CN114222888A - 燃料的燃烧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的燃料的燃烧装置(2)具备：燃烧筒(4)；将混合气体燃料作为回旋气流送入所述燃烧筒(4)中的燃料投入器(6)；在所述燃烧筒(4)内具有点火部(32)的点火器(10)；在所述燃烧筒(4)内具有检测部(40)的离子检测器(12)；以及能够根据所述离子检测器(12)的检测结果来调整燃料的混合比的控制器(14)。优选地，燃料是氨。优选地，所述检测部(40)位于所述点火部(32)的附近。

Description

燃料的燃烧装置
技术领域
本发明涉及一种燃料的燃烧装置。具体而言，涉及氨等难燃性燃料的燃烧装置。
背景技术
随着减少二氧化碳排放量的要求的提高，作为取代碳系燃料的燃料，对氨的期待提高。由于氨不含碳，因此即使燃烧也不会排放二氧化碳。氨已经被广泛用作肥料，价格低廉，并且能够提供稳定供应。氨的液化压力与LPG相等，并且能够在室温下液体储存。氨作为碳系燃料的替代燃料具有许多优点。
另一方面，氨是难燃性的。相对于碳系燃料的点火能量为80mJ至120mJ左右，氨需要400mJ至600mJ左右的点火能量。另外，氨的层流燃烧速度比碳系燃料的层流燃烧速度慢7倍左右。在日本专利特开2010-159705号公报中报告了关于将该难燃性的氨作为燃料的内燃机的研究。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2010-159705公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在使氨燃料等难燃性燃料燃烧的情况下，与使现在广泛使用的碳系燃料燃烧的情况相比，存在初期点火的困难性、燃烧的稳定化的困难性等更多的问题。特别是为了使使用了难燃性燃料的燃烧装置在各种领域实用化，持续稳定的燃烧成为重要的课题。
本发明的目的在于提供一种燃烧装置，其能够使难燃性燃料的燃烧稳定地持续。
解决问题的技术手段
本发明的燃料的燃烧装置具备：燃烧筒；燃料投入器，其将混合气体燃料作为回旋气流送入所述燃烧筒中；点火器，其在所述燃烧筒内具备点火部；离子检测器，其在所述燃烧筒内具备检测部；以及控制器，其能够根据所述离子检测器的检测结果来调整所述混合气体燃料的混合比。
优选地，所述燃料是氨。
优选地，所述检测部位于所述点火部的附近。所述检测部也可以与所述点火部共通。
优选地，所述点火部具备放电极以及第一接地电极，所述检测部具备施加电极以及第二接地电极，该第一接地电极与第二接地电极共通。
优选地，所述点火部位于所述燃烧筒内所述混合气体燃料滞留的区域。
优选地，所述燃烧筒具备筒状的主体部和覆盖该主体部的端部的下盖部，在所述下盖部设置有供所述混合气体燃料送入的投入口，所述点火部以及检测部配置在所述下盖部。
优选地，所述检测部配置在所述下盖部以及所述主体部。
优选地，所述投入口呈环状，所述点火部以及检测部配置在被所述投入口包围的所述下盖部的区域。
也可以是所述投入口呈圆形，所述点火部以及检测部在所述下盖部配置在投入口的周围。
所述点火部存在一个或多个，至少一个所述点火部位于所述燃烧筒内没有所述混合气体燃料滞留的区域。
优选地，所述点火部配置在所述下盖部以及所述主体部。
本发明的燃料的燃烧方法具备使燃料连续燃烧的燃烧步骤。在所述燃烧步骤中，一边将包含燃料的混合气体燃料作为回旋气流送入燃烧筒中，一边对所述混合气体燃料进行点火，检测由该燃烧而产生的离子，根据该检测结果来调整所述燃料的混合比。
优选地，该燃烧方法还具备如下步骤：在所述燃烧步骤之前，测量表示所述燃料的燃烧状态的参数与离子的检测结果的相关性，设定离子检测结果的基准范围。在所述燃料的混合比的调整中，以使离子检测结果进入所述基准范围的方式进行调整。
优选地，表示所述燃料的燃烧状态的参数包含燃烧时的氧化物排放量。
发明的效果
本发明的燃料的燃烧装置由于在燃烧筒内配备离子电流检测器，所以能够掌握导入到燃烧筒内的混合气体燃料的燃烧状态。另外，由于该装置还具备调整混合气体燃料的空燃比的控制器，所以能够进行基于所掌握的燃烧状态的适当的空燃比控制。
在该燃烧装置中，由于将混合气体燃料作为回旋气流送入燃烧筒，所以在燃烧筒内产生流动比回旋气流的主流慢而成为螺旋状的“混合气体滞留的区域”。在该滞留区域配置点火器以及离子检测器的情况下，在该燃烧装置中，有效供给能量的区域的燃烧状态反映在离子电流中，因此能够掌握火焰核的状态。另外，由于该装置具备调整混合气体燃料的空燃比的控制器，所以能够实现基于火焰核的状态的空燃比控制。
另外，在从该滞留区域离开的区域配置点火器以及离子检测器的情况下，在该燃烧装置中，由于以比较高速流动的区域的燃烧状态反映到离子电流中，因此能够掌握燃烧的稳定状况。另外，由于该装置具备调整混合气体燃料的空燃比的控制器，所以能够实现有助于燃烧的稳定化的空燃比控制。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的燃烧装置的概念图。
图2是从上方观察图1的燃烧装置的一部分的图。
图3是表示图1的燃烧装置的一部分的连接图。
图4是表示图1的燃烧装置的离子检测电路的例子的电路图。
图5是表示在图1的燃烧装置中使燃料燃烧时的混合比与离子电流以及氧化物的排出量的关系的曲线图。
图6是表示在图1的燃烧装置中使燃料燃烧时的燃料的流量与离子电流的关系的曲线图。
图7是表示本发明的其他实施方式的燃烧装置的概念图。
图8是从上方观察本发明的又一实施方式的燃烧装置的一部分的图。
具体实施方式
以下，参照适当的附图，基于优选的实施方式详细说明本发明。
图1是表示本发明的一实施方式的燃料的燃烧装置2的概念图。在该图中，装置2的一部分用截面表示。该燃烧装置2具备燃烧筒4、燃料投入器6、燃料混合器8、点火器10、离子检测器12以及控制器14。在本说明书中，图1的箭头X所示的方向为该燃烧装置2的下方，其相反的方向为上方。燃料投入器6所处的方向是下方。
燃烧筒4呈筒状。在该实施方式中，燃烧筒4为圆筒状。在图1中，示出了燃烧筒4的截面。燃烧筒4具有主体部16、下盖部18以及上盖部20。主体部16形成燃烧筒4的侧面。主体部16在上下方向上延伸。下盖部18覆盖在主体部16的下端。在下盖部18上设置有投入口22。包含燃料的混合气体(混合气体燃料)从该输入口22被送入。图2是从上方向下方观察下盖部18的图。如图所示，在该实施方式中，投入口22呈圆环状。上盖部20覆盖在主体部16的上端。在上盖部20的中央设置有供火焰喷出的输出口23。在该实施例中，燃烧筒4的材料是耐热玻璃。
如图1所示，燃料投入器6位于燃烧筒4的下盖部18的下侧。燃料投入器6具备壳体24以及旋流器26。当从下方观察时，壳体24呈环状。壳体24的内部为空洞。旋流器26位于壳体24内部。旋流器26位于投入口22下方。在图2中，通过投入口22可见位于其下侧的旋流器26。旋流器26包括多个倾斜的叶片。被送入到壳体24内的混合气体燃料通过旋流器26，由此成为伴随旋转涡(螺旋流)的气流(回旋气流)。混合气体燃料作为回旋气流被送入燃烧筒4。旋流器26的材料典型的是钢。
虽然未图示，但是燃料投入器6还可以具备使旋流器26旋转的驱动部。也可以通过旋流器26旋转，将混合气体燃料作为回旋气流送入燃烧筒4。
燃料混合器8具备燃料箱28和阀30。在该实施方式中，燃料混合器8具有第一阀30a以及第二阀30b。在燃料箱28中存储有成为该燃烧装置2的主燃料的难燃性的燃料。在该实施方式中，燃料箱28存储液化的氨。该液化的氨被气化并送到燃料投入器6。在燃料箱28上连接有第一阀30a。第一阀30a调整混合气体燃料中的燃料的量。第二阀30b调整混合气体燃料中的空气的量。
该燃料混合器8还可以具备储存了副燃料的燃料箱以及与其连接的第三阀。此时，在该燃料混合器8中混合了两种燃料和空气。该副燃料比主燃料燃烧性高。即，副燃料的点火能量比主燃料的点火能量小，并且副燃料的层流燃烧速度比主燃料的层流燃烧速度大。通过混合燃烧性高的副燃料，对混合气体燃料的点火变得容易。作为典型的副燃料可以例举甲烷。该燃烧装置2也可以具备三个以上的燃料箱。
图3是表示点火器10、离子检测器12以及控制器14的连接的连接图。
点火器10对混合气体燃料进行点火。如图3所示，点火器10具备点火部32和电压产生部。在图1中示出了其中的点火部32。在图1中示出了两个点火部32。
点火部32配置在“混合气体燃料滞留的区域”。图1中用箭头表示混合气体燃料的回旋气流的流动。从投入口22流入的回旋气流的主流(图2的粗虚线)一边回旋一边沿着燃烧筒4的内周面扩展并向上方前进。该主流流动的部分的气压变低，因此燃烧筒4的中央部分的混合气体燃料被该流动牵引。在中央部分产生螺旋流(图2中的细虚线)。产生该螺旋流的区域是“混合气体燃料滞留的区域(滞留区域)”。在该滞留区域中，速度比回旋气流的主流慢的气流连续地流入。在该部分中，混合气体燃料一边成为螺旋状，一边作为整体以比回旋气流的主流慢的速度从下方流向上方。在滞留区域中，混合气体燃料成为螺旋流，因此混合气体燃料被反复引导至点火部32。混合气体燃料反复通过点火部32附近。
作为典型的滞留区域，可以例举出被环状的投入口22包围的下盖部18的区域38的附近39a。同样地，投入口22的外侧的附近39b也是滞留区域。如图1所示，在燃烧筒4的上下方向的中央，在主流的内侧39c也存在滞留区域。例如可以通过以与混合气体燃料相同的速度将有色烟雾投入燃烧筒4内来调查这些滞留区域。还可以在模拟中调查滞留区域。
在该实施方式中，点火部32位于下盖部18。点火部32位于燃烧筒4的内部。多个点火部32配置在被环状的投入口22包围的下盖部18的区域38。这些点火部32位于滞留区域。如图2所示，在该实施方式中，被投入口22包围的区域38是圆形。在图2中，被离子检测器12遮挡而看不见，但在这些离子检测器12的下侧，多个点火部32配置在该区域38的同心圆上。这些点火部32以在被投入口22包围的区域38的同心圆上形成一个圆的方式配置。点火部32也可以以在该区域38的同心圆上形成多个圆的方式配置。排列点火部32的位置不限于在被投入口22包围的区域38的同心圆上。多个点火部32也可以在该区域38中配置成螺旋状。点火部32的数量也可以是一个。
该点火部32所在的下盖部18位于混合气体燃料流的上游侧。在该燃烧装置2中，为了使燃料充分燃烧，点火部32位于混合气体燃料流的上游侧。点火部32点火的位置(点火部32的顶端)与投入口22的上下方向的距离为主体部16的上下方向的长度的50％以下，更优选为25％以下。
如图1所示，在该实施方式中，点火部32具备放电极34以及第一接地电极36。放电极34以及第一接地电极36是将棒弯曲而成的钩状。放电极34以及第一接地电极36从下盖部18向内部突出。虽然未图示，但在下盖部18上设置有接地的端子。第一接地电极36通过与该端子接触而接地。放电极34与电压产生部电连接。从电压产生部对放电极34施加高电压。由此，在放电极34的顶端与第一接地电极36的顶端之间产生火花。由此，对混合气体燃料进行点火。该点火部32是火花塞。点火部32也可以不是火花塞。点火部32可以由等离子流火花塞构成。
电压产生部根据来自控制器14的信号发生高电压。虽然未图示，但电压产生部内置有一次线圈以及二次线圈。通过反复进行一次线圈的电流的切断以及导通，在二次线圈侧断续地产生高电压。
离子检测器12检测燃烧筒4内的离子。如图3所示，离子检测器12具备检测部40和检测电路部。在图1以及图2中示出了其中的检测部40。在该实施方式中，在检测部40中存在钩型的检测部40a和环型的检测部40b。
如图1以及2所示，钩型检测部40a位于下盖部18。如图2所示，多个检测部40a配置在被投入口22包围的区域38的同心圆上。各个钩型检测部40a具备施加电极42以及第二接地电极44。钩型检测部40a的施加电极42以及第二接地电极44是将棒弯曲而成的钩状。该施加电极42以及第二接地电极44从下盖部18向内部突出。在图1的实施方式中，第二接地电极44与第一接地电极36共通。第二接地电极44也可以不与第一接地电极36共通。施加电极42与检测电路部电连接。
虽然未图示，但施加电极42也可以与点火部32的放电极34共通。施加电极42可以与放电极34共通，第二接地电极44也可以与第一接地电极36共通。即，检测部40a和点火部32也可以共通。进而，也可以使用检测电路部和电压产生部成为一体的电路。在这种情况下，各个点火器通过放电进行点火和离子检测。
环型检测部40b位于主体部16。图1示出了两个环型检测部40b。各个环型检测部40b具备施加电极42以及第二接地电极44。该施加电极42以及第二接地电极44为圆环状。该施加电极42以及第二接地电极44粘贴在圆筒状的主体部16的内表面上。该施加电极42与检测电路部电连接。虽然未图示，但在主体部16上设置有接地的端子。第二接地电极44通过与该端子接触而接地。
图4示出了离子检测器12的电路例。如图4所示，检测电路部由电源E、电阻R以及电压测量部构成。电源E通过电阻R向检测部40的施加电极42施加电压。在该实施例中，施加负电压。例如，该电源E的电压为-200V。在检测部40的周边存在离子时，该离子被施加电极42吸引，流过电流(离子电流)。存在的离子越多，流过的离子电流就越大。电压测量部检测并放大由离子电流在电阻R的两端产生的电位差。电压测量部检测与离子电流成比例的电压。根据该电压获得离子电流。在该离子检测器12中，获得离子电流作为离子的检测结果。
电源E也可以向施加电极42施加正电压。例如，电源E的电压可以是200V。在检测部40的周边存在与离子一起产生的电子时，该电子被施加电极42吸引而流过离子电流。存在的离子越多，即电子越多，则流过的离子电流越大。通过测量电阻R两端的电压来测量离子电流。
离子比电子重。离子比电子难移动。在对施加电极42施加了负电压时，施加电极42附近的离子被吸引。该方法适用于检测施加电极42附近的离子的量。由于电子容易移动，所以在对施加电极42施加了正电压时比施加了负的电压时，从广范围吸引电子。该方法适用于检测施加电极42周围的更大范围的离子量。根据燃烧装置的用途或设计思想等适当选择对施加电极42附加正负的哪一个电压。
检测电路部的构成不限于图4。电压测定部和电阻也可以在电源和施加电极42之间与电源并联设置。也可以具有电容和对该电容充电电荷的充电电路来代替图4的电源E。在该构成中，在该电容和施加电极42之间流过电流。另外，检测电路部和点火器10的电压产生部也可以作为一体构成。例如，也可以是在电压产生部对放电极34施加高电压时，电压产生部同时对检测电路部的电容进行充电。
控制器14与点火器10、离子检测器12以及燃料混合器8连接。图1的符号P表示与点火器10的连接线，符号I表示与离子检测器12的连接线。如图3所示，控制器14具有离子解析部、阀控制部、点火控制部。来自所有离子检测器12的检测结果由离子解析部解析。阀控制部根据该结果控制燃料混合器8的阀30。由此变更燃料的混合比。点火控制部根据离子解析部的解析结果，控制各个点火器10的点火的时刻。调整点火器10的点火时刻。
控制器14典型地由微型计算机实现。在这种情况下，图3的离子解析部、阀控制部及点火控制部的电路不分别存在。通过微型计算机和软件来实现这些功能。控制器14也可以具有离子分析部、阀控制部以及点火控制部用的专用电路。
在使用了图1-4所示的装置2的燃烧中，在燃烧的开始时，通过控制器14打开第一阀30a和第二阀30b，将燃料和空气的混合气体以规定的流速送入燃料投入器6。在该实施方式中，氨和空气的混合气体燃料被送到燃料投入器6。混合气体燃料通过燃料投入器6的旋流器26，作为回旋气流被送到燃烧筒4内。通过控制器14驱动点火器10对混合气体燃料进行点火。此时，同时驱动多个点火器10。由此，混合气体燃料燃烧。离子检测器12检测由该燃烧产生的燃烧筒4内的离子作为离子电流。
本发明的燃烧方法具备：
(1)设定离子电流的基准范围的基准范围设定步骤；以及
(2)使燃料持续燃烧的燃烧步骤
在步骤(1)中，测量离子电流与表示燃烧状态的参数之间的相关性。图5的直线a表示在规定的混合气体燃料的流速下的燃料(氨)和空气的混合比(空燃比λ)与离子电流Iz的关系(称为λ-Iz函数)。图5示出了空燃比λ越高，离子电流Iz越大。图5的曲线d表示此时的空燃比λ与燃料燃烧时排出的氧化物(氮氧化物NOx)的量的关系。氮氧化物的量在特定空燃比λ处具有峰值。根据此时的空燃比λ的值，空燃比λ越高或越低，则氮氧化物的量越减少。在所述步骤(1)中，获取表示λ-Iz函数的数据作为映射数据。该映射数据根据燃烧筒内的温度以及压力而被多个获取。此外，考虑到稳定的燃烧的持续性、燃料效率和氧化物的排放量，设定离子电流的基准范围。在图5中示出了该基准范围的例。这些映射数据以及基准范围存储在控制器14的未图示的存储器电路中。
在所述步骤(2)中，一边将混合气体燃料连续地送到燃烧筒4，一边以一定时间间隔驱动点火器10。由此，混合气体燃料连续燃烧。离子检测器12检测此时的燃烧筒4内的离子作为离子电流。控制器14根据所检测出的离子电流和所述的λ-Iz函数，确定空燃比λ。控制器14以使离子电流成为在所述(1)中设定的基准范围的方式调整第一阀30a以及第二阀30b。以使离子电流成为在所述(1)中设定的基准范围的方式调整空燃比λ。
在所述实施方式中，在空燃比λ的确定中，使用了在规定的混合气体燃料的流速下的λ-Iz函数(即，直线a)。实际上，混合气体燃料的流速能够变化。作为该燃烧方法的其他实施方式，也可以实施基于流速变动的修正处理，以便能够更准确地确定空燃比λ。下面将说明该方法。
图6表示成为基准的空燃比λ下的流速v与离子电流Iz的关系(称为v-Iz函数)。如图6所示，表示流速v越大、离子电流Iz越大的倾向。在该实施方式中，在所述工序(1)中，该v-Iz函数也作为映射数据而被获取。在图5中，仅示出了基准空燃比λ下的v-Iz函数，但对于多个空燃比λ，获取该映射数据。这些映射数据存储在控制器14的存储器电路中。
图5的虚线b表示流速变快的高速状态下的λ-Iz函数。虚线c表示在流速变慢的低速状态下的λ-Iz函数。在所述工序(1)中，这些数据也作为映射数据而被获取。这些映射数据存储在控制器14的存储器电路中。在图5中，示出了在三种流速下的λ-Iz函数，但是也可以在更多的流速下获取λ-Iz函数。
在该实施方式中，在所述步骤(2)中的空燃比λ的确定中，控制器14根据离子检测器12的检测结果，使用v-Iz函数的映射数据，确定流速v。此时，使用在该处理之前的处理中所确定的空燃比λ下的映射数据。由此，控制器14例如确定燃烧状态为高速状态。此时，控制器14根据图5的高速状态的λ-Iz函数确定空燃比λ。另外，下次使用图6的映像数据时，使用该空燃比λ下的映像数据。用此来确定流速v。重复该处理。
以下，对本发明的作用效果进行说明。
在本发明的燃料的燃烧装置2中，将包含燃料的混合气体燃料作为回旋气流送入燃烧筒4。在该混合气体燃料中，成为螺旋状的流，作为整体存在以比回旋气流的主流慢的速度流动的部分。在该燃烧装置2中，能够使层流燃烧速度慢的难燃性的燃料燃烧。
该燃烧装置2的点火器10的点火部32位于燃烧筒4内混合气体燃料滞留的区域。在该滞留区域连续地流入比回旋气流的主流速度慢的螺旋状的混合气体燃料。因此，混合气体燃料被反复引导至点火部32。混合气体燃料反复通过点火部32附近。由此，点火部32能够向混合气体燃料提供大的能量。在该装置2中，即使对于点火能量高的燃料，也能够对点火提供充分的能量。
该燃烧装置2在燃烧筒4内具备离子检测器12的检测部40。通过由该检测部40检测由于燃烧而产生的离子，能够掌握混合气体燃料的燃烧状态。该燃烧装置2具备根据检测结果来调整燃料的混合比的控制器14，因此能够进行基于所掌握的燃烧状态的适当的空燃比控制。这有助于稳定的燃烧的持续。在该燃烧装置2中，能够使难燃性燃料的燃烧稳定地持续。
如图1所示，优选存在位于点火部32附近的检测部40。该点火部32位于滞留区域。在该点火部32附近的检测部40中，由于所检测出的离子电流反映了有效供给能量的区域的燃烧状态，因此能够掌握火焰核的状态。在该装置2中，能够实现基于火焰核的状态的空燃比控制以及点火器60的点火时刻的控制。在该燃烧装置2中，能够稳定且有效地使难燃性的燃料燃烧。
燃料的混合比影响生成的氧化物的量。燃料的混合比的调节能够有助于氧化物的生成的减少。在该燃烧装置2中，能够一边使难燃性的燃料的稳定地燃烧持续，一边抑制氧化物的排出。
在使用了该装置2的燃烧方法中，具备如下步骤：测量表示燃料的燃烧状态的参数与离子电流的相关性来设定离子电流的基准范围。在使燃料持续燃烧的步骤中，通过将由离子检测器12检测出的离子电流值设为该基准范围，能够持续维持适当的燃烧状态。
表示燃烧状态的参数优选包含排出的氧化物的量。由此，能够实现更有效地抑制氧化物的排出的燃烧。在该燃烧方法中，能够一边使难燃性燃料稳定地燃烧，一边抑制氧化物的排出。
在点火部32具备放电极34以及第一接地电极36，检测部40具备施加电极42和第二接地电极44时，优选第一接地电极36与第二接地电极44共通。由此，可以抑制这些接地电极成为有效燃烧的妨碍。
如图1所示，优选在主体部16的内表面存在从下盖部18侧向其相反侧配置的检测部40。由此，能够检测燃料的投入口22上方的位置的燃烧状态。这有助于适当的燃料混合比的设定以及点火器10的点火时刻的设定。在该燃烧装置2中，能够一边稳定且有效地使难燃性的燃料燃烧，一边抑制氧化物的排出。
如上所述，点火部32优选设置在下盖部18的、被环状的投入口22包围的区域38。在环状的投入口22的内侧混合气体燃料流滞留。通过在该区域38配置点火器10的点火部32，成为螺旋流的混合气体燃料被反复导入至点火部32。混合气体燃料反复通过点火部32附近。因此，在该装置2中，即使对于难燃性的燃料，也能够对点火提供充分的能量。而且，这些点火部32位于混合气体燃料流的上游。由此，即使对于难燃性的燃料，也能够实现稳定的点火以及燃烧。
如上所述，当被投入口22包围的区域38为圆形时，点火部32优选配置在该区域38的同心圆上。这样，能够在投入口22的周围均匀地对混合气体燃料进行点火。由此，能够稳定地对混合气体燃料进行点火。
虽然未图示，但该燃烧装置2也可以具有测定燃烧筒4内的温度的温度传感器。该温度传感器与控制器14连接，温度的测定结果被发送到控制器14。通常，如果燃烧筒4内的温度变高，则燃料容易燃烧。氨也是温度越高燃烧性越好，并且排放的氮氧化物NOx的量减少。在该燃烧装置2中，控制器14基于温度的测定结果调整燃料的混合比。控制器14基于温度的测定结果来控制点火器10的点火时刻。这些有助于稳定的燃烧的持续。在该燃烧装置2中，能够持续稳定的燃烧。
虽然未图示，但该燃烧装置2也可以具有测定燃烧筒4内的压力的压力传感器。该压力传感器与控制器14连接，压力的测定结果被发送到控制器14。通常，如果燃烧筒4内的压力变高，则燃料容易燃烧。氨也是压力越高燃烧性越好，并且排放的氮氧化物NOx的量减少。在该燃烧装置2中，控制器14基于压力的测定结果调整燃料的混合比。控制器14基于压力的测定结果来控制点火器10的点火时刻。这些有助于稳定的燃烧的持续。在该燃烧装置2中，能够持续稳定的燃烧。
虽然未图示，但该燃烧装置2也可以具有控制旋流器26的叶片的角度的驱动机构。该驱动机构与控制器14连接。控制器14通过驱动机构控制该叶片的角度，由此调整回旋气流的涡流比。控制器14基于所述离子电流、温度以及压力的测定结果来调节叶片的角度。这些有助于稳定的燃烧的持续。在该燃烧装置2中，能够持续稳定的燃烧。
图7是表示本发明的其他实施方式的燃料的燃烧装置52的概念图。在该图中，装置52的一部分以截面表示。该燃烧装置52具备燃烧筒54、燃料投入器56、燃料混合器58、点火器60、离子检测器62以及控制器64。在该实施方式中，燃烧筒54的材质为钢。该燃烧装置52的燃料投入器56、燃料混合器58以及控制器64与图1的燃烧装置2的这些设备相同。图7的箭头X所示的方向为该燃烧装置52的下方，其相反的方向为上方。
点火器60具备点火部66和电压产生部。在图7中示出了其中的点火部66。如图7所示，在该实施方式中，点火部66位于下盖部68以及主体部70上。多个点火部66位于下盖部68和主体部70上。位于下盖部68的点火部66与图1的点火部32同样位于滞留区域。在位于主体部70的点火部66中，存在位于没有混合气体燃料滞留的区域的点火部66。例如，存在位于回旋气流的主流流动的场所的点火部66。在该实施方式中，位于滞留区域的点火部66和位于从滞留区域离开的区域的点火部66混合存在。虽然未图示，但该实施方式的电压产生部与图3的电压产生部相同。
位于下盖部68上的点火部66具备放电极72以及第一接地电极74。该第一接地电极74通过与接地的下盖部68接触而接地。放电极72的构成与图1的放电极34相同。
位于主体部70的点火部66从下盖部68侧向其相反侧排列。各个点火部66具备放电极72以及第一接地电极74。放电极72以及第一接地电极74是将棒弯曲而成的钩状。位于主体部70的点火部66的放电极72以及第一接地电极74从主体部70的内表面向内部突出。第一接地电极74通过与接地的主体部70接触而接地。放电极72与电压产生部电连接。从电压产生部向放电极72施加高电压。由此，在放电极72的顶端与第一接地电极74的顶端之间产生火花。由此，对混合气体燃料进行点火。
离子检测器62具备检测部76和检测电路部。图7表示其中的检测部76。如图7所示，检测部76位于下盖部68和主体部70。多个检测部76位于下盖部68以及主体部70。在该实施方式中，所有检测部76都是钩形的。位于下盖部68的检测部76的构成与图1的检测部40相同。虽然未图示，但该实施方式的检测电路部与图4的检测电路部相同。
位于主体部70的检测部76从下盖部68侧向其相反侧排列。各个检测部76具备施加电极78以及第二接地电极80。施加电极78以及第二接地电极80是将棒弯曲而成的钩状。位于主体部70的施加电极78以及第二接地电极80从主体部70的内表面向内部突出。该检测部76在位于主体部70的点火部66的附近的位置。在图7的实施方式中，该第二接地电极80与位于主体部70上的点火部66的第一接地电极74共通。第二接地电极80也可以不与第一接地电极74共通。施加电极78与检测电路部电连接。
在该燃烧装置52中，点火器60的点火部66除了位于下盖部68之外还位于主体部70。这些点火部66从下盖部68侧向其相反侧排列。在该燃烧装置52中，在主体部70的中央及上方也能够对燃料点火。在该燃烧装置52中，能够在燃烧筒54的整体上均衡地使燃料燃烧。由此，即使对于难燃性的燃料，也能够实现稳定的点火和燃烧。
在该燃烧装置52中，离子检测器62的检测部76位于下盖部68的点火部66的附近以及主体部70的点火部66的附近。即，检测部76在位于滞留区域的点火部66的附近以及位于从滞留区域的离开的区域的点火部66的附近的位置。在位于滞留区域的点火部66的附近的检测部76中，所检测出的离子电流反映了有效供给能量的区域的燃烧状态，因此能够掌握火焰核的状态。在该装置52中，能够实现基于火焰核的状态的空燃比控制以及点火器60的点火时刻的控制。这有助于稳定的火焰核的形成。在该燃烧装置52中，能够持续稳定的燃烧。
在位于从滞留区域离开的区域的点火部66附近的检测部76中，所检测出的离子电流反映了燃料以比较高速流动的区域的燃烧状态，因此能够掌握燃烧的稳定状态。在该装置52中，能够实现基于燃烧的稳定状态的空燃比控制以及点火器60的点火时刻的控制。这有助于燃烧的稳定化。
虽然未图示，但该燃烧装置52也可以具有从燃烧筒54内的下盖部侧向其相反侧排列的多个温度传感器。这些温度传感器测量燃烧筒54内的温度分布。在该燃烧装置52中，控制器64基于这些温度的测定结果来控制各个点火器60的点火时刻。根据点火部66所处的场所，能够实现适当的点火器60的点火时刻。这有助于稳定的燃烧的持续。在该燃烧装置52中，能够持续稳定的燃烧。
虽然未图示，但该燃烧装置52也可以具有从燃烧筒54内的下盖部侧向其相反侧排列的多个压力传感器。这些压力传感器测量燃烧筒54内的压力分布。在该燃烧装置52中，控制器64基于这些压力的测定结果来控制各个点火器60的点火时刻。根据点火部66所处的场所，能够实现适当的点火器60的点火时刻。这有助于稳定的燃烧的持续。在该燃烧装置52中，能够持续稳定的燃烧。
图8是从上方向下方观察本发明的另一实施方式的燃料的燃烧装置92的下盖部94的图。该燃烧装置92除了下盖部94、燃料投入器96、点火器以及离子检测器98以外，与图1以及图2的燃烧装置2相同。
如图8所示，在该燃烧装置92的下盖部94上设置有投入口100。包含燃料的混合气体燃料从该输入口100被送入。在该实施例中，投入口100呈圆形。
燃料投入器96位于燃烧筒的下盖部94的下侧。燃料投入器96具备旋流器102。在图8中，通过入口100可见位于其下侧的旋流器102。混合气体燃料通过旋流器102而成为回旋气流。混合气体燃料作为回旋气流被送入到燃烧筒。旋流器102的材料典型的是钢。
虽然在图8中被检测部104遮挡而看不到，但多个点火部位于检测部104的下侧。多个点火部在下盖部94以包围圆形的投入口100的周围的方式配置。投入口100的周围是滞留区域。比回旋气流的主流速度慢的螺旋状的混合气体燃料连续地流入滞留区域。因此，混合气体燃料被反复引导至点火部。混合气体燃料反复通过点火部附近。因此，点火部32能够对混合气体燃料提供大的能量。在该装置92中，即使对于点火能量高的燃料，也能够对点火提供充分的能量。
在该实施方式中，多个点火部配置在圆形的投入口100的同心圆上。这些点火部以在投入口100的同心圆上形成一个圆的方式配置。这样，能够在投入口100的周围均匀地对混合气体燃料进行点火。由此，能够稳定地对混合气体燃料进行点火。
虽然未示出，但是这些点火器也可以以在投入口100的同心圆上形成多个圆的方式配置。这些点火部也可以以包围投入口100的周围的方式配置成螺旋状。这样，能够在投入口100的周围均匀地对混合气体燃料进行点火。由此，能够稳定地对混合气体燃料进行点火。
离子检测器98的检测部104配置在下盖部94上。该检测部104为钩型。如图8所示，检测部104配置在圆形的投入口100的同心圆上。检测部104位于点火部的附近。在该检测部104中，所检测出的离子电流反映了有效供给能量的区域的燃烧状态，所以能够掌握火焰核的状态。在该装置92中，能够实现基于火焰核的状态的空燃比控制以及点火器的点火时刻的控制。
在以上的实施方式所示的燃烧装置中，燃料被连续地送到燃烧装置。该燃烧装置也能够适用于汽车等内燃机。在该情况下，将对燃烧筒内的燃料的送入以及对该燃料的点火作为一个循环而反复进行。
如上所述，根据本发明，能够实现能够使难燃性的燃料的燃烧稳定地持续的燃烧装置。由此可见，本发明的优点非常明显。
产业上的利用可能性
以上说明的燃料的燃烧装置用于各种设备。
符号说明
2、52、92…燃烧装置
4、54…燃烧筒
6、56…燃料投入器
8、58…燃料混合器
10、60…点火器
12、62、98…离子检测器
14、64…控制器
16、70…主体部
18、68、94…下盖部
20…底部
22、100…投入口
24…壳体
26、102…旋流器
28…燃料箱
30…阀
30a…第一阀
30b…第二阀
32、66…点火部
34、72…放电极
36、74…第一接地电极
38…被投入口包围的区域
40、76…检测部
40a…钩型的检测部
40b…环型的检测部
42、78、104…施加电极
44、80…第二接地电极。

Claims (15)

1.一种燃料的燃烧装置，其特征在于，具备：
燃烧筒；
燃料投入器，其将混合气体燃料作为回旋气流送入所述燃烧筒中；
点火器，其在所述燃烧筒内具备点火部；
离子检测器，其在所述燃烧筒内具备检测部；以及
控制器，其能够根据所述离子检测器的检测结果来调整所述混合气体燃料的混合比。
2.根据权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，
所述燃料是氨。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧装置，其特征在于，
所述检测部位于所述点火部的附近。
4.根据权利要求1或2所述的燃烧装置，其特征在于，
所述检测部与所述点火部共通。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃烧装置，其特征在于，
所述点火部具备放电极以及第一接地电极，所述检测部具备施加电极以及第二接地电极，所述第一接地电极与第二接地电极共通。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的燃烧装置，其特征在于，
所述点火部位于所述燃烧筒内所述混合气体燃料滞留的区域。
7.根据权利要求6所述的燃烧装置，其特征在于，
所述燃烧筒具备筒状的主体部和覆盖该主体部的端部的下盖部，
在所述下盖部设置有供所述混合气体燃料送入的投入口，
所述点火部以及检测部配置在所述下盖部。
8.根据权利要求7所述的燃烧装置，其特征在于，
所述检测部配置在所述下盖部以及所述主体部。
9.根据权利要求7或8所述的燃烧装置，其特征在于，
所述投入口呈环状，
所述点火部以及检测部配置在被所述投入口包围的所述下盖部的区域。
10.根据权利要求7或8所述的燃烧装置，其特征在于，
所述投入口呈圆形，
所述点火部以及检测部在所述下盖部配置在该投入口的周围。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的燃烧装置，其特征在于，
所述点火部存在一个或多个，至少一个所述点火部位于所述燃烧筒内没有所述混合气体燃料滞留的区域。
12.根据权利要求11所述的燃烧装置，其特征在于，
所述点火部配置在所述下盖部以及所述主体部。
13.一种燃料的燃烧方法，其特征在于，具备：
燃烧步骤，使燃料持续燃烧，
在所述燃烧步骤中，一边将混合气体燃料作为回旋气流送入燃烧筒中，一边对所述混合气体燃料进行点火，检测由该燃烧而产生的离子，根据该检测结果来调整所述混合气体燃料的混合比。
14.根据权利要求13所述的燃料的燃烧方法，其特征在于，
还具备如下步骤：在所述燃烧步骤之前，测量表示所述混合气体燃料的燃烧状态的参数与离子的检测结果的相关性，设定离子检测结果的基准范围，
在所述混合气体燃料的混合比的调整中，以使离子检测结果进入所述基准范围的方式进行调整。
15.根据权利要求14所述的燃料的燃烧方法，其特征在于，
表示所述混合气体燃料的燃烧状态的参数包含燃烧时的氧化物的排出量。
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