JPS6059539B2 - ガスの最高燃焼速度連続測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスの最高燃焼速度を連続して測定する方法
および装置に関するものである。

ガスの燃焼速度ｓは未燃焼ガスに対して火炎面に垂直な
速度成分として定義され、第１図のバーナ１１上に形成
された内炎２９円錐が測定に利用される。

燃焼速度ｓは次式（１はり求められる。ｓ■Ｖｓｉｎθ
■ＶＸフΠ ・・・（１） ここで、Ｖは空気／ガス混合気体の流速、θは内炎２９
の円錐頂部の角度の１／２の角度、れは内炎の長さ、に
は炎孔の半径である。

都市ガスはじめ燃料用のガスを製造調整するにあたつて
、そのガスの燃焼特性を安定に保つことは、ガスを使用
する燃焼機器の作動の安定上、極めて重要てある。

最高燃焼速度はガスの燃焼特性の重要な指標であり、燃
焼ガスの製造にあたつては一定の値に保つことが望まれ
る。この管理のため、最高燃焼速度を連続して監視測定
する装置が必要である。従来からのガスの最高燃焼速度
を測定するためには、熱電対を内炎の先端に接触して平
衡状態を維持し、内炎の長されが変化したとき、バーナ
を熱電対に対して上下に変位してその変位置を検出し、
内炎の長されしたがつて燃焼速度を測定する方法が知れ
ている。

この先行技術では、空気／ガス混合気体の空燃比は一定
である。しカルて内炎の長さｈは空燃比すなわち空気過
剰率によつて異なる。そのため空燃比に依存した燃焼速
度の変化を知ることができず、したがつて正確に最高燃
焼速度を求めたことにならない。他の先行技術は、第２
図に示される。

直円筒状の外筒１内には、その上部に円錐状の内筒２が
固定されている。ガスは内筒２内の空間に流入され、内
筒２と外筒１との間の空間にけ空気が充填される。この
ガスと空気とは、゛水シールで分離されている。水が筒
１，２の下部から流入されると、空気／ガス混合気体は
バーナ３に排出されて行き、空燃比は徐々に変化して行
く。内炎の長さｈは目視などの適当な方法によつて検出
され、燃焼速度は目盛５に表示される。この先行技術で
は、水が筒１，２内に充填した後、一旦排出して、空気
／ガスを再び充填する必要がある。したがつて連続的な
最高燃焼速度の測定は不可能である。したがつて本発明
の主な目的は、ガスの最高燃焼速度を連続的に測定する
方法および装置を提供することである。

本発明は、バーナと、 空気の流量を一定としてガス燃料の流路に介在した可変
絞り流量制御弁の絞り量を変えて空燃比を周期的に反復
変化して空気とガスとの混合気体をバーナに供給する空
気／ガス混合気体供給手段と、前記バーナの炎の光量を
検出する光量検出器と、前記光量検出器からの前記光量
に対応したレベールを有する出力をレベル弁別する手段
と、゛前記レベル弁別出力に応答して前記光量検出器が
内炎の先端を検出するように前記バーナと前記光量検出
器とを相互に変位させる変位手段と、前記変位を連続的
に追跡記録または表示する手、段とを含み、前記光量検
出器は、炎からの光を通過するスリットを有し、このス
リットは、内炎の根元の幅全体を含む横幅を有しかつ内
炎の長さ方向の縦幅を調節自在に構成して成り、前記バ
ーナは、主炎孔の外周に同心にかつ環状にその主炎孔と
遮断された補助炎孔を設け、前記主炎孔には前記空気／
ガス混合気体供給手段を接続し、前記補助炎孔には前記
空気／ガス混合気体供給手段または他の空気／ガス混合
気体の供給手段を接続し、補助炎によつて主炎の保炎作
用を達成するようにしたことを特徴とするガスの最高燃
焼速度連続測定装置である。

第３図は、本発明の一実施例の系統図てある。

安定した層流予混合火炎を形成しうるべく構成されたバ
ーナ１１は、鉛直軸線を有し、軸受１２を介して固定位
置に設けられた案内筒１３に案内され、上下に変位自在
である。バーナ１１には空）気／ガス混合気体供給手段
１４から、空気とガスの混合気体が供給される。空気源
１５からの空気は、整圧弁（ガバナ）１６から流量制御
弁１７を介して混合管１８に導かれる。流量制御弁１７
は空気流量の絞り量が固定的である固定絞りである。ガ
ス源１９からのガスは、整圧弁（ガバナ）２０から流量
制御弁２１を経て混合装置１８に導かれる。混合装置１
８において混合された空気とガスは、バーナ１１に導か
れる。流量制御弁２１は、ニードル弁などの可変絞り“
弁であり、ニードルなどの弁体がモータ２２の回転駆動
によるねじ送り作用によつて変位して絞り量が変化され
る。

弁体の変位ストロークの両端はリミットスイッチ２３，
２４によつて検出される。モータ制御回路２５は、リミ
ットスイッチ２３，２４による検出に応答して、モータ
２２を逆回転させる。そのため流量制御弁２１の絞り量
を周期的に大小に連続的に変化することができる。また
モータ制御回路２５は、モータ２２の速度制御を行なう
。そのため流量制御弁２１の絞り量変化の周期Ｔを変化
することがてきる。混合装置１８は恒温槽５５内に納め
られており、混合装置１８を通過した混合ガスが所定の
温度に保たれるようにする。

バーナ１１の燃焼時における炎２６は風よけのためのケ
ーシング２７に囲まれており、炎２６が安定に保たれる
。

ケーシング２７内の炎２６の光量は、光量検出器２８に
よつて検出される。光量検出器２８は固定位置に設けら
れている。ケーシング２７には、炎２６を見るための監
視窓５６が設けられる。第４図は、本発明の一実施例の
光量検出器２８の断面図である。

この光量検出器２８は、炎２６の内炎２９がら発生され
る可視光領域の特定波長の光のみを選択的に検出するも
のてある。炎２６からの光は、結像レンズ３０、そのレ
ンズ３０の結像位置に設けられた遮光体３１に開口しか
つ必要部分の光のみを通過させるスリット３２、および
フィルタ３３を介して、光電管３４に与えられる。フィ
ルタ３３は、可視光領域の特定波長の光のみを選択的に
透過する機能を有し、たとえは青のみを透過して青以外
の光を吸収する働きを有する。光電管３４は、入力光の
光量に相関するレベルを有する信号を出力する。第５図
は遮光体３１の正面図である。

固定部材３５と可動部材３６とが形成するスリット３２
の横幅ｄ１は内炎２９の根元の外径ｄよりも大きく、こ
の横幅ｄ１は固定的てある、スリット３２の縦幅Ｄ２は
、可動部材３６をねじ３７で変位することによつて可変
調節が可能である。ねじ３７に螺合するナット３８は固
定部材３５に固着されており、ねじ３７の頂部は可動部
材３６に設けらられた突片３９にはね４０によつて弾発
的に当接している。支え６７によつて、ばね４０は可動
部材３６に固定される。はね４０の弾発力は、スリット
３２の縦幅Ｄ２が拡がる方向である。ねじ３７には回転
用つまみ５７が固着される。スリット３２の横幅ｄ１を
、内炎２９の根元の外径ｄよりも大きく選ふことによつ
て、（ａ）炎２６の長さ方向の光量変化のカーブを、第
６図２の様な目的とする形状にならしめることができ、
また（ｂ）内炎２９の横ゆれ時にも内炎２９を確実に検
出することができる。

スリット３２の縦幅Ｄ２を小さくすることによつてモー
タ２２によるバーナ１１の上下変位の精度を向上するこ
とがてきる。一方、上下変位の精度を上けた場合は、炎
２９の微小変動等の影響による検出の不安定性をカバー
するため、モータ４９の速度を遅くする必要がある。こ
の場合には、連続監視の応答が遅くなる。したがつて使
用目的に応じて最適な運転を行うためには、スリット３
２の縦幅Ｄ２とモータ４９の速度の最適値を選ばねばな
らない。第６図１は炎２６の正面図であり、第６図２は
炎２６の長さ方向に沿う光電管３４からの出力の変化を
示すグラフである。

炎２６の光量、したがつて光電管３４からの出力レベル
は、内炎２９のある部分において大きく、その内炎２９
の先端４１で急激に減少し、外炎４２では小さい。炎２
６の光量は、流量制御弁２１の絞り量を変えて空燃比を
変えることによつて変化する。空燃比が小さいときには
第６図２の実線で示す光量変化を呈し、空燃比が大であ
るときには第６図２の破線で示す光量の変化を呈す。光
電管３４からの出力は、第３図示のレベル弁別回路４３
に入力される。

レベル弁別回路４３は、光電管３４からの出力を第６図
示の設定レベル４４でレベレ弁別する。この設定レベル
４４は、光電管３４が内炎２９の先端４１を検出したと
きのレベルである。設定レベル４４は、空燃比が比較的
大きい場合であつても内炎２９の先端４１を検出し得る
ために、流量制御弁２１によつて制御される空燃比の最
大時における内炎２９に対応した光電管３４の出力レベ
ルよりも小さい値に選はれる。レベル弁別回路４３は、
光電管３４からの出力レベルと設定レベル４４との差を
表わす信号をモータ制御回路４５に入力する。モータ制
御回路４５は、モータ４９の出力軸４６の回転角を、光
電管３４からの出力レベルが設定レベル４４と等しくな
るように制御する。モータ４９の出力軸４６は、板状の
カム４７に固着される。カム４７のカム面にはバーナ１
１の下端に固着されたホロア４８が摺接する。そのため
モータ４９の出力軸４６したがつてカム４７が角変位す
ることにより、ホロア４８したがつてバーナ１１が昇降
変位する。モータ制御回路４５は、レベル弁別回路４３
からの出力に応答して光電管３４が内炎２９の先端４１
を常に検出しているように、モータ４９を駆動してバー
ナ１１の上下位置を制御する。モータ４９の出力軸４６
にはポテンショメータ５０のブラシ５１が固着されてお
り、このブラシ５１が摺接する抵抗体５２の電圧は、バ
ーナ１１の上下方向の位置、したがつて内炎２９の先端
４１の上下方向の位置に対応しており、それゆえ内炎２
９の長さｈに対応している。こののポテンショメータ５
０の出力は記録計５３に与えられる。記録計５３は記録
紙５４上に内炎２９の長さｈを連続して記録する。動作
を述べる。

モータ制御回路２５によつてモ・一タ２２が流量制御弁
２１の絞り量を周期Ｔて反復変化し、したがつて流量制
御弁２１から混合管１８を経てバーナ１１に流れるガス
流量は第１図１に示されるとおりに周期的に変化する。
ガス流量がライン５９のように減少してゆくとき、内炎
２９の長さｈは第７図２のように或るガス流量値すなわ
ち或る空燃比の値において最小となる。次にガス流量が
ライン６０のように増大してゆくとき、或る空燃比の値
においてｎは最小値をとる。この最小値をとるときにお
ける流量制御弁２１の開度は、ガスによつて異なり、一
定でない。以下、このような動作が繰返される。記録計
５３は記録紙５４上に第７図２のグラフを記録してゆく
。ガスの成分が異なれば内炎２９の長さｈが異なる。先
行技術では、空燃比を固定しているので、この最小長さ
位置を必ずしも検出していない。これに対して本発明で
は、内炎２９の長さｈの最小値Ｈｌ，ｈ２，ｈ３，・・
・の変動は、第８図のように記録紙５４上で包絡線６８
として一見して明らかに示されるので、最高燃焼速度の
連続監視が可能てある。記録計５３はまた、第７図３に
示すように空燃比変化の周期Ｔ毎の内炎２９の長さｈの
最低値Ｈｌ，ｈ２，ｈ３，・・を次の周期中で保持して
記録するようにしてもよいい。

記録計５３は、最低値Ｈｌ，ｈ２，ｈ３，・・・が都市
ガスとして許容し得る範囲内にあるか否かを検出する許
容範囲検出手段と、その許容範囲検出手段の出力に応答
して最低値Ｈｌ，ｈ２，ｈ３，・・が前記範囲外にある
ときにランプなど゛の目視によつてまたはブザーなど゛
の音響によつて警報を発する手段とを備えてもよい。バ
ーナ１１を昇降変位する代りに、光量検出器２８を昇降
変位させてもよい。光量検出器２８および制御系４３，
４５，４９，４６，４７，４８の応答時間は炎２６の微
小なゆれを平均化するために十分ゆつくりする必要があ
る。

ガス量の変化速度はこの様に設定した応答速度により十
分対応てきるように遅くする必要がある。第９図は、本
発明のさらに他の実施例の断面図てある。

この実施例ては、炎２６の光量を検出するために紫外線
光電管６１を用いる。紫外線光電管６１は、炎２６の紫
外線領域のみの光の光量を選択的に検出する。この場合
、結像レンズの材質が紫外線の透過を制限するので、レ
ンズの代りにスリットを利用してもよい。参照符６２は
、光量を測定する位置設定のためのスリットであり、前
述のスリット３２と同様な働きをする。炎検出用の可視
光域での波長は、一般に炎２６のスワンバンドを選定す
るのが適しているが、例えば輝炎を生じるものの様に炎
が強い可視光を含む場合では、内炎２９のみを検出する
ために紫外線を採用する必要がある。

第１０図は、本発明の他の実施例のバーナ１１の縦断面
図てあり、第１１図は第１０図の切断面線■−■から見
た断面図である。

このバーナ１１は、主炎孔６３によつて得られる主炎６
４の保炎機能を達成するために、補助炎孔６５が設けら
れている。補助炎孔６５は、主炎孔６３の外周に同心に
かつ環状に形成されており、主炎孔６３と補助炎孔６５
とは相互にガスの流過がないように壁６６によつて遮断
されている。主炎孔６３には、前述のごとく混合管１８
から空気／ガス混合気体を導入する。補助炎孔には、混
合管８からの空気／ガス混合気体を導入してもよく、ま
たは安定な補助炎６７を保つに十分な一定の空燃比を有
する空気／ガス混合気体を導入してもよい。補助炎孔６
５からの混合気体によつて得られる補助炎６７は、主炎
６４の吹消えを抑え、主炎６４の燃焼状態を安定に保つ
保炎作用を達成する。上述の実施例ては、バーナ１１へ
の空気／ガス混合気体の空燃比の変化は、空気の流量を
一定としてガスの流量を変化することによつてなされて
いる。

この理由は、（ａ）都市ガスは比較的低圧てあり、しか
もガス性状（組成、比重、粘性など）が変化するので、
ガスを正確な一定流量で供給することが困難であり、こ
れに対して空気は送風機によつて高圧にして正確な一定
流量で流すことが容易であること、および（ｂ）空気／
ガス混合気体は一般の燃料ガスでは最高燃焼速度の点に
おいて空気量がガス量よにりも相当大なる組成を有する
ので、空気の流量を一定とし、ガスの流量を変えること
によつて、バーナ１１に供給される空気／ガス混合気体
の流速Ｖをほぼ一定に保つことができ、そのため流速Ｖ
の変化による最高燃焼速度の誤差を小さく抑えることが
できることなどが挙げられる。記録紙５４に記録する代
りに、陰極線管に表示するようにしてもよく、このよう
な変更は当業者に容易である。

以上のように本発明によれば、ガスの最高燃焼速度に対
応した内炎の長さの最低値を検出するに当り、空気およ
び／またはガスの流量を可変流量制御弁によつて絞るこ
とによつて変えて空燃比を周期的に反復変化させつつ、
空気／ガス混合気体をバーナに連続的に供給するように
し、その時の内炎長さを連続的に記録または表示するよ
うにしたので、最高燃焼速度を空燃比の変化周期単位で
連続的に測定することが可能になる。また本発明によれ
ば光量検出器によつて内炎の光量が検出されるので、熱
電対を用いた先行技術に比べて精度が向上される。特に
本発明によれば、光量検出器に形成されているスリット
は内炎の根元の幅全体を含む横幅を有し、かつ内炎の長
さ方向の縦幅を調節自在に構成してあるので、スリット
の横幅ｄ１を内炎の根元の外径よりも大きく選ぶことが
でき、したがつて炎の長さ方向の光量変化のカーブを、
第６図２のような目的とする形状にならしめたことがで
き、また内炎の横揺れ時にも内炎を確実に検出すること
ができる。

また本発明に従うバーナは、補助炎孔を設けているので
主炎の吹き消えを抑え、主炎の燃焼状態を安定に保つこ
とができるようになる。

また本発明では、空気の流量を一定としてガス燃料の流
路に可変絞り流量制御弁を設けて、空燃比を周期的に反
復変化するようにした。

これは、都市ガスは比較的低圧てあつて、そのガス性状
が変化するので、ガスを正確な一定流量で供給すること
が困難であり、これに対して空気は送風機によつて、高
圧にして正確な一定流量で流すことが容易であり、また
空気／ガス混合気体は一般のガス燃料では最高燃焼速度
の点において、空気量がガス量よりも相当大なる組成を
有するので、空気の流量を一定とし、ガスの流量を変え
ることによつてバーナに供給される空気／ガス混合気体
の流速をほぼ一定に保つことができるからである。その
ため流速の変化による最高燃焼速度の誤差を小さく抑え
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃焼速度ｓを説明するための内炎２９とその付
近の断面図、第２図は先行技術の断面図、第３図は本発
明の一実施例の全体の系統図、第４図は光量検出器２８
の断面図、第５図は遮光体３１の正面図、第６図は炎２
６とその長さ方向に沿う光電管３４の出力を示す図、第
７図は本発明の一実施例の動作を説明するためのグラフ
、第８図は記録紙５４上に描かれた内炎２９の長さｈの
時間経過を示すグラフ、第９図は本発明の他の実施例の
一部を示す断面図、第１０図はバーナ１１の断面図、第
１１図は第１０図の切断面線Ｍ一■に沿う断面図である
。 １１・・・バーナ、１４・・・空気／ガス混合気体供給
手段、１５・・・空気源、１７，２１・・・流量制御弁
、１９・・・ガス源、２２，４９・・・モータ、２５，
４５・・・モータ制御回路、２６・・・炎、２８・・・
光量検出器、２９・・・内炎、４３・・ルベル弁別回路
、４７・・カム、４８・・・ホロア、５０・・・ポテン
ショメータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ バーナと、 空気の流量を一定としてガス燃料の流路に介在した可変
   絞り流量制御弁の絞り量を変えて空燃比を周期的に反復
   変化して空気とガスとの混合気体をバーナに供給する空
   気／ガス混合気体供給手段と、前記バーナの炎の光量を
   検出する光量検出器と、前記光量検出器からの前記光量
   に対応したレベルを有する出力をレベル弁別する手段と
   、前記レベル弁別出力に応答して前記光量検出器が内炎
   の先端を検出するように前記バーナと前記光量検出器と
   を相互に変位させる変位手段と、前記変位を連続的に追
   跡記録または表示する手段とを含み、前記光量検出器は
   、炎からの光を通過するスリットを有し、このスリット
   は、内炎の根元の幅全体を含む横幅を有しかつ内炎の長
   さ方向の縦幅を調節自在に構成して成り、前記バーナは
   、主炎孔の外周に同心かつ環状にその主炎孔と遮断され
   た補助炎孔を設け、前記主炎孔には前記空気／ガス混合
   気体供給手段を接続し、前記補助炎孔にはは前記空気／
   ガス混合気体供給手段または他の空気／ガス混合気体の
   供給手段を接続し、補助炎によつて主炎の保炎作用を達
   成するようにしたことを特徴とするガスの最高燃焼速度
   連続測定装置。