(57)【要約】【課題】安価で作業性を向上でき、誤動作することなく確実に火炎を検出することができる火炎検出装置。【解決手段】ボイラ設備においてバーナ火炎から発生する紫外線と赤外線とを集光する集光レンズ１６と、集光レンズ１６により集光された紫外線を可視光に変換し且つ集光された赤外線を通過させる機能性蛍光ガラス１３ａと、機能性蛍光ガラス１３ａで変換された可視光と赤外線との各々を２分岐させるハーフミラー１７と、ハーフミラー１７で２分岐された可視光を第１電気信号に変換する第１光電変換素子１８ａと、ハーフミラー１７で２分岐された赤外線を第２電気信号に変換する第２光電変換素子１８ｂとを備える。【選択図】図６
2011095083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ設備においてバーナ火炎から発生する紫外線と赤外線とを集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光された紫外線を可視光に変換し且つ集光された赤外線を通過させる機能性蛍光ガラスと、
前記機能性蛍光ガラスで変換された可視光と赤外線との各々を２分岐させるハーフミラーと、
前記ハーフミラーで２分岐された可視光を第１電気信号に変換する第１光電変換素子と、
前記ハーフミラーで２分岐された赤外線を第２電気信号に変換する第２光電変換素子と、
を備えることを特徴とする火炎検出装置。
【請求項２】
ボイラ設備においてバーナ火炎から発生する紫外線を可視光に変換し且つ赤外線を通過させる機能性蛍光ガラスと、
前記機能性蛍光ガラスで変換された可視光と赤外線との各々を２分岐させるハーフミラーと、
前記ハーフミラーで２分岐された可視光を第１電気信号に変換する第１光電変換素子と、
前記ハーフミラーで２分岐された赤外線を第２電気信号に変換する第２光電変換素子と、
を備えることを特徴とする火炎検出装置。
【請求項３】
前記機能性蛍光ガラスは、前記バーナ火炎から発生する紫外線と赤外線とを集光するように形成されてなることを特徴とする請求項２記載の火炎検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ設備におけるバーナの火災を検出する火災検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所や自家発電所内に設置されているボイラ設備において、バーナの未着火及び滅火による爆発等、ボイラ事故の損害は極めて大きい。このようなボイラ事故を防止するため、従来の火炎検出装置は、バーナ火炎から発生する紫外線や赤外線を利用することにより、火炎有無の検出や滅火／不安定燃焼を常時監視する機能を有しており、ボイラの自動運転制御にも利用されている。
【０００３】
火炎有無を検出する火炎検出装置としては、例えば、特許文献１〜３に記載されたものが知られている。特許文献１には、紫外線センサの一種である紫外線検出用放電管（ＵＶトロン管）を用いて火災を検出することが記載されている。特許文献２、特許文献３には、フォトダイオードを用いて火災を検出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９２２５４８号公報
【特許文献２】特開昭６０−７３２１３号公報
【特許文献３】米国特許第４３８１４５５号明細書
【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、特許文献１に記載されたＵＶトロン管は寿命部品であるため、定期的にＵＶトロン管を交換する必要があった。また、ＵＶトロン管は非常に高価であり、さらに、管内ガスリーク等で感応が鈍くなったりする。
【０００６】
また、同一ボイラー内でも燃焼状態（点火時、安定燃焼時）で発生する熱線タイプが異なり、火炎検出が誤動作することがあった。即ち、点火時には赤外線が多く発生し、安定燃焼時には紫外線が多く発生する。このため、ＵＶトロン管を用いた場合、点火時には火災を検出できない場合がある。
【０００７】
また、特許文献２，３の火災検出装置にあっては、フォトダイオードを用いて赤外線を検出することにより火災を検出していた。このため、点火時には赤外線を良く検出できるが、安定燃焼時には火災を検出できない場合がある。
【０００８】
従って、紫外線用の火災検出装置と赤外線用の火災検出装置との２種類の火災検出装置を用いて紫外線と赤外線とを検出していた。このため、火災検出装置が高価となり、しかも紫外線検出と赤外線検出とを行うため、作業が大変であった。
【０００９】
本発明は、安価で作業性を向上でき、誤動作することなく確実に火炎を検出することができる火炎検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】
【００１０】
上記課題を解決するために、第１の発明は、ボイラ設備においてバーナ火炎から発生する紫外線と赤外線とを集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光された紫外線を可視光に変換し且つ集光された赤外線を通過させる機能性蛍光ガラスと、前記機能性蛍光ガラスで変換された可視光と赤外線との各々を２分岐させるハーフミラーと、前記ハーフミラーで２分岐された可視光を第１電気信号に変換する第１光電変換素子と、前記ハーフミラーで２分岐された赤外線を第２電気信号に変換する第２光電変換素子とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第２の発明は、ボイラ設備においてバーナ火炎から発生する紫外線を可視光に変換し且つ赤外線を通過させる機能性蛍光ガラスと、前記機能性蛍光ガラスで変換された可視光と赤外線との各々を２分岐させるハーフミラーと、前記ハーフミラーで２分岐された可視光を第１電気信号に変換する第１光電変換素子と、前記ハーフミラーで２分岐された赤外線を第２電気信号に変換する第２光電変換素子とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明、第２の発明によれば、機能性蛍光ガラスを用いたので、安価となる。また、ハーフミラーで２分岐された可視光を第１光電変換素子で第１電気信号に変換し、ハーフミラーで２分岐された赤外線を第２光電変換素子で第２電気信号に変換するので、１つの火災検出装置で赤外線と紫外線とを検出でき、安価で作業性を向上でき、誤動作することなく確実に火炎を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１の紫外線式の火炎検出装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施例１の紫外線式の火炎検出装置内の機能性蛍光ガラスの性質を示す図である。
【図３】本発明の実施例２の紫外線式の火炎検出装置を示す構成図である。
【図４】本発明の実施例３の紫外線式の火炎検出装置を示す構成図である。
【図５】本発明の実施例３の火炎検出装置内の火炎検出増幅器の構成図である。
【図６】本発明の実施例４の紫外線式の火炎検出装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る火炎検出装置の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の実施例１の紫外線式の火炎検出装置を示す構成図である。図１に示す火炎検出装置のボイラ設備１において、炉壁１ｂからボイラ炉内１ａにバーナ１ｃが挿入されており、バーナ１ｃの先端には、燃料が燃焼することにより火災が発生している。
【００１６】
火災検出器１１は、炉壁１ｂからボイラ炉内１ａに挿入されており、バーナ火炎から発生する紫外線を可視光に変換する機能性蛍光ガラス１３と、機能性蛍光ガラス１３で変換された可視光で伝送する光ファイバー１４と、光ファイバー１４からの可視光を受光しバーナ火炎を検出する受光部１５とを有している。
【００１７】
機能性蛍光ガラス１３は、蛍光剤として、テルビウム（Ｔｂ）又はユウロビウム（Ｅｕ）を含む酸化物ガラスであり、酸化物ガラスの組成がモル％表示で、ＳｉＯ２：２〜６０％、Ｂ２Ｏ３：５〜６８％、（但しＳｉＯ２とＢ２Ｏ３との総量が５０〜７０％である）、ＲＯ：１５〜２５％、（但しＲは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａより選ばれる一種以上の原子）、ＺｎＯ：０〜１５％、ＺｒＯ２：０〜１０％、Ｔｂ２Ｏ３：２〜１５％又はＥｕ２Ｏ３：２〜１５％（但しＴｂ２Ｏ３とＥｕ２Ｏ３とのいずれか一方を含む）、Ｌｎ２Ｏ３：０〜２０％、（但しＬｎは、Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｓｍ，Ｄｙ，Ｔｍより選ばれる一種以上の原子）、ＣｅＯ２：０〜１％、Ｂｉ２Ｏ３：０〜２％、Ｓｂ２Ｏ３：０．０１〜０．５％、及びＲ´２Ｏ：０〜２０％、（但しＲ´は、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋより選ばれる一種以上の原子）のみからなる。
【００１８】
図２（ａ）に機能性蛍光ガラス１３の光学的性質を示し、図２（ｂ）に機能性蛍光ガラス１３の熱・機械的性質を示す。図２（ａ）に示すルミラス−Ｒ７において、入力される励起波長範囲は、２００〜４２０ｎｍの紫外線であり、出力される主発光波長は、６１０ｎｍの可視光であり、赤色の蛍光を発する。
【００１９】
図２（ａ）に示すルミラス−Ｇ９において、入力される励起波長範囲は、２００〜３９０ｎｍの紫外線であり、出力される主発光波長は、５４０ｎｍの可視光であり、緑色の蛍光を発する。図２（ａ）に示すルミラス−Ｂにおいて、入力される励起波長範囲は、２００〜４００ｎｍの紫外線であり、出力される主発光波長は、４０５ｎｍの可視光であり、青色の蛍光を発する。
【００２０】
ボイラ設備１から離れて設けられた中央操作室２には火災検出増幅器２０が設けられている。火災検出増幅器２０は、火災検出器１１で検出されたバーナ火災を示す検出信号を増幅し、火災の有無を判定する。
【００２１】
次にこのように構成された実施例１の火災検出装置の動作を説明する。まず、ボイラ設備１において、バーナ火災が発生すると、バーナ火炎から発生する紫外線は、機能性蛍光ガラス１３により可視光に波長変換される。機能性蛍光ガラス１３は、例えば、図２（ａ）に示すルミラス−Ｇ９を用い、入力される励起波長範囲は、２００〜３９０ｎｍの紫外線であり、出力される主発光波長は、５４０ｎｍの可視光であり、緑色の蛍光を発する。
【００２２】
可視光は、光ファイバー１４によりフォトダイオードが取付けられた受光部１５まで伝送されて、受光部１５により火炎の有無が検出される。
【００２３】
このように実施例１の火災検出装置によれば、機能性蛍光ガラス１３を用いて火災を検出するようにしたので、ＵＶトロン管よりも安価となり、しかも誤動作することなく確実に火炎を検出することができる。
【実施例２】
【００２４】
図３は本発明の実施例２の紫外線式の火炎検出装置を示す構成図である。図３では、図１に示す実施例１の構成に、バーナ火災から発生する紫外線を集光し集光された紫外線を機能性蛍光ガラス１３に出力する集光レンズ１６を設けたことを特徴とする。集光レンズ１６の材質としては、紫外線を通す石英ガラス等が用いられる。
【００２５】
このように集光レンズ１６を設けて視野角度を広げることにより、バーナ燃焼不良時等、バーナ火災の状態が変動し紫外線量が変動しても、確実に火災を検出することができる。
【実施例３】
【００２６】
図４は本発明の実施例３の紫外線式の火炎検出装置を示す構成図である。実施例３の紫外線式の火炎検出装置は、ボイラ設備１のバーナ火炎から発生する紫外線と赤外線との両方を検出することを特徴とする。
【００２７】
火災検出器１１ａは、機能性蛍光ガラス１３ａと、光ファイバー１４、受光部１５とを有している。機能性蛍光ガラス１３ａは、バーナ火炎から発生する紫外線と赤外線との内の紫外線を可視光に変換し且つ赤外線を通過させる。
【００２８】
図５は火炎検出増幅器２０ａの構成図である。図５に示すように、火災検出器２０ａは、ハーフミラー１７、Ｏ／Ｅ変換素子（光電変換素子）１８ａ，１８ｂ、第１処理回路１９ａ、第２処理回路１９ｂ、ＯＲ増幅器１９ｃとを有している。
【００２９】
ハーフミラー１７は、光ファイバー１４から伝送されてきた可視光と赤外線との各々を２分岐する。Ｏ／Ｅ変換素子１８ａは、フォトダイオード１８ｃを有し、このフォトダイオード１８ｃは、紫外線が変換された可視光波長に反応し、ハーフミラー１７からの可視光を第１電気信号に変換して第１処理回路１９ａに出力する。
【００３０】
Ｏ／Ｅ変換素子１８ｂは、フォトダイオード１８ｄを有し、このフォトダイオード１８ｄは、赤外線波長に反応し、ハーフミラー１７からの赤外線を第２電気信号に変換して第２処理回路１９ｂに出力する。
【００３１】
第１処理回路１９ａは、紫外線用に設けられ、照度周波数区別ユニット１９１ａ、判定ユニット１９２ａ，１９６ａ、オンタイムオフタイムユニット１９３ａ、論理判定ユニット１９４ａ、フィルタアンプ１９５ａ、セルフチェック回路１９７ａを有している。
【００３２】
第２処理回路１９ｂは、赤外線用に設けられ、照度周波数区別ユニット１９１ｂ、判定ユニット１９２ｂ，１９６ｂ、オンタイムオフタイムユニット１９３ｂ、論理判定ユニット１９４ｂ、フィルタアンプ１９５ｂ、セルフチェック回路１９７ｂを有している。
【００３３】
照度周波数区別ユニット１９１ａ（１９１ｂ）は、第１電気信号（第２電気信号）に含まれる明るさを表す照度信号（直流成分）と周波数信号（交流成分）とを区別する。判定ユニット１９２ａ（１９２ｂ）は、周波数信号が所定の周波数であり、照度信号がしきい値以上である場合に火災が有りと判定し、オンタイムオフタイムユニット１９３ａ（１９３ｂ）でオンタイム及びオフタイムを設定して、論理判定ユニット１９４ａ（１９４ｂ）を介して火災有無を出力する。
【００３４】
フィルタアンプ１９５ａ（１９５ｂ）は、照度周波数区別ユニット１９１ａ（１９１ｂ）からの周波数信号からノイズを除去して増幅し、モニター用の周波数成分を出力する。
【００３５】
セルフチェック回路１９７ａ（１９７ｂ）は、判定ユニット１９２ａ（１９２ｂ）の出力と判定ユニット１９６ａ（１９６ｂ）の出力とに基づき自己の装置の電圧や電流が正常か否かを診断し、電圧や電流が異常である場合には、モニタ用の異常信号を出力する。ＯＲ増幅器１９ｃは、第１処理回路１９ａの出力と第２処理回路１９ｂの出力とのオアをとり出力する。
【００３６】
このように実施例３の火災検出装置によれば、機能性蛍光ガラス１３ａを用いたので、安価となる。また、機能性蛍光ガラス１３ａが、バーナ火炎から発生する紫外線と赤外線との内の紫外線を可視光に変換し且つ赤外線を通過させ、ハーフミラー１７で２分岐された可視光をＯ／Ｅ変換素子１８ａで第１電気信号に変換し、ハーフミラー１７で２分岐された赤外線をＯ／Ｅ変換素子１８ｂで第２電気信号に変換するので、１つの火災検出装置で赤外線と紫外線とを検出でき、安価で作業性を向上でき、誤動作することなく確実に火炎を検出することができる。
【実施例４】
【００３７】
図６は本発明の実施例４の紫外線式の火炎検出装置を示す構成図である。図６に示す実施例４では、図４に示す実施例３の構成に、バーナ火災から発生する紫外線を集光し集光された紫外線を機能性蛍光ガラス１３ａに出力する集光レンズ１６を設けたことを特徴とする。集光レンズ１６の材質としては、紫外線を通す石英ガラス等が用いられる。
【００３８】
このように集光レンズ１６を設けて視野角度を広げることにより、集光された紫外線と赤外線とを機能性蛍光ガラス１３ａに照射するので、バーナ燃焼不良時等、バーナ火災の状態が変動し紫外線量が変動しても、確実に火災を検出することができる。
【００３９】
なお、本発明は、実施例１乃至実施例４の火災検出装置に限定されるものではない。例えば、機能性蛍光ガラス１３ａを、バーナ火炎から発生する紫外線と赤外線とを集光するように例えば凸状に形成しても良い。このようにすれば、集光レンズ１６を用いなくても済み、さらに安価となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、赤外線と紫外線とを検出できるマルチ対応の火災検出装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ボイラ設備
１ｄ  紫外線
２  中央操作室
１１，１１ａ  火災検出器
１３，１３ａ  機能性蛍光ガラス
１４  光ファイバー
１５  受光部
１６  集光レンズ
１７  ハーフミラー
１８ａ，１８ｂ  Ｏ／Ｅ変換素子
１８ｃ，１８ｄ  フォトダイオード
１９ａ  第１処理回路
１９ｂ  第２処理回路
１９ｃ  ＯＲ増幅器
２０  火災検出増幅器
【図１】
2011095083.tif 000003
【図２】
2011095083.tif 000004
【図３】
2011095083.tif 000005
【図４】
2011095083.tif 000006
【図５】
2011095083.tif 000007
【図６】
2011095083.tif 000008