JP5231024B2

JP5231024B2 - 燃料供給装置

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Publication number: JP5231024B2
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Inventors: 順一伊勢谷
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Description

本発明は、燃料ガスに空気および／または酸素を混合して上記燃料ガスの燃焼系に供給するに際して、燃料ガスが有する発熱量に応じて空気および／または酸素の混合比を最適化し得る燃料供給装置に関する。

バーナを用いて燃料ガスを燃焼させる場合、燃焼状態を最適化するべく上記バーナに供給する燃料ガスの供給量（燃料ガスの流量）と空気の供給量（空気の流量）とをそれぞれ調整し、その混合気における上記空気の質量と燃料ガスの質量との比、いわゆる空燃比［Ａ／Ｆ］を一定化することが行われる。このような空燃比制御は、例えば熱式質量流量センサを用いて上記燃料ガスの質量流量および空気の質量流量をそれぞれ計測し、理想空燃比となるように燃料ガスおよび空気の少なくとも一方の流量（質量流量）を調整（制御）することによって行われる（例えば特許文献１を参照）。

また上述した空燃比制御を行うに際して前記燃料ガスとして組成の異なる複数の種別が存在したり、その組成比が変化するような場合には、その燃焼熱量や単位時間当たりの発生熱量を求め、これを流量制御にフィードバックすることも提唱されている（例えば特許文献２を参照）。尚、燃料ガスに空気と酸素とをそれぞれ混合し、その混合気をバーナに供給して燃焼させる場合にも、上記燃料ガス、空気および酸素の各質量流量をそれぞれ計測し、これらの各成分が理想の混合比となるように各流量をそれぞれ制御することも提唱されている（例えば特許文献３を参照）。
特開２００２−２６７１５９号公報特開２００３−３５６１２号公報特開２００７−８７０２９号公報

ところでガラス管の封止工程等で用いられるバーナにおいては、その燃焼量を高精度に制御することが要求される。しかしながら前述したように燃料ガスの質量流量に基づいてその供給量を制御し、また燃料ガス、空気および酸素の各成分が理想の混合比となるように空気および酸素の各流量をそれぞれ制御しても、燃料ガスの組成が変化した場合には該燃料ガス（混合気）の燃焼量（発熱量）を所望とする管理値に保つことができないと言う問題がある。しかも燃料ガスの組成の変化に伴ってガス密度も変化するので、その混合比も理想状態からずれると言う問題が生じる。そしてこれらの問題は燃料ガスの不完全燃焼の要因ともなる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、燃料ガスの組成の違いや変化に拘わりなく、発熱量を管理値として燃料ガスの流量を制御すると共に、燃料ガスが有する発熱量に応じて空気および／または酸素の混合比を最適化し得る燃料供給装置を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係る燃料供給装置は、燃料ガスの流量を調整する流量調整バルブを有する第１の流量調整装置と、空気および／または酸素の流量を調整する流量調整バルブを有する第２の流量調整装置とを並列に備え、燃料ガスに空気および／または酸素を混合して上記燃料ガスの燃焼系に供給する装置であって、
前記第１の流量調整装置は、
<a1> 前記燃料ガスの通流路に設けられた熱式質量流量センサの出力から前記燃料ガスの熱量流量を求める熱量流量算出手段と、
<a2> 制御目標値として設定した熱量流量と上記熱量流量算出手段にて求められた前記燃料ガスの単位体積当たりの熱量流量とに応じて前記流量調整バルブを制御して前記燃料ガスの流量を調整する第１の流量調整手段と、
<a3> 前記燃料ガスの単位体積当たりの発熱量を求める発熱量検出手段と、
<a4> 予め求められた前記燃料ガスの基準状態における単位体積当たりの発熱量と上記発熱量検出手段にて求められた前記燃料ガスの単位体積当たりの発熱量とから前記燃料ガスの発熱量比を求める発熱量比演算手段と、
<a5> この発熱量比演算手段にて求められた発熱量比に応じて前記燃料ガスを最適に燃焼させる為の前記空気と燃料ガスとの最適な混合比［Ａ／Ｆ］および／または酸素と燃料ガスとの最適な混合比［Ｏ₂／Ｆ］を求める混合比設定手段と、
<a6> 前記第１の流量調整手段にて調整された前記燃料ガスの流量と上記最適比設定手段にて求めた混合比［Ａ／Ｆ］,［Ｏ₂／Ｆ］とから空気および／または酸素に対する流量設定値を求めて前記第２の流量調整装置に通知する流量設定手段とを具備し、
前記第２の流量調整装置は、
<b> 前記第１の流量調整手段から通知された流量設定値に従って前記流量調整バルブを制御して前記空気および／または酸素の流量を調整する第２の流量調整手段を具備したことを特徴としている。

ちなみに前記燃料ガスはＣＨ系のガスであって、前記熱量流量算出手段は、例えば前記熱式質量流量センサの出力と前記燃料ガスの熱量流量との関係を記述したテーブルを参照して前記熱式質量流量センサの出力に応じた前記燃料ガスの熱量流量を求めるように構成される。また前記発熱量検出手段は、前記燃料ガスの流れが停止した状態における前記熱式質量流量センサの出力から前記燃料ガスの単位体積当たりの発熱量を求めるように、または前記熱式質量流量センサの駆動条件を変化させたときの該熱式質量流量センサの出力変化から前記燃料ガスの単位体積当たりの発熱量を求めるように構成される。尚、前記熱式質量流量センサに併設した熱量センサの出力から前記燃料ガスの単位体積当たりの発熱量を求めるようにしても良い。

上記構成の燃料供給装置によれば、熱量流量算出手段において燃料ガスの質量流量を検出する熱式質量流量センサの出力から該燃料ガスの熱量流量を求め、流量制御手段においては制御目標値として設定した熱量流量と前記熱量流量算出手段にて求められた熱量流量とを比較して流量調整弁の作動を制御するので、燃料ガスの流量を上記制御目標値として設定した熱量流量に一定化することができる。即ち、燃料ガスの質量流量と該燃料ガスの単位体積当たりの発熱量とにより決定される熱量流量を管理値として該燃料ガスの流量を制御することができる。

また前記燃料ガスの単位体積当たりの発熱量と予め求められている前記燃料ガスの基準状態における単位体積当たりの発熱量の比、つまり発熱量比を求め、この発熱量比に従って空気および／または酸素の最適な混合比を求め、この混合比と燃料ガスの流量とに応じて該燃料ガスに混合する空気および／または酸素の流量を設定するので、前記燃料ガスの組成の違いや変化に拘わることなく、空気と燃料ガスとの混合比比［Ａ／Ｆ］および／または酸素と燃料ガスとの混合比［Ｏ_２／Ｆ］を最適化することができる。

従って燃料ガスの組成（種別）が想定した組成（種別）と異なる場合であっても、或いは燃料ガスの組成自体が変化した場合であっても、燃料ガスの発熱量に着目して該燃料ガスの熱量流量を制御し、またその発熱量比に応じて空気および／または酸素の流量を最適化することができるので、簡易にして効果的に前記燃料ガスの安定した燃焼を実現することができる。しかも熱式質量流量センサの出力と前記燃料ガスの熱量流量との関係を予め求め、これをテーブルとして記述しておけばセンサ出力に応じて燃料ガスの熱量流量を簡易に求めることができるので、さほど流量制御の負担が増えることもない等の効果が奏せられる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る燃料供給装置について説明する。
図１はこの実施形態に係る燃料供給装置の概略構成図で、１０は燃料ガス（Ｆ）の供給量を制御する流量制御装置［第１の流量調整手段］、２０は空気（Ａ）の供給量を制御する流量制御装置［第２の流量調整手段］、そして３０は酸素（Ｏ_２）の供給量を制御する流量制御装置［第２の流量調整手段］である。これらの流量供給装置１０,２０,３０は並列に設けられており、各流量供給装置１０,２０,３０を介してそれぞれ流量制御されて供給される燃料ガス、空気および酸素は、混合器４１,４２を介して順に混合されて燃焼器であるバーナ４３に供給される。ちなみに前記流量供給装置１０は、要求された前記バーナ４３での燃焼量（発熱量）に応じて燃料ガスの供給量を制御する役割を担い、また前記各流量供給装置２０,３０は、上記燃料ガスの供給量（流量）に応じて該燃料ガスを完全燃焼させる為の空気および酸素の各供給量（流量）をそれぞれ制御する役割を担う。

さて上記各流量制御装置１０,２０,３０は、基本的には図１および図２にその概略構成図を示すように、燃料ガス（空気，酸素）の通流路１に設けられて上記燃料ガス（空気,酸素）の流量を調整する流量調整弁（バルブ）２を備えると共に、上記通流路１を通流する燃料ガス（空気，酸素）の質量流量を検出する熱式質量流量センサ３を備える。前記流量調整弁２は上記熱式質量流量センサ３により検出される流量に応じて駆動されるバルブ制御回路４によってその弁開度が制御される。特に流量調整弁（バルブ）２は、制御演算器５の制御の下で作動し、前記熱式質量流量センサ３を用いて検出された流量と、該制御演算器５に設定された制御目標値（流量）との偏差がなくなるようにフィードバック制御されて前記燃料ガス（空気，酸素）の流量を調整するものとなっている。

ちなみに上述した流量調整弁２と熱式質量流量センサ３とを備えて構成される流量制御装置１０,２０,３０は、図３にその概略的な構造を示すように燃料ガス（空気，酸素）の通流路１を形成した流路体１１に上記通流路１に臨ませて熱式質量流量センサ３を設けると共に、ソレノイド機構１２によって弁開度が制御される流量調整弁（バルブ）２を前記通流路１の入口と出口の間を区画するように前記流路体１１に組み込んで構成される。更にこの流量制御装置には、前述した制御演算器５やバルブ制御回路４等を搭載した駆動ユニット１３が前記流路体１１の外側に一体に組み付けられる。尚、上述した構成の流量制御装置や熱式質量流量センサ３については、前述した特許文献３等に紹介されるように良く知られる通りである。

さて本発明は、基本的には上述した如く構成される流量制御装置１０,２０,３０において、燃料ガス（空気，酸素）の質量流量を検出する前記熱式質量流量センサ３の出力が、該燃料ガス（空気，酸素）の熱量流量に比例していることに着目している。即ち、燃料ガス（空気，酸素）の質量流量Ｆmの検出に用いられる熱式質量流量センサ３は、センサ近傍における流体（燃料ガス，空気，酸素）の温度分布を検出するものであり、上記温度分布は燃料ガス（空気，酸素）の熱拡散率αと該燃料ガス（空気，酸素）の流速（体積流量）とによって変化する。ちなみに燃料ガス（空気，酸素）の熱拡散率αは、該燃料ガス（空気，酸素）の熱伝導率をλ、燃料ガス（空気，酸素）の密度をρ、そして燃料ガス（空気，酸素）の比熱をＣpとしたとき
α＝λ／（ρ×Ｃp）
として与えられる。

一方、燃料ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑvはその組成（種別）によって異なり、例えば一般的な燃料ガスであるＣＨ系ガスの基準温度（例えば０℃）における単位体積当たりの発熱量Ｑvは次表に示す通りである。

このような燃料ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑvの違いは、専ら燃料ガスの組成の異なりに伴うガス密度ρの違いに起因する。従って熱式質量流量センサ３を用いて質量流量Ｆmを検出している燃料ガスの組成が変化すると、これに伴って該燃料ガスのガス密度ρが変化し、更にこのガス密度ρの変化に伴って上記熱式質量流量センサ３によって検出される質量流量Ｆmが変化する。

しかしながら上述したＣＨ系ガスを組成とする燃料ガスの密度ρは、その組成の違いに拘わることなく図４に示すようにその熱拡散率αの逆数［１／α］に比例している。またＣＨ系ガスを組成とする燃料ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑvは、図５に示すように組成の違いに拘わらずその密度ρに比例している。また燃料ガスの質量流量Ｖmの検出に用いられる熱式質量流量センサ３は、センサ近傍における燃料ガスの温度分布に応じた出力を得るものであり、上記温度分布は流体（燃料ガス）の流量Ｆvおよび単位体積当たりの発熱量Ｑvによって変化する。換言すれば熱式質量流量センサ３が出力する信号（センサ出力）は、ＣＨ系の燃料ガスの組成に拘わらずその単位体積当たりの発熱量Ｑvに比例し、また同時にその流速（体積流量）Ｆvに比例している。故に熱式質量流量センサ３が出力する信号（センサ出力）は、相対的には図６に示すように燃料ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑとその流速（体積流量）Ｆvとの積として定義される熱量流量Ｆcと１対１の関係を有すると言える。

そこで本発明に係る燃料供給装置における前記第１の流量制御装置１０においては、前記熱式質量流量センサ３の出力（センサ出力）から前記燃料ガスの体積流量Ｆvと該燃料ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑvとにより決定される前記燃料ガスの熱量流量Ｆcを求める熱量流量検出部（熱量流量算出手段）６を設けている。即ち、熱式質量流量センサ３の出力（センサ出力）から前記燃料ガスの質量流量Ｆmを求めることに代えて、該燃料ガスの熱量流量Ｆcを求めることを特徴としている。

そして前述した制御演算器５に与える制御目標値として、バーナ等の燃焼系に与える熱量を直接的に管理する為の熱量流量Ｆoを設定し、この管理設定値（熱量流量Ｆo）と前記熱量流量検出部（熱量流量算出手段）６にて求められた熱量流量Ｆcとを比較して、燃料ガスの熱量流量Ｆcが上記設定流量Ｆoとなるように前述した前記流量調整弁２の作動を制御することを特徴としている。この場合、前記制御演算器５は、熱式質量流量センサ３を用いて検出された熱量流量Ｆcに基づく燃料ガスの流量制御手段として機能する。

このように構成された第１の流量制御装置１０によれば、前記熱式質量流量センサ３の出力（センサ出力）から前記燃料ガスの熱量流量Ｆcを直接的に検出し、検出した熱量流量Ｆcと制御目標値として設定された熱量流量Ｆoと比較して前記流量調整弁２の作動を制御して前記燃料ガスの流量（熱量流量；発熱量）Ｆを調整するので、仮に燃料ガスの組成が変化した場合であっても該流量制御装置（流量調整弁２）を通してバーナ等の燃焼系に供給される燃料ガスの熱量流量（発熱量）Ｆcを一定に、しかも安定に保つことができる。

特に従来一般的な熱式質量流量センサ３を用いて検出される質量流量Ｆmに基づいて燃料ガスの流量制御を行うものと異なり、燃料ガスが有する発熱量Ｑvに着目して流量制御を行うので、その流量変動のみならず組成変化に伴う発熱量の変動に対しても確実に追従してその熱量流量（発熱量）Ｆcを一定化することができる。故に熱式質量流量センサ３の出力の変化が流量変化に起因するものであるか、或いは組成変化に伴う熱量変化に起因するものであるかを判断する必要がなくなり、燃料ガスが有する発熱量Ｑvに着目した流量制御を安定に実行することが可能となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。

ところで上述した燃料ガスを安定に完全燃焼させるには、前述したように該燃料ガスに空気や酸素を適切な割合（比率）で混合することが必要である。ちなみにＣＨ系ガスを完全燃焼させる際の混合気における空気と燃料ガスとの理想的な混合比［理想空燃比；Ａ／Ｆ］、および酸素と燃料ガスとの理想的な混合比、いわゆる理想酸燃比［Ｏ_２／Ｆ］は次表に示す通りである。

即ち、燃焼ガスの組成が変化した場合には、これに伴って理想空燃比［Ａ／Ｆ］および理想酸燃比［Ｏ_２／Ｆ］も変化する。そこで本発明に係る燃料供給装置では、前述した図１にその概略構成を示したように前記流量制御装置１０において燃料ガスの流量制御をその発熱流量に応じて制御すると共に、後述するように該流量制御装置１０を通流する前記燃料ガスの単位体積当たりの発熱量を求め、予め想定した種別の燃料ガスの基準状態における単位体積当たりの発熱量と上記の如く求めた前記燃料ガスの単位体積当たりの発熱量との比（発熱量比）を求めることで、その発熱量の変化を評価している。そして上記発熱量比に応じて前記燃料ガスに混合すべき空気の最適な混合比［Ａ／Ｆ］と、前記燃料ガスに混合すべき酸素の最適な混合比［Ｏ_２／Ｆ］とを求め、これらの混合比［Ａ／Ｆ］,［Ｏ_２／Ｆ］と前記燃料ガスの流量とに応じて該燃料ガスに混合する空気および酸素の流量を設定している。このようにして設定された空気および酸素の設定流量が前記第２の流量制御装置２０,３０にそれぞれ通知され、第２の流量制御装置２０,３０においては通知された設定流量に従って空気および酸素の流量を制御する。このような流量制御によって燃料ガス、空気および酸素の各流量がバーナ４３に要求される燃焼発熱量に応じてそれぞれ最適化され、理想的な混合比に調整された混合気がバーナ４３に供給される。

即ち、本発明に係る燃料供給装置においては、前記第１の流量制御装置１０に前述した構成に加えて図１に示すように前記燃料ガスの単位体積当たりの発熱量を求める発熱量検出手段７を設けると共に、予め求められているＣＨ系燃料ガスの基準状態における単位体積当たりの発熱量と、前記発熱量検出手段７にて求められた前記燃料ガスの単位体積当たりの発熱量とから、前記燃料ガスの発熱量比を求める発熱量比演算手段８を設けている。

更にこの第１の流量制御装置１０には、ＣＨ系燃料ガスを完全燃焼させるに必要な空気と燃料ガスとの理想的な混合比［理想空燃比；Ａ／Ｆ］を前記燃料ガスの発熱量比に応じて予め登録したテーブル１１が設けられている。そしてこの第１の流量制御装置１０においては、前述した如く求めた発熱量比に従って前記テーブル１１を参照して前記燃料ガスに混合すべき空気と該燃料ガスとの前述した空燃比［Ａ／Ｆ］の最適値を求め、空気流量設定部１２においては上記空燃比［Ａ／Ｆ］と前記燃料ガスの流量とに従って前記燃料ガスに混合すべき空気の供給量を制御目標値として求めている。

また同様にこの第１の流量制御装置１０には、ＣＨ系燃料ガスを完全燃焼させるに必要な酸素と燃料ガスとの理想的な混合比、いわゆる理想酸燃比［Ｏ_２／Ｆ］を、前記燃料ガスの発熱量比に応じて予め登録したテーブル１３が設けられている。そしてこの第１の流量制御装置１０においては、前述した如く求めた発熱量比に従って前記テーブル１３を参照して前記燃料ガスに混合すべき酸素と該燃料ガスと混合比、つまり前述した酸燃比［Ａ／Ｆ］の最適値を求め、酸素流量設定部１４においては上記酸燃比［Ｏ_２／Ｆ］と前記燃料ガスの流量とに従って前記燃料ガスに混合すべき酸素の供給量を制御目標値として求めている。

このようにして求められた空気および酸素の供給量（制御目標値）は、前述した第２の流量制御装置２０,３０にそれぞれ通知され、これらの各流量制御装置２０,３０における流量制御の目標値として設定される。そして前記各流量制御装置２０,３０は、設定された制御目標値の下で空気および酸素の流量をそれぞれ制御することで、前記燃料ガスの発熱流量に応じて前記空気および酸素の供給量の最適化を図っている。この結果、混合器４１,４２を介する燃料ガスと空気および酸素の混合比が該燃料ガスが持つ発熱量に応じて最適化され、その混合気がバーナ４３に供給される。

尚、前述した第１の流量制御装置１０における前記発熱量検出手段７は、例えば燃料ガスの流れが停止した状態における前記熱式質量流量センサ３の出力から前記燃料ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑvを求めるように構成される。具体的には前記流量調整弁（バルブ）２が閉じられて前記燃料ガスの流れが停止したときに前記熱式質量流量センサ３の出力から前記燃料ガスの質量（ガス密度）を求め、このガス密度が燃料ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑvに比例していることを利用してその発熱量を検出するように構成される。

このような発熱量の検出手法に代えて、例えば前記燃料ガスの通流路１の一部に該燃料ガスが入り込むだけの、つまり燃料ガスの流れが生じることのない、いわゆるガス溜まり部を凹部等として形成し、このガス溜まり部に前記熱式質量流量センサ３とは独立した熱式質量流量センサ３ａを設け、前述した熱量流量Ｆcの検出と併行して上記熱式質量流量センサ３ａの出力から前記燃料ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑvを求めることも勿論可能である。このようにすれば前記流量調整弁（バルブ）２を閉じて燃料ガスの流れを停止させることなく、燃料ガスが連続的に通流している状態で該燃料ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑvを求めることが可能となる。

また或いは、例えば特表２００４−５１４１３８号公報に開示されるように、熱式質量流量センサ３の駆動条件であるヒータ温度を２段階に変えたときのヒータ電力をそれぞれ求め、これらのヒータ電力から求められる燃料ガスの熱伝導率λから、熱伝導率λと燃料ガスの密度との関係に従ってその単位体積当たりの発熱量Ｑvを求めるように前記発熱量検出手段７を構成することも可能である。

また前記発熱量比演算手段８については、上述したように前記発熱量検出手段７が求めた燃料ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑvと、想定した種別の燃料ガスについて予め求められている基準状態における単位体積当たりの発熱量Ｑsとの比、つまり発熱量比［Ｑv／Ｑs］を求めるように構成される。尚、上記燃料ガスの基準状態における単位体積当たりの発熱量Ｑsは、例えば制御対象とする燃料ガスの種別を指定することによって、予め燃料ガスの種別毎に求められた単位体積当たりの発熱量Ｑsを記述したテーブルを参照する等して求められる。

このようにして前記発熱量比演算手段７にて前記燃料ガスの発熱量比［Ｑv／Ｑs］を求めることにより、該燃料ガスの発熱量Ｑvが予め想定した燃料ガスの発熱量Ｑsからどの程度変化しているかを把握することが可能となる。ちなみに上記燃料ガスの発熱量Ｑvの変化の要因は、専ら、燃料ガスの組成の変化である。そしてこの組成の変化に伴って該燃料ガスを燃焼させる上での最適な理想空燃比［Ａ／Ｆ］および理想酸燃比［Ｏ_２／Ｆ］も変化する。従って前述したように前記燃料ガスの発熱量比［Ｑv／Ｑs］と前記燃料ガスの熱量流量Ｆcとに応じて、燃料ガスに混合する空気および酸素の各供給量（流量）を規定する流量設定値を求めて前記第２の流量制御装置２０,３０の作動を制御すれば、これによって混合気を形成する上での空燃比［Ａ／Ｆ］および酸燃比［Ｏ_２／Ｆ］をそれぞれ最適化することが可能となる。概念的には、例えばＣＨ系の燃料ガスの発熱量比が［１.１］として求められた場合には、燃料ガスの組成変化に伴ってその発熱量が１０％高くなっている判断し、上記燃料ガスの燃焼に必要な空気および酸素の供給量をそれぞれ１０％だけ増やすようにすれば良い。

かくして上述した如く構成された燃料供給装置によれば、燃料ガスの供給量を該燃料ガスが有する発熱量をベースとした発熱流量に基づいて制御するので、燃料ガスの組成に拘わりなく、つまり燃料ガスが持つ単位体積当たりの発熱量に拘わりなく該燃料ガスの供給発熱量を正確に制御することができる。しかも燃料ガスの組成が予め想定した組成と異なり、該燃料ガスの単位体積当たりの発熱量が想定した種別の燃料ガスの単位体積当たりの発熱量と異なる場合であっても、前述した如く求められる発熱量比に従って空気および酸素の流量を補正するので、該燃料ガスの組成（発熱量）に応じた最適な比率で該燃料ガスに空気および酸素をそれぞれ混合することができる。故に、空気および酸素の混合比を最適化した状態で燃焼ガスを完全燃焼させることが可能となり、燃焼温度や炎の状態等を安定に最適化することができる等の効果が奏せられる。

しかも第１の流量制御装置１０にて、燃料ガスが有する発熱量に応じて第２の流量制御装置２０,３０の動作条件を一元的に管理することができるので、そのシステム構成の大幅な簡素化を図ることができる。また第２の流量制御装置２０,３０として、従来より一般的な汎用型の流量制御装置（マスフローコントローラ）をそのまま用いることも可能となる等の効果が奏せられる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば前記熱量流量検出部６にて求められた熱量流量と共に、前記熱式質量流量センサ３にて検出される質量流量を並列的に出力するように構成することも勿論可能である。また熱量流量に基づく流量制御と、質量流量に基づく流量制御とを選択的に設定可能な構成とすることも可能である。また空気および酸素に対する流量制御については、その成分が一定であるとして質量流量制御するようにしても良い。また燃料ガスに対して空気および酸素の一方だけを混合する燃料供給装置にも適用可能なことは言うまでもない。更には周知の温度補正手段等の機能を適宜組み込むことも勿論可能であり、要は本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料供給装置の概略的な構成図。図１に示す燃料供給装置で用いられる流量制御装置の概略的な機能構成図。図２に示す流量制御装置の流路構造の例を示す図。ＣＨ系の燃料ガスの密度と熱拡散率αの逆数［１／α］との関係を示す図。ＣＨ系の燃料ガスの密度とその単位体積当たりの発熱量との関係を示す図。燃料ガスの熱量流量と熱式質量流量センサのセンサ出力との関係を示す図。

符号の説明

１燃料ガスの通流路
２流量調整弁（バルブ）
３熱式質量流量センサ
４バルブ制御回路
５制御演算器
６熱量流量検出部（熱量流量算出手段）
７発熱量検出手段
８発熱量比演算手段
１０,２０,３０流量制御装置
１１Ａ／Ｆテーブル
１２空気流量設定部
１３Ｏ_２／Ｆテーブル
１４酸素流量設定部

Claims

ＣＨ系の燃料ガスに空気および／または酸素を混合して上記燃料ガスの燃焼系に供給する燃料供給装置であって、前記燃料ガスの流量を調整する流量調整バルブを有する第１の流量調整装置と、前記空気および／または酸素の流量を調整する流量調整バルブを有する第２の流量調整装置とを備え、
前記第１の流量調整装置は、前記燃料ガスの通流路に設けられた熱式質量流量センサの出力から前記燃料ガスの熱量流量を求める熱量流量算出手段と、
制御目標値として設定した熱量流量と上記熱量流量算出手段にて求められた前記燃料ガスの単位体積当たりの熱量流量とに応じて前記流量調整バルブを制御して前記燃料ガスの流量を調整する第１の流量調整手段と、
前記燃料ガスの単位体積当たりの発熱量を求める発熱量検出手段と、
予め求められた前記燃料ガスの基準状態における単位体積当たりの発熱量と、上記発熱量検出手段にて求められた前記燃料ガスの単位体積当たりの発熱量とから、前記燃料ガスの発熱量比を求める発熱量比演算手段と、
この発熱量比演算手段にて求められた発熱量比に応じて前記燃料ガスを最適に燃焼させる為の空気と前記燃料ガスとの最適な混合比［Ａ／Ｆ］および／または酸素と前記燃料ガスとの最適な混合比［Ｏ₂／Ｆ］を求める混合比設定手段と、
前記第１の流量調整手段にて制御された前記燃料ガスの流量と上記混合比設定手段にて求めた混合比［Ａ／Ｆ］,［Ｏ₂／Ｆ］とから空気および／または酸素に対する流量設定値を求めて前記第２の流量調整装置に通知する流量設定手段とを具備し、
前記第２の流量調整装置は、前記第１の流量調整手段から通知された流量設定値に従って前記流量調整バルブを制御して空気および／または酸素の流量を調整する第２の流量調整手段を具備したことを特徴とする燃料供給装置。
前記熱量流量算出手段は、前記熱式質量流量センサの出力と前記燃料ガスの熱量流量との関係を記述したテーブルを参照して前記熱式質量流量センサの出力に応じた前記燃料ガスの熱量流量を求めるものである請求項１に記載の燃料供給装置。
前記発熱量検出手段は、前記燃料ガスの流れが停止した状態における前記熱式質量流量センサの出力から、または前記熱式質量流量センサの駆動条件を変化させたときの該熱式質量流量センサの出力変化から、若しくは前記熱式質量流量センサに併設された熱量センサの出力から前記燃料ガスの単位体積当たりの発熱量を求めるものである請求項１に記載の燃料供給装置。