JP2008128554A - Combustion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼装置に関するものであり、特に給湯器や風呂装置に採用することが推奨される燃焼装置に関するものである。 The present invention relates to a combustion apparatus, and more particularly to a combustion apparatus recommended for use in a water heater or a bath apparatus.
燃焼装置は、給湯器や風呂装置の主要な構成であり、工場はもとより一般家庭においても広く普及している。従来の燃焼装置では、燃焼状態を診断する手段として熱電対が使用されていたが、熱電対では供給される空気量の不足を検出することができないため、昨今は熱電対の代わりに火炎中に存在する燃料のイオン化した未燃成分の導電性を検出する導電性部材(以下、イオンプローブと呼ぶ。)が専ら採用されている。火炎中にはイオンが存在しているので、火炎は弱プラズマ体である。 Combustion devices are the main components of water heaters and bath devices, and are widely used not only in factories but also in general households. In a conventional combustion device, a thermocouple is used as a means for diagnosing the combustion state. However, since a thermocouple cannot detect a shortage of the amount of air supplied, it has recently been in a flame instead of a thermocouple. A conductive member (hereinafter referred to as an ion probe) for detecting the conductivity of the ionized unburned component of the existing fuel is exclusively employed. Since ions are present in the flame, the flame is a weak plasma body.
このような火炎中の導電性を利用して燃焼状態を検出する燃焼装置が、例えば特許文献1に開示されている。特許文献1に開示されている燃焼装置には、二つのイオンプローブを備えた空燃比検出装置が設けられている。特許文献1の燃焼装置の空燃比検出装置では、炎孔付近と火炎の外側付近に各々イオンプローブが配置されており、イオンプローブで検出される電流値から対応する空燃比を算出している。特許文献1に開示されている燃焼装置では、直流電源が使用されている。
ところで、特許文献1に開示されている燃焼装置の空燃比検出装置でも、燃料ガス量に対する空気量の不足を検出することはできるが、電源に直流電源を採用しているため、火炎イオンが一方向にのみ移動し、同方向のイオン風を引き起こす。そのため、そのイオン風の影響を受けて火炎の形状が歪になり、これが失火の要因となる可能性がある。 By the way, although the air-fuel ratio detection device of the combustion apparatus disclosed in Patent Document 1 can detect the shortage of the air amount with respect to the fuel gas amount, since a DC power source is adopted as the power source, one flame ion is present. It moves only in the direction and causes ion wind in the same direction. Therefore, the shape of the flame is distorted due to the influence of the ion wind, which may cause a misfire.
また、ある特定のガス種では、両イオンプローブで検出される電流検出値の比率と空燃比との間の相関関係を見出すことは可能であるが、その比率はガス種(可燃成分の種類)によって異なるため、特許文献1の燃焼装置の空燃比検出装置では、ユニバーサル・バーナ(多種の燃料ガスに対応したバーナ)に対応することができない。 In addition, for a specific gas type, it is possible to find a correlation between the ratio of the current detection value detected by both ion probes and the air-fuel ratio, but the ratio is the gas type (type of combustible component). Therefore, the air-fuel ratio detection device for a combustion apparatus disclosed in Patent Document 1 cannot cope with a universal burner (a burner corresponding to various fuel gases).
そこで本発明は、燃料ガス量に対する空気量の不足を確実に検出可能な燃焼装置を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a combustion apparatus that can reliably detect a shortage of the air amount relative to the fuel gas amount.
上記課題を解決するための請求項1の発明は、一次空気と燃料ガスが混合してなる酸素不足状態の混合気が一次燃焼し、さらに二次空気の供給を受けて二次燃焼を行う燃焼装置において、前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、検出した第一電流値と第二電流値の和,第一電流値,第二電流値のうちのいずれかと、第二電流値と第一電流値の差の比率を含む計算式で燃焼状態を判定することを特徴とする燃焼装置である。 The invention according to claim 1 for solving the above-mentioned problem is a combustion in which an oxygen-deficient mixture formed by mixing primary air and fuel gas undergoes primary combustion and further receives secondary air to perform secondary combustion. In the apparatus, a first conductive member is disposed in the primary combustion flame, a second conductive member is disposed in the secondary combustion flame, and a voltage is applied to the primary combustion flame and the secondary combustion flame. Providing a common AC power source to be applied, detecting a first current value flowing through the flame of the primary combustion and a second current value flowing through the flame of the secondary combustion, and detecting the detected first current value and the second current A combustion apparatus for determining a combustion state by a calculation formula including a sum of values, a first current value, a second current value, and a ratio of a difference between the second current value and the first current value. is there.
すなわち、二つの導電性部材を、各々上流側の一次火炎(一次燃焼の火炎)と下流側の二次火炎(二次燃焼の火炎)の二箇所に設置して、供給される空気量の不足を検出する。ちなみに、供給される空気量が不足すると、上流側の一次火炎の燃焼速度が遅くなり、一次火炎は下流側へ拡張し、下流側の二次火炎中における火炎イオンの含有量が増加し、二次火炎中の導電性が増加する。よって、空気量が不足すると、二次火炎の第二電流値が大きくなる。 That is, two conductive members are installed in two locations, the upstream primary flame (primary combustion flame) and the downstream secondary flame (secondary combustion flame), respectively, and the amount of air supplied is insufficient. Is detected. Incidentally, if the amount of supplied air is insufficient, the combustion speed of the primary flame on the upstream side becomes slow, the primary flame expands to the downstream side, and the content of flame ions in the secondary flame on the downstream side increases. The conductivity in the next flame increases. Therefore, when the amount of air is insufficient, the second current value of the secondary flame increases.
請求項1の発明では、交流電源を使用するので、火炎中の燃料ガスの火炎イオンが特定の場所に偏ることがなく、火炎の形状を安定させた状態で火炎の導電性を検出することができ、燃焼状態に悪影響を及ぼすことなく燃焼状態を判定することができる。 In the invention of claim 1, since an AC power supply is used, the flame ions of the fuel gas in the flame are not biased to a specific location, and the conductivity of the flame can be detected with the flame shape stabilized. The combustion state can be determined without adversely affecting the combustion state.
また、請求項1の発明では、第一電流値と第二電流値の和,第一電流値,第二電流値のうちのいずれかと、第二電流値と第一電流値の差の比率を含む計算式で燃焼状態を判定することにより、確実に空気不足による異常燃焼を検出することができる。さらに、多様な燃料ガスに対応したユニバーサル・バーナの燃焼状態も適切に判定することができる。 In the first aspect of the present invention, the ratio of the sum of the first current value and the second current value, the first current value, the second current value, and the difference between the second current value and the first current value is calculated. By determining the combustion state with the calculation formula including it, it is possible to reliably detect abnormal combustion due to air shortage. Furthermore, the combustion state of the universal burner corresponding to various fuel gases can be determined appropriately.
請求項2の発明は、一次空気と燃料ガスが混合してなる酸素不足状態の混合気が一次燃焼し、さらに二次空気の供給を受けて二次燃焼を行う燃焼装置において、前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、第一電流値の第一A/D変換値と第二電流値の第二A/D変換値の和,第一A/D変換値,第二A/D変換値のうちのいずれかと、第二A/D変換値と第一A/D変換値の差の比率を含む計算式で燃焼状態を判定することを特徴とする燃焼装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a combustion apparatus in which an oxygen-deficient mixture obtained by mixing primary air and fuel gas undergoes primary combustion and further receives secondary air to perform secondary combustion. A first conductive member is disposed in the flame, a second conductive member is disposed in the secondary combustion flame, and a common AC power source for applying a voltage to the primary combustion flame and the secondary combustion flame is provided. A first current value flowing through the primary combustion flame and a second current value flowing through the secondary combustion flame, and a first A / D conversion value and a second current value of the first current value Of the second A / D conversion value, the first A / D conversion value, the second A / D conversion value, and the difference between the second A / D conversion value and the first A / D conversion value. It is a combustion apparatus characterized by determining a combustion state with a calculation formula including a ratio.
請求項2の発明は、請求項1の発明と同様に、交流電源を使用するので、火炎中の火炎イオンが特定の場所に偏ることがなく、火炎の形状を安定させた状態で火炎の導電性を検出することができ、燃焼状態に悪影響を及ぼすことなく燃焼状態を判定することができる。特に、請求項2の発明では、両電流値の第一A/D変換値と第二A/D変換値とを用いて演算することにより、計算機(マイコン)の入力端子が1つで済む。なお、ここで言う(第一、第二)電流値とは、電流信号を指す。
Since the invention of
請求項3の発明は、一次空気と燃料ガスが混合してなる酸素不足状態の混合気が一次燃焼し、さらに二次空気の供給を受けて二次燃焼を行う燃焼装置において、前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、前記第一導電性部材で検出した第一電流値と第二導電性部材で検出した第二電流値の和,第一電流値,第二電流値のうちのいずれかと、第二電流値と第一電流値の差の比率の大小によって、供給空気量と供給燃料ガス量のうちの少なくとも一方を制御することを特徴とする燃焼装置である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a combustion apparatus in which an oxygen-deficient mixture formed by mixing primary air and fuel gas undergoes primary combustion and further receives secondary air to perform secondary combustion. A first conductive member is disposed in the flame, a second conductive member is disposed in the secondary combustion flame, and a common AC power source for applying a voltage to the primary combustion flame and the secondary combustion flame is provided. A first current value flowing in the primary combustion flame and a second current value flowing in the secondary combustion flame are detected, and the first current value and the second conductivity detected by the first conductive member are detected. Depending on the sum of the second current value, the first current value, or the second current value detected by the conductive member, and the ratio of the difference between the second current value and the first current value, the supply air amount and the supply fuel It is a combustion apparatus characterized by controlling at least one of gas amounts.
請求項3の発明では、一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、第一導電性部材で検出した第一電流値と第二導電性部材で検出した第二電流値の和,第一電流値,第二電流値のうちのいずれかと、第二電流値と第一電流値の差の比率の大小によって、供給空気量と供給燃料ガス量のうちの少なくとも一方を制御するので、燃焼の異常状態を速やかに解消することができる。 In the invention of claim 3, the first current value flowing through the primary combustion flame and the second current value flowing through the secondary combustion flame are detected, and the first current value detected by the first conductive member and the second current value detected by the first conductive member are detected. Depending on the sum of the second current values detected by the two conductive members, the first current value, the second current value, and the ratio of the difference between the second current value and the first current value, Since at least one of the supplied fuel gas amounts is controlled, the abnormal combustion state can be quickly eliminated.
請求項4の発明は、一次空気と燃料ガスが混合してなる酸素不足状態の混合気が一次燃焼し、さらに二次空気の供給を受けて二次燃焼を行う燃焼装置において、前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、前記第一導電性部材で検出した第一電流値の第一A/D変換値と、第二導電性部材で検出した第二電流値の第二A/D変換値の和,第一A/D変換値,第二A/D変換値のうちのいずれかと、第二A/D変換値と第一A/D変換値の差の比率の大小によって、供給空気量と供給燃料ガス量のうちの少なくとも一方を制御することを特徴とする燃焼装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a combustion apparatus in which an oxygen-deficient mixture formed by mixing primary air and fuel gas undergoes primary combustion, and further receives secondary air to perform secondary combustion. A first conductive member is disposed in the flame, a second conductive member is disposed in the secondary combustion flame, and a common AC power source for applying a voltage to the primary combustion flame and the secondary combustion flame is provided. A first current value detected by the first conductive member is detected by detecting a first current value flowing through the flame of the primary combustion and a second current value flowing through the flame of the secondary combustion. / D conversion value and the sum of the second A / D conversion value of the second current value detected by the second conductive member, one of the first A / D conversion value, the second A / D conversion value, Depending on the ratio of the difference between the second A / D conversion value and the first A / D conversion value, the amount of the supply air amount and the supply fuel gas amount is small. A combustion apparatus, which comprises controlling one Kutomo.
請求項4の発明では、第一導電性部材で検出した第一電流値の第一A/D変換値と、第二導電性部材で検出した第二電流値の第二A/D変換値の和,第一A/D変換値,第二A/D変換値のうちのいずれかと、第二A/D変換値と第一A/D変換値の差の比率の大小によって、供給空気量と供給燃料ガス量のうちの少なくとも一方を制御するので、燃焼の異常状態を速やかに解消することができる。なお、ここで言う(第一、第二)電流値とは、電流信号を指す。
In the invention of
請求項1乃至請求項4の発明の燃焼装置において、交流電源の周波数は、50〜110KHzの範囲の高周波であるのが好ましい。また、第一電流値と第二電流値に同様の影響を与える交流電源のノイズや電圧変動,周波数変動による誤差は、互いに相殺されて解消することができるので、空気不足による異常燃焼状態を精度よく検出することができる。よって、請求項3,4の発明の燃焼装置では、異常燃焼状態が精度よく検出され、速やかに異常燃焼状態を解消することができる。 In the combustion apparatus according to any one of claims 1 to 4, it is preferable that the frequency of the AC power source is a high frequency in the range of 50 to 110 KHz. Also, errors due to AC power supply noise, voltage fluctuations, and frequency fluctuations that have the same effect on the first current value and the second current value can be canceled out and eliminated. Can be detected well. Therefore, in the combustion apparatus according to the third and fourth aspects of the invention, the abnormal combustion state can be detected with high accuracy, and the abnormal combustion state can be quickly eliminated.
本発明を実施すると、確実に空気不足による異常燃焼状態を検出することができるようになる。また、本発明を実施した燃焼装置は、燃料ガスの種類を問わず、上記効果を奏することができるので、本発明は、同一の燃焼装置で異なる種類の燃料ガスを使用するユニバーサル・バーナで実施することが可能である。 When the present invention is implemented, an abnormal combustion state due to air shortage can be reliably detected. In addition, since the combustion apparatus embodying the present invention can achieve the above-mentioned effects regardless of the type of fuel gas, the present invention is implemented with a universal burner that uses different types of fuel gas in the same combustion apparatus. Is possible.
以下、本発明の実施例について説明する。最初に、本発明の概略構成と基本的な機能を図1の模式図を参照しながら説明し、その後に図3を参照しながら本発明に関わる構成について詳述する。図1は、本発明の燃焼装置1の構造を模式的に描写した断面斜視図であり、図3は、本発明の燃焼装置1の断面略図である。以下の説明において、上下の関係は、燃焼装置1を縦置きして上部側に火炎を発生させる姿勢を基準とする。また上流側、下流側の表現は、空気又は燃料ガスの流れを基準としている。幅方向とは、燃焼装置の最も大きい面積を正面として左右方向に相当する方向(図面の矢印W方向)である。 Examples of the present invention will be described below. First, the schematic configuration and basic functions of the present invention will be described with reference to the schematic diagram of FIG. 1, and then the configuration related to the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional perspective view schematically illustrating the structure of the combustion apparatus 1 of the present invention, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the combustion apparatus 1 of the present invention. In the following description, the vertical relationship is based on the posture in which the combustion apparatus 1 is placed vertically and a flame is generated on the upper side. The expressions on the upstream side and the downstream side are based on the flow of air or fuel gas. The width direction is a direction (in the direction of arrow W in the drawing) corresponding to the left-right direction with the largest area of the combustion device as the front.
燃焼装置1は、ケース(図示せず)内に並列に並べて使用されたり、単独で使用されるものである。本実施形態の燃焼装置1は、予混合部材2と、炎孔部材3と、二つの空気流路部材5とを有する。このうちの少なくとも炎孔部材3と空気流路部材5は、通電可能な素材で構成されている。
The combustion apparatus 1 is used in parallel in a case (not shown) or used alone. The combustion apparatus 1 of this embodiment includes a premixing
燃焼装置1の構成部材たる予混合部材2は、内部で燃料ガス42と一次空気14とを予混合させる機能を果たす部材である。予混合部材2は、一次空気14と燃料ガス42とを導入する導入部2aと、曲路を有する混合部7と、開口8が列状に設けられた開口列部10とを備えている。開口列部10は、断面が略四角形をした空洞が長く直線的に延びた部位である。
The premixing
空気流路部材5は概略形状が薄い壁状をした部材である。空気流路部材5は、表面11,裏面12が薄板で作られ、この表面11,裏面12が僅かな隙間を開けて接合され、さらに下面側を除く3辺が接合されたものであり、内部に空気流路13となる空隙が設けられている。空気流路部材5の先端部分には矢印W方向に稜線状に延びる頂部9(折り曲げ部)が形成されている。一方、空気流路部材5の基端側は、表面11,裏面12の板間が開放され、上流二次空気28及び二次空気67を導入する空気導入開口15が形成されている。
The air
空気流路部材5の表面11,裏面12の板は、大部分が平行に配置されているが、先端部分だけが山形に折り曲げられており、表面側と裏面側に傾斜面16,17が形成されている。そして当該傾斜面16,17に先端部開口20が設けられている。また頂部9の最先端部分(稜線部分)にも先端部開口21が設けられている。先端部開口20,21は、二次火炎68に二次空気67(下流二次空気)を供給するために設けられている。
Most of the plates of the
また空気流路部材5の表面11,裏面12は、図1に示すように先端側の空気流路13が基端部側に比べて幅狭く作られており、第一燃焼部46の基端部分に相当する部位には段を形成する傾斜面22が設けられている。そしてこの傾斜面22には燃焼部向空気放出開口23が設けられている。燃焼部向空気放出開口23は第一燃焼部46の一次火炎24(後述)に上流二次空気28を供給し、一次火炎24の一部を燃焼させて第一燃焼部46内の一部に二次火炎68(後述)を発生させるものである。
Further, as shown in FIG. 1, the
空気流路部材5の、炎孔部材3に対向する位置にも空気放出開口(上流側空気放出開口)48が設けられている。空気放出開口(上流側空気放出開口)48は、炎孔部材3の側面部に空気を供給して保炎を図るものである。
An air discharge opening (upstream air discharge opening) 48 is also provided at a position of the air
炎孔部材3は、本体部材25と減圧壁26によって構成されている。炎孔部材3の本体部材25は、炎孔として機能する頂面30と、二つの側壁部31,32とを有している。また炎孔部材3の左右両辺部は閉塞され、図面の下側に位置する面だけが開放されている。炎孔部材3の頂面30は、長尺状であり細長く広がっている。頂面30には、炎孔33となるスリットが規則的に配列されている。炎孔33は、「中央部開口」として機能する。側壁部31,32の中間部分には外側(厚さ方向)に膨らんだ膨出部34が設けられている。膨出部34は、炎孔部材3の全幅(矢印W方向)に渡って設けられている。
The flame hole member 3 includes a
側壁部31,32の開放端側は、図1に示すように二度に渡って折り返されて、外側に嵌合用凹溝38が形成されている。嵌合用凹溝38の底壁36は、側壁部31,32に対して直角であり、嵌合用凹溝38の外壁37は、側壁部31,32と平行である。この外壁37は空気導入開口15に配置され、空気流路部材5の下端が外壁37と底壁36に当接しており、炎孔部材3の側壁部31,空気流路部材5の間に形成される隙間40と空気流路13とは、空気放出開口48を介して連通している。また、隙間40は、底壁36によって、上流側(図1で見て下側)の外界とは遮断されている。
As shown in FIG. 1, the open end sides of the
前述の減圧壁26の下部(上流側)は、本体部材25の側壁部31,32に固定されており、本体部材25の側壁部31,32との間には空隙29が形成されている。空隙29は、上部(下流側)が開口している。この開口は、側面側開口27として機能する。本体部材25の側壁部31,32であって、減圧壁26に対向した部位には開口35が設けられており、開口35によって、本体部材25の内面と空隙29とが連通している。
The lower portion (upstream side) of the
側壁部31,32と開口列部10との間は図示しない凹凸形状によって部分的に接しており、両者は一体化されている。よって、両者間には隙間が存在する。図1の断面は、側壁部31,32と開口列部10が離れている部位における断面を図示している。
The
側壁部31,32の膨出部34に相当する部位については、内包される開口列部10とは離れている。膨出部34の部位は、開口列部10の開口8の列部に対向する位置にある。従って開口列部10の開口8の外側は、側壁部31,32とは離れており、他に比べて広い空間(混合空間)39がある。この空間は、全ての開口8に相当する部位に渡って連通している。
About the site | part corresponded to the bulging
側壁部31,32の間であって開口列部10の頂部と炎孔部材3の頂面30部分との間には比較的大きな空間47がある。本実施例では、前記した混合空間39と、開口列部10の下流側の空間47によって炎孔上流側流路が形成されている。なお、予混合部材2と炎孔部材3の間には、空気導入部19が形成されている。空気導入部19には送風機41によって空気43(1.5次空気)が供給される。空気導入部19から導入された空気43は、混合空間39において開口8から供給される混合気(一次空気14と燃料ガス42)と混合し、下流側の空間47へ流れる。詳しくは後述するが、空気導入部19から導入される空気43が少なくなると、一次火炎24の燃焼速度が遅くなり燃焼が悪化する。本発明は、この燃焼の悪化を検出するものである
There is a relatively
炎孔部材3の頂面30は、空気流路部材5の間に埋もれた位置にある。そのため炎孔部材3の頂面30よりも先端側の空間は、二つの空気流路部材5の壁よって仕切られている。炎孔部材3の頂面30と二つの空気流路部材5によって囲まれた空間が第一燃焼部46として機能する。
The
ここで、一次火炎24とは、燃料ガス42と一次空気14とが、予混合部材2内で混合されて過濃混合気が生成され、過濃混合気は開口8から空間47へ流出し、空間47において空気導入部19から導入された空気(1.5次空気)と混合して希釈され、炎孔部材3の頂面30上においてさらに燃焼部向空気放出開口28から上流二次空気28が供給され、酸素不足状態で燃焼する火炎である。一次火炎24には、さらに空気流路部材5の頂部9の先端部開口20,21から下流側二次空気67が供給され、空気不足が解消されて完全燃焼し、二次火炎68が生成される。
Here, the
以上説明した燃焼装置1に、第一プローブ65(第一導電性部材)と第二プローブ66(第二導電性部材)とが設置される。すなわち、炎孔部材3の上で且つ対向する二つの空気流路部材5に挟まれた第一燃焼部46の中であって、燃焼時に発生する一次火炎24(一次燃焼の火炎)の中の位置には、燃焼装置1の長手方向(矢印W方向)に沿って第一プローブ65が配置され、空気流路部材5の先端部分の近傍に第二プローブ66が配置される。第一プローブ65及び第二プローブ66は、第一燃焼部46を仕切る図示しない紙面の手前側又は向こう側の壁に固着される。
In the combustion apparatus 1 described above, the first probe 65 (first conductive member) and the second probe 66 (second conductive member) are installed. That is, in the
火炎中には火炎イオンが存在しているので、火炎は電気的に導通性を有している。第一プローブ65及び第二プローブ66は、火炎中のイオン成分による導電状態を検出するものである。
Since flame ions are present in the flame, the flame is electrically conductive. The
第一プローブ65は、一次火炎24内に配置される。ここで第一プローブ65は、一次火炎24の高温の火炎面を貫通して、先端部分が一次火炎24の内部に配置される。また、第二プローブ66は、先端部開口21(二次空気供給口)から供給(噴射)される二次空気67が当たる位置(すなわち、先端部開口21の近傍)に配置されて、二次空気67によって冷却されるようになっている。
The
図1に示すように、燃焼装置1の空気流路部材5の下端と、炎孔部材3の嵌合用凹溝38,外壁37とは当接しているので、空気流路部材5と炎孔部材3とは通電可能に接続されている。図3に示すように、共通電源50(詳しくは後述)の一方の極が空気流路部材5に接続されると、空気流路部材5と炎孔部材3に抵抗がなければ、両者は等電位となる。
As shown in FIG. 1, the lower end of the air
図3に示すように、この燃焼装置1(空気流路部材5,炎孔部材3)と第一プローブ65と共通電源50(交流)とは電線で接続されており、一次火炎24が生じると、炎孔部材3の頂部30と第一プローブ65の間に火炎イオンが介在し、第一交流回路55が形成される。すなわち、第一交流回路55は、第一プローブ65,制御装置69,共通電源50,燃焼装置1(空気流路部材5,炎孔部材3),及び一次火炎24で構成される。
As shown in FIG. 3, the combustion device 1 (the air
同様に、燃焼装置1と第二プローブ66と共通電源50も、二次火炎68が生じると空気流路部材5と第二プローブ66の間に火炎イオンが介在し、第二交流回路56が形成される。すなわち、第二交流回路56は、第二プローブ66,制御装置69,共通電源50,燃焼装置1(空気流路部材5),及び二次火炎68で構成される。
Similarly, in the combustion apparatus 1, the
第一交流回路55,第二交流回路56に接続された制御装置69には、第一交流回路55を流れる第一電流の第一電流値(信号)と第二交流回路56を流れる第二電流の第二電流値(信号)とが入力され、制御装置69は、後述する演算,比較,及び判定等を行い、さらに燃焼装置1の燃焼を正常に保つように送風機41の送風量や燃料ガス供給弁59等の開度調整を行って供給する燃料ガス量の調整を行う。
The
以下、制御装置69による制御について説明する。
図2は、本発明を実施した燃焼装置1の制御系統図である。
図2に示すように、第一プローブ65(第一交流回路)を流れる第一電流値と、第二プローブ66(第二交流回路)を流れる第二電流値とが制御装置69に入力され、制御装置69は必要に応じて送風機41(供給空気量),燃料ガス供給弁59(燃料ガス供給量),燃料ガス比例弁18(燃料ガス供給量)を制御する。
Hereinafter, control by the
FIG. 2 is a control system diagram of the combustion apparatus 1 embodying the present invention.
As shown in FIG. 2, the first current value flowing through the first probe 65 (first AC circuit) and the second current value flowing through the second probe 66 (second AC circuit) are input to the
ところで、共通電源50は、図示しない変換装置で商用電源又は発電機から得た電気を、例えば電圧が50〜200V,周波数が10kHz以上の交流に変換して、第一交流回路55と第二交流回路56に提供する。このような高周波の交流を使用すれば、一次火炎24及び二次火炎68中の火炎イオンが火炎中の特定の場所に偏るようにイオン風を生じることがなく、火炎の形状が崩れることがない。周波数は、特に50kHz以上に設定するのがより好ましい。
By the way, the
図2に示すように、制御装置69には、演算手段,比較手段,及び判定手段として機能するCPU74と、予め設定された設定値や検出された信号を一時的に記憶することができるメモリ76とを備えている。この制御装置69には、第一プローブ65,第二プローブ66から第一電流及び第二電流が印加され、第一電流及び第二電流は制御装置69内でそれぞれ第一電流値I,第二電流値IIに変換され、これらの検出信号値(第一電流値I,第二電流値II)に基づいて制御装置69は送風機41(図1),燃料ガス供給弁59(図1),及び燃料ガス比例弁18へ指令信号を送信することができるようになっている。また、燃焼装置1の運転開始時には、制御装置69は、適切なタイミングで燃料ガス(混合気)に点火するべくイグナイタ4へ指令信号を送信する。
As shown in FIG. 2, the
一次火炎24は、燃料ガス量に対して空気量が不足しており、燃焼雰囲気としては炭化水素系の火炎イオンが多量に存在している。そのため、正常燃焼時における一次火炎24中には火炎イオンが多く含まれ、第一プローブ65で検出される第一電流(第一電流値I)は大きい。
The
また、二次火炎68には多量の二次空気67が供給されており、希薄状態で燃焼するために、火炎イオンの濃度は比較的低い。そのため、正常燃焼時における二次火炎68中の火炎イオン濃度は低く、第二プローブ66で検出される第二電流(第二電流値II)は小さい。
The
そこで、図2の制御装置69(CPU74)で以下の実施例1,2のような演算,比較,及び判定を行い、燃焼装置1の燃焼状態を判定し、燃焼が異常であれば正常化する。 Therefore, the control device 69 (CPU 74) of FIG. 2 performs calculations, comparisons, and determinations as in the first and second embodiments to determine the combustion state of the combustion device 1, and normalizes if the combustion is abnormal. .
(実施例1)
前述のように一次火炎24で検出された第一電流値(信号値)を「I」,二次火炎68で検出された第二電流値(信号値)を「II」とする。これらの個々の電流値「I」,「II」の和「I+II」を「Σ」(シグマ)と表現する。また、第二電流値IIと第一電流値Iの差「II−I」を「Δ」(デルタ)と表現する。さらに、「Δ」を「Σ」で除算「Δ/Σ」した値を「R」(比例値)とする。
(Example 1)
As described above, the first current value (signal value) detected by the
電流値「I」及び「II」は、燃料ガスの種類や燃焼量の大小(タウンダウン比の範囲内)によって相違するが、「Δ/Σ」を演算した比例値「R」では、これらの影響を無くすことができる。また、たとえ共通電源50の電圧や周波数が変動したとしても、算出された比例値「R」では、変動を相殺することができ、変動の影響を解消することができる。比例値「R」については、詳しくは後述する。
The current values “I” and “II” differ depending on the type of fuel gas and the amount of combustion (within the range of the town down ratio). However, in the proportional value “R” obtained by calculating “Δ / Σ”, these values are The influence can be eliminated. Even if the voltage or frequency of the
予め実験を行って、燃焼装置1の正常燃焼時における比例値「R」の範囲を求めておき、この実験によって得られた比例値「R」が、制御装置69のメモリ76に記憶されている。そして、燃焼装置1の燃焼時に、CPU74は比例値「R」を算出し、さらに算出した比例値「R」が、メモリ76に記憶されている正常な範囲内にあるか否かを判定する。
The range of the proportional value “R” at the time of normal combustion of the combustion device 1 is obtained by conducting an experiment in advance, and the proportional value “R” obtained by this experiment is stored in the
仮に、供給空気量が異常に少なくなると、一次火炎24の燃焼速度が低下し、火炎が下流側へ広がり、やがて二次火炎68の領域まで達し、二次火炎68の領域部分における空気(酸素)が相対的に不足し、二次火炎68が不完全燃焼を起こし、二次火炎68の燃焼ガス中には燃料ガスの未燃成分である炭化水素(HC)等から発生する火炎イオンが多量に含まれるようになる。
If the amount of supplied air is abnormally reduced, the combustion speed of the
その結果、二次火炎68が不完全燃焼を起こすことによる第二電流値「II」の増大が顕著であり、一方、一次火炎24では、空気不足により火炎イオン濃度が増大する傾向にあるものの火炎温度が低下するために、火炎イオン濃度は却って減少し、一次火炎24で検出される第一電流値「I」は小さくなる。よって、「Δ」がマイナスからプラスに転じた結果、比例値「R」もマイナスからプラスに転じ、制御装置69のメモリ76に記憶されている所定範囲の正常値を逸脱し、CPU74は、燃焼装置1の燃焼が、空気不足による異常であると判定し、例えば送風機41の送風量を増やすか、又は燃料ガス供給弁59と燃料ガス比例弁18のいずれかの開度を小さくするように、送風機41,燃料ガス供給弁59,燃料ガス比例弁18に指令信号を送る。その結果、空燃比が適正となり、空気不足状態による異常燃焼が解消され、比例値「R」は適正な値となる。
As a result, the increase in the second current value “II” due to the incomplete combustion of the
ここで、比例値「R」を算出する計算式の分母の「Σ」は電流値「I+II」であったが、「Σ」の代わりに電流値「I」,又は「II」を採用することもできる。「Σ」の代わりには、特に電流値「I」を採用するのが好ましい。すなわち、電流値「I」は一次火炎24内のイオン濃度に比例する。この一次火炎24内のイオン濃度は、二次火炎68内のイオン濃度と比較して、燃料種類の違いや燃焼量大小の変化をより正確に反映する。そして、電流値「I」を用いて比率を取ることによって、燃料の種類や燃焼量の違いの影響をかなりキャンセルすることができる。この状況を、図6を参照しながら説明する。
Here, “Σ” in the denominator of the calculation formula for calculating the proportional value “R” was the current value “I + II”, but the current value “I” or “II” should be used instead of “Σ”. You can also. It is particularly preferable to adopt the current value “I” instead of “Σ”. That is, the current value “I” is proportional to the ion concentration in the
図6は、本件出願人が行った実験結果を示すグラフであるが、図6のグラフには上記の事象が反映されている。図6(a)は、一次火炎24側の電流値「I」と二次火炎68側の電流値「II」の、燃料未燃成分濃度との関係を示すグラフであり、図6(b)は、燃料ガスにプロパンガスと都市ガスを採用した場合において、両者の比例値「R」と燃料未燃成分濃度の関係を示すグラフであり、図6(c)は、共通電源50の電圧が大きい場合と小さい場合における比例値「R」と燃料未燃成分濃度の関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the results of an experiment conducted by the applicant of the present application, and the above event is reflected in the graph of FIG. FIG. 6A is a graph showing the relationship between the unburned component concentration of the current value “I” on the
図6(a)に示すように、電流値「I」は燃料未燃成分濃度と比例関係にあり、電流値「I」の方が電流値「II」よりも燃料未燃成分濃度との関係が明確である。また、図6(b)に示すように、ガス種(プロパン燃料ガス,都市ガス)が異なっても、比例値「R」と燃料未燃成分濃度の関係はほとんど変化していない。さらに、図6(c)に示すように、共通電源50の電圧が変動しても比例値「R」はほとんど変化しない。
As shown in FIG. 6A, the current value “I” is proportional to the unburned fuel component concentration, and the current value “I” is more related to the unburned fuel component concentration than the current value “II”. Is clear. Further, as shown in FIG. 6B, even if the gas type (propane fuel gas, city gas) is different, the relationship between the proportional value “R” and the unburned fuel component concentration is hardly changed. Further, as shown in FIG. 6C, the proportional value “R” hardly changes even if the voltage of the
なお、実施例1では、「R=Δ/Σ」を演算して、比例値「R」が大きくなると空気(酸素)不足による異常燃焼の傾向があることを検出する例を示したが、「R1=Σ/Δ」とし、比例値「R1」が小さくなることで空気不足による異常燃焼を検出するようにしてもよい。 In the first embodiment, “R = Δ / Σ” is calculated, and when the proportional value “R” increases, it is detected that there is a tendency of abnormal combustion due to air (oxygen) shortage. R1 = Σ / Δ ”and the proportional value“ R1 ”may be decreased to detect abnormal combustion due to air shortage.
また、実施例1では、比例値「R」(又は「R1」)を算出したが、比例値「R」(又は「R1」)を算出する際には、必要に応じて定数を掛けても足してもよい。すなわち比例値「R」は、「R=ε・Δ/Σ+κ」(「R1=ε1・Σ/Δ+κ1」)と演算してもよい。ここでε,κ,ε1,κ1は任意の数である。 In the first embodiment, the proportional value “R” (or “R1”) is calculated. However, when the proportional value “R” (or “R1”) is calculated, a constant may be multiplied as necessary. You may add. That is, the proportional value “R” may be calculated as “R = ε · Δ / Σ + κ” (“R1 = ε1 · Σ / Δ + κ1”). Here, ε, κ, ε1, and κ1 are arbitrary numbers.
ここで、本件出願人が行った実験結果について言及しておく。図5は、本発明を実施した際の検出された電流値と燃料ガスの未燃成分濃度の関係を示すグラフである。曲線A,曲線B,曲線Cのいずれも未燃成分濃度がゼロ付近からわずかに増加しただけで電流値が急激に増大し、その後の電流値は緩やかに増加するか,又はほとんど変化していない。すなわち、二次火炎68雰囲気中は、未燃成分濃度が低いため、正常な燃焼状態であれば、検出される第二電流値「II」は低いが、わずかでも未燃成分濃度が向上すると、急激に第二電流値「II」が高くなる。また、曲線Aと曲線Bは、同じ燃料ガスを燃焼させた際のグラフであるが、曲線Aの方が曲線Bよりも燃焼温度が高い場合のグラフである。言い換えると、曲線Aの場合の方が曲線Bの場合よりも燃焼量が多いために燃焼器の熱損失が少なく、燃焼温度が上昇している。図5のグラフから、燃焼温度が高くなるほど分子がイオン化し易くなり、検出される電流値が高くなることがわかる。
Here, we will mention the results of experiments conducted by the applicant. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the detected current value and the unburned component concentration of the fuel gas when the present invention is implemented. In all of curve A, curve B, and curve C, the current value increases abruptly when the unburned component concentration slightly increases from near zero, and the subsequent current value increases slowly or hardly changes. . That is, in the atmosphere of the
(実施例2)
図4は、本発明を実施した図3の実施例1とは別の燃焼装置の断面略図である。図4に示すように実施例2では、第一交流回路55を流れる電流が、変換部52で第一電流値I(信号値)に変換され、さらに第一電流値IがA/D変換されて制御装置69へ伝送される。同様に、第二交流回路56を流れる電流が、変換部53で第二電流値II(信号値)に変換され、さらに第二電流値IIがA/D変換されて制御装置69へ伝送される。
(Example 2)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a combustion apparatus different from the first embodiment of FIG. 3 in which the present invention is implemented. As shown in FIG. 4, in the second embodiment, the current flowing through the
一次火炎24の第一電流値IのA/D変換値を「D(I)」とし、二次火炎68の第二電流値IIのA/D変換値を「D(II)」とする。これらの個々の変換値「D(I)」,「D(II)」,又はこれらの変換値の和「D(I)+D(II)」を、「ΣD」(シグマ)と表現する。また、変換値「D(I)」と「D(II)」の差の「D(II)−D(I)」を「ΔD」(デルタ)と表現する。さらに、「ΔD」を「ΣD」で除算「ΔD/ΣD」した値を「R2」(比例値)とする。
The A / D conversion value of the first current value I of the
変換値「D(I)」及び「D(II)」は、燃料ガスの種類や燃焼量の大小(タウンダウン比の範囲内)によって相違するが、「ΔD/ΣD」を演算した比例値「R2」では、これらの影響を無くすことができる。また、共通電源50の周波数や電圧が変動することがあったとしても、比例値「R2」はそれらの変動を相殺し、変動の影響を解消することができる。
The conversion values “D (I)” and “D (II)” vary depending on the type of fuel gas and the amount of combustion (within the range of the town down ratio), but the proportional value “ΔD / ΣD” is calculated. In “R2”, these effects can be eliminated. Even if the frequency and voltage of the
制御装置69のメモリ76には、予め燃焼装置1の正常燃焼時における比例値「R2」の範囲を記憶させておく。そして、燃焼装置1の燃焼時に、CPU74は比例値「R2」を算出し、さらに算出した比例値「R2」が、メモリ76に記憶されている正常な比例値の範囲内にあるか否かを判定する。
The
ここで、比例値「R2」を算出する際の分母の「ΣD」は、変換値「D(I)」,「D(II)」,「D(I)+D(II)」のいずれでもよいが、変換値「D(I)」又は「D(I)+D(II)」を採用するのが好ましい。すなわち、変換値「D(I)」は一次火炎内のイオン濃度に比例する。この一次火炎内のイオン濃度は、二次火炎内のイオン濃度と比較して、燃料種類の違いや燃焼量大小の変化をより正確に反映する。なお、実施例2の実験結果のグラフは、実施例1の図6のグラフと同様のグラフになるので、描写は省略する。 Here, the denominator “ΣD” for calculating the proportional value “R2” may be any of the converted values “D (I)”, “D (II)”, and “D (I) + D (II)”. However, it is preferable to adopt the conversion value “D (I)” or “D (I) + D (II)”. That is, the conversion value “D (I)” is proportional to the ion concentration in the primary flame. Compared with the ion concentration in the secondary flame, the ion concentration in the primary flame more accurately reflects the difference in the fuel type and the change in the combustion amount. In addition, since the graph of the experimental result of Example 2 becomes a graph similar to the graph of FIG. 6 of Example 1, description is abbreviate | omitted.
制御装置69が、燃焼が異常であると判定し、上記の措置をとった後、燃焼が正常化されると、制御装置69は、比例値「R2」が予め設定してメモリ76に記憶させた所定範囲を逸脱しないように、送風機41や燃料ガス供給弁59又は燃料ガス比例弁18の開度を調整する。そして、適正なメンテナンスを行うことができるように、制御装置69が燃焼異常であると判定した際には、警報ランプを点滅させるなどして、使用者に注意を喚起することもできる。
When the
実施例2で算出した比例値「R2」も、実施例1の比例値「R」と同様に、必要に応じて定数を掛けても足してもよい。すなわち比例値「R2」の代わりに比例値「R3」として、「R3=ε・ΔD/ΣD+κ」と演算してもよい。ここでε,κは任意の数である。 Similarly to the proportional value “R” in the first embodiment, the proportional value “R2” calculated in the second embodiment may be multiplied by a constant as necessary. That is, instead of the proportional value “R2”, the proportional value “R3” may be calculated as “R3 = ε · ΔD / ΣD + κ”. Here, ε and κ are arbitrary numbers.
1 燃焼装置
2 予混合部材
3 炎孔部材
5 空気流路部材
13 空気流路
14 一次空気
15 空気導入開口
18 燃料ガス比例弁
20、21 先端部開口
24 一次火炎
41 送風機
42 燃料ガス
46 第一燃焼部
50 交流電源
59 燃料ガス供給弁
65 第一プローブ(第一導通部材)
66 第二プローブ(第二導通部材)
67 二次空気
68 二次火炎
69 制御装置
74 CPU
76 メモリ
I 第一電流値
II 第二電流値
D(I) IのA/D変換値(第一A/D変換値)
D(II) IIのA/D変換値(第二A/D変換値)
R,R1,R2,R3 比例値
Σ I+IIの電流値
ΣD D(I)とD(II)の和
Δ IIとIの差の電流値
ΔD D(I)とD(II)の差
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
66 Second probe (second conducting member)
67
76 Memory I First current value
II Second current value D (I) I A / D conversion value (first A / D conversion value)
A / D conversion value of D (II) II (second A / D conversion value)
R, R1, R2, R3 Proportional value ΣI + II current value ΣD D (I) and D (II) sum Δ II and I difference between current values ΔD D (I) and D (II)
Claims (4)
前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、
検出した第一電流値と第二電流値の和,第一電流値,第二電流値のうちのいずれかと、第二電流値と第一電流値の差の比率を含む計算式で燃焼状態を判定することを特徴とする燃焼装置。 In a combustion apparatus in which an oxygen-deficient mixture formed by mixing primary air and fuel gas undergoes primary combustion, and further receives secondary air supply to perform secondary combustion.
The first conductive member is disposed in the primary combustion flame, the second conductive member is disposed in the secondary combustion flame, and a voltage is further applied to the primary combustion flame and the secondary combustion flame. And detecting a first current value flowing in the primary combustion flame and a second current value flowing in the secondary combustion flame,
The combustion state is calculated by a calculation formula including the sum of the detected first current value and the second current value, the first current value, the second current value, and the ratio of the difference between the second current value and the first current value. The combustion apparatus characterized by determining.
前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、
第一電流値の第一A/D変換値と第二電流値の第二A/D変換値の和,第一A/D変換値,第二A/D変換値のうちのいずれかと、第二A/D変換値と第一A/D変換値の差の比率を含む計算式で燃焼状態を判定することを特徴とする燃焼装置。 In a combustion apparatus in which an oxygen-deficient mixture formed by mixing primary air and fuel gas undergoes primary combustion, and further receives secondary air supply to perform secondary combustion.
The first conductive member is disposed in the primary combustion flame, the second conductive member is disposed in the secondary combustion flame, and a voltage is further applied to the primary combustion flame and the secondary combustion flame. And detecting a first current value flowing in the primary combustion flame and a second current value flowing in the secondary combustion flame,
A sum of the first A / D conversion value of the first current value and the second A / D conversion value of the second current value, the first A / D conversion value, the second A / D conversion value, and the first A combustion apparatus for determining a combustion state by a calculation formula including a ratio of a difference between a second A / D conversion value and a first A / D conversion value.
前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、
前記第一導電性部材で検出した第一電流値と第二導電性部材で検出した第二電流値の和,第一電流値,第二電流値のうちのいずれかと、第二電流値と第一電流値の差の比率の大小によって、供給空気量と供給燃料ガス量のうちの少なくとも一方を制御することを特徴とする燃焼装置。 In a combustion apparatus in which an oxygen-deficient mixture formed by mixing primary air and fuel gas undergoes primary combustion, and further receives secondary air supply to perform secondary combustion.
The first conductive member is disposed in the primary combustion flame, the second conductive member is disposed in the secondary combustion flame, and a voltage is further applied to the primary combustion flame and the secondary combustion flame. And detecting a first current value flowing in the primary combustion flame and a second current value flowing in the secondary combustion flame,
The sum of the first current value detected by the first conductive member and the second current value detected by the second conductive member, the first current value, the second current value, the second current value and the first current value A combustion apparatus that controls at least one of a supply air amount and a supply fuel gas amount according to a difference ratio of one current value.
前記一次燃焼の火炎中に第一導電性部材を配置し、二次燃焼の火炎中に第二導電性部材を配置し、さらに前記一次燃焼の火炎と二次燃焼の火炎に電圧を印加する共通の交流電源を設けて、前記一次燃焼の火炎中を流れる第一電流値と二次燃焼の火炎中を流れる第二電流値とを検出し、
前記第一導電性部材で検出した第一電流値の第一A/D変換値と、第二導電性部材で検出した第二電流値の第二A/D変換値の和,第一A/D変換値,第二A/D変換値のうちのいずれかと、第二A/D変換値と第一A/D変換値の差の比率の大小によって、供給空気量と供給燃料ガス量のうちの少なくとも一方を制御することを特徴とする燃焼装置。 In a combustion apparatus in which an oxygen-deficient mixture formed by mixing primary air and fuel gas undergoes primary combustion, and further receives secondary air supply to perform secondary combustion.
The first conductive member is disposed in the primary combustion flame, the second conductive member is disposed in the secondary combustion flame, and a voltage is further applied to the primary combustion flame and the secondary combustion flame. And detecting a first current value flowing in the primary combustion flame and a second current value flowing in the secondary combustion flame,
The sum of the first A / D conversion value of the first current value detected by the first conductive member and the second A / D conversion value of the second current value detected by the second conductive member, first A / Of the supplied air amount and the supplied fuel gas amount, depending on the D conversion value, the second A / D conversion value, and the ratio of the difference between the second A / D conversion value and the first A / D conversion value. A combustion apparatus that controls at least one of the above.
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