(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】P2022131427
(43)【公開日】2022-09-07
(54)【発明の名称】火炎検出器監視装置、火炎検出器監視プログラム、及び、火炎検出器監視方法
(51)【国際特許分類】
F23N 5/24 20060101AFI20220831BHJP
F23M 11/04 20060101ALI20220831BHJP
【FI】
F23N5/24 106A
F23M11/04 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021030370
(22)【出願日】2021-02-26
(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】石井 重樹
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 加代
(72)【発明者】
【氏名】西口 純也
(72)【発明者】
【氏名】鹿島 亨
【テーマコード(参考)】
3K003
【Fターム(参考)】
3K003SC01
3K003SC08
(57)【要約】
【課題】ユーザに火炎検出器の故障の予兆を把握させる。
【解決手段】火炎検出器監視装置20は、火炎の強さを電気信号に変換する火炎検出器から出力されたフレーム電圧の振幅を特定する振幅特定部21Aと、振幅特定部21Aにより特定された振幅に基づいて、火炎検出器の故障の予兆の有無を表す予兆情報をユーザに提示するための処理を実行する処理実行部21Bと、を備える。処理実行部21Bは、火炎を発生させる複数回分の燃焼それぞれについて振幅特定部21Bにより特定された振幅の集合を統計的に解析し、当該集合の統計データを直近統計データとして得る解析部21Cと、直近統計データと、基準となる基準統計データと、を比較し、比較結果を前記の予兆情報として出力する比較部21Dと、を備える
【選択図】
図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
火炎検出器により検出され出力された火炎の活発度の振幅を特定するように構成された振幅特定部と、
前記振幅特定部により特定された前記振幅に基づいて、前記火炎検出器の故障の予兆の有無を表す予兆情報をユーザに提示するための処理を実行するように構成された処理実行部と、
を備える火炎検出器監視装置。
【請求項2】
前記処理実行部は、
火炎を発生させる複数回分の燃焼それぞれについて前記振幅特定部により特定された前記振幅の集合を統計的に解析し、当該集合の統計データを第1統計データとして得るように構成された解析部と、
前記第1統計データと、火炎を発生させる複数回の燃焼それぞれで前記火炎検出器により検出された火炎の活発度の振幅の集合の統計データとして用意された基準となる第2統計データとを比較し、比較結果を前記予兆情報として出力するように構成された比較部と、
を備える請求項1に記載の火炎検出器監視装置。
【請求項3】
前記解析部は、前記火炎検出器に前記故障の予兆が発生する前かつ前記複数回数分の燃焼よりも前に行われた前記複数回分と同回数分の燃焼それぞれについて前記振幅特定部により特定された前記振幅の集合を統計的に解析し、当該集合の統計データを前記第2統計データとして得るように構成されている、
請求項2に記載の火炎検出器監視装置。
【請求項4】
前記第1統計データは、振幅の階級それぞれに属する振幅の個数の分布を示す第1分布データを含み、
前記第2統計データは、振幅の階級それぞれに属する振幅の個数の分布を示す第2分布データを含む、
請求項2又は3に記載の火炎検出器監視装置。
【請求項5】
前記比較部は、
第1軸を振幅の階級とし、第2軸を振幅の個数として、前記第1分布データと前記第2分布データとを互いに関連付けてグラフ化することで、前記第1統計データと前記第2統計データとを比較し、
互いに関連付けられてグラフ化された前記第1分布データ及び前記第2分布データの各グラフを前記比較結果として出力する、ように構成されている、
請求項4に記載の火炎検出器監視装置。
【請求項6】
前記第1統計データと前記第2統計データとは、前記振幅の分布を表す統計量を含み、
前記比較部は、前記第1統計データの統計量が表す前記振幅の分布が、前記第2統計データの統計量が表す前記振幅の分布よりも振幅の大きい傾向にある場合に、前記火炎検出器の故障の予兆が有る旨の前記予兆情報を出力する、ように構成されている、
請求項2から5のいずれか1項に記載の火炎検出器監視装置。
【請求項7】
前記統計量は、前記振幅の平均値、前記振幅の階級それぞれに属する振幅の個数の分布における最頻値、及び、前記分布における中央値の少なくとも1つを含む、
請求項6に記載の火炎検出器監視装置。
【請求項8】
前記処理実行部は、前記振幅が所定基準よりも大きい場合に、前記火炎検出器の故障の予兆が有る旨の前記予兆情報を出力するように構成されている、
請求項1から7のいずれか1項に記載の火炎検出器監視装置。
【請求項9】
前記火炎検出器は、前記火炎から放射される電磁波により放電を生じ、当該放電を検出することにより前記火炎の活発度を検出するように構成されている、
請求項1から8のいずれか1項に記載の火炎検出器監視装置。
【請求項10】
コンピュータを、
火炎検出器により検出され出力された火炎の活発度の振幅を特定する振幅特定部、及び、
前記振幅特定部により特定された前記振幅に基づいて、前記火炎検出器の故障の予兆の有無を表す予兆情報をユーザに提示するための処理を実行する処理実行部、
として機能させる火炎検出器監視プログラム。
【請求項11】
火炎検出器により検出され出力された火炎の活発度の振幅を特定する特定ステップと、
前記振幅特定ステップで特定された前記振幅に基づいて、前記火炎検出器の故障の予兆の有無を表す予兆情報をユーザに提示する提示ステップと、
を有する火炎検出器監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、火炎検出器を監視する火炎検出器監視装置、火炎検出器監視プログラム、及び、火炎検出器監視方法に関する。
【背景技術】
【0002】
燃焼装置のバーナ等により発生する火炎の活発度を検出して出力する火炎検出器が知られている(特許文献1の火炎検出器9)。このような火炎検出器は、繰り返し使用されることで、経年劣化して最終的に故障してしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
火炎検出器が故障すると燃焼装置等の運転が不可能になってしまうため、ユーザは、火炎検出器が故障する前に、当該故障の予兆を把握したい。
【0005】
本発明は、ユーザに火炎検出器の故障の予兆を把握させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点に係る火炎検出器監視装置は、火炎検出器により検出され出力された火炎の活発度の振幅を特定するように構成された振幅特定部と、前記振幅特定部により特定された前記振幅に基づいて、前記火炎検出器の故障の予兆の有無を表す予兆情報をユーザに提示するための処理を実行するように構成された処理実行部と、を備える。
【0007】
前記処理実行部は、火炎を発生させる複数回分の燃焼それぞれについて前記振幅特定部により特定された前記振幅の集合を統計的に解析し、当該集合の統計データを第1統計データとして得るように構成された解析部と、前記第1統計データと、火炎を発生させる複数回の燃焼それぞれで前記火炎検出器により検出された火炎の活発度の振幅の集合の統計データとして用意された基準となる第2統計データとを比較し、比較結果を前記予兆情報として出力するように構成された比較部と、を備える、ようにしてもよい。
【0008】
前記解析部は、前記火炎検出器に前記故障の予兆が発生する前かつ前記複数回数分の燃焼よりも前に行われた前記複数回分と同回数分の燃焼それぞれについて前記振幅特定部により特定された前記振幅の集合を統計的に解析し、当該集合の統計データを前記第2統計データとして得るように構成されている、ようにしてもよい。
【0009】
前記第1統計データは、振幅の階級それぞれに属する振幅の個数の分布を示す第1分布データを含み、前記第2統計データは、振幅の階級それぞれに属する振幅の個数の分布を示す第2分布データを含む、ようにしてもよい。
【0010】
前記比較部は、第1軸を振幅の階級とし、第2軸を振幅の個数として、前記第1分布データと前記第2分布データとを互いに関連付けてグラフ化することで、前記第1統計データと前記第2統計データとを比較し、互いに関連付けられてグラフ化された前記第1分布データ及び前記第2分布データの各グラフを前記比較結果として出力する、ように構成されている、ようにしてもよい。
【0011】
前記第1統計データと前記第2統計データとは、前記振幅の分布を表す統計量を含み、前記比較部は、前記第1統計データの統計量が表す前記振幅の分布が、前記第2統計データの統計量が表す前記振幅の分布よりも振幅の大きい傾向にある場合に、前記火炎検出器の故障の予兆が有る旨の前記予兆情報を出力する、ように構成されている、ようにしてもよい。
【0012】
前記統計量は、前記振幅の平均値、前記振幅の階級それぞれに属する振幅の個数の分布における最頻値、及び、前記分布における中央値の少なくとも1つを含む、ようにしてもよい。
【0013】
前記処理実行部は、前記振幅が所定基準よりも大きい場合に、前記火炎検出器の故障の予兆が有る旨の前記予兆情報を出力するように構成されている、ようにしてもよい。
【0014】
前記火炎検出器は、前記火炎から放射される電磁波により放電を生じ、当該放電を検出することにより前記火炎の活発度を検出するように構成されている、ようにしてもよい。
【0015】
本発明の第2の観点に係る火炎検出器監視プログラムは、コンピュータを、火炎検出器により検出され出力された火炎の活発度の振幅を特定する振幅特定部、及び、前記振幅特定部により特定された前記振幅に基づいて、前記火炎検出器の故障の予兆の有無を表す予兆情報をユーザに提示するための処理を実行する処理実行部、として機能させる。
【0016】
本発明の第3の観点に係る火炎検出器監視方法は、火炎検出器により検出され出力された火炎の活発度の振幅を特定する特定ステップと、前記振幅特定ステップで特定された前記振幅に基づいて、前記火炎検出器の故障の予兆の有無を表す予兆情報をユーザに提示する提示ステップと、を有する。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、ユーザに火炎検出器の故障の予兆を把握させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【
図1】
図1は、本発明の第1実施形態に係る火炎検出器監視装置を有する燃焼システムの構成図である。
【
図2】
図2は、燃焼システムで実行される燃焼シーケンスのタイミングチャートである。
【
図3】
図3は、火炎検出器監視装置のハードウェア構成図である。
【
図4】
図4は、火炎検出器監視装置の構成図である。
【
図5】
図5は、偽放電有りと無しの場合のフレーム電圧を示すグラフである。
【
図6】
図6は、振幅特定部により実行される振幅特定処理のフローチャートである。
【
図7】
図7は、処理実行部の解析部により実行される基準統計データ生成処理のフローチャートである。
【
図8】
図8は、基準分布データのデータ内容例を示す図である。
【
図9】
図9は、
図8の基準分布データのグラフ(度数折れ線)である。
【
図10】
図10は、直近分布データと基準分布データとを同じ座標平面にグラフ(度数折れ線)化したグラフである。
【
図11】
図11は、変形例に係る予兆報知処理のフローチャートである。
【
図12】
図12は、変形例に係る火炎検出器監視装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施形態及びその変形例について、図面を参照して説明する。
【0020】
(実施形態)
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る火炎検出器監視装置20は、燃焼システム10に使用される。火炎検出器監視装置20は、燃焼システム10の後述の燃焼機器40が備えるバーナの火炎、より具体的にメインバーナ42及びパイロットバーナ43の火炎の活発度を検出する火炎検出器45の状態を監視して、火炎検出器45の故障の予兆の有無を監視する。
【0021】
燃焼システム10は、火炎検出器監視装置20の他、燃焼を行う燃焼装置30と、燃焼装置30を制御する燃焼制御装置70と、を備えている。以下、燃焼装置30及び燃焼制御装置70を先に説明してから火炎検出器監視装置20について説明する。
【0022】
燃焼装置30は、燃焼機器40と、燃料供給系統50と、空気供給系統60と、制御モータMと、高開度位置センサHSと、低開度位置センサLSと、を備えている。
【0023】
燃焼機器40は、燃焼室R内で燃料ガスを燃焼させる。燃焼機器40は、燃焼室Rを形成する燃焼炉41と、燃料ガスを燃焼させて燃焼室R内を加熱するメインバーナ42と、燃料ガスを燃焼させてメインバーナ42を点火するパイロットバーナ43と、パイロットバーナ43を点火する点火装置(イグナイター)44と、を備えている。点火装置44により点火されたパイロットバーナ43は、メインバーナ42の着火に使用される。このため、点火装置44は、メインバーナ42を着火するときに使用される装置ともいえる。点火装置44は、放電電極等のスパーク発生部44Aを備える。
【0024】
燃焼機器40は、さらに、メインバーナ42及びパイロットバーナ43の火炎の活発度を検出して出力する火炎検出器45と、燃焼室R内の温度を検出する温度センサ46と、を備えている。火炎の活発度は、火炎がどの程度活発に発生しているかを示す度合いであり、ここでは、火炎の強度である。
【0025】
火炎検出器45は、2枚の電極と、この2枚の電極を所定のガスとともに収容したパッケージとを含む放電管を備える。2枚の電極間に電圧が印加された状態で、メインバーナ42又はパイロットバーナ43の火炎から放射される電磁波(ここでは紫外線とする)がパッケージ内に入射されると2枚の電極間で放電が起こる。この放電により火炎検出器45から電気信号が出力される。このようにして、火炎検出器45は、メインバーナ42及び又はパイロットバーナ43の火炎から放射される紫外線つまり火炎の活発度を電気信号に変換して出力する。この変換及び出力により、火炎の活発度が電気信号の形で検出され出力されたことになる。出力される電気信号(検出信号ともいう)は、ここでは、火炎の活発度に応じて電圧値が変化する電圧信号とするが、当該電気信号は、火炎の活発度に応じて電流値が変化する電流信号であってもよい。前記の電圧信号をフレーム電圧VFともいい、前記の電流信号をフレーム電流IFともいう。フレーム電圧VFの電圧値及びフレーム電流IFの電流値は、火炎の活発度を示す。以下の説明でのフレーム電圧VF及びその電圧値は、フレーム電流IF及びその電流値に変更することができる。なお、この実施の形態での火炎検出器45は、火炎から当該火炎の活発度に応じて放射される電磁波により放電を生じ、当該放電を検出することにより前記火炎の活発度を検出するように構成されたものであればよい。
【0026】
図1に戻り、燃料供給系統50は、外部からの燃料ガスを燃焼機器40に供給する。燃料供給系統50は、燃焼機器40に供給される燃料ガスが流れる燃料流路51を備えている。燃料流路51は、外部から燃料ガスが供給される主流路51Aと、主流路51Aが分岐した第1流路51Bおよび第2流路51Cと、を含む。第1流路51Bはメインバーナ42に接続され、第2流路51Cはパイロットバーナ43に接続されている。
【0027】
燃料供給系統50は、さらに、主流路51Aに設けられたガス圧スイッチ52と、第1流路51Bに設けられた安全遮断弁であるメインバルブ54A及び54Bと、第2流路51Cに設けられた安全遮断弁であるパイロットバルブ54C及び54Dと、を備える。ガス圧スイッチ52は、外部から供給される燃料ガスの圧力が所定の圧力以上であるときにONとなる。メインバルブ54A及び54Bは、第1流路51Bを開閉する。パイロットバルブ54C及び54Dは、第2流路51Cを開閉する。燃料供給系統50は、主流路51Aに設けられた燃料流量調整用のダンパ55も備える。
【0028】
空気供給系統60は、燃焼機器40に空気を供給する。空気供給系統60は、燃焼機器40に供給される空気が流れる空気流路61と、空気流路61に空気を供給するブロワ62と、を備えている。空気流路61は、ブロワ62に接続された主流路61Aと、主流路61Aが分岐した第1流路61B及び第2流路61Cと、を備える。第1流路61Bは、メインバーナ42に接続されている。第2流路61Cは、パイロットバーナ43に接続されている。
【0029】
空気供給系統60は、さらに、主流路61Aに設けられ、ブロワ62からの空気の風圧が所定の風圧以上であるときにONとなる風圧スイッチ63も備える。空気供給系統60は、さらに、主流路61Aに設けられた空気流量調整用のダンパ65を備える。
【0030】
燃料又は空気流量調整用のダンパ55及び65は、制御モータMにより、リンケージして駆動され、燃料流路51及び空気流路61の開度を制御する。リンケージによる駆動により、ダンパ55及び65の各開度は、メインバーナ42に供給される燃料と空気との比である空燃比が所望の比率(燃焼に理想的な比率)を維持するように制御される。ダンパ55及び65の各開度によって、メインバーナ42に供給される燃料及び空気の量が調整され、これにより、各バーナの火炎の活発度が調整され、つまり燃焼室Rを加熱する加熱温度が制御される。
【0031】
高開度位置センサHSは、ダンパ55及び65の開度位置が所定の高開度位置へ達したことを検出する。低開度位置センサLSは、ダンパ55及び65の開度位置が所定の低開度位置へ達したことを検出する。各センサHS及びLSは、ダンパ55及び65の開度位置が高開度位置又は低開度位置に達したときにONとなる。
【0032】
燃焼制御装置70は、PLC(Programmable Logic Controller)、パーソナルコンピュータ等の各種のコンピュータからなる。燃焼制御装置70は、バーナコントローラとも呼ばれる。燃焼制御装置70は、ガス圧スイッチ52、風圧スイッチ63、高開度位置センサHS、及び、低開度位置センサLSなどの状態(ON/OFF)を監視する。燃焼制御装置70には、火炎検出器45及び温度センサ46などからの各種信号が入力される。燃焼制御装置70は、監視結果及び各種信号に基づいて、点火装置44、メインバルブ54A及び54B、パイロットバルブ54C及び54D、ブロワ62、及び、ダンパ55及び65などを制御する。
【0033】
燃焼制御装置70は、予め定められた燃焼シーケンスに沿って燃焼装置30の運転を制御する。この燃焼シーケンスは、「スタートチェック」、「プレパージ」、「点火待ち」、「パイロット点火」、「パイロットオンリー」、「メイン着火」、「メインオンリー」(メイン安定ともいう)、「定常燃焼」といったサブシーケンスを含む。
【0034】
図2に、燃焼装置30の起動から定常燃焼に至るまでの燃焼シーケンスのタイムチャートを示す。燃焼制御装置70は、外部から起動入力(チャートAのt1点)があると、ブロワ62を制御して空気流路61への空気の送風を開始し(チャートBのt1点)、制御モータMに対して開方向への駆動指令を送る(チャートDのt1点)。開方向への駆動指令によりダンパ55及び65が開かれる。
【0035】
そして、ブロワ62からの空気の供給による風圧が所定の風圧に達すると、風圧スイッチ63がONとなる(チャートCのt2点)。t1点からt2点までの期間P1が「スタートチェック」の時間帯である。
【0036】
燃焼制御装置70は、風圧スイッチ63がONとなり、かつ、高開度位置センサHSがダンパ55及び65の開度位置が高開度位置に達したことを検出してONとなると(チャートEのt3点)、この時点を起点としてプレパージ時間の計時を開始する。
【0037】
燃焼制御装置70は、プレパージ時間の経過後、制御モータMへ閉方向への駆動指令を送る(チャートDのt4点)。これにより、ダンパ55及び65が閉じる方向に動作する。t3点からt4点までの期間P2が「プレパージ」の時間帯である。
【0038】
燃焼制御装置70は、低開度位置センサLSがダンパ55及び65の開度位置が低開度位置に達したことを検出してONになると(チャートFのt5点)、所定の待ち時間の経過後、パイロットバルブ54C及び54Dを開とし(チャートGのt6点)、点火装置44を作動させる(チャートHのt6点)。所定の待ち時間は、例えば、低開度位置の検出後、燃料ガスの供給が開始されて、ガス圧スイッチ52がONとなるまでの時間などである。t4点からt6点までの期間P3が「点火待ち」の時間帯である。
【0039】
パイロットバルブ54C及び54Dが開となることで、パイロットバーナ43に燃料供給系統50から燃料ガスが供給され、パイロットバーナ43は燃料ガスを噴出する。この状態で、点火装置44が作動すると、点火装置44のスパーク発生部44Aから点火スパークが発生し、この点火スパークがパイロットバーナ43から噴出する燃料を点火する。これにより、パイロットバーナ43が点火される。この実施の形態では、空気供給系統60から燃料ガスの燃焼に必要な空気もパイロットバーナ43に供給され、パイロットバーナ43から噴射される。燃料供給系統50及び空気供給系統60は、上記のようにダンパ55及び65が低開度位置であるときに、パイロットバーナ43に供給される燃料及び空気の空燃比が前記所望の比率(燃焼に理想的な範囲の比率)となるように構成されている。パイロットバーナ43は、周囲の空気により点火するように構成されてもよい。
【0040】
パイロットバーナ43の点火は、火炎検出器45により検出される。火炎検出器45は、パイロットバーナ43の火炎の活発度を示す検出信号を燃焼制御装置70に出力する。燃焼制御装置70は、検出信号が示す火炎の活発度が所定の第1閾値を超えたと判別したときに、パイロットバーナ43の点火を検出する。ここでは、チャートIに示すように、t7点でパイロットバーナ43が点火され、この点火が検出されたものとする。
【0041】
燃焼制御装置70は、パイロットバーナ43の点火を検出した場合、点火装置44の作動つまり点火スパークの発生を終了させる(チャートHのt8点)。点火装置44を差動させているt6点からt8点までの期間P4が「パイロット点火」の時間帯である。燃焼制御装置70は、パイロットバーナ43の点火を所定期間検出できなかった場合には、タイムオーバーとして当該燃焼シーケンスを中止する。
【0042】
燃焼制御装置70は、パイロットバーナ43の点火を検出して点火装置44の作動を終了させたあと、t9点までの所定期間の間待機する。この所定期間つまりt8点からt9点までの期間P5がパイロットバーナ43を単独で燃焼させる「パイロットオンリー」の時間帯である。「パイロットオンリー」において、燃焼制御装置70は、火炎検出器45からの検出信号に基づいてパイロットバーナ43の火炎の活発度を監視する。燃焼制御装置70は、上記所定期間中に、火炎の活発度が所定の強さ以下となったときに、パイロットバーナ43が失火したとして燃焼シーケンスを中止する。
【0043】
上記所定期間の経過後、燃焼制御装置70は、メインバルブ54A及び54Bを開とする(チャートJのt9点)。メインバルブ54A及び54Bが開となることで、メインバーナ42への燃料の供給が開始される。メインバーナ42には、空気供給系統60から空気も供給される。空気及び燃料が供給された状態のメインバーナ42は、燃料及び空気を噴出し、パイロットバーナ43の火炎を種火として着火する。火炎検出器45は、メインバーナ42及びパイロットバーナ43の各火炎の活発度の和を示す検出信号を燃焼制御装置70に出力する。燃焼制御装置70は、検出信号が示す火炎の活発度の和が所定の第2閾値を超えたと判別したときに、メインバーナ42が着火したと判別する。ここでは、チャートKに示すように、t10点でメインバーナ42が着火され、この着火が検出されたものとする。
【0044】
燃焼制御装置70は、メインバーナ42の着火を検出すると、パイロットバルブ54C及び54Dを閉じて、パイロットバーナ54の燃焼を終了させる(チャートG及びIのt11点参照)。t9点からt11点までの期間P6がメインバーナ42を着火する「メイン着火」の時間帯である。
【0045】
燃焼制御装置70は、メインバーナ42の着火を検出してパイロットバルブ54C及び54Dを閉じたあと、t12点までの所定期間の間待機する。この所定期間つまりt11点からt12点までの期間P7がメインバーナ42を単独で燃焼させる「メインオンリー」の時間帯である。「メインオンリー」において、燃焼制御装置70は、火炎検出器45からの検出信号に基づいてメインバーナ42の火炎の活発度を監視する。燃焼制御装置70は、前記の所定期間中に、火炎の活発度が所定の強さ以下となったときに、メインバーナ42が失火したとして燃焼シーケンスを中止する。
【0046】
燃焼制御装置70は、上記の所定期間の待機後、温度センサ46から供給される検出信号が示す燃焼室R内の温度をフィードバック値として、当該温度が目標値となるように、制御モータMをフィードバック制御することを開始する(チャートDのt12点)。t12点以降は、メインバーナ42を定常燃焼させる「定常燃焼」の期間である。定常燃焼でのフィードバック制御の具体的方法は任意であるが、例えば、比例制御(P制御)、比例・積分制御(PI制御)、又は、比例・積分・微分制御(PID制御)が採用される。燃焼制御装置70は、定常燃焼中、ガス圧スイッチ52又は風圧スイッチ63がOFFとなったときには、異常が発生したとして、定常燃焼を中止する。
【0047】
燃焼制御装置70は、燃焼シーケンスにおける、火炎検出器45からのフレーム電圧VFの電圧値の時系列データを記憶する。燃焼制御装置70は、例えば、火炎検出器45からのフレーム電圧VFを所定のサンプリングレートでアナログデジタル変換し、フレーム電圧VFの電圧値の時系列データを生成して記憶する。燃焼制御装置70は、記憶した時系列データのうち、メインバーナ42の火炎の活発度が安定する「定常燃焼」の期間における時系列データを火炎検出器監視装置20に出力する。
【0048】
次に火炎検出器監視装置20について説明する。火炎検出器監視装置20は、火炎の活発度(フレーム電圧VF)を監視することで火炎検出器45を監視する処理を行うパーソナルコンピュータ等の各種のコンピュータを含んで構成されている。火炎検出器監視装置20は、
図3に示すように、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ21と、プロセッサ21のメインメモリとして機能するRAM(Random Access Memory)22と、プロセッサにより実行するプログラムを記憶する不揮発性の記憶装置23と、を備える。記憶装置23には、後述の着火遅れ時間データ群、基準統計データ、直近統計データ、及び、火炎強度データ群も記憶する。火炎検出器監視装置20は、さらに、後述の各種画面を表示するディスプレイ24と、ユーザにより操作される操作装置25と、プロセッサ21が燃焼制御装置70と通信を行うための通信モジュール26と、を備える。
【0049】
この実施の形態では、プロセッサ21は、記憶装置23に記憶されたプログラムを実行することにより、
図4に示す、振幅特定部21A及び処理実行部21Bとして動作する。
【0050】
振幅特定部21Aは、燃焼制御装置70と通信モジュール26を介して通信し、燃焼シーケンスが実行されるたびに燃焼制御装置70から出力されるフレーム電圧VFの電圧値の時系列データを取得する。振幅特定部21Aは、取得した時系列データそれぞれについて、フレーム電圧VFの振幅S、つまり、火炎検出器45が出力した火炎の活発度の振幅Sより詳細には活発度の時間変化の振幅Sを特定し、特定した振幅Sを記憶装置23に格納する。
【0051】
ここで、フレーム電圧VFの振幅Sについて説明する。
図5に示すように、フレーム電圧VFの電圧値は、時間の経過に伴って変化する。フレーム電圧VF(火炎の活発度)の振幅Sは、フレーム電圧VF(火炎の活発度)の電圧値の時系列データのうち、最大の電圧値と最小の電圧値の差とする。ところで、フレーム電圧VFを出力する火炎検出器45では、火炎検出器45の経年劣化により、いわゆる偽放電が生じることがある。偽放電は、紫外線が入射していないにもかかわらず電極間に放電が生じたり、入射した紫外線よりも過大な量の放電が生じたりする現象である。
図5に示すように、偽放電が発生したフレーム電圧VFの振幅Sは、偽放電が発生していないフレーム電圧VFの振幅Sよりも大きくなる。なお、偽放電は、ランダムに発生するが、火炎検出器45の経年劣化が進むにつれて、偽放電の発生確率は上昇する。そして、火炎検出器45は、最終的に、つねに放電が生じるランナウェイ状態となって故障する。なお、偽放電の発生確率の上昇により、フレーム電圧VFの振幅Sも大きくなる。後述のように、この実施の形態では、この偽放電による故障の予兆をユーザに把握させるため、燃焼装置30の特に火炎検出器45の初期の振幅Sの統計データ(後述の基準統計データ)と、その後の直近の振幅Sの統計データ(直近統計データ)とが比較される。
【0052】
図4に示す振幅特定部21Aは、例えば、燃焼制御装置70から出力されるフレーム電圧VFの電圧値の時系列データを取得するたびに
図6に示す振幅特定処理を実行する。
【0053】
振幅特定部21Aは、
図6の振幅特定処理において、まず、今回取得した時系列データに基づいてフレーム電圧VFの振幅Sを特定する(ステップS11)。振幅特定部21Aは、時系列データにおける最大電圧値と最小電圧値との差を振幅Sとして算出する。その後、振幅特定部21Aは、振幅Sを、記憶装置23に設けられている振幅Sを記憶する記憶領域の中のN番目(初期値は0)の記憶領域に格納する(ステップS12)。その後、振幅特定部21Aは、Nが49であるか判別し(ステップS13)、Nが49でない場合(No)、Nに1を加算する(ステップS14)。振幅特定部21Aは、Nが49である場合(ステップS13;Yes)、Nを0に初期化する(ステップS15)。このような一連の処理により、50個(N=0~49)の振幅Sが記憶装置23に格納されると、その後に得られる振幅Sは、N=0から上書きされていく。これにより、記憶装置23には、順次特定される振幅Sのうち、最新50個の振幅Sが常に格納される。この50個の振幅Sのデータ群が
図3及び
図4に振幅データ群である。なお、記憶装置23に格納される振幅Sの数は任意である。
【0054】
図4に戻り、処理実行部21Bは、振幅特定部21Aにより特定され、記憶装置23に格納された振幅データ群を構成する振幅Sに基づいて、火炎検出器45の故障の予兆の有無を表す予兆情報をユーザに提示するための処理を実行する。このような処理を実行するため、処理実行部21Bは、解析部21C及び比較部21Dを備える。
【0055】
解析部21Cは、初期の燃焼装置30において、記憶装置23に記憶されている振幅データ群を構成している振幅Sの集合を統計的に解析し、この解析で得られる当該集合の統計データを基準統計データとして得る。基準統計データは、後述の直近統計データとの比較において基準となる。基準統計データは、異常の無いつまり故障の予兆のないときの火炎検出器45から出力されるフレーム電圧VFの振幅の集合の統計データである。異常の無いとは、偽放電が生じない状態、又は、火炎検出器45の仕様として許容されている程度の偽放電が生じ得る状態を含む。解析部21Cは、例えば、燃焼装置30の製造後、最初の稼働開始から
図7に示す基準統計データ生成処理を開始することで、基準統計データを得る。得られた基準統計データは、記憶装置23に格納される。
【0056】
図7に示す基準統計データ生成処理において、解析部21Cは、まず、記憶装置23のN=0~49の各記憶領域を監視し、これら全てに振幅Sが格納されるまで待機する(ステップS21)。N=0~49の各記憶領域に振幅Sが格納されたとき(ステップS21;Yes)、解析部21Cは、これら記憶領域それぞれから振幅Sを読み出す(ステップS22)。
【0057】
その後、解析部21Cは、読み出した50個の振幅Sの集合を統計的に解析し(ステップS23)、この解析により得られる振幅Sの集合の統計データを基準統計データとして記憶装置23に格納する(ステップS24)。ステップS24の統計的な解析では、
図8にその結果を示すように、同じ階級に属する振幅Sの個数を度数としてカウントする。基準統計データは、
図8に示すような、振幅Sの階級それぞれに属する振幅Sの個数の分布を示す分布データを含む。当該分布データを、以下では基準分布データともいう。前記の階級は、振幅Sの値そのものであってもよい。例えば、振幅Sが、1mV単位で特定され、小数点以下は四捨五入される場合、振幅Sがとることができる、1mV,2mV,3mV・・・の各数値を、振幅Sの階級として扱ってもよい。この場合、正確には、0.5以上1.5未満の範囲が階級といえ、前記の1,2,3・・・は階級値ともいえる。
【0058】
図8に示す基準分布データを、横軸を振幅の階級、縦軸を振幅Sの個数(度数)としてグラフ化すると、
図9に示すようなグラフ(度数折れ線)となる。なお、
図9のグラフの黒丸は階級の階級値を付されている。
図9のように、基準分布データのグラフは、横軸方向の幅の狭いつまり標準偏差の小さいガウシアン分布を有する。
【0059】
図7に示す基準統計データ生成処理は、燃焼装置30の製造後の動作テスト前から開始されてもよいし、動作テストの終了後の燃焼装置30の本稼働に入ってから開始されてもよい。前記の製造には、火炎検出器45を補修、修理、改造、交換することで、当該燃焼装置30が新しくなることも含む。また、基準統計データ生成処理は、ユーザが基準統計データを登録したいと考えた任意のタイミングで開始されてもよい。この場合、ユーザは、操作装置25を介してその旨を指示する。
【0060】
図4に戻り、解析部21Cは、基準統計データが得られた後の任意のタイミングで、そのときに記憶装置23に記憶されている振幅データ群を構成する振幅Sの集合を取得する。この集合は、直近に実行された50回分(最新から遡った50回分)の燃焼シーケンスのフレーム電圧VFの振幅Sの集合である。解析部21Cは、取得した振幅Sの集合を統計的に解析し、この解析で得られる当該集合の統計データを直近統計データとして得て記憶装置23に格納する。直近統計データは、火炎検出器45の故障の予兆の有無を表す予兆情報の表示に使用される。そこで、ユーザは、火炎検出器45の故障の予兆の有無を把握したいときに、その旨の指示を操作装置25に入力する。この入力を受けて解析部21Cは、前記統計的な解析を行い、直近統計データを得る。
【0061】
解析部21Cは、例えば、
図7に示す基準統計データ生成処理のステップS22~S24と同様の処理を行うことで、基準統計データと同じ手法の解析により、直近統計データを得て記憶装置23に格納する。直近統計データは、基準統計データと同様、振幅Sの階級それぞれに属する振幅Sの個数の分布を示す分布データ(
図8も参照)を含む。当該分布データを以下では直近分布データともいう。
【0062】
図4に戻り、比較部21Dは、記憶装置23に直近統計データが記録されたことを契機として、直近統計データ及び基準統計データを記憶装置23から読み出し、これらを比較し、比較結果を出力する処理を行う。比較部21Dは、ここでは、
図10に示すように、横軸を振幅の階級(階級値)とし、縦軸を度数として、直近統計データの直近分布データと、基準統計データの基準分布データと、を互いに関連付けてグラフ化することで直近統計データと基準統計データとを比較する。ここでは、共通の座標平面に、直近分布データと基準分布データとが重畳してグラフ化されていることで、両者が互いに関連付けてグラフ化されている。比較部21Dは、グラフ化した直近分布データ及び基準分布データのグラフ(ここでは、
図10の度数折れ線)を、直近統計データと基準統計データとの比較結果としてディスプレイ24に出力し、当該グラフをディスプレイ24に表示する。
【0063】
図10には、火炎検出器45で偽放電が生じているときの直近分布データの度数折れ線が示されている。基準分布データの度数折れ線は、
図9と同様である。上述のように、偽放電の発生頻度が高くなってくると、振幅Sが大きくなる傾向がある。その結果、
図10に示すように、直近分布データの度数折れ線が、基準分布データの度数折れ線よりも、振幅が大きい方向にシフトする。従って、ユーザは、直近分布データの度数折れ線と基準分布データの度数折れ線との位置を比較するなどして、偽放電の発生の有無等を確認でき、火炎検出器45の故障の予兆の有無を把握できる。ユーザに提示される、
図10の直近統計データと基準統計データは、火炎検出器45の故障の予兆の有無を表す予兆情報ともいえる。
【0064】
以上の通り、本実施の形態では、振幅特定部21Aにより特定された振幅Sに基づいて、火炎検出器45の故障の予兆の有無を表す予兆情報(ここでは、
図10のグラフ)をユーザに提示するため、当該予兆情報をディスプレイ24に出力する処理を行う。これにより、ユーザは、予兆情報を見て、火炎検出器45の故障の予兆(特に予兆の有無)を把握することができる。
【0065】
さらに、本実施形態では、振幅Sの集合の統計的解析を用いて予兆情報を生成及び提示する。上記のように、偽放電は、ランダムに発生する。ここでは、統計的解析により、予兆情報は、振幅Sの変化の傾向を表すことができ、ランダムに発生する偽放電の頻度を予兆情報に反映させることができる。これにより、ユーザはより適切に火炎検出器45の故障の予兆を把握することができる。
【0066】
なお、比較部21Dは、直近統計データ(第1統計データ)と、火炎を発生させる複数回の燃焼それぞれで火炎検出器45により検出された火炎の活発度の振幅Sの集合の統計データとして用意された基準となる基準統計データ(第2統計データ)と、を比較すればよい。このため、この基準統計データは、燃焼装置30ないし火炎検出器45と同型の装置を用いた実験の結果などから求められ予め用意された統計データが採用されてもよい。この実施の形態では、前記の基準統計データが、実際に火炎検出器45が出力したフレーム電圧VFの振幅Sに基づいて生成される。これにより、複数生産させる燃焼装置30の個々の癖、特に、火炎検出器45の癖を反映した基準統計データが得られるので、ユーザはより適切に火炎検出器45の故障の予兆を把握することができる。
【0067】
本実施の形態のように、同じ座標平面に直近分布データと基準分布データとをグラフ化することで、ユーザは各グラフを比較して、火炎検出器45の故障の予兆を把握することができる。
【0068】
(変形例)
上記実施の形態の構成は、任意に変更可能である。以下変形例を例示する。各変形例は、少なくとも一部同士組み合わせることもできる。
【0069】
(変形例1)
燃焼装置30の構成は、任意である。例えば、燃焼装置30は、パイロットバーナ43がないメインバーナ42のみを有するタイプであってもよい。また、燃焼装置30は、パイロットバーナ43を常時点火させた状態としてもよい。この場合、メインバーナ42用の火炎検出器と、パイロットバーナ43用の火炎検出器と、を用意するとよい。着火遅れ時間Tdは、例えば、パイロットバーナ43又はメインバーナ42への点火又は着火を指示する信号を出力する着火指示から、メインバーナ42の着火を検出する着火検出までの期間であればよい。火炎検出器45は、バーナの火炎の活発度を検出できればよく、バーナは、パイロットバーナ43又はメインバーナ42の少なくとも一方でもよい。
【0070】
(変形例2)
比較部21Dは、縦軸を振幅の階級とし、横軸を振幅の個数として、直近統計データの直近分布データと、基準統計データの基準分布データと、を互いに関連付けてグラフ化してもよい。関連付けてグラフ化する手法は、上記のように、縦軸及び横軸を共通にした座標平面で各グラフを重畳する方法に限定されない。例えば、座標軸のスケールを共通とした異なる座標平面それぞれに各グラフがあらわされてもよい。このように、関連付けてグラフ化する手法は、例えば、ユーザが各分布データを比較可能な手法でグラフ化する手法であればよい。両データを関連付けたグラフ化により、ユーザは火炎検出器45の故障の予兆を用意に把握することができる。上記統計的な解析の対象の振幅Sの集合のうち、突発的に異常な数値の振幅Sについては、解析対象から除外してもよい。比較部21Dは、予兆情報として、直近分布データと基準分布データの各値を併記した画像を出力してもよい。このような数値でも、ユーザは火炎検出器45の故障の予兆を把握することができる。
【0071】
(変形例3)
解析部21Cは、上記の統計的な解析において、上記の解析に代えて又は加えて、解析対象の集合に含まれる振幅Sの分布(階級ごとの分布を含む)を表す統計量を算出してもよい。この場合、直近統計データと基準統計データとは、振幅Sの分布を表す統計量を含む。
【0072】
比較部21Dは、
図11に示すように、直近統計データの統計量と、基準統計データの統計量とを比較し(ステップS31)、直近統計データの統計量が表す振幅Sの第1分布が、基準統計データの統計量が表す振幅Sの第2分布よりも振幅Sの大きい傾向にある場合(ステップS32;Yes)、換言すると、第1分布の方が、振幅Sが大きい方に位置している場合に、火炎検出器45の故障の予兆が有る旨の予兆情報をディスプレイ24に出力する(ステップS33)。
【0073】
例えば、統計量が、振幅Sの平均値を含む場合、比較部21Dは、直近統計データが含む平均値が、基準統計データが含む平均値よりも高い場合に、第1分布が第2分布よりも大きい傾向にあるとして、故障の予兆がある旨の予兆情報を出力する。なお、上記平均値を、振幅Sの階級それぞれに属する振幅Sの個数の分布における最頻値又は中央値に変更してもよい。また、これら3つの値から、第1分布が第2分布よりも大きい傾向にあるかを判別してもよい。
【0074】
予兆情報は、「火炎検出器45が故障する予兆があります」等の故障の予兆がある旨を直接報知する情報であってもよい。
【0075】
なお、比較部21Dは、第1分布と第2分布との差の度合い、つまり、上記平均値の差等に応じて、段階的に内容の異なる予兆情報を出力してもよい。具体的には、比較部21Dは、前記差の度合いが第1の度合いでは、「火炎検出器45が故障する予兆があります」等の第1メッセージを予兆情報として出力する。比較部21Dは、前記差の度合いが第一第1の度合いよりも大きい第2の度合いでは、「火炎検出器45が故障するかもしれません」等の、第1メッセージよりも、火炎検出器45が故障する可能性が高い旨を報知するメッセージを予兆情報として出力してもよい。
【0076】
本変形例によれば、ユーザは火炎検出器45の故障の予兆を容易に把握することができる。
【0077】
(変形例4)
処理実行部21Bは、振幅特定部21Aにより特定された振幅Sに基づいて、火炎検出器45の故障の予兆の有無を表す予兆情報をユーザに提示するための処理を実行すればよく、この処理は、上記処理に限定されない。処理実行部21Bは、前記の処理として、例えば、振幅Sが所定基準よりも大きい場合に、火炎検出器45の故障の予兆が有る旨の予兆情報を出力するように構成されてもよい。例えば、
図12に示すように、処理実行部21Bは、振幅データ群から直近の振幅Sを取得し、取得した振幅Sと、記憶装置23に記憶されている基準振幅(実験等により求められる)と、を比較する。処理実行部21Bは、振幅Sの方が大きい場合に、「故障の予兆があります」等のメッセージをディスプレイ24に出力してもよい。以上のような処理によっても、ユーザは火炎検出器45の故障の予兆を容易に把握することができる。
【0078】
(変形例5)
火炎検出器監視装置20のハードウェア構成は任意である。振幅特定部21A及び処理実行部21B(解析部21C、及び、比較部21D)は、それぞれ、一以上のコンピュータ又は制御回路(ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、又は、FPGA(Field-Programmable Gate Array)など)から構成されてもよい。前記各部21A~21Bのうちの少なくとも一部は、燃焼制御装置70が備えてもよい。火炎検出器監視装置20は、サーバコンピュータ、クラウドコンピュータ等であってもよい。予兆情報の出力先は、ユーザ端末などのディスプレイであってもよい。予兆情報の出力先は、プリンタ、記憶媒体、ネットワーク、他のコンピュータ等であってもよい。上記で説明した予兆情報をユーザに提示するための処理は、最終的にユーザに予兆情報を提示するために、ユーザ端末、プリンタ、記憶媒体、ネットワーク、他のコンピュータ等に予兆情報を出力する処理を含む。火炎検出器監視装置20などの各装置は、装置の構成要素が一つの筐体にまとめられた装置の他、装置の構成要素が複数の筐体に分散して収容されたシステムを含む。
【0079】
(変形例6)
火炎の活発度は、火炎検出器45の放電管の電極間で起こる放電の単位時間当たりの放電回数により示されてもよい。このような場合、燃焼装置70に、当該放電回数をカウントするカウント及びカウント期間を計測する計測部を設けるとよい。火炎の活発度が大きい場合、例えば、紫外線強度が大きい場合、単位時間中の放電回数は多くなる。つまり、放電回数の増加は、上記でのフレーム電圧の電圧値の増加に対応する。偽放電が発生すると、その分放電回数が多くなるため、偽放電の発生頻度が高くなったりすると、単位時間当たりの放電回数の時間変化の振幅つまり火炎の活発度の振幅も大きくなる。
【0080】
(変形例6)
本発明は、燃焼システムないし燃焼装置に使用される火炎検出器以外の火炎検出器にも適用可能である。本発明の対象の火炎検出器は、火炎の活発度を検出するセンサなどであればよい。このような火炎検出器から出力される火炎活発度の振幅は、火炎検出器の経年劣化により乱れ、振幅の乱れは、最終的に火炎検出器の故障に繋がると考えられる。
【0081】
(火炎検出器監視方法)
上記実施形態等では、火炎検出器監視装置20が上記各種処理を実行することで、振幅Sの特定、振幅Sに基づく予兆情報のユーザへの提示、振幅Sの集合の統計的な解析、直近統計データと基準統計データとの比較などを行う火炎検出器監視方法が行われている。しかし、当該方法の少なくとも一部は、火炎検出器監視装置20以外の物又は人により行われてもよい。振幅Sに基づく予兆情報のユーザへの提示は、予兆情報をネットワークを介してユーザの端末に送信することなどを含む。
【0082】
(本発明の範囲)
以上、実施形態及び変形例を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、本発明には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る、上記実施形態及び変形例に対する様々な変更が含まれる。上記実施形態及び変形例に挙げた各構成は、矛盾の無い範囲で適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【0083】
10…燃焼システム、20…火炎検出器監視装置、21…プロセッサ、21A…振幅特定部、21B…処理実行部、21C…解析部、21D…比較部、23…記憶装置、25…操作装置、40…燃焼機器、42…メインバーナ、43…パイロットバーナ、44…点火装置、44A…スパーク発生部、45…火炎検出器、50…燃料供給系統、60…空気供給系統、70…燃焼制御装置。