(57)【要約】【課題】ＵＶチューブの性能の劣化に応じてアノード電極とカソード電極の間に印加する電圧の大きさを調節することができる火炎センサを提供する。【解決手段】向かい合う面電極を備えたＵＶチューブを用いた火炎センサにおいて、向かい合う面電極のうち一方が少なくとも１枚のアノード電極であり、もう一方が第１カソード電極及び第２カソード電極の２枚のカソード電極であるようにしたので、炎検出に使用するアノード電極を放電が開始される電圧の測定にも兼用して使用することができるので、部品点数も少なくて済み、簡単な構成で火炎センサの小型化を実現しつつ、性能の劣化や故障まで検出し、適当な電圧に調整することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
向かい合う面電極を備えたＵＶチューブを用いた火炎センサにおいて、
前記向かい合う面電極のうち一方が少なくとも１枚のアノード電極であり、もう一方が第１カソード電極及び第２カソード電極の２枚のカソード電極であることを特徴とする火炎センサ。
【請求項２】
前記アノード電極と前記第２カソード電極の間に可変な電圧を印加し、前記アノード電極と前記第２カソード電極の間で放電が開始する瞬間の放電開始電圧の大きさを測定することを特徴とする請求項１記載の火炎センサ。
【請求項３】
前記測定された放電開始電圧の大きさに基づいて、前記アノード電極と前記第１カソード電極の間に印加する電圧の大きさを変更することを特徴とする請求項２記載の火炎センサ。
【請求項４】
前記測定された放電開始電圧の大きさが所定の電圧値よりも小さい場合は、前記ＵＶチューブが故障したと判断することを特徴とする請求項２又は請求項３記載の火炎センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、火炎中に含まれる紫外線を検出する火炎センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火炎センサの一種として、ユニット化した紫外線検出用放電管（ＵＶチューブ）を用いて火炎中に含まれる紫外線を検出する火炎センサがある。このＵＶチューブは、紫外線を受けて放電を生起する一対の放電電極を円筒形のガラス管内に封止し、上記一対の放電電極それぞれのリード線をガラス管の一端部から導出したものである。
このような構造のＵＶチューブは、火がついていることを確実に検知するための安全確保の役割を担っており、例えばボイラ内の燃焼状態をモニタするための火炎センサとして用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、図１は、従来のＵＶチューブの構造を示す構成図である。ガラス管５の中に、網目状のアノード電極１と、カソード電極２とが、リード線３，４によってそれぞれ支持されており、ガラス管５には例えば水素とネオンを成分とする混合ガスが封入されている。このアノード電極１とカソード電極２とは、平行平面構造であり、両電極間は約０．５ｍｍの距離を保って配置されている。そして、ガラス管５の端部（図１の上部）及び側部から入射した紫外線が、アノード電極１の網目を抜けてカソード電極２に当たることにより放電する（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
ここで、ＵＶチューブには、前述のとおり、ガラス管５の中に水素とネオン等を成分とする混合ガスが封入されている。そして、ＵＶチューブの経年変化により、すなわち、ガラス管５の中に封入される混合ガスの一成分である水素が徐々に漏れていくこと（水素成分のスローリーク）により、実際には火が消えており、紫外線の照射が終わっているにもかかわらず、アノード電極１とカソード電極２間での放電が起こりやすくなり、いわゆる偽放電が発生してしまうという問題があった。この結果、火炎がないにもかかわらず火炎を検出してしまい、非常に危険であった。
【０００５】
この問題に対し、ＵＶチューブに補助電極ユニットとその中に補助電極を設け、補助電極に規定の大きさの電圧をかけ、補助電極においてブレークダウンが生じた場合に、ＵＶチューブの寿命であると判断してＵＶチューブの故障を検出する火炎センサが提案されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１２５８１号公報
【特許文献２】特公昭４４−１０３９号公報
【特許文献３】特開２００９−１０９４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えば特許文献３のような従来の火炎センサは、ＵＶチューブの経年変化による故障を検出するだけのものであり、故障が検出されるまでの間のＵＶチューブの性能の劣化については何の考慮もなされていないという課題があった。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＵＶチューブの性能の劣化に応じてアノード電極とカソード電極の間に印加する電圧の大きさを調節することができる火炎センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明に係る火炎センサは、向かい合う面電極を備えたＵＶチューブを用いた火炎センサにおいて、向かい合う面電極のうち一方が少なくとも１枚のアノード電極であり、もう一方が第１カソード電極及び第２カソード電極の２枚のカソード電極である。
【００１０】
また、この発明に係る火炎センサは、アノード電極と第２カソード電極の間に可変な電圧を印加し、アノード電極と第２カソード電極の間で放電が開始する瞬間の放電開始電圧の大きさを測定する。
【００１１】
また、この発明に係る火炎センサは、測定された放電開始電圧の大きさに基づいて、アノード電極と第１カソード電極の間に印加する電圧の大きさを変更する。
【００１２】
また、この発明に係る火炎センサは、測定された放電開始電圧の大きさが所定の電圧値よりも小さい場合は、ＵＶチューブが故障したと判断する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る火炎センサによれば、１枚のアノード電極と２枚のカソード電極により通常の火炎検出と、性能の劣化や故障の検出と、を行うことができるので、すなわち、火炎検出に使用するアノード電極を放電が開始される電圧の測定にも兼用して使用することができるので、部品点数も少なくて済み、簡単な構成で火炎センサの小型化を実現しつつ、性能の劣化や故障まで検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のＵＶチューブの構造を示す模式図である。
【図２】従来のＵＶチューブと、この発明におけるＵＶチューブとの外観を比較する模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る火炎センサのＵＶチューブの構成を示す。
【図４】この発明の実施の形態１に係る火炎センサの構成を示す。
【図５】この発明の実施の形態１に係る火炎センサの処理手順のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明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。
実施の形態１．
図２は、従来のＵＶチューブ（図２左側）と、この発明におけるＵＶチューブ（図２右側）との外観を比較する模式図である。
従来の火炎センサに用いられるＵＶチューブは、図１のガラス管５の上下方向の長さが４．３ｃｍ前後の比較的大きなものであるため、振動に弱く、ガスタービンや発電所等の特殊な市場では使えないという問題があった。
そこで、ＵＶチューブを小型化することが考えられる。この発明におけるＵＶチューブは、大幅な小型化を図ったものであり、ガラス管１０の上下方向の長さは１．７ｃｍ前後である。このように小型化されたＵＶチューブは、耐振動性、耐衝撃性を向上できるため、このＵＶチューブを用いた火炎センサは、ガスタービンの燃焼検出など、従来では安定した火炎検出が困難であった過酷な環境での使用が可能となる。
【００１６】
ここで、ＵＶチューブは真空管の一種であり、使用時間の経過に伴って性能が劣化することは否めず、ＵＶチューブの性能の劣化はそのまま火炎センサの火炎検出性能の低下の要因となるため、ＵＶチューブの性能の劣化状況を監視することが重要となる。このＵＶチューブの性能の劣化の主な原因としては、背景技術においても説明したとおり、ガラス管１０に封入されている混合ガス中の水素のスローリークまたは水素吸蔵がある。これは、混合ガス中の水素が電極ないしリード線によって吸収されたり、ガス漏れなどが生じることによるものである。そして、混合ガス中の水素濃度が低下すると、電極間の放電が起こりやすくなり、紫外線の存在を伴わずに放電が起こり、誤検出を生じてしまう。特にこの発明のように小型化されたＵＶチューブは、封入される混合ガスの量が少ないため、水素濃度が低下しやすく、その影響を受けやすい。そこで、この発明は、ＵＶチューブを小型化しつつ、かつ、経年変化による性能の劣化の影響を受けにくい火炎センサを実現するものである。
【００１７】
図３は、この発明の実施の形態１に係る火炎センサのＵＶチューブの外観構成を示す図であり、図３（ａ）はこのＵＶチューブ全体の構成を、図３（ｂ）は図３（ａ）の構成からガラス管１０とアノード電極１１を外した構成を、図３（ｃ）は図３（ｂ）の構成から第１カソード電極１２及び第２カソード電極１６を外した構成を、それぞれ示している。
【００１８】
ここで、この発明における火炎センサのＵＶチューブの製造工程について、図３を参照しながら詳細に説明する。まず初めに、図３（ｃ）に示すように、排気管１９、ボタンガラス１７、各３本のコバール線１３，１４及び１本のコバール線１５を同時に封着して、ボタンステム１８を形成する。
【００１９】
次に、図３（ｂ）に示すように、第１カソード電極１２用の３本のコバール線（リード線）１４に第１カソード電極１２を配置して溶接する。また、第２カソード電極（副カソード電極）１６用の１本のコバール線（リード線）１５に第２カソード電極１６を配置して溶接する。なお、第１カソード電極１２及び第２カソード電極１６は、アノード電極１１用の３本のコバール線１３に接触しないように配置されるとともに、第１カソード電極１２には、アノード電極用の３本のコバール線１３に対応する箇所にそれぞれ切欠きが設けられている。
【００２０】
その後、網目状の面電極であるアノード電極１１と、それに向かい合う面電極である第１カソード電極１２及び第２カソード電極１６との間の距離が所定の距離（ここでは、０．４ｍｍ）保たれるようにするために、スペーサ（図示せず）を一時的に配置する。なお、スペーサは必須ではなく、アノード電極１１と第１カソード電極１２，第２カソード電極１６との間の距離を所定の距離に保つことができるものであれば、他の代替方法を用いても構わない。
【００２１】
そして、アノード電極１１を３本のコバール線（リード線）１３に溶接する。なお、網目状のアノード電極１１には、３本のコバール線１３を接続するための穴が、その３本のコバール線１３に対応する箇所にそれぞれ設けられている。また、３本のコバール線１３は、第１カソード電極１２用の３本のコバール線１４及び第２カソード電極１６用の１本のコバール線１５よりも長くボタンステムから上方向に突き出されており、アノード電極１１をコバール線１３と溶接した際に、アノード電極１１と第１カソード電極１２，第２カソード電極１６とが接触しないように設定されている。
【００２２】
その後、前記スペーサを取り除き、最後に、図３（ａ）に示すように、ガラス管１０をかぶせてボタンステム１８と溶接し、内部に例えば水素とネオンを成分とする混合ガスを封入してから密閉する。
【００２３】
図４は、この発明の実施の形態１に係る火炎センサの概略回路構成を示す図である。この火炎センサは、上述のようにＵＶチューブを構成する１枚のアノード電極１１と、それに向かい合う第１カソード電極１２及び第２カソード電極１６の２枚のカソード電極を備え、それぞれの向かい合う電極間に加える電圧を制御するものである。ここで、アノード電極１１と第１カソード電極間には、直流電圧を印加して、この電極間に流れる電流を検出することにより、紫外線の有無（火炎の有無）を検出する。一方、アノード電極１１と第２カソード電極１６間には、可変交流電圧を印加して、何Ｖ（ボルト）で放電が起き始めるのか（放電開始電圧）を測定する。
【００２４】
このアノード電極１１と第２カソード電極１６間の電圧を測定する処理は、ある一定期間ごとに行えばよいものであるが、経年変化によりＵＶチューブ内の混合ガスの水素濃度が減少するにしたがって、放電開始電圧は低下していく。これにより、火炎センサとしての性能が徐々に低下してきていることを認識することができる。また、この電圧がある所定値以下になったときに、火炎センサの寿命（または故障）であると判断することができる。
【００２５】
一方、上記経年変化により放電開始電圧が低下していくということは、ＵＶチューブ内の混合ガスの水素濃度が低下しているということであるから、火炎の有無を検出するアノード電極１１と第１カソード電極１２間においても、低い電圧で放電しやすくなる。この結果、実際には火が消えており、紫外線照射が終わっているにもかかわらず、アノード電極１１と第１カソード電極１２間において放電が起こりやすくなり、火炎がないにもかかわらず火炎検出してしまう（偽放電が発生してしまう）おそれがあるため、大変危険であった。
【００２６】
そこで、上記経年変化により放電開始電圧が低下していくにしたがって、火炎検出のために電圧源２３から印加する電圧値も低下させれば、偽放電は起こりにくくなることから、この発明では、アノード電極１１と第２カソード電極１６間で測定された放電開始電圧の値に基づいてアノード電極１１と第１カソード電極１２間に電圧源２３から印加する電圧の値を制御するようにした。
【００２７】
図５は、この発明の実施の形態１に係る火炎センサの処理手順を示すフローチャートである。ここで、図５の処理は、この瞬間に火炎センサが紫外線を検出していて、アノード電極１１と第１カソード電極１２の間で放電が起きていることが前提となっており、火炎センサが紫外線を検出していないときは、図５の処理は行わない。
【００２８】
まず最初に、放電開始電圧を測定する。放電開始電圧はアノード電極１１と第２カソード電極１６間に電圧をかけたときに放電が起こり始める電圧値であり、混合ガスの水素濃度によって変化する値であるため、電極間にかける電圧を、電極間に放電が起きない大きさから少しずつ変化させていくことで、放電が起こり始める瞬間の電圧を測定する。
そこで、補助電圧制御部２１が補助電圧の大きさをアノード電極１１と第２カソード電極１６間で放電が起きない程度に小さい値に設定する（ステップＳＴ１）。次に、補助電圧の大きさを補助電圧制御部２１が変化させる（ステップＳＴ２）。具体的には、補助電圧制御部２１が補助電圧を徐々に大きくしていき、アノード電極１１と第２カソード電極１６の間で放電が起きる瞬間の補助電圧の値を測定し、測定した補助電圧の値を放電開始電圧として電圧源制御部２２に出力する（ステップＳＴ３）。
【００２９】
ここで、放電開始電圧はＵＶチューブの経年変化により混合ガスの水素濃度が減少するにしたがって低下するものであり、放電開始電圧の低下は火炎センサとしての性能の低下を示している。よって、ステップＳＴ３において測定した放電開始電圧から、そのＵＶチューブがまだ使用可能か否かを判定する。
そこで、補助電圧制御部２１によって測定された放電開始電圧が予め決められた所定の電圧値よりも小さいか否かを、電圧源制御部２２が判定する（ステップＳＴ４）。放電開始電圧が予め決められた所定の電圧値よりも小さい場合（ステップＳＴ４のＹＥＳの場合）は、ＵＶチューブが故障したものと判定し（ステップＳＴ５）、ＵＶチューブの故障を通知して（ステップＳＴ６）、処理を終了する。
【００３０】
一方、放電開始電圧が予め決められた所定の電圧値以上である場合（ステップＳＴ４のＮＯの場合）には、ＵＶチューブはまだ使用できるものと判定し、ステップＳＴ３において測定した放電開始電圧に基づいてアノード電極１１と第１カソード電極１２間の電圧の大きさを変更する。
そこで、電圧源２３の電圧の大きさを放電開始電圧の値に変更して（ステップＳＴ７）、処理を終了する。
【００３１】
なお、ここでは、電圧源２３の電圧の大きさを放電開始電圧の値に変更しているが、放電開始電圧の値にするのではなく、放電開始電圧の値に基づいて大きさを変更するようにしてもよい。
【００３２】
このように、アノード電極１１と第２カソード電極１６間で測定された放電開始電圧の値に基づいてアノード電極１１と第１カソード電極１２間に電圧源２３から印加する電圧の値を制御するようにしたので、アノード電極１１と第１カソード電極１２間に印加する電圧を適当な大きさに調整することができる。
【００３３】
以上のように、この発明の火炎センサによれば、１枚のアノード電極と２枚のカソード電極により通常の火炎検出と、性能の劣化や故障の検出と、を行うことができるので、すなわち、火炎検出に使用するアノード電極を放電開始電圧の測定にも兼用して使用することができるので、部品点数も少なくて済み、簡単な構成で火炎センサの小型化を実現しつつ、性能の劣化や故障まで検出することができる。
【００３４】
また、測定するアノード電極１１と第２カソード電極１６の間で放電が開始する瞬間の放電開始電圧の大きさに基づいて、アノード電極１１と第１カソード電極１２の間に印加する電圧の大きさを調節する電圧源制御部２２を備えることにより、混合ガスの水素濃度が減少しても紫外線の存在を伴わない放電が起こるのを防ぐことができ、正しくＵＶ光を検出することができるため、製品寿命を長く保つことが可能となり、ユーザからの返品の数を少なくすることができる。
【００３５】
なお、この実施の形態では、カソード電極のみが２枚であり、アノード電極は１枚の構成として記載しているが、アノード電極とカソード電極の両方ともが２枚の構成であってもよい。
【００３６】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１，１１  アノード電極
２  カソード電極
３，４，１３，１４，１５  コバール線（リード線）
５，１０  ガラス管
１２  第１カソード電極
１６  第２カソード電極
１７  ボタンガラス
１８  ボタンステム
１９  排気管
２１  補助電圧制御部
２２  電圧源制御部（制御部）
２３  電圧源
２４  第１アノード電極
２５  第２アノード電極
【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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