JPH0419325Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、工業炉等におけるバーナの着火を検
知する着火検知装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、上記のような着火検知装置としては、例
えば第４図に示されるような、いわゆる工学式の
ものが一般に用いられている。同図において、１
０１はメインバーナであり、このメインバーナ１
０１の近傍にはウルトラビジヨン１０２が設けら
れている。このウルトラビジヨン１０２は、上記
メインバーナ１０１の火炎から放射される紫外線
や赤外線、可視光線等を検出するものであり、こ
のウルトラビジヨン１０２によつて検出されたエ
ネルギーレベルが予め設定された値よりも高い場
合には、「着火」の信号が出力される。

このような光学式の装置以外にも、着火、消火
を直接検知するものではないが、燃焼時に発生す
る微小圧力振動を検出し、その振動パターンから
バーナの燃焼状態を判定する微圧式の検出装置が
既に提案されている（例えば特開昭58−18017号
公報参照）。この装置は、燃焼により発生する気
体振動の特性、すなわち、急速な燃焼時には比較
的高い周波数成分が顕著に現われ、緩慢な燃焼時
には比較的低い周波数成分が顕著に現れる特性を
利用して、上記燃焼状態の検出を行うように構成
されている。

〔考案が解決しようとする課題〕

まず、上記光学式の装置については、次のよう
な問題点がある。

(1) 上記ウルトラビジヨン１０２等の炎検出器
は、蒸気や霧化された油等によつて視界が妨げ
られたり、灼熱した炉壁やメインバーナ１０１
等の影響を受けたりすることにより誤動作する
おそれがある。

(2) 火炎を直接視覚的に捕えなければならないの
で、上記ウルトラビジヨン１０２等の炎検出器
の取付場所に制約がある。

(3) 例えば低カロリー燃料を用いた場合等、発光
強度が小さい場合には誤動作し易く、検出条件
に制約を受け易い。

(4) 上記メインバーナ１０１の他、パイロツトバ
ーナ等、他のバーナの着火も検出しようとする
場合、両者の火炎の識別を行うことができな
い。

これに対し、上述のように微小圧力振動から燃
焼状態を検出する装置をそのまま着火検知装置と
して利用すれば、上記問題点の解決は可能であ
る。ところが、この微圧式装置では着火、消火を
判定するための判定値が常に一定の値に設定され
る一方、この装置を燃焼負荷や燃焼空気量が大幅
に変動する燃焼装置に適用した場合に、バーナ１
０１から多量の空気のみが流出する時の圧力検出
信号と低負荷で燃焼している時の圧力検出信号が
合致することがあり、これによつて誤検知が生じ
るおそれがある。

本考案は、このような事情に鑑み、バーナの着
火、消火を常に正確に検知することができる着火
検知装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は、バーナより発生する微小圧力振動を
検出する検出手段と、その検出信号を実効値に変
換する変換手段と、燃焼用空気の流量に基づいて
判定値を演算する演算手段と、この演算された判
定値と上記実効値とを比較することによりバーナ
の着火、消火を判定して信号を出力する判定手段
とを備えたものである。

〔作用〕

上記構成によれば、実際の空気流量に適した判
定値が演算手段により演算され、この判定値と、
圧力振動の検出値に基づく実効値との比較によ
り、着火、消火の判断が行われる。

〔実施例〕

第１図は、本考案の第１実施例における着火検
知装置を示したものである。図において、１１は
燃焼炉であり、この燃焼炉１１内にはメインバー
ナ９およびパイロツトバーナ９′が配設されてい
る。各バーナ９，９′には、燃料調整弁１６およ
び空気調整弁１７を介して燃料および燃焼用空気
がそれぞれ供給され、その流量は流量制御装置１
８により制御されるようになつている。この流量
制御装置１８は、空気調整弁１７の近傍に配設さ
れた流量計の検出信号を受け、その値に基づき、
燃焼用空気流量のフイードバツク制御を行う。

上記燃焼炉１１の側壁には、その内外に臨むプ
ローブ８が設けられ、このプローブ８の先端部に
は、装置本体１２に接続された、メインバーナ着
火検出用のマイクロホン（検出手段）１が取付け
られている。このマイクロホン１としては、図示
のコンデンサ型マイクロホンや、ダイナミツク型
マイクロホンが使用可能であり、ダイナミツク型
の場合は、低周波数域での検出レベルが下がるも
のの、電源用の印加電圧を省略できる利点があ
る。

装置本体１２は、アンプ２、バンドパスフイル
タ３、アンプ４、実効値変換器（変換手段）５、
比較設定器（判定手段）６、警報出力端子７ａ〜
７ｃ、および演算器（演算手段）１９を備えると
ともに、外部のモニタ用緑ランプ１３、赤ランプ
１４、電源回路１５等に接続されている。

バンドパスフイルタ３は、アンプ２から入力さ
れる検出信号のうちメインバーナ９の燃焼につい
て特徴のある固有の周波数帯域に属する成分のみ
を通過させる。実効値変換器５は、上記バンドパ
スフイルタ３により取出され、アンプ４により増
幅された信号を実効値に変換し、さらに平均化す
る。

演算器１９は、上記流量制御装置１８から出力
された燃焼用空気流量に関する信号を受け、それ
に基づいて着火、消火の判断の基準となる判定値
を演算する（後述詳細）。比較設定器６は、実効
値変換器５で変換された実効値と、各バーナ９，
９′について各々予め設定された設定値とを個別
に比較し、前者が後者を上回る場合には「着火」
の信号を、逆の場合には「消火」の信号を各々出
力する。

警報出力端子７ａはアース端子であり、警報出
力端子７ｂは、上記比較設定器６が「消火」の信
号を出力する場合に上記緑ランプ１３とともに上
記警報出力端子７ａおよび電源回路１５に接続さ
れるようになつている。これに対し警報出力端子
７ｃは、上記比較設定器６が「着火」の信号を出
力する場合に上記赤ランプ１４とともに上記警報
出力端子７ａおよび電源回路１５に接続される。

次に、この装置の作用を説明する。まず、各バ
ーナを点火する手順としては、燃焼炉１１内のパ
イロツトバーナ９′にスパークあるいはトーチに
よる点火でパイロツトフレーム１０′を形成し、
この点火を確認した後、メインバーナ９に点火し
てメインフレーム１０を形成する。

これらの燃焼に伴い、発熱反応が起こると、そ
の周囲のガス体は体積膨脹を起こし、これによつ
て微小圧力振動が発生する。この圧力振動に起因
する燃焼音は、プローブ８により炉外に導かれ、
その先端に取付けられたマイクロホン１により検
出される。

このときの燃焼用空気流量（送風量）と検出信
号のパワーレベルとの関係を第２図に示す。同図
において、実線２１〜２３はLNGからなる燃料
Ａの燃焼時、破線２４，２５は水素を主成分とす
る燃料Ｂの燃焼時、実線２６は空気のみを流出さ
せた時の関係を示したものである。

この図に示されるように、燃焼用空気流量は、
燃焼負荷、すなわち当該装置における実際の燃料
流量を同装置について予め設定されている燃料流
量で除した値と、空気比、すなわち実際の空気流
量を1Nm³の燃料の完全燃焼に最低必要な空気流
量で除した値とにより決定されるが、この燃焼用
空気流量の増大に伴つて検出信号のパワーレベル
が上昇するため、多量の空気のみを流出させた場
合（第２図では実線２６の右端）のパワーレベル
と、低負荷低空気比で燃料を燃焼させた場合（同
図では実線２１〜２３や破線２４，２５の左端）
のパワーレベルとが合致することになる。

従つて、従来装置のように判定値が一定の値に
設定されるものでは、この判定値を例えば第２図
実線２７に示されるように高いレベルに設定する
と、燃料Ｂを燃焼負荷25％で燃焼させた場合（同
図破線２５参照）や、燃焼負荷が50％あるいは
100％でも低空気比で燃焼させた場合（同図破線
２４参照）には、着火しているのに消火であると
誤検知するおそれがあり、逆に判定値を同図実線
２８に示されるように低いレベルに設定すると、
送風量が約30Nm³／ｈを超えた時点で、空気のみ
が流出しているにも拘らず着火であると誤検知す
るおそれが生じる。

そこで、この装置では、上記判定値が一点鎖線
２９に示されるように空気流量とともに増大する
ように設定され、これによつて誤検知の防止が図
られている。具体的には、流量制御装置１８から
出力される燃焼用空気流量に関する信号に基づい
て演算器１９により判定値が演算され、比較設定
器６に入力される。この判定値は、予め空気のみ
を流出させた時の音圧レベルおよび各燃料を燃焼
させた時の音圧レベルを求めておき、常にこれら
のレベルの中間となるように設定すればよい。

一方、上記検出信号は装置本体１２に導かれ、
アンプ２で増幅された後にバンドパスフイルタ３
に導入される。このバンドパスフイルタ３には、
メインフレーム１０の代表周波数帯域が可通過周
波数帯域に設定されているので、このバンドパス
フイルタ３によつて上記信号のうちメインバーナ
９の着火検出に必要な周波数成分の信号のみが取
出され、後段のアンプ４に導入される。この信号
は、実効値変換器５で実効値に変換され、さらに
平均化されて比較設定器６に入力される。

この比較設定器６において、上記検出信号のレ
ベルと、上記演算器１９で演算された設定値とが
比較され、前者が後者を上回る場合には「着火」
の信号が、前者が後者を下回る場合には「消火」
の信号が各々出力される。「着火」の信号が出力
された場合は、モニタ用の赤ランプ１４が点灯す
るとともに、警報出力端子７ｂが警報出力端子７
ａおよび電源回路１５に接続され、オン状態とな
る。これに対し、「消火」の信号が出力された場
合は、緑ランプの１３が点灯するとともに、警報
出力端子７ｃが警報出力端子７ａおよび電源回路
１５に接続され、オン状態となる。従つて、この
警報出力端子７ｃにブザー等の警報器を接続して
おけば、メインフレーム１０が消えたことを警告
することができる。

なお、この実施例では実際の燃焼用空気流量か
ら判定値を演算する装置を示したが、一般に使用
されている工業炉のように、空気比の変動が微小
である着火装置に適用する場合には、燃焼負荷や
実際の燃料流量のみから燃焼用空気流量を算出
し、この算出された量に基づいて判定値を演算す
るようにしてもよい。

また、この実施例装置のようにメインバーナ９
の着火のみを検知するものにおいては、上記バン
ドパスフイルタ３は必ずしも設ける必要はなく、
全周波数帯領域の信号を取込んで該信号を実行値
に変換するようにしてもよい。

また、本考案では微小圧力振動を検出する具体
的な手段を問わず、他にも圧電式センサや半導体
ひずみゲージ等、各種の圧力センサ等を用いて上
記と同様の効果を得ることができる。

次に、第２図実施例を第３図に基づいて説明す
る。

前記実施例に示されるように、通常の工業炉で
はメインバーナ９に加えてパイロツトバーナ９′
が具備され、このパイロツトバーナ９′は常時着
火されるか、あるいはメインバーナ９の着火後に
消火される。従つて、このパイロツトバーナ９′
の着火をメインバーナ９の着火と個別に検知する
ことが必要な場合がある。

そこで、この実施例装置は、単一のマイクロホ
ン１によつて両バーナ９，９′の着火を個別に検
知するように構成されている。

具体的には、前記実施例装置におけるバンドパ
スフイルタ３、アンプ４、実効値変換器５、比較
設定器６、警報出力端子７ａ〜７ｃ、およびラン
プ１３，１４と並列に、パイロツトバーナ着火検
知用のバンドパスフイルタ３′、アンプ４′、実効
値変換器５′、比較設定器６′、警報出力端子７
a′〜７c′、緑ランプ１３′および赤ランプ１４′が
配設され、アンプ２から出力された信号がバンド
パスフイルタ３，３′に分岐して導かれるように
なつている。

上記バンドパスフイルタ３，３′で通過させる
周波数帯域は、メインバーナ９およびパイロツト
バーナ９′の燃焼特性に基づいて設定される。

例えば、上記パイロツトバーナ９′のみが着火
した状態では、約200〜300Hzの比較的高い周波数
成分を主体とする振動が検出されるのに対し、メ
インバーナ９のみが着火した状態では、40Hz以下
および80〜120Hzの低い周波数成分が主体の振動
が検出され、パイロツトバーナ９′着火時とは明
らかに相違する特性がみられることが実験で認め
られている。すなわち、この実施例におけるメイ
ンバーナ９およびパイロツトバーナ９′の燃焼は、
それぞれ80〜120Hzおよび200〜300Hzの周波数帯
域で高いエネルギーレベルを有する振動を引起こ
すことに特徴をもつている。そこで、この実施例
中のメインバーナ用バンドパスフイルタ３には60
〜120Hzの周波数成分を通過させるものが適用さ
れ、パイロツトバーナ用のバンドパスフイルタ
３′には220〜320Hzの周波数成分を通過させるも
のが適用されている。

なお、パイロツトバーナ９′は負荷変動がなく、
その検出信号は一定の音圧レベルを有するため、
メインバーナ９の着火検知のように判定値を変え
る必要はなく、従つて比較設定器６′では一定の
判定値と実効値とが比較されるようになつてい
る。

このような装置によれば、マイクロホン１によ
る検出信号のうち、各フレーム１０，１０′の特
徴となる周波数帯域内にある成分のみがバンドパ
スフイルタ３，３′でそれぞれ取出されるため、
その後、各信号が個別に実効値に変換され、判定
値と比較されて、その結果が警報出力端子７ａ〜
７ｃおよび警報出力端子７a′〜７c′に出力され
る。

なお、各バーナの燃焼特性は、燃焼状態（急速
な燃焼か緩慢な燃焼か）によつても変化するもの
であるが、通常、パイロツトバーナ９′において
は、プレミツクス燃焼が行われ、またメインバー
ナ９に比べて保炎が強化されているので、高い周
波数成分が主な状態が維持されており、従つてメ
インバーナ９による燃焼との判別を誤ることはほ
とんどない。

〔考案の効果〕

以上のように本考案は、バーナの着火、消火を
検知するための判定値を燃焼用空気の流量に基づ
いて演算し、変化させるようにしたものであるの
で、燃焼用空気流量が大きく変動する工業炉等に
適用しても誤検知することがなく、バーナの着
火、消火を常に正確に判定することができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例における着火検知
装置の全体構成図、第２図はメインバーナによる
燃焼時および送風時における送風量と検出信号の
パワーレベルとの関係を示すグラフ、第３図は第
２実施例における着火検知装置の全体構成図、第
４図は従来の光学式着火検知装置の要部を示す側
面図である。 １……マイクロホン（検出手段）、５……実効
値変換器（変換手段）、６……比較設定器（比較
手段）、９……メインバーナ、１０……メインフ
レーム、１６……燃料調整弁、１７……空気調整
弁、１８……流量制御装置、１９……演算器（演
算手段）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. バーナより発生する微小圧力振動を検出する検
   出手段と、その検出信号を実効値に変換する変換
   手段と、燃焼用空気の流量に基づいて判定値を演
   算する演算手段と、この演算された判定値と上記
   実効値とを比較することによりバーナの着火、消
   火を判定して信号を出力する判定手段とを備えた
   ことを特徴とする着火検知装置。