KR20210071044A - 가스 혼합물의 혼합비를 조절하기 위한 장치 - Google Patents

가스 혼합물의 혼합비를 조절하기 위한 장치 Download PDF

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마크 호눙
안드레아스 뤼에그
에릭 모닌
데이비드 킬리아니
사무엘 베얼리
대니얼 트로이트라인
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센시리온 에이지
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Abstract

가스 혼합물의 혼합비(χ)를 조절하기 위한 조절 장치는, 제 1 가스(예컨대, 공기)의 유동을 전달하기 위한 제 1 도관(1) 및 제 2 가스(예컨대, 연료 가스)의 유동을 전달하기 위한 제 2 도관(2)을 포함한다. 제 1 및 제 2 도관(1, 2)은 혼합 영역(M)에서 공통 도관(3) 안으로 개방되어 있어 가스 혼합물 형성한다. 제 1 센서(SI)는 혼합 영역(M)의 하류에서 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터를 결정하도록 구성되어 있다. 제어 장치(10)는, 제 1 센서로부터, 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터를 나타내는 센서 신호를 받고 또한 적어도 하나의 열적 파라미터에 근거하여, 조정 장치(VI)에 대한 제어 신호를 도출하도록 구성되어 있어, 혼합비를 조정하는 작용을 한다.

Description

가스 혼합물의 혼합비를 조절하기 위한 장치
본 발명은 제 1 가스와 제 2 가스를 포함하는 가스 혼합물의 혼합비를 조절하기 위한 장치 및 대응하는 방법에 관한 것이다.
가스 작동식 에너지 변환기, 예컨대, 가스 버너 또는 가스 엔진 또는 가스 모터와 같은 내연 엔진을 적절히 작동시키기 위한 임계량은 그 에너지 변환기에 제공되는 공기-연료 혼합물의 혼합비이다. 이 혼합비는 상이한 방식으로 정의될 수 있다. 본 명세서에서, 혼합비는 공기-연료 혼합물 내의 연료의 v/v 농도로 표시된다. 그러나, 다른 정의도 사용될 수 있다. 연료 농도가 너무 높으면, 검댕(soot)이 형성될 수 있다. 다른 한편으로 연료 농도가 너무 낮으면, 에너지 변화기의 성능이 저하될 수 있다. 그러므로, 혼합비는 주의 깊게 조절되어야 한다.
US 6,561,791 B1에는, 가스 버너를 위한 조절 시스템이 개시되어 있다. 연료 가스 유동 및 연소 공기 유동이 버너에 안내된다. 연료 가스 유동은 연소 공기 유동의 압력에 따라 조절된다. 이를 위해, 압력차 센서가 연료 가스 유동과 연소 공기 유동 사이에 배치된다. 센서는, 연료 가스를 위한 가스 밸브를 조절하기 위해 사용되는 전자 신호를 발생시킨다.
EP 2 843 214 A1에는, 가스 작동식 에너지 변환기 플랜트에서 산소 캐리어 가스와 연료 가스 사이의 혼합비를 조절하기 위한 방법이 개시되어 있다. 혼합비를 조절하기 위해 산소 캐리어 가스 및/또는 연료 가스의 질량 또는 부피 유동이 검출된다. 센서를 사용하여, 연료 가스의 적어도 2개의 물리적 파라미터, 예컨대 그의 질량 또는 부피 유동 및 열전도율 또는 열용량이 결정된다. 혼합비에 대한 요구되는 값은 이들 물리적 파라미터로부터 결정된다. 요구되는 값은 혼합비의 조절에 사용된다.
US 5,486,107 B1에는, 연소 시스템의 연소실에서 공기와 연료 가스의 혼합물을 제어하기 위한 연소 제어기가 개시된다. 연소 제어기는, 다양한 센서로부터의 센서 입력에 근거하여, 연료 도관에 있는 연료 밸브를 개폐하고 그리고 공기 도관에 있는 공기 감쇠기를 개폐하여 혼합물을 제어한다. 이들 센서는 연료와 공기의 유동 특성을 측정하기 위해 연료 도관과 공기 도관에 있는 유동 센서들을 포함한다. 센서는 연료의 열적 파라미터를 측정하기 위해 연료 도관에 있는 추가 센서를 더 포함하고, 이 센서는 직접적인 유동에 노출되지 않도록 연료 도관의 막힌(dead ended) 공동부에 내에 물러나 있다. 센서는 압력 센서와 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
이들 종래 기술의 시스템에서, 혼합비의 조절은, 공기와 연료 가스가 혼합되는 지점의 상류에서 공기와 연료 가스의 유동 측정에 근거한다. 그러나, 이는 다양한 이유로 문제가 될 수 있다. 먼저, 공기 유량은 전형적으로 연료 가스 유량 보다 훨씬 더 크고, 혼합물의 전형적인 연료 농도는 단지 10% v/v의 범위이다. 이에 의해, 공기 및 연료 유동에 대한 유동 센서들에 상이한 요구 조건이 부과된다. 둘째, 현대의 가스 버너는 높은 동적 가열 범위를 가질 수 있는데, 최대 연료 요구량과 최소 연료 요구량 사이의 비는 10:1 또는 심지어 20:1을 쉽게 초과할 수 있다. 이러한 이유로, 공기 및 연료 유동에 대한 유동 센서 각각은 큰 유동 범위를 커버할 필요가 있다. 동시에, 최고의 정밀도와 장기간 안정성이 모든 작동 조건에 대해 요구된다. 현재 이용 가능한 유동 센서는 종종 이들 높은 요구 사항을 만족하지 못한다.
연료 가스와 공기 외의 다른 가스의 혼합, 특히, 기능 가스와 산소 캐리어 가스의 혼합, 예컨대, 기체 마취제와 공기의 혼합에도 유사한 문제가 존재한다.
본 발명의 목적은, 제 1 가스와 제 2 가스의 유량 간에 큰 차가 존재하는 경우에도, 가스의 절대 유량의 넓은 동적 범위에 걸쳐 제 1 가스와 제 2 가스 사이의 혼합비의 신뢰적이고 정확한 제어를 달성할 수 있는 조절 장치를 제공하는 것이다.
위의 목적은 청구항 1의 특징적 사항을 갖는 조절 장치로 달성된다. 본 발명의 추가 실시 형태는 종속 청구항에 나타나 있다.
제 1 가스와 제 2 가스를 포함하는 가스 혼합물의 혼합비를 조절하기 위한 조절 장치가 제안되며, 이 장치는,
상기 제 1 가스의 유동을 전달하기 위한 제 1 도관;
상기 제 2 가스의 유동을 전달하기 위한 제 2 도관 - 상기 제 1 및 제 2 도관은 혼합 영역에서 공통 도관 안으로 개방되어 있어 상기 가스 혼합물 형성함 -;
상기 가스 혼합물의 혼합비를 조정하기 위한 조정 장치; 및
상기 조정 장치에 대한 제어 신호를 도출하도록 구성된 제어 장치를 포함한다.
본 조절 장치는, 상기 혼합 영역의 하류에서 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터를 결정하도록 구성된 제 1 센서를 포함한다. 제어 장치는, 상기 제 1 센서로부터, 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터를 나타내는 센서 신호를 받고 또한 적어도 하나의 열적 파라미터에 근거하여 상기 조정 장치에 대한 제어 신호를 도출하도록 구성되어 있다. 열적 파라미터는, 특히, 가스 혼합물의 열전도율(λ), 열확산율(D), 비열용량(cp) 또는 체적 비열용량(cpρ) 또는 이의 조합을 나타내는 파라미터일 수 있다.
본 발명에 따르면, 혼합 영역의 하류에서 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터의 측정을 수행하고 또한 혼합비를 제어하는 데에 이 파라미터를 사용하는 것이 제안된다. 열적 파라미터의 값은 일반적으로 가스 혼합물 내의 제 1 가스와 제 2 가스 사이의 혼합비에 달려 있다. 주요 이점은, 측정된 열적 파라미터는 일반적으로 혼합물의 유량에 독립적이다는 것이다. 그러므로, 센서는 유량에 독립적으로 항상 대략 동일한 작동점에서 작동되며, 제안된 조절 장치는 정확도를 훼손함이 없이 큰 동적 가열 범위를 수용할 수 있다.
많은 용례에서, 제 2 가스의 유량은 제 1 가스의 유량 보다 훨씬 더 낮을 것이다. 그리고 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터의 제안된 측정은 본질적으로 가스 혼합물 내의 제 2 가스의 농도의 결정에 대응한다. 장치는 그에 따라 구성될 수 있다. 특히, 제 2 도관은 제 1 도관의 단면적 보다 훨씬 더 작은 단면적을 가질 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 제 1 도관의 최소 단면적(즉, 도관의 가장 좁은 위치에서의 단면적)은 제 2 도관의 최소 단면적의 적어도 5배이다. 조절 장치는 혼합 영역에서 제 2 가스의 유동을 제 1 가스의 유동 안으로 주입하기 위한 하나 이상의 노즐을 포함할 수 있다. 이것이 유용한데, 왜냐하면, 주 유동이 제 1 가스의 유동이 될 것이기 때문이다. 주입 방향은 혼합 영역 바로 상류에서의 제 1 가스의 유동 방향에 대해 축방향, 반경 방향 또는 다른 각도의 방향일 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 제 1 가스는 산소 캐리어 가스일 수 있고 제 2 가스는 산소 캐리어 가스와 혼합될 기능 가스일 수 있다. 예컨대, 제 1 가스는 공기 또는 공기와 배출 가스의 혼합물일 수 있고, 제 2 가스는 연료 가스, 특히 천연 가스일 수 있다. 다른 예로, 제 1 가스는 자연적인 공기, 산소가 풍부한 공기, 산소와 하나 이상의 불활성 가스의 다른 혼합물 또는 순수한 산소 가스일 수 있고, 제 2 가스는 의료용 가스, 특히 이소플루레인(isoflurane)와 같은 마취제일 수 있다. 조절 장치는 특히 그러한 가스와 함께 사용되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상이한 커넥터 및 상이한 재료가, 병원에서 마취제를 분배하기 위한 의료용 장치 외의 가스 버너 용례에서 조절 장치에 사용될 것이다.
어떤 실시 형태에서, 조정 장치는 상기 제 2 도관을 통과하는 제 2 가스의 유량을 조정하기 위한 제어 밸브를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 조정 장치는 제 2 도관에서 제 2 가스의 유량을 제어하기 위해 제어 가능한 팬 또는 펌프를 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 조정 장치는 제 1 도관에서 제 1 가스의 유동을 제어하기 위해 밸브, 플랩 또는 제어 가능한 팬 또는 펌프를 포함할 수 있다.
유리한 실시 형태에서, 제 1 센서는 가스 혼합물의 하나 보다 많은 열적 파라미터를 결정하도록 구성된다. 특히, 제 1 센서는 가스 혼합물의 적어도 2개의 열적 파라미터를 결정하도록 구성될 수 있고, 그 열적 파라미터는 함께 가스 혼합물의 열전도율 및 열확산율을 나타낸다.
제어 장치는 적어도 2개의 열적 파라미터를 고려하도록 구성될 수 있다. 이는 다른 방식으로 행해질 수 있다. 예컨대, 제어 장치는 제 1 센서로 결정된 적어도 2개의 열적 파라미터로부터 구해진 조합 파라미터를 결정하고 또한 이 조합 파라미터에 근거하여 제어 신호를 도출하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 제어 장치는 제 1 센서로 결정된 열적 파라미터 중의 제 1 열적 파라미터, 예컨대 열전도율에 근거하여 제어 신호를 도출하고 또한 제 1 센서로 결정된 열적 파라미터 중의 제 2 열적 파라미터, 예컨대 열확산율에 근거하여 일치 확인을 수행하도록 구성될 수 있다. 제어 장치는, 일치 확인의 결과 제 2 열적 파라미터가 제 1 열적 파라미터와 일치하지 않는 것으로 나타나면, 에러 신호를 발하도록 구성될 수 있다. 이 에러 신호에 의해 조정 장치는 연료 가스 유동을 차단할 수 있다. 이렇게 해서 안전이 증가될 수 있다.
제 1 센서는 혼합비를 조절하기 위해 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 제 1 가스의 밀도 또는 압력을 결정하기 위해서도 사용될 수 있다. 특히, 제어 장치는,
제 1 가스의 유동이 영이 아닌 유량을 갖는 중에 제 2 가스의 유동이 차단되는 기준 상태로 상기 조정 장치를 설정하는 절차;
상기 제 1 센서로부터 센서 신호를 받는 절차 - 상기 센서 신호는 상기 기준 상태에서 제 1 가스의 적어도 2개의 열적 파라미터를 나타냄 -; 및
상기 기준 상태에서 적어도 2개의 열적 파라미터에 근거하여, 기준 상태에서 제 1 가스의 밀도 또는 압력을 나타내는 압력 파라미터를 결정하는 절차를 수행하도록 구성될 수 있다.
특히, 제 1 가스의 밀도는, 그의 비열용량이 다른 소소로부터 알려져 있다면, 그의 열전도율 및 열확산율로부터 쉽게 계산될 수 있다. 제 1 가스의 절대 압력을 그의 밀도로부터 계산하기 위해, 그 가스의 온도를 알 필요가 있다. 이를 위해, 제 1 센서는 이 센서가 노출되는 가스의 온도를 측정하도록 구성될 수 있고, 제어 장치는 압력 파라미터의 결정을 제 1 가스의 적어도 2개의 열적 파라미터 뿐만 아니라, 제 1 센서로 결정된 그의 온도에도 근거하여 하도록 구성될 수 있다.
제 2 가스의 알려져 있는 비열용량을 사용하여 또한 가능하면 그의 온도를 측정하여, 제 2 가스에 대해 동일한 절차가 또한 수행될 수 있다.
유리한 실시 형태에서, 제어 신호는, 제 1 센서로 결정된 가스 혼합물의 열적 파라미터를 또한 제 1 센서로 결정된 제 1 가스의 열적 파라미터와 비교하는 차 측정에 근거한다. 이렇게 해서, 제 1 센서의 보정 에러가 대체로 상쇄될 수 있다. 이를 위해, 제어 장치는,
제 1 가스의 유동이 영이 아닌 유량을 갖는 중에 제 2 가스의 유동이 차단되는 기준 상태로 상기 조정 장치를 설정하는 절차;
상기 제 1 센서로부터 센서 신호를 받는 절차 - 상기 센서 신호는 기준 상태에서 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 나타냄 -;
제 2 가스의 유동과 제 1 가스의 유동 둘 모두가 영이 아닌 유량을 갖는 작동 상태로 상기 조정 장치를 설정하는 절차;
상기 제 1 센서로부터 센서 신호를 받는 절차 - 상기 센서 신호는 상기 작동 상태에서 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터를 나타냄 -; 및
상기 작동 상태에서 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터와 상기 기준 상태에서 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터의 비교에 근거하여 제어 신호를 도출하는 절차를 수행하도록 구성될 수 있다. 비교는, 예컨대, 가스 혼합물 및 제 1 가스의 열적 파라미터의 차 또는 비율을 형성하여 수행될 수 있다.
조절 장치는 가스 혼합물을 사용처에 전달하기 위한 팬을 포함할 수 있다. 용어 "팬"은 가스 유동을 구동시킬 수 있는 임의의 종류의 송풍기 또는 펌프를 포함하는 것으로 넓게 이해된다. 어떤 실시 형태에서, 팬은 혼합 영역의 하류에, 예컨대, 공통 도관의 하류 단부에 배치될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 팬은 혼합 영역의 상류에, 예컨대, 제 1 도관의 상류 단부에 배치될 수 있다. 팬이 혼합 영역의 하류에 배치되면, 제 1 센서는 유리하게 팬에 통합될 수 있다.
제 1 센서는 팬의 막힘 또는 고장을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 이를 위해, 제어 장치는,
제 2 가스의 유동이 차단되고 있는 중에 상기 팬을 복수의 상이한 파워 레벨에서 작동시키는 절차;
각 파워 레벨에 대해, 상기 제 1 센서로부터 받은 센서 신호에 근거하여 압력 파라미터를 결정하는 절차 - 압력 파라미터는 상기 파워 레벨에서 제 1 가스의 밀도 또는 압력을 나타냄 -; 및
상이한 파워 레벨에서의 압력 파라미터에 근거하여, 막힘 또는 팬 고장이 일어났는지의 여부를 나타내는 막힘 신호를 도출하는 절차를 수행하도록 구성될 수 있다.
제어 장치는, 막힘 또는 팬 고장이 일어났음을 막힘 신호가 나타내면, 에러 메시지를 출력하고 그리고/또는 팬을 차단하며 그리고/또는 제 1 및/또는 제 2 가스의 유동이 중단되는 상태로 조정 장치를 설정하도록 구성될 수 있다.
가스 혼합물의 균질성을 개선하기 위해, 조절 장치는, 혼합 영역의 하류에서 그리고 제 1 센서의 상류에서 공통 도관에 배치되는 선회류(swirl) 요소를 포함할 수 있고, 선회류 요소는 가스 혼합물에서 난류를 생성하도록 구성되어 있다.
제 1 센서에 추가로, 제 1 및/또는 제 2 가스의 하나 이상의 열적 파라미터를 결정하기 위해 하나 이상의 추가 센서를 사용함으로써 조절이 단순화되고 개선될 수 있다.
특히, 조절 장치는 제 2 센서를 더 포함하고, 제 2 센서는 상기 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 결정하도록 구성되어 있다. 제 2 센서는 혼합 영역의 상류에서 제 1 도관에 배치될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 제 2 센서는 혼합 영역을 우회하는 바이패스에 배치될 수 있다. 제어 장치는, 제 2 센서로부터, 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 나타내는 센서 신호를 받고 또한 제 1 및 제 2 센서로부터 받은 센서 신호에 근거하여 제어 신호를 도출하도록 구성되어 있다. 다시 말해, 제어 장치는, 제 1 센서로 결정되는 가스 혼합물 및 제 2 센서로 결정되는 제 1 가스 둘 모두의 하나 이상의 열적 파라미터를 고려하도록 구성될 수 있다. 특히, 제어 장치는, 제 1 센서로 결정되는 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터와 제 2 센서로 결정되는 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터의 비교에 근거하여 제어 신호를 도출함으로써, 예컨대, 이들 열적 파라미터의 차 또는 비율을 형성함으로써 가스 혼합물과 제 1 가스의 차측정을 수행하도록 구성될 수 있다.
유리한 실시 형태에서, 제 2 센서를 사용하여 제 1 가스의 밀도 및/또는 압력을 결정한다. 이를 위해, 제 2 센서는 적어도 2개의 열적 파라미터를 결정하도록 구성되어 있고, 제 2 센서로 결정되는 상기 적어도 2개의 열적 파라미터는 함께 제 1 가스의 열전도율 및 열확산율을 나타내고, 제어 장치는, 제 2 센서로 결정된 상기 적어도 2개의 열적 파라미터에 근거하여, 제 1 가스의 밀도 또는 압력을 나타내는 산소 캐리어 압력 파라미터를 도출하도록 구성되어 있다. 이렇게 해서, 추가적인 진단 파라미터가 얻어지는데, 이는 조절 장치의 작동을 모니터링하는 데에 유용하다.
유리한 실시 형태에서, 제 2 센서는 가스 혼합물과 제 1 가스의 차측정을 수행하는 데에 사용될 뿐만 아니라, 추가로, 일치 확인을 수행하기 위해서도 사용된다. 이를 위해, 제 1 센서는 적어도 2개의 열적 파라미터를 결정하도록 구성될 수 있고, 제 1 센서로 결정되는 적어도 2개의 열적 파라미터는 함께 혼합물의 열전도율 및 열확산율을 나타낸다. 제 2 센서는 적어도 2개의 열적 파라미터를 결정하도록 구성될 수 있고, 제 2 센서로 결정된 적어도 2개의 열적 파라미터는 함께 제 1 가스의 열전도율 및 열확산율을 나타낸다. 제어 장치는, 제 1 센서 및 제 2 센서로 결정되는 열적 파라미터 중의 하나, 예컨대, 열전도율의 비교에 근거하여 제어 신호를 도출하고 또한 제 1 센서 및 제 2 센서로 결정되는 적어도 2개의 열적 파라미터 중의 다른 하나, 예컨대, 열확산율의 비교에 근거하여 일치 확인을 수행하도록 구성될 수 있다.
제 1 및 제 2 센서 둘 모두는, 가스의 열적 파라미터에 추가로, 그 센서가 노출되는 각각의 가스의 온도를 결정하도록 구성될 수 있다. 특히, 제 1 센서는 가스 혼합물의 온도를 결정하도록 구성될 수 있고, 제 2 센서는 제 1 가스의 온도를 결정하도록 구성될 수 있다. 제어 장치는 가스 혼합물과 제 1 가스의 온도의 비교에 근거하여 일치 확인을 수행하도록 구성될 수 있다. 이들 온도는 적어도 유사해야 한다. 제 1 센서와 제 2 센서는 열전도성 공통 캐리어, 예컨대, 공통 인쇄 회로 기판에 장착되면, 제 1 및 제 2 센서로 결정되는 온도 사이의 더욱더 작은 차가 예상된다.
어떤 실시 형태에서, 조절 장치는 제 2 가스의 하나 이상의 열적 파라미터를 고려할 수 있다. 이를 위해, 조절 장치는 제 3 센서를 포함하고, 제 3 센서는 제 2 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 결정하도록 구성된다. 제 3 센서는 혼합 영역의 상류에서 제 2 도관에 배치될 수 있다. 제어 장치는, 제 3 센서로부터,제 2 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 나타내는 센서 신호를 받고 또한 제 1 및 제 3 센서 둘 모두로부터 받은 센서 신호에 근거하여 제어 신호를 도출하도록 구성될 수 있다.
또한 조절 장치는 모든 3개의 센서, 즉 가스 혼합물의 하나 이상의 열적 파라미터를 결정하기 위한 제 1 센서, 제 1 가스의 하나 이상의 열적 파라미터를 결정하기 위한 제 2 센서, 및 제 2 가스의 하나 이상의 열적 파라미터를 결정하기 위한 제 3 센서를 포함하는 것도 가능하다. 제어기는, 예컨대, 가스 혼합물과 제 1 가스 사이의 차측정 및 제 1 가스와 제 2 가스 사이의 차측정을 수행하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제어기는 제 1 센서로 결정된 가스 혼합물의 열적 파라미터를 제 2 센서로 결정된 제 1 가스의 열적 파라미터와 비교하고 또한 제 1 가스의 열적 파라미터를 제 3 센서로 결정된 제 2 가스의 열적 파라미터와 비교하도록 구성될 수 있다. 이 비교는 각각의 열적 파라미터의 차 또는 비율의 형성을 포함할 수 있다.
조절 장치에는 하나 이상의 질량 유량계가 보충될 수 있다. 특히, 조절 장치는 제 1 도관에 있는 제 1 질량 유량계 및/또는 제 2 도관에 있는 제 2 질량 유량계를 포함할 수 있고, 제어 장치는 제 1 및/또는 제 2 질량 유량계로부터의 질량 유동 신호에 근거하여 제 1 및/또는 제 2 도관에서의 질량 유동을 나타내는 하나 이상의 질량 유동 파라미터를 결정하도록 구성될 수 있다. 제어 장치는, 제어 신호를 도출할 때 그러한 질량 유동 파라미터를 고려하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 제 1 가스가 산소 캐리어 가스이고 제 2 가스가 연료 가스이면, 제어 장치는, 하나 이상의 질량 유동 파라미터에 근거하여, 가스 혼합물의 유동의 가열 파워를 나타내는 가열 파워 파라미터를 결정하도록 구성될 수 있다.
제 1 또는 제 2 도관을 통과하는 질량 유동은 제 1 및 2 도관 사이의 압력차 측정을 수행하여 결정될 수 있다. 이를 위해, 조절 장치는 제 1 또는 제 2 도관에 있는 유동 제한기, 및 이 유동 제한기의 상류에서 제 1 도관과 제 2 도관 사이의 압력차를 결정하도록 구성된 압력차 센서를 포함할 수 있다. 제어 장치는, 압력차 센서로부터의 압력차 신호에 근거하여 제 1 또는 제 2 도관에서의 질량 유동을 나타내는 질량 유동 파라미터를 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 제 1 가스와 제 2 가스를 포함하는 가스 혼합물의 혼합비를 조절하는 대응하는 방법을 더 제공한다. 이 방법은,
제 1 가스의 유동을 생성하는 단계;
제 2 가스의 유동을 생성하는 단계;
혼합 영역에서 제 1 가스와 제 2 가스의 유동을 혼합하여 가스 혼합물 형성하는 단계;
제 1 센서를 사용하여 혼합 영역의 하류에서 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터를 결정하는 단계; 및
적어도 하나의 열적 파라미터에 근거하여, 혼합비를 조정하는 단계를 포함한다.
혼합비의 조정은 예컨대 제 2 가스의 유량을 조정하기 위한 제어 밸브를 작동시키는 것을 포함할 수 있다.
위에서 더 상세히 설명한 바와 같이, 제 1 센서를 사용하여 가스 혼합물의 적어도 2개의 열적 파라미터를 결정할 수 있고, 적어도 2개의 열적 파라미터는 함께 가스 혼합물의 열전도율과 열확산율을 나타내고, 혼합비를 조절할 때 가스 혼합물의 적어도 2개의 열적 파라미터를 고려할 수 있다. 특히, 혼합비는 제 1 센서로 결정된 열적 파라미터 중의 하나에 근거하여 조정될 수 있고, 제 1 센서로 결정된 열적 파라미터 중의 다른 하나에 근거하여 일치 확인이 수행될 수 있다.
위에서 더 상세히 설명한 바와 같이, 본 방법의 유리한 실시 형태는,
제 1 가스의 유동이 영이 아닌 유량을 갖는 중에 제 2 가스의 유동이 차단되는 기준 상태를 생성하는 단계;
제 1 센서로부터 센서 신호를 받는 단계 - 센서 신호는 기준 상태에서 제 1 가스의 적어도 2개의 열적 파라미터를 나타냄 -; 및
기준 상태에서 제 1 가스의 적어도 2개의 열적 파라미터에 근거하여, 기준 상태에서 제 1 가스의 밀도 또는 압력을 나타내는 압력 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.
위에서 더 상세히 설명한 바와 같이, 본 방법의 유리한 실시 형태는,
제 1 가스의 유동이 영이 아닌 유량을 갖는 중에 제 2 가스의 유동이 차단되는 기준 상태를 생성하는 단계;
제 1 센서로부터 센서 신호를 받는 단계 - 센서 신호는 기준 상태에서 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 나타냄 -; 및
제 2 가스의 유동과 제 1 가스의 유동 둘 모두가 영이 아닌 유량을 갖는 작동 상태를 생성하는 단계;
제 1 센서로부터 센서 신호를 받는 단계 - 센서 신호는 작동 상태에서 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터를 나타냄 -; 및
작동 상태에서 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터와 기준 상태에서 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터의 비교에 근거하여 혼합비를 조정하는 단계를 포함한다.
위에서 더 상세히 설명한 바와 같이, 본 방법은, 팬을 사용하여 가스 혼합물을 사용처에 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 그래서 이 방법은,
제 2 가스의 유동이 차단되고 있는 중에 팬을 복수의 상이한 파워 레벨에서 작동시키는 단계;
각 파워 레벨에 대해, 제 1 센서로 결정된 센서 신호로부터 압력 파라미터를 도출하는 단계 - 압력 파라미터는 파워 레벨에서 제 1 가스의 밀도 또는 압력을 나타냄 -; 및
상이한 파워 레벨에서의 압력 파라미터에 근거하여, 막힘 또는 팬 고장이 일어났는지의 여부를 나타내는 막힘 신호를 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
위에서 더 상세히 설명한 바와 같이, 본 방법은, 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 결정하기 위한 제 2 센서를 더 포함할 수 있다. 특히, 이 방법은,
제 2 센서를 사용하여, 혼합 영역의 상류에서 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 결정하는 단계; 및
제 1 센서로 결정된 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터 및 제 2 센서로 결정된 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터에 근거하여 혼합비를 조정하는 단계를 포함한다.
위에서 더 상세히 설명한 바와 같이, 제 2 센서는 제 1 가스의 밀도 또는 압력을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 본 방법은 제 2 센서로 적어도 2개의 열적 파라미터를 결정하는 단계(제 2 센서로 결정되는 적어도 2개의 열적 파라미터는 함께 제 1 가스의 열전도율 및 열확산율을 나타냄); 및 제 2 센서로 결정된 적어도 2개의 열적 파라미터에 근거하여 산소 캐리어 압력 파라미터를 도출하는 단계를 포함하고, 산소 캐리어 압력 파라미터는 제 1 가스의 밀도 또는 압력을 나타낸다.
위에서 더 상세히 설명한 바와 같이, 제 2 센서를 사용하여 일치 확인을 수행할 수 있다. 특히, 본 방법은,
제 1 센서를 사용하여 가스 혼합물의 적어도 2개의 열적 파라미터를 결정하는 단계 - 제 1 센서로 결정된 적어도 2개의 열적 파라미터는 함께 가스 혼합물의 열전도율 및 열확산율을 나타냄 -;
제 2 센서를 사용하여 제 1 가스의 제 1 열적 파라미터와 제 2 열적 파라미터를 결정하는 단계 - 제 2 센서로 결정된 적어도 2개의 열적 파라미터는 함께 제 1 가스의 열전도율 및 열확산율을 나타냄 -;
제 1 및 제 2 센서에 의해 결정된 열적 파라미터 중의 하나의 비교에 근거하여 혼합비를 조정하는 단계; 및
제 1 및 제 2 센서에 의해 결정된 열적 파라미터 중의 다른 하나의 비교에 근거하여 일치 확인을 수행하는 단계를 포함한다.
위에서 더 상세히 설명한 바와 같이, 본 방법은,
제 1 센서를 사용하여 가스 혼합물의 온도를 결정하는 단계;
제 2 센서를 사용하여 제 1 가스의 온도를 결정하는 단계; 및
가스 혼합물과 제 1 가스의 온도의 비교에 근거하여 일치 확인을 수행하는 단계를 포함한다.
위에서 더 상세히 설명한 바와 같이, 본 방법은,
제 3 센서를 사용하여 제 2 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 결정하는 단계; 및
제 1 센서로 결정된 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터 및 제 3 센서로 결정된 제 2 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터에 근거하여 혼합비를 조정하는 단계를 포함한다.
위에서 더 상세히 설명한 바와 같이, 본 방법은 제 1 가스의 질량 유량 및/또는 제 2 가스의 질량 유량을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이들 질량 유량 중의 하나를 측정하는 것은,
제 1 가스의 유동 또는 제 2 가스의 유동을 유동 제한기에 통과시키는 단계;
유동 제한기의 상류에서 제 1 가스와 제 2 가스 사이의 압력차를 결정하는 단계; 및
압력차에 근거하여 제 1 가스 또는 제 2 가스의 질량 유량을 나타내는 질량 유동 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.
위에서 더 상세히 설명한 바와 같이, 어떤 실시 형태에서, 제 2 가스는 연료 가스일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 제 2 가스는 의료용 가스, 예컨대, 기체 마취제일 수 있다. 어떤 용례에서, 가스 혼합물은 추후에 예컨대 인간 또는 동물의 몸에서 마취를 시작하거나 유지하는 의료 절차에 사용될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 제 2 가스는 의료용 가스가 아닐 수 있고, 가스 혼합물은 추후에 의료 절차에 사용되지 않는다. 인간 또는 동물의 몸에 대해 실행되는 수술 또는 치료에 의한 인간 또는 동물의 몸에 대한 치료 방법은 특허권으로부터 배제된다는 점에서, 이러한 배제되는 방법은 그러한 특허권하에 있는 본 발명의 범위로부터 포기되는 것으로 이해한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하며, 도면은 본 발명의 현재 바람직한 실시 형태를 도시하기 위한 것이지 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.
도 1은 제 1 실시 형태에 따른 조절 장치를 포함하는 가스 버너를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 제 2 실시 형태에 따른 조절 장치를 포함하는 가스 버너를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 제 1 실시 형태에 따른 혼합비 조절 방법에 대한 흐름도를 나타낸다.
도 4는 막힘 또는 팬 고장이 일어났는지의 여부를 확인하는 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 5는 제 3 실시 형태에 따른 조절 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 6은 제 2 실시 형태에 따른 혼합비 조절 방법에 대한 흐름도를 나타낸다.
도 7은 제 4 실시 형태에 따른 조절 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 8은 제 5 실시 형태에 따른 조절 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 9는 제 6 실시 형태에 따른 조절 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 10은 제 7 실시 형태에 따른 조절 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 11은 본 발명과 함께 사용될 수 있는 미세 열 센서를 개략적으로 나타낸다.
도 12는 본 발명과 함께 사용될 수 있는 제어 장치의 블럭도를 개략적으로 나타낸다.
단일 센서로 혼합비의 조절
도 1은 가스 버너를 개략적으로 나타낸 것이다. 가스 혼합물이 하나 이상의 버너 노즐(21)을 통해 연소실(22)에 들어간다. 연도 가스가 배출부(23)를 통해 연소실에서 나간다.
가스 혼합물의 공급은 조절 장치(R)로 조절된다. 조절 장치(R)는 공기 도관(1)(이 공기 도관을 통해 공기가 조절 장치에 들어감) 및 연료 가스 도관(2)을 포함하고, 이 연료 가스 도관을 통해 연료 가스, 예컨대, 천연 가스가 조절 장치에 들어간다. 연료 가스 도관(2) 내의 연료 가스 유동은 연료 제어 밸브(V1) 형태의 조정 장치로 제어된다. 혼합 영역(M)에서, 연료 가스 도관(2)은 공기 도관(1) 안으로 개방되어 있어, 연료 가스와 공기로 이루어진 가연성 가스 혼합물을 형성한다. 공기 도관(1)에서 공기 유동 안으로 들어가는 연료 가스 유동의 주입점의 하류에 있는 부분은 가스 혼합물을 위한 공통 도관(3)이라고 생각될 수 있다. 팬(4)이 공통 도관(3)의 하류 단부에 배치되어, 가스 혼합물을 공통 도관(3)으로부터 버너 노즐(21)에 전달한다.
가스 혼합물의 하나 이상의 열적 파라미터를 결정하기 위한 제 1 센서(S1)가, 혼합 영역(M)의 하류에서 그리고 팬(4)의 상류에서 공통 도관(3)에 배치되어 있어, 센서(S1)가 가스 혼합물에 노출된다. 유리하게, 센서(S1)는, 공통 도관(3) 내의 가스 혼합물의 지향성 유동이 센서(S1)를 직접 지나가지 않도록 배치 및/또는 구성된다. 예컨대, 센서(S1)는 공통 도관(3)의 측벽에 있는 막힌 오목부에 수용될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 센서(S1)는, 공통 도관(3)과 센서(S1) 사이의 확산 가스 교환만 허용하는 투과성 막으로 보호될 수 있고, 그리하여 센서(S1)를 지나가는 가스 혼합물의 지향성 유동을 방지한다.
제어 장치(10)는 제 1 센서(S1)로부터 센서 신호를 받는다. 이 센서 신호에 근거하여, 제어 장치(10)는 연료 제어 밸브(V1)의 개도를 조절하기 위한 제어 신호를 도출한다. 제어 장치(10)는 팬(4)을 작동시키는 전력을 더 조정한다.
도 2는 조절 장치의 대안적인 실시 형태를 나타낸다. 이 실시 형태에서, 제1 센서(S1)는 팬(4)에 통합되어 있는데, 즉 팬(4)의 하우징 내부에 포함된다. 다른 실시 형태에서, 센서(S1)는 팬(4)의 하류에 배치될 수 있다.
도 3은 도 1 또는 2에 도시되어 있는 조절 장치를 사용하여 가스 혼합물의 혼합비를 조절하는 제 1 실시 형태에 따른 방법을 도시한다.
단계 101에서, 팬(4)이 어떤 미리 결정된 팬 파워 또는 팬 속도로 작동되어 공기가 공기 도관(1) 및 공통 도관(3)을 통해 흐르고 있는 중에 연료 제어 밸브(V1)는 폐쇄된다.
단계 102에서, 제 1 센서(S1)가 작동되어, 이제 공통 도관(3)을 통과하는 공기의 열전도율(λair) 및 열확산율(Dair)을 결정한다.
단계 103에서, 연료 제어 밸브(V1)가 개방되어 연료 가스가 공기 유동 안으로 유입된다.
단계 104에서, 제 1 센서(S1)가 작동되어, 결과적인 가스 혼합물의 열전도율(λmix) 및 열확산율(Dmix)을 결정한다.
단계 105에서, 가스 혼합물의 혼합비(χ)가 결정된다. 이는 다음과 같이 행해질 수 있다. 본 논의를 위해, 혼합비(χ)는 가스 혼합물에 있는 연료 가스의 v/v 농도로 정의될 수 있다. 이 정의를 사용하여, 양호한 근사화로, 열전도율(λmix)은 혼합비(χ)에 선형적으로 의존한다:
λmix = χ·λfuel + (1 - χ)·λair 식 (1)
식 (1)을 χ에 대해 풀면
χ = (λmix - λair)/(λfuel - λair ) 식 (2)
λair 및 λmix의 값은 단계 102 및 104에서의 측정으로부터 알려져 있다. λfuel의 값은 직접 측정되지 않고, 대표적인 연료 가스(예컨대, "평균" 천연 가스)에 대한 미리 결정된 값이 사용될 수 있다.
열확산율은 식 (2)에 들어 있지 않은데, 즉 열확산율은 중복 정보를 제공함을 유의해야 한다. 또한 열확산율(Dmix)은 양호한 근사화로 혼합비(χ)에 선형적으로 의존한다:
Dmix = χ·Dfuel + (1 - χ)·Dair 식 (3)
식 (2)로 결정된 혼합비(χ)의 값을 사용하여, 열확산율(Dmix)의 측정값이 식 (3)으로 계산된 예상 값에 대응하는 지의 여부를 확인하여 단계 106에서 일치 확인이 수행된다. 이 일치 확인을 위해, 대표적인 연료 가스에 대한 Dfuel의 미리 결정된 값이 사용될 수 있다. Dmix의 측정 값과 계산 값 사이의 차(△D)가 임계값(△Dmax)을 초과하면, 에러 메시지가 제어 장치(10)에 의해 출력되고, 연료 제어 밸브(V1)가 안전 조치로 폐쇄된다.
단계 107에서, 제어 알고리즘에 수행되며, 여기서, 센서(S1)의 센서 신호로부터 결정된 실제 혼합비(제어 알고리즘의 공정 변수)가 요구되는 혼합비(제어 알고리즘의 설정점)와 비교되고, 그에 따라 가스 제어 밸브(V1)의 새로운 설정이 결정된다. 알려져 있는 제어 알고리즘, 예컨대, 잘 알려져 있는 비례 적분 미분(PID) 제어 알고리즘이 사용될 수 있다.
그런 다음에 공정은 다시 단계 103으로 가고, 여기서 연료 제어 밸브(V1)가 새로운 설정에 따라 작동된다.
센서(S1)를 사용하는 공기 압력의 결정
단계 102에서 결정된 공통 도관(3) 내의 공기의 열전도율(λair)과 열확산율(Dair)의 값들을 사용하여, 공기의 밀도(ρair) 및/또는 압력(pair)을 다음과 같이 결정할 수 있다. 가스의 열확산율(D)은 다음 식에 의해 그 가스의 열전도율(λ), 밀도(ρ) 및 비열용량(cp)에 관계된다.
D = λ/(cpρ) 식 (4)
열전도율과 열확산율 둘 모두가 알려져 있으면, 식 (4)를 사용하여 체적 비열용량(cpρ)을 쉽게 계산할 수 있다. 가스의 비열용량(cp)이 다른 소스로부터 알려져 있으면, 위의 식을 밀도(ρ)에 대해 풀 수 있다. 가스의 온도(T)가 또한 알려져 있으면, p = ρRspecT 관계에 의해 가스 압력(p)을 쉽게 결정할 수 있고, Rspec는 가스의 비 가스 상수(specific gas constant)이다.
건조 공기의 등압 비열용량(cp)은 잘 알려져 있고, 통상적인 조건 주위의 온도와 압력에 거의 독립적이다. 또한 건조 공기의 비 가스 상수(Rspec)도 잘 알려져 있다. 그러므로, 단계 102에서 공기의 열전도율(λair) 및 열확산율(Dair)을 측정하여, 공기의 밀도(ρair)를 결정할 수 있다. 공기 온도(Tair)가 또한 알려져 있으면, 공기의 밀도(ρair)를 더 결정할 수 있다. 공기 온도(Tair)를 결정하기 위해, 제 1 센서(S1)는 절대 온도 모드로 작동될 수 있고, 또는 별개의 온도 센서(나타나 있지 않음)가 공기 도관(1) 및/또는 공통 도관(3)에 제공될 수 있다. 습한 공기의 경우에, 당업계에 알려져 있는 바와 같이, 적절한 보정이 적용될 수 있다. 이러한 보정을 적용할 수 있도록 공기의 상대 습도를 결정하기 위해 습도 센서가 공기 도관(1) 및/또는 공통 도관(3)에 제공될 수 있다.
센서(S1)를 사용하는 팬 고장 또는 막힘의 검출
이렇게 결정된 공기 밀도(ρair) 또는 공기 압력(pair)은 추가 진단 파라미터로서 사용될 수 있다. 예컨대, 공기 밀도(ρair) 또는 공기 압력(pair)이 사용되어, 팬(4)의 고장 또는 공기 도관(1) 또는 공통 도관(3)의 막힘을 검출할 수 있다.
이러한 고장 또는 막힘을 검출하기 위한 일 가능한 방법이 도 4에 도시되어 있다. 단계 201에서, 연료 제어 밸브(V1)가 폐쇄된다. 단계 202에서, 팬(4)에 제공되는 전력은 어떤 영이 아닌 값으로 설정된다. 결과적으로, 공기가 공통 도관(3)을 통과할 것이다. 단계 203에서, 이 팬 파워에서 공기의 열전도율(λair), 열확산율(Dair) 및 공기 온도(Tair)가 제 1 센서(S1)를 사용하여 결정된다. 단계 204에서, 공기 압력(pair) 또는 공기 밀도가 전술한 바와 같이 이들 파라미터로부터 결정된다. 이 절차는 미리 결정된 수의 상이한 팬 파워에 대해 체계적으로 반복된다. 팬 파워에 대한 공기 압력(pair) 또는 공기 밀도의 의존성이 예상 의존성과 비교되어, 막힘 파라미터(B)를 얻는다. 특히, 도 1 및 2의 구성에서, 팬(4)에 의해 생기는 흡인 효과 때문에 공기 압력(pair)은 팬 파워가 증가함에 따라 약간 떨어질 것으로 예상된다. 공기 압력이 예상 보다 너무 많이 떨어지면, 이는 센서(S1)의 상류에서 공기 도관(1) 또는 공통 도관(3)에서 막힘이 있음을 나타낸다. 공기 압력이 전혀 떨어지지 않으면, 이는 팬(4) 하류의 막힘 또는 팬(4)의 고장을 나타낸다. 막힘 파라미터는 측정된 데이타로부터 도출된다. 예컨대, 막힘 파라미터(B)는 관련된 팬 파워에 대한 측정된 공기 압력(pair)에 대응하는 데이타 쌍의 선형 회귀 분석으로 얻어진 베스트-피트(best-fit) 라인의 기울기에 대응할 수 있다.
선회류 (swirl) 요소
도 5의 실시 형태에서, 선택적인 선회류 요소(5)가 혼합 영역(M)의 하류에 있는 공통 도관(1) 및/또는 혼합 영역(M)에 제공된다. 선회류 요소는 공기-연료 혼합물의 균질성을 개선하기 위해 난류를 생성하는 작용을 한다.
공기 도관 및/또는 연료 도관에서 추가 센서의 사용; 선회류 요소
추가 센서가 공기 도관(1) 및/또는 연료 도관(2)에 제공될 수 있다. 이 것도 도 5에 도시되어 있다. 이 예에서, 제 2 센서(S2)가 혼합 영역(M)의 상류에서 공기 도관(1)에 제공된다. 추가로 또는 대안적으로, 제 3 센서(S3)가 연료 제어 밸브(V1)의 하류에서 그리고 혼합 영역(M)의 상류에서 연료 도관(2)에 제공된다. 제 1 센서(S1)와 마찬가지로, 각 센서를 각각의 도관의 벽의 막힌 오목부에 배치하고 그리고/또는 각 센서를 가스 투과성 막으로 보호함으로써, 제 2 및/또는 제 3 센서(S2, S3)도 유사하게 각각의 가스 유동에의 직접 노출로부터 유리하게 보호된다.
도 6은 센서(S1, S2, S3)를 사용하여 혼합비를 조절하는 일 가능한 방법을 도시한다.
단계 301에서, 연료 제어 밸브(V1)가 작동되어 연료 가스의 영이 아닌 유동을 제공한다.
단계 302에서, 센서(S1)가 작동되어, 혼합 영역(M)의 하류에서 공통 도관(3)에 있는 가스 혼합물의 열전도율(λmix), 열확산율(Dmix) 및 온도(Tmix)를 결정한다.
단계 303에서, 센서(S2)가 작동되어, 혼합 영역(M)의 상류에서 공기 도관(1)에 있는 공기의 열전도율(λair), 열확산율(Dair) 및 온도(Tair)를 결정한다.
단계 304에서, 공기 압력(pair)은 이들 양으로부터 결정된다. 센서(S2)의 신호로부터 결정된 공기 압력(pair) 또는 공기 밀도는 추가적인 진단 파라미터로 사용될 수 있다. 특히, 공기 압력(pair) 또는 공기 밀도를 사용하여 팬(4)의 막힘 또는 고장을 검출할 수 있다. 예컨대, 공기 압력 또는 밀도는 조절 장치의 작동 동안에 영구적으로 또는 주기적으로 모니터링될 수 있다. 일정한 팬 파워에서 팬의 작동 동안에 공기 압력 또는 밀도의 변화는 막힘 또는 팬 고장을 나타낼 수 있다. 도 4의 실시 형태와는 대조적으로, 센서(S2)의 신호로부터의 공기 압력 또는 밀도의 결정은 조절 장치의 통상적인 작동 동안에도 가능하며, 반면에, 도 4와 관련하여 전술한 실시 형태에서는 막힘 및 고장은 연료 공급이 중단되어 있을 때만 검출될 수 있다.
단계 305에서, 센서(S3)가 작동되어, 연료 제어 밸브(V1)의 하류에서 그리고 혼합 영역(M)의 상류에서 연료 도관(2)에 있는 연료 가스의 열전도율(λfuel), 열확산율(Dfuel) 및 온도(Tfuel)를 결정한다.
단계 306에서, 혼합비(χ)는, 센서(S1)로 결정된 λmix 값, 센서(S2)로 결정된 λair 값, 센서(S3)로 결정된 λfuel 값을 사용하여 식 (3)에 근거하여 결정된다. 센서(S2)가 생략되면, 도 3과 관련하여 설명한 바와 같이, 가스 제어 밸브가 폐쇄되어 있는 중에, 센서(S1)로 결정된 λair 값을 대신 사용할 수 있다. 센서(S3)가 생략되면, 전형적인 연료 가스를 위해 사전에 결정된 λfuel 값을 사용할 수 있다.
단계 307에서, 여러 진단 확인이 수행된다. 특히, 도 3과 관련하여 이미 설명한 바와 같이, 식 (2)로 결정된 혼합비(χ)의 값을 사용하여, 열확산율(Dmix)의 측정값이 식 (3)으로 계산된 예상 값에 대응하는 지의 여부를 확인하여 제 1 일치확인이 수행된다. 도 3의 실시 형태와는 대조적으로, 센서(S2, S3)로 결정된 산소 캐리어 가스 및 연료 가스의 열확산율의 실제 값이 이 일치 확인에 사용될 수 있다. Dmix의 측정 값과 계산 값 사이의 차(△D)의 절대 값이 임계 값(△Dmax)을 초과하면, 에러 메시지가 제어 장치(10)에 의해 출력되고, 연료 제어 밸브(V1)가 안전 조치로 폐쇄된다. 센서(S1, S2)로 각각 측정된 온도(Tmix, Tair)가 서로 다른지의 여부를 확인하여 제 2 일치 확인이 수행된다. 온도차(△T = Tmix - Tair)의 절대 값이 임계값(△Tmax)을 초과하면, 역시 에러 메시지가 제어 장치(10)에 의해 출력되고, 연료 제어 밸브(V1)가 안전 조치로 폐쇄된다. 이 일치 확인은, 센서(S1, S2)가 공통 인쇄 회로 기판과 같은 열 전도성 공통 캐리어에 장착되어 있는 경우에 특히 강력하다. 센서(S2)의 신호로 결정된 공기 압력(pair)이 전술한 바와 같이 팬의 막힘 또는 고장을 나타내는지의 여부를 확인하여 제 3 일치 확인이 수행된다. 이러한 경우에, 역시 에러 메시지가 제어 장치(10)에 의해 출력되고, 연료 제어 밸브(V1)가 안전 조치로 폐쇄된다.
단계 308에서, 도 3의 실시 형태에서 단계 107과 관련하여 전술한 바와 같이, 제어 알고리즘이 수행되어 연료 제어 밸브(V1)를 위한 제어 신호를 도출한다.
λair의 값을 결정하기 위해 센서(S2)가 사용되면, 공기의 상대 습도와 같은, 두 센서(S1, S2)의 출력에 영향을 주는 파라미터의 영향은 차(λmix - λair)를 형성할 때 대체로 상쇄된다. 이는, 혼합비(즉, 가스 혼합물의 연료 농도)가 작은 경우에 특히 그러한데, 왜냐하면, 이 경우에 λair의 어떤 변화도 λmix의 거의 동일한 변화로 나타날 것이기 때문이다. 이렇게 해서, 혼합비의 더 정확한 제어가 이루어질 수 있다.
λfuel의 값을 결정하기 위해 센서(S2)가 사용되면, 조절 장치는 연료 가스에 적응적으로 된다. 다른 한편으로, 혼합비의 결정은 대표적인 연료 가스를 위한 어떤 미리 결정된 값이 아닌 λfuel의 실제 값을 고려한다. 이는 혼합비의 제어의 정확도를 개선한다. 다른 한편으로, λfuel, Dfuel 및 Tfuel을 결정하고 또한 선택적으로 센서(S2)로 얻어진 압력(pair)을 고려함으로써(공기 도관(1)과 연료 도관(2) 내의 압력은 대략 동일하다고 가정), 연료 가스를 정밀하게 특성화할 수 있다. 특히, 측정된 파라미터(λfuel, Dfuel, Tfuel, 선택적으로 pair)에 근거하여, 최적화된 연소가 예상되는 최적 혼합비를 결정할 수 있고 또한 그에 따라 제어 알고리즘의 설정점을 설정할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 이들 파라미터에 근거하여, 단위 부피 당 연소열(Hρ), 웨버 지수(Wobbe index)(IW) 및/또는 메탄가(NM)와 같은 연료 가스의 연소 파라미터를 결정할 수 있다. 이는 경험적으로 결정된 상관 함수 및/또는 측정된 파라미터를 이들 연소 파라미터 중의 하나 이상에 관련시키는 룩업 테이블을 사용하여 행해질 수 있다.
유량 측정
도 7 및 8에 도시되어 있는 바와 같이, 질량 유량계(6)를 사용하여, 공기 도관(1) 내의 공기 유동, 연료 도관(2) 내의 연료 유동 또는 공통 도관(3) 내의 가스 혼합물의 유동의 질량 유량을 추가적으로 측정할 수 있다. 이렇게 해서, 가스 버너에 전달되는 가스 혼합물의 절대 가열 파워를 결정할 수 있다. 가열 파워를 조절하기 위해 질량 유량(들)을 사용하여 팬(4)을 제어할 수 있다.
도 7의 실시 형태에서, 질량 유량계(6)는 혼합 영역(M)의 상류에서 공기 도관(1)에 배치된다. 질량 유량계(6)는 공기 도관(1)에 있는 유동 제한기(7) 및 유동 제한기(7)를 우회하는 좁은 우회 채널(8)을 포함한다. 유동 센서(D1)는 우회 채널(8)을 통과하는 유량 또는 유속을 측정하고, 이 유량/유속은 유동 제한기(7)를 가로지르는 압력차를 나타낸다. 따라서 유동 센서(D)는 압력차 센서로서 작용한다. 그리고 이 압력차는 유동 제한기(7)를 통과하는 질량 유량을 나타낸다.
도 8의 실시 형태에서, 유사하게 설계된 질량 유량계(6)가 연료 도관(2)에 배치된다.
도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 공기 도관(1) 내의 질량 유량은, 유동 제한기(7)를 혼합 영역(M)의 상류에서 공기 도관(1)에 배치하고 또한 유동 제한기(7)의 상류의 공기 도관(1)과 연료 도관(2) 사이의 압력차(△p)를 이들 도관 사이의 좁은 우회 채널(8)을 사용하여 측정함으로써 결정될 수 있다. 유동 제한기(7)의 하류에 있는 공기 도관(1) 내의 압력(pair)은 연료 도관(2) 내의 압력(pfuel)과 같다는 것을 가정하면, 압력차는 유동 제한기(7)를 가로지르는 압력에 대응한다.
도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 동일한 취지로, 연료 도관(2) 내의 질량 유량은, 유동 제한기(7)를 혼합 영역(M)의 상류에서 연료 도관(2)에 배치하고 또한 유동 제한기(7)의 상류의 연료 도관(2)과 공기 도관(1) 사이의 압력차(△p)를 측정함으로써 결정될 수 있다.
센서(S1, S2, S3, D1)
열전도율 및 열확산율을 나타내는 열적 파라미터를 결정할 수 있는 센서가 당업계에 잘 알려져 있다. 바람직하게는, 미세 열 센서가 사용된다. 많은 종류의 미세 열 센서가 알려져 있고, 본 발명은 특정한 종류의 미세 열 센서에 한정되지 않는다.
본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 미세 열 센서의 일 가능한 실행예가 도 11에 도시되어 있다. 이 미세 열 센서는 기판(31), 특히 규소 기판을 포함한다. 기판(31)에는 개구 또는 오목부(32)가 배치되어 있다. 미세 열 센서는 이 개구 또는 오목부(32)에 걸쳐 있는 복수의 개별적인 브리지를 포함한다. 이에 대한 상세에 대해서는, EP 3 367 087 A1를 참조하면 된다.
도 11의 예에서, 미세 열 센서는 가열 브리지(33), 제 1 감지 브리지(35) 및 제 2 감지 브리지(36)를 포함하고, 각 브리지는 오목부 또는 개구(2)에 걸쳐 있고 기판(1)에 고정된다. 각 브리지는 복수의 유전성 층, 금속 층 및 폴리실리콘 층으로 형성될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 금속 층 또는 폴리실리콘 층은 가열 구조 및 온도 센서를 형성한다. 유전성 층은 특히 각각의 브리지의 유전성 기재로서 산화규소 및/또는 질화규소의 층을 포함한다. 감지 브리지(35, 36)는 가열 브리지(33)의 양측에 배치된다. 제 1 감지 브리지(35)는 가열 브리지(33)로부터 거리(d1)에 배치되고, 제 2 감지 브리지(36)는 가열 브리지(33)로부터 동일한 거리 또는 상이한 거리(d2)에 배치된다.
가열 브리지(33)는 가열 구조(34) 및 예컨대 산화규소의 유전성 기재에 가해지는 온도 센서(TS1)를 포함한다. 가열 구조(34) 및 온도 센서(TS1)는 유전성 기재에 의해 서로 전기적으로 절연된다. 제 1 감지 브리지(35)는 온도 센서(TS2)를 포함한다. 마찬가지로, 제 2 감지 브리지(36)는 온도 센서(TS3)를 포함한다. 온도 센서(TS1)는 가열 브리지(33)의 온도를 측정하도록 되어 있고, 온도 센서(TS2)는 제 1 감지 브리지(33)의 온도를 측정하도록 되어 있으며, 온도 센서(TS3)는 제 2 감지 브리지(36)의 온도를 측정하도록 되어 있다.
미세 열 센서는 미세 열 센서의 작동을 제어하기 위한 제어 회로(37a, 37b)를 더 포함한다. 이 제어 회로(37a, 37b)는 기판(31) 상의 통합 회로로 구현될 수 있다. 그 제어 회로는 가열 구조(34)를 구동시키기 위한 회로 및 온도 센서(TS1, TS2, TS3)로부터의 신호를 처리하기 위한 회로를 포함한다. 이를 위해, 제어 회로(37a, 37b)는 상호 연결 회로(38)를 통해 가열 구조(34) 및 온도 센서(TS1, TS2, TS3)에 전기적으로 연결된다. 유리하게, 제어 회로(37a, 37b)는 CMOS 기술로 기판(31) 상에 통합된다. CMOS 회로를 기판(31) 상에 통합시킴으로써, 기판에 대한 결합부의 수를 줄일 수 있고 또한 신호 대 잡음 비를 증가시킬 수 있다. 도 11에 나타나 있는 종류의 구조는 예컨대 EP 2 278 308 또는 US 2014/0208830에 기재되어 있는 바와 같은 기술을 사용하여 만들어질 수 있다.
열전도율 및 열확산율의 결정
도 11의 미세 열 센서를 사용하여, 센서가 노출되는 가스의 열전도율(λ) 및 부피 열용량(cpρ)이, EP 3 367 087 A2에 기재되어 있는 방식으로 결정될 수 있다.
특히, 열전도율(λ)은, 가열 구조체(34)를 작동시켜 정상 상태 온도(온도 센서(TS1)로 측정될 수 있음)까지 가열하고 온도 센서(TS2 및/또는 TS3)에서 정상 상태 온도를 결정함으로써 결정될 수 있다. 센서(TS2, TS3)에서의 정상 상태 온도는 가스의 열전도율에 달려 있다.
부피 열용량(cpρ)은 복수의 상이한 온도에서 가스의 열전도율을 측정하고 열전도율의 온도 의존성 계수를 결정하고 그리고 피팅 함수를 사용하여 이들 계수로부터 부피 열용량을 구함으로써 결정될 수 있다. 이에 대한 상세에 대해서는, EP 3 367 087 A2를 참조하면 된다.
열전도율(λ) 및 부피 열용량(cpρ)이 알려져 있다면, D = λ/(cpρ)(식 (4))를 사용하여 열확산율(D)을 쉽게 결정할 수 있다.
추가로, 온도 센서(TS1, TS2, TS3) 각각은 가스의 절대 온도를 결정하기 위해 가열 파워 없이 작동될 수 있다.
상이한 거리(d1, d2)를 사용하여, 가스와 각각의 브리지 사이의 열적 천이를 없애기 위해 차측정을 수행할 수 있다. 일 예로, 비(Ts1 - Ts2)/TH가 열전도율(λ)의 척도로서 취해질 수 있고, 여기서 Ts1는 제 1 감지 브리지(35)에서의 측정 온도를 나타내고, Ts2는 제 2 감지 브리지(36)에서의 측정 온도를 나타내며, TH는 가열 브리지(33)에서의 가열 온도를 나타낸다.
미세 열 센서를 사용하여 가스의 열전도율과 열확산율을 나타내는 열적 파라미터를 결정하는 다른 방법이 당업계에 알려져 있고, 본 발명은 특정한 방법에 한정되지 않는다.
예컨대, US 4,944,035 B1에는, 미세 열 센서를 사용하여 관심 대상 유체의 열전도율(λ)과 비열용량(cp)을 결정하는 방법이 개시되어 있다. 미세 열 센서는 관심 대상 유체에 의해 연결되는 저항 가열기와 온도 센서를 포함한다. 어떤 레벨 및 지속 시간을 갖는 전기 에너지 펄스가 가열기에 가해지며, 그래서 과도기적 변화 및 실질적으로 정상 상태인 온도 둘 모두가 온도 센서에서 일어나게 된다. 관심 대상 유체의 열전도율은, 정상 상태 센서 온도에서 온도 센서 출력과 열전도율 사이의 공지된 관계에 근거하여 결정된다. 비열용량은 열전도율, 센서에서 과도기적 온도 변화 동안의 온도 센서 출력의 변화율 및 비열용량 사이의 공지된 관계에 근거하여 결정된다.
US 6,019,505 B1에는, 미세 열 센서를 사용하여, 관심 대상 유체의 열전도율, 열확산율 및 비열용량을 결정하기 위한 방법이 개시되어 있다. 미세 열 센서는 가열기 및 이격된 온도 센서를 포함하고, 이 둘은 관심 대상 유체에 연결된다. 시간 가변적인 입력 신호가 가열기 요소에 제공되며, 이 가열기 요소는 주변 유체를 가열한다. 선택된 입력 및 출력 AC 신호 사이의 가변적인 위상 또는 시간 지연이 측정되고, 그로부터 열전도율, 열확산율 및 비열용량이 결정된다.
제어 장치
디지털 제어 장치(500)의 단순화된 개략적인 블럭도가 도 12에 나타나 있다. 이 제어 장치는 프로세서(CPU)(μP), 휘발성(RAM) 메모리(52), 및 비휘발성(예컨대, 플래시 ROM) 메모리(53)를 포함한다. 프로세서(μP)는 데이타 버스(51)를 통해 메모리 장치(52, 53)와 연통한다. 비휘발성 메모리(53)는 다양한 센서를 위한 복수 세트의 보정 데이타를 저장한다. 도 12에는, 룩업 테이블(LUT1, LUT2) 형태의 보정 데이타(54, 55)의 2개의 예시적인 세트만 도시되어 있다. 룩업 테이블은 예컨대 미세 열 센서의 온도 센서로 결정된 온도 값을 열전도율 또는 열확산율과 같은 열적 파라미터에 상관시킬 수 있다. 비휘발성 메모리(53)는 프로세서(μP)에서의 실행을 위한 기계 실행 가능한 프로그램(56)을 더 저장한다. 장치 인터페이스(IF)를 통해, 제어 장치는 다양한 센서(S1, S2, S3 및/또는 D1)와 연통한다. 장치 인터페이스는 팬(4), 연료 제어 밸브(V1) 및 키보드 및/또는 마우스, LCD 스크린 등과 같은 입력/출력 장치 I/O와 연통하기 위한 인터페이스를 더 제공한다.
변형예
본 발명의 범위를 벗어나지 않는 위의 실시 형태에 대한 많은 수정예가 가능하다.
특히, 공기 도관(1)은 공기 외의 다른 산소 캐리어 가스의 유동을 전달할 수 있다. 예컨대, 배출 가스 재순환을 실행하는 실시 형태에서, 공기 도관(1)은 공기와 연도 (배출) 가스의 혼합물을 전달할 수 있다.
연료 가스는 가연성 가스일 수 있다. 바람직하게, 연료 가스는 천연 가스이다.
산소 캐리어 가스와 연료 가스의 혼합은 도시되어 있는 바와 다른 방식으로 수행될 수 있다. 예컨대, 연료 가스는 복수의 주입 노즐(임의적으로 배치될 수 있음)을 통해 산소 캐리어 가스 흐름물 안으로 주입될 수 있고 또는 혼합은 전용 혼합기를 사용하여 수행될 수 있다.
현재 개시된 조절 장치는 가스 버너와 관련하여 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 내연 엔진(가스 모터 또는 가스 터빈)에서와 같은, 연료 가스와 산소 캐리어 가스의 혼합물이 필요한 다른 용례에서도 사용될 수 있다.
팬(4)을 공통 도관(3)의 하류 단부에 배치하는 대신에, 팬(4)을 다른 위치에 배치할 수 있다. 예컨대, 팬(4)은 공기 도관(1)의 상류 단부에 배치될 수 있다. 가스 흐름물을 생성할 수 있는 어떤 종류의 팬이라도 사용될 수 있는데, 예컨대, 당업계에 잘 알려져 있는 반경류 또는 축류 팬이 사용될 수 있다. 제어 장치(10)는 연료 제어 밸브(V1)를 제어할 뿐만 아니라, 팬 파워도 제어하도록 구성될 수 있다. 공기 밸브 또는 공기 플랩이 공기 도관에 존재하여, 공기 도관(1)을 통과하는 산소 캐리어 가스의 유동을 추가로 조절할 수 있고, 제어 장치(10)는 또한 공기 밸브 또는 공기 플랩을 제어하도록 구성될 수 있다.
위의 예에서, 센서(S1, S2, S3)는 열전도율 및 열확산율을 결정한다. 그러나, 센서로 결정된 열적 파라미터로부터 열전도율 및/또는 열확산율을 구할 수 있는 한, 센서가 열전도율 및 열확산율과 관련된 다른 열적 파라미터를 결정하는 것도 가능하다. 위의 예에서, 혼합비는 열전도율의 측정치에 근거하여 제어된다. 그러나, 혼합비의 제어를 열전도율 및/또는 열확산율에 관련된 다른 열적 파라미터에 근거하여 하는 것도 가능하다.
위의 예에서, 혼합비(χ)는 측정된 열적 파라미터로부터 명시적으로 결정되며, 연료 및/또는 공기 유동을 조절하기 위한 제어 알고리즘에서 공정 변수로서 사용된다. 그러나, 이는 필요한 것은 아니다. 예컨대, 제어 알고리즘의 공정 변수는, 직접, 센서(S1)로 결정된 열적 파라미터 또는 이로부터 유도된 양, 예컨대, 열전도율 차(λmix - λair) 중의 하나일 수 있다. 그런 다음에 제어 알고리즘의 설정점은 이 차의 요구되는 값이다. 이 설정점은 미리 결정되거나 λfuel, Dfuel, Tfuel, λair, pair, Tair 및 Tmix 중의 하나 이상으로부터 계산될 수 있다.
조절 장치는 완전히 다른 종류의 두 가스의 이원 혼합물을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 가스를 캐리어 가스 및 기능 가스라고 할 수 있다. 따라서 위의 실시 형태의 공기 도관은 더 일반적으로 캐리어 가스를 위한 제 1 도관의 일 예로서 간주될 수 있고 연료 도관은 기능 가스를 위한 제 2 도관의 일 예로서 간주될 수 있다. 예컨대, 조절 장치는 산소 캐리어 가스와 기체 마취제와 같은 의료용 가스의 혼합물을 조절하도록 구성될 수 있다.
당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다양한 다른 변형계가 가능함을 알 것이다.

Claims (34)

  1. 제 1 가스와 제 2 가스를 포함하는 가스 혼합물의 혼합비(χ)를 조절하기 위한 조절 장치로서,
    상기 제 1 가스의 유동을 전달하기 위한 제 1 도관(1);
    상기 제 2 가스의 유동을 전달하기 위한 제 2 도관(2) - 상기 제 1 및 제 2 도관(1, 2)은 혼합 영역(M)에서 공통 도관(3) 안으로 개방되어 있어 상기 가스 혼합물 형성함 -;
    상기 가스 혼합물의 혼합비(χ)를 조정하기 위한 조정 장치(V1); 및
    상기 조정 장치(V1)에 대한 제어 신호를 도출하도록 구성된 제어 장치(10)를 포함하고,
    상기 조절 장치는, 상기 혼합 영역(M)의 하류에서 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터를 결정하도록 구성된 제 1 센서(S1)를 포함하고,
    상기 제어 장치(10)는, 상기 제 1 센서(S1)로부터, 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터를 나타내는 센서 신호를 받고 또한 적어도 하나의 열적 파라미터에 근거하여 상기 조정 장치에 대한 제어 신호를 도출하도록 구성되어 있는, 가스 혼합물의 혼합비를 조절하기 위한 조절 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정 장치는 상기 제 2 도관(2)을 통과하는 제 2 가스의 유량을 조정하기 위한 제어 밸브(V1)를 포함하는, 조절 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조절 장치는, 제 1 가스로서 산소 캐리어 가스와 제 2 가스로서 연료 가스를 포함하는 가스 혼합물의 혼합비(χ)를 조절하도록 구성되어 있는, 조절 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 센서(S1)는 가스 혼합물의 적어도 2개의 열적 파라미터를 결정하도록 구성되고, 열적 파라미터는 함께 가스 혼합물의 열전도율(λmix) 및 열확산율(Dmix)을 나타내고,
    상기 제어 장치(10)는 상기 적어도 2개의 열적 파라미터를 고려하도록 구성되어 있는, 조절 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 제 1 센서(S1)로 결정된 열적 파라미터 중의 하나에 근거하여 상기 제어 신호를 도출하고 또한 상기 제 1 센서(S2)로 결정된 열적 파라미터 중의 다른 하나에 근거하여 일치 확인을 수행하도록 구성되어 있는, 조절 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 장치(10)는,
    제 1 가스의 유동이 영이 아닌 유량을 갖는 중에 제 2 가스의 유동이 차단되는 기준 상태로 상기 조정 장치를 설정하는 절차;
    상기 제 1 센서(S1)로부터 센서 신호를 받는 절차 - 상기 센서 신호는 상기 기준 상태에서 적어도 2개의 열적 파라미터를 나타냄 -; 및
    상기 기준 상태에서 적어도 2개의 열적 파라미터에 근거하여, 기준 상태에서 제 1 가스의 밀도 또는 압력을 나타내는 압력 파라미터(pair)를 결정하는 절차를 수행하도록 구성되어 있는, 조절 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치(10)는,
    제 1 가스의 유동이 영이 아닌 유량을 갖는 중에 제 2 가스의 유동이 차단되는 기준 상태로 상기 조정 장치를 설정하는 절차;
    상기 제 1 센서(S1)로부터 센서 신호를 받는 절차 - 상기 센서 신호는 기준 상태에서 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 나타냄 -;
    제 2 가스의 유동과 제 1 가스의 유동 둘 모두가 영이 아닌 유량을 갖는 작동 상태로 상기 조정 장치를 설정하는 절차;
    상기 제 1 센서(S1)로부터 센서 신호를 받는 절차 - 상기 센서 신호는 상기 작동 상태에서 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터를 나타냄 -; 및
    상기 작동 상태에서 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터와 상기 기준 상태에서 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터의 비교에 근거하여 상기 제어 신호를 도출하는 절차를 수행하도록 구성되어 있는, 조절 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 혼합물을 사용처에 전달하기 위한 팬(4)을 포함하는 조절 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 팬(4)은 상기 혼합 영역의 하류에 배치되며, 제 1 센서(S1)는 상기 팬(4)에 통합되어 있는, 조절 장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 장치(10)는,
    상기 제 2 가스의 유동이 차단되고 있는 중에 상기 팬(4)을 복수의 상이한 파워 레벨에서 작동시키는 절차;
    각 파워 레벨에 대해, 상기 제 1 센서(S1)로부터 받은 센서 신호에 근거하여 압력 파라미터(pair)를 결정하는 절차 - 압력 파라미터(pair)는 상기 파워 레벨에서 제 1 가스의 밀도 또는 압력을 나타냄 -; 및
    상이한 파워 레벨에서의 압력 파라미터(pair)에 근거하여, 막힘 또는 팬 고장이 일어났는지의 여부를 나타내는 막힘 신호(B)를 도출하는 절차를 수행하도록 구성되어 있는, 조절 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합 영역(M)의 하류에서 그리고 제 1 센서(S1)의 상류에서 상기 공통 도관(3)에 배치되는 선회류(swirl) 요소(5)를 더 포함하고, 이 선회류 요소는 가스 혼합물에서 난류를 생성하도록 구성되어 있는, 조절 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 센서(S2)를 더 포함하고, 제 2 센서(S2)는 상기 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 결정하도록 구성되어 있고,
    상기 제어 장치(10)는, 제 2 센서(S2)로부터, 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 나타내는 센서 신호를 받고 또한 제 1 및 제 2 센서(S1, S2)로부터 받은 센서 신호에 근거하여 상기 제어 신호를 도출하도록 구성되어 있는, 조절 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 센서(S2)는 적어도 2개의 열적 파라미터를 결정하도록 구성되어 있고, 제 2 센서(S2)로 결정되는 상기 적어도 2개의 열적 파라미터는 함께 제 1 가스의 열전도율(λair) 및 열확산율(Dair)을 나타내고,
    상기 제어 장치는, 제 2 센서(S2)로 결정된 상기 적어도 2개의 열적 파라미터에 근거하여, 제 1 가스의 밀도 또는 압력을 나타내는 산소 캐리어 압력 파라미터(pair)를 도출하도록 구성되어 있는, 조절 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 센서(S1)는 적어도 2개의 열적 파라미터를 결정하도록 구성되어 있고, 제 1 센서(S1)로 결정되는 상기 적어도 2개의 열적 파라미터는 함께 상기 혼합물의 열전도율(λmix) 및 열확산율(Dmix)을 나타내고,
    상기 제 2 센서(S2)는 적어도 2개의 열적 파라미터를 결정하도록 구성되어 있고, 제 2 센서(S2)로 결정되는 상기 적어도 2개의 열적 파라미터는 함께 제 1 가스의 열전도율(λair) 및 열확산율(Dair)을 나타내고,
    상기 제어 장치는, 상기 제 1 및 제 2 센서(S1, S2)로 결정된 열적 파라미터 중의 하나의 비교에 근거하여 상기 제어 신호를 도출하고 또한 상기 제 1 및 제 2 센서(S1, S2)로 결정된 적어도 2개의 열적 파라미터 중의 다른 하나의 비교에 근거하여 일치 확인을 수행하도록 구성되어 있는, 조절 장치.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 센서(S1)는 가스 혼합물의 온도(Tmix)를 결정하도록 구성되어 있고,
    상기 제 2 센서(S2)는 제 1 가스의 온도(Tair)를 결정하도록 구성되어 있으며,
    상기 제어 장치는 가스 혼합물과 제 1 가스의 온도(Tmix, Tair)의 비교에 근거하여 일치 확인을 수행하도록 구성되어 있는, 조절 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 3 센서(S3)를 더 포함하고, 제 3 센서(S3)는 제 2 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 결정하도록 구성되며,
    상기 제어 장치(10)는, 상기 제 3 센서(S3)로부터, 제 2 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 나타내는 센서 신호를 받고 또한 제 1 및 제 3 센서(S1, S3) 둘 모두로부터 받은 센서 신호에 근거하여 상기 제어 신호를 도출하도록 구성되어 있는, 조절 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 도관(1)에 있는 제 1 질량 유량계(F1) 및/또는 제 2 도관(2)에 있는 제 2 질량 유량계(F2)를 더 포함하고,
    상기 제어 장치(10)는 제 1 및/또는 제 2 질량 유량계(F1, F2)로부터의 질량 유동 신호에 근거하여 제 1 또는 제 2 도관(1; 2)에서의 질량 유동을 나타내는 질량 유동 파라미터를 결정하도록 구성되어 있는, 조절 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 또는 제 2 도관(1; 2)에 있는 유동 제한기(6; 7); 및
    상기 유동 제한기(6; 7)의 상류에서 상기 제 1 도관(1)과 제 2 도관(2) 사이의 압력차를 결정하도록 구성된 압력차 센서(D1)를 더 포함하고,
    상기 제어 장치(10)는, 상기 압력차 센서(D1)로부터의 압력차 신호에 근거하여 제 1 또는 제 2 도관(1; 2)에서의 질량 유동을 나타내는 질량 유동 파라미터를 결정하도록 구성되어 있는, 조절 장치.
  19. 제 1 가스와 제 2 가스를 포함하는 가스 혼합물의 혼합비(χ)를 조절하는 방법으로서,
    상기 제 1 가스의 유동을 생성하는 단계;
    상기 제 2 가스의 유동을 생성하는 단계; 및
    혼합 영역(M)에서 상기 제 1 가스와 제 2 가스의 유동을 혼합하여 가스 혼합물 형성하는 단계를 포함하고,
    제 1 센서(S1)를 사용하여 상기 혼합 영역(M)의 하류에서 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터를 결정하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 열적 파라미터에 근거하여, 상기 혼합비(χ)를 조정하는 단계를 더 포함하는, 가스 혼합물의 혼합비를 조절하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 산소 캐리어 가스이고 제 2 가스는 연료 가스인, 방법.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 혼합비(χ)의 조정은 제 2 가스의 유량을 조정하기 위한 제어 밸브를 작동시키는 것을 포함하는, 방법.
  22. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 혼합물의 적어도 2개의 열적 파라미터는 제 1 센서(S1)를 사용하여 결정되고, 적어도 2개의 열적 파라미터는 함께 가스 혼합물의 열전도율(λmix) 및 열확산율(Dmix)을 나타내며,
    상기 혼합비(χ)를 조정할 때 상기 가스 혼합물의 적어도 2개의 열적 파라미터가 고려되는, 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 혼합비는 상기 제 1 센서로 결정된 열적 파라미터 중의 하나에 근거하여 조정되고, 상기 제 1 센서로 결정된 열적 파라미터 중의 다른 하나에 근거하여 일치 확인이 수행되는, 방법.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    제 1 가스의 유동이 영이 아닌 유량을 갖는 중에 제 2 가스의 유동이 차단되는 기준 상태를 생성하는 단계;
    상기 제 1 센서(S1)로부터 센서 신호를 받는 단계 - 상기 센서 신호는 상기 기준 상태에서 제 1 가스의 적어도 2개의 열적 파라미터를 나타냄 -; 및
    상기 기준 상태에서 제 1 가스의 적어도 2개의 열적 파라미터에 근거하여, 상기 기준 상태에서 제 1 가스의 밀도 또는 압력을 나타내는 압력 파라미터(pair)를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  25. 제 19 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 가스의 유동이 영이 아닌 유량을 갖는 중에 제 2 가스의 유동이 차단되는 기준 상태를 생성하는 단계;
    상기 제 1 센서(S1)로부터 센서 신호를 받는 단계 - 상기 센서 신호는 상기 기준 상태에서 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 나타냄 -; 및
    제 2 가스의 유동과 제 1 가스의 유동 둘 모두가 영이 아닌 유량을 갖는 작동 상태를 생성하는 단계;
    상기 제 1 센서(S1)로부터 센서 신호를 받는 단계 - 상기 센서 신호는 상기 작동 상태에서 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터를 나타냄 -; 및
    상기 작동 상태에서 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터와 기준 상태에서 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터의 비교에 근거하여 혼합비(χ)를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  26. 제 19 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    팬(4)을 사용하는 상기 가스 혼합물을 사용처에 전달하는 단계를 포함하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 2 가스의 유동이 차단되고 있는 중에 상기 팬(4)을 복수의 상이한 파워 레벨에서 작동시키는 단계;
    각 파워 레벨에 대해, 상기 제 1 센서(S1)로 결정된 센서 신호로부터 압력 파라미터(pair)를 도출하는 단계 - 압력 파라미터(pair)는 상기 파워 레벨에서 제 1 가스의 밀도 또는 압력을 나타냄 -; 및
    상이한 파워 레벨에서의 압력 파라미터(pair)에 근거하여, 막힘 또는 팬 고장이 일어났는지의 여부를 나타내는 막힘 신호(B)를 도출하는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 제 19 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 센서(S2)를 사용하여, 상기 혼합 영역(M)의 상류에서 상기 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 결정하는 단계; 및
    상기 제 1 센서(S1)로 결정된 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터 및 상기 제 2 센서(S2)로 결정된 제 1 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터에 근거하여 상기 혼합비(χ)를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    적어도 2개의 열적 파라미터는 상기 제 2 센서(S2)로 결정되고, 제 2 센서(S2)로 결정되는 상기 적어도 2개의 열적 파라미터는 함께 제 1 가스의 열전도율(λair) 및 열확산율(Dair)을 나타내고,
    상기 방법은 제 2 센서(S2)로 결정된 상기 적어도 2개의 열적 파라미터에 근거하여 산소 캐리어 압력 파라미터(pair)를 도출하는 단계를 포함하고, 산소 캐리어 압력 파라미터는 제 1 가스의 밀도 또는 압력을 나타내는, 방법.
  30. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서,
    제 1 센서(S1)를 사용하여 가스 혼합물의 적어도 2개의 열적 파라미터를 결정하는 단계 - 제 1 센서(S1)로 결정된 적어도 2개의 열적 파라미터는 함께 가스 혼합물의 열전도율(λmix) 및 열확산율(Dmix)을 나타냄 -;
    제 2 센서(S2)를 사용하여 제 1 가스의 적어도 2개의 열적 파라미터를 결정하는 단계 - 제 2 센서(S2)로 결정된 적어도 2개의 열적 파라미터는 함께 제 1 가스의 열전도율(λair) 및 열확산율(Dair)을 나타냄 -;
    상기 제 1 및 제 2 센서(S1, S2)에 의해 결정된 열적 파라미터 중의 하나의 비교에 근거하여 혼합비(χ)를 조정하는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2 센서(S1, S2)에 의해 결정된 열적 파라미터 중의 다른 하나의 비교에 근거하여 일치 확인을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 제 28 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 센서(S1)를 사용하여 가스 혼합물의 온도(Tmix)를 결정하는 단계;
    상기 제 2 센서(S2)를 사용하여 제 1 가스의 온도(Tair)를 결정하는 단계; 및
    상기 가스 혼합물과 제 1 가스의 온도(Tmix, Tair)의 비교에 근거하여 일치 확인을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
  32. 제 19 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 3 센서(S3)를 사용하여 제 2 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터를 결정하는 단계; 및
    상기 제 1 센서(S1)로 결정된 가스 혼합물의 적어도 하나의 열적 파라미터 및 상기 제 3 센서(S3)로 결정된 제 2 가스의 적어도 하나의 열적 파라미터에 근거하여 혼합비(χ)를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  33. 제 19 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 가스의 질량 유량 및/또는 제 2 가스의 질량 유량을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 1 가스의 유동 또는 제 2 가스의 유동을 유동 제한기(7; 8)에 통과시키는 단계;
    상기 유동 제한기(7; 8)의 상류에서 제 1 가스와 제 2 가스 사이의 압력차를 결정하는 단계; 및
    상기 압력차에 근거하여 제 1 가스 또는 제 2 가스의 질량 유량을 나타내는 질량 유동 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
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