JPH0336420A - 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、バーナによる燃焼においてその安全性を高く
した燃焼ｔｍに関する。

（従来の技術） バーナの燃焼制御は、七の負荷に応じて燃料の量を制御
し、この燃料を完全燃焼させるための空気量の制御を行
う。

そこで、何らかの原因で空気量が不足したような場合は
未燃分が発生し、この未燃分が予期せぬ燃焼をして、バ
ツクファイア現象や時には爆発するという危険性がある
。

従って、バーナによる燃焼制御には、バツクファイアや
爆発防ＩＥのための安全装置が付設される。

従来のこの安全装置を第８図に示し、説明する。先ず、
この燃焼制御装置は、炉ｌの温度を高、低及び停止の三
位数制御を行うものであり、温度センサ９からの信号を
燃焼制御ｌ装置１５に入力する。そして、燃焼制御装置
１５内で、設定値との間の偏差を求め、この偏差に応じ
て燃料流量電磁弁１０．１１を操作して燃料ポンプ１２
からの燃料量をＩＩＩＩＬ、この燃料量に応じてモジュ
トロールモータ７を操作して空気ダンパ８の開度を１１
節し、送風４１！６かも送気される空気量を制御するも
のである。

この燃焼装置において安全装置は、バーナ４．５によっ
て燃焼される火炎３を監視するＣＤＳ等の受光素子１３
を設け、何らかの原因で失火した場合に、受光素子１３
にてその失火を検出し、その信号を燃焼制御装置１５に
入力して、電磁弁１０．１１及びポンプ１２等を作動さ
せ、燃料を遮断するようにしていた。

この第８図に示した燃焼制御装置は、炉の負荷に応じて
燃料の量を制御し、そしてこの燃料を完全燃焼させるた
めの空気量を制御するものである。

特開昭６３−３０６３１０号公報には、上記の燃焼制御
装置に加えて更にバーナの火炎から光パワー信号により
、その時点　での燃焼状態を把握して燃焼用空気量を補
正し、完全燃焼させる技術が開示されている。

これについて第７図を用いて説明すると、先ず燃料の制
御は、温度計９にて炉ｌの負荷を検出しその信号を温度
調節計３４に入力すると共に流量計３９からの信号も入
力する。

そして温度調節計３４内において、炉ｌ内の温度と設定
温度との差から設定温度を得るに必要な燃料量を演算し
、流量調節弁３８の操作を行い、所定量の燃料をバーナ
２に供給するようにしている。

一方燃焼用空気量の制御は、光センサ３６により火炎３
の光パワーを検出部２７に取り出しこれを増幅器２８に
て増幅して、周波数解析器３２にてパワースペクトラム
を変換する。そしてこのパワースペクトラムを光パワー
振動調節器３３に入力する。

光パワー振動調節器３３において、パワースペクトラ々
信号の全体周波数帯域の積分子ｆｌＡと特定周波数帯域
の積分値Ｂを演算して積分値比Ｂ／Ａ＝Ｃを求め、記憶
されている最適燃焼状態の積分比Ｅと演算により求めた
積分比Ｃとの偏差により、燃焼用空気流量の補正値を求
めて補正器３５に出力される。

これによって、燃焼状態を直接的に監視して最適な燃焼
を行うように空気量が制御される。

従ってこの燃焼制御装置には、安全装置が付設されてい
ない。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来の燃焼制御装置において、第８図に示したもの
は、火炎の有Ｓ（失火）を判断して燃料系を遮断するよ
うにしているので、たとえ燃焼用空気が不足して、不完
全燃焼していても火炎が豚する限りは、燃料系の遮断は
行なわれない。

そのために、不完全燃焼によって未燃分が炉内に存する
ことになり、バツクファイアや爆発が起る危険性が極め
て高いという不具合がある。

例えば、モジュトロールモータ７と空気ダンパ８とを連
結しているリンゲージにガタ又は緩みがあった場合に、
空気ダンパ８の開度操作量に誤差が生じ、燃焼用空気が
不足する場合がある。

又、第７図に示した燃焼制御装置の場合は、火炎の燃焼
状態に合せて補正された燃焼用空気が供給されるので不
完全燃焼することはないが、何らかの原因で例えば空気
流量調節弁が故障して制御不能といったような緊急事態
が発生した場合には、やはり不完全燃焼が生ずる。

このような場合でも、燃料系を遮断し、バツクファイア
や爆発事故を未然に防止する必要がある。

本発明は、燃焼状態を常に監視して不完全燃焼した時に
燃焼を停止するようにした燃焼制御装置を提供せんとす
るものである。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために本発明に係る手段は、バーナ
の火炎から検出される信号をもとに周波数解析器でパワ
ースペクトラムを演算し、この演算されたパワースペク
トラムの全周波数帯積分値と特定周波数帯積分値を演算
し、この積分値の比により燃焼空気流量調節のための補
正値を求めて燃焼用空気量を調節するようにした燃焼制
御において、予め設定された発煙限界点における積分（
ｉｔｉ比と前記バーナの火炎から演算される積分値比と
を比較する比較器を設け、該比較器からの接点信号によ
りバーナに送られる燃料を遮断することを特徴とする。

（作　用） このように構成することにより、比較器において、予め
設定された発煙限界点における積分値比と、バーナの火
炎から演算される燃焼状態における積分値比とが比較さ
れる。

そして、バーナの火炎から演算される積分値比が、予め
設定された発煙限界点における積分値比に限りなく近づ
いたときに接点信号が比較器から出力され、発煙（不完
全燃焼）発生の直前で燃料系を遮断する。

（実施例） 以下本発明の一実施例について詳細に説明する。

先ず、第３図乃至第６図を用いて、イオン電流による燃
焼制御について説明する。

ある燃焼状態での時間軸に対するイオン電流の変化は、
第３図に示すように振動波形になる。

この波形を周波数分析（ＦＦＴ処理）して得られるパワ
ースペクトラムは、第５図に示すように燃焼用空気の空
気比の変化に伴い変化する。

すなわち、空気比が１．６３から１．１１まで小さい方
に変化した時、高周波成分も大きい方から小さい方へと
変化する性質がある。

そして第４図に示すように全周波数帯Ａと特定周波数帯
Ｂ（特定周波数帯は、燃焼状態の変化によりパワースペ
クトラムが最も大きく変化する周波数）の積分比を求め
ることで、第６図に示すように燃焼ガス中の酸素０９％
と積分比（パワースペクトラム比）との間に比例相関関
係が得られる。

従って空気比（燃焼状態）を知るための０２に代る指標
として、パワースペクトラム比を用いて空燃比制御が可
能になる。

さて、第１図に示される実施例において先ず負荷制御は
次のようにして行なわれている。

ｉは、高、低及び停止の三位制御を行う燃焼炉である。

負荷として燃焼炉ｌ内の温度を温度センサ９にて検出し
、燃焼制御装置１５に入力する。

燃焼制御装置１１５内では、燃焼炉見の高、低負荷と合
せて設定した温度設定値との偏差を演算し、この偏差に
応じて高燃焼用の電磁弁１０又は低燃焼用の電磁弁１１
を操作すると共にモジュトロールモータ７を操作して空
気ダンパ８の開度をｍ節し、燃料量に応じた空気を供給
して負荷制御を行うようにしている。

この負荷制御は、設定温度上限において送風ファン６、
噴燃ポンプ１２．及び電磁弁１Ｏ９１１に燃焼制御装置
１５から停止信号が出力され、燃料系及び空気系が遮断
及び停止される。

又設定温度下限になった時は、燃焼制御装置１５から起
動信号が出力されて、上記燃料系及び空気系が復帰し起
動される。

１６は火炎３内に挿入された電極棒であり。

バーナ２本体との間でイオン電流を流すようになってい
る。１７はこのイオン電流を増幅させるための増幅器で
ある。１８は信号中の高周波成分を除去するローパスフ
ィルタである。２０は整流器、２１’は積分器であり、
この整流器２０と積分器２１’とで全周波数帯の積分値
（第４図Ａに相当）を演算する系を形成する。

１９はバイパスフィルタ、２１は積分器であり、ローパ
スフィルタ１８から出力された信号中の低周波成分をバ
イパスフィルタ１９で除去し、整流器２０、積分器２１
にて特定周波数帯の積分値（第４図Ｂに相当）を演算す
る系を形成する。２２は演算器、２３は９気流量補正調
節器、２４は比較器である。

このように構成された本実施例において、負荷制御中に
電極棒１６とバーナ２との間に流れたイオン電流は、増
幅器１７で増幅され、更にローパスフィルタ１８にて信
号中の高周波威分を除去し、その後にこの信号は二系統
に分岐される。

そのうち、整流器２０に入力された信号は整流され、次
に積分器２１’で直流化（全周波数帯積分値Ａ）されて
、演算器２２に出力される。

一方バイパスフィルタ１９に入力された信号は、バイパ
スフィルタ１９で低周波酸分が除去されて整流器２０で
整流され、次に積分器２１で直流化（特定周波数帯Ｂ）
されて、演算器２２に出力される。

演算器２２内では、Ｂ／　（Ａ−Ｂ）のパワースペクト
ラム比が演算され、空気流量補正調節計２３に出力され
る。そして、空気流量補正調節計２３内において、最適
な燃焼状態におけるパワースペクトラム比と入力された
パワースペクトラム比との偏差を演算し、モジュトロー
ルモータ７を操作して空気ダンパ８の開度を調節する。

これにより、補正された燃料用空気がバーナ２に供給さ
れ、最適な燃焼が行なわれる。

又、演算器２２で演算されたスペクトラム比は、比較器
２４にも出力される。比較器２４内いおいて、予め設定
された不完全燃焼となる発煙限界のパワースペクトラム
比と入力されたパワースペクトラム比とを電圧レベルと
して設定比較する。

これにより、バーナの燃焼状態を常に監視した状態で、
比較器２４にて不燃焼状態が監視されることになる。

そして、何らかの原因で、入力されたパワースペクトラ
ム比が限りなく設定された発煙限界のパワースペクトラ
ｈ近づいた時に接点信号が出力される。そし゛てこの接
点信号が入力された燃焼制御装置により、電磁弁１０．
１１が閉弁され、噴燃ポンプ１２、送風ＩＩ！６が停止
される。

このように、パワースペクトラム比を用いて不完全燃焼
を監視することにより、バーナ２の燃焼状態が把握され
、発煙直前でバーナの燃料系が遮断されると共に送風機
６も停止される。

なお本実施例では、イオン電流処理系の緊急時をバック
アップするために、モジュトロールモータ７、空気ダン
パ８及びモジュトロールモータ２５．空気ダンパ２６を
設けて空気系を二系統にしたが、空気流量補正調節計２
３の出力を燃焼制御装置１５に入力して演算処理するこ
とにより、モジュトロールモータ２５及び空気が、積分
器２１．２１’の出力信号を比較器２４に入力して行う
こともできる。

次に光パワー信号を用いた第２実施例を第２図に示して
説明する。

先ず燃料の制御は、温度センサ９にて燃焼炉ｌの負荷を
検出しその信号を温度ｍ筒針３４に入力すると共に流量
計３９からの信号も入力する。

そして、温度調節計３４内にて、燃焼炉ｌ内の温度と設
定温度との差から、設定温度を得るに必要な燃料量を演
算し、流量調節弁３８の操作を行い、所定量の燃料をバ
ーナ２に供給するようにしている。

し、この空気流量補正器３５からの出力信号により流量
調節弁３７の開度調整を行うようにしている。

すなわち、温度調節計３４からの信号は、燃焼炉ｌ内の
湿食と設定温度との差により求めた燃料量に対して必要
な空気流量信号であり、光パワー振動調節計３３からの
信号は、上記温度調節計３４から出力された空気流量信
号を実際の燃焼状態に合せて補正するための信号である
。

この補正信号は、次のようにして求められる。火炎から
発生する光パワーを光センサ３６で検出し、その出力を
検出器２７で取り出し増幅器２８で増幅する０次にアナ
グローパスフィルタ２９により高周波成分を除去、Ａ／
Ｄ変換器３０でＡ／Ｄ変換、及び　デジタルフィルタ３
１で特定周波数帯を除去し、周波数解析器３２に入力し
てバフ−スペクトラムを演算する。＠算されたバフ−ス
ペクトラムは、光パワー振動調節計３３に入力される。

光パワー振動調節計３３内において、全周波数帯積分値
Ａ及び特定周波数ＷＦＢを演算し、Ａ／　（Ａ−Ｂ）の
演算をしてパワースペクトラム比を求め、予め設定した
パワースペクトラム比との偏差により空気流量補正係数
を算出し、この信号を空気流量補正器３５に出力する。

２４は比較器であり、光パワー振動調節計３３で演算さ
れたパワースペクトラム比が入力される。

そして、予め設定された発煙限界点におけるハフ　−７
，ヘクトラム比と入力されたパワースペクトラム比とを
比較して接点出力信号を出力する。

このように構成した本実施例において、空気流量補正器
３５で、実際に燃焼している燃焼状態に最適な空気量が
演算され、流量ｖｓｍ弁３７の開度を制御してバーナ２
に供給される。

これにより、バーナ２は、最適な条件で燃料を燃焼させ
る。この間においても、比較器２４では、火炎３の燃焼
状態を監視している。

次に何らかの原因で空気量が不足した場合は、比較器２
４に入力されるパワースペクトラム比が設定された発煙
限界点におけるパワースペクトラム比に限りなく接近し
、発煙直前において接点出力信号を温度調節計３４に出
力する。

これにより、流量調節弁３７．３８は閉弁されて、燃料
系及び空気系は遮断される。

第１図及び１２図に示した実施例において、比較器２４
から接点信号が出力されたときに、異常メツセージを表
示することも可能である。

（発明の効果） 以上詳述した通り本発明によれば、比較器を設け、入力
されるパワースペクトラム比が設定した発煙限界点にお
けるパワースペクトラム比に限りなく接近したときに接
点出力信号を出力し、燃料系を遮断するようにしたので
、火炎の燃焼状態を常に監視し、未燃焼になる直前に燃
焼を停止させることができる。

これにより、未燃焼威分の発生は皆無となり、バツクフ
ァイアや爆発の危険は全くなく、安全性を高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はイオン電流を用いた場合の本発明の一実施例を
示す模式図、第２図は光パワーを用いた場合の本発明の
一実施例の模式図である。 第３図乃至第６図は説明図であり、第３図はイオン電流
と時間との関係を示す線図、第４図はバフ−スペクトラ
ムと周波数との関係及び全周波数帯と特定周波数帯との
関係を示す線図、第５図は空燃比に対するパワースペク
トラムと周波数との関係を示す図、第６図はパワースペ
クトラム比と排ガス０２との関係を示す線図である。 第７図は従来のパワースペクトラム比を用いた燃焼制御
装置の模式図、第８図は失火を検知して作動する安全装
置を備えた燃焼装置の従来例を示す模式図である。 ７　、、、、モジュトロールモータ ８　、、、、空気ダンパ ９　、、、、＠度センサ １０、１！、、、、電磁弁 １２、、、、噴燃ポンプ １５、、、、燃焼制御装置 １６・・・・電極棒 １７、、、、増幅器 １８、、、、ローパスフィルタ １９０．。、バイパスフィルタ ２０、、、、整流器 ２１．２１’　、、、、積分器、演算器２３、、、、空
気流量補正調節計 ２４、、、、比較器。 第 １ 図 第２ 図 ！か一ベχへム小４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. バーナの火炎から検出される信号をもとに周波数解析器
   でパワースペクトラムを演算し、この演算されたパワー
   スペクトラムの全周波数帯積分値と特定周波数帯積分値
   を演算し、この積分値の比により燃焼空気量調節のため
   の補正値を求めて燃焼用空気量を調節するようにした燃
   焼制御において、予め設定された発煙限界点における積
   分値比と前記バーナの火炎から演算される積分値比とを
   比較する比較器を設け、該比較器からの接点信号により
   バーナに送られる燃料を遮断することを特徴とする燃焼
   制御装置。