JP2022079171A - Air ratio estimation system, air ratio estimation method and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気比推定システム、空気比推定方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to an air ratio estimation system, an air ratio estimation method and a program.
工業炉には、燃料の燃焼用に空気が供給される。炉内に供給される空気の空気比は、均圧弁等により決定される。ここでの「空気比」とは、供給する燃料の燃焼に必要な理論空気量に対する実際に供給する空気量の比率のことである。
特許文献1には、炉内状況に基づいて、炉内が予め設定された状況となるように加熱装置への燃焼用空気の供給量を制御する装置が記載されている。
Air is supplied to the industrial furnace for combustion of fuel. The air ratio of the air supplied into the furnace is determined by a pressure equalizing valve or the like. The "air ratio" here is the ratio of the amount of air actually supplied to the theoretical amount of air required for combustion of the fuel to be supplied.
空気比は、予め定めた値となるように空気弁等で調整されるが、空気弁の経年劣化等を原因として実際の空気比が目標値と一致しない可能性がある。
そこで、空気比を測定する目的で酸素濃度計やガスクロマトグラフィーを炉内に配置する手法が提案されているが、これらのデバイスは高価な上に耐久性がない。また、これらのデバイスによる測定は、侵入空気を考慮することができない。
The air ratio is adjusted by an air valve or the like so as to be a predetermined value, but the actual air ratio may not match the target value due to aged deterioration of the air valve or the like.
Therefore, a method of arranging an oxygen concentration meter or gas chromatography in a furnace for the purpose of measuring the air ratio has been proposed, but these devices are expensive and not durable. Also, measurements with these devices cannot take into account ingress air.
本発明は、炉内の空気比を高精度かつ安価に推定することを目的とする。 An object of the present invention is to estimate the air ratio in a furnace with high accuracy and at low cost.
請求項1に記載の発明は、燃料ガスと空気が供給される炉内に設置され、燃料ガスと空気とが燃焼する火炎から出力される紫外線帯域の第1の波長帯の光量を検出する第1の光量検出部と、前記炉内に設置され、前記火炎から出力される、前記第1の波長帯とは異なる紫外線帯域の第2の波長帯の光量を検出する第2の光量検出部と、前記第1の光量検出部で検出された光量と前記第2の光量検出部で検出された光量とに基づいて、前記第1の波長帯と前記第2の波長帯の光量比を算出する算出部と、算出された前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する空気比推定部とを有する空気比推定システムである。
請求項2に記載の発明は、前記第1の光量検出部は、光量に応じた電気信号を出力する第1の半導体センサと、前記第1の波長帯を選択的に透過する第1のバンドパスフィルタとで構成され、前記第2の光量検出部は、光量に応じた電気信号を出力する第2の半導体センサと、前記第2の波長帯を選択的に透過する第2のバンドパスフィルタとで構成される、請求項1に記載の空気比推定システムである。
請求項3に記載の発明は、前記第1の光量検出部及び第2の光量検出部は、電気的に焦点距離を調整可能なレンズを具備する、ことを特徴とする請求項1に記載の空気比推定システムである。
請求項4に記載の発明は、前記第1の波長帯と前記第2の波長帯の光量比は、OH自発光と、NH自発光と、NH2自発光と、H自発光のうちの任意の2つの光量比である、請求項1に記載の空気比推定システムである。
請求項5に記載の発明は、前記第1の波長帯と前記第2の波長帯の光量比は、OH自発光とNH自発光の光量比である、請求項1に記載の空気比推定システムである。
請求項6に記載の発明は、前記燃料ガスは、アンモニア含有ガス、水素含有ガス、炭化水素系ガス、又は、アンモニア含有ガスと炭化水素系ガスの混合ガスである、請求項1に記載の空気比推定システムである。
請求項7に記載の発明は、燃料ガスと空気が供給される炉内で燃焼する火炎から出力される紫外線帯域の第1の波長帯の光量を検出する処理と、前記火炎から出力される、前記第1の波長帯とは異なる紫外線帯域の第2の波長帯の光量を検出する処理と、前記第1の波長帯の光量と前記第2の波長帯の光量とに基づいて、当該第1の波長帯と当該第2の波長帯の光量比を算出する処理と、算出された前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する処理とを有する空気比推定方法である。
請求項8に記載の発明は、コンピュータに、燃料ガスと空気が供給される炉内で燃焼する火炎から出力される紫外線帯域の第1の波長帯の光量と、当該炉内で検出された、前記第1の波長帯とは異なる紫外線帯域の第2の波長帯の光量とに基づいて、当該第1の波長帯と当該第2の波長帯の光量比を算出する機能と、前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する機能とを実現させるためのプログラムである。
The invention according to
According to the second aspect of the present invention, the first light amount detecting unit has a first semiconductor sensor that outputs an electric signal according to the amount of light and a first band that selectively transmits the first wavelength band. The second light amount detecting unit is composed of a path filter, a second semiconductor sensor that outputs an electric signal according to the light amount, and a second band pass filter that selectively transmits the second wavelength band. The air ratio estimation system according to
The first aspect of the invention according to
In the invention according to claim 4, the light intensity ratio between the first wavelength band and the second wavelength band is arbitrary of OH self-luminous, NH self-luminous, NH 2 self-luminous, and H self-luminous. The air ratio estimation system according to
The invention according to claim 5 is the air ratio estimation system according to
The air according to
The invention according to claim 7 comprises a process of detecting the amount of light in the first wavelength band of the ultraviolet band output from a flame burning in a furnace to which fuel gas and air are supplied, and a process of detecting the amount of light in the first wavelength band, which is output from the flame. The first is based on the process of detecting the amount of light in the second wavelength band of the ultraviolet band different from the first wavelength band, and the amount of light in the first wavelength band and the amount of light in the second wavelength band. Air ratio estimation having a process of calculating the light amount ratio between the wavelength band of the above and the second wavelength band, and a process of collating the calculated light amount ratio with a calibration line and estimating the current air ratio in the furnace. The method.
The invention according to claim 8 comprises the amount of light in the first wavelength band of the ultraviolet band output from the flame burning in the furnace to which the fuel gas and air are supplied, and the amount of light detected in the furnace. The function of calculating the light amount ratio between the first wavelength band and the second wavelength band based on the light amount of the second wavelength band of the ultraviolet band different from the first wavelength band, and the light amount ratio. It is a program to realize the function of estimating the current air ratio in the furnace by collating with the calibration line.
請求項1記載の発明によれば、炉内の空気比を安価かつ高精度に推定できる。
請求項2記載の発明によれば、炉内の空気比を安価に推定できる。
請求項3記載の発明によれば、焦点距離の調整により複数点を計測できる。
請求項4記載の発明によれば、炉壁からの輻射の影響を受けずに炉内の空気比を推定できる。
請求項5記載の発明によれば、簡易でありながら炉内の空気比を高い精度で推定できる。
請求項6記載の発明によれば、燃料ガスが異なる工業炉に使用できる。
請求項7記載の発明によれば、炉内の空気比を安価かつ高精度に推定できる。
請求項8記載の発明によれば、炉内の空気比を安価かつ高精度に推定できる。
According to the invention of
According to the invention of claim 2, the air ratio in the furnace can be estimated at low cost.
According to the invention of claim 3, a plurality of points can be measured by adjusting the focal length.
According to the invention of claim 4, the air ratio in the furnace can be estimated without being affected by the radiation from the furnace wall.
According to the invention of claim 5, the air ratio in the furnace can be estimated with high accuracy while being simple.
According to the invention of claim 6, it can be used for industrial furnaces having different fuel gases.
According to the invention of claim 7, the air ratio in the furnace can be estimated inexpensively and with high accuracy.
According to the invention of claim 8, the air ratio in the furnace can be estimated inexpensively and with high accuracy.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
<実施の形態>
<システムの構成>
図1は、実施の形態で想定する空気比推定システム1の構成例を示す図である。図1に示す空気比推定システム1は、空気を含む混合ガスを燃焼する工業炉が設置されている敷地内に構築される。本実施の形態における混合ガスは、燃料ガスに空気を予混合したガスである。本実施の形態では、燃料ガスとしてアンモニア含有ガスを使用する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Embodiment>
<System configuration>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the air
アンモニア含有ガスには、例えばアンモニアガスやアンモニアを、都市ガスやLPGガス等の炭化水素系燃料に混合したガスがある。
都市ガスは、例えばメタンを主成分とする天然ガスである。LPGは、例えばプロパンやブタンを主成分とする液化石油ガスである。
Examples of the ammonia-containing gas include a gas obtained by mixing ammonia gas or ammonia with a hydrocarbon-based fuel such as city gas or LPG gas.
The city gas is, for example, a natural gas containing methane as a main component. LPG is, for example, a liquefied petroleum gas containing propane or butane as a main component.
空気比推定システム1は、炉室10と、火炎11に含まれる2種類のラジカル自発光の発光強度を測定する光学センサ20と、検量線を記憶する検量線DB(=DataBase)30と、測定された発光強度の比(以下「発光強度比」という)に基づいて炉室10内の現在の空気比を推定する空気比推定装置40とを有している。
The air
炉室10内に設けられるバーナー12には、配管13を通じて混合ガスが供給され、燃焼される。燃焼により発生するガス等(以下「排ガス」という)は、排気用の配管14から大気中に排出される。排気用の配管14は、燃焼により発生した煙が大気中に排出される道の意味で「煙道」とも呼ばれる。
A mixed gas is supplied to the
配管13は、燃料ガスが供給される主管と空気が供給される枝管で構成され、枝管にはバルブ13Aが取り付けられている。バルブ13Aの開度は、例えば作業者が手動で調整する。もっとも、プログラムが、バルブ13Aに取り付けられたアクチエータを制御してもよい。
The
本実施の形態における光学センサ20は、火炎11に含まれる2種類のラジカル自発光の発光強度をリアルタイムで測定し、それらの比を発光強度比として出力する。具体的には、OH自発光とNH自発光の発光強度比をリアルタイムで出力する。以下の説明では、発光強度比を「光量比」ともいう。
因みに、OH自発光とNH自発光は、紫外線帯域の波長を有する光である。OH自発光は306.5nmを中心波長とするラジカル自発光であり、NH自発光は336nmを中心波長とするラジカル自発光である。OH自発光は、第1の波長帯の光の一例であり、NH自発光は、第2の波長帯の光の一例である。
The
Incidentally, OH self-luminous light and NH self-luminous light are light having a wavelength in the ultraviolet band. OH self-luminous emission is radical self-luminous emission having a central wavelength of 306.5 nm, and NH self-luminous emission is radical self-luminous emission having a central wavelength of 336 nm. OH self-luminous light is an example of light in the first wavelength band, and NH self-luminous light is an example of light in the second wavelength band.
OH自発光とNH自発光は、紫外線帯域の波長を有する光であるので、可視光の影響を除外した発光強度の測定が可能である。換言すると、炉壁から輻射される可視光の測定結果への影響を除外できる。
炉壁から輻射される可視光は、おおよそ400nm~600nmの波長を有している。炉壁から輻射される可視光の発光強度は、400nm付近から徐々に増加し、500nm付近ではOH自発光の何十倍もの強度になる。
OH自発光とNH自発光の発光強度は、炉室10内に実在する空気と燃料ガスの比率を反映するので、炉室10の開口や隙間等から侵入する空気の影響も反映する。このため、OH自発光とNH自発光の発光強度比には、炉室10の現実の空気比の情報が反映されている。
Since OH self-luminous light and NH self-luminous light have wavelengths in the ultraviolet band, it is possible to measure the light emission intensity excluding the influence of visible light. In other words, the effect of visible light radiated from the furnace wall on the measurement results can be excluded.
Visible light radiated from the furnace wall has a wavelength of approximately 400 nm to 600 nm. The emission intensity of visible light radiated from the furnace wall gradually increases from around 400 nm, and becomes tens of times stronger than OH self-luminous emission at around 500 nm.
Since the emission intensity of OH self-luminous emission and NH self-luminous emission reflects the ratio of the air and the fuel gas existing in the
図1の場合、光学センサ20は、炉室10の底部に設けられているが、設置の場所及び設置の個数は任意である。例えば光学センサ20は、炉室10の側面や天井に配置してもよい。また、光学センサ20は、炉室10内に複数設けてもよい。
本実施の形態で使用する光学センサ20は、OH自発光の測定に用いる第1のセンサ21と、NH自発光の測定に用いる第2のセンサ22と、発光強度比を算出する演算回路23とで構成されている。なお、図1においては、作図上の都合により、光学センサ20の内部構造を拡大して表している。
In the case of FIG. 1, the
The
第1のセンサ21は、第1の光量検出部の一例であり、第2のセンサ22は、第2の光量検出部の一例である。
図1の場合、第1のセンサ21は、耐熱性を有する光学素子21Aと、OH自発光に対応する波長の光を選択的に透過させるバンドパスフィルタ21Bと、バンドパスフィルタ21Bを透過した光の強度に応じた電気信号を出力する半導体センサ21Cで構成される。
光学素子21Aには、例えば液晶レンズを使用する。もっとも、電気的に焦点距離を調整可能なレンズであれば、液晶レンズに限らない。ここで、電気的に焦点距離を調整可能なレンズを使用するのは、光学素子21Aに印加する電圧の調整により焦点距離を変更することで、複数点の計測が可能になるためである。第2のセンサ22を構成する光学素子22Aについても同様である。
The
In the case of FIG. 1, the
For the
本実施の形態の場合、バンドパスフィルタ21Bは、306.5nmを中心波長とし、中心波長に対して±10nmの帯域幅を有している。ここでの296.5nm~316.5nmで規定される波長帯は、第1の波長帯の一例である。なお、バンドパスフィルタ21Bは、第1のバンドパスフィルタの一例である。
本実施の形態の場合、半導体センサ21Cには、例えば浜松フォトニクスのS12698シリーズを使用する。半導体センサ21Cは、第1の半導体センサの一例である。
In the case of the present embodiment, the
In the case of this embodiment, for example, the S12698 series of Hamamatsu Photonics is used for the
一方、第2のセンサ22は、耐熱性を有する光学素子22Aと、NH自発光に対応する波長の光を選択的に透過させるバンドパスフィルタ22Bと、バンドパスフィルタ22Bを透過した光の強度に応じた電気信号を出力する半導体センサ22Cで構成される。
本実施の形態の場合、バンドパスフィルタ22Bは、336nmを中心波長とし、中心波長に対して±10nmの帯域幅を有している。ここでの326nm~346nmで規定される波長帯は、第2の波長帯の一例である。なお、バンドパスフィルタ22Bは、第2のバンドパスフィルタの一例である。
半導体センサ22Cにも、例えば浜松フォトニクスのS12698シリーズを使用する。半導体センサ22Cは、第2の半導体センサの一例である。
On the other hand, the second sensor 22 has an
In the case of the present embodiment, the bandpass filter 22B has a center wavelength of 336 nm and has a bandwidth of ± 10 nm with respect to the center wavelength. The wavelength band defined by 326 nm to 346 nm here is an example of the second wavelength band. The bandpass filter 22B is an example of a second bandpass filter.
For the
演算回路23は、第1のセンサ21の電気信号と第2のセンサ22の電気信号を入力し、NH自発光の最大強度値に対するOH自発光の最大強度値の比(すなわちOH自発光の最大強度値/NH自発光の最大強度値)を算出する。本実施の形態における演算回路23は、例えばロジックICで構成される。本実施の形態における演算回路23は、炉室10の外部に配置される。
演算回路23は、算出した発光強度比を空気比推定装置40に出力する。もっとも、演算回路23による発光強度比(すなわち光量比)の算出は、空気比推定装置40において実行してもよい。演算回路23は、光量比を算出する算出部の一例である。
The
The
検量線DB30は、発光強度比と空気比の検量線の情報を記憶する記憶装置である。検量線DB30は、例えばハードディスク装置や半導体メモリの記憶領域に記憶される。
図1の場合、検量線DB30は空気比推定装置40に外付けされているが、空気比推定装置40のハードディスク装置43(図3参照)に記憶されていてもよい。
図2は、検量線DB30に記憶される検量線の一例を説明する図である。図2の場合、縦軸は発光強度比であり、横軸は空気比αである。
本実施の形態の場合、縦軸の発光強度比は、NH自発光の最大強度値に対するOH自発光の最大強度値の比で与えられる。
The
In the case of FIG. 1, the
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a calibration curve stored in the
In the case of this embodiment, the emission intensity ratio on the vertical axis is given by the ratio of the maximum intensity value of OH self-luminous emission to the maximum intensity value of NH self-luminous emission.
図中のMAX(OH*)はOH自発光の最大強度値を表し、MAX(NH*)はNH自発光の最大強度値を表している。図中の黒丸は、既知の空気比αが与えられる場合に実測された発光強度値の中央値を表している。図中の検量線は、最小二乗法等を用いて描いている。
検量線DB30には、このように描かれた検量線に従って、発光強度比に対応する空気比αの値が記憶されている。もっとも、検量線DB30には、発光強度比の値から空気比αを計算するための計算式が記憶されてもよい。
MAX (OH * ) in the figure represents the maximum intensity value of OH self-luminous emission, and MAX (NH * ) represents the maximum intensity value of NH self-luminous emission. The black circles in the figure represent the median of the measured emission intensity values given the known air ratio α. The calibration curve in the figure is drawn using the method of least squares or the like.
The
空気比推定装置40は、演算回路23から与えられる発光強度比と検量線DB30との照合により、炉室10内における現在の空気比αを推定する。
図3は、空気比推定装置40のハードウェア構成の一例を説明する図である。空気比推定装置40は、例えばコンピュータにより構成される。図3に示す空気比推定装置40は、プログラムを実行するCPU41と、半導体メモリ42と、ハードディスク装置43と、通信モジュール44とで構成されている。なお、空気比推定装置40には、推定された空気比αや空気比の変化をグラフとして表示するモニターや作業者の指示の入力に使用されるキーボードやマウスが接続されていてもよい。
The air
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the hardware configuration of the air
半導体メモリ42は、例えばBIOS(=Basic Input Output System)を記憶するROM(=Read Only Memory)と、ワークエリアとして用いるRAM(=Random Access Memory)とで構成される。RAMは、主記憶装置の一例である。
ハードディスク装置43は、例えば基本ソフトウェアやアプリケーションプログラムを記憶する不揮発性の記憶装置である。図3では、ハードディスク装置43を用いるが、半導体メモリを用いてもよい。ハードディスク装置43は、補助記憶装置の一例である。
The
The
図4は、空気比推定装置40を構成するCPU41によるプログラムの実行により実現される機能構成の一例を説明する図である。本実施の形態における空気比推定装置40は、プログラムの実行により、強度比取得部41A、照合部41B、空気比推定部41Cとして機能する。
強度比取得部41Aは、火炎11中のOH自発光とNH自発光の発光強度比を光学センサ20から取得するモジュールである。
照合部41Bは、取得した発光強度比を検量線DB30の検量線と照合するモジュールである。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a functional configuration realized by executing a program by the
The intensity
The
空気比推定部41Cは、検量線との照合を通じ、現在の空気比を推定するモジュールである。
空気比推定部41Cは、リアルタイムに取得される発光強度比に対応する空気比をそのまま各時刻の空気比として出力する。もっとも、空気比推定部41Cは、予め定めた時間毎にその時刻の空気比を出力してもよいし、予め定めた時間内に得られた複数の空気比の時間平均値を出力してもよい。
なお、炉室10に複数の光学センサ20が設けられている場合、空気比推定部41Cは、各時刻に同時に取得される複数の発光強度比の平均値を用いて、空気比を推定してもよい。
The air
The air
When a plurality of
空気比推定装置40は、推定された空気比を外部の装置に出力する。外部の装置がモニターの場合、モニターには、推定された空気比がリアルタイムで表示される。また、モニターには、推定された空気比の時間変化がグラフとして表示されてもよい。
また、外部の装置がコンピュータの場合、空気比の推定値と設定値との差を計算してモニターに表示してもよい。また、空気比の推定値と設定値との差が予め定めた閾値を超える場合、外部の装置がアラームを出力してもよい。
The air
Further, when the external device is a computer, the difference between the estimated value of the air ratio and the set value may be calculated and displayed on the monitor. Further, when the difference between the estimated value of the air ratio and the set value exceeds a predetermined threshold value, an external device may output an alarm.
また、外部の装置が、空気比の推定値が設定値に一致するようにバルブ13A(図1参照)の開度を自動制御してもよい。なお、燃料ガスが供給される主管にバルブが設けられている場合には、空気の流量はそのままに燃料ガスの流量を増減することにより、炉室10内の空気比を調整してもよい。もちろん、空気の流量と燃料ガスの流量の両方を調整してもよい。
Further, an external device may automatically control the opening degree of the
前述した外部の装置の機能は、空気比推定装置40の機能として実現してもよい。すなわち、空気比推定装置40内で、推定された空気比を用いた自動制御等を実行してもよい。
なお、空気比の調整は、炉内温度の制御と組み合わせて実行してもよい。
The function of the external device described above may be realized as a function of the air
The adjustment of the air ratio may be performed in combination with the control of the temperature inside the furnace.
<処理動作>
図5は、実施の形態で想定する空気比推定システム1(図1参照)で実行される処理動作の一例を説明する図である。図5に示す処理動作は、空気比推定方法の一例である。なお、図中に示す記号のSはステップを意味する。
本実施の形態における空気比推定システム1は、炉室10(図1参照)内に設けた第1のセンサ21及び第2のセンサ22によりOH自発光の発光強度値とNH自発光の発光強度値をリアルタイムで測定する(ステップ1)。
<Processing operation>
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a processing operation executed by the air ratio estimation system 1 (see FIG. 1) assumed in the embodiment. The processing operation shown in FIG. 5 is an example of an air ratio estimation method. The symbol S shown in the figure means a step.
In the air
次に、空気比推定システム1は、測定された2つの発光強度比を算出する(ステップ2)。この算出は、本実施の形態の場合、演算回路23(図1参照)が実行する。
続いて、空気比推定システム1は、算出された発光強度比を検量線と照合する(ステップ3)。この照合は、本実施の形態の場合、空気比推定装置40(図1参照)の照合部41B(図4参照)が実行する。
その後、空気比推定システム1は、炉室10内の空気比を推定して出力する(ステップ4)。この推定は、本実施の形態の場合、空気比推定装置40の空気比推定部41C(図4参照)が実行する。
Next, the air
Subsequently, the air
After that, the air
本実施の形態の場合、ステップ1~ステップ4までの処理が、炉室10内の空気比の管理が必要な間、繰り返し実行される。
本実施の形態の場合、可視光との分別が可能な紫外線帯域のOH自発光とNH自発光の発光強度値を検出の対象とするので、測定ノイズとなる炉壁の赤熱光の影響を受けずに、炉室10内における燃焼の状況を測定することが可能になる。
In the case of the present embodiment, the processes from
In the case of this embodiment, since the emission intensity values of OH self-luminous light and NH self-luminous light in the ultraviolet band that can be separated from visible light are targeted for detection, they are affected by the red hot light of the furnace wall, which is a measurement noise. It becomes possible to measure the state of combustion in the
また、OH自発光とNH自発光の発光強度値の測定に用いる半導体センサ21C及び22Cは、酸素濃度計やガスクロマトグラフィーに比して安価であり、耐久性にも優れている。このため、従前のシステム構成に比して安価に必要な情報を測定できる。
しかも、OH自発光とNH自発光の発光強度値は、炉室10内における実際の空気比の状況を反映する。
Further, the
Moreover, the emission intensity values of OH self-luminous emission and NH self-luminous emission reflect the actual air ratio in the
すなわち、侵入空気が存在する炉室10の場合にも、炉室10内の火炎に含まれるOH自発光とNH自発光の発光強度比に着目することで、炉室10内の空気比を高精度かつ安価に測定できる。
なお、炉室10の空気比を高精度かつリアルタイムに推定できるので、空気不足による未燃損失や空気過剰による廃棄損の抑制が可能になり、炉室10を安全かつ高効率に運転することが可能になる。
That is, even in the case of the
Since the air ratio of the
<他の実施の形態>
(1)以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、前述の実施の形態に記載の範囲に限定されない。前述した実施の形態に、種々の変更又は改良を加えたものも、本発明の技術的範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
<Other embodiments>
(1) Although the embodiments of the present invention have been described above, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above-described embodiments. It is clear from the description of the claims that the above-mentioned embodiments with various modifications or improvements are also included in the technical scope of the present invention.
(2)例えば前述の実施の形態においては、空気比推定システム1として工業炉を想定したが、炉内における空気比の管理が要求される燃焼炉であれば、工業炉に限らない。
(2) For example, in the above-described embodiment, an industrial furnace is assumed as the air
(3)前述の実施の形態では、紫外線帯域のラジカル自発光のうちOH自発光とNH自発光の発光強度比を算出したが、他のラジカル自発光を含めた発光強度比を算出してもよい。他のラジカル自発光には、例えばNH2自発光やH自発光がある。
なお、空気比の推定に使用する発光強度比は、OH自発光と、NH自発光と、NH2自発光と、H自発光のうちの任意の2つの組み合わせで与えられてもよい。
(3) In the above-described embodiment, the emission intensity ratio of OH self-luminous emission and NH self-luminous emission among the radical self-luminous emission in the ultraviolet band is calculated, but the emission intensity ratio including other radical self-luminous emission can also be calculated. good. Other radical self-luminous emission includes, for example, NH 2 self-luminous emission and H self-luminous emission.
The emission intensity ratio used for estimating the air ratio may be given by any combination of OH self-luminous, NH self-luminous, NH 2 self-luminous, and H self-luminous.
例えばOH自発光とNH2自発光の発光強度比でもよいし、OH自発光とH自発光の発光強度比でもよいし、NH自発光とNH2自発光の発光強度比でもよいし、NH自発光とH自発光の発光強度比でもよいし、NH2自発光とH自発光の発光強度比でもよい。
いずれの組み合わせを使用する場合にも、炉室10内の空気比は、各組み合わせについて用意した検量線を用いて推定すればよい。
For example, the emission intensity ratio of OH self-luminous light and NH 2 self-luminous light may be used, the light emission intensity ratio of OH self-luminous light and H self-luminous light emission may be used, or the light emission intensity ratio of NH self-luminous light emission and NH 2 self-luminous light emission may be used. The emission intensity ratio of light emission and H self-luminous light may be used, or the light emission intensity ratio of NH 2 self-luminous light and H self-luminous light emission may be used.
Regardless of which combination is used, the air ratio in the
(4)前述の実施の形態では、燃料ガスとしてアンモニア含有ガスを想定するが、燃料ガスは、例えば水素含有ガスでもよいし、炭化水素系ガスでもよいし、アンモニア含有ガスと炭化水素系ガスの混合ガスでもよい。 (4) In the above-described embodiment, an ammonia-containing gas is assumed as the fuel gas, but the fuel gas may be, for example, a hydrogen-containing gas, a hydrocarbon-based gas, or an ammonia-containing gas and a hydrocarbon-based gas. It may be a mixed gas.
(5)前述の実施の形態においては、空気比推定装置40のハードウェア構成の一例としてCPUを例示したが、GPUその他の処理装置でもよい。
(5) In the above-described embodiment, the CPU is exemplified as an example of the hardware configuration of the air
1…空気比推定システム、10…炉室、20…光学センサ、30…検量線DB、40…空気比推定装置 1 ... air ratio estimation system, 10 ... furnace chamber, 20 ... optical sensor, 30 ... calibration curve DB, 40 ... air ratio estimation device
請求項1に記載の発明は、燃料ガスと空気が供給される炉内に設置され、燃料ガスと空気とが燃焼する火炎から出力される紫外線帯域のOH自発光の光量を検出する第1の光量検出部と、前記炉内に設置され、前記火炎から出力される紫外線帯域のNH自発光の光量を検出する第2の光量検出部と、前記第1の光量検出部で検出された光量と前記第2の光量検出部で検出された光量とに基づいて、前記OH自発光と前記NH自発光の光量比を算出する算出部と、算出された前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する空気比推定部とを有する空気比推定システムである。
請求項2に記載の発明は、前記第1の光量検出部は、光量に応じた電気信号を出力する第1の半導体センサと、前記OH自発光を選択的に透過する第1のバンドパスフィルタとで構成され、前記第2の光量検出部は、光量に応じた電気信号を出力する第2の半導体センサと、前記NH自発光を選択的に透過する第2のバンドパスフィルタとで構成される、請求項1に記載の空気比推定システムである。
請求項3に記載の発明は、前記第1の光量検出部及び第2の光量検出部は、電気的に焦点距離を調整可能なレンズを具備する、ことを特徴とする請求項1に記載の空気比推定システムである。
請求項4に記載の発明は、前記燃料ガスは、アンモニア含有ガス、水素含有ガス、炭化水素系ガス、又は、アンモニア含有ガスと炭化水素系ガスの混合ガスである、請求項1に記載の空気比推定システムである。
請求項5に記載の発明は、前記検量線は、前記OH自発光と前記NH自発光の光量比と空気比との線形の関係を与える、請求項1に記載の空気比推定システムである。
請求項6に記載の発明は、燃料ガスと空気が供給される炉内で燃焼する火炎から出力される紫外線帯域のOH自発光の光量を検出する処理と、前記火炎から出力される紫外線帯域のNH自発光の光量の光量を検出する処理と、前記OH自発光の光量と前記NH自発光の光量とに基づいて、当該OH自発光と当該NH自発光の光量比を算出する処理と、算出された前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する処理とを有する空気比推定方法である。
請求項7に記載の発明は、コンピュータに、燃料ガスと空気が供給される炉内で燃焼する火炎から出力される紫外線帯域のOH自発光の光量と紫外線帯域のNH自発光の光量とに基づいて、当該OH自発光と当該NH自発光の光量比を算出する機能と、前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する機能とを実現させるためのプログラムである。
The first aspect of the invention according to
According to the second aspect of the present invention, the first light amount detecting unit has a first semiconductor sensor that outputs an electric signal according to the light amount and a first bandpass filter that selectively transmits the OH self-luminous light . The second light amount detection unit is composed of a second semiconductor sensor that outputs an electric signal according to the amount of light, and a second bandpass filter that selectively transmits the NH self-luminous light . The air ratio estimation system according to
The first aspect of the invention according to
The air according to
The invention according to claim 5 is the air ratio estimation system according to
The invention according to claim 6 is a process of detecting the amount of OH self-luminous light emitted from an ultraviolet band output from a flame burning in a furnace to which fuel gas and air are supplied, and an ultraviolet band output from the flame. A process of detecting the amount of light of the NH self-luminous light amount, a process of calculating the light amount ratio of the OH self-luminous light and the NH self-luminous light amount based on the light amount of the OH self-luminous light and the light amount of the NH self-luminous light. It is an air ratio estimation method including a process of collating the calculated light amount ratio with a calibration line and estimating the current air ratio in the furnace.
The invention according to claim 7 relates to the amount of OH self-luminous light in the ultraviolet band and the amount of NH self-luminous light in the ultraviolet band output from a flame burning in a furnace to which fuel gas and air are supplied. Based on this, a program to realize the function of calculating the light intensity ratio of the OH self-luminous light and the NH self-luminous emission , and the function of collating the light intensity ratio with the calibration line and estimating the current air ratio in the furnace. Is.
請求項1記載の発明によれば、炉内の空気比を安価かつ高精度に推定できる。
請求項2記載の発明によれば、炉内の空気比を安価に推定できる。
請求項3記載の発明によれば、焦点距離の調整により複数点を計測できる。
請求項4記載の発明によれば、燃料ガスが異なる工業炉に使用できる。
請求項5記載の発明によれば、炉内の空気比を安価かつ高精度に推定できる。
請求項6記載の発明によれば、炉内の空気比を安価かつ高精度に推定できる。
請求項7記載の発明によれば、炉内の空気比を安価かつ高精度に推定できる。
According to the invention of
According to the invention of claim 2, the air ratio in the furnace can be estimated at low cost.
According to the invention of claim 3, a plurality of points can be measured by adjusting the focal length .
According to the invention of claim 4 , it can be used for industrial furnaces having different fuel gases.
According to the invention of claim 5, the air ratio in the furnace can be estimated inexpensively and with high accuracy.
According to the invention of claim 6 , the air ratio in the furnace can be estimated inexpensively and with high accuracy.
According to the invention of claim 7 , the air ratio in the furnace can be estimated inexpensively and with high accuracy.
請求項1に記載の発明は、燃料ガスと空気が供給される炉内に設置され、燃料ガスと空気とが燃焼する火炎から出力されるOH自発光の光量を検出する第1の光量検出部と、前記炉内に設置され、前記火炎から出力されるNH自発光の光量を検出する第2の光量検出部と、前記第1の光量検出部で検出された光量と前記第2の光量検出部で検出された光量とに基づいて、前記OH自発光と前記NH自発光の光量比を算出する算出部と、算出された前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する空気比推定部とを有し、前記検量線は、前記OH自発光と前記NH自発光の光量比と空気比との線形の関係を与える、空気比推定システムである。
請求項2に記載の発明は、前記第1の光量検出部は、光量に応じた電気信号を出力する第1の半導体センサと、前記OH自発光を選択的に透過する第1のバンドパスフィルタとで構成され、前記第2の光量検出部は、光量に応じた電気信号を出力する第2の半導体センサと、前記NH自発光を選択的に透過する第2のバンドパスフィルタとで構成される、請求項1に記載の空気比推定システムである。
請求項3に記載の発明は、前記第1の光量検出部及び第2の光量検出部は、電気的に焦点距離を調整可能なレンズを具備する、ことを特徴とする請求項1に記載の空気比推定システムである。
請求項4に記載の発明は、前記燃料ガスは、アンモニア含有ガス、水素含有ガス、炭化水素系ガス、又は、アンモニア含有ガスと炭化水素系ガスの混合ガスである、請求項1に記載の空気比推定システムである。
請求項5に記載の発明は、燃料ガスと空気が供給される炉内で燃焼する火炎から出力されるOH自発光の光量を検出する処理と、前記火炎から出力されるNH自発光の光量を検出する処理と、前記OH自発光の光量と前記NH自発光の光量とに基づいて、当該OH自発光と当該NH自発光の光量比を算出する処理と、算出された前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する処理とを有し、前記検量線は、前記OH自発光と前記NH自発光の光量比と空気比との線形の関係を与える、空気比推定方法である。
請求項6に記載の発明は、コンピュータに、燃料ガスと空気が供給される炉内で燃焼する火炎から出力されるOH自発光の光量とNH自発光の光量とに基づいて、当該OH自発光と当該NH自発光の光量比を算出する機能と、前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する機能とを実現させるためのプログラムであり、前記検量線は、前記OH自発光と前記NH自発光の光量比と空気比との線形の関係を与える、ことを特徴とするプログラムである。
The invention according to
According to the second aspect of the present invention, the first light amount detecting unit has a first semiconductor sensor that outputs an electric signal according to the light amount and a first bandpass filter that selectively transmits the OH self-luminous light. The second light amount detection unit is composed of a second semiconductor sensor that outputs an electric signal according to the amount of light, and a second bandpass filter that selectively transmits the NH self-luminous light. The air ratio estimation system according to
The first aspect of the invention according to
The air according to
The invention according to claim 5 is a process for detecting the amount of OH self-luminous light output from a flame burning in a furnace to which fuel gas and air are supplied, and an NH self-luminous light output from the flame . The process of detecting the amount of light, the process of calculating the light amount ratio between the OH self-luminous emission and the NH self-luminous emission based on the light amount of the OH self-luminous emission and the light amount of the NH self-luminous emission, and the calculated light amount ratio. It has a process of collating with a calibration line and estimating the current air ratio in the furnace, and the calibration line gives a linear relationship between the light intensity ratio and the air ratio of the OH self-luminous emission and the NH self-luminous emission. , Air ratio estimation method.
The invention according to claim 6 is based on the amount of OH self-luminous light and the amount of OH self- luminous light output from a flame burning in a furnace to which fuel gas and air are supplied. It is a program for realizing the function of calculating the light amount ratio between the self-luminous light and the NH self-luminous light amount and the function of collating the light amount ratio with the calibration line and estimating the current air ratio in the furnace. The line is a program characterized in that it gives a linear relationship between the light intensity ratio and the air ratio of the OH self-luminous emission and the NH self-luminous emission .
請求項1記載の発明によれば、炉内の空気比を安価かつ高精度に推定できる。
請求項2記載の発明によれば、炉内の空気比を安価に推定できる。
請求項3記載の発明によれば、焦点距離の調整により複数点を計測できる。
請求項4記載の発明によれば、燃料ガスが異なる工業炉に使用できる。
請求項5記載の発明によれば、炉内の空気比を安価かつ高精度に推定できる。
請求項6記載の発明によれば、炉内の空気比を安価かつ高精度に推定できる。
According to the invention of
According to the invention of claim 2, the air ratio in the furnace can be estimated at low cost.
According to the invention of claim 3, a plurality of points can be measured by adjusting the focal length.
According to the invention of claim 4, it can be used for industrial furnaces having different fuel gases.
According to the invention of claim 5, the air ratio in the furnace can be estimated inexpensively and with high accuracy.
According to the invention of claim 6, the air ratio in the furnace can be estimated inexpensively and with high accuracy.
Claims (8)
前記炉内に設置され、前記火炎から出力される、前記第1の波長帯とは異なる紫外線帯域の第2の波長帯の光量を検出する第2の光量検出部と、
前記第1の光量検出部で検出された光量と前記第2の光量検出部で検出された光量とに基づいて、前記第1の波長帯と前記第2の波長帯の光量比を算出する算出部と、
算出された前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する空気比推定部と
を有する空気比推定システム。 A first light amount detector that is installed in a furnace to which fuel gas and air are supplied and detects the amount of light in the first wavelength band of the ultraviolet band output from the flame in which the fuel gas and air burn.
A second light amount detection unit installed in the furnace and detecting the amount of light in the second wavelength band of the ultraviolet band different from the first wavelength band, which is output from the flame, and
Calculation to calculate the light amount ratio between the first wavelength band and the second wavelength band based on the light amount detected by the first light amount detection unit and the light amount detected by the second light amount detection unit. Department and
An air ratio estimation system including an air ratio estimation unit that collates the calculated light amount ratio with a calibration curve and estimates the current air ratio in the furnace.
前記第2の光量検出部は、光量に応じた電気信号を出力する第2の半導体センサと、前記第2の波長帯を選択的に透過する第2のバンドパスフィルタとで構成される、
請求項1に記載の空気比推定システム。 The first light amount detection unit includes a first semiconductor sensor that outputs an electric signal according to the amount of light, and a first bandpass filter that selectively transmits the first wavelength band.
The second light amount detection unit includes a second semiconductor sensor that outputs an electric signal according to the light amount, and a second bandpass filter that selectively transmits the second wavelength band.
The air ratio estimation system according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の空気比推定システム。 The first light amount detecting unit and the second light amount detecting unit include a lens whose focal length can be electrically adjusted.
The air ratio estimation system according to claim 1.
請求項1に記載の空気比推定システム。 The light amount ratio between the first wavelength band and the second wavelength band is any two light amount ratios of OH self-luminous, NH self-luminous, NH 2 self-luminous, and H self-luminous.
The air ratio estimation system according to claim 1.
請求項1に記載の空気比推定システム。 The light intensity ratio between the first wavelength band and the second wavelength band is the light intensity ratio between OH self-luminous emission and NH self-luminous emission.
The air ratio estimation system according to claim 1.
請求項1に記載の空気比推定システム。 The fuel gas is an ammonia-containing gas, a hydrogen-containing gas, a hydrocarbon-based gas, or a mixed gas of an ammonia-containing gas and a hydrocarbon-based gas.
The air ratio estimation system according to claim 1.
前記火炎から出力される、前記第1の波長帯とは異なる紫外線帯域の第2の波長帯の光量を検出する処理と、
前記第1の波長帯の光量と前記第2の波長帯の光量とに基づいて、当該第1の波長帯と当該第2の波長帯の光量比を算出する処理と、
算出された前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する処理と
を有する空気比推定方法。 Processing to detect the amount of light in the first wavelength band of the ultraviolet band output from the flame burning in the furnace to which fuel gas and air are supplied, and
A process of detecting the amount of light in a second wavelength band of an ultraviolet band different from the first wavelength band output from the flame, and a process of detecting the amount of light in the second wavelength band.
A process of calculating the light amount ratio between the first wavelength band and the second wavelength band based on the light amount of the first wavelength band and the light amount of the second wavelength band.
An air ratio estimation method comprising a process of collating the calculated light amount ratio with a calibration curve and estimating the current air ratio in the furnace.
燃料ガスと空気が供給される炉内で燃焼する火炎から出力される紫外線帯域の第1の波長帯の光量と、当該炉内で検出された、前記第1の波長帯とは異なる紫外線帯域の第2の波長帯の光量とに基づいて、当該第1の波長帯と当該第2の波長帯の光量比を算出する機能と、
前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する機能と
を実現させるためのプログラム。 On the computer
The amount of light in the first wavelength band of the ultraviolet band output from the flame burning in the furnace to which fuel gas and air are supplied, and the ultraviolet band detected in the furnace, which is different from the first wavelength band. A function to calculate the light intensity ratio between the first wavelength band and the second wavelength band based on the light intensity of the second wavelength band, and
A program for collating the light amount ratio with the calibration curve and realizing the function of estimating the current air ratio in the furnace.
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