(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された燃料ガスと支燃ガスを燃焼させて火炎を形成し、該火炎によって被加工材を加熱して所定の加工を行うガス加工トーチに於ける前記火炎を検出する火炎の検出装置であって、ガス加工トーチの燃料ガス及び／又は支燃ガスの供給側に接続され予め設定されたガス流量に対応する指令信号を受けこの指令信号と現在のガス流量を検出した流量検出信号とを比較して現在のガス流量が予め設定されたガス流量の値から変動したときバルブの開度を調整する開度調整信号を発生してバルブの開度を調整して現在のガス流量を予め設定されたガス流量に調整する定流量素子と、前記定流量素子のバルブの開度を調整する開度調整信号を検知して該開度調整信号が予め設定された値以上変化したとき火炎が形成又は消火したとして火炎検出信号又は非着火信号を発生する制御部とを有することを特徴としたガス加工トーチに於ける火炎の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は火炎の検出装置に関し、燃料ガス及び支燃ガスが供給されてガス加工トーチから燃料ガス及び支燃ガスが流出して火炎を形成し得る状態に於いて、ガス加工トーチに火炎が形成されている場合には火炎検出信号を発生し、且つ火炎が形成されていない場合には非着火信号を発生するガス加工トーチに於ける火炎の検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被加工材に切断や溶接或いは溶射，熱処理等の加工を行うガス加工では、トーチに装着された火口からアセチレンガスやＬＰＧ等の燃料ガスと、酸素ガス等の支燃ガスを混合させて噴射して燃焼させ、形成した火炎によって被加工材を加熱して所定の加工を実施している。
【０００３】
このようなガス加工では、火炎を形成すべき条件が設定されているにも関わらず火炎が消火すると、被加工材に対する加熱が中断され、目的の加工が実施し得なくなるのみならず、火口から燃料ガスが未燃焼の状態で流出するため、火災の発生等の危険が生じるという問題がある。
【０００４】
このため、ガス加工トーチを用いた加工装置では、常時トーチに形成された火炎を検知し、火炎を形成すべき条件にあるにも関わらず火炎が消火したときは、直ちに信号を発生して加工装置の停止及びオペレーターに対する警報を発生し得るように構成されるのが一般である。
【０００５】
ガス加工トーチに形成された火炎を検知する装置としては、該トーチ又はトーチの近傍に赤外線センサー等の火炎を認識し得るセンサーを設けると共に、該センサーからの信号と火炎を形成すべき条件にあるか否かの信号を比較して判断する判断部を設け、燃料ガス及び支燃ガスが供給されているにも関わらずセンサーが火炎を認識しないとき、火炎が消火状態にあるとして警報を発生し得るように構成されたものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く構成された火炎を検知する装置では、センサーがガス加工トーチ自体に取り付けられ、或いはガス加工トーチの近傍に配置されるため、被加工材表面の付着物や溶融物が飛散してセンサーに付着し、該センサーが損傷する虞がある。このため、オペレーターが定期的にセンサーの損傷の有無を監視することが必要になる等メンテナンス作業が煩雑になるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、直接火炎を認識するセンサーを必要とせず、略メンテナンスフリーで且つ正確に火炎を検出し得るガス加工トーチに於ける火炎の検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係るガス加工トーチに於ける火炎の検出装置は、供給された燃料ガスと支燃ガスを燃焼させて火炎を形成し、該火炎によって被加工材を加熱して所定の加工を行うガス加工トーチに於ける前記火炎を検出する火炎の検出装置であって、ガス加工トーチの燃料ガス及び／又は支燃ガスの供給側に接続され予め設定されたガス流量に対応する指令信号を受けこの指令信号と現在のガス流量を検出した流量検出信号とを比較して現在のガス流量が予め設定されたガス流量の値から変動したときバルブの開度を調整する開度調整信号を発生してバルブの開度を調整して現在のガス流量を予め設定されたガス流量に調整する定流量素子と、前記定流量素子のバルブの開度を調整する開度調整信号を検知して該開度調整信号が予め設定された値以上変化したとき火炎が形成又は消火したとして火炎検出信号又は非着火信号を発生する制御部とを有して構成されるものである。
【０００９】
【作用】
上記ガス加工トーチに於ける火炎の検出装置（以下、単に「火炎検出装置」という）では、ガス加工トーチ（以下、単に「トーチ」という）の燃料ガス及び／又は支燃ガスの供給側に、予め設定されたガス流量に対応する指令信号を受け、この指令信号と現在のガス流量を検出した流量検出信号とを比較して現在のガス流量が予め設定されたガス流量の値から変動したときバルブの開度を調整する開度調整信号を発生してバルブの開度を調整して現在のガス流量を予め設定されたガス流量に調整する定流量素子を接続し、前記開度調整信号が予め設定された値以上の変化を示したとき、制御部に於いて火炎が形成された状態にあると判断して火炎検出信号を発生すことが出来る。また燃料ガス及び支燃ガスを噴射させて火炎を形成させるべき条件と前記火炎検出信号を併せて判断することで火炎が消火状態にあることを認識して非着火信号を発生することが出来る。
【００１０】
このため、トーチの近傍にセンサーを配置することなくトーチに火炎が形成されているか否かを検出し、火炎が正常に形成されている状態であると判断されたときは加工装置の運転を歩進或いは継続させ、また火炎を形成させるべき条件であるにも関わらず火炎が消火状態にあると判断されたときは加工装置を停止させ或いはオペレーターに対する警報を発生させる非着火信号を発生することが出来る。
【００１１】
即ち、ガスの流量はトーチ又は火口に於ける最小断面積の部分（スロート部）の面積と該スロート部に作用する一次側圧力（供給側の圧力）と二次側圧力（出口側の圧力、ガス加工の場合通常は大気圧）との差によって規定される。トーチの先端に装着された火口から火炎が形成されている状態では、ガスの燃焼圧の作用により二次側圧力が高くなる。また燃料ガス，支燃ガスが供給されている状態で火口から火炎が形成されていない場合、二次側圧力は火炎が形成されている状態に比較すると相対的に低くなる。
【００１２】
従って、火口から安定した火炎が形成されている状態では、トーチの供給側に接続した定流量素子によって予め設定されたガス流量が維持され、燃料ガス及び支燃ガス共に略定常的な流れとなり、このときのバルブの開度調整信号は、燃料ガス及び支燃ガスが供給されていて火炎が形成されていない状態の開度調整信号レベルよりも相対的に大きな値で略定常的に保持される。
【００１３】
燃料ガス及び支燃ガスが供給されている状態で火炎が消火すると、ガスの燃焼圧力が除去されて二次側圧力が減少し、スロート部に作用する一次側と二次側の圧力差が増大し、定流量素子を流れる支燃ガス又は燃料ガスの流量が一時的に増加する。このため、定流量素子では増加した流量を予め設定された流量に一致させるように火炎が形成されている状態と比較して相対的に小さい値の開度調整信号を発生してバルブの開度を減少させる。当然のことながら、火口から安定した火炎が形成されていてガスの流れが定常状態に保持されている場合であっても、一次側圧力の変動等の外乱が生じた場合には、この外乱によるガス流量の変動をバルブ開度を調整して補正するために開度調整信号も変動する要因が存在する。然し、これ等の外乱による変動要因は、例えば一次側圧力の変動を外乱による変動要因とした場合には、該一次側圧力の変動を監視して得られる変動成分信号を開度調整信号比較回路に於いて加減算処理する等の方法により、この外乱による変動成分を相殺，補償することで無視することが出来る。
【００１４】
従って、開度調整信号の値が一定の範囲を越えたとき、火炎が形成された状態にあるとして認識させることで、火炎検出信号を発生させることが出来、この火炎検出信号は加工装置の運転を歩進或いは継続させるとして利用することが出来る。また火炎が形成されるべき条件にあって火炎検出信号が発生しない場合は、火炎が消火状態にあると判断して非着火信号を発生させることが出来、この非着火信号は加工装置を停止させ或いはオペレーターに対する警報を発生させる信号等として利用することが出来る。
【００１５】
【実施例】
以下、上記火炎検出装置の実施例について図を用いて説明する。図１は本実施例に係る火炎検出装置の構成を説明するブロック図、図２は定流量素子の構成を説明するブロック図である。本発明に係る火炎検出装置は、ガス切断やガス溶接或いはガス溶射，ガス熱処理等のガス加工を行うガス加工トーチ（以下単に「トーチ」という）に於いて火炎を形成すべき条件が成立していて火口から安定した火炎が形成されている場合には火炎検出信号を発生して加工装置の運転を歩進或いは継続させ、また火炎を形成すべき条件が成立しているにも関わらず火炎が形成されていない場合には非着火信号を発生して加工装置の運転を停止させ或いはオペレーターに対する警報を発生させるように構成したものである。
【００１６】
図に於いて、トーチ１の先端には火口２が着脱可能に装着されており、後端には燃料ガス用のホース３ａ及び支燃ガス用のホース３ｂが接続されている。前記ホース３ａは燃料ガス用の定流量素子４を介して燃料ガスの配管６に接続され、ホース３ｂは支燃ガス用の定流量素子５を介して支燃ガスの配管７に接続されている。尚、定流量素子４，５は同一の構造を有するものであり、単に接続された供給系が異なるにすぎない。
【００１７】
上記各配管６，７は、夫々図示しない工場配管或いはガスの集合装置等のガス供給源に接続されている。また各配管６，７には圧力調整器８，９が設けられており、これ等の圧力調整器によって所定の圧力に調整された燃料ガス，支燃ガスが供給される。
【００１８】
尚、各配管６，７に接続するトーチ１の数は特に限定するものではなく、目的のガス加工を合理的に実施し得る数のトーチ１を用いることが可能である。また多数本のトーチ１を用いる場合、配管６及び／又は配管７と個々のトーチ１毎に定流量素子４，５を介在させることが必要である。
【００１９】
定流量素子４，５は夫々制御装置１０と接続されている。制御装置１０は、トーチ１に装着した火口２の能力に応じて燃料ガスの供給系に接続された定流量素子４に燃料ガス流量の指令信号を伝達するとともに、支燃ガスの供給系に接続された定流量素子５に前記燃料ガスの流量に対応した支燃ガス流量の指令信号を伝達する機能を有しており、また定流量素子４，５に於けるバルブの開度調整信号の値を監視し、定流量素子４，５が作動状態にあり且つ予め設定された値以上の開度調整信号が発生したことを検知したとき、火炎検出信号を発生し、また定流量素子４，５が作動状態にあり且つ予め設定された値に開度調整信号が到達しない場合には非着火信号を発生する機能をも有している。
【００２０】
このため、制御装置１０は、トーチ１に装着される火口２に供給される燃料ガスと支燃ガスの標準流量（被切断材を標準時間内で予熱する際に中性炎を形成するのに必要なガスの流量）を設定するために定流量素子４，５に伝達する標準流量指令値情報及び火炎検出信号或いは非着火信号を発生するために定流量素子４及び／又は５に於けるバルブの開度調整信号のしきい値を記憶させた記憶部１０ａと、伝達されたバルブの開度調整信号の値を前記しきい値と比較する演算部１０ｂと、前記演算部１０ｂに於けるバルブの開度調整信号と前記しきい値の比較結果に基づいて火炎検出信号或いは非着火信号を発生する出力部10ｃとを有して構成されている。
【００２１】
また制御装置１０には、加熱能力に応じて設定された番手を指定する火口番手指定部，燃料ガスと支燃ガスの混合比を変えて予熱炎を中性炎から酸化炎或いは炭化炎に設定すべき信号を発生する混合比微調整設定部，混合比設定部の操作に対応して該操作によって選択された予熱炎の性状を変えることなく流量を増加或いは減少させる信号を発生するオーバーライド設定部，切断に適した燃料ガスと支燃ガスの標準流量を与えるロー状態と、切り込み時の予熱時間を短縮するために予熱炎の燃料ガスと支燃ガスの流量を標準流量よりも増加させたり、予熱炎の性状を酸化炎にさせるハイ状態を選択して燃料ガス及び支燃ガスの流量を適宜適正値に設定する信号を発生させるハイ／ロー設定部等の設定部が夫々設けられており、夫々の設定部は図示しないキースィッチやボリューム等によって構成されている。ここで、火口の番手とは、トーチに装着されるガス切断やガス溶接或いはガス溶射，ガス熱処理等のガス加工を行う火口の加熱能力に応じて設定された番号をいうものである。
【００２２】
次に、定流量素子４，５の構成について図２により説明する。前記定流量素子４，５は燃料ガスを供給する配管６，支燃ガスを供給する配管７とトーチ１を接続するホース３ａ，３ｂの経路中に配置され、制御装置１０からの指令信号に対応して設定されたガス流量を維持し得るようにするものである。これ等の定流量素子４，５は同一の構造を有しているため、以下代表して定流量素子５の構成について説明する。
【００２３】
定流量素子５は、大部分のガスが通過する主通路５１ａ及び主通路５１ａからのバイパス通路５１ｂとを有する通路５１が設けられており、この通路５１にバルブ５２が配置されている。前記通路５１は燃料ガス或いは支燃ガスのホース３ｂと接続されている。
【００２４】
バイパス通路５１ｂには自己加熱型抵抗体５３ａ，５３ｂが巻き付けられており、夫々ブリッジ回路５４に接続されている。前記ブリッジ回路５４は増幅回路５５を介して比較演算部５６に接続されている。この比較演算部５６は制御装置１０と接続され、該制御装置１０から発生したガス流量の指令信号が電圧Ｖｓとして伝達される。
【００２５】
バルブ５２としては開度を調整し得るものが用いられている。開度を調整し得るバルブとしては種々のものが提供されているが、本実施例では、比較演算部５６から出力された開度調整信号に対応して開度調整部57に歪みを生じさせ、この歪みに応じて開度を調整し得るようなバルブを用いている。
【００２６】
上記の如く構成された定流量素子５では、制御装置１０から伝達された指令信号が比較演算部５６に入力されると、該演算部５６から指令信号に応じた開度調整信号が発生して開度調整部５７を歪ませ、この歪みによってバルブ５２が開き、これにより、主通路５１ａとバイパス通路５１ｂにガスの流れが生じる。
【００２７】
バイパス通路５１ｂでは自己加熱型抵抗体５３ａから流通するガスに対して熱が付与される。その後、流通するガスの温度は自己加熱型抵抗体５３ａから一定距離離隔した位置に配置された自己加熱型抵抗体５３ｂによって検出され、検出信号がブリッジ回路５４から増幅回路５５を介して比較演算部５６に電圧Ｖｄとして伝達される。そして比較演算部５６に於いて指令信号Ｖｓと検出信号Ｖｄとが比較され、これ等の信号の差に応じた電圧がバルブの開度調整信号として開度調整部５７に出力される。開度調整部５７は開度調整信号に応じて歪みが増減し、これに伴ってバルブ５２の開度が調整されて通路５１に制御装置１０によって設定された流量のガスが流通する。
【００２８】
火口から流出するガスに着火し火口に安定した火炎が形成された場合、ガスの燃焼圧の作用によりスロート部に作用する一次側と二次側の圧力差が減少して制御装置１０からの指令信号Ｖｓに変化がないにも関わらず通路５１を流通するガスの流量が一時的に減少する。これに伴ってバイパス通路５１ｂの流量も減少し、自己加熱型抵抗体５３ｂによって検出されたガスの温度に変化が生じ、検出信号Ｖｄが変化する。そして比較演算部５６から開度調整部５７に対し、ガス流量を元の状態に戻すようにバルブ５２の開度を大きくするような開度調整信号が発生する。
【００２９】
上記開度調整信号は開度調整部５７及び制御装置１０に伝達され、バルブ５２の開度を調整すると共に、制御装置１０の演算部では記憶部に記憶されたしきい値と比較する。前記比較の結果開度調整信号がしきい値以上の値を示している場合には、制御装置１０の出力部から火炎検出信号が発生する。そして発生した火炎検出信号によって、例えば加工装置の運転を歩進させたり継続させる。また前記比較の結果、開度調整信号がしきい値に満たない場合は、火口から流出するガスが何等かの原因で消火状態にあると判断して制御装置１０の出力部から非着火信号が発生する。発生した非着火信号に基づいて、図示しないパトライト（登録商標）を点灯し或いはブザーを鳴らしてオペレーターに警報を与えることが可能であり、また制御装置１０に設けたディスプレイに火炎が消火した状態にあることを表示することが可能である。
【００３０】
上記の如く構成した火炎検出装置では、制御装置１０の火口番手指定部で選択された火口２の能力に応じた燃料ガス，支燃ガスの標準流量を火口２に流通させるために定流量素子４，５にガス流量の指令信号を電圧Ｖｓとして与え、このガス流量を得るための定流量素子４及び／又は５のバルブ５２に対する開度調整信号の値を火炎が形成された状態と非着火状態の夫々について予め実験により求めておき、得られた値に所定の安全率を加味した値を定流量素子４及び／又は５のバルブ５２の開度調整信号の値と比較するためのしきい値として制御装置１０の記憶部１０ａに夫々記憶させる。
【００３１】
尚、記憶部１０ａに夫々記憶されたしきい値は、火口番手指定部で選択された火口２の能力に応じた燃料ガス，支燃ガスの標準流量に対して設定されたものであり、制御装置１０の混合比微調整部，オーバーライド設定部，ハイ／ロー設定部等の設定部を操作して燃料ガス、支燃ガスの標準流量を増加或いは減少させる流量設定変更操作を行った場合は、ガス流量指令信号電圧Ｖｓも流量変化率と略同率で変化し、定流量素子４及び／又は５のバルブ５２に対する開度調整信号もガス流量指令信号Ｖｓの変化に応じて変化する。
【００３２】
従って、制御装置１０の演算部１０ｂでの開度調整信号の値としきい値の比較演算を前記流量設定変更操作を行っている状態でも精度良く実施するためには、流量設定変更操作によるガス流量指令信号電圧Ｖｓの変化に応じて前記しきい値を補正した値と開度調整信号の値を演算部１０ｂで比較演算させる必要がある。
【００３３】
然し、しきい値の補正は実際の流量設定変更操作に於いて流量設定変化率が極僅かな範囲でしか行われない場合（例えば混合比微調整設定部の操作による場合）は無視することも可能である。また例えばハイ／ロー設定部操作等のように流量設定変化率が大きく、流量設定変更操作によるガス流量指令信号電圧Ｖｓの変化による開度調整信号電圧Ｖｓの変化による開度調整信号の変化が火口から流出するガスの燃焼圧の作用による開度調整信号の変化よりも大きいか或いは近い値となることがあり得る場合等には、前記電圧Ｖｓの変化を無視することは出来ないが、しきい値の補正は便宜的にガス流量指令信号Ｖｓの変化量に比例した一次式に近似して行っても演算部１０ｂでの比較演算結果に対する影響をなくすことが可能である。
【００３４】
そして制御装置１０の火口番手指定部を操作してトーチ１に装着された火口２の能力に応じた燃料ガス，支燃ガスの流量を設定し、配管６，７からトーチ１に燃料ガス及び支燃ガスを供給して着火させて火炎を形成させる。制御装置１０の出力部１０ｃは、演算部１０ｂでのしきい値と開度調整信号の値の比較演算結果が、しきい値よりも開度調整信号の値が大きいと判断された場合、この演算部１０ｂの比較演算結果と火口からガスが流出して火炎を形成させるべき他の運転条件情報に基づいて、火口に火炎が正常に形成されていると判断して火炎検出信号を出力する。そして加工装置はこの火炎検出信号に基づいて運転を歩進或いは継続させる。
【００３５】
火口２に安定した火炎が形成されていてガスの流れがガス流量の指令信号電圧Ｖｓで設定された設定流量に定常状態に保持されている場合であっても、一次側圧力の変動或いはトーチ１及び火口２の加熱によるスロート径の変化等の外乱が生じた場合には、これ等の外乱によってガス流量が変動することがある。この外乱によってガス流量が変動した場合、定流量素子４及び／又は５では、ガス流量の指令信号電圧Ｖｓで設定された設定流量に戻すようにバルブ５２の開度を大きく或いは小さく調整するようにバルブの開度調整信号も変動する。
【００３６】
外乱によるガス流量変動を補正するための開度調整信号の変動は、制御装置１０の演算部１０ｂでの開度調整信号の値としきい値との比較演算結果に影響を及ぼすため、開度調整信号の外乱による変動分を補償する必要がある。例えば外乱要因が一次側圧力の変動にある場合、この一次側圧力の変動を監視して得られる一次側圧力変動成分信号をしきい値に加減算処理して得られる値と開度調整信号の値とを比較演算させる方法で変動成分を相殺，補償することで無視することが可能である。また例えば外乱要因がトーチ１或いは火口２の加熱によるスロート径の変化にある場合、熱膨張による変動成分を相殺，補償しても良いが、この変動は僅かであり便宜的に無視しても問題はない。
【００３７】
ガス加工中に火炎が消火すると、燃焼圧の作用がなくなることによって、火口のスロート部に作用する一次側圧力と二次側圧力の圧力差が増大して制御装置１０からのガス流量の指令信号電圧Ｖｓに変化がないにも関わらずガスの流量が増加して、定流量素子４及び／又は５では増加した流量を元の流量に一致させるようにバルブ５２の開度を減少させる開度調整信号が発生する。制御装置１０の出力部１０ｃは、前記演算部１０ｂでのしきい値と開度調整信号の値の比較演算の結果が、しきい値よりも開度調整信号の値が小さいと判断された場合、この演算部１０ｂの比較演算結果と火口からガスが流出して火炎を形成させるべき他の運転条件情報に基づいて、火口に火炎が正常に形成されていないと判断して非着火信号を出力する。そして加工装置はこの非着火信号に基づいて加工装置を停止させ或いはオペレーターに対する警報を表示することが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係るガス加工トーチに於ける火炎の検出装置では、火口から火炎を形成すべき条件に於いて火炎が形成された状態にある場合、この状態を検出して火炎検出信号を発生することが出来る。このため、前記火炎検出信号に基づいて加工装置の運転を安全確実に歩進或いは継続させることが可能となる。また火口から火炎を形成すべき条件であるに関わらず消火状態にある場合、この状態を検出して非着火信号を発生することが出来る。このため、前記非着火信号に基づいて加工装置を停止させたり、或いはオペレーターに対する警報を発生することが可能となる。従って、非着火状態を検出した後速やかに最善の処置をとることを可能とし、被加工材の損傷を防止すると共に火災発生の危険を回避することが可能となる。
【００３９】
また火炎の形成或いは消火に伴うガスの流量の変化に応じて定流量素子の内部で発生するバルブの開度調整信号の変化を監視して火炎を形成すべき条件に於ける火炎の形成或いは消火の状態を検出するため、ガス加工トーチ自体に或いはトーチの近傍にセンサーを配置する必要がない。このため、センサーに対するメンテナンスが不要となり、高い信頼性を維持して火炎を検出することが出来る等の特徴を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施例に係る火炎検出装置の構成を説明するブロック図である。
【図２】  定流量素子の構成を説明するブロック図である。
【符号の説明】
１                    トーチ
２                    火口
３ａ，３ｂ            ホース
４，５                定流量素子
６，７                配管
８，９                圧力調整器
１０                  制御装置
１０ａ                記憶部
１０ｂ                演算部
１０ｃ                出力部
５１                  通路
５１ａ                主通路
５１ｂ                バイパス通路
５２                  バルブ
５３ａ，５３ｂ        自己加熱型抵抗体
５４                  ブリッジ回路
５５                  増幅回路
５６                  比較演算部
５７                  開度調整部
【図１】
0003679148.tif 000002
【図２】
0003679148.tif 000003