(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気が供給される炉内で燃焼する火炎から出力されるＯＨ自発光の光量とＮＨ自発光の光量とに基づいて、当該ＯＨ自発光と当該ＮＨ自発光の光量比を算出する処理と、
算出された前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する処理と、
推定された空気比に基づいて、前記炉内における空気比を調整する処理と
を有し、
前記検量線は、前記ＯＨ自発光と前記ＮＨ自発光の光量比と空気比との線形の関係を与える、空気比調整方法。
【請求項２】
前記空気比に基づいて、前記炉内に供給される空気量を調整する、
請求項１に記載の空気比調整方法。
【請求項３】
前記空気比に基づいて、前記炉内に供給される前記燃料ガスの供給量を調整する、
請求項１に記載の空気比調整方法。
【請求項４】
燃料ガスと空気が供給される炉内で燃焼する火炎から出力されるＯＨ自発光の光量とＮＨ自発光の光量とに基づいて、当該ＯＨ自発光と当該ＮＨ自発光の光量比を算出する算出部と、
算出された前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する空気比推定部と、
推定された空気比に基づいて、前記炉内における空気比を調整する調整部と
を有し、
前記検量線は、前記ＯＨ自発光と前記ＮＨ自発光の光量比と空気比との線形の関係を与える、空気比調整システム。
【請求項５】
コンピュータに、
燃料ガスと空気が供給される炉内で燃焼する火炎から出力されるＯＨ自発光の光量とＮＨ自発光の光量とに基づいて、当該ＯＨ自発光と当該ＮＨ自発光の光量比を算出する機能と、
算出された前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する機能と、
推定された空気比に基づいて、前記炉内における空気比を調整する機能と
を実現させるためのプログラムであり、
前記ＯＨ自発光と前記ＮＨ自発光の光量比と空気比との線形の関係を与える、ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気比調整方法、情報提供方法、空気比調整システム、情報提供システム及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業炉には、燃料の燃焼用に空気が供給される。炉内に供給される空気の空気比は、均圧弁等により決定される。ここでの「空気比」とは、供給する燃料の燃焼に必要な理論空気量に対する実際に供給する空気量の比率のことである。
特許文献１には、炉内状況に基づいて、炉内が予め設定された状況となるように加熱装置への燃焼用空気の供給量を制御する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２９２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
空気比は、予め定めた値となるように空気弁等で調整されるが、空気弁の経年劣化等を原因として実際の空気比が目標値と一致しない可能性がある。
そこで、空気比を測定する目的で酸素濃度計やガスクロマトグラフィーを炉内に配置する手法が提案されているが、これらのデバイスは高価な上に耐久性がない。また、これらのデバイスによる測定は、侵入空気を考慮することができない。
【０００５】
本発明は、炉内における空気比を高精度に調整可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、燃料ガスと空気が供給される炉内で燃焼する火炎から出力されるＯＨ自発光の光量とＮＨ自発光の光量とに基づいて、当該ＯＨ自発光と当該ＮＨ自発光の光量比を算出する処理と、算出された前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する処理と、推定された空気比に基づいて、前記炉内における空気比を調整する処理とを有し、前記検量線は、前記ＯＨ自発光と前記ＮＨ自発光の光量比と空気比との線形の関係を与える、空気比調整方法である。
請求項２に記載の発明は、前記空気比に基づいて、前記炉内に供給される空気量を調整する、請求項１に記載の空気比調整方法である。
請求項３に記載の発明は、前記空気比に基づいて、前記炉内に供給される前記燃料ガスの供給量を調整する、請求項１に記載の空気比調整方法である。
請求項４に記載の発明は、燃料ガスと空気が供給される炉内で燃焼する火炎から出力されるＯＨ自発光の光量とＮＨ自発光の光量とに基づいて、当該ＯＨ自発光と当該ＮＨ自発光の光量比を算出する算出部と、算出された前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する空気比推定部と、推定された空気比に基づいて、前記炉内における空気比を調整する調整部とを有し、前記検量線は、前記ＯＨ自発光と前記ＮＨ自発光の光量比と空気比との線形の関係を与える、空気比調整システムである。
請求項５に記載の発明は、コンピュータに、燃料ガスと空気が供給される炉内で燃焼する火炎から出力されるＯＨ自発光の光量とＮＨ自発光の光量とに基づいて、当該ＯＨ自発光と当該ＮＨ自発光の光量比を算出する機能と、算出された前記光量比を検量線と照合し、前記炉内における現在の空気比を推定する機能と、推定された空気比に基づいて、前記炉内における空気比を調整する機能とを実現させるためのプログラムであり、前記ＯＨ自発光と前記ＮＨ自発光の光量比と空気比との線形の関係を与える、ことを特徴とするプログラムである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、炉内の空気比を高精度に調整できる。
請求項２記載の発明によれば、炉内に供給される空気量の増減により、炉内の空気比を高精度に調整できる。
請求項３記載の発明によれば、炉内に供給される燃料ガスの増減により、炉内の空気比を高精度に調整できる。
請求項４記載の発明によれば、炉内の空気比を高精度に調整するシステムを実現できる。
請求項５記載の発明によれば、炉内の空気比を高精度に調整するシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１で想定する空気比調整システムの構成例を示す図である。
【図２】検量線ＤＢに記憶される検量線の一例を説明する図である。
【図３】空気比推定装置のハードウェア構成の一例を説明する図である。
【図４】空気比推定装置を構成するＣＰＵによるプログラムの実行により実現される機能構成の一例を説明する図である。
【図５】流量調整装置を構成するＣＰＵによるプログラムの実行により実現される機能構成の一例を説明する図である。
【図６】実施の形態１で想定する空気比調整システムで実行される処理動作の一例を説明する図である。
【図７】実施の形態２で想定する空気比調整システムの構成例を示す図である。
【図８】実施の形態２で想定する空気比調整システムで実行される処理動作の一例を説明する図である。
【図９】実施の形態３で想定する空気比調整システムの構成例を示す図である。
【図１０】実施の形態４で想定する空気比調整システムの構成例を示す図である。
【図１１】実施の形態５で想定する情報提供システムの構成例を示す図である。
【図１２】端末のディスプレイに表示される画面の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
＜実施の形態１＞
＜システムの構成＞
図１は、実施の形態１で想定する空気比調整システム１の構成例を示す図である。図１に示す空気比調整システム１は、空気を含む混合ガスを燃焼する工業炉が設置されている敷地内に構築される。本実施の形態における混合ガスは、燃料ガスに空気を予混合したガスである。本実施の形態では、燃料ガスとしてアンモニア含有ガスを使用する。
【００１０】
アンモニア含有ガスには、例えばアンモニアガスやアンモニアを、都市ガスやＬＰＧガス等の炭化水素系燃料に混合したガスがある。
都市ガスは、例えばメタンを主成分とする天然ガスである。ＬＰＧは、例えばプロパンやブタンを主成分とする液化石油ガスである。
【００１１】
空気比調整システム１は、炉室１０と、火炎１１に含まれる２種類のラジカル自発光の発光強度を測定する光学センサ２０と、検量線を記憶する検量線ＤＢ（＝DataBase）３０と、測定された発光強度の比（以下「発光強度比」という）に基づいて炉室１０内の現在の空気比を推定する空気比推定装置４０と、推定された空気比に基づいて炉室１０内に供給される空気量を調整する流量調整装置５０を有している。
【００１２】
炉室１０内に設けられるバーナー１２には、配管１３を通じて混合ガスが供給され、燃焼される。燃焼により発生するガス等（以下「排ガス」という）は、排気用の配管１４から大気中に排出される。排気用の配管１４は、燃焼により発生した煙が大気中に排出される道の意味で「煙道」とも呼ばれる。
【００１３】
配管１３は、燃料ガスが供給される主管と空気が供給される枝管で構成され、枝管にはバルブ１３Ａが取り付けられている。本実施の形態の場合、バルブ１３Ａの開度の調整は、バルブ１３Ａに取り付けられたアクチエータの制御により実現される。すなわち、本実施の形態では、空気が供給される枝管に取り付けられたバルブ１３Ａの開度の調整により、炉室１０内の空気比をフィードバック制御する。
【００１４】
本実施の形態における光学センサ２０は、火炎１１に含まれる２種類のラジカル自発光の発光強度をリアルタイムで測定し、それらの比を発光強度比として出力する。具体的には、ＯＨ自発光とＮＨ自発光の発光強度比をリアルタイムで出力する。以下の説明では、発光強度比を「光量比」ともいう。
因みに、ＯＨ自発光とＮＨ自発光は、紫外線帯域の波長を有する光である。ＯＨ自発光は３０６．５ｎｍを中心波長とするラジカル自発光であり、ＮＨ自発光は３３６ｎｍを中心波長とするラジカル自発光である。ＯＨ自発光は、第１の波長帯の光の一例であり、ＮＨ自発光は、第２の波長帯の光の一例である。
【００１５】
ＯＨ自発光とＮＨ自発光は、紫外線帯域の波長を有する光であるので、可視光の影響を除外した発光強度の測定が可能である。換言すると、炉壁から輻射される可視光の測定結果への影響を除外できる。
炉壁から輻射される可視光は、おおよそ４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長を有している。炉壁から輻射される可視光の発光強度は、４００ｎｍ付近から徐々に増加し、５００ｎｍ付近ではＯＨ自発光の何十倍もの強度になる。
ＯＨ自発光とＮＨ自発光の発光強度は、炉室１０内に実在する空気と燃料ガスの比率を反映するので、炉室１０の開口や隙間等から侵入する空気の影響も反映する。このため、ＯＨ自発光とＮＨ自発光の発光強度比には、炉室１０の現実の空気比の情報が反映されている。
【００１６】
図１の場合、光学センサ２０は、炉室１０の底部に設けられているが、設置の場所及び設置の個数は任意である。例えば光学センサ２０は、炉室１０の側面や天井に配置してもよい。また、光学センサ２０は、炉室１０内に複数設けてもよい。
本実施の形態で使用する光学センサ２０は、ＯＨ自発光の測定に用いる第１のセンサ２１と、ＮＨ自発光の測定に用いる第２のセンサ２２と、発光強度比を算出する演算回路２３とで構成されている。なお、図１においては、作図上の都合により、光学センサ２０の内部構造を拡大して表している。
【００１７】
図１の場合、第１のセンサ２１は、耐熱性を有する光学素子２１Ａと、ＯＨ自発光に対応する波長の光を選択的に透過させるバンドパスフィルタ２１Ｂと、バンドパスフィルタ２１Ｂを透過した光の強度に応じた電気信号を出力する半導体センサ２１Ｃで構成される。
【００１８】
本実施の形態の場合、バンドパスフィルタ２１Ｂは、３０６．５ｎｍを中心波長とし、中心波長に対して±１０ｎｍの帯域幅を有している。ここでの２９６．５ｎｍ〜３１６．５ｎｍで規定される波長帯は、第１の波長帯の一例である。
本実施の形態の場合、半導体センサ２１Ｃには、例えば浜松フォトニクスのＳ１２６９８シリーズを使用する。
【００１９】
一方、第２のセンサ２２は、耐熱性を有する光学素子２２Ａと、ＮＨ自発光に対応する波長の光を選択的に透過させるバンドパスフィルタ２２Ｂと、バンドパスフィルタ２２Ｂを透過した光の強度に応じた電気信号を出力する半導体センサ２２Ｃで構成される。
本実施の形態の場合、バンドパスフィルタ２２Ｂは、３３６ｎｍを中心波長とし、中心波長に対して±１０ｎｍの帯域幅を有している。ここでの３２６ｎｍ〜３４６ｎｍで規定される波長帯は、第２の波長帯の一例である。
半導体センサ２２Ｃにも、例えば浜松フォトニクスのＳ１２６９８シリーズを使用する。
【００２０】
演算回路２３は、第１のセンサ２１の電気信号と第２のセンサ２２の電気信号を入力し、ＮＨ自発光の最大強度値に対するＯＨ自発光の最大強度値の比（すなわちＯＨ自発光の最大強度値／ＮＨ自発光の最大強度値）を算出する。本実施の形態における演算回路２３は、例えばロジックＩＣで構成される。本実施の形態における演算回路２３は、炉室１０の外部に配置される。
演算回路２３は、算出した発光強度比を空気比推定装置４０に出力する。もっとも、演算回路２３による発光強度比（すなわち光量比）の算出は、空気比推定装置４０において実行してもよい。演算回路２３は、光量比を算出する算出部の一例である。
【００２１】
検量線ＤＢ３０は、発光強度比と空気比の検量線の情報を記憶する記憶装置である。検量線ＤＢ３０は、例えばハードディスク装置や半導体メモリの記憶領域に記憶される。
図１の場合、検量線ＤＢ３０は空気比推定装置４０に外付けされているが、空気比推定装置４０のハードディスク装置４３（図３参照）に記憶されていてもよい。
図２は、検量線ＤＢ３０に記憶される検量線の一例を説明する図である。図２の場合、縦軸は発光強度比であり、横軸は空気比αである。
本実施の形態の場合、縦軸の発光強度比は、ＮＨ自発光の最大強度値に対するＯＨ自発光の最大強度値の比で与えられる。
【００２２】
図中のＭＡＸ（ＯＨ＊）はＯＨ自発光の最大強度値を表し、ＭＡＸ（ＮＨ＊）はＮＨ自発光の最大強度値を表している。図中の黒丸は、既知の空気比αが与えられる場合に実測された発光強度値の中央値を表している。図中の検量線は、最小二乗法等を用いて描いている。
検量線ＤＢ３０には、このように描かれた検量線に従って、発光強度比に対応する空気比αの値が記憶されている。もっとも、検量線ＤＢ３０には、発光強度比の値から空気比αを計算するための計算式が記憶されてもよい。
【００２３】
空気比推定装置４０は、演算回路２３から与えられる発光強度比と検量線ＤＢ３０との照合により、炉室１０内における現在の空気比αを推定する。
図３は、空気比推定装置４０のハードウェア構成の一例を説明する図である。なお、図３に示すハードウェア構成は、流量調整装置５０とも共通である。このため、図３においては、流量調整装置５０側の構成を括弧付きの数字で表している。
【００２４】
空気比推定装置４０は、例えばコンピュータにより構成される。図３に示す空気比推定装置４０は、プログラムを実行するＣＰＵ４１と、半導体メモリ４２と、ハードディスク装置４３と、通信モジュール４４とで構成されている。
なお、空気比推定装置４０には、推定された空気比αや空気比の変化をグラフとして表示するモニターや作業者の指示の入力に使用されるキーボードやマウスが接続されていてもよい。
【００２５】
半導体メモリ４２は、例えばＢＩＯＳ（＝Basic Input Output System）を記憶するＲＯＭ（＝Read Only Memory）と、ワークエリアとして用いるＲＡＭ（＝Random Access Memory）とで構成される。ＲＡＭは、主記憶装置の一例である。
ハードディスク装置４３は、例えば基本ソフトウェアやアプリケーションプログラムを記憶する不揮発性の記憶装置である。図３では、ハードディスク装置４３を用いるが、半導体メモリを用いてもよい。ハードディスク装置４３は、補助記憶装置の一例である。
【００２６】
図４は、空気比推定装置４０を構成するＣＰＵ４１によるプログラムの実行により実現される機能構成の一例を説明する図である。本実施の形態における空気比推定装置４０は、プログラムの実行により、強度比取得部４１Ａ、照合部４１Ｂ、空気比推定部４１Ｃとして機能する。
強度比取得部４１Ａは、火炎１１中のＯＨ自発光とＮＨ自発光の発光強度比を光学センサ２０から取得するモジュールである。
照合部４１Ｂは、取得した発光強度比を検量線ＤＢ３０の検量線と照合するモジュールである。
【００２７】
空気比推定部４１Ｃは、検量線との照合を通じ、現在の空気比を推定するモジュールである。
空気比推定部４１Ｃは、リアルタイムに取得される発光強度比に対応する空気比をそのまま各時刻の空気比として出力する。もっとも、空気比推定部４１Ｃは、予め定めた時間毎にその時刻の空気比を出力してもよいし、予め定めた時間内に得られた複数の空気比の時間平均値を出力してもよい。
なお、炉室１０に複数の光学センサ２０が設けられている場合、空気比推定部４１Ｃは、各時刻に同時に取得される複数の発光強度比の平均値を用いて、空気比を推定してもよい。
【００２８】
空気比推定装置４０は、推定された空気比を外部の装置に出力する。本実施の形態の場合、外部の装置の１つとして、流量調整装置５０が接続されている。なお、外部の装置の１つとしてモニターが接続されてもよい。モニターが接続される場合、モニターには、推定された空気比がリアルタイムで表示される。また、モニターには、推定された空気比の時間変化がグラフとして表示されてもよい。
【００２９】
流量調整装置５０も、例えばコンピュータにより構成される。流量調整装置５０は、例えば図３に示すハードウェア構成を有している。すなわち、流量調整装置５０は、プログラムを実行するＣＰＵ５１と、半導体メモリ５２と、ハードディスク装置５３と、通信モジュール５４とで構成されている。この流量調整装置５０は、調整部の一例である。
なお、流量調整装置５０には、モニターや作業者の指示の入力に使用されるキーボードやマウスが接続されていてもよい。
【００３０】
因みに、半導体メモリ５２は、例えばＢＩＯＳが記憶されているＲＯＭと、ワークエリアとして用いられるＲＡＭとで構成される。ＲＡＭは、主記憶装置の一例である。
ハードディスク装置５３は、例えば基本ソフトウェアやアプリケーションプログラムを記憶する不揮発性の記憶装置である。図３では、ハードディスク装置５３を用いているが、半導体メモリを用いてもよい。ハードディスク装置５３も、補助記憶装置の一例である。
【００３１】
本実施の形態では、説明の都合上、空気比推定装置４０と流量調整装置５０を別の装置として区別しているが、ハードウェア上は１つのコンピュータで構成し、各装置の機能は、プログラムによって実現してもよい。
なお、流量調整装置５０にモニターが接続される場合、モニターには、空気比の推定値と設定値との差を表示してもよい。また、モニターには、空気比の推定値の時間変化を数値やグラフで表示してもよい。なお、空気比の推定値と設定値との差が予め定めた閾値を超える場合、アラームを出力してもよい。
【００３２】
本実施の形態における流量調整装置５０は、空気比の推定値が設定値に一致するように、空気の流量を調整するバルブ１３Ａ（図１参照）の開度を自動制御する。例えば推定された空気比が設定値より小さい場合、流量調整装置５０は、バルブ１３Ａの開度を自動的に増加させる。一方、推定された空気比が設定値より大きい場合、流量調整装置５０は、バルブ１３Ａの開度を自動的に減少させる。バルブ１３Ａの開度は、アクチエータに与える制御値により調整される。
【００３３】
図５は、流量調整装置５０を構成するＣＰＵ５１によるプログラムの実行により実現される機能構成の一例を説明する図である。本実施の形態における流量調整装置５０は、プログラムの実行により、空気比取得部５１Ａ、比較部５１Ｂ、流量調整部５１Ｃとして機能する。
空気比取得部５１Ａは、空気比推定装置４０から出力される空気比の推定値をリアルタイムで取得するモジュールである。
比較部５１Ｂは、取得した空気比を設定値と照合するモジュールである。空気比の設定値は、オペレータや外部のシステムから与えられる。オペレータには、炉室１０の燃焼を管理する作業者が含まれる。
【００３４】
流量調整部５１Ｃは、推定された空気比と設定値との比較の結果に応じ、バルブ１３Ａの開度を自動制御するモジュールである。
流量調整部５１Ｃによる自動制御の内容は、例えばバルブ１３Ａの開度を「維持する」、「増加させる」、及び、「減少させる」のいずれかである。流量調整部５１Ｃによる制御の方式には、開度を増加させるか減少させるかの情報だけをアクチエータに出力する方法がある。この場合、予め定めた制御量だけ開度が調整される。また、流量調整部５１Ｃによる制御の方式には、推定された空気比と設定値との差に応じた大きさの制御量と開度を増加させるか減少させるかの情報をアクチエータに出力する方法がある。
【００３５】
また、流量調整部５１Ｃによる開度の自動制御は、空気比推定装置４０から与えられる空気比が更新されるたびに実行してもよいし、予め定めた時間毎に空気比の最新値を用いて実行してもよい。また、流量調整部５１Ｃによる開度の自動制御は、予め定めた時間内に得られた空気比の時間平均値を用いて実行してもよい。
本実施の形態では、空気比の調整のみに着目するが、炉内温度の制御と組み合わせて実行してもよい。
【００３６】
なお、光学センサ２０と空気比推定装置４０、検量線ＤＢと空気比推定装置４０、空気比推定装置４０と流量調整装置５０、流量調整装置５０とバルブ１３Ａのアクチエータは、例えばローカルエリアネットワークや信号線等により接続されている。
【００３７】
＜処理動作＞
図６は、実施の形態１で想定する空気比調整システム１（図１参照）で実行される処理動作の一例を説明する図である。図６に示す処理動作は、空気比調整方法の一例である。なお、図中に示す記号のＳはステップを意味する。
本実施の形態における空気比調整システム１は、炉室１０（図１参照）内に設けた第１のセンサ２１及び第２のセンサ２２によりＯＨ自発光の発光強度値とＮＨ自発光の発光強度値をリアルタイムで測定する（ステップ１）。
【００３８】
次に、空気比調整システム１は、測定された２つの発光強度比を算出する（ステップ２）。この算出は、本実施の形態の場合、演算回路２３（図１参照）が実行する。
続いて、空気比調整システム１は、算出された発光強度比を検量線と照合する（ステップ３）。この照合は、本実施の形態の場合、空気比推定装置４０（図１参照）の照合部４１Ｂ（図４参照）が実行する。
その後、空気比調整システム１は、炉室１０内の空気比を推定して出力する（ステップ４）。この推定は、本実施の形態の場合、空気比推定装置４０の空気比推定部４１Ｃ（図４参照）が実行する。
【００３９】
続いて、空気比調整システム１は、推定した空気比と設定値とを比較する（ステップ５）。この比較は、本実施の形態の場合、流量調整装置５０の比較部５１Ｂ（図５参照）が実行する。
その後、空気比調整システム１は、推定した空気比は設定値と同じか否かを判定する（ステップ６）。この判定も、流量調整装置５０の比較部５１Ｂ（図５参照）が実行する。因みに、ステップ６における「同じ」は、２つの数値が完全に一致する場合だけでなく、２つの数値の違いが予め定めた範囲内である場合も含むものとする。ここでの範囲は、予め定められていてもよいし、作業者が個別に指示してもよい。
【００４０】
ステップ６で肯定結果が得られた場合、バルブ１３Ａの開度を変更する必要がない。このため、空気比調整システム１は、バルブ１３Ａの開度を変更することなく、今回の調整を終了する。もっとも、空気比調整システム１は、現在の開度を指示する制御値をバルブ１３Ａのアクチエータに送信してもよい。
一方、ステップ６で否定結果が得られた場合、空気比調整システム１は、更に、推定した空気比は設定値より多いか否かを判定する（ステップ７）。この判定も、流量調整装置５０の比較部５１Ｂ（図５参照）が実行する。
【００４１】
ステップ７で肯定結果が得られた場合、空気比調整システム１は、バルブ１３Ａの開度の減少を指示する（ステップ８）。この処理は、流量調整装置５０の流量調整部５１Ｃ（図５参照）が実行する。開度の減少の指示により、炉室１０（図１参照）に供給される空気の供給量が減少し、炉室１０内の空気比を設定値に近づけることができる。
一方、ステップ７で否定結果が得られた場合、空気比調整システム１は、バルブ１３Ａの開度の増加を指示する（ステップ９）。この処理も、流量調整装置５０の流量調整部５１Ｃが実行する。開度の増加の指示により、炉室１０に供給される空気の供給量が増加し、炉室１０内の空気比を設定値に近づけることができる。
【００４２】
本実施の形態の場合、ステップ１〜ステップ９までの処理が、炉室１０内の空気比の管理が必要な間、繰り返し実行される。
本実施の形態の場合、可視光との分別が可能な紫外線帯域のＯＨ自発光とＮＨ自発光の発光強度値を検出の対象とするので、測定ノイズとなる炉壁の赤熱光の影響を受けずに、炉室１０内における燃焼の状況を測定することが可能になる。
【００４３】
また、ＯＨ自発光とＮＨ自発光の発光強度値の測定に用いる半導体センサ２１Ｃ及び２２Ｃは、酸素濃度計やガスクロマトグラフィーに比して安価であり、耐久性にも優れている。このため、従前のシステム構成に比して安価に必要な情報を測定できる。
しかも、ＯＨ自発光とＮＨ自発光の発光強度値は、炉室１０内における実際の空気比の状況を反映する。
【００４４】
すなわち、侵入空気が存在する炉室１０の場合にも、炉室１０内の火炎に含まれるＯＨ自発光とＮＨ自発光の発光強度比に着目することで、炉室１０内の空気比を高精度かつ安価に測定できる。
また、炉室１０の空気比を高精度かつリアルタイムに推定できるので、炉室１０に供給される空気の流量をリアルタイムで設定値に近づけることができる。この結果、空気不足による未燃損失や空気過剰による廃棄損の抑制が可能になり、炉室１０を安全かつ高効率に運転することが可能になる。
【００４５】
＜実施の形態２＞
図７は、実施の形態２で想定する空気比調整システム１Ａの構成例を示す図である。図７には、図１との対応部分に対応する符号を付して示している。
実施の形態１の場合には、炉室１０に供給される燃料ガスの流量を維持したまま、空気を供給する枝管に取り付けられたバルブ１３Ａの開度を、推定された空気比に応じてフィードバック制御した。
【００４６】
一方、本実施の形態では、炉室１０に供給される空気の流量を維持したまま、燃料ガスが供給される主管に取り付けられたバルブ１３Ｂの開度を、推定された空気比に応じてフィードバック制御する。
このため、図７に示す空気比調整システム１Ａでは、燃料ガスが供給される主管側にのみバルブ１３Ｂを配置し、空気が供給される枝管にはバルブ１３Ａを配置していない。もっとも、空気が供給される枝管へのバルブの取り付けを排除する意味ではない。あくまでも、本実施の形態は、燃料ガスの増減により、空気比を相対的に制御することを目的とする。
【００４７】
本実施の形態における制御の対象の違いにより、流量調整装置５０Ａで実行される制御の内容が実施の形態１と相違する。
図８は、実施の形態２で想定する空気比調整システム１Ａ（図７参照）で実行される処理動作の一例を説明する図である。図８には、図６との対応部分に対応する符号を付して示している。図８に示す処理動作も、空気比調整方法の一例である。
図８に示す処理動作のうちステップ１〜ステップ７は、実施の形態１と同じである。このため、以下では、相違する動作についてのみ説明する。
【００４８】
ステップ７で肯定結果が得られた場合、空気比調整システム１Ａは、バルブ１３Ｂの開度の増加を指示する（ステップ８Ａ）。この処理は、流量調整装置５０の流量調整部５１Ｃ（図５参照）が実行する。開度の増加の指示により、炉室１０（図１参照）に供給される燃料ガスの供給量が増加し、結果的に、炉室１０内の空気比は、設定値に近づくように減少する。
【００４９】
一方、ステップ７で否定結果が得られた場合、空気比調整システム１Ａは、バルブ１３Ｂの開度の減少を指示する（ステップ９Ａ）。この処理も、流量調整装置５０の流量調整部５１Ｃが実行する。開度の減少の指示により、炉室１０に供給される燃料ガスの供給量が減少し、結果的に、炉室１０内の空気比は、設定値に近づくように増加する。
本実施の形態の場合、フィードバック制御の対象が異なるが、実施の形態１と同様の効果が実現される。
【００５０】
＜実施の形態３＞
前述した実施の形態１及び２で説明したシステムは、空気を含む混合ガスを燃焼する工業炉が設置されている敷地内に構築されているが、本実施の形態では、空気比のフィードバック制御がクラウドサービスとして提供される場合について説明する。
図９は、実施の形態３で想定する空気比調整システム１Ｂの構成例を示す図である。図９には、図１との対応部分に対応する符号を付して示している。
【００５１】
図９に示す空気比調整システム１Ｂの場合、工業炉が設置されている敷地側には、炉室１０、空気を供給する枝管に取り付けられたバルブ１３Ａ、第１のセンサ２１、第２のセンサ２２が設けられ、他の構成部分は、インターネット６０側に配置されている。
図９の場合、演算回路２３、検量線ＤＢ３０、空気比推定装置４０、流量調整装置５０は、インターネット６０上のサーバに配置されている。本実施の形態の場合、演算回路２３の機能は、サーバを構成するＣＰＵの演算処理を通じて実現される。
【００５２】
本実施の形態の場合、演算回路２３、検量線ＤＢ３０、空気比推定装置４０、流量調整装置５０は、単一のサーバ内に設けられる。
もっとも、演算回路２３、検量線ＤＢ３０、空気比推定装置４０、流量調整装置５０の全部又は一部が、複数のサーバに分散的に配置されてもよい。それぞれが専用のサーバとして実現される場合、インターネット６０には、各機能に対応するサーバが直接接続され、処理の順番に、各サーバ間でデータが伝送される。
【００５３】
本実施の形態の場合、インターネット６０上のサーバ側から、遠隔地に存在する炉室１０内の空気比をフィードバック制御することが可能になる。なお、このサーバを通じてサービスを提供する事業者は、工業炉を稼働している事業者と同じでもよいし、工業炉を稼働している事業者とは別の事業者でもよい。
なお、本実施の形態では、炉室１０内の空気比をフィードバック制御する例について説明したが、炉室１０について推定された空気比、空気比の時間変化、プログラムによるデータ解析の結果をそれぞれ炉側に提供してもよい。
【００５４】
因みに、演算回路２３、検量線ＤＢ３０、空気比推定装置４０、流量調整装置５０のうちいずれか１つだけ又は複数の組み合わせをインターネット６０上のサーバに配置することも可能である。
例えば演算回路２３は炉室１０と同じ敷地内に配置してもよい。また例えば空気比推定装置４０と検量線ＤＢ３０だけをインターネット６０上のサーバに配置してもよいし、流量調整装置５０だけをインターネット６０上のサーバに配置してもよい。
【００５５】
＜実施の形態４＞
前述の実施の形態３の場合には、流量調整装置５０によって空気を供給する枝管に取り付けられたバルブ１３Ａの開度を調整しているが、本実施の形態の場合には、燃料ガスであるアンモニア含有ガスを供給する主管に取り付けられたバルブ１３Ｂの開度を調整する。
図１０は、実施の形態４で想定する空気比調整システム１Ｃの構成例を示す図である。図１０には、図７及び図９との対応部分に対応する符号を付して示している。
【００５６】
本実施の形態の場合も、インターネット６０上のサーバ側に配置するのは、演算回路２３、検量線ＤＢ３０、空気比推定装置４０、流量調整装置５０Ａのうちいずれか１つだけ又は複数の組み合わせでもよい。
例えば演算回路２３は炉室１０と同じ敷地内に配置してもよい。また例えば空気比推定装置４０と検量線ＤＢ３０だけをインターネット６０上のサーバに配置してもよいし、流量調整装置５０Ａだけをインターネット６０上のサーバに配置してもよい。
【００５７】
＜実施の形態５＞
前述の実施の形態１〜４では、流量調整装置５０（図１参照）や流量調整装置５０Ａ（図７参照）を使用してバルブ１３Ａ（図１参照）やバルブ１３Ｂ（図７参照）の開度をフィードバック制御する場合を説明したが、本実施の形態では、推定された空気比や空気比の調整を支援する情報（以下「空気比等」という）を炉側に提供する場合について説明する。なお、空気比等の提供は、開度のフィードバック制御と同時に行ってもよい。
【００５８】
図１１は、実施の形態５で想定する情報提供システム１Ｄの構成例を示す図である。図１１には、図１及び図９との対応部分に対応する符号を付して示している。
図１１に示す情報提供システム１Ｄの場合、検量線ＤＢ３０と空気比推定装置４０Ａが、インターネット６０上のサーバに配置されている。
【００５９】
図１１の例では、演算回路２３を炉側に配置しているが、実施の形態３や実施の形態４の場合と同様に、演算回路２３をインターネット６０上のサーバに配置してもよい。
本実施の形態における空気比推定装置４０Ａは、空気比等を炉側のユーザが使用する端末７０に提供する。この意味で、本実施の形態における空気比推定装置４０Ａは、情報を提供する提供部の一例である。
【００６０】
図１１では、端末７０がノート型のコンピュータである場合を表しているが、スマートフォン、タブレット型の端末、ウェアラブル端末でもよい。
本実施の形態における空気比推定装置４０Ａは、空気比だけでなく空気比の調整を支援する情報も端末７０に提供するが、空気比だけを提供することも可能であるし、空気比の調整を支援する情報だけを提供することも可能である。
空気比の調整を支援する情報には、例えば供給する空気の増減を示唆する情報、燃料ガスの増減を示唆する情報、空気や燃料ガスの増減量、空気や燃料ガスの目標値がある。
【００６１】
情報提供システム１Ｄによる情報の提供は、図６のステップ１〜４の実行後に、推定された空気比を予め定めた端末７０に通知するステップを設けることで実現できる。
また、図６のステップ１〜４の実行後に、推定された空気比を用いて空気比の調整を支援する情報を生成するステップと、生成された情報を予め定めた端末７０に通知するステップを設けることで実現できる。これらの処理は、情報提供方法の一例である。
【００６２】
図１２は、端末７０のディスプレイに表示される画面７１の例を説明する図である。
画面７１には、設定値７２とその数値７３、空気比の現在の値７４とその数値７５、調整の内容を示唆する情報７６が表示されている。
炉室１０内の空気比が数値７５としてリアルタイムに表示されることで、ユーザは、炉室１０が目標とする環境であるかを容易に理解できる。また、ユーザは、設定値７２の数値７３と空気比の数値７５との比較により、バルブ１３Ａの開度の調整の必要性や調整の内容を容易に理解できる。
【００６３】
なお、画面７１の場合には、情報７６として「空気側のバルブの開度を増加させてください」が表示され、調整の内容が具体的に示唆されている。空気比の調整を支援する情報７６が表示されることで、ユーザのスキルが低い場合にも、空気比の調整を誤り難く実行できる。
図１２の例では、情報７６の例として、空気の増減が示唆されているが、燃料ガス側のバルブ１３Ｂ（図７参照）の調整が可能な場合には、「燃料ガス側のバルブの開度を増加させてください」等の表示を行ってもよい。
【００６４】
また、空気や燃料ガスの増減量を数値として具体的に示唆する場合には、バルブの正確な調整が可能になる。
また、空気や燃料ガスの目標値を数値として具体的に示唆してもよい。空気や燃料ガスの現在の供給量を表す数値とともに表示すれば、設定された空気比に近づけるための具体的な調整量も容易に計算できる。
【００６５】
なお、これらの数値は、空気比推定装置４０Ａ（図１１参照）におけるデータ解析の結果として端末７０（図１１参照）に通知してもよいし、端末７０側で計算して表示してもよい。
因みに、図１１の例では、空気が供給される枝管にバルブ１３Ａが配置されているが、実施の形態２の場合のように、燃料ガスが供給される主管にバルブ１３Ｂを配置してもよい。
【００６６】
＜他の実施の形態＞
（１）以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、前述の実施の形態に記載の範囲に限定されない。前述した実施の形態に、種々の変更又は改良を加えたものも、本発明の技術的範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６７】
（２）例えば前述の実施の形態１〜５においては、工業炉を想定したが、炉内における空気比の管理が要求される燃焼炉であれば、工業炉に限らない。
【００６８】
（３）前述の実施の形態では、紫外線帯域のラジカル自発光のうちＯＨ自発光とＮＨ自発光の発光強度比を算出したが、他のラジカル自発光を含めた発光強度比を算出してもよい。他のラジカル自発光には、例えばＮＨ２自発光やＨ自発光がある。
なお、空気比の推定に使用する発光強度比は、ＯＨ自発光と、ＮＨ自発光と、ＮＨ２自発光と、Ｈ自発光のうちの任意の２つの組み合わせで与えられてもよい。
【００６９】
例えばＯＨ自発光とＮＨ２自発光の発光強度比でもよいし、ＯＨ自発光とＨ自発光の発光強度比でもよいし、ＮＨ自発光とＮＨ２自発光の発光強度比でもよいし、ＮＨ自発光とＨ自発光の発光強度比でもよいし、ＮＨ２自発光とＨ自発光の発光強度比でもよい。
いずれの組み合わせを使用する場合にも、炉室１０内の空気比は、各組み合わせについて用意した検量線を用いて推定すればよい。
【００７０】
（４）前述の実施の形態では、燃料ガスとしてアンモニア含有ガスを想定するが、燃料ガスは、例えば水素含有ガスでもよいし、炭化水素系ガスでもよいし、アンモニア含有ガスと炭化水素系ガスの混合ガスでもよい。
【００７１】
（５）前述の実施の形態では、空気が供給される枝管にバルブ１３Ａが配置される例と燃料ガスが供給される主管にバルブ１３Ｂが配置される例を説明したが、バルブ１３Ａとバルブ１３Ｂの両方を配置して、空気の流量と燃料ガスの流量の両方を調整可能としてもよい。この場合、流量調整装置５０（図１参照）や流量調整装置５０Ａ（図７参照）は、バルブ１３Ａとバルブ１３Ｂを同時にフィードバック制御することで、炉室１０内の空気比を設定値に調整する。また、空気比推定装置４０Ａ（図１１参照）は、バルブ１３Ａとバルブ１３Ｂの調整を支援するための情報を提供する。
【００７２】
（６）前述の実施の形態においては、空気比推定装置４０や流量調整装置５０のハードウェア構成の一例としてＣＰＵを例示したが、ＧＰＵその他の処理装置でもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…空気比調整システム、１Ｄ…情報提供システム、１０…炉室、２０…光学センサ、３０…検量線ＤＢ、４０、４０Ａ…空気比推定装置、５０…流量調整装置、６０…インターネット、７０…端末
【要約】
【課題】炉内における空気比を高精度に調整可能にする。
【解決手段】空気比調整方法は、燃料ガスと空気が供給される炉内で燃焼する火炎から出力される、紫外線帯域の第１の波長帯の光量と、第１の波長帯とは異なる紫外線帯域の第２の波長帯の光量とに基づいて、第１の波長帯と第２の波長帯の光量比を算出する処理と、算出された光量比に基づいて、炉内における現在の空気比を推定する処理と、推定された空気比に基づいて、炉内における空気比を調整する処理とを有する。
【選択図】図１【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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