JPS59137719A - 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】 本発明は火炎検出装置に係り、特に低公害燃焼や高効率
燃焼時のように、火炎形状が通常燃焼時より著しく変化
する場合にも、高信頼下に火炎を検出することができる
装置に関するものである。

従来、ボイラ等の燃焼装置を備えた機器において火炎が
存在するか否かを検出する火炎検出器は、機器の保全や
安全面からみて非常に重要なものとなっている。このよ
うな事情から火炎検出のために種々の技術が開発され、
使用されてきているが、一般に使用されているもののほ
とんどは、火炎の発する光を検出し、火炎の有無を判定
するものである。これらは火炎の発する光のうち、検出
波長の相異によって紫外線、可視光または赤外線を検出
するものに大別され、その際、センサとして紫外線検出
にはＵＶ放電管、可視光検出および赤外線検出にはフォ
トセルが使用される。これらの検出方法はいずれも非乱
流火炎の検出時には良好に適用されるが、乱流火炎の検
出の場合には、流れの乱れに相当する光のちらつき（フ
リッカ）が認められるので、これに着目した検出をする
ことが、特に多数のバーナを有する炉の場合には信頼性
を高める上で重要である。これは、フリッカの火炉内光
路中での減衰が大きく、当該火炎以外の遠くにある火炎
からのフリッカは消滅するが、当該バーナの近い火炎か
らのフリッカは良好に検出されるためである。このフリ
ッカの検出にあたっては、ＵＶ放電管は光量変化に対す
る追従性が劣るために不適で、周波数応答性のよいフォ
トセルが用いられ、従って可視光または赤外線のちらつ
きを検出することになる。

第１図は、このようなフォトセルを用いた従来の火炎検
出装置の配置例を示したもので、バーナ１が挿入された
ウィンドボックス３にバーナ１と平行してフォトセルが
組込まれた火炎検出器２が設けられている。燃料はバー
ナ１から、および燃焼用空気はウィンドボックス３から
それぞれ供給され、燃焼火炎を形成する。第２図は、上
記火炎検出器内の構成を示すもので、火炎の特定個所の
光をフォトセル２Ｃに導くためにレンズ２人とレンズ２
Ｂが設置されている。フォトセル２Ｃからの検出信号は
信号処理装置５に伝送されるが、この装置５は、第３図
に示すように、フォトセルからの信号を増幅する直流増
幅器（ＤＣアンプ）５Ａと特定バンドの交流成分のみを
取出すフィルタ回路５Ｂあるいは周波数選択増幅器等（
図示せず）（３） から構成されている。この交流成分が特定バンドのフリ
ッカ成分強度に相当するものである。このフリッカ成分
があるレベル以上で存在すれば火炎有、それ未満であれ
ば火炎無として成気信号に変換され、火炎表示部６（第
２図参照）に表示される。また、別の方式では、このフ
リッカ成分を用いることなく、直流成分の強度のみを用
いて判定することもある。

このような火炎検出器において、火炎検出の視野、すな
わち、火炎検出器から火炎の見える範囲は一般に１５〜
３０’と狭く、シかも従来は１つの視野しか設けられて
いない。これに加え、フォトセルは半導体からなるため
温度の低いところでしか使用できず、そのため火炎検出
器内においてもできる限り後方に設置されることになる
ので、視角はますます狭くなることになる。したがって
、最近の順向として低公害や高効率燃焼への要求が強く
なるに従い、空燃比を含む燃焼条件を変化させると、燃
焼領域が従来の燃焼域からずれた燃焼になり、火炎検出
器の検出位置が従来、最適検出（４） 位置とされていた視野からずれてしまうことになる。そ
してこのような状況下では、検出信号が微弱になったり
、他火炎の信号と当該火炎信号との区別がつきにくくな
ったりする。これに対処するため、フォトセルの位置を
ずらせたり、火炎信号の弁別レベルを低くする等の試み
が行われている。

しかし、このような対策では燃焼条件が変化するごとに
最適検出位置も変化するので、火炎が存在しないにもか
かわらず火炎有の信号を発生したり、火炎があっても火
炎無しの信号を発生することがあり、本質的な対策とは
ならない。

したがって、最適検出位置に視野を追従させるようにす
るか、あるいは燃焼条件に対応して光信号の形態が変化
しても、その信号を火炎の有無に応じて確実に対応づけ
することのできる火炎信号の処理方法や判定基準を新ら
しく確立することが望まれる。

本発明の目的は、上記従来技術に鑑み、燃焼条件が変化
する場合であっても、火炎検出を確実かつ迅速に行うこ
とのできる火炎検出装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、燃焼火炎からの
光を導く光ファイバ束と該導かれた光を検出するセンサ
とを備えた火炎検出装置において、上記光ファイバ束を
通常燃焼火炎の視野を含む複数個の互いに異る視野ごと
の束群で構成し、少くとも適材燃焼火炎視野に相当する
光ファイバ束とセンサ間に特定波長の光を透過させるフ
ィルタを設け、かつ該センサで透過光の確認ができない
場合には他の光ファイバ束とセ／すの系統に切替えて光
の検出を行う切替機構を設けたことを特徴とする。

上記視野ごとのファイバ束群は、例えば一般に４〜５束
から構成され、また各ファイバ束は通常６〜１２本の光
ファイバから形成される。

通常燃焼火炎視野に相当する光ファイバ束とセンサ間（
以下、この系統を通常監視視野系統と称する）に設けら
れるフ・イルタは、特定波長の光を透過できる限り、公
知のものが広く適用可能であるが、特に操作性および経
済性にすぐれた液晶表爪板が好ましい。上記のフィルタ
は１つの特定波長光に対応して設けることもできるが、
望ましくは複数の特定波長光、例えば可視光域の場合に
はぎ、緑および赤に対応してそれぞれ設け、燃焼状態を
より正確に把握することが望ましい。なお、このフィル
タは、曲の光ファイバ東とセンサ間に設けることもでき
る。光検出用のセンサけ、公刊のものが広く適用さ几る
が、一般にフォトセルまたはフォトダイオードが好まし
い。

通常燃焼火炎視野のフィルタ透過光が確認できない場合
に、能の光ファイバ束とセンサからなる系統（以下、異
常監視睨野系統と称する）への切替は、上記確認信号の
処理装ＴＩ（通常監視信号処理装置）と該装置から送ら
れる信号に基づき異常監視視野系統全作動させる異常監
視信号処理装置により好適に実施される。この場合、各
視野１言号のうち、最も信号レベルの高いものを最適火
炎検出信号として採用することができる。なお、各セン
サで検出された信号は、通常監視信号処理装置（フィル
タ透過光が確認される場合）および異常監視信号処理装
置で変換後、火炎表示信号や主燃料系統遮断（−ＭＦＴ
）用信号等として利用される。

以ド、図面に示す実施例により本発明をさらに詳しく説
明する。

第４図に示す装置は、ウィンドボックス３のバーナスロ
ート内に挿入されたバーナ１に平行に配置された火炎検
出器２と、これに接続された通常監視信号処理装置５１
および異常監視信号処理装置５２と、火炎表示部６とか
ら主として構成される。火炎検出器２内には光ファイバ
東が設置されているが、その詳細は第５図に示す通りで
ある。

すなわち、光ファイバ束１０が２束以上、火炎検出器外
筒１１の炉側先端に支持されており、火炎検出器内部に
は冷却用の空気が通されている。この火炎検出器外節１
１の先端にはキャップ１２がねじ止め固定されているが
、−このキャップ１２には石英ガラス１３がブロック状
スペーサ１４を介して支持されている。このスペーサ１
４は石英ガラス１３の四方を支持しているが、各ブロッ
ク状スペーサ間には間隙が形成されているノこめ、冷却
用空気は光ファイバ束１０の先端を冷却するとともに石
英ガラスをも冷却し、その表面から炉内に排出さｎるこ
とになる。こルによって石英ガラス表面に付着する煤を
吹き飛ばし、曇りを防止することができる。通常、６〜
１２本の光ファイバを一束とし、その光ファイバ東の４
〜５束が光フアイバ束群として使用されるが、該光フア
イバ束群の先端は種々の方向に固着されているため、検
出しうる視野の方向もそれらに対応する燃焼域およびそ
の周囲に設定されることになる。このような火炎検出器
を第４図に示すごとく設置した場合、Ｓｌ内ではバーナ
１の通常燃焼時における主燃焼域の火炎から最も強い光
が感知され、その光は検出器内に設置された光ファイバ
束１０（第５図参照）Ｖこよ゛りて通常監視信号処理装
置５１に導かれる。

通常監視信号処理装置５１内では、第６図に示す通り、
通常監視用光ファイバ束１０１がより小さな３個の通常
監視用光フアイバ小束１０１Ａ、１０１Ｂ、ｌ０ＩＣに
分けられたのち、各々対応する３個の選択液晶表示板２
１Ａ、２１Ｂ１２１Ｃ（９） に連結されている。上記３個の選択液晶表示板は、それ
ぞれ異なる印７１０　電圧ＶＡ　、　ＶＢ　、　Ｖａが
加えられ互いに異なる透過波長域を形成するようになっ
ている。例えばＭＢＢＡ（メトキノベンジリデンブチル
アニリン）、！：ＥＢＢＡ　（エトキシベンジリデンパ
ラブチルアニリン）との混合液晶を用いた膜厚６μｍの
３個の選択液晶表示板に印加電圧の周波数Ｉ　Ｋｆ（Ｚ
を加えた場合、印刀ａｔ圧を６ｖとした２１Ａではｆ（
４５０ｍｉ＋）、８Ｖとした２１Ｂでは赤（６７２龍）
、ＩＩＶとした２ＩＣでは緑（５５０ｍ　）をそれぞれ
選択的に透過する。このようにして、下記第１表に示す
ように燃焼状態を識別することが可能となる。

第１表 この識別をそのまま火炎表示部として使用する（１０） ことも可能であるが、先にも述べたように燃焼状態が変
化する場合には、上記の視野が必ずしも最適視野として
継続採用されるとは限らない。すなわち、上記の視野で
失火表示をしても現実には失火していない場合があり得
るので、このときも点火状態であることを判別するよう
な信号処理を用いるか、他に適切な視野を選び、そこか
らの光信号を用いて確実な判定を行う必要がある。以下
後者の方法を採用し、多重チェック機能を持たせる例に
ついて説明する。第７図に示す装置（異常監視処理装置
）は、液晶単板２１の後側にフォトダイオード２２（′
または７オトセル）を設置し、上記液晶表示において失
火状態を表示した場合、直ちにこれを検出して他の光フ
ァイバ束における光を他のフォトダイオードで検出し、
ＦＦＴ処理（周波数分析）などを施すことによって当該
バーナの点消火の判定を下すようにしたものである。こ
の場合の火炎検出判定ロジック（後記第２表参照）は、
ＦＦＴ処理などを含むため若干の処理時間を要する。第
８図は、通常監視信号処理装置ｔ５１（１１） と異常監視信号処理装置５２とを組合せた場合の一例を
示すものである。火炎検出器から導かれた光フアイバ束
群１０のうち、通常監視用ファイバ束１０１の光は液晶
表示板２１を透過し、フォトダイオード２２で検知され
る。ここで検知される光信号は電気信号に変換され、通
常監視フォトセル信号３０として通常監視信号処理！Ａ
１１５１に導かれる。ここで火炎有の判定がなされた場
合には、火炎表示信号３４で火炎表示部６に表示するこ
とになる。また、火炎燕の判定がなされた場合には、異
常監視装置動作用信号３１を発生させ異常監視信号処理
装置５２を作動させる。この場合には、光フアイバ束群
１０のうち、異常監視用光フアイバ束群１０２の光をフ
ォトダイオード２２Ｄで検知し、ここで電気信号に変換
された異常監視フォトセル信号３２を異常監視信号処理
装置５２に送り込ませる。ここで後述のＦＦＴ処理など
を含む火炎弁別処理によって火炎の有無を判定する。火
炎有の場合は、火炎表示信号３４によって火炎表示部６
に表示し、一方火炎無の場合は、表示信号（１２） の発生がないので消火表示となるが、その際異常監視装
置出力信号３３を発生させて主燃料系統遮ｆｊｒ（ＭＦ
Ｔ）などに利用する。このようにすれば失火時の対策を
迅速に行うことができる。なお、上記の主燃料系統遮断
（ＭＦＴ）は、ボイラプラント等にあって送風系統や燃
料系統などに故障を生じ、爆発等によってプラントを損
傷する可能性のあるときに、燃料の供給をｓＷｒしてプ
ラントの安全性を確保する処理のことである。したがっ
てその処理時間は非常に早いことが要求される。上記処
理時間として一般に２〜３秒が許容される最長時間でお
るが、前記の異常監視信号処理装置によるバックアップ
があれば、これに充分対応することができる。ちなみに
、異常監視信号処理装置によるバックアップがない場合
には、通常監視信号処理装置だけでＭＦＴなどの動作を
行なわせることになり、誤動作が非常に多くなる上、迅
速性に欠ける等の欠点がある。

次に異常監視信号処理装置における信号処理ロジック例
について第２表を参照しながら説明する。

（１３） 第２表は、２つのバーナの火炎を互に見込むように設置
された光フアイバー束からの信号をＦＦＴ処理する場１
：、その処理結果から各バーナの点消火を判定する場合
の例を示したものである。なお、同表中のＦＬＤｌおよ
びＦＬＤ２欄に示した各信号は、上記設置位置から火炎
を見た場什、最も強力な光信号が得られる場合のもので
ある。このことは、火炎検出器にセットした光フアイバ
束群のうち、最も強力な光信号の得られるもののみを点
消火ロジックに用いていることを意味する。

（１４） ＦＬＤおよびＦＬＤ２ともに当該バーナと他バーナの信
号を検出した場合には、低周波ちらつき信号と高周波ち
らつき信号の相方につき高レベルの出力を発生するので
、ディジタル化された信号はともに（１，１）となり点
火していることがわかる。これに対し、当該バーナが失
火している場合には、高周波ちらつき信号が弱くなるの
でディジクル化された信号は（１１０）まだは（０，０
）となり、この場合は消火とされる。低周波と高周波の
弁別に適用される周波数は、バーナ形状や火炉構造およ
び燃焼条件等によって必ずしも一様していないが、通常
３００〜５００Ｈｚが好ましい。

このようにして、通常監視時には時間的に全く遅れのな
い処理によって火炎の有無を液晶表示し、この監視信号
で失火表示に切りかわった場合には、複数視野信号の処
理を行なって真の失火かどうかを判定し、その結果を火
炎表示部に表示するとともに主燃料遮断などの処置に使
用することができる。

以上に説明したように、本実施例によれば、単（１５） 一視野監視の場合よりも１δ頼性を高めることができる
上、複数視野監視における遅い応答性の欠点を補なうこ
ともできるので、多数バーナ火炎の同時監視を高信頼性
かつ連応性のもとに行うことが可能となる。

以上の実施例は、通常監視における液晶表示の信号が弱
くなった場合に、異常監視視野系統の光フアイバー束群
の信号をＦＦＴ処理して火炎状態を確認する構成とした
ものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく
、例えば、上記異常監視視野系統の光フアイバー束群に
対しても同様に液晶表示板とフォトダイオード（または
フォトセル）を配置し、通常監視視野系統信号が弱くな
って透過光の確認ができなくなった場合に、異常監視視
野系統の光フアイバー束群の中で最も強力な信号を発生
するものを以て火炎の点消火を判定可能とする視野切替
回路を有するように構成することもできる。この視野切
替回路は、光スィッチをファイバー束群内に組込んだも
のでもよく、あるいは一旦液晶表示した後にその信号を
フォトダ（１６） イオードで眠気信号に変換し、これを電気スイッチによ
って選択するものでもよい。このようにすれば、火炎か
らの光の強度が火炎表示に対して十分である限シ同様な
効果が達成され、さらに安価な液晶表示板を使用するの
で経済的に有利となり、またＦＦＴ処理等を要しないの
で応答速度がよりすぐれたものとなる。

以上、本発明によれば、通常監視視野系統と、該系統で
光検出が不可能となった場合に別視野の光検出を行うこ
とのできる異常監視視野系統とを設けたことにより、高
い信頼性とすぐれた速答性の下に燃焼状況の判断が可能
となり、これによりプラント保全上の動作を迅速に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の火炎検出装置例を示す部分側断面系統
図、第２図は、従来の火炎検出装置に設けられる火炎検
出器を拡大して示す部分側断面系統図、第３図は、従来
の火炎検出装置に設けられる信号処理装置の系統図、第
４図は、本発明実施例に係る火炎検出装置の部分側断面
系統図、第５（１７） 図は、本発明実施例の火炎検出装置に設けられる火炎検
出器を切開いて示す斜視図、第６図は、本発明実施例の
通常監視視野系統に設けられる液晶表示板部の斜視図、
第７図は、異常監視視野系統の光を処理するためのフォ
トダイオードを備えた本発明の実施例に係る液晶表示板
部の斜視図、第８図は、本発明の実施例に係る通常監視
部と異常監視部における動作切替制御系統図、第９図（
イ）、（ロ）、（ハ）、に）および第１０図（イ）、（
ロ）、（→、に）は、それぞれ第２表に示したちらつき
信号の周波数特性を示す説明図である。 ２・・・火炎検出器、２Ａ、２Ｂ・・・レンズ、２Ｃ・
・・フォトセル、５・・・信号処理装置ｔ、５Ａ・・・
直流増幅器、５Ｂ・・・フィルタ回路、５１・・・通常
監視信号処理装置、５２・・・異常監視信号処理装置、
６・・・火炎表示部、１０・・・光ファイバ束、１０１
・・・通常監視用光ファイバ束、１０１　Ａ、　　１０
１　Ｂ、　　１０１　Ｃ・・・通常監視用光フアイバ小
束、１０２・・・異常監視用光フアイバ束群、２１・・
・液晶足板、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ・・・選択液晶表
示板、２２．２２Ｄ・・・（１８） フォトダイオード、３０・・・通常監視フォトセル信号
、３１・・・異常監視装置直動作用信号、３２・・・異
常監視フォトセル信号、３３・・・異常監視装置出力信
号、３４・・・火炎表示信号。 代理人　弁理士　　川　北　武　長 （１９） 第２図 第３図 第４図 第５図 １０　　　　　　　　　　　　　　　１４　　　１３第
６図　　　第７図 第８図 コｌ 第９図　　　第１０図 手続補正書（方式） 昭和５８年　５月１２日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年　特　許　願第　９４２１号２、発明の名称
　火炎検出装置 ３．７ｉｌｉ正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人〒１０３ 住　所　東京都中央区日本橋茅場町−丁目１１番８号（
発送日　昭和５８年４月２６日） ６、補正の対象　明細書の図面の簡単な説明の欄。 ８、補正の内容 （１）明細書第１８頁第８〜９行（図面の簡単な説明の
欄）の［第９図（イ）、・・・・・・第１０図（イ）、
（ロ）、（ハ）、（ニ）」を「第９図および第１０図」
に改める。 以上 （２） １３９−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼火炎からの光を導く光ファイバ束と該導かれ
   た光を検出するセンナとを備えだ火炎検出装置において
   、上記光ファイバ束を通常燃焼火炎の視野を含む複数個
   の互いに異る視野ごとの束群で構成し、少くとも通常燃
   焼火炎視野に相当する光ファイバ束とセンナ間に特定波
   長の光を透過させるフィルタを設け、かつ該センナで透
   過光の確認ができない場合には他の光ファイバ束とセン
   サの系統に切替えて光の検出を行う切替機構を設けたこ
   とを特徴とする火炎検出装置。