JPS6020649B2 - 気体燃料の必要空気量制御装置 - Google Patents
気体燃料の必要空気量制御装置Info
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- JPS6020649B2 JPS6020649B2 JP3880376A JP3880376A JPS6020649B2 JP S6020649 B2 JPS6020649 B2 JP S6020649B2 JP 3880376 A JP3880376 A JP 3880376A JP 3880376 A JP3880376 A JP 3880376A JP S6020649 B2 JPS6020649 B2 JP S6020649B2
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- Regulation And Control Of Combustion (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は固体電解質よりなる酸素検出器を用いた気体燃
料の必要空気量を連続的に制御測定する気体燃料の必要
空気量制御装置に関するものである。
料の必要空気量を連続的に制御測定する気体燃料の必要
空気量制御装置に関するものである。
一般に、流体燃料を空気と混合し燃焼させて熱エネルギ
ーを利用する各種の燃焼装置においては、燃料を有効的
に利用するために、燃焼に先立って燃料と空気の流量と
を一定の比率に設定したのち燃焼するいわゆる空燃比制
御機構とを利用した燃焼装置と、燃焼排ガス中の酸素濃
度を測定し、この信号をフィードバックして空燃比を制
御する機構を利用した燃焼装置とが広く知られている。
ーを利用する各種の燃焼装置においては、燃料を有効的
に利用するために、燃焼に先立って燃料と空気の流量と
を一定の比率に設定したのち燃焼するいわゆる空燃比制
御機構とを利用した燃焼装置と、燃焼排ガス中の酸素濃
度を測定し、この信号をフィードバックして空燃比を制
御する機構を利用した燃焼装置とが広く知られている。
しかしながら前者は燃料の組成が変動する場合は、空燃
比に誤差を生じ、空気過剰になったり、反対に燃料過剰
になったりして、適正燃焼を行うことが非常にむずかし
い欠点がある。また後者はガスサンプリングの応答遅れ
が大きく、しかも組成の変化する燃料については、やは
り、前者と同じような欠点があった。これを解決するた
めに、従来気体燃料の組成たとえばCH4,C4日,o
,&,C○,等の気体燃料中の量をそれぞれ個別にガス
クロマトグラフィ一により分析し、この結果より前記気
体燃料が分析された組成により適正燃焼するために必要
な空気量を算出し、燃焼装置に供給する空気量を調整し
て適正燃焼を行う燃焼装置も知られている。しかしガス
クロマトグラフィ−での分析時間は約1時間程度と長く
かかるためこれをオンラインにフィードバックすること
は燃料組成が比較的安定している場合にしか適用できず
、組成が常に変化する気体燃料の適正燃焼については従
来ほとんど無対策のままであり、燃料消費および排ガス
対策上からも多くの問題点を含んでいた。本発明の気体
燃料の必要空気量制御装置は従来のこれらの欠点および
問題点を解決した組成の安定した気体燃料のみならず、
組成が常に変化する気体燃料の必要空気量をも迅速かつ
連続的に制御測定でき‐る装置である。
比に誤差を生じ、空気過剰になったり、反対に燃料過剰
になったりして、適正燃焼を行うことが非常にむずかし
い欠点がある。また後者はガスサンプリングの応答遅れ
が大きく、しかも組成の変化する燃料については、やは
り、前者と同じような欠点があった。これを解決するた
めに、従来気体燃料の組成たとえばCH4,C4日,o
,&,C○,等の気体燃料中の量をそれぞれ個別にガス
クロマトグラフィ一により分析し、この結果より前記気
体燃料が分析された組成により適正燃焼するために必要
な空気量を算出し、燃焼装置に供給する空気量を調整し
て適正燃焼を行う燃焼装置も知られている。しかしガス
クロマトグラフィ−での分析時間は約1時間程度と長く
かかるためこれをオンラインにフィードバックすること
は燃料組成が比較的安定している場合にしか適用できず
、組成が常に変化する気体燃料の適正燃焼については従
来ほとんど無対策のままであり、燃料消費および排ガス
対策上からも多くの問題点を含んでいた。本発明の気体
燃料の必要空気量制御装置は従来のこれらの欠点および
問題点を解決した組成の安定した気体燃料のみならず、
組成が常に変化する気体燃料の必要空気量をも迅速かつ
連続的に制御測定でき‐る装置である。
本発明は、−定流料の気体燃料と空気とを混合するガス
混合器と、該ガス混合器から排出される混合ガスを定流
量にする混合ガス定流量器と、該混合ガス定流量器にて
定流量にされた混合ガスを高温燃焼帯において燃焼する
とともに燃焼排ガス中の残酸素濃度を検出する固体電解
質からなる酸素検出器と「該酸素検出器よりの酸素濃度
に対応する起電力E,とあらかじめ設定された基準酸素
濃度に対応する基準電圧E2との差に比例した電気信号
を出す酸素濃度設定器と、該酸素濃度設定器から出され
た電気信号によって燃焼用空気を前記一定流量の空気に
制御するよう空気導入経路中に挿入された空気流量制御
器と該空気流量制御器により制御された一定流量の空気
量を測定する空気流量計とから少なくともなり、燃焼排
ガス中の残酸素濃度をあらかじめ設定した基準酸素濃度
に一致させるよう燃焼に必要な空気量を測定制御し、燃
焼装置で気体燃料を燃焼する前に気体燃料の必要空気量
を測定し、その測定結果より燃焼菱慣用空気流量制御器
を制御することを特徴とする気体燃料の必要空気量制御
装置にある。
混合器と、該ガス混合器から排出される混合ガスを定流
量にする混合ガス定流量器と、該混合ガス定流量器にて
定流量にされた混合ガスを高温燃焼帯において燃焼する
とともに燃焼排ガス中の残酸素濃度を検出する固体電解
質からなる酸素検出器と「該酸素検出器よりの酸素濃度
に対応する起電力E,とあらかじめ設定された基準酸素
濃度に対応する基準電圧E2との差に比例した電気信号
を出す酸素濃度設定器と、該酸素濃度設定器から出され
た電気信号によって燃焼用空気を前記一定流量の空気に
制御するよう空気導入経路中に挿入された空気流量制御
器と該空気流量制御器により制御された一定流量の空気
量を測定する空気流量計とから少なくともなり、燃焼排
ガス中の残酸素濃度をあらかじめ設定した基準酸素濃度
に一致させるよう燃焼に必要な空気量を測定制御し、燃
焼装置で気体燃料を燃焼する前に気体燃料の必要空気量
を測定し、その測定結果より燃焼菱慣用空気流量制御器
を制御することを特徴とする気体燃料の必要空気量制御
装置にある。
以下、その構成を一実施例を示す図面にもとずし・て説
明する。
明する。
第1図において気体燃料28は試料ガス入口1から入り
、試料ガス採取ポンプ2によって吸引され一定圧以上に
昇氏されて後、試料ガス定流量器3を通ることによって
一定流量一定圧となってガス混合器7に導入される。一
方、加圧空気271ま空気入口4から入り、空気流量制
御器5で流量制御されて後、空気流量計6を通ってガス
混合器れこ導入される。そして、一定量の気体燃料と空
気はガス混合器7で充分混合されたのち「 2分岐され
、一方は混合ガス定流量器8によって一定流量とされた
のち高温燃焼帯を有する円筒状固体電解質からなる酸素
検出器9中で完全燃焼されるとともに、燃焼排ガス中の
残酸素濃度に対応する起電力E,を検出し「その燃焼排
ガスはガス排出OSIを通して排出される。他方の混合
ガスは、混合ガス分流調整器10を介して、適当な燃焼
炉で燃焼して後、排出口亀1より排出する。混合ガス定
流量器8は、たとえ流量が変っても酸素検出器9がガス
流量の変動による影響を受けなくするためのものである
。そして、酸素検出器9は、第2図に示す通り「ジルコ
ェア等によりなる一体の円筒状固体電解質14を同一の
電気炉16中に挿入して「混合ガス入口16側に白金お
よび多孔質磁器よりなる触媒床17を設けた900〜1
500ooの高温帯亀8と、それに続く、燃焼排ガス中
の残酸素濃度に対応する起電力E,を電極19,2川こ
よって求める600〜900ご0の低温帯28とはそれ
ぞれ電熱線22,23で所定の温度に加熱保持されてい
る。従って混合ガス定流量器8よりの一定流量の混合ガ
スは、混合ガス入口16より酸素検出器9中に導入され
て、まず高温帯18の触媒床17で完全に燃焼され、つ
いで燃焼試料ガスは、低温帯281こおいて、円筒状固
体電解質の外側に標準ガス導入口24より導入された標
準ガスとの間において「イオン伝導によって、燃焼ガス
中の残酸素濃度に対応する起電力E,が電極19,20
1と発生し、該起電力E,‘まリード線25,26によ
って、酸素濃度設定器12に伝達される。この場合、円
筒状、固体電解質における酸素濃度と起電力の関係は0
1式で示される。E,=聖。g溝〔mV〕 …o’
ここで、E,:起電力「R:気体常数、T:絶対温度、
F:フアデ−定数、cPo2:カソード側電極の酸素濃
度〜aPo2:ア/ード側電極の酸素分圧。
、試料ガス採取ポンプ2によって吸引され一定圧以上に
昇氏されて後、試料ガス定流量器3を通ることによって
一定流量一定圧となってガス混合器7に導入される。一
方、加圧空気271ま空気入口4から入り、空気流量制
御器5で流量制御されて後、空気流量計6を通ってガス
混合器れこ導入される。そして、一定量の気体燃料と空
気はガス混合器7で充分混合されたのち「 2分岐され
、一方は混合ガス定流量器8によって一定流量とされた
のち高温燃焼帯を有する円筒状固体電解質からなる酸素
検出器9中で完全燃焼されるとともに、燃焼排ガス中の
残酸素濃度に対応する起電力E,を検出し「その燃焼排
ガスはガス排出OSIを通して排出される。他方の混合
ガスは、混合ガス分流調整器10を介して、適当な燃焼
炉で燃焼して後、排出口亀1より排出する。混合ガス定
流量器8は、たとえ流量が変っても酸素検出器9がガス
流量の変動による影響を受けなくするためのものである
。そして、酸素検出器9は、第2図に示す通り「ジルコ
ェア等によりなる一体の円筒状固体電解質14を同一の
電気炉16中に挿入して「混合ガス入口16側に白金お
よび多孔質磁器よりなる触媒床17を設けた900〜1
500ooの高温帯亀8と、それに続く、燃焼排ガス中
の残酸素濃度に対応する起電力E,を電極19,2川こ
よって求める600〜900ご0の低温帯28とはそれ
ぞれ電熱線22,23で所定の温度に加熱保持されてい
る。従って混合ガス定流量器8よりの一定流量の混合ガ
スは、混合ガス入口16より酸素検出器9中に導入され
て、まず高温帯18の触媒床17で完全に燃焼され、つ
いで燃焼試料ガスは、低温帯281こおいて、円筒状固
体電解質の外側に標準ガス導入口24より導入された標
準ガスとの間において「イオン伝導によって、燃焼ガス
中の残酸素濃度に対応する起電力E,が電極19,20
1と発生し、該起電力E,‘まリード線25,26によ
って、酸素濃度設定器12に伝達される。この場合、円
筒状、固体電解質における酸素濃度と起電力の関係は0
1式で示される。E,=聖。g溝〔mV〕 …o’
ここで、E,:起電力「R:気体常数、T:絶対温度、
F:フアデ−定数、cPo2:カソード側電極の酸素濃
度〜aPo2:ア/ード側電極の酸素分圧。
今、ここでaPo2を一定にした場合、E,よりcPo
2が求められる。したがって、混合ガス中の酸素濃度お
よび可燃性分の酸素換算濃度を各々mPo2および×と
すると可燃性分は、高温帯で燃焼されるので、酸素検出
器9の起電力はE,:帯。
2が求められる。したがって、混合ガス中の酸素濃度お
よび可燃性分の酸素換算濃度を各々mPo2および×と
すると可燃性分は、高温帯で燃焼されるので、酸素検出
器9の起電力はE,:帯。
g宅をX〔mV〕 .・…岬となる。
ここで、E,は燃焼排ガス中の酸素濃度に対応する起電
力であり、基準酸素濃度に対応する基準電圧虫2と比較
されるものが得られる。そしてリード線25,26によ
って排ガス中の酸素濃度に対応する起電力E,を受ける
酸素濃度設定器12は、予め決められたある一定の酸素
濃度すなわち基準酸素濃度に対応する基準電圧E2を内
蔵しており、このE2とE,とを比較し、その差に比例
した電気信号を出すもので、該電気信号は、信号変換器
13に伝達され、ここで空気流量制御器5を駆動するの
に必要な適当な別の信号に変換し、空気流量制御器5を
制御し、同時にその空気流量は空気流量計6で測定指示
される。たとえば、ある気体燃料のその燃焼排ガス中の
残酸素濃度が1%になるような必要空気量を求める場合
は、まず、酸素濃度設定器12の基準酸素濃度に対応す
る基準電圧瓦2を、1%に対応する電圧に設定する。そ
して、組成が変化して気体燃料の可燃性分が多い場合は
当然ながら燃焼排ガス中の残酸素濃度が減少するので、
空気流量を自動的に増し、反対に気体燃料の可燃性分が
少ないときは、空気量を自動的に減らし、燃焼排ガス中
の残酸素濃度を、常に基準酸素濃度に一致させるよう燃
焼に必要な空気量が自動的に制御測定される。従って、
気体燃料の組成が変化、すなわち必要空気量が変った場
合でも、燃焼排ガス中の酸素濃度が前記基準酸素濃度に
一致するように、自動的に空気流量が制御および測定さ
れ、その気体燃料に見合った必要空気量を迅速かつ連続
的に制御測定するものである。そして測定された必要空
気量の信号により燃焼装置32のバーナ31に供給され
る燃焼用空気29の流量制御を行う燃焼装置用空気制御
器30を制御することにより安定したバーナの燃焼が確
保できるものである。
力であり、基準酸素濃度に対応する基準電圧虫2と比較
されるものが得られる。そしてリード線25,26によ
って排ガス中の酸素濃度に対応する起電力E,を受ける
酸素濃度設定器12は、予め決められたある一定の酸素
濃度すなわち基準酸素濃度に対応する基準電圧E2を内
蔵しており、このE2とE,とを比較し、その差に比例
した電気信号を出すもので、該電気信号は、信号変換器
13に伝達され、ここで空気流量制御器5を駆動するの
に必要な適当な別の信号に変換し、空気流量制御器5を
制御し、同時にその空気流量は空気流量計6で測定指示
される。たとえば、ある気体燃料のその燃焼排ガス中の
残酸素濃度が1%になるような必要空気量を求める場合
は、まず、酸素濃度設定器12の基準酸素濃度に対応す
る基準電圧瓦2を、1%に対応する電圧に設定する。そ
して、組成が変化して気体燃料の可燃性分が多い場合は
当然ながら燃焼排ガス中の残酸素濃度が減少するので、
空気流量を自動的に増し、反対に気体燃料の可燃性分が
少ないときは、空気量を自動的に減らし、燃焼排ガス中
の残酸素濃度を、常に基準酸素濃度に一致させるよう燃
焼に必要な空気量が自動的に制御測定される。従って、
気体燃料の組成が変化、すなわち必要空気量が変った場
合でも、燃焼排ガス中の酸素濃度が前記基準酸素濃度に
一致するように、自動的に空気流量が制御および測定さ
れ、その気体燃料に見合った必要空気量を迅速かつ連続
的に制御測定するものである。そして測定された必要空
気量の信号により燃焼装置32のバーナ31に供給され
る燃焼用空気29の流量制御を行う燃焼装置用空気制御
器30を制御することにより安定したバーナの燃焼が確
保できるものである。
次に、本発明の制御装置を使用した具体例について述べ
る。
る。
可燃性分としてCは,日2およびCOを含んだ各種の試
料ガスをそれぞれ用意し、上記の可燃性分を各々ガスク
ロマトグラフィ−により分析してその分析結果より計算
した必要空気量を(理論空気量/燃料量)理論空燃比に
換算した値と、本発明の装置を用いて測定した測定値と
の比較結果は第3図に示す通りで、両者の値がほとんど
一致しているものである。また、理論空燃比が3.4の
試料ガスを用いて本発明装置により、長時間の連続測定
をした結果は第4図の遮りで経時変化はほとんど認めら
れず安定したものであることも確認された。
料ガスをそれぞれ用意し、上記の可燃性分を各々ガスク
ロマトグラフィ−により分析してその分析結果より計算
した必要空気量を(理論空気量/燃料量)理論空燃比に
換算した値と、本発明の装置を用いて測定した測定値と
の比較結果は第3図に示す通りで、両者の値がほとんど
一致しているものである。また、理論空燃比が3.4の
試料ガスを用いて本発明装置により、長時間の連続測定
をした結果は第4図の遮りで経時変化はほとんど認めら
れず安定したものであることも確認された。
さらに、理論空燃比が1.5と8.0の2種類の試料ガ
スを本装置に交互に流し指示の応答時間を調べた結果は
第5図に示す通りで、指示変化があった時点からフルス
ケールの90%までの値に達する時間は約19秒程度で
あり本発明の装置は極めて早い応答性を有するものであ
ることも確認された。以上のべた通り、本発明の気体燃
料の必要空気量制御装置は、組成の変化の著しい気体燃
料についても迅速に空気量を制御測定できるものであり
、製鉄、電力、石油化学工場の気体燃料を使用する各種
の燃焼装置あるいはボイラーの燃料パイプ等に設置する
ことによって、気体燃料の最も適切な空気量を極めて迅
速に設定できるもので、熱効率の改善および燃費の節減
、さらに排出ガス対策の改善にも寄与できるものであり
、産業上極めて有用な装置である。
スを本装置に交互に流し指示の応答時間を調べた結果は
第5図に示す通りで、指示変化があった時点からフルス
ケールの90%までの値に達する時間は約19秒程度で
あり本発明の装置は極めて早い応答性を有するものであ
ることも確認された。以上のべた通り、本発明の気体燃
料の必要空気量制御装置は、組成の変化の著しい気体燃
料についても迅速に空気量を制御測定できるものであり
、製鉄、電力、石油化学工場の気体燃料を使用する各種
の燃焼装置あるいはボイラーの燃料パイプ等に設置する
ことによって、気体燃料の最も適切な空気量を極めて迅
速に設定できるもので、熱効率の改善および燃費の節減
、さらに排出ガス対策の改善にも寄与できるものであり
、産業上極めて有用な装置である。
第1図は本発明の気体燃料の必要空気量制御装置の模式
的説明図、第2図は本発明の制御装置中の酸素検出器の
断面を示す説明図、第3図ないし第5図は本発明装置を
使用した具体例による測定結果の説明図である。 ‐1・・・・・・試料ガス入口、2・・・・・・試料ガ
ス採取ポンプ、3…・・・試料ガス定流量器、4・・・
・・・空気入口、5空気流量制御器、6・・…・空気流
量計、7・…・・ガス混合器、8混合ガス定流量器、9
・・・・・・酸素検出器、10…・・・混合ガス分流調
整器、11・・・…ガス排出口、12・・・・・・基準
酸素濃度設定器ト13・・・・・・信号変換器、14…
・・・固体電解質円筒、15・…・・電気炉、16…・
・・混合ガス入口、17……触媒床、18・・…・高温
帯、19,20・・…・電極、21・・・・・・低温帯
、22,23・・・・・・電熱線、24・・・・・・標
準ガス導入口、25,26・・・・・・リード線、27
・・・・・・加圧空気、28・・・・・・気体燃料、2
9・…・・燃焼用空気、30…・・・燃焼装置用空気制
御器、31……バーナ〜 32…・・・燃焼装置。 第1図 第2図 第4図 第3図 第5図
的説明図、第2図は本発明の制御装置中の酸素検出器の
断面を示す説明図、第3図ないし第5図は本発明装置を
使用した具体例による測定結果の説明図である。 ‐1・・・・・・試料ガス入口、2・・・・・・試料ガ
ス採取ポンプ、3…・・・試料ガス定流量器、4・・・
・・・空気入口、5空気流量制御器、6・・…・空気流
量計、7・…・・ガス混合器、8混合ガス定流量器、9
・・・・・・酸素検出器、10…・・・混合ガス分流調
整器、11・・・…ガス排出口、12・・・・・・基準
酸素濃度設定器ト13・・・・・・信号変換器、14…
・・・固体電解質円筒、15・…・・電気炉、16…・
・・混合ガス入口、17……触媒床、18・・…・高温
帯、19,20・・…・電極、21・・・・・・低温帯
、22,23・・・・・・電熱線、24・・・・・・標
準ガス導入口、25,26・・・・・・リード線、27
・・・・・・加圧空気、28・・・・・・気体燃料、2
9・…・・燃焼用空気、30…・・・燃焼装置用空気制
御器、31……バーナ〜 32…・・・燃焼装置。 第1図 第2図 第4図 第3図 第5図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 一定流量の気体燃料と空気とを混合するガス混合器
と、該ガス混合器から排出される混合ガスを定流量にす
る混合ガス定流量器と、該混合ガス定流量器にて定流量
にされた混合ガスを高温燃焼帯において燃焼するととも
に燃焼排ガス中の残酸濃度を検出する固体電解質からな
る酸素検出器と、該酸素検出器よりの酸素濃度に対応す
る起電力E_1とあらかじめ設定された基準酸素濃度に
対応する基準電圧E_2との差に比例した電気信号を出
す酸素濃度設定器と該酸素濃度設定器から出された電気
信号によつて燃焼用空気を前記一定流量の空気に制御す
るよう空気導入経路中に挿入された空気流量制御器と、
該空気流量制御器により制御された一定流量の空気量を
測定する空気流量計とから少なくともなり、燃焼排ガス
中の残酸素濃度をあらかじめ設定した基準酸素濃度に一
致させるよう燃焼に必要な空気量を測定制御し、燃焼装
置で気体燃料を燃焼する前に気体燃料の必要空気量を測
定し、その測定結果より燃焼装置用空気流量制御器を制
御することを特徴とする気体燃料の必要空気量制御装置
。 2 前記酸素検出器は、固体電解質円筒と、この固体電
解質円筒を包囲して入口側に高温帯を、また出口側に低
温帯を設けた電気炉と、前記電気炉の高温帯にある固体
電解質円筒内に設けられた触媒床と、前記低温帯にある
固体電解質円筒の内外に設けられた電極とより成り、定
量された混合ガスを高温燃焼帯において燃焼するととも
に、燃焼排ガス中の残酸素濃度を前記低温帯の内外に設
けた電極により検出するよう構成した特許請求の範囲第
1項記載の気体燃料の必要空気量制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3880376A JPS6020649B2 (ja) | 1976-04-08 | 1976-04-08 | 気体燃料の必要空気量制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3880376A JPS6020649B2 (ja) | 1976-04-08 | 1976-04-08 | 気体燃料の必要空気量制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS52122937A JPS52122937A (en) | 1977-10-15 |
| JPS6020649B2 true JPS6020649B2 (ja) | 1985-05-23 |
Family
ID=12535442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3880376A Expired JPS6020649B2 (ja) | 1976-04-08 | 1976-04-08 | 気体燃料の必要空気量制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6020649B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05257524A (ja) * | 1992-03-10 | 1993-10-08 | Toyota Autom Loom Works Ltd | リモコン装置 |
-
1976
- 1976-04-08 JP JP3880376A patent/JPS6020649B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05257524A (ja) * | 1992-03-10 | 1993-10-08 | Toyota Autom Loom Works Ltd | リモコン装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS52122937A (en) | 1977-10-15 |
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