理を
行なって見ると、光センサの設置位置はきわめて重要な
要素であり２その位置如何によっては，光センサの出力
側に接続する電気回路の精度をどのように上げても、十
分な制御特性が得られないことがあることが本出願の発
明者によって判明した． 本発明はこの点に鑑みて成されたものであり，光センサ
の設置位置を一定範囲内に設定することによって、光セ
ンサの持てる機能を十二分に発揮させ，これに接続され
る電気回銘の簡略化が図れ，調整も簡単になる，バーナ
の燃焼制御装置を提供することを目的とする． （課題を解決するための手段） 本発明は、上記課題を解決するための手段として，バー
ナｌの発する火炎２を光センサ３により電気信号として
捉え，該光センサ３の捉えた信号を電気的に処理して、
前記バーナｌに供給する燃料と空気の量の制御をするバ
ーナ燃焼装置において、前記光センサ３の設置位置を，
その受光範囲内に少なくとも前記火炎２中の拡敗炎域Ｂ
の一部が入る位置に設定した構成としたものである。

（作用） 上記のように構成すれば，光センサ３の受光効率が著し
く向上する上に，その出力特性も安定することになるの
で，この先センサ３の後段に接続される電気回路の簡略
化も図れることになる．（実施例） 次に、本発明の一実施例を図について説明する．第ｌ図
ならびに第２図においてｌはバーナであり、２はこのバ
ーナｌが発生する火炎である。

火炎２は，その位置において混合域Ａと拡散炎域Ｂとに
大別することができ、さらに詳細には，第２図に示すよ
うに、安定化域Ｃ、高ＡＵａ環ガス領域Ｄ、未着火油膜
存在限界Ｅのように分解することができる．バーナ１の
火炎２を光センサで捉えるには、光センサ３の設置位置
を、その受光範囲内に少なくとも前記火炎２中の拡敗炎
域Ｂの一部が入る位置に設定することになる．この場合
において光センサ３の設置位置は，第１図に示すように
複数位置が考えられるが，拡散炎域Ｂが完全に範囲中に
入るａの位置がもつとも良く、次いでｂの位置、もつと
も適当でないのが（ｉｌｌ定不能というわけではない）
Ｃの位置ということになる．第３図に示す回路は，本出
願人が先に出願したもの（特願平１−１２３８９２号）
に改良を加えた回路である．この回路において符号４で
示すものは金属製品等を加熱処理するための炉である．
この炉４には前述のバーナｌが取付けられており、火炎
２を発生するようになっている．光センサ３はフォトト
ランジスタあるいはフォトダイオードで構成されており
、炉４の先の部分に、火炎２との関係が第１図における
ａ，ｂのほぼ中間位置に設匿されている．バーナｌには
燃料供給管５および燃焼用空気供給管６が接続されてい
る．そして燃料供給管５には、バーナｌの上流に、燃料
ポンプ７、燃料流咀計８、遮断弁９ならびに調節弁同が
直列に接続されている．燃料ボンブ７、遮断弁９ならび
に調節弁１０は、後述するマスクコントローラＩＩの出
力信号によって作動するものであることから、それぞれ
マスクコントローラ目に接続されている．また燃料流量
計８は、後述の電圧発生器２ｌと、エアー流量調節計２
３に接続されている。

燃焼用空気供給管６の基端には送風ファン１２が取付け
られており、マスクコントローラ１１から指令を受けて
作動し，燃焼用空気供給管６に燃焼用の空気を送るよう
になっている．また燃焼用空気供給管６の途中部分には
ダンババルブｌ３が設けられており、モジュトロールモ
ータｌ４によって開閉制御されるようになっている．炉
４の側壁中間部位には温度センサｌ８が取付けられてお
り，火炎２による炉４内の温度を検出し、電気信号とし
てマスクコントローラＨに送るようになっている。

光センサ３には、この先センサ３の出力電圧を所定レベ
ルに増幅する増幅器ｌ６が接続され、この増幅器！６の
出力側には増幅器１Ｇの出力電圧を直流電圧にする整流
器ｌ７が接続されている。そして整流器ｌ７の出力側に
は、この直流電圧から積分値を取出すための積分回路ｌ
８が接続されている．積分回路１８の出力制には，積分
回路ｌ８の出力電圧を基準電圧発生器ｌ９の発生電圧と
比較演算する演算器２ロが接続され，この演算器２ロの
出力側には、この出力電圧を電圧発生器２ｌの出力電圧
と比較する比較器２２が接続されており、またエアー流
量調節計２３にも接続されている．比較器２２の出力側
はマスクコントローラ１１に接続されている．電圧発生
器２ｌとエア流量調節計２３には、前述の燃料流量計８
からの信号が与えられる。

このように構成された・この装置において、バーナｌが
作動して火炎２が発生すると、その火炎２の状態が光信
号として光センサ３に捉えられる．この信号は増幅器ｌ
６により処理可能なレベルまで増幅され、図示しないカ
ップリングコンデンサによって交流電流に変換される。

そして整流器１７を介して積分器ｌ８に加えられる．こ
の積分１７９１８は積分できるだけのレベルの信号に対
して積分値を出力し，この積分値は演算器２０によって
，基準電圧発生器２２の発生電圧Ａと積分器ｌ８からの
出力電圧Ｂとの比較演算［除Ｗ　（Ａ／Ｂ）］が行なわ
れる。

演算器２０はこの演算結果を比較器２２に入力し、比較
器２２はこの値を電圧発生器２ｌの出力電圧と比較する
．そして、この比較結果はマスクコントローラ１１に加
えられる．マスクコントローラ１１は、この信号と温度
センサｌ５からの信号を取込んで判断し，必要に応じて
燃料ボンプ７、遮断弁９、調節弁ＩＯならびに送風ファ
ンｌ２に指令を送り、これらを作動させる．これらの作
動によってバーナｌにはその時点の最適な量の燃料と空
気とが加えられ、燃焼を！Ｓ続する．この場合において
燃料供給管５内を流れる燃料は燃料流量計８を回転させ
、その流量に応じた電気信号を電圧発生器２ｌとエアー
流量調節計２３に入力する．電圧発生器２ｌはその信号
による出力信号を比較器２２に与え、エアー流量調節計
２３は、この信号値を勘案した出力信号をモジュトロー
ルモータｌ４に与えてダンパバルブｌ３の開度調節を行
なう． 以上のように作動するとき、光センサ３の取付位置が問
題となる．すなわち，燃焼状態によって変化する光パワ
ー信号は、拡散炎域Ｂ（燃料と空気の混合状態に大きく
支配される領域）においてもっとも大きく変化するから
である．このため、この変化に対して影響の受けにくい
第ｌ図ａの位置がもっとも優れることになる．従来のガ
ンタイブバーナ等においては、バーナ本体部に取付けら
れたＣＤＳセンサ等で火炎の有無を検出していたが、バ
ーナの吹出部はノズルから噴出された直後の燃料と、そ
の周囲より供給される空気が激しく混合するため、空燃
比が変化してもその光パワー信号は殆ど変化しない．し
たがってＣＤＳセンサ等の設置位置については，それほ
ど厳密な要求は成されなかったが，本発明においては，
光センサ３の設置位置が問題となる． 第４図は第１図における積分器ｌ８の出力特性を示すも
のである．すなわち，空気壁を有する燃焼実験炉におい
て２流体噴射バーナで八重油を６０，５０．　４０ｎ／
Ｈで燃焼させたときの、それぞれの燃料量時の０２と積
分器ｌ８の出力特性を示したものである．上記各油量に
おいてある一定の発煙量（バカラックスモークテスタで
スモークＮ０２）時の燃焼状態では、その光パワー信号
積分値は約０．７ｖでほぼ一定となる．すなわち空燃比
フィードバック制御では通常発煙限界点での空燃比制御
を行なうが、本発明によるフィードバック制御を行なっ
た場合には、燃料量にかかわらず演算器２０の出力を一
定値に維持するような制御を行なうようにすればよい． このため，この演算器２０の出力が一定値になるよう，
エアー流量調節計２３でモジュトロールモータｌ４によ
りダンババルブｌ３の開度制御を行なうことになる．炉
４の特性によっては，燃料量に対する演算器２０の出力
値の設定テーブルが必要となる場合もあるため，そのと
きは燃料流量計８からの信号がエアー流量調節計２３に
人力され、あらかじめ流量に対応して設定された設定値
となるように，エアー流量が調節される．一方、比較器
２２では演算器２０から人力された信号と、電圧発生器
２ｌから出力される基準電圧とが比較され、演算器２０
の出力信号が基準電圧以下となれば，マスターコントロ
ーラ１１に出力し，遮断弁９、燃料ポンブ７、送風ファ
ンｌ２を停止させる． この場合において、基準電圧を第５図、第６図に示す発
煙限界点よりやや小さい値に設定することにより、演算
器２０の信号がこの設定値より小さいものとなる．これ
により、不完全燃焼あるいは失火状態を検出することが
できることになる。前述したと同様に、燃料流置によっ
て基Ｊｌｆ！電圧の設定テーブルが必要となったときに
は、燃料流１計８の信号を電圧発生器２ｌに入力し、流
社に対応した基準電圧を発生して、比較器２２に出力す
ることになる， 以上説明した回路は、その前提となる回路（特願平１−
１２３８９２号に係る回路）に対し、増幅器の増幅率お
よび演算器の基準電圧を調整するのみで使用できること
、回路が簡略化できること、演算器の出力特性を基準電
圧を設定することにより、任意に、かつ容易に変え得る
こと等の特長がある．｛発明の効果｝ 本発明は、バーナの発する火炎を光センサにより電気信
号として捉え、この先センサの促えた信号を電気的に処
理して，前記パーナに供給する燃料と空気の量のｉｌｉ
ｌ１　１８をするバーナ燃焼装置において、前記光セン
サの設置位置を、その受光範囲内に少なくとも前記火炎
中の拡敗炎域Ｂの一部が入る位置に設定したものである
から、光センサの受光効率が著しく向上する上に，その
出力特性も安定することになるので、この先センサの後
段に接続される電気回路の簡略化も図れることになる。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明における火炎と光センサとの位置関係を
示す火炎の側面図，第２図は火炎の生成状態を示す側面
図，第３図は燃焼装置の一例を示す回路図、第４図は第
３図中の積分器の出力とｔＪｉガス量との関係を示すグ
ラフ、第５図は基準電圧と琲ガス量との関係を示すグラ
フ、第６図は第３図中の演算器の出力と排ガス徹との関
係を示すグラフである． １　−・・バーナ ２・・・火炎 ３・・・光センサ ４・・・炉 Ａ・・・混合域 Ｂ・・・拡散炎域 特 許

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）バーナの発する火炎を光センサにより電気信号と
   して捉え、該光センサの捉えた信号を電気的に処理して
   、前記バーナに供給する燃料と空気の量の制御をするバ
   ーナ燃焼装置において、前記光センサの設置位置を、そ
   の受光範囲内に少なくとも前記火炎中の拡散炎域の一部
   が入る位置に設定したことを特徴とするバーナの燃焼制
   御装置。