(57)【要約】      （修正有）【課題】成分の組成が未知である混合ガスを安定して燃焼させることができること。【解決手段】制御装置８は、成分の組成が未知である混合ガスと混合ガスと混合される空気との総流量一定、かつ混合ガスと空気との等量比一定とした場合において、混合ガスの成分比に基づいて、混合ガスのガス流量と空気の空気流量と、を算出する流量算出部８２と、流量算出部８２が算出したガス流量に基づいて、ガス配管内を流れる混合ガスの流量を制御するガス流量制御部８３と、混合ガスの成分比を示す物理量を測定する測定部３が配置されるガス配管Ｇの経路上の測定位置から、ガス配管によって供給される混合ガスと空気配管によって供給される空気とをガス配管と空気配管との接続部において混合するガス空気混合部βまでの距離に応じた遅れ時間と、流量算出部８２が算出した空気流量とに基づいて、空気配管内を流れる空気の流量を制御する空気流量制御部８６と、を備える。【選択図】図２
2019211124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分の組成が未知である混合ガスと前記混合ガスと混合される空気との総流量一定、かつ前記混合ガスと前記空気との等量比一定とした場合において、前記混合ガスの成分比に基づいて、前記混合ガスのガス流量と前記空気の空気流量と、を算出する流量算出部と、
前記流量算出部が算出した前記ガス流量に基づいて、ガス配管内を流れる前記混合ガスの流量を制御するガス流量制御部と、
前記混合ガスの成分比を示す物理量を測定する測定部が配置される前記ガス配管の経路上の測定位置から、前記ガス配管によって供給される前記混合ガスと空気配管によって供給される前記空気とを前記ガス配管と前記空気配管との接続部において混合するガス空気混合部までの距離に応じた遅れ時間と、前記流量算出部が算出した前記空気流量とに基づいて、前記空気配管内を流れる前記空気の流量を制御する空気流量制御部と
を備える制御装置。
【請求項２】
前記物理量とは、前記混合ガスの密度であって、
前記測定位置における前記密度に基づいて前記混合ガスの成分比を算出する成分比算出部をさらに備え、
前記流量算出部は、前記成分比算出部が算出した前記密度が示す前記混合ガスの成分比に基づいて、前記混合ガスのガス流量と前記空気の空気流量と、を算出する
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記ガス流量制御部が制御するガス流量調整バルブは、前記ガス配管において前記測定位置の下流に配置されており、
前記空気流量制御部は、前記測定位置から前記ガス流量調整バルブまでの距離に応じた伝達時間に基づいて前記空気の空気流量を制御する
請求項１または請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記遅れ時間を、前記混合ガスの密度と前記距離とに基づいて算出する遅れ時間算出部
をさらに備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の制御装置と、
前記ガス配管の経路上に配置され、前記ガス配管を流れる前記混合ガスの流量を調整するガス流量調整バルブと、
前記空気配管の経路上に配置され、前記空気配管を流れる前記空気の流量を調整する空気流量調整バルブと
を備える制御システム。
【請求項６】
コンピュータに、
成分の組成が未知である混合ガスと前記混合ガスと混合される空気との総流量一定、かつ前記混合ガスと前記空気との等量比一定とした場合において、前記混合ガスの成分比に基づいて、前記混合ガスのガス流量と前記空気の空気流量と、を算出する流量算出ステップと、
前記流量算出ステップにおいて算出された前記ガス流量に基づいて、ガス配管内を流れる前記混合ガスの流量を制御するガス流量制御ステップと、
前記混合ガスの成分比を示す物理量を測定する測定部が配置される前記ガス配管の経路上の測定位置から、前記ガス配管によって供給される前記混合ガスと空気配管によって供給される前記空気とを前記ガス配管と前記空気配管との接続部において混合するガス空気混合部までの距離に応じた遅れ時間と、前記流量算出ステップにおいて算出された前記空気流量とに基づいて、前記空気配管内を流れる前記空気の流量を制御する空気流量制御ステップと
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、制御システム、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題への関心の高まりにより、より低公害な燃焼を可能とする天然ガスが注目されている。天然ガスは、石油や石炭と比べて炭素／水素比が小さく、１モルの天然ガスを燃焼させたときの二酸化炭素の排出量が少ないことが知られている。また、輸送時に天然ガスを液化する際に、Ｎ成分、Ｓ成分が除去されるため、燃焼時のＮＯｘ（窒素酸化物）、ＳＯｘ（硫黄酸化物）の排出量も少ないことが知られている。
【０００３】
天然ガスは、主成分はメタンであるが、そのほかにもエタン、プロパンなどの炭化水素などから構成される混合物である。それぞれの成分の比率は産地によって異なることが知られる。天然ガスの熱量は、各成分の存在比率によって決定される。したがって、異なる産地の天然ガスを用いた場合、発生する熱量も異なることになる。
【０００４】
通常、天然ガスは、液化されてタンクなどに貯蔵された状態のものが使用される。タンク内の液化天然ガスの量が少なくなり、液化天然ガスの一部が気化すると、タンクの上部では比重の小さいメタンが多く存在しやすく、下部では比重の大きいプロパンが多く存在しやすくなることがある。このようなタンクから天然ガスを流出させる際、タンク内の液化天然ガスの量が少なくなると、気化した天然ガスに生じる対流が顕著になる。このようにタンク内部で天然ガスが対流する場合、天然ガスの組成が周期的に変化することがあった。その場合、天然ガスの組成比の変化に伴って、天然ガスの熱量が周期的に変化することがあった。これにより、熱量が急激に変化して火炎が長くなったり、失火したりすることが想定される。
連続運転している燃焼器において、天然ガスの熱量の周期的変動を抑制できる燃焼制御方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−３１４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃焼に用いられる混合ガスの成分の組成が未知である場合がある。例えば、天然ガスがそれぞれ異なるタンクに貯蔵されて、一方のタンクから他方のタンクに切り替えて使用される際に、それぞれのタンクに貯蔵される天然ガスは、産地の異なる天然ガスが混ざっている場合があり、燃料組成が異なり得る。そのため、タンクの切り替えに伴い、天然ガスの燃料組成が変化する場合がある。その結果、天然ガスの燃料組成が変化し燃料組成が未知となり、安定して燃焼できない場合があった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、成分の組成が未知である混合ガスを安定して燃焼させることができる制御装置、制御システム、及びプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、成分の組成が未知である混合ガスと前記混合ガスと混合される空気との総流量一定、かつ前記混合ガスと前記空気との等量比一定とした場合において、前記混合ガスの成分比に基づいて、前記混合ガスのガス流量と前記空気の空気流量と、を算出する流量算出部と、前記流量算出部が算出した前記ガス流量に基づいて、ガス配管内を流れる前記混合ガスの流量を制御するガス流量制御部と、前記混合ガスの成分比を示す物理量を測定する測定部が配置される前記ガス配管の経路上の測定位置から、前記ガス配管によって供給される前記混合ガスと空気配管によって供給される前記空気とを前記ガス配管と前記空気配管との接続部において混合するガス空気混合部までの距離に応じた遅れ時間と、前記流量算出部が算出した前記空気流量とに基づいて、前記空気配管内を流れる前記空気の流量を制御する空気流量制御部と、を備える制御装置である。
【０００９】
また、本発明の一態様は、上記の制御装置において、前記物理量とは、前記混合ガスの密度であって、前記測定位置における前記密度に基づいて前記混合ガスの成分比を算出する成分比算出部をさらに備え、前記流量算出部は、前記成分比算出部が算出した前記密度が示す前記混合ガスの成分比に基づいて、前記混合ガスのガス流量と前記空気の空気流量と、を算出する。
【００１０】
また、本発明の一態様は、上記の制御装置において、前記ガス流量制御部が制御するガス流量調整バルブは、前記ガス配管において前記測定位置の下流に配置されており、前記空気流量制御部は、前記測定位置から前記ガス流量調整バルブまでの距離に応じた伝達時間に基づいて前記空気の空気流量を制御する。
【００１１】
また、本発明の一態様は、上記の制御装置において、前記遅れ時間を、前記混合ガスの密度と前記距離とに基づいて算出する遅れ時間算出部をさらに備える。
【００１２】
また、本発明の一態様は、上記の制御装置と、前記ガス配管の経路上に配置され、前記ガス配管を流れる前記混合ガスの流量を調整するガス流量調整バルブと、前記空気配管の経路上に配置され、前記空気配管を流れる前記空気の流量を調整する空気流量調整バルブとを備える制御システムである。
【００１３】
また、本発明の一態様は、コンピュータに、成分の組成が未知である混合ガスと前記混合ガスと混合される空気との総流量一定、かつ前記混合ガスと前記空気との等量比一定とした場合において、前記混合ガスの成分比に基づいて、前記混合ガスのガス流量と前記空気の空気流量と、を算出する流量算出ステップと、前記流量算出ステップにおいて算出された前記ガス流量に基づいて、ガス配管内を流れる前記混合ガスの流量を制御するガス流量制御ステップと、前記混合ガスの成分比を示す物理量を測定する測定部が配置される前記ガス配管の経路上の測定位置から、前記ガス配管によって供給される前記混合ガスと空気配管によって供給される前記空気とを前記ガス配管と前記空気配管との接続部において混合するガス空気混合部までの距離に応じた遅れ時間と、前記流量算出部が算出した前記空気流量とに基づいて、前記空気配管内を流れる前記空気の流量を制御する空気流量制御ステップと、を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、成分の組成が未知である混合ガスを安定して燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る制御システムの一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る制御装置の構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る３種類の気体からなる燃料の模擬燃料供給系の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る火炎高さの一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る模擬燃料ガスの成分比の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る模擬燃料ガスに含まれる各気体の流量の変化の方法の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る燃料流量一定条件の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る当量比一定条件の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る遅れ時間の算出方法の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るメタンの体積分率とガス密度計の出力値との関係の一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るガスマスフローコントローラーの補正値とメタンの体積分率との関係の一例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るガス密度計を用いた燃料組成切り替え条件における各種変数の時間変化の一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る各条件における実験結果の一例を示す図である。
【図１４】本実施形態との比較のための当量比一定条件における実験結果の一例を示す図である。
【図１５】本実施形態との比較のための燃料流量一定条件における実験結果の一例を示す図である。
【図１６】本実施形態との比較のための空気流量制御における実験結果の第１の例を示す図である。
【図１７】本実施形態との比較のための燃料流量制御における実験結果の第２の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、本実施形態に係る制御システムＳの一例を示す図である。制御システムＳは、天然ガス供給系Ｒ１と、ガス密度計３と、ガスマスフローコントローラー（ＭＦＣ）４と、信号変換器５と、コンプレッサ６と、バルブＶ１と、空気マスフローコントローラー７と、制御装置８と、ＡＤ／ＤＡ変換ボード９と、バーナ１０と、ガス配管ＧＰ１と、ガス配管ＧＰ２と、ガス配管ＧＰ３と、空気配管ＡＰとを備える。
【００１７】
天然ガス供給系Ｒ１は、制御システムＳに天然ガスＧ０を供給する。天然ガス供給系Ｒ１は、ガスタンク１と、ガスタンク２と、バルブＶ１１と、バルブＶ１２と、ガス配管ＧＰ０とを備える。天然ガス供給系Ｒ１は、ガス配管ＧＰ１を介してガス密度計３に接続される。
【００１８】
ガスタンク１は、第１の天然ガスを貯蔵する。バルブＶ１１は、ガスタンク１とガス配管ＧＰ０との間に設けられる。バルブＶ１１は、第１の天然ガスをガスタンク１からガス配管ＧＰ０へ一定の圧力において流入させる。
ガスタンク２は、第２の天然ガスを貯蔵する。ここで第２の天然ガスの組成比と、第１の天然ガスの組成比とは異なる。バルブＶ１２は、ガスタンク２とガス配管ＧＰ０との間に設けられる。バルブＶ１２は、第２の天然ガスをガスタンク２からガス配管ＧＰ０へ一定の圧力において流入させる。
バルブＶ１１及びバルブＶ１２は減圧弁である。
【００１９】
天然ガスＧ０は、ガスタンク１またはガスタンク２から供給される。天然ガスＧ０は、ガスタンク１から供給される第１の天然ガス、または、ガスタンク２から供給される第２の天然ガス、または、ガスタンク１から供給される第１の天然ガスと、ガスタンク２から供給される第２の天然ガスとの混合ガスである。
ガス配管ＧＰ０は、位置Ｐを介してガス配管ＧＰ１に接続される。
以下では、天然ガスＧ０を、天然ガスＧ０が通るガス配管に応じて密度測定前ガスＧ１、密度測定後ガスＧ２、及び流量調整後ガスＧ３のように名称を変えて区別することがある。
【００２０】
ガス密度計３は、ガス配管ＧＰ１から流入する密度測定前ガスＧ１の密度を測定する。ここで密度測定前ガスＧ１は、天然ガス供給系Ｒ１から供給される天然ガスＧ０である。
ガス密度計３は、一例として、振動式ガス密度計である。ガス密度計３には、薄肉円筒振動子（レゾネータ）が内蔵されており、その共振周波数は周囲を流れる密度測定前ガスＧ１の密度に依存して変化する。ガス密度計３は、この共振周波数を測定することにより密度測定前ガスＧ１の密度を測定する。
【００２１】
ガス密度計３は、ガス配管ＧＰ２を介してガスマスフローコントローラー４に接続される。密度測定前ガスＧ１は、ガス密度計３により密度が測定され密度測定後ガスＧ２としてガスマスフローコントローラー４に流入する。密度測定後ガスＧ２が、ガス配管ＧＰ２を通ってガス密度計３からガスマスフローコントローラー４へ到達するのにかかる時間を伝達時間ｔｔという。つまり、伝達時間ｔｔとは、ガス密度計３が配置されるガス配管の経路上の測定位置からガスマスフローコントローラー４までの距離に応じた時間である。
【００２２】
一方、ガス密度計３は、出入力信号用の配線により信号変換器５に接続される。ガス密度計３は、測定した密度の値を示す電流を信号変換器５に出力する。
【００２３】
ガスマスフローコントローラー４は、制御装置８の制御に基づいて密度測定後ガスＧ２の流量を制御する。ガスマスフローコントローラー４は、ガス配管の経路上に配置され、ガス配管を流れる天然ガスＧ０の流量を調整するバルブである。ガスマスフローコントローラー４は、ガス密度計３の下流に配置される。
ガスマスフローコントローラー４は、ＡＤ／ＤＡ変換ボード９を介して制御装置８により制御される。ガスマスフローコントローラー４は、出入力信号用の配線によりＡＤ／ＤＡ変換ボード９に接続される。
【００２４】
ガスマスフローコントローラー４は、ガス配管ＧＰ３を介して合流点βに接続される。密度測定後ガスＧ２は、ガスマスフローコントローラー４により流量を制御され流量調整後ガスＧ３として合流点βに流入する。流量調整後ガスＧ３が、ガス配管ＧＰ３を通ってガスマスフローコントローラー４から合流点βへ到達するのにかかる時間を遅れ時間ｔｄという。また、ガス配管ＧＰ３の長さを長さＬとする。長さＬは、ガスマスフローコントローラー４から合流点βまでの距離に等しい。
【００２５】
信号変換器５は、ガス密度計３が出力する電流の値を、電圧の値に変換する。信号変換器５は、変換した電圧の値をＡＤ／ＤＡ変換ボード９に供給する。信号変換器５は、出入力信号用の配線によりＡＤ／ＤＡ変換ボード９に接続される。
【００２６】
コンプレッサ６は、空気ＡＲを、バルブＶ１及び空気マスフローコントローラー７を介して合流点βに供給する。バルブＶ１は、コンプレッサ６と空気マスフローコントローラー７との間に設けられる。バルブＶ１は、空気ＡＲをコンプレッサ６から空気マスフローコントローラー７へ一定の圧力において流入させる。バルブＶ１は減圧弁である。
【００２７】
空気マスフローコントローラー７は、制御装置８の制御に基づいて空気ＡＲの流量を制御する。空気マスフローコントローラー７は、空気配管ＡＰの経路上に配置され、空気配管ＡＰを流れる空気ＡＲの流量を調整するバルブである。空気マスフローコントローラー７は、空気配管ＡＰを介して合流点βに接続される。空気マスフローコントローラー７により流量を制御された空気ＡＲは、合流点βに流入する。
空気マスフローコントローラー７は、出入力信号用の配線によりＡＤ／ＤＡ変換ボード９に接続される。
【００２８】
制御装置８は、ＡＤ／ＤＡ変換ボード９を介して、ガスマスフローコントローラー４、及び空気マスフローコントローラー７を制御する。つまり制御装置８は、ガスマスフローコントローラー４から流出する流量調整後ガスＧ３の流量、及び空気マスフローコントローラー７から流出する空気ＡＲの流量を制御する。
制御装置８は、出入力信号用の配線によりＡＤ／ＤＡ変換ボード９に接続される。制御装置８は、一例として、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）である。
【００２９】
ＡＤ／ＤＡ変換ボード９は、ガス密度計３が供給する密度測定前ガスＧ１の密度の値を、信号変換器５を介して取得する。ＡＤ／ＤＡ変換ボード９は、取得した密度測定前ガスＧ１の密度の値を制御装置８に供給する。
ＡＤ／ＤＡ変換ボード９は、制御装置８の制御に基づいて、ガスマスフローコントローラー４を制御するための制御信号を、出入力信号用の配線を介してガスマスフローコントローラー４に供給する。
ＡＤ／ＤＡ変換ボード９は、制御装置８の制御に基づいて、空気マスフローコントローラー７を制御するための制御信号を、出入力信号用の配線を介して空気マスフローコントローラー７に供給する。
【００３０】
バーナ１０は、合流点βから流入する空気混合ガスＧ４を燃焼させ、火炎を形成する。ここで空気混合ガスＧ４は、ガス配管ＧＰ３を通った流量調整後ガスＧ３と、空気配管ＡＰを通った空気ＡＲとが混合されたガスである。
【００３１】
次に、図２を参照し制御装置８の構成について説明する。
図２は、本実施形態に係る制御装置８の構成の一例を示す図である。制御装置８は、密度取得部８０と、成分比算出部８１と、流量算出部８２と、ガス流量制御部８３と、遅れ時間算出部８４と、記憶部８５と、空気流量制御部８６とを備える。
【００３２】
密度取得部８０は、ガス密度計３が測定した密度測定後ガスＧ２の密度の値を取得する。ここで密度取得部８０は、信号変換器５及びＡＤ／ＤＡ変換ボード９を介して密度測定後ガスＧ２の密度の値を取得する。ただし、図２においては、信号変換器５及びＡＤ／ＤＡ変換ボード９は省略されている。
密度取得部８０は、取得した密度測定後ガスＧ２の密度の値を成分比算出部８１に供給する。また、密度取得部８０は、取得した密度測定後ガスＧ２の密度の値を遅れ時間算出部８４に供給する。
【００３３】
成分比算出部８１は、密度取得部８０が取得した密度測定後ガスＧ２の密度の値から、密度測定後ガスＧ２の成分比を算出する。成分比算出部８１は、算出した密度測定後ガスＧ２の成分比を流量算出部８２に供給する。
【００３４】
ここで密度取得部８０が取得した密度測定後ガスＧ２の密度の値とは、ガス密度計３が配置されるガス配管の経路上の測定位置における天然ガスＧ０の密度の値である。したがって、成分比算出部８１は、天然ガスＧ０の成分比を示す密度を測定するガス密度計３が配置されるガス配管の経路上の測定位置における天然ガスＧ０の密度に基づいて混合ガスの成分比を算出する。
【００３５】
流量算出部８２は、成分比算出部８１が算出した密度測定後ガスＧ２の成分比に基づいて、ガスマスフローコントローラー４から流出する流量調整後ガスＧ３のガス流量と空気ＡＲの空気流量とを算出する。ここで流量算出部８２は、流量調整後ガスＧ３と空気ＡＲとの総流量一定、かつ流量調整後ガスＧ３と空気ＡＲとの等量比一定とした場合において、流量調整後ガスＧ３のガス流量と空気ＡＲの空気流量とを算出する。
流量算出部８２は、算出したガス流量を示すガス流量情報をガス流量制御部８３に供給する。また、流量算出部８２は、算出した空気流量を示す空気流量情報を空気流量制御部８６に供給する。
【００３６】
ここで流量調整後ガスＧ３と空気ＡＲとの総流量一定とは、合流点βに流入する流量調整後ガスＧ３の流量と、合流点βに流入する空気ＡＲとの流量とがそれぞれ一定であるという条件である。つまり、流量調整後ガスＧ３と空気ＡＲとの総流量一定とは、合流点βから流出する空気混合ガスＧ４の流量が一定である条件である。
また流量調整後ガスＧ３と空気ＡＲとの等量比一定とは、流量調整後ガスＧ３および空気ＡＲの体積比を、理論混合比における燃料および空気の体積比で除した値を指し、式（１）により表される。
【００３７】
【数１】
2019211124.tif 000003
【００３８】
ここでＱｆｕｅｌは流量調整後ガスＧ３の体積を表し、Ｑａｉｒは空気ＡＲの体積を表す。また、量論燃空比（Ｆ／Ａ）ｓｔは、理論混合比における燃料および空気の体積比を表す。
流量調整後ガスＧ３と空気ＡＲとの等量比一定とは、合流点βから流出する空気混合ガスＧ４の等量比が一定である条件である。
【００３９】
上述したように、流量算出部８２は、成分の組成が未知である天然ガスＧ０と、天然ガスＧ０と混合される空気ＡＲとの総流量一定、かつ天然ガスＧ０と空気ＡＲとの等量比一定とした場合において、天然ガスＧ０の成分比に基づいて、天然ガスＧ０のガス流量と空気ＡＲの空気流量とを算出する。ここで天然ガスＧ０の成分比は、成分比算出部８１が算出した天然ガスＧ０の密度が示す成分比である。したがって、流量算出部８２は、成分比算出部８１が算出した天然ガスＧ０の密度が示す天然ガスＧ０の成分比に基づいて、天然ガスＧ０のガス流量と空気ＡＲの空気流量とを算出する。
【００４０】
ガス流量制御部８３は、ガス流量制御部８３が供給するガス流量情報に基づいて、ガスマスフローコントローラー４を制御する。ガス流量制御部８３は、ガスマスフローコントローラー４を制御することにより流量調整後ガスＧ３の流量を制御する。ここでガス流量制御部８３は、ＡＤ／ＤＡ変換ボード９を介して、流量調整後ガスＧ３の流量を制御するための信号をガスマスフローコントローラー４に供給する。
上述したように、ガス流量制御部８３は、流量算出部８２が算出したガス流量に基づいて、ガス配管ＧＰ３内を流れる天然ガスＧ０の流量を制御する。
【００４１】
遅れ時間算出部８４は、ガス密度計３が配置されるガス配管の経路上の測定位置から合流点βまでの距離に応じた遅れ時間ＴＤＴを算出する。遅れ時間ＴＤＴは、密度測定後ガスＧ２がガス密度計３からガス配管ＧＰ２を通ってガスマスフローコントローラー４へと流入し、ガスマスフローコントローラー４から流量調整後ガスＧ３として流出し、ガス配管ＧＰ３を通って合流点βへ到達するのにかかる時間である。したがって、遅れ時間ＴＤＴは、伝達時間ｔｔと、遅れ時間ｔｄとを加算した時間に等しい。
遅れ時間算出部８４は、伝達時間ｔｔと遅れ時間ｔｄとをそれぞれ算出して、算出した伝達時間ｔｔと遅れ時間ｔｄとを加算し遅れ時間ＴＤＴとしてもよい。
【００４２】
ここでは、遅れ時間算出部８４が、遅れ時間ＴＤＴを算出するのに、予め算出された初期遅れ時間ＴＤＴ０を補正するための補正値を算出する例を説明する。
遅れ時間算出部８４は、密度取得部８０が供給する密度測定後ガスＧ２の密度の値を取得する。遅れ時間算出部８４は、記憶部８５から遅れ時間情報８５０を取得する。ここで遅れ時間情報８５０とは、初期遅れ時間ＴＤＴ０を示す情報である。初期遅れ時間ｔｄ０は、ガス配管ＧＰ２の長さ、及びガス配管ＧＰ３の長さ（長さＬ）に応じて予め算出された遅れ時間ＴＤＴの値である。
【００４３】
遅れ時間算出部８４は、遅れ時間情報８５０が示す初期遅れ時間ＴＤＴ０を、取得した密度測定後ガスＧ２の密度の値に基づいて補正することにより、遅れ時間ＴＤＴを算出する。つまり、遅れ時間算出部８４は、予め算出された初期遅れ時間ＴＤＴ０を補正するための補正値を算出する。
【００４４】
ここで初期遅れ時間ＴＤＴ０は、ガス密度計３が配置されるガス配管の経路上の測定位置から、合流点βまでの距離に基づいて算出される時間である。したがって、遅れ時間算出部８４は、遅れ時間ＴＤＴを、天然ガスＧ０の密度と、ガス密度計３が配置されるガス配管の経路上の測定位置から、合流点βまでの距離とに基づいて算出する。
遅れ時間算出部８４は、算出した遅れ時間ＴＤＴを空気流量制御部８６に供給する。
記憶部８５は、遅れ時間情報８５０を記憶する。
【００４５】
空気流量制御部８６は、遅れ時間算出部８４が算出した遅れ時間ＴＤＴと、流量算出部８２が算出した空気ＡＲの空気流量とに基づいて空気配管ＡＰ内を流れる空気ＡＲの流量を制御する。
【００４６】
ここで遅れ時間算出部８４が算出した遅れ時間ＴＤＴとは、密度測定後ガスＧ２の成分比を示す密度を測定するガス密度計３が配置されるガス配管の経路上の測定位置から、ガス配管ＧＰ３によって供給される流量調整後ガスＧ３と空気配管ＡＰによって供給される空気ＡＲとをガス配管ＧＰ３と空気配管ＡＰとの接続部において混合する合流点βまでの距離に応じた時間である。
したがって、空気流量制御部８６は、天然ガスＧ０の成分比を示す物理量を測定するガス密度計３が配置されるガス配管の経路上の測定位置から、ガス配管によって供給される天然ガスＧ０と空気配管によって供給される空気ＡＲとをガス配管と空気配管ＡＰとの接続部において混合する合流点βまでの距離に応じた遅れ時間ＴＤＴと、流量算出部８２が算出した空気流量とに基づいて、空気配管ＡＰ内を流れる空気ＡＲの流量を制御する。ここで天然ガスＧ０の成分比を示す物理量とは、混合ガスの密度である。
【００４７】
また、空気流量制御部８６は、遅れ時間算出部８４が算出した伝達時間ｔｔに基づいて空気ＡＲの空気流量を制御してもよい。ここで空気流量制御部８６は、遅れ時間ｔｄに加えて、伝達時間ｔｔに基づいて空気ＡＲの空気流量を制御してもよいし、伝達時間ｔｔのみに基づいて空気ＡＲの空気流量を制御してもよい。
【００４８】
なお、本実施形態では、遅れ時間算出部８４が、予め算出された初期遅れ時間ｔｄ０を補正するための補正値を算出する場合を一例として説明したが、これに限らない。遅れ時間算出部８４は、密度測定後ガスＧ２の密度の値に基づいて遅れ時間ＴＤＴを算出してもよい。遅れ時間算出部８４が、密度測定後ガスＧ２の密度の値に基づいて遅れ時間ＴＤＴを算出する場合、記憶部８５に遅れ時間情報８５０は記憶されなくてもよい。
【００４９】
また、本実施形態では、密度取得部８０が取得する混合ガスの密度の値が、ガス密度計３により測定される場合について説明するが、これに限らない。密度取得部８０が取得する混合ガスの密度の値は、例えば、レーザを用いた光学式の方法や、ガスクロマトグラフィなどにより測定されてもよい。
【００５０】
以下では、制御システムＳの効果を説明するために、制御システムＳが天然ガス供給系Ｒ１の代わりに、模擬燃料供給系Ｒ２を備え、成分比が既知である混合ガスの流量を制御する場合について説明する。
【００５１】
図３は、本実施形態に係る３種類の気体からなる燃料の模擬燃料供給系Ｒ２の一例を示す図である。模擬燃料供給系Ｒ２は位置Ｐにおいて図１に示した制御システムＳに接続され、制御システムＳに模擬燃料ガスＧ１０を供給する。ここで模擬燃料ガスＧ１０は、天然ガスを模擬するための混合ガスでありメタン、エタン、及びプロパンを含む。天然ガスの燃焼特性は、メタン、エタン、及びプロパンの３種類の混合ガスの燃焼特性とほぼ同様であることが知られている。模擬燃料ガスＧ１０の成分比は既知である。模擬燃料ガスＧ１０の成分比については図５を参照し後述する。
【００５２】
模擬燃料供給系Ｒ２は、メタンシリンダーＣ１、エタンシリンダーＣ２、及びプロパンシリンダーＣ３と、バルブＶ２１、バルブＶ２２、及びバルブＶ２３と、ガスマスフローコントローラー２１、ガスマスフローコントローラー２２、及びガスマスフローコントローラー２３と、バルブＶ３と、ガス配管ＧＰ１０とを備える。
【００５３】
メタンシリンダーＣ１は、メタンを貯蔵する。バルブＶ２１は、メタンシリンダーＣ１とガスマスフローコントローラー２１との間に設けられる。バルブＶ２１は、メタンをメタンシリンダーＣ１からガスマスフローコントローラー２１へ一定の圧力において流入させる。
エタンシリンダーＣ２は、エタンを貯蔵する。バルブＶ２２は、エタンシリンダーＣ２とガスマスフローコントローラー２２との間に設けられる。バルブＶ２２は、エタンをエタンシリンダーＣ２からガスマスフローコントローラー２２へ一定の圧力において流入させる。
プロパンシリンダーＣ３は、プロパンを貯蔵する。バルブＶ２３は、プロパンシリンダーＣ３とガスマスフローコントローラー２３との間に設けられる。バルブＶ２３は、プロパンをプロパンシリンダーＣ３からガスマスフローコントローラー２３へ一定の圧力において流入させる。
【００５４】
ガスマスフローコントローラー２１は、メタンの流量を制御する。ガスマスフローコントローラー２２は、エタンの流量を制御する。ガスマスフローコントローラー２３は、プロパンの流量を制御する。ガスマスフローコントローラー２１、ガスマスフローコントローラー２２、及びガスマスフローコントローラー２３は、ＡＤ／ＤＡ変換ボード９を介して制御装置８により制御される。
【００５５】
ガスマスフローコントローラー２１から供給されるメタン、ガスマスフローコントローラー２２から供給されるエタン、及びガスマスフローコントローラー２３から供給されるプロパンの各気体は、合流点αにおいて合流し混合される。混合された各気体は、模擬燃料ガスＧ１０としてガス配管ＧＰ１０を通って位置Ｐへと流入する。
【００５６】
バルブＶ３は、外気につながる流路に設置される。バルブＶ３は、ガスマスフローコントローラー２１から供給されるメタン、ガスマスフローコントローラー２２が供給するエタン、及びガスマスフローコントローラー２３が供給するプロパンの流量に依存せずに模擬燃料ガスＧ１０の流量を制御するためのバルブである。
【００５７】
本実施形態においては、バーナ１０において形成される火炎の安定性を調べるために火炎高さＨを測定する。ここで図４を参照し、火炎高さＨについて説明する。
図４は、本実施形態に係る火炎高さＨの一例を示す図である。火炎高さＨは、バーナ１０の出口から火炎の先端までの高さである。火炎高さＨは、例えば、火炎の挙動を、イメージインテンシファイアを取り付けた高速度カメラを用いて撮影することにより測定される。
【００５８】
次に模擬燃料ガスＧ１０の成分比について説明する。
図５は、本実施形態に係る模擬燃料ガスＧ１０の成分比の一例を示す図である。本実施形態では、メタン、エタン、及びプロパンの異なる５種類の成分比の模擬燃料ガスＧ１０を用いる。ただし、以下では模擬燃料ガスＧ１０の成分比が成分比種類Ａから成分比種類Ｅへと変化する場合を例にとって説明する。
【００５９】
模擬燃料ガスＧ１０に含まれる各気体の流量の変化の方法について説明する。
図６は、本実施形態に係る模擬燃料ガスＧ１０に含まれる各気体の流量の変化の方法の一例を示す図である。本実施形態では、ガスマスフローコントローラー２１、ガスマスフローコントローラー２２、ガスマスフローコントローラー２３、及び空気マスフローコントローラー７を用いて、メタン、エタン、プロパン、及び空気ＡＲの流量を制御し、模擬燃料ガスＧ１０の成分比の過渡的な変化を実現する。
【００６０】
模擬燃料ガスＧ１０をある成分比から別の成分比へと切り替える際に、模擬燃料ガスＧ１０に含まれる各気体の流量を線形に変化させた。ここで切り替えに要する時間を遷移時間ｔｖとした。
制御装置８は、２０ｍｓごとにガスマスフローコントローラー２１、ガスマスフローコントローラー２２、ガスマスフローコントローラー２３、及び空気マスフローコントローラー７へ流量を制御するための信号を供給し、各気体の流量の切り替えを行う。
【００６１】
次に図７及び図８を参照し、模擬燃料ガスＧ１０の成分比の過渡的な変化における模擬燃料ガスＧ１０及び空気の流量についての条件について説明する。
図７は、本実施形態に係る燃料流量一定条件の一例を示す図である。ここで総流量とは、模擬燃料ガスＧ１０の流量と、空気ＡＲの流量との合計である。燃料流量一定条件においては、模擬燃料ガスＧ１０の流量、及び空気ＡＲの流量を一定に保ち、模擬燃料ガスＧ１０の成分比の切り替えが行われる。本実施形態の総流量は、一例として、バーナ１０の出口における空気混合ガスＧ４の平均流速が０．８ｍ／ｓとなる流量である。
【００６２】
図８は、本実施形態に係る当量比一定条件の一例を示す図である。当量比一定条件においては、当量比が一定値となるように模擬燃料ガスＧ１０の成分比の切り替えが行われる。本実施形態の当量比一定条件では、当量比は、一例として０．８５の一定値である。
【００６３】
本実施形態の制御システムＳでは、空気流量は遅れ時間ＴＤＴに基づいて算出される。制御システムＳとは異なり、遅れ時間ＴＤＴに基づかずに空気流量が算出される場合、火炎高さＨに時間変動やオーバーシュートが生じる。
ここで流量の変化は圧力伝搬により伝達する。したがって、流量の変化は音速で伝達する。一方、成分比の変化は対流速度において伝達する。流量の変化が伝搬する速度よりも、成分比の変化が伝達する速度の方が遅い。制御システムＳにおいては、燃料流量の制御において、流量の変化の伝達にかかる時間は無視できる程度に短いが、成分比の変化の伝達に係る時間は無視できない程度に長い。火炎高さＨにオーバーシュートが生じるのは、成分比の変化が生じた位置から合流点βまでの長さに応じて遅れ時間ＴＤＴが生じるためであると考えられる。
【００６４】
本実施形態との比較のために図１４及び図１５を参照し、遅れ時間ＴＤＴに基づかずに空気流量が算出される場合の実験結果について説明する。図１４及び図１５では、合流点αにおける燃料流量、合流点βにおける燃料流量、空気流量、及び合流点βにおける当量比を示すグラフがそれぞれ示されている。ここで燃料流量とは、模擬燃料ガスＧ１０の流量である。
【００６５】
図１４は、本実施形態との比較のための当量比一定条件における実験結果の一例を示す図である。図１４の例では、当量比一定条件において、模擬燃料ガスＧ１０の成分比が成分比種類Ａから成分比種類Ｅへと変化する。
【００６６】
まず、合流点αにおいて模擬燃料ガスＧ１０の成分比の変化、及び燃料流量の変化が遷移時間ｔｖだけ生じる（時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２）。合流点αにおいて模擬燃料ガスＧ１０の成分比の変化、及び燃料流量の変化が生じると、同時に空気流量が変化する（時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２）。
しかし、合流点βでは燃料流量は瞬時に変化する（時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２）が、成分比の変化が合流点αから合流点βに到達するまでには、模擬燃料ガスＧ１０の流路の長さに応じた遅れ時間ｔｄ（時刻ｔ１１〜時刻ｔ１３）だけかかる。
したがって、成分比種類Ａの模擬燃料ガスＧ１０が、成分比種類Ｅの模擬燃料ガスＧ１０に合わせた想定より小さい流量において流れることになり、当量比が当量比一定条件の想定よりも小さくなる。当量比が当量比一定条件の想定よりも小さくなるため、火炎高さＨにオーバーシュートが生じると考えられる。
【００６７】
図１５は、本実施形態との比較のための燃料流量一定条件における実験結果の一例を示す図である。図１５の例では、燃料流量一定条件において、模擬燃料ガスＧ１０の成分比が成分比種類Ａから成分比種類Ｅへと変化する（時刻ｔ２１〜時刻ｔ２２）。なお、燃料流量一定条件においては、空気流量は一定である。
まず、合流点αにおいて模擬燃料ガスＧ１０の成分比の変化が遷移時間ｔｖだけ生じる。ここで模擬燃料ガスＧ１０の成分比は、成分比種類Ａが線形に減少し成分比種類Ｅが線形に増加することにより、成分比種類Ａから成分比種類Ｅへと変化する。合流点αにおいて模擬燃料ガスＧ１０の成分比の変化が遷移時間ｔｖだけ生じると、合流点βでは模擬燃料ガスＧ１０の成分比の変化は、遅れ時間ｔｄ後に遷移時間ｔｖだけ生じる（時刻ｔ２３〜時刻ｔ２４）。
【００６８】
燃料流量一定条件では、空気流量の変化及び燃料流量の変化が生じないため、遅れ時間ｔｄによる当量比の変化は生じず、バーナ１０の出口に成分比の変化が到達する時刻が変化する。燃料流量一定条件では、火炎高さＨの変化の大きさは、模擬燃料ガスＧ１０の流路の長さに依存せず、流路の長さに応じて変化の開始時刻が異なる。
【００６９】
次に図１６及び図１７を参照し、遅れ時間ｔｄを考慮し、合流点βにおける模擬燃料ガスＧ１０の当量比を一定に保つ場合の実験結果について説明する。
図１６は、本実施形態との比較のための空気流量制御における実験結果の第１の例を示す図である。図１６の例では、当量比一定条件において、模擬燃料ガスＧ１０の成分比が成分比種類Ａから成分比種類Ｅへと変化する（時刻ｔ３１〜時刻ｔ３２）。ただし、図１６の例では、模擬燃料ガスＧ１０の成分比の変化において模擬燃料ガスＧ１０の燃料流量は、当量比一定条件において想定されるより小さい値となる。
【００７０】
燃料流量が、当量比一定条件において想定されるより小さいため、空気流量が遅れ時間ｔｄの間だけ一時的に減少するよう制御されている。したがって、当量比は一定に保たれているが、総流量は一時的に減少する（時刻ｔ３１〜時刻ｔ３４）。なお、図１６の例では、総流量は、模擬燃料ガスＧ１０の成分比の変化の前後において、バーナ１０の出口における空気混合ガスＧ４の平均流速が０．８ｍ／ｓとなるように制御されている。
【００７１】
図１７は、本実施形態との比較のための燃料流量制御における実験結果の第２の例を示す図である。図１７の例では、当量比一定条件において、模擬燃料ガスＧ１０の成分比が成分比種類Ａから成分比種類Ｅへと変化する（時刻ｔ４１〜時刻ｔ４２）。
合流点αにおける模擬燃料ガスＧ１０の成分比の変化が生じてから遅れ時間ｔｄだけ経過するまでの間、燃料流量は成分比種類Ａに対応する値に保たれる。これにより、合流点βに成分比の変化が到達するまで燃料流量は変化しない（時刻ｔ４１〜時刻ｔ４３）。空気流量についても、合流点βに成分比の変化が到達するまで変化しない（時刻ｔ４１〜時刻ｔ４３）。したがって、図１７の例では、当量比及び総流量が一定に保たれている。ここで総流量は、バーナ１０の出口における空気混合ガスＧ４の平均流速が０．８ｍ／ｓとなるように制御されている。
【００７２】
図１６及び図１７における遅れ時間ｔｄに基づく制御では、合流点αから合流点βまでの流路の長さＬに応じた遅れ時間ｔｄを算出する必要がある。ここで図９を参照し遅れ時間ｔｄの算出方法について説明する。
図９は、本実施形態に係る遅れ時間の算出方法の一例を示す図である。遅れ時間ｔｄは燃料流量に依存する。ここで、燃料流量は時間変化するため、遅れ時間ｔｄも時間変化する。そこで遅れ時間ｔｄに対応する模擬燃料ガスＧ１０の容積を容積Ｖｄ（ｔ）とすると、容積Ｖｄ（ｔ）は式（２）を用いて表される。
【００７３】
【数２】
2019211124.tif 000004
【００７４】
ここで面積Ａｃｈａｎｎｅｌは合流点αから合流点βまでの流路の断面積である。一方、容積Ｖｄ（ｔ）は、式（３）を用いて表すことができる。
【００７５】
【数３】
2019211124.tif 000005
【００７６】
ここで流量Ｑｆｕｅｌ（ｔ）は燃料流量である。したがって、式（２）及び式（３）から容積Ｖｄ（ｔ）を消去し得られる遅れ時間ｔｄについての方程式を解くことにより、遅れ時間ｔｄが算出される。ただし、式（３）の積分は、図９のように時間、及び流量Ｑｆｕｅｌ（ｔ）を離散値として扱い演算される。
【００７７】
次に、図１０及び図１１を参照し、ガス密度計３により模擬燃料ガスＧ１０の密度を測定し、制御装置８が模擬燃料ガスＧ１０の成分比の変化を検出し、流量を制御する方法について説明する。
図１０は、本実施形態に係るメタンの体積分率とガス密度計３の出力値との関係の一例を示す図である。グラフＧＲ１は、定常状態における所定の模擬燃料ガスＧ１０の成分比に対しての、メタンの体積分率とガス密度計３の出力値との関係を示す。
【００７８】
定常状態における所定の模擬燃料ガスＧ１０の成分比においては、メタンの体積分率毎に、メタンの体積分率とエタンの体積分率とプロパンの体積分率とが組になっている。ただし、定常状態における所定の模擬燃料ガスＧ１０の成分比においては、エタンの体積分率とプロパンの体積分率との比率は、メタンの体積分率によらず５対１とした。
【００７９】
グラフＧＲ１から、メタンの体積分率とガス密度計３の出力値とは、該線形となっている。したがって、グラフＧＲ１からガス密度計３の出力値からメタンの体積分率を算出することができる。さらに、メタンの体積分率から、定常状態における所定の模擬燃料ガスＧ１０の成分比を用いて、模擬燃料ガスＧ１０の成分比を算出することができる。
【００８０】
次に、図１１を参照し模擬燃料ガスＧ１０の成分比と、ガスマスフローコントローラー４が出力する気体の流量の関係について説明する。
【００８１】
図１１は、本実施形態に係るガスマスフローコントローラー４の補正値とメタンの体積分率との関係の一例を示す図である。ガスマスフローコントローラー４が出力する気体の流量は、流れる気体の種類に依存する。したがって、模擬燃料ガスＧ１０の成分比が変化すると、ガスマスフローコントローラー４に同じ流量の指示値を与えていたとしても、出力される流量は変化してしまう。そこで、流量の指示値と実際の流量との校正を行う必要がある。
流量指示値Ｑｉｎｐｕｔに対して実流量Ａｏｕｔｐｕｔを補正する係数ｋＭＦＣを式（４）を用いて定義する。
【００８２】
【数４】
2019211124.tif 000006
【００８３】
グラフＧＲ２は、ガスマスフローコントローラー４の補正係数である係数ｋＭＦＣと、メタンの体積分率との関係を示す。グラフＧＲ２は、ガスタンク２次関数により近似される。
【００８４】
次に燃料流量をメタンの体積分率から算出する方法について説明する。当量比ｒは、上述した式（１）により表される。メタンの体積分率をΦCH4、エタンの体積分率をΦC2H6、プロパンの体積分率をΦC3H8とすると、式（１）の量論燃空比（Ｆ／Ａ）ｓｔは式（５）を用いて表される。
【００８５】
【数５】
2019211124.tif 000007
【００８６】
したがって、量論燃空比（Ｆ／Ａ）ｓｔはメタンの体積分率の関数として表される。ただし、空気中の酸素の体積分率は、国際標準大気の値を用いた。また、総流量Ｑｔｏｔａｌは、式（６）のように表される。
【００８７】
【数６】
2019211124.tif 000008
【００８８】
当量比一定条件、及び燃料流量一定条件の下では、式（１）、式（５）、及び式（６）により、メタンの体積分率がわかれば、流量Ｑｆｕｅｌ及び空気流量Ｑａｉｒを式（７）及び式（８）を用いて算出できる。
【００８９】
【数７】
2019211124.tif 000009
【００９０】
【数８】
2019211124.tif 000010
【００９１】
ガス密度計３が設置された流路系において、ガス密度計３から出力された成分比をもつ模擬燃料ガスＧ１０が、ガスマスフローコントローラー４へと到達するまでには、伝達時間ｔｔだけかかる。また、ガスマスフローコントローラー４の出口から合流点βへと模擬燃料ガスＧ１０が到達するまでには遅れ時間ｔｄだけかかる。したがって、時刻ｔにおけるガスマスフローコントローラー４への指示値Ｑｉｎｐｕｔは、式（４）及び式（７）より式（９）により表される。
【００９２】
【数９】
2019211124.tif 000011
【００９３】
ここでΦinputは、ガス密度計３が測定する模擬燃料ガスＧ１０の密度の値から得られたメタンの体積分率である。
【００９４】
図１２は、本実施形態に係るガス密度計３を用いた燃料組成切り替え条件における各種変数の時間変化の一例を示す図である。図１２では、模擬燃料ガスＧ１０の成分比が成分比種類Ａから成分比種類Ｅへと変化する。
【００９５】
まず、合流点αにおける各気体の流量がそれぞれ遷移時間ｔｖの間変化し（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）、合流点αにおける模擬燃料ガスＧ１０の成分比が変化する。
次に、ガス密度計３が配置される位置における模擬燃料ガスＧ１０の密度が変化する（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）。
【００９６】
模擬燃料ガスＧ１０の成分比の変化に応じて、ガスマスフローコントローラー４の係数ｋＭＦＣが校正される（時刻ｔ５〜時刻ｔ６）。ガスマスフローコントローラー４が配置される位置における燃料流量は、伝達時間ｔｔと遅れ時間ｔｄだけ遅れて制御される。ここで伝達時間ｔｔは、ガス密度計３からガスマスフローコントローラー４まで模擬燃料ガスＧ１０がガス配管ＧＰ２を伝搬するのにかかる時間である。遅れ時間ｔｄは、ガスマスフローコントローラー４から合流点βまで模擬燃料ガスＧ１０がガス配管ＧＰ３を伝搬するのにかかる時間である。
なお、伝達時間ｔｔは、遅れ時間ｔｄと同様に式（２）及び式（３）を用いて算出される。
【００９７】
ガスマスフローコントローラー４により、伝達時間ｔｔと遅れ時間ｔｄだけ遅れて模擬燃料ガスＧ１０の燃料流量が制御される（時刻ｔ７〜時刻ｔ８）。流量の変化は圧力伝搬により伝達するため、合流点βにおける燃料流量は、ガスマスフローコントローラー４における燃料流量の変化とほぼ同時に変化する（時刻ｔ７〜時刻ｔ８）。
【００９８】
図１３は、本実施形態に係る各条件における実験結果の一例を示す図である。図１３では、燃料流量一定条件、当量比一定条件、空気流量制御、燃料流量制御、及び密度計制御の５種類の条件における火炎高さＨの時間変化がそれぞれ示されている。ここで図１３では、遷移時間ｔｖが１ｓ、合流点αから合流点βまでの距離が１５００ｍｍのときの火炎高さＨの時間変化が示されている。図１３では、模擬燃料ガスＧ１０の成分比が成分比種類Ａから成分比種類Ｅへと変化する。
【００９９】
燃料流量一定条件、及び当量比一定条件においては、遅れ時間ｔｄを考慮した制御が行われていない。空気流量制御、及び燃料流量制御においては、遅れ時間ｔｄを考慮した制御が行われる。密度計制御では、制御装置８によりガス密度計３により測定される模擬燃料ガスＧ１０の密度に基づいて、燃料流量及び空気流量が制御される。
【０１００】
図１３の５つの条件火炎高さＨの変動を最も抑制できているのは燃料流量制御である。燃料流量制御では、火炎高さＨの変動は模擬燃料ガスＧ１０の成分比の切り替えによる発熱量流速の変化のみに起因する。燃料流量制御では、火炎高さＨの最大値と最小値との差は約０．７ｍｍである。
一方、空気流量制御では、空気流量の増減及びガスマスフローコントローラー４の応答の遅れによる火炎高さＨの変動がみられた。空気流量制御では、火炎高さＨの最大値と最小値との差は約２．６ｍｍである。
【０１０１】
密度計制御では、火炎高さＨの変動はＴａｙｌｏｒ拡散による模擬燃料ガスＧ１０の密度分布の変化と、ガス密度計３の応答の遅れとに起因する。密度計制御では、火炎高さＨの最大値と最小値との差は約１．４ｍｍである。密度計制御では、燃料流量一定条件、及び当量比一定条件と比較すると火炎高さＨの変動は抑制できている。また、密度計制御における火炎高さＨの変動は、燃料流量制御における火炎高さＨの変動に比べて著しく大きな値ではない。
したがって、ガス密度計３により測定される模擬燃料ガスＧ１０の密度に基づいて制御装置８により制御される密度計制御では、火炎高さＨの変動を抑制することができた。
【０１０２】
以上に説明したように、本実施形態に係る制御装置８は、流量算出部８２と、ガス流量制御部８３と、空気流量制御部８６とを備える。
流量算出部８２は、成分の組成が未知である混合ガス（天然ガスＧ０、模擬燃料ガスＧ１０）と混合ガス（天然ガスＧ０、模擬燃料ガスＧ１０）と混合される空気ＡＲとの総流量一定、かつ混合ガス（天然ガスＧ０、模擬燃料ガスＧ１０）と空気ＡＲとの等量比一定とした場合において、混合ガス（天然ガスＧ０、模擬燃料ガスＧ１０）の成分比に基づいて、混合ガス（天然ガスＧ０、模擬燃料ガスＧ１０）のガス流量と空気の空気流量と、を算出する。
ガス流量制御部８３は、流量算出部８２が算出したガス流量に基づいて、ガス配管内を流れる混合ガス（天然ガスＧ０、模擬燃料ガスＧ１０）の流量を制御する。
空気流量制御部８６は、混合ガスの成分比を示す物理量（密度）を測定する測定部（ガス密度計３）が配置されるガス配管の経路上の測定位置から、ガス配管によって供給される混合ガス（天然ガスＧ０、模擬燃料ガスＧ１０）と空気配管ＡＰによって供給される空気ＡＲとをガス配管と空気配管ＡＰとの接続部において混合するガス空気混合部（合流点β）までの距離に応じた遅れ時間ＴＤＴと、流量算出部８２が算出した空気流量とに基づいて、空気配管ＡＰ内を流れる空気ＡＲの流量を制御する。
【０１０３】
この構成により、本実施形態に係る制御装置８では、遅れ時間ＴＤＴに基づいて空気ＡＲの空気流量を制御できるため、成分の組成が未知である混合ガスを安定して燃焼させることができる。
【０１０４】
また、本実施形態に係る制御装置８は、成分比算出部８１をさらに備える。本実施形態に係る制御装置８では、混合ガスの成分比を示す物理量とは、混合ガス（天然ガスＧ０、模擬燃料ガスＧ１０）の密度である。
成分比算出部８１は、混合ガスの成分比を示す物理量（密度）を測定する測定部（ガス密度計３）が配置されるガス配管の経路上の測定位置における混合ガスの成分比を示す密度に基づいて混合ガス（天然ガスＧ０、模擬燃料ガスＧ１０）の成分比を算出する。
流量算出部８２は、成分比算出部８１が算出した密度が示す混合ガス（天然ガスＧ０、模擬燃料ガスＧ１０）の成分比に基づいて、混合ガス（天然ガスＧ０、模擬燃料ガスＧ１０）のガス流量と空気ＡＲの空気流量と、を算出する。
【０１０５】
この構成により、本実施形態に係る制御装置８では、混合ガスの成分比をクロマトグラフィなどを用いる場合に比べて短時間において算出できるため、混合ガスの組成が変化してもクロマトグラフィなどを用いる場合に比べて混合ガスを安定して燃焼させることができる。
【０１０６】
また、本実施形態に係る制御装置８では、ガス流量制御部８３が制御するガス流量調整バルブ（ガスマスフローコントローラー４）は、ガス配管において測定部（ガス密度計３）が配置されるガス配管の経路上の測定位置の下流に配置されている。空気流量制御部８６は、当該測定位置からガス流量調整バルブ（ガスマスフローコントローラー４）までの距離に応じた伝達時間ｔｔに基づいて空気ＡＲの空気流量を制御する。
【０１０７】
この構成により、本実施形態に係る制御装置８では、伝達時間に基づかない場合に比べてより安定して未燃調ガスを燃焼させることができる。
【０１０８】
また、本実施形態に係る制御装置８は、遅れ時間算出部８４をさらに備える。遅れ時間算出部８４は、遅れ時間ＴＤＴを、混合ガス（天然ガスＧ０、模擬燃料ガスＧ１０）の密度と、測定部（ガス密度計３）が配置されるガス配管の経路上の測定位置から、ガス配管によって供給される混合ガス（天然ガスＧ０、模擬燃料ガスＧ１０）と空気配管ＡＰによって供給される空気ＡＲとをガス配管と空気配管ＡＰとの接続部において混合するガス空気混合部（合流点β）までの距離とに基づいて算出する。
【０１０９】
この構成により、本実施形態に係る制御装置８では、予め決められた遅れ時間に基づく場合に比べて、より安定して未燃調ガスを燃焼させることができる。
【０１１０】
また、本実施形態に係る制御システムＳは、制御装置８と、ガス流量調整バルブ（ガスマスフローコントローラー４）と、空気流量調整バルブ（空気マスフローコントローラー７）とを備える。
ガス流量調整バルブ（ガスマスフローコントローラー４）は、ガス配管の経路上に配置され、ガス配管を流れる混合ガス（天然ガスＧ０、模擬燃料ガスＧ１０）の流量を調整する。
空気流量調整バルブ（空気マスフローコントローラー７）は、空気配管ＡＰの経路上に配置され、空気配管ＡＰを流れる空気ＡＲの流量を調整する。
この構成により、本実施形態に係る制御システムＳでは、遅れ時間ＴＤＴに基づいて空気ＡＲの空気流量を制御できるため、成分の組成が未知である混合ガスを安定して燃焼させることができる。
【０１１１】
なお、上述した実施形態における制御装置８の一部、例えば、密度取得部８０、成分比算出部８１、流量算出部８２、ガス流量制御部８３、遅れ時間算出部８４、及び空気流量制御部８６をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、制御装置８に内蔵されたコンピュータシステムであって、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
また、上述した実施形態における制御装置８の一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。制御装置８の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
【０１１２】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
Ｓ…制御システム、１…ガスタンク、２…ガスタンク、３…ガス密度計、４…ガスマスフローコントローラー、５…信号変換器、６…コンプレッサ、７…空気マスフローコントローラー、８…制御装置、９…ＡＤ／ＤＡ変換ボード、１０…バーナ、Ｒ１…天然ガス供給系、Ｒ２…模擬燃料供給系、ＧＰ０、ＧＰ１、ＧＰ２、ＧＰ３、ＧＰ１０…ガス配管、ＡＰ…空気配管、Ｃ１…メタンシリンダー、Ｃ２…エタンシリンダー、Ｃ３…プロパンシリンダー、Ｖ１、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ３…バルブ、２１、２２、２３…ガスマスフローコントローラー、８０…密度取得部、８１…成分比算出部、８２…流量算出部、８３…ガス流量制御部、８４…遅れ時間算出部、８５…記憶部、８５０…遅れ時間情報、８６…空気流量制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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