JPH02112740A - 音響式燃焼ガス温度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃焼ガスの温度測定装置に係り、特にガス成
分の変化する燃焼ガスの温度を計測するに好適な音響式
燃焼ガス温度測定装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、温度の計測方法は数多くあるが、その使用形式か
ら接触式のものと非接触式のものとの２つに分けられる
。接触式のものは熱電対に代表されるように、挿入点の
温度を極めて高精度に測定することができる。これに対
し、輻射温度計のような非接触式のものは精度はやや落
ちるものの、高温の物体を遠距離からでも測定できるこ
とから工業的には利用度が高い。

非接触式のものには光を応用したものが多いが、最近で
は音波を用いる方法が着目されている。代表的な例を第
５図に示す。第５図において、ボイラ火炉ｌには風箱６
から燃焼用空気を供給されて燃料を燃焼させるバーナ５
がついている。燃焼ガスは冷却水管等で構成された炉壁
２および伝熱管群４で熱吸収された後、煙道３を通り排
出される。

火炉出口部には音波の発信器２２と受信器２３が装着さ
れている。

伝播時間計測器２０から出たパルス信号はアンプ２１で
増幅され、発信器２２から音波を発する。

この音波は対向壁側の受信器２３で検出され、電気信号
となりアンプで増幅されて伝播時間計測器に戻る。この
間の時間ｔは、音波が送信器から受信器に到るまでの伝
播時間にほぼ等しい。送信器から受信器までの距離りと
被測定流体の温度定数ａがわかっていれば、温度Ｔ　（
ｋ）と音速Ｃ（ｍ／Ｓ）の関係式 ％式％（１） から温度を求めることができる。

この演算は温度算出器２８で行なわれ、温度表示器２９
に表示される。

（１）式において、温度定数ａは燃焼ガスの組成によっ
て大きく異なる。第６図に燃焼ガスの主な成分の音速と
温度との関係を示す。第６図において、イは窒素、口は
酸素、ハは二酸化炭素、二は水蒸気の関係曲線である。

燃焼ガスの主成分は窒素（Ｎ２）であるが、二酸化炭素
（Ｃｏｔ）とか水分（Ｈ，Ｏ）などの含有量が変われば
、燃焼排ガスの音速と温度の関係は変わってしまう。事
業用のボイラでは起動時にはＣＯ２はほとんどゼロであ
るが、定格負荷時には１４％程度含まれる。

したがって、温度を正しく測定するためにはＣ０２を初
めとする各排ガス成分量を知っておく必要がある。

しかし、従来の音響式温度計ではガス組成による補正が
なされておらず、温度測定の誤差が大きかった。

（発明が解決しようとする課題〕 本発明の目的は、ガス成分の変化する燃焼ガス温度を正
確に測定することができる音響式燃焼ガス温度測定装置
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 上記した従来技術の課題は、燃焼ガスが流れる流路に配
置した一対以上の音波送受信装置と、該送受信器からの
信号に基づき送受信器間の音波の伝播速度を算出する装
置と、上記音波の伝播速度から燃焼排ガス温度を算出す
る装置とを備えた音響式燃焼ガス温度測定装置において
、上記燃焼ガス流路内に設置される酸素濃度測定装置と
、該装置の測定値に基づき燃焼ガスの組成を算出する装
置と、算出されたガス組成から燃焼ガスの温度定数を算
出する装置と、この算出された温度定数と前記音波の伝
播速度に基づき燃焼ガスの温度を算出する装置とを設け
たことを特徴とする音響式燃焼ガス温度測定装置により
解決される。

〔実施例〕

本発明における温度定数ａは以下のようにして求めるこ
とができる。

燃料の組成をＣ，Ｈ，とすると燃焼の反応式は、Ｃ，Ｈ
，＋Ａ　（０，７９ＸＮｔ：　＋０．２１ＸＯｚ　）−
０，７９ｘＡｘＮｚ　＋ｍＸＣ０ｚ　＋　］薯ＸＨ２０
＋（０，２１ＸＡ　　ｍ　　　　　　）ｘＯｚとなる、
（２）式においてＣＯの発生はないものとした。

燃料の組成はあらかじめわかっているから、燃焼ガス中
の０．濃度を計測すれば空気量Ａが求まり、Ｎ、　、Ｃ
ｏ、の濃度が求まる。各々の濃度がわかれば、混合ガス
として温度定数ａが計算できる。

温度定数が決まれば音波の伝播時間から燃焼ガスの温度
が正確に算出できる。すなわち、各成分ガスの音速定数
ａｉは既知であるから、濃度（容積％）をＶｉとすると
、燃焼ガスの音速定数は次の（３）式により求まる。

第１図に本発明の一実施例を示す。第１図において、煙
道３には酸素濃度計２５のサンプリング管２４が挿入さ
れている。酸素濃度計２５からガス組成算出器２７に酸
素濃度情報が送られ、ガス組成が算出され、次いで温度
定数が計算され、温度算出器２８に送られる。温度算出
器では伝播時間とこの温度定数から温度が計算され、表
示器２９に表示される。

本発明によって、ボイラ起動時のようにｃｏ２本発明に
よって、ボイラ起動時のようにＣＯｔ濃度が大きく変化
する場合にも、燃焼ガス温度を正確に測定することがで
きる。

一第１図において、さらに二酸化炭素濃度計２１を付加
されることができる。このような装置では、音速に最も
影響の大きいＣＯ２を直接はかるため、より正確に温度
を求めることができる。

第２図に、本発明の他の実施例を示す。この例では音波
の発信器および受信器が各伝熱管群の前後に設けである
。各々の間の音波の伝播時間は切替器３２によって切替
えて測定する。この場合、伝熱管群の上流、下流で温度
をはかっているので、伝熱管表面の汚れの度合いも知る
ことができる。

第３図に本発明のさらに他の実施例を示す。この例は、
煙道の２カ所に酸素濃度計２５を置き（ｂ）、火炉側の
対応する音響温度計に別々の温度定数を用いる（ａ）よ
うにしたものである、事業用の大型ボイラでは、燃焼ガ
スの組成が場所によってわずかながら異なる場合がある
ので、この実施例が有効となる。

第４図に本発明のさらに他の実施例を示す。この例は発
信器、受信器を同一断面に６個配置し、これらの可能な
限りの組合わせでできる伝播経路で音速を測定し、この
断面における温度分布を求めるようにしたものである。

従来は相対評価しかできなかったが、本発明により正確
な絶対温度が求まるようになる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、正確な温度定数を用いて温度の算出を
行なうので、精度の高い温度計測が可能である。特に、
酸素濃度計はボイラなどの大型燃焼炉では常時設置され
ているので、温度定数を計算する演算器を付加するだけ
で本発明を実施できる。

また、温度定数を常に算出できるので、起動時とか負荷
変化時のように燃焼ガスの組成が変化する場合に正確な
温度監視ができるようになり、ボイラの異常監視に役立
つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例図、第２図、第３図および
第４図は、本発明の他の実施例図、第５図は、従来技術
の説明図、第６図は、各種ガスについての温度と音速の
関係図である。 １・・・ボイラ火炉、２・・・炉壁、３・・・煙道、４
・・・伝熱管群、５・・・バーナ、６・・・風箱、２０
・・・伝播時間計測器、２１・・・アンプ、２２・・・
送信器、２３・・・受信器、２４・・・ガスサンプリン
グ管、２５・・・酸素濃度計、２６・・・表示器、２７
・・・ガス組成算出器、２８・・・温度算出器、２９・
・・温度表示器、３０・・・信号ケーブル。 出願人　バブコック日立株式会社 代理人　弁理士　川　北　武　長 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼ガスが流れる流路に配置した一対以上の音波
   送受信装置と、該送受信器からの信号に基づき送受信器
   間の音波の伝播速度を算出する装置と、上記音波の伝播
   速度から燃焼排ガス温度を算出する装置とを備えた音響
   式燃焼ガス温度測定装置において、上記燃焼ガス流路内
   に設置される酸素濃度測定装置と、該装置の測定値に基
   づき燃焼ガスの組成を算出する装置と、算出されたガス
   組成から燃焼ガスの温度定数を算出する装置と、この算
   出された温度定数と前記音波の伝播速度に基づき燃焼ガ
   スの温度を算出する装置とを設けたことを特徴とする音
   響式燃焼ガス温度測定装置。