JPH11281053A - Method of detecting flame terminal position and method and device for controlling combustion - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To get a detection method for detecting the terminal position of a flame by a rational method, and perform the combustion control, on the basis of such a detection method. SOLUTION: To constitute a combustion controller to a burner which burns fuel and gas containing oxygen for combustion while forming flame, being supplied with fuel and gas containing gas oxygen for combustion, it is equipped with an optical signal measuring means for measuring the intensity of the optical signal 700 nm-1000 nm in wavelength emitted from flame, and a combustion control command creation means 9 which creates a combustion control command to the burner, based on the intensity of the optical signal measured by this optical signal measuring means 11.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、給湯器、ボイラー
等の火炎を形成しながら燃焼する燃焼機器に於ける燃焼
制御技術に関するとともに、このような制御に対して有
用な情報である火炎の終端位置の特定（検出）技術に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combustion control technique for a combustion apparatus such as a water heater or a boiler which burns while forming a flame, and a flame termination which is useful information for such control. The present invention relates to a position identification (detection) technique.

【０００２】[0002]

【従来の技術】給湯器などのバーナーでは、負荷に応じ
て燃焼量を変化させるが、このとき燃焼量に応じて、そ
の空気比を適切に設定するため、適切な割合の空気を供
給する必要がある。このために、従来技術にあっては、
予め、燃焼量に応じた空気量を設定しておき、負荷に応
じて燃焼量、空気量を制御する手法が用いられている。
この場合、燃焼装置において、空気量自身を計ることは
困難であるため、一般には、空気量制御に対して設定値
として空気送風機の回転数等が制御される。また、光学
的手法を用いる燃焼制御に関する例として、特開昭５９
−３５７１８のカラーセンサを使用した技術を挙げるこ
とができる。これは、火炎の色が、空気量と関係するこ
とを利用して、燃焼制御、空気比制御をおこなうもので
ある。ここで、利用される火炎の色に関する波長領域
は、４００〜７００ｎｍの範囲である。2. Description of the Related Art In a burner such as a water heater, the amount of combustion is changed in accordance with the load. At this time, it is necessary to supply an appropriate ratio of air in order to appropriately set the air ratio in accordance with the amount of combustion. There is. For this reason, in the prior art,
A method of setting an air amount according to a combustion amount in advance and controlling the combustion amount and the air amount according to a load is used.
In this case, since it is difficult to measure the amount of air itself in the combustion device, generally, the number of revolutions of the air blower is controlled as a set value for air amount control. As an example of combustion control using an optical method, see Japanese Unexamined Patent Publication No.
-35718 using a color sensor. This performs combustion control and air ratio control using the fact that the color of the flame is related to the amount of air. Here, the wavelength range related to the color of the flame used is in the range of 400 to 700 nm.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】さて、燃焼状態を監視
せずに、燃焼または空気比制御を行う場合には、初期に
あるガス量（供給する燃料量）に対する空気量の設定を
行い、これに基づいて空気比制御を行う。しかしなが
ら、この構成にあっては、経年変化による空気送風機の
劣化、排気口の目づまり等による圧力損失のため、送風
機の回転数が同じであっても、当初の設定値どおりの空
気が供給できなくなる場合もある。この場合、良好な燃
焼状態が維持されなくなり、さらには空気不足となり、
不完全燃焼などの問題が発生するおそれもある。一方、
カラーセンサを用いて空気量の制御を行おうとすると、
空気比の変化に対する火炎の色の変化がそれほど顕著で
ないため、実用に用いることは困難である。この点に関
して、さらに詳細に以下説明する。例えば、図３に、火
炎の下流側の位置で検出される波長３００ｎｍから８０
０ｎｍの範囲内に於ける火炎から放射される光信号のス
ペクトルと、空気比との関係を示したが、可視領域に於
ける信号量は５９０ｎｍのピーク部を除いて、そのスペ
クトル強度が低く、制御に有用な情報が得られない。従
って、先に示した給湯器やボイラー等にあって、カラー
センサによって火炎の色の変化を検出して、燃焼状態が
変化していることを検出しようとすると、例えば、空気
比が０．７〜１．６まで大きく変化し、燃焼炎が青火か
ら赤火に変化する程の大幅な燃焼状態の変化が起こって
いる場合であって、装置劣化が激しく、極端な動作異常
が発生している場合にしか適用できない。しかしなが
ら、今日、実用されている燃焼装置にあっては、同じ
く、所謂、青火を形成しながら燃焼を継続している状態
（この場合、空気比は１．１〜１．６程度である）にあ
って、なを、詳細に例えば空気比を制御し、さらに精度
の高い制御をおこなうという要請が存在する。しかしな
がら、このような要請に対しては、カラーセンサーから
得られる光信号情報は、到底、対応することもできない
し、その信号強度も弱すぎる。さらに、このように空気
比が変化した場合は、実質上の火炎の終端位置が炎口か
ら離間する側に移動するが、その火炎の終端位置（実質
上の燃焼終了位置）を、従来、合理的な手法で特定する
技術はなく、火炎の終端位置は、事実上、その火炎が見
えなくなる位置程度の意味で、目視的に、捕らえられて
いたにすぎない。このような火炎の終端位置は、バーナ
の下流側に配設される熱交換器等との関係で重要な機器
パラメータであり、この位置を適切に制御することが、
実際問題として非常に重要であるが、従来、このような
手法は確立されておらず、火炎の終端位置を確認しなが
ら、燃焼を制御する燃焼制御技術は存在しない。本発明
の目的は、従来行われてきた技術とは異なり、合理的な
方法で、火炎の終端位置を検出する検出技術を得るとと
もに、このような検出技術を基礎として燃焼制御をおこ
なう技術を得ることにある。When the combustion or the air ratio control is performed without monitoring the combustion state, the air amount is initially set for a certain gas amount (fuel amount to be supplied). The air ratio control is performed based on. However, in this configuration, even if the number of rotations of the blower is the same, air can be supplied as originally set due to deterioration of the air blower due to aging, pressure loss due to clogging of the exhaust port, and the like. Sometimes it goes away. In this case, a good combustion state is not maintained, and furthermore, there is a shortage of air,
Problems such as incomplete combustion may occur. on the other hand,
When trying to control the amount of air using a color sensor,
The change in the color of the flame with respect to the change in the air ratio is not so remarkable, so that it is difficult to use for practical use. This will be described in more detail below. For example, FIG. 3 shows that a wavelength of 300 nm is detected at a position downstream of the flame.
The relationship between the spectrum of the optical signal radiated from the flame in the range of 0 nm and the air ratio was shown, but the signal intensity in the visible region was low except for the peak at 590 nm, and the spectral intensity was low. Information useful for control cannot be obtained. Therefore, in the water heater, boiler, or the like described above, if the color sensor detects a change in the color of the flame to detect a change in the combustion state, for example, the air ratio becomes 0.7. This is a case in which the combustion state changes greatly to about 1.6 and the combustion flame changes from blue fire to red fire, and the device is severely deteriorated and an extreme operation abnormality occurs. Only applicable if However, in a combustion apparatus that is in practical use today, a state in which combustion is continued while forming a so-called blue fire (in this case, the air ratio is about 1.1 to 1.6). In this regard, there is a demand for controlling the air ratio in detail, for example, and performing more precise control. However, the optical signal information obtained from the color sensor cannot respond to such a request at all, and its signal intensity is too weak. Further, when the air ratio changes in this way, the substantial end position of the flame moves to the side away from the flame outlet, but the end position of the flame (substantially the combustion end position) is conventionally determined to be reasonable. There is no technique to specify it by a conventional method, and the end position of the flame is merely visually caught in the sense that the flame is almost invisible. The end position of such a flame is an important equipment parameter in relation to a heat exchanger and the like disposed downstream of the burner, and appropriately controlling this position.
Although very important as a practical matter, such a method has not been established so far, and there is no combustion control technique for controlling combustion while confirming the end position of the flame. An object of the present invention is to obtain a detection technique for detecting the end position of a flame in a rational manner, and obtain a technique for performing combustion control on the basis of such a detection technique, which is different from conventional techniques. It is in.

【０００４】[0004]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による火炎終端位置の検出方法及び検出装置の
特徴は、以下の構成の通りである。即ち、火炎終端位置
の検出方法としては、火炎から放射される波長７００ｎ
ｍ〜１０００ｎｍにある光信号強度を測定するととも
に、測定される光信号強度が所定の設定強度となる位置
を、火炎の終端位置とするのである。このような方法を
使用する火炎終端位置検出装置は、火炎から放射される
波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍにある光信号強度を測定
する光信号強度測定手段と、この光信号測定手段によっ
て測定される光信号強度の空間分布状態から、光信号強
度が所定の設定強度である場合に、前記光信号測定手段
の測定位置を火炎の終端位置として検出する火炎終端位
置検出手段とを備えて構成される。発明者らは、燃焼装
置における燃焼制御をより的確におこなうことを目的と
して、火炎を光学的に観測し、その観測結果に基づい
て、実際の火炎がどのような状態で燃焼しているかを、
判断することが好ましいと考えた。しかしながら、この
ような観点から従来技術を考察すると、火炎は、所謂、
可視光領域で観察されているに過ぎず、その信号強度
は、低いものであることを見出した。図３に於ける可視
光領域に於けるスペクトルは小さい。一方、本願が対象
とする波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍにあっては、たと
え、検出を火炎の下流側で行う場合にあっても、その光
信号強度の強い波長が多数あることを見出すとともに、
火炎を形成するバーナに供給される予混合ガスの空気比
に従って、この波長領域に於ける光信号強度が変化する
ことを見出して、本発明を完成した。本願に於ける波長
範囲内の光信号強度の変化は、例えば、一般に青火と呼
ばれる比較的良好な燃焼状態にあっても、その燃焼条件
の変化に対して敏感に反応し、結果的に、燃焼状態を推
定する非常に有用な情報である。本願が対象とする波長
７００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長範囲内には、燃焼反応
中にある多数のラジカルが含まれている。図４（イ）〜
（ハ）は夫々、炎口位置から離間する火炎形成方向に於
ける火炎の状況、光センサ（一例としてＳｉフォトダイ
オード）の出力、ラジカルの量、及び燃焼により発生す
る酸化物（ＣＯ及びＣＯ₂）の量を記載順に示した。こ
こで、ラジカルとは、Ｎ₂、Ｃ₂、Ｏ₂、ＣＯ、ＯＨ、Ｎ
Ｏ、Ｈ₂Ｏ、ＣＮ等である。結果、例えば、図４（ハ）
に示すように、光センサの出力が所定の設定強度となる
位置を、火炎の終端位置として検出することができる。The features of the method and the apparatus for detecting the flame end position according to the present invention for achieving this object are as follows. That is, as a method of detecting the flame end position, the wavelength 700n radiated from the flame is used.
The optical signal intensity in the range of m to 1000 nm is measured, and the position where the measured optical signal intensity reaches a predetermined set intensity is set as the end position of the flame. The flame end position detecting device using such a method comprises an optical signal intensity measuring means for measuring an optical signal intensity at a wavelength of 700 nm to 1000 nm radiated from the flame, and an optical signal intensity measured by the optical signal measuring means. And a flame end position detecting means for detecting a measurement position of the optical signal measuring means as a flame end position when the optical signal intensity is at a predetermined set intensity from the spatial distribution state. The inventors, for the purpose of performing more accurate combustion control in the combustion device, optically observe the flame, based on the observation results, based on the observation result, what state the actual flame is burning,
I thought it was preferable to make a decision. However, considering the prior art from such a viewpoint, the flame is a so-called flame.
It was only observed in the visible light region, and its signal strength was found to be low. The spectrum in the visible light region in FIG. 3 is small. On the other hand, in the wavelength of 700 nm to 1000 nm targeted by the present application, even if the detection is performed on the downstream side of the flame, it is found that there are many wavelengths having a strong optical signal intensity,
The inventors have found that the optical signal intensity in this wavelength range changes according to the air ratio of the premixed gas supplied to the burner forming the flame, and completed the present invention. The change in the optical signal intensity within the wavelength range in the present application, for example, even in a relatively good combustion state generally called blue fire, is sensitive to the change in the combustion conditions, as a result, This is very useful information for estimating the combustion state. A large number of radicals during the combustion reaction are included in the wavelength range of 700 nm to 1000 nm targeted by the present application. Fig. 4 (a)-
(C) shows the state of the flame in the flame formation direction away from the flame outlet position, the output of the optical sensor (for example, a Si photodiode), the amount of radicals, and the oxides (CO and CO ₂ ) generated by combustion. ) Are shown in the order of description. Here, the radical means N ₂ , C ₂ , O ₂ , CO, OH, N
O, H ₂ O, CN and the like. As a result, for example, FIG.
As shown in (2), a position where the output of the optical sensor has a predetermined set intensity can be detected as the end position of the flame.

【０００５】従って、光センサ等の光信号強度測定手段
を使用して、例えば、火炎の形成方向（図１の上下方
向）に於ける波長７００〜１０００ｎｍの光信号強度の
分布を測定して、その検出結果に基づいて火炎終端位置
検出手段により、測定される光信号強度の空間分布にあ
って、その強度が特定の値となる位置を、火炎終端位置
とすることができる。ここで、７００ｎｍ以上の情報と
することにより、その信号強度が強く、燃焼途中で生成
される多数のラジカルからの放射を利用して、火炎の終
端の検出をおこなうことができる。但し、この波長範囲
が含まれていればよく、図３に示すように、実質上信号
の無い３００ｎｍ以上を検出しても何ら問題ない。一
方、１０００ｎｍ以上の光信号に関しては、これを、Ｓ
／Ｎ比よく検出できる光センサが無いため、使用に適さ
ない。このようにして求まる位置は、火炎形成に伴って
発生するラジカルの量に基づく合理的な火炎終端位置で
あり、このようにして燃焼制御等に有用な検出情報を得
ることができる。Therefore, for example, by using an optical signal intensity measuring means such as an optical sensor, the distribution of the optical signal intensity at a wavelength of 700 to 1000 nm in the flame forming direction (up and down direction in FIG. 1) is measured. Based on the detection result, the flame end position detecting means can set the position where the intensity has a specific value in the spatial distribution of the measured optical signal intensity as the flame end position. Here, by setting the information to 700 nm or more, the signal intensity is strong, and the end of the flame can be detected by using the radiation from a large number of radicals generated during the combustion. However, it is sufficient that this wavelength range is included, and there is no problem even if 300 nm or more where there is substantially no signal is detected as shown in FIG. On the other hand, for an optical signal of 1000 nm or more,
It is not suitable for use because there is no optical sensor that can detect with a good / N ratio. The position obtained in this manner is a reasonable flame end position based on the amount of radicals generated with the formation of the flame, and thus, useful detection information for combustion control and the like can be obtained.

【０００６】さて、本願の原理による、燃料と燃焼用酸
素含有ガスとを供給されて火炎を形成しながら燃焼する
燃焼装置に対する燃焼制御方法の特徴手段は、火炎から
放射される波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍの光信号強度
を測定するとともに、測定される光信号強度に基づい
て、燃焼装置における燃焼状態を制御することにある。
先にも示したように、本願の波長範囲内の光信号は、燃
焼反応に伴って発生するとともに、燃焼の完了に伴っ
て、その量が減少するラジカルの量を測定していること
になっているため、燃焼状態を良好に代表できる。しか
も、この代表状態は、燃焼が青火状態で起こっている場
合にも対応でき、空気比の変化に対応したものとなる。
従って、この燃焼制御方法を採用することにより、実際
の燃焼火炎の状態を測定しながら、その燃焼状態に精度
よく対応した燃焼制御をおこなうことができる。本願の
場合、火炎終端側から少し下流側の位置で検出を行う
と、空気比と良好に対応した情報を取れるため、好まし
い。According to the principle of the present invention, a combustion control method for a combustion apparatus in which a fuel and an oxygen-containing gas for combustion are supplied and burn while forming a flame is characterized in that the flame emitted from the flame has a wavelength of 700 nm to 1000 nm. An object of the present invention is to measure an optical signal intensity and to control a combustion state in a combustion device based on the measured optical signal intensity.
As described above, the optical signal within the wavelength range of the present application is generated by the combustion reaction and measures the amount of radicals whose amount decreases with the completion of combustion. Therefore, the combustion state can be well represented. In addition, this representative state can cope with the case where combustion is occurring in a blue fire state, and corresponds to a change in the air ratio.
Therefore, by employing this combustion control method, it is possible to perform combustion control accurately corresponding to the combustion state while measuring the state of the actual combustion flame. In the case of the present application, it is preferable to perform detection at a position slightly downstream from the flame end side, since information corresponding to the air ratio can be obtained well.

【０００７】このような燃焼制御装置は、以下のよう
に、構成できる。即ち、燃料と燃焼用酸素含有ガスとを
供給されて火炎を形成しながら燃焼する燃焼装置に対す
る燃焼制御装置を構成するに、火炎から放射される波長
７００ｎｍ〜１０００ｎｍの光信号強度を測定する光信
号測定手段と、この光信号測定手段によって観測される
光信号強度に基づいて、燃焼装置に対する燃焼制御指令
を生成する燃焼制御指令生成手段とを備えて、これを構
成する。この構成とすることにより、本願の燃焼制御方
法を使用して、燃焼炎の状態を的確に把握しながら、燃
焼制御を行える。[0007] Such a combustion control device can be configured as follows. That is, an optical signal for measuring the intensity of an optical signal having a wavelength of 700 nm to 1000 nm emitted from a flame is included in a combustion control device for a combustion device which is supplied with a fuel and an oxygen-containing gas for combustion and burns while forming a flame. It comprises a measuring means and a combustion control command generating means for generating a combustion control command for the combustion device based on the optical signal intensity observed by the optical signal measuring means. With this configuration, the combustion control can be performed while accurately grasping the state of the combustion flame using the combustion control method of the present invention.

【０００８】さて、上記の燃焼制御装置を構成するに、
測定される光信号強度が所定の設定値を越えた場合に、
燃焼制御指令生成手段が、測定時点の空気比より高い空
気比に、燃焼状態を変更する燃焼制御指令を生成する構
成とすることが好ましい。波長７００ｎｍ〜１０００ｎ
ｍの光信号強度は、通常、空気比が高い状態（例えば
１．４以上）の場合は、小さく、この空気比が１に近ず
くに従って増加する。従って、測定される光信号強度が
増加傾向にあり、所定の設定値より大きくなった場合
は、空気比の減少、ＣＯ濃度の増加が発生しているもの
と推測できる。そこで、このような場合に、測定時点の
空気比より高い空気比に、燃焼状態を変更する燃焼制御
指令を生成することで、燃焼を良好な状態に導くことが
できる。[0008] Now, to constitute the above-mentioned combustion control device,
When the measured optical signal strength exceeds a predetermined set value,
It is preferable that the combustion control command generation means generates a combustion control command for changing the combustion state to an air ratio higher than the air ratio at the time of measurement. Wavelength 700nm ~ 1000n
The light signal intensity of m is usually small when the air ratio is high (for example, 1.4 or more), and increases as the air ratio approaches 1. Therefore, when the measured optical signal intensity tends to increase and becomes larger than a predetermined set value, it can be assumed that the air ratio decreases and the CO concentration increases. Therefore, in such a case, by generating a combustion control command for changing the combustion state to an air ratio higher than the air ratio at the time of measurement, it is possible to lead combustion to a favorable state.

【０００９】さらに、光信号測定手段を構成する光セン
サが、正常燃焼状態にあって火炎終端部が形成される正
常燃焼火炎終端部よりも火炎形成方向（図１の上下方
向）において下流側（図１の上側）の位置に、その光信
号測定位置を備えて配設されていることが好ましい。こ
の光センサは、波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍの光強度
信号を検出するのであるが、その検出領域が、正常燃焼
火炎終端部よりも火炎形成方向において下流側とされ
る。一般に、空気比が１に近づく挙動を燃焼が取る場合
は、燃焼炎は、火炎形成方法の下流側へ延びてくる。従
って、この構造の場合は、光センサより測定される光信
号強度の増加を、さらに顕著に捕らえることが可能とな
り、燃焼制御（特に不完全燃焼制御）を良好に行える。Further, the optical sensor constituting the optical signal measuring means is located downstream (in the vertical direction in FIG. 1) in the flame formation direction (vertical direction in FIG. 1) from the normal combustion flame termination where the flame termination is formed in the normal combustion state. It is preferable that the optical signal measurement position is provided at the position (upper side in FIG. 1). This optical sensor detects a light intensity signal having a wavelength of 700 nm to 1000 nm, and its detection area is located downstream of the normal combustion flame end in the flame forming direction. In general, when combustion takes a behavior in which the air ratio approaches 1, the combustion flame extends downstream of the flame forming method. Therefore, in the case of this structure, the increase in the optical signal intensity measured by the optical sensor can be more remarkably captured, and the combustion control (particularly, incomplete combustion control) can be performed well.

【００１０】さて、本願の燃焼制御装置にあって、光信
号測定手段を構成する光センサが、複数、火炎形成方向
に配列して備えられ、これら複数の光センサの内、測定
される光信号強度が所定の設定強度である光センサの測
定位置を、火炎終端位置とする火炎終端位置検出手段を
備えるとともに、この火炎終端位置検出手段により検出
される火炎終端位置に基づいて、燃焼制御指令生成手段
が燃焼制御指令を生成するように構成されていることが
好ましい。この構造にあっては、複数の光センサを火炎
形成方向に備えることにより、本願が対象とする光信号
強度の空間的な分布を得ることができる。即ち、図４
（ロ）に示すような分布を得ることができる。例えば、
火炎の終端位置を特定するために設定される所定の信号
強度が判明している場合は、この値となっている位置を
火炎終端位置として求める。一方燃焼状態が、空気比の
変化により変わった場合は、この火炎終端位置が下流側
に移動する。従って、これまで説明してきた動作と同様
に、空気量が低下している可能性が高いため、現状の空
気量より多くの空気量を供給できるような燃焼制御指令
を生成することにより、結果的に、良好な燃焼状態を維
持することができる。In the combustion control apparatus according to the present invention, a plurality of optical sensors constituting optical signal measuring means are arranged in a flame forming direction, and an optical signal to be measured among these optical sensors is measured. Flame end position detection means for setting the measurement position of the optical sensor having the predetermined intensity to the flame end position, and generating a combustion control command based on the flame end position detected by the flame end position detection means. Preferably, the means is configured to generate a combustion control command. In this structure, by providing a plurality of optical sensors in the flame forming direction, it is possible to obtain a spatial distribution of the optical signal intensity targeted by the present application. That is, FIG.
The distribution shown in (b) can be obtained. For example,
If the predetermined signal strength set for specifying the flame end position is known, the position having this value is determined as the flame end position. On the other hand, when the combustion state changes due to a change in the air ratio, the flame end position moves to the downstream side. Therefore, similarly to the operation described above, it is highly likely that the amount of air is reduced. Therefore, by generating a combustion control command that can supply a larger amount of air than the current amount of air, In addition, a good combustion state can be maintained.

【００１１】[0011]

【発明の実施の形態】本願の実施の形態を図面に基づい
て説明する。図１には、本願の燃焼装置の一例である給
湯器１が示されている。給湯器１は、燃焼室を形成する
給湯器本体２と、前記給湯器本体２の下部位置である燃
焼用空気吸引部７近傍に備えられるバーナ４と、このバ
ーナ４の下流側（図１の上側）に備えられる熱交換器５
とを備えて構成されている。前記バーナ４には燃料供給
路６を介して燃料ガスが供給されるとともに、バーナ４
の近傍所定部位に設けられている燃焼用空気吸引部７よ
り、二次空気が吸引されて、燃焼の用に供される。前記
供給路６には、この供給路６を介して供給される燃料ガ
スの供給量、及び、これに混合される一次空気量（これ
は一次空気供給路３より供給される）を調整するための
調整弁８が備えられており、この調整弁８は、本願の燃
焼制御指令生成手段９で生成される燃焼制御指令に基づ
いて、その弁開度が調整される。この弁開度の調整によ
り、結果的に、バーナ４に供給される燃料ガス量及び吸
引される空気量が調整され、燃焼状態が調整される。前
記熱交換器５には、給水路１０を介して水が供給され、
バーナ４の燃焼により発生する熱を吸収して、湯を生成
する。以上が、給湯器１の基本的な構造であるが、正常
燃焼状態にあっては、バーナに形成される火炎の到達位
置（この位置を本願にあっては正常燃焼火炎終端位置と
呼ぶ）は、Ａで示す位置となっている。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a water heater 1 as an example of the combustion device of the present application. The water heater 1 includes a water heater main body 2 forming a combustion chamber, a burner 4 provided near a combustion air suction unit 7 which is a lower position of the water heater main body 2, and a downstream side of the burner 4 (see FIG. 1). Heat exchanger 5 provided on the upper side)
It is comprised including. Fuel gas is supplied to the burner 4 through a fuel supply path 6 and the burner 4
The secondary air is sucked from the combustion air suction section 7 provided at a predetermined portion in the vicinity of and is used for combustion. The supply path 6 is used for adjusting the supply amount of the fuel gas supplied through the supply path 6 and the amount of primary air mixed with the fuel gas (this is supplied from the primary air supply path 3). The regulating valve 8 is provided, and the valve opening of the regulating valve 8 is adjusted based on the combustion control command generated by the combustion control command generating means 9 of the present application. As a result of this adjustment of the valve opening, the amount of fuel gas supplied to the burner 4 and the amount of air sucked are adjusted, and the combustion state is adjusted. Water is supplied to the heat exchanger 5 through a water supply channel 10,
The heat generated by the combustion of the burner 4 is absorbed to generate hot water. The basic structure of the water heater 1 has been described above. In the normal combustion state, the arrival position of the flame formed in the burner (this position is referred to as a normal combustion flame end position in the present application) is , A.

【００１２】さて、以下に、本願の特徴構成に関して説
明する。図１に示すように、熱交換器（被加熱器の一
例）５の直上流側で、前記正常燃焼火炎終端位置Ａより
も下流側の位置Ｂ（この位置は、通常の燃焼状態にあっ
ては火炎の終端位置が到達しない位置である）に、光信
号検出手段を構成する光センサ１１が備えられている。
この光センサ１１の位置Ｂにあっては、目視している限
りにおいては、正常燃焼状態にあっても、空気比が１に
近づいて、ＣＯの発生が１００〜２００ｐｐｍ程度認め
られる状態にあっても、火炎を認めることができない。
この光センサ１１は、実質上火炎から放射される波長７
００ｎｍ〜１０００ｎｍの光信号強度を測定するもので
あり、具体的には、Ｓｉを受光素子として備えたフォト
ダイオード型の光センサである。光センサ１１の測定方
向は、図１の上下方向である火炎形成方向に対してＢ添
字の一点鎖線のように直交している。さらに、燃焼装置
には、前述の光センサ１１によって測定される光信号強
度を入力とし、燃焼制御指令を生成する燃焼制御指令生
成手段９としてのマイクロコンピュータが備えられてい
る。従って、本願においては、この燃焼制御指令生成手
段９により生成される制御指令を調整弁８が受けて動作
する。Now, the characteristic configuration of the present application will be described below. As shown in FIG. 1, a position B immediately downstream of the heat exchanger (one example of a heated object) 5 downstream of the normal combustion flame termination position A (this position is in a normal combustion state). Is a position at which the end position of the flame does not reach), an optical sensor 11 constituting optical signal detecting means is provided.
At the position B of the optical sensor 11, as far as the eye can see, even in the normal combustion state, the air ratio approaches 1, and the generation of CO is recognized at about 100 to 200 ppm. Can't even recognize the flame.
This optical sensor 11 has a wavelength of 7 substantially emitted from the flame.
It measures the optical signal intensity from 00 nm to 1000 nm, and is specifically a photodiode type optical sensor provided with Si as a light receiving element. The measurement direction of the optical sensor 11 is orthogonal to the flame forming direction which is the vertical direction in FIG. Further, the combustion device is provided with a microcomputer as a combustion control command generating means 9 which receives the optical signal intensity measured by the optical sensor 11 and generates a combustion control command. Therefore, in the present application, the control valve 8 operates by receiving the control command generated by the combustion control command generating means 9.

【００１３】以下、先に説明した燃焼制御指令生成手段
９の動作について説明する。本願のように構成される場
合の火炎から発生する近赤外光と、火炎の空気比との関
係を図２及び図３に示した。図２は横軸に空気比を、縦
軸にＣＯ発生量をｐｐｍ単位で取ったものであり、実線
で、ＣＯ発生量を示している。一方、同図にあって、破
線にて、７００〜１０００ｎｍの範囲内にある光信号強
度を示している。この結果から、光信号強度の変化状態
は、ＣＯの発生状態に対応しており、例えば、光信号強
度に対する特定の設定強度としての閾値として、空気比
１．３の場合の光信号強度を採用することで、この値よ
り信号強度が高くなった場合に、燃焼に於ける空気量を
増加させる方向に制御を進めればよい（例えば、一次空
気量を増加させる）。さらに、図３は、信号波長３００
ｎｍ〜８００ｎｍ（横軸）において測定される光信号強
度（縦軸）のスペクトルを示しており、各線は異なった
空気比（λ＝１．１，１．２，１．３，１．４，１．
５，１．６）を示している。この結果からも判明するよ
うに、本願で採用する光センサにより測定される光信号
強度は、強く、空気比と一定の関係がある。しかも、３
００〜７００ｎｍの範囲に於ける信号強度にあっては、
あまり大きな信号量は認められず、７００〜８００ｎｍ
において、空気比に関係した信号強度の変化が明確に認
められる。従って、この光信号強度を、不完全燃焼等の
防止を目的とした空気比の制御（結果的に燃焼制御）に
使用することができる。即ち、燃焼制御指令生成手段９
にあっては、光センサからの光信号強度にあって、空気
比１．３に相当する光信号強度の値を閾値として判別す
るように構成し、光センサより得られる光信号強度がこ
の閾値よりも高い場合に、測定時点の空気比より高い空
気比に、燃焼状態を変更する燃焼制御指令を生成する構
成とされている。即ち、図１に示す例にあっては、調整
弁の燃焼用空気供給側を一定比率だけ開側へ動作させ、
空気比が高くなる方向へ燃焼を移動される制御をおこな
う。本願にあっては、空気が充分に供給されない空気比
が実質的に低くなる状態のみを問題とするため、この制
御で充分である。Hereinafter, the operation of the above-described combustion control command generation means 9 will be described. The relationship between the near-infrared light generated from the flame and the air ratio of the flame when configured as in the present application is shown in FIGS. In FIG. 2, the abscissa indicates the air ratio, and the ordinate indicates the amount of generated CO in ppm, and the solid line indicates the amount of generated CO. On the other hand, in the same figure, the broken line indicates the optical signal intensity in the range of 700 to 1000 nm. From this result, the change state of the optical signal intensity corresponds to the state of generation of CO. For example, the optical signal intensity at an air ratio of 1.3 is adopted as a threshold as a specific set intensity for the optical signal intensity. By doing so, when the signal intensity becomes higher than this value, the control may be advanced in a direction to increase the air amount in combustion (for example, the primary air amount is increased). Furthermore, FIG.
2 shows the spectrum of the optical signal intensity (vertical axis) measured from nm to 800 nm (horizontal axis), and each line has a different air ratio (λ = 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.4). 1.
5, 1.6). As can be seen from this result, the optical signal intensity measured by the optical sensor used in the present application is strong and has a certain relationship with the air ratio. And three
In the signal intensity in the range of 00 to 700 nm,
No large signal amount was observed, 700-800 nm
In, a change in the signal intensity related to the air ratio is clearly observed. Therefore, this light signal intensity can be used for controlling the air ratio (and consequently combustion control) for the purpose of preventing incomplete combustion and the like. That is, the combustion control command generating means 9
Is configured to determine the value of the optical signal intensity corresponding to the air ratio 1.3 as the threshold value in the optical signal intensity from the optical sensor, and the optical signal intensity obtained from the optical sensor is determined by the threshold value. When it is higher than the air ratio at the time of measurement, a combustion control command for changing the combustion state is generated at an air ratio higher than the air ratio at the time of measurement. That is, in the example shown in FIG. 1, the combustion air supply side of the regulating valve is operated to open at a fixed ratio,
Control is performed to move combustion in the direction in which the air ratio increases. In the present application, this control is sufficient because only the state where the air ratio at which the air is not sufficiently supplied becomes substantially low is a problem.

【００１４】〔別実施の形態例〕上記の実施の形態例で
は、光センサとして、素子材料として、Ｓｉを主要な材
料とする受光素子を示したが、このような材料として
は、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、Ｃ
ｄＳ等も利用できる。上記の実施の形態にあっては、実
質、７００ｎｍ〜１０００ｎｍ（これ以下の波長では、
火炎からはあまり強い信号を得ることができない）の範
囲内にある近赤外光の全ての情報を積分状態で出力でき
る光センサを使用したが、この範囲としては、７００ｎ
ｍ〜８００ｎｍ程度までの光信号強度を得るものでもよ
い。上記の実施の形態例においては、単一の光センサ
を、正常燃焼火炎終端位置より下流側で、熱交換器５の
入口部位の上流側の位置（この位置まで異常燃焼が発生
した場合に火炎終端部が到達する位置）に、設置した
が、本願のように燃焼制御をおこないたい場合は、常時
火炎の終端位置を検出しておき、この位置の移動状況に
従って、燃焼制御を行う構造を採用してもよい。この構
造の例を、図５に示すとともに、この構造を採用する場
合においてバーナの下流側複数箇所で検出される光信号
のスペクトルを、図６に示した。図５に示すように、こ
の例にあっては、光信号測定手段を構成する光センサ１
１が、複数、火炎形成方向に配列して備えられ、これら
複数の光センサ１１の内、測定される光信号強度が所定
の強度である光センサの測定位置を、火炎終端位置とす
る火炎終端位置検出手段１２が備えられるとともに、こ
の火炎終端位置検出手段１２により検出される火炎終端
位置に基づいて、燃焼制御指令生成手段９が燃焼制御指
令を生成するように構成されている。図６は、光センサ
により検出されるスペクトルを示しており、その波長域
は３００ｎｍ〜８００ｎｍのものを示している。ここ
で、空気比λは１．４９に選択しており、Ａ，Ｂ，Ｃと
符号が進むに従って、バーナ噴出口（図外）から離間す
る位置に光センサ１１は配設されている。この距離を実
際の数値で図上に示した。この例の場合は、正常燃焼状
態に於ける火炎終端位置は、バーナ噴出口から９０ｍｍ
の位置であり、先の実施の形態例で示した光センサの位
置は１２０ｍｍの位置である。さて、このスペクトルグ
ラム（図６）及び先に説明した図４（ロ）（ハ）との関
係からも判明するように、火炎形成方向におけるラジカ
ルの量に対応する光センサ信号強度は、一担、最大値に
達した後、単調な減少傾向を示す。この単調な減少傾向
領域にあっては、３００ｎｍ〜７００ｎｍの成分が急速
に減少し、７００ｎｍ〜８００ｎｍの信号は、空気比の
変化に対応した変化（減少傾向を辿る）をしながら、比
較的強いスペクトル強度を維持する。従って、先に説明
した図４（ハ）のように、所定の閾値を予め設定してお
けば、火炎の終端位置を検出することができるととも
に、ＣＯ発生量が多くなり、火炎が延びる傾向を示す場
合の状況をも把握できる。結果、このようにして、複数
の光センサを備えることで、良好な燃焼状態を維持する
ように、燃焼制御をおこなうことができる。[Other Embodiments] In the above embodiment, a light receiving element using Si as a main material has been described as an optical sensor as an optical sensor, but such a material as Ge or InGaAs may be used. , GaAlAs, GaAs, C
dS and the like can also be used. In the above embodiment, substantially 700 nm to 1000 nm (at wavelengths below this,
An optical sensor capable of outputting all information of near-infrared light within the range of (inability to obtain a very strong signal from the flame) in an integrated state was used.
An optical signal intensity of about m to 800 nm may be obtained. In the above-described embodiment, the single optical sensor is located at a position downstream of the normal combustion flame end position and upstream of the inlet portion of the heat exchanger 5 (when the abnormal combustion occurs up to this position, At the position where the terminal end arrives), but if you want to perform combustion control as in the present application, a structure is adopted in which the end position of the flame is always detected and combustion control is performed according to the movement of this position. May be. FIG. 5 shows an example of this structure, and FIG. 6 shows spectra of optical signals detected at a plurality of locations downstream of the burner when this structure is employed. As shown in FIG. 5, in this example, the optical sensor 1 constituting the optical signal measuring means
A plurality of light sensors 1 arranged in the flame forming direction, and a flame end position at which a measurement position of an optical sensor whose measured optical signal intensity is a predetermined intensity is a flame end position. A position detection means 12 is provided, and the combustion control command generation means 9 is configured to generate a combustion control command based on the flame end position detected by the flame end position detection means 12. FIG. 6 shows a spectrum detected by the optical sensor, and its wavelength range is from 300 nm to 800 nm. Here, the air ratio λ is selected to be 1.49, and the optical sensor 11 is disposed at a position away from the burner outlet (not shown) as the signs A, B, and C progress. This distance is shown on the figure as an actual numerical value. In this case, the flame end position in the normal combustion state is 90 mm from the burner outlet.
The position of the optical sensor shown in the above embodiment is a position of 120 mm. Now, as can be seen from the relationship between this spectrumgram (FIG. 6) and FIGS. 4 (B) and 4 (C) described above, the optical sensor signal intensity corresponding to the amount of radicals in the flame formation direction plays a role. , After reaching the maximum value, shows a monotonous decreasing trend. In this monotonically decreasing region, the component from 300 nm to 700 nm rapidly decreases, and the signal from 700 nm to 800 nm is relatively strong while changing (following the decreasing trend) corresponding to the change in the air ratio. Maintain spectral intensity. Therefore, as shown in FIG. 4C described above, if a predetermined threshold value is set in advance, the end position of the flame can be detected, and the amount of CO generated increases and the flame tends to extend. The situation in which it is shown can be understood. As a result, by providing a plurality of optical sensors in this manner, combustion control can be performed so as to maintain a favorable combustion state.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本願の燃焼装置の構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a combustion device of the present application.

【図２】空気比及びＣＯ濃度と、光センサの光信号強度
の関係を示す図FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an air ratio and a CO concentration and an optical signal intensity of an optical sensor.

【図３】３００〜８００ｎｍ領域に於ける火炎スペクト
ルと、空気比との関係を示す図FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a flame spectrum in a 300 to 800 nm region and an air ratio.

【図４】火炎状態、光センサ出力、ラジカル量及び酸化
物量の関係を示す説明図FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship among a flame state, an optical sensor output, a radical amount, and an oxide amount.

【図５】本願の別実施例の構成を示す図FIG. 5 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the present invention.

【図６】図５の構成に於ける光センサの位置と３００〜
８００ｎｍ領域に於ける火炎スペクトルとの関係を示す
図FIG. 6 shows the position of the optical sensor in the configuration of FIG.
Diagram showing the relationship with the flame spectrum in the 800 nm region

【符号の説明】[Explanation of symbols]

４ バーナ ８ 調整弁 ９ 燃焼制御指令生成手段 １１ 光センサ １２ 火炎終端位置検出手段 Reference Signs List 4 burner 8 regulating valve 9 combustion control command generating means 11 optical sensor 12 flame end position detecting means

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 火炎から放射される波長７００ｎｍ〜１
０００ｎｍの光信号強度を測定するとともに、測定され
る前記光信号強度が所定の設定強度となる位置を、前記
火炎の終端位置とする火炎終端位置の検出方法。1. A wavelength of 700 nm to 1 radiated from a flame.
A method for detecting a flame end position, wherein an optical signal intensity of 000 nm is measured and a position where the measured optical signal intensity is a predetermined set intensity is set as an end position of the flame. 【請求項２】 火炎から放射される波長７００ｎｍ〜１
０００ｎｍにある光信号強度を測定する光信号強度測定
手段と、 前記光信号測定手段によって測定される光信号強度か
ら、前記光信号強度が所定の設定強度である場合に、前
記光信号測定手段の測定位置を前記火炎の終端位置とし
て検出する火炎終端位置検出手段とを備えた火炎終端位
置検出装置。2. A wavelength of 700 nm to 1 radiated from a flame.
Optical signal intensity measuring means for measuring the optical signal intensity at 000 nm; and from the optical signal intensity measured by the optical signal measuring means, when the optical signal intensity is a predetermined set intensity, the optical signal measuring means A flame end position detecting device comprising: a flame end position detecting means for detecting a measurement position as the flame end position. 【請求項３】 燃料と燃焼用酸素含有ガスとを供給され
て火炎を形成しながら燃焼する燃焼装置に対する燃焼制
御方法であって、 前記火炎から放射される波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍ
の光信号強度を測定するとともに、前記測定される光信
号強度に基づいて、前記燃焼装置における燃焼状態を制
御する燃焼制御方法。3. A combustion control method for a combustion device in which a fuel and an oxygen-containing gas for combustion are supplied and burn while forming a flame, wherein a wavelength radiated from the flame is 700 nm to 1000 nm.
And a combustion control method for controlling a combustion state in the combustion device based on the measured optical signal intensity. 【請求項４】 燃料と燃焼用酸素含有ガスとを供給され
て火炎を形成しながら燃焼する燃焼装置に対する燃焼制
御装置であって、 前記火炎から放射される波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍ
の光信号強度を測定する光信号測定手段と、前記光信号
測定手段によって観測される光信号強度に基づいて、前
記燃焼装置に対する燃焼制御指令を生成する燃焼制御指
令生成手段とを備えた燃焼制御装置。4. A combustion control device for a combustion device which is supplied with a fuel and an oxygen-containing gas for combustion and burns while forming a flame, wherein the wavelength radiated from the flame is 700 nm to 1000 nm.
Combustion control, comprising: an optical signal measuring unit for measuring an optical signal intensity of the light source; and a combustion control command generating unit for generating a combustion control instruction for the combustion device based on the optical signal intensity observed by the optical signal measuring unit. apparatus. 【請求項５】 測定される前記光信号強度が所定の設定
値を越えた場合に、前記燃焼制御指令生成手段が、測定
時点の空気比より高い空気比に、燃焼状態を変更する燃
焼制御指令を生成する請求項４記載の燃焼制御装置。5. A combustion control command for changing a combustion state to an air ratio higher than the air ratio at the time of measurement when the measured optical signal intensity exceeds a predetermined set value. The combustion control device according to claim 4, wherein: 【請求項６】 前記光信号測定手段を構成する光センサ
が、正常燃焼状態にあって火炎終端部が形成される正常
燃焼火炎終端部よりも火炎形成方向において下流側の位
置に、その光信号測定位置を備えて配設されている請求
項４または５記載の燃焼制御装置。6. An optical sensor constituting the optical signal measuring means, wherein the optical signal is provided at a position downstream of the normal combustion flame termination portion where the flame termination portion is formed in the normal combustion state in the flame formation direction. The combustion control device according to claim 4, wherein the combustion control device is provided with a measurement position. 【請求項７】 前記光信号測定手段を構成する光センサ
が、複数、火炎形成方向に配列して備えられ、 前記複数の光センサの内、測定される光信号強度が所定
の強度である光センサの測定位置を、火炎終端位置とす
る火炎終端位置検出手段を備えるとともに、前記火炎終
端位置検出手段により検出される火炎終端位置に基づい
て、前記燃焼制御指令生成手段が前記燃焼制御指令を生
成する請求項４または５記載の燃焼制御装置。7. A light sensor comprising a plurality of optical sensors constituting the optical signal measuring means, the light sensors being arranged in a flame forming direction, wherein the light signal intensity of the plurality of optical sensors measured is a predetermined intensity. A flame end position detecting means for setting a measurement position of the sensor to a flame end position is provided, and the combustion control command generating means generates the combustion control command based on the flame end position detected by the flame end position detecting means. The combustion control device according to claim 4 or 5, wherein