JPS6333626A - 火炎検知方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は火炎検知方法に係り、特に工業炉やボイラ等に
おける火炎の存在の有無を検知する方法に関する。

［従来の技術〕 火炎の有無の確認は安全確保上欠くことのできないもの
である。火炎が存在しない場合には燃料を噴射しても着
火せず、後に何らかの原因で火がつくと爆発を起こして
しまう。さらに多数のバーナを備えた炉においては、こ
の爆風で他のバーナの火炎が吹き消され、なお一層危険
な状態となる。

従来、火炎の存在を光学的に検知する方法として波長１
９０〜３００ｎｉ＋程度の紫外光を測定する方法と波長
４００〜１１００ｎ１程度の可視近赤外光を測定する方
法とがあった。

前者の方法は火炎に存在する強い紫外光を検知するもの
であり、ガス火炎には有効であるが、油火災や石炭火炎
からは強い紫外光が放射されないのでこれらの火炎に適
用することができなかった。

一方、後者の方法は可視近赤外域の輝度のちらつきを測
定し、その高周波成分を検知するものであり、火炎の種
類を問わずに火炎検知を行なうことができるため多用さ
れている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、近年の燃焼条件は安全確保のみでなく負荷に
対するきめ細かな対応から、バーナの点消火頻度が多く
、負荷の変動幅が広くなっている。

また、公害防止、熱効率の向上、燃料種の多様化から火
炎の形状及び性状の変動幅が広くなっている。このため
、輝度のちらつきからだけでは火炎の存在を検知するこ
とができない場合が出てきた。

例えば、ＮＯｘの発生を抑制する目的で緩慢燃焼させる
と、燃料と空気の撹拌が穏やかになり輝度のちらつきが
減少してしまう。このとき、火炎が穏やかであっても燃
焼振動によって温度と未燃物の残留状態は激しく変化し
、温度が上昇すると残留物が少なくなる等の相殺作用が
働くために輝度の変化は小さいものとなる。従って、輝
度のちらつきから火炎検知を行なうことが困難となって
いた。

また、可視近赤外方式で火炎の２ケ所の輝度のちらつき
を検出した後、これらの相関をとる方法もあるが、２ケ
所の位置を厳密に決める必要がありそのための機構が極
めて複雑になるという問題がある。

かくして、本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消
し、いかなる燃焼状態においても正確に火炎の存在の有
無を検知することができる火炎検知方法を提供すること
にある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の火炎検知方法は上記目的を達成するために、火
炎から放射される光を捉え、これを所定の２波長に分光
してそれぞれ分光放射発散度を検出し、これら分光放射
発散度の比から火炎の温度及び温度フリッカを求めた後
、上記の温度、温度フリッカ及び分光放射発散度がそれ
ぞれ所定の範囲内にあるかどうかを判断し、すべてが範
囲内にある場合に火炎が存在すると判定する方法である
。

［作　用］ 一般に、波長λ［ｍ］に対する分光放射発散度Ｌ　［Ｗ
／ｍ３］は次のＷｉｅｎの式により表わされる。

Ｌ＝１：（、＋　λ　ｅＸＩ）（−０２／λＴ　）　　
−＋１）ただし、ε：放射率 Ｔ二火炎温度［Ｋコ Ｃ１−３，７４１８３２ｘｌｏ　　［Ｗｍ２］Ｃ２−０
，０１４３８７８６［ｍｄｅｇ］である。

ここで、燃焼条件一定のときの波長λと分光放射発散度
しどの関係を第２図に示す。ある燃焼条件では斜線部２
１内にプロットされ、他の燃焼条件では斜線部２２内に
プロットされる。なお、境界線２３及び２４はそれぞれ
最低温度状態を、−境界線２５及び２６はそれぞれ最高
温度状態を示している。

この図かられかるように、分光放射発散度りは燃焼振動
により斜線部２１及び２２内において変化し拡がりを有
するが、波長λ０ではあまり拡がらず、節点になってい
る。言いがえれば波長λ０の近傍では火炎温度が撮動し
ていても、光はちらつかないので、明るさのちらつきだ
けでは火炎を検知することが出来ないことが分がる。

このような分光放射発散度しは実際には光電変換利得Ｑ
　［Ｖｍ３／Ｗ］の光電変換器により得られた出力電圧
Ｖ［ｖ］を用いて、 Ｌ＝Ｖ／ａ　　　　　　　・−・　（２）として求める
ことができる。従って、２波長λ１及びλ２においてそ
れぞれ分光放射発散度Ｌ１及びＬ２を検出すると、（１
）式より Ｌ＋　＝εＣ＋　λ１ｅＸｌ）（−０２／λ＋　Ｔ　）
　・（３１Ｌ２−ＥＣ＋　λ２ｅＸＤ（−Ｃ２／λ２　
Ｔ　）　・（４１となり、これら（３）　（４１式から １／Ｔ−（島（１２／Ｌ１　　）　＋　　５Ｊｎ　（λ
２／λ１）１／Ｃ２（１／λ１−１／λ２）　　　　・
・・（５）となって、温度Ｔの逆数１／Ｔを求めること
ができる。

さらに、この１／Ｔの周波数成分の相対強度Ｎを求め、
火炎が存在する場合としない場合の相対強度Ｎをそれぞ
れ第３図の特性曲線３１及び３２に示す。この特性曲線
３１あるいは３２と横軸とで囲む面積が温度フリッカの
大きさを示している。

従って、透過周波数帯域３３のフィルタを用いて相対強
度Ｎの高周波成分を取り出せば、火炎が存在しない場合
には温度フリッカの大きさが小さく（斜線部３４）、火
炎が存在する場合には大きくなる（斜線部３４及び３５
）。

また、第４図は横軸に温度Ｔの逆数１／Ｔが、縦軸に分
光放射発散度りがとられたグラフであり、火炎が存在す
る場合を実線枠４１の内部に、存在しない場合を実線枠
４１の外部の斜線部４２で示した。火炎が存在する場合
は、少なくとも温度の逆数１／Ｔが所定値Ａ以下で、且
つ分光放射発散度りが所定１ｉｆＩＢ以上であるという
条件が満たされねばならない。しかし、点線枠で囲まれ
た斜線部４３は、火炎が無い場合でも背景の温度が高く
て明るく輝いており、あたかも火炎がある様に見える領
域である。背景光の特徴は、火炎に比べ温度フリッカが
小さいことは、第３図の説明で述べた通りである。

そこで、第４図に示す温度の逆数１７Ｔ１分光放射発散
度り及び第３図に示す温度フリッカがそれぞれ所定値Ａ
以下、所定値Ｂ以上及び斜線部３４の面積より大きい場
合に火炎の存在を確定することができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。第
１図は本発明に係る火炎検知方法を実施するための検知
システムの構成図である。図中、１は集光器であり、こ
の集光器１にそれぞれ動作波長λ１及びλ２の光電変換
器２及び３が接続されている。これらの光電変換器２及
び３の出力端に演算器４が接続され、演算器４の出力端
は２分岐されてそれぞれ高周波成分をとるフィルタ５及
び平均成分をとるフィルタ６を介して判別回路７に接続
されている。また、光電変換器３の出力端は平均成分を
とるフィルタ８を介して判別回路７に接続されている。

なお、光電変換器３の動作波長λ２を上述した第２図の
節点の波長λ０に予め設定すると共にフィルタ５の透過
周波数帯域を上述した第３図の帯域３３に予め設定して
おく。

また、集光器１はバーナ９の近傍に設けられており、バ
ーナ９による火炎１０の先端部を見通すような視野１１
を有している。

次に、本発明の詳細な説明する。

まず、バーナ９から燃料と空気とを噴出して火炎１０が
形成されると、視野１１内の光が集光器１で捉えられ、
さらにこの光が光電変換器２及び３に入射し、それぞれ
光電変換される。

光電変換器２及び３で光電変換された信号はそれぞれ（
２）式に基づいて波長λ１及びλ２における分光放射発
散度Ｌ１及びＬ２に変換され、さらに演算器４により（
５）式に基づいて温度Ｔを示す温度信号に変換される。

この温度信号はフィルタ５及び６でそれぞれ高周波成分
及び平均成分がとられ、温度フリッカＴＦ及び平均温度
Ｔとして判別回路７に入力する。

一方、光電変換器３で光電変換されると共に分光放射発
散度Ｌ２に変換された信号はフィルタ８を通過すること
によってその平均成分がとられ、平均分光放射発散度Ｌ
２として判別回路７に入力する。

このようにして、温度フリッカＴＦ、平均温度Ｔ及び平
均分光放射発散度Ｌ２を入力した判別回路７はこれら３
つの信号がそれぞれ所定の範囲内に存在するか否かを判
断し、すべて範囲内に存在する場合には火炎の存在を示
す内容の、いずれか１つの信号でも範囲内に存在しない
場合には火炎が存在しないことを示す内容のスイッヂン
グ信号Ｓをそれぞれ出力する。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、次の如き優れた効
果を発揮する。

（１）　　火炎の形状や性状が変動する場合であっても
常に火炎の存在の有無を正確に検知することができる。

（２）　　火炎の輝度を利用せずに火炎の温度、特に温
度フリッカを利用するために、どのバーナにも適用し得
る判定基準を設定することが容易であり、幅広い燃焼条
件下において火炎の検知を行なうことができる。

（３）　　従って、工業炉やボイラ等の安全性が著しく
向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る火炎検知方法を実施するための検
知システムの構成図、第２図ないし第４図はそれぞれ本
発明の詳細な説明するためのグラフである。 図中、１は集光器、２及び３は光電変換器、４は演算器
、５，６及び８はフィルタ、７は判別回路、９はバーナ
、１ｏは火炎である。 特　許　出　願　人　　石川島播磨重工業株式会社代理
人弁理士　絹　　谷　　信　　雄 λ０　　　　　　　λ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 火炎から放射される光を捉え、これを所定の２波長に分
   光してそれぞれ分光放射発散度を検出し、これら分光放
   射発散度の比から火炎の温度及び温度フリッカを求めた
   後、上記の温度、温度フリッカ及び分光放射発散度がそ
   れぞれ所定の範囲内にあるかどうかを判断し、すべてが
   範囲内にある場合に火炎が存在すると判定することを特
   徴とする火炎検知方法。