(57)【要約】【課題】  青火燃焼等の低照度の燃焼火炎についても確実に火炎検知し得る、燃焼機における火炎検知装置を提供する。【解決手段】  中心軸Ｘに沿って延びる燃焼ノズル１が貫通し燃焼ノズル周囲を囲み燃焼火炎側に開口する支持部材４の任意の位置に光りセンサ５を設置する。支持部材の開口側位置に中心軸Ｘと同軸の周方向に対し多数の集光レンズ６，６，…を、受光中心軸Ｘsが中心軸Ｘと平行になるように配設する。各集光レンズで集光した光を光ファイバ７で光センサまで導いて光センサに入射させる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機の燃焼ノズルの先端に形成される燃焼火炎の状態を検知する燃焼機における火炎検知装置であって、
入射光を受けて電気信号に変換する受光素子と、
上記燃焼ノズルを中心にして周囲を囲む２以上の各位置において燃焼ノズルの先端側に向くように配設される受光部と、
この受光部毎に受光された光を上記受光素子まで導いて出射させるように配設された光導波路と
を備えていることを特徴とする燃焼機における火炎検知装置。
【請求項２】
燃焼機の燃焼ノズルの先端に形成される燃焼火炎の状態を検知する燃焼機における火炎検知装置であって、
上記燃焼ノズルを中心にして周囲を囲むドーナッツ環状の支持部材と、
この支持部材の任意の位置に支持され入射光を受けて電気信号に変換する受光素子と、
上記支持部材により支持され上記燃焼ノズルを囲む２以上の各位置から燃焼ノズルの先端側に向くように配置される受光部と、
受光部毎に受光された光を上記受光素子まで導いて出射させるように上記支持部材に配設された光導波路と
を備えていることを特徴とする燃焼機における火炎検知装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の燃焼機における火炎検知装置であって、
上記２以上の受光部はそれぞれ集光レンズにより構成され、各集光レンズはその受光中心軸が上記燃焼ノズルの中心軸と互いに平行になるように配設されている、燃焼機における火炎検知装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の燃焼機における火炎検知装置であって、
上記光導波路は光ファイバにより構成され、この光ファイバの入射端に集光レンズが受光部として接続される一方、上記光ファイバの出射端が受光素子に向けて配設されている、燃焼機における火炎検知装置。
【請求項５】
請求項２記載の燃焼機における火炎検知装置であって、
上記支持枠部材は、燃焼ノズルの先端側に開口する傘形又は椀形に形成され、燃焼ノズルの先端側に向いた内面には受けた光を受光素子に向けて反射する反射面が形成されている、燃焼機における火炎検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼機の燃焼火炎の状態を検知するために用いられる燃焼機における火炎検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、火炎検知装置として図４に例示するような光センサ５００を用いたものが知られている。この光センサ５００は、円筒状の支持枠５０１の基端側に受光素子（センサ本体）５０２を設置する一方、支持枠５０１先端側に曲面をなしたガラスもしくはレンズからなる集光部５０３を設置し、この集光部５０３により燃焼火炎の光を受光中心軸Ｙに沿って指向性よく集光・受光し、受光した光を上記センサ本体５０２に入射させてその入射光に応じた電気信号を生じさせるようにしたものである。なお、符号５０４はセンサ端子である。そして、センサ本体５０２から出力される電気信号に基づいて着火もしくは消火等の燃焼火炎の状態を検知するようになっている。このような光センサの構造は例えば特許文献１で開示されている。かかる光センサ５００を用いた火炎検知装置は、図５に例示するように、燃焼ノズル１から中心軸Ｘを中心として前方に拡がる燃焼火炎Ｒの斜め後方位置において、燃焼火炎Ｒの上記中心軸Ｘに対し上記受光中心軸Ｙが斜めから交差するような向きに上記集光部が向けられた状態に配置されている。このような向きに配置する点が例えば特許文献２で開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１１３６８５号公報
【特許文献２】実開昭５９−１４４３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、よりクリーンな燃焼や効率的な燃焼の実現に向けて、低ＮＯx燃焼化を目指した開発や、合成液体燃料（ＧＴＬ；Gas To Liquid：天然ガスを原料にして合成された石油等）の実用化のための開発が進められている。
【０００５】
しかしながら、低ＮＯx燃焼化や新燃料を用いた燃焼の場合には、従来よりも青火燃焼傾向となり、燃焼火炎の発する光量（照度）がより減少したりする結果、受光素子からの出力が極めて微弱化してしまい、着火検知等を正確に行い得ないおそれが考えられる。
【０００６】
しかも、従来の如く火炎検知装置を燃焼火炎に対しその片側位置から斜めに臨ませるという配置では、上記の青火燃焼等の低照度の燃焼火炎の検知が困難になる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、青火燃焼等の低照度の燃焼火炎についても確実に火炎検知し得る、燃焼機における火炎検知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】
上記目的を達成するために、請求項１では、燃焼機の燃焼ノズルの先端に形成される燃焼火炎の状態を検知する燃焼機における火炎検知装置を対象として、入射光を受けて電気信号に変換する受光素子と、上記燃焼ノズルを中心にして周囲を囲む２以上の各位置において燃焼ノズルの先端側に向くように配設される受光部と、受光部毎に受光された光を上記受光素子まで導いて出射させるように配設された光導波路とを備えることとした（請求項１）。
【０００９】
又、請求項２では、燃焼機の燃焼ノズルの先端に形成される燃焼火炎の状態を検知する燃焼機における火炎検知装置を対象として、上記燃焼ノズルを中心にして周囲を囲むドーナッツ環状の支持枠部材と、この支持枠部材の任意の位置に支持され入射光を受けて電気信号に変換する受光素子と、上記支持枠部材により支持され上記燃焼ノズルを囲む２以上の各位置から燃焼ノズルの先端側に向くように配置される受光部と、受光部毎に集光された光を上記受光素子まで導いて出射させるように上記支持枠部材に配設された光導波路とを備えることとした（請求項２）。
【００１０】
以上の請求項１又は請求項２の発明の場合、燃焼ノズルの先端に形成される燃焼火炎は燃焼ノズルの中心軸を中心としてその周囲に拡がるため、燃焼ノズルの周囲を囲む２以上の各位置から燃焼ノズルの先端側（前方側）に向くように配置された２以上の受光部に対し燃焼火炎からの光がそれぞれ受光されることになる。そして、各受光部に受光された光が光導波路を通して導かれて受光素子に向けてそれぞれ出射されるため、燃焼火炎の発する光が低照度であっても、その低照度の光を効率よく受光素子に入射させることが可能になり、低照度の燃焼火炎についても確実に火炎検知することが可能となる。特に請求項２の場合、請求項１の火炎検知装置を実現し得る具体的な火炎検知装置が特定されることになる。すなわち、燃焼ノズルを囲むドーナッツ環状の支持部材に対し受光素子が任意の位置に設置され、この受光素子に対し、それぞれ所定位置に配設された２以上の受光部に受光された光が光導波路を通して導かれて出射されることになる。この場合、受光部のみ所定の各位置に配設すれば、受光された光は光導波路を介して受光素子に入射させ得るため、受光素子は任意の位置に配置し得ることになる。
【００１１】
以上の発明における受光部をそれぞれ集光レンズにより構成することができ、この場合は各集光レンズをその受光中心軸が上記燃焼ノズルの中心軸と互いに平行になるように配設するようにすればよい（請求項３）。このようにすることにより、各受光部においてより広い前方範囲から効率よく集光された光を受光させることが可能になる。しかも、集光レンズにより構成された受光部が燃焼ノズルの周囲であって周方向に互いに離れた２以上の各位置に配設されるため、受光中心軸を中心とした受光角度範囲が重なり合い、これにより、低照度の燃焼火炎の光をより一層効率よく集光して受光素子に対し入射させ得ることになる。
【００１２】
又、上記の発明における光導波路を光ファイバにより構成し、この光ファイバの入射端に集光レンズを受光部として接続する一方、上記光ファイバの出射端を受光素子に向けて配設するようにすることができる（請求項４）。このようにすることにより、請求項１又は請求項２の発明をより具体化し得る上に、受光素子に対し各集光レンズ（受光部）からの光を効率よく出射させることが容易に可能になる。
【００１３】
さらに、上記の請求項２の火炎検知装置における支持枠部材として、燃焼ノズルの先端側に開口する傘形又は椀形に形成し、燃焼ノズルの先端側に向いた内面に、受けた光を受光素子に向けて反射する反射面を形成するようにすることができる（請求項５）。このようにすることにより、燃焼ノズル周囲の２カ所以上の受光部配設位置のみならず、燃焼ノズル周囲のドーナッツ環状の全範囲での受光が可能となり、その受光した光を受光素子に対し入射させ得ることになる。これにより、低照度の燃焼火炎であってもより一層確実に火炎検知し得ることになる。
【発明の効果】
【００１４】
以上、説明したように、請求項１〜請求項５のいずれかの燃焼機における火炎検知装置によれば、燃焼ノズルの周囲を囲む２以上の各位置の受光部において前方の燃焼火炎の光を受光することができる上に、２以上の所定の位置で受光した光を光導波路を介して受光素子に対し確実に入射させることができるようになる。これにより、青火燃焼等の如き低照度の燃焼火炎の光であっても、その低照度の光を十分にかつ効果的に受光して確実に火炎検知することができるようになる。
【００１５】
特に請求項２の場合、より火炎検知装置のより具体的構造を提供することができ、実施の容易化と上記効果の取得の容易化とを得ることができる。
【００１６】
請求項３によれば、受光部である各集光レンズにおいてより広い前方範囲から集光し、しかも効率よく集光した光を受光することができ、これにより、低照度の燃焼火炎の光をより一層効率よく集光し、受光素子に対し入射させることができるようになる。
【００１７】
請求項４によれば、発明をより具体化して受光素子に対し受光部である各集光レンズからの光を効率よく出射させることを容易に実現させることができるようになる。
【００１８】
請求項５によれば、燃焼ノズル周囲の２カ所以上の受光部配設位置のみならず、燃焼ノズル周囲のドーナッツ環状の全範囲で受光することができるようになり、このように広い範囲で受光した光を受光素子に対し入射させることができるようになる。これにより、低照度の燃焼火炎であってもより一層確実に火炎検知することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施形態を適用・搭載した燃焼機の例を示している。この燃焼機は、液体燃料を噴射して下向きに燃焼火炎Ｒを形成するガンタイプの燃焼ノズル１を有するものであり、燃焼ノズル１の近傍には点火器としてのイグナイタ２と、火炎検知装置３が設置されている。なお、燃焼火炎が下向きに形成される点は本発明が対象とする燃焼機にとって必須のものではなく、形成される燃焼火炎が上向きもしくは横向きであろうが本発明の対象足り得るものである。
【００２１】
上記火炎検知装置３は、図２及び図３に示すように、中心孔４１に上記燃焼ノズル１が貫通するように配設された支持部材４と、光センサ５と、この光センサ５に対し燃焼火炎Ｒの光を入射させるために多数の集光レンズ６，６，…及び光ファイバ７，７，…とを備えて構成されている。
【００２２】
上記支持部材４は燃焼ノズル１の中心軸（燃焼火炎の中心軸Ｘと合致）と同軸でかつ前方側（燃焼ノズル１の先端側；図２の下方側）に開口する傘形又は椀形に形成され、平面視では中心孔４１内にある燃焼ノズル１を中心にして周囲を囲むドーナッツ環状に形成されている。図２に示した支持部材４の例についてさらに詳細に説明すると、この支持部材４は傘部４２と、この傘部４２の外周縁部から前方側に延びる筒部４３と、上記傘部４２の内周縁部から後方側（図２の上方側）に延びて燃焼ノズル１への結合部４４とを備えている。
【００２３】
上記光センサ５は入射光を電気信号（光起電流信号）に変換するものであり、この光センサ５から出力される電気信号に基づいて図外の制御部において燃焼火炎Ｒの状態（例えば着火もしくは消火）が検知・判定されるようになっている。上記光センサ５は具体的には受光素子そのものにより構成してもよいし、図２例の如く集光部５１を受光素子５２の前面側に有する図４に例示のもの５００により構成してもよく、上記支持部材４の傘部４２に対しその後側から前側に貫通して前方側に臨むように配設されている。
【００２４】
上記の各集光レンズ６は受光部を構成するものであり、上記支持部材４の前面側位置、図２例では筒部４３の開口部位置においてその受光中心軸Ｘsが上記中心軸Ｘと平行になるように前方側に向けて配設されている。平面視では、上記各集光レンズ６は燃焼ノズル１を囲んで周方向に互いに離れた各位置に配設されており、図３例では中心軸Ｘを中心とする大小２つの円周上にほぼ等間隔に多数個の集光レンズ６，６，…が設置されている。そして、各集光レンズ６は、この各集光レンズ６で集光した光を上記光ファイバ７の入射端７１に入射するように光ファイバ７と接続されている。
【００２５】
上記各光ファイバ７は、燃焼ノズル１の周囲の多数位置において燃焼火炎Ｒからの光を各集光レンズ７で集光し、集光した光を光センサ５まで導いて集めた上で、光センサ５に入射させるための光導波路もしくは伝送手段を構成するものである。各入射端７１に集光レンズ６が結合された各光ファイバ７は、燃焼ノズル１を迂回して支持部材４内を周方向に配線されてその出射端７２が光センサ５に向けて配設され、各光ファイバ７を通して伝送された光を上記光センサ５に向けて出射するようにされている。
【００２６】
以上の実施形態の場合には、燃焼ノズル１の周囲の複数位置（多数位置）に設置された集光レンズ６，６，…のそれぞれで燃焼火炎Ｒの光を受光することができる。しかも、単に受光するだけではなくて、各集光レンズ６では燃焼ノズル１（燃焼火炎Ｒ）の中心軸Ｘと平行な方向に延びる受光中心軸Ｘsを中心とした所定の受光角度範囲から燃焼火炎Ｒの光を集光することができる。そして、燃焼ノズル６の周囲の多数の位置で集光された光を各光ファイバ７により燃焼ノズル１の一側位置に設置された１つの光センサ５まで導いて光センサ５に入射させることができる。このため、図５に示す場合よりも広い範囲で燃焼火炎Ｒの光を受光することができ、燃焼火炎Ｒがたとえ青火燃焼又は低ＮＯx燃焼等の如く低照度の火炎であっても、火炎検知に必要な十分な電気信号を得るに足る光を光センサ５（受光素子）に対し入射させることができるようになる。さらに、受光部である集光レンズ６と光センサ５とを光ファイバ７で接続しているため、各集光レンズ６の設置位置の自由度を高めることができる一方、光センサ５（受光素子）を任意の位置に設置することができる。これにより、火炎検知装置を容易かつ簡易に形成することができる。
【００２７】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記集光レンズ６の代わりに、単なる受光部を光ファイバ７の入射端に設けるようにしてもよい。又、かかる集光レンズ６又は受光部は多数個設置しなくても２個以上であればよい。例えば２個の場合であっても、従来の１つの受光素子に対し１つの集光部で集光する場合（例えば図４参照）よりも広い範囲から受光することができるからである。
【００２８】
支持部材４の例えば傘部４２の内面、あるいは、傘部４２と筒部４３との両内面に反射面を形成してもよい。そして、この反射面により燃焼火炎Ｒの光を反射させて光センサ５に入射させるようにしてもよい。
【００２９】
又、上述の如く、受光素子がいずれの位置に設置されていても、その受光素子まで集光した光を光ファイバ７，７，…により導くことができるため、光センサ５（受光素子）の設置位置は支持部材４のいずれの位置でも、あるいは、支持部材４とは異なる他の位置でも、任意の位置に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態を適用した燃焼機を示す模式図である。
【図２】図１の部分拡大断面説明図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における説明図である。
【図４】従来用いられている火炎検知装置の例を断面説明図である。
【図５】図４の火炎検知装置を用いた燃焼機の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１        燃焼ノズル
３        火炎検知装置
４        支持部材
５        光センサ（受光素子）
６        集光レンズ（受光部）
７        光ファイバ（光導波路）
５２      受光素子
７１      入射端
７２      出射端
４２１，４３１      内面
Ｒ        燃焼火炎
Ｘ        中心軸
Ｘs       受光中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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