JPH0468213A - 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、二重管構造を有するラジアントチューブバー
ナ等に適用して好結果を得ることができる、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ｔ掻を
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。

上記従来技術のうちの前者のもの５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、この光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。

そこで本発明者によってこれを解決するための技術が開
発され提案されている（特願平１−３１２１３２号）、
この技術では、光センサにより、燃焼火炎の振動光を検
出するが、ターンダウンにより火炎長が変化した場合で
も火炎の乱流燃焼部分全体を検出する必要があるため、
バーナの反対面すなわち炉の後方部に光センサを設けで
ある。しかしながら炉の構造によってはバーナの反対面
に光センサを取付けることが不可能な場合があって所期
の効果を期待できない場合があった。

この問題を有しない技術として提案されたものに、特願
平１−３１２１３３号の出願に関わるものがある。この
技術においては、バーナのノズル側から火炎中に！極を
挿入し、火炎イオン振動を流を検出することにより、炉
の構造による制約を受けないものとした。しかしながら
このように電極によりイオン′：ｒＬｉを検出しようと
した場合でも、たとえばラジアントチューブバーナのよ
うに二重管内で火炎を形成し、その外筒からの輻射を利
用しているようなバーナでは、連続燃焼させるために排
気口から燃焼ガスをエジェクタ等で吸引するものである
ため、フレームポイントがターンダウンによって変化し
、火炎の特定部分を電極でも検出し得ない場合があった
。

（発明が解決しようとする課題） 本発明はこの点に鑑みて成されたものであり、ラジアン
トチューブバーナのように二重管内で火炎を形成し、そ
の外筒からの輻射を利用しているようなバーナで、連続
燃焼させるために排気口から燃焼ガスをエジェクタ等で
吸引するものであっても、燃焼制御に好結果を得ること
ができる、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、第１
図に示すように、外筒１と内筒２の二重管構造を成し、
内筒２の内部にガスノズル３を設け、このガスノズル３
に、途中に燃料遮断弁４を介装した燃料供給管５を接続
したバーナにおいて、前記内″１ｆｉ２の基部に点検口
Ｉ４を設けてレンズ】５を装置し、このレンズ１５に一
端を＝ませて光ファイバ１７を取付けると共に、この光
ファイバ■７の他端に光センサ１８を取付け、この先セ
ンサ１８に光振動パワー電圧の検出回路を介して演算器
２６を接続し、この演算器２６の出力側を前記燃料遮断
弁４に接続した構成としたものである。

（作用） このように構成したことにより、内筒２の内部をレンズ
１５と光ファイバ１７とを介して光センサＩ８で監視す
ることができる。この先センサ１８の出力は光振動パワ
ー電圧の検出回路を介して演算器２６に入力され、その
出力信号で燃料遮断弁４が開閉制御されることになる。

（寅施例） 次に、本発明の一実施例を第１図について説明する。こ
の寅施例は本発明を熱処理炉等に用いるガス焚きラジア
ントチューブに適用したものであって、１は外筒、２は
その内側に同心的に設けられた内筒である。内筒２の内
部にはガスノズル３が設けられており、このガスノズル
３には、途中に燃料遮断弁４を介装した燃料供給管５が
接続され、ガス６が供給されるようになっている。外筒
ｌには内筒２の挿入側に排ガス噴出部７が設けられてお
り、この排ガス噴出部７に接続された図示しないエジェ
クタによって、内筒２の内側から外筒ｌ内に回り込む火
炎８が発する燃焼ガス９を吸引するようになっている。

内筒２の外筒ｌより突出した部分には空気供給管ｌＯが
設けられており、ここから内筒２の内部に燃焼用の空気
１１を供給するようになっている。ガスノズル３は内筒
２の内部に適当長さ挿入されており、このガスノズル３
の先端部１２の周囲にはスワラ−１３が取付けられて、
流入した空気１１が旋回するようになっている。内筒２
の基部でガスノズル３を挿入した部分に近接したところ
には点検口１４が設けられ、その内部には耐熱性を有す
るレンズ（凸レンズ）　＋５が装着されている。レンズ
１５の焦点位置１６には、光ファイバ１７がその一端を
臨ませて取付けられている。

光ファイバ１７の他端には光センサ１８が取付けられて
おり、光ファイバ１７から入力された光信号を電気信号
に変換するようになっている。この光センサ１８で得ら
れた電流は電圧変換され、カップリングコンデンサによ
って直流成分が除去されて交流の電圧信号となる。そし
てこの交流電圧は次段に接続された増幅器１９に入力さ
れ、振幅増幅されるようになっている。増幅器１９の出
力側には整流器２０が接続されて信号が直流化されるよ
うになっている。整流器２０の出力側には積分器２１が
接続されて整流後の信号を積分処理して振動パワー信号
を得るようになっている。積分器２１の出力側には下限
用比較器２２と上限用比較器２３とが接続され、それぞ
れ下限電圧２４と上限電圧２５との比較をし、下限用比
較器２２はこの下限電圧を下回ったときに、また上限用
比較器２３においては上限電圧を越えたときにオンとし
て積分器２０の出力信号を次段の演算器（論理演算器）
２６に導くようになっている。この回路において増幅器
１９から演算器２６の入力前段までが光パワー電圧の検
出回路２７を構成する。演算器２６は下限用比較器２２
と上限用比較器２３の接点信号の「オアＪをとり、どち
らかの信号がオンｒ１４　となればガス供給管５の途中
に接続された燃料遮断弁４を遮断するようになっている
。

このように構成されたこの燃焼制御装置は次のように作
用する。燃料制御弁４が開弁して燃料であるガス６がガ
スノズル３から内筒２の内部に噴射され、内筒２に設け
られた空気供給管ｌＯからの空気１１と混合して燃焼す
ると火炎８が発生する。

この場合に空気１１はスワラ−１３によって旋回し、ガ
ス６と良好に混合する。火炎８によって生じた燃焼ガス
９は、図示しないエジェクタの作動によって排ガス噴出
部７から吸引される。燃焼によって外筒ｌが赤熱され、
その輻射熱によってバーナが挿入された周囲の雰囲気を
加熱する。

内筒２の火炎８と反対側に設けられた点検口１４から火
炎８の状況を監視することができるが、この状態のまま
で光センサ１８によって検出すると、不輝炎のために微
弱な電流しか得られず、検出困難なためにレンズ１５お
よび光センサＩ８に接続された増幅器１９以降の回路に
よって、光密度を増幅することにより検出が可能となる
。なお、レンズ１５と光センサ１８を直接結合しない理
由は、光センサ１８を高温から保護するためである。

光センサ１８は火炎８の光振動を電気信号に変換し、図
示しないカップリングコンデンサによってそのうちの交
流成分のみを通過させる。増幅器１９はこの交流信号の
振幅を増幅し、その後整流器２０で直流に変換される。

その出力信号は積分器２１で積分処理され、振動パワー
信号が得られる。ここでラジアントチューブバーナにお
けるＣａ、　Ｏ，と振動パワー電圧の関係を第２図およ
び第３図に示す。これらの図に示すデータは、燃料とし
てブタンを使用し、燃焼量を固定して測定した。第２図
はへ−ナ看火後の０．と振動パワー電圧の関係で横軸は
時間（データＮ、）を示している。バーナ肴人後空気過
剰の状態から空気量を絞っていくと、０゜の減少に伴っ
て振動パワー電圧は上昇し、ｏ２−４％付近でピークと
なり、その後はｏ２の減少と共に減少する。

ここで０□＝１％付近、すなわち不完全燃焼となると、
振動パワー電圧は急激に増加する。これは空気不足によ
り火炎の低周波成分の振幅の大きいゆらぎが増加するた
めである。第３図は第２図のＤ部における振動パワー電
圧とＣＯの関係で、横軸は時間（データＮ、）を示す。

この図から明らかなように、ＣＯの急激な上昇（すなわ
ち不完全燃焼）に伴って振動パワー電圧も上昇しており
、ＣＯと振動パワー電圧には相関がある。ここでＣＯの
上昇に対して振動パワー電圧の上昇がやや遅れているの
は（第３図のＡ）、振動パワー電圧はばらつきが大きく
、コンデンサで平滑化しており、そのコンデンサによる
遅れのためである。

以上により振動パワー電圧が第２図に示すＢの上限以上
、およびＣの下限以下になったことを検出すれば、不完
全燃焼および失火が検出可能となる。失火時の内筒２内
の赤熱による赤外線輻射、振動成分がないために、振動
パワー電圧は０となり、誤動作（火炎の検出）をするこ
とはない。積分器２１から出力された電圧は下限用比較
器２２と上限用比較器２３に入力され、そのため先の下
限電圧２４および上限電圧２５を基準電圧として設定し
ておき、上限用比較器２３では上限電圧２５を越えた場
合に５また下限用比較器２２では下限電圧２４を下回っ
たときにそれぞれ「オン」となる接点信号を、演算器２
Ｂに導くようになっている。ｆＮ算器２６は下限用比較
器２２と上限用比較器２３の接点信号の「オア」をとり
、どちらかの接点信号がオンＩｌｌとなればガス供給管
５の途中に接続された燃料遮断弁４を遮断して燃焼を中
止させる。下限用比較器２２および上限用比較器２３の
両方ともにオフｒＱ４となっていれば、燃料遮断弁４を
開の状態に維持して燃焼を継続させる。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように、外筒と内筒の一重管構造
を成し、内筒の内部にガスノズルを設け、このガスノズ
ルに途中に燃料遮断弁を介装した燃料供給管を接続した
バーナにおいて、前記内筒の基部に点検口を設けてレン
ズを装着し、このレンズに一端を臨ませて光ファイバを
取付けると共に、この光ファイバの他端に光センサを取
付け、この光センサに光振動パワー電圧の検出回路を介
して演算器を接続し、この演算器の出力側を前記燃料遮
断弁に接続した構成としたものであるから、点検口の位
置ならびに光センサの作用によって、従来の構造では測
定不能であった、ガスバーナで燃焼量が少なく、かつ火
炎輝度が小さい場合でも、火炎の状況に合わせた燃焼制
御を行なうことができる。また点検口は、バーナに一般
的に設けられているものを流用することができ、特段の
構造を必要とすることなく、ここから火炎を監視するこ
とで炉の形状および構造に制約を受けずに幅広い燃焼設
備に適用できる５点検口に光センサを直接取付けずに光
ファイバを介在させたことにより、光センサを高温から
保護することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図および第３
図は第１図の作動および特性を示すグラフである。 １−外筒 ２・−内筒 ３−ガスノズル ４−燃料遮断弁 ５−燃料供給管 ６−ガス ８−火炎 １１−空気 １４−点検口 １５−レンズ １７−光ファイバ １８−光センサ ２６・−演算器 ２７−光パワー電圧の検出回路 第　２図 第３図 特　許　出願人 トヨタ自動車株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）外筒と内筒の二重管構造を成し、内筒の内部にガ
   スノズルを設け、該ガスノズルに、途中に燃料遮断弁を
   介装した燃料供給管を接続したバーナにおいて、前記内
   筒の基部に点検口を設けてレンズを装着し、該レンズに
   一端を臨ませて光ファイバを取付けると共に、該光ファ
   イバの他端に光センサを取付け、該光センサに光振動パ
   ワー電圧の検出回路を介して演算器を接続し、該演算器
   の出力側を前記燃料遮断弁に接続したことを特徴とする
   バーナの燃焼制御装置。