(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素の炎を監視するための炎監視装置であって、
炎の燃焼領域内に短時間の間だけ存在する遷移種に相当する第一波長における炎によって放出される電磁放射線に応答し、第一の検出信号を出力する第一検出手段と、
燃焼領域内の第一の非遷移種に相当する第二波長における炎によって放出される電磁放射線に応答し、第二の検出信号を出力する第二検出手段と、
前記第一及び第二の検出信号に応答し、第一の比較信号を出力する第一の比較手段と、  前記第一の比較信号に応答し、炎中の空気・燃料比率に応じた出力信号を出力する出力手段と、
を備えたことを特徴とする炎監視装置。
【請求項２】
前記遷移種がＯＨであり、前記第一波長が約３１０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の炎監視装置。
【請求項３】
前記遷移種がＣＨであり、前記第一波長が約４３１ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の炎監視装置。
【請求項４】
前記遷移種がＣ2であり、前記第一波長が約５１７ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の炎監視装置。
【請求項５】
前記第一の非遷移種が、
（ａ）前記第二波長が約３．３５μｍである炎中の熱い炭化水素燃料、
（ｂ）前記第二波長が約９２７ｎｍであるＨ2Ｏ、
（ｃ）前記第二波長が約１．４５μｍであるＨ2Ｏ、
（ｄ）前記第二波長が約２．９μｍであるＨ2Ｏ、及び、
（ｅ）前記第二波長が約４．５μｍであるＣＯ2、
から選ばれたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の炎監視装置。
【請求項６】
前記第一の比較手段が、収納されたデータにも応答することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の炎監視装置。
【請求項７】
第二の非遷移種に相当し、前記第一の非遷移種に相当する波長とは異なる第三波長における炎によって放出される電磁放射線に応答し、第三の検出信号を出力する第三検出手段と、
該第三の検出信号と、前記第一及び第二の検出信号の１つと、に応答し、第二の比較信号を出力する第二の比較手段と、
をさらに備え、
前記出力手段が、前記第一及び第二の比較信号に応じて前記出力信号を出力するようにされたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の炎監視装置。
【請求項８】
前記第二の非遷移種が、
（ａ）前記第三波長が約３．３５μｍである炎中の熱い炭化水素燃料、
（ｂ）前記第三波長が約９２７ｎｍであるＨ2Ｏ、
（ｃ）前記第三波長が約１．４５μｍであるＨ2Ｏ、
（ｄ）前記第三波長が約２．９μｍであるＨ2Ｏ、及び、
（ｅ）前記第三波長が約４．５μｍであるＣＯ2、
から選ばれたことを特徴とする請求項７に記載の炎監視装置。
【請求項９】
前記出力手段が、収納されたデータにも応答することを特徴とする請求項７又は８に記載の炎監視装置。
【請求項１０】
前記第一及び第二の比較手段が、所定の周波数帯域においてそれぞれ比較される２つの検出信号のそれぞれに相当する電力値を検出し、該電力値を比較することを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の炎監視装置。
【請求項１１】
前記第一乃至第三の検出手段が、それぞれ、前記第一乃至第三の検出信号を所定の周波数帯域において出力する信号調整手段を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の炎監視装置。
【請求項１２】
前記信号調整手段が、それぞれ、狭帯域増幅器を備え、
前記第一及び第二の比較手段が、前記第一乃至第三の検出信号のそれぞれの平均振幅に応答する手段を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の炎監視装置。
【請求項１３】
前記第一及び第二の比較手段が、前記第一乃至第三の検出信号が時間に関して変化するとき、前記第一乃至第三の検出信号の高速フーリエ変換値を得て、該高速フーリエ変換値を所定の周波数帯域について積分する手段を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の炎監視装置。
【請求項１４】
前記第一及び第二の比較手段が、それぞれ比較される２つの検出信号を相互相関する相関手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載の炎監視装置。
【請求項１５】
炎の空気・燃料比率を調整する前記出力信号に応答する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載の炎監視装置。
【請求項１６】
炭化水素の炎を監視するための炎監視方法であって、
炎の燃焼領域内に短時間の間だけ存在する遷移種に相当する第一波長における炎によって放出される電磁放射線に応答し、第一の検出信号を出力する第一検出ステップと、
燃焼領域内の第一の非遷移種に相当する第二波長における炎によって放出される電磁放射線に応答し、第二の検出信号を出力する第二検出ステップと、
前記第一及び第二の検出信号に応答し、第一の比較信号を出力する第一の比較ステップと、
前記第一の比較信号に応答し、炎中の空気・燃料比率に応じた出力信号を出力する出力ステップと、
を備えたことを特徴とする炎監視方法。
【請求項１７】
前記遷移種がＯＨであり、前記第一波長が約３１０ｎｍであることを特徴とする請求項１６に記載の炎監視方法。
【請求項１８】
前記遷移種がＣＨであり、前記第一波長が約４３１ｎｍであることを特徴とする請求項１６に記載の炎監視方法。
【請求項１９】
前記遷移種がＣ2であり、前記第一波長が約５１７ｎｍであることを特徴とする請求項１６に記載の炎監視方法。
【請求項２０】
前記第一の非遷移種が、
（ａ）前記第二波長が約３．３５μｍである炎中の熱い炭化水素燃料、
（ｂ）前記第二波長が約９２７ｎｍであるＨ2Ｏ、
（ｃ）前記第二波長が約１．４５μｍであるＨ2Ｏ、
（ｄ）前記第二波長が約２．９μｍであるＨ2Ｏ、及び、
（ｅ）前記第二波長が約４．５μｍであるＣＯ2、
から選ばれたことを特徴とする請求項１６〜１９の何れかに記載の炎監視方法。
【請求項２１】
前記第一の比較ステップが、収納されたデータに応答するステップも備えたことを特徴とする請求項１６〜２０の何れかに記載の炎監視方法。
【請求項２２】
第二の非遷移種に相当し、前記第一の非遷移種に相当する波長とは異なる第三波長における炎によって放出される電磁放射線を検出し、第三の検出信号を出力する第三検出ステップと、該第三の検出信号と、前記第一及び第二の検出信号の１つと、を比較し、第二の比較信号を出力する第二の比較ステップと、前記第一及び第二の比較信号に応じて出力信号を出力するステップと、をさらに備えたことを特徴とする請求項１６〜２１の何れかに記載の炎監視方法。
【請求項２３】
前記第二の非遷移種が、
（ａ）前記第三波長が約３．３５μｍである炎中の熱い炭化水素燃料、
（ｂ）前記第三波長が約９２７ｎｍであるＨ2Ｏ、
（ｃ）前記第三波長が約１．４５μｍであるＨ2Ｏ、
（ｄ）前記第三波長が約２．９μｍであるＨ2Ｏ、及び、
（ｅ）前記第三波長が約４．５μｍであるＣＯ2、
から選ばれたことを特徴とする請求項２２に記載の炎監視方法。
【請求項２４】
前記出力信号を出力するステップが、収納されたデータに応答するステップを備えたことを特徴とする請求項２２又は２３に記載の炎監視方法。
【請求項２５】
前記第一及び第二の比較ステップが、所定の周波数帯域においてそれぞれ比較される２つの検出信号のそれぞれに相当する電力値を検出し、該電力値を比較するステップを備えたことを特徴とする請求項１６〜２４の何れかに記載の炎監視方法。
【請求項２６】
前記第一乃至第三の検出信号が、それぞれ狭い周波数帯域において出力され、
前記第一及び第二の比較ステップが、前記第一乃至第三の検出信号のそれぞれの平均振幅に応答するステップを備えたことを特徴とする請求項２５に記載の炎監視方法。
【請求項２７】
前記第一及び第二の比較ステップが、前記第一乃至第三の検出信号が時間に関して変化するとき、前記第一乃至第三の検出信号の高速フーリエ変換値を得るステップと、該高速フーリエ変換値を所定の周波数帯域について積分するステップと、を備えたことを特徴とする請求項２５に記載の炎監視方法。
【請求項２８】
前記第一及び第二の比較ステップが、それぞれ比較される２つの検出信号を相互相関するステップを備えたことを特徴とする請求項１６〜２７の何れかに記載の炎監視方法。
【請求項２９】
炎の空気・燃料比率を調整する前記出力信号に応答するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１６〜２８の何れかに記載の炎監視方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は炎を監視する炎監視方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、例えば、ボイラ、炉、又は、他の燃焼機器の中で炭化水素燃料を燃やしたときに生じる炎を、該炎の特性を決定する目的、特に、燃焼工程の化学量論比（stoichiometry）に関する情報を提供する目的で、監視するために用いられることができ、好ましくは、燃焼効率を向上させ、汚染物質の産出を減少させるために用いられることができる炎監視装置を提供することを目的とする。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る炎監視装置は、炭化水素の炎を監視するための炎監視装置であって、炎の燃焼領域内に短時間の間だけ存在する遷移種（transient species）に相当する第一波長における炎によって放出される電磁放射線に応答し、第一の検出信号を出力する第一検出手段と、燃焼領域内の非遷移種（non-transient species）に相当する第二波長における炎によって放出される電磁放射線に応答し、第二の検出信号を出力する第二検出手段と、前記第一及び第二の検出信号に応答し、比較信号を出力する比較手段と、前記比較信号に応答し、炎中の空気・燃料比率に応じた出力信号を出力する出力手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００４】
更に、本発明に係る炎監視方法は、炭化水素の炎を監視するための炎監視方法であって、炎の燃焼領域内に短時間の間だけ存在する遷移種に相当する第一波長における炎によって放出される電磁放射線に応答し、第一の検出信号を出力する第一検出ステップと、燃焼領域内の非遷移種に相当する第二波長における炎によって放出される電磁放射線に応答し、第二の検出信号を出力する第二検出ステップと、前記第一及び第二の検出信号に応答し、比較信号を出力する比較ステップと、前記比較信号に応答し、炎中の空気・燃料比率に応じた出力信号を出力する出力ステップと、を備えたことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る炎監視方法及び装置を、添付の概略図を参照して説明する。概略図において、図１は、本発明に係る炎監視装置の一形態のブロック図であり、図２〜８は、図１の炎監視装置の作用を説明するためのグラフである。
【０００６】
図１に示した炎監視装置は、複数の電磁放射線センサを備えている。より詳しく説明すると、図１に示した炎監視装置は、少なくとも２つのセンサ、好ましくは３つのセンサ、可能であればより多くのセンサを備えている。説明を簡単にするために、図１には、３つのセンサ６、８及び１０が示されている。これらのセンサ６、８及び１０には、それぞれ、狭帯域フィルタが取り付けられているので、センサ６、８及び１０は、それぞれ、特定帯域の狭い範囲の波長にのみ反応する。これらの波長及び帯域については、より詳細に後述する。センサ６、８及び１０は、ボイラ、炉、又は、他の燃焼装置の中又は上の、炭化水素燃料を燃やしたときに生じる炎を監視することができる位置に設置される。センサ６、８及び１０のそれぞれからの信号、即ち、それぞれの狭い範囲の波長において検知された放射線に応じた信号は、それぞれ、信号調整ユニット１２、１４及び１６によって、増幅され、周波数帯域を制限された後、アナログ・デジタル変換機１８、１９及び２０に入力される。ライン２１、２２及び２３上のデジタル化された検出信号は、中央演算ユニット（以下、単にＣＰＵという。）２４に入力される。メモリ２６は、ＣＰＵ２４と連携している。後で詳述するように、ＣＰＵ２４は、入力されたデータを演算し、燃焼工程の化学量論比に関する情報を提供する。ライン２８に出力された結果は、出力ユニット３０に入力される。出力ユニット３０は、３４で示されたバルブの配置を自動的に操作する出力をライン３２上に作り出すことができる。そして、バルブ３４の配置は、所定の空気・燃料比率を作り出すために、炉中の空気・燃料比率を調整することができる。炉中の空気・燃料比率は、最大効率にするために化学量論比に調整され、又は、汚染物質を減少させるために所定量の十分な空気に調整されてもよい。
【０００７】
なお、出力ユニット３０は、炎監視工程の結果を、最適な表示装置に示すために、及び／又は、その情報を遠隔地に伝達するために、ライン３６上に出力を生成することができる。
【０００８】
本発明に係る炎監視装置の１つの好ましい形態においては、センサ６は２．９６μｍを中心とする狭い波長帯域の放射線に反応するようにされていて、センサ８は３．３５μｍを中心とする狭い波長帯域の放射線に反応するようにされていて、センサ１０は３１０ｎｍを中心とする狭い波長帯域の放射線に反応するようにされている。このようにした場合、センサ６及び８を鉛セレニドセンサ、センサ１０をシリコンセンサとすることができる。
【０００９】
本発明に係る炎監視装置の作用について詳述する。
【００１０】
炭化水素の炎の放出スペクトルは、様々な放出ピークを含む。以下にその例を示す。
（ａ）例えば３．３５μｍを中心とする、炎中の熱い炭化水素の燃料に関連するピーク。
（ｂ）例えば、Ｈ2Ｏの場合９２７ｎｍ、１．４５μｍ及び２．９μｍを中心とし、ＣＯ2の場合４．５μｍを中心とする、炎中の燃焼生成物に関連するピーク。
（ｃ）例えば、約３１０ｎｍを中心とし、ＯＨに対応するピーク、約４３１ｎｍを中心とし、ＣＨに関連するピーク、及び、約５１７ｎｍを中心とし、Ｃ2に関連するピークのような、燃焼領域において短時間だけ存在する遷移種に関連するピーク。
【００１１】
本発明によれば、遷移種による放出物の周波数スペクトルは、燃料及び燃焼生成物による放出物の周波数スペクトルと著しく異なり、両者の差は、燃焼工程の化学量論比に対して変化するということがわかる。
【００１２】
図２において、垂直軸は、デジタル化された検出信号（ライン２１、２２及び２３）のうち２つの間の、特定の周波数帯域における電力の比を対数目盛りで示しており、水平軸は、化学量論比値（１）と比較した空気・燃料比率である。図２において、曲線Ａは、センサ８からの検出信号（熱い炭化水素燃料からの放出物に相当する３．３５μｍ）中の特定の周波数領域における電力に対する、センサ１０からの検出信号（遷移種ＯＨに相当する３１０ｎｍ）中の特定の周波数領域における電力の比を表している。曲線Ｂは、センサ８からの検出信号（熱い炭化水素燃料からの放出物に相当する３．３５μｍ）中の特定の周波数領域における電力に対する、センサ６からの検出信号（Ｈ2Ｏに相当する３．３５μｍ）中の特定の周波数領域における電力の比を表している。図２における曲線は、ガス燃焼炉中において１００％の負荷（最大燃料投入量）で測定され、１０〜３０Ｈｚの周波数帯域にわたって測定されている。
【００１３】
図２には、曲線Ａは、曲線Ｂに比べて、空気・燃料比率に対して、特に、化学量論上の空気・燃料比率に近い重要な領域にわたって、より著しく変化するということが、はっきりと示されている。したがって、曲線Ａ及びＢは、遷移種（この場合はＯＨ）による放出物の周波数スペクトルは、燃料又は生成物の化学種による放出物の周波数スペクトルと著しく異なり、これらの差は炎の化学量論比に対して変化する、ということを示している。
【００１４】
図３は図２に相当する（軸は、同様のものを表しているが、図３においては、垂直軸は対数目盛りではない）が、図３は、異なる炉負荷又は燃料投入量の領域における曲線を示している。実線で示された４つの曲線（曲線Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤ）は、全て、センサ８からの検出信号（炎中の熱い燃料に相当する３．３５μｍ）中の特定の周波数領域における電力に対する、センサ１０からの検出信号（遷移種ＯＨに相当する３１０ｎｍ）中の特定の周波数帯域における電力の比率を示している。曲線Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、それぞれ最大の２５％、５０％、７５％及び１００％の炉負荷又は燃料投入量での比率に対応している。
【００１５】
点線で示された曲線Ｅ、Ｆ及びＧは、全て、センサ８からの検出信号（炎中の熱い燃料に相当する３．３５μｍ）中の特定の周波数帯域における電力に対する、センサ６からの検出信号（生成物Ｈ2Ｏに相当する２．９μｍ）中の特定の周波数帯域における電力の比率を示している。曲線Ｅ、Ｆ及びＧは、それぞれ最大の２５％、７５％及び１００％の炉負荷又は燃料投入量での比率に対応している。
【００１６】
異なる曲線間で比較をすることができるように、２５％、５０％及び７５％の負荷に対応した値は、化学量論比よりも大きく、燃焼後の排気ガス中の過剰酸素の量が３％である（Ｘで示された）空気・燃料比率で互いに値が同等になるように、任意の要素を掛けられている。
【００１７】
図３には、（炎中の熱い燃料による信号に対する遷移種ＯＨの出力による信号の比率を示している）曲線Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、曲線Ｅ、Ｆ及びＧに比べて、異なる炉負荷での空気・燃料比率に関して、より良い一貫性及びより体系的な変化を持っている、ということが、はっきりと示されている。
【００１８】
したがって、作用の１つの方法において、図１の炎監視装置は、上述した２つの比率、即ち、（ｉ）３．３５μｍであり、炎中の熱い燃料からの放出物に相当する検出信号中の特定の周波数帯域での電力に対する、３１０ｎｍであり、遷移種ＯＨに相当する検出信号中の特定の周波数帯域での電力の比率、及び、（ｉｉ）３．３５μｍであり、炎中の熱い燃料から放出物に相当する検出信号中の特定の周波数帯域での電力に対する、２．９μｍであり、生成物Ｈ2Ｏに相当する検出信号中の特定の周波数帯域での電力の比率、を測定するために、センサ６、８及び１０からのライン２１、２２及び２３上のデジタル化された検出信号を用いる。仮に、信号調整ユニット１２、１４及び１６の周波数通過帯域が十分に狭ければ、ＣＰＵ２４は、検出信号それぞれの中の平均振幅を測定し、比較することによって、これら２つの比率を決定することができる。また、仮に、信号調整ユニット１２、１４及び１６の周波数通過帯域が比較的広ければ、ＣＰＵ２４は、デジタル化されたデータを周波数領域に変換するために、デジタル化されたデータに対して、高速フーリエ変換を行い、所定の周波数帯域について積分することによって、２つの比率を得ることができる。次に、得られた比率データは、燃焼状態を決定するために、メモリ２６に収納されたデータ（例えば、実際には、図２及び３に示されたデータに相当するデータを用いている）と比較される。次に、得られたライン２８上の信号は、バルブ３４によって空気・燃料比率を調整し、所定の空気・燃料比率（通常は、正に上述の化学量論比）を生成するために、出力ユニット３０によって用いられる。
【００１９】
図４は、（垂直目盛りが対数目盛りではないということを除いて）図２と概ね同様であるが、異なる波長での出力の間の電力の比率を示している。ここで、図４の曲線Ａは、（遷移種ＯＨに相当する）３１０ｎｍでの出力と、（Ｈ2Ｏに相当する）９２７ｎｍでの出力との間の電力の比率を、空気・燃料比率に対して示している。曲線Ｂは、（遷移種ＯＨに相当する）３１０ｎｍでの出力と、（再びＨ2Ｏに相当する）１．４５μｍでの出力との間の電力の比率を、空気・燃料比率に対して示している。曲線Ｃは、（遷移種ＣＨに相当する）４３１ｎｍでの出力と、（熱い燃料に相当する）３．３５ｎｍでの出力との間の電力の比率を、空気・燃料比率に対して示している。最後に、曲線Ｄは、（遷移種Ｃ2に相当する）５１６ｎｍでの出力と、（熱い燃料に相当する）３．３５ｎｍでの出力との間の電力の比率を、空気・燃料比率に対して示している。曲線は、全てガス燃焼炉中において最大負荷で計測されている。それぞれの場合において、再び、空気・燃料比率に対する電力の比率の重大な変化が示されている。したがって、図４には、ＣＰＵ２４が、図４に示された電力の比率の１つを測定し、それによって炎中の空気・燃料比率を測定できるように、センサ６、８及び１０（又はそれらの１つ又は２つ）は、異なった放射線の波長に敏感であるように変更されることができる、ということが示されている。
【００２０】
仮に、測定された非遷移種が、２．９μｍでのＨ2Ｏ、又は、４．５μｍでのＣＯ2であっても、図４中の曲線Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤと形状において概ね同様である曲線が得られる。
【００２１】
図５、６、７及び８は、センサ６、８及び１０から得たデータを処理する別の方法を示している。この方法においては、異なった検出器からの検出信号データは、相互相関係数（垂直軸）を得るために、関連付けられていて、相互相関係数は、化学量論比に比較した空気・燃料比率（水平軸）に対して示されている。
【００２２】
図５の曲線Ａは、遷移種ＯＨに相当する３１０ｎｍでの検出信号（センサ１０）と、炎中の熱い燃料に相当する３．３５μｍでの検出信号（センサ８）との間の相互相関係数が、空気・燃料比率に対してどのように変化するのか、ということを示している。曲線Ａは、化学量論比の近辺の重要な領域において概直線状である重大な変化量がある、ということを示している。
【００２３】
対照的に、図８の曲線Ａは、燃焼生成物Ｈ2Ｏに相当する２．９μｍでの検出信号（センサ６）と、炎の中の熱い燃料に相当する３．３５μｍでの検出信号（センサ８）との間の相互相関係数が、空気・燃料比率に対してどのように変化するのか、ということを示している。その変化量は小さく、概ね図５の曲線Ａによって示された変化量よりも少ない。
【００２４】
したがって、作用の選択方法の一形態において、ＣＰＵ２４（図１）は、（ｉ）（図５の曲線Ａに対応する）センサ８及び１０から受けるデジタル化されたデータ、及び、（ｉｉ）（図８の曲線Ａに対応する）センサ６及び８から受けるデジタル化されたデータ、に対して所定の相関計算をする。この２つの相関出力は、空気・燃料比率を決定するために、互いに比較され、また、それぞれメモリ２６に収納されたデータと比較されることができる。そして、ＣＰＵ２４は、出力ユニット３０及びバルブ３４によって、空気・燃料比率を、所定の値にするように調整することができる。
【００２５】
図５の曲線Ｂは、３１０ｎｍ（遷移種ＯＨ、センサ１０）での検出信号と、２．９μｍ（水、センサ６）での検出信号との間の相互相関係数が、空気・燃料比率に対してどのように変化するのか、ということを示している。ここで、図５の曲線Ｂには、重大な変化量がある（図５の曲線Ａの変化量と大きさは等しくないが、概ね同様である）。したがって、ＣＰＵ２４は、上述した他の２組のセンサの組み合わせから受け取ったデータに対する相関計算を補うために、センサ６及び１０から受け取ったデジタル化されたデータに対する相関計算を行うことができる。
【００２６】
この作用の第二の方法においても、センサ６、８及び１０が、図１を参照しながら上述した３つの波長における放射線に反応する、ということは重要ではない。つまり、センサ６は、代わりに、例えば、９２７ｎｍ又は１．４５μｍでＨ2Ｏ、又は、４．５μｍでＣＯ2のように、２．９μｍとは異なる波長で燃焼生成物に相当する放出物に反応するようにされることができる。センサ８は、炎中の熱い燃料からの放出物の代わりに、燃焼生成物からの放出物に反応するようにされることができる。だが、仮に、センサ８が、燃焼生成物に相当する放出物に反応するとしたら、その放出物は、明らかに、センサ６が反応する波長とは異なった波長で反応する。センサ１０は、例えば、約４３１ｎｍでのＣＨ、及び、約５１７ｎｍでのＣ2のように、前述したようないくつかの他の遷移種からの放射線に反応するようにされることができる。
【００２７】
例によれば、図５中の曲線Ｃ、Ｄ及びＥは、３１０ｎｍ（各場合において）での一方の出力と、それぞれ１．４５μｍ（燃焼生成物Ｈ2Ｏ）、４．５μｍ（燃焼生成物ＣＯ2）、及び、９２７ｎｍ（燃焼生成物Ｈ2Ｏ）での他方の出力と、の間の相関係数を示している。また、これらの曲線は全て、図５中の曲線Ａより幾分少ないけれども、空気・燃料比率に対して重大な変化量を示している。
【００２８】
図６には、４３１ｎｍでの遷移種ＣＨに相当する一方の出力と、５つの異なる非遷移種での他方の出力と、の間の相関係数が、それぞれ、曲線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥとして示されている。曲線Ａでは、非遷移種は３．３５μｍでの熱い燃料であり、曲線Ｂでは、非遷移種は２．９μｍでのＨ2Ｏであり、曲線Ｃでは、非遷移種は１．４５μｍでのＨ2Ｏであり、曲線Ｄでは、非遷移種は４．５μｍでのＣＯ2であり、曲線Ｅでは、非遷移種は９２７ｎｍでのＨ2Ｏである。また、これらの曲線は全て、図５中の曲線Ａより幾分少ないけれども、空気・燃料比率に関する重大な変化量を示している。
【００２９】
図７には、５１６ｎｍでの遷移種Ｃ2に相当する一方の出力と、５つの異なる非遷移種での他方の出力と、の間の相関係数が、それぞれ、曲線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥとして示されている。曲線Ａでは、非遷移種は３．３５μｍでの熱い燃料であり、曲線Ｂでは、非遷移種は２．９μｍでのＨ2Ｏであり、曲線Ｃでは、非遷移種は１．４５μｍでのＨ2Ｏであり、曲線Ｄでは、非遷移種は４．５μｍでのＣＯ2であり、曲線Ｅでは、非遷移種は９２７ｎｍでのＨ2Ｏである。また、これらの曲線は全て、図５中の曲線Ａより幾分少ないけれども、空気・燃料比率に対して重大な変化量を示している。
【００３０】
再び図８を参照すると、曲線ＢからＪは、以下のような非遷移種の異なる対に対応した出力の間の相関係数を示している。
（i）曲線Ｂは、２．９μｍでのＨ2Ｏに相当する出力と、４．５μｍでのＣＯ2に相当する出力と、の間の相関係数を示している。
（ii）曲線Ｃは、３．３５μｍでの熱い燃料に相当する出力と、４．５μｍでのＣＯ2に相当する出力と、の間の相関係数を示している。
（iii）曲線Ｄ、Ｅ及びＦは、それぞれの場合において、１．４５μｍでのＨ2Ｏに相当する一方の出力と、それぞれ、４．５μｍでのＣＯ2（曲線Ｄ）、３．３５μｍでの熱い燃料（曲線Ｅ）、及び、２．９μｍでのＨ2Ｏ（曲線Ｆ）に相当する他方の出力と、の間の相関係数を示している。
（iv）曲線Ｇ、Ｈ、Ｉ及びＪは、それぞれの場合において、９２７ｎｍでのＨ2Ｏに相当する一方の出力と、それぞれ、４．５μｍでのＣＯ2（曲線Ｇ）、３．３５μｍでの熱い燃料（曲線Ｈ）、２．９μｍでのＨ2Ｏ（曲線Ｉ）、及び、１．４５μｍでのＨ2Ｏ（曲線Ｊ）に相当する他方の出力と、の間の相関係数を示している。
【００３１】
図８は、曲線ＢからＪは、図８における曲線Ａと形状において概ね同様である、つまり、空気・燃料比率に対するそれぞれの相関係数の変化量は小さい、ということを示している。
【００３２】
したがって、図５、６及び７に示された一方の曲線を図８に示された他方の曲線と比較することにより、適切な狭い波長帯域における放射線に反応するようにすることによって、図１の炎監視装置は、センサ６、８及び１０が、どのように変更されることができるのか、ということがわかる。
【００３３】
本発明に係る炎監視装置は、前記２つの異なる方法（炎監視装置が、それぞれの検出信号からの特定の周波数帯域における出力の比率を得る第一方法、及び、炎監視装置が、相関係数を測定する第二方法）で、同時に、又は、連続的に作用するようにしてもよい。それによって、化学量論比に比較した空気・燃料比率によって表された燃焼状態に関する２つ又はそれ以上の評価が生じる。そして、ＣＰＵ２４は、出力ユニット３０と、バルブ３４と、を操作するために、それらの評価の判断をするようにすることができる。例えば、ファジーの法則、即ち従来の論理法則を用いることによって、又は、人工神経網によって、エキスパートシステムのような、適した人工知能手段が使われることができる。
【００３４】
したがって、全ての明らかにした具体例において、燃焼領域において短時間の間だけ存在する遷移種に相当する狭い波長帯域における放射線の放出物は、空気・燃料比率に対してはっきりと変化する出力を作り出すために、炎中の熱い炭化水素燃料、又は、燃焼生成物に相当する少なくとも１つの狭い波長帯域における放出物と比較される。好ましくは、上述したように、例えば、互いに異なる燃焼生成物、又は、燃焼生成物と燃料のような２つの非遷移種にそれぞれ相当する波長帯域における放射線の放出物も、空気・燃料比率に対してわずかにだけ変化する出力を作り出すために、比較されることができる。したがって、遷移種による放出物を用いて作り出された出力と、遷移種による放出物を用いずに作り出された出力と、を対比することによって、識別力が向上する。しかしながら、望むならば、２つの非遷移種を考慮した比較は無くてもよい。
【００３５】
望むならば、２つのセンサが、それぞれ異なる遷移種に対応する波長帯域における放射線に反応し、３つ目のセンサが、非遷移種に対応する波長領域における放射線に反応するようにしてもよい。そして、各々の遷移種に対応する放出物は、それぞれ、非遷移種に対応する放出物と比較されることができる。なお、少なくとも１つのセンサが遷移種に対応する波長における放射線に反応するようにして、３つ以上のセンサを用いれば、識別力の感度をより上げることができるということは、明白である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、ボイラ、炉、又は、他の燃焼機器の中で炭化水素燃料を燃やしたときに生じる炎を、該炎の特性を決定する目的、特に、燃焼工程の化学量論比に関する情報を提供する目的で、監視するために用いられることができ、好ましくは、燃焼効率を向上させ、汚染物質の産出を減少させるために用いられることができる炎監視装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る炎監視装置の一形態のブロック図である。
【図２】図１の炎監視装置の作用の第一方法を説明するグラフである。
【図３】図１の炎監視装置の作用の第一方法を説明するグラフである。
【図４】図１の炎監視装置の作用の第一方法を説明するグラフである。
【図５】図１の炎監視装置の作用の第二方法を説明するグラフである。
【図６】図１の炎監視装置の作用の第二方法を説明するグラフである。
【図７】図１の炎監視装置の作用の第二方法を説明するグラフである。
【図８】図１の炎監視装置の作用の第二方法を説明するグラフである。
【符号の説明】
６、８ センサ（第二検出手段、第三検出手段）
１０ センサ（第一検出手段）
１２、１４、１６ 信号調整ユニット（信号調整手段）
２４ ＣＰＵ（第一の比較手段、第二の比較手段）
３０ 出力ユニット（出力手段）
３４ バルブ
【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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