JPS6138376B2

JPS6138376B2 -

Info

Publication number: JPS6138376B2
Application number: JP7790378A
Authority: JP
Inventors: Yukiro Komai; Nobuyuki Kanehara; Hideki Kaneko
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-06-26
Filing date: 1978-06-26
Publication date: 1986-08-29
Also published as: JPS556130A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はガス、石油等の燃料と空気とを予混合
させる密閉式燃焼装置の改良に関するものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an improvement in a closed combustion device for premixing fuel such as gas or oil with air.

従来のバーナは予混合空気量を必要空気量の50
〜80％入れた、いわゆるブンゼンバーナが大多数
であつた。このブンゼンバーナを用いて密閉燃焼
を行なう場合は、完全燃焼させるために、予混合
空気の外に多量の二次空気を送ることになり、大
きな燃焼空間が必要となる。また、多量の二次空
気を送るため燃焼に直接必要のない過剰空気が多
くなり、高効率が得られないという欠点があつ
た。ここで多量の二次空気が必要である原因を説
明すると、例えば都市ガスにおいてはガス供給の
面から夏と冬とのガスの成分が異なる等の原因か
ら、必要な二次空気量はかなり変動する。また送
風フアンの電源電圧は±15％の変動が予想され
る。その他強風時にも大きな変動がある。このよ
うな変動に耐えるために、多量の二次空気を送る
必要が生じるのである。 Conventional burners require a premixed air volume of 50% of the required air volume.
The majority were so-called Bunsen burners with ~80% input. When performing closed combustion using this Bunsen burner, a large amount of secondary air is sent in addition to the premixed air in order to achieve complete combustion, and a large combustion space is required. In addition, since a large amount of secondary air is sent, there is a large amount of excess air that is not directly required for combustion, and high efficiency cannot be obtained. To explain why a large amount of secondary air is required, for example, in the case of city gas, the amount of secondary air required fluctuates considerably due to factors such as differences in gas composition between summer and winter due to gas supply. do. Additionally, the power supply voltage for the blower fan is expected to fluctuate by ±15%. There are also large fluctuations during strong winds. To withstand such fluctuations, it becomes necessary to supply a large amount of secondary air.

本発明は炎を介在して二極間に電圧を印加し、
二極間に流れる電流値をピークにするように燃
料、あるいは空気量を制御することにより、燃料
の成分が変動しても、あるいはその他の変動があ
つても、理論空気量の近傍で燃焼させると共に、
空気のバイパスを通して、必要最小限の二次空気
を送ることにより、燃焼を早急に完結させて、コ
ンパクトな燃焼部を実現させると共に過剰空気量
を少なくして高効率を得ることを目的としたもの
である。 The present invention applies a voltage between two poles via a flame,
By controlling the amount of fuel or air so that the current value flowing between the two poles reaches its peak, combustion is achieved near the theoretical amount of air even if the fuel composition or other fluctuations occur. With,
By sending the minimum necessary amount of secondary air through an air bypass, the purpose is to quickly complete combustion, create a compact combustion section, and reduce the amount of excess air to achieve high efficiency. It is.

一般に上述のように燃焼と空気量とを検知する
ことにより空気過剰率を制御する方法として、燃
焼した時に生じるイオン電流を用いることはよく
知られている。このような従来例の概略の構成図
を第１図に示す。第１図はフアン８により空気
を、そして燃料供給装置１１によりノズル１から
燃料を送り混合室２で混し、バーナ３によつて炎
４を保持するような燃焼装置である。そこでバー
ナ３を負電極、検出電極５を正電極とし、電源６
により電圧を印加すれば燃焼炎中にイオン電流が
発生し、抵抗７の両端に電圧が発生する。この電
圧が一定になるように、コンデンサ１２によつて
平滑し、増幅器９により増幅した後、制御回路１
０により、フアン８あるいは燃料供給装置１１を
制御するものである。または、第１図と同様の構
成図であるが、バーナ３を正電極、検出電極５を
負電極とすることにより、両極間に流れるイオン
電流は検出電極５と炎４との位置関係に敏感にな
る。この効果により、同様の制御手段により、炎
の存在する位置を制御したものである。前者の場
合はあらゆる変動に対して不完全燃焼を防ぐため
に、空気過剰率（以後ｍと省す）を高くする必要
があり、通常ｍ＝1.5〜2.0の設定になつている。
また設定したイオン電流値を一定になるように制
御するのであるから燃料の成分が変化すれば、当
然ｍは変化するはずである。また後者の場合は、
炎の位置を制御するものであるから本来ｍの変化
は無頓着である。 In general, it is well known that the ion current generated during combustion is used as a method of controlling the excess air ratio by detecting combustion and the amount of air as described above. A schematic configuration diagram of such a conventional example is shown in FIG. FIG. 1 shows a combustion device in which air is fed by a fan 8, fuel is fed from a nozzle 1 by a fuel supply device 11, and mixed in a mixing chamber 2, and a flame 4 is maintained by a burner 3. Therefore, the burner 3 is set as a negative electrode, the detection electrode 5 is set as a positive electrode, and the power supply 6 is set as a negative electrode.
When a voltage is applied, an ionic current is generated in the combustion flame, and a voltage is generated across the resistor 7. After smoothing this voltage with a capacitor 12 and amplifying it with an amplifier 9 so that this voltage becomes constant, the control circuit 1
0 controls the fan 8 or the fuel supply device 11. Alternatively, the configuration is similar to that shown in FIG. 1, but by setting the burner 3 as a positive electrode and the detection electrode 5 as a negative electrode, the ionic current flowing between the two electrodes is sensitive to the positional relationship between the detection electrode 5 and the flame 4. become. Due to this effect, the position where the flame exists is controlled by a similar control means. In the former case, in order to prevent incomplete combustion against all fluctuations, it is necessary to increase the excess air ratio (hereinafter abbreviated as m), and m is usually set at 1.5 to 2.0.
Furthermore, since the set ion current value is controlled to be constant, if the fuel components change, m should naturally change. Also, in the latter case,
Since the position of the flame is controlled, changes in m are essentially indifferent.

本発明は以上に説明したような欠点を改良して
いかなる変動があつても、ｍが大きく変動しない
ようにしたものである。以下に図面に従つて詳細
に説明する。一般に炭化水素系燃料が燃焼した時
次のような反応が発生する。 The present invention improves the above-described drawbacks so that m does not vary greatly no matter what variation occurs. A detailed explanation will be given below with reference to the drawings. Generally, when hydrocarbon fuel is combusted, the following reactions occur.

CH＋Ｏ→CHO⁺＋e^- 従つて、炎間に電圧を印加すれば電流が流れる
ことになり、これがイオン電流である。この電流
値は大きいが故に動きの鈍い陽イオンCHO⁺にお
いて律されているから、負の電極の位置および形
状によつて大きく変化する。第２図はイオン電流
検知の概略図であり、空気とノズル１から燃料と
を供給し、混合室２で混合し、バーナ３で炎４を
保持させる。そしてバーナ３と検出電極５とを両
電極とし、電源６により電圧を印加し、炎に流れ
るイオン電流の変化を抵抗７の電圧で検知するよ
うにしたものである。また、第３図は、バーナ３
と検出電極５との間の電圧をVpとしイオン電流
をｉとした時の、電圧−電流特性である。上述の
説明で明らかなように、面積の大きなバーナ３を
負電極にとり炎間に正の電圧をかければCHO⁺イ
オンが流入しやすく、大きな電流値が得られ逆に
検出電極５を負電極にとれば小さくなる。次に第
４図イのように炎間に正の電圧を印加して空気お
よび燃料の量を変化させると第４図ロに示すよう
な電流値と空気過剰率との関係が得られる。この
関係は第４図ロから分かるように空気過剰率ｍ＝
0.9〜1.0において電流値がピークになり、ｍが大
きくなつても小さくなつても極端に低下する。一
方炎間に負の電圧を印加した場合は、検出電極５
が負電極となつているため、検出器の近傍の陽イ
オンの濃度により電流値が決まるため、電流値
は、検出電極炎との位置関係に敏感であり、第４
図ロのようなｍに対する特性を持つていない。ま
た炎間に正の電圧を印加した場合は、バーナ３の
近傍の陽イオンの濃度により電流値が決まるた
め、検出電極５がバーナ３に対して十分小さけれ
ば、検出電極５の形状および位置により第４図ロ
の特性はほぼ変化しないという利点をもつてい
る。本発明は、このようなイオン電流の特性を利
用し、あらゆる変動に対して、イオン電流値がピ
ークとなるような位置で燃焼させることにより、
所定の目的を達するものであり、第５図に示す実
施例により、構成を説明する。第５図において、
フアンモータ８によつて空気が送られ、燃料供給
装置１１によつてノズル１から燃料がおくられ
て、混合室２で混合されて、バーナ３において炎
４を保持して燃焼する。炎４を介在して、バーナ
３を基準電極とし、検出電極５を正電極とするよ
うに電源６により電圧が印加される。その時、炎
間に流れるイオン電流は抵抗７の両端電圧として
検出され、かつコンデンサ１２によつて平滑化さ
れて増幅器９に送られる。増幅された電圧は微分
回路１３より微分され、零点位置制御回路１８に
送られ、フアンモータ８とモータ電源１７と零点
位置制御回路１８とにより、抵抗７の両端電圧が
ピーク位置になるように、即ち炎間に流れるイオ
ン電流値が、第４図ロの特性で示すピークの位置
になるように制御される。またフアンモータ８に
よつて送られた空気は一部必要最小限の空気が、
燃料と混合することなくバイパス１４を通じて、
検出電極５より下流側に設けられた二次空気孔１
５に送られ、一部の完全燃焼しなかつた未燃料を
燃焼させる。このようにして燃焼したガスは熱交
換部１６において、外部の空気あるいは水と熱交
換され、排気ガスは排気部１９によつて排気され
る。同様の構成により、フアンモータ８のかわり
に燃料供給装置１１を制御することも可能であ
る。 CH+O→CHO ⁺ +e ^- Therefore, if a voltage is applied between the flames, a current will flow, and this is an ionic current. Since this current value is large and is dominated by the slow-moving cation CHO ⁺ , it varies greatly depending on the position and shape of the negative electrode. FIG. 2 is a schematic diagram of ion current detection, in which air and fuel are supplied from a nozzle 1, mixed in a mixing chamber 2, and a flame 4 is maintained in a burner 3. The burner 3 and the detection electrode 5 are used as both electrodes, a voltage is applied by a power source 6, and a change in the ionic current flowing through the flame is detected by the voltage of a resistor 7. Also, Figure 3 shows the burner 3
This is a voltage-current characteristic when the voltage between the detection electrode 5 and the detection electrode 5 is Vp, and the ion current is i. As is clear from the above explanation, if the large-area burner 3 is used as the negative electrode and a positive voltage is applied between the flames, CHO ⁺ ions will easily flow in, a large current value will be obtained, and conversely, the detection electrode 5 will be used as the negative electrode. If you remove it, it will become smaller. Next, when a positive voltage is applied between the flames to change the amounts of air and fuel as shown in FIG. 4A, a relationship between the current value and the excess air ratio as shown in FIG. 4B is obtained. As can be seen from Figure 4B, this relationship is expressed as excess air ratio m=
The current value reaches a peak between 0.9 and 1.0, and decreases extremely whether m becomes large or small. On the other hand, when a negative voltage is applied between the flames, the detection electrode 5
Since the electrode is a negative electrode, the current value is determined by the concentration of cations near the detector, so the current value is sensitive to the positional relationship with the detection electrode flame.
It does not have the characteristics for m as shown in Figure B. Furthermore, when a positive voltage is applied between the flames, the current value is determined by the concentration of cations near the burner 3, so if the detection electrode 5 is sufficiently small compared to the burner 3, the shape and position of the detection electrode 5 will The characteristic shown in FIG. 4B has the advantage that it hardly changes. The present invention makes use of such characteristics of ion current and burns at a position where the ion current value reaches its peak regardless of any fluctuations.
This device achieves a predetermined purpose, and its configuration will be explained with reference to the embodiment shown in FIG. In Figure 5,
Air is sent by the fan motor 8, fuel is sent from the nozzle 1 by the fuel supply device 11, mixed in the mixing chamber 2, and burned in the burner 3 while holding the flame 4. A voltage is applied by a power source 6 through the flame 4 so that the burner 3 is used as a reference electrode and the detection electrode 5 is used as a positive electrode. At this time, the ion current flowing between the flames is detected as a voltage across the resistor 7, smoothed by the capacitor 12, and sent to the amplifier 9. The amplified voltage is differentiated by the differentiating circuit 13 and sent to the zero point position control circuit 18, and is controlled by the fan motor 8, motor power supply 17, and zero point position control circuit 18 so that the voltage across the resistor 7 reaches the peak position. That is, the value of the ion current flowing between the flames is controlled so as to be at the peak position shown in the characteristic shown in FIG. 4B. In addition, some of the air sent by the fan motor 8 is the minimum necessary air,
through bypass 14 without mixing with fuel;
Secondary air hole 1 provided downstream from the detection electrode 5
5, and some of the unburned fuel that has not been completely combusted is combusted. The gas thus combusted is heat exchanged with external air or water in the heat exchange section 16, and the exhaust gas is exhausted through the exhaust section 19. With a similar configuration, it is also possible to control the fuel supply device 11 instead of the fan motor 8.

このような構成により、混合室２で燃料と混合
する予混合空気は空気過剰率ｍ＝0.9〜1.0の近傍
になるように制御され、バーナ３と検出電極５と
の間に炎を形成する。イオン電流がピークになる
空気過剰率とは、その燃料の燃焼性が最ともよい
状態であり、燃焼が早急に完結するため、コンパ
クトな燃焼部が実現できる。また、このピーク値
は、石油、ガス等の燃料によらずほぼ理論空気量
近傍である。またガス燃料は供給のバラツキのた
め、テストガスと称し種々の成分のガスで燃焼性
をテストしなければならず、今までバーナを開発
するために多くの時間を費やしていたが、本構成
により、どのような成分のガスであつても一つの
制御装置でほぼ理論空気量近傍で燃焼さすことが
できるため開発は非常に容易になる。もちろん、
電源電圧変動、強風による変動等のあらゆる変動
に対して、空気過剰率ｍ＝0.9〜1.0の近傍で一定
に保つことができる。また理論空気量近傍で燃焼
させた場合は、多少の二次空気が必要であるが、
バイパス１４を通じて検出電極５の下流に二次空
気を入れることにより、イオン電流による制御特
性を損うことなく二次空気を入れることができ
る。そして主流とバイパスとの抵抗比を適切に選
ぶことにより、過剰空気を必要最小限にすること
ができる。イオン電流値を一定に保つのではな
く、ピークになるように制御してあるため、テス
トガス等によるｍの変動がないから、予混合空気
と過剰空気とを加えた全体の空気過剰率はｍ＝
1.2〜1.3という従来の設定値より非常に低い値で
燃焼さすことが出来、高効率を得ることが出来る
のである。 With this configuration, the premixed air mixed with the fuel in the mixing chamber 2 is controlled so that the excess air ratio m is around 0.9 to 1.0, and a flame is formed between the burner 3 and the detection electrode 5. The excess air ratio at which the ion current reaches its peak is the state in which the fuel has the best combustibility, and combustion is quickly completed, making it possible to realize a compact combustion section. Further, this peak value is approximately near the theoretical air amount regardless of the fuel such as oil or gas. In addition, due to variations in the supply of gas fuel, it is necessary to test the flammability of gases with various components, which are called test gases. Up until now, a lot of time has been spent developing burners, but with this configuration, This makes development extremely easy because gases of any composition can be combusted at approximately the theoretical amount of air using a single control device. of course,
The excess air ratio m can be kept constant in the vicinity of 0.9 to 1.0 against all fluctuations such as power supply voltage fluctuations and fluctuations due to strong winds. In addition, when combustion is performed near the theoretical air amount, some secondary air is required.
By introducing secondary air downstream of the detection electrode 5 through the bypass 14, it is possible to introduce the secondary air without impairing the control characteristics based on the ion current. By appropriately selecting the resistance ratio between the main stream and the bypass, excess air can be minimized. Since the ion current value is not kept constant but controlled to reach a peak, there is no change in m due to test gas, etc., so the overall excess air ratio including premixed air and excess air is m =
It is possible to burn at a much lower value than the conventional setting value of 1.2 to 1.3, and it is possible to obtain high efficiency.

このように本発明は炎を介して基準電極のバー
ナと検出電極間に、この検出電極が正電位となる
ように電圧を印加し、さらにこの二電極間に流れ
る電流値が常にピークになるように燃料、あるい
は空気量を制御装置で制御するものであるから、
燃料成分の変動、そして送風フアン等の変動があ
つても確実に燃焼させることができるとともに空
気のバイパスを通して必要最小限の二次空気も送
ることができるから、早急に完全燃焼させること
ができ、かつ過剰空気量を少なくして高効率を得
ることができる。 In this way, the present invention applies a voltage between the burner of the reference electrode and the detection electrode via a flame so that the detection electrode has a positive potential, and furthermore, the current value flowing between these two electrodes is always at its peak. Since the amount of fuel or air is controlled by a control device,
It is possible to ensure combustion even when there are fluctuations in the fuel composition and the ventilation fan, etc., and also the minimum necessary amount of secondary air can be sent through the air bypass, so complete combustion can be achieved quickly. Moreover, high efficiency can be obtained by reducing the amount of excess air.

[Brief explanation of the drawing]

第１図はイオン電流を用いて空気過剰率を制御
した従来例の燃焼装置を示すガスと電気の系統
図、第２図はイオン電流検知概略図であり、第３
図は第２図の装置における電圧−電流特性図、第
４図は炎間に正電圧を印加して空気および燃料量
を変化させた時のイオン電流検知回路図、また第
４図ロはイオン電流の空気過剰率による変化を表
わした特性図、第５図は本発明密閉式燃料装置の
実施例を表わし電気回路を含む半截断面図であ
る。３……バーナ、４……炎、５……検出電極、９
……増幅器、１３……微分回路、１４……バイパ
ス、１７……電源、１８……零点位置制御回路
（制御装置）。 Figure 1 is a gas and electricity system diagram showing a conventional combustion device that uses ion current to control the excess air ratio; Figure 2 is a schematic diagram of ion current detection;
The figure is a voltage-current characteristic diagram for the device shown in Figure 2, Figure 4 is an ion current detection circuit diagram when a positive voltage is applied between the flames and the amount of air and fuel is changed, and Figure 4 (b) is an ion current detection circuit diagram when the air and fuel amounts are changed. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the change in current depending on the excess air ratio. FIG. 5 is a half-cut sectional view showing an embodiment of the sealed fuel device of the present invention and including an electric circuit. 3...burner, 4...flame, 5...detection electrode, 9
...Amplifier, 13...Differentiating circuit, 14...Bypass, 17...Power supply, 18...Zero point position control circuit (control device).

Claims

[Claims]

1 A burner that premixes fuel and air, a detection electrode that is opposed to this burner and that serves as a reference electrode,
A power supply that applies a voltage between the two electrodes through the burner flame so that the detection electrode has a positive potential, an amplifier that detects the current value flowing between the two electrodes, and a differentiation circuit that differentiates the amplified current value. A control device that controls the current value flowing between the two electrodes to always be at its peak by a zero point position control circuit that controls the amount of fuel or air so that the current value differentiated from the current value is always zero, and an air system path to the burner. A closed combustion device that is equipped with a bypass that sends air before being mixed with fuel to a downstream side of the detection electrode on the combustion downstream side.