JPH0814370B2 - バーナ火炎吹き飛び防止装置 - Google Patents

バーナ火炎吹き飛び防止装置

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JPH0814370B2
JPH0814370B2 JP62324486A JP32448687A JPH0814370B2 JP H0814370 B2 JPH0814370 B2 JP H0814370B2 JP 62324486 A JP62324486 A JP 62324486A JP 32448687 A JP32448687 A JP 32448687A JP H0814370 B2 JPH0814370 B2 JP H0814370B2
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Toyota Motor Corp
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    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N5/08Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、バーナ火炎吹き飛び防止装置に関する。
(従来技術) 従来、燃焼制御装置の一例としてGeフォトダイオード
などの光電変換素子を延焼炉内に設け、火炎から発せら
れている光の強さの変化を光電変換素子にて電気信号に
変換し、その信号成分の周波数分析を周波数解析手段に
より実施し、その信号に含まれる振動周波数帯での各周
波数における成分の大きさ、いわゆるパワースペクトラ
ムを得、このパワースペクトラムで算定されるパワース
ペクトラム比に従ってバーナへの供給空気量を調節した
ものが知られている。
この場合、パワースペクトラム比は次のように算定し
ている。
例えば、バーナタイル式の保炎器を使用した燃焼器で
A重油10/h燃焼し、供給空気量を増加させるとこれに
追従するように排ガス中のO2濃度が増加することになる
が、排ガス中のO2濃度がそれぞれ1.4,2.1,3.2,3.9,4.6,
6.0%であるとき光電変換素子で得られる電気信号(光
パワー振動信号)について、周波数分析を行ってパワー
スペクトラムを得ると、このパワースペクトラム(第4
図参照。第4図は簡略図であり、後述する特徴を明示し
ていない。)は、排ガス中のO2濃度が増加すると、所定
周波数(本計測データで15Hz)以上の帯域については,
所定の排ガス中のO2濃度(本計測データでは3.9%)ま
では増大し、所定の排ガス中のO2濃度を越えると縮小す
る傾向を示す。このように所定周波数以上の周波数帯に
おいて排ガス中のO2濃度の増加に伴いパワースペクトラ
ムの増大、縮小変化が認められるが、この所定周波数を
特定の周波数(本計測データでは上述したように15Hz)
として規定する。
そして、上述した燃焼器のパワースペクトラムの特徴
(パワースペクトラムが排ガス中のO2濃度の増加に伴い
増大、縮小変化すること。)を数値表現するために、全
周波数帯についてのパワースペクトラム積分値をA,特定
周波数以上の帯域についてのパワースペクトラム積分値
をBとしてそれぞれを算定し、両者の比B/Aをとって
(第5図参照)、パワースペクトラム比Cを算定してい
る。このパワースペクトラム比Cは排ガス中のO2濃度を
横軸にして表示する第3図に示すように上に凸形状にな
る。排ガス中のO2濃度の増加は供給空気量の増加と対応
したものであり、排ガス中のO2濃度に代えて供給空気量
または時間を横軸として表示しても第3図と同様にパワ
ースペクトラム比Cは上に凸形状になる。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、上述したような従来の燃焼制御装置を燃焼
装置に適用して製品加熱を行なうとき、燃料微粒化エア
の吹き出し速度や燃焼用エアの吹き出し速度のアンバラ
ンス等により、供給燃料に対して燃焼用エアが増加し過
ぎてしまうと火炎がいわゆる吹き飛び状態(矢炎状態)
になることが起こり得た。しかしながら、上述したよう
な従来の燃焼制御装置では、火炎状態を検出する光電検
出素子を有しているものの上述したような吹き飛び状態
は検出できず、また、パワースペクトラム比に従ってバ
ーナへの供給空気量を調節しているものの、パワースペ
クトラム比が排ガス中のO2濃度を横軸にしたとき第3図
に示すように上に凸の曲線となるため、あるパワースペ
クトラム比の値が、吹き飛び状態における値なのか、あ
るいは供給空気、ひいては排ガス中のO2濃度が増加して
いる状態における値であるのか判別できず、ひいては吹
き飛び状態の特定を図ることができない。このため、上
述したような従来の燃焼制御装置を用いた燃焼装置で
は、吹き飛び状態になった場合に吹き飛び状態が継続し
加熱効率が低下してしまう虞があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものでバーナ火炎
の吹き飛び状態を適切に検出してその抑制が図れ、加熱
効率を高めることができるバーナ火炎吹き飛び防止装置
を提供することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するための手段について、第1図およ
び第3図を参照して説明すると、本発明は、炉1内に配
設された光センサ13と、光センサ13の検出信号を周波数
解析して得られるパワースペクトラムに基づいてあらか
じめ設定される特定周波数(第1特定周波数)以上の周
波数帯におけるパワースペクトラム積分値に対する全周
波数帯におけるパワースペクトラム積分値の比(以下、
パワースペクトラム比という。)Cの時間変化率、及び
低周波数帯(第2特定周波数以下の周波数帯)のパワー
スペクトラム積分値の変化率を算出し、両変化率の積が
正の場合、該両変化率の積が正であること及びこの積の
大きさを示す制限信号を出力する火炎状態判定器(制限
信号発生手段)15と、前記制限信号に基づいて炉1への
供給空気量を減少するように調節バルブ9を制御するエ
ア流量制限装置(供給空気量調節手段)12とを備えたこ
とを要旨とする。
(作用) 本発明は、上記構成によって低周波数帯パワースペク
トラム積分値の変化率およびパワースペクトラム比の変
化率の両者を乗算し、この乗算値が正になると乗算値が
正であること及びその大きさを示す制限信号を供給空気
量調節手段へ出力し、バーナへの供給空気量を減少させ
る。
(実施例) 以下、本発明の一実施例のバーナ火炎吹き飛び防止装
置について添付図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例のバーナ火炎浮き飛び防止
装置に示すブロック図である。
第1図において、炉1に配設されたバーナ2には燃料
用配管3,燃料微粉化エア配管4および燃焼用エア配管5
が接続されている。
燃料用配管3の途中には流量計6および調節バルブ7
が、燃料微粉化エア配管4の途中には調節バルブ8が、
また燃焼用エア配管5の途中には調節バルブ9がそれぞ
れ配設されている。なお、炉1内には温度計10が配設さ
れており、この温度計10に温度調節計11が接続されてい
る。温度調節計11は温度計10の検出データおよび流量計
6の検出データを取込んで調節バルブ7を制御して燃焼
状態を調節させ炉1内の温度を一定に保つようにすると
ともに、取込みデータに基づいて得られる温度信号をエ
ア流量制限装置(供給空気量調節手段)12へ出力するよ
うになっている。エア流量制限装置12は温度調節計11か
ら取込んだ温度信号を、後述の火炎状態判定器15から出
力される制限信号に従って補正し、補正して得られた信
号を調節バルブ9へ出力して燃焼用エアの供給量を調整
するようになっている。
また、炉1内には光センサ13が配設されている。光セ
ンサ13はバーナ2の火炎14から発せられる光パワーを取
込んでこれを光電変換して燃焼検出信号として出力す
る。光センサ13には火炎状態判定器(制限信号発生手
段)15が接続されている。火炎状態判定器15は燃焼検出
信号を取込む一方、不図示の記憶手段に格納された制御
プログラムを実行して次のような処理を行なう。
すなわち、燃焼検出信号を周波数解析してパワースペ
クトラムを算出し、さらに全周波数帯のパワースペクト
ラムの積分値A,特定周波数帯のパワースペクトラムの積
分値Bおよび低周波数帯のパワースペクトラムの積分値
Dを算出し、次にパワースペクトラム比C=B/Aを演算
する。そして、このような演算を順次継続して行なうと
ともに、時間差Δt毎にパワースペクトラム比Cについ
ての変化率Eを E=(C−C′)/Δt C′:前回のデータ として算出し、また低周波数帯のパワースペクトラムの
積分値Dについての変化率Fを F=(D−D′)/Δt D′:前回のデータ として算出し、両変化率の積F×Fが正になったか否か
を同積F×Fが0より大きいか否かで判定し0より大き
い場合、火炎14は吹き飛び状態になっていると判定し、
両変化率の積E×Fが正になったこと及び両変化率の積
E×Fの大きさを示す制限信号をエア流量制限装置12へ
出力する。
なお、前記両変化率の積E×Fが正の場合、吹き飛び
状態であると判定するのは次の理由に基づく。すなわ
ち、パワースペクトラウムは、第4図を用いて説明した
ようにあらかじめ設定される所定周波数以上の周波数領
域では供給空気量、ひいては排ガス中のO2濃度が大きく
なると、所定値(例えば3.9%)までは増大し、所定値
を越えると火炎の吹き飛び現象によって縮小する傾向
(パワースペクトラムの増大、縮小変化)があり、ま
た、あらかじめ設定される所定周波数(第4図では2H
z)以下の周波数領域では供給空気量、ひいては排ガス
中のO2度が大きくなると縮小する傾向がある。
上述したように所定周波数以上の周波数帯において排
ガス中のO2濃度の増加に伴いパワースペクトラムの増
大、縮小変化が認められるが、この所定周波数を第1特
定周波数(例えば15Hz)として規定する。また、所定周
波数以下の周波数帯において排ガス中のO2濃度の増加に
伴いパワースペクトラムの縮小が認められるが、この所
定周波数を第2特定周波数(例えば2Hz)として規定す
る。
そして、低周波数帯(第2特定周波数以下の周波数
帯)のパワースペクトラムの積分値Dは供給空気量、ひ
いては排ガス中のO2濃度を横軸にすると第3図に示すよ
うに低減傾向を示す。また、パワースペクトラム比Cを
算出すると上述した第3図に示すように供給空気量、ひ
いては排ガス中のO2濃度を増加していくと、所定値(例
ば3.9%)までは上昇し、所定値を越えると火炎の吹き
飛び現象によって減少し上に凸形状の特性を示すことに
なる。
なお、第3図では、排ガス中のO2濃度を横軸にしてい
るが、排ガス中のO2濃度に代えて供給空気量または時間
を横軸として表示しても第3図と同様にパワースペクト
トラム比Cは上に凸形状になり、また低周波数帯のパワ
ースペクトラムの積分値Dは第3図と同様に低減傾向を
示すことになる。このように火炎の吹き飛び状態では他
の状態と異なり、低周波数帯のパワースペクトラムの積
分値Dおよびパワースペクトラム比Cが共に供給する
(すなわち、積分値Dの時間変化率及びパワースペクト
ラム比Cの時間変化率が共に負である)ことに基づいて
積分値Dの時間変化率及びパワースペクトラム比Cの時
間変化率の積が正になった場合、火炎は吹き飛び状態に
なっていると判定している。
また、火炎状態判定器15には報知手段としてのランプ
16が接続されており、可変状態判定器15は制限信号をエ
ア流量制限装置12へ出力すると同時にランプ16へ制御信
号を出力し、ランプ16を点灯させて吹き飛び状態になっ
たことを知らせる。なお、報知手段としてはランプ16に
限定されるものではなく警報音を発する装置であっても
よい。
以上のように構成されたバーナ火炎吹き飛び検出装置
の動作について、以下、第2図のフローチャートを参照
して説明する。
まず、光センサ13が火炎14に基づく光パワーを取込ん
でこれを光電変換して燃焼検出信号を火炎状態判定器15
へ出力する。
すると、火炎状態判定器15は燃焼検出信号を取込んで
(ステップ(以下、STという)31)、パワースペクトラ
ムを算出する(ST32)。
次に、全周波数帯のパワースペクトラムの積分値A,特
定周波数帯のパワースペクトラムの積分値Bおよびパワ
ースペクトラム比C=B/Aを順次算出する(ST33,34,3
5)。
続いて、低周波帯のパワースペクトラムの積分値Dを
算出する(ST36)。
さらに、時間差Δt毎に変化率E,Fを算出し、同時に
両変化率の積E×Fが0より大きくなったか否かを判定
し(ST38)、E×Fが0より大きくなるまで上述の動作
を継続して行なう。そして、ST38の段階で“YES"と判定
するとエア流量制限装置12へ制限信号を出力して調節バ
ルブ9を絞って空気の供給を確実に停止させる一方、ラ
ンプ16へ制御信号を出力してランプ16を点灯させて操作
員に火炎14が吹き飛び状態になったことを知らせる(ST
39)。
このようにして吹き飛び状態になった場合、直ちに空
気の供給を停止して確実に消化を行なえるので加熱効率
を高めることができる。
なお、本実施例ではランプ16を点灯するので操作員に
火炎吹き飛び状態を適切に知らせることができ燃焼装置
の運転に役立てることができる。
上記実施例では、吹き飛び状態になった場合、空気の
供給を停止するように供給空気量を調整する場合を例に
したが、これに代えて、前記(作用)の欄に記したよう
に、制限信号をエア流量制限装置(供給空気量調節手
段)12に出力して、バーナへの供給空気量を減少、調整
するように構成してもよい。また、この場合、乗算値の
大きさに基づいてバーナへの供給空気量を減少させるよ
うに調整することが可能である。
(発明の効果) 本発明は、低周波数帯(第2特定周波数以下の周波数
帯)パワースペクトラム積分値の変化率およびパワース
ペクトラム比(第1特定周波数以上の周波数帯における
パワースペクトラム積分値の全周波数帯におけるパワー
スペクトラム積分値に対する比)の変化率の両変化率を
乗算し、この乗算値が正になると乗算値が正であること
及びその大きさを示す制限信号を供給空気両調節手段へ
出力し、バーナの供給空気量を減少させるので、火炎吹
き飛び状態の発生を抑制して良好な燃焼制御が図れ加熱
効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のバーナ火炎吹き飛び防止装
置を示すブロック図、第2図は同装置の動作例を示すフ
ローチャート、第3図はパワースペクトラム比および低
周波帯のパワースペクトラムの積分値の一例を示す特性
図、第4図は光電変換素子で得られる火炎の光パワーの
振動信号の周波数解析結果を示すパワースペクトラムを
示す模式図、第5図はパワースペクトラムの周波数帯域
を示す模式図である。 1……炉、2……バーナ、9……調整バルブ、12……エ
ア流量制限装置、13……光センサ、14……火炎、15……
火炎状態判定器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃焼炉内に設けられた光センサと、 この光センサの検出信号に対する周波数分析で得られる
    周波数に対応した光強度の関係を示すパワースペクトラ
    ムに基づいて、あらかじめ設定される第1特定周波数以
    上の周波数帯におけるパワースペクトラム積分値の全周
    波数帯におけるパワースペクトラム積分値に対する比の
    時間変化率、及びあらかじめ設定される第2特定周波数
    以下の周波数帯におけるパワースペクトラム積分値の時
    間変化率をそれぞれ算出し、両変化率の積が正の場合、
    該両変化率の積が正であること及びその積の大きさを制
    限信号として出力する制限信号発生手段と、 前記制限信号に基づいて前記燃焼炉への供給空気量を減
    少するように供給空気量を調整する供給空気量調節手段
    とを備えたことを特徴とするバーナ火炎吹き飛び防止装
    置。
JP62324486A 1987-12-22 1987-12-22 バーナ火炎吹き飛び防止装置 Expired - Lifetime JPH0814370B2 (ja)

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