JP2814736B2 - 燃焼器の制御装置 - Google Patents
燃焼器の制御装置Info
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- JP2814736B2 JP2814736B2 JP31135190A JP31135190A JP2814736B2 JP 2814736 B2 JP2814736 B2 JP 2814736B2 JP 31135190 A JP31135190 A JP 31135190A JP 31135190 A JP31135190 A JP 31135190A JP 2814736 B2 JP2814736 B2 JP 2814736B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、予蒸発予混合式の燃焼器の制御装置に関
し、特に、製品ばらつきや経年変化に対して高い応答性
を有する低公害燃焼制御技術に関する。
し、特に、製品ばらつきや経年変化に対して高い応答性
を有する低公害燃焼制御技術に関する。
＜従来の技術＞ ガスタービン等の燃焼器としては、拡散燃焼式の他に
予蒸発予混合式と称されるものがある。
予蒸発予混合式と称されるものがある。
前者は、燃焼筒内に燃料を直接噴射して燃焼させる方
式のものであり、後者は、蒸発管内に燃焼を噴射して蒸
発させると共に燃焼用空気と混合して予混合気を生成
し、この予混合気を燃焼筒に導入して燃焼させる方式の
ものである。そして、前者の場合は、例えば空気過剰率
λ＝３で規制値の約８倍のNOX排出量を示すのに対し
て、後者の場合は、例えば空気過剰率λ＝３で規制値の
約1/5倍のNOX排出量を示し、良好なNOX排出特性を有す
る。尚、上記のデータは燃料に軽油を使用した場合のも
のである。
式のものであり、後者は、蒸発管内に燃焼を噴射して蒸
発させると共に燃焼用空気と混合して予混合気を生成
し、この予混合気を燃焼筒に導入して燃焼させる方式の
ものである。そして、前者の場合は、例えば空気過剰率
λ＝３で規制値の約８倍のNOX排出量を示すのに対し
て、後者の場合は、例えば空気過剰率λ＝３で規制値の
約1/5倍のNOX排出量を示し、良好なNOX排出特性を有す
る。尚、上記のデータは燃料に軽油を使用した場合のも
のである。
従って、ガスタービンの燃焼器としては予蒸発予混合
式が有利であると言える。
式が有利であると言える。
ところで、かかる予蒸発予混合式の燃焼器では、液体
燃料を予混合気にするために燃焼筒より上流の蒸発管内
で燃料を一度蒸発させる必要がある。
燃料を予混合気にするために燃焼筒より上流の蒸発管内
で燃料を一度蒸発させる必要がある。
この場合、耐熱性に優れたセラミックガスカービンで
は、熱交換器の効率が良くサイクル最高温度も高いた
め、燃焼器入口空気温度が900℃程度になり、燃料の自
着火温度を越えているので、蒸発管内での燃料の蒸発が
うまく円滑に行われないと、蒸発管壁面に燃料液滴が付
着して蒸発管内で燃焼が起こって、所謂逆火現象が発生
し、燃料噴射ノズル周りを焼損させる虞がある。
は、熱交換器の効率が良くサイクル最高温度も高いた
め、燃焼器入口空気温度が900℃程度になり、燃料の自
着火温度を越えているので、蒸発管内での燃料の蒸発が
うまく円滑に行われないと、蒸発管壁面に燃料液滴が付
着して蒸発管内で燃焼が起こって、所謂逆火現象が発生
し、燃料噴射ノズル周りを焼損させる虞がある。
このような逆火現象を防止するため、蒸発管内に燃料
を噴射する予蒸発予混合燃焼用の第１燃料噴射ノズル
と、燃焼筒の入口部分に拡散燃焼用の第２燃料噴射ノズ
ルの２つの燃料噴射ノズルを設け、蒸発管内の温度が低
く燃料が蒸発し難い始動時等では拡散燃焼用の第２燃料
噴射ノズルからのみ燃料を噴射して拡散燃焼を行い、そ
の後、定常運転時では第１燃料噴射ノズルを使用し、加
速時等に第２燃料噴射ノズルも使用して燃料を補足し
て、加速性を得るようにしたものがある（SAE820175“A
Low Emission Combustor for an Automotive Gas Turb
ine"等参照）。
を噴射する予蒸発予混合燃焼用の第１燃料噴射ノズル
と、燃焼筒の入口部分に拡散燃焼用の第２燃料噴射ノズ
ルの２つの燃料噴射ノズルを設け、蒸発管内の温度が低
く燃料が蒸発し難い始動時等では拡散燃焼用の第２燃料
噴射ノズルからのみ燃料を噴射して拡散燃焼を行い、そ
の後、定常運転時では第１燃料噴射ノズルを使用し、加
速時等に第２燃料噴射ノズルも使用して燃料を補足し
て、加速性を得るようにしたものがある（SAE820175“A
Low Emission Combustor for an Automotive Gas Turb
ine"等参照）。
＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、このような従来の予蒸発予混合式の蒸
発器にあっては、主燃焼幾の空空燃比（A/F）制御を行
う際にして、燃焼用空気導入量を可変する可変機構の制
御位置を運転状態に対して予めスケジューリングしてお
く、所謂オープンループの空燃比制御システムであった
ため、製品組み立て時のばらつきや、今後開発が進むセ
ラミック燃焼器において長期の使用で発生した部分的ク
ラック等から起こる内部漏れ等の影響を補正できず、空
燃比が計画値からずれてエミッションの悪化を生じた
り、吹き消えが発生し易くなるという問題点があった。
発器にあっては、主燃焼幾の空空燃比（A/F）制御を行
う際にして、燃焼用空気導入量を可変する可変機構の制
御位置を運転状態に対して予めスケジューリングしてお
く、所謂オープンループの空燃比制御システムであった
ため、製品組み立て時のばらつきや、今後開発が進むセ
ラミック燃焼器において長期の使用で発生した部分的ク
ラック等から起こる内部漏れ等の影響を補正できず、空
燃比が計画値からずれてエミッションの悪化を生じた
り、吹き消えが発生し易くなるという問題点があった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、
主燃焼域の火炎が輻射する化学発光を燃焼器外筒壁面か
ら光学的にセンシングし、このセンシング値の光スペク
トルの発光強度の比の演算結果を基に燃焼用空気導入量
の可変機構の制御位置のフィードバック制御を行い、主
燃焼域の空燃比を所定範囲を収める制御システムとする
ことにより、上記従来の問題点を解消することを目的と
する。
主燃焼域の火炎が輻射する化学発光を燃焼器外筒壁面か
ら光学的にセンシングし、このセンシング値の光スペク
トルの発光強度の比の演算結果を基に燃焼用空気導入量
の可変機構の制御位置のフィードバック制御を行い、主
燃焼域の空燃比を所定範囲を収める制御システムとする
ことにより、上記従来の問題点を解消することを目的と
する。
＜課題を解決するための手段＞ このため、本発明の燃焼器の制御装置は、燃料を蒸発
させると共に該燃料を燃焼用空気と混合させる予蒸発予
混合通路が内部に形成された蒸発管と、該蒸発管の下流
端に接続される燃焼筒と、を有し、前記蒸発管には、予
蒸発予混合通路内に燃焼を噴射する予蒸発予混合燃焼用
の第１燃料噴射ノズルと、予蒸発予混合通路内に燃焼用
空気を導入する空気導入孔と、が設けられると共に、前
記蒸発管と燃焼筒との接続部には、拡散燃焼用の第２燃
料噴射ノズルが設けられ、前記燃焼筒の周壁には、空気
を燃焼筒内に導入するための空気取り入れ口が形成され
ている燃焼器において、 前記空気の取り入れ口の開口面積を可変する可変機構
と、該可変機構を駆動する駆動手段と、を設ける一方、 主燃焼域の火炎の複数種の化学発光スペクトルの発光
強度を検出する手段と、 前記発光強度検出手段による検出結果に基づいて、複
数種の化学発光スペクトルの光学強度の比が使用燃料に
よって定められた空気過剰率の目標値に対応した比とな
るように前記可変機構の駆動手段を制御する制御手段
と、 を設けた構成とする。
させると共に該燃料を燃焼用空気と混合させる予蒸発予
混合通路が内部に形成された蒸発管と、該蒸発管の下流
端に接続される燃焼筒と、を有し、前記蒸発管には、予
蒸発予混合通路内に燃焼を噴射する予蒸発予混合燃焼用
の第１燃料噴射ノズルと、予蒸発予混合通路内に燃焼用
空気を導入する空気導入孔と、が設けられると共に、前
記蒸発管と燃焼筒との接続部には、拡散燃焼用の第２燃
料噴射ノズルが設けられ、前記燃焼筒の周壁には、空気
を燃焼筒内に導入するための空気取り入れ口が形成され
ている燃焼器において、 前記空気の取り入れ口の開口面積を可変する可変機構
と、該可変機構を駆動する駆動手段と、を設ける一方、 主燃焼域の火炎の複数種の化学発光スペクトルの発光
強度を検出する手段と、 前記発光強度検出手段による検出結果に基づいて、複
数種の化学発光スペクトルの光学強度の比が使用燃料に
よって定められた空気過剰率の目標値に対応した比とな
るように前記可変機構の駆動手段を制御する制御手段
と、 を設けた構成とする。
＜作用＞ かかる構成において、発光強度検出手段は、主燃焼域
の火炎の複数種の化学発光スペクトルの発光強度を検出
し、制御手段は、この検出結果に基づいて、複数種の化
学発光スペクトルの発光強度の比が使用燃料によって定
められた空気過剰率の目標値に対応した比となるように
可変機構の駆動手段を制御して、空気の取り入れ口の開
口面積を可変する。
の火炎の複数種の化学発光スペクトルの発光強度を検出
し、制御手段は、この検出結果に基づいて、複数種の化
学発光スペクトルの発光強度の比が使用燃料によって定
められた空気過剰率の目標値に対応した比となるように
可変機構の駆動手段を制御して、空気の取り入れ口の開
口面積を可変する。
このように本発明では、発光強度の絶対値を用いるの
ではなく、複数の帯スペクトルの発光強度の相互関係を
利用しているため、測定部の汚れや燃料流量によって生
じるずれ等を補正可能である。
ではなく、複数の帯スペクトルの発光強度の相互関係を
利用しているため、測定部の汚れや燃料流量によって生
じるずれ等を補正可能である。
又、フィードバック制御の採用により、特に今後開発
の進むセラミック燃焼器においては、オープンループ制
御時に高い加工精度で管理しなければならなかったはめ
合い部や摺動部の加工精度を落とすことが可能になるた
め、これにより派生するコストダウン効果が大きい。
の進むセラミック燃焼器においては、オープンループ制
御時に高い加工精度で管理しなければならなかったはめ
合い部や摺動部の加工精度を落とすことが可能になるた
め、これにより派生するコストダウン効果が大きい。
＜実施例＞ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図において、吸気通路内に設けられた燃焼器１
は、燃料を発生させると共に該燃料を燃焼用空気と混合
させる予蒸発予混合通路が内部に形成された蒸発管３
と、該蒸発管３の下流端に接続される燃焼筒４と、を有
している。
は、燃料を発生させると共に該燃料を燃焼用空気と混合
させる予蒸発予混合通路が内部に形成された蒸発管３
と、該蒸発管３の下流端に接続される燃焼筒４と、を有
している。
前記蒸発管３は、図示しないコンプレッサ及び熱交換
器を介して供給される燃焼用空気を導入する空気導入孔
2aを設けたカバー２に囲まれている。
器を介して供給される燃焼用空気を導入する空気導入孔
2aを設けたカバー２に囲まれている。
前記蒸発管３の複数の空気導入孔3aが形成された周壁
には、同じく図示しない空気導入孔が形成された空気流
量調整用のリング状のスリーブ５が回動自在に嵌合され
ている。又、蒸発管３内の上流端部には、蒸発管３内に
燃料を噴射する予蒸発予混合燃焼用の第１燃料噴射ノズ
ル６が装着され、燃焼筒４との接続部である蒸発管３下
流端部には、蒸発管３中心部にブラケット７を介して支
持された火炎保持用のセンタボディ８に装着されて拡散
燃焼用の第２燃料噴射ノズル９が設けられている。
には、同じく図示しない空気導入孔が形成された空気流
量調整用のリング状のスリーブ５が回動自在に嵌合され
ている。又、蒸発管３内の上流端部には、蒸発管３内に
燃料を噴射する予蒸発予混合燃焼用の第１燃料噴射ノズ
ル６が装着され、燃焼筒４との接続部である蒸発管３下
流端部には、蒸発管３中心部にブラケット７を介して支
持された火炎保持用のセンタボディ８に装着されて拡散
燃焼用の第２燃料噴射ノズル９が設けられている。
燃焼筒４の周壁には、希釈用空気を燃焼筒４内に導入
するための第１空気取り入れ口4A及び拡散燃焼用の空気
を燃焼筒４内に導入するための第２空気取り入れ口4Bが
形成されている。
するための第１空気取り入れ口4A及び拡散燃焼用の空気
を燃焼筒４内に導入するための第２空気取り入れ口4Bが
形成されている。
そして、蒸発管３と同様に、第１空気取り入れ口4Aの
開口面積を可変して、取り入れる空気を調整するリング
状の第１スリーブ12と、第２空気取り入れ口4Bの開口面
積を可変して、取り入れる空気を調整するリング状の第
２スリーブ13とが回動自由に嵌合取付されている。
開口面積を可変して、取り入れる空気を調整するリング
状の第１スリーブ12と、第２空気取り入れ口4Bの開口面
積を可変して、取り入れる空気を調整するリング状の第
２スリーブ13とが回動自由に嵌合取付されている。
各スリーブ12,13には、夫々ギヤ14,15が一体に設けら
れている。
れている。
第１スリーブ12側のギヤ14は、燃焼器１外壁に回転自
在に支持された回転軸16の先端に設けられたギヤ17と噛
み合っており、第２スリーブ13側のギヤ15は、前記回転
軸16の外周面に回転自在に嵌合して支持された筒状の回
転軸18に一体に設けられたギヤ19と噛み合っている。
在に支持された回転軸16の先端に設けられたギヤ17と噛
み合っており、第２スリーブ13側のギヤ15は、前記回転
軸16の外周面に回転自在に嵌合して支持された筒状の回
転軸18に一体に設けられたギヤ19と噛み合っている。
前記回転軸16の基端部には、該回転軸16を回転駆動し
て、前記第１スリーブ12を第１空気取り入れ口4Aから取
り入れる空気を調整するべく回転駆動する第１アクチュ
エータ22の駆動軸22aが連結されている。又、前記回転
軸18の基端部には、該回転軸18を回転駆動して、前記第
２スリーブ13を第２空気取り入れ口4Bから取り入れる空
気を調整するべく回転駆動する第２アクチュエータ23の
駆動軸23aが連結されている。
て、前記第１スリーブ12を第１空気取り入れ口4Aから取
り入れる空気を調整するべく回転駆動する第１アクチュ
エータ22の駆動軸22aが連結されている。又、前記回転
軸18の基端部には、該回転軸18を回転駆動して、前記第
２スリーブ13を第２空気取り入れ口4Bから取り入れる空
気を調整するべく回転駆動する第２アクチュエータ23の
駆動軸23aが連結されている。
ここで、第１スリーブ12,第２スリーブ13及び各ギヤ1
4,15,17,19は、前記空気の取り入れ口4A,4Bの開口面積
を可変する本発明の可変機構を構成する。又、第１アク
チュエータ22及び第２アクチュエータ23は、上記可変機
構を駆動する本発明の駆動手段を構成する。
4,15,17,19は、前記空気の取り入れ口4A,4Bの開口面積
を可変する本発明の可変機構を構成する。又、第１アク
チュエータ22及び第２アクチュエータ23は、上記可変機
構を駆動する本発明の駆動手段を構成する。
一方、燃焼筒１の外壁部30には、金具32a,32bによっ
て主燃焼域の火炎の化学発光スペクトルを検出する２つ
のプローブ31a,31bが取り付けられ、該プローブ31a,31b
は外壁部30に貫通形成された貫通孔30a,30bに突入され
ている。上記プローブ31a,31bの先端部は燃焼筒４外周
面に向けられており、各プローブ31a,31bの中心軸の延
長線が通る燃焼筒４の壁部には夫々穴部36a,36bが開設
されている。従って、各プローブ31a,31bは、前記穴部3
6a,36bを通じて、主燃焼域の火炎の化学発光スペクトル
を検出する。
て主燃焼域の火炎の化学発光スペクトルを検出する２つ
のプローブ31a,31bが取り付けられ、該プローブ31a,31b
は外壁部30に貫通形成された貫通孔30a,30bに突入され
ている。上記プローブ31a,31bの先端部は燃焼筒４外周
面に向けられており、各プローブ31a,31bの中心軸の延
長線が通る燃焼筒４の壁部には夫々穴部36a,36bが開設
されている。従って、各プローブ31a,31bは、前記穴部3
6a,36bを通じて、主燃焼域の火炎の化学発光スペクトル
を検出する。
検出された発光スペクトルは、光ケーブル33a,33bを
通じ、光学フィルタ34a,34bを介してフォトダイオード
若しくはフォトトランジスタからなる受光装置35a,35b
に入射される。この受光装置35a,35bからは、発光スペ
クトルの発光強度に比例した電気信号が出力され、この
出力信号は例えばマイクロコンピュータで構成されるコ
ントロールユニット20に入力される。
通じ、光学フィルタ34a,34bを介してフォトダイオード
若しくはフォトトランジスタからなる受光装置35a,35b
に入射される。この受光装置35a,35bからは、発光スペ
クトルの発光強度に比例した電気信号が出力され、この
出力信号は例えばマイクロコンピュータで構成されるコ
ントロールユニット20に入力される。
尚、上記プローブ31a,31b、光ケーブル33a,33b、光学
フィルタ34a,34b、受光装置35a,35bが、主燃焼域の火炎
の複数種の化学発光スペクトルの発光強度を検出する手
段を構成する。
フィルタ34a,34b、受光装置35a,35bが、主燃焼域の火炎
の複数種の化学発光スペクトルの発光強度を検出する手
段を構成する。
このコントロールユニット20には、アクセル開度セン
サ21から出力されるアクセル開度検出信号等の機関に対
する要求負荷信号が入力され、この要求負荷信号に基づ
いて前記第１燃料噴射ノズル６と第２燃料噴射ノズル９
に供給する燃料流量を決定する。又、コントロールユニ
ット20は、前記受光装置35a,35bから出力される電気信
号に基づいて、前記第１アクチュエータ22及び第２アク
チュエータ23の駆動を制御する。
サ21から出力されるアクセル開度検出信号等の機関に対
する要求負荷信号が入力され、この要求負荷信号に基づ
いて前記第１燃料噴射ノズル６と第２燃料噴射ノズル９
に供給する燃料流量を決定する。又、コントロールユニ
ット20は、前記受光装置35a,35bから出力される電気信
号に基づいて、前記第１アクチュエータ22及び第２アク
チュエータ23の駆動を制御する。
即ち、コントロールユニット20は、前記プローブ31a,
31b、光ケーブル33a,33b、光学フィルタ34a,34b、受光
装置35a,35bからなる発光強度検出手段による検出結果
に基づいて、複数の化学発光スペクトルの発光強度の比
が使用燃料によって定められた空気過剰率の目標値であ
る目標制御範囲の略中間値に対応した比となるように第
１アクチュエータ22及び第２アクチュエータ23の駆動を
制御する本発明の制御手段の機能を奏する。
31b、光ケーブル33a,33b、光学フィルタ34a,34b、受光
装置35a,35bからなる発光強度検出手段による検出結果
に基づいて、複数の化学発光スペクトルの発光強度の比
が使用燃料によって定められた空気過剰率の目標値であ
る目標制御範囲の略中間値に対応した比となるように第
１アクチュエータ22及び第２アクチュエータ23の駆動を
制御する本発明の制御手段の機能を奏する。
次に、上述の構成によって達成される本発明の燃焼制
御の根拠について説明する。
御の根拠について説明する。
ここで、第２図は、上記燃焼器の主燃焼域のλｐ（空
気過剰率：例えばλ＝１は石油系燃料でA/F約14.8相
当）に対するC2ラジカルやCHラジカルといった特徴的化
学発光をする帯スペクトルの発光強度との関係を定性的
に示したものである。
気過剰率：例えばλ＝１は石油系燃料でA/F約14.8相
当）に対するC2ラジカルやCHラジカルといった特徴的化
学発光をする帯スペクトルの発光強度との関係を定性的
に示したものである。
この図に示すように、λｐと発光強度とは、燃料油種
が決まるとある相関関係を持つ。
が決まるとある相関関係を持つ。
第３図は予蒸発予混合式の燃焼器の主燃焼域のλｐと
NOXの排出量との関係を示したものである。
NOXの排出量との関係を示したものである。
この図に示すように、λｐが小さくなると、NOXの排
出量が増加する。λｐが大きくなると、NOXの排出量は
減少するが、火炎が不安定になり、吹き消えの問題が生
じる。
出量が増加する。λｐが大きくなると、NOXの排出量は
減少するが、火炎が不安定になり、吹き消えの問題が生
じる。
従来の技術の項で述べたように、予蒸発予混合式燃焼
器は、燃料を気化させ予混合気として燃焼させるので、
拡散燃焼式の燃焼器に比べて格段の低NOX化が図れる。
しかし、第３図のような特性を持つため、上記λｐがあ
まり小さい所で使用しては、低NOXのメリットが発揮さ
れない。又、λｐがあまり大きい所で使用しては、吹き
消えの問題があるため、主燃焼域のλｐを機関の全運転
範囲において略一定値にしておきたいという要求があ
る。
器は、燃料を気化させ予混合気として燃焼させるので、
拡散燃焼式の燃焼器に比べて格段の低NOX化が図れる。
しかし、第３図のような特性を持つため、上記λｐがあ
まり小さい所で使用しては、低NOXのメリットが発揮さ
れない。又、λｐがあまり大きい所で使用しては、吹き
消えの問題があるため、主燃焼域のλｐを機関の全運転
範囲において略一定値にしておきたいという要求があ
る。
本発明では、第２図の特性を利用し、従来、可変機構
の位置決めというオープンループ制御システムで制御さ
れていたλｐを、製造時のばらつきや経年変化に強いフ
ィードバック制御システムによって、所定範囲内に制御
する。
の位置決めというオープンループ制御システムで制御さ
れていたλｐを、製造時のばらつきや経年変化に強いフ
ィードバック制御システムによって、所定範囲内に制御
する。
この際に単純に発光強度だけをλｐの判断基準とした
のでは、センサの汚れや経年変化に弱い制御システムと
なってしまう。
のでは、センサの汚れや経年変化に弱い制御システムと
なってしまう。
そこで、本発明では、第２図に示したようなC2ラジカ
ル,CHラジカルという２種類以上の波長帯における発光
強度を計測し、その比をある目標に入れるように制御す
る。
ル,CHラジカルという２種類以上の波長帯における発光
強度を計測し、その比をある目標に入れるように制御す
る。
即ち、本発明の実施例では、第１図に示したプローブ
31a,31bという２つのセンサで火炎を測光し、この光を
夫々C2ラジカル用フィルタ34a（第２図に示す３種の波
長域付近を透過する）と、CHラジカルフィルタ34bを通
すことによりその発光強度a,bを求める。第４図に示す
ように、このaRとbRの比（bR/aR）をｋとして、このｋ
を予め実験で求めておいたλｐの目標制御範囲の中間値
（最適値）に対応した比kRとなるように前記第１アクチ
ュエータ22及び第２アクチュエータ23の駆動を制御し、
空気取り入れ口4A,4Bの開口面積を可変して、空気導入
量を制御する。
31a,31bという２つのセンサで火炎を測光し、この光を
夫々C2ラジカル用フィルタ34a（第２図に示す３種の波
長域付近を透過する）と、CHラジカルフィルタ34bを通
すことによりその発光強度a,bを求める。第４図に示す
ように、このaRとbRの比（bR/aR）をｋとして、このｋ
を予め実験で求めておいたλｐの目標制御範囲の中間値
（最適値）に対応した比kRとなるように前記第１アクチ
ュエータ22及び第２アクチュエータ23の駆動を制御し、
空気取り入れ口4A,4Bの開口面積を可変して、空気導入
量を制御する。
このように本発明では、発光強度の絶対値を用いるの
ではなく、複数の帯スペクトルの発光強度の相互関係を
利用しているため、測定部の汚れや燃料流量によって生
じるずれ等を補正可能である（但し、燃料流量について
はコントロールユニット20が把握している量であるた
め、該コントロールユニット20内の演算部においても補
正可能であるのは言うまでもない）。
ではなく、複数の帯スペクトルの発光強度の相互関係を
利用しているため、測定部の汚れや燃料流量によって生
じるずれ等を補正可能である（但し、燃料流量について
はコントロールユニット20が把握している量であるた
め、該コントロールユニット20内の演算部においても補
正可能であるのは言うまでもない）。
第５図は上述のフィードバック制御ループを示したも
ので、この図の割算部46、比較部47、PIDコントロール
部48は夫々コントロールユニット20内に設けられてい
る。
ので、この図の割算部46、比較部47、PIDコントロール
部48は夫々コントロールユニット20内に設けられてい
る。
尚、以上の実施例で使用される光ケーブル33a,33b、
光学フィルタ34a,34b及び受光装置35a,35bを構成するフ
ォトダイオード（フォトトランジスタ）は、近年比較的
安価にて供給されるようになっており、制御装置そのも
ののコストはそう大きなものとはならない。又、フィー
ドバック制御の採用により、特に今後開発の進むセラミ
ック燃焼器においては、オープンループ制御時に高い加
工精度で管理しなければならなかったはめ合い部や摺動
部の加工精度を落とすことが可能になるため、これより
派生するコストダウン効果が大きいと言える。
光学フィルタ34a,34b及び受光装置35a,35bを構成するフ
ォトダイオード（フォトトランジスタ）は、近年比較的
安価にて供給されるようになっており、制御装置そのも
ののコストはそう大きなものとはならない。又、フィー
ドバック制御の採用により、特に今後開発の進むセラミ
ック燃焼器においては、オープンループ制御時に高い加
工精度で管理しなければならなかったはめ合い部や摺動
部の加工精度を落とすことが可能になるため、これより
派生するコストダウン効果が大きいと言える。
次に、本発明の他の実施例を第６図に基づいて説明す
る。
る。
この実施例は、燃焼筒４の壁部に形成された単一の穴
部36を通じて、単一のプローブ41で主燃焼域の火炎の化
学発光スペクトルを検出するようにする。そして、検出
された発光スペクトルを、単一の光ケーブル42を通じて
ハーフミラーの分光器43に入射して分光し、分けられた
光を夫々C2ラジカル,CHラジカル用の光学フィルタ44a,4
4bを介してフォトダイオード若しくはフォトトランジス
タからなる受光装置45a,45bに入射させる。
部36を通じて、単一のプローブ41で主燃焼域の火炎の化
学発光スペクトルを検出するようにする。そして、検出
された発光スペクトルを、単一の光ケーブル42を通じて
ハーフミラーの分光器43に入射して分光し、分けられた
光を夫々C2ラジカル,CHラジカル用の光学フィルタ44a,4
4bを介してフォトダイオード若しくはフォトトランジス
タからなる受光装置45a,45bに入射させる。
かかる実施例によると、単一のプローブ41を設けるだ
けで良いため、比較的高温となるためにコスト高となっ
ていたセンサ部構造の簡略化によりコスト低減を図れる
と共に、燃焼筒４の壁部に形成する採光用の穴部36も単
一設ければ良いため、燃焼筒４の設計上の制約が少なく
なるという利点がある。
けで良いため、比較的高温となるためにコスト高となっ
ていたセンサ部構造の簡略化によりコスト低減を図れる
と共に、燃焼筒４の壁部に形成する採光用の穴部36も単
一設ければ良いため、燃焼筒４の設計上の制約が少なく
なるという利点がある。
＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明によれば、予蒸発予混合
式の燃焼器において、主燃焼域の火炎の複数種の化学発
光スペクトルの発光強度を求め、この発光強度に基づい
て、複数種の化学発光スペクトルの発光強度の比が使用
燃料によって定められた空気過剰率の目標値に対応した
比となるように燃焼筒内への空気の取り入れ口の開口面
積を可変制御する構成としたから、製品組み立て時のば
らつきや、今後開発が進むセラミック燃焼器において長
期の使用で発生した部分的クラック等から起こる内部漏
れ等の影響を補正することができ、常に計画した空気過
剰率により、低NOX燃焼が可能となり、エミッションの
向上並びに吹き消えを解消することが可能となる。特
に、フィードバック制御の採用により、はめ合い部や摺
動部の加工精度を落とすことが可能なるため、上記のセ
ラミック燃焼器において、コストダウンを期待できる有
用性大なるものである。
式の燃焼器において、主燃焼域の火炎の複数種の化学発
光スペクトルの発光強度を求め、この発光強度に基づい
て、複数種の化学発光スペクトルの発光強度の比が使用
燃料によって定められた空気過剰率の目標値に対応した
比となるように燃焼筒内への空気の取り入れ口の開口面
積を可変制御する構成としたから、製品組み立て時のば
らつきや、今後開発が進むセラミック燃焼器において長
期の使用で発生した部分的クラック等から起こる内部漏
れ等の影響を補正することができ、常に計画した空気過
剰率により、低NOX燃焼が可能となり、エミッションの
向上並びに吹き消えを解消することが可能となる。特
に、フィードバック制御の採用により、はめ合い部や摺
動部の加工精度を落とすことが可能なるため、上記のセ
ラミック燃焼器において、コストダウンを期待できる有
用性大なるものである。
第１図は本発明に係る燃焼器の制御装置の一実施例のシ
ステム図、第２図は空気過剰率と発光強度の関係の特性
図、第３図は空気過剰率とNOX排出量の関係の特性図、
第４図は同上実施例の制御内容を説明する空気過剰率と
発光強度の関係の特性図、第５図は同上実施例のフィー
ドバック制御ループを示す構成図、第６図は他の実施例
のシステム図である。 １……燃焼器、３……蒸発管、４……燃焼筒、4A……第
１空気取り入れ口、4B……第２空気取り入れ口、６……
第１燃料噴射ノズル、９……第２燃料噴射ノズル、12…
…第１スリーブ、13……第２スリーブ 14,15,17,19……ギヤ、16,18……回転軸、20……コント
ロールユニット、22……第１アクチュエータ、23……第
２アクチュエータ、31a,31b,41……プローブ、46……割
算部、47……比較部、48……PIDコントロール部
ステム図、第２図は空気過剰率と発光強度の関係の特性
図、第３図は空気過剰率とNOX排出量の関係の特性図、
第４図は同上実施例の制御内容を説明する空気過剰率と
発光強度の関係の特性図、第５図は同上実施例のフィー
ドバック制御ループを示す構成図、第６図は他の実施例
のシステム図である。 １……燃焼器、３……蒸発管、４……燃焼筒、4A……第
１空気取り入れ口、4B……第２空気取り入れ口、６……
第１燃料噴射ノズル、９……第２燃料噴射ノズル、12…
…第１スリーブ、13……第２スリーブ 14,15,17,19……ギヤ、16,18……回転軸、20……コント
ロールユニット、22……第１アクチュエータ、23……第
２アクチュエータ、31a,31b,41……プローブ、46……割
算部、47……比較部、48……PIDコントロール部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F23R 3/26 F23R 3/00 F02C 7/057 F02C 9/00 F02C 9/20
Claims (1)
- 【請求項１】燃料を蒸発させると共に該燃料を燃焼用空
気と混合させる予蒸発予混合通路が内部に形成された蒸
発管と、該蒸発管の下流端に接続される燃焼筒と、を有
し、前記蒸発管には、予蒸発予混合通路内に燃焼を噴射
する予蒸発予混合燃焼用の第１燃料噴射ノズルと、予蒸
発予混合通路内に燃焼用空気を導入する空気導入孔と、
が設けられると共に、前記蒸発管と燃焼筒との接続部に
は、拡散燃焼用の第２燃料噴射ノズルが設けられ、前記
燃焼筒の周壁には、空気を燃焼筒内に導入するための空
気取り入れ口が形成されている燃焼器において、 前記空気の取り入れ口の開口面積を可変する可変機構
と、該可変機構を駆動する駆動手段と、を設ける一方、 主燃焼域の火炎の複数種の化学発光スペクトルの発光強
度を検出する手段と、 前記発光強度検出手段による検出結果に基づいて、複数
種の化学発光スペクトルの発光強度の比が使用燃料によ
って定められた空気過剰率の目標値に対応した比となる
ように前記可変機構の駆動手段を制御する制御手段と、 を設けたことを特徴とする燃焼器の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31135190A JP2814736B2 (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | 燃焼器の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31135190A JP2814736B2 (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | 燃焼器の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04186020A JPH04186020A (ja) | 1992-07-02 |
| JP2814736B2 true JP2814736B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=18016109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31135190A Expired - Lifetime JP2814736B2 (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | 燃焼器の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2814736B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06323165A (ja) * | 1993-05-17 | 1994-11-22 | Hitachi Ltd | ガスタービン用制御装置及び制御方法 |
| US8099941B2 (en) * | 2008-12-31 | 2012-01-24 | General Electric Company | Methods and systems for controlling a combustor in turbine engines |
| US8432440B2 (en) * | 2009-02-27 | 2013-04-30 | General Electric Company | System and method for adjusting engine parameters based on flame visualization |
-
1990
- 1990-11-19 JP JP31135190A patent/JP2814736B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04186020A (ja) | 1992-07-02 |
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