特開 2024-18493 火炎監視装置、及び、火炎監視プログラム

(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】P2024018493

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】火炎監視装置、及び、火炎監視プログラム

(51)【国際特許分類】

   F23N 5/24 20060101AFI20240201BHJP

【ＦＩ】

F23N5/24 106A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022121866

(22)【出願日】2022-07-29

(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】西山 武志

(72)【発明者】

【氏名】奥村 大輔

(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）】

3K003SA01

3K003SB09

3K003SC01

(57)【要約】

【課題】フレーム電圧の監視及びフレーム電流の監視では検出できない断火の予兆を検出する。
【解決手段】火炎監視装置２０は、メインバーナ４２の火炎による火炎検出器４５での放電の頻度を示すフレームレベルＦＬを順次取得する情報取得部２１Ａと、情報取得部２１Ａにより順次取得されたフレームレベルＦＬを監視するフレームレベル監視部２１Ｂと、を備える。フレームレベル監視部２１Ｂは、フレームレベルＦＬが所定の閾値ＦＬｔｈ未満となっている状態が予め定められた所定期間Ｔｔｈ以上フレームレスポンス期間Ｔｆｒ未満の長さ継続する特定期間Ｔの発生を検出することにより火炎の断火の予兆を検出する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バーナの火炎による火炎検出器での放電の頻度を示すフレームレベルを順次取得する情報取得部と、
前記情報取得部により順次取得された前記フレームレベルを監視するフレームレベル監視部と、を備え、
前記フレームレベル監視部は、前記フレームレベルが所定の閾値未満となっている状態が予め定められた第１期間以上第２期間未満の長さ継続する特定期間の発生を検出することにより前記火炎の断火の予兆を検出し、
前記第２期間は、前記火炎の断火が生じたと仮定したときに当該断火が生じてから前記バーナを制御する燃焼システムで前記断火が検出されるまでの期間以下の長さの期間である、
火炎監視装置。

【請求項2】

前記フレームレベル監視部は、前記特定期間の発生を検出したときに前記予兆を検出した旨を報知する処理を行う、
請求項１に記載の火炎監視装置。

【請求項3】

前記フレームレベル監視部は、一定期間当たりの前記特定期間の発生回数が、２回以上の所定回数を超えたときに前記予兆を検出した旨を報知する処理を行う、
請求項２に記載の火炎監視装置。

【請求項4】

前記情報取得部は、前記バーナに供給された燃料流量及び空気流量を順次取得し、
前記フレームレベル監視部は、前記予兆を検出した旨を、前記情報取得部により順次取得された前記燃料流量及び前記空気流量のうち前記特定期間と当該特定期間から遡った一定期間との少なくとも一方での前記燃料流量と前記空気流量との関係を表す流量情報とともに報知する、
請求項２又は３に記載の火炎監視装置。

【請求項5】

前記情報取得部は、前記燃焼システムにおける、前記フレームレベルを少なくとも含む燃焼情報を順次取得し、
前記フレームレベル監視部は、
前記情報取得部により順次取得された前記燃焼情報のうち実際に起こった断火から所定の時間だけ遡った期間内の燃焼情報の変動と断火が生じていないときの前記所定の時間分の燃焼情報の変動とを教師データとして、断火の発生の有無と燃焼情報との関係を学習し、
前記情報取得部により順次取得された前記燃焼情報のうち前記所定の時間分の燃焼情報の変動と、学習した前記関係とに基づいて、断火が発生する可能性を導出し、導出した前記可能性に基づく処理を実行する、
請求項１に記載の火炎監視装置。

【請求項6】

前記フレームレベル監視部は、前記情報取得部により順次取得された前記燃焼情報のうち実際に生じた前記特定期間から前記所定の時間だけ遡った期間内の燃焼情報の変動を前記断火から前記所定の時間だけ遡った期間内の前記燃焼情報の変動として前記関係を学習する、
請求項５に記載の火炎監視装置。

【請求項7】

前記可能性に基づく処理は、前記可能性を報知する処理と、前記可能性が所定値よりも大きい場合にその旨を報知する処理と、前記可能性が前記所定値よりも大きい場合に前記バーナへの燃料の供給を停止する処理と、の少なくとも１つを含む、
請求項５に記載の火炎監視装置。

【請求項8】

コンピュータに、
バーナの火炎による火炎検出器での放電の頻度を示すフレームレベルを順次取得する情報取得ステップと、
前記情報取得ステップにより順次取得された前記フレームレベルを監視するフレームレベル監視ステップと、を備え、
前記フレームレベル監視ステップは、前記フレームレベルが所定の閾値未満となっている状態が予め定められた第１期間以上第２期間未満の長さ継続する特定期間の発生を検出することにより前記火炎の断火の予兆を検出し、
前記第２期間は、前記火炎の断火が生じたと仮定したときに当該断火が生じてから前記バーナを制御する燃焼システムで前記断火が検出されるまでの期間以下の長さの期間である、
火炎監視プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、火炎監視装置、及び、火炎監視プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、燃焼シーケンスを構成する複数のサブシーケンス（特許文献１では、「パイロット点火（トライアル）」、「パイロットオンリー」、「メイン着火」、及び、「メイン安定」）それぞれ毎にバーナの火炎の活発度を示すフレーム電圧又はフレーム電流を監視する技術が開示されている。この技術では、フレーム電圧又はフレーム電流がサブシーケンスごとに定められている所定の範囲からずれている場合に、燃焼装置に不調が生じていること、つまり、断火の予兆を報知する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－６０５７３号公報

【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、上記特許文献１に記載の技術のようなフレーム電圧又はフレーム電流の監視では、種々の断火の予兆のうちの一部の断火の予兆についてしか検出できない。例えば、断火の予兆として考えられる火炎のリフティングは、フレーム電圧又はフレーム電流の監視では検出できない。

【0005】

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、フレーム電圧の監視及びフレーム電流の監視では検出できない断火の予兆を検出す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、本発明に係る火炎監視装置は、バーナの火炎による火炎検出器での放電の頻度を示すフレームレベルを順次取得する情報取得部と、前記情報取得部により順次取得された前記フレームレベルを監視するフレームレベル監視部と、を備え、前記フレームレベル監視部は、前記フレームレベルが所定の閾値未満となっている状態が予め定められた第１期間以上第２期間未満の長さ継続する特定期間の発生を検出することにより前記火炎の断火の予兆を検出し、前記第２期間は、前記火炎の断火が生じたと仮定したときに当該断火が生じてから前記バーナを制御する燃焼システムで前記断火が検出されるまでの期間以下の長さの期間である。

【0007】

一例として、前記フレームレベル監視部は、前記特定期間の発生を検出したときに前記予兆を検出した旨を報知する処理を行う。

【0008】

一例として、前記フレームレベル監視部は、一定期間当たりの前記特定期間の発生回数が、２回以上の所定回数を超えたときに前記予兆を検出した旨を報知する処理を行う。

【0009】

一例として、前記情報取得部は、前記バーナに供給された燃料流量及び空気流量を順次取得し、前記フレームレベル監視部は、前記予兆を検出した旨を、前記情報取得部により順次取得された前記燃料流量及び前記空気流量のうち前記特定期間と当該特定期間から遡った一定期間との少なくとも一方での前記燃料流量と前記空気流量との関係を表す流量情報とともに報知する。

【0010】

一例として、前記情報取得部は、前記燃焼システムにおける、前記フレームレベルを少なくとも含む燃焼情報を順次取得し、前記フレームレベル監視部は、前記情報取得部により順次取得された前記燃焼情報のうち実際に起こった断火から所定の時間だけ遡った期間内の燃焼情報の変動と断火が生じていないときの前記所定の時間分の燃焼情報の変動とを教師データとして、断火の発生の有無と燃焼情報との関係を学習し、前記情報取得部により順次取得された前記燃焼情報のうち前記所定の時間分の燃焼情報の変動と、学習した前記関係とに基づいて、断火が発生する可能性を導出し、導出した前記可能性に基づく処理を実行する。

【0011】

一例として、前記フレームレベル監視部は、前記情報取得部により順次取得された前記燃焼情報のうち実際に生じた前記特定期間から前記所定の時間だけ遡った期間内の燃焼情報の変動を前記断火から前記所定の時間だけ遡った期間内の前記燃焼情報の変動として前記関係を学習する。

【0012】

一例として、前記可能性に基づく処理は、前記可能性を報知する処理と、前記可能性が所定値よりも大きい場合にその旨を報知する処理と、前記可能性が前記所定値よりも大きい場合に前記バーナへの燃料の供給を停止する処理と、の少なくとも１つを含む。

【0013】

本発明に係る火炎監視プログラムは、コンピュータに、バーナの火炎による火炎検出器での放電の頻度を示すフレームレベルを順次取得する情報取得ステップと、前記情報取得ステップにより順次取得された前記フレームレベルを監視するフレームレベル監視ステップと、を備え、前記フレームレベル監視ステップは、前記フレームレベルが所定の閾値未満となっている状態が予め定められた第１期間以上第２期間未満の長さ継続する特定期間の発生を検出することにより前記火炎の断火の予兆を検出し、前記第２期間は、前記火炎の断火が生じたと仮定したときに当該断火が生じてから前記バーナを制御する燃焼システムで前記断火が検出されるまでの期間以下の長さの期間である。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、フレーム電圧の監視及びフレーム電流の監視では検出できない断火の予兆を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る火炎監視装置を有する加熱システムの構成図である。

【図2】図２は、燃焼制御装置で実行される燃焼シーケンスのフローチャートである。

【図3】図３は、フレーム電圧とフレームレベルとの関係を示すグラフである。

【図4】図４は、火炎監視装置のハードウェア構成図である。

【図5】図５は、火炎監視装置の一部構成図である。

【図6】図６は、火炎監視処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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。

【0017】

（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監視装置２０は、燃焼システム１０に使用される。火炎監視装置２０は、燃焼システム１０の燃焼装置３０が燃料ガスを燃焼したときのメインバーナ４２の火炎の後述のフレームレベルＦＬを監視し、燃焼装置３０の設備の劣化などによる断火の予兆を検出及び報知するように構成されている。この実施の形態で検出する断火の予兆は、火炎のリフティング及びフラシュバックを含む。

【0018】

燃焼システム１０は、火炎監視装置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７１と、燃焼制御装置７１に各種指示を行う温調計７５と、を備えている。以下、燃焼装置３０、燃焼制御装置７１、及び、温調計７５を先に説明してから火炎監視装置２０について説明する。

【0019】

燃焼装置３０は、燃焼設備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、開度センサＭＳと、を備えている。

【0020】

燃焼設備４０は、燃焼室Ｒ内で燃料ガスを燃焼させる。燃焼設備４０は、燃焼室Ｒを形成している燃焼炉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、燃料を燃焼させてメインバーナ４２を着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。

【0021】

燃焼設備４０は、さらに、メインバーナ４２及びパイロットバーナ４３の火炎を検出する火炎検出器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。火炎検出器４５は、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（例えば紫外線）を検出することで火炎を検出する。

【0022】

燃料供給系統５０は、外部からの燃料ガスを燃焼設備４０に供給する。燃料供給系統５０は、燃焼設備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。

【0023】

燃料供給系統５０は、さらに、第１流路５１Ｂに設けられたメインバルブ５４Ａ及び５４Ｂと、第２流路５１Ｃに設けられたパイロットバルブ５４Ｃ及び５４Ｄと、を備える。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と、第１流路５１Ｂを流れる、つまり、メインバーナ４２に供給される燃料流量を検出する燃料流量計５６と、をさらに備える。

【0024】

空気供給系統６０は、燃焼設備４０に空気を供給する。空気供給系統６０は、燃焼設備４０のメインバーナ４２に空気を供給する空気流路６１と、空気流路６１に空気を流すブロワ６２と、を備えている。空気供給系統６０は、空気流路６１に設けられた空気流量調整用のダンパ６５と、空気流路６１を流れる、つまり、メインバーナ４２に供給される空気流量を検出する空気流量計６６と、をさらに備える。

【0025】

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により動作して、燃料流路５１（第１流路５１Ｂ）及び空気流路６１の開度を制御する。ダンパ５５及び６５は、リンケージ機構により連動して動作する。これにより、ダンパ５５及び６５の各開度が連動する。ダンパ５５及び６５は、他の構成により連動するように構成されてもよい。例えば、ダンパ６５を、空気供給系統６０の空気流路６１の空気の圧力が導入される均圧弁としてもよい。均圧弁であるダンパ６５は、空気流路６１の空気の圧力と燃料流路５１の第１流路５１Ｂの燃料の圧力とが均一になるように動作する。

【0026】

ダンパ５５及び６５の開度は、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を維持するように連動する。ダンパ５５及び６５の各開度によって、メインバーナ４２に供給される燃料量及び空気量が調整され、これにより、各バーナの火炎の活発度、より具体的には、火炎の強さが調整され、その結果、燃焼室Ｒないし燃焼室Ｒ内に配置されるワークを加熱する加熱温度が制御される。

【0027】

制御モータＭには、回転軸の回転角度などを検出することでダンパ５５及び６５の開度を検出する開度センサＭＳが設けられる。開度センサＭＳが検出する開度は、ダンパ５５及び６５の開度を制御するために制御モータＭをフィードバック制御する際のフィードバック値として使用される。

【0028】

燃焼制御装置７１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を含んで構成される。燃焼制御装置７１は、コンピュータを構成するＣＰＵ（Central Processing Unit）などの他、後述の動作を実現可能な各種の回路（アナログ回路など）を備えてもよい。燃焼制御装置７１は、バーナコントローラとも呼ばれる。

【0029】

燃焼制御装置７１は、燃焼室Ｒ内を加熱するため、予め定められた図２の燃焼シーケンスに従って燃焼装置３０を制御する。燃焼シーケンス開始時、燃料供給系統５０のバルブ５４Ａ～５４Ｄは閉じられているものとする。

【0030】

燃焼制御装置７１は、プレバージ（ステップＳ１）において、制御モータＭを駆動し、ダンパ６５を高開度位置に制御するとともに、空気供給系統６０のブロワ６２を動作させる。これにより、メインバーナ４２を介して燃焼室Ｒ内に新鮮な空気が送風される。

【0031】

燃焼制御装置７１は、プレバージのあと、パイロット点火（ステップＳ２）を実行する。パイロット点火において、燃焼制御装置７１は、まずダンパ５５及び６５を低開度位置に制御する。その後、燃焼制御装置７１は、燃料供給系統５０のパイロットバルブ５４Ｃ及び５４Ｄを開状態に制御してパイロットバーナ４３への燃料供給を開始するとともに、点火装置４４を動作させて点火スパークを発生させる。これにより、パイロットバーナ４３が点火する。燃焼制御装置７１は、火炎検出器４５によりパイロットバーナ４３の点火を検出すると、パイロットオンリー（ステップＳ３）を実行する。パイロットオンリーにおいて、燃焼制御装置７１は、所定期間待機することでパイロットバーナ４３の火炎を安定させる。

【0032】

パイロットオンリーのあと、燃焼制御装置７１は、燃料供給系統５０のメインバルブ５４Ａ及び５４Ｂを開状態に制御してメインバーナ４２への燃料供給を開始するメイン着火（ステップＳ４）を実行する。これにより、パイロットバーナ４３の火炎を種火としてメインバーナ４２が着火する。燃焼制御装置７１は、メインバルブ５４Ａ及び５４Ｂを開状態としてから一定期間経過後、メイン着火を終了したとしてメイン安定（ステップＳ５）を実行する。メイン安定では、燃料供給系統５０のパイロットバルブ５４Ｃ及び５４Ｄが閉じられ、パイロットバーナ４３の火炎が消される。さらに、メイン安定では、メインバーナ４２の火炎を安定させるための待機も行われる。

【0033】

燃焼制御装置７１は、メイン安定のあと、定常燃焼（ステップＳ６）に移行する。燃焼室Ｒ内は、メインバーナ４２の定常燃焼により加熱される。燃焼制御装置７１は、定常燃焼において、ダンパ５５及び６５の開度を制御モータＭを介して制御することで、メインバーナ４２への空気及び燃料の流量を制御し、これにより、メインバーナ４２の火力つまり火炎の活発度を制御する。燃焼制御装置７１は、定常燃焼終了のタイミングにおいて、燃料供給系統５０のメインバルブ５４Ａ及び５４Ｂを閉じ、メインバーナ４２の火炎を消す。定常燃焼後にポストバージが行われてもよい。

【0034】

図１に戻り、温調計７５は、燃焼シーケンスの開始、及び、定常燃焼の終了（燃焼シーケンスの終了タイミング）を燃焼制御装置７１に対して指示する。さらに、温調計７５は、温度センサ４６が検出した温度をフィードバック値として、燃焼室Ｒ内の温度が目標温度となるよう燃焼制御装置７１に対して指示を行う。温調計７５は、定常燃焼での燃料及び空気の各流量などを、フィードバック値と目標温度との関係で指示する。温調計７５は、燃料及び空気の各流量を指示する際、当該各流量を目標値として燃焼制御装置７１に供給する。燃焼制御装置７１は、供給された目標値から目標開度を導出し、各ダンパ５５及び６５の開度が目標開度となるよう、開度センサＭＳからの開度をフィードバック値としたフィードバック制御を制御モータＭに対して行う。燃焼制御装置７１は、流量計５６及び６６によりそれぞれ検出されるメインバーナ４２への燃料量及び空気量をフィードバック値としたフィーバック制御により目標開度を制御してもよい。

【0035】

燃焼設備４０に含まれる火炎検出器４５は、火炎から放出される電磁波（例えば、紫外線）を受けたときに放電する放電管（例えば、紫外線チューブ）を有する。放電により発生する放電電流は燃焼制御装置７１に入力される。

【0036】

燃焼制御装置７１は、火炎検出器４５からの放電電流が流れる抵抗の両端の電位差などを積分して火炎の活発度を表すフレーム電圧ＦＶ（フレーム電流でもよい。以下同じ）を生成する。この積分は、例えば、積分回路により行われる。フレーム電圧ＦＶは、０Ｖ～５Ｖの間で変化する電圧値を有する。上記燃焼シーケンスなどにおいて、燃焼制御装置７１は、フレーム電圧ＦＶを監視する。燃焼制御装置７１は、フレーム電圧ＦＶが予め定められた閾値ＦＶｔｈ以上となったときに、火炎の存在（着火乃至点火）を検出する。燃焼制御装置７１は、フレーム電圧ＦＶが閾値ＦＶｔｈ未満となったときに、火炎の消炎を検出する。消炎とは、火炎が消されたことを意味する。消炎には、メインバルブ５４Ａ及び５４Ｂを閉じることによる消火、及び、メインバルブ５４Ａ及び５４Ｂが開いたまま意図せず火炎が消える断火が含まれる。

【0037】

燃焼制御装置７１は、燃焼シーケンスのメイン安定、定常燃焼などのサブシーケンスにおいて、フレーム電圧ＦＶが閾値ＦＶｔｈ未満となって消炎（つまり断火）を検出したときに、メインバルブ５４Ａ及び５４Ｂにバルブを閉じる閉信号を供給する。これにより、燃料ガスの供給がストップする。火炎の存在の検出と、消炎の検出とで閾値は異なってもよい。

【0038】

さらに、燃焼制御装置７１は、前記の電位差などに基づいて放電を示す放電パルス信号（例えば電圧信号）を生成する。燃焼制御装置７１は、放電パルス信号から火炎検出器４５の放電管の放電の頻度を示す数値であるフレームレベルＦＬを生成する。具体的に、燃焼制御装置７１は、放電パルス信号に基づいて一定時間（例えば、０．１秒）当たりの放電パルスの数つまり放電回数Ｎをカウントする。燃焼制御装置７１は、カウントした放電回数Ｎに基づきフレームレベルＦＬを導出する。フレームレベルＦＬの導出方法は任意であるが、ここでは下記式（１）により導出されるものとする。式中、Ｎｍａｘは、前記の一定時間当たりの最大放電回数である。
ＦＬ＝（Ｎ／Ｎｍａｘ）＊１００・・・（１）

【0039】

フレームレベルＦＬは、燃焼制御装置７１から火炎監視装置２０に供給され、火炎監視装置２０により監視される。フレームレベルＦＬは、ここでは１００分率で表されるが、Ｎ／Ｎｍａｘ、又は、Ｎのみで表されてもよい。

【0040】

フレーム電圧ＦＶ、フレームレベルＦＬは、いずれも火炎の活発度（ここでは強度）を示す数値である。図３に、メインバーナ４２を着火してから火炎が断火するまでのフレーム電圧ＦＶ及びフレームレベルＦＬの時間変化を示す。理解の容易のため、図３では、メインバーナ４２がパイロットバーナ４３の火炎を種火とせず単独で着火されたときの模式図としている。

【0041】

図３に示すように、フレーム電圧ＦＶは、連続値として導出され、フレームレベルＦＬは、上記一定期間ごとの離散値として導出される。フレーム電圧ＦＶは、上記積分により得られる値であるため、フレームレベルＦＬよりも、火炎の変化（紫外線量ないし放電電流の変化）に対する応答性が緩慢である。これによって、火炎検出器４５への電磁波の入射が一時的に途絶える火炎のリフティング又はフラッシュバックなどが生じても（例えば、タイミングＴ３－Ｔ４の期間参照）、フレーム電圧ＦＶは、消炎の判断基準となる閾値ＦＶｔｈを下回らない。このように、フレーム電圧ＦＶは、上記リフティングなどを消炎と誤検出しないように生成される。換言すると、フレーム電圧ＦＶでは、上記リフティングなどを検出できない。

【0042】

フレームレベルＦＬが閾値ＦＬｔｈ未満となった第１タイミングから、フレーム電圧ＦＶが消炎（主に断火）を検出するための閾値ＦＶｔｈ未満となる第２タイミングまでの期間を、フレームレスポンス期間Ｔｆｒともいう。第１タイミングは、実際に断火が生じたタイミングともいえる。第２タイミングは、燃焼制御装置７１により断火が検出されたタイミングともいえる。このようなことから、フレームレスポンス期間Ｔｆｒは、火炎の断火が生じたと仮定したときに当該断火が生じてからメインバーナ４２を制御する燃焼システム１０で当該断火が検出されるまでのレスポンス期間ともいえる。フレームレスポンス期間Ｔｆｒは、フレーム電圧ＦＶを導出する積分回路の時定数などにより調整され、既知の値として設定される。上述のように断火の検出により、メインバルブ５４Ａ及び５４Ｂには閉信号を供給され、バルブの閉動作が開始される。従って、断火の検出タイミングは、メインバーナ４２への燃料の供給停止の開始タイミングともいえる。

【0043】

フレームレベルＦＬは、紫外線量（つまり放電電流）の変化に敏感である。このため、フレームレベルＦＬに対して所定の閾値ＦＬｔｈを設定することで、火炎検出器４５への電磁波の入射が一時的に途絶える火炎のリフティング及びフラッシュバックなどが検出可能となる（詳細は後述）。図３では、フレームレスポンス期間Ｔｆｒ未満の長さのタイミングＴ３－Ｔ４の期間でフレームレベルＦＬが閾値ＦＬｔｈ未満となっており、この期間に、上記リフティングなどが生じた可能性がある。フレームレスポンス期間Ｔｆｒ未満でフレームレベルＦＬが閾値ＦＬｔｈ未満となる期間では、断火は検出されず、メインバルブ５４Ａ及び５４Ｂは閉状態とならない。

【0044】

図１の火炎監視装置２０は、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。火炎監視装置２０は、図４に示すように、ＣＰＵ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２１により実行される火炎監視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は、下記の処理で使用される各種データなども記憶する。火炎監視装置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７１及び温調計７５と通信を行うための通信モジュール２６と、を備える。

【0045】

この実施の形態では、プロセッサ２１は、記憶装置２３に記憶された火炎監視プログラムを実行することにより、図５に示す、情報取得部２１Ａ、及び、フレームレベル監視部２１Ｂとして機能する。

【0046】

情報取得部２１Ａは、通信モジュール２６を介して燃焼制御装置７１からのフレームレベルＦＬを順次取得するように構成されている。フレームレベルＦＬは、ＲＡＭ２２又は記憶装置２３に時系列順に記録されてもよい。

【0047】

フレームレベル監視部２１Ｂは、情報取得部２１Ａにより取得されたフレームレベルＦＬを監視することで火炎の断火の予兆を検出及び報知するように構成されている。

【0048】

フレームレベル監視部２１Ｂは、フレームレベルＦＬが閾値ＦＬｔｈ未満の状態が、所定期間Ｔｔｈ（例えば、２秒）以上、かつ、フレームレスポンス期間Ｔｆｒ未満の長さ継続する特定期間Ｔが発生したかを監視する。当該監視により特定期間Ｔの発生がフレームレベル監視部２１Ｂにより検出される。特定期間Ｔの発生が検出されたときは、火炎を表す電磁波の検出信号（放電電流）が一旦途絶えて復帰しており、断火とはならない火炎のリフティング又はフラッシュバックなどが生じたと考えられる。所定期間Ｔｔｈの長さは、前記リフティングなどの検出のための期間として設定される。

【0049】

火炎のリフティング及びフラッシュバックなどは、リンケージ機構の不具合、空気又は燃料ガスの流路の破損または詰まりなどによる空燃比のずれなどに起因して生じるので、断火の予兆といえる。従って、フレームレベル監視部２１Ｂは、特定期間Ｔの発生を検出することで、火炎のリフティング及びフラッシュバックなどつまり断火の予兆を検出したことになる。ここで、これら断火の予兆は、上述のようにフレーム電圧ＦＶ（又はフレーム電流）の監視では検出できない。従って、フレームレベル監視部２１Ｂにより、フレーム電圧ＦＶ（又はフレーム電流）の監視では検出できない断火の予兆が検出可能となる。

【0050】

フレームレベル監視部２１Ｂは、例えば、図６に示す火炎監視処理を実行する。火炎監視処理は、燃焼シーケンスにおけるメイン安定及び定常燃焼において、フレームレベルＦＬが情報取得部２１Ａにより取得されるたびに実行される。メイン安定及び定常燃焼の開始及び終了は、燃焼制御装置７１から通知されるものとする。

【0051】

フレームレベル監視部２１Ｂは、今回取得されたフレームレベルＦＬが閾値ＦＬｔｈ（例えば、５％）未満であるかを判別する（ステップＳ１１）。フレームレベル監視部２１Ｂは、フレームレベルＦＬが閾値ＦＬｔｈ未満の場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、ＲＡＭ２２に設けられた、フレームレベルＦＬが閾値ＦＬｔｈ未満の状態の継続期間Ｔｋを計測する計測タイマのタイマ値を＋１して（ステップＳ１２）、火炎監視処理を終了する。

【0052】

フレームレベル監視部２１Ｂは、フレームレベルＦＬが閾値ＦＬｔｈ以上の場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）、計測タイマのタイマ値が示す継続期間Ｔｋが、所定期間Ｔｔｈ以上であるかを判別する（ステップＳ１３）。この判別結果が否定の場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、継続期間Ｔｋが所定期間Ｔｔｈ未満で断火の予兆が発生していないことになり、特定期間Ｔが発生していないことになる。この場合、フレームレベル監視部２１Ｂは、計測タイマのタイマ値を０にリセットし（ステップＳ１４）、火炎監視処理を終了する。

【0053】

継続期間Ｔｋがフレームレスポンス期間Ｔｆｒに達した場合、断火が生じていることになる。この場合は、燃焼制御装置７１において、メインバルブ５４Ａ及び５４Ｂを閉じる処理などが実行され、燃焼シーケンスが強制終了される。燃焼制御装置７１は、強制終了の旨をフレームレベル監視部２１Ｂに通知する。この場合、フレームレベル監視部２１Ｂは、計測タイマのタイマ値をリセットする。このように、計測タイマのタイマ値が示す継続期間Ｔｋは、フレームレスポンス期間Ｔｆｒを超えないようになっている。このため、計測タイマのタイマ値が示す継続期間Ｔｋが所定期間Ｔｔｈ以上となれば、必然的にフレームレスポンス期間Ｔｆｒ未満にもなる。

【0054】

フレームレベル監視部２１Ｂは、継続期間Ｔｋが、所定期間Ｔｔｈ以上であるとき（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、上述のように、フレームレスポンス期間Ｔｆｒ未満も成り立つので、特定期間Ｔの発生つまり断火の予兆を検出したとして、その旨を記録する（ステップＳ１５）。さらに、フレームレベル監視部２１Ｂは、記録した記録内容に基づいて、断火の予兆を検出した旨を燃焼システム１０のユーザに報知する報知処理を実行し（ステップＳ１６）、計測タイマをリセットする（ステップＳ１７）。

【0055】

フレームレベル監視部２１Ｂは、ステップＳ１５において、ＲＡＭ２２に設けられた予兆フラグをオンする。フレームレベル監視部２１Ｂは、ステップＳ１６において、予兆フラグがオンとなっていたときに、断火の予兆を検出した旨の所定のメッセージ（「断火の予兆（リフティング又はフラッシュバック）を検出しました、空燃比などを点検してください。」など）をディスプレイ２４に表示する。

【0056】

フレームレベル監視部２１Ｂは、ステップＳ１５において、ＲＡＭ２２に設けられた予兆の発生回数をカウントするためのカウンタを＋１としてもよい。フレームレベル監視部２１Ｂは、ステップＳ１６において、前記カウンタの値が所定値以上であるときに、断火の予兆を検出した旨の所定のメッセージをディスプレイ２４に表示してもよい。所定値は、１回でも、複数回でもよい。所定値が複数の場合、カウンタの値は、定期的（例えば、１日ごと、又は、１週間ごと）に、リセットされてもよい。これにより、一定期間あたりの特定期間Ｔの発生回数つまり予兆の発生回数が２回以上の所定値以上となったときに、断火の予兆を検出した旨が表示される。表示される前記旨は、断火の可能性が高い旨のメッセージを含んでもよい。

【0057】

以上のように、この実施の形態では、情報取得部２１Ａが、メインバーナ４２の火炎による火炎検出器４５での放電の頻度を示すフレームレベルＦＬを順次取得する。さらに、フレームレベル監視部２１Ｂは、順次取得されたフレームレベルＦＬを監視する。特に、フレームレベル監視部２１Ｂは、フレームレベルＦＬが所定の閾値ＦＬｔｈ未満となっている状態が、予め定められた所定期間Ｔｔｈ以上、かつ、フレームレスポンス期間Ｔｆｒ未満の長さ継続した特定期間Ｔの発生を検出することで、火炎のリフティング又はフラッシュバックなどといった断火の予兆を検出する。これにより、フレーム電圧ＦＶ又はフレーム電流の監視では報知できない断火の予兆が検出される。

【0058】

さらに、フレームレベル監視部２１Ｂは、特定期間Ｔの発生を検出したときに、火炎の断火の予兆を検出した旨を報知する処理を行う。これにより、ユーザが断火の予兆を把握できる。これにより、ユーザは、燃焼装置３０を点検及び補修することができ、その結果、断火の発生が防止される。

【0059】

フレームレベル監視部２１Ｂは、上述のように、一定期間当たりの特定期間Ｔの発生回数が、２回以上の所定回数を超えたときに断火の予兆を検出した旨を報知する処理を行うとよい。これにより、リフティング、フラッシュバックなどの頻度が多くなってきたとき、つまり、断火の可能性が高くなってきたときに、断火の予兆を検出した旨を報知できる。

【0060】

（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。

【0061】

（変形例１）
情報取得部２１Ａは、データコレクタなどとして機能し、さらに、メインバーナ４２に供給された燃料流量及び空気流量を順次取得してもよい。情報取得部２１Ａは、燃焼制御装置７１と通信し、流量計５６及び６６によりそれぞれ検出されたメインバーナ４２への燃料流量及び空気流量を定期的に取得し、記憶装置２３に時系列順に格納する。燃料流量及び空気流量は、開度センサＭＳが検出した弁開度、又は、制御モータＭに入力する操作量などにより表されてもよい。

【0062】

フレームレベル監視部２１Ｂは、上記予兆を検出した旨を表示する際、情報取得部２１Ａにより取得され記憶装置２３に格納された燃料流量及び空気流量のうち、特定期間Ｔと当該特定期間Ｔから遡った一定期間との少なくとも一方での燃料流量と空気流量とを取得してもよい。フレームレベル監視部２１Ｂは、取得した燃料流量と空気流量との関係を表す流量情報を上記の予兆を検出した旨とともにディスプレイ２４に表示してもよい。流量情報は、例えば、燃料流量の変動と空気流量の変動とを表すグラフ、あるタイミングでの燃料流量と空気流量との比、燃料流量と空気流量との比の変動、及び、燃料流量及び空気流量そのもの、のいずれかを含む。このような構成により、断火の予兆が発生したときに、燃料流量と空気流量とのどちらに問題があるか、又は、空燃比などがどの程度ズレているかなどをユーザに把握させることができる。

【0063】

（変形例２）
情報取得部２１Ａは、上記データコレクタのように機能して、燃焼システム３０における、フレームレベルＦＬを少なくとも含む燃焼情報を順次取得するようにしてもよい。燃焼情報は、フレームレベルＦＬの他、バーナの火炎の状態に応じて変動し得る一又は複数の物理量を含んでもよい。物理量としては、空気流量、燃料流量、燃焼量設定値、空気燃料混合ガスの空気比などがあげられる。燃焼情報は、フレームレベルＦＬのみからなってもよい。前記の空気燃料混合ガスの空気比は、空気流量及び燃料流量に基づいて算出される。燃焼量設定値は、例えば、温調計７５が燃焼制御装置７１に対して行う前記指示に含まれる、定常燃焼での燃料及び空気の各流量などからなる。

【0064】

フレームレベル監視部２１Ｂは、情報取得部２１Ａにより順次取得された燃焼情報（特に、フレームレベルＦＬ）のうち、実際に生じた断火から所定の時間（例えば、１０分）だけ遡った期間内の燃焼情報の変動と、断火が生じていないときの前記所定の時間分の燃焼情報の変動とを教師データとして、断火の発生の有無と燃焼情報の変動との関係を学習してもよい。

【0065】

例えば、情報取得部２１Ａは、取得した燃焼情報を時系列順に、取得時刻とともに記憶装置２３に記録していく。フレームレベル監視部２１Ｂは、断火が生じたときの時刻を燃焼制御装置７１から取得し、取得した時刻に基づいて、断火から所定の時間だけ遡った期間内の燃焼情報を、正解を断火とする教師データとして取得する。さらに、フレームレベル監視部２１Ｂは、断火が生じていないとき（さらには断火の予兆も生じていないとき）の任意の期間（ユーザによって指定されてもよい）の燃焼情報を、正解を非断火とする教師データとして取得する。フレームレベル監視部２１Ｂは、これら教師データに基づいて、任意の学習法での機械学習を行い、断火の発生の有無とフレームレベルの変動との関係を学習する。学習法は、例えば、サポートベクタマシン、ランダムフォレストなどの学習法が用いられる。前記の関係は、フレームレベルＦＬが低レベルのときが何秒継続すると断火が発生する可能性が高いか、当該低レベルの頻度がどの程度になると断火が発生する高いかなどの情報を含んでもよい。前記の関係は、サポートベクタマシン、ランダムフォレストなどの、入力された燃焼情報の変動を断火と非断火とのうちのいずれかにラベリングするモデルであればよい。

【0066】

フレームレベル監視部２１Ｂは、情報取得部２１Ａにより順次取得された燃焼情報のうち所定の時間分の燃焼情報の変動と、学習した前記の関係とに基づいて、将来に断火が発生する可能性を導出してもよい。さらに、フレームレベル監視部２１Ｂは、導出した前記可能性に基づく処理を実行してもよい。

【0067】

フレームレベル監視部２１Ｂは、所定の時間分の燃焼情報の変動を、前記関係により、断火と非断火とのうちのいずれかにラベリングする。このとき、フレームレベル監視部２１Ｂは、このラベリングにより、断火が発生する可能性（例えば、断火が発生する４５パーセントなど）を導出する。

【0068】

以上のような構成により、フレーム電圧ＦＶ又はフレーム電流では把握できない現象（リフティングなど）を予兆とする断火の発生の可能性を得ることができる。

【0069】

フレームレベル監視部２１Ｂは、前記の処理として、前記可能性をディスプレイ２４に表示する処理を行ってもよい。当該処理に代えて又は加えて、フレームレベル監視部２１Ｂは、前記の処理として、前記可能性が所定値よりも大きい場合にディスプレイ２４に表示することで、断火の可能性が高いことを報知する処理を行ってもよい。これら処理に代えて又は加えて、フレームレベル監視部２１Ｂは、前記の処理として、前記可能性が前記所定値よりも大きい場合にメインバーナ４２への燃料の供給を停止する処理を行ってもよい。メインバーナ４２への燃料の供給を停止する処理は、燃焼制御装置７１に対して、メインバーナ４２への燃料の供給の指示を行う処理を含む。これらにより、近い将来の断火の可能性を燃焼システム１０のユーザに報知したり、断火の可能性が高いときに燃焼シーケンスの停止により実際の断火を防止したりできる。

【0070】

断火は滅多に生じないので、正解を断火とする教師データは、通常少ない。そこで、フレームレベル監視部２１Ｂは、情報取得部２１Ａにより順次取得された燃焼情報のうち実際に生じた特定期間Ｔから所定の時間だけ遡った期間内の燃焼情報の変動を、前記正解を断火とする教師データとして、前記学習を行ってもよい。これにより、教師データの不足を解消することができる。また、より多くの教師データを得るため、情報取得部２１Ａは、他の燃焼システム（特に、上記燃焼装置３０と同じ型の燃焼装置を有する燃焼システム）などからも、燃焼情報を断火及び特定期間Ｔの各発生情報などともに収集してもよく、フレームレベル監視部２１Ｂは、他の燃焼システムから取得された燃焼情報も教師データとして使用してもよい。

【0071】

なお、この変形例において、火炎の断火の予兆が検出されなくてもよい。つまり、火炎監視装置２０は、バーナの火炎による火炎検出器での放電の頻度を示すフレームレベルを少なくとも含む燃焼情報を順次取得する情報取得部と、前記情報取得部により順次取得された前記燃焼情報を監視する監視部と、を備え、前記監視部は、前記情報取得部により順次取得された前記燃焼情報のうち実際に起こった断火から所定の時間だけ遡った期間内の燃焼情報の変動と断火が生じていないときの前記所定の時間分の燃焼情報の変動とを教師データとして、断火の発生の有無と燃焼情報の変動との関係を学習し、前記情報取得部により順次取得された前記燃焼情報のうち前記所定の時間分の燃焼情報の変動と、学習した前記関係とに基づいて、断火が発生する可能性を導出し、導出した前記可能性に基づく処理を実行する、火炎監視装置２０であってもよい。

【0072】

（変形例３）
特定期間Ｔの上限は、上記では、フレームレスポンス期間Ｔｆｒとしているが、これを、フレームレスポンス期間Ｔｆｒよりも短い期間としてもよい。この場合、図６のステップＳ１３において、フレームレベル監視部２１Ａは、継続期間Ｔｋが、所定期間Ｔｔｈ以上、前記短い期間未満の範囲内であるかを判別してもよい。

【0073】

（変形例４）
燃焼システム１０の構成は任意である。例えば、フレームレベル監視部２１Ｂは、予兆を検出した旨、断火が発生する可能性などを、ディスプレイ２４に代えて又は加えて、火炎監視装置２０外部の表示装置、例えば、燃焼システム１０のユーザの端末などに表示してもよい。このようにして、予兆を検出した旨、断火が発生する可能性などは、ユーザに報知されればよい。ユーザの報知は、音声出力などであってもよい。フレームレベル監視部２１Ｂは、予兆を検出した旨、断火が発生する可能性などを外部装置に出力するのみであってもよい。

【0074】

火炎監視装置２０のハードウェア構成も任意である。火炎監視装置２０は、燃焼制御装置７１及び温調計７５と他の外部機器とを接続するゲートウェイとして構成されてもよい。情報取得部２１Ａ及びフレームレベル監視部２１Ｂの少なくとも一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、及び、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの各種の論理回路から構成されてもよい。各部２１Ａ及び２１Ｂのうちの少なくとも一部は、燃焼制御装置７１又は温調計７５が備えてもよい。情報取得部２１Ａは、火炎検出器４５からの放電電流を取得し、取得した放電電流に基づいてフレーム電圧ＦＶ及びフレームレベルＦＬを導出することで、これらを取得してもよい。火炎監視装置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。サーバコンピュータ、クラウドコンピュータとしての火炎監視装置２０は、情報取得部が、同じ型の燃焼装置を有する複数の燃焼システムのそれぞれにおける上記の燃焼情報（変形例２参照）を断火などの発生情報とともに収集し、監視部が、収集された燃焼情報に基づく上記教師データに基づいて上記機械学習（変形例２参照）を行うとよい。これにより、多数の教師データで機械学習が行われ、学習精度が良くなる。

【0075】

火炎監視装置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。火炎監視プログラムは、上記記憶装置２３など、コンピュータが読み取り可能な非一時的な記憶媒体に記録されればよい。上記状態値、燃焼情報などは、揮発性の記憶装置であるＲＡＭなどの他の記憶部に一定期間のみ記録されてもよい。

【0076】

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、を用意してもよい。

【0077】

（変形例５）
フレームレベルＦＬのもととなる放電回数Ｎをカウントする期間は、０．１秒と１秒など複数種の期間が用意されてもよい。この場合、複数種の期間それぞれについて、フレームレベルＦＬが導出され、個別にフレームレベル監視部２１Ｂにより監視されてもよい。例えば、放電回数Ｎをカウントする期間を０．１秒とする第１フレームレベルと、当該期間を１秒とする第２フレームレベルと、が導出及び監視されてもよい。この場合、フレームレベルの種類ごとに、異なる所定期間Ｔｔｈが設定されてもよい。これにより、フレームレベルの細やかな監視が可能となる。

【0078】

（変形例６）
燃料ガスに替えて、液体燃料、気液混合燃料などの他の燃料が使用されてもよい。

【0079】

（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】

【0080】

１０…燃焼システム、２０…火炎監視装置、２１…プロセッサ、２１Ａ…情報取得部、２１Ｂ…フレームレベル監視部、２３…記憶装置、２４…ディスプレイ、２５…操作装置、２６…通信モジュール、３０…燃焼装置、４０…燃焼機器、４１…燃焼炉、４２…メインバーナ、４３…パイロットバーナ、４４…点火装置（イグナイター）、４４…点火装置、４５…火炎検出器、４６…温度センサ、５０…燃料供給系統、５４Ａ，５４Ｂ…メインバルブ、５４Ｃ，５４Ｄ…パイロットバルブ、５５…ダンパ、５６…燃料流量計、６０…空気供給系統、６５…ダンパ、６６…空気流量計、７１…燃焼制御装置、７５…温調計、Ｍ…制御モータ、ＭＳ…開度センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】