特許 7067875 火炎検出システム及び劣化指標算出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-06

(45)【発行日】2022-05-16

(54)【発明の名称】火炎検出システム及び劣化指標算出装置

(51)【国際特許分類】

   G01J 1/42 20060101AFI20220509BHJP

   G01J 1/44 20060101ALI20220509BHJP

【ＦＩ】

G01J1/42 C

G01J1/44 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2017111565

(22)【出願日】2017-06-06

(65)【公開番号】P2018205162

(43)【公開日】2018-12-27

【審査請求日】2020-03-11

(73)【特許権者】

【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】森 雷太

【審査官】越柴 洋哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－２１８００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３４５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７１５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２４１２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２８１０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０２４７８８３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｊ １／００ － Ｇ０１Ｊ １／６０

Ｇ０８Ｂ １７／００ － Ｇ０８Ｂ １７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の電極を有し、火炎から生じる光を検出するように構成された火炎センサと、
パルス状の電圧を周期的に生成し前記火炎センサの前記一対の電極間に駆動パルスとして印加するように構成された印加電圧生成部と、
前記火炎センサに流れる電流を検出するように構成された電流検出部と、
前記火炎センサの前記一対の電極間に前記印加電圧生成部によって生成された前記駆動パルスを印加したときに前記電流検出部によって検出された電流から前記火炎センサの前記一対の電極の間で放電が発生したと判定される放電回数を計数するように構成された放電回数計数部と、
前記印加電圧生成部によって前記火炎センサの前記一対の電極間に印加された前記駆動パルスのパルス数と、この駆動パルスを前記火炎センサの前記一対の電極間に加えたときに前記放電回数計数部によって計数された放電回数とに基づいて、前記火炎センサの前記一対の電極間で発生する現在の放電確率を算出するように構成された放電確率算出部と、
前記放電確率算出部によって算出された現在の放電確率に基づいて前記火炎センサの現在の劣化の状態を示す劣化指標を算出するように構成された劣化指標算出部とを備え、
前記劣化指標算出部は、
前記火炎センサの前記一対の電極間で発生する放電確率の初期値を記憶する放電確率初期値記憶部と、
前記火炎センサの前記一対の電極間で発生する放電確率の許容限界値を記憶する放電確率許容限界値記憶部と、
前記放電確率初期値記憶部に記憶されている前記放電確率の初期値と，前記放電確率許容限界値記憶部に記憶されている前記放電確率の許容限界値と，前記放電確率算出部によって算出された現在の放電確率とに基づいて、前記劣化指標として前記火炎センサの劣化進度を算出するように構成された劣化進度算出部とを備える
ことを特徴とする火炎検出システム。

【請求項2】

一対の電極を有し、火炎から生じる光を検出するように構成された火炎センサと、
パルス状の電圧を周期的に生成し前記火炎センサの前記一対の電極間に駆動パルスとして印加するように構成された印加電圧生成部と、
前記火炎センサに流れる電流を検出するように構成された電流検出部と、
前記火炎センサの前記一対の電極間に前記印加電圧生成部によって生成された前記駆動パルスを印加したときに前記電流検出部によって検出された電流から前記火炎センサの前記一対の電極の間で放電が発生したと判定される放電回数を計数するように構成された放電回数計数部と、
前記印加電圧生成部によって前記火炎センサの前記一対の電極間に印加された前記駆動パルスのパルス数と、この駆動パルスを前記火炎センサの前記一対の電極間に加えたときに前記放電回数計数部によって計数された放電回数とに基づいて、前記火炎センサの前記一対の電極間で発生する現在の放電確率を算出するように構成された放電確率算出部と、
前記放電確率算出部によって算出された現在の放電確率に基づいて前記火炎センサの現在の劣化の状態を示す劣化指標を算出するように構成された劣化指標算出部とを備え、
前記劣化指標算出部は、
前記火炎センサの前記一対の電極間で発生する放電確率の初期値を記憶する放電確率初期値記憶部と、
前記火炎センサの前記一対の電極間で発生する放電確率の許容限界値を記憶する放電確率許容限界値記憶部と、
前記放電確率初期値記憶部に記憶されている前記放電確率の初期値と，前記放電確率許容限界値記憶部に記憶されている前記放電確率の許容限界値と，前記放電確率算出部によって算出された現在の放電確率と，前記火炎センサの運用開始時からの経過時間とに基づいて、前記劣化指標として前記火炎センサの余寿命を算出するように構成された余寿命算出部とを備える
ことを特徴とする火炎検出システム。

【請求項3】

一対の電極を有し、火炎から生じる光を検出するように構成された火炎センサと、
パルス状の電圧を周期的に生成し前記火炎センサの前記一対の電極間に駆動パルスとして印加するように構成された印加電圧生成部と、
前記火炎センサに流れる電流を検出するように構成された電流検出部と、
前記火炎センサの前記一対の電極間に前記印加電圧生成部によって生成された前記駆動パルスを印加したときに前記電流検出部によって検出された電流から前記火炎センサの前記一対の電極の間で放電が発生したと判定される放電回数を計数するように構成された放電回数計数部と、
前記印加電圧生成部によって前記火炎センサの前記一対の電極間に印加された前記駆動パルスのパルス数と、この駆動パルスを前記火炎センサの前記一対の電極間に加えたときに前記放電回数計数部によって計数された放電回数とに基づいて、前記火炎センサの前記一対の電極間で発生する現在の放電確率を算出するように構成された放電確率算出部と、
前記放電確率算出部によって算出された現在の放電確率に基づいて前記火炎センサの現在の劣化の状態を示す劣化指標を算出するように構成された劣化指標算出部とを備え、
前記劣化指標算出部は、
前記火炎センサの前記一対の電極間で発生する放電確率の初期値を記憶する放電確率初期値記憶部と、
前記火炎センサの前記一対の電極間で発生する放電確率の許容限界値を記憶する放電確率許容限界値記憶部と、
前記放電確率初期値記憶部に記憶されている前記放電確率の初期値と，前記放電確率許容限界値記憶部に記憶されている前記放電確率の許容限界値と，前記放電確率算出部によって算出された現在の放電確率とに基づいて、第１の前記劣化指標として前記火炎センサの劣化進度を算出するように構成された劣化進度算出部と、
前記劣化進度算出部によって算出された前記火炎センサの劣化進度と，前記火炎センサの運用開始時からの経過時間とに基づいて、第２の前記劣化指標として前記火炎センサの余寿命を算出するように構成された余寿命算出部とを備える
ことを特徴とする火炎検出システム。

【請求項4】

請求項１～３の何れか１項に記載された火炎検出システムにおいて、
前記劣化指標算出部によって算出された前記火炎センサの劣化指標を表示するように構成された劣化指標表示部
を備えることを特徴とする火炎検出システム。

【請求項5】

一対の電極を有し、火炎から生じる光を検出する火炎センサの前記一対の電極間に印加された、周期的なパルス状の電圧からなる駆動パルスのパルス数と、この駆動パルスを前記一対の電極間に印加したときの、前記火炎センサに流れる電流から前記一対の電極間で放電が発生したと判定された放電回数と、に基づいて算出される前記一対の電極間での現在の放電確率に基づいて、前記火炎センサの現在の劣化の状態を示す劣化指標を算出するように構成された劣化指標算出装置であって、
前記火炎センサの前記一対の電極間で発生する放電確率の初期値を記憶する放電確率初期値記憶部と、
前記火炎センサの前記一対の電極間で発生する放電確率の許容限界値を記憶する放電確率許容限界値記憶部と、
前記放電確率初期値記憶部に記憶されている前記放電確率の初期値と，前記放電確率許容限界値記憶部に記憶されている前記放電確率の許容限界値と，前記現在の放電確率とに基づいて、前記劣化指標として前記火炎センサの劣化進度を算出するように構成された劣化進度算出部と
を備える劣化指標算出装置。

【請求項6】

一対の電極を有し、火炎から生じる光を検出する火炎センサの前記一対の電極間に印加された、周期的なパルス状の電圧からなる駆動パルスのパルス数と、この駆動パルスを前記一対の電極間に印加したときの、前記火炎センサに流れる電流から前記一対の電極間で放電が発生したと判定された放電回数と、に基づいて算出される前記一対の電極間での現在の放電確率に基づいて、前記火炎センサの現在の劣化の状態を示す劣化指標を算出するように構成された劣化指標算出装置であって、
前記火炎センサの前記一対の電極間で発生する放電確率の初期値を記憶する放電確率初期値記憶部と、
前記火炎センサの前記一対の電極間で発生する放電確率の許容限界値を記憶する放電確率許容限界値記憶部と、
前記放電確率初期値記憶部に記憶されている前記放電確率の初期値と，前記放電確率許容限界値記憶部に記憶されている前記放電確率の許容限界値と，前記現在の放電確率と，前記火炎センサの運用開始時からの経過時間とに基づいて、前記劣化指標として前記火炎センサの余寿命を算出するように構成された余寿命算出部と
を備える劣化指標算出装置。

【請求項7】

一対の電極を有し、火炎から生じる光を検出する火炎センサの前記一対の電極間に印加された、周期的なパルス状の電圧からなる駆動パルスのパルス数と、この駆動パルスを前記一対の電極間に印加したときの、前記火炎センサに流れる電流から前記一対の電極間で放電が発生したと判定された放電回数と、に基づいて算出される前記一対の電極間での現在の放電確率に基づいて、前記火炎センサの現在の劣化の状態を示す劣化指標を算出するように構成された劣化指標算出装置であって、
前記火炎センサの前記一対の電極間で発生する放電確率の初期値を記憶する放電確率初期値記憶部と、
前記火炎センサの前記一対の電極間で発生する放電確率の許容限界値を記憶する放電確率許容限界値記憶部と、
前記放電確率初期値記憶部に記憶されている前記放電確率の初期値と，前記放電確率許容限界値記憶部に記憶されている前記放電確率の許容限界値と，前記現在の放電確率とに基づいて、第１の前記劣化指標として前記火炎センサの劣化進度を算出するように構成された劣化進度算出部と、
前記劣化進度算出部によって算出された前記火炎センサの劣化進度と，前記火炎センサの運用開始時からの経過時間とに基づいて、第２の前記劣化指標として前記火炎センサの余寿命を算出するように構成された余寿命算出部と
を備える劣化指標算出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、火炎の有無を検出する火炎検出システム及び劣化指標算出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、燃焼炉等において火炎から放出される紫外線に基づいて火炎の有無を検出することに用いられる電子管が知られている。この電子管は、所定のガスを充填封止した密閉容器と、この密閉容器の両端部を貫通する２本の電極支持ピンと、この電極支持ピンにより密閉容器内で互いに平行に支持される２枚の電極（一対の電極）とを備えるものである。

【0003】

このような電子管では、電極支持ピンを介して電極間に所定の電圧を印加した状態において、火炎に対向配置された一方の電極に紫外線が照射されると、光電効果によりその電極から電子が放出され、その電子が次々と励起されて他方の電極との間で電子なだれを形成する。このため、電極間のインピーダンスの変化、電極間の電圧の変化、電極間に流れる電流の変化などを計測することにより、火炎の有無を検出することができる。そこで、火炎の有無を検出するための種々の方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－１４１２９０号公報

【文献】特開２０１３－２１０２８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような火炎検出システムは、高温炉内の火炎の有無の検出に用いられることがしばしばあり、上述した電子管は火炎から生じる光を検出する火炎センサとして用いられる。

【0006】

しかしながら、このような現場において、火炎センサが劣化し、高温炉の運転中に火炎の有無を正しく検出できなくなると、不測の事態が生じ兼ねない。このため、従来においては、運用開始から数年で火炎センサを交換するなど、一律の寿命管理と、定期的な点検等の運用上の管理で済ませている。

【0007】

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、火炎センサの適切な交換時期を知ることが可能な火炎検出システム及び劣化指標算出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

このような目的を達成するために本発明に係る火炎検出システムは、一対の電極を有し、火炎から生じる光を検出するように構成された火炎センサ（１）と、パルス状の電圧を周期的に生成し火炎センサの一対の電極間に駆動パルスとして印加するように構成された印加電圧生成部（１２）と、火炎センサに流れる電流を検出するように構成された電流検出部（１５）と、火炎センサの一対の電極間に印加電圧生成部によって生成された駆動パルスを印加したときに電流検出部によって検出された電流から火炎センサの一対の電極の間で放電が発生したと判定される放電回数を計数するように構成された放電回数計数部（２０１）と、印加電圧生成部によって火炎センサの一対の電極間に印加された駆動パルスのパルス数と、この駆動パルスを火炎センサの一対の電極間に加えたときに放電回数計数部によって計数された放電回数とに基づいて、火炎センサの一対の電極間で発生する現在の放電確率を算出するように構成された放電確率算出部（２０２）と、放電確率算出部によって算出された現在の放電確率に基づいて火炎センサの現在の劣化の状態を示す劣化指標を算出するように構成された劣化指標算出部（２２）とを備えることを特徴とする。本発明に係る劣化指標算出装置は、一対の電極を有し、火炎から生じる光を検出する火炎センサの前記一対の電極間に印加された、周期的なパルス状の電圧からなる駆動パルスのパルス数と、この駆動パルスを前記一対の電極間に印加したときの、前記火炎センサに流れる電流から前記一対の電極間で放電が発生したと判定された放電回数と、に基づいて算出される前記一対の電極間での現在の放電確率に基づいて、前記火炎センサの現在の劣化の状態を示す劣化指標を算出する。

【0009】

本発明において、火炎センサの一対の電極間には、パルス状の電圧が駆動パルスとして周期的に印加される。放電確率算出部は、火炎センサの一対の電極間に印加された駆動パルスのパルス数（Ｎ）と、この駆動パルスを火炎センサの一対の電極間に加えたときに放電が発生したと判定された放電回数（ｎ）とに基づいて、火炎センサの一対の電極間で発生する現在の放電確率（Ｐ＝ｎ／Ｎ）を算出する。

【0010】

火炎センサの劣化は主に、運用に伴って電子を放出する電極面が荒れて行き、電子を放出し難くなって行くことが原因とされる。本発明において、火炎センサの放電確率は、火炎センサの劣化が進むにつれて低下して行く。そこで、本発明では、放電確率算出部によって算出された現在の放電確率に基づいて、火炎センサの現在の劣化の状態を示す劣化指標を算出するようにする。例えば、劣化指標として、火炎センサの劣化進度を算出したり、火炎センサの余寿命を算出したりする。

【0011】

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。

【発明の効果】

【0012】

以上説明したことにより、本発明によれば、火炎センサの一対の電極間に印加された駆動パルスのパルス数と、この駆動パルスを火炎センサの一対の電極間に加えたときに放電が発生したと判定された放電回数とに基づいて、火炎センサの一対の電極間で発生する現在の放電確率を算出するようにし、この算出した現在の放電確率に基づいて火炎センサの現在の劣化の状態を示す劣化指標を算出するようにしたので、火炎センサの劣化進度を算出したり、火炎センサの余寿命を算出したりするなどして、火炎センサの適切な交換時期を知ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る火炎検出システムの要部を示す図である。

【図2】図２は、この火炎検出システムにおける火炎センサに印加される駆動パルスＰＭ、電流検出回路において検出される検出電圧Ｖｐｖおよび火炎の有無を示す波形図である。

【図3】図３は、火炎センサの放電確率が時間の経過に伴って低下して行く様子を示す図である。

【図4】図４は、この火炎検出システムにおいて火炎の有無の検出および劣化指標の表示が行われるまでの処理の過程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】

【0014】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態に係る火炎検出システム１００の要部を示す図である。この火炎検出システム１００は、火炎センサ１と、外部電源２と、火炎センサ１および外部電源２が接続された演算装置３とを備えている。

【0015】

火炎センサ１は、図示してはいないが、両端部が塞がれた円筒状の外囲器と、この外囲器の両端部を貫通する２本の電極ピンと、外囲器内部において電極ピンにより互いに平行に支持された２枚の電極（一対の電極）とを備えた電子管から構成されている。

【0016】

このような電子管は、一方の電極がバーナ等の火炎３００を発生させる装置に対向するように配置されている。これにより、電極間に所定の電圧が印加された状態において紫外線が一方の電極に照射されると、光電効果によりその電極から電子が放出され、その電子が次々と励起されて他方の電極との間で電子なだれを形成する。これにより、電極間の電圧、電流、インピーダンスが変化することとなる。

【0017】

外部電源２は、例えば、１００［ Ｖ ］ または２００［ Ｖ ］の電圧値を有する交流の商用電源からなる。

【0018】

演算装置３は、外部電源２に接続された電源回路１１と、この電源回路１１に接続された印加電圧生成回路１２およびトリガ回路１３と、火炎センサ１の下流側の端子１ｂと接地ラインＧＮＤとの間に直列に接続された抵抗Ｒ１とＲ２とからなる分圧抵抗１４と、この分圧抵抗１４の抵抗Ｒ１とＲ２との接続点Ｐａに生じる電圧（参照電圧）Ｖａを火炎センサ１に流れる電流Ｉとして検出する電流検出回路１５と、印加電圧生成回路１２，トリガ回路１３および電流検出回路１５が接続された処理回路１６とを備えている。

【0019】

電源回路１１は、外部電源２から入力される交流電力を、印加電圧生成回路１２およびトリガ回路１３に供給する。また、演算装置３の駆動用の電力は、電源回路１１より取得される（ただし、交流／直流を問わず別電源から駆動用の電力を取得するように構成することもできる）。

【0020】

印加電圧生成回路１２は、電源回路１１により印加される交流電圧を所定の値まで昇圧させて火炎センサ１に印加する。本実施の形態では、処理回路１６からの矩形パルスＰＳと同期した２００［ Ｖ ］のパルス状の電圧（火炎センサ１の放電開始電圧Ｖ_ST以上の電圧）を駆動パルスＰＭとして生成し、この生成した駆動パルスＰＭを火炎センサ１に印加する。図２（ａ）に火炎センサ１に印加される駆動パルスＰＭを示す。この駆動パルスＰＭは、処理回路１６からの矩形パルスＰＳと同期しており、そのパルス幅Ｔは矩形パルスＰＳのパルス幅と等しい。処理回路１６からの矩形パルスＰＳについては後述する。

【0021】

トリガ回路１３は、電源回路１１により印加される交流電圧の所定の値点を検出し、この検出結果を処理回路１６に入力する。本実施の形態において、トリガ回路１３は、電圧値が最小となる最小値点を所定の値点（トリガ時点）として検出する。このように交流電圧について所定の値点を検出することにより、その交流電圧の１周期を検出することが可能となる。

【0022】

分圧抵抗１４は、抵抗Ｒ１とＲ２との分圧電圧として参照電圧Ｖａを生成し、電流検出回路１５に入力する。ここで、火炎センサ１の上流側の端子１ａに印加される駆動パルスＰＭの電圧値は、上述したように２００［ Ｖ ］という高電圧となっているので、火炎センサ１の電極間に電流が流れた時にその下流側の端子１ｂに生じる電圧をそのまま電流検出回路１５に入力すると電流検出回路１５に大きな負荷がかかることとなる。このため、本実施の形態では、分圧抵抗１４によって電圧値が低い参照電圧Ｖａを生成し、これを電流検出回路１５に入力するようにしている。

【0023】

電流検出回路１５は、分圧抵抗１４から入力される参照電圧Ｖａを火炎センサ１に流れる電流Ｉとして検出し、この検出した参照電圧Ｖａを検出電圧Ｖｐｖとして処理回路１６に入力する。

【0024】

処理回路１６は、矩形パルス生成部１７と、Ａ／Ｄ変換部１８と、感度パラメータ記憶部１９と、受光量算出処理部２０と、判定部２１と、劣化指標算出部２２と、劣化指標表示部２３とを備えている。

【0025】

矩形パルス生成部１７は、トリガ回路１３がトリガ時点を検出する毎に、すなわち電源回路１１からトリガ回路１３に印加される交流電圧の１周期毎に、パルス幅Ｔの矩形パルスＰＳを生成する。この矩形パルス生成部１７が生成する矩形パルスＰＳが印加電圧生成回路１２へ送られる。

【0026】

Ａ／Ｄ変換部１８は、電流検出回路１５からの検出電圧ＶｐｖをＡ／Ｄ変換し、受光量算出処理部２０へ送る。感度パラメータ記憶部１９には、火炎センサ１が有する既知の感度パラメータとして、後述する基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，基準の放電の確率Ｐ₀が記憶されている。

【0027】

受光量算出処理部２０および劣化指標算出部２２は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、受光量算出処理部２０は、放電判定部２０１と放電確率算出部２０２と受光量算出部２０３とを備えており、劣化指標算出部２２は、放電確率初期値記憶部２２１と放電確率許容限界値記憶部２２２と劣化進度算出部２２３と余寿命算出部２２４とを備えている。

【0028】

〔受光量算出処理部〕
受光量算出処理部２０において、放電判定部２０１は、火炎センサ１に駆動パルスＰＭが印加される毎（矩形パルスＰＳが生成される毎）に、Ａ／Ｄ変換部１８から入力される検出電圧Ｖｐｖと予め定められている閾値電圧Ｖｔｈとを比較し（図２（ｂ）参照）、検出電圧Ｖｐｖが閾値電圧Ｖｔｈを超えた場合に火炎センサ１が放電したと判定する。

【0029】

放電確率算出部２０２は、火炎センサ１に印加された駆動パルスＰＭのパルス数がＮに達する毎（矩形パルスＰＳのパルス数がＮに達する毎）に、放電判定部２０１において放電したと判定された放電回数ｎを取得し、この取得した放電回数ｎと火炎センサ１に印加した駆動パルスＰＭのパルス数Ｎとから火炎センサ１の放電確率Ｐ（Ｐ＝ｎ／Ｎ）を求める。

【0030】

受光量算出部２０３は、感度パラメータ記憶部１９に記憶されている既知の感度パラメータ（基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，基準の放電の確率Ｐ₀）と、火炎センサ１に加えた駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔ（矩形パルスＰＳのパルス幅Ｔ）と、放電確率算出部２０２によって算出された放電確率Ｐ（Ｐ＝ｎ／Ｎ）とから、後述する（７）式を用いて、火炎センサ１が受けた光の単位時間当たりの受光量Ｑを求める。

【0031】

なお、この（８）式を用いての受光量Ｑの算出は、放電確率Ｐが０＜Ｐ＜１であった場合に行い、放電確率Ｐが０の場合には受光量Ｑを０とし、放電確率Ｐが１の場合は対象外とする。

【0032】

受光量算出部２０３で求められた受光量Ｑは判定部２１へ送られる。判定部２１は、受光量算出部２０３からの受光量Ｑと予め定められている閾値Ｑｔｈとを比較し、受光量Ｑが閾値Ｑｔｈを超えた場合に火炎有りと判定する。

【0033】

〔感度パラメータについて〕
火炎センサ１に光子が１個衝突したときに放電する確率をＰ₁とし、光子が２個衝突したときに放電する確率Ｐ₂とする。Ｐ₂は１個目の光子でも２個目の光子でも放電しない確率の逆になるので、Ｐ₁とＰ₂の関係は下記（１）式のように表される。

【0034】

【数1】

【0035】

一般に、ｎ個の光子が当たったときに放電する確率とｍ個の光子が当たったときに放電する確率を、それぞれＰ_n，Ｐ_mとすると、上記の(１)式と同様に下記の（２）式と（３）式が成り立つ。

【0036】

【数2】

【0037】

【数3】

【0038】

（２）式と（３）式から、Ｐ_nとＰ_mの関係として、下記の（４），（５）式が導ける。

【0039】

【数4】

【0040】

【数5】

【0041】

放電に寄与する光子数は、火炎センサ１の電極に単位時間当たりに到来する光子数（単位時間当たりの受光量）Ｑと、放電開始電圧Ｖ_ST以上の電圧を火炎センサ１に印加している時間Ｔ（パルス幅Ｔ）との積によって決まる。今、基準の受光量Ｑ₀と基準のパルス幅Ｔ₀を定め、この時の放電確率をＰ₀と定義すると、光量Ｑ、パルス幅Ｔと、その時の放電確率Ｐは、下記の（６）式となる。

【0042】

【数6】

この（６）式より、火炎センサ１が受けた光の単位時間当たりの受光量Ｑは、下記（７）式を用いて求められるものとなる。

【0043】

【数7】

【0044】

この（７）式において、パルス幅Ｔは火炎センサ１に加える駆動パルスＰＭのパルス幅（矩形パルスＰＳのパルス幅）なので既知であるから、基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，基準の放電の確率Ｐ₀が既知であるものとすれば、未知数は測定中の受光量Ｑと放電確率Ｐのみとなる。

【0045】

そこで、本実施の形態では、火炎センサ１に駆動パルスＰＭをＮ個加え、このＮ個の駆動パルスＰＭのそれぞれに対して火炎センサ１が放電したか否かを判定するようにし、火炎センサ１に加えた駆動パルスＰＭのパルス数Ｎとこの駆動パルスＰＭを受けて火炎センサ１が放電した回数（放電したと判定された放電回数）ｎとから放電確率ＰをＰ＝ｎ／Ｎとして求め、この求めた放電確率Ｐと既知の基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，基準の放電の確率Ｐ₀とパルス幅Ｔを（７）式に代入することによって、火炎センサ１が受けた光の単位時間当たりの受光量Ｑを求めるようにする。

【0046】

ここで、基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，基準の放電の確率Ｐ₀については、例えば出荷検査において測定しておくものとする。そして、この測定した基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，基準の放電の確率Ｐ₀を火炎センサ１の既知の感度パラメータとして、感度パラメータ記憶部１９に記憶させておくものとする。

【0047】

〔劣化指標算出部〕
劣化指標算出部２２において、放電確率初期値記憶部２２１には火炎センサ１の放電確率の初期値Ｐ_STが記憶されており、放電確率許容限界値記憶部２２２には火炎センサ１の放電確率の許容限界値Ｙが記憶されている。火炎センサ１の劣化は主に、運用に伴って電子を放出する電極面が荒れて行き、電子を放出し難くなって行くことが原因とされる。この場合、火炎センサ１の放電確率Ｐは、火炎センサ１の劣化が進むにつれて低下して行く（図３参照）。

【0048】

本実施の形態では、この火炎センサ１の運用開始時の放電確率Ｐを放電確率の初期値Ｐ_STとして放電確率初期値記憶部２２１に記憶させておき、火炎センサ１が寿命と予想されるときの放電確率Ｐを放電確率の許容限界値Ｙとして放電確率許容限界値記憶部２２２に記憶させておく。

【0049】

劣化指標算出部２２において、劣化進度算出部２２３は、放電確率初期値記憶部２２１に記憶されている放電確率の初期値Ｐ_STと，放電確率許容限界値記憶部２２２に記憶されている放電確率の許容限界値Ｙと，放電確率算出部２０２によって算出された現在の放電確率Ｐ（Ｐ_R）とを下記（８）式に代入して、火炎センサ１の劣化進度αを算出する。
α＝（Ｐ_R－Ｙ）／（Ｐ_ST－Ｙ） ・・・・（８）

【0050】

劣化指標算出部２２において、余寿命算出部２２４は、劣化進度算出部２２３によって算出された火炎センサ１の劣化進度αと，火炎センサ１の運用開始時からの経過時間Ｔαを下記（９）式に代入して、火炎センサ１の余寿命Ｔｘを算出する。
Ｔｘ＝（α・Ｔα）／（１００－α） ・・・・（９）

【0051】

劣化進度算出部２２３で求められた火炎センサ１の劣化進度αおよび余寿命算出部２２４で求められた火炎センサ１の余寿命Ｔｘは劣化指標表示部２３へ送られる。劣化指標表示部２３は、劣化進度算出部２２３から送られてくる劣化進度αを第１の劣化指標として、余寿命算出部２２４から送られてくる余寿命Ｔｘを第２の劣化指標として画面に表示する。

【0052】

このようにして、本実施の形態では、火炎センサ１の現在の劣化の状態を示す劣化指標として火炎センサ１の劣化進度αや余寿命Ｔｘが表示されるので、火炎センサ１の適切な交換時期を知ることが可能となる。この場合、図３に示した放電確率Ｐと経過時間ｔとの関係を示すグラフと合わせて劣化進度αや余寿命Ｔｘを表示するようにすれば、さらにオペレータの理解度が深まる。

【0053】

〔火炎の有無の検出および劣化指標の表示〕
この火炎検出システム１００において、上述した火炎の有無の検出および劣化指標の表示が行われるまでの処理の過程を、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

【0054】

トリガ回路１３がトリガ時点を検出すると、矩形パルス生成部１７が矩形パルスＰＳを生成し、この生成した矩形パルスＰＳを印加電圧生成回路１２へ送る。これにより、矩形パルスＰＳと同一のパルス幅Ｔの駆動パルスＰＭを印加電圧生成回路１２が生成し、この生成されたパルス幅Ｔの駆動パルスＰＭが火炎センサ１に印加される（ステップＳ１０１）。

【0055】

火炎センサ１に駆動パルスＰＭ（放電開始電圧Ｖ_ST以上の電圧）が印加され、火炎センサ１の電極間に電流Ｉが流れると、この火炎センサ１の電極間に流れた電流Ｉが電流検出回路１５において検出電圧Ｖｐｖとして検出され、Ａ／Ｄ変換部１８を介して放電判定部２０１へ送られる。

【0056】

放電判定部２０１は、この電流検出回路１５からの検出電圧Ｖｐｖと予め定められている閾値電圧Ｖｔｈとを比較し、検出電圧Ｖｐｖが閾値電圧Ｖｔｈを超えた場合に火炎センサ１が放電したと判定する。放電判定部２０１は、火炎センサ１が放電したと判定すると、これを１回として放電回数ｎをカウントする（ステップＳ１０２）。

【0057】

このステップＳ１０１での駆動パルスＰＭの火炎センサ１への印加、ステップＳ１０２での火炎センサ１の放電回数ｎのカウントは、駆動パルスＰＭの火炎センサ１への印加回数が予め定められた回数Ｎに達するまで繰り返される。

【0058】

そして、火炎センサ１への駆動パルスＰＭの印加回数がＮに達すると（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、放電確率算出部２０２は、放電判定部２０１でカウントされた放電回数ｎを取得し、この取得した放電回数ｎと火炎センサ１に印加した駆動パルスＰＭの印加回数Ｎとから火炎センサ１の放電確率Ｐ（Ｐ＝ｎ／Ｎ）を算出する（ステップＳ１０４）。

【0059】

この放電確率算出部２０２で算出された放電確率Ｐは受光量算出部２０３へ送られる。受光量算出部２０３は、放電確率Ｐが０＜Ｐ＜１であるか否かを確認し、放電確率Ｐが０＜Ｐ＜１であった場合（ステップＳ１０５のＹＥＳ）、前述した（８）式を用いての受光量Ｑの算出を行う（ステップＳ１０６）。

【0060】

すなわち、感度パラメータ記憶部１９に記憶されている既知の感度パラメータ（基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，基準の放電の確率Ｐ₀）と、火炎センサ１に加えた駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔと、放電確率算出部２０２によって演算された放電確率Ｐ（Ｐ＝ｎ／Ｎ）とから、火炎センサ１が受けた光の単位時間当たりの受光量Ｑを求める。

【0061】

これに対して、放電確率Ｐが０＜Ｐ＜１でなかった場合（ステップＳ１０５のＮＯ）、すなわち放電確率Ｐが０あるいは１であった場合、受光量算出部２０３は受光量例外処理を行う（ステップＳ１０７）。この受光量例外処理では、放電確率Ｐが０の場合には受光量Ｑを０とし、放電確率Ｐが１の場合は対象外とする。

【0062】

この受光量算出部２０３で求められた受光量Ｑは判定部２１へ送られる。判定部２１は、受光量算出部２０３からの受光量Ｑと予め定められている閾値Ｑｔｈとを比較し、受光量Ｑが閾値Ｑｔｈを超えた場合に（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、火炎有りと判定する（ステップＳ１０９）。受光量Ｑが閾値Ｑｔｈを超えていなかった場合には（ステップＳ１１０８のＮＯ）、火炎無しと判定する（ステップＳ１１０）。

【0063】

また、放電確率算出部２０２で算出された現在の放電確率Ｐ（Ｐ_R）は劣化進度算出部２２３へ送られる。劣化進度算出部２２３は、放電確率の初期値Ｐ_STと放電確率の許容限界値Ｙと現在の放電確率Ｐ_Rとから、火炎センサ１の劣化進度αを算出する（ステップＳ１１２）。この劣化進度算出部２２３で算出された劣化進度αは余寿命算出部２２４へ送られる。余寿命算出部２２４は、火炎センサ１の劣化進度αと火炎センサ１の運用開始時からの経過時間Ｔαとから、火炎センサ１の余寿命Ｔｘを算出する（ステップＳ１１２）。

【0064】

劣化進度算出部２２３で求められた火炎センサ１の劣化進度αおよび余寿命算出部２２４で求められた火炎センサ１の余寿命Ｔｘは劣化指標表示部２３へ送られる。劣化指標表示部２３は、劣化進度算出部２２３から送られてくる劣化進度αを第１の劣化指標として、余寿命算出部２２４から送られてくる余寿命Ｔｘを第２の劣化指標として画面に表示する（ステップＳ１１３）。

【0065】

なお、上述した実施の形態では、印加電圧生成回路１２が生成する駆動パルスＰＭを矩形パルス生成部１７が生成する矩形パルスＰＳに置き換え、この矩形パルスＰＳのパルス数Ｎやパルス幅Ｔを駆動パルスＰＭのパルス数Ｎやパルス幅Ｔとして使用するものとしたが、印加電圧生成回路１２が生成する実際の駆動パルスＰＭのパルス数Ｎやパルス幅Ｔを使用するものとしてもよい。

【0066】

また、上述した実施の形態では、火炎センサ１の現在の劣化の状態を示す劣化指標として劣化進度αと余寿命Ｔｘを求めるようにしたが、劣化進度αだけを求めるようにしてもよく、余寿命Ｔｘだけを求めるようにしてもよい。この場合、余寿命Ｔｘは、劣化進度αを求めなくても、下記（１０）式より求めることが可能である。
（Ｐ_R－Ｙ）・Ｔα／（Ｐ_ST－Ｐ_R） ・・・・（１０）

【0067】

また、上述した実施の形態では、火炎センサが受けた光の単位時間当たりの受光量から火炎の有無を検出する火炎検出システムを例にとって説明したが、他の方式を採用して火炎の有無を検出する火炎検出システムにも適用することが可能である。

【0068】

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の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、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

【0069】

例えば、火炎センサの外囲部にシャッター機能を設けて疑似火炎を検出するタイプの火炎検出システムに利用することも可能である。そのような、設計事項的な変形を行ったとしても、本発明の範囲に属するものである。

【0070】

例えば、上記の実施の形態では、図１に示すように外部電源２を交流の商用電源としたが、代わりに直流電源としてもよい。その場合、電源回路１１は所定の電圧値の直流電圧を印加電圧生成回路１２およびトリガ回路１３へ印加し、トリガ回路１３は印加された直流電流を所定の周期でオンオフさせることにより矩形パルス生成部１７に所定の矩形波の直流電圧を印加し、矩形パルス生成部１７ではその矩形波の直流電圧から矩形パルスＰＳを生成し、出力するように構成すればよい。

【0071】

また、火炎センサに有効電極面積の概念を持ち込むようにしてもよい。そうすれば、有効電極面積で受光量を除することで、火炎の明るさを算出することができる。なお、有効電極面積とは火炎センサの電極面積のうち光が当たっている面積を意味するので、火炎センサに固有のパラメータである。

【符号の説明】

【0072】

１…火炎センサ、２…外部電源、３…演算装置、１１…電源回路、１２…印加電圧生成回路、１３…トリガ回路、１４…分圧抵抗、１５…電流検出回路、１６…処理回路、１７…矩形パルス生成部、１８…Ａ／Ｄ変換部、１９…感度パラメータ記憶部、２０…受光量算出処理部、２１…判定部、２２…劣化指標算出部、２３…劣化指標表示部、１００…火炎検出システム、２０１…放電判定部、２０２…放電確率算出部、２０３…受光量算出部、２２１…放電確率初期値記憶部、２２２…放電確率許容限界値記憶部、２２３…劣化進度算出部、２２４…余寿命算出部、３００…火炎。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】