JP2020183844A - 点火システム及び燃焼器 - Google Patents
点火システム及び燃焼器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020183844A JP2020183844A JP2019088968A JP2019088968A JP2020183844A JP 2020183844 A JP2020183844 A JP 2020183844A JP 2019088968 A JP2019088968 A JP 2019088968A JP 2019088968 A JP2019088968 A JP 2019088968A JP 2020183844 A JP2020183844 A JP 2020183844A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- dielectric barrier
- ignition
- barrier discharge
- coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 83
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 55
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 51
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 abstract description 22
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 20
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 abstract description 20
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 ammonia compound Chemical class 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
【課題】新たな制御装置を追加することなしに、難燃性のアンモニアを効率良く燃焼させる点火システムを提供する。【解決手段】一次電流が流れる一次コイルと、一次電流の増減により二次電流を発生させる二次コイルとを有する点火コイルと、二次コイルに電気的に接続された放電極を一端に有する点火プラグと、誘電体バリア放電を発生させる誘電体バリア放電リアクタとを備え、点火プラグの放電極と誘電体バリア放電リアクタとが電気的に接続される。【選択図】図２
Description
本発明は点火システム及び燃焼器に関し、より詳しくは、難燃性のアンモニア等を燃料とする点火システム及び燃焼器に関する。
近年、二酸化炭素の排出量削減に要求に伴い、炭素系の燃料に代わる燃料として、燃焼しても二酸化炭素を排出しないアンモニアへの期待が高まっている。一方で、アンモニアは、難燃性燃料であって、炭素系の燃料と比較すると、点火（着火）しにくく燃焼速度が遅いという特性を有している。具体的には、炭素系燃料を点火するのに必要とするエネルギーが８０ｍＪから１２０ｍＪ程度であるのに対して、アンモニアを点火するには４００ｍＪから６００ｍＪ程度のエネルギーが必要となる。そして、アンモニアの層流燃焼速度は、炭素系燃料（例えばメタンやプロパンなどの一般的な炭化水素系燃料）の層流燃焼速度よりも約７倍程度遅い。
この難燃性のアンモニアを燃料とした燃焼器における点火システムでは、燃料の不完全燃焼により、未燃のアンモニアや窒素酸化物が生成されることがある。そこで、アンモニアを効率よく燃焼させるための技術が種々提案されている。例えば、アンモニアを燃焼させる前に易燃性の水素ガス（水素分子）を供給し、先ずこの水素ガスを点火させた後にアンモニアを供給することにより難燃性のアンモニアを効率良く燃焼させる技術がある。
一方、アンモニアを原料ガスとして水素ガスを生成する技術がある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、高電圧電源により電圧を電極に印加させることで、該電極と電極との間で誘電体バリア放電を発生させ、該放電によってアンモニアを大気圧非平衡プラズマ状態とした後に水素原子を取り出しこれらを再結合させて水素ガスを生成する技術が開示されている。
しかしながら、上述したアンモニアを効率良く燃焼させる技術において、必要とする水素ガスの生成に特許文献１の技術を採用する場合には、誘電体バリア放電を発生させるための制御装置を別途必要とし、非常にコストが高くなるという問題があった。
本発明の目的は上記の問題点を解決し、新たな制御装置を追加することなしに、難燃性のアンモニアを効率良く燃焼させる点火システム等を提供することにある。
本発明に係る点火システムは、一次電流が流れる一次コイルと、前記一次電流の増減により二次電流を発生させる二次コイルとを有する点火コイルと、前記二次コイルに電気的に接続された放電極を一端に有する点火プラグと、誘電体バリア放電を発生させる誘電体バリア放電リアクタとを備え、前記点火プラグの放電極と誘電体バリア放電リアクタとが電気的に接続される。
この発明の点火システムでは、同一のパルス信号を用いて点火プラグに対する点火放電と、難燃性の高いアンモニアガスをプラズマ化するための誘電体バリア放電とを行うことが可能となる。従って、上述したアンモニアを効率良く燃焼させる技術において、必要とする水素ガスの生成に誘電体バリア放電を発生させるための制御装置を別途必要とすることがないので、製造コストの上昇を抑制することが可能となる。
一実施形態の点火システムでは、前記二次コイルと前記点火プラグの放電極との間にツェナーダイオードまたは抵抗が接続される。
この発明の点火システムでは、二次コイルから点火プラグに供給するエネルギーを調整することが可能となる。
一実施形態の点火システムでは、前記二次コイルと前記誘電体バリア放電リアクタとの間にツェナーダイオードまたは抵抗が接続される。
この発明の点火システムでは、二次コイルから誘電体バリア放電リアクタに供給するエネルギーを調整することが可能となる。
一実施形態の点火システムでは、前記一次コイルに接続されたバッテリーと、前記一次コイルの一次電流の増減を制御する点火コイル駆動用回路とをさらに備え、前記点火コイル用駆動回路は、前記点火コイルの一次コイルに接続されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子の通電または遮断を制御する駆動部とを備え、前記駆動部は、バッテリーの電圧及び前記一次コイルと前記スイッチング素子との間の電圧のうちの少なくとも一つの電圧に基づいて前記スイッチング素子の通電または遮断を制御する。
この発明の点火システムでは、二次コイルの両端間電圧は、一次コイルの両端間電圧に巻き数比を乗じた値となるので、二次コイルの両端間電圧の値を容易に把握することが可能となる。
一実施形態の点火システムでは、前記誘電体バリア放電によりアンモニアガスを改質して、アンモニアガスよりも燃焼性が高い水素ガスを生成する改質器をさらに備え、前記駆動部は、前記改質器内における前記誘電体バリア放電を制御する。
この発明の点火システムでは、点火プラグの点火動作を制御する駆動部において、アンモニアガスを改質してアンモニアガスよりも燃焼性が高い水素ガスを生成する誘電体バリア放電を制御することが可能となる。従って、上述したアンモニアガスを効率良く燃焼させる技術において、必要とする水素ガスの生成に誘電体バリア放電を発生させるための制御装置を別途必要とすることがないので、製造コストの上昇を抑制することが可能となる。
別の局面では、本発明の燃焼器は、
投入された燃料が内部で燃焼される燃焼器本体と、
前記燃焼器本体内に設けられ、第１燃料を前記燃焼器本体内に旋回気流として送り込むスワラと、
誘電体バリア放電により前記第１燃料を改質して、前記第１燃料よりも燃焼性が高い第２燃料を生成する改質器と、
前記燃焼器本体内に前記第１燃料よりも燃焼性が高い第２燃料を噴出するパイロットバーナと、
前記パイロットバーナを点火する点火プラグと、
前記点火プラグの点火動作を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記改質器内の前記誘電体バリア放電を制御する。
投入された燃料が内部で燃焼される燃焼器本体と、
前記燃焼器本体内に設けられ、第１燃料を前記燃焼器本体内に旋回気流として送り込むスワラと、
誘電体バリア放電により前記第１燃料を改質して、前記第１燃料よりも燃焼性が高い第２燃料を生成する改質器と、
前記燃焼器本体内に前記第１燃料よりも燃焼性が高い第２燃料を噴出するパイロットバーナと、
前記パイロットバーナを点火する点火プラグと、
前記点火プラグの点火動作を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記改質器内の前記誘電体バリア放電を制御する。
この発明の燃焼器では、点火プラグの点火動作を制御する制御手段において、第１燃料を改質して第１燃料よりも燃焼性が高い第２燃料を生成する誘電体バリア放電を制御することが可能となる。従って、上述したアンモニアガスを効率良く燃焼させる技術において、必要とする水素ガスの生成に誘電体バリア放電を発生させるための制御装置を別途必要とすることがないので、製造コストの上昇を抑制することが可能となる。
一実施形態の燃焼器では、前記第１燃料はアンモニアガスであり、前記第２燃料は水素ガスである。
この一実施形態の燃焼器では、第１燃料がアンモニアガスであり、第２燃料が水素ガスであるので、パイロット火炎が予混合気を燃焼させて予混合火炎を形成するための火移りがより効率的となる。
本発明に係る点火システムによれば、点火プラグに対する点火放電を制御する制御装置と、難燃性の高いアンモニアガスをプラズマ化するための誘電体バリア放電を制御する制御装置とを共通とすることが可能となる。従って、上述したアンモニアを効率良く燃焼させる技術において、必要とする水素ガスの生成に誘電体バリア放電を発生させるための制御装置を別途必要とすることがないので、製造コストの上昇を抑制することが可能となる。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態．
図１は本発明の実施形態に係る燃焼器２の一部切り欠き側面図及びその周辺の構成要素を示すブロック図である。図１の燃焼器２は、筒状の耐熱ガラス製又はステンレス製であって、投入された燃料が内部で燃焼される燃焼器本体４と、該燃焼器本体４内に燃料が送り込まれる円形状の投入口２２と、該投入口２２に位置し、燃焼器本体４内に設けられたスワラ（旋回羽根）２３と、難燃性の高いアンモニアガス（第１燃料）を格納する燃料タンク１２ａと、誘電体バリア放電によりアンモニアガスを改質して、該アンモニアガスよりも燃焼性が高い水素ガス（第２燃料）を生成して燃焼器本体４内に供給する水素生成装置である改質器１３と、酸化剤である空気を供給するエアコンプレッサ１２ｂと、アンモニアガス、水素ガス及び空気の供給量をそれぞれ調整するバルブ２１と、燃焼器本体４の底部１８に支持されるパイロットバーナ１４と、該パイロットバーナ１４近傍にはパイロットバーナ１４を点火する点火プラグ７と、該点火プラグ７の点火動作及び改質器１３での誘電体バリア放電の双方を制御する制御手段である制御装置１とを備えて構成される。
図１は本発明の実施形態に係る燃焼器２の一部切り欠き側面図及びその周辺の構成要素を示すブロック図である。図１の燃焼器２は、筒状の耐熱ガラス製又はステンレス製であって、投入された燃料が内部で燃焼される燃焼器本体４と、該燃焼器本体４内に燃料が送り込まれる円形状の投入口２２と、該投入口２２に位置し、燃焼器本体４内に設けられたスワラ（旋回羽根）２３と、難燃性の高いアンモニアガス（第１燃料）を格納する燃料タンク１２ａと、誘電体バリア放電によりアンモニアガスを改質して、該アンモニアガスよりも燃焼性が高い水素ガス（第２燃料）を生成して燃焼器本体４内に供給する水素生成装置である改質器１３と、酸化剤である空気を供給するエアコンプレッサ１２ｂと、アンモニアガス、水素ガス及び空気の供給量をそれぞれ調整するバルブ２１と、燃焼器本体４の底部１８に支持されるパイロットバーナ１４と、該パイロットバーナ１４近傍にはパイロットバーナ１４を点火する点火プラグ７と、該点火プラグ７の点火動作及び改質器１３での誘電体バリア放電の双方を制御する制御手段である制御装置１とを備えて構成される。
図１の点火プラグ７は、先端部が鉤状である放電極７ａと、先端部が鉤状である接地電極７ｂとを有し、放電極７ａ及び接地電極７ｂは底部１８から燃焼器本体４の内部に突出するようにそれぞれ形成されている。なお、放電極７ａには、制御装置１から高電圧が印加され、これにより、放電極７ａの先端部と接地電極７ｂの先端部との間に火花が発生し、パイロットバーナ１４から噴出された水素ガスに点火される。
図１の燃焼器本体４は、重力方向Ｘに細長い筒状の耐熱ガラス製又はステンレス製の胴部２５と、該胴部２５の上側開口部を覆う蓋部２０と、該胴部２５の下側開口部を覆う底部１８とを備えて構成される。図１の底部１８の中央部（中心部）には、難燃性のアンモニアガスが燃焼器本体４内に送り込まれる円形状の投入口２２が設けられる。また、図１の蓋部２０の中央部には炎が噴出する出力口２４が設けられている。
スワラ２３は、燃焼器本体４を水平に切断したときの中心部付近で燃焼器本体４の底部１８に支持されている。このスワラ２３は介してアンモニアガスが燃焼器本体４内に旋回気流Ｓ１として送り込まれる。ここで、アンモニアガスは燃料タンク１２ａに接続されたバルブ２１と、エアコンプレッサ１２ｂに接続されたバルブ２１とを調整することにより、所定の濃度のアンモニアガスを燃焼器本体４内に旋回気流Ｓ１として送り込むことが可能となる。なお、投入口２２から流れ込んだ旋回気流Ｓ１は、旋回しながら燃焼器本体４の内壁（内周面）に沿うように広がりつつ上方に進む。燃焼器本体４の中央部分のアンモニアガスは、この流れに引っ張られ、燃焼器本体４の中央部分では、アンモニアガスは渦巻き状となりながら、下方から上方に流れる。
また、パイロットバーナ１４は、スワラ２３の外部領域に複数配設される。詳細には、パイロットバーナ１４は、スワラ２３に対して同心で投入口２２の周縁部（スワラ２３の周縁部）を取り囲むように円周方向に等ピッチで燃焼器本体４の内壁近傍に複数配設されており、アンモニアガスよりも燃焼性が高い水素ガスを噴出する。ここで、水素ガスは改質器１３に接続されたバルブ２１と、エアコンプレッサ１２ｂに接続されたバルブ２１とを調整することにより、所定の濃度の水素ガスを各パイロットバーナ１４に送り込むことが可能となる。
図１の改質器１３は、アンモニアガス流路を規定する誘電体と、該誘電体に接して配置される高電圧電極と、誘電体を挟んで高電圧電極に対向し、アースされて接地電極として機能する水素分離膜と、該水素分離膜が分離した水素を導出する水素流路と、高電圧電極に対して、両極性パルス波形を印加し、水素分離膜と高電圧電極との間で誘電体バリア放電を発生させる高電圧電源とを備えて構成されている。ここで、水素分離膜と高電圧電極との間の放電作用によって、アンモニアガスから水素ガスを高収率に生成することが可能となる。すなわち、図１の改質器１３はプラズマ方式の水素生成装置である。
図２は図１の制御装置１を備えた点火システム１０の構成要素を示すブロック図である。図２の点火システム１０は、点火プラグ７と、改質器１３内に配置され、誘電体バリア放電を発生させて分子結合を弱くさせる誘電体バリア放電リアクタ８と、点火プラグ７の点火動作及び誘電体バリア放電を制御する制御手段である制御装置１とを備えて構成される。ここで、点火プラグ７の放電極７ａと誘電体バリア放電リアクタ８とは電気的に接続されている。
図２の制御装置１は、点火コイル用駆動回路３０と、点火コイル５と、負極の−側端子が接地された電源部であるバッテリー６とを備えて構成される。点火コイル５は、一次コイルＬ１と、二次コイルＬ２と、鉄心とを備えて構成される。一次コイルＬ１の一端は、二次コイルＬ２の一端と、バッテリー６の正極の＋側端子に接続されており、一次コイルＬ１の他端は、一次電流入力用端子を介して、後述する絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、単に「ＩＧＢＴ」と称す。）３１のコレクタ端子に接続されている。二次コイルＬ２の他端は、点火プラグ７及び誘電体バリア放電リアクタ８に電気的に接続される。
点火コイル用駆動回路３０は、一次コイルＬ１に流れる一次電流Ｉ１に応じた電圧を検出する電流検出部４０と、スイッチング素子であるＩＧＢＴ３１と、該ＩＧＢＴ３１のスイッチング動作を制御する駆動部３２とを備えて構成される。また、電流検出部４０は、基準電圧Ｖｒｅｆを有する電源４２と、比較器４１と、ＩＧＢＴ３１に流れる電流を検出する抵抗４３とを備えて構成される。ここで、抵抗４３の一端はＩＧＢＴ３１のエミッタ端子Ｅに接続され、抵抗４３の他端は接地されている。
比較器４１は、ＩＧＢＴ３１に流れる電流Ｉ１に相当する抵抗４３の両端電圧差（一次コイルＬ１に流れる一次電流Ｉ１に応じた検出電圧）の値を非反転入力端子に入力し、基準電圧Ｖｒｅｆの値を反転入力端子に入力する。ここで、比較器４１は、抵抗４３の両端電圧差と、基準電圧Ｖｒｅｆとの値を比較して当該比較結果信号ＣＯを発生して駆動部３２に出力する。すなわち、比較器４１は、抵抗４３の両端電圧差が基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きいときは比較結果信号ＣＯとしてハイレベル信号（Ｈ）を出力し、抵抗４３の両端電圧差が基準電圧Ｖｒｅｆ以下であるときは比較結果信号ＣＯとしてローレベル信号（Ｌ）を出力する。
駆動部３２は、燃焼制御に関する制御処理や演算処理を行うＣＰＵや燃焼制御に必要なデータやプログラム等を記憶して保持する各種メモリなどを含み、ＣＰＵの処理結果に基づき、燃焼パラメータに応じた所定のパルス幅を有するパルス信号を点火信号Ｓとして生成し、該点火信号Ｓに基づいて、ＩＧＢＴ３１の通電または遮断を制御する。また、駆動部３２は、比較結果信号ＣＯに基づいて、一次電流Ｉ１が所定のしきい値を超えないように、ＩＧＢＴ３１の制御端子の電圧を制御する。すなわち、電流検出部４０は、過電流保護回路として機能する。ここで、各種メモリには、ハードディスク（ＨＤＤ）、フラッシュメモリ、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）のような不揮発性の記録媒体などが含まれる。
以上のように構成された燃焼器２の作用効果について以下に説明する。
図１の燃焼器２による燃料の燃焼方法では、燃焼の開始時では、燃焼性の高い水素ガスが各パイロットバーナ１４に送り込まれて、先ずこの水素ガスを点火させる。この水素ガスを点火させた後に難燃性の高いアンモニアガスを供給する。
ここで、先ず、各パイロットバーナ１４から噴出された水素ガスが点火プラグ７により点火されてパイロット火炎が形成される。次に、難燃性の高いアンモニアガスがスワラ２３を介して、燃焼器本体４内に旋回気流Ｓ１として送り込まれる。ここで、各パイロットバーナ１４のパイロット火炎からアンモニアガスに火移りし、予混合火炎を形成し、出力口２４から炎が噴出される。
この構成により、先ずは燃焼性の高い水素ガスを燃焼させて円周方向において安定した火炎を形成した後に難燃性の高いアンモニアガスへの火移りの効率を向上させることにより、該アンモニアガスの燃焼をより安定させることが可能となる。従って、アンモニアガスの燃焼をより安定させることが可能となるので、難燃性の高いアンモニアガスによる火炎を形成させてより安定的にアンモニアガスを燃焼させることが可能となる。ここで、「アンモニアによる火炎を形成させて安定的にアンモニアを燃焼させる」という効果には、燃料が燃焼状態を変化させる状態である燃焼変動を小さくするという効果を含み、さらには、燃焼が間歇的に起こることによる燃焼ガス圧の脈動に起因する装置全体を震わせる現象である燃焼振動を小さくするという効果も含んでいる。
上述したように、図１の燃焼器２では、難燃性の高いアンモニアガスを燃焼させる前に燃焼性の高い水素ガスに燃焼させた後にアンモニアガスに火移りさせてアンモニアガスを安定的に燃焼させている。本発明では、誘電バリア放電を利用してアンモニアガスから水素ガスを分離生成しており、この誘電バリア放電と点火プラグ７の火花放電とが共通の制御装置１において制御されることを特徴としている。以下に、図２の点火システム１０の動作について説明する。
図３は図２の点火システム１０の動作を示す各信号のタイミングチャートである。ここで、図３はパルス信号である点火信号ＳがＩＧＢＴ３１に入力されたときの点火システム１０の動作について説明したタイミングチャートである。
図３（ａ）は点火信号Ｓの時間ｔに対する振幅レベルの変化を示す時間軸波形図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の点火信号Ｓの時間軸波形図と経過時間軸を共通にし、二次コイルＬ２に誘起される二次電圧Ｖの時間ｔに対する振幅レベルの変化を示す時間軸波形図である。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、最初の１パルスでは、一次コイルＬ１に流れる一次電流Ｉ１の通電及び遮断を制御するＩＧＢＴ３１に入力される点火信号Ｓは、時間ｔ０から時間ｔ１までハイレベル信号である。ここで、時間ｔ０のとき、ＩＧＢＴ３１はオンされ一次コイルＬ１に流れる一次電流Ｉ１の通電が開始され、一次コイルＬ１のＬ成分により一次電流Ｉ１は徐々に上昇していく。ここで、一次電流Ｉ１が上昇し始めると同時に二次電圧Ｖはオン時電圧Ｖ３まで急峻に立ち上がった後にＩＧＢＴ３１のオン期間（時間期間Ｔ１）にわたって徐々に減衰していく。この減衰は、バッテリー６の内部抵抗及びバッテリー６と一次コイルＬ１との間の配線抵抗により、一次コイルＬ１に流れる一次電流Ｉ１の電流量に応じて一次コイルＬ１の両端間電圧が徐々に下降することに起因する。すなわち、二次コイルＬ２の両端間電圧は一次コイルＬ１の両端間電圧にそれぞれのコイルの巻き数比を乗じた値となるので、一次コイルＬ１の両端間電圧の下降に応じて二次コイルＬ２の両端間電圧である二次電圧Ｖは電圧Ｖ４まで徐々に下降することとなる。これにより、誘電体バリア放電リアクタ８に正極性のパルス電圧が印加される。
次に、時間ｔ１のとき、点火信号Ｓはローレベルとなり、ＩＧＢＴ３１は遮断され、一次電流Ｉ１はゼロとなる。これにより、一次電流Ｉ１が急変動すると、これに応じて二次コイルＬ２が励起され、数百Ｖの高電圧を発生する。この高電圧を受けて、点火プラグ７で火花放電が生じるとともに誘電体バリア放電リアクタ８に負極性のパルス電圧が印加されて誘電体バリア放電が生じる。詳細には、ＩＧＢＴ３１が遮断したタイミングにおいて二次コイルＬ２に発生する二次電圧Ｖの極性がＩＧＢＴ３１のオン時電圧降下とは逆向きとなり、二次コイルＬ２の二次電圧Ｖは負極性の高電圧（容量放電電圧Ｖ１）まで急峻に立ち上がる。そして、二次電圧Ｖが急峻に立ち上がった直後には、ＩＧＢＴ３１のオフ期間（時間期間Ｔ２）中には二次電圧Ｖは電圧Ｖ２となる。なお、電圧Ｖ２は誘導放電電圧と言われ、点火プラグ７と誘電体バリア放電リアクタ８との物理的な距離などで決定される。
上述したオン時電圧Ｖ３及び容量放電電圧Ｖ１はそれぞれ次式により算出することができる。ここで、Ｖｂはバッテリー６の電源電圧であり、ｎ１は一次コイルＬ１の巻き数であり、ｎ２は二次コイルＬ２の巻き数であり、ＶｃｌはＩＧＢＴ３１のクランプ電圧であり、Ｖ１は容量放電電圧であり、Ｖ３はオン時電圧である。
なお、上述した最初の１パルス信号（時間ｔ０〜時間ｔ２）以降のパルス信号（時間ｔ２以降のパルス信号）についても最初の１パルス信号と同様の動作が繰り返される。
上述したように、ＩＧＢＴ３１がオフするタイミングにおいて、点火プラグ７で火花放電が生じる。すなわち、図３を参照すると、時間ｔ１、ｔ３、ｔ５のときに点火プラグ７で火花放電が生じる。
また、二次コイルＬ２の両端間電圧である二次電圧Ｖは、ＩＧＢＴ３１のオン期間（時間期間Ｔ１）では正極性のパルス電圧として誘電体バリア放電リアクタ８に印加され、ＩＧＢＴ３１のオフ期間（時間期間Ｔ２）では負極性のパルス電圧として誘電体バリア放電リアクタ８に印加される。すなわち、図３を参照すると、時間ｔ０、ｔ２、ｔ４のときに正極性のパルス電圧が誘電体バリア放電リアクタ８に印加され、時間ｔ１、ｔ３、ｔ５のときに負極性のパルス電圧が誘電体バリア放電リアクタ８に印加される。これにより、正極性及び負極性の極性が反転するタイミングで誘電体バリア放電が発生し、難燃性の高いアンモニアガスが大気圧非平衡プラズマ化されてアンモニアガスよりも燃焼性が高い水素ガスをアンモニアガスから分離生成することが可能となる。
以上の実施形態に係る点火システム１０によれば、同一のパルス信号を用いて点火プラグ７に対する点火放電と、難燃性の高いアンモニアガスをプラズマ化するための誘電体バリア放電とを行うことが可能となる。従って、上述したアンモニアを効率良く燃焼させる技術において、必要とする水素ガスの生成に誘電体バリア放電を発生させるための制御装置を別途必要とすることがないので、製造コストの上昇を抑制することが可能となる。
また、本実施形態では、難燃性燃料としてアンモニアを用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、難燃性燃料としてアンモニア化合物や他の難燃性燃料を用いてもよく、さらに、それらを主原料として炭素系化合物などの他の物質が混合されていてもよい。すなわち、本発明は、投入された燃料が内部で燃焼される燃焼器本体と、燃焼器本体内に設けられ、第１燃料を燃焼器本体内に旋回気流として送り込むスワラと、誘電体バリア放電により第１燃料を改質して、第１燃料よりも燃焼性が高い第２燃料を生成する改質器と、燃焼器本体内に第１燃料よりも燃焼性が高い第２燃料を噴出するパイロットバーナと、パイロットバーナを点火する点火プラグと、点火プラグの点火動作を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、改質器内の誘電体バリア放電を制御する燃焼器においても適用することが可能である。
また、本実施形態では、各種メモリに保持されている燃焼制御に関する制御処理や演算処理を行うＣＰＵや燃焼制御に必要なデータやプログラム等を用いて駆動部３２はＩＧＢＴ３１の通電または遮断を制御するように構成されたが、本発明はこれに限定されない。例えば、駆動部３２は、バッテリー６の電圧及び一次コイルＬ１とスイッチング素子であるＩＧＢＴ３１との間の電圧のうちの少なくとも一つの電圧に基づいてＩＧＢＴ３１の通電または遮断を制御するように構成されてもよい。この場合においても、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。さらに、本実施形態と比較すると、二次コイルＬ２の両端間電圧は、一次コイルＬ１の両端間電圧に巻き数比を乗じた値となるので、二次コイルＬ２の両端間電圧の値を容易に把握することが可能となる。
さらに、本実施形態では、二次コイルＬ２から改質器１３及び点火プラグ７に直接的にエネルギーを供給するように構成されたが、本発明はこれに限定されない。例えば、二次コイルＬ２と点火プラグ７の放電極７ａとの間にツェナーダイオードまたは抵抗が接続されるように構成されてもよいし、もしくは二次コイルＬ２と誘電体バリア放電リアクタ８との間にツェナーダイオードまたは抵抗が接続されるように構成されてもよい。この場合においても、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。さらに、本実施形態と比較すると、二次コイルＬ２から改質器１３及び点火プラグ７に供給するエネルギーを調整することが可能となる。
本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ 制御装置
２ 燃焼器
４ 燃焼器本体
５ 点火コイル
６ バッテリー
７ 点火プラグ
８ 誘電体バリア放電リアクタ
１０ 点火システム
１３ 改質器
１４ パイロットバーナ
１８ 底部
２０ 蓋部
２１ バルブ
２２ 投入口
２３ スワラ
２４ 出力口
２ 燃焼器
４ 燃焼器本体
５ 点火コイル
６ バッテリー
７ 点火プラグ
８ 誘電体バリア放電リアクタ
１０ 点火システム
１３ 改質器
１４ パイロットバーナ
１８ 底部
２０ 蓋部
２１ バルブ
２２ 投入口
２３ スワラ
２４ 出力口
Claims (7)
- 一次電流が流れる一次コイルと、前記一次電流の増減により二次電流を発生させる二次コイルとを有する点火コイルと、
前記二次コイルに電気的に接続された放電極を一端に有する点火プラグと、
誘電体バリア放電を発生させる誘電体バリア放電リアクタとを備え、
前記点火プラグの放電極と前記誘電体バリア放電リアクタとが電気的に接続される点火システム。 - 前記二次コイルと前記点火プラグの放電極との間にツェナーダイオードまたは抵抗が接続される請求項１記載の点火システム。
- 前記二次コイルと前記誘電体バリア放電リアクタとの間にツェナーダイオードまたは抵抗が接続される請求項１又は２記載の点火システム。
- 前記一次コイルに接続されたバッテリーと、前記一次コイルの一次電流の増減を制御する点火コイル駆動用回路とをさらに備え、
前記点火コイル用駆動回路は、
前記点火コイルの一次コイルに接続されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の通電または遮断を制御する駆動部とを備え、
前記駆動部は、バッテリーの電圧及び前記一次コイルと前記スイッチング素子との間の電圧のうちの少なくとも一つの電圧に基づいて前記スイッチング素子の通電または遮断を制御する請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の点火システム。 - 前記誘電体バリア放電により第１燃料を改質して、前記第１燃料よりも燃焼性が高い第２燃料を生成する改質器をさらに備え、
前記駆動部は、前記改質器内における前記誘電体バリア放電を制御する請求項４記載の点火システム。 - 投入された燃料が内部で燃焼される燃焼器本体と、
前記燃焼器本体内に設けられ、第１燃料を前記燃焼器本体内に旋回気流として送り込むスワラと、
誘電体バリア放電により前記第１燃料を改質して、前記第１燃料よりも燃焼性が高い第２燃料を生成する改質器と、
前記燃焼器本体内に前記第１燃料よりも燃焼性が高い第２燃料を噴出するパイロットバーナと、
前記パイロットバーナを点火する点火プラグと、
前記点火プラグの点火動作を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記改質器内の前記誘電体バリア放電を制御する燃焼器。 - 前記第１燃料はアンモニアガスであり、前記第２燃料は水素ガスである請求項６記載の燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019088968A JP7324044B2 (ja) | 2019-05-09 | 2019-05-09 | 点火システム及び燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019088968A JP7324044B2 (ja) | 2019-05-09 | 2019-05-09 | 点火システム及び燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020183844A true JP2020183844A (ja) | 2020-11-12 |
| JP7324044B2 JP7324044B2 (ja) | 2023-08-09 |
Family
ID=73044188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019088968A Active JP7324044B2 (ja) | 2019-05-09 | 2019-05-09 | 点火システム及び燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7324044B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022109395A (ja) * | 2021-01-15 | 2022-07-28 | 中外炉工業株式会社 | 工業炉 |
| WO2023153040A1 (ja) * | 2022-02-10 | 2023-08-17 | 株式会社Ihi | フレアスタックおよびフレアスタックを備えるシステム |
| WO2023234110A1 (ja) * | 2022-05-31 | 2023-12-07 | 株式会社豊田自動織機 | 燃焼器及びアンモニアエンジンシステム |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0437642Y2 (ja) * | 1987-02-16 | 1992-09-03 | ||
| JPH06323229A (ja) * | 1993-04-22 | 1994-11-22 | Robert Bosch Gmbh | 内燃機関用点火装置 |
| JP2016196849A (ja) * | 2015-04-03 | 2016-11-24 | 株式会社デンソー | 内燃機関用点火制御装置 |
| JP2018021519A (ja) * | 2016-08-04 | 2018-02-08 | 株式会社デンソー | 点火制御システム |
| JP2018188315A (ja) * | 2017-04-28 | 2018-11-29 | 国立大学法人岐阜大学 | 水素生成装置 |
-
2019
- 2019-05-09 JP JP2019088968A patent/JP7324044B2/ja active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0437642Y2 (ja) * | 1987-02-16 | 1992-09-03 | ||
| JPH06323229A (ja) * | 1993-04-22 | 1994-11-22 | Robert Bosch Gmbh | 内燃機関用点火装置 |
| JP2016196849A (ja) * | 2015-04-03 | 2016-11-24 | 株式会社デンソー | 内燃機関用点火制御装置 |
| JP2018021519A (ja) * | 2016-08-04 | 2018-02-08 | 株式会社デンソー | 点火制御システム |
| JP2018188315A (ja) * | 2017-04-28 | 2018-11-29 | 国立大学法人岐阜大学 | 水素生成装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022109395A (ja) * | 2021-01-15 | 2022-07-28 | 中外炉工業株式会社 | 工業炉 |
| WO2023153040A1 (ja) * | 2022-02-10 | 2023-08-17 | 株式会社Ihi | フレアスタックおよびフレアスタックを備えるシステム |
| WO2023234110A1 (ja) * | 2022-05-31 | 2023-12-07 | 株式会社豊田自動織機 | 燃焼器及びアンモニアエンジンシステム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7324044B2 (ja) | 2023-08-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7236348B2 (ja) | アンモニアの燃焼方法及びアンモニアの燃焼システム | |
| JP7324044B2 (ja) | 点火システム及び燃焼器 | |
| US10508637B2 (en) | Ignition control system | |
| JP6615461B2 (ja) | イグナイタランスおよびイグナイタランスを有するバーナを作動させる方法 | |
| JP5216369B2 (ja) | バーナおよびその運転方法 | |
| US20170096979A1 (en) | Ignition device controlling streamer discharge and arc discharge | |
| Korolev et al. | Nonsteady-state processes in a plasma pilot for ignition and flame control | |
| JP7205986B2 (ja) | 燃料の燃焼装置 | |
| Korolev et al. | Plasma-assisted combustion system based on nonsteady-state gas-discharge plasma torch | |
| JP5496297B2 (ja) | 内燃機関の点火装置 | |
| WO2021157302A1 (ja) | 燃焼器 | |
| JP4367255B2 (ja) | 燃焼装置 | |
| US9863635B2 (en) | Combined ignitor spark and flame rod | |
| JP5458276B2 (ja) | 内燃機関の点火方法 | |
| JP6491876B2 (ja) | バーナコントローラおよび燃焼制御装置 | |
| WO2021033323A1 (ja) | 燃料の燃焼装置 | |
| JP2007309098A (ja) | 内燃機関用点火コイル | |
| JP4784180B2 (ja) | メロディーｉｃを利用するスパーク点火方法とその装置 | |
| JP2011018593A (ja) | プラズマ点火装置 | |
| JP2006070830A (ja) | 内燃機関用点火装置 | |
| JP6401011B2 (ja) | 内燃機関用多重点火装置 | |
| JP6904163B2 (ja) | 水素ガスバーナー装置 | |
| JP2012067708A (ja) | 内燃機関の火花点火方法 | |
| JP2020091071A (ja) | 特殊バーナ | |
| JP2018206685A (ja) | 燃料電池システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190509 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20191212 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20191212 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220426 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20220426 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20220426 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20220907 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20221111 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230118 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230124 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230315 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230704 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230728 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7324044 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |