特開2018-155443(P2018-155443A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-155443(P2018-155443A)
(43)【公開日】2018年10月4日
(54)【発明の名称】燃焼制御装置および方法
(51)【国際特許分類】
   F23N 5/00 20060101AFI20180907BHJP
   F23N 5/24 20060101ALI20180907BHJP
【FI】
   F23N5/00 H
   F23N5/24 113A
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
【全頁数】8
(21)【出願番号】特願2017-52495(P2017-52495)
(22)【出願日】2017年3月17日
(71)【出願人】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(74)【代理人】
【識別番号】100064621
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 政樹
(72)【発明者】
【氏名】西山 武志
(72)【発明者】
【氏名】熊澤 雄一
(72)【発明者】
【氏名】石井 重樹
(72)【発明者】
【氏名】山田 晃
(72)【発明者】
【氏名】山岸 覚
(72)【発明者】
【氏名】中田 知也
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 加代
【テーマコード(参考)】
3K003
【Fターム(参考)】
3K003FA02
3K003FB05
3K003XA01
3K003XC01
(57)【要約】
【課題】既存の燃焼設備を変更することなく外乱光に対して安全に燃焼設備を制御する。
【解決手段】火炎検出調整部12が、燃焼設備30での着火試行前に火炎センサ20から得られた、外乱光を示すセンサ出力Sに基づいて、予め設定されている基準しきい値Hsを調整し、得られた調整しきい値Hを出力し、燃焼火炎検出部11が、燃焼設備30での燃焼中に火炎センサ20から得られたセンサ出力Sと調整しきい値Hとに基づいて、燃焼設備30内での燃焼火炎の有無を検出する。
【選択図】 図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
火炎センサのセンサ出力から検出した燃焼設備内での燃焼火炎の有無に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御装置であって、
前記燃焼設備での着火試行前に前記火炎センサから得られた、外乱光を示すセンサ出力に基づいて、予め設定されている基準しきい値を調整し、得られた調整しきい値を出力する火炎検出調整部と、
前記燃焼設備での燃焼中に前記火炎センサから得られたセンサ出力と前記調整しきい値とに基づいて、前記燃焼設備内での燃焼火炎の有無を検出する燃焼火炎検出部と、
前記燃焼火炎検出部で得られた燃焼火炎検出結果に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御部と
を備えることを特徴とする燃焼制御装置。
【請求項2】
請求項1に記載の燃焼制御装置において、
前記火炎検出調整部は、前記着火試行前に前記火炎センサから得られた複数のセンサ出力を統計処理することにより外乱光の大きさを示す調整値を算出し、前記基準しきい値に前記調整値を加算することにより前記基準しきい値を調整し、得られた前記調整しきい値を出力することを特徴とする燃焼制御装置。
【請求項3】
請求項1に記載の燃焼制御装置において、
前記基準しきい値は、第1の基準しきい値と前記第1の基準しきい値より低い第2の基準しきい値とからなり、
前記火炎検出調整部は、前記第1の基準しきい値を調整して得られた第1の調整しきい値と、前記第2の基準しきい値を調整して得られた、前記第1の調整しきい値より低い第2の調整しきい値とを出力し、
前記燃焼火炎検出部は、前記燃焼設備での燃焼中に得られた前記火炎センサのセンサ出力が、前記第1の調整しきい値以上となった場合に前記燃焼設備内での燃焼火炎ありを検出し、前記センサ出力が前記第2の調整しきい値以下となった場合に燃焼火炎なしを検出する
ことを特徴とする燃焼制御装置。
【請求項4】
火炎センサのセンサ出力から検出した燃焼設備内での燃焼火炎の有無に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御方法であって、
火炎検出調整部が、前記燃焼設備での燃焼中に前記火炎センサから得られたセンサ出力と前記調整しきい値とに基づいて、前記燃焼設備内での燃焼火炎の有無を検出する火炎検出調整ステップと、
燃焼火炎検出部が、前記燃焼設備での燃焼中に前記火炎センサから得られたセンサ出力と前記調整しきい値とに基づいて、前記燃焼設備内での燃焼火炎の有無を検出する燃焼火炎検出ステップと、
燃焼制御部が、前記燃焼火炎検出ステップで得られた燃焼火炎検出結果に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御ステップと
を備えることを特徴とする燃焼制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、火炎センサのセンサ出力に応じて検出した火炎の有無に応じて燃焼を制御する燃焼制御技術に関する。
【背景技術】
【0002】
工業炉、ボイラ、冷暖機器、厨房器、熱交換器などで用いられる燃焼設備では、バーナーでの火炎の光量を検出して電気信号で出力する火炎センサを設け、この火炎センサのセンサ出力と予め設定されているしきい値とに基づいて、燃焼制御装置で火炎の有無を検出し、その検出結果に応じて燃焼を制御するものとなっている。
従来、このような燃焼制御装置では、火炎の揺らぎによる火炎センサの出力変動の影響を抑えるため、着火検出時のセンサ出力である着火検出レベルより低い消炎検出レベルで火炎の消化を検出する、いわゆるヒステリシス特性に基づいて、火炎有無を検出するものとなっている(例えば、特許文献1など参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特公平7−15328号公報
【特許文献2】登録第3943478号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、このような従来技術では、火炎センサのセンサ出力としきい値とを比較することにより火炎有無を検出しているため、外光や迷光などの外乱光の影響で、消炎検出レベル以上で着火検出レベル以下の光量の疑似火炎が存在しているような環境下では、着火後に火炎が失火しても火炎センサのセンサ出力が消炎検出レベルまで低下しなくなるケースも考えられる。したがって、このようなケースでは、失火による消炎を検出できないため、失火後も燃料が放出され続けられることになり、非常に危険な状態となる可能性がある。
【0005】
このような外乱の影響を抑制するため、バーナー構造を工夫して火炎センサに外乱光が入らないようにした技術が提案されている(例えば、特許文献2など参照)。しかし、どのような対応を行うかは設備メーカーに委ねられており、すべての燃焼装置でこのような対策が確実にとれているとは言い難かった。また、このようなバーナー構造を適用するには既存バーナーの交換など、既存の燃焼設備に対する変更が必要となるため、対策コストが大幅に増大することになる。
【0006】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、既存の燃焼設備を変更することなく、外乱光に対して安全に燃焼設備を制御することができる燃焼制御技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
このような目的を達成するために、本発明にかかる燃焼制御装置は、火炎センサのセンサ出力から検出した燃焼設備内での燃焼火炎の有無に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御装置であって、前記燃焼設備での着火試行前に前記火炎センサから得られた、外乱光を示すセンサ出力に基づいて、予め設定されている基準しきい値を調整し、得られた調整しきい値を出力する火炎検出調整部と、前記燃焼設備での燃焼中に前記火炎センサから得られたセンサ出力と前記調整しきい値とに基づいて、前記燃焼設備内での燃焼火炎の有無を検出する燃焼火炎検出部と、前記燃焼火炎検出部で得られた燃焼火炎検出結果に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御部とを備えている。
【0008】
また、本発明にかかる上記燃焼制御装置の一構成例は、前記火炎検出調整部が、前記着火試行前に前記火炎センサから得られた複数のセンサ出力を統計処理することにより外乱光の大きさを示す調整値を算出し、前記基準しきい値に前記調整値を加算することにより前記基準しきい値を調整し、得られた前記調整しきい値を出力するようにしたものである。
【0009】
また、本発明にかかる上記燃焼制御装置の一構成例は、前記基準しきい値が、第1の基準しきい値と前記第1の基準しきい値より低い第2の基準しきい値とからなり、前記火炎検出調整部は、前記第1の基準しきい値を調整して得られた第1の調整しきい値と、前記第2の基準しきい値を調整して得られた、前記第1の調整しきい値より低い第2の調整しきい値とを出力し、前記燃焼火炎検出部は、前記燃焼設備での燃焼中に得られた前記火炎センサのセンサ出力が、前記第1の調整しきい値以上となった場合に前記燃焼設備内での燃焼火炎ありを検出し、前記センサ出力が前記第2の調整しきい値以下となった場合に燃焼火炎なしを検出するようにしたものである。
【0010】
また、本発明にかかる燃焼制御方法は、火炎センサのセンサ出力から検出した燃焼設備内での燃焼火炎の有無に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御方法であって、火炎検出調整部が、前記燃焼設備での燃焼中に前記火炎センサから得られたセンサ出力と前記調整しきい値とに基づいて、前記燃焼設備内での燃焼火炎の有無を検出する火炎検出調整ステップと、燃焼火炎検出部が、前記燃焼設備での燃焼中に前記火炎センサから得られたセンサ出力と前記調整しきい値とに基づいて、前記燃焼設備内での燃焼火炎の有無を検出する燃焼火炎検出ステップと、燃焼制御部が、前記燃焼火炎検出ステップで得られた燃焼火炎検出結果に基づいて、前記燃焼設備での燃焼を制御する燃焼制御ステップとを備えている。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、外乱光の大きさを示す調整値だけ基準しきい値が高めに調整された調整しきい値が、燃焼設備内での燃焼火炎の有無の検出に用いられることになる。このため、外乱光が潜在的に存在しているような場合でも、燃焼火炎有無の検出に対する外乱光の影響を抑制できる。したがって、外乱光に対して安全に燃焼設備を制御することが可能となる。また、燃焼制御装置側で燃焼火炎検出用のしきい値を調整するようにしたので、火炎センサへ外乱光が入らないようにバーナー構造を変える必要はない。これにより、既存バーナーの交換など、既存の燃焼設備に対する変更が不要となるため、対策コストの大幅な増大を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】燃焼制御装置の構成を示すブロック図である。
図2】調整値の算出を示す説明図である。
図3】しきい値の調整を示す説明図である。
図4】しきい値調整処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[燃焼制御装置]
まず、図1を参照して、本実施の形態にかかる燃焼制御装置10について説明する。図1は、燃焼制御装置の構成を示すブロック図である。
【0014】
この燃焼制御装置10は、火炎センサ20からのセンサ出力Sに基づいて、燃焼設備30の燃焼制御を行う装置である。
燃焼設備30は、工業炉、ボイラ、冷暖機器、厨房器、熱交換器などで用いられる一般的な燃焼設備であり、バーナーで燃料を燃焼させることにより熱エネルギーを発生させる機能を有している。
火炎センサ20は、燃焼設備30のバーナーでの火炎の光量を検出して電気変換し、センサ出力Sとして燃焼制御装置10へ出力するセンサである。
【0015】
燃焼制御装置10には、主な機能部として、燃焼火炎検出部11、火炎検出調整部12、および燃焼制御部13が設けられている。これら機能部は、ICを用いた制御回路で構成してもよく、CPUとプログラムとを協働させて実現してもよい。
【0016】
燃焼火炎検出部11は、燃焼設備30での着火試行前に火炎センサ20のセンサ出力Sを取得し火炎検出調整部12へ出力する機能と、燃焼設備30での燃焼中に火炎センサ20から得られたセンサ出力Sと火炎検出調整部12から出力された調整しきい値Hとに基づいて、燃焼設備30での燃焼火炎の有無を検出する機能とを有している。
【0017】
火炎検出調整部12は、燃焼設備30での着火試行前に燃焼火炎検出部11から出力された、外乱光を示す火炎センサ20のセンサ出力Sに基づいて、予め設定されている基準しきい値Hsを調整し、得られた調整しきい値Hを燃焼火炎検出部11へ出力する機能を有している。
具体的には、火炎検出調整部12は、着火試行前に火炎センサ20から得られた複数のセンサ出力Sを統計処理することにより外乱光の大きさを示す調整値Pを算出する機能と、基準しきい値Hsに調整値Pを加算することにより基準しきい値Hsを調整し、得られた調整しきい値Hを出力する。
【0018】
図2は、調整値の算出を示す説明図である。ここでは、燃焼設備30での着火試行前の時刻T0から時刻T1までを検出期間TPとして予め設定し、この検出期間TPに火炎センサ20から得られた複数のセンサ出力Sを統計処理することにより、外光や迷光などの外乱光の大きさを示す調整値Pを算出する。調整値Pの具体例としては、これら複数のセンサ出力Sの平均値、最大値、最小値、中央値など、これら複数のセンサ出力Sの代表値を算出する一般的な統計処理で求めればよい。
【0019】
図3は、しきい値の調整を示す説明図である。基準しきい値Hsは、ヒステリシス特性を有しており、第1の基準しきい値Hs1(着火検出レベル)とこのHsより低い第2の基準しきい値Hs2(消炎検出レベル)とから構成されている。火炎検出調整部12は、これらHs1,Hs2に調整値Pを加算することにより、第1の調整しきい値H1(着火検出レベル)とH1より低い第2の調整しきい値H2(消炎検出レベル)とをそれぞれ計算する。
【0020】
これにより、外乱光の大きさを示す調整値Pだけ基準しきい値Hsが高めにシフト調整されたものが調整しきい値Hとして燃焼火炎検出部11に出力されることになる。なお、外乱光が存在しない場合、調整値Pはゼロを示すことになり、基準しきい値Hsと等しい調整しきい値Hが燃焼火炎検出部11に出力される。
【0021】
したがって、燃焼火炎検出部11は、燃焼設備30での燃焼中に得られた火炎センサ20のセンサ出力Sが、第1の調整しきい値H1(着火検出レベル)以上となった場合に燃焼設備30内での燃焼火炎ありBonを検出し、センサ出力Sが第2の調整しきい値H2(消炎検出レベル)以下となった場合に燃焼火炎なしBoffを検出し、これらを燃焼火炎検出結果Bとして燃焼制御部13に出力することになる。
【0022】
燃焼制御部13は、燃焼設備30での燃焼中には燃焼火炎検出部11からの燃焼火炎検出結果Bに基づいて燃焼設備30での燃焼を制御する機能を有している。ここでの燃焼制御では、従来と同様であり、例えば、燃焼火炎検出結果Bが燃焼火炎ありBonを示す場合には、バーナーに対する燃料供給を指示する制御信号Cを燃焼設備30に出力し、燃焼火炎検出結果Bが燃焼火炎なしBoffを示す場合には、バーナーに対する燃料供給を停止を指示する制御信号Cを燃焼設備30に出力する。
【0023】
なお、燃焼火炎検出部11や火炎検出調整部12については、燃焼制御装置10ではなく火炎センサ20に搭載してもよい。また、調整値Pについては、統計処理で求めるのではなく機械学習で学習した値を用いてもよい。
【0024】
[本実施の形態の動作]
次に、図4を参照して、本実施の形態にかかる燃焼制御装置10の動作について説明する。図4は、しきい値調整処理を示すフローチャートである。
燃焼制御部13は、燃焼設備30での着火試行を開始する前に、図4のしきい値調整処理を実行する。
【0025】
まず、火炎検出調整部12は、燃焼設備30での着火試行前に燃焼火炎検出部11から出力された、外乱光を示す火炎センサ20のセンサ出力Sを取得する(ステップ100)。この際、センサ出力Sは、燃焼火炎検出部11経由ではなく火炎センサ20から直接取得してもよい。
次に、火炎検出調整部12は、予め設定されている検出期間TPに含まれる複数のセンサ出力Sを統計処理することにより、外光や迷光などの外乱光の大きさを示す調整値Pを算出する(ステップ101)。
【0026】
続いて、火炎検出調整部12は、予め設定されている基準しきい値Hs1,Hs2に調整値Pをそれぞれ加算することにより、調整しきい値H1,H2を計算し(ステップ102)、得られた調整しきい値H1,H2を燃焼火炎検出部11に出力して(ステップ103)、一連のしきい値調整処理を終了する。
[本実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、火炎検出調整部12が、燃焼設備30での着火試行前に火炎センサ20から得られた、外乱光を示すセンサ出力Sに基づいて、予め設定されている基準しきい値Hsを調整し、得られた調整しきい値Hを出力し、燃焼火炎検出部11が、燃焼設備30での燃焼中に火炎センサ20から得られたセンサ出力Sと調整しきい値Hとに基づいて、燃焼設備30内での燃焼火炎の有無を検出するようにしたものである。
【0027】
これにより、外乱光の大きさを示す調整値Pだけ基準しきい値Hsが高めに調整された調整しきい値Hが、燃焼設備30内での燃焼火炎の有無の検出に用いられることになる。このため、外乱光が潜在的に存在しているような場合でも、燃焼火炎有無の検出に対する外乱光の影響を抑制できる。したがって、外乱光に対して安全に燃焼設備30を制御することが可能となる。また、燃焼制御装置10側で燃焼火炎検出用のしきい値を調整するようにしたので、火炎センサ20へ外乱光が入らないようにバーナー構造を変える必要はない。これにより、既存バーナーの交換など、既存の燃焼設備30に対する変更が不要となるため、対策コストの大幅な増大を抑制することが可能となる。
【0028】
[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【0029】
10…燃焼制御装置、11…燃焼火炎検出部、12…火炎検出調整部、13…燃焼制御部、20…火炎センサ、30…燃焼設備、S…センサ出力、H…調整しきい値、H1…第1の調整しきい値、H2…第2の調整しきい値、Hs…基準しきい値、Hs1…第1の基準しきい値、Hs2…第2の基準しきい値、B…燃焼火炎検出結果、P…代表値、C…制御信号。
図1
図2
図3
図4