燃焼装置において重要な火炎検知器の中でも、光学的方法によって検知するものについて紹介します。
光学的方法
光学的方法は、火炎からの光を受けることにより受光面の電気的特性の変化を利用したものです。火炎検出器の選択にあたっては、その検出器がどの波長範囲の光に応答するかを把握する必要があります。
一般に紫外線のような短波長の光は、燃焼という化学的な反応やアーク放電のような極めて高温の放電現象など以外からは発生しないと考えて問題ありません。しかし、可視光や赤外線は、二次的に加熱された物体、つまり燃焼炎によって熱せられた炉壁等からも非常に高いレベルで放射されます。したがって、可視光領域や赤外領域の波長の光に応答する検出器では、例えば運転中に消火しても高温の炉壁が強力な放射熱を放射し続けるため、それに対して信号を出します。その結果、「異常消火」の際の「燃料遮断」の機能が果たせず、非常に危険な状態となります。そのため、選定にあたっては、このような誤動作の可能性を考慮しなければいけません。
フォトダイオードセル
フォトダイオードセルは、光起電力効果を利用したもので、分光感度特性は可視光領域にわたっているので、ガス燃焼炎の検出には適していません。形状・寸法が小型で、ガンタイプバーナなどに多く使用されています。しかし、安全に使用できる周囲温度は60℃程度なので過熱を防がなければなりません。
硫化鉛セル
硫化鉛（PbS）の電気抵抗が火炎のちらつき（フリッカ）によって変化するおちう特性を利用して火炎の検出を行うものです。PbSの利点は、炉内で火炎と検出器の間に光を吸収する媒体によって火炎の検出が阻害される場合でも比較的安定した作動をすることです。このため、主に蒸気噴霧式バーナなどに用いられます。また、油専焼、油・ガス混焼、石炭焚きのいずれの場合も使用可能です。
しかし、火炎のちらつき（フリッカ）だけを検出する考慮が払われているとされていますが、検出波長範囲が非常に広く、かつ赤外領域に最大感度があるため、実際の火炎のちらつきと、バーナタイルや炉壁から発する赤外線が炉壁表面の空気の流れによって生じるちらつきとの識別が困難な場合があります。このような場合には、検出器の視界に適当な光量調節版を入れて、受ける光の量を絞ることによって誤作動を防ぐことが必要になります。
整流式光電管
整流式光電管は、ある種の金属に光が照射されたとき、その金属面から光電子を放出する光電子放出現象を利用して炎の検出を行うもので、使用される光電管としては、銀酸化セシウム陰極を使ったものが一般的です。分光感度特性は、波長が可視光から赤外線領域にわたる範囲にあります。
油燃焼炎の検出に使用され、ガス燃焼炎には適しません。また、機械的に弱く、かつ使用寿命が比較的短いので使用されなくなってきています。
紫外線光電管
整流式光電管と同じ原理によって火炎の検出を行うものですが、内部に不活性ガスを封入し、電子雪崩を発生させることで検出感度を高めたものです。非常に感度が良く、安定していて、紫外線のうち特定範囲の波長だけを検出するので炉壁からの放射による誤作動もなく、全ての燃料の燃焼炎に用いられます。
しかし、これらの紫外線光電管は、点火動作のとき、点火スパークを誤検出することがあるので取り付けの際には注意が必要です。また、保護ガラスを使用する場合には、紫外線を通す性質をもつ石英ガラスを使用しなければなりません。
最後に
火炎検出器の中でも、光学的手法による検知を行うものを紹介しました。参考になれば幸いです。
ご安全に！
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