JPS6136618A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ボイラ等の燃焼装置のバーナ火炎の点火、消
火を判定する火炎検出装置に関する。

〔発明の背景〕

火炎検出装置には、火炎の発する光を検出する光学式火
炎検出装置、火炎中に発生するイオンを電気的に検出す
るイオン電流式火炎検出装置、燃焼に伴なって発生する
燃焼音を検出する燃焼音式火炎検出装置等があり、対象
となる燃焼装置のバーナに応じて適宜選択使用されてい
る。例えば、小容量のバーナ（点火バーナ等）では火炎
に電極棒を接触させて火炎中のイオンをイオン亀流とし
て検出するイオン電流式火炎検出装置が多（用いられて
いるが、事業用ボイラの様に大８１１ｉｔのバーナでは
非接触型の光学式火炎検出装置が主として用いられてい
る。

光学式火炎検出装置を用いる場合、火炎の発する光は波
長にして紫外域から赤外域までの広い範囲にわたってお
り、どの波長域の光を検出するのが火炎の有無判定に有
効であるかは、燃料の種類、燃焼条件（空燃比等）に大
きく依存している。従来、ガス燃料では紫外域の直流光
を検出する方法が多く用いられておシ、油や石炭燃料で
は、可視〜赤外域のちらつき光（変動光）を検出する方
法が多く用いられてきた。以下、光学式火炎検出装置の
うち、導光部に光ファイバを用いたものについて説明す
る。

第２図は従来の火炎検出装置の系統図である。

図で、１は光ファイバ、２は光ファイバ１を保護する保
護管、３は保護管２内に光ファイバ１を支持する支持体
、４は光ファイバ１の端面に設置された集光レンズ、５
は光ファイバ１にょシ導かれた光を電気信号に変換する
光電変換部、６は光電変換部５で変換された電気信号に
基づき火炎有無の判定を行なう検出回路、７は判定結果
を出力する出力端子である。８は光ファイバ１で検出す
ることができる光の範囲を示す視野であシ、視野８の範
囲外にめる火炎の検出は不可能である。このような光学
式の火炎検出装置によＱ、視野８内における火炎の有無
が検出される。

ところで、事栗用ボイラでは、バーナ容量が大キ＜、か
つ、バーナ数も多い（例えば４８）ため、バーナ火炎間
の干渉が生じ易く、又、近年低ＮＯｘ燃焼の心安性が萬
ま９、Ｖ、焼用望見に強い旋回を加えることが多くなっ
たため、火炎の相互干渉が増大し、検出対象とする大火
の位置ＫｄＪが増大する傾向におる。このため、燃焼条
件等が変化して火炎位置の変動が増大すると、第２図に
示す従来の火炎検出Ａ置では火炎が視野８から外れるた
め精度の良い検出は不可能であった。そこで、このよう
な火炎位置の変動に追従できる多視野形の火炎検出装置
が検討されている。以下、この検討中の火炎検出装置を
図により説明する。

第３図、第４図および縞５１はいずれも検討中の火炎検
出装置の断面図である。まず、第３図で、１は光ファイ
バ、１０社光ファイバ１葡保謙する保趨管、１１は光フ
ァイバ１の先扁部を支持する支持部である。図示の例で
は、光ファイバ１か３本配置ちれておシ、各光ファイバ
１は支持部１１においてその端面部の配置方向を異にす
る。図で、下部の光ファイバ１の端面部の配置方向は水
平方向であり、その視野は８ａで示されている。中央の
光ファイバ１の端面部の配置方向は水平方向に対して角
度θｆ（例えば１５°）傾けられておｐ、その視野は８
ｂで示δれている。上部の元ファイバ１の端面部の配置
方向は水平方向に対してさらに大きな角度（例えば３０
°）傾けられており、その視野は８Ｃで示されている。

図示の構成は３つの視野８ａ、８ｂ、８ｃを有している
ので、火炎の位置変動に対して常に火炎の１次燃焼域（
火炎の芯となる部分）に追従することができ、精度良く
火炎を検出することができる。しかしながら、図示の構
成は支持部１１で光ファイバ１を所定の角度に設定して
いるため、保護’ｌｉ　１０の住が大きくなるのを免れ
ることはできないという問題点がめる（角度３０°程度
で径が約ωφ）。

そこで、この問題点ｔ′Ｍ４決するために第４図に示す
構成が考えられる。第４図で、１は光ファイバ、８８〜
８Ｃは視野を示す。１２は金ＩＩ４製の元ファイバマウ
ント部、１３は元ファイバ１のコネクタ部を示す。第３
図に示す構成と同じく、第４図に示す構成においても光
ファイバ１が３本用いられ、これら３本の光ファイバは
マウント部１２に一括してマウント式れている。図で、
下部の光ファイバ１は水平方向に設けられ、その端面は
視野８ａを有する。又、中央および上部の元ファイバ１
は、それぞれ熱加工により先端部分を所定角度に曲げ加
工し、視野８ｂ、８ｃを有するように構成される。

このような構成により、第３図に示す構成に比して全体
を大幅に小型化することが可能（幅Ｗを２４■まで小さ
くできる）となる。しかしながら、光ファイバ１の先端
部分を熱加工により曲けると、熱加工を施さない光ファ
イバに比べて、光透過率が約刃％低下し、かつ、曲げに
よる光透過率のばらつきが大きくなり（約３０Ｘ）、検
出回路での利得肖整等が困難になるという問題点が生じ
る。

この問題点を解決するため、さらに、第５図に示す構成
が考えられる。この構成において、３本の光ファイバ１
が第４図に示す構成と同様マウント部１２にマウントさ
れる。そして、図で中央の光ファイバ１の端面１ｂおよ
び上部の光ファイバｌの端面ＩＣは中心軸に対して所定
の角度で傾斜をつけて研磨されている。この構成により
各端面１ａ。

ｌｂ、Ｉｃはそれぞれ視野８ａ、８ｂ、８ｃを有するこ
とになる。この方法では、光ファイバ１の端面部に対し
て第４図に示す構成のように熱加工を施さないので、前
記の問題点は解決される。しかしながら、この方法は光
ファイバ１の端面研磨法が可成り複雑であり、かつ、角
度を大きくとることができない（約３０°が限界）とい
う問題を有する。

〔発明の目的〕

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、導光部を小型に構成することができ、か
つ、棺度良く火炎を検出することができる火炎検出装置
を提供するにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明は、複数の光伝送路
のそれぞれの先端に回折格子を設け、これら回折格子釦
、火炎の光を互いに入射角を異圧して導入する開孔を設
けたことを％徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を必示の実施例に基づいて説明する。

本実施例においては、回折格子を利用することＫよ）、
上記検討中の火炎検出装置における光ファイバの曲げ加
工、研磨加工によシ生じる上記問題点を解決しようとす
るものである。そこで、まず、実施例の説１１１４に先
立ち、回折格子の概略を図によシ説明する。

第６図（ａ）乃至（ｂ）はそれぞれ光フアイバ回折格子
の正面図、側面囚および低面図でるる。図で、１５ａは
一列に配列された多数の光ファイバであシ、隣接する光
ファイバは互いに接触し、又は微細間隙をもって配列き
れている。１５　ｂはこれら多数の光ファイバ】５ａを
支持する透明な支持体である。

光ファイバ１５　ａと支持体１５　ｂとにょシ光ファイ
バ回折格子１５が構成されている。光ファイバ１５　ａ
は、１例として１本の径がδμ、配列数約刃本とされる
。この回折格子１５は光ファイバ１５　ａを用いている
ため、透過回折光の減衰率は非常に小さく、約１９６　
Ｋ過ぎない。

第７図は上記回折格子による回折縞の斜視図である。−
で、１５は第６図（ａ）乃至（Ｃ）　Ｋ示す光フアイバ
回折格子、１６は光フアイバ回折格子１５に対面するス
クリーンである。元ファイバ回折格子１５に平行な光１
７を入射させると、これを透過した回折光１８によりス
クリーン１６上には回折Ｍ１９が生じる。今、光フアイ
バ回折格子１５とスクリーン１６の距離を！、入射光１
１の波長をλ、光フアイバ回折格子１５の各光ファイバ
１５　ａの径をｄとすると、回折縞１９のピッチＳは ８＝ｌλ／ｄ となる。このように、拡大された回折縞１９が得られる
。したがって、光の進路を逆に考えると、即ち、回折光
１８の側から光フアイバ回折格子１５に光を入射すると
平行な光１７を得ることができ、このことは、とシもな
おさず、祝釘の拡大が可能であることを示すものでめる
。夫躾では、光フアイバ回折格子１５の中心軸九対する
角度ψが７５°程度であっても、明瞭な光が得られ、減
設の小さい入射光光路として充分に利用可能なことが確
められた。

第８図はｌ視野分の火炎検出装置の断面図である。図で
、１は元ファイバ、１５は第６図（ａ）乃至（Ｃ）およ
び第７図にかす光ファイバ回折格子、加は光ファイバを
保護する保℃営、２１は光ファイバ１を保禮管か内に支
持する支持体、ｎは支持体２１に設けられた貫通孔、囚
は光フアイバ回折格子１５を光ファイバ１の端面に面し
て（約０．５　ｍ程度の間隔を置いて）支持する支持部
材である。冴は保護管２Ｄｔの前面下方に設けられた光
入射孔（約ＩＩＩＩｌｌφ）であシ、この光入射孔冴の
位置によって視野８が決定される。図示のＸは光フアイ
バ回折格子１５と保咳管加の前面との間の距離、ｙは光
ファイバ１の中心軸と光入射孔冴の中心との間の距離“
、θｆは光ファイバ１の中心軸と視野８の中心軸との間
の角度を示す。角度θｆは θｆ　二ｔａｎ−”　Ｖｘ で定まり、θｆニア５°程度までは導光部の光透過率Ｋ
　１０９６以上の差はつかない。視野８の範囲内にある
火災からの光は、光入射孔Ｕを経て光フアイバ回折格子
に入シ、平行な光となって光ファイバ１の端面に入射さ
れ、光゛電食換部、検出回路により検出式れることにな
る。ここで、本実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例に係る火炎検出装置の断面図で
ある。図で第８図に示す部分と同一部分には同一符号を
付して説明を省略する。２０ａ、２０ｂ。

２０ｃは第８図に示す保設管加と同様の保護管、Ｕａ、
２４ｂ、２４ｃは各保岐管２０　ａ　、加ｂ１加Ｃの光
入射孔、８ａ、８ｂ、　　８ｃは各光入射孔２４ａ、２
４ｂｓ　１４　ｃによる３つの視野を示す。本実施例は
第８図に示す導光部を、視野を異ならしめて（光入射孔
２４ａ、２４ｂ、２４ｃの位置を異ならしめて）３つ１
ねた燐酸となっている。ここで、各部の数値例を示すと
、ｘ＝２〜５■（光ファイバ１の径４００μｍでＸ　”
　４　ｍｍ程度にする。）に設定し、θｆ＝０でｙ＝０
．θｆ＝１５°でｙ＝１ｍ、　　θｆ　＝　３００で）
Ｉ！２．３ｓｏｎの位置に、０．５−１　ｓｍφの光入
射孔を設ける。なお、光ファイバの拡が）角を考慮する
と、θ１＝ａ°の次に有効な視野はθｆ　ｋ　１０°以
上である。したがって、Ｘ　：４　ｍとすると、ｙ二０
．７ｍとなシ、これ以下の距離ｙの選定はあま夛有効で
はない。火炎が移動しても、視野８ａ１８ｂ、８Ｇのい
ずれかの範囲にあれば、その光は、対応する光入射孔、
光フアイバ回折格子を経て光ファイバ１の端面に平行に
入射し、光電変換部、検出回路によシ検出される。

ところで、元ファイバ１および光フアイバ回折格子１５
は耐熱上冷却の必要がある。このため、本実施例におい
ては、光ファイバ１を保護管２０ａ。

２０ｂ、２０ｃＫ収めるとともに、各保護管加ａ１囲す
、２Ｕｃ内にその前面に向けて矢印部に示すように冷却
空気を流し、光入射孔２４ａ、２４ｂ、２４ｃから外部
に噴出させるようにしている。これにより、元ファイバ
１と光フアイバ回折格子１５の冷却を行なうことができ
るだけでなく、元ファイバ回折格子１５のダスト付着も
防止することができる。

第９凶は第１図に示す火災検出装置の側面図でるる。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。局は各保砂管Ｊａ、加ｂ、ｌ　ＣＩｃ冷却空気を
供給する冷却空気入口、２７は光ファイバ１を光電変換
部の各変俣器に接続するコネクタである。保設管加ａ、
２ｆＪｂ、：ａ）Ｃを合体した外径は約２０ｍとなり、
憾めて小型である。

第１Ｏ図は第１図に示す火炎検出装置の怪ミ出回路のブ
ロック図である。加は各光ファイバ１から伝送された光
をこれに応じた屯気化号に裳換する光電変換部であり、
各視野８ａ、８ｂ、８ｃに対応して設けられる。３１は
光電変換部Ｉからの信号を入力し特定周波数を弁別する
周波数弁別部であシ、例えば周波数５０〜３００Ｈｚの
ちらつき成分のみを選択的に増幅する。３２は周波数弁
別部３１からの入力と設定された閾値とを比較する火炎
判定部でｈｂ、入力信号が閾値以上であるとき火炎有り
の信号を出力端子あに出力する。

このようＫ、本実施例では、３つの保護管内にそれぞれ
光ファイバを支持し、各光ファイバの端面に面して光フ
アイバ回折格子を設け、各保神管前面に相互に異なる視
野を形成する光入射孔を設けたので光ファイバを熱によ
る曲げ加工、研雌加工を行なうことなく３つの視野を形
成することができ、導光部を小型に構成できるとともに
、各視野間における光透過率の低下およびばらつきをな
くしてこれを均一化することができ、ひいては精度良く
火炎を検出することができる。又、保＠管内に冷却空気
を流すようにしたので、光ファイバおよび光フアイバ回
折格子を冷却することができるとともに、’Ｌファイバ
回折格子のダスト付着をも防止することができる。さら
に、傾斜した視野が形成されている場合、光フアイバ回
折格子が保護管前面に遮きられて直接熱輻射を受けるこ
とはないので、光フアイバ回折格子の熱輻射による影響
を低減することができ、ひいては冷却仝気量を減少させ
ることができる。さらに又、光ファイバに機械的な曲げ
加工を施さないので、機械的強度を付与するための耐熱
性の悪い元ファイバ被凄材を除去することができ（特に
先端部数１０ｃｍ）、導光部のＩＭ’！性を向上嘔せ、
ひいては冷却空気量を減少させることができる。

なお、回折格子は光フアイバ回折格子以外の適宜のもの
を用いることができる。又、光入射孔は孔でなくスリッ
トであってもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、複数の元伝送路の先端
に回折格子を設け、各回折格子に、互いに異なる視野を
形成する開孔から火炎の光を導入するようにしｔこので
、導光部を小型に構成するととができ、光透過率の低下
およびばらつきをなくして精度良く火炎を検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る火炎検出装置の断面図、
第２図は従来の火炎検出装置の系統図、第３図、第４図
および第５図は検討中の火炎検出装置の断面図、第６図
（ａ）　、（ｂ）　、（Ｃ）はそれぞれ回折恒子の正面
図、底面図、側面図、第７図は回折縞の斜視図、第８図
は１視野分の火炎検出装置の断面図、第９図は第１図に
示す火炎検出装置の側面図、第１０図は第１図に示す火
炎検出装置の検出回路のブロック図である。 １・・・・・・光ファイバ、８ａ、８ｂ、８ｃ・・・・
・・視野、１５・・・・・・光フアイバ回折格子、２１
ｉａ、　２０ｂ、　２０ｃ・・・・・・保護管、２４ａ
、　２４ｂ、　２４Ｃ・・・・・・光入射孔。 代理人　弁理士　武　顕次部（ほか１名）ｆ　１　日 才　２　口 才　３　臼 Ｘ　４　因 才５ＦＡ 才　６　ｎ ｔａ）　　　　　　　　　　ｔｂ） 才　ε　の ｔ　９　日 ７　１０　　口 Ａ３１　　３２　　３３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の光伝送路と、これら各光伝送路の先端に設け
   られた回折格子と、これら各回折格子に互いに入射角の
   異なる火炎よりの光を導入する開孔とで構成されている
   ことを特徴とする火炎検出装置 ２、特許請求の範囲第１項において、回折格子は１列に
   配列された光ファイバで構成されていることを特徴とす
   る火炎検出装置