(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主バーナと点火バーナの先端部近傍に配設される火炎検出用のプローブと、該プローブで検出された火炎の光が導入され、該火炎の光を光電変換し、ＤＣ成分とＡＣ成分とに分離し、該ＡＣ成分に基づき対応する主バーナ並びに点火バーナの個別火炎の有無を認識すると共に、前記ＤＣ成分とＡＣ成分とに基づき他の主バーナ並びに点火バーナの他火炎の有無を認識するアンプユニットとを備えたバーナ火炎検出装置であって、
プローブ内の先端部に、主バーナ用レンズを介して入射される光のうち所要波長以上の光を通過させることにより主バーナの火炎を検出するための主バーナ用光学フィルタと、点火バーナ用レンズを介して入射される光のうち所要波長未満の光を通過させることにより点火バーナの火炎を検出するための点火バーナ用光学フィルタとを配設し、
前記プローブ内に、基端側が一本に束ねられ且つ先端側が所要本数ずつの束に二分割されたバンドル光ファイバを配設し、該バンドル光ファイバの一方の束の先端を前記主バーナ用光学フィルタに接続し、他方の束の先端を前記点火バーナ用光学フィルタに接続し、主バーナの火炎の光と点火バーナの火炎の光とを一つにまとめてアンプユニットへ導くよう構成し、
アンプユニット内に、所要波長未満の光を取り出す分波器と、所要波長以上の光を取り出す分波器とを設けたことを特徴とするバーナ火炎検出装置。
【請求項２】
アンプユニット内の分波器によって取り出された光を光電変換器で光電変換し、該光電変換器で光電変換された電気信号を対数アンプで対数圧縮してＤＣ成分を取り出すと共に、前記光電変換器で光電変換された電気信号をバンドパスフィルタを通過させて所要周波数のＡＣ成分を取り出すよう構成した請求項１記載のバーナ火炎検出装置。
【請求項３】
所要波長以上の光を取り出す分波器によって分離された光をそれぞれ光電変換器で光電変換し、該各光電変換器で光電変換された電気信号をそれぞれ対数アンプで対数圧縮してＤＣ成分を取り出すと共に、該各ＤＣ成分の差に基づいて火炎の温度を検出するよう構成した請求項２記載のバーナ火炎検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ等に用いられるバーナ火炎検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３はボイラの一例を示したものであって、図３中、１は火炉、２は火炉１に副側壁３を介し接続された後部伝熱部、４は火炉１の外周部に多段に設けられた主バーナ、５は主バーナ４を包囲し該主バーナ４の燃料噴射部分に燃焼用空気を導くためのウインドボックス、６はウインドボックス５に接続された空気供給用ダクト、７は排ガスを排出するための排ガスダクトである。
【０００３】
このようなボイラにおいては、主バーナ４から燃料を噴射させると共に燃焼用空気を空気供給用ダクト６からウインドボックス５内へ導入し、燃料と燃焼用空気とを混合させた状態で着火を行い、火炉１内で燃料の燃焼が行われるようになっており、前記火炉１内での燃料の燃焼により生じた燃焼ガスは、前記火炉１から副側壁３内を通り後部伝熱部２に送られて、排ガスとして排ガスダクト７から排出される。
【０００４】
前述の如きボイラの場合、主バーナ４としては、重油等の燃料を霧状にして噴射するものや微粉炭を噴出するものが使用されているが、重油等の燃料を霧状にして噴射する主バーナ４及びその周辺の構造の一例は、図４に示されるようになっている。
【０００５】
即ち、ウインドボックス５の壁部分を形成する正面板８の主バーナ４配設位置に、ローラ９ａを介して主バーナ４を支持し得るバーナ支持台９が設けてあり、火炉１の炉壁１０に形成されたバーナスロート部１１に先端部が位置する主バーナ４が、前記正面板８に対して垂直となるように前記バーナ支持台９に支持されている。
【０００６】
正面板８を貫通して配置されている主バーナ４の先端部には、複数の噴孔を有するバーナチップ１２が装着され、前記主バーナ４の後端部には、バーナ支持台９に支持された主バーナ４を軸方向に押し引き可能なエアシリンダ１５が接続配置されていると共に、燃料供給弁１３ａを備えた燃料供給管１３及び噴霧媒体供給弁１４ａを備えた噴霧媒体供給管１４が夫々接続されている。
【０００７】
又、正面板８には、該正面板８より火炉１側の主バーナ４の略全体を包囲する外筒１６が設けられ、バーナスロート部１１には、開度調整可能なレジスタベーン１７を備え且つ二次空気（燃焼用空気）ａを吹き込むための二次空気吹込口１８が形成されていると共に、前記外筒１６の後端部（反火炉１側位置）には、三次空気（火炎調整用補助空気）ｂを供給するための三次空気導入口１９が設けられている。
【０００８】
更に、前記バーナスロート部１１には、前記主バーナ４へ点火するためのガス等の点火用燃料が用いられる点火バーナ２０が設けられると共に、前記主バーナ４の火炎と点火バーナ２０の火炎とを検出するためのバーナ火炎検出装置２２のプローブ２３が配設されている。
【０００９】
尚、図４中、２１は整流筒、ｃはバーナガンシール空気である。
【００１０】
前述の如き主バーナ４においては、燃料供給弁１３ａ及び噴霧媒体供給弁１４ａを開放して主バーナ４内に燃料（例えば重油）と噴霧媒体（例えば蒸気）を送り込み、重油と蒸気とを混合させて蒸気の圧力でバーナチップ１２の噴孔から燃料を霧状に噴射させ、且つウインドボックス５内へ導入した二次空気ａを二次空気吹込口１８からバーナスロート部１１に導いて前記燃料と混合させ、点火バーナ２０により主バーナ４に着火し火炎の形成を行わせると共に、レジスタベーン１７を調整することにより主バーナ４の安定燃焼を行っており、同時に、バーナ火炎検出装置２２によって前記主バーナ４の火炎と点火バーナ２０の火炎とを検出するようになっている。
【００１１】
前記バーナ火炎検出装置２２は、従来、図５に示される如く、プローブ２３とアンプユニット２４とを備え、プローブ２３内の先端部には、主バーナ４の火炎を検出するための主バーナ用レンズ２５と、点火バーナ２０の火炎を検出するための点火バーナ用レンズ２６とを配設し、前記プローブ２３内の基端部所要箇所には、所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）以上の光を通過させる分波器２７，２８を並設し、前記主バーナ用レンズ２５から光ファイバ２９を介して入射される光のうち所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）以上の光を前記分波器２７によって通過させ、光ファイバ３１へ導くと共に、前記点火バーナ用レンズ２６から光ファイバ３０を介して入射される光のうち所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）未満の光を前記分波器２８と分波器２７とで反射させ、前記光ファイバ３１へ導き、主バーナ４の火炎の光と点火バーナ２０の火炎の光とを一つにまとめ、光ファイバ３１，３２を介してアンプユニット２４へ導入するようになっている。
【００１２】
前記アンプユニット２４は、前記プローブ２３から導入される火炎の光を光電変換するピンフォトダイオード等の光電変換器３３と、該光電変換器３３で光電変換された電気信号を増幅する一次アンプ３４と、該一次アンプ３４で増幅された電気信号３５を対数圧縮してＤＣ成分３６を取り出す対数アンプ３７と、該対数アンプ３７で対数圧縮されたＤＣ成分３６の電気信号から所要周波数のＡＣ成分３８を取り出すバンドパスフィルタ３９と、該バンドパスフィルタ３９で取り出された所要周波数のＡＣ成分３８に所要のゲインを掛けて出力する可変ゲイン交流アンプ４０と、該可変ゲイン交流アンプ４０から出力されるＡＣ成分４１の１サイクルに亘っての瞬時値の二乗平均値の平方根を求めてＡＣ成分４２として出力するＲＭＳ／ＤＣ変換器４３と、前記対数アンプ３７で取り出されたＤＣ成分３６と前記ＲＭＳ／ＤＣ変換器４３から出力されたＡＣ成分４２とをそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４４と、該Ａ／Ｄ変換器４４から出力されるデジタル化されたＤＣ成分４５とＡＣ成分４６とを処理し且つ前記可変ゲイン交流アンプ４０へゲインフィードバック信号４７を出力するＣＰＵ４８とを備えてなる構成を有している。
【００１３】
前記バーナ火炎検出装置２２においては、ボイラの運転時には、主バーナ用レンズ２５から光ファイバ２９を介して入射される光のうち所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）以上の光が前記分波器２７によって通過され、光ファイバ３１へ導かれると共に、前記点火バーナ用レンズ２６から光ファイバ３０を介して入射される光のうち所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）未満の光が前記分波器２８と分波器２７とで反射され、前記光ファイバ３１へ導かれ、主バーナ４の火炎の光と点火バーナ２０の火炎の光とが一つにまとめられ、光ファイバ３１，３２を介してアンプユニット２４へ導入される。
【００１４】
前記プローブ２３からアンプユニット２４へ導入される火炎の光は、光電変換器３３で光電変換され、該光電変換器３３で光電変換された電気信号は一次アンプ３４で増幅され、該一次アンプ３４で増幅された電気信号３５は対数アンプ３７で対数圧縮されてＤＣ成分３６が取り出され、Ａ／Ｄ変換器４４へ出力される一方、前記対数アンプ３７で対数圧縮されたＤＣ成分３６の電気信号は、バンドパスフィルタ３９によって所要周波数のＡＣ成分３８が取り出され、該バンドパスフィルタ３９で取り出された所要周波数のＡＣ成分３８は、可変ゲイン交流アンプ４０において所要のゲインが掛けられてＲＭＳ／ＤＣ変換器４３へ出力され、該ＲＭＳ／ＤＣ変換器４３において前記可変ゲイン交流アンプ４０から出力されるＡＣ成分４１の１サイクルに亘っての瞬時値の二乗平均値の平方根が求められてＡＣ成分４２としてＡ／Ｄ変換器４４へ出力され、前記対数アンプ３７で取り出されたＤＣ成分３６と前記ＲＭＳ／ＤＣ変換器４３から出力されたＡＣ成分４２とがそれぞれＡ／Ｄ変換器４４においてＡ／Ｄ変換され、該Ａ／Ｄ変換器４４から出力されるデジタル化されたＤＣ成分４５とＡＣ成分４６とがＣＰＵ４８において処理される。
【００１５】
ここで、前記プローブ２３が配設されている対応する主バーナ４並びに点火バーナ２０の個別火炎（自炎）と、前記プローブ２３から離れた位置に配設されている他の主バーナ４並びに点火バーナ２０の他火炎との周波数に対する光のちらつきの大きさは、図７に示すような傾向を表わすことが判明しているため、およそ１００［Ｈｚ］前後の高周波成分を前記バンドパスフィルタ３９によりＡＣ成分３８として取り出すことにより個別火炎（自炎）の有無は認識できる一方、前記対応する主バーナ４並びに点火バーナ２０の個別火炎がなく、前記ＡＣ成分３８が少ない状態において、前記ＤＣ成分３６がある程度大きく検出された場合には、他の主バーナ４並びに点火バーナ２０の他火炎が有ることが認識できる。
【００１６】
即ち、前記ＣＰＵ４８において、前記ＡＣ成分３８を変換したＡＣ成分４６に基づき対応する主バーナ４並びに点火バーナ２０の個別火炎の有無が認識されると共に、前記ＤＣ成分３６を変換したＤＣ成分４５と前記ＡＣ成分４６とに基づき他の主バーナ４並びに点火バーナ２０の他火炎が検出される。尚、前記ＣＰＵ４８からは前記可変ゲイン交流アンプ４０へゲインフィードバック信号４７が出力され、前記ＡＣ成分４６の分解能が一定に保持される。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記バーナ火炎検出装置２２のプローブ２３は、構造的に見た場合、図５及び図６に示される如く、直径およそ０．１［ｍｍ］程度の単芯の光ファイバ２９，３０，３１を用いており、強度的に不安定であるため、図示していないステンレスの針等の中にそれぞれ前記単芯の光ファイバ２９，３０，３１を挿入して保護すると共に、温度上昇に伴って前記ステンレスの針と光ファイバ２９，３０，３１との伸びの差が生じても、各光ファイバ２９，３０，３１の前記針内における位置がずれないように、バネ等を用いて各光ファイバ２９，３０，３１にテンションを加えたりする必要があり、しかも、プローブ２３内部に分波器２７，２８を配設しなければならず、プローブ２３の構造が複雑化し製造も困難となっていた。
【００１８】
又、前記火炎の光を光電変換した電気信号３５（およそ１０2〜１０7［ｐＡ］程度）には、レンジの広いＤＣ成分とレンジの狭いＡＣ成分とが含まれているが、火炎の光を光電変換した電気信号３５におけるレンジの広いＤＣ成分を飽和させずに増幅するために、前述の如く対数アンプ３７を使用し、電気信号３５の対数圧縮を行っている。しかしながら、前述の如く対数アンプ３７で対数圧縮されたＤＣ成分３６の電気信号から、バンドパスフィルタ３９によって所要周波数のＡＣ成分３８を取り出すのでは、例えば、他の主バーナ４が燃焼中であって火炉１内が非常に明るい状態において、対応する主バーナ４の点火バーナ２０が点火されたような場合には、微弱な点火バーナ２０の火炎における光のＡＣ成分３８の信号変化を識別することができなくなる虞れがあった。
【００１９】
更に又、従来のバーナ火炎検出装置２２においては、火炎の温度を検出することはできなかった。
【００２０】
本発明は、斯かる実情に鑑み、プローブの構造を簡略化して製造を容易にし得、又、他の主バーナが燃焼中であって火炉内が非常に明るい状態において、対応する主バーナの点火バーナが点火されたような場合にも、微弱な点火バーナの火炎における光のＡＣ成分の信号変化を識別することができ、更に又、火炎の温度を検出し得るバーナ火炎検出装置を提供しようとするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主バーナと点火バーナの先端部近傍に配設される火炎検出用のプローブと、該プローブで検出された火炎の光が導入され、該火炎の光を光電変換し、ＤＣ成分とＡＣ成分とに分離し、該ＡＣ成分に基づき対応する主バーナ並びに点火バーナの個別火炎の有無を認識すると共に、前記ＤＣ成分とＡＣ成分とに基づき他の主バーナ並びに点火バーナの他火炎の有無を認識するアンプユニットとを備えたバーナ火炎検出装置であって、
プローブ内の先端部に、主バーナ用レンズを介して入射される光のうち所要波長以上の光を通過させることにより主バーナの火炎を検出するための主バーナ用光学フィルタと、点火バーナ用レンズを介して入射される光のうち所要波長未満の光を通過させることにより点火バーナの火炎を検出するための点火バーナ用光学フィルタとを配設し、
前記プローブ内に、基端側が一本に束ねられ且つ先端側が所要本数ずつの束に二分割されたバンドル光ファイバを配設し、該バンドル光ファイバの一方の束の先端を前記主バーナ用光学フィルタに接続し、他方の束の先端を前記点火バーナ用光学フィルタに接続し、主バーナの火炎の光と点火バーナの火炎の光とを一つにまとめてアンプユニットへ導くよう構成し、
アンプユニット内に、所要波長未満の光を取り出す分波器と、所要波長以上の光を取り出す分波器とを設けたことを特徴とするバーナ火炎検出装置にかかるものである。
【００２２】
前記バーナ火炎検出装置においては、アンプユニット内の分波器によって取り出された光を光電変換器で光電変換し、該光電変換器で光電変換された電気信号を対数アンプで対数圧縮してＤＣ成分を取り出すと共に、前記光電変換器で光電変換された電気信号をバンドパスフィルタを通過させて所要周波数のＡＣ成分を取り出すよう構成することができ、更に、所要波長以上の光を取り出す分波器によって分離された光をそれぞれ光電変換器で光電変換し、該各光電変換器で光電変換された電気信号をそれぞれ対数アンプで対数圧縮してＤＣ成分を取り出すと共に、該各ＤＣ成分の差に基づいて火炎の温度を検出するよう構成することもできる。
【００２３】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００２４】
プローブ内に配設されるバンドル光ファイバは、基端側が一本に束ねられ且つ先端側が所要本数ずつの束に二分割されたものであって強度的に安定であり、従来のようにステンレスの針等の中に挿入して保護したり、テンションを加えたりする必要はなく、しかも、プローブ内部には、主バーナの火炎を検出するための主バーナ用光学フィルタと、点火バーナの火炎を検出するための点火バーナ用光学フィルタとを配設するだけで、分波器を配設しなくて済み、プローブの構造が簡略化され製造も容易となる。
【００２５】
前記バーナ火炎検出装置において、アンプユニット内の分波器によって取り出された光を光電変換器で光電変換し、該光電変換器で光電変換された電気信号を対数アンプで対数圧縮してＤＣ成分を取り出すと共に、前記光電変換器で光電変換された電気信号をバンドパスフィルタを通過させて所要周波数のＡＣ成分を取り出すよう構成すると、例えば、他の主バーナが燃焼中であって火炉内が非常に明るい状態において、対応する主バーナの点火バーナが点火されたような場合にも、微弱な点火バーナの火炎における光のＡＣ成分の信号変化を識別することが可能となる。
【００２６】
更に又、所要波長以上の光を取り出す分波器によって分離された光をそれぞれ光電変換器で光電変換し、該各光電変換器で光電変換された電気信号をそれぞれ対数アンプで対数圧縮してＤＣ成分を取り出すようにすれば、該各ＤＣ成分の差に基づいて火炎の温度を検出することも可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２８】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、プローブ２３内の先端部に、主バーナ用レンズ２５を介して入射される光のうち所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）以上の光を通過させることにより主バーナ４の火炎を検出するための主バーナ用光学フィルタ４９と、点火バーナ用レンズ２６を介して入射される光のうち所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）未満の光を通過させることにより点火バーナ２０の火炎を検出するための点火バーナ用光学フィルタ５０とを配設する。
【００２９】
前記プローブ２３内には、基端側が一本に束ねられ且つ先端側が所要本数（図２の例では七本）ずつの束５１ａ，５１ｂに二分割されたバンドル光ファイバ５１を配設し、該バンドル光ファイバ５１の一方の束５１ａの先端を前記主バーナ用光学フィルタ４９に接続し、他方の束５１ｂの先端を前記点火バーナ用光学フィルタ５０に接続し、主バーナ４の火炎の光と点火バーナ２０の火炎の光とを一つにまとめてアンプユニット２４へ導くよう構成する。
【００３０】
前記アンプユニット２４内には、所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）未満の光を反射させ光ファイバ５２を介して取り出す分波器５３と、該分波器５３を通過した所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）以上で且つ所要波長（例えば１３００［ｎｍ］）未満の光を反射させ光ファイバ５４を介して取り出す分波器５５とを設け、該分波器５５を通過した所要波長（例えば１３００［ｎｍ］）以上の光を光ファイバ５６を介して取り出すようにする。
【００３１】
又、前記分波器５５を通過し光ファイバ５６を介して取り出された所要波長（例えば１３００［ｎｍ］）以上の光を光電変換するピンフォトダイオード等の光電変換器３３ａと、該光電変換器３３ａで光電変換された電気信号を増幅する一次アンプ３４ａと、該一次アンプ３４ａで増幅された電気信号３５ａを対数圧縮してＤＣ成分３６ａを取り出す対数アンプ３７ａと、前記一次アンプ３４ａで増幅された電気信号３５ａから所要周波数のＡＣ成分３８ａを取り出すバンドパスフィルタ３９ａと、該バンドパスフィルタ３９ａで取り出された所要周波数のＡＣ成分３８ａに所要のゲインを掛けて出力する可変ゲイン交流アンプ４０ａと、該可変ゲイン交流アンプ４０ａから出力されるＡＣ成分４１ａの１サイクルに亘っての瞬時値の二乗平均値の平方根を求めてＡＣ成分４２ａとして出力するＲＭＳ／ＤＣ変換器４３ａと、前記対数アンプ３７ａで取り出されたＤＣ成分３６ａと前記ＲＭＳ／ＤＣ変換器４３ａから出力されたＡＣ成分４２ａとをそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４４ａと、該Ａ／Ｄ変換器４４ａから出力されるデジタル化されたＤＣ成分４５ａとＡＣ成分４６ａとを処理し且つ前記可変ゲイン交流アンプ４０ａへゲインフィードバック信号４７ａを出力するＣＰＵ４８ａとを設ける。
【００３２】
前記分波器５３で反射され光ファイバ５２を介して取り出された所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）未満の光を光電変換するピンフォトダイオード等の光電変換器３３ｂと、該光電変換器３３ｂで光電変換された電気信号を増幅する一次アンプ３４ｂと、該一次アンプ３４ｂで増幅された電気信号３５ｂを対数圧縮してＤＣ成分３６ｂを取り出す対数アンプ３７ｂと、前記一次アンプ３４ｂで増幅された電気信号３５ｂから所要周波数のＡＣ成分３８ｂを取り出すバンドパスフィルタ３９ｂと、該バンドパスフィルタ３９ｂで取り出された所要周波数のＡＣ成分３８ｂに所要のゲインを掛けて出力する可変ゲイン交流アンプ４０ｂと、該可変ゲイン交流アンプ４０ｂから出力されるＡＣ成分４１ｂの１サイクルに亘っての瞬時値の二乗平均値の平方根を求めてＡＣ成分４２ｂとして出力するＲＭＳ／ＤＣ変換器４３ｂと、前記対数アンプ３７ｂで取り出されたＤＣ成分３６ｂと前記ＲＭＳ／ＤＣ変換器４３ｂから出力されたＡＣ成分４２ｂとをそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４４ｂと、該Ａ／Ｄ変換器４４ｂから出力されるデジタル化されたＤＣ成分４５ｂとＡＣ成分４６ｂとを処理し且つ前記可変ゲイン交流アンプ４０ｂへゲインフィードバック信号４７ｂを出力するＣＰＵ４８ｂとを設ける。
【００３３】
更に又、前記分波器５５で反射され光ファイバ５４を介して取り出された所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）以上で且つ所要波長（例えば１３００［ｎｍ］）未満の光を光電変換するピンフォトダイオード等の光電変換器３３ｃと、該光電変換器３３ｃで光電変換された電気信号を増幅する一次アンプ３４ｃと、該一次アンプ３４ｃで増幅された電気信号３５ｃを対数圧縮してＤＣ成分３６ｃを取り出す対数アンプ３７ｃと、前記対数アンプ３７ａで取り出されたＤＣ成分３６ａと前記対数アンプ３７ｃで取り出されたＤＣ成分３６ｃとの差を求めてＤＣ成分偏差５７を出力する減算器５８と、該減算器５８から出力されるＤＣ成分偏差５７に対し光ファイバの損失等を考慮した系統の光学ゲインＧ（λ）を掛けて火炎の温度５９を出力する乗算器６０と、該乗算器６０から出力される火炎の温度５９をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４４ｃと、該Ａ／Ｄ変換器４４ｃから出力されるデジタル化された火炎の温度６１を処理するＣＰＵ４８ｃとを設ける。
【００３４】
尚、前記対数アンプ３７ａで取り出されたＤＣ成分３６ａと前記対数アンプ３７ｃで取り出されたＤＣ成分３６ｃとの差、即ちＤＣ成分偏差５７に基づいて火炎の温度６１が求められる理由について以下に述べる。
【００３５】
【外１】
0003924070.tif 000002
【数１】
0003924070.tif 000003
但し、Ｔ：黒体の絶対温度［Ｋ］
ｃ1：プランクの第１定数［Ｗ／ｍ2］
ｃ2：プランクの第２定数［ｍ・Ｋ］
で表わされる。
【００３６】
このため、光電変換器３３ａに入射される所要波長（例えば１３００［ｎｍ］）以上の光の強さＩaは、光電変換器３３ａの分光感度の上限を１６００［ｎｍ］とした場合、
【数２】
0003924070.tif 000004
となり、又、光電変換器３３ｃに入射される所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）以上で且つ所要波長（例えば１３００［ｎｍ］）未満の光の強さＩbは、
【数３】
0003924070.tif 000005
となる。
【００３７】
これを単純化すると、
【数４】
Ｉa∝Ｃa・ｅｘｐ（−ｃ2／λaＴ）
Ｉb∝Ｃb・ｅｘｐ（−ｃ2／λbＴ）
但し、Ｃa：ある係数
Ｃb：ある係数
となり、
【数５】
0003924070.tif 000006
但し、Ｃ’：ある係数
となり、
【数６】
0003924070.tif 000007
となり、これは結果的に、
【数７】
Ｔ＝ａ・（ｌｎＩa−ｌｎＩb）＋ｂ
という、ａ、ｂという二つの未知数を含む、いわゆる直線の式として表わされる。
【００３８】
つまり、黒体炉（図示せず）において、例えば、Ｔ＝１０００［℃］の光を出した状態で、本図示例におけるバーナ火炎検出装置２２を用いて出力を計測すると共に、Ｔ＝１５００［℃］の光を出した状態で、本図示例におけるバーナ火炎検出装置２２を用いて出力を計測し、これら二つのデータに基づいて［数７］における二つの未知数ａ、ｂを予め求めておけば、前記対数アンプ３７ａで取り出されたＤＣ成分３６ａと前記対数アンプ３７ｃで取り出されたＤＣ成分３６ｃとの差、即ちＤＣ成分偏差５７に基づいて火炎の温度６１が求められることとなる。
【００３９】
次に、上記図示例の作動を説明する。
【００４０】
ボイラの運転時には、主バーナ用レンズ２５から入射される光のうち所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）以上の光が主バーナ用光学フィルタ４９によって通過され、バンドル光ファイバ５１の束５１ａへ導かれると共に、点火バーナ用レンズ２６から入射される光のうち所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）未満の光が点火バーナ用光学フィルタ５０によって通過され、バンドル光ファイバ５１の束５１ｂへ導かれ、主バーナ４の火炎の光と点火バーナ２０の火炎の光とがバンドル光ファイバ５１に一つにまとめられ、光ファイバ３２を介してアンプユニット２４へ導入される。
【００４１】
前記プローブ２３からアンプユニット２４へ導入される火炎の光は、先ず分波器５３へ導かれ、該分波器５３により所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）未満の光が反射され光ファイバ５２を介して取り出され、前記分波器５３を通過した所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）以上で且つ所要波長（例えば１３００［ｎｍ］）未満の光は、分波器５５で反射され光ファイバ５４を介して取り出され、前記分波器５５を通過した所要波長（例えば１３００［ｎｍ］）以上の光は、光ファイバ５６を介して取り出される。
【００４２】
前記分波器５５により光ファイバ５６を介して取り出された所要波長（例えば１３００［ｎｍ］）以上の光は、光電変換器３３ａで光電変換され、該光電変換器３３ａで光電変換された電気信号は一次アンプ３４ａで増幅され、該一次アンプ３４ａで増幅された電気信号３５ａは対数アンプ３７ａで対数圧縮されてＤＣ成分３６ａが取り出され、Ａ／Ｄ変換器４４ａへ出力される一方、前記一次アンプ３４ａで増幅された電気信号３５ａは、バンドパスフィルタ３９ａによって所要周波数のＡＣ成分３８ａが取り出され、該バンドパスフィルタ３９ａで取り出された所要周波数のＡＣ成分３８ａは、可変ゲイン交流アンプ４０ａにおいて所要のゲインが掛けられてＲＭＳ／ＤＣ変換器４３ａへ出力され、該ＲＭＳ／ＤＣ変換器４３ａにおいて前記可変ゲイン交流アンプ４０ａから出力されるＡＣ成分４１ａの１サイクルに亘っての瞬時値の二乗平均値の平方根が求められてＡＣ成分４２ａとしてＡ／Ｄ変換器４４ａへ出力され、前記対数アンプ３７ａで取り出されたＤＣ成分３６ａと前記ＲＭＳ／ＤＣ変換器４３ａから出力されたＡＣ成分４２ａとがそれぞれＡ／Ｄ変換器４４ａにおいてＡ／Ｄ変換され、該Ａ／Ｄ変換器４４ａから出力されるデジタル化されたＤＣ成分４５ａとＡＣ成分４６ａとがＣＰＵ４８ａにおいて処理される。
【００４３】
前記ＣＰＵ４８ａにおいては、前記ＡＣ成分３８ａを変換したＡＣ成分４６ａに基づき対応する主バーナ４の個別火炎の有無が認識されると共に、前記ＤＣ成分３６ａを変換したＤＣ成分４５ａと前記ＡＣ成分４６ａとに基づき他の主バーナ４の他火炎が検出される。尚、前記ＣＰＵ４８ａからは前記可変ゲイン交流アンプ４０ａへゲインフィードバック信号４７ａが出力され、前記ＡＣ成分４６ａの分解能が一定に保持される。
【００４４】
又、前記分波器５３により光ファイバ５２を介して取り出された所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）未満の光は、光電変換器３３ｂで光電変換され、該光電変換器３３ｂで光電変換された電気信号は一次アンプ３４ｂで増幅され、該一次アンプ３４ｂで増幅された電気信号３５ｂは対数アンプ３７ｂで対数圧縮されてＤＣ成分３６ｂが取り出され、Ａ／Ｄ変換器４４ｂへ出力される一方、前記一次アンプ３４ｂで増幅された電気信号３５ｂは、バンドパスフィルタ３９ｂによって所要周波数のＡＣ成分３８ｂが取り出され、該バンドパスフィルタ３９ｂで取り出された所要周波数のＡＣ成分３８ｂは、可変ゲイン交流アンプ４０ｂにおいて所要のゲインが掛けられてＲＭＳ／ＤＣ変換器４３ｂへ出力され、該ＲＭＳ／ＤＣ変換器４３ｂにおいて前記可変ゲイン交流アンプ４０ｂから出力されるＡＣ成分４１ｂの１サイクルに亘っての瞬時値の二乗平均値の平方根が求められてＡＣ成分４２ｂとしてＡ／Ｄ変換器４４ｂへ出力され、前記対数アンプ３７ｂで取り出されたＤＣ成分３６ｂと前記ＲＭＳ／ＤＣ変換器４３ｂから出力されたＡＣ成分４２ｂとがそれぞれＡ／Ｄ変換器４４ｂにおいてＡ／Ｄ変換され、該Ａ／Ｄ変換器４４ｂから出力されるデジタル化されたＤＣ成分４５ｂとＡＣ成分４６ｂとがＣＰＵ４８ｂにおいて処理される。
【００４５】
前記ＣＰＵ４８ｂにおいては、前記ＡＣ成分３８ｂを変換したＡＣ成分４６ｂに基づき対応する点火バーナ２０の個別火炎の有無が認識されると共に、前記ＤＣ成分３６ｂを変換したＤＣ成分４５ｂと前記ＡＣ成分４６ｂとに基づき他の点火バーナ２０の他火炎が検出される。尚、前記ＣＰＵ４８ｂからは前記可変ゲイン交流アンプ４０ｂへゲインフィードバック信号４７ｂが出力され、前記ＡＣ成分４６ｂの分解能が一定に保持される。
【００４６】
更に又、前記分波器５５により光ファイバ５４を介して取り出された所要波長（例えば１１００［ｎｍ］）以上で且つ所要波長（例えば１３００［ｎｍ］）未満の光は、光電変換器３３ｃで光電変換され、該光電変換器３３ｃで光電変換された電気信号は一次アンプ３４ｃで増幅され、該一次アンプ３４ｃで増幅された電気信号３５ｃは対数アンプ３７ｃで対数圧縮されてＤＣ成分３６ｃが取り出され、減算器５８において、前記対数アンプ３７ａで取り出されたＤＣ成分３６ａと前記対数アンプ３７ｃで取り出されたＤＣ成分３６ｃとの差が求められてＤＣ成分偏差５７が乗算器６０へ出力され、該乗算器６０において、前記減算器５８から出力されるＤＣ成分偏差５７に対し光ファイバの損失等を考慮した系統の光学ゲインＧ（λ）が掛けられて火炎の温度５９がＡ／Ｄ変換器４４ｃへ出力され、該Ａ／Ｄ変換器４４ｃにおいて、前記乗算器６０から出力される火炎の温度５９がＡ／Ｄ変換されてＣＰＵ４８ｃへ出力され、該ＣＰＵ４８ｃにおいて前記Ａ／Ｄ変換器４４ｃから出力されるデジタル化された火炎の温度６１が処理される。
【００４７】
前記プローブ２３内に配設されるバンドル光ファイバ５１は、基端側が一本に束ねられ且つ先端側が所要本数ずつの束５１ａ，５１ｂに二分割されたものであって強度的に安定であり、従来のようにステンレスの針等の中に挿入して保護したり、テンションを加えたりする必要はなく、しかも、プローブ２３内部には、主バーナ４の火炎を検出するための主バーナ用光学フィルタ４９と、点火バーナ２０の火炎を検出するための点火バーナ用光学フィルタ５０とを配設するだけで、分波器を配設しなくて済み、プローブ２３の構造が簡略化され製造も容易となる。
【００４８】
又、従来のように、対数アンプ３７で対数圧縮されたＤＣ成分３６の電気信号から、バンドパスフィルタ３９によって所要周波数のＡＣ成分３８を取り出すのではなく、前記対数アンプ３７ａ，３７ｂで対数圧縮される前の電気信号３５ａ，３５ｂをそれぞれ、バンドパスフィルタ３９ａ，３９ｂへ導き、該バンドパスフィルタ３９ａ，３９ｂによって所要周波数のＡＣ成分３８ａ，３８ｂを取り出すようにしているため、例えば、他の主バーナ４が燃焼中であって火炉１内が非常に明るい状態において、対応する主バーナ４の点火バーナ２０が点火されたような場合にも、微弱な点火バーナ２０の火炎における光のＡＣ成分３８ｂの信号変化を識別することが可能となる。
【００４９】
更に又、本図示例のバーナ火炎検出装置２２においては、対応する主バーナ４が燃焼中であれば、その火炎の温度を検出することが可能であり、又、対応する主バーナ４が消火中であって、他の主バーナ４が燃焼している場合には、他の主バーナ４の火炎の温度を検出することも可能となる。
【００５０】
こうして、プローブ２３の構造を簡略化して製造を容易にし得、又、他の主バーナ４が燃焼中であって火炉１内が非常に明るい状態において、対応する主バーナ４の点火バーナ２０が点火されたような場合にも、微弱な点火バーナ２０の火炎における光のＡＣ成分３８ｂの信号変化を識別することができ、更に又、火炎の温度を検出し得る。
【００５１】
尚、本発明のバーナ火炎検出装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項１記載のバーナ火炎検出装置によれば、プローブの構造を簡略化して製造を容易にし得るという優れた効果を奏し得、又、本発明の請求項２記載のバーナ火炎検出装置によれば、上記効果に加え更に、他の主バーナが燃焼中であって火炉内が非常に明るい状態において、対応する主バーナの点火バーナが点火されたような場合にも、微弱な点火バーナの火炎における光のＡＣ成分の信号変化を識別することができるという優れた効果を奏し得、更に又、本発明の請求項３記載のバーナ火炎検出装置によれば、上記効果に加え更に、火炎の温度を検出し得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例の概要構成図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】一般的なボイラの概略図である。
【図４】図３のボイラに用いられる主バーナ、点火バーナ、バーナ火炎検出装置、及びその周辺構造の一例を示す側断面図である。
【図５】従来のバーナ火炎検出装置の一例の概要構成図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】ボイラにおける個別火炎と他火炎の周波数に対する光のちらつきの大きさを表わす線図である。
【符号の説明】
４          主バーナ
２０          点火バーナ
２２          バーナ火炎検出装置
２３          プローブ
２４          アンプユニット
２５          主バーナ用レンズ
２６          点火バーナ用レンズ
３３ａ        光電変換器
３３ｂ        光電変換器
３３ｃ        光電変換器
３５ａ        電気信号
３５ｂ        電気信号
３５ｃ        電気信号
３６ａ        ＤＣ成分
３６ｂ        ＤＣ成分
３６ｃ        ＤＣ成分
３７ａ        対数アンプ
３７ｂ        対数アンプ
３７ｃ        対数アンプ
３８ａ        ＡＣ成分
３８ｂ        ＡＣ成分
３９ａ        バンドパスフィルタ
３９ｂ        バンドパスフィルタ
４９          主バーナ用光学フィルタ
５０          点火バーナ用光学フィルタ
５１          バンドル光ファイバ
５１ａ        束
５１ｂ        束
５３          分波器
５５          分波器
５７          ＤＣ成分偏差
５８          減算器
５９          温度
６０          乗算器
【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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