JPH0327822B2

JPH0327822B2 -

Info

Publication number: JPH0327822B2
Application number: JP59014009A
Authority: JP
Inventors: Makoto Noda; Takeshi Kajita
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1984-01-27
Filing date: 1984-01-27
Publication date: 1991-04-17
Also published as: JPS60159517A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、火炎の有無の検出と共に、かかる火
炎の燃焼状況をも検出し得るようにした装置に関
するものである。従来から、燃焼安全装置の一つとして、火炎検
出装置が用いられており、この火炎検出装置によ
つたバーナーにおける火炎の有無が検出されてい
る。そして、このような火炎検出装置の構造とし
ては、一般に第１図に示されるように、耐熱性で
導電性のあるパイプ状の火炎検出電極１を用い、
その後端に電気信号取出端子２を設ける一方（該
端子２からの配線は図示されていない）、かかる
火炎検出電極１の基部をセメントなどの固定層３
を介して電気絶縁碍子４に固定せしめ、そしてこ
の電気絶縁碍子４を保持体５に着脱可能に取り付
けた構造が採用されている。そして、このように
保持体５に取り付けられた火炎検出電極１は、第
４図に示されるように、バーナー１５の火炎１６
中に、その先端が約10〜15cm程度入るように設置
されるのである。ところで、このような火炎検出電極１の設置下
において、バーナー１５から発生せしめられる火
炎１６が存在する場合には、かかる火炎検出電極
１とバーナー１５との間の電気抵抗は、火炎１６
中のイオン化分子の存在によつて数百ＫΩの値と
なり、また火炎１６中のイオン化分子の流れによ
つて、火炎検出電極１とバーナー１５との間には
電気の整流性が現れる。一方、バーナー１５の先
端に火炎１６が存在しない場合、換言すれば燃焼
していない場合には、火炎検出電極１とバーナー
１５との間の電気抵抗は、イオン化分子が存在し
ないことによつて、数十ＭΩ以上の値となるので
あり、またイオン化分子の流れがないことによつ
て、火炎検出電極１とバーナー１５との間には電
気の整流性が現れることもないのである。従つて、上記構造において、火炎検出電極１と
バーナー１５との間の電気抵抗を、電気抵抗計の
回路を構成して測定することにより、火炎の有無
を抵抗の大小として検出することができるのであ
り、また火炎検出電極１とバーナー１５とに交流
電圧を印加すれば、整流性が有るか、無いかが解
り、それによつて火炎の有無を検出することがで
きるのである。しかしながら、このような従来の火炎検出電極
１を備えた装置は、単に火炎の有無のみを検出す
るものであり、そのような装置では、火炎がバー
ナーの先端から離れて燃焼しているような場合に
は、火炎の有無を全く検出することができなかつ
たのである。因みに、火炎がバーナーの先端から離れて燃焼
する現象は、炉あるいはボイラーが、一定時間休
止後、運転を再開する時に、所謂冷缶起動時にバ
ーナーの先端の温度が低いため、火炎がバーナー
の先端から安定して発生せず、飛び火の状態とな
る場合や、燃焼排ガス中の窒素酸化物を低減させ
るために、意図的に飛び火に近い状態で燃焼させ
る場合、所謂二段燃焼させる場合によく生ずる。
而して、これらの燃焼状態の場合には、バーナー
の先端に火炎が接していないために、燃焼が継続
していても、バーナーと火炎との間が電気的に遮
断された状態となつて、該バーナーと火炎検出電
極との間の電気抵抗が高く、また整流性もないと
ころから、火炎がない、換言すれば燃焼していな
いとの誤つた情報を出力することとなるのであ
る。また、特開昭58−18020号公報には、火炎中に
所定の酸素センサーが配されるようにすると共
に、該センサーの支持体にサーミスタを設け、該
サーミスタから導出される電気的信号と前記セン
サーから出力される電気的信号との組合せに応じ
て、燃料供給経路を制御するようにした装置が明
らかにされているが、このような装置にあつて
も、バーナーに二段燃焼させるような場合におい
て、二次空気中の酸素濃度を測定することが出来
ず、そのために燃焼に必要な空気の中に含まれる
酸素の適正濃度を監視、制御して、火炎の燃焼状
況を最適化することは困難であつたのである。ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景に
して為されたものであつて、その目的とするとこ
ろは、従来の火炎検出電極では、火炎がバーナー
の先端から離れて燃焼しているような場合には、
火炎の有無を検出するようなことができなかつた
欠点を克服するばかりでなく、個別の火炎につい
て、火炎の燃焼状況の検出をも可能と為し、更に
は二段燃焼時の火炎の燃焼状況をも最適化し得る
装置を提供することにある。すなわち、本発明は、かかる目的を達成するた
めに、バーナーから発生せしめられる火炎の中に
先端部が位置するように、耐熱導電性の火炎検出
電極を配置せしめ、該バーナーと該火炎検出電極
との間の電気的特性の変化により、火炎の有無を
検出するようにした装置において、かかる火炎検
出電極の先端部分及びその先端部以外の部分に、
酸素イオン伝導性の固体電解質と一対の電極とか
らなる酸素センサーをそれぞれ設け、前記火炎の
有無の検出と共に、かかる火炎の燃焼状況に応じ
て、それら酸素センサーから出力される信号を検
出するようにしたことを特徴とする火炎並びに燃
焼状況の検出装置にある。従つて、かくの如き本発明の構成によれば、火
炎がバーナーの先端から離れている場合でも、火
炎検出電極の先端箇所に設けられた酸素センサー
にて、火炎の中の酸素分圧を測定するようにする
ことにより、火炎の有無を確実に検出するように
することができるのであり、また火炎の中の酸素
分圧、水分の分圧、一酸化炭素分圧、温度、SO₂
分圧などを他のセンサーにて測定するようにすれ
ば、それらのセンサーから出力される信号によつ
て、その燃焼の状態を知ることができ、以て個別
火炎の燃焼状況の監視及び制御が効果的に為され
得るのである。特に、本発明にあつては、火炎検
出電極の先端部以外の部分に設けた酸素センサー
にて、火炎に供給される二次空気中の酸素分圧を
測定するものであるところから、適正な燃焼を行
なわせるに必要な二次空気中の酸素分圧を監視及
び制御することが可能となるのである。また、火
炎の中に入らない位置に設けた輻射温度測定用の
センサーにより、火炎の輻射の強度の信号を得る
こともでき、これによつて個別火炎の燃焼状況の
監視及び制御を行なうことが可能である。因みに、かかる本発明の一実施例が第２図に示
されている。すなわち、かかる第２図において、SiC、耐熱
金属などの材料からなる耐熱導電性のパイプ状の
火炎検出電極１の先端には、ジルコニアなどの高
温において酸素イオン伝導性のある固体電解質か
らなる筒状のセラミツク体６が取り付けられてい
る。そして、このセラミツク体６の内外の両面に
は、例えば白金からなる多孔質の電極７，８が設
けられ、以て所定の酸素センサーが構成されてい
る。また、かかる外側電極７の更に外側には、フ
イルター構造部分９が設けられており、このフイ
ルター構造部分９を通じて外側電極７が火炎雰囲
気に接触せしめられるようになつている。なお、
このフイルター構造部分９は、火炎検出電極１の
先端を多孔質とすることによつて、一体的に構成
することも可能である。また、外側電極７、内側
電極８からの配線は、第２図には図示されていな
いが、適宜行なわれている。さらにまた、かかる
火炎検出電極１の後端に取り付けた電気信号取出
端子２に設けられた貫通孔２ａを通じて、火炎検
出電極１の内部に導かれる空気などの基準酸素濃
度の基準ガスが、該火炎検出電極１の内部を流通
せしめられ、そしてセラミツク体６の内孔を通じ
て外部に、換言すれば火炎中に放出せしめられる
ようになつており、これによつて、かかるセラミ
ツク体６の内側に設けられた内側電極８が、該基
準ガスに接触せしめられるようになつているので
ある。一方、かかるパイプ状の火炎検出電極１の後端
よりの、火炎には直接接触せしめられない位置に
は、筒状の先端部が半球形状に丸められた、酸素
イオン伝導性のある固体電解質からなるセラミツ
ク体１０が取り付けられており、そして該セラミ
ツク体１０の半球形状部の内外両面には、例えば
白金からなる多孔質の電極１１，１２が設けられ
ており、これによつて所定の酸素センサーがまた
構成されている。そして、かかる外側電極１１に
は、火炎検出電極１の周囲の雰囲気、一般には二
次空気に接触せしめられるようになつており、一
方内側電極１２は、かかる火炎検出電極１の内部
を流通せしめられる空気などの基準ガスに接触せ
しめれるようになつている。なお、外側電極１
１、内側電極１２からの配線は、第２図には図示
されていないが、適宜に行なわれている。そして、このような構成の装置が、第４図に示
されるように、火炎検出電極１の先端が火炎１６
中に位置するように設置せしめられることによつ
て、バーナー１５から火炎１６が発生せしめられ
ている時には、前述したように、火炎検出電極１
とバーナー１５との間の電気抵抗は、火炎のない
場合に比べ極めて低い値となるのであり、また火
炎検出電極１とバーナー１５との間には電気の整
流性が現れることとなる。また、火炎検出電極１の先端部に設けた固体電
解質からなるセラミツク体６は、火炎１６中に位
置することにより高温に加熱せしめられ、以て酸
素イオン伝導性が発現し、酸素濃淡電池として作
動するようになるところから、火炎中の酸素分圧
を測定することができるのである。すなわち、火
炎１６の酸素分圧は小さな値であり、火炎検出電
極１の内側には、絶えず基準ガスとしての空気が
流れるようにされているところから、セラミツク
体（固体電解質）６の外側に設けた外側電極７
は、かかる小さな酸素分圧の雰囲気にさらされる
一方、内側電極８は酸素分圧の大きな空気に接触
せしめられることとなる。従つて、火炎の温度を
Ｔ（〓）、空気中の酸素分圧をP_O2(A)、火炎中の酸
素分圧をP_O2(F)、気体定数をＲ、フアラデー定数
をＦとすると、セラミツク体６の外側電極７と内
側電極８との間には、次の式(1)で表される起電
力：Ｅが生ずるのである。Ｅ＝−Ｒ×Ｔ／４×Ｆ×2.303×logP_O2(F)／P_O2(A)…
…(1) 通常、この起電力は、600〜1200ｍＶ（DC）で
ある。そして、火炎が存在しなければ、この起電
力は数十ｍＶ（DC）以下となるのである。また、
この起電力は、火炎１６がバーナー１５の先端か
ら離れて燃焼する場合にも発生する。けだし、こ
の起電力は、火炎中のイオン化分子の存在の有無
とは何等関係なく、セラミツク体６を構成する固
体電解質が加熱されて、酸素イオン伝導性が発現
し、且つ外側電極７と内側電極８とにそれぞれ接
触する雰囲気間に酸素濃度差（分圧差）がある限
りにおいて、生ずるものであるからである。従つて、かかる本発明の装置にて火炎の有無を
検出する動作を、従来の火炎の検出装置の動作と
対比させると、次のようになる。

【表】すなわち、本発明に従う装置は、従来の火炎検
出装置では、火炎１６がバーナー１５の先端より
離れていて、火炎１６を検出できない場合であつ
ても、酸素センサー６，７，８によつて火炎１６
を検出することができる優れた特色を持つている
のである。さらに、火炎１６の中の酸素分圧は、火炎１６
の燃焼状況によつて大きく変化するものであり、
その様子が第５図に模式的に示されている。かか
る第５図から明らかなように、空気比（μ）が大
きい場合には、燃焼反応が速やかに進行するた
め、火炎の中のP_O2は、一定点で観測する場合、
空気比（μ）の小さい場合の火炎の中のP_O2に比
べて大きい。また、バーナーの負荷が軽い低負荷
の場合（曲線：ａ）には、火炎の中のP_O2は、バ
ーナーの負荷が重い高負荷の場合（曲線：ｂ）の
火炎の中のP_O2より大きい。従つて、火炎の中の
酸素分圧を酸素センサー６，７，８によつて測定
することによつて、その火炎１６の燃焼状況を示
す信号が得られることとなるのである。また、第５図には、火炎の中の一定点で観測さ
れる温度（Ｔ）は、火炎の燃焼状況によつて変化
することが示されている。すなわち、曲線：ｃが
バーナーの負荷が重い場合を示しており、また曲
線：ｄがバーナーの負荷が軽い場合を示してい
る。そこで、酸素センサー６，７，８、換言すれ
ば固体電解質からなるセラミツク体６の内部抵抗
が温度によつて変化する特性、サーミスタ特性を
利用して、火炎の温度を測定すれば、火炎の燃焼
状況を示す信号が得られることとなる。なお、火
炎の温度を測定するには、ビード状のセラミツク
体に抵抗測定の電極が埋め込まれている測温専用
のセラミツクセンサーを用いても何等差支えな
く、第３図には、そのようなセラミツク温度セン
サー１４を、火炎検出電極１の所定位置に設けた
例が示されている。一方、火炎検出電極１の後方よりの火炎にさら
されない位置に設けられた固体電解質からなるセ
ラミツク体１０は、火炎１６外に位置している
が、バーナーの配置される炉内の温度や火炎の輻
射熱により、高温に加熱されるようになるところ
から、酸素イオンの伝導性が発現して、酸素濃淡
電池として作動することとなり、これによつて火
炎周辺の二次空気中の酸素分圧（濃度）を測定す
ることができるのである。ところで、バーナーに二段燃焼をさせるような
場合には、燃焼排ガスを一定割合で空気に混ぜ
て、一時空気、二次空気とすることが行なわれ
る。そして、そのような場合には、二次空気中の
酸素濃度は約17〜18％程度とされることとなる。
本発明に従えば、例示の構造の如く、この二次空
気にさらされる火炎検出電極１の部分に所定の酸
素センサー１０，１１，１２を設けて、該センサ
ーによつて、その二次空気中の酸素濃度を測定す
ることができるところから、燃焼に必要な空気の
中に含まれる酸素の適正濃度を監視、制御して、
火炎の燃焼状況を最適化することが可能となつた
のである。尤も、本発明において、火炎検出電極１の先端
部分及びその先端部以外の部分に設けられる、２
種の酸素センサーとしては、上述した固体電解質
のセラミツク体６，１０と一対の電極７，８；１
１，１２とからなるセラミツク酸素センサーが有
利に用いられることとなる。また、そのような酸
素センサーと共に、湿度センサー、一酸化炭素
（CO）センサー、酸化硫黄センサー及び温度セン
サーのうちの少なくとも何れか一つを含むように
用いられることが望ましく、そのような二種類以
上のセラミツクセンサーが、前記火炎検出電極１
の所定位置に設けられることとなる。なお、COセンサーとしては、例えば本願出願
人が先に出願した特願昭58−170457号（特開昭60
−61654号）の明細書に明らかにされているセン
サーが、そのまま利用され得、そのようなセラミ
ツクセンサーを第２図における酸素センサー６の
配設部位に取り付ければ、火炎１６中のCO分圧
を有効に測定することが可能である。なお、火炎
１６中のCOは、燃焼反応が進行すれば、CO₂に
なるものであり、このCO分圧の値は燃焼状況を
示す一つの指標となるものである。また、水素（H₂）センサー、水分若しくは湿
度（H₂O）センサーとしては、水素イオン伝導
性のある、例えば酸化ストロンチウム酸化セリウ
ムからなるセラミツクセンサーを、第２図におけ
る酸素センサー６の配設部位に取り付ければ、火
炎１６中のH₂分圧、H₂O分圧を測定することが
できる。火炎中のH₂は、燃焼反応が進行すれば
H₂Oになるものであり、それ故H₂、H₂O分圧の
値は、また燃焼状況を示す一つの指標となるので
ある。さらに、輻射温度を測定できるセラミツクセン
サーを、第３図の構造におけるセラミツク温度セ
ンサー１３として取り付ければ、火炎１６の輻射
の強弱を測定することが可能である。燃焼が激し
く進行する場合は、輻射が強く、従つてこのセン
サー１３により輻射の強弱が検出されることによ
り、また燃焼状況を示す一つの指標が得られるの
である。そしてまた、酸化硫黄センサーたるSO₂センサ
ーとして、例えば、β−アルミナ（Na₂O・
11Al₂O₃）からなるセラミツクセンサーを、第２
図の構造における酸素センサー６の配設部位に取
り付ければ、火炎１６中のSO₂分圧を測定するこ
とができる。燃料中のＳは、燃焼反応が進行すれ
ばSO₂になるものであり、それ故SO₂分圧の値は
燃焼状況を示す一つの指標となるものである。このように、本発明にあつては、少なくとも二
つの酸素センサーを含む各種のセラミツクセンサ
ーを火炎検出電極に設けることによつて、かかる
火炎検出電極による火炎の有無の検出と共に、火
炎の燃焼状況に応じて該セラミツクセンサーから
出力される信号を検出し、それによつて個別火炎
の燃焼状況の監視及び制御を可能としたものであ
る。また、かかる本発明の構造において、火炎検出
電極１は、一般に炭化珪素（SiC）質の材料にて
形成されることとなるが、その他、耐熱金属材料
からなるものであつても何等差支えなく、そして
そのような材質にて形成されたパイプ状部材が好
適に用いられることとなる。そして、このパイプ
状部材の中空部内には、酸素センサーのための基
準ガス若しくは基準物質が流通若しくは充填せし
められることとなる。なお、第２図及び第３図に示した本発明に従う
構造の具体例では、何れも、火炎検出電極１内を
基準ガス（基準物質）がその基部の後端側から先
端側に導かれるようになつており、そしてその先
端部より火炎中に放出せしめられるようになつて
いるが、第６図に示される他の構造例にあつて
は、筒状の固体電解質からなるセラミツク体６の
先端部が閉塞せしめられており、かかる火炎検出
電極１内に導入される基準ガス乃至は基準物質
が、該火炎検出電極１内に充満（充填）させられ
る構造となつている。勿論、このように火炎検出電極１の先端部が閉
じられた形態において、その内部の中空部に、所
定の基準ガス乃至は基準物質が充填された形態に
おいても、そのような基準ガス乃至は基準物質
が、目的とするセラミツク体６，１０の内側電極
８，１２に接触せしめられるようになつている。
また、この第６図の構造においては、火炎検出電
極１の先端よりで火炎１６の中に挿入される位置
に、後端側のセラミツク酸素センサー１０と同様
な構造のジルコニア質等の固体電解質のセラミツ
ク体１７からなるセラミツク酸素センサーが設け
られており、またかかる固体電解質のセラミツク
体１７の外側と内側には、それぞれ多孔質の白金
電極１８，１９が設けられている。以下、本発明を更に具体的に明らかにするため
に、本発明の幾つかの実施例について説明する
が、それらの実施例は、あくまでも文字通りの単
なる一実施例に過ぎないものであつて、本発明の
範囲を制限的に解釈するためのものでは決してな
い。本発明には、その趣旨を逸脱しない限りにお
いて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修
正、改良などが加えられ得るものである。実施例１第２図の構造において、外径16mm、内径10mm、
長さ300mmのシリコンカーバイド質のパイプから
なる火炎検出電極１の先端に、外径８mm、内径６
mm、長さ50mmのジルコニア質の酸素センサー６が
取り付けられている。この酸素センサー６の先端
部分20mmの間の外側、内側の周面には、多孔質の
白金質電極７，８が設けられており、そしてこの
電極が設けられた部分の外側には、セラミツクの
フイルター９が取り付けられている。また、火炎
検出電極１の後端よりで火炎の中に入らない位置
に、外径８mm、内径６mm、長さ10mmの一端閉状の
ジルコニア質の酸素センサー１０が取り付けられ
ており、該酸素センサー１０の一端閉状の部分の
外側、内側には、それぞれ多孔質の白金質電極１
１，１２が設けられている。そして、かかる構造の装置を、第４図に示され
るように、火力発電所の点火バーナー１５の火炎
１６の中に、その先端が約10cm入るように取り付
ける。火炎検出電極１とバーナー１５の間には、
直流で50Vの電圧が印加されており、火炎の有無
によつて、火炎検出電極１とバーナー１５との間
の電気抵抗の変化を電流の変化で測定できるよう
に構成されている。そして、かかる酸素センサー
６によつて得られる起電力をもとに、前記(1)式に
基づいて酸素分圧ができるようになつている。かくの如く構成したことによつて、ボイラーが
休止後、その運転が再開される時に、バーナー１
５より火炎１６が離れて、飛び火燃焼の状況にな
る場合にも、酸素センサー６によつて得られる酸
素分圧の値から、火炎１６の有無を確実に検知す
ることができ、ボイラーの自動運転システムを支
障なく作動せしめることができた。また、火炎検
出電極１の後端に取り付けられた酸素センサー１
０によつて、二次空気中の酸素分圧（濃度）も測
定することができた。実施例２第３図の構造において、外径20mm、内径10mm、
長さ800mmのシリコンカーバイド質のパイプから
なる火炎検出電極１の先端に、外径８mm、内径６
mm、長さ50mmの酸化セリウム質の酸素センサー６
が取り付けられている。そして、この酸素センサ
ー６の先端部分20mmの間の外側、内側には、それ
ぞれ多孔質の白金・ロジウム合金電極７，８が設
けられている。さらに、この電極が設けられた部
分の外側には、多孔質なシリコンカーバイドフイ
ルター９が配置されている。また、この酸素セン
サー６の近傍に、直径３mmのジルコニア・ビード
に白金線が埋め込まれてなる測温用セラミツクセ
ンサー１４が取り付けられている。さらに、火炎
検出電極１の後端よりで火炎の中に入らない位置
に、外径８mm、内径６mm、長さ10mmの一端閉状の
酸化セリウム質の酸素センサー１０が取り付けら
れている。この酸素センサー１０の一端閉状の部
分の外側、内側には、多孔質の白金・ロジウム合
金電極１１，１２が設けられている。さらに、酸素センサー１０の近傍に、輻射温度
測定用のセラミツクセンサー１３が取り付けられ
ている。このセラミツクセンサー１３は、直径３
mmのジルコニア・ビードに白金線が埋め込まれて
なる測温用セラミツクセンサーの二個にて構成さ
れており、そのうちの一個は、輻射光による昇温
がないように、輻射光を遮る遮蔽板が設けられて
いる。そして、かかる構造の装置は、第４図に示され
る如き配置において装置せしめられ、その火炎検
出電極１とバーナー１５との間には、交流で10V
の電圧が印加されており、火炎１６の有無によつ
て、火炎検出電極１とバーナー１５との間の電気
整流性の変化を測定できるようになつている。ま
た、酸素センサー６，１０によつて得られる起電
力をもとに、前記(1)式に基づいて酸素分圧が測定
される。このようにすることによつて、火炎１６の有無
を確実に検知し得ると同時に、火炎１６の中の酸
素分圧、火炎の温度、二次空気の中の酸素分圧、
火炎の輻射の強度の信号が、前記各センサー６，
１０，１３，１４によつて得られて、火炎１６の
燃焼状況を監視し、また制御することが可能であ
つた。実施例３第６図の構造において、耐熱性のあるニツケル
クロム鋼の火炎検出電極１の先端に、ストロンチ
ウム及びセリウムの酸化物からなる水分センサー
６が取り付けられている。この水分センサー６の
外側、内側には、多孔質の白金質電極７，８が設
けられており、またかかる外側の電極７の更に外
側には、セラミツクのフイルター９が取り付けら
れている。そして、この水分センサー６の内側
（標準側）へは、一定の水蒸気分圧の雰囲気とな
るように、燃焼排ガスの一部を吸引して、所定温
度の水中をくぐらせたガスが、ガス送入管を用い
て供給されるようになつている。なお、火炎検出電極１の先端よりで火炎の中に
入る位置に、ジルコニア質の酸素センサー１７が
取り付けられ、その外側、内側には、多孔質の白
金電極１８，１９が設けられている。また、火炎
検出電極１の後端よりで火炎の中に入らない位置
にジルコニア質の酸素センサー１０が取り付けら
れており、その外側、内側にも多孔質の白金電極
１１，１２が設けられている。かかる構成の装置が、第４図の状態に配置せし
められる一方、火炎検出電極１とバーナー１５の
間には、直流で50Vの電圧が印加され、これによ
つて火炎１６の有無に基づいて、火炎検出電極１
とバーナー１５との間の電気抵抗の変化が測定で
きるようにされている。また、水分センサー６に
よつて得られる起電力をもとに、下記(2)式に基づ
いて水分の分圧が測定できるようになつている。Ｅ＝Ｒ×Ｔ／２×Ｆ×2.303×logP_H2O(F)／P_H2O（Ｓ
）……(2) ただし、Ｒ、Ｔ、Ｆは、前述の(1)式と同様な意
味を有するものであり、またP_H2O(F)は火炎中の水
分分圧を示し、更にP_H2O（Ｓ）は標準側の水分分
圧を示すものである。かくの如き構成によつて、火炎１６の有無を確
実に検知することができると同時に、火炎１６の
中の酸素分圧、水分の分圧、二次空気中の酸素分
圧の信号が得られ、以て火炎の燃焼状況を監視
し、また制御することができるのである。実施例４第２図の構造において、火炎検出電極１の先端
には、特願昭58−170457号に係る酸素分圧と一酸
化炭素分圧の同時測定センサー６が取り付けられ
ている。他の構成は、実施例１と同様である。こ
れによつて、火炎の有無を確実に検知することが
できると同時に、火炎の中の酸素分圧、一酸化炭
素分圧、二次空気中の酸素分圧の信号が得られ、
火炎の燃焼状況を監視し、制御することができ
る。実施例５第６図の構造において、火炎検出電極１の先端
にβ−アルミナ（Na₂O・11Al₂O₃）からなるSO₂
センサー６が取り付けられている。このSO₂セン
サーの内側（標準側）には、一定のナトリウム分
圧となるように、ナトリウム合金が押し込められ
ている。また、火炎検出電極１の先端よりで火炎
の中に入る位置に、ジルコニア質の酸素センサー
１７が取り付けられている。その他の構成は、実
施例１と同様にされている。このようにすることによつて、火炎の有無を確
実に検知することができる。また、同時に、火炎
中の酸素分圧、SO₂分圧、二次空気中の酸素分圧
の信号が得られ、これにより火炎の燃焼状況を監
視し、制御することができるのである。以上の実施例の装置において、火炎の状況（バ
ーナー負荷と空気比の各種の組合せ形態）に応じ
て得られた各センサーからの信号に基づいて、そ
れぞれ算出された結果を下記第１表に示す。な
お、このデータは、ナフサを1000Kg／時間の割合
で燃焼することのできるバーナーの火炎について
のものである。

【表】以上詳述したように、本発明に従えば、火炎の
有無が、火炎検出電極とバーナーとの間の電気的
特性の変化により検出されると同時に、かかる電
極の先端部分に設けられた酸素センサーから出力
される信号によつても検出されるものであるとこ
ろから、従来の火炎検出装置では困難であつたバ
ーナーの先端より火炎が離れた状態の燃焼状況に
あつても、火炎の有無を確実に検出することがで
きることとなつたのであり、加えて、かかる酸素
センサーから出力される火炎の燃焼状況に応じた
信号によつて、個別火炎の燃焼状況の効果的な監
視並びに制御が可能となり、以て火力発電所のボ
イラーの主バーナーや点火バーナーの火炎検出や
燃焼制御、また製鉄所の均熱炉や加熱炉などのバ
ーナーの火炎検出や燃焼制御などを有効に実施す
ることが可能となつたのであり、そこに、本発明
の大きな工業的意義が存するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の火炎検出装置の火炎検出電極部
分の断面図であり、第２図、第３図、及び第６図
はそれぞれ本発明に従う装置の一例を示す火炎検
出電極部分の断面図であり、第４図はバーナーに
対する火炎検出電極の配置状況の例を示す説明図
であり、第５図は燃焼排ガス中のO₂濃度、空気
比と火炎中の酸素分圧、温度（Ｔ）との関係を示
すグラフである。１：火炎検出電極、２：電気信号取出端子、
３：固定層、４：電気絶縁碍子、５：保持体、
６，１０，１７：セラミツク体、７，１１，１
８：外側電極、８，１２，１９：内側電極、９：
フイルター構造部分、１３，１４：セラミツク温
度センサー、１５：バーナー、１６：火炎。

Claims

【特許請求の範囲】

１バーナーから発生せしめられる火炎の中に先
端部が位置するように、耐熱導電性の火炎検出電
極を配置せしめ、該バーナーと該火炎検出電極と
の間の電気的特性の変化により、火炎の有無を検
出する装置において、かかる火炎検出電極の先端
部分及びその先端部以外の部分に、酸素イオン伝
導性の固体電解質と一対の電極とからなる酸素セ
ンサーをそれぞれ設け、前記火炎の有無の検出と
共に、かかる火炎の燃焼状況に応じて、それら酸
素センサーから出力される信号を検出するように
したことを特徴とする火炎並びに燃焼状況の検出
装置。