(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気口から供給される空気と燃料ノズルから供給される燃料の混合気をバーナケーシング内に導くとともに、バーナ面部材に設けられた複数の炎孔からバーナ表面に導いて、前記混合気を予混合燃焼させるバーナの運転方法であって、
前記バーナケーシング内の光、圧力、若しくは音、又は前記バーナケーシングの振動を検出可能な構造とし、
前記検出された光、圧力、音、若しくは振動に基づいて、逆火の発生を検出し、
前記燃料ノズルの吹出口に形成されることがある火炎を検出し、
前記逆火の発生を検出し且つ前記吹出口の火炎を検出した場合において前記燃料の供給を遮断し、前記逆火の発生を検出し且つ前記吹出口の火炎を検出しなかった場合において前記燃料の供給を継続するバーナの運転方法。
【請求項２】
空気口から供給される空気と燃料ノズルから供給される燃料の混合気をバーナケーシング内に導くとともに、バーナ面部材に設けられた複数の炎孔からバーナ表面に導いて、前記混合気を予混合燃焼させるバーナであって、
前記バーナケーシング内の光、圧力、若しくは音、又は前記バーナケーシングの振動を検出するセンサを備え、
前記検出された光、圧力、音、若しくは振動に基づいて、逆火の発生を検出する逆火検出手段を備え、
前記燃料ノズルの吹出口に形成されることがある火炎を検出する火炎検出手段を備え、
前記逆火検出手段により前記逆火の発生を検出し且つ前記火炎検出手段により前記吹出口の火炎を検出した場合において前記燃料の供給を遮断し、前記逆火検出手段により前記逆火の発生を検出し且つ前記火炎検出手段により前記吹出口の火炎を検出しなかった場合において前記燃料の供給を継続する燃料遮断手段を備えたバーナ。
【請求項３】
前記バーナは、複数の単体バーナを配設して構成され、
前記センサは、前記複数の単体バーナの複数のバーナケーシング内の光、圧力、若しくは音、又は前記複数のバーナケーシングの振動を同時に検出するセンサである請求項２に記載のバーナ。
【請求項４】
前記センサの検出結果を記録する記録手段を備えた請求項２又は３に記載のバーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料と空気を予混合させて燃焼させるブンゼン燃焼（部分予混合燃焼）若しくは全一次空気燃焼（予混合燃焼）を利用したバーナの逆火検出の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料と空気をバーナに供給されるまでに混合する予混合燃焼においては、常に逆火の心配が伴う。逆火とは、炎孔下流側の燃焼火炎が、炎孔の上流側へ伝播する現象であり、バーナが正常な状態でも、事故若しくは過失（燃焼速度の速いガス供給地域への引越し等）にて燃焼速度が速い燃料が供給される可能性がある。一方、経年劣化で炎孔が腐食拡大した場合や変形した場合には、逆火する可能性は高い。
逆火を検出する従来技術としては、ブンゼン燃焼において、逆火した後に上流側の燃料と空気を混合する混合部の燃料ノズルにて燃焼が起こった場合に、この付近に設置したバイメタル若しくは熱電対によって、その燃焼火炎の温度を検出し、燃料の供給を遮断させて、燃焼を停止させる技術がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本技術はファンヒータ等に使用されていたが、以下のような問題があった。
即ち、温度センサの温度上昇に時間がかかり、結果、逆火してから上流側の燃料ノズルにおける燃焼火炎の温度を検出するまでの応答速度が遅く、逆火による被害が拡大する虞がある。更に、バイメタル、熱電対はともに接触検知式である為に、湯沸器のように燃料ノズル本数が多い場合においては、それぞれの燃料ノズルに設置する必要があり、コストがかかる。
一方、燃焼室等の過熱防止用の安全装置がこのような逆火時にも作動することが期待されるが、この動作は本来の目的ではい。
又、全一次空気燃焼においては、燃料と空気を混合する為に燃焼用ファンを使ったり、大きな混合器を用いることが多く、又、混合気を整流する為の風箱（ウインドボックス）も大きくなりがちで、逆火した場合に小爆発となり、このまま燃料を供給しつづけると危険である為に、逆火を瞬時に検出し、バーナを安全な状態に移行することが望まれる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明による、空気口から供給される空気と燃料ノズルから供給される燃料の混合気をバーナケーシング内に導くとともに、バーナ面部材に設けられた複数の炎孔からバーナ表面に導いて、前記混合気を予混合燃焼させるバーナの運転方法の特徴は、請求項１に記載されているように、前記バーナケーシング内の光、圧力、若しくは音、又は前記バーナケーシングの振動を検出可能な構造とし、前記検出された光、圧力、音、若しくは振動に基づいて、逆火の発生を検出し、前記燃料ノズルの吹出口に形成されることがある火炎を検出し、前記逆火の発生を検出し且つ前記吹出口の火炎を検出した場合において前記燃料の供給を遮断し、前記逆火の発生を検出し且つ前記吹出口の火炎を検出しなかった場合において前記燃料の供給を継続することにある。
【０００５】
燃料と空気の混合気を予混合燃焼させるバーナにおいて、逆火が発生すると、バーナケーシング内の混合気が着火し、小爆発を伴う。この小爆発は、バーナケーシング内に光、圧力変動、音圧変動を発生させる。本発明にあっては、この逆火を瞬時に検出する為に、バーナケーシング内の光、圧力、若しくは音を、又はバーナケーシングの振動を検出可能な構造として、逆火発生時の小爆発による光、圧力変動、音圧変動、若しくは振動を検出することで、逆火の発生を瞬時に検出することができる。
逆火が発生すると、その火炎は上流側の燃料ノズルまで遡上し、その燃料ノズル部において燃焼が継続する場合が多い。又、逆火して、この燃料ノズル部の継続燃焼が無い場合においては、燃料の供給を遮断すること無く運転を継続することが可能であるが、この燃料ノズル部の継続燃焼がある場合においては、この継続燃焼により被害が拡大する虞があり、燃料の供給を遮断して運転を停止する。
そこで、本発明にあっては、このような運転の継続若しくは停止を行う為に、燃料ノズルの吹出口の火炎を検出し、逆火が発生した後、この吹出口に火炎がある場合に、燃料の供給を遮断する。
よって、逆火の発生を検出した場合においても、燃料ノズル部の継続燃焼が無い場合は、運転を停止すること無く継続することができ、例えば、逆火の発生を警告灯等で出力し、運転が完了した後に、逆火発生の原因を追求すべくメンテナンス等を行うようにすることができる。又、燃料ノズル部において継続燃焼がある場合は、被害の拡大を防止するべく、燃料の供給を遮断し、運転を停止することができる。
【０００６】
【０００７】
【０００８】
このようなバーナは、以下のように構成することができる。即ち、空気口から供給される空気と燃料ノズルから供給される燃料の混合気をバーナケーシング内に導くとともに、バーナ面部材に設けられた複数の炎孔からバーナ表面に導いて、前記混合気を予混合燃焼させるバーナを構成するに、請求項２に記載されているように、前記バーナケーシング内の光、圧力、若しくは音、又は前記バーナケーシングの振動を検出するセンサを備え、前記検出された光、圧力、音、若しくは振動に基づいて、逆火の発生を検出する逆火検出手段を備え、前記燃料ノズルの吹出口に形成されることがある火炎を検出する火炎検出手段を備え、前記逆火検出手段により前記逆火の発生を検出し且つ前記火炎検出手段により前記吹出口の火炎を検出した場合において前記燃料の供給を遮断し、前記逆火検出手段により前記逆火の発生を検出し且つ前記火炎検出手段により前記吹出口の火炎を検出しなかった場合において前記燃料の供給を継続する燃料遮断手段を備える。
【０００９】
このバーナは、バーナケーシング内の光、圧力、若しくは音を、又はバーナケーシングの振動を検出するセンサを備える。このようなセンサは、例えば、光を検出する場合はＳｉフォトダイオード、ＣｄＳ光センサ、若しくは紫外線光電管等の受光素子を利用した光センサ、圧力を検出する場合は圧力センサ、音を検出する場合はマイクロフォン、振動を検出する場合は振動センサを使用することができる。
このような検出手段の検出速度は、それぞれ音速若しくは光速の検出速度を有しており、この逆火検出手段によって、逆火の発生によって起こるバーナケーシング内の瞬時の発光、瞬時の圧力変動、瞬時の音圧変動、又は瞬時の振動を検出し、逆火検出手段は、この逆火検出手段の出力信号に基づいて、逆火の発生を検出するので、逆火の発生を瞬時に検出することができる。
逆火が発生すると、その火炎は上流側の燃料ノズルまで遡上し、その燃料ノズル部において燃焼が継続する場合が多い。又、逆火して、この燃料ノズル部の継続燃焼が無い場合においては、燃料の供給を遮断すること無く運転を継続することが可能であるが、この燃料ノズル部の継続燃焼がある場合においては、この継続燃焼により被害が拡大する虞があり、燃料の供給を遮断して運転を停止する。
そこで、本発明にあっては、このような運転の継続若しくは停止を行う為に、燃料ノズルの吹出口の火炎を検出する火炎検出手段を備え、逆火が発生した後、この吹出口に火炎がある場合に、燃料遮断手段を働かせて燃料の供給を遮断する。
このような燃料ノズル付近での継続燃焼を検出する火炎検出手段は、温度センサ又は光センサによって火炎の光若しくは温度を検出するように構成することができるが、燃料ノズルの吹出口にフレームロッドを設置して、火炎の電導性と整流性を利用して炎の検出を行うようにすることもできる。
【００１０】
よって、逆火検出手段によって逆火の発生を検出した場合においても、燃料ノズル部の継続燃焼が無い場合は、運転を停止すること無く継続することができ、例えば、逆火の発生を警告灯等で出力し、運転が完了した後に、逆火発生の原因を追求すべくメンテナンス等を行うようにすることができる。又、燃料ノズル部において継続燃焼がある場合は、被害の拡大を防止するべく、燃料の供給を遮断し、運転を停止することができる。
【００１１】
更に、このような構成は、例えば、複数の単体バーナを有すバーナ、即ちバーナケーシング及びバーナ面部材を複数備えたバーナの逆火検知を行う場合において有利となる。即ち、請求項３に記載されているように、前記バーナは、複数の単体バーナを配設して構成され、前記センサは、前記複数の単体バーナの複数のバーナケーシング内の光、圧力、若しくは音、又は前記複数のバーナケーシングの振動を同時に検出するセンサであることができる。
バーナケーシング内の、燃料と空気を混合する混合部は、空気口を介してバーナケーシングの外側に通じているので、光を検出する場合は、複数の空気口を介して、複数の混合部を検出範囲とすることで可能であり、音又は振動を検出する場合は、複数のバーナケーシングからの振動若しくは音圧変動を検出できるように、振動センサ若しくはマイクロフォン等を備えることができる。
このような構成によって、１つの検出手段によって、その複数の燃焼面のどの部分で逆火が発生しても、複数の単体バーナを持つバーナの逆火検出を行うことができる。
【００１２】
更に、このようなバーナにおいて、請求項４に記載されているように、前記センサの検出結果を記録する記録手段を備えることが好ましい。
記録手段によって、逆火発生の事実を瞬時に表示したり、逆火の頻度を表示したりすることができ、例えば、逆火が発生しても燃料を遮断せず継続運転を行う場合においては、運転終了後にその記録手段によって記録された逆火発生の記録を基にメンテナンスを行うことができる。
【００１３】
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るバーナ１００の構造を図１に基づいて説明する。
バーナ１００は６基の予混合燃焼式の単体バーナ２００を有するバーナであり、単体バーナ２００は、炎孔１５を形成するバーナ面部材２と予混合気を一時貯蔵するバーナケーシング１と燃料ノズル５と空気口６を備えている。それぞれの燃焼ノズル５は燃料流路４より並列に分配されて接続されており、燃料流路４に開閉動作可能な燃料遮断弁１０を備え、燃料遮断弁１０は制御装置９によって制御される。燃料流路４に流通する都市ガス等の燃料は、それぞれの燃料ノズル５に供給され、空気口６の上流側のファン（図示されていない）によって供給された空気とともに混合され混合気となり、それぞれのバーナケーシング１内に供給される。
これらの構成によって、バーナケーシング１内の混合気は、炎孔１５を介してバーナ面部材２の上方に噴出して燃焼し、予混合燃焼を実現している。
【００１５】
以上が複数の単体バーナ２００を備えた予混合燃焼式のバーナの基本構成である。
このような予混合燃焼式バーナ１００において、火炎１７が炎孔１５を介しバーナケーシング１内の混合気に伝播する逆火が発生する可能性があり、バーナケーシング１内に、ある程度の混合気が貯蔵されているので、逆火が発生するとバーナケーシング１内において小爆発を伴い、この逆火の発生を瞬時に検出して、その後の被害の拡大を防止する必要がある。
そこで、本発明に係るバーナ１００はその逆火発生を瞬時に検出するべく、それぞれの単体バーナ２００の空気口６からバーナケーシング１内の光を検出することができる光センサ２１を備えており、光センサ２１は制御装置９に接続されている。この光センサ２１はＳｉフォトダイオードを利用したセンサであり、何れかの単体バーナ２００で逆火が発生したときに、バーナケーシング１内に逆火した火炎が発する光を空気口６を介して検出し、光センサ２１の出力信号に基づいて制御装置９は逆火の発生を検出することができ、その逆火発生の事実を記録装置２３によって記録する。
このように、バーナケーシング１内の光を検出し、逆火の発生を検出する手段を逆火検出手段Ａと呼ぶ。
このような逆火検出手段Ａは、逆火によって発生する光を利用しているので、逆火をほぼ光速で検出することができる。
【００１６】
バーナ１００の運転効率を向上させる為に以下のように構成して、逆火発生後のバーナ１００の運転を行うようになっている。
即ち、それぞれの単体バーナ２００は燃料ノズルの吹出口２４に遡上した火炎を検出できるフレームロッド２２をそれぞれ備えている。このフレームロッド２２は制御装置９に接続されており、火炎の電導性と整流性を利用して、逆火後に吹出口２４に遡上した火炎を検出することができる。このように、逆火した後に吹出口２４に遡上した火炎を検出する手段を火炎検出手段Ｂと呼ぶ。
【００１７】
即ち、制御装置９は、逆火検出手段Ａによって逆火の発生を検出し、火炎検出手段Ｂによって火炎を検出した場合においては、吹出口２４に逆火した火炎が遡上し、継続燃焼していることとなるので、バーナ１００の運転を停止する必要があり、制御装置９は燃料遮断弁１０を働かせて、燃料の供給を遮断する。このように、火炎検出手段Ｂによって火炎を検出した場合に燃料の供給を遮断する手段を燃料遮断手段Ｃと呼ぶ。
又、逆火検出手段Ａによって逆火の発生を検出し、火炎検出手段Ｂによって火炎を検出しなかった場合においては、逆火した火炎は消えて、バーナ１００は継続運転可能となると考えられ、バーナ１００の継続運転を行うが、バーナ１００になにか異常がある可能性があるので、逆火検出手段Ａによる逆火検出の記録を記録装置２３に出力して記録し、バーナ１００の運転終了後に、その記録に基づいてバーナ１００をメンテナンスすることができる。
【００１８】
このように、バーナ１００を運転することにより、逆火の発生を瞬時に検出し、その後、被害が拡大する虞がある場合のみバーナ１００の運転を停止し、継続運転可能な場合には、逆火の事実のみを記録し、バーナ１００を継続運転するように構成でき、バーナ１００を効率よく運転することができる。
【００１９】
〔別実施の形態〕
上記の実施の形態において、逆火検出手段Ａに光センサを使用したが、この光センサの代わりに、逆火発生時の音を検出するマイクロフォン、逆火発生によるバーナケーシング内の圧力変動を検出する圧力センサ、又はその圧力変動によって起こる振動を検出する振動センサを使用することができ、本願の目的を達成することができる。
【００２０】
又、上記の実施の形態において、火炎検出手段Ｂにフレームロッドを使用したが、このフレームロッドの代わりに、火炎が発する光を検出する光センサを使用することができ、本願の目的を達成することができる。
【００２１】
【００２２】
【発明の効果】
本発明に係るバーナにおいて、逆火の発生を瞬時に検出することができ、逆火発生後にバーナを安全な状態に移行することができる。更に複数の単体バーナを備えた場合においても、簡単な構成で逆火を瞬時に検出することができ、逆火による被害の拡大を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るバーナの実施の形態を示す概要図
【符号の説明】
１    バーナケーシング
２    バーナ面部材
５    燃料ノズル
６    空気口
１０  燃料遮断弁
１７  火炎
２１  光センサ
２２  フレームロッド
１００  バーナ
Ａ    逆火検出手段
Ｂ    火炎検知手段
Ｃ    燃料遮断手段
【図１】
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