JPH0788942B2 - 燃焼監視方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ガスバーナ，オイルバーナ等における燃焼を
監視する方法および装置に関するものである。

従来の技術 バーナの燃焼状態を検出するには、炉壁から赤外線放射
と火炎からの放射光とを区別し火炎の放射光のみを検出
する必要がある。

従来そのような検出を行なうために、紫外線を選択的に
検知する光電子増倍管を使用している。

この光電子増倍管によって検出する紫外線量等が所定値
を割ったときに失火状態であるとして警報装置に対し出
力を行なっている。

また、バーナの燃焼状態を検出できるものとして他に特
願昭61−250986号明細書に記載される技術がある。

これはフォトダイオード等を光センサとして用い、火炎
から光パワー信号を検出し、その振動部分から求めた積
分値を最適燃焼状態の積分値と比較し、その偏差を解消
するように燃焼用空気の流量調節を行なうものである。

さらに、バーナの失火状態をも検出できるものとして特
願昭61−313686号明細書に記載される技術がある。

これは半導体光センサにより受光して光強度の振動幅を
検出し、該振動幅が所定値よりも小さければ失火を発生
したものとして警報等を発しようとするものである。

発明が解決しようとする問題点 上記光電子増倍管による方法は、そのセンサ自体に問題
がある。すなわち、光電子増倍管は一種の真空管であ
り、管内部に対し常時大気圧がかかっている状態にある
ため振動等によりシール部が劣化した場合などには大気
中のガス成分が侵入し火炎からの光を検出しなくなった
り、あるいは長時間の使用により電極が劣化した場合に
は火炎からの光の有無に関らず電極間で放電を始めると
いう自己放電現象を生ずる不都合がある。

特に自己放電現象が起った場合にはバーナが失火してい
るにも関らず燃焼しているものとして燃料の供給を続け
てしまうという問題がある。

また、特願昭61−250986号のものは燃焼用空気の量をコ
ントロールするものであって失火の場合に対処できる手
段としては直ちに適用できるものではない。

さらに、特願昭61−313686号のものは失火状態を検知で
きるが、誤差を小さくするにはある程度長く検出時間を
設定しなければならない。従ってそれだけ失火後の燃料
漏れも多くなる。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、半導体光センサよ
り得られる信号を処理して該半導体光センサで受けた光
が燃焼火炎からのものか否か判別し、燃焼火炎からのも
のでないと判別したときに一定の出力を行なう燃焼監視
方法において、上記半導体光センサからの信号を周波数
解析してパワースペクトルを求め、次いで該パワースペ
クトルから所定の周波数帯域のエネルギ面積を求め、予
め設定した失火時のエネルギ面積と比較してそれよりも
小さければ一定の出力を行なうという手順を採用してい
る。

光センサには種々のものがあるが、本発明ではフォトダ
イオード，フォトトランジスタ，太陽電池等の半導体を
用いたものを使用し、PbSセンサ,PdSセンサ等電気抵抗
を用いたものは使用しない。

すなわち、第５図および第６図は本発明者等がそれぞれ
SiフォトダイオードおよびCdSセンサを用いて炉内でガ
スバーナ火炎の光強度を測定した結果を示すが、これか
ら明らかなように、Siフォトダイオードではバーナ燃焼
中は火炎特有の振動パターンを示すのに対しバーナ消火
食後では炉壁からの熱放射は急激に低下し、しかも燃焼
火炎の特徴である振動パターンは現われていない。

一方、CdSセンサでは火炎の光を感知してセンサの電気
抵抗が減少し、電流値は増加しこの意味では、火炎の検
出は可能であるが光のチラツキによる振動は小さく明瞭
でない。

従って、Siフォトダイオードを使用すれば上記振動の有
無によって燃焼火炎からの光を炉壁の放射光と区別して
検出することができる。また振動幅の大小を見ることに
より燃焼火炎が形成されているか否かを判別することが
できる。

本発明者等はSiフォトダイオードに限らず他の半導体を
用いた光センサによっても同様の検出を行ないうること
を確認した。

半導体光センサからの信号を周波数解析してパワースペ
クトルを求めると第３図のようになる。これは一定量の
燃焼に対しエア供給圧力を３通りに変化させた場合を示
している。これらの圧力はバーナの燃焼に良く用いられ
るものである。

この図から明らかなように50Hz以上の周波数帯域は燃焼
状態の違いにより大きく異なっている。すなわち燃焼用
空気の量が増えるほど振動波形の周波数帯域は高い周波
数側に広がっていく。

従って燃焼火炎の有無を判断するには燃焼状態の違いに
よる影響をあまり受けない例えば50Hz以下の周波数帯域
のエネルギ面積を利用するのが望ましい。

一方失火時のパワースペクトルは第４図で示されるよう
に、火炎からの光の振動による影響がなくなり、パワー
スペクトルは極めて小さくなる。しかし、失火直前の火
炎からのパワースペクトルから求められる所定周波数帯
域のエネルギ面積を実験等により求め、これを失火時の
エネルギ面積とすることができる。

また、本発明は上記方法を実施するための燃焼監視装置
として、燃焼火炎に対向して受光部が設置された半導体
光センサと、該光センサからの信号を周波数解析してパ
ワースペクトルを求める周波数解析部と、該パワースペ
クトルの所定周波数帯域のエネルギ面積を求め予め設定
した失火時のエネルギ面積と比較して小さければ一定の
出力を行なう演算部と、該演算部からの出力を受けて燃
料供給管の電磁弁に出力し閉動作させるリレー回路とか
らなる構成を採用している。

半導体光センサはフォトダイオード，フォトトランジス
タ等で出来ている。

周波数解析部としてはリアルタイムで解析しうるTF振動
解析器、FFT（Fast Fourier Transform）式分析器等を
用いることができる。

作 用 バーナ等で火炎が形成されると、半導体からなる光セン
サが火炎からの光を受けて光強度に応じた信号を発す
る。この信号は火炎のチラツキに応じて細かく振動す
る。

半導体光センサからの光信号は次いで周波数解析に付さ
れる。

周波数解析によってパワースペクトルが求められると、
さらにその所定の周波数帯域のエネルギ面積を求め、こ
れを予め設定した失火時のエネルギ面積と比較する。

比較の結果、前者が後者よりも小さければ一定の出力を
行なう。

この出力は例えば失火発生の警報のために使用され、あ
るいはバーナの燃料供給管に設けられた電磁弁の閉動作
に使用される。

燃焼監視装置の場合、半導体光センサから周波数解析部
に信号が送られる。周波数解析部はパワースペクトルを
出力し、演算部はこれを受けて所定の周波数帯域の積分
を行ないエネルギ面積を演算する。

また演算部は予め失火時に対応したエネルギ面積を記憶
しており、これとの比較を行なう。

比較の結果前者が後者よりも小さいときにリレー回路に
対して出力する。

リレー回路はこれを受けて燃料供給管の電磁弁に対し出
力し、閉動作させる。

これにより液体または気体の燃料のバーナへの供給は停
止される。

実施例 第１図ないし第４図に基づき本発明の一実施例を説明す
る。

第１図において符号１はバーナからなる燃焼器であり、
該燃焼器１にはガスまたは油等の燃料を供給するための
管２および燃焼用空気（エア）を供給するための管３が
接続されている。

燃料の供給管２には電磁弁４が設けられている。

電磁弁４は燃焼監視装置によって開閉動作するようにな
っている。

燃焼監視装置は半導体光センサ５と、周波数解析部６
と、演算部７と、リレー回路８とからなっている。

半導体光センサ５はこの場合Siフォトダイオードであ
り、その受光部は燃焼器１で形成される火炎９に対向し
ている。

周波数解析部６はFFT式分析器で出来ており、上記光セ
ンサ５からの信号を受けてこれを周波数解析し第３図の
ようなパワースペクトルを求めるようになっている。

演算部７は上記周波数解析部６とともにコンピュータで
ある火炎認識器10を形成している。

演算部７は上記周波数解析部６からのパワースペクトル
信号を入力し、所定の演算を行なってリレー回路８に出
力するようになっている。

火炎認識器10においてなされる手順を第２図のフローチ
ャートの基づいて説明する。

まずステップ１で光センサ５からの光パワー信号を入力
する。

ステップ２では、ステップ１で入力された信号の周波数
解析を行なってパワースペクトルを求める。

ステップ３ではパワースペクトル中燃焼状態の違いによ
り大きな影響を受けることのない周波数帯域のエネルギ
面積Ｒを求める。該周波数帯域は第３図で示される例の
場合では０〜50Hzである。

ステップ４では、０〜50Hzの周波数帯域での失火時のエ
ネルギ面積R₀と現状エネルギ面積Ｒとの差Ａ＝Ｒ−R₀を
求める。R₀は第４図で示される面積部分であり、これは
コンピュータに予め記憶されている。

ステップ５ではＡが０より大きいか小さいかを判断し、
０以下であれば失火として次のステップ６において燃焼
失火信号を出力する。

リレー回路８はこの出力を受けて電磁弁４に閉動作信号
を出力する。

この結果燃焼器１に向う燃料の供給は停止される。

発明の効果 本発明にかかる燃焼監視方法は以上のような構成からな
るので、光パワーの検出を従来法に比しより短時間で行
なっても誤動作を生じることなく失火を検知することが
できる。

従って失火に伴なう燃料もれをより少なくできるもので
ある。

また本発明に係る燃焼監視装置は、光パワーの検出に半
導体光センサを使用するので、受光部のみを火炎近傍に
設置し、センサ部は操作盤内に設け、受光部とセンサ部
とは光ファイバでつなぐことが可能となる。従って、セ
ンサ部の温度，振動等の影響による劣化を防止すること
ができるとともに、着火プラグ等からのノイズによる誤
動作を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃焼監視装置の一実施例のシステ
ム図、第２図は該装置の火炎認識器でなされる操作手順
のフローチャート、第３図は光パワー信号の周波数解析
により得られたパワースペクトルを示し、（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ異なる燃焼用空気供給圧力下
でのパワースペクトル図、第４図は失火時におけるパワ
ースペクトルをR₀とともに示すグラフ、第５図はSiフォ
トダイオードの光強度−時間特性図、第６図はCdSセン
サの電流−時間特性図である。 1:燃焼器、4:弁、5:半導体光センサ、6:周波数解析部、
7:演算部、8:リレー回路、9:火炎、10:火炎認識器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体光センサより得られる信号を処理し
   て該半導体光センサで受けた光が燃焼火炎からのものか
   否か判別し、燃焼火炎からのものでないと判別したとき
   に一定の出力を行なう燃焼監視方法において、上記半導
   体光センサからの信号を周波数解析してパワースペクト
   ルを求め、次いで該パワースペクトルから所定の周波数
   帯域のエネルギ面積を求め、予め設定した失火時のエネ
   ルギ面積と比較してそれよりも小さければ一定の出力を
   行なうことを特徴とする燃焼監視方法。
2. 【請求項２】燃焼火炎に対向して受光部が設置された半
   導体光センサと、該光センサからの信号を周波数解析し
   てパワースペクトルを求める周波数解析部と、該パワー
   スペクトルの所定周波数帯域のエネルギ面積を求め予め
   設定した失火時のエネルギ面積と比較して小さければ一
   定の出力を行なう演算部と、該演算部からの出力を受け
   て燃料供給管の電磁弁に出力し閉動作させるリレー回路
   とからなることを特徴とする燃焼監視装置。