(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタック（１４）の底端部を閉じる地表面ベースプレート（１８）と、
フレアスタック（１０）の頂部開口端部（２４）のところのパイロットバーナ（２６）から発せられる炎の存在または不在を検出する炎検出装置と、を備え、該装置が、
前記炎に対して前記フレアスタックの前記開口排出端部（２４）に配置された端部を有するコンジット（３４）を含み、前記炎によって生成された音が前記コンジットによって音検出器（３８）に伝導され、該音検出器は、前記コンジットに前記炎から離れた位置で接続され、前記コンジットによって伝導された音を検出し且つ前記音を表す信号を発生するものであり、前記炎検出装置が、
前記信号を受信する手段であって、受信した信号に応答して前記炎の存在または不在を示す電子回路を有する手段（３８、８２〜９０）を含み、
前記音検出器が前記炎から離れた前記フレアスタックの底部近傍の位置にある、フレアスタック。
【請求項２】
前記音検出器（３８）によって生成される前記信号が電気信号である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記信号を受信し、前記炎の存在または不在を示す前記電子回路が、前記炎の存在または不在を示すために、予め選択された一つまたは複数の周波数帯域における前記信号のエネルギー含量に応答する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記信号を受信し、前記炎の存在または不在を示す前記電子回路が、前記炎の存在または不在を示すために、予め選択された一つまたは複数の周波数帯域における前記信号のエネルギーピークの存在または不在に応答する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項５】
前記信号を受信し、前記炎の存在または不在を示す前記電子回路が、前記炎の存在または不在を示すために、前記信号の周波数対エネルギーのプロットの形状に応答し、前記形状と標準のプロットとを比較する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項６】
前記信号を受信し、前記炎の存在または不在を示す前記電子回路が、前記炎の存在または不在を示すために、予め選択された一つまたは複数の周波数帯域における前記信号の周波数対エネルギーの変化率に応答する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項７】
前記音検出器が電子音響受振器を含む、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記音検出器がマイクロフォンまたは圧電結晶を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記コンジット（３４）に接続された点火炎発生器（３６）をさらに含み、該点火炎発生器が、前記コンジットを介して前記パイロットバーナまで伝搬する、前記パイロットバーナ（２０）を点火させる点火炎を生成する、請求項１から８のいずれか一項に記載のスタック。
【請求項１０】
フレアスタック（１０）の開口排出端部（２４）に配置されたパイロットバーナ（２６）から発せられる炎の存在または不在を検出する炎検出方法であって、該方法が、
コンジット（３４）を介して、前記炎の位置から、前記炎の位置から離れた位置まで、前記炎によって生じる音を伝導するステップと、
伝導された音を検出し、前記音を表す信号を生成するステップと、
前記音を表す前記信号から前記炎の存在または不在を示すステップとを含み、
スタック（１４）の底端部は、地表面ベースプレート（１８）によって閉じられ、前記コンジットは、炎の位置から前記スタックの底部近傍の離れた位置まで延びており、伝導された音を検出する前記ステップは、炎から離れた前記位置にて行われる、方法。
【請求項１１】
前記信号が電気信号であり、かつ前記炎の存在または不在が前記電気信号によって電子的に決定される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記炎が存在する場合、前記炎が可燃性ガスストリームを点火させるパイロットバーナから発生される、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
必要な場合、点火炎を発生させ、それを前記コンジットを介して前記パイロットバーナまで伝搬させることによって前記パイロットバーナを点火させるステップをさらに含む、請求項１０または１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炎から離れた位置から炎の存在または不在を検出する炎検出装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料と空気の混合物を燃焼させるバーナは、一般に、バーナを動作させたときに燃料と空気の混合物を点火させる一つまたは複数のパイロットバーナを含んでいる。通常、主バーナは断続的に動作し、パイロットバーナは連続的に動作する。パイロットバーナが誤動作して、点火炎が与えられなかったときの爆発などを防ぐために、パイロット炎検出装置が備えられ、通常、パイロット炎が存在しない場合にバーナへの燃料を遮断するように構成される。
【０００３】
可燃性廃棄物および他の材料を燃焼させ、処分するためにフレアまたはフレアスタックが使用される。フレアスタックは、通常、製造工場、精製工場および処理工場において、排気、閉鎖、混乱および／または非常の間にそらされた可燃性廃棄物または他の可燃性ストリームを処分するために配置される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
また、フレアは、一般に、連続的に動作するパイロットバーナおよび炎検出装置を含んでおり、これらは、しばしばスタックの上部においてフレアの高い開口排出端部に配置される。そのようなフレアスタックの高さおよび燃焼中に受ける高い温度のために、炎検出装置の故障がしばしば発生し、また修理および交換が比較的困難であった。
【０００５】
フレア用の一つの従来の炎検出システムは、パイロット炎によって加熱されたときに熱電流を発生する熱電対を含んでいる。パイロット炎が存在しない場合、より少ない熱電流が発生し、これが電子的に検知され、アラームが表示される。
【０００６】
また、これまで、フレアスタックとともに使用され、地表面に取り付けられ、フレアスタックの上部において炎の存在または不在を検出する光学システムが開発されてきた。しかしながら、そのようなシステムは、天候状態の変化などのために誤った読みをもたらしやすい。さらに、それらは、パイロット炎と主炎を識別することができない。
【０００７】
他の赤外線、紫外線、光学的および音響的炎検出装置が開発され、バーナおよびフレアとともに使用されているが、それらもまた、効果を高めるために検出すべき炎の比較的近く、すなわち１メートル以内に取り付けなければならず、強い熱により急速な劣化を受けやすく、修理または交換が困難である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、請求項１に記載されたフレアスタックが提供される。
【０００９】
本発明の炎検出装置は、監視すべき炎から比較的長い距離離れて配置され、それにより強い熱を受けず、変化する天候状態に耐えられ、修理また交換が容易に実施できる。
【００１０】
炎から離れた位置、すなわち炎から約１メートルから２００メートルまたはそれ以上のところに配置されたパイプに音検出器が接続される。音検出器は、炎によって生成され、パイプによって伝導される音を検出し、その音を表す電気信号を発生する。電気信号を受信し、それに応答して炎の存在または不在を示す電子手段が備えられる。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、フレアスタックの開口排出端部に位置するパイロットバーナから発せられる炎の存在または不存在を検出する、請求項１０に記載の方法が提供される。
【００１２】
本発明をより容易に理解することができるように、以下の説明を単に例として示す。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１および図２に、本発明の改善された炎検出装置を含むフレアスタック１０を示す。フレアスタック１０は、フランジ付き接続部１６において複数のボルト１５によって互いにボルト締めされたフレア１２およびスタック１４を含んでいる。フレアスタックの高さは様々なファクタによって異なるが、製造工場、精製工場および処理工場内で使用されるたいていのフレアスタックは、高さ約６メートルから約２００メートルにも及ぶ。スタック１４の底端部は、地表面ベースプレート１８によって閉じられ、地表面またはその付近に配置された一つまたは複数の排気ガス入口パイプ２０は、スタック１４に接続される。
【００１４】
フレア１２（フレアチップとも呼ばれる）は、フレア１２の上部開口排出端部２４に隣接してそれに取り付けられた円筒形穴あきウインドテフレクタ２２、および開口排出端部２４に隣接して配置された少なくとも一つのパイロットバーナ２６を含んでいる。パイロットバーナ２６は、通常、フレアスタック１０に断続的に流れ込む可燃性ガスのストリームを点火させるために連続的に動作して連続的な炎をもたらす。
【００１５】
パイロットバーナ２６は、複数のブラケット３０によってフレア１２に取り付けられたパイプ２８に接続される。従来の燃料空気ミキサ３２がパイプ２８内にフランジ付き接続部１６の近くにフレア１２とスタック１４の間に配置され、パイプ２８は、メタンなど、可燃性燃料ガスの供給源に接続される。燃料ガスは、ミキサ３２中を流れるときに吸入空気と混合され、混合物は、ミキサ３２上のパイプ２８を介してパイロットバーナ２６まで流れ、パイロットバーナ２６内およびその付近で燃焼する。
【００１６】
第２のパイプ３４がパイロットバーナ２６から地表面またはその近くの位置まで延び、複数のブラケット３５によってパイプ２８に取り付けられる。パイプ３４は、その上端においてパイロットバーナ２６に接続され、その下端において点火炎発生器３６に接続される。さらに、炎検出器アセンブリ３８が地表面の近くに点火炎発生器３６とパイロットバーナ２６の間にパイプ３４に接続される。
【００１７】
点火炎発生器３６は、パイプ３４を介してパイロットバーナ２６まで伝搬する炎を生成するように動作する。点火炎は、パイプ３４を出ると、パイロットバーナ２６から流れ込む燃料空気混合物を点火させる。パイロットバーナ２６が点火すると、点火炎発生器３６は遮断される。
【００１８】
パイロットバーナ２６の炎（図示せず）によって生成された音は、パイプ３４によって炎検出器アセンブリ３８まで伝導され、炎検出器アセンブリ３８は、パイロットバーナ２６において炎の存在または不在を示す音または音の不在を連続的に間接的に検出する。パイロットバーナ２６の炎が何らかの理由で消えた場合、炎検出器アセンブリ３８は、パイロットバーナ２６が直ちに再点火できるように光および／または可聴アラームなどの警告を与える。点火炎発生器３６は、炎検出器アセンブリ３８がパイロットバーナ２６において炎の不在を検出するたびに電子的に動作するように構成することが好ましい。
【００１９】
次に図５から図７を参照すると、パイロットバーナ２６、およびパイプ２８および３４の上端部分が詳細に示されている。パイロットバーナ２６は、従来のパイロットバーナノズル（またはチップ）４２に取り付けられた円筒形穴あきウインドシールド４０を含んでおり、ノズル４２は、パイプ２８に取り付けられる。ノズル４２は、安定なパイロット炎をもたらすパターンで燃料空気混合物を排出する一つまたは複数の燃料空気混合物排出口４４をその中に含んでいる。
【００２０】
図７に最も良く示されているように、円筒形ウインドシールド４０は、その中に形成された側部開口を含んでおり、パイプ３４の上端部４８がその中に溶接される。ウインドシールド４０内のパイプ３４の細長い端部セグメントは除去され、ウインドシールド４０の外部のパイプ３４の上端部は閉じられ、それによりパイプ３４は、ノズル４２の下、横、上に延びる開口５０によってウインドシールド４０内へ開口する。
【００２１】
パイロットバーナ２６および炎音伝導パイプ３４の様々な設計および構成が選択できるが、炎の存在によって生成された音が、本発明の炎検出器アセンブリ３８が取り付けられた離れた位置まで伝導することが唯一必要である。
【００２２】
次に図３を参照すると、点火炎発生器３６は、ワイヤ５６によって電力源（図示せず）に接続された変換器５４がその上に配置されるプレート５２を含んでいる。電気ワイヤコンジット６０内に含まれているワイヤは、変換器５４を密閉スパークプラグ５８に接続し、スパークプラグ５８は、サイトグラス６２をその中に有する燃料空気点火チャンバ６１に接続される。チャンバ６１は、Ｔ接続７６によって遮断バルブ６６およびその中に配置された圧力ゲージ６８を有する空気入口コンジット６４と、遮断バルブ７２およびその中に配置された圧力ゲージ７４を有する点火燃料ガスコンジット７０とに接続される。
【００２３】
点火炎発生器３６の動作中、可燃性燃料ガス空気混合物がコンジット２８によってパイロットバーナ２６まで流れる。次いで、点火炎発生器３６のバルブ６６および７２が開いて、チャンバ６１内に流れ込み、コンジット３４を介してパイロットバーナ２６まで流れる可燃性燃料ガス空気混合物をもたらす。変換器５４は、その上のボタン５５が押されると、スパークプラグ５８をスパークさせ、チャンバ６１中を流れる燃料ガス空気混合物を点火させるように動作する。サイトグラス６２により、点火が目で見て分かる。炎は、パイロットバーナ２６のウインドシールド４０内のコンジット３４の開口５０中を流れ、それによりノズル４２によって放出される燃料ガス空気混合物が点火する。パイロットバーナ２６の点火が終了すると、点火炎発生器３６のバルブ６６および７２が閉じられる。
【００２４】
次に図４を参照すると、炎検出器アセンブリ３８は、ハウジング７８内に収納されており、コンジット３４に密封接続された音検出器８０を含んでいる。音検出器８０は、それに伝導された音をワイヤ８２によって電子ネットワーク８４に伝導される電気信号に変換するマイクロフォン、圧電結晶、ジオホンなどの電気音響受振器である。電子ネットワーク８４は、電気信号をフィルタリングして、予め選択された一つまたは複数の周波数帯域を表す信号にし、次いでこの信号は、ワイヤ８６によって電子エネルギー検出回路８８に伝導され、これが、予め選択された一つまたは複数の周波数帯域において電気信号のエネルギー含有量を測定し、それによりパイロットバーナ炎の存在または不在を示す。すなわち、信号のエネルギー含有量が予め選択された一つまたは複数の周波数帯域に対して所定のエネルギー含有量に等しいかまたはそれよりも大きい場合には、炎の存在が示される。所定のエネルギー含有量よりも小さい場合には、炎の不在が示される。
【００２５】
他の様々な技法を使用して、音響受振器によって生成された信号を電子的に分析し、炎の存在または不在を検出することができる。例えば、信号を分析して、予め選択された一つまたは複数の周波数帯域においてエネルギーピークの存在または不在を測定することができる。あるいは、信号周波数対エネルギーのプロットの形状を、炎の存在を示す標準のプロットと比較することができる。あるいは、予め選択された一つまたは複数の周波数帯域において周波数対エネルギーの変化率と、炎が存在するときの変化率とを比較することができる。
【００２６】
電力は、ワイヤ９４によって電力源（図示せず）に接続され、ワイヤ９０によって電子構成要素８８に接続された変換器９２によって電子構成要素８４および８８に与えられる。パイロットバーナ炎の存在または不在は、電子構成要素８８が電気信号をワイヤ９６によってアラームおよび／または他の電子システム、例えば、点火炎発生器３６を自動的に動作させるシステムに伝導することによって示される。
【００２７】
炎の存在または不在を示すステップを、電子的に実施するか、あるいは音検出器によって生成された電気信号または他の信号、例えばマイクロ波、光波などの他の方法で実施するために、様々な技法が使用できる。
【００２８】
本発明の装置および方法は、点火炎発生器および点火炎をそのバーナまたはパイロットバーナに伝導する別々のコンジットを含まないフレアスタックまたは他のバーナとともに使用できる。検出装置に音を伝導する既存のコンジットが使用できない用途では、音を伝導する追加のコンジットが設置される。また、図８に示すように、何らかの理由で、炎音を伝導する点火炎発生器コンジット３４を使用することが望ましくない場合には、別個のコンジット１００を設置し、それに炎検出器アセンブリ３８を接続することができる。
【００２９】
本明細書において使用される「炎」なる語は、検出できる音を発生するあらゆる炎または燃焼反応を意味する。本発明の炎検出装置は、液体燃料ならびに気体燃料を燃焼させるバーナとともに使用でき、また空気、酸素または他の酸化物質などの酸化剤を使用すれば、燃焼を援助することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の検出装置の一実施形態を含むフレアスタックの側面図である。
【図２】  図１のフレアスタックの平面図である。
【図３】  図１に示されるパイロットバーナ点火炎発生器の概略拡大図である。
【図４】  図１に示される炎検出器の概略拡大図である。
【図５】  図１に示されるパイロットバーナおよび音伝導コンジットの拡大図である。
【図６】  図５の線６−６に沿った断面図である。
【図７】  図５の線７−７に沿った断面図である。
【図８】  本発明の炎検出装置の第２の実施形態を示す図１のフレアスタックの側面図である。
【符号の説明】
１０  フレアスタック
１２  フレア
１４  スタック
２０  排気ガス入口パイプ
２２  円筒形穴あきウインドデフレクタ
２４  開口排出端部
２６  パイロットバーナ
２８、３４、１００  パイプ
３０  ブラケット
３２  ミキサ
３６  点火炎発生器
３８  炎検出器アセンブリ
４０  円筒形穴あきウインドシールド
４２  パイロットバーナノズル
４４  燃料空気混合物排出口
５４  変換器
５５  ボタン
５６、８２、８６、９０、９４、９６  ワイヤ
５８  スパークプラグ
６１  燃料空気点火チャンバ
６２  サイトグラス
６６  遮断バルブ
６８  圧力ゲージ
７０  点火燃料ガスコンジット
７２  遮断バルブ
７４  圧力ゲージ
７６  Ｔ接続
７８  ハウジング
８０  音検出器
８４  電子ネットワーク
８８  エネルギー検出回路
９２  変換器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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