JPS6339559Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、火炎検出器に係り、特に高度に自
動化された燃焼装置に用いるための多視野型火炎
検出器に関するものである。

従来、事業用のボイラは、燃料の多様化、低
NOx燃焼および電力需要への対応のため、起動
停止を毎日繰り返すというような種々の問題を解
決するため、燃焼装置が複雑になるとともに、高
度の自動化が推進されている。そのため火炎検出
器の精度は非常に重要となり、誤動作を避けるた
めに種々の精度向上に対する対策が採られてい
る。その対策の一つとして、集光レンズとオプテ
イカルフアイバを組合せて集光した光を検出器に
導く方式がある。この場合、集光した光は、オプ
テイカルフアイバによつて、光の強度を殆ど低下
させることなく伝達できるため、集光系装置がコ
ンパクトになり、かつ、精度が高くなる。しか
も、オプテイカルフアイバは、自由に曲げられる
ので、例えばバーナ部に設置した後に、視野の方
向が調整できるような付属装置を付けることも可
能である。従つて、このような構成の火炎検出器
によつて多数のバーナを有するボイラ火炉等にお
いても各々のバーナあるいは検出器の個体差を充
分調整できる。

しかし、このような従来の火炎検出器において
は、集光系装置の保全と、付属装置に可動部分を
有するところに本質的な問題があり、該装置のメ
ンテナンスのためにバーナが使用できない場合も
生じるという欠点があつた。

また従来の別の方式として、燃料または燃焼方
式の相違に起因する火炎の光放射特性の違いによ
つて、火炎検出器が対応できなくなる点に対処す
るため、それぞれの条件に対応できる少なくとも
２種以上の火炎感知素子を具備して、同一の監視
点から火炎を検出するようにしたもの（特公昭47
−973）がある。

しかし、このような従来の火炎検出器において
は、検出の確実性は増しても、個々の検出器を２
個以上も必要とするため、高価になるという欠点
があつた。

この考案の目的は、上記従来技術の欠点を無く
し、火炎検出精度の高い火炎検出器を提供するに
ある。

要するにこの考案は、オプテイカルフアイバと
光検出器とを組合せた火炎検出器において、オプ
テイカルフアイバのバーナ側先端を複数の視野を
持つように分岐させ、他端を光検出器（光電変換
器）と組合せる構成にし、さらには複数の光検出
器を用いて、複数の視野の各々の視野における光
を少なくとも２種の光検出器（光電変換器）に分
岐するようにし、各々の光検出器には複数の同一
視野の光線を集めるように構成したものである。

以下、この考案を図面に基づいて説明する。第
１図は、この考案の一実施例のバーナ部の構成を
示す断面図である。まず構成を説明する。保炎器
１は、主バーナ２の先端に取付けてあり、空気は
風箱３内を通つて、１次、２次空気レジスタ４お
よび３次空気レジスタ５により流量比率または旋
回力等を調整し、火炉内に入る。火炎は、点火バ
ーナ６によつて主バーナ２から供給される燃料
と、上述の空気の混合気に点火され、保炎器１に
より保持される。該火炎を火炎検出器７で確認す
ることによつて、燃焼が持続される。実際の点・
消火のシーケンスは、主バーナ２、点火バーナ６
および油パージ（図示せず）の出し入れ、イグナ
イタ（図示せず）のON−OFF、点火バーナ用火
炎検出器７による火炎の確認、１次、２次、３次
空気レジスタ４，５の開閉等複雑な操作が必要で
あるが、基本的には上述のように火炎検出器７を
用いる。第２図は、火炉内側から上記第１図のバ
ーナを見た正面図、第３図イは、火炎検出器７の
内部に挿入してあるオプテイカルフアイバ８のフ
アイバヘツド１３の先端部を示す斜視図、同図ロ
は、同図イの断面図を示す。オプテイカルフアイ
バ８のフアイバ素子９は、材質として石英を使用
し、耐熱性と光透過度を良くするとともに、外径
を0.2〜0.4mm程度とし、第３図に示す例では、上
記フアイバ素子９を８本束ねて１本の束（以下、
バンドルと記す）１０とし、該バンドル１０を４
本と、これらを固定する充填剤１１とをシース１
２内に入れてオプテイカルフアイバ８を構成して
いるが、バンドル１０の本数は通常３〜５本と
し、１本のバンドル１０のフアイバ素子９は多く
とも10本以内（バンドルの外径１mm以下）にする
ことによつて、コンパクトなオプテイカルフアイ
バ８を構成し、しかも多機能なフアイバヘツド１
３を構成することができる。

つぎに作用を説明する。第４図は、第３図に示
したようなフアイバヘツド１３を、第１図のバー
ナに設置した場合の一実施例の断面図で、フアイ
バヘツド１３の中の４本のバンドル１０の視野を
〜に示すように方向を変えてある。第４図中
のＡ，ＢおよびＣは、それぞれ火炎領域を示すも
ので、Ａ領域は、バーナ近傍の保炎器１による影
響を強く受けるところであり、紫外線から赤外線
までを含むが、可視光線と赤外線強度の交流成分
（ちらつき）の周波数範囲は狭く、200〜300Hzま
でである。Ｂ領域は、拡散燃焼域で、まだバーナ
からの噴流の影響を強く受けている部分であり、
火炎としても最も燃焼温度の高い領域であるが、
ここでは可視光線と赤外線が主であつて、紫外線
領域の光は極めて少ない。Ｃ領域は、後流域で拡
散燃焼の終りの部分であるが、燃焼域としても最
も大きな部分を示めており、可視光線から赤外線
までを含むが、可視光線の交流成分の周波数範囲
は200〜300Hzまでに低下し、Ｂ領域の約2000Hzと
比較すると大きな開らきがある。

上記の燃焼領域は、火炉とバーナとの組合せお
よび燃焼容量によつて異なるのみならず、低
NOx燃焼等で実施するバーナ部空燃比の変化や
排気ガスを空気に混合させる割合などで大きく変
化するため、このように多視野のフアイバヘツド
を用いたことにより、燃焼条件の違いにも対応で
きる。

第５図に、この考案の火炎検出器の他の実施例
の概略図を示す。風箱３、オプテイカルフアイバ
８およびバンドル１０は、上記の実施例のものと
同一であつて、該バンドル１０のａ，ｂ，ｃおよ
びｄは、それぞれ視野〜に対応させてある。
検出器７は少なくとも２種以上とし、該実施例
は、紫外線から可視光線までのセンサとして光検
出器（光電変換器）１４を、また赤外線用のセン
サとして光検出器（光電変換器）１５を使用して
おり、各バンドル１０を２分して、それぞれ光検
出器１４，１５に接続したもので、光検出器１
４，１５の視野は、４本のバンドル１０の面積で
カバーする範囲で充分である。このようにして集
光した光を光検出器１４，１５により電気信号に
変換し、判定部１６に導く。判定部１６内では、
フアイバ素子a₁からの電気信号は増幅器で増幅
後、例えば＝30Hz以上の変動成分のみハイパス
フイルタで取り出し、この成分を整流回路で直流
に変える。直流信号を比較回路で基準値Ａ（例え
ば直流1V）と比較し、信号が基準値Ａより大き
ければ出力ON（２値化出力ならば１）を、小さ
ければ出力OFF（２値化出力ならば０）を出力し
この出力をOR回路に送る。同様に、フアイバ素
子a₂によつて導入したした光についても同様の手
順で処理し、OR比較回路にONまたはOFFを出
力する。OR回路では、これら２つの比較回路か
らの出力に基づいて、何れかの出力がONであれ
ばONを、その他の場合にはOFFを出力してバン
ドルａが検出した火炎の燃焼領域に火炎が存在す
るとするか、若しくは火炎が存在しないとする。
バンドルｂ，ｃ，ｄについても同様の処理がなさ
れ、総合的に何れかのOR回路の出力がONであ
れば火炎が存在し、OFFであれば火炎が存在し
ないとの判定を得る論理回路を構成するものであ
る。

その他の実施例としては、以下に示すようなも
のがある。

(1) 第４図におけるフアイバヘツド１３を、空
冷、水冷、ヒートパイプ、チユーブ等の冷却手
段を用いて保護し、低温用のオプテイカルフア
イバ８を利用できるように構成したもの。

(2) 第３図におけるフアイバヘツド１３のバンド
ル１０のそれぞれの先端を、１本のシース１２
内において曲げ、各々別個のシース１２を用い
て分岐し固定するように構成したもの。

(3) １本のバンドル１０を点火バーナ６専用と
し、他のバンドル１０で主バーナ２の火炎を判
別するように構成したもの。

(4) 第５図において、バンドル１０のａ〜ｄと光
検出器１４，１５との接続部分に、切換装置を
設置し、上記の点火バーナ６と主バーナ２との
検出を切換えるように構成したもの。

本考案の火炎検出器の使用により、従来の火炎
検出器における集光装置やその付属装置を必要と
せずフアイバヘツドのみをバーナ部に装着すれば
よいからコンパクト化が図られ、構造が簡易化す
ることにより保守点検が容易となるから、バーナ
の稼働率が向上する。オプテイカルフアイバの光
伝送能力は高く、数百メートルの長さでも殆ど減
衰しないため、火炎検出部等に防爆構造の電気部
品を全く必要としないから、安価になるのみなら
ず、バーナ部における安全性が高まるという効果
が得られる。特にオプテイカルフアイバのもつ高
い視野限定能力（立体視野角度20゜）が有効に活
用され、フアイバヘツドと対面しない周辺部光源
からの光は導入されないから、火炎の特定燃焼領
域からの光を導く選択的光伝送特性が改善され、
可視光線の交流部分を含む紫外線から赤外線に至
る波長を有する火炎各部の変動を精度良く検出す
ることができる。また波長領域の異なる複数の光
検出器は、例えばガスと油のように発光波長が大
きく異なる燃料を交互に焚く混燃式ボイラにおけ
る火炎検出に好適である。上記の主効果のほか本
考案の各バンドルは多数本のフアイバ素子で構成
されているから、火炎に対面するフアイバヘツド
に近い先端部の曲率半径を小さくでき小型化され
るから使い勝手が良く、かつフアイバヘツドは数
10μｍの微小の油ミストによる汚れに対する保守
が容易である等の副次効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の一実施例のバーナ部の構
成を示す断面図、第２図は、火炉内側から上記第
１図のバーナを見た正面図、第３図イは、フアイ
バヘツドの先端部の斜視図、同図ロは、第３図イ
の断面図、第４図は、第３図のフアイバヘツドを
第１図のバーナ部に設置した場合の一実施例の断
面図、第５図は、この考案の他の実施例の概略図
を示す。 符号の説明、１……保炎器、２……主バーナ、
３……風箱、４……１次、２次空気レジスタ、５
……３次空気レジスタ、６……点火バーナ、７…
…火炎検出器、８……オプテイカルフアイバ、９
……フアイバ素子、１０……バンドル、１１……
充填剤、１２……シース、１３……フアイバヘツ
ド、１４，１５……光検出器（光電変換器）、１
６……判定部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 多数本のフアイバ素子のバンドルを複数本引
   き揃えたオプテイカルフアイバと、可視光線を
   含み紫外線から赤外線にいたる全波長領域に対
   する検出能力を有する光検出器を備える、ボイ
   ラの火炎燃焼領域を検出する火炎検出器におい
   て、前記オプテイカルフアイバは、前記各バン
   ドル毎にボイラ火炎の燃焼各領域に対応する視
   野を形成するように前記バンドルの一方の分岐
   端を前記ボイラ火炎に対面させたフアイバヘツ
   ドと、他方端は前記バンドル毎にそれぞれ前記
   光検出器へ接続した接続端とで構成されている
   ことを特徴とする火炎検出器。 ２ 前記オプテイカルフアイバの前記接続端は、
   異なる波長領域に対する検出特性を有する少な
   くとも２種の光検出器に対し、各バンドル毎に
   フアイバ素子を分割して前記光検出器に並列に
   接続するように構成したことを特徴とする実用
   新案登録請求の範囲第１項記載の火炎検出器。 ３ 前記オプテイカルフアイバの１方向の視野を
   受け持つバンドルは、外形１mm以下のフアイバ
   素子10本以内によつて構成されていることを特
   徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の
   火炎検出器。