JPS6082933A - 火炎検出装置 - Google Patents

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】 本発明は燃焼装置のバーナの点火および消火を式火炎検
出装置η、火炎中に発生するイオンを一気的に検出する
イオン亀ｌＡε式火炎検出装置、燃焼にｆｔ三なって発
生ずる燃焼＃を検出する燃焼１４弐火灸検出装談等があ
り、対象となる燃焼ｆｉ　ｌｉ＋”、　Ｋ応じて適宜選
択使用されている。例えは、’−Ｄ　ｍ用ホイラにおい
ては、従来、主バーナに対して（・ゴ元字式火炎検出装
Ｕが、又、点火バーナに対して＆＝、　１′１−字式火
炎検出装置又はイオン′電流式火炎４・）４出装置か用
いられてい本。

ところで、光学式火炎検出Ｊｋ汝を工、さらに火炎の兄
する元の直流光ｑ（ＤＣ成分の光、ｌｉ：　）　Ｋ　ｉ
Ｚｔ目１−るＤ　Ｃ元検出方式と、光の変動光；ｒｉ（
Ａ　Ｃ，ニルｙ分の光量）Ｋ　”Ａ目するＡＣ光検出方
式とに分団されており、さら妊１両検仕方式共、火炎が
雇１−る冗の特定の波長域（例えば紫外域、町祝域、赤
外域等）Ｋ右目して、例えば紫外域ＬＩＣ元検出方式、
赤外域ＡＣ光検出方式等のように外項される。ＡＣ光検
出方式の方は、さらに、変動成分（ＡＣ成分）の特定の
周波数帯域（例えば１０〜１００１−１．帯域＃）Ｋ着
目して、例えばｌＯ〜１００　Ｈ，帯域ＡＣ光検出方式
等のように細分される。このように、光学式火炎検出装
置ｇには種々の方式があるが、いずれの方式においても
、検出信号の犬ぎさくレベル）がある定められた閾値レ
ベルより大きいか、小さいかによって火炎の点・消火判
定を行なっている。そして、特定周波数帯域の検出を行
なう方式においては、その周波数帯域の選定が、火炎検
出精度に大ぎく影響する。

一方、イオン電流式火炎検出装置はは、燃焼により発生
する火炎中の微量のイオンを火炎に接した′電極偉によ
ってイオン電流として検出するものである。そして、こ
のイオン電流式火炎検出装置においても、主としてＤＣ
イオン電流が闇値直流より大きいか小さいかによって火
炎の点・消火判定を行なっている。ところが、本来、火
炎は変動するのが通常であり、したがって発生するイオ
ン量本変動して、検出するイオン電流にも変動成分が伴
なう。しかし、イオン定流は非常に小さい（例えばＩＸ
ＬＯＡ以下）ので、現状のイオン電流検出法では充分な
応答速度が得られず、イオン電流の変動分は平均化され
てしまい、正確に変動分を検出するのは困難である。

又、燃焼音式火炎検出装置では燃焼に１弔なう固有の燃
焼音の音圧レベルが閾値レベルより大きいか小さいかに
よって火炎の点・消火−＋ｌＩ矩を行なっている。この
方式の火炎検出装置でもＡＣＣ大火炎検出方式同じく、
その燃焼音の周波数帯域の選定が火炎検出精度に大きく
影響する。

以上述べたように、従来の火炎検出精度醍においては、
火炎の発する信号（元、イオン、燃焼音等）の１）Ｃ成
分又はＡＣ成分が予め定められた閾値レベルより大ぎい
か小さいかによって火炎の点・消火の判定が行われる。

このような装置νの構成を、燃焼音式火炎検出装置につ
いて説明する。

第１因は従来の燃焼音式火炎検出装置のブロン゛り図で
ある。図で、１は燃焼装置に備えられたバーナ、２は燃
焼用空気を供給するウィンドボックス、丁゛は火炎を示
す。３はウィンドボックス２に挿入されて火炎Ｆが発す
る燃焼騒音を導く４音管、４は導音管３の端部に取付け
られた圧力センサである。圧力センサ４は導音管３に尋
かれた燃焼騒音の音圧に応じてこれを電気的信号に変換
する機能を有する。５はセンサ４の出力信号を増幅する
増幅器、６は定められた周波数帯域の信号のみを通過さ
せるバンドパスフィルタ、７は当該周数数帯域の信号を
検波して直流信号に変換する検波器である。８はある短
められた閾値が設定されているコンパレータであり、検
波器７の出力信号を入力して前記閾値と比較し、入力し
た信号が閾値より大きい場合には火炎有り、小さい場合
に＋’ｊ火炎無しの信号を出力する。

第２図はある型式のバーナによるガス燃料燃焼の燃焼騒
音の周波飲％性図である。図で、横軸には゛燃焼騒音周
波数が、縦軸には信号レベルがとられている。図から明
らかなように、火炎有りの場合の信号の増大（火炎無し
と火炎有りとの差）は約１５０〜６００　Ｈｚの周波数
帯域忙おいて顕著である・したがって、第１図に示すバ
ンドパスフィルタ６の通過周波数帯域を１５０〜６００
　Ｈ，に設定すれば、コンパレータ８に設定されている
闇値と比較することにより火炎の有無の判定を行なうこ
とができる。この場合、この周波数帯域の火炎有りと火
炎無しの信号の差が大きいので、前記閾値を低い値に設
定しておき、低い燃焼騒音をも検出できるようにするこ
とが可能の筈である。

しかしながら、事業用ボイラ等の工業用バーナ火炎は本
質的Ｋｉ流を洋なうため、火炎の発する信号も本質的に
変動分を伴ない、又、その変動分も大きい。したがって
、第１図に乃くす燃焼音式火炎検出装置を含む前述の各
火炎検出装置のように、火炎から得られた信号をある閾
値と比較する方式においては、当該閾値レベルの定め方
が非常に困難である。又、最近のよう′に：低ＮＯｘ燃
焼の強化により火炎の乱れ（ｉｍ）が太き（なると閾値
レベルの設定は益々困難になる。即ち、従来装置のよう
Ｋ、火炎が発する信号のレベルが閾値より大きいか小さ
いかによりて火炎の点−消火の判定を行なう方式では火
炎の変動が大きい場合、その判定の精度は大巾に低下す
る。

さらに、第１図に示す燃焼音式火炎検出装置についてみ
ると、その燃焼騒音の周波数分布は、例えば空燃比が大
きくなると高周波成分が相対的に増大し、空燃比が小さ
くなると低周波成分か相対的に増大するというように、
空燃比により変化し、又、当該バーナの火炎がなくても
、誤って隣接あるいは対向火炎の燃焼騒音を検出してし
まい、第２図に示すような火炎の有無による顯著な差を
得ることは、実際には非常に困鼾であり、したがって、
火炎の有無の判定も困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり
、その目的は、上記従来の問題点を解決し、火炎が変動
しても、火炎の有無な精度良く検出することができる火
炎検出装置を提供するＫある。

この目的を達成するため、本発明は、火炎が発する信号
な愼数の周波数帯域に分離し、分離された周波数帯域の
信号を検波し、この検波さ九た信号のうちの所定の信号
をレベル比較手段にとり入れである定められた設定値と
比較し、とり入れられた信号が設定値以上であれはレベ
ル比較手段から信号を出力するようにし、一方、前記所
定の信号と他の周波数帯域の検波信号との比を演算し、
得られた値を比の比較手段に止り入れである定められた
設定値と比較し、とり入れられた信号が設定値以上であ
れば比の比較手段から（５号を出力するようにし、レベ
ル比較手段と比の比較手段の両者から信号が出力された
ときのみ点火信号を出力するようにしたことを特徴とす
る。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第３図および第４図は本発明の第１の実施例に係る燃焼
音式火炎検出装置のブロック図である。

図で、第１図に示す部分と同一部分には同一符号が付し
である。９ａ、９ｂ、９ｃはそれぞれ増幅器５の信号を
所定の周波数帯域に分離するバンドパスフィルタである
。バーナｌが第２図に示す周波数特性のガスを燃料とす
るバーナである場合、火炎有りの信号の増大する周波数
帯域は−ｉＪ述のよ５　Ｋ　１５０〜６００’Ｈ，であ
る。バンドパスフィルタ９ａはこの周波数帯域のうち１
５０〜３００　Ｈ，の低周仮数帯域の信号を通過させる
バンドパスフィルタであり、又、バンドパスフィルタ９
ｂは上記周波数帯域のうち３００〜６００　Ｈ，の高周
波数帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタである
。バンドパスフィルタ９Ｃは燃焼騒音とは直接関係ない
が、燃焼用空気流との関連の大きい２〜２０ＫＨ。

の周波数帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタで
ある。１０　ａ　、　１．Ｏｂ　、　ｔｏ　ｃはそれぞ
れ各バンドパスフィルタ９ａ、９ｂ、９ｃでとり出され
た信号（ＡＣ惰号）を直ｂＩＣ信号に変換する検波回路
、１１　ａ　、　１１　ｂ　、　１１　ｃは検波回路Ｉ
Ｑ　ａ　、　１０　ｂ　、　１０　ｃで変換された１Ｎ
Ｎ俗信をこれに応じたテイジタル信号、に変換するＡ／
Ｄ変侠器である。ｋ／Ｄ変換器１１ａ　、　ｌｌｂ　、
　１１　ｃで変換されたそれぞれのディジタル信号ａ、
ｂ、ｃは演算処理装置１２に入力される。

＠算処理装置１２の栴成を第４図に示す。第４図で、１
３　ａはある閾値レベルが設定されたコンパレータであ
り、信号ａを入力してこれと閾値レベルとを比較し、信
号ａが閾値レベル以上の場合はオン信号（高レベル信号
）を出力し、信号ａが閾値レベル未満のときはオフ信号
（低レベル信号）を出力する。１３　ｂはある閾値レベ
ルが設定されたコンパレータであり、信号すを入力して
これと閾値レベルとを比較し、信号すが閾値レベル以上
の場合はオン信号（高レベル信号）を出力し、１６号す
が閾値レベル未満のときをまオフ信号（低レベル信号）
を出力する。１．４　ａは信号ａと信号Ｃとを入力して
両者の比であるａ　／　ｃを演算する比演算器、１４　
ｂは信号すと信号Ｃとを入力して両者の比であるｂ　／
　ｃを演算する比演算器である。１５　ａはある閾値比
が設定されている比コンパレータであり、比演算器１４
　ａで演算された比ａ　／　ｃを入力してこれと閾値比
とを比較し、比の信号ａ　／　ｃが閾値比以上の場合は
オン信号（高レベル信号）を出力し、信号ａ　／　ｃが
闇値孔未満のときはオフ信号（低レベル信号）を出力す
る。１５　ｂ　６１ある閾値比が設定されている比コン
パレータであり、比眞算器１４ｂで演算された比ｂ　／
　ｃを入力してこれと閾値比とを比較し、比の信号ｂ　
／　ｃが閾値比以上の場合はオン信号（高レベル信号）
を出力し、信号ｂ　／　ｃが閾値比未満のときはオフ信
号（低レベル信号）を出力する。１６　ａ　＋１コンパ
レータ１３ａと比：＋シバレータ１５ａの出力信号を入
力するＡＮＤ回路であり、入力した両信号が両者ともオ
ン信号である場合にのみオン信号（高レベル信号）を出
力する。

１６　ｂはコンパレータ１３　ｂと比コンパレータ１５
　ｂの出力信号を入力するＡＮＤ回路であり、入力した
両信号が両省ともオン信号である場合にのみオン信号（
高レベル佃−号）を出力する。１７はＡＮＤ回路１６ａ
、１６ｂの出力信号を入力する０　１％回路であり、Ａ
ＮＤ回路１６　ａ　、　１６　ｂの出力信号のいずれか
一方又は両方がオン信号である場合にオン信号（高レベ
ル信号）を出力する。ＯＲ回路１７の出力信号がオン信
号である場合、このオン信号は火炎有りの信号であり、
オフ信号である場合、このオフ信号は火炎無しの信号で
ある。

以上の構成において火炎検出を行なった場合、１５０〜
３００　Ｈ，の周波数帯域の信号ａがある閾値レベル以
上であり、かつ、当該信号ａと２〜２０　ＫＨ２の周波
数帯域の信号Ｃとの比の信号ａ　／　ｃがある闇値比以
上であるとき、又は、３００〜６００１４゜の周波数帯
域の信号すがある閾値レベル以上であり、かつ、当該信
号すと２〜２１）ＫＨ，の周波数帯域の信号Ｃとの比の
１６号ｂ　／　ｃがある閾値比以上であるときにバーナ
ｌの火炎が有ると判定され、それ以外のときには火炎が
無いと判だされる。燃焼騒音は極く僅かの燃焼状態の変
化によっても周波数分布が変化し、かつ、騒音レベルも
変化する。

したがって、燃焼音火炎検出装置としては周波数分布の
変化に対応できるとともに、低レベルの燃焼騒音をも検
出できる機能が必要である。上記構成では、周波数帯域
を１５０〜３００　Ｈ，および３００〜６００　ＨＥの
２つの帯域に分けてその信号ａ、ｂをコンパレータ１３
　ａ　、　１３　ｂで閾値レベルと比較することにより
周波数分布の変化に対応できることとなり、かつ、コン
パレータ１３　ａ　、　１３　ｂにより２段階の判定を
行うことＫより閾値レベルを低レベルに設定することが
できるので、低レベルの燃焼騒音に対応でき、検出精度
が向上する。又、２〜２０ＫＨ，の周ｅ、数帯域の信号
をとり入れ、燃焼用空気流等による騒音とのレベル比較
を比コンパレータ１５　ａ　、　１５　ｂで行ない、こ
れを火炎有無の判定に用いているので、燃焼状態の変化
に伴なう背景原音レベルの変化に対しても相対的なレベ
ル判定を行なうことによりてこれに対応することができ
、検出精度の低下を防止することができる。

なお、バーナの型、燃料の種類等に応じて周波数帯域を
選定することは当然であり、又、分離する周波数帯域の
数も限定されることはない。

このように、不冥施例では、燃焼音を適当な複数の周波
数帯域および燃焼用空気流と関連の大きい周波数帯域に
分け、前記複数の周波数帯域のそれぞれの信号レベルを
それぞれ各コンパレータに設定された閾値レベルと比較
し、又、前記複数の周波数帯域の信号と後者の周波数帯
域の信号との比を演算し、それぞれの比の信号を各比コ
ンパレータに設定された閾値比を比較し、あるコンパレ
ータおよびこのコンパレータに対応する比コンパレータ
における比較の結果が１両者とも設定された閾値レベル
および閾値比以上であるときのみ火炎有りの信号を出力
するようにしたので５周波数分布や燃焼状態が変化して
も、精度良く火炎を検出することができる。

第５図は本発明の第２の芙施例に係る光学式火炎検出装
置のブロック図である。図で、１９は火炎が発する光を
褥く導光部、２０は導光部１９の元をこれに応じた電気
信号に変換する元センサである。

元センサ加は火炎が発する元のうちの特定の波長域（例
えば近赤外）の光をこれに応じた電気信号に変換する。

２１は光センサ加の出力信号を増幅する増幅器である。

２２ａ、２２ｂは増幅器２１の出力イｇ号をそれぞれ所
定の周波数帯域に分離するバンドパスフィルタである。

バンドパスフィルタ２３ａは１０Ｈ２以上の周波数帯域
の信号をとり出し、バンドパスフィルタ２３ｂは、４０
〜ＩＫＨ，の周波数帯域の信号をとり出すように選定さ
れている。このような周波数帯域の選定を第６図により
説明する。

第６図は火炎が発する光信号の代表的な周波数特性図で
ある。図で、横軸ＶＣはちらつき周波数が。

縦軸には信号レベルがとっである。火炎が発する光信号
は低周波帯域の信号レベルが非常に大で、周波数が増加
するとともに信号レベルは指数噛数的に減少する。低周
波帯域の信号には、一般に、検出対象火炎以外の信号も
含まれているため、１０Ｈ２以下の信号を含めて検出す
ると検出精度が低下する。そこで、バンドパスフィルタ
２２ｂでは、４０〜ＩＫＨ，の帯域の信号をとり比すよ
うにし、４０Ｈ２以下の信号を除去している。しかしな
がら、４０Ｈ２以下の信号には燃焼用空気流の発する信
号を含み、これを除外して４０Ｈ，以上の信号のみで火
炎の有無の判定を行なうと、さぎの実施例で述べた燃焼
状、Ｍｌ屡の変化（負荷変化を含めた燃焼条件の変化）
Ｋ対応することはできない。バンドパスフィルタ２２　
ａは１０Ｈ２以上の周波数帯域をとり出すようにしてこ
れに対応できるようにするものである。

再び第５図に戻り、Ｚ３　ａ　、　２３　ｂはそれぞれ
バンドパスフィルタ２２ａ、２２ｂの出力信号を整流し
て直流信号に変換する検波回路である。屑は検波回路β
ａの出力信号ｄと検波回路２３ｂの出力信号ｅとを入力
し、両者の比ｅ　／　ｄを頂算す１比演算器である。２
５ａはある定められた閾値比が設定された比コンパレー
タであり、比演ｊ７器２４の信号ｅ／　ｄと設定された
閾値比とを比較し、信号ｅ　／　ｄが閾値比以上のとき
オン信号（制レベル１ｇ号）を出力する。２５ｂはある
定められた閾値レベルが設定されたコンパレータであり
、検波回路２３ｂの信号ｅと設定された閾値レベルとを
比較し、信号ｅが閾値レベル以上のときオン信号（高レ
ベル信号）を出力する。局は比コンパレータ２５　ａ　
トコンバレータ２５ｂの出力信号を入力し、両川力信号
がオン信号であるときのみオン信号を出力する。このオ
ン信号が火炎有りの信号となる。

以上の構成において火炎検出を行なった場合、４０〜Ｉ
ＫＨ，の周波数帯域の信号ｅがある閾値レベル以上であ
り、かつ、当該信号ｅとＩＯＨ，以上の周波数帯域の信
号ｄとの比の信号ｅ　／　ｄがある閾値比以上であると
きにバーナの火炎が有ると判定され、それ以外のときＫ
は火炎が無いと判定される。第６図の説明でも述べたよ
うに、４０〜ｌＫＨ２のＪ＆ｉ波数帯域の信号レベルの
みＫよる判定であると、燃焼状態の変化に対応できずに
検出精度が維持できないのであるが、１０Ｈ７以上の周
波数帯域の信号をもとり入れ、両局′０３Ｌ数帯域の信
号の比を所定の閾値比と比較する手段をも併有すること
により、燃焼状態の大巾な変化、即ち、輝度の大巾な変
化に対して相対的なレベル判定を行なうことができ、こ
の結果、コンパレータ２！５ｂの同値レベルを低くして
輝度の低い火炎でも検出し得るようにして検出イ、？度
の低下を防止することができる。

なお、バーナの型、燃料の柚烟等に応じて周波数帯域を
適宜選定することは当然であり、又、周波数帯域をさら
に細か（分離することもできる。

このように、本実施例では、所定の周波数帯域の信”ｉ
レベルをコンパレータに設定された閾値レレベルと、燃
焼空気流と関連の大きい周波数帯域の信号レベルとの比
の信号を、比コンパレータに設定された閾値比と比較し
、これら比較の結果が両者とも設定された閾値レベルお
よび閾値比以上であるときのみ火炎有りの信号を出力す
るようにしたので、周波数分布や燃焼状態か変化しても
、精度良く火炎を検出することができる。

以上述べたように、本発明では、火炎が元する信号を複
数の周波数帯域に分離し、分離された周波数帯域の信号
を検波し、構成された信号のうちの所定の信号なレベル
比較手段にとり入れて設定された閾値レベルと比較し、
とり入れられた信号が閾値レベル以上であればレベル比
較手段が信号を出力するよう処し、又、前記所定の信号
と他の周波数帯域の検波信号との比を演算し、イｑられ
た値を比の比較手段にとり入れて設定された閾値比と比
較し、得られた値が閾値比以上であれば比の比較手段か
ら信号を出力するよつＩＣし、レベル比較手段と比の比
較手段の両者から信号が出力されたシキのみ占１ｋ　４
ｍ　−！　＊出力−ｆＡようＭｌかので火炎が変動して
も、火炎の有無を精度良く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃焼音式火炎検出装置のブロック図、第
２図は燃焼騒音の周波数特注図、第３図および第４図は
本発明の第１の実施例に係る燃焼音式火炎検出装置のブ
ロック図、第５図は本発明の第２の実施例に係る光学式
火炎検出装置のブロック図、第６図は火炎が発する光信
号の周波数特性図である。 １・・・・・・バーナ、２・・・・・・ウィンドボック
ス、３・・・・・・導音管、４・・・・・・圧力センサ
、５・・・・・・増幅器、９ａ　、　９　ｂ　、　９　
ｃ　、　２２ａ　、　２２ｂ・−−−−・バンドパスフ
ィルタ、ｌＯａ　、　ｌＯｂ　、　ｔｏｃ　、　２３ａ
　、　２３ｂ−−−−−−検波回路、１１　ａ　、　１
１　ｂ　、　１１　Ｃ−・・・−Ａ／Ｄ変換器、１２・
・・・・・演算処理装置、　１３ａ　、　１３ｂ　、　
２５ｂ・・・・・・コンパレータ、１４　ａ　、　１４
．　ｂ　、　２４−−−−−−比演ｎ器、１５ａ、１５
ｂ。 ２５ａ・・・・・・比コンパレータ、　１６ａ　、　１
６ｂ　、　２６・・・・・・Ａ第１図 第２図 で １に１刈し馬は乃へ汐５攪り、（Ｈ２）第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、バーナの火炎を′一気的信号に変換する検出部を備
   えた火炎検出装置において、前記検出部で得られた信号
   を複数の周波数帯域に分離する周波数戸液部と、分離さ
   れた周波数偕域の信号を検波する検波回路と、検波され
   た信号のうちの所定の信号がある定められたレベル以上
   のとき信号を出力するレベル比較手段と、前記所定の信
   号と前記検阪された信号のうちの他の信号との比を頂丼
   てる演算手段と、この演算手段で得られた値がある定め
   られた比の値以上のとき信号を出力する比の比較手段と
   、ＡＱ記レしル比戦手段および比の比較手段の両方から
   信号が出力されたときのみ点火信号を出力する出力手段
   とを設けたことを特徴とする火炎検出装置。