JPH0979571A - Combustion monitor sensor and air ratio control method of combustor using the sensor - Google Patents

Combustion monitor sensor and air ratio control method of combustor using the sensor

Info

Publication number
JPH0979571A
JPH0979571A JP24022395A JP24022395A JPH0979571A JP H0979571 A JPH0979571 A JP H0979571A JP 24022395 A JP24022395 A JP 24022395A JP 24022395 A JP24022395 A JP 24022395A JP H0979571 A JPH0979571 A JP H0979571A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
air ratio
combustion
flame
detection signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP24022395A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3423124B2 (en
Inventor
Koji Endo
浩二 遠藤
Takahiro Yamaguchi
貴弘 山口
Asaji Yamada
朝治 山田
Hironobu Uchiyama
寛信 内山
Satoshi Shibata
聡 柴田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Takuma Co Ltd
Original Assignee
Takuma Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Takuma Co Ltd filed Critical Takuma Co Ltd
Priority to JP24022395A priority Critical patent/JP3423124B2/en
Publication of JPH0979571A publication Critical patent/JPH0979571A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3423124B2 publication Critical patent/JP3423124B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control an air ratio to an optimum predetermined value by converting to electric signals incident light from a plurality of optical fiber for receiving radiation light from a flame, and outputting a difference signal between those electric signals as a detection signal. SOLUTION: Near-infrared light incident upon two sets of optical fibers 5a, 5b disposed at a predetermined interval is inputted to a signal processor 28 as a flame detection signal VIR. The flame detection signal VIR outputted from the signal processor 28 is inputted to an arithmetic operation processor 22. In a memory 23 there is stored data indicative of a comparison relation among the flame detection signal VIR, the air ratio, and a combustion load rate, and the data from the memory 23 and the flame detection signal VIR from the signal processor 28 are compared with each other in the arithmetic operation processor 22 and a comparison signal is inputted to an air ratio controller 21 as an air ratio signal. In the air ratio controller 21, the air ratio signal and a set air ratio are compared with each other, and the number of revolutions of a fan drive motor 17 is adjusted such that a difference between them is zero, whereby the so-called PI control of the air ratio is performed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はボイラ等の燃焼装置
の燃焼監視に用いる火炎検出型燃焼監視センサと、これ
を用いた空気比制御方法の改良に関するものであり、光
ファイバと半導体受光素子とから成る非火炎接触式の新
規な燃焼監視センサと、この燃焼監視センサにより空気
比を火炎より直接検出し、その空気比検出信号により、
燃焼装置の空気比を最適な設定値に制御するようにした
新規な空気比制御方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flame detection type combustion monitoring sensor used for combustion monitoring of a combustion device such as a boiler, and an air ratio control method using the same. A non-flame contact type new combustion monitoring sensor consisting of, and this combustion monitoring sensor directly detects the air ratio from the flame, and by the air ratio detection signal,
The present invention relates to a novel air ratio control method for controlling the air ratio of a combustion device to an optimum set value.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガス燃焼式ボイラ等の燃焼制御に用いる
燃焼監視センサとしては、例えば、燃焼反応の過程で
生成される特定のイオンを電気的に検出する構成の電極
式センサ(フレームロッド)、燃焼反応の過程で発生
するラジカル化学種を光学的に検出する構成の紫外線光
電管式センサ(ウルトラビジョン)、燃焼によって生
じる炉内圧力の脈動を機械的に検出する構成の微圧セン
サ等が、これまで一般に多く使用されている。同様に、
油燃焼式ボイラ等に於いては、カドニウムセルを用いた
光電式センサが多く使用されている。
2. Description of the Related Art As a combustion monitoring sensor used for combustion control of a gas-fired boiler or the like, for example, an electrode-type sensor (frame rod) configured to electrically detect specific ions generated in the process of combustion reaction, Ultraviolet photoelectric tube type sensor (Ultra Vision) that optically detects radical chemical species generated in the process of combustion reaction, micro pressure sensor that mechanically detects pulsation of furnace pressure caused by combustion, etc. Is commonly used until. Similarly,
In oil-fired boilers and the like, photoelectric sensors using a cadmium cell are often used.

【0003】しかし、前記電極式センサは電極部を火炎
内へ挿入するため、酸化による劣化や消耗が激しいうえ
各種の汚損物質の付着が避けられず、センサの検出性能
が悪化する。その結果、検出部の交換や補修を屡々必要
とすることになり、燃焼監視センサのランニングコスト
の高騰を招くことになる。
However, since the electrode portion of the electrode type sensor is inserted into the flame, deterioration and consumption due to oxidation are severe, and adhesion of various pollutants is unavoidable, which deteriorates the detection performance of the sensor. As a result, it is often necessary to replace or repair the detection unit, which causes an increase in running cost of the combustion monitoring sensor.

【0004】また、紫外線光電管式センサや微圧式セン
サは、検出部が高価なうえに機械的強度が低くく、耐振
性や耐衝撃性に欠ける。その結果、設備費が高騰すると
共に機器の保守点検や取替えの頻度が高くなり、前記電
極式センサの場合と同様に燃焼監視センサのランニング
コストが高騰することになる。
Further, the ultraviolet photoelectric tube type sensor and the micro pressure type sensor are expensive in the detecting portion and have a low mechanical strength, so that they lack vibration resistance and impact resistance. As a result, the equipment cost rises and the frequency of maintenance and inspection and replacement of the equipment increases, and the running cost of the combustion monitoring sensor also rises as in the case of the electrode type sensor.

【0005】更に、カドニウムセルを用いた光電式セン
サは、カドニウムセルの性質上油焚用の輝炎にしか用い
ることができず、ガス焚用火炎には適用できないうえ、
信号の取り出しがON−OFF方式であるため、空気比
センサーとして用いることができないと云う問題があ
る。
Further, the photoelectric sensor using a cadmium cell can be used only for a luminous flame for oil burning due to the nature of the cadmium cell, and cannot be applied to a flame for gas burning.
Since the signal is taken out by the ON-OFF method, there is a problem that it cannot be used as an air ratio sensor.

【0006】加えて、従前の光式燃焼監視センサは、何
れも火炎正面より火炎を観測する型式となっており、バ
ーナ開口部が炎正面より見えない構造のボイラ等には適
用できないうえ、カメラ装置やガラスファイバ、周波数
分析機、電子計算機等を別途に必要とするためセンサ装
置そのものが大がかりとなり、センサ装置の小形化が図
り難いと云う問題がある。
In addition, all of the conventional optical combustion monitoring sensors are of a type that observes the flame from the front of the flame, and cannot be applied to a boiler or the like whose burner opening cannot be seen from the front of the flame. Since a device, a glass fiber, a frequency analyzer, an electronic calculator, etc. are separately required, the sensor device itself becomes large in scale, and there is a problem that it is difficult to downsize the sensor device.

【0007】一方、従前の小型ボイラ等の燃焼制御に於
いては、燃焼監視センサからの火炎検出信号によってバ
ーナーへ供給する燃焼空気量(空気比)を調整し、理想
的な燃焼炎が得られるようにしている。しかし、従前の
燃焼監視センサを用いた燃焼制御に於いては、外気温度
(燃焼用空気の温度)の変化と共に供給空気量(空気
比)が変る。その結果、燃焼排ガス中の残存O2 が季節
により大きく変動することになり、送風機動力の増加を
招く等の不都合を生ずることになる。
On the other hand, in the conventional combustion control of a small boiler or the like, an ideal combustion flame is obtained by adjusting the amount of combustion air (air ratio) supplied to the burner by a flame detection signal from a combustion monitoring sensor. I am trying. However, in the conventional combustion control using the combustion monitoring sensor, the supply air amount (air ratio) changes with the change of the outside air temperature (the temperature of the combustion air). As a result, the residual O 2 in the combustion exhaust gas varies greatly depending on the season, which causes an inconvenience such as an increase in blower power.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従前の小型
ボイラ等の燃焼制御に用いる燃焼監視センサ及びこれを
用いた空気比制御に於ける上述の如き問題、即ち燃焼
監視センサの耐久性が低いうえ、検知性能の劣化が比較
的早く、部品の取替や補修を高頻度で行なう必要がある
こと、燃焼監視センサ装置が複雑且つ大形化し、設備
費が高騰すること、燃焼監視センサの取付位置に制約
があること、空気比制御に於いては、一定空気比制御
が困難で、燃焼排ガス内のO2 濃度が外気温によって変
動し、送風機の動力損失等を生ずること等の問題を解決
し、構造が簡単で安価であり、しかも検出部が火炎に対
して非接触であって耐久性に富み、ボイラ等の燃焼火炎
を火炎の正面のみならず背面や側面からも検出できると
共に、火炎より直接に空気比を検出することにより、最
適な所定値に空気比を制御できるようにした、燃焼監視
センサとこれを用いたボイラ等の空気比制御方法を提供
するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a combustion monitoring sensor used for combustion control of a conventional small boiler and the above-mentioned problems in the air ratio control using the same, that is, the durability of the combustion monitoring sensor. In addition to being low, the detection performance deteriorates relatively quickly, it is necessary to replace and repair parts frequently, the combustion monitoring sensor device becomes complicated and large, and the equipment cost rises. There is a problem in that there are restrictions on the mounting position, it is difficult to control the constant air ratio in the air ratio control, and the O 2 concentration in the combustion exhaust gas fluctuates depending on the outside temperature, resulting in power loss of the blower. Solved, the structure is simple and inexpensive, moreover, the detection part is not in contact with the flame and is highly durable, and the combustion flame of a boiler or the like can be detected not only from the front side of the flame but also from the back side and side surface, Air directly from the flame By detecting and to control the air ratio to the optimum predetermined value, there is provided an air ratio control method for a boiler or the like using a combustion monitoring sensor it.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本願請求項1に記載の発
明は、火炎からの放射光を受光する複数の光ファイバ
と、各ファイバからの入射光を電気信号に変換する複数
の変換回路を有し、それらの電気信号の差動信号を検出
信号として出力する信号処理装置とを発明の基本構成と
するものである。
According to the first aspect of the present invention, there are provided a plurality of optical fibers for receiving radiation light from a flame and a plurality of conversion circuits for converting incident light from each fiber into an electric signal. And a signal processing device that outputs a differential signal of those electric signals as a detection signal is a basic configuration of the invention.

【0010】本願請求項4に記載の発明は火炎からの放
射光を受光する光ファイバと、光ファイバからの入射光
を通過せしめる青色又は緑色フィルタと、フィルタから
の入射光を電気信号に変換する変換回路を有し、そのそ
の増幅信号を検出信号として出力する信号処理装置とを
発明の基本構成とするものである。
The invention according to claim 4 of the present application is an optical fiber for receiving radiated light from a flame, a blue or green filter for passing incident light from the optical fiber, and converting incident light from the filter into an electric signal. A signal processing device having a conversion circuit and outputting the amplified signal thereof as a detection signal is a basic configuration of the invention.

【0011】本件請求項4に記載の方法発明は、燃焼装
置に、火炎からの放射光を受光する複数の光ファイバ
と、各ファイバからの入射光を電気信号に変換する複数
の変換回路を有し、それ等の電気信号の差動信号を検出
信号として出力する信号処理装置とから成る燃焼監視セ
ンサを設け、当該燃焼監視センサからの検出信号を空気
比検出信号として空気比制御装置へ入力し、予かじめ設
定した空気比との差を減少せしめる方向に燃焼用空気の
供給量を調整するようにしたことを発明の基本構成とす
るものである。
According to a fourth aspect of the present invention, the combustion apparatus has a plurality of optical fibers for receiving the radiated light from the flame and a plurality of conversion circuits for converting the incident light from each fiber into an electric signal. Then, a combustion monitoring sensor including a signal processing device that outputs a differential signal of these electric signals as a detection signal is provided, and the detection signal from the combustion monitoring sensor is input to the air ratio control device as an air ratio detection signal. The basic configuration of the invention is to adjust the supply amount of the combustion air in a direction to reduce the difference from the air ratio set in advance.

【0012】本願請求項6に記載の方法発明は、燃焼装
置に、火炎からの放射光を受光する光ファイバと、光フ
ァイバからの入射光を通過せしめる青色又は緑色フィル
タと、フィルタからの入射光を電気信号に変換する変換
回路を有し、その増幅信号を検出信号として出力する信
号処理装置とから成る燃焼監視センサを設け、当該燃焼
監視センサからの検出信号を空気比検出信号として空気
比制御装置へ入力し、予かじめ設定した空気比との差を
減少せしめる方向に燃焼用空気の供給量を調整するよう
にしたことを発明の基本構成とするものである。
According to a sixth aspect of the present invention, an optical fiber for receiving radiant light from a flame, a blue or green filter for allowing incident light from the optical fiber to pass through the combustion device, and an incident light from the filter are provided. Is provided with a combustion monitoring sensor having a conversion circuit for converting the electric signal into an electric signal, and a signal processing device outputting the amplified signal as a detection signal, and the air ratio control using the detection signal from the combustion monitoring sensor as an air ratio detection signal The basic configuration of the invention is to adjust the supply amount of the combustion air in the direction of reducing the difference from the air ratio that is input to the device and set in advance.

【0013】本願発明者等は、上記本願発明の創作に先
き立って図17の如き全予混合燃焼式マルチポート・バ
ーナを備えた小形ガス燃焼式ボイラを製作し、これを用
いて、燃焼火炎からのガス発光等の火炎放射光と、空気
比に代表される燃焼状態との関係に関する基礎データを
得る試験を数多く実施した。
Prior to the creation of the invention of the present application, the inventors of the present application produced a small gas combustion type boiler equipped with an all-premixed combustion type multi-port burner as shown in FIG. 17, and used it for combustion. Numerous tests were conducted to obtain basic data on the relationship between flame radiation such as gas emission from a flame and the combustion state represented by the air ratio.

【0014】尚、図17のボイラ1は燃料ガスを都市ガ
ス(13A)とし、供給熱量は3万kcal/h(最
大)・1.8万kcal/h(最小・60%)、排出酸
素濃度は2〜8%、燃焼室体積は6.6×10-3
3 (190mm×115mm×300mm)、バーナ面
積は6.9×10-33 (125mm×55mm)に夫
々設定されており、且つ熱交換器3が燃焼室の上方に設
けられている。
In the boiler 1 of FIG. 17, the fuel gas is city gas (13A), the heat supply amount is 30,000 kcal / h (maximum), 180000 kcal / h (minimum, 60%), and the exhaust oxygen concentration. Is 2 to 8%, the combustion chamber volume is 6.6 × 10 -3 m
3 (190 mm × 115 mm × 300 mm), the burner area is set to 6.9 × 10 −3 m 3 (125 mm × 55 mm), and the heat exchanger 3 is provided above the combustion chamber.

【0015】図18は、バーナ2を形成するバーナプレ
ート2aの一例を示すものであり、1.2mmφ〜1.
9mmφのノズル孔2bが複数個形成されている。更
に、バーナプレート2aの下方の風箱4内には、光ファ
イバ5が設けられている。
FIG. 18 shows an example of the burner plate 2a forming the burner 2, which is 1.2 mmφ-1.
A plurality of 9 mmφ nozzle holes 2b are formed. Further, an optical fiber 5 is provided in the wind box 4 below the burner plate 2a.

【0016】[基礎試験1]本発明では、低NOx制御
を実現するため、非火炎接触型で且つボイラの壁面周囲
温度や燃焼負荷率の変動等の外乱による影響を受けずに
燃焼状態を検知し得る燃焼監視センサの試作を目的とし
ている。そのため、先ずボイラ各部の温度測定と、風箱
4内へ流入する混合気流による光ファイバ5の冷却効果
を調査した。
[Basic Test 1] In the present invention, in order to realize low NOx control, the combustion state is detected without being affected by external disturbances such as non-flame contact type and fluctuations in the ambient temperature of the wall surface of the boiler and the combustion load factor. The purpose is to make a possible combustion monitoring sensor. Therefore, first, the temperature of each part of the boiler was measured, and the effect of cooling the optical fiber 5 by the mixed airflow flowing into the wind box 4 was investigated.

【0017】図19は光ファイバ5先端の温度とバーナ
プレート2aの下面中央の温度等の測定結果を示すもの
であり、光ファイバ5の先端温度が常温に維持されたま
まであることが判明した。尚、ボイラ1は18000k
cal/hr,O2 4%で点火後30分間運転し、その
後消火すると共にボイラ給水を停止した。
FIG. 19 shows the measurement results of the temperature at the tip of the optical fiber 5 and the temperature at the center of the lower surface of the burner plate 2a. It was found that the tip temperature of the optical fiber 5 was kept at room temperature. Boiler 1 is 18000k
It was operated for 30 minutes after ignition with cal / hr and O 2 4%, and then extinguished the fire and stopped water supply to the boiler.

【0018】[基礎試験2]次に、図20に示すように
分光計6を用い、火炎の中心軸に沿って放射光を分光分
析した。図21はその測定結果を示すものであり、ラ
ジカル発光7は紫外から青色領域に卓越したバンドスペ
クトルであり、燃焼室の底部のみに分布すること(OH
ラジカル:310nm,CHラジカル:430nm)、
熱輻射は近赤外領域に卓越したバンドスペクトルであ
って燃焼室全体に分布しており、高温のH2Oガスの放
射であると類推される。即ち、分光放射強度が比較的高
く、燃焼室全体から発する近赤外光が検出されること、
等が判明した。
[Basic Test 2] Next, as shown in FIG. 20, a spectroscope 6 was used to spectrally analyze the emitted light along the central axis of the flame. FIG. 21 shows the measurement result. Radical emission 7 is a band spectrum excellent in the ultraviolet to blue region and should be distributed only at the bottom of the combustion chamber (OH
Radical: 310 nm, CH radical: 430 nm),
The thermal radiation has an excellent band spectrum in the near-infrared region, is distributed throughout the combustion chamber, and is presumed to be the radiation of high-temperature H 2 O gas. That is, the spectral radiation intensity is relatively high, the near infrared light emitted from the entire combustion chamber is detected,
And so on.

【0019】尚、この時の燃焼条件は入力:18000
kcal/h、O2 :6%であり、分光計6は浜松ホト
ニクス(株)製のR446(600nm以下の波長帯)
及びR406(長波長帯)を使用した。また、図21に
於いて、7はラジカル放射光、8はH2Oガス放射光が
主体となっている近赤外光(以下火炎信号)、Hは火炎
中心軸方向の高さ、I1 は分光計(R406)の出力n
A、I2 は分光計(R446)の出力nAである。
The combustion condition at this time is input: 18000
kcal / h, O 2 : 6%, and the spectrometer 6 is R446 (wavelength band of 600 nm or less) manufactured by Hamamatsu Photonics KK
And R406 (long wavelength band) were used. In FIG. 21, 7 is radical radiant light, 8 is near-infrared light mainly composed of H 2 O gas radiant light (hereinafter flame signal), H is the height in the central axis direction of the flame, I 1 Is the output n of the spectrometer (R406)
A and I 2 are the output nA of the spectrometer (R446).

【0020】[基礎試験3]図26のボイラ1を用い、
火炎中心軸線上の温度分布と火炎中心軸線上の火炎信号
(近赤外光放射)8の時間平均強度を、ボイラ入力及び
2 濃度をパラメータにして測定した。尚、火炎信号強
度はシリコンフォトダイオードアレイ9を用いて測定し
た。
[Basic Test 3] Using the boiler 1 shown in FIG.
The temperature distribution on the flame center axis and the time average intensity of the flame signal (near infrared light emission) 8 on the flame center axis were measured using the boiler input and the O 2 concentration as parameters. The flame signal intensity was measured using the silicon photodiode array 9.

【0021】図22、図23、図24及び図25はその
測定結果を示すものであり、当該試験結果から火炎中
心軸線上の温度及び火炎信号強度は、両方とも供給熱量
に依存せず、空気比の増大に伴って低下することが判っ
た。尚、上記事象は火炎信号として検出した熱輻射光の
強度が、プランクの熱輻射に従う温度の関数であるため
である。
22, FIG. 23, FIG. 24 and FIG. 25 show the measurement results. From the test results, the temperature and flame signal intensity on the flame center axis are both independent of the amount of heat supplied, and It was found to decrease with increasing ratio. The above phenomenon is because the intensity of the thermal radiation light detected as the flame signal is a function of the temperature according to the Planck's thermal radiation.

【0022】[基礎試験4]図26のように、35素子
シリコンフォトダイオードアレイ9(浜松ホトニクス
(株)S4111)を軸方向に設置し、これを用いて火
炎の中心軸方向の2点における火炎信号の相関特性を調
べた。測定は、一方の測定位置をH=70mmに固定
し、他方を測定点の間隔dが−17.6,−8.8,
8.8,17.6となるように変化させた。d>0の場
合は、移動測定点が固定測定点より上方にあるときを示
す。また、d=0の場合は、固定測定点における火炎信
号の自己相関関数を示す。図27は測定した結果を示す
ものであり、図27に示す相互相関関数より、火炎信号
は、燃焼室下方から上方に向かって、ほぼ等しい速度で
移動することがわかる。
[Fundamental Test 4] As shown in FIG. 26, a 35-element silicon photodiode array 9 (S4111, Hamamatsu Photonics KK) was installed in the axial direction, and using this, flames at two points in the central axis direction of the flame were used. The correlation properties of the signals were investigated. In the measurement, one measurement position was fixed at H = 70 mm, and the other had a measurement point interval d of -17.6, -8.8,
It was changed to be 8.8 and 17.6. The case of d> 0 indicates that the moving measurement point is above the fixed measurement point. When d = 0, the autocorrelation function of the flame signal at the fixed measurement point is shown. FIG. 27 shows the measurement results, and it can be seen from the cross-correlation function shown in FIG. 27 that the flame signal moves from the lower part of the combustion chamber to the upper part at substantially the same speed.

【0023】[基礎試験5]図28に示す如く、Siフ
ォトダイオードアレイを9を火炎中心軸線に垂平な方向
に配置し、測定点間隔dを4.4mmに固定した。そし
て、一方の原信号11と、両信号の差動信号12をFF
Tアナライザー10を用いて周波数分析をした。
[Basic Test 5] As shown in FIG. 28, the Si photodiode array 9 was arranged in a direction perpendicular to the flame center axis, and the measurement point interval d was fixed at 4.4 mm. Then, the original signal 11 on one side and the differential signal 12 of both signals are flip-flopped.
Frequency analysis was performed using a T analyzer 10.

【0024】図29は前記周波数分析の結果を示すもの
であり、白地は原信号11を、また網地は差動信号12
を示すものである。尚、試験時のボイラ燃焼条件は入
力:18000kcal/h、O2 :6%であった。
FIG. 29 shows the results of the above frequency analysis. The white background shows the original signal 11 and the halftone background shows the differential signal 12.
Is shown. The boiler combustion conditions during the test were input: 18000 kcal / h and O 2 : 6%.

【0025】図29からも明らかなように、単センサ信
号(原信号)11では、位置Hに比例して高周波数帯
(10Hz以上)の信号成分が増大すること、差動信
号12に於いては、高周波数帯(10Hz以上)の成分
が同期信号として減算処理によって除去され、中心軸に
垂直なむら信号が低周波数帯域に顕著に現れることが判
った。
As is apparent from FIG. 29, in the single sensor signal (original signal) 11, the signal component in the high frequency band (10 Hz or more) increases in proportion to the position H, and in the differential signal 12. It was found that the high frequency component (10 Hz or more) was removed by subtraction processing as a synchronization signal, and the uneven signal perpendicular to the central axis remarkably appeared in the low frequency band.

【0026】[基礎試験6]次に、ファイバセンサで検
出した火炎信号の挙動を調べるため、図30に示す如
く、バーナプレート2aの下方の風箱4内に2本の光フ
ァイバー5a、5bを間隔Dを置いて設けると共に、一
方の光ファイバ5aをL=70mmに固定し、他方の光
ファイバ5bの間隔を可変とし、各ファイバ5a、5b
で火炎信号を検出すると共に、検出した火炎信号の周波
数分析を行った。
[Basic Test 6] Next, in order to investigate the behavior of the flame signal detected by the fiber sensor, as shown in FIG. 30, two optical fibers 5a and 5b are provided in the wind box 4 below the burner plate 2a. D is provided separately, one optical fiber 5a is fixed at L = 70 mm, the distance between the other optical fibers 5b is made variable, and each fiber 5a, 5b
The flame signal was detected by and the frequency analysis of the detected flame signal was performed.

【0027】図31はその結果を示すものであり、白地
は単センサからの信号(原信号)14を、また網地は差
動信号15を示すものである。図31からも明らかなよ
うに、ファイバ間隔Dの増大に比例して、差動信号1
5の強度が増大し、40mm近傍で単センサ信号の強度
を越えること、炎孔を介して風箱4から監視した火炎
信号は、低周波数帯信号のみであり、図29で得られた
火炎中心軸に垂直方向のむら信号に相当する信号が、選
択的に検出されることが判明した。
FIG. 31 shows the results, where the white background shows the signal (original signal) 14 from the single sensor, and the halftone background shows the differential signal 15. As is clear from FIG. 31, the differential signal 1 is proportional to the increase of the fiber spacing D.
5 increases and exceeds the intensity of the single sensor signal in the vicinity of 40 mm, the flame signal monitored from the wind box 4 through the flame hole is only the low frequency band signal, and the flame center obtained in FIG. It was found that a signal corresponding to the unevenness signal in the direction perpendicular to the axis was selectively detected.

【0028】[基礎試験7]図17に示したボイラ1に
於ける空気比とNOx濃度及び熱損失の関係を熱燃焼負
荷率をパラメータとして調査した。図32はその測定結
果を示すものであり、熱損失は空気比1以上の場合の過
剰空気による断熱燃焼温度の低下分から予測したもので
ある。図32から明らかなように、空気比1.2〜1.
3近傍に於いてNOx濃度が60ppmを下回り、かつ
熱損失が小さい燃焼状態が得られることが判明した。
[Basic Test 7] The relationship between the air ratio, the NOx concentration and the heat loss in the boiler 1 shown in FIG. 17 was investigated using the thermal combustion load factor as a parameter. FIG. 32 shows the measurement result, and the heat loss is predicted from the decrease in the adiabatic combustion temperature due to excess air when the air ratio is 1 or more. As is clear from FIG. 32, the air ratio is 1.2 to 1.
It was found that the NOx concentration in the vicinity of 3 was less than 60 ppm and a combustion state with small heat loss was obtained.

【0029】前記各基礎試験の結果から、本願発明者は
バーナプレート2aの下方の風箱4内に光ファイバー
5を設置し、ノズル孔2bを通して火炎を監視すること
ができること、二個の光ファイバ5.5を火炎中心軸
線と垂直方向に間隔を置いて設け、両光ファイバの検出
信号の差動信号を取り出すことにより、同相的な雑音信
号となる炉内熱輻射や外部入射光を相殺した近赤外光信
号のむら信号(即ち、H2Oガスの放射光強度のむら信
号となり、且つこの近赤外信号のむら信号は燃焼ガス温
度と高い相関性を有すること、前記近赤外光信号のむ
ら信号は燃焼時の空気比と高い相関性を有すること等の
事象を知得した。
From the results of the respective basic tests, the inventor of the present application can install the optical fiber 5 in the wind box 4 below the burner plate 2a, monitor the flame through the nozzle hole 2b, and the two optical fibers 5 .5 is provided at a distance in the direction perpendicular to the flame center axis, and the differential signal of the detection signals of both optical fibers is taken out to cancel the in-furnace heat radiation and external incident light, which are in-phase noise signals. The nonuniformity signal of the infrared light signal (that is, the nonuniformity signal of the radiant light intensity of the H 2 O gas, and the nonuniformity signal of the near infrared light signal has a high correlation with the combustion gas temperature. We have learned the fact that it has a high correlation with the air ratio during combustion.

【0030】本願発明は上述の如き知見を基にし、これ
に後述する如き創意を加えることにより創作されたもの
である。
The invention of the present application was created by adding the creativity described below to the above findings.

【0031】[0031]

【発明の実施の態様】DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

[第1燃焼監視センサ]図1は、本発明の実施の態様の
一例を示す斜面図である。図1に於いて、1はボイラ、
2はバーナ、2aはバーナプレート、3は熱交換器、4
は風箱であり、ボイラ1の外形寸法やバーナ2等の構造
は前記図17の場合と全く同一である。
[First Combustion Monitoring Sensor] FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a boiler,
2 is a burner, 2a is a burner plate, 3 is a heat exchanger, 4
Is a wind box, and the external dimensions of the boiler 1 and the structure of the burner 2 etc. are exactly the same as those in the case of FIG.

【0032】また、図1に於いて、16は予混合器付フ
ァン、17はファン駆動用モータ、18はモータコント
ローラ、19は制御弁、20はバルブコントローラ、2
1は空気比制御装置、21aは空気比設定器、21bは
空気比コントローラ、22は演算処理部、23は記憶装
置、24は本発明の第1燃焼監視センサ、25は本発明
の第2燃焼監視センサである。
Further, in FIG. 1, 16 is a fan with a premixer, 17 is a fan driving motor, 18 is a motor controller, 19 is a control valve, 20 is a valve controller, and 2
1 is an air ratio control device, 21a is an air ratio setting device, 21b is an air ratio controller, 22 is an arithmetic processing unit, 23 is a storage device, 24 is the first combustion monitoring sensor of the present invention, and 25 is the second combustion of the present invention. It is a monitoring sensor.

【0033】前記第1燃焼監視センサ24は二本の光フ
ァイバ5a、5bと2個のSiフォトダイオード27
a、27bと、信号処理装置28等から形成されてい
る。
The first combustion monitoring sensor 24 includes two optical fibers 5a and 5b and two Si photodiodes 27.
a, 27b, a signal processing device 28, and the like.

【0034】同様に、前記第2燃焼監視センサ25は2
本の光ファイバ5c、5dと、青色及び緑色のフィルタ
29a、29bと、2個のGaAsフォトダイオード3
0a、30bと、信号処理装置31等から形成されてい
る。
Similarly, the second combustion monitoring sensor 25 is
Optical fibers 5c and 5d, blue and green filters 29a and 29b, and two GaAs photodiodes 3
0a and 30b, and the signal processing device 31 and the like.

【0035】前記光ファイバ5a〜5dは直径0.75
mmのプラスチックファイバ線を束ねた4組のバンドル
ファイバであり、プレートから70mm隔てて設置さ
れ、炎孔を介して火炎を下方から監視する。ファイバ先
端は、混合気流による冷却効果により、ボイラ運転時に
おいても室温に維持される。尚、光ファイバとしては、
プラスチックファイバの他にグラスファイバ(コア系=
0.75mm、外径=1mm、N・A=0.2)の使用
が可能である。また、バンドルファイバーに代えて単芯
ファイバーを使用することも可能である。更に、ファイ
バーの基端にボールレンズ等を取り付け、光量の増加を
図るようにすることも可能である。
The optical fibers 5a to 5d have a diameter of 0.75.
It is four sets of bundled fiber bundled with mm plastic fiber wires and is installed 70 mm away from the plate, and the flame is monitored from below through the flame hole. The tip of the fiber is maintained at room temperature even during boiler operation due to the cooling effect of the mixed air flow. As an optical fiber,
In addition to plastic fiber, glass fiber (core system =
0.75 mm, outer diameter = 1 mm, N · A = 0.2) can be used. It is also possible to use a single core fiber instead of the bundle fiber. Further, it is possible to attach a ball lens or the like to the base end of the fiber so as to increase the amount of light.

【0036】図2は前記第1燃焼監視センサ24の構成
を示すブロック図であり、図3はその信号処理装置28
の回路図の一例を示すものである。図2及び図3を参照
して、40mm以上隔離して風箱4内に設置した二本の
光ファイバ5a、5b内へ入射された火炎からの入射光
は、シリコンフォトダイオード27a、27bへ送ら
れ、ここで入射光強度に比例した電流信号が発生され
る。発生した電流信号は電流ー電圧変換回路32で電圧
信号に変換されたあと、差動増幅回路33で増幅され、
その後減算回路34へ入力される。尚、前記差動増幅回
路33は着火及び消火時の過度的な信号成分の除去を目
的とするものであり、また、これに続く減算回路34
は、前述したように雑音信号となる炉内の熱輻射や外部
入射光等のむら信号のみを得るためのものである。減算
回路34からの両信号の差信号はフォロワー回路35、
2次ハイパスフィルタ(fc=1Hz)36、2次ロー
パスフィルタ(fc=10Hz)37を通してオフセッ
ト信号(微小信号)の加算回路38へ入力される。オフ
セット信号が加算された信号は、反転形半波整流回路3
9aと反転形加算器39bから成る全波整流回路(絶対
値回路)39で全波整流される。
FIG. 2 is a block diagram showing the structure of the first combustion monitoring sensor 24, and FIG. 3 is a signal processing device 28 thereof.
2 is an example of a circuit diagram of FIG. With reference to FIGS. 2 and 3, the incident light from the flame incident on the two optical fibers 5a and 5b separated by 40 mm or more and installed in the wind box 4 is sent to the silicon photodiodes 27a and 27b. Then, a current signal proportional to the incident light intensity is generated. The generated current signal is converted into a voltage signal by the current-voltage conversion circuit 32 and then amplified by the differential amplifier circuit 33,
Then, it is input to the subtraction circuit 34. The differential amplifier circuit 33 is intended to remove an excessive signal component at the time of ignition and extinguishment, and a subtraction circuit 34 subsequent thereto.
Is for obtaining only uneven signals such as thermal radiation in the furnace and external incident light which become noise signals as described above. The difference signal of both signals from the subtraction circuit 34 is the follower circuit 35,
It is input to the adder circuit 38 for the offset signal (minute signal) through the secondary high-pass filter (fc = 1 Hz) 36 and the secondary low-pass filter (fc = 10 Hz) 37. The signal to which the offset signal is added is the inverting half-wave rectifier circuit 3
Full-wave rectification is performed by a full-wave rectification circuit (absolute value circuit) 39 including 9a and an inverting adder 39b.

【0037】尚、前記バンドパスフィルタは前述の通
り、減算回路34から出力された近赤外光のむら強度信
号から直流的な外乱光と高周波の電気的ノイズを除去す
るためのものである。
As described above, the band pass filter is for removing direct current disturbance light and high frequency electrical noise from the non-infrared light unevenness intensity signal output from the subtraction circuit 34.

【0038】低周波(1〜10Hz)信号を全波整流し
た信号は、比較器40へ入力され、ここで後述するしき
い値設定回路41からの信号と比較され、全波整流信号
がしきい値を越える場合には、パルス出力発生回路42
からパルス出力が、パルス反転回路43を通してパルス
列の形でパルス遅延回路44へ入力される。即ち、前記
全波整流回路39及び比較器40は、前記減算回路34
からの出力信号の信号強度を除去してパルス列信号に変
換するためのものである。
The signal obtained by full-wave rectifying the low frequency (1 to 10 Hz) signal is input to the comparator 40 and compared with a signal from a threshold value setting circuit 41, which will be described later, to determine the full-wave rectified signal. If the value is exceeded, the pulse output generation circuit 42
The pulse output is input to the pulse delay circuit 44 through the pulse inversion circuit 43 in the form of a pulse train. That is, the full-wave rectification circuit 39 and the comparator 40 are the same as the subtraction circuit 34.
This is for removing the signal strength of the output signal from and converting it into a pulse train signal.

【0039】前記パルス遅延回路44では、ワンショッ
トトリガ回路44aからのパルス時間幅Tに応じて入力
パルス列が平滑化され、直流の火炎検知信号VIRとして
出力されて行く。即ち、ワンショットトリガ44aによ
りパルス列の平滑化と応答時間の設定が行なわれる。
尚、本実施態様に於いては、信号処理装置28の電気回
路を図3に示すような回路構成としているが、当該信号
処理装置28は、少なくとも2本のファイバーから入射
光を電気信号に変換する変換回路と、両電気信号の作動
信号を検出する検出回路を備えたものであれば、その回
路構成が如何なるものであってもよいことは勿論であ
る。
In the pulse delay circuit 44, the input pulse train is smoothed according to the pulse time width T from the one-shot trigger circuit 44a and is output as a DC flame detection signal V IR . That is, the one-shot trigger 44a smoothes the pulse train and sets the response time.
In this embodiment, the electric circuit of the signal processing device 28 has a circuit configuration as shown in FIG. 3, but the signal processing device 28 converts the incident light into an electric signal from at least two fibers. It goes without saying that the circuit configuration may be any one as long as it includes a conversion circuit for performing the above operation and a detection circuit for detecting the operation signals of both electric signals.

【0040】ところで、前記第1燃焼監視センサ24に
於いては、センサの設置に関して光ファイバ5a、5b
の位置L及び間隔D、ファイバ設置角φが問題になる。
また、センサの回路調整に関してしきい値設定回路41
のしきい値Vb及びワンショットトリガ回路44aのパ
ルス幅Tが夫々問題となってくる。そこで、これ等の問
題について次に検討をする。
By the way, in the first combustion monitoring sensor 24, the optical fibers 5a and 5b are installed with respect to the installation of the sensor.
The problem is the position L, the distance D, and the fiber installation angle φ.
Further, the threshold value setting circuit 41 for the circuit adjustment of the sensor.
The threshold value Vb and the pulse width T of the one-shot trigger circuit 44a become problems. Therefore, these problems will be examined next.

【0041】先ず、光ファイバ5a、5bの先端位置
(図1及び図2のL)について検討をする。いま、バー
ナプレート2a上のノズル孔2bの配置を図18とし、
且つ火炎からの熱輻射を、燃焼室内に密に分布する点光
源であると仮定する。点光源から発した光は、プレート
背面の風箱4内に図4に示すように、炎孔の配置に従う
照度のパターンを形成する。その結果、プレート2aを
通過し、風箱4内に照射された火炎放射光は、距離Lが
一定の平面の中央部に、図5に示すような照度分布を形
成する。また、設置位置Lと各点の照度の関係は図6の
ようになる。即ち、L=10mmの場合には、炎孔の配
置に依存する強弱が顕著に現れるが、Lが大きくなるに
従って、各炎孔からの照射領域は広がり、照度が平滑化
される。また、Lが30〜50mm以上に光ファイバを
設置すると、検出信号の強度は設置誤差の影響を受けな
い。従って、光ファイバ5a、5bの設置位置Lは30
〜50mm以上とするのが望ましい。
First, the tip positions (L in FIGS. 1 and 2) of the optical fibers 5a and 5b will be examined. Now, the arrangement of the nozzle holes 2b on the burner plate 2a is shown in FIG.
Moreover, it is assumed that the heat radiation from the flame is a point light source that is densely distributed in the combustion chamber. The light emitted from the point light source forms a pattern of illuminance according to the arrangement of the flame holes in the wind box 4 on the back surface of the plate, as shown in FIG. As a result, the flame radiated light that has passed through the plate 2a and radiated into the wind box 4 forms an illuminance distribution as shown in FIG. 5 at the center of a plane where the distance L is constant. Further, the relationship between the installation position L and the illuminance at each point is as shown in FIG. That is, when L = 10 mm, the strength depending on the arrangement of the flame holes appears remarkably, but as L becomes larger, the irradiation area from each flame hole expands and the illuminance is smoothed. Further, when the optical fiber is installed at L of 30 to 50 mm or more, the intensity of the detection signal is not affected by the installation error. Therefore, the installation position L of the optical fibers 5a and 5b is 30
It is desirable that the thickness is 50 mm or more.

【0042】次に、光ファイバ5a、5bの設置角につ
いて検討をする。光ファイバ5の端面で照射光を受光す
る場合、ファイバの特性値である開口数N・Aで受光量
が制限される。バーナプレート2aの通過光を光ファイ
バ5で受光する時のモデル図7に示す。aは炎孔を通過
し、ファイバ端面に光を照射することのできる領域を示
す。また、bは開口数に制限され、光ファイバへ入射す
ることのできる領域を示す。設置角φが増大するに従っ
て、a、bの共有する領域が減少し、受光信号の強度が
低下することがわかる。
Next, the installation angles of the optical fibers 5a and 5b will be examined. When the irradiation light is received by the end face of the optical fiber 5, the received light amount is limited by the numerical aperture N · A which is a characteristic value of the fiber. FIG. 7 shows a model when the light passing through the burner plate 2a is received by the optical fiber 5. “A” indicates a region where the fiber end face can be irradiated with light by passing through the flame hole. Further, b indicates a region that is limited by the numerical aperture and can enter the optical fiber. It can be seen that as the installation angle φ increases, the area shared by a and b decreases and the intensity of the received light signal decreases.

【0043】設置角φがOdegの場合の受光可能な領
域を図8に黒字で示す。図8の場合、a=12mmφ、
b=14mmφとなる。光ファイバで受光可能な領域
は、火炎中心軸方向には連続的に存在するが、垂直方向
には離散的である。また、上記離散的な受光特性のため
に、火炎中心軸に垂直な方向の火炎信号が顕著に検出さ
れたと考えられる。設置角θと受光信号強度の関係を調
べた結果を図9に示す。縦軸は設置角θがOdegのと
きの受光信号強度に対する比で示す。結果として、開口
数の小さなグラスファイバより、大きなプラスチックフ
ァイバの方が、設置角の誤差の影響は小さい。
The light receiving area when the installation angle φ is Odeg is shown in black in FIG. In the case of FIG. 8, a = 12 mmφ,
b = 14 mmφ. The area that can be received by the optical fiber exists continuously in the flame center axis direction, but is discrete in the vertical direction. Further, it is considered that the flame signal in the direction perpendicular to the flame center axis was significantly detected due to the discrete light receiving characteristics. FIG. 9 shows the result of examining the relationship between the installation angle θ and the received light signal intensity. The vertical axis represents the ratio to the received light signal intensity when the installation angle θ is Odeg. As a result, larger plastic fibers are less affected by installation angle errors than glass fibers with smaller numerical apertures.

【0044】更に、前記しきい値Vbと光ファイバ5
a、5bの間隔Dについて検討をする。光ファイバ設置
角φをOdeg、位置Lを70mmに、ファイバ間隔D
を40mmにして燃焼せしめた場合(入力18000k
cal/h、O2 =4%)のセンサ回路上の検出信号を
図10に示す。着火に伴って生じた低周波数の火炎信号
は、差動処理とフィルタ処理によりOVを中心とする交
流信号に変換される。この交流信号の有無を判定するこ
とが、正常な燃焼火炎の有無を判定することに一致す
る。この検出信号が取り得る信号レベルの確率密度分布
の例を図11に示す。消火時の雑音信号Nと、燃焼中の
火炎信号Pの結果を示す。即ち、これらの分布は正規分
布に従う。そして消火時の標準偏差σO は0.29Vで
あり、±4σO [1.08V]以内に99.99%の信
号が含まれる。従って、しきい値Vb は、4σO 以上に
設定すればよい。
Further, the threshold value Vb and the optical fiber 5
The distance D between a and 5b will be examined. Optical fiber installation angle φ is Odeg, position L is 70 mm, fiber spacing D
When burned at 40mm (input 18000k
FIG. 10 shows the detection signal on the sensor circuit for cal / h, O 2 = 4%). The low-frequency flame signal generated due to ignition is converted into an AC signal centered on OV by differential processing and filter processing. Determining the presence / absence of this AC signal corresponds to determining the presence / absence of normal combustion flame. FIG. 11 shows an example of the probability density distribution of the signal level that this detection signal can take. The results of the noise signal N during extinguishing and the flame signal P during combustion are shown. That is, these distributions follow a normal distribution. The standard deviation σ O at the time of extinguishing is 0.29 V, and a signal of 99.99% is included within ± 4 σ O [1.08 V]. Therefore, the threshold value Vb may be set to 4σ O or more.

【0045】次に燃焼時の火炎信号に対するσをファイ
バ間隔Dに対して測定した結果を図12及び図13に示
す。図からも明らかなように、側方から検出した火炎信
号強度の場合と同様に、σは供給熱量の変化に依存せ
ず、排出酸素濃度に依存して変化する。また、ファイバ
間隔40mm近傍まではDに比例して増大するが、その
後は一定値に漸近する。
Next, FIG. 12 and FIG. 13 show the results of measuring σ for the flame signal at the time of combustion with respect to the fiber spacing D. As is clear from the figure, as in the case of the flame signal intensity detected from the side, σ does not depend on the change in the supplied heat amount but changes depending on the exhaust oxygen concentration. Further, it increases in proportion to D up to a fiber interval of around 40 mm, but thereafter gradually approaches a constant value.

【0046】また、前記トリガパルスの幅Tについて検
討をする。前記トリガ回路44aにおいて生じるパルス
は、2値化により、0−1信号で表現された火炎信号の
0である時間を補い、平滑化する。即ち、Tを長くする
と、検出可能な燃焼範囲は空気過剰側に広がるが、消火
時の検出おくれが長くなる。また、Tを短縮し且つ検出
可能範囲も広げるためには、雑音信号の小さな装置を構
成し、しきい値を低く設定できるようにしなければなら
ない。更に、S/Nを向上するには、ファイバ本数の増
加と受光面の大きな素子の使用及び低雑音の回路要素の
使用などが効果的である。
The width T of the trigger pulse will be examined. The pulse generated in the trigger circuit 44a is binarized to compensate for the time of 0 of the flame signal represented by the 0-1 signal and smooth it. That is, if T is lengthened, the combustion range that can be detected expands to the excess air side, but the detection delay during extinguishing becomes longer. Further, in order to shorten T and widen the detectable range, it is necessary to configure a device having a small noise signal so that the threshold value can be set low. Further, in order to improve the S / N, it is effective to increase the number of fibers, use a device having a large light-receiving surface, and use low noise circuit elements.

【0047】尚、前記第1燃焼監視センサの説明に於い
ては、二個のファイバ5a、5bを用いて燃焼火炎から
の近赤外光を検出するようにしているが、検出端を形成
するファイバ5は2本以上であってもよい。例えば、フ
ァイバ5を4本として二組のグループに分け、夫々の設
置位置を変えてもよく、或いは二本のファイバへの入射
光を一つの原信号として、二組のグループの原信号につ
いてその差動信号を取り出すようにしてもよい。
In the description of the first combustion monitoring sensor, the near infrared light from the combustion flame is detected by using the two fibers 5a and 5b, but the detection end is formed. The number of fibers 5 may be two or more. For example, the number of fibers 5 may be divided into two groups and the installation positions of the groups may be changed, or the incident light to the two fibers may be used as one original signal and the original signals of the two groups may be You may make it take out a differential signal.

【0048】[第2燃焼監視センサ]次に、前記第2燃
焼監視センサ25の実施態様に説明をする。図1を参照
して、当該第2燃焼監視センサ25は前記図21に於け
るラジカル発光7の強度信号を検出するものである。即
ち、当該ラジカル発光7は、紫色から青色領域に卓越し
たバンドスペクトルであり、燃焼室底部のみに分布する
ものである。具体的にはOHラジカル(310μm)及
びCHラジカル(430μm)がその主体を為すもので
ある。
[Second Combustion Monitoring Sensor] Next, an embodiment of the second combustion monitoring sensor 25 will be described. With reference to FIG. 1, the second combustion monitoring sensor 25 detects the intensity signal of the radical emission 7 in FIG. That is, the radical emission 7 has a band spectrum that is excellent in the region from purple to blue and is distributed only in the bottom of the combustion chamber. Specifically, OH radicals (310 μm) and CH radicals (430 μm) are the main constituents.

【0049】その結果、当該第2燃焼監視センサ25
は、風箱4内に設置した光ファイバ5c、5dと、ガラ
ス製の青色フィルタ29a又はガラス製の緑色フィルタ
29bと、GaAsホトダイオード30a、30b及び
増幅器等を含む信号処理装置31等から構成されてお
り、ラジカル発光7の強度に比例した信号を検出信号V
B、VGとして発信する。
As a result, the second combustion monitoring sensor 25 concerned
Is composed of optical fibers 5c, 5d installed in the wind box 4, a blue filter 29a made of glass or a green filter 29b made of glass, a signal processing device 31 including GaAs photodiodes 30a, 30b and an amplifier. And a signal proportional to the intensity of radical emission 7 is detected signal V
Send as B, VG.

【0050】[空気比制御方法]次に、図1に基づい
て、本発明に係る第1燃焼監視センサ24を用いたガス
焚小形ボイラの空気比制御方法について説明する。尚、
図1には第2燃焼監視センサ25が記載されているが、
ここでは当該第2燃焼監視センサ25は作動させずに、
第1燃焼監視センサ24のみで空気比制御を行なうもの
とする。
[Air Ratio Control Method] Next, with reference to FIG. 1, an air ratio control method for a gas fired small boiler using the first combustion monitoring sensor 24 according to the present invention will be described. still,
Although the second combustion monitoring sensor 25 is shown in FIG. 1,
Here, the second combustion monitoring sensor 25 is not operated,
It is assumed that the air ratio control is performed only by the first combustion monitoring sensor 24.

【0051】図1を参照して、予混合器付ファン16に
より燃焼室内へ噴出された予混合ガス26は、バーナ2
の近傍で短火炎長の炎群を形成して燃焼する。前記燃焼
火炎は、風箱4内に設置した光ファイバ5a、5bによ
り、バーナプレート2aのノズル孔2bを通して監視さ
れる。即ち、所定の間隔例えば40mm以上の間隔を置
いて配置した2組のバンドルファイバ5a、5bへ入射
された近赤外光は、シリコンフォトダイオード27a、
27b等や減算回路34、増幅回路、フィルタ回路等か
ら成る信号処理装置28へ入力され、火炎検出信号VIR
として出力される。また、信号処理装置28から出力さ
れた火炎検出信号VIRは演算処理部22へ入力される。
Referring to FIG. 1, the premixed gas 26 jetted into the combustion chamber by the fan 16 with the premixer is the burner 2
A flame group of short flame length is formed in the vicinity of and burns. The combustion flame is monitored through the nozzle holes 2b of the burner plate 2a by the optical fibers 5a and 5b installed in the wind box 4. That is, the near-infrared light incident on the two sets of the bundle fibers 5a and 5b arranged at a predetermined interval, for example, 40 mm or more, receives the silicon photodiode 27a,
27b and the like, a subtraction circuit 34, an amplifier circuit, a filter circuit, and the like, which are input to the signal processing device 28, and the flame detection signal V IR
Is output as Further, the flame detection signal V IR output from the signal processing device 28 is input to the arithmetic processing unit 22.

【0052】一方、記憶装置23には、予かじめ試験等
により得られた火炎検出信号VIRと空気比や燃焼負荷率
との対応関係を示すデータが収納されており、当該記憶
装置23からのデータと前記信号処理装置28からの火
炎検出信号VIRとが演算処理部22に於いて対比され、
空気比信号として空気比制御装置21へ入力される。前
記空気比制御装置21では、前記空気比信号と設定空気
比との対比が行なわれると共に、両者の差を零とするよ
うに、空気比コントローラを介してファン駆動用モータ
17の回転数が調整され、所謂空気比のPI制御が行な
われる。
On the other hand, the storage device 23 stores data indicating the correspondence relationship between the flame detection signal V IR obtained by the pre-caging test and the like, and the air ratio and the combustion load factor. And the flame detection signal V IR from the signal processing device 28 are compared in the arithmetic processing unit 22,
The air ratio signal is input to the air ratio controller 21. The air ratio control device 21 compares the air ratio signal with the set air ratio, and adjusts the rotation speed of the fan drive motor 17 via an air ratio controller so that the difference between the two is zero. Then, the so-called air ratio PI control is performed.

【0053】尚、前記実施例1では信号処理装置28か
らの火炎検出信号VIRを演算処理部22へ入力し、ここ
で火炎検出信号VIRを記憶装置23からのデータによっ
て修正したあと、これを空気比検出信号として空気比制
御装置21へ入力するようにしているが、演算処理部2
2及び記憶装置23を省略し、信号処理装置28からの
火炎検出信号VIRを直接に空気比検出信号として空気比
制御装置21へ入力するようにしてもよいことは勿論で
ある。
In the first embodiment, the flame detection signal V IR from the signal processing device 28 is input to the arithmetic processing unit 22, where the flame detection signal V IR is corrected by the data from the storage device 23, Is input to the air ratio control device 21 as an air ratio detection signal.
Needless to say, the flame detection signal V IR from the signal processing device 28 may be directly input to the air ratio control device 21 as an air ratio detection signal by omitting the storage device 23 and the storage device 23.

【0054】図14は、実施例1に於ける信号処理装置
28からの火炎検出信号VIRと空気比との関係を示すも
のであり、燃焼負荷率をパラメータとして、実機により
測定したものである。
FIG. 14 shows the relationship between the flame detection signal V IR from the signal processor 28 and the air ratio in the first embodiment, which was measured by an actual machine with the combustion load factor as a parameter. .

【0055】図14からも明らかなように、火炎検出信
号VIRは空気比1の近傍に於いて最大値をとり、不完全
燃焼及び過剰空気燃焼の場合は信号強度が低下する。ま
た、燃焼負荷率の変化に対する信号強度の変化は十分に
小さく、従って、当該火炎検出信号VIRは広い範囲の燃
焼負荷率に於いて空気比を直接に表わすことができ、当
該火炎監視用センサは空気比制御用センサとしても十分
に機能するものである。
As is clear from FIG. 14, the flame detection signal V IR takes the maximum value in the vicinity of the air ratio 1, and the signal intensity decreases in the case of incomplete combustion and excess air combustion. Further, the change in the signal intensity with respect to the change in the combustion load factor is sufficiently small, so that the flame detection signal V IR can directly represent the air ratio in a wide range of the combustion load factor, and the flame monitoring sensor. Also functions sufficiently as an air ratio control sensor.

【0056】次に、第2燃焼監視センサ25を用いた空
気比制御方法について説明する。前記実施態様に於いて
は、近赤外光を検出光とする火炎検出信号VIRを用いた
空気比制御について説明したが、本実施態様に於いて
は、透過波長帯の異なるガラスフィルタ29a、29b
とGaAsフォトダイオード30a、30b及び信号処
理装置31等から成る第2燃焼監視センサを、前記第1
燃焼監視センサ24と並用した場合について説明する。
Next, an air ratio control method using the second combustion monitoring sensor 25 will be described. In the above-described embodiment, the air ratio control using the flame detection signal V IR using near infrared light as the detection light has been described, but in the present embodiment, the glass filters 29a having different transmission wavelength bands, 29b
And a GaAs photodiode 30a, 30b, a signal processing device 31, etc.
A case where the combustion monitoring sensor 24 is also used will be described.

【0057】図1を参照して、風箱4内に配置された2
組の第2燃焼監視センサ25を形成するための光ファイ
バ5c、5dには、前記第1燃焼監視センサ24の場合
と同様に、ノズル孔2bを通して火炎放射光が入射す
る。
With reference to FIG. 1, 2 arranged in the wind box 4
As in the case of the first combustion monitoring sensor 24, the flame radiation light is incident on the optical fibers 5c and 5d for forming the second combustion monitoring sensor 25 of the set, as in the case of the first combustion monitoring sensor 24.

【0058】光ファイバ5c、5dへ入射した火炎放射
光は、透過波長帯の異なるガラスフィルタ29a(青
色)又は29b(緑色)を通すことにより、前述した図
21のラジカル発光成分7(即ち、CHラジカル光及び
2 ラジカル光)のみがGaAsフォトダイオード30
a、30bへ入射されることになり、信号処理装置31
a、31bを通して増幅並びに波形整形がされたあと、
火炎検出信号VB 、VGとして演算処理部22へ入力さ
れる。
The flame radiation light incident on the optical fibers 5c and 5d is passed through the glass filter 29a (blue) or 29b (green) having a different transmission wavelength band to generate the radical emission component 7 (that is, CH Only the radical light and the C 2 radical light) are GaAs photodiodes 30.
The signal processing device 31 is incident on a and 30b.
After amplification and waveform shaping through a and 31b,
The flame detection signals VB and VG are input to the arithmetic processing unit 22.

【0059】演算処理部22では、検出信号VIR、VB
、VG の三つを用いて空気比検出信号が演算され、こ
れが空気比制御装置21へ入力される。
In the arithmetic processing section 22, the detection signals V IR and V B
, VG are used to calculate the air ratio detection signal, which is input to the air ratio control device 21.

【0060】尚、当該実施態様に於いても、第1燃焼監
視センサ24との並用を止め、2組の第2燃焼監視セン
サ26のみで空気比制御を行なうことも可能である。
Also in this embodiment, the air ratio control can be performed only by the two sets of the second combustion monitoring sensors 26 without using the first combustion monitoring sensor 24.

【0061】また、当該実施態様では、演算処理部22
から空気比検出信号を空気比制御装置21へ出力するよ
うにしているが、信号処理装置31a、31bからのラ
ジカル光の検出信号VG 、VB を直接に空気比検出信号
として、空気比制御装置へ入力するようにしてもよい。
Further, in this embodiment, the arithmetic processing unit 22
Although the air ratio detection signal is output from the air conditioner to the air ratio controller 21, the radical light detection signals VG and VB from the signal processing devices 31a and 31b are directly transmitted to the air ratio controller. You may input it.

【0062】更に、当該実施態様では、2組の第2燃焼
監視センサ25を使用しているが、何れか一方の第2燃
焼監視センサ25のみを使用するようにしてもよいこと
は勿論である。
Further, in this embodiment, two sets of the second combustion monitoring sensor 25 are used, but it goes without saying that only one of the second combustion monitoring sensors 25 may be used. .

【0063】図15及び図16は、第2燃焼監視センサ
の各信号処理装置31a、31bからの火炎検出信号V
B 、VG と空気比の関係を示すものであり、燃焼負荷率
をパラメータとし、実機を用いて測定した結果を示すも
のである。
FIGS. 15 and 16 show the flame detection signal V from the signal processing devices 31a and 31b of the second combustion monitoring sensor.
It shows the relationship between B and VG and the air ratio, and shows the result of measurement using an actual machine with the combustion load factor as a parameter.

【0064】図15及び図16から明らかなように、こ
の場合の火炎検出信号VB 、VG は空気比1の近傍で最
大値となり、且つ燃焼負荷率に比例して信号強度が若干
増大する。従って、空気比検出信号として使用する場合
には、燃焼負荷率の大・小に応じてVB 、VG に若干補
正を必要とすることになる。
As is apparent from FIGS. 15 and 16, the flame detection signals VB and VG in this case have maximum values in the vicinity of the air ratio 1, and the signal intensity increases slightly in proportion to the combustion load factor. Therefore, when used as an air ratio detection signal, it is necessary to slightly correct VB and VG according to the magnitude of the combustion load factor.

【0065】尚、前記本発明の実施態様では、予混合燃
焼式マルチポートバーナを用いた小形ボイラを例と説明
をしているが、本発明が適用される対象は、ボイラのみ
ならず炉等のその燃焼装置を全て含むものであり、且つ
容量の大小を問はず全ての燃焼装置に適用することがで
きる。
In the embodiment of the present invention described above, a small boiler using a premixed combustion type multi-port burner is explained as an example, but the present invention is applicable to not only boilers but also furnaces and the like. It can be applied to all combustion devices, regardless of their capacity.

【0066】又、本発明は、装置の使用燃料の種類(L
NG、LPG、低カロリガス、灯油、A重油、軽油等)
や燃焼方式(拡散燃焼、予混合燃焼、流動床燃焼等)を
問はず全ての装置に適用することができる。
The present invention also relates to the type of fuel used in the device (L
NG, LPG, low calorie gas, kerosene, heavy oil A, light oil, etc.)
And combustion methods (diffusion combustion, premixed combustion, fluidized bed combustion, etc.) can be applied to all devices.

【0067】更に、本発明は、火炎の検出方式(火炎正
面、火炎側面、火炎背面等)や装置の制御方式(比例制
御、ON−OFF制御、3位置制御等)を問わず、全て
の装置に適用することができる。
Furthermore, the present invention is applicable to all devices regardless of the flame detection system (flame front, flame side, flame back, etc.) and device control system (proportional control, ON-OFF control, 3 position control, etc.). Can be applied to.

【0068】[0068]

【発明の効果】本発明に係る第1燃焼監視センサは火炎
放射光を受光する複数の光ファイバと、各光ファイバか
らの入射光を電気信号に変換する変換回路を有して各電
気信号の差動信号を火炎検出信号として出力する信号処
理装置とから構成している。従って、火炎に対して非接
触の状態で火炎の監視をすることができ、従前の火炎検
知センサに比較して耐久性や耐熱性に優れると共に補修
費等の大幅な削減を図ることができる。
The first combustion monitoring sensor according to the present invention has a plurality of optical fibers for receiving flame radiation light and a conversion circuit for converting the incident light from each optical fiber into an electric signal. The signal processing device outputs a differential signal as a flame detection signal. Therefore, the flame can be monitored in a non-contact state with respect to the flame, and the durability and heat resistance are superior to those of the conventional flame detection sensor, and the repair cost and the like can be significantly reduced.

【0069】また、構造も従前の火炎検知センサに比較
して簡単となり、装置の小型化やシステムの簡素化、製
造コストの引下げ等が可能となる。
Further, the structure is simpler than that of the conventional flame detection sensor, and it is possible to downsize the device, simplify the system, and reduce the manufacturing cost.

【0070】更に、火炎検出信号VIRは空気比と極めて
正確な相関関係にあり、且つ装置の燃焼負荷率が変わっ
てもほぼ一定の関係が保持されている。その結果、当該
第1燃焼監視センサは空気比センサとしても利用するこ
とができるうえ、これを利用した場合には、従前のよう
に外気温度によって空気比が変わるのではなく、空気比
を一定にした制御が可能となり、低O2 制御ができて送
風機動力の減少等の省エルルギーが可能となる。
Furthermore, the flame detection signal V IR has an extremely accurate correlation with the air ratio, and maintains a substantially constant relationship even if the combustion load factor of the device changes. As a result, the first combustion monitoring sensor can also be used as an air ratio sensor, and when it is used, the air ratio does not change depending on the outside air temperature as in the past, but the air ratio is kept constant. It is also possible to perform low level control and low O 2 control, which enables energy saving such as reduction of blower power.

【0071】同様に、空気比とCOとは一定の関係があ
るため、COセンサとしても活用でき、燃焼装置の不完
全燃焼の防止も併せて図ることができる。
Similarly, since the air ratio and CO have a constant relationship, they can also be used as a CO sensor and can also prevent incomplete combustion of the combustion device.

【0072】加えて、バーナの背面側からでも火炎の監
視ができるため、缶体の構造に影響を受けることなく比
較的自由に設置場所を選定することができるうえ、複数
個のバーナを取り付けした炉等であっても、一つのバー
ナの火炎を検知することにより炉全体の空気比制御を極
めて正確に行なうことができる。
In addition, since the flame can be monitored from the back side of the burner, the installation location can be selected relatively freely without being affected by the structure of the can body, and a plurality of burners are attached. Even in a furnace or the like, the air ratio control of the entire furnace can be performed extremely accurately by detecting the flame of one burner.

【0073】そのうえ、複数の光ファイバからの各入射
光信号を信号処理装置に於いて差動増幅処理並びに減算
処理し、各入射光信号の差動信号を火炎検出信号として
いるため、外乱光等が全て相殺され、極めて高精度な火
炎検出信号VIRを得ることができる。
In addition, since the respective incident light signals from the plurality of optical fibers are subjected to the differential amplification processing and the subtraction processing in the signal processing device and the differential signals of the respective incident light signals are used as the flame detection signal, the disturbance light, etc. Are canceled out, and a highly accurate flame detection signal V IR can be obtained.

【0074】同様に、本発明に係る第2燃焼監視センサ
は、火炎放射光を受光する光ファイバと、青色又は緑色
のフィルタと、前記フィルタを通過した入射光を電気信
号に変換する変換回路と、前記変換回路からの電気信号
を増幅し火炎検知信号として出力する信号処理装置とか
ら構成されている。従って、前記第1燃焼監視センサと
ほぼ同様の作用効果が得られると共に、火炎監視センサ
の構造のより一層の簡素化が可能となる。
Similarly, the second combustion monitoring sensor according to the present invention includes an optical fiber for receiving flame radiation light, a blue or green filter, and a conversion circuit for converting the incident light passing through the filter into an electric signal. , A signal processing device for amplifying the electric signal from the conversion circuit and outputting it as a flame detection signal. Therefore, it is possible to obtain substantially the same effect as the first combustion monitoring sensor, and it is possible to further simplify the structure of the flame monitoring sensor.

【0075】また、本発明の空気比制御方法は、前記第
1燃焼監視センサからの火炎信号を空気比検出信号と
し、当該空気比検出信号を空気比制御装置へ入力するこ
とによって空気比を設定値に保持する構成としている。
而して、前記第1燃焼監視センサの空気比検出信号は、
前述の通り燃焼室内の空気比を極めて正確に表示するも
のであり且つ燃焼負荷率によって大きく変化することが
無い。その結果、空気比が1.0〜1.4程度の範囲に
於いては高精度で且つ安定した空気比制御が行なえる。
Also, in the air ratio control method of the present invention, the flame signal from the first combustion monitoring sensor is used as the air ratio detection signal, and the air ratio is set by inputting the air ratio detection signal to the air ratio control device. It is configured to be held in the value.
Thus, the air ratio detection signal of the first combustion monitoring sensor is
As described above, the air ratio in the combustion chamber is displayed very accurately, and it does not change significantly depending on the combustion load factor. As a result, highly accurate and stable air ratio control can be performed when the air ratio is in the range of about 1.0 to 1.4.

【0076】また、多数のバーナを設けた燃焼装置であ
っても、一つのバーナに設けた燃焼監視センサからの空
気比検知信号VIRにより装置全体の空気比制御が高精度
で行なうことができる。
Even in a combustion device provided with a large number of burners, the air ratio control of the entire device can be performed with high accuracy by the air ratio detection signal V IR from the combustion monitoring sensor provided in one burner. .

【0077】更に、第1燃焼監視センサと第2燃焼監視
センサとを並用した場合には、空気比検知信号の検知精
度がより向上することになり、安定した空気比制御が行
なえる。本発明は上述の通り、優れた実用的効用を奏す
るものである。
Furthermore, when the first combustion monitoring sensor and the second combustion monitoring sensor are used together, the detection accuracy of the air ratio detection signal is further improved, and stable air ratio control can be performed. As described above, the present invention has excellent practical utility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を実施した小形ガス焚ボイラの概要を示
す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a small gas fired boiler in which the present invention is implemented.

【図2】本発明の第1燃焼監視センサの構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a first combustion monitoring sensor of the present invention.

【図3】第1燃焼監視センサの信号処理装置の一例を示
す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a signal processing device of a first combustion monitoring sensor.

【図4】火炎放射光の照射モデルを示すものである。FIG. 4 shows an irradiation model of flame synchrotron radiation.

【図5】光ファイバの高さ位置Lと火炎放射光の照度分
布を示すものである。
FIG. 5 shows a height position L of an optical fiber and an illuminance distribution of flame radiated light.

【図6】光ファイバの設置位置Lと照度の関係を示すも
のである。
FIG. 6 shows the relationship between the installation position L of the optical fiber and the illuminance.

【図7】バーナプレートの通過光を光ファイバで受光す
る時のモデルを示す斜面図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a model when light passing through a burner plate is received by an optical fiber.

【図8】光ファイバの設置角θが0の時の受光可能な領
域を示すものである。
FIG. 8 shows a light receivable area when an installation angle θ of an optical fiber is 0.

【図9】光ファイバの設置角θと受光信号強度の関係を
示すものである。
FIG. 9 shows the relationship between the installation angle θ of the optical fiber and the intensity of the received light signal.

【図10】図3の信号処理装置に於ける各部の出力信号
波形を示すものである。
10 is a diagram showing output signal waveforms of respective parts in the signal processing device of FIG.

【図11】火炎検出信号レベルの確率密度分布の一例を
示すものである。
FIG. 11 shows an example of a probability density distribution of flame detection signal levels.

【図12】燃焼時の火炎信号Pに対する信号レベルの確
率密度分布の標準偏差δとファイバ間隔Dの関係をボイ
ラ入力をパラメータにして示すものである。
FIG. 12 shows the relationship between the standard deviation δ of the probability density distribution of the signal level with respect to the flame signal P during combustion and the fiber spacing D, with the boiler input as a parameter.

【図13】燃焼時の火炎信号Pに対する信号レベルの確
率密度分布の標準偏差δとファイバ間隔Dの関係を酸素
濃度をパラメータにして示すものである。
FIG. 13 shows the relationship between the standard deviation δ of the probability density distribution of the signal level with respect to the flame signal P during combustion and the fiber spacing D, with the oxygen concentration as a parameter.

【図14】火炎検出信号VIRと空気比との関係を示すも
のである。
FIG. 14 shows the relationship between the flame detection signal V IR and the air ratio.

【図15】青色ガラスフィルタを用いた第2燃焼監視セ
ンサの火炎検出信号VB と空気比の関係を示すものであ
る。
FIG. 15 shows a relationship between a flame detection signal VB and an air ratio of a second combustion monitoring sensor using a blue glass filter.

【図16】緑色ガラスフィルタを用いた第2燃焼監視セ
ンサの火炎検出信号VG と空気比の関係を示す線図であ
る。
FIG. 16 is a diagram showing a relationship between a flame detection signal VG and an air ratio of a second combustion monitoring sensor using a green glass filter.

【図17】本発明の基礎を成す各種試験に用いたボイラ
システムとセンサの概要を示すものである。
FIG. 17 shows an outline of a boiler system and sensors used in various tests that form the basis of the present invention.

【図18】図17のボイラに於けるバーナプレートの斜
面図である。
18 is a perspective view of a burner plate in the boiler of FIG.

【図19】図17のボイラに於けるボイラ各部の温度推
移を示す線図である。
19 is a diagram showing a temperature transition of each part of the boiler in the boiler of FIG.

【図20】火炎放射光の分光分析方法の説明図である。FIG. 20 is an explanatory diagram of a method for spectral analysis of flame synchrotron radiation.

【図21】火炎放射光の分光分析の結果を示す線図であ
る。
FIG. 21 is a diagram showing the results of spectral analysis of flame synchrotron radiation.

【図22】火炎中心軸上の温度分布を示す線図である
(入力パラメータ)。
FIG. 22 is a diagram showing a temperature distribution on the flame center axis (input parameter).

【図23】火炎中心軸上の温度分布を示す線図である
(O2 濃度パラメータ)。
FIG. 23 is a diagram showing a temperature distribution on the flame center axis (O 2 concentration parameter).

【図24】火炎中心軸上の火炎信号の時間平均強度を示
す線図である(入力パラメータ)。
FIG. 24 is a diagram showing a time average intensity of a flame signal on a flame center axis (input parameter).

【図25】火炎中心軸上の火炎信号の時間平均強度を示
す線図である(O2 濃度パラメータ)。
FIG. 25 is a diagram showing the time average intensity of the flame signal on the flame center axis (O 2 concentration parameter).

【図26】火炎信号の空間的な相関特性の試験方法を示
す説明図である。
FIG. 26 is an explanatory diagram showing a method of testing a spatial correlation characteristic of a flame signal.

【図27】火炎信号の垂直方向の相互相関を示す線図で
ある。
FIG. 27 is a diagram showing vertical cross-correlation of flame signals.

【図28】火炎信号の周波数特性の試験方法の説明図で
ある。
FIG. 28 is an explanatory diagram of a method for testing a frequency characteristic of a flame signal.

【図29】火炎信号の周波数分析を示す線図である。FIG. 29 is a diagram showing a frequency analysis of a flame signal.

【図30】ファイバを用いた火炎信号の周波数特性の試
験方法の説明図である。
FIG. 30 is an explanatory diagram of a method for testing a frequency characteristic of a flame signal using a fiber.

【図31】ファイバを用いて検出した火炎信号の周波数
分析を示す線図である。
FIG. 31 is a diagram showing a frequency analysis of a flame signal detected using a fiber.

【図32】図17のボイラに於ける空気比とNOx濃度
及び熱損失の関係を示す線図である。
FIG. 32 is a diagram showing the relationship between air ratio, NOx concentration and heat loss in the boiler of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 … ボイラ 21 … 空気
比制御装置 2 … バーナ 21a… 空気
比設定器 2a … バーナプレート 21b… 空気
比コントローラ 2b … ノズル孔 22 … 演算
処理部 3 … 熱交換器 23 … 記憶
装置 4 … 風箱 24 … 第1
燃焼監視センサ 5 … 光ファイバ 25 … 第2
燃焼監視センサ 6 … 分光計 26 … 予混
合ガス 7 … ラジカル放射光 27a… シリコンフォトダイオー 8 … 近赤外光 ド 9 … シリコンフォトダイオード 27b… シリコンフォトダイオー アレイ ド 10 … FFTアナライザ 28 … 信号
処理装置 11 … 原信号 29a… 青色
ガラスフィルタ 12 … 差動信号 29b… 緑色
ガラスフィルタ 14 … 原信号 30a,30b… GaAsフォト 15 … 差動信号 ダイオード 16 … 予混合器付ファン 31a,31b
… 信号処理装置 17 … ファン駆動用モータ 32 … 電流
・電圧変換回路 18 … モータコントローラ 33 … 差動
増幅回路 19 … 制御弁 34 … 減算
回路 20 … バルブコントローラ 35 … フォ
ロワー回路 36 … バイパスフィルタ回路 40 … 比較
器 37 … ローパスフィルタ回路 41 … しき
い値設定回路 38 … オフセット信号加算回路 42 … パル
ス出力発生回路 39a… 反転形半波整流回路 43 … パル
ス反転回路 39b… 反転形加算器 44 … パル
ス遅延回路 39 … 全波整流回路 44a… ワン
ショットトリガ回路
1 ... Boiler 21 ... Air ratio control device 2 ... Burner 21a ... Air ratio setting device 2a ... Burner plate 21b ... Air ratio controller 2b ... Nozzle hole 22 ... Calculation processing part 3 ... Heat exchanger 23 ... Storage device 4 ... Wind box 24 … First
Combustion monitoring sensor 5 Optical fiber 25 Second
Combustion monitoring sensor 6 ... Spectrometer 26 ... Premixed gas 7 ... Radical radiant light 27a ... Silicon photodiode 8 ... Near infrared light 9 ... Silicon photodiode 27b ... Silicon photodiode array 10 ... FFT analyzer 28 ... Signal processing device 11 ... Original signal 29a ... Blue glass filter 12 ... Differential signal 29b ... Green glass filter 14 ... Original signal 30a, 30b ... GaAs photo 15 ... Differential signal diode 16 ... Fan with premixer 31a, 31b
... Signal processing device 17 ... Fan drive motor 32 ... Current / voltage conversion circuit 18 ... Motor controller 33 ... Differential amplification circuit 19 ... Control valve 34 ... Subtraction circuit 20 ... Valve controller 35 ... Follower circuit 36 ... Bypass filter circuit 40 ... Comparator 37 ... Low-pass filter circuit 41 ... Threshold value setting circuit 38 ... Offset signal adding circuit 42 ... Pulse output generating circuit 39a ... Inverting half-wave rectifying circuit 43 ... Pulse inverting circuit 39b ... Inverting adder 44 ... Pulse delay circuit 39 ... Full wave rectifier circuit 44a ... One shot trigger circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内山 寛信 大阪府吹田市山手町3丁目3番3号 関西 大学工学部内 (72)発明者 柴田 聡 京都府京都市南区久世殿城町600番地1 株式会社タクマ京都工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hironobu Uchiyama 3-3-3 Yamate-cho, Suita City, Osaka Prefecture Faculty of Engineering, Kansai University (72) Inventor Satoshi Shibata 600-1, Kuze-Denjo-cho, Minami-ku, Kyoto Company Takuma Kyoto Factory

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 火炎からの放射光を受光する複数の光フ
ァイバと,各ファイバからの入射光を電気信号に変換す
る複数の変換回路を有し、それ等の電気信号の差動信号
を検出信号として出力する信号処理装置とから成る燃焼
監視センサ。
1. A plurality of optical fibers for receiving radiated light from a flame and a plurality of conversion circuits for converting incident light from each fiber into an electric signal, and detecting differential signals of those electric signals. A combustion monitoring sensor comprising a signal processing device for outputting as a signal.
【請求項2】 光ファイバを2本とすると共に変換回路
をシリコンフォトダイオードを含む回路とし、且つ各シ
リコンフォトダイオードからの電気信号を差動増幅回路
と減算回路を通して差動信号とするようにした請求項1
に記載の燃焼監視センサ。
2. The number of optical fibers is two, the conversion circuit is a circuit including a silicon photodiode, and the electric signal from each silicon photodiode is made a differential signal through a differential amplifier circuit and a subtraction circuit. Claim 1
The combustion monitoring sensor described in 1.
【請求項3】 差動信号を、空気比検出信号又はCO検
出信号とするようにした請求項1又は請求項2に記載の
燃焼監視センサ。
3. The combustion monitoring sensor according to claim 1, wherein the differential signal is an air ratio detection signal or a CO detection signal.
【請求項4】 火炎からの放射光を受光する光ファイバ
と、光ファイバからの入射光を通過せしめる青色又は緑
色フィルタと、フィルタからの入射光を電気信号に変換
する変換回路を有し、その増幅信号を検出信号として出
力する信号処理装置とから成る燃焼監視センサ。
4. An optical fiber for receiving radiated light from a flame, a blue or green filter for passing incident light from the optical fiber, and a conversion circuit for converting the incident light from the filter into an electric signal. A combustion monitoring sensor including a signal processing device that outputs an amplified signal as a detection signal.
【請求項5】 燃焼装置に、火炎からの放射光を受光す
る複数の光ファイバと,各ファイバからの入射光を電気
信号に変換する複数の変換回路を有し、それ等の電気信
号の差動信号を検出信号として出力する信号処理装置と
から成る燃焼監視センサを設け、当該燃焼監視センサか
らの検出信号を空気比検出信号として空気比制御装置へ
入力し、予かじめ設定した空気比との差を減少せしめる
方向に燃焼用空気の供給量を調整するようにしたことを
特徴とする燃焼装置の空気比制御方法。
5. The combustion device has a plurality of optical fibers for receiving radiated light from a flame and a plurality of conversion circuits for converting incident light from each fiber into an electric signal, and a difference between the electric signals. Providing a combustion monitoring sensor consisting of a signal processing device that outputs a dynamic signal as a detection signal, input the detection signal from the combustion monitoring sensor to the air ratio control device as an air ratio detection signal, and set the air ratio in advance. A method for controlling an air ratio in a combustion apparatus, wherein the supply amount of combustion air is adjusted in a direction to reduce the difference between the above.
【請求項6】 燃焼装置に、火炎からの放射光を受光す
る光ファイバと,光ファイバからの入射光を通過せしめ
る青色又は緑色フィルタと、フィルタからの入射光を電
気信号に変換する変換回路を有し、その増幅信号を検出
信号として出力する信号処理装置とから成る燃焼監視セ
ンサを設け、当該燃焼監視センサからの検出信号を空気
比検出信号として空気比制御装置へ入力し、予かじめ設
定した空気比との差を減少せしめる方向に燃焼用空気の
供給量を調整するようにしたことを特徴とする燃焼装置
の空気比制御方法。
6. A combustion device comprising an optical fiber for receiving radiated light from a flame, a blue or green filter for passing incident light from the optical fiber, and a conversion circuit for converting incident light from the filter into an electric signal. A combustion monitoring sensor including a signal processing device that outputs the amplified signal as a detection signal is provided, and the detection signal from the combustion monitoring sensor is input to the air ratio control device as an air ratio detection signal, and pre-setting is performed. A method for controlling an air ratio of a combustion apparatus, wherein the supply amount of combustion air is adjusted in a direction to reduce the difference from the air ratio.
JP24022395A 1995-09-19 1995-09-19 Combustion monitoring sensor and air ratio control method for combustion device using the same Expired - Fee Related JP3423124B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24022395A JP3423124B2 (en) 1995-09-19 1995-09-19 Combustion monitoring sensor and air ratio control method for combustion device using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24022395A JP3423124B2 (en) 1995-09-19 1995-09-19 Combustion monitoring sensor and air ratio control method for combustion device using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0979571A true JPH0979571A (en) 1997-03-28
JP3423124B2 JP3423124B2 (en) 2003-07-07

Family

ID=17056287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP24022395A Expired - Fee Related JP3423124B2 (en) 1995-09-19 1995-09-19 Combustion monitoring sensor and air ratio control method for combustion device using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3423124B2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000180363A (en) * 1998-12-16 2000-06-30 Forney Corp Flame monitoring method and apparatus
JP2006130483A (en) * 2004-11-09 2006-05-25 Impact World Kk Resource recycling facility
JP2010071579A (en) * 2008-09-19 2010-04-02 Mitsumi Electric Co Ltd Device and method of monitoring combustion state
KR101340952B1 (en) * 2011-12-22 2013-12-13 한국생산기술연구원 An air-fuel ratio controller including photodiode sensor and control method
US20140102341A1 (en) * 2010-05-31 2014-04-17 Resource Rex, LLC Combustion Efficiency Control Systems
JP2016526143A (en) * 2013-05-20 2016-09-01 エドワーズ リミテッド Combustion monitoring
JP2019060570A (en) * 2017-09-27 2019-04-18 アズビル株式会社 Combustion system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013072574A (en) * 2011-09-27 2013-04-22 Tokyo Gas Co Ltd Combustion diagnostic device and method of diagnosing combustion

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000180363A (en) * 1998-12-16 2000-06-30 Forney Corp Flame monitoring method and apparatus
JP2006130483A (en) * 2004-11-09 2006-05-25 Impact World Kk Resource recycling facility
JP2010071579A (en) * 2008-09-19 2010-04-02 Mitsumi Electric Co Ltd Device and method of monitoring combustion state
US20140102341A1 (en) * 2010-05-31 2014-04-17 Resource Rex, LLC Combustion Efficiency Control Systems
KR101340952B1 (en) * 2011-12-22 2013-12-13 한국생산기술연구원 An air-fuel ratio controller including photodiode sensor and control method
JP2016526143A (en) * 2013-05-20 2016-09-01 エドワーズ リミテッド Combustion monitoring
US10030871B2 (en) 2013-05-20 2018-07-24 Edwards Limited Combustion monitoring
JP2019060570A (en) * 2017-09-27 2019-04-18 アズビル株式会社 Combustion system

Also Published As

Publication number Publication date
JP3423124B2 (en) 2003-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107152695B (en) Heating furnace visualization combustion control system and control method based on many reference amounts detection
US8070482B2 (en) Combustion control system of detection and analysis of gas or fuel oil flames using optical devices
JPH0529810B2 (en)
US5249954A (en) Integrated imaging sensor/neural network controller for combustion systems
Lu et al. A digital imaging based multifunctional flame monitoring system
KR910006273B1 (en) Furnace system
US4039844A (en) Flame monitoring system
Sun et al. Flame stability monitoring and characterization through digital imaging and spectral analysis
US20110045420A1 (en) Burner monitor and control
JP3423124B2 (en) Combustion monitoring sensor and air ratio control method for combustion device using the same
US5263851A (en) Combustion control system for burner
US20090214993A1 (en) System using over fire zone sensors and data analysis
JP3524407B2 (en) Burner combustion diagnostic device
JPS63306310A (en) Combustion control method and combustion control device using said method
Butcher Performance control strategies for oil-fired residential heating systems
JPH0833196B2 (en) Burner combustion controller
JP2550688B2 (en) Burner combustion controller
JP3059229B2 (en) Combustion diagnostic device
JP3127668B2 (en) Combustion control method
JP3529161B2 (en) Furnace combustion vibration monitoring device
JP2622382B2 (en) Flame detector
JPH07117238B2 (en) Burner combustion control method
JPS63105322A (en) Combustion control
JPH0192626A (en) Combustion flame detecting device for gaseous fuel
JPH0215773B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090425

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees