JPH057608B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はボイラ等の燃焼装置のバーナの点火お
よび消火を判定する火炎検出装置に関する。 火炎検出装置には、火炎の発する光を検出する
光学式火炎検出装置、火炎中に発生するイオンを
電気的に検出するイオン電流式火炎検出装置、燃
焼に伴なつて発生する燃焼音を検出する燃焼音式
火炎検出装置等があり、対象となる燃焼装置に応
じて適宜選択使用されている。例えば、事業用ボ
イラにおいては、従来、主バーナに対しては光学
式火炎検出装置が、又、点火バーナに対しては光
学式火炎検出装置又はイオン電流式火炎検出装置
が用いられている。しかしながら、イオン電流式
火炎検出装置はイオン電流を検出するために電極
棒を火炎中あるいは火炎のごく近傍に設置する必
要があり、このため材料の耐熱性の面から連続的
な使用には適さない。したがつて、火炎の有無を
連続的に検出するためには専ら光学式火炎検出装
置が使用されているのが現状である。 ここで、上記光学式火炎検出装置は、さらに火
炎の発する光の直流光量（DC成分の光量）に着
目するDC光検出方式と、光の変動光量（AC成分
の光量）に着目するAC光検出方式とに分類され
ており、さらに、両検出方式共、火炎が発する光
の特定の波長域（例えば紫外域、可視域、近赤外
域、赤外域等）に着目して、例えば紫外域DC光
検出方式、赤外域AC光検出方式等のように分類
される。AC光検出方式の方は、さらに、変動成
分（AC成分）の特定の周波数帯域（例えば10〜
100Hz帯域等）に着目して、例えば10〜100Hz帯域
AC光検出方式等のように細分される。このうち、
バーナ数がごく少数で、かつ、燃焼室の壁温が低
い場合又は燃料によつて特定の波長域に固有の発
光が期待できる場合等においては、DC光検出方
式も有効であるが、事業用ボイラのようにバーナ
数が多く、かつ、各バーナ火炎が相互に密接に関
連し合つて火炎形状が時間的、空間的に複雑に変
動する場合にはAC光検出方式の方が有効である
といわれている。又、AC光検出方式については、
火炎が発する各波長域に対してどの周波数帯域の
AC光を検出するのが最も有効であるか定まつて
いない。以上述べたように、光学式火炎検出装置
には種々の方式があるが、いずれの方式において
も、検出信号の大きさ（レベル）がある定められ
た閾値レベルより大きいか、小さいかによつて火
炎の点・消火判定を行なつている。 ところで、ボイラ火炉内の火炎は燃料種、負
荷、空燃比等の燃焼条件、火炉内の他のバーナの
点、消火状態等種々の条件によつてその火炎形状
が大きく変化する。このため、従来の光学式火炎
検出装置では火炎の有無を確実に検出するのが困
難であるという欠点があつた。又、従来の光学式
火炎検出装置においては、その光電変換部の受光
面前面に機械的なシヤツタを取付けたセルフチエ
ツク機構を設け、シヤツタを閉にしたとき火炎
OFFの出力になるか否かをみて火炎検出装置自
体の動作確認を行ない、これにより火炎判定の信
頼性の向上をはかつていたが、セルフチエツク機
構に機械的なシヤツタが用いられているため、火
炎検出装置自体が大きくかつ高価となるばかりで
なく、故障発生の原因になるという欠点があつ
た。 本発明の目的は、これら従来の欠点を除き、燃
焼条件等の変化に伴なう火炎形状の変化があつて
も確実に火炎を検出することができ、かつ、機械
的なシヤツタを用いることなくセルフチエツクを
行なうことができる火炎検出装置を提供するにあ
る。 この目的を達成するため、本発明は、燃焼装置
のバーナの火炎の有無を検出する火炎検出装置に
おいて、前記バーナの根元部に設置されるととも
に、それぞれの導光先端が前記根元部から前記火
炎の流れ下流方向に異なる視野で向けられた複数
の導光部と、これら導光部により導かれた光をそ
れぞれ電気信号に変換する光電変換部と、この光
電変換部の各信号と火炎の有無を判断するための
所定の閾値とに基づいて火炎有無の判定を行う演
算処理部とを設けたことを特徴とする。 各導光部は、火炎の後方からその流れの下流方
向に向いた異なる検出視野で当該火炎からの光を
導く。これらの光はそれぞれ光電変換部により電
信号に変換され、演算処理部は当該光電変換部か
ら出力される各信号を入力し、これら信号と、火
炎の有無を判断するために予め設定された所定の
閾値とに基づいて火炎有無の判定を行う。 以下、本発明を第１図に示す実施例に基づいて
説明する。 第１図は本発明の実施例に係る火炎検出装置の
ブロツク図である。図で、１は火炉内の火炎、２
は火炉外壁のウインドボツクスである。３ａ，３
ｂ，３ｃはそれぞれ火炎１の光を検出する光検出
部である。これら光検出部３ａ，３ｂ，３ｃは共
に光フアイバの先端部分で構成されており、光検
出部３ａは上方にある傾斜をもつて設置され、光
検出部３ｂは光検出部３ａより小さな傾斜で設置
され、光検出部３ｃはほぼ水平に設置されてい
る。破線ａは光検出部３ａの検出視野を、又、破
線ｂは光検出部３ｂの検出視野を、同じく破線ｃ
は光検出部３ｃの検出視野を示す。４は検出部３
ａ，３ｂ，３ｃのそれぞれから延出した光フアイ
バで構成される光伝送部であり、光検出部３ａ，
３ｂ，３ｃで検出された光を伝送する。光伝送部
４には適宜の空冷機構が設けられている。５ａ，
５ｂ，５ｃはそれぞれ光伝送部４によつて伝送さ
れてきた光検出部３ａ，３ｂ，３ｃの検出光を受
光し、これを各検出光に応じた電気信号に変換す
る光電変換部である。光電変換部５ａ，５ｂ，５
ｃには、すべて同じ検出波長域を有する光センサ
が用いられる。６ａ，６ｂ，６ｃは光電変換部５
ａ，５ｂ，５ｃの出力信号を前置増幅、選択増幅
する増幅部、７は増幅部６ａ，６ｂ，６ｃの出力
信号を切替える切替部である。８は切替部７によ
つて切替えられた信号を逐次入力し、セルフチエ
ツクを含む火炎有無の判定を行なう演算処理部で
ある。９は切替部７に対して増幅部６ａ，６ｂ，
６ｃの信号を所定の切替シーケンス（順序、タイ
ミング）で切替える指令信号を出力するととも
に、ブラント制御信号ｇを入力して演算処理部８
に所要の制御信号を出力する切替制御部である。 次に、本実施例の動作を第２図〜、第３図
〜および第４図〜に示す各視野における
出力信号の特性図を参照しながら説明する。光検
出部３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれ視野ａ，ｂ，ｃ
からの光を検出し、この検出光は光伝送部４を介
して光電変換部５ａ，５ｂ，５ｃに伝送される。
光電変換部５ａ，５ｂ，５ｃでは、それぞれこれ
ら検出光を受光し、これに応じた電気信号を出力
する。ここで、火炎１が存在している場合の光電
変換部５ａ，５ｂ，５ｃの出力信号を第２図〜
および第３図〜に示す。第２図〜は光
電変換部５ａ，５ｂ，５ｃに近赤外域センサを用
いた場合の視野ｃ，ｂ，ａにおける出力信号の１
例、第３図〜は光電変換部５ａ，５ｂ，５ｃ
に赤外域センサを用いた場合の視野ｃ，ｂ，ａに
おける出力信号の１例である。なお、各図の横軸
にはAC光変動周波数がとつてある。これらの図
から、火炎有りの場合には、特に視野ａにおける
出力信号と視野ｂにおける出力信号との差が大き
いことが判る。 このような光電変換部５ａ，５ｂ，５ｃの出力
信号はそれぞれ増幅部６ａ，６ｂ，６ｃに出力さ
れ、増幅部６ａ，６ｂ，６ｃではこれら各信号の
うち一定の変動周波数（例えば100Hz）以上の成
分のみを選択増幅する。増幅された各信号は切替
部７で順次切替えられて演算処理部８に送られ
る。演算処理部８では、増幅部６ａ，６ｂ，６ｃ
からの入力信号のうち最大値を有する信号を保持
し、この最大値を火炎有無の閾値レベルと比較
し、閾値レベル以上であれば火炎ON信号を、
又、閾値レベル未満であれば火炎OFF信号を出
力する。第１図に示す信号ｅはこのような火炎
ON，OFFの判定信号を示す。このように、火炎
１を３方向の視野ａ，ｂ，ｃで捕捉するので、火
炎形状が長くなつたり短くなつたりして時間的に
変動しても、切替部７が増幅部６ａ，６ｂ，６ｃ
からの３つの出力信号を切替えている間（１サイ
クルの間）に火炎を検出することができ、確実に
火炎ON信号を出力することができる。 次に、本実施例のセルフチエツクの動作を第４
図を参照しながら説明する。光フアイバで構成さ
れる光伝送部においては、光フアイバの耐熱性の
点で断線等の事故が生じるおそれがある。このよ
うな事故が発生すると、火炎１が存在していても
火炎無しの判定をしてしまう場合がある。そこ
で、火炎無しの判定をするには、光伝送部４に断
線等の異常がないことを確認したうえで、信号レ
ベルが閾他レベル未満のとき火炎OFFの判定を
行なう必要がある。今、火炎１が存在する状態
で、仮に、火炎有り判定の重要な信号を伝送する
検出部３ｂから延出した光フアイバに断線が生じ
ているものとする。この場合の近赤外域センサを
用いた光電変換部５ｃ，５ｂ，５ａの出力を、横
軸にAC光変動周波数をとつて、第４図〜に
示す。図から明らかなように、光電変換部５ｂの
出力は第２図に示す出力レベルと比較して極端
に小さく、低周波部において僅かの出力を生じる
にすぎない。したがつて、前述のように、例えば
100Hz以上の成分のみを増幅器６ａ，６ｂ，６ｃ
で選択増幅すると、各視野ａ，ｂ，ｃとも100Hz
以上の変動周波数成分がないので、演算処理部８
からは火炎１が存在するにもかかわらず火炎
OFFの信号が出力されてしまう。しかしながら、
本実施例では、演算処理部８に光伝送路異常判定
機能を付加して誤つた判定がなされるのを防止す
る。即ち、演算処理部８に、各視野の入力信号の
低周波成分（例えば、DC〜５Hz）のレベルがあ
る閾値レベル以下であるか否かを比較する手段、
および各視野のある周波数（例えば、１Hz）にお
ける入力信号の間のレベルの大小関係を判断する
手段を設けるものである。次表に、正常な場合と
異常な場合の当該信号レベルの大小関係を示す
（光電変換部に近赤外域センサを用いた場合）。

【表】 そして、これら各手段により、各視野の入力信
号の低周波成分のレベルが閾値レベル以下であ
り、かつ、各伝送路間の信号レベルの大小関係が
上記表の正常時以外の関係にあると判断されたと
き、演算処理部８から光伝送路異常信号ｆが出力
され、異常を警報する。これにより誤つた判定、
即ち火炎有りにもかかわらず火炎無しの判定が行
なわれるのを防止することができる。 さきに述べたように、火炎の形状は、負荷、空
燃比等の燃焼条件により大きく変動する。このた
め、上述の各伝送路間の低周波信号レベルの大小
関係等も変化する。そこで、本実施例では、負
荷、空燃比等の燃焼状態に関与するブラント制御
信号ｇを切替制御部９に入力し、この入力に応じ
て、演算処理部８の閾値レベルおよび各伝送路間
の信号レベルの正常時の大小関係等を変更する。
これにより、火炎形状変化に対する幅広い対応が
できる。 このように、本実施例では、３本の光フアイバ
を用い、これらの先端をそれぞれ光検出部とし、
かつ、各光検出部の視野を異らしめたので、火炎
の形状が変化しても確実に火炎を検出することが
できる。又、光フアイバを用いたので光伝送部を
小さく構成することができる。さらに、各バーナ
において、バーナ根元部から火炎の流れ下流方向
に向けて設置された複数の導光部による火炎検出
であるので、火炉内の垂直方向、水平方向に多数
のバーナを配置した複数段複数列バーナ構造の燃
焼装置に対しても、隣接バーナの火炎の誤検出の
おそれや検出器の設置位置の配慮の必要なく、本
実施例の火炎検出装置を適用することができる。
又、演算処理部にこれら各光検出部の信号レベル
を比較する手段および当該信号レベルの大小関係
を比較する手段を設けたので、機械的シヤツタ機
構を設けることなくセルフチエツクを行なうこと
ができ、装置の簡素化および価格の低減に寄与す
ることができる。さらに又、ブラント制御信号に
基づいて上記信号レベルを比較する手段における
閾値レベル、および上記信号レベルの大小関係を
比較する手段における大小関係を変更するように
したので、火炎形状の変化に対応したセルフチエ
ツクを行なうことができる。 なお、上記実施例の説明では、光検出部として
３つの光フアイバを用いる例を説明したが、その
数は３つに限ることなく、２つ又は４つ以上であ
つてもよいし、かつ、必ずしも光フアイバに限定
されることはなく、他の適宜の光検出部を使用す
ることができる。さらに、各光電変換部は必ずし
もすべて同一の検出波長域を有する光センサで構
成する必要はなく、異なる検出波長域を有する光
センサで構成することもできる。又、切替制御部
に入力されるブラント制御信号は、これをセルフ
チエツク機能の向上に用いるばかりでなく、次の
ように用いることもできる。即ち、多数の光検出
部で種々の検出視野を分担させ、光電変換部を
種々の異なつた検出波長域の光センサで構成し、
増幅部を種々の周波波数帯域を選択増幅する増幅
器で構成し、ブラント制御信号に応じて切替部７
を切替制御して所定の信号のみを演算処理部に入
力するようにすれば、燃焼条件の変更あるいは変
化に対して、検出視野、着目する検出波長域、
AC光の周波数帯域の少なくとも１つを追従させ
ることができ、これにより火炎有無判定の判定基
準を多角化してより正確な火炎検出を行なうこと
ができる。又、上記ブラント制御信号に応じて、
演算処理部の火炎有無の判定の閾値レベルを変化
させて燃焼条件の変更あるいは変化に追従させる
こともできる。 以上述べたように、本発明では、バーナの根元
部から当該火炎の流れ下流方向に向けて複数の導
光部を設置し、これら導光部からの光をこれに応
じた電気信号に変換し、これら各電気信号に基づ
いて火炎の有無の判定を行なうようにしたので、
火炎形状が変化しても確実に火炎を検出すること
ができ、又、複数段複数列バーナ構造の燃焼装置
に対しても何等の支障もなく適用することができ
る。さらに、機械的なシヤツタを用いることなく
セルフチエツクを行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る火炎検出装置の
ブロツク図、第２図，，、第３図，，
および第４図，，は各視野における出力
信号の特性図である。 １……火炎、２……ウインドボツクス、３ａ，
３ｂ，３ｃ……光検出部、４……光伝送部、５
ａ，５ｂ，５ｃ……光電変換部、６ａ，６ｂ，６
ｃ……増幅部、７……切替部、８……演算処理
部、９……切替制御部、ａ，ｂ，ｃ……視野。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼装置のバーナの火炎の有無を検出する火
   炎検出装置において、前記バーナの根元部に設置
   されるとともに、それぞれの導光先端が前記根元
   部から前記火炎の流れ下流方向に異なる視野で向
   けられた複数の導光部と、これら導光部により導
   かれた光をそれぞれ電気信号に変換する光電変換
   部と、この光電変換部の各信号と火炎の有無を判
   断するための所定の閾値とに基づいて火炎有無の
   判定を行う演算処理部とを設けたことを特徴とす
   る火炎検出装置。