JPH0254499B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可燃性ガスの分析装置に関し、更に詳
しくは可燃性ガスのウオツベ指標を決定するため
のガス分析装置に関する。

可燃性ガスの周知のウオツベ指標は一定のオリ
フイスをもつバーナーが放出する熱量として定義
され、次の式で表わされる。

ウオツベ指標 Ｗ＝Ｈ／√ ここでＨは単位体積当りのガスの発熱量で、例え
ばBTU／0.0283cm³（１立方フイート）、SGは可
燃性ガスの比重である。このウオツベ指標は熱科
学技術において用いられる量である。それはウオ
ツベ指標が予め定められた値に維持されている限
り、ガス加熱装置に同一の圧力の下で供給される
ガスはその組合せが異つても装置から等量の熱量
を発生し、装置を再調整する必要がないからであ
る。従つて、組成の異なる混合ガスを工業上の加
熱動作において燃焼させる場合には、一定のウオ
ツベ指標を有するガスとなるような割合でガスを
混合しなければならない。ガスのウオツベ指標を
決定する従来の方法の１つはカカロリーメータ、
密度計およびマイクロプロセツサのような演算回
路の組合せを用いる。これら機器を組合せて単一
の装置としてもよいが、全体として非常に高価で
動作の遅い装置となる。従つて混合ガスの急激な
変化は遅い速度で測られ、その結果修正が必要な
らばその修正もまた対応した遅い速度で与えられ
る。異なる組成と異なるウオツベ指標を有する混
合ガスを等量の空気で燃やすと排ガスの酸素濃度
はウオツベ指標との直接的な相関を示すことがわ
かつた。従つて、測定および制御の目的のために
はウオツベ指標そのものを測定する必要はなく、
排ガス中の酸素濃度のみを測定すば十分である。
この種の動作を行う従来装置の１つはサンプルガ
スを採取するめのフローコントロールノズルを含
むサンプリング装置と、このコントロールノズル
の差圧が調整可能な一定値となるようにサンプル
ガスを調整するための手段と、一定量の空気をサ
ンプルガスの流れに混入させる手段と、燃焼室
と、燃焼室にあつてガス−空気混合物を完全燃焼
させるためのバーナーと、燃焼室から燃焼したガ
スを出すための排気口および燃焼室にあつて排気
ガスの酸素濃度を検知するための酸素センサとを
含む。この酸素濃度は被測定ガスのウオツベ指標
と相関関係をもつ量である。しかしながら、ウオ
ツベ指標を表わす量を実際に測定することによ
り、熱発生率すなわちBTU／分が工業上の加熱
動作を制御するために得られる。かくして、この
ようなウオツベ指標を測定するための測定装置は
供給ガスの組成、密度およびBTU値の変化にか
まわず分当りの一定のBTU入力を必要とする炉
に対する有効な“フイードフオワード”制御手段
となる。上述の酸素濃度検出には主にジルコニア
（ZrO₂）からなるセラミツクベースの電気化学セ
ンサを用いる。このようなセンンサで燃焼生成物
中に存在する酸素量を検出すると、化学量論点ま
たはその近傍で出力電圧が極めて急激にステツプ
状に変化し、化学量論点を離れると電圧の変化は
非常に小さくなる。また、上述のようなセンサの
出力は燃焼生成物中に存在する酸素量が多いほど
温度に敏感である。そのため、酸素量が多い状態
でセンサを用いる時はセンサの出力電圧を温度補
償しなくてはならない。一方、センサを化学量論
点またはその近傍で動作させる場合、その出力は
広い温度範囲、即ち約800℃から1400℃まで非常
に安定で温度補償する必要がない。

本発明の目的は可燃性ガスのウオツベ指標を決
定するための改良された可燃性ガス分析装置を提
供することにある。

この目的ならびに他の目的を達成するために本
発明により、燃焼室、空気、空気の供給を制御す
る流量制御手段、可燃性ガスを制御する圧力調整
器、可燃性ガスと空気の混合物を燃焼室に与える
ためのガス混合手段、燃焼室からの燃焼生成物中
の酸素濃度を検出するための検出手段、前記の圧
力調整器と混合手段間に接続され前記検出手段か
らの信号に応じて混合手段に供給される可燃性ガ
スと空気との混合比を制御し、燃焼生成物の酸素
濃度を実質的に化学量論燃焼を表す値にするため
の混合比制御手段とを有する可燃性ガス分析装置
が提供され、混合比制御手段は混合手段に供給さ
れる可燃性ガスの硫路内に設けられ、かつ弁棒を
有する弁と、可燃性ガスのウオツベ指標の表示と
して弁棒の位置を表わす信号を出力する弁棒の変
位モニタとを含む。

以下、本発明を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例であるウオツベ指標
測定装置の概略図で、図において空気供給源（図
示しない）は、入力パイプライン２を通して空気
を供給する。パイプライン２は第１の通常の圧力
調整器４の入力に接続され、圧力調整器４の出力
は出力パイプライン６に接続される。出力パイプ
ライン６は混合弁８の一方の入力に接続される。
従来の仕方で、パイプライン６は図示しない固定
のオリフイスまたは絞り（restriction）を含む。
そしてこのオリフイス又は絞りは圧力調整器４の
出力によつて供給される流線の下流側を絞るもの
である。このような固定オリフイスは圧力調整器
４からの空気の流量を一定にする手段となり、一
定流量の空気供給源を形成する。同時に、可燃性
ガスの供給源（図示しない）は第２の通常の圧力
調整器１２の入力に接続された第２の入力パイプ
ライン１０を通して燃料ガスを供給する。第２の
圧力調整器１２の出力は出力パイプライン１４を
通して制御弁１６に与えられる。パイプライン６
における前述したオリフイスの場合と同様に弁１
６は、可変ではあるが、オリフイスを具備する。
そしてこの可変オリフイスは第２の圧力調整器の
出力によつて供給される流線の下流側を絞るもの
である。燃料ガスの流量は可変が望まれるので、
パイプライン６のオリフイスによつて与えられる
のと同様の方法で、弁１６の安定したそれぞれの
設定に対し、一定した流量が得られるようにされ
ている。制御弁１６の出力は出力パイプライン１
８を通して混合弁８の第２の入力に供給される。

混合弁８の出力はパイプライン２０を通して燃
焼炎２４を発生するジエツトバーナー２２に供給
される。バーナー２２と炎２４は燃焼室となるハ
ウジング２６内に位置する。ハウジング２６内に
はまた、炎点火素子を制御するための炎２４の検
出手段と、火花素子を用いて可燃性ガスの燃焼を
開始させる手段とがある。かかる素子は周知であ
るので図には示されていない。燃焼室２６からの
排気ガスは、燃焼室２６の壁の排気孔２８を通し
て出て行く。パイプライン６の固定オリフイスと
弁１６の可変オリフイスにより与えられる前述し
た絞りは他の流路要素により生ずる絞り効果−前
述したように混合弁８、バーナー２２および排気
口２８により生ずる流れ抵抗を含む−より大きな
絞り効果を与えるのにそれぞれ有効である。周知
のジルコニウム酸素検出器３０は炎２４の近傍に
位置し、燃焼過程の最終生成物の酸素濃度を検出
して化学量論燃焼であるか判別する。ジルコニウ
ム酸素検出器３０の出力は、出力線３２により例
えばマイクロプロセツサを含むデータ処理装置３
４の入力に与えられる。

弁１６は弁棒３８を介して接続された弁モータ
３６により駆動される。弁棒３８は、弁棒３８の
位置を表示する装置に接続される。かかる表示を
行う装置の一例は、弁棒３８に接続され、かつ、
ポテンシヨメータ４２の抵抗４４を摺導する可動
接点４６を駆動するように構成されてなるレバー
腕４０を含む。ポテンシヨメータ４２の抵抗４４
は導線４８と５０とによりデータ処理装置３４に
接続され、可動接点４６は導線５２によりデータ
処理装置３４に接続される。データ処理装置３４
は、またジルコニウム酸素検出器３０からの入力
信号を用いるように構成され出力線５４に弁モー
タ３６の動作を制御する制御信号を送出する。同
時に、データ処理装置３４はポテンシヨメータ４
２からの信号に対応した出力信号をデータ出力線
５６に送出するのに用いられる。このデータ出力
線５６は、記録表示装置５８に接続され、燃料入
力パイプライン１０を通して供給される燃料ガス
のウオツベ指標の表示として弁棒３８の位置を表
示する。

次に動作について述べる。第１の圧力調整器４
を通して制御された供給空気は一定の流量で混合
弁８に供給され、第２の圧力調整器１２と制御弁
１６を通して供給される燃料ガスと混合される。
燃料ガスの燃焼は空気の存在の下で燃焼室２６に
おいて炎２４によりなされる。燃焼生成物の酸素
濃度はジルコニウム酸素検出器３０により検出さ
れる。制御弁１６は可変オリフイスとして機能す
るので出力線５６で記録表示装置５８に供給され
る出力信号は弁モータ３６の位置を表わすと共に
燃料ガスのウオツベ指標の測定値である。出力信
号がウオツベ指標の測定値と見做すことができる
のは、可変オリフイスとして機能する制御弁１６
の弁開度はこれを流れる流体の比重に依存するか
らである。本発明の可燃性ガスの測定装置におい
て、弁１６により作られる可変のオリフイスは弁
１６を含む流路において、バーナー２２の前にあ
る唯一の重要な絞りである。かかる装置において
は、バーナー２２で燃やされるガスの熱量、例え
ば、BTU値は様々な比重の燃料が燃料ライン１
０から供給されると変る。

換言すれば、 Ｈ＝Ｗ×√ ゆえ、 Ｗ＝Ｈ／√SG となる。

従つて、弁棒３８の変位の測定は燃料の比重の
平方根と発熱量に依存し、それゆえ、ウオツベ指
標を直接表わすのである。弁１６はデータ処理装
置３４により、炎２４で所望の燃焼状態、例えば
化学量論燃焼となるよう弁モータ３６と弁棒３８
とにより駆動される。化学量論燃焼は燃焼曲線上
の唯一の点であり、測定毎に同一点に戻るという
再現性さえあればよい。燃焼レベルは検出器３０
により炎２４からの燃焼生成物に残存する最小の
酸素量として検出される。ウオツベ指標すなわち
弁位置の表示は適当な表示装置で表示されたり、
燃料ガスのウオツベ指標の記録として記録され
る。なんとなれば記録表示装置５８は表示装置、
例えば陰極線管（CRT）のほかにハードコピー
の記録計を含んでいるからである。

従つて、本発明によれば可燃性ガスのウオツベ
指標を決定するための改良されたガス分析装置が
実現されることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるウオツベ指標
の測定装置の概略図である。 ４，１２……圧力調整器、８……混合弁、１６
……制御弁、２２……バーナー、３０……ジルコ
ニウム酸素検出器、３４……データ処理装置、３
６……弁モータ、３８……弁棒、４２……ポテン
シヨメータ、５８……配録表示装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の一定流量で空気を供給する流量制御手
   段と、 一定の圧力で被分析可燃性ガスを供給する圧力
   制御手段と、 前記流量制御手段から供給される空気と前記可
   燃性ガスとを混合するためのガス混合手段と、 前記圧力制御手段と前記混合手段間に設けら
   れ、可変の絞りと該絞りを変化させる駆動手段と
   を含み、前記混合手段へ供給される可燃性ガスの
   流れに関し弁動作を行なう弁手段と、 前記混合手段の出力に接続され、混合手段から
   の前記空気と可燃性ガスとの混合ガスを燃焼させ
   るための燃焼手段と、 前記燃焼手段による前記混合ガスの燃焼生成物
   の酸素濃度を検出するために用いられ、その出力
   が混合ガスの化学量論点またはその近傍でステツ
   プ状に変化する応答を示す検出手段と、 前記検出手段の出力に応じて、燃焼生成物の酸
   素濃度を、実質的に化学量論燃焼を表す値で得る
   べく前記弁手段の弁動作を制御するための制御信
   号を発生するための制御手段と、 前記駆動手段に前記制御信号を与えて可変の絞
   りの対応動作を行なわせるための回路手段と、 前記絞りの大きさを表す信号を発生すべく絞り
   の大きさを監視する監視手段と、 前記監視手段からの絞りの大きさを表す信号を
   可燃性ガスのウオツベ指標を示すものとして表示
   する表示手段とからなる可燃性ガスの分析装置。 ２ 前記可変の絞りは選択的に可変されるオリフ
   イスを含み、前記駆動手段は弁棒と弁駆動モータ
   とを含み、前記オリフイスは前記弁棒の変位に対
   応して変化し、前記監視手段によつて発生される
   絞りの大きさを表す信号は前記弁棒の位置を表す
   信号であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の可燃性ガスの分析装置。