JPS6036824A - 光学式火炎検出器 - Google Patents

光学式火炎検出器

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JPS6036824A
JPS6036824A JP58143274A JP14327483A JPS6036824A JP S6036824 A JPS6036824 A JP S6036824A JP 58143274 A JP58143274 A JP 58143274A JP 14327483 A JP14327483 A JP 14327483A JP S6036824 A JPS6036824 A JP S6036824A
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optical
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Koujirou Yamada
山田 紘二郎
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Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/02Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/08Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
    • F23N5/082Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00Flame sensors
    • F23N2229/08Flame sensors detecting flame flicker

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は光学式火炎検出器に係シ、特に燃焼装置にお
けるバーナの制御に有効な光学式火炎検出器に関する。
〔発明の背景〕
燃焼装置、例えば事業用ボイラにおいては、火炎の点火
、消火を検出してバーナの制御を行ってシシ、火炎の点
火、消火の検出には光学式火炎検一般に光学式火炎検出
器は、火炎の発する直流光量(以下DC光量という。)
の大小で点火、消火を判定するDC光検出方式と、火炎
の発する変動成分(以下AC光量という。)の大小で点
火、消火を判定するDC光検出方式の二種に大別され、
さらに光学式火炎検出器が主に検出する波長域が紫外域
であるか、可視域であるか、あるいけ赤外域であるかに
よって、例えば紫外域DC光検出方式、赤外域AC光検
出方式などに細分される。またAC光検出方式の光学式
火炎検出器は、主に検出するAC光量の周波数帯域によ
っても細分される。
ここに油焚きバーナや石炭焚きバーナを備えた事業用ボ
イラのバーナ制御に関して最も高精度とされているのけ
、lOH2〜100Hzの周波数帯域のAC光量を検出
する赤外域AC光検出方式の光学式火炎検出器であるが
、この光学式火炎検出器K i−いても、検出精度に関
して次のような問題があった。すなわち、火炎はその後
流域において約IQH2以下のAC光量の割合が大にな
るなど、各部のAC光量の周波数帯域が異なり、検出領
域によって検出結果が変化することがあり、バーナ負荷
の大小によってもAC光量は大幅に変動し検出結果に影
響を受ける。さらに燃焼排ガスの低140x化を促進し
ていったときに、火炎の形状変化に起因したAC光量の
変動が生じ、光学式火炎検出器をその都度調整していか
ないと正確な検出結果が得られない。
このため従来は燃焼条件の変化など充分対応できず、点
火、消火の誤判定が生じるおそれがあった。
そこで発明者はAC光量の周波数分布に着目し、研究を
行った。
第1図は石炭焚き事業用ボイラにおけるバーナのバーナ
負荷によるAC光量の変化を示すものであり、定格負荷
時のAC光量を実線で、75%負荷時のAC光量を破線
で示している。第1図から明らかなように、赤外域AC
光検出方式の光学ズ火炎検出器で検出されるlOH2〜
100H2のAC光量は、75%負荷時には定格負荷時
に比較して約−2QdB、すなわち1/In程度になっ
て卦シ、前述の検出精度への悪影響が裏付けられている
。これは、バーナ負荷を高めていくと、点火バーナ数が
増加し、増加した火炎の影響によって火炎全体のちらつ
きが増大することによる。ところがAC光量の周波数分
布に着目すると、周波数に対するAC光量の変化率はバ
ーナ負荷にけほぼ無関係であり、特にl 0Hz−10
0H2の範囲では、周波数増加にともなうAC光量の変
化率は約−1ldB/オクターブとほぼ一定になってい
る。従って第1図は、AC光量の周波数に対する変化率
をめれば、バーナ負荷に無関係に、バーナの点火、消火
を高精度に判別し得る可能性を示唆している。
〔発明の目的〕
この発明しまこのような研究成果に基づいて為されたも
ので、負荷変化などの燃焼条件の変化に対しても高い検
出精度を維持し得る光学式火炎検出器を提供することを
目的とする。
〔発明の概要〕
この発明に係る光学式火炎検出器は、AC光限理して、
AC光量の周波数分布妊基づいて、点火、消火の判定を
行うものである。
〔発明の実施例〕
次にこの発明に係る光学式火炎検出器の第一実施例を図
面に基づいて説明する。
第3図において、光学式火炎検出器は、バーナの火炎が
発する光を光電変換する光センサ部1を備え、火炎が発
する光は導光部2によって光センサ部1に導かれている
。光センサ部1の出力信号は増幅部3によって増幅され
た後にディジタル式周波数ろ波部4およびバンドパス戸
波部5に入力されている。
バンドパス済波部5け10H2〜100H2のAC成分
のみを通過させて整流回路6に入力し、整流回路6は、
このAC成分を直流信号に変換する。
整流回路6が出力する直流信号は比較器7に入力され、
比較器7は、基準発生器8から入力される閾値レベルと
前記直流信号とを比較し、直流信号が閾値レベル以上で
あればオン信号を、閾値レベバンドパス沖波部5から比
較器7に至る信号処理は従来の赤外域AC光検出方式の
光学式火炎検出器と変るととろけない。
一方、ディジタル式周波数p波部4は、増幅器3で増幅
された時系列の出力信号を高速フーリエ変換するもので
あり、出力信号のAC成分を時間的に平均した後に、複
数の周波数帯域、例えば1OH2〜3 oHz、30H
z 〜50Hz、 50Hz以上の三帯域に分ける。各
周波数帯域に分けられたAC成分は、マイクロコンピュ
ータよりなる?yTW部9に入力され、演算部9け各周
波数帯域のAC成分の周波数に対するレベル勾配を演算
し、さらに各周波数帯域のレベル勾配の平均値を演算す
る。な、1.−1OH2〜3QH2のAC成分は他の火
炎の影響を受け易く、場合によっては10H2〜30H
2のAC成分は無視して、より検出精度を高めることも
考えられる。ディジタル式周波数沖波部4と演算部9と
は演算処理部lOを構成し、演算処理部10け全体とし
てレベル勾配の演算を行うことになる。
このようなレベル勾配の演算に際して問題となるのは、
光センサ1のノイズの周波数分布であるが、第2図に示
すように、ノイズレベルの周波数に対する勾配は約−6
dB /オクターブであり、第1図に示しだAC光量の
周波数に対する勾配よりも綾瀬である。従って、増幅部
3のゲインを刺部したとき、例えば火炎のAC光耽の減
少に応じてゲインを増大したときにも、バーナ消火中で
あれば第2図のような周波数特性しか得られず、消火中
であることを認識し得る。特K、lOH2〜100H2
の周波数帯域でのレベル勾配は、前述のように、約−1
ldB/オクターブとノイズレベルの勾配との差が顕著
であるので判別に有利である。
演算処理部lOでめられたレベル勾配の平均値は比較器
!lに入力され、比較器IIは、基準発生器12から入
力される閾値勾配と前記レベル勾配の平均値と比較する
。比較器+1は、レベル勾配の平均値が閾値勾配以上で
あればオン信号を、閾値勾配より小ならばオフ信号を出
方する。すなわち比較器11け、レベル勾配に基づいた
点火、消火の判定を行うための判定部としての機能を有
する。
比較器7.11けOR回路13に接続きれ、OR回路1
3け、比較器7.11のうちのいずれが一方がオン信号
を出力したときに、バーナが点火をれていることを示す
出力信号を発する。
このようにAC光量のレベル勾配に基づいて点火、消火
の判定を行えば、バーナ負荷外どのガ(焼条件の変化に
対しても高い検出精度を維持でき、またAC光量の平均
値からも点火、消火を判定すれば、従来よりも著しく検
出精度が高まる3、なおこの実施例では尤センサ部lと
して、赤外域用の光センザ部を用いているが、I’J”
?tN域、近赤外域などの光センザ部をも採用し得るこ
とにいうまでもない。
第4図はこの発明の第二実施例を示すものであシ、第一
実施例におけるAC光距の3F均fiff k ;lζ
める回路、すなわちバンドパスP波部5、整流回路6、
比較器7、基準発生器8が省略されている。
従ってこの実施例ではAC光量のレベル勾配のみによっ
て点火、消火の判定を行っており、従来よりも検出精度
を高め得るとともに、第一実施例よりも構成が単純にな
りかつ価格も安価になる。
第5図はこの発明の第三実施例を示すものであシ、第二
実施例の演算処理部にかえて、バンドパス沖波部14.
15および比演算部16よりなる演算処理部17を用い
−Cいる。バンドパス沖波部14.15け増幅部3に並
列に接続され、バンドパスろ波部14け30H2〜50
H2の周波数帯域のAC成分のみを通過させ、バンドパ
スPe1部15け60H2〜100H2の周波数帯域の
AC成分のみを通過させる。バンドパス沖波部14.1
5を通過したAC成分は比演算部16に入力され、比演
算部16は、30H2〜50H2の周波数帯域のレベル
平均値aと、60Hz−100H2の周波数帯域のレベ
ル平均値すとをめ、さらに両レベル平均値の比b/aを
演算する。この比b/aけAC成分のレベル勾配に対応
し、演算処理部17けレベル勾配をめたことになる。演
算された比b/aけ比較器11に入力され、比較器11
け、基準発生器12から入力される基準閾値比と比b/
aとを比較する。
比較器11け比b/aが基準閾値比以上であるときには
オン信号を、基準閾値比よりより小であればオフ信号を
発生する。なお基準閾値比としては0.4〜0.6の値
が選択される。この実施例では、沖液部14.15とし
てアナログ式バンドパス沖液部を採用でき、第二実施例
よりもさらに価格を低減し得る。
第6図(」この発明の第四実施例を示すものである。こ
の実施例では、第三実施例と同様のバンドパスろ液部1
4.15と、倍率器18および差演算器19とよりなる
演η処理部20を用い、各ろ液部14、+5を通過した
AC成分のレベル平均値aX bを次のように処理する
。すなわち、倍率器18はレベル平均値すに倍率mを乗
じだnl・bを出力し、差演算部19は(a−mob)
を演算する。
演算された(a−m−b)は比較器11に入力され、比
較器11は、基準発生器12から入力される閾値と(8
−m−b)とを比較し、(a−m、b)が関値以−ヒで
あればオン信号を、閾値より小であればオフ信号を出力
する。ここにm f−、を例えば2に、貫た閾値は例え
ば0に設定され、検出すべき燃焼条件に応じて、mのみ
、あるいはm卦よび閾値の両者を調節すれば、種々の燃
焼条件に対して最高の検出精度が得られる。
p波部14を通過したAC成分のレベル平均値aは比較
器7にも入力され、比較器7け、基鵡発生器8から入力
される閾値レベルとaとを比較する。比較器7はaが閾
値レベル以上であるときにはオン信号、閾値レベルより
小であるときにはオフ信号を出力する。
比較器7、IIけA N J)回路2Iに接続され、A
ND回路21は、両比較器7.11がメン信号を出力し
たときに、バーナが点火されていることを示す出力信号
を発する。
この実施例では沖液部14.15としてアナログ式バン
ドパス沖液部を使用し得るという利点の他に、レベル平
均値と周波数特性との両者からAND回路で点火、消火
の最終的判定を下すので、検出精度が著しく高い。
〔発明の効果〕
前述のと卦り、この発明に係る光学式火炎検出器は、A
C光−[il:の周波数分布に基づいて点火、消火を判
定するので、負荷変化などの燃か19県件の変化に対し
ても高い検出精度をλ・](持し得るという優!した効
果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図はAC光量の周波数分布を示すグラフ、第2図は
光センサ部のノイズレベルの周波数分布を示すグラフ、
第3図はこの発明に係る光学式火炎検出器の第一実施例
を示すブロック図、第4図は第二実施例を示すブロック
図、第5図は第三実施例を示すブロック図、第6図は第
四実#ii l!′lを示すブロック図である。 1・・・光センザ部、2・・・導光部、4・・・ディジ
クル式周波数沖液部、 9・・・演針部、 IO・・・ij’(3’?:処理部
、11・・・比較器、 12・・・基i1,1〜発生器
、34.15・・・バントハスF 波R1(,16・・
・比演374部、 17・・・演算処理部、18・・・
倍率器、 19・・・差演算部、70・・・iPI算処
理部。 代理人 鵜 沼 辰 之

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 +11 燃焼装置のバーナの点火、消火を判定するため
    の光学式火炎検出器において、バーナの火炎が発する光
    を光電変換する光センサ部と、バーナの火炎が発する光
    を前記光センサ部に導く導光部と、前記光センサ部の出
    力信号の周波数分布をめる演算処理部と、この演算処理
    部での演算処理結果に基づいてバーナの点火、消火を判
    定する判定部とを備えた光学式火炎検出器。 (2) 演算処理部は、出力信号を複数の周波数帯域の
    成分に分ける周波数沖波部を備えていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の光学式%式% (3)周波数p波部け1nHz以上のAC成分を三帯域
    以上の周波数帯域に分けるよう釦なっていることを特徴
    とする特許請求の範囲第2項記載の光(4) 演算処理
    部はAC成分の周波数に対するレベル勾配をめるように
    なっていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の光学式火炎検出器。 (5) 演算処理部は各周波数帯域のAC成分相互の比
    をめるようになっていることを特徴とする特許請求の範
    囲第2項記載の光学式火炎検出器。 (6) 演算処理部は各周波数帯域のAC成分相互の差
    をめるようになっていることを特徴とする特許請求の範
    囲第2項記載の光学式火炎検出器。
JP58143274A 1983-08-05 1983-08-05 光学式火炎検出器 Granted JPS6036824A (ja)

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JPH0472126B2 JPH0472126B2 (ja) 1992-11-17

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