JPH03170718A - 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、
燃焼中その燃焼状態を最通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７ＩＬｍ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（一般的には電極棒であるが、電極板も考えられる）
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に問題があり、その位置が適当で
ないと良好な制御が行ない得ないことになる．すなわち
、光センサは、燃焼火炎の拡散燃焼部を捉える位置に取
付けなければならないことになるが、炉の構造にょうて
は、光センサをその位置に取付けられない場合があり、
このような場合には、火炎状態の良好な検出ができない
ことになる６ （発明が解決しようとする課題） そこで光センサを用いない、電極方式の６のを検討する
こととする．電極を用いる方式では火炎が発生するイオ
ン電流を捉えることになるので、２本の電極棒を適当間
隔離して両方共火炎中に入れてその間でイオン電流を従
えるものと、１本の電極棒を火炎中に入れ、この電極棒
とバーナ本体（ノズル部分）との間でイオンｔ流を捉え
るものとがある。どちらの方式のもので６よいが、電極
棒を所定位置に強固に支持する点などを考慮すると、１
本の電極棒と、バーナ本体との間でイオン電流を捉える
方式のものの方が有利である．ところで電極捧を使用す
るにしても、火炎に対するその位置ならびに火炎に対す
る接触面積等によって、イオン電流の検出効率が大きく
変ることになる． これを図を用いて説明する．第８図および第９図におい
てｌはバーナであり、２はこのバーナｌから放射される
火炎である．火炎２はその生成状態を大きく分けて燃料
過剰部３と拡散燃焼部４とに区分することができる．燃
料過刺部３は、バーナｌから噴射される燃料成分の意が
バーナｌの外周から供給される空気の量に対して多く、
濃い目の状態で、良好な燃焼が行ない得ない部分であり
、拡散燃焼部４は燃料の唄と空気量との比が適切で、良
好に燃焼する部分である． この人炎２中に電極俸５を、図中Ａ−Ｄで示すように挿
入し、この電極棒５とバーナｌどの間でイオン電流を検
出することとする．実験には、２０，　０００ｋｃａｌ
／Ｈの外部混合式ガスバーナを用い、燃料としてはブタ
ンガスな使用して行なった。まず、第８図におけるＡの
位置では、前述のように燃料過剰で燃焼に至らないので
、イオン電流の発生は殆どない．次にＢ，Ｃの位置では
、燃料と空気の拡散と混合が行なわれるので、良好に燃
焼し、イオン電流も発生することになる．第ＩＯ図は、
それぞれの電極位置によるＯ！と後述する回路における
積分器の出力との関係を示すものである． この第１０図によれば、燃料過剰部３中に挿入されたＡ
は、０２が５％以下では相関がないことがわかり、拡散
燃焼部４の中央であるＢの位置では、比例相関があり変
化率も大きいことがわかる．さらにＣの位置においては
、火炎２の先端部であるため、空気比が大きくなると火
炎２の長さが短くなり、電極捧５に接触する火炎２の密
度が小さくなるため、０，が８％以上では、出力値が逆
に減少することがわかる．以上のように燃焼状態によっ
て変化するイオンｔｆＥ信号は、拡散燃焼部４がもっと
も大きく変化するため、この部分に電極を挿入しなけれ
ばならないことになる．しかしながらターンダウンが大
きいバーナでは、その火炎長も大きく変化するため、第
８図のＢの位置では常に拡散燃焼部４を検出することは
できない．そこで第９図に示すように電極棒５を火炎２
の中心部に軸方向（火炎２の放射方向）に向けて取付け
ることにより、火炎長が変化してちその拡散燃焼部４を
検出することが可能となる．また、得られる積分器の出
力値とＯ．どの関係も第１０図のＤに示すように増幅器
（後述する）の入力信号増幅率がＡ−Ｄ共同であっても
、Ｄの位置に設けた電極棒５がもっとも高い電圧レベル
が得られ、変化率も大きいことがわかる． これは、ＴＩ１極の火炎２に接触する面積がもっとも大
きいことによるものである．しかしながら、この第９図
に示したものでは、電鴎棒５の一部が火炎２中の燃料過
剰部３内に位置するので、火炎熱によって赤熱した電極
棒５に燃料過剰部３内の燃料粒子が付着し、燃料中の残
留炭素分がカーボンとなって付着成長し、火炎検出に支
障を及ぼす．一方、燃料粒子が周囲の熱によって蒸発し
、ガス化して空気と混合しながら燃焼する拡散燃焼部４
においては，電極捧５へのカーボン付着成長は殆どない
． 本発明はこの知見に基いて成されたものであり、光セン
サを使用せず、電極を使用するものにおいて、その火炎
に対する取付位置を設定したものである。

（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中に電極（電極棒５またはＴｉ極板
６）を挿入し、この電極が捉えた前記火炎２によるイオ
ン電流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
記電極５（６）を、前記火炎２中に、この火炎２の放射
方向に向けて取付けた構成としたものである． （作用） 上記のように構成すれば、電極棒５または電極板６は火
炎２中に広い面積で接触することになるから、たとえ火
炎２の長さに大きな変動があったとしても、常に拡散燃
焼部４におけるイオン電流の検出ができることになる． （実施例） 次に、本発明の一実施例を第１図ないし第６図について
、第８図および第９図と同一符号を付して説明する．第
１図に示すものは、途中を直角に屈折した電極棒５を使
用し、この７ｔ極棒５の屈折部を火炎２の前方から火炎
２の放射方向（軸方向）に挿入したものである。この場
合、イオン電流の取出口（電気回路との接続部）は、火
炎２の放射方向に直角な部分の先端になる．第２図のも
のにおいては、電極棒５としてクランク状に屈折したも
のを用いて燃料過剰部を避け、その屈折部より前部を火
炎２中に挿入するとともに、イオン電流の接続部をバー
ナｌの近傍になるようにしたものである． 第３図および第４図に示すものは、電極として電極板６
を用いたものである．この電極板６は矩形のものであり
、その面積は第３図に示すように火炎２より広いもので
ある．この電極板６を、火炎２の燃料過剰部３と拡散燃
焼部４の両方にまたがって接触するように挿入してある
．電極捧５または電極板６を、これらの図に示すように
火炎２中に挿入して固定すると、第５図および第６図に
示すように火炎２の長さが大きく変化したときでも、電
極は常に拡散燃焼部４におけるイオン電流の検出ができ
ることになる． 第７図に示すものは、本発明に係る電極を使用するバー
ナの燃焼制御装置の一例である．これを説明すると、こ
の場合には７＆極として、第２図に示したクランク状に
屈折した電極棒５を使用している．すなわち、この電極
棒５は、金属製品等を加熱処理するための炉７の内部で
、バーナｌの放射する火炎２中に十分な長さで侵入させ
て取付けられ、基端をバーナｌ側に固定してある．この
ため、イオン電流は電極棒５とバーナｌとの間に生ずる
ことになる．このイオン電流は後述する増幅器１８によ
って必要レベルまで増幅される．バーナｌには燃料供給
管８および燃焼用空気供給管９が接続されている．そし
て燃料供給百８には、バーナｌの上流に、図示しない燃
料ボンブ、燃料流量計１０、遮断弁Ｉ１ならびに調節弁
ｌ２が直列に接続されている．そして遮断弁＋１ならび
に調節弁１２は、後述するマスクコントローラ１３の出
力信号によって作動する６のであることから、それぞれ
マスクコントローラ１３に接続されている．また燃料流
看計１０は、後述の電圧発生器２３と、エアー流量調節
計２５に接続されている． 燃焼用空気供給管９の基端には送風ファンｌ４が取付け
られており、マスクコントローラｌ３から指令を受けて
作動し、燃焼用空気供給管９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９の途中部分には
ダンババルブ１５が設けられており、モジュトロールモ
ータ１６によって開閉制御されるようになっている．炉
７の側壁中間部位には温度センサｌ７が取付けられてお
り、火炎２による炉７内の温度を検出し、電気信号とし
てマスクコントローラｌ３に送るようになっている。

バーナｌとｔＳ棒５には、これらの間に生ずるイオン電
流を所定レベルに増幅する増幅器ｌ８が接続され、この
増幅器ｌ８の出カ側には増幅器１８の出力電圧を直流電
圧にする整流器１９が接続されている．そして整流器ｌ
９の出力側には、この直流電圧から積分値を取出すため
の積分器２ｏが接続されている．積分器２０の出力側に
は、積分器２ｏの出方電圧を基準電圧発生器２Ｉの発生
電圧と比較演算する演算器２２が接続され、この演算器
２２の出力側には、この出力電圧を電圧発生器２３の出
力電圧と比較する比較器２４が接続されており、またエ
アー流量調節計２５にも接続されている．比較器２４の
出力側はマスクコントローラＩ３に接続されている．！
圧発生器２３とエア流量調節計２５には，前述の燃料流
量計！０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の発生するイオ
ン電流が電極棒５に捉えられる．この信号は増幅器ｌ８
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ｌ９を介して積分器２０に加えられる．この
積分器２０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２２によって、基準
電圧発生器２１の発生電圧Ａと積分器２ロからの出力電
圧Ｂとの比較演算［除算（Ａ／Ｂ）］が行なわれる．な
お、基準電圧の切換は、炉７の規模や形状、バーナの熱
量等を勘案して行なう。

演算器２２はこの演算結果を比較器２４に入力し、比較
器２４はこの値を電圧発生器２３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ｌ３に加
えられる．マスクコントローラＩ３畦，この信号と温度
センサ１７からの信号を取込んで判断し、必要に応じて
燃料ポンプ（図示せず）、遮断弁１１、調節弁１２なら
びに送風ファンｌ４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１にはその時点の最適な
量の燃料と空気とが加えられ、燃焼を継続する．この場
合において燃料供給管８内を流れる燃料は燃料流量計ｌ
Ｏを回転させ、その流量に応じた電気信号を電圧発生器
２３とエアー流里調節計２５に入力する．電圧発生器２
３はその信号による出力信号を比較器２４に与え，エア
ー流量調節計２５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１６に与えてダンパバルブｌ５の
開度調節を行なう． （発明の効果） 本発明は、以上説明したように電゛極位置の設定をした
バーナの燃焼制御装置であるから、火炎の中心部に、火
炎の放射方向に電極を設けたことにより、ターンダウン
の大きいバーナでも常に最適にイオン電流の検出が行な
えることになり、ひいてはバーナの良好な燃焼制御がで
きることになる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電極の取付状態を示す側面図、第
２図は本発明の第１図とは相違する状態のものを示す側
面図、第３図は本発明のさらに異なった取付状態を示す
平面図、第４図は第３図のものの側面図、第５図および
第６図は火炎の状態を示す部分側面図、第７図は本発明
に係る電極棒を使用するバーナの燃焼制御装置の回路図
、第８図および第９図は火炎に対するｔ極棒の位置関係
を説明する火炎の側面図、第ｌＯ図は第８図ならびに第
９図に示す電極位置の特性を示すグラフである． ｌ−バーナ ２一火炎 ５−？！極棒 ６−・電極板 ７一炉 特 許

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）バーナの発する火炎中に電極を挿入し、該電極が
   捉えた前記火炎によるイオン電流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、前記電極を、前記火炎中に、該火
   炎の放射方向に向けて取付けたことを特徴とするバーナ
   の燃焼制御装置。