DE69614230T2 - Combustion control system - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Steuerung einer Verbrennung, mit dem eine für einen Wassererhitzer, einen Boiler oder dgl. verwendete Verbrennungseinrichtung gesteuert wird.The invention relates to a combustion control system with which a combustion device used for a water heater, a boiler or the like is controlled.
Fig. 9 ist eine Zeichnung, die den Aufbau eines Systems zur Steuerung einer Verbrennung des Standes der Technik zeigt. Bezugszeichen 1 bedeutet eine Verbrennungskammer, Bezugszeichen 2 ist eine Leitung für Verbrennungsgas zur Zuführung eines Gasgemisches aus Verbrennungsluft und einem Verbrennungsgas in die Verbrennungskammer 1, 3 ein Brenner, 4 ein Transformator zum Anlegen einer elektrischen Spannung an einem Zündstab 5, 6 eine vom Brenner 3 ausgestoßene Flamme, 7 ein UV-Sensor zum Überwachen der Flamme 6 mit UV-Strahlung und 8 eine Verbrennungssteuerung zum Steuern der Verbrennung auf der Grundlage des Ergebnisses, ob beim Zünden mit Hilfe des UV-Sensors 7 ein Brennzustand erkannt wird, wobei das weitere Brennen zugelassen wird, wenn der Brennzustand als normal beurteilt wird oder das Brennen abgebrochen wird, wenn der Brennzustand als anormal erkannt wird.Fig. 9 is a drawing showing the structure of a combustion control system of the prior art. Reference numeral 1 denotes a combustion chamber, reference numeral 2 is a combustion gas line for supplying a gas mixture of combustion air and a combustion gas into the combustion chamber 1, 3 is a burner, 4 is a transformer for applying an electric voltage to an ignition rod 5, 6 is a flame emitted from the burner 3, 7 is a UV sensor for monitoring the flame 6 with UV radiation, and 8 is a combustion controller for controlling combustion based on the result of whether a burning state is detected during ignition by means of the UV sensor 7, allowing further burning if the burning state is judged to be normal or stopping burning if the burning state is judged to be abnormal.
Nachfolgend wird der Betrieb des Systems zur Steuerung einer Verbrennung gemäß dem Stand der Technik beschrieben.The operation of the combustion control system according to the state of the art is described below.
Das System zur Steuerung einer Verbrennung gemäß dem Stand der Technik ist so aufgebaut, dass beim Zünden des Brenners 3 die Flamme 6 mit Hilfe des UV-Sensors 7 überwacht wird und die Verbrennungssteuerung 8 auf der Grundlage des mit dem UV- Sensor 7 erhaltenen Überwachungsergebnisses entscheidet, ob der Brennzustand normal oder anormal ist und das Brennen so steuert, dass das weitere Brennen zugelassen wird, wenn entschieden wird, dass der Brennzustand normal ist, oder durch Abschneiden der Versorgung mit Verbrennungsluft und Verbrennungsgas das Brennen abbricht, wenn entschieden wird, dass der Brennzustand anormal ist.The system for controlling combustion according to the prior art is designed such that when the burner 3 is ignited, the flame 6 is monitored by means of the UV sensor 7 and the combustion controller 8 decides, on the basis of the monitoring result obtained with the UV sensor 7, whether the combustion state is normal or abnormal and controls the combustion so as to allow further combustion if it is decided that the combustion state is normal or to stop combustion by cutting off the supply of combustion air and combustion gas if it is decided that the combustion state is abnormal.
Das System zur Steuerung einer Verbrennung nach dem Stand der Technik mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau hat den Nachteil, dass der UV-Sensor 7, der in der Verbrennungskammer in der Nähe der Flamme vorgesehen ist, durch eine dauerhafte Veränderung, Verschmutzung und dgl. zu einer Verschlechterung neigt, wodurch die Größe des Signals herabgesetzt wird, mit dem die Flamme überwacht wird, was zu dem Nachteil führt, dass normales Brennen irrtümlich als anormales Brennen beurteilt wird.The system for controlling combustion according to the prior art with the structure described above has the disadvantage that the UV sensor 7, which is in the combustion chamber provided near the flame is liable to deteriorate due to permanent alteration, contamination and the like, thereby reducing the magnitude of the signal used to monitor the flame, resulting in the disadvantage that normal burning is erroneously judged as abnormal burning.
Beim System zur Steuerung einer Verbrennung des Standes der Technik kann in einigen Fällen anstatt des UV-Sensors ein Detektor eingesetzt werden, bei dem die Flamme des Brenners teilweise überwacht wird, beispielsweise ein Flammenstab. Der Flammenstab hat jedoch den anderen Nachteil, dass er ein Überwachungssignal selbst dann abgibt, wenn nur ein Teil der Flamme in der Nähe des Flammenstabs den Brenner betreibt, d. h. er kann einen solch anormalen Brennzustand nicht erkennen, was zu fehlerhaftem Betrieb führt.In the state-of-the-art combustion control system, in some cases, instead of the UV sensor, a detector that partially monitors the flame of the burner, such as a flame rod, can be used. However, the flame rod has another disadvantage that it emits a monitoring signal even when only a part of the flame near the flame rod drives the burner, i.e., it cannot detect such an abnormal combustion state, resulting in erroneous operation.
Das System zur Steuerung einer Verbrennung nach dem Stand der Technik hat den weiteren Nachteil, dass es nicht zu messen vermag, wenn die Zeitverzögerung zwischen Beginn der Zündung und dem Brennen größer wird, wenn der Brenner und der Zündstab sich durch dauerhafte Veränderung verschlechtern, und es ist infolgedessen nicht in der Lage, geeignete Zeiten zur Wartung und Überprüfung des Brenners und des Zündstabes festzulegen, was dazu führt, dass der Brenner und der Zündstab fortlaufend in einem Zustand eingesetzt werden, bei dem ihr Betriebsverhalten bereits schlechter geworden ist, oder es umgekehrt zulassen, dass der Brenner und der Zündstab verwendbar sind, bis sie durch einen neuen ersetzt werden.The prior art combustion control system has the further disadvantage that it is unable to measure when the time delay between the start of ignition and burning increases when the burner and the ignition rod deteriorate due to permanent change and is consequently unable to set appropriate times for maintenance and inspection of the burner and the ignition rod, which results in the burner and the ignition rod being continuously used in a state in which their performance has already deteriorated or, conversely, allowing the burner and the ignition rod to be usable until they are replaced by a new one.
Einen solchen Stand der Technik stellt beispielsweise die JP 56 102 610 dar.JP 56 102 610, for example, represents such a state of the art.
Die Erfindung dient dem Zweck, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu überwinden; es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein System zur Steuerung einer Verbrennung zur Verfügung zu stellen, welches in der Lage ist, exakt festzustellen, ob der Brennzustand normal oder anormal ist und geeignete Zeitpunkte für Wartung/Überprüfung festzulegen.The invention serves the purpose of overcoming the disadvantages described above; it is an object of the invention to provide a combustion control system which is able to accurately determine whether the combustion state is normal or abnormal and to determine suitable times for maintenance/inspection.
Das erfindungsgemäße System zur Steuerung einer Verbrennung weist einen Durchflussdetektor auf, der die Flussgeschwindigkeit einer Verbrennungsluft oder eines Verbrennungsgases misst, die einer Verbrennungskammer zugeführt werden, sowie eine Verbrennungssteuerung, die entscheidet, ob der Brennzustand nach Maßgabe eines verringerten Zustandes der Flussgeschwindigkeit der Verbrennungsluft oder des Verbrennungsgases, die beider Zündung der Verbrennungskammer von dem Durchflussdetektor gemessen wird, normal oder anormal ist.The combustion control system according to the invention comprises a flow detector which measures the flow rate of a combustion air or a combustion gas supplied to a combustion chamber, and a combustion controller which decides whether the combustion state is to be maintained in accordance with a reduced state of the flow rate of the combustion air or the combustion gas, which is measured by the flow detector during ignition of the combustion chamber, is normal or abnormal.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Preferred embodiments of the invention are described in the dependent claims.
Fig. 1 ist eine Darstellung, die den Aufbau eines Systems zur Steuerung einer Verbrennung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;Fig. 1 is a diagram showing the structure of a combustion control system according to a first embodiment of the invention;
Fig. 2 ist ein Diagramm, welches ein Verfahren zur Bestimmung eines gesetzten Wertes (Absolutwert) für normales Brennen zeigt;Fig. 2 is a diagram showing a method for determining a set value (absolute value) for normal burning;
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches ein Verfahren zur Bestimmung eines gesetzten Wertes (Relativwert) für normales Brennen zeigt;Fig. 3 is a diagram showing a method for determining a set value (relative value) for normal burning;
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches ein Verfahren zur Bestimmung eines gesetzten Wertes (Zeit) für normales Brennen zeigt;Fig. 4 is a diagram showing a method for determining a set value (time) for normal burning;
Fig. 5 ist ein Flussdiagramm, welches die Arbeitsweise einer Verbrennungssteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;Fig. 5 is a flowchart showing the operation of a combustion controller according to a second embodiment of the invention;
Fig. 6 ist eine Darstellung, die den Aufbau eines Durchflussdetektors für Luft gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;Fig. 6 is a diagram showing the structure of an air flow detector according to a third embodiment of the invention;
Fig. 7 ist eine Draufsicht, die die Einzelheiten eines Mikrochips zur Durchflussmessung zeigt;Fig. 7 is a plan view showing the details of a flow measurement microchip;
Fig. 8(a) ist ein charakteristisches Diagramm, welches den Ausgang der Flussgeschwindigkeit bei Verwendung eines differentiellen Drucksensors als Detektor für die Flussgeschwindigkeit zeigt, und Fig. 8(b) ist ein charakteristisches Diagramm, welches den Ausgang der Flussgeschwindigkeit bei Verwendung eines Luftströmungssensors als Detektor für die Flussgeschwindigkeit zeigt; undFig. 8(a) is a characteristic diagram showing the output of the flow velocity when using a differential pressure sensor as a flow velocity detector, and Fig. 8(b) is a characteristic diagram showing the output of the flow velocity when using an air flow sensor as a flow velocity detector; and
Fig. 9 ist eine Darstellung, die den Aufbau eines Systems zur Steuerung einer Verbrennung nach dem Stand der Technik zeigt.Fig. 9 is a diagram showing the structure of a combustion control system according to the prior art.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.Preferred embodiments of the invention are described below.
Fig. 1 ist eine Darstellung, die den Aufbau eines Systems zur Steuerung einer Verbrennung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Verbrennungskammer, 2 ist eine Leitung für Verbrennungsgas zum Einleiten eines Gasgemisches aus Verbrennungsluft und einem Brenngas in die Verbrennungskammer 1, 3 ein Brenner, 4 ein Transformator zum Anlegen einer elektrischen Spannung an einen Zündstab 5, 6 eine vom Brenner 3 ausgestoßene Flamme, 8 eine Verbrennungssteuerung und 11 ein Luftströmungssensor als Durchflussdetektor zum Erfassen der Flussgeschwindigkeit der Verbrennungsluft oder des Brenngases, die der Verbrennungskammer 1 zugeführt werden. Die Verbrennungssteuerung 8 beurteilt einen Brennzustand als normal, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft oder des Brenngases, die bei der Zündung vom Luftströmungsdetektor 11 erfasst werden, auf einen bestimmten Wert oder weniger verringert ist, und gestattet die weitere Verbrennung in der Verbrennungskammer 1; dagegen beurteilt die Verbrennungssteuerung 8 den Brennzustand als anormal, wenn diese Flussgeschwindigkeit nicht auf den bestimmten Wert oder weniger abgenommen hat und bricht die Verbrennung in der Verbrennungskammer 1 ab.Fig. 1 is a diagram showing the structure of a combustion control system according to the first embodiment of the invention. Reference numeral 1 denotes a combustion chamber, 2 is a combustion gas line for introducing a gas mixture of combustion air and a fuel gas into the combustion chamber 1, 3 is a burner, 4 is a transformer for applying an electric voltage to an ignition rod 5, 6 is a flame emitted from the burner 3, 8 is a combustion controller, and 11 is an air flow sensor as a flow detector for detecting the flow rate of the combustion air or the fuel gas supplied to the combustion chamber 1. The combustion controller 8 judges a combustion state as normal when the flow rate of the combustion air or the fuel gas detected by the air flow detector 11 upon ignition is reduced to a certain value or less, and allows further combustion in the combustion chamber 1; on the other hand, the combustion controller 8 judges the combustion state as abnormal when this flow rate has not decreased to the certain value or less, and stops the combustion in the combustion chamber 1.
Nachfolgend wird der Betrieb des Systems zur Steuerung der Verbrennung beschrieben.The operation of the combustion control system is described below.
Fig. 2 ist ein Diagramm, welches ein Verfahren zur Bestimmung eines gesetzten Wertes (Absolutwert) für normales Brennen erläutert. Wie in diesem Diagramm gezeigt ist, wird bei normalem Brennzustand nach dem Zünden durch den Zündungsstab 5 im Brenner 3 ein Gasgemisch zur Explosion gebracht und dann verbrannt. In diesem Fall erreicht aufgrund der Explosion des Gasgemisches eine Stoßwelle die strömungsaufwärts gelegene Seite der Leitung 2 für Verbrennungsgas, und es wird mit Hilfe des Luftströmungssensors 11 ein schnell abnehmender Zustand der Durchflussgeschwindigkeit festgestellt.Fig. 2 is a diagram explaining a method of determining a set value (absolute value) for normal combustion. As shown in this diagram, in the normal combustion state, after ignition by the ignition rod 5 in the burner 3, a gas mixture is exploded and then burned. In this case, a shock wave due to the explosion of the gas mixture reaches the upstream side of the combustion gas pipe 2, and a rapidly decreasing state of the flow rate is detected by the air flow sensor 11.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Verfahren werden in der Verbrennungssteuerung 8 ein oberer Grenzwert lmax und ein unterer Grenzwert lmin für die Durchflussgeschwindigkeit im schnell verringerten Zustand gesetzt, der nach der Zündung erzeugt wird; dies erfolgt auf der Grundlage der Kennlinie für die Durchflussgeschwindigkeit, die gemäß dem System zur Steuerung der Verbrennung spezifiziert ist. Die Verbrennungssteuerung beurteilt den Brennzustand als normal und gestattet das weitere Brennen, wenn der Luftströmungssensor 11 eine Flussgeschwindigkeit innerhalb eines Bereiches vom oberen Grenzwert lmax bis zum unteren Grenzwert lmin der Flussgeschwindigkeit feststellt; dagegen beurteilt die Verbrennungssteuerung 8 den Brennzustand als anormal und gibt ein Wartungs/Überprüfungs-Signal aus, welches den Umstand andeutet, dass Wartung/Überprüfung für die Verbrennung erforderlich ist, wenn der Luftströmungssensor 11 keine Flussgeschwindigkeit innerhalb des Bereiches vom oberen Grenzwert lmax bis zum unteren Grenzwert lmin der Flussgeschwindigkeit feststellt.In the method shown in Fig. 2, an upper limit value lmax and a lower limit value lmin are set in the combustion controller 8 for the flow rate in the rapidly reduced state created after ignition based on the flow rate characteristic specified according to the combustion control system. The combustion controller judges the combustion state as normal and allows continued combustion when the air flow sensor 11 detects a flow rate within a range from the upper limit value lmax to the lower limit value lmin of the flow rate; on the other hand, the combustion controller 8 judges the combustion state as abnormal and outputs a maintenance/inspection signal indicating the fact that maintenance/inspection is required for combustion when the air flow sensor 11 does not detect a flow rate within the range from the upper limit value lmax to the lower limit value lmin of the flow rate.
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches ein Verfahren zum Bestimmen eines gesetzten Wertes (Relativwert) für normales Brennen erläutert. Bei dem in diesem Diagramm gezeigten Verfahren wird die beim normalen Brennzustand erzeugte, schnell verringerte Menge l konstant gemacht, und in der Verbrennungssteuerung 8 werden ein oberer Grenzwert lmax = la - L1 sowie ein unterer Grenzwert lmin = la - L2 gesetzt (wobei la die Flussgeschwindigkeit beim Zünden und L1, L2 festgelegte Werte sind). Die Verbrennungssteuerung beurteilt einen Brennzustand als normal und gestattet das weitere Brennen, wenn der Luftströmungssensor 11 eine Flussgeschwindigkeit innerhalb eines Bereiches vom oberen Grenzwert lmax bis zum unteren Grenzwert lmin der Flussgeschwindigkeit feststellt; dagegen beurteilt die Verbrennungssteuerung 8 den Brennzustand als anormal und gibt ein Wartungs/Überprüfungs-Signal aus, welches den Umstand andeutet, dass Wartung/Überprüfung für die Verbrennung erforderlich ist, wenn der Luftströmungssensor 11 keine Flussgeschwindigkeit innerhalb des Bereiches vom oberen Grenzwert lmax bis zum unteren Grenzwert lmin der Flussgeschwindigkeit feststellt.Fig. 3 is a diagram explaining a method for determining a set value (relative value) for normal combustion. In the method shown in this diagram, the rapidly reduced amount l generated in the normal combustion state is made constant, and an upper limit value lmax = la - L1 and a lower limit value lmin = la - L2 (where la is the flow rate at ignition and L1, L2 are set values) are set in the combustion controller 8. The combustion controller judges a combustion state to be normal and allows combustion to continue when the air flow sensor 11 detects a flow rate within a range from the upper limit value lmax to the lower limit value lmin of the flow rate; On the other hand, the combustion controller 8 judges the combustion state as abnormal and outputs a maintenance/inspection signal indicating the fact that maintenance/inspection is required for combustion when the air flow sensor 11 does not detect a flow rate within the range from the upper limit lmax to the lower limit lmin of the flow rate.
Wie beschrieben wurde, wird bei dieser Ausführungsform der normale Brennzustand des Brenners 3 auf der Grundlage der Flussgeschwindigkeit der Verbrennungsluft oder des Verbrennungsgases beurteilt, die der Verbrennungskammer 1 zugeführt werden, welche mit dem Luftströmungssensor 11 ermittelt werden, der in der Leitung 2 für Verbrennungsgas untergebracht ist, so dass der Luftströmungssensor 11 nicht in der Nähe der Flamme 6 vorgesehen werden muss und dadurch seine Verschlechterung verhindert werden kann. Als Ergebnis kann der Luftströmungssensor 11 die Überwachung der Verbrennung positiv beeinflussen.As described, in this embodiment, the normal burning state of the burner 3 is judged based on the flow rate of the combustion air or the combustion gas supplied to the combustion chamber 1, which is detected by the air flow sensor 11 housed in the combustion gas duct 2, so that the air flow sensor 11 does not need to be provided near the flame 6 and can thereby prevent its deterioration. As a result, the air flow sensor 11 can positively affect the monitoring of the combustion.
Die erste Ausführungsform hat auch den Vorteil, dass eine Teilverbrennung von einer Gesamtverbrennung unterschieden werden kann, weil der Brennzustand als normal beurteilt wird, wenn die Flussgeschwindigkeit auf einen Wert innerhalb des spezifizierten Bereichs verringert wird, wodurch ein fehlerhaftes Verbrennen verhindert wird, und dass ein anormaler Brennzustand erkannt werden kann, selbst wenn eine verringerte Flussgeschwindigkeit durch eine große Explosion erhöht wird.The first embodiment also has the advantage that partial combustion can be distinguished from total combustion because the combustion state is judged to be normal when the flow rate is reduced to a value within the specified range, thereby preventing erroneous combustion, and that an abnormal combustion state can be detected even when a reduced flow rate is increased by a large explosion.
Obwohl der Luftströmungssensor 11 bei dieser Ausführungsform in der Leitung 2 für Verbrennungsgas vorgesehen ist, kann er in der Leitung für Verbrennungsluft oder in der Nähe der Verbrennungskammer 1 vorgesehen sein; weiterhin kann er an der Seite der ausströmenden Gase vorgesehen sein, wenn diese aus korrosionsbeständigem Material hergestellt ist.Although the air flow sensor 11 is provided in the combustion gas duct 2 in this embodiment, it may be provided in the combustion air duct or in the vicinity of the combustion chamber 1; further, it may be provided on the exhaust gas side if it is made of corrosion-resistant material.
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches ein Verfahren zur Bestimmung eines gesetzten Wertes (Zeit) für normales Brennen beschreibt. Bei dem in diesem Diagramm gezeigten Verfahren werden in der Verbrennungssteuerung 8 eine Alarmzeit t1 und eine Zeit t2 für den Abbruch der Verbrennung gesetzt. Die Verbrennungssteuerung 8 vergleicht mit Hilfe des Luftströmungssensors 11 die Zeit tx, die verstrichen ist vom Beginn der Zündung zur Erfassung einer schnellen Verringerung I (erzeugt bei normalem Brennen) mit der Alarmzeit t1 und der Zeit t2 für den Abbruch der Verbrennung und gibt einen Alarm aus oder unterbricht die Verbrennung.Fig. 4 is a diagram describing a method for determining a set value (time) for normal burning. In the method shown in this diagram, an alarm time t1 and a combustion cessation time t2 are set in the combustion controller 8. The combustion controller 8 compares the time tx elapsed from the start of ignition to the detection of a rapid decrease I (generated during normal burning) with the alarm time t1 and the combustion cessation time t2 using the air flow sensor 11, and issues an alarm or pauses the combustion.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise des Systems zur Steuerung einer Verbrennung dieser Ausführungsform beschrieben.The operation of the combustion control system of this embodiment is described below.
Fig. 5 ist ein Flussdiagramm, welche die Arbeitsweise der Verbrennungssteuerung 8 dieser Ausführungsform zeigt. Die Verbrennungssteuerung 8 erhält den Zündzeitpunkt des Zündstabs 5 (Schritt ST1) und erhält auch vom Luftströmungssensor 11 den Zeitpunkt, bei dem eine schnelle Verringerung I festgestellt wird, die bei der Zündung erzeugt wird (Schritt ST2), um die Zeit tx zu berechnen, die verstrichen ist vom Beginn der Zündung zur Erfassung der schnellen Verringerung I der Flussgeschwindigkeit (Schritt ST3). Die Verbrennungssteuerung 8 vergleicht auch die Zeit tx mit der Alarmzeit t1 und der Zeit t2 für den Abbruch der Verbrennung, die bei Schritt ST4 vorgewählt sind (Schritt ST5). Wenn die Zeit tx nach der Zeit t1 liegt und vor der Zeit t2 für den Abbruch der Verbrennung, beurteilt die Verbrennungssteuerung 8 den Brennzustand als anormal, jedoch zufriedenstellend und gestattet die weitere Verbrennung, und entscheidet gleichzeitig, dass der Brenner 3 und der Zündstab 5 einer Wartung/Überprüfung unterzogen werden müssen und gibt einen Alarm aus. Die Verbrennungssteuerung 8 unterbricht auch die Zündung (Schritt ST6), wenn die Zeit tx die Zeit t2 für den Abbruch der Verbrennung übersteigt und der Luftströmungssensor 11 die schnelle Verringerung I der Flussgeschwindigkeit nicht vor der Zeit t2 für den Abbruch der Verbrennung ermittelt.Fig. 5 is a flow chart showing the operation of the combustion controller 8 of this embodiment. The combustion controller 8 obtains the ignition timing of the ignition rod 5 (step ST1) and also obtains from the air flow sensor 11 the timing at which a rapid decrease I generated upon ignition is detected (step ST2) to calculate the time tx elapsed from the start of ignition to the detection of the rapid decrease I in the flow rate (step ST3). The combustion controller 8 also compares the time tx with the alarm time t1 and the time t2 for stopping combustion, which are preset at step ST4 (step ST5). If the time tx is after the time t1 and before the time t2 for stopping combustion, the combustion controller 8 judges the combustion state to be abnormal but satisfactory and allows combustion to continue, and at the same time decides that the burner 3 and the ignition rod 5 need maintenance/inspection and issues an alarm. The combustion controller 8 also stops the ignition (step ST6) if the time tx exceeds the time t2 for stopping combustion and the air flow sensor 11 does not detect the rapid decrease I in the flow rate before the time t2 for stopping combustion.
Wie beschrieben wurde, wird es bei dieser Ausführungsform möglich, den Brennzustand als anormal zu beurteilen und somit einen Alarm auszugeben, mit dem der Betreiber von einer geeigneten Wartung/Überprüfung informiert wird oder die Verbrennung abzubrechen, indem die Zeit tx mit der vorgewählten Alarmzeit t1 und der Zeit t2 für den Abbruch der Verbrennung verglichen wird.As described, in this embodiment, it becomes possible to judge the combustion state as abnormal and thus issue an alarm to inform the operator of appropriate maintenance/inspection or to stop combustion by comparing the time tx with the preselected alarm time t1 and the time t2 for stopping combustion.
Zusätzlich muss bei dieser Ausführungsform die Zeit t2 für den Abbruch der Verbrennung sehr zuverlässig gesetzt werden, wozu es bevorzugt ist, dass sie unter Verwendung einer Entladungsschaltung gesetzt wird, die aus einer Kapazität und einem Widerstand aufgebaut ist; verglichen mit der Zeit t2 für den Abbruch der Verbrennung ist beim Setzen der Alarmzeit t1, die zur Entscheidung über eine geeignete Wartung/Überprüfung verwendet wird, keine hohe Zuverlässigkeit erforderlich, weshalb sie bevorzugt von einem Zeitgeber gesetzt wird, der von einem Rechner mit einer Software betrieben wird.In addition, in this embodiment, the combustion stop time t2 must be set very reliably, and it is preferable that it be set using a discharge circuit composed of a capacitance and a resistance; compared with the combustion stop time t2, high reliability is not required in setting the alarm time t1 used for deciding appropriate maintenance/checking, and it is preferable that it be set by a timer operated by a computer with software.
Fig. 6 ist die Darstellung einer Anordnung, die einen Luftströmungssensor gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt, bei der Bezugszeichen 2a eine Öffnungsplatte bezeichnet, die in einer Leitung 2 für Verbrennungsgas vorgesehen ist, 11 ist ein Luftströmungssensor und 12 ist ein Mikrochip zur Durchflussmessung als Messeinrichtung.Fig. 6 is an arrangement diagram showing an air flow sensor according to a third embodiment, in which reference numeral 2a denotes an orifice plate provided in a combustion gas duct 2, 11 is an air flow sensor, and 12 is a flow rate measuring microchip as a measuring means.
Fig. 7 ist eine Draufsicht, die die Einzelheiten des Mikrochips 12 zur Durchflussmessung zeigt, wobei Bezugszeichen 12a ein Siliciumsubstrat bezeichnet, 12b ist ein Heizer, 12c ist die strömungsaufwärts gelegene Seite eines Temperatursensors (Temperatursensoreinheit) und 12d ist die strömungsabwärts gelegene Seite des Temperatursensors (Temperatursensoreinheit). Zusätzlich bedeutet ein schwarz ausgefülltes Teil eine Elektrode.Fig. 7 is a plan view showing the details of the microchip 12 for flow measurement, where reference numeral 12a denotes a silicon substrate, 12b is a heater, 12c is the upstream side of a temperature sensor (temperature sensor unit), and 12d is the downstream side of the temperature sensor (temperature sensor unit). In addition, a part filled in black indicates an electrode.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise des Systems zur Steuerung einer Verbrennung gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben.The operation of the combustion control system according to the third embodiment will be described below.
Der Luftströmungssensor 11 ist ein Sensor für die Flussgeschwindigkeit mit hoher Empfindlichkeit und hoher Zuverlässigkeit, der als Messeinrichtung zur Durchflussmessung den Mikrochip 12 einsetzt (in Fig. 7 gezeigt). Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist der Luftströmungssensor 11 über der Öffnungsplatte 2a der Leitung 2 für das Verbrennungsgas versetzt. In diesem Fall wird zum Luftströmungssensor 11 eine Luftströmung ΔF abgezweigt, die einem differentiellen Druck ΔP entspricht, der gemäß der Flussgeschwindigkeit F an der Öffnungsplatte 2a erzeugt wird. Der Mikrochip 12 zur Durchflussmessung, der im Luftströmungssensor 11 vorgesehen ist, gibt ein elektrisches Signal ab, welches der Luftströmung ΔF entspricht.The air flow sensor 11 is a flow rate sensor with high sensitivity and high reliability, which uses the microchip 12 (shown in Fig. 7) as a flow rate measuring device. As shown in Fig. 6, the air flow sensor 11 is displaced above the orifice plate 2a of the combustion gas duct 2. In this case, an air flow ΔF corresponding to a differential pressure ΔP generated at the orifice plate 2a in accordance with the flow rate F is branched to the air flow sensor 11. The flow rate measuring microchip 12 provided in the air flow sensor 11 outputs an electric signal corresponding to the air flow ΔF.
Es wird angenommen, dass der Luftströmungssensor 11 in einer Umgebung eingesetzt wird, die Staub, Öldampf, Dampf und dgl. ausgesetzt ist und eine Fängerstruktur zum Fangen von Staub, Öldampf, Dampf und dgl. enthält, die in den Luftströmungssensor 11 eindringen, wodurch der Mikrochip 12 zur Durchflussmessung davor geschützt wird. Somit wird die Widerstandsfähigkeit des Sensors 11 gegen die Umgebung verbessert und dadurch eine Veränderung seiner Eigenschaften verhindert.It is assumed that the air flow sensor 11 is used in an environment exposed to dust, oil vapor, steam and the like and includes a catcher structure for catching dust, oil vapor, steam and the like entering the air flow sensor 11, thereby protecting the microchip 12 for flow measurement from it. Thus, the resistance of the sensor 11 to the environment is improved and thus a change in its properties is prevented.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird als nächstes das Messprinzip des Mikrochips 12 zur Durchflussmessung im Detail beschrieben. Die Verbrennungsluft und das Verbrennungsgas, die in der eingeleiteten Luft fließen, werden in Kontakt gebracht mit dem Heizer 12b auf dem zu erheizenden Siliciumsubstrat 12a, und die Temperatur der Verbrennungsluft und des Verbrennungsgases vor und nach dem Erwärmen mit dem strömungsaufwärts gelegenen Temperatursensor 12c bzw. dem strömungsabwärts gelegenen Temperatursensor 12d gemessen. Dann wird die differentielle Temperatur der Verbrennungsluft und des Verbrennungsgases vor und nach dem Erwärmen in ein elektrisches Signal umgewandelt, um so die Flussgeschwindigkeit der Verbrennungsluft und des Verbrennungsgases zu messen.Next, referring to Fig. 7, the measurement principle of the flow measurement microchip 12 will be described in detail. The combustion air and the combustion gas flowing in the introduced air are brought into contact with the heater 12b on the silicon substrate 12a to be heated, and the temperature of the combustion air and the combustion gas before and after heating are measured with the upstream temperature sensor 12c and the downstream temperature sensor 12d, respectively. Then, the differential temperature of the combustion air and the combustion gas before and after heating is converted into an electric signal so as to measure the flow rate of the combustion air and the combustion gas.
Fig. 8(a) ist ein Diagramm, welches den Ausgang der Flussgeschwindigkeit beim Einsatz eines differentiellen Drucksensors als Luftströmungssensor zeigt; Fig. 8(b) ist ein Diagramm, welches den Ausgang der Flussgeschwindigkeit bei Einsatz eines Luftströmungssensors als Detektor für die Flussgeschwindigkeit zeigt.Fig. 8(a) is a graph showing the flow velocity output when a differential pressure sensor is used as an air flow sensor; Fig. 8(b) is a graph showing the flow velocity output when an air flow sensor is used as a flow velocity detector.
Wie diesen Diagrammen entnommen werden kann, kann der Luftströmungssensor (verglichen mit dem differentiellen Drucksensor) den Impulspeak der Flussgeschwindigkeit bei der Verbrennung mit höherer Empfindlichkeit erfassen als der differentielle Drucksensor, und infolgedessen ist der Luftströmungssensor mehr bevorzugt bei der Bestimmung eines schnell veränderlichen Impulses der Flussgeschwindigkeit, wie es für die erste und zweite Ausführungsform gezeigt wurde.As can be seen from these diagrams, the air flow sensor (compared to the differential pressure sensor) can detect the pulse peak of the flow rate during combustion with higher sensitivity than the differential pressure sensor, and as a result, the air flow sensor is more preferable in determining a rapidly changing pulse of the flow rate as shown for the first and second embodiments.
Der Luftströmungssensor 11, der bei dieser Ausführungsform als Detektor für die Flussgeschwindigkeit verwendet wird, kann mit Hilfe der Fängerstruktur Staub, Öldampf, Dampf und dgl. fangen, die in ihn eindringen und kann dementsprechend den Mikrochip 12 zur Durchflussmessung schützen und eine Messung mit hoher Genauigkeit durchführen. Weiterhin kann der Luftströmungssensor 11 den Impulspeak der Flussgeschwindigkeit beim Zünden mit hoher Empfindlichkeit und hoher Genauigkeit erfassen.The air flow sensor 11 used as a flow rate detector in this embodiment can catch dust, oil vapor, steam, and the like entering it by means of the catcher structure, and can accordingly protect the flow rate measuring microchip 12 and perform measurement with high accuracy. Furthermore, the air flow sensor 11 can detect the pulse peak of the flow rate at ignition with high sensitivity and high accuracy.
Obwohl bei der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform das Erfassen der Flussgeschwindigkeit mit dem Luftströmungssensor 11 zur Entscheidung verwendet wird, ob der Brennzustand normal oder anormal ist, kann die Bestimmung der Flussrate zur Entscheidung verwendet werden, ob der Brennzustand normal oder anormal ist.Although in the first, second and third embodiments, detection of the flow velocity with the air flow sensor 11 is used to decide whether the burning state is normal or abnormal, determination of the flow rate may be used to decide whether the burning state is normal or abnormal.
Wie gemäß der ersten Anordnung der Erfindung beschrieben wurde, bestimmt ein Detektor für die Flussgeschwindigkeit die Flussgeschwindigkeit einer Verbrennungsluft oder eines Verbrennungsgases, die in eine Verbrennungskammer eingeleitet werden, und eine Verbrennungssteuerung entscheidet auf der Grundlage eines verringerten Zustands der Flussgeschwindigkeit, ob der Brennzustand normal oder anormal ist, so dass der Detektor für die Flussgeschwindigkeit durch die Verbrennung und das ausströmende Gas nicht so sehr beeinträchtigt wird, wodurch er wenig verschlechtert wird und wodurch es möglich wird, die Verbrennung erfolgreich zu überwachen.As described according to the first arrangement of the invention, a flow rate detector determines the flow rate of a combustion air or a combustion gas introduced into a combustion chamber, and a combustion controller decides whether the combustion state is normal or abnormal based on a reduced state of the flow rate, so that the flow rate detector is not so much affected by the combustion and the outflowing gas, thereby deteriorating little and making it possible to successfully monitor the combustion.
Gemäß der zweiten Anordnung der Erfindung beurteilt die Verbrennungssteuerung einen Brennzustand als normal, wenn die Flussgeschwindigkeit der Verbrennungsluft oder des Verbrennungsgases auf einen vorbestimmten Wert oder weniger abnimmt, so dass Teilverbrennung von vollständiger Verbrennung unterschieden werden kann, womit eine fehlerhafte Verbrennung vermieden wird.According to the second arrangement of the invention, the combustion controller judges a combustion state as normal when the flow rate of the combustion air or the combustion gas decreases to a predetermined value or less, so that partial combustion can be distinguished from complete combustion, thus avoiding faulty combustion.
Gemäß der dritten Anordnung der Erfindung misst die Verbrennungssteuerung die Zeit, die vom Beginn der Zündung bis zur Verringerung der Flussgeschwindigkeit der Verbrennungsluft oder des Verbrennungsgases verstreicht, und beurteilt den Brennzustand als anormal, wenn die gemessene Zeit einen vorbestimmten Wert oder mehr erreicht, so dass es möglich ist, die Wartung/Überprüfung leicht durchzuführen, indem der Betreiber von einer geeigneten Zeit zur Wartung/Überprüfung informiert wird.According to the third arrangement of the invention, the combustion controller measures the time elapsed from the start of ignition to the reduction of the flow rate of the combustion air or combustion gas, and judges the combustion state as abnormal when the measured time reaches a predetermined value or more, so that it is possible to easily perform the maintenance/inspection by informing the operator of an appropriate time for maintenance/inspection.
Gemäß dem vierten Aufbau der Erfindung ist der Durchflussdetektor ein Luftströmungssensor unter Verwendung eines Mikrochips für die Durchflussmessung, wobei auf einem Siliciumsubstrat ein Heizer und ein Temperatursensor ausgebildet sind, so dass der Durchflussdetektor die Flussgeschwindigkeit mit hoher Empfindlichkeit und hoher Genauigkeit erfassen kann.According to the fourth configuration of the invention, the flow detector is an air flow sensor using a microchip for flow measurement, and a heater and a temperature sensor are formed on a silicon substrate, so that the flow detector can detect the flow velocity with high sensitivity and high accuracy.
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