(57)【要約】      （修正有）【課題】一酸化炭素割合の特定を改善することができる、排ガス流における一酸化炭素割合を求める方法並びに装置を提供する。【解決手段】リジェネレイティブバーナー型工業炉、殊にガラス溶解炉の排ガス流内の一酸化炭素割合を求めるための方法、殊にリジェネレイティブバーナー型工業炉を開ループ制御および／または閉ループ制御するための方法であって、複数のセル電圧値から、少なくとも１つの均衡値ＧＷを求め、均衡値ＧＷと比べて高い非均衡値を求め、均衡値ＧＷを使用して、排ガス内の均衡割合をあらわす、殊に容積濃度をあらわす第１の一酸化炭素割合を求め、高い非均衡値を使用して、排ガス内の非均衡割合をあらわす第２の一酸化炭素割合を求める方法。【選択図】図５
2014012631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リジェネレイティブバーナー型工業炉、殊にガラス溶解炉の排ガス流内の一酸化炭素割合を求めるための方法、殊にリジェネレイティブバーナー型工業炉を開ループ制御および／または閉ループ制御するための方法であって、
・前記排ガス流内にラムダゾンデ、殊にジルコニア固体電解質ゾンデを設け、
・複数のセル電圧値を使用して時間の関数として少なくとも１つのセル電圧を供給し、それに基づいて、
・第２の計算規則を用いて、排ガス内の一酸化炭素割合を求める方法において、
前記複数のセル電圧値から
・少なくとも１つの均衡値を求め、
・前記均衡値と比べて高い非均衡値を求め、
前記均衡値を使用して、排ガス内の均衡割合をあらわす、殊に容積濃度をあらわす第１の一酸化炭素割合を求め、
前記高い非均衡値を使用して、排ガス内の非均衡割合をあらわす第２の一酸化炭素割合を求める、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
排ガス温度を供給し、殊にラムダゾンデの温度に加えて供給し、さらに燃料組成を供給し、
排ガス内の一酸化炭素割合のための前記第２の計算規則は、有利にはＩｎ（ＣＯ割合／ＣＯ２割合）＝Ｄ１−Ｄ２＊（Ｕ０−Ｕ）／（Ｔ＋Ｔ０）の形の、水−ガスの式に基づいて燃料組成を使用する燃焼規則である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
殊に、セル電圧に加えて、ラムダゾンデの温度の代わりに排ガス温度を使用することによって、非均衡割合を表す第２の一酸化炭素割合を求めるための前記第２の計算規則は排ガス内の酸素成分を無視する、または無視できる程度までの僅かな酸素成分を使用して一酸化炭素の非均衡割合を検出可能にする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
さらにラムダゾンデの温度を供給する、
第１の計算規則は、有利にはＩｎ（Ｏ２割合）＝Ｃ１−Ｃ２＊Ｕ／（Ｔ＋Ｔ０）の形のネルンストの式に基づいて、前記セル電圧および前記ラムダゾンデの温度を使用するゾンデ規則である、請求項１から３までのいずれか一項記載の方法。
【請求項５】
前記第１の計算規則を用いて、有利にはＩｎ（Ｏ２割合）＝Ｃ１−Ｃ２＊Ｕ／（Ｔ＋Ｔ０）の形のネルンストの式に基づいて、排ガス内の酸素割合を求める、請求項４記載の方法。
【請求項６】
均衡割合を表す、排ガス内の第１の一酸化炭素割合を求めるために、
・第１の計算規則を用いて、かつ排ガス中の無視できない酸素成分を用いて、排ガス中の酸素割合を求め、
・前記均衡値を用いて、前記第２の計算規則を用いて、排ガス中の一酸化炭素割合を求める、
当該一酸化炭素割合は、均衡割合を表す、殊に容積濃度を表す排ガス中の一酸化炭素割合を表している、請求項１から５までのいずれか一項記載の方法。
【請求項７】
前記セル電圧に対して、第１の個数の複数のセル電圧値を含む特定の積分時間窓および／または第２の個数の複数のセル電圧値を含む特定の微分時間窓を設定する、
当該微分時間窓は、前記積分時間窓よりも少ない個数のセル電圧値を含んでいる、請求項１から６までのいずれか一項記載の方法。
【請求項８】
前記均衡値を、前記積分時間窓内の全てのセル電圧値の平均値として求める、および／または、前記高い非均衡値を、閾値領域を上回る全てのセル電圧値の平均値またはエンベロープ値として、前記微分時間窓内で求める、殊に、ラムダゾンデのセル電圧値からの信号評価は、前記セル電圧値のセル電圧ピークを切り離す、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記セル電圧から、
・閾値領域を下回る均衡値を時間の関数として求め、殊にセル電圧値の継続的な長期間平均値として求め、および／または
・閾値領域を上回る、前記均衡値と比べて高い非均衡値を、時間の関数として求め、殊に高いセル電圧値の継続した長期間平均値として求め、殊にセル電圧値のセル電圧ピークから求める、請求項１から８までのいずれか一項記載の方法。
【請求項１０】
セル電圧ピークを識別するために、１つの積分時間窓の間の調整可能な多数のセル電圧値を、電子評価ユニット内に平滑化して格納し、
前記格納されたセル電圧値の前記最大値またはエンベロープ値を使用して、排ガス中の非均衡割合を表す現在の第２の一酸化炭素割合を求める、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記均衡値を１．５倍以上、有利には２．０倍以上、有利には２．５倍以上、有利には３．０倍以上、有利には４．０倍以上上回るセル電圧値のみを使用して前記高い非均衡値を求める、有利には前記高い非均衡値は、前記均衡値を、１．５倍以上上回り、殊にこれに相応して閾値領域を形成する、請求項１から１０までのいずれか一項記載の方法。
【請求項１２】
閾値領域は、前記均衡値の１．０倍と前記均衡値の１．５倍との間に位置する、セル電圧値の領域を含んでいる、請求項１から１１までのいずれか一項記載の方法。
【請求項１３】
１０秒を下回る、殊に５秒を下回る、殊に２秒を下回る、殊に１．５秒を下回る半値幅を有するセル電圧値のみを使用して前記高い非均衡値を求める、殊に微分時間窓は有利には２秒〜１００秒の間の調整可能な幅を有する、請求項１から１２までのいずれか一項記載の方法。
【請求項１４】
前記高い非均衡値を求めるために使用されるセル電圧値は１分あたり１〜５個の値の平均的なレートで生じ、殊に、前記積分時間窓内に前記高い非均衡値を求めるために使用されるセル電圧値が少なくとも平均して２つ生じるように積分時間窓を選択し、
殊に前記積分時間窓は１００秒を上回る領域、殊に２００秒を上回る領域にあり、有利には３〜１５分、有利には３〜１０分の間の範囲にある、請求項１から１３までのいずれか一項記載の方法。
【請求項１５】
排ガス中の前記第１の一酸化炭素割合を前記均衡値から、排ガス中の前記第２の一酸化炭素割合を前記高い非均衡値から、同じ少なくとも１つの第２の計算規則を用いて求め、
殊に、前記均衡値から、排ガス中の前記第１の一酸化炭素割合を求めるためにネルンストの式および／または水−ガスの式を用い、殊に無視できる酸素成分を考慮しない前記第２の一酸化炭素割合を求めるのと同じ方法で、殊に無視できない酸素成分を考慮して当該式を用いる、請求項１から１４までのいずれか一項記載の方法。
【請求項１６】
排ガス中の、非均衡割合を表す第２の一酸化炭素割合を求めるために、前記高い非均衡値が閾値領域を上回っている場合にのみ、リジェネレイティブバーナー型工業炉を開ループ制御する方法および／または閉ループ制御する方法に前記高い非均衡値を用いる、請求項１から１５までのいずれか一項記載の方法。
【請求項１７】
排ガス中の、非均衡割合を表す第２の一酸化炭素割合を求めるために、排ガス温度が少なくとも１０Ｋ、有利には少なくとも２５Ｋ、標準温度を上回る場合にのみ、リジェネレイティブバーナー型工業炉を開ループ制御する方法および／または閉ループ制御する方法に前記高い非均衡値を用いる、請求項１から１６までのいずれか一項記載の方法。
【請求項１８】
同じ測定箇所での他の独立した一酸化炭素濃度測定と比べて一酸化炭素測定を較正するために、電子評価ユニット内へ平滑化して格納するための１つの積分時間窓に対し調整可能な個数のセル電圧値を変更可能に用いる、請求項１から１７までのいずれか一項記載の方法。
【請求項１９】
分析される排ガスの排ガス温度とラムダゾンデ自体の温度との間の温度差の想定を可変に使用する、
殊に一方では、前記ラムダゾンデの温度は、前記セル電圧とラムダゾンデの温度を、有利にはＩｎ（Ｏ２割合）＝Ｃ１−Ｃ２＊Ｕ／（Ｔ＋Ｔ０）の形のネルンストの式に基づいて利用する第１の計算規則において使用するためのものであり、
殊に他方では、前記排ガス温度は、前記燃料組成を、有利にはＩｎ（ＣＯ割合／ＣＯ２割合）＝Ｄ１−Ｄ２＊（Ｕ０−Ｕ）／（Ｔ＋Ｔ０）の形の水−ガスの式に基づいて利用する第２の計算規則において使用するためのものである、
請求項１から１８までのいずれか一項記載の方法。
【請求項２０】
リジェネレイティブバーナー型工業炉、殊にガラス溶解炉用の開ループ制御装置であって、
請求項１から１９までのいずれか一項記載の方法を実施するように構成されている、
ことを特徴とする開ループ制御装置。
【請求項２１】
請求項２０記載の開ループ制御装置を有している、リジェネレイティブバーナー型工業炉、殊にガラス溶解炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
・排ガス流内にラムダゾンデ、殊にジルコニア固体電解質ゾンデを設け、
・複数のセル電圧値を使用して時間の関数として少なくとも１つのセル電圧を供給し、それに基づいて、
・第２の計算規則を用いて、排ガス内の一酸化炭素割合を求める、
リジェネレイティブバーナー型工業炉、殊にガラス溶解炉の排ガス流内の一酸化炭素割合を求める方法に関する。本発明は、開ループ制御装置およびリジェネレイティブバーナー型工業炉にも関する。
【背景技術】
【０００２】
基本的に工業炉は、ガラス製造での使用に制限されない。例えば、冒頭に記載した様式の工業炉は、金属製造等の製造においても使用される。しかし、冒頭に記載した様式のリジェネレイティブ工業炉は特に、ガラスを溶解するガラス製造に特に適していることが判明している。例えばリジェネレイティブガラス溶解炉の制御は、閉ループ制御区間である炉上方空間を介して行われる。炉上方の温度は、例えば燃料量および／または燃焼空気量等によって閉ループ制御され、例えば、燃料量と空気量との間の比を調整することによって閉ループ制御される。このために、１つまたは複数の温度測定ゾンデの測定値および１つまたは複数のラムダ測定ゾンデの測定値が使用される。例えば、上述したリジェネレイティブガラス溶解炉のガラス溶解槽に対する、工業炉の炉上方空間および／または燃焼空間への酸素供給は、できるだけ高いエネルギー効率のために行われる。これによって多くの場合に、空気余剰が僅かになる。ラムダゾンデの相応するラムダ値は、例えば、１．０３〜１．０７の間にある。通常、この範囲内で、ガラス溶解炉を動作させるための所定の燃料量に対する化学量論的な最低酸素需要が定められる。この化学量論的な空気需要は、燃料分析から得られる。ガラス溶解炉または同様の工業炉の動作者は、さらに、その動作のための僅かな空気余剰を定めることができる。この空気余剰は炉特有のものであり、これによって完全な燃焼が実現され、一酸化炭素割合をできるだけ低く抑えることができる。ここで空気余剰が少なくなるほど、燃焼システムによって付加的に、排ガス温度まで高められなければならない余剰空気が少なくなる。
【０００３】
他方では、空気余剰分が少なくなると、一酸化炭素の濃度がますます高くなることが判明している。一酸化炭素は、工業炉の加熱時に、それ自体、エネルギー的に有利な空気余剰分の欠乏に対する制限条件を形成する。上昇する一酸化炭素濃度は、自身の側で、一酸化炭素内で結合する化学的エネルギーに基づくエネルギー損失の原因となる。さらに、しかしこのようなエネルギー損失よりもクリチカルなのは、工業炉の耐火性材料、殊にガラス溶解槽における耐火性材料が、排ガス内の一酸化炭素成分によって危機にさらされるということである。これは殊に、一酸化炭素濃度が化学的な均衡を格段に超えている場合である。化学量論的なＣＯ濃度は、常に０であるべきであるが、実際には、決して実現されない。そのかぎりでは各ＣＯ濃度は、化学量論的な状態からの偏差を表し、これは化学的な水とガスの均衡の抜け穴および炉内の欠乏している燃焼が原因となっている。一酸化炭素が、耐火性材料の構造に対する持続的な悪影響を有しており、工業炉の寿命を著しく低減させ得ることが判明している。これは殊に、三桁のｐｐｍ領域における、劇的に高い一酸化炭素値の場合に当てはまる。
【０００４】
従って、リジェネレイティブに加熱される工業炉の排ガス内の一酸化炭素濃度割合を求めることは、工業炉の持続的な動作のための重要な措置であることが判明している。一酸化炭素割合を理論的に求めるための方法は、殊に酸素残留濃度である酸素割合を求めること、並びに、殊に属する一酸化炭素濃度である一酸化炭素割合を求めることである。例えばこれは、ＤＥ４３２３８７９Ａ１号に、工業炉の火炎空間後の排ガス内のジルコニアラムダゾンデによる測定の結果で説明されている。
【０００５】
基本的には、このために、排ガス内の酸素割合を求めるための第１の計算規則と、排ガス内の一酸化炭素割合を求めるための第２の計算規則とが知られている。これは例えば、「Ｓｅｎｓｏｒ９５，Ｎｕｅｒｎｂｅｒｇ，Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ，Ｋｏｎｇｒｅｓｓｖｅｒｏｅｆｆｅｎｔｌｉｃｈｕｎｇ  第８４５頁〜第８４８頁（ＡＣＳ１９９５）」におけるＭｏｅｂｉｕｓ等著の開示に従って知られている。また、「８１ｔｈ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｏｘｉｄｅ−Ｉｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｓｏｌｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ｐｏｓｓｉｂｌｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」および「８０ｔｈ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ３９−４０（１９９４、ｓ．２２９−２７２）」にも開示されている。
【０００６】
ジルコニアゾンデは基本的に、Ｚｉｒｏｘ  Ｓｅｎｓｏｒｅｎ＆Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ  ＧｍｂＨ  Ｉｎｆｏｍａｔｉｏｎｓｂｌａｔｔ  １９９５「Ｇｒｕｎｄｌａｇｅｎ  ｄｅｒ  Ａｎｗｅｎｄｕｎｇ  ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｉｓｃｈｅｒ  ＺｒＯ２−Ｆｅｓｔｅｌｅｋｔｒｏｌｙｔｓｅｎｓｏｒｅｎ  ｂｅｉ  ｄｅｒ  ｏｐｔｉｍａｌｅｎ  Ｆｕｅｈｒｕｎｇ  ｖｏｎ  Ｖｅｒｂｒｅｎｎｕｎｇｓｐｒｏｚｅｓｓｅｎ」に記載されている。
【０００７】
上述した計算方法の基本は、ネルンストの式に基づいた計算規則を用いた酸素濃度の計算である（ここは式Ｉｎ（Ｏ２％）＝３．０４１７−４６．４１８８＊Ｕ／（Ｔ＋２７３）においてであり、ここでは、ジルコニアゾンデのセル電圧Ｕ（ｍＶ）と温度Ｔ（°Ｃ）が用いられている）。水とガスの均衡に対する式に基づいた第２の計算規則を用いて、二酸化炭素に対する一酸化炭素の比（ＣＯ／ＣＯ２）が同じセル電圧に対して求められる。すなわち、一酸化炭素割合である。ここで殊に燃料の化学的な組成が既知である場合には、計算規則は燃焼計算に用いられ、従って、全体的に、一酸化炭素割合が計算される。上述した計算規則、すなわち、ネルンストの式および／または水−ガスの式（Wasser-Gas-Gleichung：水性ガスの式）は、上記のＤＥ４３２３８７９Ａ１号を参照することによって、殊に、ガス混合物の化学的な均衡に対して意味を有する。
【０００８】
これまで、リジェネレイティブバーナー型工業炉の排ガス流におけるガス成分は、化学的な均衡に基づいて表されると想定されてきた。しかし一方では、より詳細な分析時には、排ガス流は、（殊に右側の蓄熱体による第１の周期持続時間における交番加熱ないしは燃焼空気の交番リジェネレイティブ供給時に、および、左側の蓄熱体による第２の周期持続時間交番加熱ないしは燃焼空気の交番リジェネレイティブ供給時に）完全に、排ガス量の化学的な均衡を、必ずしも正しく実現することができないタイムスケールをもたらす。加熱は数十分の比較的長いスケールで規則的に変化するが、左側の蓄熱体から右側の蓄熱体へのガス流の通過は数分までしか続かない。場合によっては、これは、化学的な均衡が調整されるのに、充分ではない。
【０００９】
さらに、各工業炉に対する最適な燃焼条件の採用が有効である。殊に燃焼調整不足時にまたは炉空間内の燃料流および燃焼空気流の案内が適当でない場合に、最終的に、燃料と酸素の混合不足によってまたは他の原因で、酸化手段である酸素の構築が充分であるのにもかかわらず、燃焼ダイナミクスの遅延が生じ得るということが明らかである。これによって、一酸化炭素の濃度は格段に高くなってしまう。すなわち、一酸化炭素の均衡割合を格段に上回ってしまう。このような状況および火炎空間後の排ガスにおいて化学的な均衡がもはや得られない、または化学的な均衡に充分に近づけないような他の実際の状況では、一酸化炭素割合を求めるための上述した方法は不十分であることが判明している。殊に、一酸化炭素割合を考慮して、リジェネレイティブバーナー型工業炉を開ループ制御および／または閉ループ制御する方法においては、一酸化炭素割合の特定は改善されるべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＤＥ４３２３８７９Ａ１号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「Ｓｅｎｓｏｒ９５，Ｎｕｅｒｎｂｅｒｇ，Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ，Ｋｏｎｇｒｅｓｓｖｅｒｏｅｆｆｅｎｔｌｉｃｈｕｎｇ  第８４５頁〜第８４８頁（ＡＣＳ１９９５）」におけるＭｏｅｂｉｕｓ等著の開示物
【非特許文献２】「８１ｔｈ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｏｘｉｄｅ−Ｉｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｓｏｌｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ｐｏｓｓｉｂｌｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」
【非特許文献３】「８０ｔｈ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ３９−４０（１９９４、ｓ．２２９−２７２）」
【非特許文献４】Ｚｉｒｏｘ  Ｓｅｎｓｏｒｅｎ＆Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ  ＧｍｂＨ  Ｉｎｆｏｍａｔｉｏｎｓｂｌａｔｔ  １９９５「Ｇｒｕｎｄｌａｇｅｎ  ｄｅｒ  Ａｎｗｅｎｄｕｎｇ  ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｉｓｃｈｅｒ  ＺｒＯ２−Ｆｅｓｔｅｌｅｋｔｒｏｌｙｔｓｅｎｓｏｒｅｎ  ｂｅｉ  ｄｅｒ  ｏｐｔｉｍａｌｅｎ  Ｆｕｅｈｒｕｎｇ  ｖｏｎ  Ｖｅｒｂｒｅｎｎｕｎｇｓｐｒｏｚｅｓｓｅｎ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ここから本発明が始まる。本発明の課題は、一酸化炭素割合の特定を改善することができる、排ガス流における一酸化炭素割合を求める方法並びに装置を提供することである。殊に、リジェネレイティブバーナー型工業炉の改善された開ループ制御方法および／または閉ループ制御方法が提供されるべきである。殊に、改善された開ループ制御部および改善された工業炉が提供されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の課題は、
複数のセル電圧値から
・少なくとも１つの均衡値を求め、
・均衡値と比べて高い非均衡値を求め、
ここで、
均衡値を使用して、排ガス内の均衡割合をあらわす、殊に容積濃度をあらわす第１の一酸化炭素割合を求め、
高い非均衡値を使用して、排ガス内の非均衡割合をあらわす第２の一酸化炭素割合を求める、ことを特徴とする方法によって解決される。
【００１４】
本発明に関連するこの課題は、請求項１の方法によって、殊にリジェネレイティブバーナー型工業炉の開ループ制御方法および／または閉ループ制御方法によって解決される。本発明のコンセプトは、排ガス流内の一酸化炭素割合を求めるために請求項１の方法を使用している、工業炉、有利にはリジェネレイティブバーナー型工業炉の動作方法、殊に閉ループ制御されたおよび／または閉ループ制御された動作方法も挙げる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】特に有利な実施形態に従った、右側および左側に蓄熱体を有するリジェネレイティブバーナー型工業炉の概略図であり、ここでは、本願発明のコンセプトに従った温度閉ループ制御モジュールとラムダ閉ループ制御モジュールとを備えた開ループ制御装置が設けられている
【図２】図１に示されたラムダゾンデのセル電圧値の例示的なシーケンスであり、ここには、通常の燃焼状況での（すなわち均衡状態にあり、充分に酸素が供給されている）、ラムダゾンデに対するネルンストの式および水−ガスの式を介して求められた酸素割合もともに示されている
【図３】図１に示されているラムダゾンデのセル電圧値の例示的なシーケンスであり、ここには、酸素不足の燃焼状況での（すなわち均衡状態にあり、充分に酸素が供給されていない）、ラムダゾンデに対するネルンストの式および水−ガスの式を介して求められた酸素割合もともに示されている
【図４Ａ】図１に示されているラムダゾンデのセル電圧値の例示的なシーケンスであり、ここには、セル電圧ピークの典型的な表示を伴う不十分な燃焼の場合の燃焼状況での、ラムダゾンデに対するネルンストの式および水−ガスの式を介して求められた酸素割合もともに示されている
【図４Ｂ】引き伸ばされた時間軸上での、図４Ａのセル電圧値のシーケンスの拡大表示
【図５】有利な実施形態に則した、リジェネレイティブバーナー型工業炉の排ガスにおける一酸化炭素割合を求めるための方法のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１６】
冒頭に記載されている様式の方法から出発して、本発明は、リジェネレイティブバーナー型工業炉、殊にガラス溶解炉の排ガス流における一酸化炭素割合を求めることを行う：
・排ガス流内に、ラムダゾンデ、殊にジルコニア固体電界ゾンデを取り付ける
・少なくとも１つのセル電圧を、時間の関数としてのセル電圧値によって提供し、このセル電圧値に基づいて
・計算規則を用いて、排ガス内の一酸化炭素割合を求める。この計算規則はここで第２の計算規則と称される。
【００１７】
本発明では、セル電圧値から、少なくとも１つの均衡値と、少なくとも１つの、この均衡値と比べて高い非均衡値とを求める。ここでこの均衡値は、均衡割合を表す、排ガス内の第１の一酸化炭素割合を求めるために使用され、非均衡値は、非均衡割合を表す、排ガス内の第２の一酸化炭素割合を求めるために使用される。一酸化炭素割合は殊に、容積濃度の形態において求められる。この方法は、ジルコニア固体電界質ゾンデを用いて実行するために特に有利であることが判明している。
【００１８】
装置に関する課題は、請求項２０に記載されている、リジェネレイティブバーナー型工業炉に対する開ループ制御装置によって解決される。この開ループ制御装置は、本発明のコンセプトにしたがって方法を実施するように構成されている。この開ループ制御装置は、１つまたは複数のハードウェアモジュールおよび／またはソフトウェアモジュールを有することができる。これらのモジュールは、このコンセプトにしたがって１つまたは複数のステップを実施するように構成されている。
【００１９】
装置に関する課題は、請求項２１に記載されている、リジェネレイティブバーナー型工業炉、殊に上述した様式の開ループ制御装置を有するガラス溶解炉によっても解決される。
【００２０】
本発明は、有害物質が少なく、省エネであり、それにもかかわらずソフトな、工業炉の作動様式に対して（有利には、空気余剰分ラムダをできるだけ正確に求め、閉ループ制御する他に）、一酸化炭素割合ＣＯの均衡割合を格段に上回って生じる上述した一酸化炭素割合を適時に識別することも必要であるという考察から始まる。有利には、属する酸素割合または属する空気余剰値（ラムダ値）が均衡状態において、均衡値を用いることによって求められる。しかし、本発明から分かるように、排ガス内の、非均衡割合を示す第２の一酸化炭素割合は、酸素の均衡値を求めることなく、求められる。
【００２１】
本発明は、現在のラムダ値の測定および閉ループ制御が必ずしも良好な結果で、一酸化炭素濃度の測定およびこれに基づく閉ループ制御によって置換されない、という考察にも基づく。なぜなら一酸化炭素の測定によって、実際に存在する燃焼空気を直接的に推測することができないからである。殊にこれには、適切な空気量を見いだすために、例えば（実際の燃焼ダイナミクスで測定される）この種のＰＩＤアルゴリズムが緩慢すぎるであろう、という考察が寄与する。殊に、一酸化炭素の測定から直接的な推論はできない。なぜなら一酸化炭素適応のみが、ラムダ測定の代わりにではなく、ラムダ測定に加えてのみ、不足している燃焼ダイナミクスの影響の別個の評価を可能にするからである。
【００２２】
従って本発明は、殊に工業炉の開ループ制御および／または閉ループ制御に対して、均衡一酸化炭素割合を格段に上回る非均衡一酸化炭素割合の原因を考慮することが必要である、という考えに基づく。この場合には空気不足と、充分な空気供給にもかかわらず生じた燃焼ダイナミクスの不足とが異なる対応を必要とするので、有利には、閉ループ技術的に別個の考慮が必要とされることが判明している。
【００２３】
少ない空気余剰分の安定した保持に関する閉ループ技術的なコントロールは、有利には、排ガス流における現在の酸素濃度の現場での測定（すなわち時間の関数として）と、ここから生じる現在の空気余剰分、ラムダの値算出とを必要とする。一酸化炭素の過度に高い濃度に関する正当な考えは、（有利には付加的に）同じ測定箇所での一酸化炭素濃度の測定を必要とする。従って発展形態は、排ガス内の酸素割合のための第１の計算規則によって、酸素割合を求めることをベースにする。
【００２４】
本発明のコンセプトに従うと、排ガス内の一酸化炭素割合のための第２の計算規則によって、排ガス内の一酸化炭素割合が求められる。本発明はさらに、一酸化炭素の非均衡割合が、一酸化炭素の均衡割合に依存しないで求められるべきであることを認識している。このコンセプトは、（簡単に表せば）、有利には２つの別個の評価を設定する；１つは、排ガス内の、均衡割合、殊に容積濃度を表す第１の一酸化炭素割合を求めるためのものであり、もう１つは、排ガス内の、非均衡割合を表す第２の一酸化炭素割合を求めるためのものである。ここで、２つの別個の実際の測定が、１４００℃を超える炉温度での同じ測定箇所で、かつ化学的に攻撃性の周辺環境下で、比較的高い技術的力によってのみ実現されるであろう、ということが認識されている。従ってラムダ測定に基づく一酸化炭素の改善された、理論的な算出が優先される。
【００２５】
一酸化炭素の均衡割合と非均衡割合との別個の計算は、本発明の識別では、データセットから、すなわちセル電圧から可能であり、殊に、時間の関数としての幾つかのセル電圧値から可能である。
【００２６】
驚くべきことに、いずれにせよ、燃焼ダイナミクスが不足していることによって生じる過度に高い一酸化炭素濃度はセル電圧において、時間的に制限され、繰り返し生じるセル電圧上昇として、殊にセル電圧ピークとして識別可能であるということが判明した。本発明はこれが、多くの場合に測定される、排ガス流内の酸素濃度に加えて生じることを認識している。しかしここで、２つの信号割合は、別個に評価可能である。セル電圧値の測定データ流には（有利には、酸素濃度を求めるために）、これまでに考慮されないままであったセル電圧上昇が、殊に比較的極めて短いセル電圧ピークが重畳される。このセル電圧ピークは本発明では、化学的な均衡を格段に超えている一酸化炭素濃度に割り当てられている。
【００２７】
信号成分の具体的な形状に依存せずに、本発明は次のことを認識している。すなわち、上述した、一酸化炭素の非均衡割合の場合には、セル電圧から均衡値が求められ、かつこの均衡値と比べて格段に高い非均衡値が求められる、ということを認識している。上述した場合には、次のことに基づいている。すなわち、排ガスは均一なガス混合気を表しているのではなく、ラムダゾンデを、（比喩的に表現された）例えば一連の乱流クラスタ（これらは、格段に異なる化学的な組成を有する）が通過するということに基づいている。本発明は、信号評価時に、高い非均衡値が、同じ排ガス流に対して、均衡値に実質的に依存せずに評価される、ということに基づいている。実際にはこれによって、セル電圧の優勢を占めるベースレベルを通常のように評価することが可能になり、これによって存在する酸素濃度が均衡一酸化炭素を含めて求められ、さらにこれに加えて、例えば、不足している燃焼ダイナミクスからまたは他の理由から生じる、均衡状態にない過度に高い一酸化炭素濃度も評価することが可能になる。さらに、均衡値に対する寄与および高い非均衡値に対する寄与が、別個に考慮される。
【００２８】
本発明の特に有利な発展形態は、従属請求項に記載されており、詳細にはこれによって、本発明のコンセプトをプロジェクトの範囲内で、更なる利点を有するように改善することができる。
【００２９】
殊に、分析されるべき排ガス流内に存在する、それ自体公知のジルコニア固体電界質ゾンデのセル電圧の連続する測定データから、セル電圧値の平均的なベースレベルとは格段に異なる、周期的に繰り返されるセル電圧ピークが分けられ、別個の信号評価が行われる。有利には、セル電圧ピークの繰り返し周期および電圧レベルは、化学的な均衡と比べて過度に高い、一酸化炭素の容積濃度に対する尺度である。
【００３０】
従って、例えば、上述した例に従ってセル電圧ピークの頻度およびレベルを評価することができる。このために例えば、上述したセル電圧ピークが測定データ流から分けられ、検出される。殊に、セル電圧値のベースレベルとの混合は行われない。２つの信号成分に対して、適切な、この場合には殊に同じ信号評価が、ネルンストの式および水−ガスの式（これら２つは、準静的な均衡状況に対する）に基づいて行われる。この結果、酸素割合と均衡一酸化炭素割合の他に、非均衡一酸化炭素割合も提示される。
【００３１】
特に有利には、ラムダゾンデのセル電圧に加えて、ラムダゾンデの温度が供給される、および／または燃料組成が供給される。殊にラムダゾンデの温度に加えて、殊に、排ガス温度と燃料組成が提供される。燃料は、工業炉、殊にガラス溶解炉を加熱するために燃焼空気との燃焼に用いられる。
【００３２】
有利な発展形態では、第１の計算規則は、ゾンデ規則である。すなわち、ラムダゾンデの動作モデルに従って形成された計算規則である。殊にこの計算規則は、ネルンストの式に基づいた、ラムダゾンデのセル電圧および温度の関数である。有利には、ネルンストの式に基づいたこの計算規則は、Ｉｎ（Ｏ２割合）＝Ｃ１−Ｃ２＊Ｕ／（Ｔ＋Ｔ０）の形を有している。ここに挙げられている定数Ｃ１およびＣ２は有利には、ラムダゾンデの種類、殊にすなわちジルコニア固体電解質ゾンデを考慮している定数である。殊に、これらの定数は、空気の標準酸素割合も考慮することができる。定数Ｔ０は、絶対的な零点に対する温度差を考慮し、温度が摂氏で表される場合には、通常、２７３になる。ネルンストの式は、ジルコニア固体電解質ゾンデまたは類似のラムダゾンデを表すためのベースとして用いるために、殊に有利であることが判明している。
【００３３】
有利には、排ガス中の一酸化炭素割合に対する第２の計算規則は、燃焼規則である。この規則は、水−ガスの式をベースにして燃料組成を使用しており、殊にＩｎ（ＣＯ割合／ＣＯ２割合）＝Ｄ１−Ｄ２＊（Ｕ０−Ｕ）／（Ｔ＋Ｔ０）の形である。
【００３４】
有利には、排ガス中の一酸化炭素割合に対する第２の計算規則は、燃料組成も利用する燃焼規則である。殊に、燃焼規則の形態での第２の計算規則は付加的に、セル電圧および排ガス温度および／またはラムダゾンデの温度の関数である。殊に、ラムダゾンデの温度の変わりの排ガス温度の関数である。有利には、第２の計算規則は水−ガスの式の様式において、殊に均衡または準均衡状況に対して形成されており、有利には、Ｉｎ（ＣＯ割合／ＣＯ２割合）＝Ｄ１−Ｄ２＊（Ｕ０−Ｕ）／（Ｔ＋Ｔ０）の形である。Ｄ１およびＤ２はここで、定数として、ラムダゾンデの種類を考慮する。Ｕ０は、他のガス成分によって生起されたセル電圧を考慮する。Ｔ０は、絶対的な温度零点に対する上述した差である；すなわち、Ｔが摂氏で表される場合には２７３である。
【００３５】
上述の発展形態に関しては、殊にＭｏｅｂｉｕｓの冒頭に挙げた開示文献（ＤＥ４３２３８７９Ａ１号にも記載されている）を参照されたい。これらは引用によって完全に本出願の内容に組み込まれている。殊に、従って、Ｈ２＋ＣＯとの対比におけるＨ２Ｏ＋ＣＯ２の割合の酸化還元指数並びに炭素−水素比Ｖ、すなわちＨ２＋Ｈ２Ｏとの対比におけるＣＯ＋ＣＯ２も、ガス−水−構成要素、すなわちＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２およびＨ２Ｏの濃度の総計Ｓとしても用いられる。
【００３６】
有利には、非均衡割合をあらわす第２の一酸化炭素割合を求めるための第２の計算規則によって、排ガス中の酸素成分は無視される、または無視できるまで僅かな酸素成分を用い一酸化炭素の非均衡割合が求められる。この発展形態は有利には次のような想定に基づいている。すなわち、酸素割合が僅かにのみ下降する、ないしは上述のシナリオにおいてのみ作用を及ぼすという想定である。殊に、セル電圧に加えて、排ガス温度が、ラムダゾンデの温度の代わりに使用される。これも、第２の計算規則の使用時に有利であることが判明している。
【００３７】
特に有利な発展形態において、次のことも有利であると判明している。すなわち（非均衡割合を表す、排ガス中の第２の一酸化炭素割合を求めるのに加えて）、均衡割合を表す、排ガス中の第１の一酸化炭素割合を求めるために、
・第１の計算規則を用いて、かつ排ガス中の無視できない酸素成分を用いて、排ガス中の酸素割合を求め
・上述した均衡値を用いて、第２の計算規則を用いて、均衡割合、殊に容積濃度を表す、排ガス中の一酸化炭素割合を表す、排ガス中の一酸化炭素割合を求める
ことも有利であることが判明している。
【００３８】
この方法の特に有利な発展形態では、時間の関数であるセル電圧に対して、特定の積分時間窓および／または特定の微分時間窓が設定される。ここでこの微分時間窓は、積分時間窓よりも小さい；すなわち殊に、微分時間窓は積分時間窓よりも僅かなセル電圧値を有している。上述した時間窓を用いて、特に有利な方法で、一酸化炭素割合の均衡割合を求めるための均衡値ないしは一酸化炭素割合の非均衡割合を求めるための高い非均衡値が求められる。有利には、特定の積分時間窓のタイムスケール上で均衡値が求められる。有利には、高い非均衡値は、微分時間窓のタイムスケール上で求められる。積分時間窓は有利には１００秒を上回る範囲内にあり、殊に２００秒を上回る範囲内にある。微分時間窓は有利には５０秒を下回る範囲内にあり、有利には１０秒を下回る範囲内にあり、特に有利には５秒を下回る範囲内にある。これらの時間窓は有利には、急性の値自体にわたった継続的な平均値形成のために利用される。
【００３９】
有利には、均衡値は、積分時間窓内の全てのセル電圧値の平均値として求められる。殊に均衡値は時間の関数として求められ、有利には閾値領域を下回るセル電圧値の、殊に継続的な長期間平均値として求められる。例えば、積分時間窓は時間の関数であるセル電圧にわたる継続した時間窓として規定される。従って複数のセル電圧値が有利には上述した幅の積分時間窓に延在しており、各現在のセル電圧値が積分時間窓にわたって求められ、セル電圧値の継続した長期間平均値が得られる。
【００４０】
工業炉の故障調整が存在する場合には、実際に、一酸化炭素割合の非均衡割合を表すセル電圧ピークは格段に不足状態にあり、セル電圧値の長期間平均値がほぼ影響されないことが判明している。この場合には、実際には均衡値は格段に閾値領域を下回っている、ないしは高いセル電圧値の継続的な長期間平均値は格段に閾値領域を上回っている。これは基本的に、高い一酸化炭素値を有していない動作炉の通常の調整と比較して異なるシナリオである。これは、均衡状態において高い一酸化炭素割合を有する酸素不足状況と比べて、基本的に異なるシナリオでもある。
【００４１】
有利には、非均衡割合を表す、排ガス中の第２の一酸化炭素割合を求めるための高い非均衡値は、この高い非均衡値が閾値領域を超えている場合にのみ使用される。この発展形態は、均衡調整外に、周期的に繰り返されるセル電圧ピークが生じるという事実を考慮している。このセル電圧ピークは、セル電圧値の平均的な基本レベルと格段に異なっている。
【００４２】
殊に、非均衡割合を表す、排ガス中の第２の一酸化炭素割合を求めるための高い非均衡値が、排ガス温度が少なくとも１０Ｋ、有利には少なくとも２５Ｋ、標準温度の上方に位置する場合にのみ利用されてもよい。この発展形態は、このような、均衡状態を超えた一酸化炭素の過度に高い濃度が、典型的に、過度に高い排ガス温度も伴うことを認識している。「通常の」燃焼比に対して５０Ｋまでの温度上昇が観察される。一酸化炭素自体は過度上昇温度と同様に、回避可能なエネルギー損失の原因となり、炉の耐火材料を損傷させる恐れがある。
【００４３】
本発明の付加的または択一的な発展形態では、高い非均衡値は、閾値領域を上回る全てのセル電圧値の平均値としてまたはエンベロープ値として、微分時間窓内で求められる。殊に、高いセル電圧値を形成するために、分離されたセル電圧ピークを有するラムダゾンデの信号評価が行われる。
【００４４】
殊に、次のことが有利であると判明している。すなわち、均衡値と比べて高い非均衡値を時間の関数として求め、殊に、閾値領域上方の高いセル電圧値の継続した長期間平均値として求めることが有利であると判明している。特に有利な発展形態では、例えば、セル電圧ピークを識別するために、調整可能な多数のセル電圧値（すなわち、例えば積分時間窓の間の調整可能な多数のセル電圧値）が、電子評価装置内に平滑化して格納されるのが有利であることが判明している。この場合には、記憶されているセル電圧値の最大値またはエンベロープ値が、現在の一酸化炭素割合を求めるために利用される。
【００４５】
具体的なセル電圧値である最大値とは異なり、エンベロープ値とは、複数の最大値を平均することから生じるものである。すなわちエンベロープ値は、セル電圧値の各最大値にはならず、時間の関数として、最大値ないしはセル電圧値としての継続的かつ緩慢に変化する経過特性を有している。
【００４６】
基本的には、高い非均衡値を求めるために用いられるセル電圧値および／または高い非均衡値が、１．５倍、有利には２．０倍以上、有利には２．５倍以上、有利には３倍以上、殊に４倍だけ上回ることが有利である。比較的短い微分時間窓内に制限されたこれらのセル電圧ピークが有利には５秒を下回る、殊に２秒を下回る、殊に１．５秒を下回る半値幅を有することが判明している。例えば、一酸化炭素濃度の遅延燃焼のケースの場合には、セル電圧ピークは僅かにだけ均衡濃度、すなわち、セル電圧の均衡値を上回るのではない。むしろ、一酸化炭素濃度は、このような場合には、一酸化炭素基本濃度の２０〜５０倍、またはそれ以上になる。セル電圧値においてこれは次のことを意味する。すなわち、均衡値の４倍以上のセル電圧値が得られるということを意味する。より容易に表現すると、セル電圧ピークの振幅は比較的強く、幅が狭い。
【００４７】
さらに有利には、高い非均衡値を求めるために使用されるセル電圧値は、１分あたり、１〜５個の値の平均的なレートで生じる。殊に、積分時間窓は次のように構成される。すなわち少なくとも、平均して、２つのセル電圧値が、高い非均衡値を求めるために使用されるように構成される。
【００４８】
殊に、閾値領域が、均衡値の１．０倍と均衡値の１．５倍との間にあるセル電圧の領域をカバーしているのは有利である。
【００４９】
有利には、排ガス中の第１の一酸化炭素割合が均衡値から、排ガス中の第２の一酸化炭素割合が高い非均衡値から、同じ、少なくとも１つの計算規則を用いて求められる。殊に、第１のネルンストの式の使用および水−ガスの式の使用は、均衡値から排ガス中の第１の一酸化炭素割合を求めるために、第２の一酸化炭素割合を求めるのと同じ方法で行われる。
【００５０】
さらに、同じ測定箇所での他の独立した一酸化炭素濃度測定と比べて、一酸化炭素測定を較正するために、１つの積分時間窓の間のセル電圧値の調整可能な数を適切に調整すること、および／または分析される排ガスと測定ゾンデ自体の温度の間の温度差の適切な想定を使用することが有利であることが判明している。
【００５１】
積分時間窓の幅は殊に、できるだけ良好に分離された均衡値と非均衡値を時間の関数として求めることを可能にするために有利に使用されるパラメータである。同様に、分析される排ガスの温度と測定ゾンデの温度との間の温度差は、できるだけ良好に分離される均衡値と非均衡値を時間の関数として求めることを可能にするためのパラメータとして使用される。
【００５２】
本発明の実施例を次に、図に基づいて説明する。これの図は、必ずしも縮尺通りに実施例を表すのではなく、むしろ、概略的におよび／または僅かに歪んだ形で示され、説明のために用いられる図である。図から直接的に見て取れる教示の捕捉については、関連している従来技術を参照されたい。ここで次のことが考慮されるべきである。すなわち、多様な修正および変更が、本発明の全般的な着想から逸脱することなく、実施形態の形状および詳細に関して行われることが考慮されるべきである。明細書および図面並びに請求項において開示された、本発明の特徴は、単独でも任意の組み合わせでも、本発明の発展形態に対して重要である。さらに、本発明の枠内には、明細書、図面および／または請求項に開示されている特徴の少なくとも２つの特徴から成る全ての組み合わせが含まれる。本発明の全般的な着想は、以降で図示され、説明される有利な実施形態の正確な形状または詳細に制限されない、または請求項に記載されている構成要件と比較して制限されているであろう構成要件に制限される。計測範囲が示されている場合には、挙げられた境界内の値も、非均衡値として開示され、任意に使用可能および請求可能であるべきである。
【００５３】
本発明の他の利点、特徴および詳細を有利な実施例の以降の説明において並びに図面に基づいて記載する。
【実施例】
【００５４】
図１は、炉空間１０を有するリジェネレイティブバーナー型工業炉１００を簡略的に示している。閉ループ制御区間であるこの炉空間１０の炉上方空間１が閉ループ制御され、炉下方空間２では、詳細に図示されていないガラス溶解槽を有している。ガラス溶解槽内に含まれているガラスは、炉空間１０を介して、溶解温度を超えて加熱され、板ガラス等の製造のために溶解され、適切に処理される。工業炉１００は、側方に取り付けられた複数の燃料インジェクター２０を介して燃料（ここでは燃焼ガスの形態）が上方炉１内に噴射されることによって加熱される。複数の燃料インジェクター２０のうち、１つの左側のインジェクター２０が示されている。他の複数の燃料インジェクター２０’のうち、１つの右側のインジェクター２０’が示されている。見やすくするために、以降では、同じ部分または類似した部分または同じ機能または類似の機能を有する部分に、同じ参照符号が用いられている。例えば、左側ないしは右側にそれぞれ、６つのインジェクター２０、２０’を設けることができる。図１に示されている加熱周期では、燃料インジェクター２０を介して燃焼ガスが上方炉１内に、実際には燃焼空気を用いることなく噴射される。燃料インジェクター２０の上方には、予熱された燃焼空気ＶＢが、左側の開口部３０を介して上方炉１内に供給される。開口部３０からの燃焼空気は、上方炉１において、燃料インジェクター２０によって噴射された燃焼ガスと混合され、下方炉を覆う炎４０が生成される。ここではこの炎は、象徴的に示されている。図１は、左側の蓄熱体５０と左側のインジェクター２０を介したリジェネレイティブ加熱状態の工業炉１００を示している。これら、および開口部３０は次のように設計されている。すなわち、インジェクター２０を介して供給された燃焼ガスが、化学量論的領域に充分に近い領域または下方の化学量論的領域において、上方炉１内の左側の蓄熱体の燃焼空気と混合されるように設計されている。左側のインジェクター２０を介した燃焼ガスの噴射のもとでの上方炉１の左側の加熱の図１に示された動作状態および左側の蓄熱体５０を介した燃焼空気ＶＢの供給は、例えば２０〜４０分の第１の周期持続時間の間、続く。この第１の周期持続時間の間、燃焼空気ＶＢは、炉空間１０の上方炉１へ、燃焼ガス２０とは分離して供給される。この第１の周期持続時間の間、排ガスＡＧは、上方炉１から、右側の開口部３０’を介して右側の蓄熱体５０’に供給され、ここでこの蓄熱体を加熱する。
【００５５】
第２の動作状態では、類似した時間的な長さを有する第２の周期持続時間の間に、炉上方１の加熱が逆に行われる。このためにこの場合には、燃焼空気ＶＢが右側の蓄熱体５０’を介して上方炉１へ、右側のインジェクター２０’からの燃焼ガスとともに供給される。ここでこの場合には燃焼空気ＶＢは、排ガスＡＧによって第１の周期持続時間において蓄熱体５０’内に蓄積された熱を受容している。
【００５６】
燃料流および／または燃焼空気流の閉ループ制御は、基本的に、工業炉１００用の開ループ制御装置１０００の温度閉ループ制御モジュール２００を介して行われる。基本的には、このために、温度閉ループ制御モジュール２００内にＰＩＤ−閉ループ制御部が組み込まれる。これに従って、燃料流および／または燃焼空気流を高めて、炉空間温度が高められる、ないしは、燃料流および／または燃料空気流を低減させて、炉空間温度が低減される。温度閉ループ制御モジュール２００には、蓄熱体ヘッド５１ないしは５１’の温度値または炉上方空間１の温度値が、適切なゾンデ５２、５２’、５３を介して供給される。これらのゾンデ５２、５２’、５３はここで、いずれにせよ一部分で、温度ゾンデの他に、燃料−空気−比を測定するための適切なラムダゾンデも有する。
【００５７】
殊に、ゾンデ５３を介して測定される上方炉内の温度は、温度閉ループ制御モジュール２００の入力量として用いられ、例えば、これに基づいて温度平均化および温度特性の外挿が、周期持続時間の終わりに行われる。殊に、ゾンデ５２、５２’によって測定される蓄熱体ヘッドの温度は、余熱特性量の容易な検出の基礎として用いられる。
【００５８】
ゾンデ５２、５２’およびゾンデ５３ないし場合によって、同じ場所に配置されているラムダゾンデまたは他の測定センサは、例えば空気量または排ガス量に関する測定値を、このような容易な検出の場合には、開ループ制御装置１０００のラムダ評価モジュール３００の入力側に供給することができる。
【００５９】
図２は、僅かにではあるが充分に調整された酸素余剰を有する、ガラス溶解槽の通常動作の場合のゾンデ５２、５２’のラムダゾンデのセル電圧値の経過を示している；すなわち、１．０３〜１．０７の間のラムダ値の場合である。残留酸素濃度は、この場合、排ガスにおいてほぼ０．７〜１．５％の間である。具体的には、時間の関数であるセル電圧値ＵＲの右側の経過は、属する右側の残留酸素割合ＯＲとともに示されている（すなわち左側の加熱の場合）。これに続く周期持続時間に対して、左側のセル電圧値ＵＬが属する残留酸素割合ＯＬとともに示されている（すなわち右側の加熱の場合）。左側のセル電圧値ＵＬは僅かに、右側の電圧値ＵＲを下回っている。ラムダゾンデ（ここではジルコニア固体電界質ゾンデ）の特性曲線に相応して、左側の酸素割合ＯＬの値は、右側の酸素割合ＯＲの値を上回っている。酸素割合ＯＬ、ＯＲに従った残留酸素濃度は、第２の計算規則に従って、Ｏ２割合をパーセント（Ｏ２％）で計算するためのネルンストの式に基づいて、
Ｉｎ（Ｏ２％）：＝３．０４１７−４６．４１８８＊Ｕ／（Ｔ＋２７３）
約０．７〜１．５％の間にある。
【００６０】
セル電圧Ｕからの均衡の場合における、％での一酸化炭素割合（ＣＯ％／ＣＯ２％）に対する比較的低い濃度は、第２の計算規則を用いて、燃焼規則としての水−ガスの式
ＣＯ％／ＣＯ２％＝ＫＷ／ＥＸＰ（（（１３７４．５−Ｕ）／（Ｔ＋２７３）−０．４０３９９）／０．０４３０８６）
に基づいて、求められる。
【００６１】
一酸化炭素成分の濃度は、約５０〜２００ｐｐｍの間である。しかし有利にはＴが必ずしも、ラムダゾンデの温度の変わりに、排ガス温度である必要はない。
【００６２】
セル電圧の均衡値の検出（これは右側のセル電圧ＵＲであっても、左側のセル電圧ＵＬであっても）は、実質的に定数を生じさせない（各周期持続時間に対する時間の関数として）。均衡値と比べて高い非均衡値は、図２に示された状況では（いずれにせよ、適切な大きさの閾値領域を超えず）求められない。適切な大きさの閾値領域は、均衡値の１．０倍〜均衡値の１．５倍の間に位置するセル電圧値の範囲を含んでいるべきである。通常の燃料状況時（すなわち均衡状態にあり、充分に酸素が供給されている）の酸素割合のここで示された状況では、均衡値と比べて高い非均衡値は実際には存在しない。セル電圧値は、ほぼ周期持続時間ごとに同じ領域内に、ないしは均衡値を中心にしたある程度の分散を伴って位置している。ここでこの分散は、上述した閾値領域の格段に下方に位置している。
【００６３】
図３も同様に、右側のセル電圧値ＵＲを示している。これは、図２に示されたＵＲと比べて高く、残留酸素濃度に相応して、相応に低い右側の酸素割合ＯＲを生じさせる。後続する周期持続時間（右側の加熱）の際には、左側のセル電圧値ＵＬは、中央値を中心にした比較的強い散乱を伴い、さらに高くなる。左側の酸素割合ＯＬは、実際には存在しない残留酸素濃度に相当する。均衡値は、右側のセル電圧値ＵＲからも、（左側のセル電圧値ＵＬが比較的高い分散を有していても）左側のセル電圧値ＵＬからも求められる。しかし、この分散は、共通の均衡値の下方および上方に延在する。従って均衡値と比べて高い非均衡値は、周期持続時間にわたって、右側の加熱時および左側の加熱時に、実際には示されない。この状況は、不十分なないしは理論空燃比より下の空気割合を有する工業炉の動作を表す。すなわち、完全に燃焼された酸素を表す。それにもかかわらず、上述したように、周期持続時間にわたった平均値として均衡値を規定することができ、酸素供給不足にもかかわらず、均衡状況になる。
【００６４】
図４Ａは、これに対して例示的に、本発明のコンセプトの基となる状況を示している。図４Ａはまずは右側のセル電圧値ＵＲを示し（すなわち左側の加熱時）、次の周期持続時間に対して、左側のセル電圧値ＯＬを示す（すなわち、右側の加熱時）。
【００６５】
上述した第１の計算規則をネルンストの式に基づいて計算し、上述した第２の計算規則を水−ガスの式に基づいて計算する場合に、一酸化炭素濃度が生じる。これは、一酸化炭素割合の均衡濃度を僅かに上回るだけでなく、このような場合に、２０〜５０倍、またはさらに高い濃度が、極めて高い一酸化炭素割合に相応して生じる。これは、識別可能な均衡値ＧＷと比較してセル電圧値の最大値ＭＷを有する、目立つ、上方へと（すなわち片側でのみ正の領域）形成されているセル電圧ピークによって示される。
【００６６】
驚くべきことに、これらのサインは、過度に高い一酸化炭素濃度を有する不足している燃焼ダイナミクスに対して特徴的であることが判明した。これは、セル電圧値において、時間的に制限された最大値ＭＷを有する、繰り返すセル電圧ピークを生じさせる。実際には、これは、それ自体、酸素特定のためのジルコニアゾンデで識別可能であり、かつ測定される。ジルコニアゾンデ（すなわちゾンデ５２、５２’）で測定可能なセル電圧値はほぼ、排ガス流内の酸素濃度に相応する。これは、上述したように、第１の計算規則を用いて、ネルンストの式に基づいて評価可能である。しかし、セル電圧値の測定データ流には、これまで考慮されないままであった、極めて短時間のセル電圧ピークも重畳される。このセル電圧ピークは、化学的な均衡を格段に超えた、高い一酸化炭素濃度に相応する。
【００６７】
引き伸ばされたタイムスケール上でのより正確な観察（これは部分的に、図４Ｂにおいて、図４Ａに示されたセル電圧値から抜粋されている）は、このようなセル電圧ピークが、１〜３秒の半値幅ＨＷＢに制限されていることを示している。すなわち、ジルコニアゾンデの従来の信号評価では、これは雑音内に埋没してしまう、ないしは、均衡値ＧＷの検出時に平均値形成によって抑圧されてしまう。
【００６８】
これが（簡単な平均値形成のみによって一酸化炭素割合を求めることを可能にするためには）、サインを考慮して、図４Ｂにおいて識別可能であるように、充分でないことが判明している。むしろ、２つの別個の信号サインが識別される。すなわち、均衡値ＧＷの周囲に分配された大多数の測定値と、高い非均衡値ＮＧＷの周囲に分配された上述した僅かな数の測定値である。
【００６９】
均衡値ＧＷは、図４Ｂに示されている積分時間窓ＩＺ上で、そこに存在している全てのセル電圧測定値を平均することによって求められる。均衡値ＧＷは、ここでは約１００ｍＶにある。
【００７０】
図４Ｂは、燃焼ダイナミクスが不足しているケースを示している。ここで酸素濃度は１．５％を超え、充分であるのにもかかわらず、２０００〜５０００ｐｐｍを超えるクリチカルな一酸化炭素濃度が観察される。すなわち、理論的な均衡一酸化炭素割合を２０〜５０倍上回っている。均衡状態を超えるこのような過度な一酸化炭素ＣＯ濃度は、典型的に、過度に高い排ガス温度も伴う。通常のバーンアウト比に対して、５０Ｋまでの温度上昇が観察された。一酸化炭素（ＣＯ）自体（上述した過度上昇温度と同様に）、回避可能なエネルギー損失の原因となり、炉の耐火性の材料に損傷を与える可能性がある。この場合には、実際には、均衡値と比べて高い非均衡値ＮＧＷが求められる。ここでこの高い非均衡値ＮＧＷは、排ガス中の、非均衡割合を表す第２の一酸化炭素割合を求めるのに使用される。
【００７１】
高い非均衡値ＮＧＷはここでは、閾値領域上方にある全てのセル電圧値の平均値として、微分時間窓ＤＺ内で求められる。積分時間窓ＩＺはここで約６００秒である。すなわち、約１０分である。例示的に示された微分時間窓ＤＺは、ここではたった約１０秒である。この微分時間窓ＤＺが積分時間窓ＩＺを通過し、この微分時間窓ＤＺにわたって、閾値領域ＳＢの上方のセル電値の継続的な平均値を形成する場合（閾値領域はここで１５０〜２５０ｍＶの間にある）、時間の関数である、エンベロープ値ＥＷの、図４Ｂに示した特性経過が得られる。ここでエンベロープ値ＥＷは、時間の関数として、微分時間窓にわたったセル電圧値の継続した短時間平均値形成を介して、セル電圧値が閾値領域ＳＢの上方に位置する限り、生じる。均衡値と比べて高い非均衡値ＮＧＷも、時間の関数として存在し、閾値領域上の継続的な短時間平均値として形成される。閾値領域ＳＢを１５０〜２００ｍＶの領域まで下げる場合、エンベロープ値ＥＷはより強く変動するであろう。これは殊に、微分時間窓ＤＺをより短くした場合に、さらにセル電圧ピークに集約される。すなわち、より大きい振幅変動と、最大値ＭＷを中心としたより僅かな半値幅ＨＷＢを有する。
【００７２】
基本的に、セル電圧ピークを識別するために、積分時間窓ＩＺの間の調整可能な多数のセル電圧値が、電子評価装置内に平滑化して記憶される。ここで、記憶されたセル電圧値の最大値ＭＷ（ここでは経度に平均化されたエンベロープ値ＥＷ）は、現在の一酸化炭素割合を求めるために使用される。このために、図５は、排ガス流内の一酸化炭素割合を求める方法の特に有利な実施形態のためのフローチャートを示している。この方法は、図４Ａおよび図４Ｂに示されているように、セル電圧値を処理し、差別化するのに適しており、図２に示されているような良好な燃焼を有する通常の均衡シナリオから差別化するのに適しており、さらに、図３に示されている、酸素不足供給での均衡シナリオから差別化するのに適している。
【００７３】
このために、有利な実施形態では、開始ステップＳ０において、まずは装置の較正が行われる。較正のために、一酸化炭素測定において（同じ測定場所での、他の、独立した一酸化炭素濃度測定と比較して）、調整可能なセル電圧値の数の調整が変えられる。付加的にまたは択一的に、分析される排ガスＡＧとゾンデ５２、５２’または５３自体の温度との間の温度差の想定が変えられる。
【００７４】
第１のステップＳ１において、（ラムダゾンデ、例えばゾンデ５２、５２’の）セル電圧値が、例えば複数の周期持続時間にわたって、図２〜図３に示されているように測定される。第２のステップＳ２では、均衡値がセル電圧から求められる。これは積分時間窓ＩＺの間で全てのセル電圧値が平均化され、この平均値が均衡値ＧＷとしてみなされることによって行われる。この手法は、通常動作（図２）時の均衡状況において、分散の少ない均衡値ＧＷを生じさせ、酸素供給不足を伴う、均衡を下回る動作（図３）において、比較的大きい分散を伴う均衡値ＧＷを生じさせる。これは基本的に、図４Ａおよび図４Ｂの状況にも当てはまる。しかし、ここで一方では高い電圧値変動が増加して生じ、他方ではその振幅が値的に均衡値ＧＷを中心に一様に分配されず、すなわち、上方へかつ下方へ、同じ振れで分配されず、主に、片側で上方へシフトされる。
【００７５】
第３のステップでは、図４Ａおよび図４Ｂに示されているような状況が存在しているか否かが検査される。このために、セル電圧値が、格段に振幅が高いセル電圧ピークとして存在しているか否かが検査される。さらに、第４のステップＳ４において、本願で説明されている３つの条件Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が検査される。このために、第１の条件Ｂ１において、セル電圧ピークが主に、振幅Ａ＞２＊ＧＷを有する均衡値の上方に存在するか否かが検査される。最大値ＭＷに対する第２の条件Ｂ２においても、その半値幅ＨＷＢが平均で、５秒を下回っているか否かが検査される。第３の条件Ｂ３として、最大値ＭＷが、１分毎に１セル電圧ピークを上回っている頻度♯で生じるか否かが検査される。
【００７６】
３つの条件Ｂ１、Ｂ２およびＢ３が非累積的に存在する場合には、分岐「いいえ」において、新たなステップＳ９において、均衡値ＧＷの分散Ｖ（ＧＷ）が閾値ＴＨの上方に位置しているか、または下方に位置しているかが検査される。
【００７７】
均衡値の分散Ｖ（ＧＷ）が第９のステップの第１のステップＳ９．１において、閾値ＴＨを下回っている場合、図２に示されているような良好な燃焼条件での均衡状況ＧＧＷが推測される。
【００７８】
均衡値の分散Ｖ（ＧＷ）が第９のステップの第２のステップＳ９．２において、閾値ＴＨを上回っている場合、図３に示されているような、場合によって生じる酸素供給不足を伴う不安定な均衡状況ＩＧＧＷが推測される。
【００７９】
３つの条件Ｂ１〜Ｂ３が、累積的に存在する場合には、「はい」の分岐に沿って、第５のステップＳ５において例えばエンベロープ値ＥＷが最大値ＭＷに対して求められる。第６のステップの第１のステップＳ６．１において、次に、均衡値ＧＷが時間の関数として供給される。第７のステップの第１のステップＳ７．１において、均衡値ＧＷは第１の計算規則によって、ネルンストの式に基づいて使用され、第２の計算規則は水−ガスの式に基づいて利用され、これによって、均衡一酸化炭素濃度ＧＧＷ−ＣＯが、第８のステップの第１のステップにＳ８．１において求められる。
【００８０】
同様に、別の第６のステップＳ６．２では、エンベロープ値ＥＷが、時間の関数として供給される。このエンベロープ値ＥＷには、別の第７のステップＳ７．２において、ネルンストの式に基づいた第１の計算規則が施され、水−ガスの式に基づいた第２の計算規則が施され、これによって、別の第８のステップＳ８．２において、一酸化炭素割合の非均衡割合ｎＧＧＷ−ＣＯが示される。この非均衡一酸化炭素割合ｎＧＧＷ−ＣＯの結果および均衡一酸化炭素割合ｎＧＧＷ−ＣＯの結果は、ラムダ値モジュール３００内の動作方法に供給される。この動作方法は例えば、図１の工業炉１００の開ループ制御装置１０００上で実施される。
【符号の説明】
【００８１】
１  炉上方空間、  ２  炉下方空間、  １０  炉空間、  ２０  燃焼ガス、  ２０  左側の燃料インジェクター、  ２０’  右側の燃料インジェクター、  ３０  左側の開口部、  ３０’  右側の開口部、  ４０  炎、  ５０  蓄熱体、  ５０’  右側の蓄熱体、  ５１  蓄熱体ヘッド、  ５１’  蓄熱体ヘッド、  ５２  ゾンデ、  ５２’  ゾンデ、  ５３  ゾンデ、  １００  工業炉、  ２００  温度閉ループ制御モジュール、  ３００  ラムダ値モジュール、  １０００  開ループ制御装置、  ＡＧ  排ガス、  Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３  条件、  ＣＯ  一酸化炭素、  ＣＯ２  二酸化炭素、  ＤＺ  微分時間窓、  ＥＷ  エンベロープ値、  ＧＷ  均衡値、  ＧＧＷ  均衡状況、  ＧＧＷ−ＣＯ  一酸化炭素均衡濃度、  ＨＷＢ  半値幅、  ＩＺ  積分時間窓、  ＩＧＧＷ  不安定な均衡状況、  ＭＷ  最大値、  ＮＧＷ  非均衡値、  ｎＧＧＷ−ＣＯ  一酸化炭素非均衡割合、  ＯＬ  左側の酸素割合、  ＯＲ  右側の酸素割合、  Ｏ２  酸素、  ＵＬ  セル電圧値の左側の経過、  ＵＲ  セル電圧値の右側の経過、  ＶＢ  予熱された燃焼空気
【図１】
2014012631.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年9月9日(2013.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リジェネレイティブバーナー型工業炉の排ガス流内の一酸化炭素割合を求めるための方法であって、
・前記排ガス流内にラムダゾンデを設け、
・複数のセル電圧値を使用して時間の関数として少なくとも１つのセル電圧を供給し、それに基づいて、
・第２の計算規則を用いて、排ガス内の一酸化炭素割合を求める方法において、
前記複数のセル電圧値から
・少なくとも１つの均衡値を求め、
・前記均衡値と比べて高い非均衡値を求め、
前記均衡値を使用して、排ガス内の均衡割合をあらわす、第１の一酸化炭素割合を求め、
前記高い非均衡値を使用して、排ガス内の非均衡割合をあらわす第２の一酸化炭素割合を求める、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
排ガス温度を、ラムダゾンデの温度に加えて供給し、さらに燃料組成を供給し、
排ガス内の一酸化炭素割合のための前記第２の計算規則は、Ｉｎ（ＣＯ割合／ＣＯ２割合）＝Ｄ１−Ｄ２＊（Ｕ０−Ｕ）／（Ｔ＋Ｔ０）の形の、水−ガスの式に基づいて燃料組成を使用する燃焼規則である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
セル電圧に加えて、ラムダゾンデの温度の代わりに排ガス温度を使用することによって、非均衡割合を表す第２の一酸化炭素割合を求めるための前記第２の計算規則は排ガス内の酸素成分を無視する、または無視できる程度までの僅かな酸素成分を使用して一酸化炭素の非均衡割合を検出可能にする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
さらにラムダゾンデの温度を供給する、
第１の計算規則は、前記セル電圧および前記ラムダゾンデの温度を使用するゾンデ規則である、請求項１から３までのいずれか一項記載の方法。
【請求項５】
前記第１の計算規則を用いて、Ｉｎ（Ｏ２割合）＝Ｃ１−Ｃ２＊Ｕ／（Ｔ＋Ｔ０）の形のネルンストの式に基づいて、排ガス内の酸素割合を求める、請求項４記載の方法。
【請求項６】
均衡割合を表す、排ガス内の第１の一酸化炭素割合を求めるために、
・第１の計算規則を用いて、かつ排ガス中の無視できない酸素成分を用いて、排ガス中の酸素割合を求め、
・前記均衡値を用いて、前記第２の計算規則を用いて、排ガス中の一酸化炭素割合を求める、
当該一酸化炭素割合は、均衡割合を表す、排ガス中の一酸化炭素割合を表している、請求項１から５までのいずれか一項記載の方法。
【請求項７】
前記セル電圧に対して、第１の個数の複数のセル電圧値を含む特定の積分時間窓および／または第２の個数の複数のセル電圧値を含む特定の微分時間窓を設定する、
当該微分時間窓は、前記積分時間窓よりも少ない個数のセル電圧値を含んでいる、請求項１から６までのいずれか一項記載の方法。
【請求項８】
前記均衡値を、前記積分時間窓内の全てのセル電圧値の平均値として求める、および／または、前記高い非均衡値を、閾値領域を上回る全てのセル電圧値の平均値またはエンベロープ値として、前記微分時間窓内で求める、請求項７記載の方法。
【請求項９】
ラムダゾンデのセル電圧値からの信号評価は、前記セル電圧値のセル電圧ピークを切り離す、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記セル電圧から、
・閾値領域を下回る均衡値を時間の関数として求め、および／または
・閾値領域を上回る、前記均衡値と比べて高い非均衡値を、時間の関数として求める、請求項１から９までのいずれか一項記載の方法。
【請求項１１】
前記閾値領域を下回る均衡値をセル電圧値の継続的な長期間平均値として求め、および／または、前記閾値領域を上回る、前記均衡値と比べて高い非均衡値を高いセル電圧値の継続した長期間平均値として求め、殊にセル電圧値のセル電圧ピークから求める、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
セル電圧ピークを識別するために、１つの積分時間窓の間の調整可能な多数のセル電圧値を、電子評価ユニット内に平滑化して格納し、
前記格納されたセル電圧値の前記最大値またはエンベロープ値を使用して、排ガス中の非均衡割合を表す現在の第２の一酸化炭素割合を求める、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記均衡値を１．５倍以上上回るセル電圧値のみを使用して前記高い非均衡値を求める、請求項１から１２までのいずれか一項記載の方法。
【請求項１４】
前記高い非均衡値は、前記均衡値を、１．５倍以上上回り、これに相応して閾値領域を形成する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
閾値領域は、前記均衡値の１．０倍と前記均衡値の１．５倍との間に位置する、セル電圧値の領域を含んでいる、請求項１から１４までのいずれか一項記載の方法。
【請求項１６】
１０秒を下回る半値幅を有するセル電圧値のみを使用して前記高い非均衡値を求める、請求項１から１５までのいずれか一項記載の方法。
【請求項１７】
微分時間窓は２秒〜１００秒の間の調整可能な幅を有する、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記高い非均衡値を求めるために使用されるセル電圧値は１分あたり１〜５個の値の平均的なレートで生じ、前記積分時間窓内に前記高い非均衡値を求めるために使用されるセル電圧値が少なくとも平均して２つ生じるように積分時間窓を選択する、請求項１から１７までのいずれか一項記載の方法。
【請求項１９】
前記積分時間窓は１００秒を上回る領域にある、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
排ガス中の前記第１の一酸化炭素割合を前記均衡値から、排ガス中の前記第２の一酸化炭素割合を前記高い非均衡値から、同じ少なくとも１つの第２の計算規則を用いて求め、
前記均衡値から、排ガス中の前記第１の一酸化炭素割合を求めるためにネルンストの式および／または水−ガスの式を用い、無視できる酸素成分を考慮しない前記第２の一酸化炭素割合を求めるのと同じ方法で、無視できない酸素成分を考慮して当該式を用いる、請求項１から１９までのいずれか一項記載の方法。
【請求項２１】
前記ラムダゾンデは、ジルコニア固体電解質ゾンデである、請求項１から２０までのいずれか一項記載の方法。
【請求項２２】
リジェネレイティブバーナー型工業炉を開ループ制御する方法および／または閉ループ制御する方法であって、
排ガス中の、非均衡割合を表す第２の一酸化炭素割合を求めるために、前記高い非均衡値が閾値領域を上回っている場合にのみ、
請求項１から２１までのいずれか一項記載の一酸化炭素割合を求めるための方法を使用して、リジェネレイティブバーナー型工業炉を開ループ制御する方法および／または閉ループ制御する方法。
【請求項２３】
請求項２２記載のリジェネレイティブバーナー型工業炉を開ループ制御する方法および／または閉ループ制御する方法であって、
排ガス中の、非均衡割合を表す第２の一酸化炭素割合を求めるために、排ガス温度が少なくとも１０Ｋ、標準温度を上回る場合にのみ、前記高い非均衡値を用いる方法。
【請求項２４】
リジェネレイティブバーナー型工業炉用の開ループ制御装置であって、
請求項２２または２３の開ループ制御する方法を実施するように構成されている、
ことを特徴とする開ループ制御装置。
【請求項２５】
請求項２４記載の開ループ制御装置を有している、リジェネレイティブバーナー型工業炉。