特開 2023-106771 火炎監視装置

(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】P2023106771

(43)【公開日】2023-08-02

(54)【発明の名称】火炎監視装置

(51)【国際特許分類】

   G01J 1/42 20060101AFI20230726BHJP

   G01J 1/02 20060101ALI20230726BHJP

   F23N 5/24 20060101ALI20230726BHJP

   F23N 5/08 20060101ALI20230726BHJP

【ＦＩ】

G01J1/42 C

G01J1/02 J

F23N5/24 106A

F23N5/08 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022007698

(22)【出願日】2022-01-21

(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

(72)【発明者】

【氏名】石井 重樹

(72)【発明者】

【氏名】奥村 大輔

(72)【発明者】

【氏名】西山 武志

【テーマコード（参考）】

2G065

3K003

3K005

【Ｆターム（参考）】

2G065AA04

2G065AB05

2G065BA17

2G065BC22

2G065BC33

2G065BC35

2G065DA06

3K003SA01

3K003SC02

3K005QA03

3K005QC08

3K005SA13

(57)【要約】

【課題】バーナの火炎の状態から、燃焼装置の状態を把握できるようにする。
【解決手段】放電数測定部１０３は、単位時間あたりの火炎センサ１０１の放電数を測定（計測）し、発光情報生成部１０４は、放電数測定部１０３が測定した単位時間毎の放電数の合計（累積）を総測定時間で除した値から得られる情報を発光情報とし、表示部１０５は、発光情報生成部１０４が生成した発光情報を表示する。発光情報は燃焼量に応じているため、表示部１０５に表示される発光情報の変化を確認することで、燃焼状態の変化をより細かく捉えることができ、燃焼装置における細かな異常が検知可能となる。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

火炎から生じる紫外線を検出する火炎センサと、
前記火炎センサの電極に駆動電圧を周期的に印加する印加電圧生成部と、
単位時間あたりの前記火炎センサの放電数を測定する放電数測定部と、
前記放電数測定部が測定した単位時間毎の放電数の合計を総測定時間で除した値から得られる情報を発光情報とする発光情報生成部と、
前記発光情報を表示する表示部と
を備える火炎監視装置。

【請求項2】

請求項１記載の火炎監視装置において、
前記発光情報生成部は、前記放電数測定部が測定した単位時間毎の放電数の合計を総測定時間で除した値を前記発光情報とすることを特徴とする火炎監視装置。

【請求項3】

請求項１または２記載の火炎監視装置において、
前記発光情報生成部は、前記放電数測定部が測定した単位時間毎の放電数の合計を総測定時間で除する式で示される１次関数のグラフの傾きの数値を前記発光情報とする
ことを特徴とする火炎監視装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の火炎監視装置において、
前記発光情報生成部は、前記放電数測定部が測定した単位時間毎の放電数の合計を総測定時間で除する式で示される１次関数のグラフを前記発光情報として生成する
ことを特徴とする火炎監視装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バーナの火炎の状態を測定する火炎監視装置に関する。

【背景技術】

【0002】

燃焼炉、乾燥炉、およびボイラなどの燃焼装置は、燃焼室内の燃焼を制御するために、火炎の有無を検出する火炎センサが用いられている。火炎センサは、一般に、紫外線検出管などが用いられている。紫外線検出管は、ガラスから構成された管内に設けられた一対の電極間に高電圧を印加した状態で、火炎から放射される紫外線が入射すると、電極間で放電が発生する放電管である。火炎による紫外線が検出されると、紫外線検出管から放電電流が得られる。この放電電流を積分して電圧出力に変換したフレーム電圧が、バーナの点火制御などに用いられている（特許文献１）。

【0003】

ところで、商用の電源電圧から火炎センサ（紫外線検出管）に印加する電圧を生成するため、電源電圧のレベルの大小で放電電流も増減し、常に同じフレーム電圧にならない可能性がある。この電源電圧の変動の影響を除くために、火炎センサに対する駆動電圧の印加回数と、この駆動電圧の印加中に検出された火炎センサからの放電の回数とに基づいて算出される放電確率を用いる技術が提案されている（特許文献２参照）。この技術では、放電確率に基づいて、紫外線強度レベルを確定している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１３８０１８号公報

【特許文献2】特開２０２０－１６５８３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述した従来技術では、バーナの火炎の状態から、燃焼装置にどのような異常が発生しているかなどの燃焼装置の状態を把握することが容易ではないという問題があった。

【0006】

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、バーナの火炎の状態から、燃焼装置の状態を把握できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る火炎監視装置は、火炎から生じる紫外線を検出する火炎センサと、火炎センサの電極に駆動電圧を周期的に印加する印加電圧生成部と、単位時間あたりの火炎センサの放電数を測定する放電数測定部と、放電数測定部が測定した単位時間毎の放電数の合計を総測定時間で除した値から得られる情報を発光情報とする発光情報生成部と、発光情報を表示する表示部とを備える。

【0008】

上記火炎監視装置の一構成例において、発光情報生成部は、放電数測定部が測定した単位時間毎の放電数の合計を総測定時間で除した値を発光情報とする。

【0009】

上記火炎監視装置の一構成例において、発光情報生成部は、放電数測定部が測定した単位時間毎の放電数の合計を総測定時間で除する式で示される１次関数のグラフの傾きの数値を発光情報とする。

【0010】

上記火炎監視装置の一構成例において、発光情報生成部は、放電数測定部が測定した単位時間毎の放電数の合計を総測定時間で除する式で示される１次関数のグラフを発光情報として生成する。

【発明の効果】

【0011】

以上説明したように、本発明によれば、単位時間毎の放電数の合計を総測定時間で除した値から得られる情報を発光情報として表示するので、バーナの火炎の状態から、燃焼装置の状態を把握できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る火炎監視装置の構成を示す構成図である。

【図2A】図２Ａは、燃焼ガスと空気との混ざり具合（当量比）と、発光強度（発光情報）との関係を示す特性図である。

【図2B】図２Ｂは、燃焼ガスと空気との混ざり具合（当量比）と、発光強度（発光情報）との関係を示す特性図である。

【図3】図３は、紫外線検出管の測定によるフレーム電圧の測定結果を示す特性図である。

【図4】図４は、紫外線検出管による０．１秒毎の放電数の変化を示す特性図である。

【図5】図５は、測定した単位時間毎の紫外線検出管の放電数の合計を総測定時間で除する式で示される１次関数のグラフである。

【図6】図６は、本発明の実施の形態に係る火炎監視装置の発光情報生成部１０４のハードウエア構成を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態に係る火炎監視装置について図１を参照して説明する。この火炎監視装置は、火炎センサ１０１、印加電圧生成部１０２、放電数測定部１０３、発光情報生成部１０４、および表示部１０５を備える。

【0014】

火炎センサ１０１は、火炎１３１から生じる紫外線を検出する。火炎センサ１０１は、例えば、所定の波長域の紫外線を検出する紫外線検出管から構成することができる。紫外線検出管は、ガラスより構成された管内に、アノード電極とカソード電極とが配置されている。

【0015】

印加電圧生成部１０２は、火炎センサ１０１の電極に駆動電圧を周期的に印加する。印加電圧生成部１０２は、例えば、電源１０６から供給される商用の交流電圧を所定の値まで昇圧して火炎センサ１０１の電極に印加する。

【0016】

放電数測定部１０３は、単位時間あたりの火炎センサ１０１の放電数を測定（計測）する。放電数測定部１０３は、例えば、０．１秒毎に火炎センサ１０１の放電数を計測し、この計数値を設定されている時間（単位時間）累積することで、単位時間あたりの火炎センサ１０１の放電数とする。

【0017】

火炎センサ１０１を構成する紫外線検出管のアノード電極とカソード電極との間に任意の電圧を印加すると、アノード電極とカソード電極の間で電界が発生する。この状態で、カソード電極に紫外線が衝突すると、カソード電極から２次電子が放出される。

【0018】

放出された２次電子は、電界により加速されてアノード電極の側に飛行するが、このとき、電極間の分子あるいはイオンに衝突し、数多くの電子を発生させる雪崩現象を起こす。雪崩現象により発生した多数の電子は、電界によりアノード電極の方向に進んでアノード電極に到達する。この現象が紫外線検出管における放電である。放電が発生すると、アノード電極とカソード電極間の電圧が低下するとともに電流が発生する。この電流の発生が、紫外線検出管より構成される火炎センサ１０１に接続された放電数測定部１０３で測定（計測）される。

【0019】

発光情報生成部１０４は、放電数測定部１０３が測定した単位時間毎の放電数の合計（累積）を総測定時間で除した値から得られる情報を発光情報とする。例えば、発光情報生成部１０４は、放電数測定部１０３が測定した単位時間毎の放電数の合計を総測定時間で除した値を発光情報とする。また、発光情報生成部１０４は、放電数測定部１０３が測定した単位時間毎の放電数の合計を総測定時間で除する式で示される１次関数のグラフの傾きの数値を発光情報とすることができる。また、発光情報生成部１０４は、放電数測定部１０３が測定した単位時間毎の放電数の合計を総測定時間で除する式で示される１次関数のグラフを発光情報として生成することができる。なお、ここでは、１次関数は、見かけ上１次の（退化している）場合であり、傾きが０の場合も含む。

【0020】

表示部１０５は、上述したように発光情報生成部１０４が生成した発光情報を表示する。発光情報は燃焼量に応じているため、表示部１０５に表示される発光情報の変化を確認することで、燃焼状態の変化をより細かく捉えることができる。この結果、例えば、燃焼装置における細かな異常が検知可能となるなど、バーナの火炎の状態から、燃焼装置の状態を把握できるようになる。

【0021】

例えば、フレーム電圧の立ち上がりが遅れるため、フレーム電圧の変化だけでは、バーナから発する炎の発光情報を判別することができず、燃焼装置における点火動における作着火遅れが判別できない。また、回路の関係上、フレーム電圧は多くのフィルターを介して出力されるので、点火動作時の発光情報がわかりにくい短期間に、フレーム電圧で発光情報の変化を捉えることが困難である。

【0022】

ここで、バーナに供給される燃焼ガスの流速が一定の場合、燃焼ガスと空気との混ざり具合（当量比）と、発光強度（発光情報）とは、図２Ａに示すような関係があるとされている（岸本 健、木名瀬 春樹、「炭化水素火炎の紫外線域発光を利用した火炎診断センサの特性についての研究」、株式会社 山武 委託研究、２００５年３月１５日）。また、これらの関係は、燃焼ガスの流速が変化すると、図２Ｂに示すように変わるとされている。

【0023】

このように、バーナに対する燃焼ガスの供給量が変化し、また、空気比が変化すると、発光強度（発光情報）が変化する。言い換えると、発光情報の変化は、燃焼ガスの供給量や空気比が変化していることを示すものとなる。例えば、燃焼ガスの供給量や空気比が、基準からずれている状態は、これらを制御する制御系や管理する機器に不調などがあることを示している。このような状態が、発光情報の変化に現れる。

【0024】

実施の形態によれば、発光情報の変化が表示部１０５に表示されるので、燃焼装置における、バーナに対する燃焼ガスの供給量や空気比を制御する制御系や管理する機器の不調や異常の予兆などが、把握できるようになる。

【0025】

例えば、バーナに対する燃焼ガスの供給量や空気比を制御するバーナコントローラは、異常発生時にロックアウト停止するため、設備によっては操業停止となる。設備の復旧は緊急を要するが、不着火や断火はバーナ周辺機器の状況が複雑であるため、復帰に時間がかかることが多い。このため、燃焼設備の故障の予兆を容易に判別できるようにすることは、燃焼設備のメンテナンスを効率化し、また異常時の復旧時間を短縮することが可能となる。

【0026】

例えば、燃焼装置では、パイロットバーナとメインバーナとを備え、点火動作から定常念書までの間に、第１期間としてパイロットバーナの点火期間、第２期間としてパイロットバーナのみの着火期間、第３期間としてメインバーナの点火期間があり、この後、第４期間として、定常燃焼期間となる。この中で、パイロットバーナの火炎（パイロット炎）は、第１期間、第２期間、第３期間において、存在し、メインバーナの火炎（メイン炎）は、第３期間、第４期間において存在する。

【0027】

上述した状態を、紫外線検出管の測定によるフレーム電圧の測定結果に当てはめると、図３示すようになる。パイロットバーナの火炎と、メインバーナの火炎とは異なる。このため、パイロットバーナの火炎の紫外線検出管の測定によるフレーム電圧と、メインバーナの火炎の紫外線検出管の測定によるフレーム電圧とは、異なるものとなる。例えば、図３に示されているように、パイロットバーナのみの第１期間、第２期間と、メインバーナのみの第４期間の後半部分とで、フレーム電圧が異なっている。

【0028】

しかしながら、回路の関係上、フレーム電圧は多くのフィルターを介して出力されるので遅れがあるため、メインバーナの点火期間（第３期間）と、メインバーナのみとなる第４期間との切替が、フレーム電圧の変化には現れない。また、図４に示すように、０．１秒毎の放電数の変化を見ても、雑音のように見えて、パイロット炎によるもととメイン炎によるものとの区別が困難である。

【0029】

これらに対し、実施の形態によれば、測定された単位時間毎の放電数の合計を、総測定時間で除した値を発光情報とするので、この変化を確認することで、パイロット炎によるもととメイン炎によるものとの区別が可能となる。例えば、図５に示すように、測定した単位時間毎の放電数の合計を総測定時間で除する式で示される１次関数のグラフで表すと、パイロット炎によるもととメイン炎によるものとがよくわかる。この例では、点火期間は、パイロット炎の出力が支配的（大きい傾き）ということがわかる。また、図５に示すように、ある時点よりグラフの傾きが変化する場合は、この時点で火炎センサに測定される火炎の発光強度が変化したことを意味する。

【0030】

なお、上述した実施の形態に係る発光情報生成部１０４は、図６に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）３０１と主記憶装置３０２と外部記憶装置３０３とネットワーク接続装置３０４となどを備えたコンピュータ機器とすることができる。ネットワーク接続装置３０４は、ネットワーク３０５に接続する。コンピュータ機器の主記憶装置３０２に展開されたプログラムによりＣＰＵ３０１が動作する（プログラムを実行する）ことで、上述した発光情報生成部１０４の機能が実現される。

【0031】

以上に説明したように、本発明によれば、単位時間毎の放電数の合計を総測定時間で除した値から得られる情報を発光情報として表示するので、バーナの火炎の状態から、燃焼装置に発生している異常が特定できるなど、燃焼装置の状態を把握できるようになる。本発明では、放電数の合計を用いるので、全体的にバラツキがなくなり 扱いやすい指標となっており、例えば、グラフ表示では、傾きが発光強度を表しているので、直感的にわかりやすい。表示される発光情報は、初期の燃焼の調整のための指標とすることができ、また、火炎センサの交換時の感度補正の指標とすることができる。

【0032】

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

【符号の説明】

【0033】

１０１…火炎センサ、１０２…印加電圧生成部、１０３…放電数測定部、１０４…発光情報生成部、１０５…表示部、１０６…電源、１３１…火炎。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】