JP3862425B2 - Flame state detection method and apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器、ボイラー等の火炎を形成しながら燃焼する燃焼機器に於ける燃焼異常の検出技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
給湯器などのバーナーでは、負荷に応じて燃焼量を変化させるが、このとき燃焼量に応じて、その空気比を適切に設定するため、適切な割合の空気を供給する必要がある。このために、従来技術にあっては、予め、燃焼量に応じた空気量を設定しておき、負荷に応じて燃焼量、空気量を制御する手法が用いられている。
このような燃焼機器の燃焼にあって、これらの異常状態としては、燃焼機器から発生するCOの発生量が増加する不完全燃焼状態を挙げることができる。
さらに、例えば、湯沸器等の燃焼機器にあっては、図2に示すように、ほぼ同一形状・構成のバーナを所定のバーナ並設方向に並設した構成のものが採用されている。そして、このような燃焼機器の異常状態としては、例えば、単一のバーナに障害となる物質が詰まった状態となり、このバーナから火炎長の長い赤火が延びている状態が発生することがある。この状態は、部分不完全燃焼状態と呼ばれている。このような赤火燃焼状態は、燃焼に伴うすすの発生が多量であり、排気路を閉塞する方向に系を進めることとなるため、この異常状態を検知して、善処する必要がある。
さて、光学的手法を用いて燃焼制御、空気比制御を実行する手法としては、特開昭59−35718のカラーセンサを使用した技術を挙げることができる。これは、火炎の色が、空気量と関係することを利用して、燃焼制御、空気比制御をおこなうものである。この例の場合は、所謂、火炎の中心に、光センサの監視域を設定し、波長領域400〜700nm程度の範囲の光を監視する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
さて、燃焼状態にあって、燃焼が青火として起こる状態と、赤火として起こる状態とにあっては、両状態に於ける火炎の火炎長は格段に相異する(図2参照)。しかしながら、このような火炎の特性(火炎長が変化するという特性)に基づいて、燃焼状態の異常を検出しようとする技術は、これまで知られていない。
一方、カラーセンサを用いて火炎のほぼ中心から発生する光信号におけるスペクトルの変化状況を検出しようとすると、光信号が常に存在する状態における解析となるため、信号の有無の確認が容易ではなく、周波数に依存したスペクトル強度の変化を見る必要があるため、検出・判別系の構成が複雑になるとともに、実用域に達するまでには、解決すべき問題が残る。
従って、本発明の目的は、従来行われてきた技術とは異なり、合理・簡便な方法・装置で、燃焼装置で発生している火炎の状況を判別できる技術を得ることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明による燃焼装置に形成される火炎から発生する光信号を検出して火炎の状態を検出する火炎状態検出方法の特徴手段は、前記燃焼装置において火炎が青火状態で燃焼する青火炎形成領域より火炎形成方向下手側の領域で、火炎が赤火状態で燃焼する赤火炎形成領域内に、センサ検知領域を有する光センサからの光センサ出力を得て、前記光センサ出力により火炎の状態を検出することにある。
この方法が対象とする燃焼の異常とは、主に、赤火を形成しながら燃焼が起こっている場合に対応する。先にも説明したように、青火燃焼と赤火燃焼状態にあっては火炎長が異なるため、青火炎形成領域より火炎形成方向下手側の領域で、火炎が赤火状態で燃焼する赤火炎形成領域内で、光信号を検出することで、異常を検出することができる。即ち、青火燃焼状態では、光センサ出力がほとんど無い状態となり、赤火で燃焼する異常状態で始めて、大きな光センサ出力が検知できるため、異常の識別検知が、容易・確実となる
【0005】
さらに、前記燃焼装置が、所定のバーナ並設方向に、複数の燃焼用バーナを並設して備えたものである場合に、前記並設方向にセンサ検知領域が広がる前記光センサを使用し、前記光センサからの出力値が、所定の第1判定値よりも大きい場合に、いずれかの燃焼用バーナが赤火燃焼状態にある部分異常状態にあると判断する。
従来、このような部分不完全燃焼状態を、CO濃度等に基づいて検出することはむずかしかったが、不完全燃焼を起こしているバーナの火炎形成方向下流側のみにおいて、比較的長い火炎長の火炎を、確実に検知して、部分異常燃焼状態を捕捉することができる。
【0006】
さらに、先に説明した赤火判定用の第1判定値を備え、赤火発生の判断をおこなう方法にあって、この第1判定値よりも小さい第2判定値を備え、光センサ出力が所定の第2判定値よりも大きく、第1判定値よりも小さい場合に、燃焼装置が青火を形成しながら燃焼している状態にあるが、発生するCOの量が多い、青火不完全燃焼状態にあると判断する構成とすることが好ましい。
今日の燃焼装置の燃焼可動状態にあっては、燃焼炎が赤火である場合は、異常な状態であって、このような異常状態は、一般に好ましくないと判断されるCOガス発生状態とは、別個の原因で発生することがある。即ち、燃焼装置にあっては、経時的な使用に伴って排気側・給気側の閉塞等により、この状況が発生したりするが、これは、COガス発生量の微増を発生するに過ぎない。
一方、個別のバーナの閉塞状態が進むと、このバーナの於ける燃焼炎のみが、空気比の制御に伴って、突如赤火となる。このような場合は、光センサ出力は、後にも示すように、急激に変化する。従って、上記のような二つの判定値を備えることにより、燃焼装置の状況を的確に把握できる。
【0007】
このような検出に使用する光信号の波長領域としては、600nm〜1000nm(さらに好ましくは700nm〜1000nm)の周波数範囲が、赤火燃焼時に強い発光を生じるという理由から好ましい。
【0008】
これまで説明してきた手法を使用する火炎状態検出装置は、以下のように構成することとなる。
即ち、燃焼装置に形成される火炎から発生する光信号を検出して火炎の状態を検出する火炎状態検出装置を構成するに、
前記燃焼装置において火炎が青火状態で燃焼する青火炎形成領域より火炎形成方向下手側の領域で、火炎が赤火状態で燃焼する赤火炎形成領域内に、センサ検知領域を有する光センサを備え、この光センサからの光センサ出力により、燃焼状態判断する判断手段を備え、前記燃焼装置が、所定のバーナ並設方向に、複数の燃焼用バーナを並設して備えたものである場合に、前記並設方向にセンサ検知領域が広がる前記光センサを使用し、前記光センサからの出力が、所定の第1判定値よりも大きい場合に、前記判断手段が、いずれかの前記燃焼用バーナが赤火燃焼状態にある部分異常状態にあると判断する。
このように構成することで、これまで説明してきた手法に従って、火炎の状態を判断できる。
【0009】
さらに、前記判断手段が、前記第1判定値よりも小さい第2判定値を有し、前記光センサ出力が所定の第2判定値よりも大きく、第1判定値よりも小さい場合に、前記燃焼装置が青火を形成しながら燃焼している状態にあるが、発生するCOの量が多い、青火不完全燃焼状態にあると判断することが好ましい。
このような大小二つの判定基準値を設定することで、同じく、異常域にあると考えてよい燃焼にあって、赤火燃焼領域、部分赤火燃焼領域と、青火不完全燃焼領域とを、区別して判別することができる。
このように装置を構成する場合にあっても、光センサ出力の波長としては、領域波長600nm〜1000nm(さらに好ましくは波長700〜1000nm)にあるものを使用することが、赤火燃焼時に強い発光を生じるという理由から好ましい。
上記装置の構成の場合は、光センサ信号強度と、判定値との大小比較となるため、センサを複数個、備える必要は必ずしもなく、装置系は極端に簡便となる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本願の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1には、本願の火炎状態検出装置を採用している燃焼機器の一例である給湯器1が示されている。
給湯器1は、燃焼室を形成する給湯器本体2と、前記給湯器本体2の下部位置である燃焼用空気吸引部7近傍に備えられる燃焼装置4と、この燃焼装置4の下流側(図1の上側)に備えられる熱交換器5とを備えて構成されている。
前記燃焼装置4には燃料供給路6を介して燃料ガスが供給されるとともに、燃焼装置4の近傍所定部位に設けられている燃焼用空気吸引部7より、二次空気が吸引されて、燃焼の用に供される。前記供給路6には、この供給路6を介して供給される燃料ガスの供給量、及び、これに混合される一次空気量(これは一次空気供給路3より供給される)を調整するための調整弁8が備えられており、この調整弁8は、燃焼制御指令生成手段9で生成される燃焼制御指令に基づいて、その弁開度が調整される。この弁開度の調整により、結果的に、燃焼装置4に供給される燃料ガス量及び吸引される空気量が調整され、燃焼状態が調整される。
【0011】
この燃焼装置4は、図1の紙面左右方向であるバーナ並設方向においては、ほぼ同一構造の複数の燃焼用バーナ40を並設して備えている。従って、バーナの炎口は紙面表裏方向に延びている。燃焼装置4にあっては、図1の紙面表裏方向において連続した火炎を形成する構造とされているとともに、左右方向において、分割された複数の火炎を形成するように構成されている。
前記熱交換器5には、給水路10を介して水が供給され、燃焼装置4の燃焼により発生する熱を吸収して、湯を生成する。
【0012】
以上が、給湯器1の基本的な構造であるが、正常燃焼状態にあっては、燃焼装置4に形成される火炎(正常燃焼状態にある青火)の到達位置(ここで、火炎が形成されている領域を青火炎形成領域と呼ぶ)は、Aで示す領域となっている。
【0013】
さて、以下に、本願の特徴構成に関して説明する。
図1に示すように、熱交換器(被加熱器の一例)5の直上流側で、前記青火炎形成領域Aよりも下流側の位置B(この位置は、通常の青火燃焼状態にあっては火炎の終端位置が実質上到達しない位置であり、火炎が赤火となって始めて到達する位置)の側方に、光センサ11が備えられている。この光センサ11の監視位置Bでは、青火燃焼状態にあって、目視している限りにおいて火炎を認めることができない。図面では、説明を容易にするため、青火の先端位置に光センサの検知領域を位置させているが、実質的には、青火はこの位置より下側で終焉している。
この光センサ11は、実質上火炎から放射される波長600nm〜1000nmの光信号強度を測定するものであり、具体的には、Siを受光素子として備えたフォトダイオード型の光センサである。光センサ11の検知領域は、図1の上下方向である火炎形成方向に対して一点鎖線のように直交しており、燃焼用バーナの並設方向にも広がっている。
さらに、燃焼装置には、前述の光センサ11によって測定される光信号強度を入力とし、燃焼制御指令を生成する燃焼制御指令生成手段9を備えたマイクロコンピュータ12が備えられている。従って、本願においては、この燃焼制御指令生成手段9により生成される制御指令を調整弁8が受けて動作する。
さらに、上記のマイクロコンピュータ12には、前記光センサ11からの光センサ出力が、所定の第1判定値よりも大きい場合に、燃焼が赤火で発生する赤火不完全燃焼状態にあると判断する判断手段13が備えられている。ここで、第1判定値とは、図5を参照して説明すると、0.1V程度である。
さらに、この判断手段13は、前記第1判定値よりも小さい第2判定値を有し、光センサ出力が所定の第2判定値よりも大きく、第1判定値よりも小さい場合に、燃焼装置が青火を形成しながら燃焼している状態にあるが、発生するCOの量が多い、青火不完全燃焼状態にあると判断する構成とされている。ここで、第2判定値とは、同様に図5を参照して説明すると、0.005V程度である。
従って、この判断手段13は、燃焼状態が、赤火燃焼状態にあるか、青火燃焼状態にあるが、COの発生が多い状態にあるかを、択一的に判定することができる。
この判断手段13による判定結果は、出力手段14を介して出力されるように構成されている。
【0014】
以下、先に説明した判断手段13の働きに関して説明する。
説明にあたっては、燃焼状態として、図2(イ)に示す燃焼バーナのうちの一部のバーナが部分的な閉塞状態にあり、このバーナから赤火が発生している状態を部分赤火燃焼状態(部分不完全燃焼状態)と称し、図2(ロ)に示すように全ての燃焼バーナが青火で燃焼している状態を、全体青火燃焼状態(正常燃焼状態及び全体不完全燃焼状態)と称する。
さて、このような燃焼パターンの分類分けをおこなった場合における、部分不完全燃焼状態の光センサ出力のスペクトルを図3に、全体青火燃焼状態における図4に示した。これらの図面の縦軸はカウント数を示し、カウント数が大きい程スペクトル強度が高い。
これらの図面において、空気比λ(実供給空気量/理論空気量)が、変更されている。
部分不完全燃焼状態に対応する図3に関して説明すると、光センサ出力は、波長450nm程度の部分から波長の増加に従って、指数的に増加している。特にに、600nm以上(700nm以上)の波長域で、増加傾向が顕著である。即ち、本願のように、青火燃焼状態域よりも下流側の位置に、検出域を有する光センサで、例えば600nm以上の波長域の光信号を検出することにより、部分赤火燃焼状態(部分不完全燃焼状態)を識別性よく、検出できることが判る。
全体青火燃焼状態(正常燃焼状態及び全体不完全燃焼状態)に対応する図4に関して説明すると、先ず、図3と比較して、有意な信号強度を有する信号域が、ほぼ波長700nm以上の領域に限られるとともに、図3のものと比較して、全体に信号強度が低いことが判る。従って、青火燃焼状態と、赤火燃焼とにおいて4は、後に示す図5での比較からも判明するように、本願の方法において識別関知が可能となる。
【0015】
次に、図5に、燃焼状態に対応した、光センサ出力(V)とCO発生量(ppm)及び空気比との関係を示した。
同図において、図上右側にいくほど、不完全燃焼の程度が高い(空気比は低い)状態に対応している。さらに、各符号の記載の部分において、部分不完全とは、これまで説明してきたように一部のバーナが赤火燃焼を起こしている場合に対応し、全体不完全とは、全てのバーナが青火で燃焼しているが、CO発生量が多くなっている状態に対応している。
さらに、部分不完全の部位において、括弧内に、前1、前2、奥1、奥2と記載したのは、光センサから見て、赤火燃焼を起こしているバーナが、手前側にあるか(前と記載)、奥側にあるか(奥と記載)を示す。即ち、例えば、「前2」とは、光センサに対して図2で、手前側にある2番目のバーナが、何らかの理由で赤火燃焼を起こしている状況に対応している。さらに、「大」「小」とは、燃焼量の大小(具体的には500Kcalと4000Kcal)を示している。
以下、図5に基づいて、光センサ出力と、燃焼状態との関係を説明すると、同図に示す正常燃焼領域にあっては、出力値は小さい。しかしながら、燃焼状態が例えば空気比が小さい状態となりCOの発生量が増加した場合にあっても、光センサ出力は、微増傾向を示すにすぎない。
一方、一部の燃焼バーナが異常となり、赤火燃焼となる場合にあっては、一気に所定の値(同図の場合は電圧1V程度まで)まで光センサ出力が階段的に増加する。この要因は、光センサの検出域の設定と、その検出波長との関係によるものと考えられる。
従って、図5に示すように、本願方法を採用する場合は、第1判定値を設定して、青火燃焼と赤火燃焼とを判別することが可能であるとともに、第2判定値を設定して、同じく青火燃焼状態にあっても、CO発生量が多い状態を判別することができる。
【0016】
〔別実施の形態例〕
上記の実施の形態例では、光センサとして、素子材料として、Siを主要な材料とする受光素子を示したが、このような材料としては、Ge、InGaAs、GaAlAs、GaAs、CdS、CdSe等も利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願の燃焼機器の構成を示す図
【図2】 赤火燃焼の検出原理を示す模式図
【図3】 部分不完全燃焼時の光センサ出力の変化状態を示すスペクトル図
【図4】 全体不完全燃焼時の光センサ出力の変化状態を示すスペクトル図
【図5】 正常燃焼領域、全体不完全燃焼領域、部分不完全燃焼領域における光センサ出力の差を示す図
【符号の説明】
4 燃焼装置
11 光センサ
13 判断手段
14 出力手段
40 燃焼バーナ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for detecting abnormal combustion in combustion equipment that burns while forming a flame such as a water heater or a boiler.
[0002]
[Prior art]
In a burner such as a water heater, the amount of combustion is changed according to the load. At this time, in order to appropriately set the air ratio according to the amount of combustion, it is necessary to supply an appropriate ratio of air. For this reason, in the prior art, a method is used in which an air amount corresponding to the combustion amount is set in advance and the combustion amount and the air amount are controlled according to the load.
In the combustion of such a combustion device, these abnormal states may include an incomplete combustion state in which the amount of CO generated from the combustion device increases.
Further, for example, in a combustion apparatus such as a water heater, as shown in FIG. 2, a configuration in which burners having substantially the same shape and configuration are arranged side by side in a predetermined burner juxtaposition direction is employed. As an abnormal state of such a combustion device, for example, a single burner may be clogged with an obstructive substance, and a state in which a red flame with a long flame length extends from the burner may occur. . This state is called a partially incomplete combustion state. In such a red fire combustion state, the generation of soot accompanying combustion is large, and the system is advanced in the direction of closing the exhaust passage. Therefore, it is necessary to detect this abnormal state and take appropriate measures.
As a technique for performing combustion control and air ratio control using an optical technique, a technique using a color sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-35718 can be cited. This performs combustion control and air ratio control using the fact that the color of the flame is related to the amount of air. In the case of this example, a monitoring area of the optical sensor is set at the so-called flame center, and light in the wavelength range of about 400 to 700 nm is monitored.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Now, in the combustion state, the flame length of the flame in both states is significantly different between the state where the combustion occurs as a blue fire and the state where the combustion occurs as a red fire (see FIG. 2). However, a technique for detecting an abnormality in the combustion state based on such flame characteristics (characteristic that the flame length changes) has not been known so far.
On the other hand, when trying to detect the change of the spectrum in the optical signal generated from almost the center of the flame using the color sensor, it becomes an analysis in the state where the optical signal is always present, so it is not easy to check the presence of the signal, Since it is necessary to see changes in the spectral intensity depending on the frequency, the configuration of the detection / discrimination system becomes complicated, and problems to be solved remain until the practical range is reached.
Therefore, an object of the present invention is to obtain a technique capable of discriminating the state of a flame generated in a combustion apparatus with a rational and simple method and apparatus, unlike the technique conventionally performed.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the characteristic means of the flame state detection method for detecting the state of the flame by detecting an optical signal generated from the flame formed in the combustion device according to the present invention is such that the flame is in a blue fire state in the combustion device. A light sensor output from a light sensor having a sensor detection area in a red flame formation area where the flame burns in a red fire state in an area on the lower side of the flame formation direction than the blue flame formation area burning in The purpose is to detect the state of the flame based on the sensor output.
The combustion abnormality targeted by this method mainly corresponds to the case where combustion occurs while forming a red fire. As explained earlier, because the flame length is different between the blue fire combustion state and the red fire combustion state, the red flame in which the flame burns in the red fire state in the region on the lower side of the flame formation direction from the blue flame formation region. Abnormality can be detected by detecting an optical signal within the formation region. That is, in the blue fire combustion state, there is almost no light sensor output, and since a large light sensor output can be detected only in an abnormal state where the fire burns with red fire, it is easy and reliable to identify and detect abnormality .
[0005]
Further, when the combustion apparatus is provided with a plurality of combustion burners arranged in parallel in a predetermined burner juxtaposition direction, the optical sensor having a sensor detection area that extends in the juxtaposition direction is used. When the output value from the optical sensor is larger than a predetermined first determination value, it is determined that one of the combustion burners is in a partially abnormal state in a red fire combustion state .
Conventionally, it has been difficult to detect such a partial incomplete combustion state based on the CO concentration or the like, but a flame having a relatively long flame length only on the downstream side of the flame formation direction of the burner in which incomplete combustion occurs. Can be reliably detected, and the partial abnormal combustion state can be captured.
[0006]
Further, in the method of determining the occurrence of red fire, including the first determination value for red fire determination described above, the second determination value is smaller than the first determination value, and the optical sensor output is predetermined. Is larger than the second determination value and smaller than the first determination value, the combustion device is in a state of burning while forming a blue fire, but the amount of generated CO is large and the blue fire is incomplete combustion. It is preferable to adopt a configuration in which it is determined that the state is present.
In the combustion movable state of today's combustion apparatus, when the combustion flame is red fire, it is an abnormal state, and such an abnormal state is generally considered to be an unfavorable CO gas generation state. May occur for different reasons. In other words, in the combustion apparatus, this situation may occur due to the blockage of the exhaust side and the supply side with use over time, but this only causes a slight increase in the amount of CO gas generated. Absent.
On the other hand, when the closed state of the individual burner advances, only the combustion flame in this burner suddenly becomes red fire with the control of the air ratio. In such a case, the optical sensor output changes rapidly as will be shown later. Therefore, the situation of the combustion apparatus can be accurately grasped by providing the two determination values as described above.
[0007]
As a wavelength region of an optical signal used for such detection, a frequency range of 600 nm to 1000 nm (more preferably 700 nm to 1000 nm) is preferable because strong light emission occurs during red fire combustion.
[0008]
The flame state detection apparatus using the method described so far is configured as follows.
That is, in configuring a flame state detection device that detects a light state by detecting an optical signal generated from a flame formed in the combustion device,
In the combustion apparatus, an optical sensor having a sensor detection area is provided in a red flame formation area where the flame burns in a red fire state, in an area on the lower side of the flame formation direction from a blue flame formation area where the flame burns in a blue fire state. , by the light sensor output from the optical sensor, comprising a determining means for determining the combustion state, the combustion device, a predetermined burner arrangement direction, if those having been arranged a plurality of combustion burners In addition, when the optical sensor in which the sensor detection area extends in the juxtaposed direction is used, and the output from the optical sensor is larger than a predetermined first determination value, the determination means may It is determined that the burner is in a partial abnormal state where the burner is in a red fire combustion state.
With this configuration, it is possible to determine the flame state according to the method described so far.
[0009]
Further, when the determination means has a second determination value smaller than the first determination value, and the optical sensor output is larger than a predetermined second determination value and smaller than the first determination value, the combustion Although the apparatus is in a state of burning while forming a blue fire, it is preferable to determine that the apparatus is in a blue fire incomplete combustion state in which a large amount of CO is generated.
By setting such two large and small judgment reference values, similarly, in the combustion that may be considered to be in the abnormal region, the red fire combustion region, the partial red fire combustion region, and the blue fire incomplete combustion region Can be distinguished and discriminated.
Even in the case of configuring the apparatus in this way, it is possible to use a light having a wavelength in the region wavelength of 600 nm to 1000 nm (more preferably, a wavelength of 700 to 1000 nm) as the wavelength of the optical sensor output. Is preferable because of
In the case of the configuration of the above-described device, since the magnitude of the optical sensor signal intensity and the determination value are compared, it is not always necessary to provide a plurality of sensors, and the device system becomes extremely simple.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present application will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a water heater 1 that is an example of a combustion device that employs the flame state detection device of the present application.
The water heater 1 includes a water heater body 2 that forms a combustion chamber, a combustion device 4 that is provided in the vicinity of the combustion air suction portion 7 that is a lower position of the water heater body 2, and a downstream side of the combustion device 4 (see FIG. 1 and the heat exchanger 5 provided on the upper side.
Fuel gas is supplied to the combustion device 4 via a fuel supply path 6, and secondary air is sucked from a combustion air suction portion 7 provided at a predetermined site in the vicinity of the combustion device 4 for combustion. Served for use. To adjust the supply amount of the fuel gas supplied through the supply passage 6 and the primary air amount mixed with the supply passage 6 (this is supplied from the primary air supply passage 3). The adjusting valve 8 is adjusted based on the combustion control command generated by the combustion control command generating means 9. As a result, the amount of fuel gas supplied to the combustion device 4 and the amount of air sucked are adjusted by adjusting the valve opening, and the combustion state is adjusted.
[0011]
The combustion apparatus 4 includes a plurality of combustion burners 40 having substantially the same structure in parallel in the direction in which the burners are arranged in the horizontal direction of FIG. Therefore, the flame outlet of the burner extends in the front and back direction. The combustion apparatus 4 has a structure that forms a continuous flame in the front and back direction of the paper in FIG. 1 and is configured to form a plurality of divided flames in the left-right direction.
Water is supplied to the heat exchanger 5 through the water supply channel 10 and absorbs heat generated by the combustion of the combustion device 4 to generate hot water.
[0012]
The above is the basic structure of the water heater 1, but in the normal combustion state, the arrival position of the flame (blue fire in the normal combustion state) formed in the combustion device 4 (where the flame is formed) The area that is indicated is called a blue flame forming area).
[0013]
Now, the characteristic configuration of the present application will be described below.
As shown in FIG. 1, at a position immediately upstream of the heat exchanger (an example of a heater) 5 and downstream of the blue flame formation region A (this position is in a normal blue fire combustion state). In this case, the optical sensor 11 is provided on the side of the position where the end position of the flame does not reach substantially, and the position where the flame reaches only when it becomes red fire. At the monitoring position B of the optical sensor 11, the flame is in a blue fire combustion state, and no flame can be recognized as long as it is visually observed. In the drawing, for easy explanation, the detection area of the light sensor is located at the tip position of the blue fire, but the blue fire is substantially terminated below this position.
This optical sensor 11 measures an optical signal intensity of a wavelength of 600 nm to 1000 nm that is substantially emitted from a flame, and is specifically a photodiode type optical sensor provided with Si as a light receiving element. The detection area of the optical sensor 11 is orthogonal to the flame forming direction, which is the vertical direction in FIG. 1, as indicated by a one-dot chain line, and extends in the direction in which the combustion burners are juxtaposed.
Further, the combustion apparatus is provided with a microcomputer 12 provided with combustion control command generation means 9 that receives the optical signal intensity measured by the optical sensor 11 and generates a combustion control command. Therefore, in the present application, the control valve 8 receives the control command generated by the combustion control command generating means 9 and operates.
Further, the microcomputer 12 determines that the incomplete combustion state of red fire in which combustion is generated by red fire when the optical sensor output from the optical sensor 11 is larger than a predetermined first determination value. Judgment means 13 is provided. Here, the first determination value is about 0.1 V when described with reference to FIG.
Further, the determination means 13 has a second determination value that is smaller than the first determination value, and when the optical sensor output is larger than the predetermined second determination value and smaller than the first determination value, the combustion device Is in a state of burning while forming a blue fire, but it is determined to be in an incomplete combustion state of blue fire with a large amount of generated CO. Here, the second determination value is about 0.005 V when similarly described with reference to FIG.
Therefore, the determination means 13 can alternatively determine whether the combustion state is a red fire combustion state or a blue fire combustion state but a state in which a large amount of CO is generated.
The determination result by the determination unit 13 is configured to be output via the output unit 14.
[0014]
Hereinafter, the operation of the determination unit 13 described above will be described.
In the description, as a combustion state, a part of the burners shown in FIG. 2 (a) is in a partially closed state, and a state in which red fire is generated from this burner is a partial red fire combustion state. This is called (partial incomplete combustion state), and as shown in FIG. 2 (b), the state in which all combustion burners are burning with blue fire is the whole blue fire combustion state (normal combustion state and whole incomplete combustion state). Called.
Now, the spectrum of the optical sensor output in the partially incomplete combustion state in the case where such combustion pattern classification is performed is shown in FIG. 3, and in the whole blue fire combustion state, FIG. The vertical axis of these drawings indicates the count number, and the greater the count number, the higher the spectral intensity.
In these drawings, the air ratio λ (actual supply air amount / theoretical air amount) is changed.
Referring to FIG. 3 corresponding to the partially incomplete combustion state, the optical sensor output increases exponentially as the wavelength increases from the portion having the wavelength of about 450 nm. In particular, an increasing tendency is remarkable in a wavelength region of 600 nm or more (700 nm or more). That is, as in the present application, a partial red fire combustion state (partial) is detected by detecting an optical signal in a wavelength region of, for example, 600 nm or more with an optical sensor having a detection region at a position downstream of the blue fire combustion state region. It can be seen that the incomplete combustion state can be detected with good discrimination.
Referring to FIG. 4 corresponding to the overall blue fire combustion state (normal combustion state and overall incomplete combustion state), first, a signal region having a significant signal intensity is a region having a wavelength of about 700 nm or more as compared with FIG. It can be seen that the overall signal intensity is lower than that of FIG. Therefore, 4 in the blue fire combustion state and the red fire combustion can be discriminated in the method of the present application, as will be understood from the comparison in FIG. 5 described later.
[0015]
Next, FIG. 5 shows the relationship between the optical sensor output (V), the CO generation amount (ppm), and the air ratio corresponding to the combustion state.
In the same figure, it corresponds to the state where the degree of incomplete combustion is high (the air ratio is low) as it goes to the right side in the figure. Furthermore, in the portion indicated by each symbol, partial imperfection corresponds to the case where some burners are causing red fire combustion as described above, and total imperfection means that all burners are Although it burns with blue fire, it corresponds to the state where the amount of CO generation is increasing.
Furthermore, in the partially incomplete part, the front, front 2, back 1, and back 2 are described in parentheses because the burner causing red fire combustion is on the near side as seen from the optical sensor. (Denoted as front) or in the rear (denoted as deep). That is, for example, “front 2” corresponds to a situation in which the second burner on the near side in FIG. 2 with respect to the optical sensor causes red fire combustion for some reason. Furthermore, “large” and “small” indicate the amount of combustion (specifically, 500 Kcal and 4000 Kcal).
Hereinafter, the relationship between the optical sensor output and the combustion state will be described with reference to FIG. 5. In the normal combustion region shown in FIG. 5, the output value is small. However, even when the combustion state is, for example, a state where the air ratio is small and the amount of CO generated is increased, the optical sensor output only shows a slight increase tendency.
On the other hand, when some of the combustion burners become abnormal and red-fire combustion occurs, the optical sensor output increases stepwise to a predetermined value (up to about 1 V in the case of the figure). This factor is considered to be due to the relationship between the detection range of the optical sensor and the detection wavelength.
Therefore, as shown in FIG. 5, when the method of the present application is adopted, it is possible to set the first determination value to discriminate between the blue fire combustion and the red fire combustion and set the second determination value. Thus, even in the blue fire combustion state, it is possible to determine a state where the amount of generated CO is large.
[0016]
[Another embodiment]
In the above embodiment, a light receiving element having Si as a main material as an element material has been shown as an optical sensor. Examples of such a material include Ge, InGaAs, GaAlAs, GaAs, CdS, CdSe, and the like. Available.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a combustion apparatus of the present application. FIG. 2 is a schematic diagram showing a detection principle of red fire combustion. FIG. 3 is a spectrum diagram showing a change state of an optical sensor output during partial incomplete combustion. ] Spectral diagram showing changes in optical sensor output during complete incomplete combustion. [Fig. 5] Diagram showing difference in optical sensor output in normal combustion area, overall incomplete combustion area, and partial incomplete combustion area.
4 Combustion device 11 Optical sensor 13 Judgment means 14 Output means 40 Combustion burner

Claims (6)

燃焼装置に形成される火炎から発生する光信号を検出して火炎の状態を検出する火炎状態検出方法であって、
前記燃焼装置において火炎が青火状態で燃焼する青火炎形成領域より火炎形成方向下手側の領域で、火炎が赤火状態で燃焼する赤火炎形成領域内に、センサ検知領域を有する光センサからの光センサ出力を得て、前記光センサ出力により火炎の状態を検出するにあたり、
前記燃焼装置が、所定のバーナ並設方向に、複数の燃焼用バーナを並設して備えたものである場合に、
前記並設方向にセンサ検知領域が広がる前記光センサを使用し、前記光センサからの出力が、所定の第1判定値よりも大きい場合に、いずれかの前記燃焼用バーナが赤火燃焼状態にある部分異常状態にあると判断する火炎状態検出方法。
A flame state detection method for detecting a light state by detecting an optical signal generated from a flame formed in a combustion device,
In the combustion apparatus, from the optical sensor having a sensor detection area in the red flame formation area where the flame burns in the red fire state, in the area lower in the flame formation direction than the blue flame formation area where the flame burns in the blue fire state. In obtaining the optical sensor output, in detecting the flame state by the optical sensor output ,
When the combustion device is provided with a plurality of combustion burners arranged in parallel in a predetermined burner juxtaposition direction,
When the optical sensor having a sensor detection area extending in the juxtaposed direction is used and the output from the optical sensor is larger than a predetermined first determination value, any one of the combustion burners is in a red fire combustion state. A flame state detection method for determining that a partial abnormal state exists .
前記第1判定値よりも小さい第2判定値を備え、前記光センサ出力が所定の第2判定値よりも大きく、第1判定値よりも小さい場合に、前記燃焼装置が青火を形成しながら燃焼している状態にあるが、発生するCOの量が多い、青火不完全燃焼状態にあると判断する請求項1に記載の火炎状態検出方法。When the second determination value is smaller than the first determination value, and the optical sensor output is larger than a predetermined second determination value and smaller than the first determination value, the combustion device forms a blue fire. The flame state detection method according to claim 1, wherein the flame state is determined to be in an incomplete combustion state with a large amount of CO generated in a burning state but with a large amount of CO. 前記火炎から放射される波長600nm〜1000nmの光信号強度を測定する請求項1又は2に記載の火炎状態検出方法。Flame detection method according to claim 1 or 2 for measuring the optical signal intensity of the wavelength 600nm~1000nm emitted from the flame. 燃焼装置に形成される火炎から発生する光信号を検出して火炎の状態を検出する火炎状態検出装置であって、
前記燃焼装置において火炎が青火状態で燃焼する青火炎形成領域より火炎形成方向下手側の領域で、火炎が赤火状態で燃焼する赤火炎形成領域内に、センサ検知領域を有する光センサを備え、前記光センサからの光センサ出力により、燃焼状態判断する判断手段を備え、
前記燃焼装置が、所定のバーナ並設方向に、複数の燃焼用バーナを並設して備えたものである場合に、
前記並設方向にセンサ検知領域が広がる前記光センサを使用し、前記光センサからの光センサ出力が、所定の第1判定値よりも大きい場合に、前記判断手段が、いずれかの前記燃焼用バーナが赤火燃焼状態にある部分異常状態にあると判断する火炎状態検出装置。
A flame state detection device for detecting a light state by detecting an optical signal generated from a flame formed in a combustion device,
In the combustion apparatus, an optical sensor having a sensor detection area is provided in a red flame formation area where the flame burns in a red fire state, in an area on the lower side of the flame formation direction from a blue flame formation area where the flame burns in a blue fire state. , by the light sensor output from the light sensor, comprising a determining means for determining the combustion state,
When the combustion device is provided with a plurality of combustion burners arranged in parallel in a predetermined burner juxtaposition direction,
When the optical sensor having a sensor detection area extending in the juxtaposed direction is used, and the optical sensor output from the optical sensor is larger than a predetermined first determination value, the determination unit is configured to use one of the combustion sensors. A flame state detection device that determines that the burner is in a partially abnormal state in which a red fire combustion state is present .
前記判断手段が、前記第1判定値よりも小さい第2判定値を有し、前記光センサ出力が所定の第2判定値よりも大きく、第1判定値よりも小さい場合に、前記燃焼装置が青火を形成しながら燃焼している状態にあるが、発生するCOの量が多い、青火不完全燃焼状態にあると判断する請求項4に記載の火炎状態検出装置。When the determination means has a second determination value smaller than the first determination value, and the optical sensor output is larger than a predetermined second determination value and smaller than the first determination value, the combustion device The flame state detection device according to claim 4, wherein the flame state detection device determines that the combustion is in an incomplete combustion state with a large amount of CO generated while being in a state of combustion while forming a blue fire. 前記光センサが、Si、Ge、InGaAs、GaAlAs、GaAs、CdS、CdSeの何れか一種以上を受光素子材料として備えた光センサである請求項4又は5に記載の火炎状態検出装置6. The flame state detection device according to claim 4 or 5, wherein the optical sensor is an optical sensor including at least one of Si, Ge, InGaAs, GaAlAs, GaAs, CdS, and CdSe as a light receiving element material.
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