JPH0833194B2 - 燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、各種燃焼装置に用いられる燃焼制御装置に
関するものである。

（従来の技術） バーナにおける火炎の燃焼状態は、一般に空気と燃料
との混合比率（空燃比または排ガス中のO₂濃度比）によ
って大きく変化する。そして、良好な燃焼状態を保つた
めに、従来、燃焼装置に対して燃焼制御装置を設け、燃
焼装置への空気供給量ひいては空燃比を調整することが
多く行なわれている。このような燃焼制御装置の一例と
しては、特開昭63−306310号公報に開示されているもの
がある。この燃焼制御装置は、第７図に示すように、炉
１に設けたバーナ２の燃焼火炎３の光パワー信号ａを光
センサ４で検出する。この光パワー信号ａは、検出器５
および増幅器６を介して周波数解析器７に入力する。そ
して、周波数解析器７は光パワー信号ａに基づき、周波
数解析してパワースペクトルｄを算出し、これを光パワ
ー振動調節器８へ出力する。

そして、光パワー振動調節器８がパワースペクトルｄ
の全体の積分値Ｊおよびあらかじめ設定された基準周波
数以上の帯域の積分値Ｋを算出し、積分値Ｋを積分値Ｊ
で割ってパワースペクトル積分比Ｃを算出する。ここ
で、特定周波数は、例えば次のように設定してある。す
なわち、パワースペクトルは、空燃比の変化によってあ
る周波数を境にして変化割合が異なることがあり、例え
ば該周波数を特定周波数としている。そして、上記パワ
ースペクトル積分比Ｃは一定条件において空気比に対し
てほぼ比例関係にあることを見込み、この関係を利用し
て、パワースペクトル積分比Ｃがあらかじめ設定してあ
る基準値と同等になるように、補正器９へ補正信号ｆを
出力して燃焼用エアー10の流量を調整させて良好な燃焼
状態を得るようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した燃焼制御装置では、炉１およ
びバーナ２などの特性によっては、パワースペクトル積
分比Ｃの変化率を大きく取れず微妙な制御を要求される
場合には、使用困難であった。特に、工業炉の場合、炉
１の内壁部にキャスター，耐火レンガなどの断熱壁11を
設けており（第８図参照）、この断熱壁11が高温となっ
て輻射熱によって火炎３に大きく影響を与えるため、上
記積分比Ｃの変化率はより小さくなってしまう。例えば
この断熱壁11を備えた炉１で、空燃比を1.62、1.31、1.
17、1.05にし、Ａ重油を60 l/hで燃焼して周波数解析す
ると、第９図に示すように空燃比の相違に関わらず、パ
ワースペクトルｄ中の最高周波数値（本例では約400H
z）がほとんど変化せず、この結果得られるパワースペ
クトル積分比Ｃの変化率は、第10図に示すようにきわめ
て小さいものとなってしまう。このため、上述した第８
図の工業炉に対してこのような燃焼制御装置を利用して
もエアー10の供給量を適正に制御できず、良好な燃焼状
態を得ることは困難であった。

本発明は、上記問題点の解決を課題として成されたも
ので、種々の特性の燃焼装置に適用して良好な燃焼状態
を得られる汎用性の高い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） 本発明は上記目的を達成するために、バーナが発生す
る火炎から光パワー信号を検出するセンサと、該センサ
が検出した光パワー信号の特定周波数以上の成分をカッ
トして低周波成分光パワー信号を得るローパスフィルタ
と、該ローパスフィルタから得た低周波光パワー信号を
周波数解析してパワースペクトルを算出する周波数解析
器と、該周波数解析器から得られたパワースペクトルの
全周波数帯における積分値とあらかじめ設定された基準
周波数以上のパワースペクトルの帯域における積分値と
を算出し、これらの積分値から算出されるパワースペク
トル積分比と、最適な燃焼状態となるように空燃比に対
応してあらかじめ設定された基準積分比とを比較してそ
の比較データを出力する演算手段と、該比較データに基
づいて前記バーナの空気供給用調整弁を制御する空気調
整手段と、を備えたことを特徴とする。

（作用） 本発明は上記のように構成したので、空燃比の相違に
関わらずほどんど変化しない特定周波数以上の成分をカ
ットすることにより、空燃比の相違に相関して大きく変
化する低周波成分光パワー信号を周波数解析したパワー
スペクトルが算出されることになる。この結果、空燃比
に対して変化率の大きいパワースペクトル積分比が求め
られる。このように変化率の大きいパワースペクトル積
分比によって比較データを得られ、この比較データで空
気供給用調整弁を制御することによって適正な量のエア
ーがバーナに送られることになる。

（実施例） 以下に、本発明の一実施例を第１図ないし第４図を参
照して説明する。なお、第7,8図に示す部材と同一部材
は同一符号で示す。

図において、バーナ２には燃料12,エアー10を供給す
る管13,14がそれぞれ接続されている。管13には流量調
節弁15および流量計16が設けられ、管14には流量調節弁
17が設けられている。

流量調節弁15および流量計16は温度調節器18に接続さ
れ、流量調節弁17は空気量調整手段の一例である補正器
９に接続されている。

また、炉１には温度センサ19が設けられている。温度
センサ19は温度調節器18に接続している。そして、温度
調節器18は、温度センサ19の温度検出信号に基づいて流
量調整弁15を制御し、流量計16からの信号に基づいて温
度補正信号ｅを発生し、これを補正器９へ出力するよう
になっている。

さらに、増幅器６にはローパスフィルタ20を接続して
ある。ローパスフィルタ20は、アナログフィルタ21,A/D
変換器22,デジタルフィルタ23を有し、これらを直列接
続している。

アナログフィルタ21は、パス周波数帯を切替え設定す
る切替えスイッチ（図示せず）を有し、この切替えスイ
ッチによってパス周波数帯を数レンジにわたって設定で
きるようになっており、この設定により増幅器６で増幅
された光パワー信号ａのうち該パス周波数帯を超過する
成分（特定周波数以上の成分）をカットするようになっ
ている。

A/D変換器22はアナログフィルタ21をパスした光パワ
ー信号ａをA/D変換する。デジタルフィルタ23はアナロ
グフィルタ21と同様にパス周波数帯を設定できるように
なっており、デジタル化した光パワー信号ａの特定周波
数以上の成分をカットして低周波成分光パワー信号ｂを
得て、これを周波数解析器７へ出力する。この場合、両
フィルタ21,23は処理する光パワー信号ａの特性によっ
て組合わせて使用され、この組合わせ使用によって空燃
比とパワースペクトル積分比とが最適な関係になるよう
にパス周波数帯が設定される。

周波数解析器７は低周波光パワー信号ｂを周波数解析
してパワースペクトルを発生し、これを、該周波数解析
器７に接続している光パワー振動調節器24へ出力する。

光パワー振動調節器24は特定周波数より小さい値に設
定された基準周波数と、最適な燃焼状態となるように空
燃比に対応してあらかじめ設定された基準積分比（以
下、最適積分比という）Ｄとをあらかじめ格納してお
り、パワースペクトルを入力し、これを格納データに応
じて第４図に示すように演算処理してエアー流量補正係
数Ｆを算出する。

すなわち、光パワー振動調節器24はパワースペクトル
ｄを入力し（ステップS1）、パワースペクトルｄの全体
周波数帯域の積分値Ａを算出する（ステップS2）ととも
に、基準周波数以上の帯域における積分値Ｂを算出する
（ステップS3）。さらに、上記積分値A,Bの比をとって
パワースペクトル積分比Ｃを求める（ステップS4）。こ
の積分比Ｃとあらかじめ設定してある最適積分比Ｄの偏
差Ｅを求める（ステップS5）。次に、この偏差Ｅより比
較データとしてエアー流量補正係数Ｆを算出する（ステ
ップS6）。

上記基準周波数は、炉１およびバーナ２の特性によ
り、空燃比の変化に対するパワースペクトル積分比Ｃの
変化率がもっとも大きく取れる周波数になるようにあら
かじめセットしてある。そして、光パワー振動調節器24
はこのように算出したエアー流量補正係数Ｆを空気量調
整手段の一例である補正器９に出力する。

補正器９は、温度補正信号ｅをエアー流量補正係数Ｆ
に基づいて補正し、この補正結果に基づいて流量調節弁
17を制御し、バーナ２へのエアー10の供給量を調節す
る。

以上のように構成された燃焼制御装置の動作について
説明する。

まず、火炎３の光パワー信号ａが光センサ４に検出さ
れる（第２図参照）。この光パワー信号ａは増幅器６に
入力されて増幅され、アナログフィルタ21で特定周波数
以上の成分をカットされる。更に、このデータはデジタ
ル信号に変換された上で、デジタルフィルタ23で再度特
定周波数以上の成分をカットされる。このカットによっ
て低周波光パワー信号ｂが得られる。

この低周波光パワー信号ｂが周波数解析器７に入力さ
れてパワースペクトルｄが得られ（第３図参照）、これ
を光パワー振動調節器24に送る。このパワースペクトル
ｄの入力によって光パワー振動調節器24は上述した第４
図の演算処理を行なってエアー流量補正係数Ｆを補正器
９へ出力する。この場合、アナログフィルタ21およびデ
ジタルフィルタ23で、すでに特定周波数以上の帯域の成
分をカットしているので、周波数解析器７から出力され
るパワースペクトルｄは例えば第３図のように高周波成
分が除かれたものになり、この結果、ステップS4の演算
で得られるパワースペクトル積分比Ｃの空燃比に対する
変化率は大きくなって例えば第６図に示されるようにな
る。この結果、パワースペクトル積分比Ｃが定まれば確
実に空燃比を決定することができるようになる。

そして、補正器９はこのように空燃比を確実に決定で
きるパワースペクトル積分比Ｃに基づいて得られたエア
ー流量補正係数Ｆを入力して、流量調節弁17を制御し、
エアー10のバーナ２への供給量を調節する。この結果、
良好な燃焼状態が得られることになる。

なお、本実施例では説明しなかったが基準周波数は、
制御内容により要求される変化率を示すように設定して
も良い。

また、本実施例ではローパスフィルタとしてアナロ
グ，デジタルフィルタ21,23を用いた場合を例にした
が、いずれか片方のみを用いるように構成しても良い。
こうすることにより装置を簡略化できる。そして、ロー
パスフィルタとしてアナログフィルタ22のみを用いて構
成した装置を第８図に示す燃焼装置に適用して、空気比
が1.62,1.31,1.17,1.05の場合において、Ａ重油60 l/h
で実験をしたところ、第5,6図に示すような結果が得ら
れ、パワースペクトル積分比Ｃを大きくでき、ひいては
良好な燃焼状態を達成できることが明らかとなった。

（発明の効果） 本発明は、以上説明したように、火炎の光パワー信号
の特定周波数以上の成分をカットし、このカットによっ
て得られた光パワー信号からパワースペクトルを求め、
あらかじめ設定された基準周波数で周波数帯域を定めて
パワースペクトル積分比を求めるようにしたものである
から、このパワースペクトル積分比の空燃比に対する変
化率を大きくすることができることになり、パワースペ
クトル積分比によって対応する空燃比を確実に特定でき
ることになる。この結果、適用される燃焼装置の特性が
異なるものであっても確実に良好な燃焼状態を得ること
ができ、汎用性が高くなるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の燃焼制御装置を模式的に
示す図、 第２図は、同燃焼制御装置の光センサに入力される光パ
ワー信号を示す波形図 第３図は、同光パワー信号のパワースペクトルを示す波
形図、 第４図は、同燃焼制御装置の光パワー振動調節器の処理
内容を示すフローチャート、 第５図は、本発明の実施例による実験で得られるパワー
スペクトルを示す波形図、 第６図は、同実験におけるパワースペクトル積分比と空
燃比との関係を示す特性図、 第７図は、従来の燃焼制御装置の一例を示す模式図、 第８図は、炉の一例を示す断面図、 第9,10図は、第７図に示す制御装置を第８図の燃焼装置
に用いたときの実験結果を示し、第９図はパワースペク
トルを示す波形図、第10図は、パワースペクトル積分比
と空燃比との関係を示す特性図である。 １……炉、２……バーナ ３……火炎、４……光センサ ７……周波数解析器、９……補正器 20……ローパスフィルタ 21……アナログフィルタ 23……デジタルフィルタ 24……光パワー振動周波数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バーナが発生する火炎から光パワー信号を
   検出するセンサと、該センサが検出した光パワー信号の
   特定周波数以上の成分をカットして低周波成分光パワー
   信号を得るローパスフィルタと、該ローパスフィルタか
   ら得た低周波光パワー信号を周波数解析してパワースペ
   クトルを算出する周波数解析器と、該周波数解析器から
   得られたパワースペクトルの全周波数帯における積分値
   とあらかじめ設定された基準周波数以上のパワースペク
   トルの帯域における積分値とを算出し、これらの積分値
   から算出されるパワースペクトル積分比と、最適な燃焼
   状態となるように空燃比に対応してあらかじめ設定され
   た基準積分比とを比較してその比較データを出力する演
   算手段と、該比較データに基づいて前記バーナの空気供
   給用調整弁を制御する空気調整手段と、を備えたことを
   特徴とする燃焼制御装置。