JP2023172487A

JP2023172487A - Flame detection method in burning of hydrogen

Info

Publication number: JP2023172487A
Application number: JP2022084332A
Authority: JP
Inventors: 直哉惠良; Naoya Era; 武宏架谷; Takehiro Katani
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-05-24
Filing date: 2022-05-24
Publication date: 2023-12-06

Abstract

To provide a flame detection method in burning of hydrogen capable of securely detecting a flame in burning of hydrogen by using a simple configuration, thus determining whether misfire has occurred in a hydrogen gas burner and suppressing an increase in cost for detecting misfire.SOLUTION: In a flame detection method in burning of hydrogen, UV generated by heating a metallic body 12 or a ceramic body 13 by using a flame emitted from a hydrogen gas burner is detected. On the condition that the detected UV generation amount has reached a threshold value or lower, a determination that misfire has occurred in the hydrogen gas burner is made.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水素の燃焼における火炎の検出方法に関する。 The present invention relates to a method for detecting flame in hydrogen combustion.

水素に空気を混合させて水素を燃焼させる水素ガスバーナーが開示されている（特許文献１参照）。水素ガスバーナーが失火すると、未燃の水素が水素ガスバーナーから放出されるので、未燃の水素の放出を速やかに停止させる消火を行う必要がある。従来、失火を検出するものとして、火炎から発生する紫外線（ＵＶ）の有無を検出するＵＶセンサーが知られている。例えば、都市ガスは、バーナーから放出される都市ガスの火炎写真（図５（ａ））、火炎のサーモ画像（図５（ｂ））および都市ガスの火炎温度分布（図５（ｃ））に示すように、平均火炎温度が７４４℃、最大火炎温度が１０４９℃であり、火炎から発生する紫外線の有無をＵＶセンサーで検出することができる。なお、都市ガスの火炎温度分布（図５（ｃ））における０～８００の数値は、バーナーから放出される火炎の放出口からの距離（ｍｍ）を示している。都市ガスの火炎温度分布の枠内の数値は、火炎の放出口からの各距離における火炎温度を、火炎の放出方向の中心と、放出方向に直交する方向で中心から＋３０ｍｍ離隔する位置と、中心から－３０ｍｍ離隔する位置で示されている。 A hydrogen gas burner that mixes air with hydrogen and burns the hydrogen has been disclosed (see Patent Document 1). When a hydrogen gas burner misfires, unburned hydrogen is released from the hydrogen gas burner, so it is necessary to immediately stop the release of unburned hydrogen to extinguish the fire. Conventionally, as a device for detecting misfire, a UV sensor that detects the presence or absence of ultraviolet (UV) light emitted from a flame is known. For example, city gas is shown in a flame photograph of city gas released from a burner (Figure 5 (a)), a thermo image of the flame (Figure 5 (b)), and a flame temperature distribution of city gas (Figure 5 (c)). As shown, the average flame temperature is 744°C and the maximum flame temperature is 1049°C, and the UV sensor can detect the presence or absence of ultraviolet rays generated from the flame. Note that the numerical values from 0 to 800 in the city gas flame temperature distribution (FIG. 5(c)) indicate the distance (mm) from the outlet of the flame emitted from the burner. The numerical values in the frame of the flame temperature distribution of city gas are the flame temperature at each distance from the flame outlet, the center in the flame emission direction, the position +30 mm away from the center in the direction perpendicular to the emission direction, and the center. It is shown at a distance of −30 mm from

特開２０２１－１３９５７９号公報JP 2021-139579 Publication

しかしながら、図６（ａ）に示す都市ガス燃焼時の火炎は、その火炎から発生するＵＶの有無をＵＶセンサーで検出することができるが、図６（ｂ）に示す水素燃焼時の火炎から発生するＵＶは、その発生量が少ないので、ＵＶセンサーによりＵＶ発生の有無を検出することは難しいという問題がある。水素燃焼時の火炎から発生するＵＶの有無を検出する装置として、例えば、プラント設備向けの感度調整機能付きのセンサーが知られているが、このセンサーは、複雑な構造で構成されており、水素の燃焼時の火炎を検出するコストが増加するという問題がある。なお、水素を燃料とする燃焼は、二酸化炭素（ＣＯ_２）などの温室効果ガスの排出ゼロを目指すカーボンニュートラル（ＣＮ）の実現に向けて必要となる。 However, the presence or absence of UV generated from the flame during city gas combustion shown in Figure 6(a) can be detected with a UV sensor, but the flame generated from the flame during hydrogen combustion shown in Figure 6(b) can be detected by a UV sensor. Since the amount of UV generated is small, there is a problem in that it is difficult to detect whether UV is generated using a UV sensor. For example, a sensor with a sensitivity adjustment function for plant equipment is known as a device that detects the presence or absence of UV generated from the flame during hydrogen combustion. There is a problem in that the cost of detecting flame during combustion increases. Note that combustion using hydrogen as fuel is necessary to achieve carbon neutrality (CN), which aims for zero emissions of greenhouse gases such as carbon dioxide (CO ₂ ).

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、簡単な構成で水素の燃焼における火炎を確実に検出し、水素ガスバーナーが失火したか否かを判定することができ、失火を検出するコストの増加を抑制できる水素の燃焼における火炎の検出方法を提供することを課題とする。 The present invention was made in order to solve such problems, and it is possible to reliably detect flame during hydrogen combustion with a simple configuration, and to determine whether or not a hydrogen gas burner has misfired. An object of the present invention is to provide a method for detecting flame in hydrogen combustion that can suppress an increase in the cost of detecting flame.

本発明に係る水素の燃焼における火炎の検出方法は、水素の燃焼における火炎の検出方法であって、前記火炎により金属ないしセラミックを加熱して発生する電磁波を検出し、検出された前記電磁波が閾値以下になったことを条件として、失火したと判定することを特徴とする。 A method for detecting flame in hydrogen combustion according to the present invention is a method for detecting flame in hydrogen combustion, in which electromagnetic waves generated by heating metal or ceramic with the flame are detected, and the detected electromagnetic waves are set to a threshold value. It is characterized in that it is determined that a misfire has occurred under the following conditions.

本発明に係る水素の燃焼における火炎の検出方法においては、水素の燃焼における火炎により、金属ないしセラミックが加熱され、加熱された金属ないしセラミックから、電磁波が発生し、発生した電磁波の有無がセンサーにより検出される。検出された電磁波の発生量が閾値と比較され、電磁波の発生量が閾値以下になったことを条件として、水素ガスバーナーが失火したと判定される。 In the method for detecting flame in hydrogen combustion according to the present invention, metal or ceramic is heated by the flame in hydrogen combustion, electromagnetic waves are generated from the heated metal or ceramic, and the presence or absence of the generated electromagnetic waves is detected by a sensor. Detected. The detected amount of electromagnetic waves generated is compared with a threshold value, and it is determined that the hydrogen gas burner has misfired on the condition that the amount of electromagnetic waves generated is equal to or less than the threshold value.

本発明に係る水素の燃焼における火炎の検出方法によれば、簡単な構成で水素の燃焼における火炎を確実に検出し水素ガスバーナーが失火したか否かを判定することができ、失火を検出するコストの増加を抑制できる水素の燃焼における火炎の検出方法を提供することができる。 According to the method for detecting flame in hydrogen combustion according to the present invention, it is possible to reliably detect flame in hydrogen combustion with a simple configuration and determine whether or not a hydrogen gas burner misfires, thereby detecting misfire. It is possible to provide a method for detecting flame in hydrogen combustion that can suppress an increase in cost.

本発明の第１実施形態に係る水素の燃焼における火炎の検出方法のフローチャート。1 is a flowchart of a flame detection method in hydrogen combustion according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態に係る水素の燃焼における火炎の検出方法を模式的に表した模式図。FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a flame detection method in hydrogen combustion according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第２実施形態に係る水素の燃焼における火炎の検出方法のフローチャート。7 is a flowchart of a flame detection method in hydrogen combustion according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第２実施形態に係る水素の燃焼における火炎の検出方法を模式的に表した模式図。FIG. 6 is a schematic diagram schematically showing a flame detection method in hydrogen combustion according to a second embodiment of the present invention. 従来の火炎の燃焼状態を示す図であり、図５（ａ）は、バーナーから放出される都市ガスの火炎写真を示し、図５（ｂ）は、火炎のサーモ画像を示し、図５（ｃ）は、都市ガスの火炎温度分布を示す。FIG. 5(a) shows a flame photograph of city gas emitted from a burner, FIG. 5(b) shows a thermographic image of the flame, and FIG. 5(c) shows a conventional flame combustion state. ) shows the flame temperature distribution of city gas. 従来の火炎の燃焼状態を示す図であり、図６（ａ）は、都市ガス燃焼時の火炎の状態を示し、図６（ｂ）は、水素燃焼時の火炎の状態を示す。6A and 6B are diagrams showing conventional flame combustion states, in which FIG. 6A shows a flame state during city gas combustion, and FIG. 6B shows a flame state during hydrogen combustion.

（第１実施形態）
本発明に係る水素の燃焼における火炎の検出方法を適用した第１実施形態に係る水素の燃焼における火炎の検出方法について図面を参照して説明する。水素の燃焼における火炎の検出方法における各工程は、火炎検出装置１０によって行われ、図１に示すようにバーナーに着火する着火工程（ステップＳ１）と、ＵＶの発生量を検出するＵＶ検出工程（ステップＳ２）と、ＵＶ発生量と閾値とを比較する比較工程（ステップＳ３）と、バーナーの失火を判定する判定工程（ステップＳ４）と、バーナーを消火する消火工程（ステップＳ５）と、異常を表示する表示工程（ステップＳ６）とを含んで構成されている。各工程は、順に行われる。 (First embodiment)
A method for detecting flame during combustion of hydrogen according to a first embodiment to which the method for detecting flame during combustion of hydrogen according to the present invention is applied will be described with reference to the drawings. Each step in the flame detection method in hydrogen combustion is performed by the flame detection device 10, and as shown in FIG. step S2), a comparison step (step S3) that compares the amount of UV generation with a threshold value, a determination step (step S4) that determines whether the burner has misfired, an extinguishing step (step S5) that extinguishes the burner, and a step S5 that detects an abnormality. and a display step (step S6). Each step is performed in sequence.

火炎検出装置１０は、ＵＶセンサー１１と、金属体１２またはセラミック体１３と、図示しない制御装置と表示装置とを含んで構成されている。火炎検出装置１０は、水素の燃焼における火炎を検出することで、図示しない水素ガスバーナーが失火したか否かを判定し、水素ガスバーナーが失火したことを表示することができる。なお、水素ガスバーナーは、例えば、水素を貯蔵するボンベと、水素を燃焼させるバーナーとを備えており、水素と空気を混合させて燃焼させ、バーナーから火炎を放出するように構成されている。 The flame detection device 10 includes a UV sensor 11, a metal body 12 or a ceramic body 13, and a control device and a display device (not shown). The flame detection device 10 can determine whether a hydrogen gas burner (not shown) has misfired by detecting a flame during hydrogen combustion, and can display that the hydrogen gas burner has misfired. Note that the hydrogen gas burner includes, for example, a cylinder that stores hydrogen and a burner that burns hydrogen, and is configured to mix and burn hydrogen and air and emit a flame from the burner.

ＵＶセンサー１１は、水素の燃焼における火炎に配置された金属体１２またはセラミック体１３から発生する紫外線の有無を検出するものであれば、特に制限はない。ＵＶセンサー１１は、例えば、紫外線シリコンフォトダイオードを備え、紫外線シリコンフォトダイオードに紫外線が照射されると反応して電流が流れるように構成されており、その電流値を測定することで紫外線の発生量を検出することができる。ＵＶセンサー１１は、制御装置に接続されており、検出された紫外線の発生量の信号は制御装置に出力される。なお、第１実施形態に係る金属体１２またはセラミック体１３から発生する紫外線は、本発明の水素の燃焼による火炎で加熱される金属ないしセラミックから発生する電磁波に対応する。 The UV sensor 11 is not particularly limited as long as it detects the presence or absence of ultraviolet rays generated from the metal body 12 or ceramic body 13 placed in the flame during hydrogen combustion. The UV sensor 11 includes, for example, an ultraviolet silicon photodiode, and is configured so that when the ultraviolet silicon photodiode is irradiated with ultraviolet rays, a current flows, and by measuring the current value, the amount of ultraviolet rays generated can be determined. can be detected. The UV sensor 11 is connected to a control device, and a signal indicating the amount of generated ultraviolet rays detected is output to the control device. Note that the ultraviolet light emitted from the metal body 12 or the ceramic body 13 according to the first embodiment corresponds to electromagnetic waves emitted from the metal or ceramic heated by the flame caused by combustion of hydrogen according to the present invention.

なお、紫外線シリコンフォトダイオードに照射される紫外線の量と、流れる電流の値との間には比例関係があり、金属体１２またはセラミック体１３から発生する紫外線の量とＵＶセンサー１１を流れる電流の値との間には比例関係がある。この構成により、ＵＶセンサー１１は、金属体１２またはセラミック体１３から発生する紫外線の有無を検出することができる。 Note that there is a proportional relationship between the amount of ultraviolet rays irradiated to the ultraviolet silicon photodiode and the value of the current flowing, and the amount of ultraviolet rays generated from the metal body 12 or the ceramic body 13 and the current flowing through the UV sensor 11 are proportional to each other. There is a proportional relationship between the values. With this configuration, the UV sensor 11 can detect the presence or absence of ultraviolet rays generated from the metal body 12 or the ceramic body 13.

金属体１２は、水素の燃焼における火炎により溶融することがなく、加熱により紫外線を発生する金属であればよく、材質は特に制限はない。金属体１２は、図２に示すように、水素の燃焼における火炎の水素ガスバーナーの近傍に配置され、水素の燃焼における火炎により加熱されるように構成されている。金属体１２は、図示しない静止部材に保持されている。 The material of the metal body 12 is not particularly limited as long as it does not melt due to the flame of hydrogen combustion and generates ultraviolet rays when heated. As shown in FIG. 2, the metal body 12 is arranged in the vicinity of a hydrogen gas burner that generates a flame during hydrogen combustion, and is configured to be heated by the flame during hydrogen combustion. The metal body 12 is held by a stationary member (not shown).

セラミック体１３は、水素の燃焼における火炎により溶融することがなく、加熱により紫外線を発生するセラミックであればよく、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる。セラミック体１３の溶融温度は、金属と比較して高い特質を有している。セラミック体１３は、金属体１２と同様に、水素の燃焼における火炎の水素ガスバーナーの近傍に配置され、水素の燃焼における火炎により加熱されるように構成されている。セラミック体１３は、図示しない静止部材に保持されている。 The ceramic body 13 may be any ceramic as long as it does not melt due to the flame of hydrogen combustion and generates ultraviolet rays when heated, and is made of silicon carbide (SiC), for example. The melting temperature of the ceramic body 13 is higher than that of metal. The ceramic body 13, like the metal body 12, is arranged in the vicinity of the hydrogen gas burner of the flame for hydrogen combustion, and is configured to be heated by the flame for hydrogen combustion. The ceramic body 13 is held by a stationary member (not shown).

制御装置は、例えば、演算処理を行う中央処理装置および制御プログラムを格納したメモリを備え、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、いわゆるシーケンサの機能も備えている。制御装置は、水素ガスバーナーが失火したか否かの判定を実行するように構成されている。制御装置は、ＵＶセンサー１１などのセンサーおよび表示装置に接続されており、各構成要素の動作や処理を行うように構成されている。 The control device includes, for example, a central processing unit that performs arithmetic processing and a memory that stores a control program, and also has the function of a PLC (Programmable Logic Controller), a so-called sequencer. The control device is configured to determine whether the hydrogen gas burner has misfired. The control device is connected to sensors such as the UV sensor 11 and the display device, and is configured to operate and process each component.

表示装置は、液晶ディスプレイなどの表示デバイスからなり、制御装置と接続されており、制御装置による水素ガスバーナーの失火の判定結果を表示するように構成されている。 The display device includes a display device such as a liquid crystal display, is connected to the control device, and is configured to display a result of the control device determining whether the hydrogen gas burner has misfired.

着火工程（ステップＳ１）においては、図示しない水素ガスバーナーから放出される水素ガスが着火され、水素ガスバーナーから火炎が放出される。放出された火炎により、火炎中に配置された金属体１２またはセラミック体１３が加熱され、金属体１２またはセラミック体１３から紫外線が放出される。 In the ignition step (step S1), hydrogen gas emitted from a hydrogen gas burner (not shown) is ignited, and a flame is emitted from the hydrogen gas burner. The emitted flame heats the metal body 12 or ceramic body 13 placed in the flame, and ultraviolet rays are emitted from the metal body 12 or ceramic body 13.

ＵＶ検出工程（ステップＳ２）においては、ＵＶセンサー１１により、金属体１２またはセラミック体１３から放出される紫外線の発生量が検出され、紫外線の発生量の信号が制御装置に出力される。なお、紫外線強度（ｍＷ/ｃｍ^２）に時間（ｓｅｃ）を掛けたものが紫外線量になり、紫外線の発生量として検出される。 In the UV detection step (step S2), the UV sensor 11 detects the amount of ultraviolet rays emitted from the metal body 12 or the ceramic body 13, and outputs a signal indicating the amount of ultraviolet rays generated to the control device. Note that the ultraviolet intensity (mW/cm ² ) multiplied by the time (sec) is the amount of ultraviolet rays, which is detected as the amount of ultraviolet rays generated.

比較工程（ステップＳ３）においては、ＵＶセンサー１１から出力された紫外線の発生量と、制御装置に記憶された紫外線の発生量の閾値（ｍＷ/ｃｍ^２に時間ｓｅｃを掛けたもの）とが比較される。制御装置により、比較の結果、ＵＶセンサー１１から出力された紫外線の発生量が閾値以下であるか否かが判断される。制御装置は、ＵＶセンサー１１から出力された紫外線の発生量が閾値以下であると判断すると、判定工程（ステップＳ４）において、水素ガスバーナーが失火したと判定する。なお、閾値は、第１実施形態に係る水素ガスバーナーの大きさ、形状、構造、材質、放出される水素ガスと空気の混合状態や放出量などの設定諸元および実験データに基づいて適宜選択される。 In the comparison step (step S3), the amount of ultraviolet rays output from the UV sensor 11 is compared with the threshold value of the amount of ultraviolet rays (mW/cm ² multiplied by time sec) stored in the control device. be done. As a result of the comparison, the control device determines whether the amount of ultraviolet rays output from the UV sensor 11 is below a threshold value. When the control device determines that the amount of ultraviolet rays output from the UV sensor 11 is below the threshold value, it determines that the hydrogen gas burner has misfired in the determination step (step S4). Note that the threshold value is appropriately selected based on the setting specifications and experimental data such as the size, shape, structure, material, and the mixing state and amount of released hydrogen gas and air of the hydrogen gas burner according to the first embodiment. be done.

続いて、消火工程（ステップＳ５）においては、制御装置は水素ガスバーナーから放出される未燃の水素ガスの放出が停止され、水素ガスバーナーが消火される。次いで、制御装置は、表示工程（ステップＳ６）において、水素ガスの燃焼中に水素ガスバーナーが失火し、水素ガスバーナーに異常が発生したことを表示装置に表示させる。この表示により、作業者は、水素の燃焼中に水素ガスバーナーに異常が発生し、即ち、水素ガスバーナーが失火し消火が行われたことを認識することができる。 Subsequently, in the extinguishing step (step S5), the control device stops releasing unburned hydrogen gas from the hydrogen gas burner, and extinguishes the hydrogen gas burner. Next, in a display step (step S6), the control device causes the display device to display that the hydrogen gas burner misfires during combustion of hydrogen gas and that an abnormality has occurred in the hydrogen gas burner. This display allows the operator to recognize that an abnormality has occurred in the hydrogen gas burner during combustion of hydrogen, that is, that the hydrogen gas burner has misfired and the fire has been extinguished.

他方、制御装置は、ＵＶセンサー１１から出力された紫外線の発生量が閾値以下でないと判断すると（ステップＳ３でＮｏと判断）、ＵＶ検出工程（ステップＳ２）に戻り、再度ＵＶ検出工程（ステップＳ２）が行われ、比較工程（ステップＳ３）へ進む。 On the other hand, if the control device determines that the amount of ultraviolet rays output from the UV sensor 11 is not below the threshold value (determined as No in step S3), the control device returns to the UV detection step (step S2) and performs the UV detection step again (step S2). ) is performed, and the process proceeds to the comparison step (step S3).

第１実施形態に係る水素の燃焼における火炎の検出方法の効果について説明する。
第１実施形態に係る水素の燃焼における火炎の検出方法は、着火工程（ステップＳ１）と、ＵＶ検出工程（ステップＳ２）と、比較工程（ステップＳ３）と、判定工程（ステップＳ４）と、消火工程（ステップＳ５）と、表示工程（ステップＳ６）とを含んで構成されている。比較工程（ステップＳ３）において、金属体１２またはセラミック体１３から発生する紫外線の発生量と、紫外線の発生量の閾値とが比較される。そして、制御装置は、金属体１２またはセラミック体１３から発生する紫外線の発生量が閾値以下であると判断すると、判定工程（ステップＳ４）において、水素ガスバーナーが失火したと判定するので、簡単な構成で水素の燃焼における火炎を確実に検出し水素ガスバーナーが失火したか否かを速やかに判定することができ、失火を検出するコストの増加を抑制することができるという効果が得られる。水素ガスバーナーが失火したか否かを速やかに判定することができるので、安全な水素の燃焼制御に貢献することができる。 The effects of the flame detection method in hydrogen combustion according to the first embodiment will be described.
The flame detection method in hydrogen combustion according to the first embodiment includes an ignition process (step S1), a UV detection process (step S2), a comparison process (step S3), a determination process (step S4), and an extinguishing process. The process includes a process (step S5) and a display process (step S6). In the comparison step (step S3), the amount of ultraviolet rays generated from the metal body 12 or the ceramic body 13 is compared with a threshold value of the amount of ultraviolet rays generated. When the control device determines that the amount of ultraviolet rays generated from the metal body 12 or the ceramic body 13 is below the threshold value, it determines that the hydrogen gas burner has misfired in the determination step (step S4). With this configuration, it is possible to reliably detect the flame during hydrogen combustion and quickly determine whether or not the hydrogen gas burner has misfired, and it is possible to suppress an increase in the cost of detecting misfire. Since it can be quickly determined whether or not the hydrogen gas burner has misfired, it can contribute to safe hydrogen combustion control.

（第２実施形態）
第１実施形態に係る水素火炎の失火検出方法では、火炎検出装置１０により水素火炎の失火を検出する構成で説明した。しかしながら、本発明の水素火炎の失火検出方法においては、火炎検出装置１０以外の装置により水素火炎の失火を検出するようにしてもよい。 (Second embodiment)
The hydrogen flame misfire detection method according to the first embodiment has been described with a configuration in which the flame detection device 10 detects a hydrogen flame misfire. However, in the hydrogen flame misfire detection method of the present invention, a hydrogen flame misfire may be detected by a device other than the flame detection device 10.

以下、火炎検出装置１０以外の装置により水素火炎の失火を検出する第２実施形態に係る水素火炎の失火検出方法について、図面を参照して説明する。なお、第１実施形態に係る水素火炎の失火検出方法と同一の構成は、同一の符号を附しその説明を省略する。 Hereinafter, a hydrogen flame misfire detection method according to a second embodiment for detecting a hydrogen flame misfire using a device other than the flame detection device 10 will be described with reference to the drawings. Note that the same components as in the hydrogen flame misfire detection method according to the first embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

第２実施形態に係る水素の燃焼における火炎の検出方法における各工程は、火炎検出装置２０によって行われ、図３に示すようにバーナーに着火する着火工程（ステップＳ１Ａ）と、温度差を検出する温度検出工程（ステップＳ２Ａ）と、温度差と閾値とを比較する比較工程（ステップＳ３Ａ）と、バーナーの失火を判定する判定工程（ステップＳ４Ａ）と、バーナーを消火する消火工程（ステップＳ５）と、異常を表示する表示工程（ステップＳ６）とを含んで構成されている。各工程は、順に行われる。 Each step in the flame detection method in hydrogen combustion according to the second embodiment is performed by the flame detection device 20, and as shown in FIG. A temperature detection step (Step S2A), a comparison step (Step S3A) for comparing the temperature difference and a threshold value, a determination step (Step S4A) for determining burner misfire, and an extinguishing step (Step S5) for extinguishing the burner. , and a display step (step S6) for displaying an abnormality. Each step is performed in sequence.

火炎検出装置２０は、温度センサー２１と、図示しない制御装置と表示装置とを含んで構成されている。火炎検出装置２０は、第１実施形態に係る水素火炎の失火検出方法と同様、水素の燃焼における火炎を検出することで、図示しない水素ガスバーナーが失火したか否かを判定し、水素ガスバーナーが失火したことを表示することができる。 The flame detection device 20 includes a temperature sensor 21, a control device, and a display device (not shown). Similarly to the hydrogen flame misfire detection method according to the first embodiment, the flame detection device 20 determines whether or not a hydrogen gas burner (not shown) has misfired by detecting a flame during hydrogen combustion, and detects the hydrogen gas burner. can indicate that a misfire has occurred.

温度センサー２１は、水素の燃焼における火炎の温度（℃）を検出するものであれば、特に制限はない。温度センサー２１は、例えば、図４に示すように、一対の熱電対３１、３２を備えており、熱電対３１で検出した温度と熱電対３２で検出した温度との差を検出するように構成されている。温度センサー２１は、制御装置に接続されており、検出した温度差の信号は制御装置に出力される。温度センサー２１は、図示しない静止部材に保持されている。 The temperature sensor 21 is not particularly limited as long as it detects the flame temperature (° C.) during hydrogen combustion. For example, as shown in FIG. 4, the temperature sensor 21 includes a pair of thermocouples 31 and 32, and is configured to detect the difference between the temperature detected by the thermocouple 31 and the temperature detected by the thermocouple 32. has been done. The temperature sensor 21 is connected to a control device, and a signal of the detected temperature difference is output to the control device. The temperature sensor 21 is held by a stationary member (not shown).

熱電対３１は、異なる材料の２本の金属線が接続された１つの回路からなる熱電対で構成され、図示しない基準接点と測温接点３１ａに温度差が与えられると、回路に電圧が発生するという現象を利用して温度を検出することができる。熱電対３１は、例えば、金属のチューブの中に導線が挿入されて絶縁され、内部で熱電対素線が溶接され先端が封止された、いわゆるシース型熱電対からなる。熱電対３２も、熱電対３１と同様に構成されており、測温接点３２ａを有している。 The thermocouple 31 is composed of one circuit in which two metal wires made of different materials are connected, and when a temperature difference is applied between a reference junction (not shown) and a temperature measurement junction 31a, a voltage is generated in the circuit. Temperature can be detected using this phenomenon. The thermocouple 31 is, for example, a so-called sheath type thermocouple in which a conducting wire is inserted into a metal tube to insulate it, and a thermocouple element wire is welded inside and the tip is sealed. The thermocouple 32 is also configured similarly to the thermocouple 31, and has a temperature measuring contact 32a.

温度センサー２１は、熱電対３１の測温接点３１ａが、水素の燃焼における火炎の燃焼開始位置に配置され、熱電対３２の測温接点３２ａが、水素の燃焼における火炎の燃焼開始位置であって、測温接点３１ａと近接して配置されている。燃焼開始位置の火炎の温度は、図５（ｃ）に示すように、比較的に低温で、測温接点３１ａおよび測温接点３２ａの耐熱温度以下となるため、熱電対３１、３２の設置が可能となり、火炎の温度を検出することができる。なお、温度センサー２１は、一対の熱電対３１、３２を備えているので、何れか一方が断線し検出不能となった場合に、熱電対３１、３２の温度差が大きくなり、閾値以上になれば何れか一方が断線したことが分かり、温度検出のフェールセーフとして機能させることができる。 In the temperature sensor 21, the temperature measuring junction 31a of the thermocouple 31 is arranged at the combustion start position of the flame in the combustion of hydrogen, and the temperature measuring junction 32a of the thermocouple 32 is arranged at the combustion start position of the flame in the combustion of hydrogen. , are arranged close to the temperature measuring contact 31a. As shown in FIG. 5(c), the temperature of the flame at the combustion start position is relatively low and is lower than the heat resistance temperature of the temperature measuring junction 31a and the temperature measuring junction 32a, so it is not necessary to install the thermocouples 31 and 32. This makes it possible to detect the temperature of the flame. Note that the temperature sensor 21 includes a pair of thermocouples 31 and 32, so if one of them becomes disconnected and cannot be detected, the temperature difference between the thermocouples 31 and 32 will increase and exceed the threshold value. If one of them is disconnected, it can be determined that one of the wires is disconnected, and it can function as a fail-safe for temperature detection.

着火工程（ステップＳ１Ａ）においては、図示しない水素ガスバーナーから放出される水素ガスが着火され、水素ガスバーナーから火炎が放出される。 In the ignition process (step S1A), hydrogen gas released from a hydrogen gas burner (not shown) is ignited, and a flame is emitted from the hydrogen gas burner.

温度検出工程（ステップＳ２Ａ）においては、温度センサー２１により、水素の燃焼における火炎の温度（℃）が検出され、検出された温度の信号が制御装置に出力される。 In the temperature detection step (step S2A), the temperature sensor 21 detects the temperature (°C) of the flame during hydrogen combustion, and outputs a signal of the detected temperature to the control device.

比較工程（ステップＳ３Ａ）においては、温度センサー２１の熱電対３１、３２から出力された火炎の各温度の差が算出され、算出された温度差と、制御装置に記憶された温度差の閾値（℃）とが比較される。制御装置により、比較の結果、温度差が閾値以上であるか否かが判断される。制御装置は、算出された温度差が閾値以上であると判断すると、判定工程（ステップＳ４Ａ）において、水素ガスバーナーが失火したと判定する。なお、閾値は、第２実施形態に係る水素ガスバーナーの大きさ、形状、構造、材質、放出される水素ガスと空気の混合状態や放出量などの設定諸元および実験データに基づいて適宜選択される。 In the comparison step (step S3A), the difference between the temperatures of the flames output from the thermocouples 31 and 32 of the temperature sensor 21 is calculated, and the calculated temperature difference and the temperature difference threshold ( °C) are compared. As a result of the comparison, the control device determines whether the temperature difference is greater than or equal to the threshold value. If the control device determines that the calculated temperature difference is equal to or greater than the threshold value, it determines that the hydrogen gas burner has misfired in the determination step (step S4A). Note that the threshold value is appropriately selected based on the setting specifications and experimental data such as the size, shape, structure, material, and the mixing state and amount of released hydrogen gas and air of the hydrogen gas burner according to the second embodiment. be done.

他方、制御装置は、温度センサー２１から出力され、算出した温度差が閾値以上でないと判断すると（ステップＳ３ＡでＮｏと判断）、温度検出工程（ステップＳ２Ａ）に戻り、再度温度検出工程（ステップＳ２Ａ）が行われ、比較工程（ステップＳ３Ａ）へ進む。 On the other hand, if the control device determines that the calculated temperature difference output from the temperature sensor 21 is not equal to or greater than the threshold value (determined No in step S3A), the control device returns to the temperature detection step (step S2A) and performs the temperature detection step again (step S2A). ) is performed, and the process proceeds to the comparison step (step S3A).

第２実施形態に係る水素の燃焼における火炎の検出方法の効果について説明する。
第２実施形態に係る水素の燃焼における火炎の検出方法は、着火工程（ステップＳ１Ａ）と、温度検出工程（ステップＳ２Ａ）と、比較工程（ステップＳ３Ａ）と、判定工程（ステップＳ４Ａ）と、消火工程（ステップＳ５）と、表示工程（ステップＳ６）とを含んで構成されている。 The effects of the flame detection method in hydrogen combustion according to the second embodiment will be explained.
The flame detection method in hydrogen combustion according to the second embodiment includes an ignition process (step S1A), a temperature detection process (step S2A), a comparison process (step S3A), a determination process (step S4A), and an extinguishing process. The process includes a process (step S5) and a display process (step S6).

比較工程（ステップＳ３Ａ）において、温度センサー２１の熱電対３１、３２から出力された火炎の各温度の差が算出され、算出された温度差と、制御装置に記憶された温度差の閾値とが比較される。そして、制御装置は、温度差が閾値以上であると判断すると、判定工程（ステップＳ４）において、水素ガスバーナーが失火したと判定するので、簡単な構成で水素の燃焼における火炎を確実に検出し水素ガスバーナーが失火したか否かを速やかに判定することができ、失火を検出するコストの増加を抑制することができるという効果が得られる。水素ガスバーナーが失火したか否かを速やかに判定することができるので、安全な水素の燃焼制御に貢献することができる。 In the comparison step (step S3A), the difference between the temperatures of the flames output from the thermocouples 31 and 32 of the temperature sensor 21 is calculated, and the calculated temperature difference and the threshold value of the temperature difference stored in the control device are calculated. be compared. If the control device determines that the temperature difference is equal to or greater than the threshold value, it determines in the determination step (step S4) that the hydrogen gas burner has misfired, so the flame in hydrogen combustion can be reliably detected with a simple configuration. It is possible to quickly determine whether or not the hydrogen gas burner has misfired, and it is possible to suppress an increase in the cost of detecting misfire. Since it can be quickly determined whether or not the hydrogen gas burner has misfired, it can contribute to safe hydrogen combustion control.

また、第２実施形態に係る水素の燃焼における火炎の検出方法は、温度センサー２１が熱電対３１、３２の一対で構成されているので、何れかの熱電対３１、３２に断線が発生すると、熱電対３１、３２の温度差が著しく大きくなり、この温度差を閾値と比較して、温度差が閾値以上であれば、熱電対３１、３２の何れかが断線していることが分かり、バーナーを消火させることができる。したがって、断線の判定によりフェールセーフとして機能するという効果が得られる。 Further, in the method for detecting flame in hydrogen combustion according to the second embodiment, since the temperature sensor 21 is composed of a pair of thermocouples 31 and 32, if a disconnection occurs in either thermocouple 31 or 32, The temperature difference between the thermocouples 31 and 32 becomes significantly large, and this temperature difference is compared with a threshold value. If the temperature difference is greater than or equal to the threshold value, it is determined that one of the thermocouples 31 and 32 is disconnected, and the burner can be extinguished. Therefore, the effect of functioning as a fail-safe can be obtained by determining the disconnection.

以上、本発明の第１実施形態および第２実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。 Although the first and second embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and departs from the spirit of the present invention as set forth in the claims. Various design changes can be made within the scope of the above.

１０・・・火炎検出装置、１１・・・ＵＶセンサー、１２・・・金属体、１３・・・セラミック体、２１・・・温度センサー、３１、３２・・・熱電対、３１ａ、３２ａ・・・測温接点 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Flame detection device, 11... UV sensor, 12... Metal body, 13... Ceramic body, 21... Temperature sensor, 31, 32... Thermocouple, 31a, 32a...・Temperature measurement contact

Claims

A method for detecting flame in hydrogen combustion, the method comprising:
Detecting electromagnetic waves generated by heating metal or ceramic with the flame,
A method for detecting a flame in hydrogen combustion, characterized in that a misfire is determined on condition that the detected electromagnetic wave becomes below a threshold value.