加熱炉空燃比制御方法、加熱炉空燃比制御装置及びプログラム
【課題】燃料として用いられるリサイクルガスの変動への追随性を更に向上させ、リサイクルガスと空気との混合比（空燃比）を精度よく制御すること。
【解決手段】リサイクルガスの供給配管に設けられたリサイクルガスの発熱量を測定する発熱量測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置から測定結果のデータを取得し、リサイクルガスの発熱量と、リサイクルガスの組成成分に関する情報とを用いてリサイクルガスの理論空気量を算出し、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの体積と、算出された理論空気量と、一酸化炭素及びメタンの濃度とを用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じた補正理論空気量を算出し、算出された補正理論空気量と、リサイクルガスの供給流量とを用いて、加熱炉に供給されるリサイクルガスの空燃比を算出する。
【解決手段】リサイクルガスの供給配管に設けられたリサイクルガスの発熱量を測定する発熱量測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置から測定結果のデータを取得し、リサイクルガスの発熱量と、リサイクルガスの組成成分に関する情報とを用いてリサイクルガスの理論空気量を算出し、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの体積と、算出された理論空気量と、一酸化炭素及びメタンの濃度とを用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じた補正理論空気量を算出し、算出された補正理論空気量と、リサイクルガスの供給流量とを用いて、加熱炉に供給されるリサイクルガスの空燃比を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱炉空燃比制御方法、加熱炉空燃比制御装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼工程で製造されたスラブ、ブルーム、ビレット等の鋳造物を圧延する際に、加熱炉を用いてこれらの鋳造物を加熱することがある。このような加熱炉では、各種の可燃性ガスを含む燃料を空気と混合して加熱炉内で燃焼させ、加熱炉内の温度を所望の温度に制御することが行われる。
【０００３】
加熱炉の炉内温度を制御するにあたって、燃料として用いられる可燃性ガスの組成の変動は、温度制御を複雑なものとする要因の一つである。そのため、燃料として用いられる可燃性ガスの組成変動の影響を受けることなく、炉内の温度を一定に保つための技術が、開発されてきた。
【０００４】
例えば、以下の特許文献１では、ガス化炉で生成された、複数の成分ガスを含む可燃性生成ガスと燃焼用空気とを混合して燃焼させるバーナーの燃焼制御を実施するに際して、可燃性生成ガスの各成分ガスの構成比である組成を分析する手段としてラマン分光計を設置し、ラマン分光計による分析結果に基づいてバーナーの燃焼制御を行う技術について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６６３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法は、ラマン散乱という微弱な散乱光を利用して実施される分析結果を利用するものであるため、ラマン分光計による分析結果と、実際の可燃性生成ガスの測定値との間の誤差が大きく、その結果として、燃焼制御の精度が十分ではないという問題があった。
【０００７】
また、近年では、いわゆるバイオマスガスや廃材由来のガス等のリサイクルガスを燃料として利用することが行われるが、かかるリサイクルガスは一酸化炭素（ＣＯ）やメタン（ＣＨ４）といった複数の成分ガス（以下では単に組成成分とも称する。）を含むことがあり、発熱量及び流量の変動が存在する。そのため、理論空気量を固定して燃焼制御を実施すると、ススや、ＮＯｘといった物質の発生が懸念される。その対策として、カロリー計を用いて燃料ガスの発熱量を測定し、得られた測定結果を用いて理論空気量を求め、燃焼制御に反映する手法が行われている。
【０００８】
しかしながら、カロリー計は、測定原理上のムダ時間、現象の時定数、カロリー計へと燃料ガスを分岐するためのサンプリング配管でのムダ時間等を考慮すると、測定時の１００％応答時間は数分程度のものとなり、カロリー計の測定結果のみを利用した燃焼制御では、短時間での発熱量の変動には対応できないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、燃料として用いられるリサイクルガスの組成成分等の時間変動への追随性を従来よりも向上させ、リサイクルガスと空気との混合比（空燃比）を精度よく制御することが可能な、加熱炉空燃比制御方法、加熱炉空燃比制御装置及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御方法であって、前記リサイクルガスの供給配管に設けられたリサイクルガスの発熱量を測定する発熱量測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得ステップと、取得した前記測定情報のデータのうち前記リサイクルガスの発熱量の情報のデータと、前記リサイクルガスの組成成分の情報のデータとを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出ステップと、前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの予め測定した平均体積のデータと、算出された前記理論空気量と、前記測定情報のデータに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の情報のデータと、を用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じた補正理論空気量を算出する補正理論空気量算出ステップと、算出された前記補正理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出するとともに、算出された前記リサイクルガスの燃焼空気量と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御する供給流量制御ステップと、を含む加熱炉空燃比制御方法が提供される。
【００１１】
前記理論空気量算出ステップでは、前記リサイクルガスの発熱量と前記リサイクルガスの理論空気量との間の相関関係式に前記リサイクルガスの発熱量に関する情報を代入して演算することで、前記リサイクルガスの理論空気量を算出してもよい。
【００１２】
前記補正理論空気量算出ステップでは、前記測定情報のデータに含まれる前記一酸化炭素の濃度と前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素の平均濃度のデータとを用いて算出された差分値、及び、前記測定情報のデータに含まれる前記メタンの濃度と前記リサイクルガスに含まれるメタンの平均濃度のデータとを用いて算出された差分値をそれぞれ算出し、算出したそれぞれの前記差分値を用いて、前記一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じた理論空気量の変化量を算出し、前記算出された理論空気量に、前記一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じた理論空気量の変化量を加算することで、前記補正理論空気量を算出してもよい。
【００１３】
前記補正理論空気量算出ステップでは、一酸化炭素に関する前記差分値に対して燃焼化学式により規定される係数及び第１の補正係数を乗じた値と、メタンに関する前記差分値に対して燃焼化学式により規定される係数及び第２の補正係数を乗じた値との和を、前記理論空気量の変化量とし、前記第１の補正係数及び前記第２の補正係数は、前記加熱炉におけるススの発生状況及び前記加熱炉の排ガス成分の変化に応じて調整されることが好ましい。
【００１４】
前記補正理論空気量算出ステップでは、前記加熱炉においてススが発生した場合には、前記第１の補正係数及び前記第２の補正係数の値を増加させ、前記加熱炉の排ガスに含まれる所定成分の濃度が閾値超過となった場合には、前記第１の補正係数及び前記第２の補正係数の値を減少させることが好ましい。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置であって、前記リサイクルガスの供給配管に設けられたリサイクルガスの発熱量を測定する発熱量測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得部と、取得した前記測定情報のデータのうち前記リサイクルガスの発熱量の情報のデータと、前記リサイクルガスの組成成分の情報のデータとを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出部と、前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの予め測定した平均体積のデータと、算出された前記理論空気量と、前記測定情報のデータに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の情報のデータと、を用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じて前記理論空気量を補正する理論空気量補正部と、補正された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出部と、算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力部と、を備える加熱炉空燃比制御装置が提供される。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、コンピュータに、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置の機能を実現させるためのプログラムであって、コンピュータに、前記リサイクルガスの供給配管に設けられたリサイクルガスの発熱量を測定する発熱量測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得機能と、取得した前記測定情報のデータのうち前記リサイクルガスの発熱量の情報のデータと、前記リサイクルガスの組成成分の情報のデータとを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出機能と、前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの予め測定した平均体積のデータと、算出された前記理論空気量と、前記測定情報のデータに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の情報のデータと、を用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じて前記理論空気量を補正する理論空気量補正機能と、補正された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出機能と、算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力機能と、を実現させるためのプログラムが提供される。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御方法であって、前記リサイクルガスの供給配管に設けられた、リサイクルガスに含まれる水素の濃度を測定する水素濃度測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得ステップと、取得した前記測定情報のデータのうち水素、一酸化炭素及びメタンの濃度の測定結果のデータと、水素、一酸化炭素及びメタンの完全燃焼にそれぞれ要する酸素量とを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出ステップと、算出された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出するとともに、算出された前記リサイクルガスの燃焼空気量と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御する供給流量制御ステップと、を含む加熱炉空燃比制御方法が提供される。
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置であって、前記リサイクルガスの供給配管に設けられた、リサイクルガスに含まれる水素の濃度を測定する水素濃度測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得部と、取得した前記測定情報のデータのうち水素、一酸化炭素及びメタンの濃度の測定結果のデータと、水素、一酸化炭素及びメタンの完全燃焼にそれぞれ要する酸素量とを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出部と、算出された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出部と、算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力部と、を備える加熱炉空燃比制御装置が提供される。
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、コンピュータに、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置の機能を実現させるためのプログラムであって、コンピュータに、前記リサイクルガスの供給配管に設けられた、リサイクルガスに含まれる水素の濃度を測定する水素濃度測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得機能と、取得した前記測定情報のデータのうち水素、一酸化炭素及びメタンの濃度の測定結果のデータと、水素、一酸化炭素及びメタンの完全燃焼にそれぞれ要する酸素量とを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出機能と、算出された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出機能と、算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力機能と、を実現させるためのプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、レーザガス分析装置により測定された測定結果を利用することで、リサイクルガスの変動に追随して正確に理論空気量を算出することが可能となるため、燃料として用いられるリサイクルガスの変動への追随性を更に向上させ、リサイクルガスと空気との混合比（空燃比）を精度よく制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る加熱炉制御システムの構成の一例を示した説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る加熱炉制御システムの配管設備の一例を示した説明図である。
【図３】レーザガス分析計の一例を示した説明図である。
【図４】同実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図５】同実施形態に係る加熱炉空燃比制御方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図６】同実施形態に係る理論空気量補正係数の算出方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る加熱炉制御システムの配管設備の一例を示した説明図である。
【図８】同実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図９】同実施形態に係る加熱炉空燃比制御方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
（加熱炉制御システムの概略について）
まず、図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る加熱炉制御システムの概略について、簡単に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る加熱炉制御システムの概略を示した説明図である。
【００２４】
なお、以下に示す本発明の各実施形態において、リサイクルガスとは、いわゆるバイオマスガス及び古タイヤや廃プラスチック等の廃材由来のガスの少なくとも何れか一方を含む可燃性のガスをいう。かかるリサイクルガスでは、バイオマスガスや廃材由来のガスの混合比率に応じて、ガスに含まれる成分や当該成分の比率が変化する。そのため、かかるリサイクルガスを利用する場合には、含まれる各成分ガスがどのような比率で含まれているかによって、リサイクルガスを燃焼させた際に生じる発熱量が変動することとなる。
【００２５】
本発明の実施形態に係る加熱炉制御システム１は、図１に例示したように、加熱炉３と、加熱炉３に設けられた炉内温度を測定する熱電対などからなる炉温測定装置５と、加熱炉温度制御装置７と、を備える。また、加熱炉３には、燃料であるリサイクルガスが供給されるリサイクルガス配管と、空気が供給される燃焼空気配管とが接続されており、各配管には、リサイクルガス及び空気それぞれ用に流量制御機構１０，２０がそれぞれ設けられている。また、本発明の実施形態に係る加熱炉制御システム１は、更に、加熱炉空燃比制御装置３０を備え、各配管に設けられた流量制御機構１０，２０を制御して、加熱炉３に供給される燃料（リサイクルガス）の空燃比を制御する。
【００２６】
ここで、加熱炉温度制御装置７は、熱電対などの炉温測定装置５により測定された加熱炉３の炉内温度（実績炉温）に応じて、加熱炉３の炉内温度の制御を実施する装置である。すなわち、加熱炉温度制御装置７は、予め設定された加熱炉の設定温度と測定された実績炉温とを比較し、設定温度と実績炉温とは異なる場合に、後述する加熱炉空燃比制御装置３０に対して燃料流量の調整を要請する信号（以下、単に、調整要請信号とも称する。）を出力する。この際、加熱炉温度制御装置７は、設定温度と実績炉温との偏差が予め設定した閾値よりも大きいときに、調整要請信号を出力するようにしてもよい。
【００２７】
また、各配管に設けられた流量制御機構１０，２０は、各配管に設けられた各種の流量計や流量調節弁等から構成されており、以下で説明する加熱炉空燃比制御装置３０の制御のもとで、加熱炉３に供給されるリサイクルガスや燃焼空気の流量を制御する。
【００２８】
更に、加熱炉空燃比制御装置３０は、加熱炉温度制御装置７からの空燃比の調整要請信号に応じて、後述するような方法によりリサイクルガス及び燃焼空気の混合比率（すなわち、空燃比）を決定し、決定した空燃比を用いて、流量制御機構２０の駆動制御を実施する。これにより、本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０は、燃焼ガス流量（リサイクルガス流量）と燃焼空気流量の比率を、加熱炉３におけるススやＳＯｘ／ＮＯｘ等の化学物質の発生を抑制するように制御する。
【００２９】
なお、かかる流量制御機構１０，２０及び加熱炉空燃比制御装置３０については、以下で改めて詳細に説明する。
【００３０】
また、本発明の実施形態では、説明の便宜上、加熱炉温度制御装置７と、加熱炉空燃比制御装置３０とが異なる装置として実現されているものとするが、加熱炉温度制御装置７と加熱炉空燃比制御装置３０とは、一体に構成されていてもよい。すなわち、加熱炉温度制御装置が、本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の機能を更に有していてもよく、本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置が、加熱炉温度制御装置の機能を更に有していてもよい。更に、本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０は、いわゆる分散制御システム（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ：ＤＣＳ）により実現されてもよい。
【００３１】
以上、図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る加熱炉制御システム１の概略について、簡単に説明した。
【００３２】
（第１の実施形態）
次に、図２〜図６を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る加熱炉制御システム、加熱炉空燃比制御装置及び加熱炉空燃比制御方法について、詳細に説明する。
【００３３】
＜流量制御機構及び各種測定機器について＞
まず、図２を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉制御システム１に設けられた流量制御機構１０，２０、及び、リサイクルガス配管に設置された各種測定機器について説明する。図２は、本実施形態に係る流量制御機構１０，２０及びリサイクルガス配管に設置された各種測定機器の一例を示した説明図である。
【００３４】
図２に例示したように、リサイクルガス配管には、当該配管により加熱炉３に供給されるリサイクルガスの発熱量を測定するためのカロリー計３１と、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）の濃度を測定するためのＣＯ分析用レーザガス分析計３３と、リサイクルガスに含まれるメタン（ＣＨ４）の濃度を測定するためのＣＨ４分析用レーザガス分析計３５と、がそれぞれ設けられている。
【００３５】
カロリー計３１は、リサイクルガス配管を介して供給されるリサイクルガスに対して、当該リサイクルガスが完全燃焼をするのに十分な酸素を供給し、リサイクルガスが完全燃焼した際に発生する熱量（発熱量）を計測する装置である。従って、通常は一度の測定に分オーダーの時間を要する。カロリー計３１により測定されたリサイクルガスの発熱量に関する測定結果は、後述する加熱炉空燃比制御装置３０に随時出力される。なお、かかるカロリー計３１は、市販品で構成してもよい。
【００３６】
ＣＯ分析用レーザガス分析計３３及びＣＨ４分析用レーザガス分析計３５は、それぞれリサイクルガス中に含まれるＣＯ成分及びＣＨ４成分の濃度（例えば、体積％）を測定する装置である。本実施形態では、リサイクルガス中に含まれる主要な燃焼成分であるＣＯ成分及びＣＨ４成分に着目し、これらの成分の分オーダーでの変動を、通常は５秒程度以下の時間で測定可能であり、上記カロリー計と比べて時間応答性のよいレーザガス分析計（すなわち、高速応答レーザガス分析計）により高速かつ的確に把握する。以下ではまず、図３を参照しながら、これらレーザガス分析計の仕組みについて、簡単に説明する。図３は、レーザガス分析計の仕組みについて説明するための説明図である。
【００３７】
レーザガス分析計は、図３に例示したように、所定波長を有するレーザ光を射出するレーザ発光部と、レーザ発光部から射出されたレーザ光を受光するレーザ受光部と、レーザ光の受光量に基づいて演算を行う演算部と、を備えている。ここで、レーザ発光部及びレーザ受光部は、測定対象であるリサイクルガス配管を挟んで対向するように設置される。
【００３８】
レーザ発光部は、濃度測定対象とする化合物（例えば、本実施形態で着目するＣＯやＣＨ４）に特徴的な吸収波長帯に属する波長のレーザ光を射出する。レーザ発光部から射出されたレーザ光は、測定対象とする化合物を含むリサイクルガス中を透過して、レーザ受光部に受光される。レーザガス分析計の演算部は、レーザ発光部から射出されたレーザ光の強度、及び、レーザ受光部が受光したレーザ光の強度を用いて、濃度測定対象とする化合物により吸収された光量の割合（すなわち吸光度）を算出し、算出した吸光度に基づいて、濃度測定対象とする化合物の濃度を、高速に算出することができる。なお、かかるレーザガス分析計は、市販品で構成してもよい。
【００３９】
本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０では、後述するように、カロリー計３１により測定された発熱量から算出した理論空気量を、時間応答性に優れた上述のようなレーザガス分析計により測定された測定結果から得られる成分変動量に基づいて補正する。これにより、供給されるリサイクルガスの理論空気量を、カロリー計のみを用いる場合に比べて高速かつ正確に測定することが可能となる。
【００４０】
ＣＯ分析用レーザガス分析計３３及びＣＨ４分析用レーザガス分析計３５による測定結果を示したデータは、後述する加熱炉空燃比制御装置３０に随時出力される。
【００４１】
また、図２に例示したように、これら測定装置の下流側（加熱炉３側）には、流量制御機構１０が設置されている。かかる流量制御機構１０は、流量計１０１と、流量調節弁１０３と、カロリー計１０５と、密度補正機構１０７と、を備える。
【００４２】
流量計１０１は、リサイクルガス配管を流れるリサイクルガスの流量を計測する装置であり、図２に例示したように、例えば差圧式流量計を利用することが可能である。また、差圧式流量計を用いる場合には、リサイクルガスの密度を補正することが求められるため、カロリー計１０５及び密度計のような密度補正機構１０７が設けられている。密度補正後のリサイクルガスの流量に関する情報は、後述する加熱炉空燃比制御装置３０に随時出力される。また、流量調節弁１０３は、後述する加熱炉空燃比制御装置３０の制御のもとで、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの流量を制御する。
【００４３】
また、燃焼空気配管には、図２に示したように、流量制御機構２０が設けられている。この流量制御機構２０は、流量計２０１と、流量調節弁２０３と、温圧補正機構２０５と、を備える。
【００４４】
流量計２０１は、燃焼空気配管を流れる燃焼空気の流量を計測する装置であり、測定結果は、温圧補正機構２０５により補正された上で、後述する加熱炉空燃比制御装置３０に随時出力される。また、流量調節弁２０３は、後述する加熱炉空燃比制御装置３０の制御のもとで、加熱炉３に供給される燃焼空気の流量を制御する。
【００４５】
加熱炉空燃比制御装置３０は、以上説明したような各種測定機器及び流量制御機構から出力される測定結果を用いて、供給されているリサイクルガスに適した理論空気量を精度よく算出し、得られた理論空気量に基づいて、リサイクルガス配管に設けられた流量調節弁１０３及び燃焼空気配管に設けられた流量調節弁２０３の制御を実施する。これにより、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの空燃比が、適切に制御されることとなる。
【００４６】
以上、図２を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉制御システム１に設けられた流量制御機構１０，２０、及び、リサイクルガス配管に設置された各種測定機器について説明した。なお、流量制御機構１０，２０は、市販品で構成してもよい。
【００４７】
図２では、流量制御機構１０が差圧式流量計を備える場合について説明したが、流量計１０１として、差圧式流量計ではなく、渦流量計や超音波流量計を使用してもよい。渦流量計や超音波流量計を使用することで、カロリー計１０５や密度補正機構１０７を設けることなく、リサイクルガスの流量を計測することが可能となる。
【００４８】
＜加熱炉空燃比制御装置の構成について＞
続いて、図４を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の構成について、詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の構成の一例を示したブロック図である。
【００４９】
なお、以下の説明に先立ち、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０は、当該装置の設定情報（例えば、設定パラメータ等）を示したデータや、他の分析装置による分析結果を示したデータ等を参照することで、リサイクルガス配管中を流れるリサイクルガスの成分（組成成分）や、各成分の体積比（体積％の比率）のデータ等を随時取得することが可能であるものとする。ここで、上記体積比は、ある期間に測定された体積の平均値である平均体積を用いて予め算出された平均体積比であってもよい。
【００５０】
本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０は、図４に示したように、測定情報取得部３０１と、理論空気量演算部３０３と、空燃比算出部３０９と、制御信号出力部３１１と、記憶部３１３と、を主に備える。
【００５１】
測定情報取得部３０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管に設けられたカロリー計３１、及び、ＣＯ分析用レーザガス分析計３３及びＣＨ４分析用レーザガス分析計３５のそれぞれから出力される、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する。
【００５２】
また、測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管及び燃焼空気配管に設けられた各流量制御機構１０，２０から、各配管を流れる気体の現在流量に関する情報のデータを取得することも可能である。
【００５３】
測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管に設けられた各種測定機器から取得した測定情報のデータ、及び、各流量制御機構１０，２０から取得した現在流量に関する流量情報のデータを取得すると、取得したこれらの情報のデータを、後述する理論空気量演算部３０３に出力する。また、測定情報取得部３０１は、取得したこれらの情報に、これらの情報を取得した日時等に関する時刻情報を関連づけ（紐付けて付記し）、後述する記憶部３１３等に履歴情報として格納してもよい。
【００５４】
理論空気量演算部３０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。理論空気量演算部３０３は、測定情報取得部３０１が取得したカロリー計３１による測定結果を示したデータ、ＣＯ分析用レーザガス分析計３３による測定結果を示したデータ、及び、ＣＨ４分析用レーザガス分析計３５による測定結果を示したデータ等の各種情報や、後述する記憶部３１３等に格納されている、又は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０の操作者等により当該加熱炉空燃比制御装置３０に入力された、リサイクルガスの組成成分及び各組成成分の体積比を示したデータ等の各種情報等を用いて、リサイクルガス配管を介して加熱炉３に供給されるリサイクルガスの理論空気量を演算により算出する。かかる理論空気量の演算処理は、例えば、加熱炉温度制御装置７から出力された空燃比制御要請の信号に応じて実行されてもよいし、所定周期毎に実施されてもよいし、加熱炉空燃比制御装置３０の操作者による所定の入力操作に応じて実施されてもよい。なお、本明細書において、各測定機器による測定結果（測定値）や各演算部及び制御器による演算結果（演算値）並びにその他のデータ値等を、単に「○○○の情報」とも称することとする。
【００５５】
また、理論空気量演算部３０３は、演算の結果得られたリサイクルガスの理論空気量の情報を、加熱炉空燃比制御装置３０が備えるディスプレイ等の表示装置（図示せず。）や、加熱炉空燃比制御装置３０の外部に設けられた各種装置が備えるディスプレイ等の表示装置に出力してもよい。かかる情報を表示装置に出力することで、加熱炉制御システム１の操作者（管理者）は、算出されたリサイクルガスの理論空気量の情報を、その場で把握することが可能となる。
【００５６】
本実施形態に係る理論空気量演算部３０３は、図４に示したように、理論空気量算出部３０５と、理論空気量補正部３０７と、を更に備える。
【００５７】
理論空気量算出部３０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。理論空気量算出部３０５は、測定情報取得部３０１が取得した測定情報のうち、カロリー計３１により測定されたリサイクルガスの発熱量（低位発熱量）の測定結果を示したデータ用いて、加熱炉３に供給されているリサイクルガスの理論空気量を算出する。
【００５８】
ここで、気体燃料の理論空気量をＡｏと表すこととすると、気体燃料を完全に燃焼させるために要する酸素量（理論酸素量）をＯｏと表した場合に、理論空気量Ａｏは、酸素の体積比率を０．２１としたとき、一般に以下の式１０１に示した式を用いることで算出することができる。ここで、以下の式１０１において、理論酸素量は、式１０２で表される値である。
【００５９】
【数１】
【００６０】
上記式１０２は、気体燃料中に存在する可燃性成分（Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４等）を完全燃焼させるために要する酸素量を表した式であり、Ｖ（Ｘ）は、気体燃料中に存在する可燃性成分Ｘの体積％を表している。また、式１０２の右辺最終項に示したＶ（Ｏ２）は、気体燃料中に存在する酸素の濃度を表している。
【００６１】
他方、加熱炉の過去の操業実績等を解析することで、リサイクルガスの発熱量（すなわち、カロリー計３１による測定結果）と、リサイクルガスの理論空気量とは、相関関係にある（より詳細には、線形関係にある）ことが分かっている。従って、リサイクルガスの発熱量（低位発熱量：単位［ｋｃａｌ／Ｎｍ３］）をＨ１と表すこととすると、理論空気量Ａｏは、以下の式１０３のように表すことができる。ここで、以下の式１０３におけるα及びβは、操業実績等から予め算出される実数である。
【００６２】
Ａｏ＝α×Ｈ１＋β ・・・（式１０３）
【００６３】
そこで、本実施形態に係る理論空気量算出部３０５は、測定情報取得部３０１が取得した測定情報のうち、カロリー計３１により測定されたリサイクルガスの発熱量（低位発熱量）に関する測定結果を用いて、上記式１０３で表されるような相関関係式を用いて、リサイクルガス配管中を流れるリサイクルガスの理論空気量を算出する。
【００６４】
加熱炉３に供給されるリサイクルガスの成分は、混合されるガス（例えば、バイオマスガスや、古タイヤに由来する廃材由来ガスや、廃プラスチックに由来する廃材由来ガス等）の種別や混合比率が大きく変化しなければ、大きく変動しないものと考えられる。そこで、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０では、カロリー計３１で測定したリサイクルガスの発熱量を用いてリサイクルガスの理論空気量を算出したうえで、後述する理論空気量補正部３０７によりリサイクルガス成分の変動に起因する理論空気量の変化量を補正し、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの空燃比を適切に制御する。
【００６５】
理論空気量算出部３０５は、このようにして算出したリサイクルガスの理論空気量を、後述する理論空気量補正部３０７に出力する。また、理論空気量算出部３０５は、算出した理論空気量を示すデータに、当該データを算出した日時等に関する時刻情報を関連づけ（紐付けて付記し）、後述する記憶部３１３等に履歴情報として格納してもよい。
【００６６】
理論空気量補正部３０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。理論空気量補正部３０７は、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの体積の値と、算出された理論空気量と、測定情報に含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の値と、を用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じて理論空気量を補正する。ここで、一酸化炭素及びメタンの体積の値は、予めある期間に測定された体積の平均値である平均体積であってもよい。
【００６７】
より具体的には、理論空気量補正部３０７は、以下の式１０４を用いて理論空気量Ａｏを補正し、補正理論空気量Ａｏ＿ｃｏｍｐを算出する。ここで、以下の式１０４において、Ｖｍｅａｓ（Ｘ）は、成分Ｘの測定濃度（単位：体積％）であり、Ｖａｖｅ（Ｘ）は、成分Ｘの平均濃度（単位：体積％）である。
【００６８】
【数２】
【００６９】
上記式１０４の右辺第１項は、理論空気量算出部３０５が算出した理論空気量であり、右辺第２項は、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素の濃度変動に伴う理論空気量の変化量であり、右辺第３項は、リサイクルガスに含まれるメタンの濃度変動に伴う理論空気量の変化量である。また、右辺第２項に含まれる係数０．５と、右辺第３項に含まれる係数２は、各成分の燃焼化学式により規定される係数である。
【００７０】
ここで、本実施形態に係る理論空気量補正部３０７は、各成分の変動に起因する理論空気量の変化量を算出するに際して、制御の可変ゲインを考慮するために、右辺第２項に補正係数Ｋ１を導入しており、右辺第３項に補正係数Ｋ２を導入している。
【００７１】
かかる補正係数Ｋ１，Ｋ２は、加熱炉３におけるススの発生状況及び加熱炉３の排ガス成分（例えば、排ガスＯ２の測定値や、ＮＯｘの測定濃度等）の変化に応じて調整される。例えば、補正係数Ｋ１，Ｋ２の値は、加熱炉３においてススが発生した場合には増加され、加熱炉３の排ガスに含まれる上述のような所定成分の濃度が閾値超過となった場合には、減少される。
【００７２】
かかる補正係数Ｋ１，Ｋ２の値の設定は、理論空気量補正部３０７が、ススの発生状況や排ガス成分等の変化に応じて自動的に行っても良く、加熱炉空燃比制御装置３０の操作者（管理者）が、ススの発生状況や排ガス成分等の変化に応じて、人為的に設定してもよい。
【００７３】
理論空気量補正部３０７は、このようにして理論空気量の補正を行う（換言すれば、補正理論空気量の算出を行う）と、得られた結果を示したデータを、後述する空燃比算出部３０９に出力する。また、理論空気量補正部３０７は、算出した補正理論空気量を示すデータに、当該データを算出した日時等に関する時刻情報を関連づけ（紐付けて付記し）、後述する記憶部３１３等に履歴情報として格納してもよい。
【００７４】
空燃比算出部３０９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。空燃比算出部３０９は、理論空気量補正部３０７により算出された補正理論空気量と、流量制御機構１０から出力されたリサイクルガスの供給流量とを用いて、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの燃焼空気量を算出し、かかる燃焼空気量を用いてリサイクルガスの空燃比を算出する。
【００７５】
具体的には、空燃比算出部３０９は、算出された補正理論空気量にリサイクルガスの供給流量を乗じることで、加熱炉３に供給されるリサイクルガスを完全に燃焼させるために必要な空気量（燃焼空気量）を算出する。従って、空燃比算出部３０９は、リサイクルガスの供給流量と、算出した燃焼空気量の比をとることで、空燃比を算出することができる。
【００７６】
また、空燃比算出部３０９は、燃焼空気量を算出する際に、予め設定された過剰空気比ｍを用いて、燃焼空気量を算出してもよい。この過剰空気比ｍは、理論空気量補正部３０７による理論空気量の補正処理を実施していない状況下で、リサイクルガスの発熱量の変動を考慮しつつ、加熱炉３におけるススの発生状況や、排ガス中の所定成分の濃度を参照しながら決定することができる。かかる過剰空気比ｍの値は、加熱炉３の大きさや設置条件等に応じて適宜設定すればよいが、例えば１．２程度の値から開始して、加熱炉３におけるススの発生状況や、排ガス中の所定成分の濃度を参照しながら決定することが可能である。
【００７７】
空燃比算出部３０９は、以上のようにして空燃比を算出すると、算出した空燃比を、後述する制御信号出力部３１１に出力する。また、空燃比算出部３０９は、算出した空燃比を示すデータに、当該データを算出した日時等に関する時刻情報を関連づけ（紐付けて付記し）、後述する記憶部３１３等に履歴情報として格納してもよい。
【００７８】
なお、空燃比算出部３０９は、具体的な空燃比の値を算出せずに、算出した燃焼空気量を示すデータそのものを、後述する制御信号出力部３１１に出力してもよい。
【００７９】
制御信号出力部３１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。制御信号出力部３１１は、算出されたリサイクルガスの空燃比又は燃焼空気量を示すデータや予め設定された過剰空気比を用いて、リサイクルガスの供給流量及び加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を生成し、流量制御機構１０，２０にそれぞれ出力する。これにより、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの供給流量及び燃焼空気の供給流量が流量制御機構１０，２０の流量調節弁により制御され、リサイクルガスの空燃比の制御が行われることとなる。
【００８０】
記憶部３１３は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０が備えるストレージ装置の一例である。記憶部３１３には、理論空気量算出部３０５がリサイクルガスの発熱量を用いて理論空気量を算出するための相関関係式を示したデータや、過去の操業実績等に関する各種のデータベースや、加熱炉空燃比制御装置３０の設定パラメータの情報等が格納されている。また、記憶部３１３には、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベース・プログラム等が、適宜格納される。この記憶部３１３には、加熱炉空燃比制御装置３０が備える各処理部が、自由に読み書きを行うことが可能である。
【００８１】
以上、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【００８２】
なお、上述のような本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【００８３】
＜加熱炉空燃比制御方法の流れについて＞
続いて、図５及び図６を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉制御システム１で実施される加熱炉空燃比制御方法の流れについて説明する。図５は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御方法の全体的な流れの一例を示した流れ図である。図６は、本実施形態に係る理論空気量補正係数の算出処理の流れの一例を示した流れ図である。
【００８４】
［全体的な流れについて］
まず、図５を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御方法の全体的な流れについて説明する。
【００８５】
加熱炉空燃比制御装置３０の測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管に設けられたカロリー計３１及び各レーザガス分析計３３，３５から、リサイクルガスの測定データを取得する（ステップＳ１０１）。また、測定情報取得部３０１は、上記測定データに加えて、リサイクルガス配管及び燃焼空気配管に設けられた各流量制御機構１０，２０から、供給されている気体の流量の測定データを取得する。
【００８６】
測定情報取得部３０１は、これらの測定データを取得すると、取得した測定データを、理論空気量算出部３０５に出力する。
【００８７】
次に、理論空気量算出部３０５は、測定情報取得部３０１から出力された測定情報を示したデータのうち、カロリー計３１の測定結果（リサイクルガスの発熱量）を示したデータを用いて、リサイクルガスの理論空気量を算出し（ステップＳ１０３）、理論空気量補正部３０７に出力する。
【００８８】
理論空気量補正部３０７は、まず、測定情報取得部３０１から出力されたリサイクルガス中に含まれる一酸化炭素及びメタンの測定結果等を示したデータを用いて、理論空気量補正係数Ｋ１，Ｋ２を算出する（ステップＳ１０５）。その後、理論空気量補正部３０７は、算出した理論空気量補正係数Ｋ１，Ｋ２と、理論空気量算出部３０５が算出した理論空気量と、を用いて、補正理論空気量を算出する（ステップＳ１０７）。理論空気量補正部３０７は、補正理論空気量を算出すると、算出した補正理論空気量を示した情報を空燃比算出部３０９に出力する。
【００８９】
続いて、空燃比算出部３０９は、算出された補正理論空気量を用いて、供給されるリサイクルガスの燃焼空気量を算出し、算出した燃焼空気量に基づいて空燃比を算出する（ステップＳ１０９）。その後、空燃比算出部３０９は、算出した空燃比を、制御信号出力部３１１に出力する。
【００９０】
制御信号出力部３１１は、空燃比算出部３０９により算出された空燃比を用いて、かかる空燃比を実現するために必要な制御信号を生成し、生成した制御信号を流量制御機構１０，２０に出力する（ステップＳ１１１）。これにより、供給されるリサイクルガスに応じた空燃比の制御がなされることとなる。
【００９１】
その後、加熱炉空燃比制御装置３０は、取得した各種測定情報等を参照しながら、空燃比の制御を終了するか否かを判断する（ステップＳ１１３）。空燃比の制御を継続する場合には、加熱炉空燃比制御装置３０はステップＳ１０１に戻って処理を継続する。また、空燃比の制御を終了する場合には、加熱炉空燃比制御装置３０は空燃比の制御処理を終了する。
【００９２】
以上、図５を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御方法の全体的な流れについて説明した。
【００９３】
［理論空気量補正係数の算出処理について］
次に、図６を参照しながら、理論空気量補正部３０７により実施される理論空気量補正係数の算出処理の流れを説明する。
【００９４】
まず、理論空気量補正部３０７は、測定情報取得部３０１が取得した測定情報のうち、一酸化炭素の濃度に関する測定結果を参照して、一酸化炭素成分（ＣＯ成分）の濃度が変化したか否かを判断する（ステップＳ１２１）。一酸化炭素成分の濃度が変化していない場合には、理論空気量補正部３０７は、後述するステップＳ１３３を実施する。また、一酸化炭素成分の濃度が変化していた場合には、理論空気量補正部３０７は、ＣＯ成分の変化量（ＣＯ成分の濃度平均からの変化量）を算出し、算出したＣＯ成分の変化量を用いて理論空気量の変化量を算出する。その後、理論空気量補正部３０７は、算出した理論空気量の変化量に応じて、補正係数Ｋ１を設定する（ステップＳ１２３）。
【００９５】
理論空気量補正部３０７により補正係数Ｋ１が設定された後に、加熱炉３においてススが発生したか否かについての判断が実施される（ステップＳ１２５）。加熱炉３においてススが発生した場合には、いわゆるガスリッチな状態にあると判断し、補正係数Ｋ１の値を例えば０．１増加させて（ステップＳ１２７）、理論空気量の変化量を大きく見積もるようにし、再びステップＳ１２５の処理が実施される。また、ススが発生していない場合には、加熱炉３の排ガスに含まれるＮＯｘの濃度が規定値以内であるか否かの判断が実施される（ステップＳ１２７）。
【００９６】
ＮＯｘの濃度が規定値超過である場合には、いわゆるエアリッチな状態にあると判断し、補正係数Ｋ１の値を例えば０．１減少させて（ステップＳ１２９）、理論空気量の変化量を小さく見積もるようにし、再びステップＳ１２９の処理が実施される。また、ＮＯｘの濃度が規定値以内であれば、後述するステップＳ１３３が実施される。
【００９７】
続いて、理論空気量補正部３０７は、測定情報取得部３０１が取得した測定情報のうち、メタンの濃度に関する測定結果を参照して、メタン成分（ＣＨ４成分）の濃度が変化したか否かを判断する（ステップＳ１３３）。メタン成分の濃度が変化していない場合には、理論空気量補正部３０７は、理論空気量補正係数の算出処理を終了する。また、メタン成分の濃度が変化していた場合には、理論空気量補正部３０７は、ＣＨ４成分の変化量（ＣＨ４成分の濃度平均からの変化量）を算出し、算出したＣＨ４成分の変化量を用いて理論空気量の変化量を算出する。その後、理論空気量補正部３０７は、算出した理論空気量の変化量に応じて、補正係数Ｋ２を設定する（ステップＳ１３５）。
【００９８】
理論空気量補正部３０７により補正係数Ｋ２が設定された後に、加熱炉３においてススが発生したか否かについての判断が実施される（ステップＳ１３７）。加熱炉３においてススが発生した場合には、いわゆるガスリッチな状態にあると判断し、補正係数Ｋ２の値を例えば０．１増加させて（ステップＳ１３９）、理論空気量の変化量を大きく見積もるようにし、再びステップＳ１３７の処理が実施される。また、ススが発生していない場合には、加熱炉３の排ガスに含まれるＮＯｘの濃度が規定値以内であるか否かの判断が実施される（ステップＳ１４１）。
【００９９】
ＮＯｘの濃度が規定値超過である場合には、いわゆるエアリッチな状態にあると判断し、補正係数Ｋ２の値を例えば０．１減少させて（ステップＳ１４３）、理論空気量の変化量を小さく見積もるようにし、再びステップＳ１４１の処理が実施される。また、ＮＯｘの濃度が規定値以内であれば、理論空気量補正部３０７は、理論空気量補正係数の算出処理を終了する。
【０１００】
以上、図６を参照しながら、理論空気量補正部３０７により実施される理論空気量補正係数Ｋ１，Ｋ２の算出処理の流れについて説明した。
【０１０１】
以上説明したように、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置及び加熱炉空燃比制御方法によれば、レーザガス分析装置により測定された測定結果を利用することで、リサイクルガスの変動に追随して、事前に正確に理論空気量を算出することが可能となるため、燃料として用いられるリサイクルガスの変動への追随性を更に向上させ、リサイクルガスと空気との混合比（空燃比）を精度よく制御することが可能となる。その結果、加熱炉におけるスス、ＮＯｘの発生を未然に防ぐことが可能となる。また、加熱炉におけるススの発生を抑制することにより、加熱炉内に設けられた耐火物の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１０２】
（第２の実施形態）
以上説明した第１の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置及び加熱炉空燃比制御方法では、リサイクルガスの発熱量を計測するために、リサイクルガス配管に一般的に高価な測定機器であるカロリー計を設置した。
【０１０３】
以下で説明する第２の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置及び加熱炉空燃比制御方法では、リサイクルガス配管にカロリー計に代わる測定機器を設置することにより、設備の低コスト化を図るものである。以下では、図７〜図９を参照しながら、本発明の第２の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置及び加熱炉空燃比制御方法について、簡単に説明する。
【０１０４】
＜流量制御機構及び各種測定機器について＞
まず、図７を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉制御システム１に設けられた流量制御機構１０，２０、及び、リサイクルガス配管に設置された各種測定機器について説明する。図７は、本実施形態に係る流量制御機構１０，２０及びリサイクルガス配管に設置された各種測定機器の一例を示した説明図である。
【０１０５】
図７に例示したように、リサイクルガス配管には、当該配管により加熱炉３に供給されるリサイクルガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）の濃度を測定するためのＣＯ分析用レーザガス分析計３３と、リサイクルガスに含まれるメタン（ＣＨ４）の濃度を測定するためのＣＨ４分析用レーザガス分析計３５と、リサイクルガスに含まれる水素（Ｈ２）の濃度を測定するためのＨ２濃度分析計３７と、がそれぞれ設けられている。
【０１０６】
ＣＯ分析用レーザガス分析計３３及びＣＨ４分析用レーザガス分析計３５は、それぞれリサイクルガス中に含まれるＣＯ成分及びＣＨ４成分の濃度（例えば、体積％）を測定する装置である。本実施形態では、リサイクルガス中に含まれる主要な燃焼成分であるＣＯ成分及びＣＨ４成分に着目し、これらの成分の分オーダーでの変動を、応答性の高いレーザガス分析計により高速かつ的確に把握する。
【０１０７】
ＣＯ分析用レーザガス分析計３３及びＣＨ４分析用レーザガス分析計３５による測定結果のデータは、加熱炉空燃比制御装置３０に随時出力される。なお、かかるレーザガス分析計は、市販品で構成してもよい。
【０１０８】
Ｈ２濃度分析計３７は、リサイクルガスに含まれる水素（Ｈ２）の濃度（例えば、体積％）を測定するための測定機器である。気体中に含まれる水素の濃度を測定可能な機器であれば、任意の方式を利用した測定機器を利用可能であるが、かかるＨ２濃度分析計３７として、例えば、熱伝導度方式を利用したＨ２濃度分析計等を挙げることができる。Ｈ２濃度分析計３７による測定結果は、加熱炉空燃比制御装置３０に随時出力される。なお、かかるＨ２濃度分析計は、市販品で構成してもよい。
【０１０９】
また、図７に例示したように、これら測定装置の下流側（加熱炉３側）には、流量制御機構１０が設置されている。かかる流量制御機構１０は、流量調節弁１０３と、流量計１１１と、温圧補正機構１１３と、を備える。
【０１１０】
流量計１１１は、リサイクルガス配管を流れるリサイクルガスの流量を計測する装置であり、図７に例示したように、例えば渦流量計や超音波流量計等の密度測定が不要な方式に基づく流量計を利用する。流量計１１１による測定結果は、温圧補正機構１１３により補正された上で、加熱炉空燃比制御装置３０に随時出力される。また、流量調節弁１０３は、加熱炉空燃比制御装置３０の制御のもとで、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの流量を制御する。なお、かかる流量制御機構１０は、市販品で構成してもよい。
【０１１１】
また、燃焼空気配管には、図７に示したように、流量制御機構２０が設けられている。この流量制御機構２０は、第１の実施形態に示した流量制御機構２０と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものであるため、詳細な説明は省略する。
【０１１２】
加熱炉空燃比制御装置３０は、以上説明したような各種測定機器及び流量制御機構から出力される測定結果を用いて、供給されているリサイクルガスに適した理論空気量を精度よく算出し、得られた理論空気量に基づいて、リサイクルガス配管に設けられた流量調節弁１０３及び燃焼空気配管に設けられた流量調節弁２０３の制御を実施する。これにより、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの空燃比が、適切に制御されることとなる。
【０１１３】
以上、図７を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉制御システム１に設けられた流量制御機構１０，２０、及び、リサイクルガス配管に設置された各種測定機器について説明した。
【０１１４】
＜加熱炉空燃比制御装置の構成について＞
続いて、図８を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の構成について、説明する。図８は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の構成の一例を示したブロック図である。
【０１１５】
なお、以下の説明に先立ち、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０は、当該装置の設定情報（例えば、設定パラメータ等）を示したデータや、他の分析装置による分析結果を示したデータ等を参照することで、リサイクルガス配管中を流れるリサイクルガスの成分（組成成分）や、各成分の体積比（体積％の比率）等のデータを随時取得することが可能であるものとする。ここで、上記体積比は、予めある期間に測定した体積の平均値を用いた体積比である平均体積比であってもよい。
【０１１６】
本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０は、図８に示したように、測定情報取得部３０１と、理論空気量算出部３５１と、空燃比算出部３５３と、制御信号出力部３１１と、記憶部３１３と、を主に備える。
【０１１７】
測定情報取得部３０１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管に設けられたＣＯ分析用レーザガス分析計３３及びＣＨ４分析用レーザガス分析計３５、及び、Ｈ２濃度分析計３７のそれぞれから出力される、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する。
【０１１８】
また、測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管及び燃焼空気配管に設けられた各流量制御機構１０，２０から、各配管を流れる気体の現在流量に関する情報のデータを取得することも可能である。
【０１１９】
測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管に設けられた各種測定機器から取得した測定情報のデータ、及び、各流量制御機構１０，２０から取得した現在流量に関する流量情報のデータを取得すると、取得したこれらの情報のデータを、後述する理論空気量演算部３０３に出力する。また、測定情報取得部３０１は、取得したこれらの情報に、これらの情報を取得した日時等に関する時刻情報を関連づけ（紐付けて付記し）、後述する記憶部３１３等に履歴情報として格納してもよい。
【０１２０】
理論空気量算出部３５１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。理論空気量算出部３５１は、測定情報取得部３０１が取得したＣＯ分析用レーザガス分析計３３による測定結果を示したデータ、ＣＨ４分析用レーザガス分析計３５による測定結果を示したデータ、及び、Ｈ２濃度分析計３７による測定結果を示したデータ等の各種情報や、記憶部３１３等に格納されている、又は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０の操作者等により当該加熱炉空燃比制御装置３０に入力された、リサイクルガスの組成成分及び各組成成分の体積比を示したデータ等の各種情報等を用いて、リサイクルガス配管を介して加熱炉３に供給されるリサイクルガスの理論空気量を演算により算出する。かかる理論空気量の演算処理は、例えば、加熱炉温度制御装置７から出力された空燃比制御要請の信号に応じて実行されてもよいし、所定周期毎に実施されてもよいし、加熱炉空燃比制御装置３０の操作者による所定の入力操作に応じて実施されてもよい。
【０１２１】
また、理論空気量算出部３５１は、演算の結果得られたリサイクルガスの理論空気量の情報を、加熱炉空燃比制御装置３０が備えるディスプレイ等の表示装置（図示せず。）や、加熱炉空燃比制御装置３０の外部に設けられた各種装置が備えるディスプレイ等の表示装置に出力してもよい。かかる情報を表示装置に出力することで、加熱炉制御システム１の操作者（管理者）は、算出されたリサイクルガスの理論空気量に関する情報を、その場で把握することが可能となる。
【０１２２】
具体的には、理論空気量算出部３５１は、ＣＯ分析用レーザガス分析計３３、ＣＨ４分析用レーザガス分析計３５、及び、Ｈ２濃度分析計３７から取得した測定情報のデータを用いて、以下の式１５１に基づいて、理論酸素量を算出する。
【０１２３】
【数３】
【０１２４】
ここで、上記式１５１において、Ｖ（Ｘ）は、リサイクルガス中に存在する可燃性成分Ｘの体積％を表しており、式１５１の右辺最終項に示したＶ（Ｏ２）は、リサイクルガス中に存在する酸素の濃度を表している。
【０１２５】
次に、理論空気量算出部３５１は、算出した理論酸素量Ｏｏを用いて、以下の式１５２に示した式を用いることで、理論空気量Ａｏを算出する。
【０１２６】
【数４】
【０１２７】
理論空気量算出部３５１は、このようにして算出したリサイクルガスの理論空気量を、空燃比算出部３５３に出力する。また、理論空気量算出部３５１は、算出した理論空気量を示すデータに、当該データを算出した日時等に関する時刻情報を関連づけ（紐付けて付記し）、記憶部３１３等に履歴情報として格納してもよい。
【０１２８】
空燃比算出部３５３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。空燃比算出部３５３は、理論空気量算出部３５１により算出された理論空気量と、流量制御機構１０から出力されたリサイクルガスの供給流量とを用いて、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの燃焼空気量を算出し、かかる燃焼空気量を用いてリサイクルガスの空燃比を算出する。
【０１２９】
具体的には、空燃比算出部３５３は、算出された理論空気量にリサイクルガスの供給流量を乗じることで、加熱炉３に供給されるリサイクルガスを完全に燃焼させるために必要な空気量（燃焼空気量）を算出する。従って、空燃比算出部３５３は、リサイクルガスの供給流量と、算出した燃焼空気量の比をとることで、空燃比を算出することができる。
【０１３０】
また、空燃比算出部３５３は、燃焼空気量を算出する際に、予め設定された過剰空気比ｍを用いて、燃焼空気量を算出してもよい。この過剰空気比ｍは、リサイクルガスの発熱量の変動を考慮しつつ、加熱炉３におけるススの発生状況や、排ガス中の所定成分の濃度を参照しながら決定することができる。かかる過剰空気比ｍの値は、加熱炉３の大きさや設置条件等に応じて適宜設定すればよいが、例えば１．２程度の値から開始して、加熱炉３におけるススの発生状況や、排ガス中の所定成分の濃度を参照しながら決定することが可能である。
【０１３１】
空燃比算出部３５３は、以上のようにして空燃比を算出すると、算出した空燃比を、制御信号出力部３１１に出力する。また、空燃比算出部３５３は、算出した空燃比を示すデータに、当該データを算出した日時等に関する時刻情報を関連づけ（紐付けて付記し）、記憶部３１３等に履歴情報として格納してもよい。
【０１３２】
なお、空燃比算出部３５３は、具体的な空燃比の値を算出せずに、算出した燃焼空気量を示すデータそのものを、制御信号出力部３１１に出力してもよい。
【０１３３】
制御信号出力部３１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。制御信号出力部３１１は、算出されたリサイクルガスの空燃比又は燃焼空気量を示すデータや予め設定された過剰空気比を用いて、リサイクルガスの供給流量及び加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を生成し、流量制御機構１０，２０にそれぞれ出力する。これにより、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの供給流量及び燃焼空気の供給流量が流量制御機構１０，２０の流量調節弁により制御され、リサイクルガスの空燃比の制御が行われることとなる。
【０１３４】
記憶部３１３は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０が備えるストレージ装置の一例である。記憶部３１３には、過去の操業実績等に関する各種のデータベースや、加熱炉空燃比制御装置３０の設定パラメータの情報等が格納されている。また、記憶部３１３には、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベース・プログラム等が、適宜格納される。この記憶部３１３には、加熱炉空燃比制御装置３０が備える各処理部が、自由に読み書きを行うことが可能である。
【０１３５】
以上、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１３６】
なお、上述のような本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０１３７】
＜加熱炉空燃比制御方法の流れについて＞
続いて、図９を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉制御システム１で実施される加熱炉空燃比制御方法の流れについて説明する。図９は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０１３８】
加熱炉空燃比制御装置３０の測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管に設けられた各レーザガス分析計３３，３５及びＨ２濃度分析計から、リサイクルガスの測定データを取得する（ステップＳ２０１）。また、測定情報取得部３０１は、上記測定データに加えて、リサイクルガス配管及び燃焼空気配管に設けられた各流量制御機構１０，２０から、供給されている気体の流量の測定データを取得する。
【０１３９】
測定情報取得部３０１は、これらの測定データを取得すると、取得した測定データを、理論空気量算出部３５１に出力する。
【０１４０】
次に、理論空気量算出部３５１は、測定情報取得部３０１から出力された測定情報を示したデータを用いて、リサイクルガスの理論空気量を算出し（ステップＳ２０３）、空燃比算出部３５３に出力する。
【０１４１】
続いて、空燃比算出部３５３は、算出された理論空気量を用いて、供給されるリサイクルガスの燃焼空気量を算出し、算出した燃焼空気量に基づいて空燃比を算出する（ステップＳ２０５）。その後、空燃比算出部３５３は、算出した空燃比を、制御信号出力部３１１に出力する。
【０１４２】
制御信号出力部３１１は、空燃比算出部３５３により算出された空燃比を用いて、かかる空燃比を実現するために必要な制御信号を生成し、生成した制御信号を流量制御機構１０，２０に出力する（ステップＳ２０７）。これにより、供給されるリサイクルガスに応じた空燃比の制御がなされることとなる。
【０１４３】
その後、加熱炉空燃比制御装置３０は、取得した各種測定情報等を参照しながら、空燃比の制御を終了するか否かを判断する（ステップＳ２０９）。空燃比の制御を継続する場合には、加熱炉空燃比制御装置３０はステップＳ２０１に戻って処理を継続する。また、空燃比の制御を終了する場合には、加熱炉空燃比制御装置３０は空燃比の制御処理を終了する。
【０１４４】
以上、図９を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御方法の流れについて説明した。
【０１４５】
以上説明したように、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置及び加熱炉空燃比制御方法によれば、レーザガス分析装置により測定された測定結果を利用することで、リサイクルガスの変動に追随して、事前に正確に理論空気量を算出することが可能となるため、燃料として用いられるリサイクルガスの変動への追随性を更に向上させ、リサイクルガスと空気との混合比（空燃比）を精度よく制御することが可能となる。その結果、加熱炉におけるスス、ＮＯｘの発生を未然に防ぐことが可能となる。また、加熱炉におけるススの発生を抑制することにより、加熱炉内に設けられた耐火物の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１４６】
（ハードウェア構成について）
次に、図１０を参照しながら、本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１０は、本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０１４７】
加熱炉空燃比制御装置３０は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、加熱炉空燃比制御装置３０は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。
【０１４８】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、またはリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、加熱炉空燃比制御装置３０内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。
【０１４９】
バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。
【０１５０】
入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、加熱炉空燃比制御装置３０の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。さらに、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。加熱炉空燃比制御装置３０のユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、加熱炉空燃比制御装置３０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１５１】
出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、加熱炉空燃比制御装置３０が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、加熱炉空燃比制御装置３０が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１５２】
ストレージ装置９１３は、加熱炉空燃比制御装置３０の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。
【０１５３】
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、加熱炉空燃比制御装置３０に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙメディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。
【０１５４】
接続ポート９１７は、機器を加熱炉空燃比制御装置３０に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、加熱炉空燃比制御装置３０は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。
【０１５５】
通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。
【０１５６】
以上、本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【０１５７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１５８】
例えば、上記実施形態では、リサイクルガス中に含まれる可燃性成分として、水素、一酸化炭素及びメタンに着目したが、リサイクルガス中に含まれる可燃性成分が上記物質に限定されるわけではなく、上記成分に加えて、リサイクルガス中に含まれる他の可燃性成分に着目してもよいし、上記成分以外の可燃性成分について着目してもよい。
【符号の説明】
【０１５９】
１ 加熱炉制御システム
３ 加熱炉
５ 炉温測定装置
７ 加熱炉温度制御装置
１０，２０ 流量制御機構
３０ 加熱炉空燃比制御装置
３１ カロリー計
３３ ＣＯ分析用レーザガス分析計
３５ ＣＨ４分析用レーザガス分析計
３７ Ｈ２濃度分析計
１０１，１１１，２０１ 流量計
１０３，２０３ 流量調節弁
１０５ カロリー計
１０７ 密度補正機構
１１３，２０５ 温圧制御機構
３０１ 測定情報取得部
３０３ 理論空気量演算部
３０５，３５１ 理論空気量算出部
３０７ 理論空気量補正部
３０９，３５３ 空燃比算出部
３１１ 制御信号出力部
３１３ 記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱炉空燃比制御方法、加熱炉空燃比制御装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼工程で製造されたスラブ、ブルーム、ビレット等の鋳造物を圧延する際に、加熱炉を用いてこれらの鋳造物を加熱することがある。このような加熱炉では、各種の可燃性ガスを含む燃料を空気と混合して加熱炉内で燃焼させ、加熱炉内の温度を所望の温度に制御することが行われる。
【０００３】
加熱炉の炉内温度を制御するにあたって、燃料として用いられる可燃性ガスの組成の変動は、温度制御を複雑なものとする要因の一つである。そのため、燃料として用いられる可燃性ガスの組成変動の影響を受けることなく、炉内の温度を一定に保つための技術が、開発されてきた。
【０００４】
例えば、以下の特許文献１では、ガス化炉で生成された、複数の成分ガスを含む可燃性生成ガスと燃焼用空気とを混合して燃焼させるバーナーの燃焼制御を実施するに際して、可燃性生成ガスの各成分ガスの構成比である組成を分析する手段としてラマン分光計を設置し、ラマン分光計による分析結果に基づいてバーナーの燃焼制御を行う技術について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６６３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法は、ラマン散乱という微弱な散乱光を利用して実施される分析結果を利用するものであるため、ラマン分光計による分析結果と、実際の可燃性生成ガスの測定値との間の誤差が大きく、その結果として、燃焼制御の精度が十分ではないという問題があった。
【０００７】
また、近年では、いわゆるバイオマスガスや廃材由来のガス等のリサイクルガスを燃料として利用することが行われるが、かかるリサイクルガスは一酸化炭素（ＣＯ）やメタン（ＣＨ４）といった複数の成分ガス（以下では単に組成成分とも称する。）を含むことがあり、発熱量及び流量の変動が存在する。そのため、理論空気量を固定して燃焼制御を実施すると、ススや、ＮＯｘといった物質の発生が懸念される。その対策として、カロリー計を用いて燃料ガスの発熱量を測定し、得られた測定結果を用いて理論空気量を求め、燃焼制御に反映する手法が行われている。
【０００８】
しかしながら、カロリー計は、測定原理上のムダ時間、現象の時定数、カロリー計へと燃料ガスを分岐するためのサンプリング配管でのムダ時間等を考慮すると、測定時の１００％応答時間は数分程度のものとなり、カロリー計の測定結果のみを利用した燃焼制御では、短時間での発熱量の変動には対応できないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、燃料として用いられるリサイクルガスの組成成分等の時間変動への追随性を従来よりも向上させ、リサイクルガスと空気との混合比（空燃比）を精度よく制御することが可能な、加熱炉空燃比制御方法、加熱炉空燃比制御装置及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御方法であって、前記リサイクルガスの供給配管に設けられたリサイクルガスの発熱量を測定する発熱量測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得ステップと、取得した前記測定情報のデータのうち前記リサイクルガスの発熱量の情報のデータと、前記リサイクルガスの組成成分の情報のデータとを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出ステップと、前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの予め測定した平均体積のデータと、算出された前記理論空気量と、前記測定情報のデータに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の情報のデータと、を用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じた補正理論空気量を算出する補正理論空気量算出ステップと、算出された前記補正理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出するとともに、算出された前記リサイクルガスの燃焼空気量と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御する供給流量制御ステップと、を含む加熱炉空燃比制御方法が提供される。
【００１１】
前記理論空気量算出ステップでは、前記リサイクルガスの発熱量と前記リサイクルガスの理論空気量との間の相関関係式に前記リサイクルガスの発熱量に関する情報を代入して演算することで、前記リサイクルガスの理論空気量を算出してもよい。
【００１２】
前記補正理論空気量算出ステップでは、前記測定情報のデータに含まれる前記一酸化炭素の濃度と前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素の平均濃度のデータとを用いて算出された差分値、及び、前記測定情報のデータに含まれる前記メタンの濃度と前記リサイクルガスに含まれるメタンの平均濃度のデータとを用いて算出された差分値をそれぞれ算出し、算出したそれぞれの前記差分値を用いて、前記一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じた理論空気量の変化量を算出し、前記算出された理論空気量に、前記一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じた理論空気量の変化量を加算することで、前記補正理論空気量を算出してもよい。
【００１３】
前記補正理論空気量算出ステップでは、一酸化炭素に関する前記差分値に対して燃焼化学式により規定される係数及び第１の補正係数を乗じた値と、メタンに関する前記差分値に対して燃焼化学式により規定される係数及び第２の補正係数を乗じた値との和を、前記理論空気量の変化量とし、前記第１の補正係数及び前記第２の補正係数は、前記加熱炉におけるススの発生状況及び前記加熱炉の排ガス成分の変化に応じて調整されることが好ましい。
【００１４】
前記補正理論空気量算出ステップでは、前記加熱炉においてススが発生した場合には、前記第１の補正係数及び前記第２の補正係数の値を増加させ、前記加熱炉の排ガスに含まれる所定成分の濃度が閾値超過となった場合には、前記第１の補正係数及び前記第２の補正係数の値を減少させることが好ましい。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置であって、前記リサイクルガスの供給配管に設けられたリサイクルガスの発熱量を測定する発熱量測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得部と、取得した前記測定情報のデータのうち前記リサイクルガスの発熱量の情報のデータと、前記リサイクルガスの組成成分の情報のデータとを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出部と、前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの予め測定した平均体積のデータと、算出された前記理論空気量と、前記測定情報のデータに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の情報のデータと、を用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じて前記理論空気量を補正する理論空気量補正部と、補正された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出部と、算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力部と、を備える加熱炉空燃比制御装置が提供される。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、コンピュータに、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置の機能を実現させるためのプログラムであって、コンピュータに、前記リサイクルガスの供給配管に設けられたリサイクルガスの発熱量を測定する発熱量測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得機能と、取得した前記測定情報のデータのうち前記リサイクルガスの発熱量の情報のデータと、前記リサイクルガスの組成成分の情報のデータとを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出機能と、前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの予め測定した平均体積のデータと、算出された前記理論空気量と、前記測定情報のデータに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の情報のデータと、を用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じて前記理論空気量を補正する理論空気量補正機能と、補正された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出機能と、算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力機能と、を実現させるためのプログラムが提供される。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御方法であって、前記リサイクルガスの供給配管に設けられた、リサイクルガスに含まれる水素の濃度を測定する水素濃度測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得ステップと、取得した前記測定情報のデータのうち水素、一酸化炭素及びメタンの濃度の測定結果のデータと、水素、一酸化炭素及びメタンの完全燃焼にそれぞれ要する酸素量とを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出ステップと、算出された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出するとともに、算出された前記リサイクルガスの燃焼空気量と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御する供給流量制御ステップと、を含む加熱炉空燃比制御方法が提供される。
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置であって、前記リサイクルガスの供給配管に設けられた、リサイクルガスに含まれる水素の濃度を測定する水素濃度測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得部と、取得した前記測定情報のデータのうち水素、一酸化炭素及びメタンの濃度の測定結果のデータと、水素、一酸化炭素及びメタンの完全燃焼にそれぞれ要する酸素量とを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出部と、算出された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出部と、算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力部と、を備える加熱炉空燃比制御装置が提供される。
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、コンピュータに、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置の機能を実現させるためのプログラムであって、コンピュータに、前記リサイクルガスの供給配管に設けられた、リサイクルガスに含まれる水素の濃度を測定する水素濃度測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得機能と、取得した前記測定情報のデータのうち水素、一酸化炭素及びメタンの濃度の測定結果のデータと、水素、一酸化炭素及びメタンの完全燃焼にそれぞれ要する酸素量とを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出機能と、算出された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出機能と、算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力機能と、を実現させるためのプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、レーザガス分析装置により測定された測定結果を利用することで、リサイクルガスの変動に追随して正確に理論空気量を算出することが可能となるため、燃料として用いられるリサイクルガスの変動への追随性を更に向上させ、リサイクルガスと空気との混合比（空燃比）を精度よく制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る加熱炉制御システムの構成の一例を示した説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る加熱炉制御システムの配管設備の一例を示した説明図である。
【図３】レーザガス分析計の一例を示した説明図である。
【図４】同実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図５】同実施形態に係る加熱炉空燃比制御方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図６】同実施形態に係る理論空気量補正係数の算出方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る加熱炉制御システムの配管設備の一例を示した説明図である。
【図８】同実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図９】同実施形態に係る加熱炉空燃比制御方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
（加熱炉制御システムの概略について）
まず、図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る加熱炉制御システムの概略について、簡単に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る加熱炉制御システムの概略を示した説明図である。
【００２４】
なお、以下に示す本発明の各実施形態において、リサイクルガスとは、いわゆるバイオマスガス及び古タイヤや廃プラスチック等の廃材由来のガスの少なくとも何れか一方を含む可燃性のガスをいう。かかるリサイクルガスでは、バイオマスガスや廃材由来のガスの混合比率に応じて、ガスに含まれる成分や当該成分の比率が変化する。そのため、かかるリサイクルガスを利用する場合には、含まれる各成分ガスがどのような比率で含まれているかによって、リサイクルガスを燃焼させた際に生じる発熱量が変動することとなる。
【００２５】
本発明の実施形態に係る加熱炉制御システム１は、図１に例示したように、加熱炉３と、加熱炉３に設けられた炉内温度を測定する熱電対などからなる炉温測定装置５と、加熱炉温度制御装置７と、を備える。また、加熱炉３には、燃料であるリサイクルガスが供給されるリサイクルガス配管と、空気が供給される燃焼空気配管とが接続されており、各配管には、リサイクルガス及び空気それぞれ用に流量制御機構１０，２０がそれぞれ設けられている。また、本発明の実施形態に係る加熱炉制御システム１は、更に、加熱炉空燃比制御装置３０を備え、各配管に設けられた流量制御機構１０，２０を制御して、加熱炉３に供給される燃料（リサイクルガス）の空燃比を制御する。
【００２６】
ここで、加熱炉温度制御装置７は、熱電対などの炉温測定装置５により測定された加熱炉３の炉内温度（実績炉温）に応じて、加熱炉３の炉内温度の制御を実施する装置である。すなわち、加熱炉温度制御装置７は、予め設定された加熱炉の設定温度と測定された実績炉温とを比較し、設定温度と実績炉温とは異なる場合に、後述する加熱炉空燃比制御装置３０に対して燃料流量の調整を要請する信号（以下、単に、調整要請信号とも称する。）を出力する。この際、加熱炉温度制御装置７は、設定温度と実績炉温との偏差が予め設定した閾値よりも大きいときに、調整要請信号を出力するようにしてもよい。
【００２７】
また、各配管に設けられた流量制御機構１０，２０は、各配管に設けられた各種の流量計や流量調節弁等から構成されており、以下で説明する加熱炉空燃比制御装置３０の制御のもとで、加熱炉３に供給されるリサイクルガスや燃焼空気の流量を制御する。
【００２８】
更に、加熱炉空燃比制御装置３０は、加熱炉温度制御装置７からの空燃比の調整要請信号に応じて、後述するような方法によりリサイクルガス及び燃焼空気の混合比率（すなわち、空燃比）を決定し、決定した空燃比を用いて、流量制御機構２０の駆動制御を実施する。これにより、本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０は、燃焼ガス流量（リサイクルガス流量）と燃焼空気流量の比率を、加熱炉３におけるススやＳＯｘ／ＮＯｘ等の化学物質の発生を抑制するように制御する。
【００２９】
なお、かかる流量制御機構１０，２０及び加熱炉空燃比制御装置３０については、以下で改めて詳細に説明する。
【００３０】
また、本発明の実施形態では、説明の便宜上、加熱炉温度制御装置７と、加熱炉空燃比制御装置３０とが異なる装置として実現されているものとするが、加熱炉温度制御装置７と加熱炉空燃比制御装置３０とは、一体に構成されていてもよい。すなわち、加熱炉温度制御装置が、本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の機能を更に有していてもよく、本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置が、加熱炉温度制御装置の機能を更に有していてもよい。更に、本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０は、いわゆる分散制御システム（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ：ＤＣＳ）により実現されてもよい。
【００３１】
以上、図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る加熱炉制御システム１の概略について、簡単に説明した。
【００３２】
（第１の実施形態）
次に、図２〜図６を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る加熱炉制御システム、加熱炉空燃比制御装置及び加熱炉空燃比制御方法について、詳細に説明する。
【００３３】
＜流量制御機構及び各種測定機器について＞
まず、図２を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉制御システム１に設けられた流量制御機構１０，２０、及び、リサイクルガス配管に設置された各種測定機器について説明する。図２は、本実施形態に係る流量制御機構１０，２０及びリサイクルガス配管に設置された各種測定機器の一例を示した説明図である。
【００３４】
図２に例示したように、リサイクルガス配管には、当該配管により加熱炉３に供給されるリサイクルガスの発熱量を測定するためのカロリー計３１と、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）の濃度を測定するためのＣＯ分析用レーザガス分析計３３と、リサイクルガスに含まれるメタン（ＣＨ４）の濃度を測定するためのＣＨ４分析用レーザガス分析計３５と、がそれぞれ設けられている。
【００３５】
カロリー計３１は、リサイクルガス配管を介して供給されるリサイクルガスに対して、当該リサイクルガスが完全燃焼をするのに十分な酸素を供給し、リサイクルガスが完全燃焼した際に発生する熱量（発熱量）を計測する装置である。従って、通常は一度の測定に分オーダーの時間を要する。カロリー計３１により測定されたリサイクルガスの発熱量に関する測定結果は、後述する加熱炉空燃比制御装置３０に随時出力される。なお、かかるカロリー計３１は、市販品で構成してもよい。
【００３６】
ＣＯ分析用レーザガス分析計３３及びＣＨ４分析用レーザガス分析計３５は、それぞれリサイクルガス中に含まれるＣＯ成分及びＣＨ４成分の濃度（例えば、体積％）を測定する装置である。本実施形態では、リサイクルガス中に含まれる主要な燃焼成分であるＣＯ成分及びＣＨ４成分に着目し、これらの成分の分オーダーでの変動を、通常は５秒程度以下の時間で測定可能であり、上記カロリー計と比べて時間応答性のよいレーザガス分析計（すなわち、高速応答レーザガス分析計）により高速かつ的確に把握する。以下ではまず、図３を参照しながら、これらレーザガス分析計の仕組みについて、簡単に説明する。図３は、レーザガス分析計の仕組みについて説明するための説明図である。
【００３７】
レーザガス分析計は、図３に例示したように、所定波長を有するレーザ光を射出するレーザ発光部と、レーザ発光部から射出されたレーザ光を受光するレーザ受光部と、レーザ光の受光量に基づいて演算を行う演算部と、を備えている。ここで、レーザ発光部及びレーザ受光部は、測定対象であるリサイクルガス配管を挟んで対向するように設置される。
【００３８】
レーザ発光部は、濃度測定対象とする化合物（例えば、本実施形態で着目するＣＯやＣＨ４）に特徴的な吸収波長帯に属する波長のレーザ光を射出する。レーザ発光部から射出されたレーザ光は、測定対象とする化合物を含むリサイクルガス中を透過して、レーザ受光部に受光される。レーザガス分析計の演算部は、レーザ発光部から射出されたレーザ光の強度、及び、レーザ受光部が受光したレーザ光の強度を用いて、濃度測定対象とする化合物により吸収された光量の割合（すなわち吸光度）を算出し、算出した吸光度に基づいて、濃度測定対象とする化合物の濃度を、高速に算出することができる。なお、かかるレーザガス分析計は、市販品で構成してもよい。
【００３９】
本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０では、後述するように、カロリー計３１により測定された発熱量から算出した理論空気量を、時間応答性に優れた上述のようなレーザガス分析計により測定された測定結果から得られる成分変動量に基づいて補正する。これにより、供給されるリサイクルガスの理論空気量を、カロリー計のみを用いる場合に比べて高速かつ正確に測定することが可能となる。
【００４０】
ＣＯ分析用レーザガス分析計３３及びＣＨ４分析用レーザガス分析計３５による測定結果を示したデータは、後述する加熱炉空燃比制御装置３０に随時出力される。
【００４１】
また、図２に例示したように、これら測定装置の下流側（加熱炉３側）には、流量制御機構１０が設置されている。かかる流量制御機構１０は、流量計１０１と、流量調節弁１０３と、カロリー計１０５と、密度補正機構１０７と、を備える。
【００４２】
流量計１０１は、リサイクルガス配管を流れるリサイクルガスの流量を計測する装置であり、図２に例示したように、例えば差圧式流量計を利用することが可能である。また、差圧式流量計を用いる場合には、リサイクルガスの密度を補正することが求められるため、カロリー計１０５及び密度計のような密度補正機構１０７が設けられている。密度補正後のリサイクルガスの流量に関する情報は、後述する加熱炉空燃比制御装置３０に随時出力される。また、流量調節弁１０３は、後述する加熱炉空燃比制御装置３０の制御のもとで、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの流量を制御する。
【００４３】
また、燃焼空気配管には、図２に示したように、流量制御機構２０が設けられている。この流量制御機構２０は、流量計２０１と、流量調節弁２０３と、温圧補正機構２０５と、を備える。
【００４４】
流量計２０１は、燃焼空気配管を流れる燃焼空気の流量を計測する装置であり、測定結果は、温圧補正機構２０５により補正された上で、後述する加熱炉空燃比制御装置３０に随時出力される。また、流量調節弁２０３は、後述する加熱炉空燃比制御装置３０の制御のもとで、加熱炉３に供給される燃焼空気の流量を制御する。
【００４５】
加熱炉空燃比制御装置３０は、以上説明したような各種測定機器及び流量制御機構から出力される測定結果を用いて、供給されているリサイクルガスに適した理論空気量を精度よく算出し、得られた理論空気量に基づいて、リサイクルガス配管に設けられた流量調節弁１０３及び燃焼空気配管に設けられた流量調節弁２０３の制御を実施する。これにより、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの空燃比が、適切に制御されることとなる。
【００４６】
以上、図２を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉制御システム１に設けられた流量制御機構１０，２０、及び、リサイクルガス配管に設置された各種測定機器について説明した。なお、流量制御機構１０，２０は、市販品で構成してもよい。
【００４７】
図２では、流量制御機構１０が差圧式流量計を備える場合について説明したが、流量計１０１として、差圧式流量計ではなく、渦流量計や超音波流量計を使用してもよい。渦流量計や超音波流量計を使用することで、カロリー計１０５や密度補正機構１０７を設けることなく、リサイクルガスの流量を計測することが可能となる。
【００４８】
＜加熱炉空燃比制御装置の構成について＞
続いて、図４を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の構成について、詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の構成の一例を示したブロック図である。
【００４９】
なお、以下の説明に先立ち、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０は、当該装置の設定情報（例えば、設定パラメータ等）を示したデータや、他の分析装置による分析結果を示したデータ等を参照することで、リサイクルガス配管中を流れるリサイクルガスの成分（組成成分）や、各成分の体積比（体積％の比率）のデータ等を随時取得することが可能であるものとする。ここで、上記体積比は、ある期間に測定された体積の平均値である平均体積を用いて予め算出された平均体積比であってもよい。
【００５０】
本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０は、図４に示したように、測定情報取得部３０１と、理論空気量演算部３０３と、空燃比算出部３０９と、制御信号出力部３１１と、記憶部３１３と、を主に備える。
【００５１】
測定情報取得部３０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管に設けられたカロリー計３１、及び、ＣＯ分析用レーザガス分析計３３及びＣＨ４分析用レーザガス分析計３５のそれぞれから出力される、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する。
【００５２】
また、測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管及び燃焼空気配管に設けられた各流量制御機構１０，２０から、各配管を流れる気体の現在流量に関する情報のデータを取得することも可能である。
【００５３】
測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管に設けられた各種測定機器から取得した測定情報のデータ、及び、各流量制御機構１０，２０から取得した現在流量に関する流量情報のデータを取得すると、取得したこれらの情報のデータを、後述する理論空気量演算部３０３に出力する。また、測定情報取得部３０１は、取得したこれらの情報に、これらの情報を取得した日時等に関する時刻情報を関連づけ（紐付けて付記し）、後述する記憶部３１３等に履歴情報として格納してもよい。
【００５４】
理論空気量演算部３０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。理論空気量演算部３０３は、測定情報取得部３０１が取得したカロリー計３１による測定結果を示したデータ、ＣＯ分析用レーザガス分析計３３による測定結果を示したデータ、及び、ＣＨ４分析用レーザガス分析計３５による測定結果を示したデータ等の各種情報や、後述する記憶部３１３等に格納されている、又は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０の操作者等により当該加熱炉空燃比制御装置３０に入力された、リサイクルガスの組成成分及び各組成成分の体積比を示したデータ等の各種情報等を用いて、リサイクルガス配管を介して加熱炉３に供給されるリサイクルガスの理論空気量を演算により算出する。かかる理論空気量の演算処理は、例えば、加熱炉温度制御装置７から出力された空燃比制御要請の信号に応じて実行されてもよいし、所定周期毎に実施されてもよいし、加熱炉空燃比制御装置３０の操作者による所定の入力操作に応じて実施されてもよい。なお、本明細書において、各測定機器による測定結果（測定値）や各演算部及び制御器による演算結果（演算値）並びにその他のデータ値等を、単に「○○○の情報」とも称することとする。
【００５５】
また、理論空気量演算部３０３は、演算の結果得られたリサイクルガスの理論空気量の情報を、加熱炉空燃比制御装置３０が備えるディスプレイ等の表示装置（図示せず。）や、加熱炉空燃比制御装置３０の外部に設けられた各種装置が備えるディスプレイ等の表示装置に出力してもよい。かかる情報を表示装置に出力することで、加熱炉制御システム１の操作者（管理者）は、算出されたリサイクルガスの理論空気量の情報を、その場で把握することが可能となる。
【００５６】
本実施形態に係る理論空気量演算部３０３は、図４に示したように、理論空気量算出部３０５と、理論空気量補正部３０７と、を更に備える。
【００５７】
理論空気量算出部３０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。理論空気量算出部３０５は、測定情報取得部３０１が取得した測定情報のうち、カロリー計３１により測定されたリサイクルガスの発熱量（低位発熱量）の測定結果を示したデータ用いて、加熱炉３に供給されているリサイクルガスの理論空気量を算出する。
【００５８】
ここで、気体燃料の理論空気量をＡｏと表すこととすると、気体燃料を完全に燃焼させるために要する酸素量（理論酸素量）をＯｏと表した場合に、理論空気量Ａｏは、酸素の体積比率を０．２１としたとき、一般に以下の式１０１に示した式を用いることで算出することができる。ここで、以下の式１０１において、理論酸素量は、式１０２で表される値である。
【００５９】
【数１】
【００６０】
上記式１０２は、気体燃料中に存在する可燃性成分（Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４等）を完全燃焼させるために要する酸素量を表した式であり、Ｖ（Ｘ）は、気体燃料中に存在する可燃性成分Ｘの体積％を表している。また、式１０２の右辺最終項に示したＶ（Ｏ２）は、気体燃料中に存在する酸素の濃度を表している。
【００６１】
他方、加熱炉の過去の操業実績等を解析することで、リサイクルガスの発熱量（すなわち、カロリー計３１による測定結果）と、リサイクルガスの理論空気量とは、相関関係にある（より詳細には、線形関係にある）ことが分かっている。従って、リサイクルガスの発熱量（低位発熱量：単位［ｋｃａｌ／Ｎｍ３］）をＨ１と表すこととすると、理論空気量Ａｏは、以下の式１０３のように表すことができる。ここで、以下の式１０３におけるα及びβは、操業実績等から予め算出される実数である。
【００６２】
Ａｏ＝α×Ｈ１＋β ・・・（式１０３）
【００６３】
そこで、本実施形態に係る理論空気量算出部３０５は、測定情報取得部３０１が取得した測定情報のうち、カロリー計３１により測定されたリサイクルガスの発熱量（低位発熱量）に関する測定結果を用いて、上記式１０３で表されるような相関関係式を用いて、リサイクルガス配管中を流れるリサイクルガスの理論空気量を算出する。
【００６４】
加熱炉３に供給されるリサイクルガスの成分は、混合されるガス（例えば、バイオマスガスや、古タイヤに由来する廃材由来ガスや、廃プラスチックに由来する廃材由来ガス等）の種別や混合比率が大きく変化しなければ、大きく変動しないものと考えられる。そこで、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０では、カロリー計３１で測定したリサイクルガスの発熱量を用いてリサイクルガスの理論空気量を算出したうえで、後述する理論空気量補正部３０７によりリサイクルガス成分の変動に起因する理論空気量の変化量を補正し、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの空燃比を適切に制御する。
【００６５】
理論空気量算出部３０５は、このようにして算出したリサイクルガスの理論空気量を、後述する理論空気量補正部３０７に出力する。また、理論空気量算出部３０５は、算出した理論空気量を示すデータに、当該データを算出した日時等に関する時刻情報を関連づけ（紐付けて付記し）、後述する記憶部３１３等に履歴情報として格納してもよい。
【００６６】
理論空気量補正部３０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。理論空気量補正部３０７は、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの体積の値と、算出された理論空気量と、測定情報に含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の値と、を用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じて理論空気量を補正する。ここで、一酸化炭素及びメタンの体積の値は、予めある期間に測定された体積の平均値である平均体積であってもよい。
【００６７】
より具体的には、理論空気量補正部３０７は、以下の式１０４を用いて理論空気量Ａｏを補正し、補正理論空気量Ａｏ＿ｃｏｍｐを算出する。ここで、以下の式１０４において、Ｖｍｅａｓ（Ｘ）は、成分Ｘの測定濃度（単位：体積％）であり、Ｖａｖｅ（Ｘ）は、成分Ｘの平均濃度（単位：体積％）である。
【００６８】
【数２】
【００６９】
上記式１０４の右辺第１項は、理論空気量算出部３０５が算出した理論空気量であり、右辺第２項は、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素の濃度変動に伴う理論空気量の変化量であり、右辺第３項は、リサイクルガスに含まれるメタンの濃度変動に伴う理論空気量の変化量である。また、右辺第２項に含まれる係数０．５と、右辺第３項に含まれる係数２は、各成分の燃焼化学式により規定される係数である。
【００７０】
ここで、本実施形態に係る理論空気量補正部３０７は、各成分の変動に起因する理論空気量の変化量を算出するに際して、制御の可変ゲインを考慮するために、右辺第２項に補正係数Ｋ１を導入しており、右辺第３項に補正係数Ｋ２を導入している。
【００７１】
かかる補正係数Ｋ１，Ｋ２は、加熱炉３におけるススの発生状況及び加熱炉３の排ガス成分（例えば、排ガスＯ２の測定値や、ＮＯｘの測定濃度等）の変化に応じて調整される。例えば、補正係数Ｋ１，Ｋ２の値は、加熱炉３においてススが発生した場合には増加され、加熱炉３の排ガスに含まれる上述のような所定成分の濃度が閾値超過となった場合には、減少される。
【００７２】
かかる補正係数Ｋ１，Ｋ２の値の設定は、理論空気量補正部３０７が、ススの発生状況や排ガス成分等の変化に応じて自動的に行っても良く、加熱炉空燃比制御装置３０の操作者（管理者）が、ススの発生状況や排ガス成分等の変化に応じて、人為的に設定してもよい。
【００７３】
理論空気量補正部３０７は、このようにして理論空気量の補正を行う（換言すれば、補正理論空気量の算出を行う）と、得られた結果を示したデータを、後述する空燃比算出部３０９に出力する。また、理論空気量補正部３０７は、算出した補正理論空気量を示すデータに、当該データを算出した日時等に関する時刻情報を関連づけ（紐付けて付記し）、後述する記憶部３１３等に履歴情報として格納してもよい。
【００７４】
空燃比算出部３０９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。空燃比算出部３０９は、理論空気量補正部３０７により算出された補正理論空気量と、流量制御機構１０から出力されたリサイクルガスの供給流量とを用いて、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの燃焼空気量を算出し、かかる燃焼空気量を用いてリサイクルガスの空燃比を算出する。
【００７５】
具体的には、空燃比算出部３０９は、算出された補正理論空気量にリサイクルガスの供給流量を乗じることで、加熱炉３に供給されるリサイクルガスを完全に燃焼させるために必要な空気量（燃焼空気量）を算出する。従って、空燃比算出部３０９は、リサイクルガスの供給流量と、算出した燃焼空気量の比をとることで、空燃比を算出することができる。
【００７６】
また、空燃比算出部３０９は、燃焼空気量を算出する際に、予め設定された過剰空気比ｍを用いて、燃焼空気量を算出してもよい。この過剰空気比ｍは、理論空気量補正部３０７による理論空気量の補正処理を実施していない状況下で、リサイクルガスの発熱量の変動を考慮しつつ、加熱炉３におけるススの発生状況や、排ガス中の所定成分の濃度を参照しながら決定することができる。かかる過剰空気比ｍの値は、加熱炉３の大きさや設置条件等に応じて適宜設定すればよいが、例えば１．２程度の値から開始して、加熱炉３におけるススの発生状況や、排ガス中の所定成分の濃度を参照しながら決定することが可能である。
【００７７】
空燃比算出部３０９は、以上のようにして空燃比を算出すると、算出した空燃比を、後述する制御信号出力部３１１に出力する。また、空燃比算出部３０９は、算出した空燃比を示すデータに、当該データを算出した日時等に関する時刻情報を関連づけ（紐付けて付記し）、後述する記憶部３１３等に履歴情報として格納してもよい。
【００７８】
なお、空燃比算出部３０９は、具体的な空燃比の値を算出せずに、算出した燃焼空気量を示すデータそのものを、後述する制御信号出力部３１１に出力してもよい。
【００７９】
制御信号出力部３１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。制御信号出力部３１１は、算出されたリサイクルガスの空燃比又は燃焼空気量を示すデータや予め設定された過剰空気比を用いて、リサイクルガスの供給流量及び加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を生成し、流量制御機構１０，２０にそれぞれ出力する。これにより、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの供給流量及び燃焼空気の供給流量が流量制御機構１０，２０の流量調節弁により制御され、リサイクルガスの空燃比の制御が行われることとなる。
【００８０】
記憶部３１３は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０が備えるストレージ装置の一例である。記憶部３１３には、理論空気量算出部３０５がリサイクルガスの発熱量を用いて理論空気量を算出するための相関関係式を示したデータや、過去の操業実績等に関する各種のデータベースや、加熱炉空燃比制御装置３０の設定パラメータの情報等が格納されている。また、記憶部３１３には、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベース・プログラム等が、適宜格納される。この記憶部３１３には、加熱炉空燃比制御装置３０が備える各処理部が、自由に読み書きを行うことが可能である。
【００８１】
以上、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【００８２】
なお、上述のような本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【００８３】
＜加熱炉空燃比制御方法の流れについて＞
続いて、図５及び図６を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉制御システム１で実施される加熱炉空燃比制御方法の流れについて説明する。図５は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御方法の全体的な流れの一例を示した流れ図である。図６は、本実施形態に係る理論空気量補正係数の算出処理の流れの一例を示した流れ図である。
【００８４】
［全体的な流れについて］
まず、図５を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御方法の全体的な流れについて説明する。
【００８５】
加熱炉空燃比制御装置３０の測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管に設けられたカロリー計３１及び各レーザガス分析計３３，３５から、リサイクルガスの測定データを取得する（ステップＳ１０１）。また、測定情報取得部３０１は、上記測定データに加えて、リサイクルガス配管及び燃焼空気配管に設けられた各流量制御機構１０，２０から、供給されている気体の流量の測定データを取得する。
【００８６】
測定情報取得部３０１は、これらの測定データを取得すると、取得した測定データを、理論空気量算出部３０５に出力する。
【００８７】
次に、理論空気量算出部３０５は、測定情報取得部３０１から出力された測定情報を示したデータのうち、カロリー計３１の測定結果（リサイクルガスの発熱量）を示したデータを用いて、リサイクルガスの理論空気量を算出し（ステップＳ１０３）、理論空気量補正部３０７に出力する。
【００８８】
理論空気量補正部３０７は、まず、測定情報取得部３０１から出力されたリサイクルガス中に含まれる一酸化炭素及びメタンの測定結果等を示したデータを用いて、理論空気量補正係数Ｋ１，Ｋ２を算出する（ステップＳ１０５）。その後、理論空気量補正部３０７は、算出した理論空気量補正係数Ｋ１，Ｋ２と、理論空気量算出部３０５が算出した理論空気量と、を用いて、補正理論空気量を算出する（ステップＳ１０７）。理論空気量補正部３０７は、補正理論空気量を算出すると、算出した補正理論空気量を示した情報を空燃比算出部３０９に出力する。
【００８９】
続いて、空燃比算出部３０９は、算出された補正理論空気量を用いて、供給されるリサイクルガスの燃焼空気量を算出し、算出した燃焼空気量に基づいて空燃比を算出する（ステップＳ１０９）。その後、空燃比算出部３０９は、算出した空燃比を、制御信号出力部３１１に出力する。
【００９０】
制御信号出力部３１１は、空燃比算出部３０９により算出された空燃比を用いて、かかる空燃比を実現するために必要な制御信号を生成し、生成した制御信号を流量制御機構１０，２０に出力する（ステップＳ１１１）。これにより、供給されるリサイクルガスに応じた空燃比の制御がなされることとなる。
【００９１】
その後、加熱炉空燃比制御装置３０は、取得した各種測定情報等を参照しながら、空燃比の制御を終了するか否かを判断する（ステップＳ１１３）。空燃比の制御を継続する場合には、加熱炉空燃比制御装置３０はステップＳ１０１に戻って処理を継続する。また、空燃比の制御を終了する場合には、加熱炉空燃比制御装置３０は空燃比の制御処理を終了する。
【００９２】
以上、図５を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御方法の全体的な流れについて説明した。
【００９３】
［理論空気量補正係数の算出処理について］
次に、図６を参照しながら、理論空気量補正部３０７により実施される理論空気量補正係数の算出処理の流れを説明する。
【００９４】
まず、理論空気量補正部３０７は、測定情報取得部３０１が取得した測定情報のうち、一酸化炭素の濃度に関する測定結果を参照して、一酸化炭素成分（ＣＯ成分）の濃度が変化したか否かを判断する（ステップＳ１２１）。一酸化炭素成分の濃度が変化していない場合には、理論空気量補正部３０７は、後述するステップＳ１３３を実施する。また、一酸化炭素成分の濃度が変化していた場合には、理論空気量補正部３０７は、ＣＯ成分の変化量（ＣＯ成分の濃度平均からの変化量）を算出し、算出したＣＯ成分の変化量を用いて理論空気量の変化量を算出する。その後、理論空気量補正部３０７は、算出した理論空気量の変化量に応じて、補正係数Ｋ１を設定する（ステップＳ１２３）。
【００９５】
理論空気量補正部３０７により補正係数Ｋ１が設定された後に、加熱炉３においてススが発生したか否かについての判断が実施される（ステップＳ１２５）。加熱炉３においてススが発生した場合には、いわゆるガスリッチな状態にあると判断し、補正係数Ｋ１の値を例えば０．１増加させて（ステップＳ１２７）、理論空気量の変化量を大きく見積もるようにし、再びステップＳ１２５の処理が実施される。また、ススが発生していない場合には、加熱炉３の排ガスに含まれるＮＯｘの濃度が規定値以内であるか否かの判断が実施される（ステップＳ１２７）。
【００９６】
ＮＯｘの濃度が規定値超過である場合には、いわゆるエアリッチな状態にあると判断し、補正係数Ｋ１の値を例えば０．１減少させて（ステップＳ１２９）、理論空気量の変化量を小さく見積もるようにし、再びステップＳ１２９の処理が実施される。また、ＮＯｘの濃度が規定値以内であれば、後述するステップＳ１３３が実施される。
【００９７】
続いて、理論空気量補正部３０７は、測定情報取得部３０１が取得した測定情報のうち、メタンの濃度に関する測定結果を参照して、メタン成分（ＣＨ４成分）の濃度が変化したか否かを判断する（ステップＳ１３３）。メタン成分の濃度が変化していない場合には、理論空気量補正部３０７は、理論空気量補正係数の算出処理を終了する。また、メタン成分の濃度が変化していた場合には、理論空気量補正部３０７は、ＣＨ４成分の変化量（ＣＨ４成分の濃度平均からの変化量）を算出し、算出したＣＨ４成分の変化量を用いて理論空気量の変化量を算出する。その後、理論空気量補正部３０７は、算出した理論空気量の変化量に応じて、補正係数Ｋ２を設定する（ステップＳ１３５）。
【００９８】
理論空気量補正部３０７により補正係数Ｋ２が設定された後に、加熱炉３においてススが発生したか否かについての判断が実施される（ステップＳ１３７）。加熱炉３においてススが発生した場合には、いわゆるガスリッチな状態にあると判断し、補正係数Ｋ２の値を例えば０．１増加させて（ステップＳ１３９）、理論空気量の変化量を大きく見積もるようにし、再びステップＳ１３７の処理が実施される。また、ススが発生していない場合には、加熱炉３の排ガスに含まれるＮＯｘの濃度が規定値以内であるか否かの判断が実施される（ステップＳ１４１）。
【００９９】
ＮＯｘの濃度が規定値超過である場合には、いわゆるエアリッチな状態にあると判断し、補正係数Ｋ２の値を例えば０．１減少させて（ステップＳ１４３）、理論空気量の変化量を小さく見積もるようにし、再びステップＳ１４１の処理が実施される。また、ＮＯｘの濃度が規定値以内であれば、理論空気量補正部３０７は、理論空気量補正係数の算出処理を終了する。
【０１００】
以上、図６を参照しながら、理論空気量補正部３０７により実施される理論空気量補正係数Ｋ１，Ｋ２の算出処理の流れについて説明した。
【０１０１】
以上説明したように、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置及び加熱炉空燃比制御方法によれば、レーザガス分析装置により測定された測定結果を利用することで、リサイクルガスの変動に追随して、事前に正確に理論空気量を算出することが可能となるため、燃料として用いられるリサイクルガスの変動への追随性を更に向上させ、リサイクルガスと空気との混合比（空燃比）を精度よく制御することが可能となる。その結果、加熱炉におけるスス、ＮＯｘの発生を未然に防ぐことが可能となる。また、加熱炉におけるススの発生を抑制することにより、加熱炉内に設けられた耐火物の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１０２】
（第２の実施形態）
以上説明した第１の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置及び加熱炉空燃比制御方法では、リサイクルガスの発熱量を計測するために、リサイクルガス配管に一般的に高価な測定機器であるカロリー計を設置した。
【０１０３】
以下で説明する第２の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置及び加熱炉空燃比制御方法では、リサイクルガス配管にカロリー計に代わる測定機器を設置することにより、設備の低コスト化を図るものである。以下では、図７〜図９を参照しながら、本発明の第２の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置及び加熱炉空燃比制御方法について、簡単に説明する。
【０１０４】
＜流量制御機構及び各種測定機器について＞
まず、図７を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉制御システム１に設けられた流量制御機構１０，２０、及び、リサイクルガス配管に設置された各種測定機器について説明する。図７は、本実施形態に係る流量制御機構１０，２０及びリサイクルガス配管に設置された各種測定機器の一例を示した説明図である。
【０１０５】
図７に例示したように、リサイクルガス配管には、当該配管により加熱炉３に供給されるリサイクルガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）の濃度を測定するためのＣＯ分析用レーザガス分析計３３と、リサイクルガスに含まれるメタン（ＣＨ４）の濃度を測定するためのＣＨ４分析用レーザガス分析計３５と、リサイクルガスに含まれる水素（Ｈ２）の濃度を測定するためのＨ２濃度分析計３７と、がそれぞれ設けられている。
【０１０６】
ＣＯ分析用レーザガス分析計３３及びＣＨ４分析用レーザガス分析計３５は、それぞれリサイクルガス中に含まれるＣＯ成分及びＣＨ４成分の濃度（例えば、体積％）を測定する装置である。本実施形態では、リサイクルガス中に含まれる主要な燃焼成分であるＣＯ成分及びＣＨ４成分に着目し、これらの成分の分オーダーでの変動を、応答性の高いレーザガス分析計により高速かつ的確に把握する。
【０１０７】
ＣＯ分析用レーザガス分析計３３及びＣＨ４分析用レーザガス分析計３５による測定結果のデータは、加熱炉空燃比制御装置３０に随時出力される。なお、かかるレーザガス分析計は、市販品で構成してもよい。
【０１０８】
Ｈ２濃度分析計３７は、リサイクルガスに含まれる水素（Ｈ２）の濃度（例えば、体積％）を測定するための測定機器である。気体中に含まれる水素の濃度を測定可能な機器であれば、任意の方式を利用した測定機器を利用可能であるが、かかるＨ２濃度分析計３７として、例えば、熱伝導度方式を利用したＨ２濃度分析計等を挙げることができる。Ｈ２濃度分析計３７による測定結果は、加熱炉空燃比制御装置３０に随時出力される。なお、かかるＨ２濃度分析計は、市販品で構成してもよい。
【０１０９】
また、図７に例示したように、これら測定装置の下流側（加熱炉３側）には、流量制御機構１０が設置されている。かかる流量制御機構１０は、流量調節弁１０３と、流量計１１１と、温圧補正機構１１３と、を備える。
【０１１０】
流量計１１１は、リサイクルガス配管を流れるリサイクルガスの流量を計測する装置であり、図７に例示したように、例えば渦流量計や超音波流量計等の密度測定が不要な方式に基づく流量計を利用する。流量計１１１による測定結果は、温圧補正機構１１３により補正された上で、加熱炉空燃比制御装置３０に随時出力される。また、流量調節弁１０３は、加熱炉空燃比制御装置３０の制御のもとで、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの流量を制御する。なお、かかる流量制御機構１０は、市販品で構成してもよい。
【０１１１】
また、燃焼空気配管には、図７に示したように、流量制御機構２０が設けられている。この流量制御機構２０は、第１の実施形態に示した流量制御機構２０と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものであるため、詳細な説明は省略する。
【０１１２】
加熱炉空燃比制御装置３０は、以上説明したような各種測定機器及び流量制御機構から出力される測定結果を用いて、供給されているリサイクルガスに適した理論空気量を精度よく算出し、得られた理論空気量に基づいて、リサイクルガス配管に設けられた流量調節弁１０３及び燃焼空気配管に設けられた流量調節弁２０３の制御を実施する。これにより、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの空燃比が、適切に制御されることとなる。
【０１１３】
以上、図７を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉制御システム１に設けられた流量制御機構１０，２０、及び、リサイクルガス配管に設置された各種測定機器について説明した。
【０１１４】
＜加熱炉空燃比制御装置の構成について＞
続いて、図８を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の構成について、説明する。図８は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の構成の一例を示したブロック図である。
【０１１５】
なお、以下の説明に先立ち、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０は、当該装置の設定情報（例えば、設定パラメータ等）を示したデータや、他の分析装置による分析結果を示したデータ等を参照することで、リサイクルガス配管中を流れるリサイクルガスの成分（組成成分）や、各成分の体積比（体積％の比率）等のデータを随時取得することが可能であるものとする。ここで、上記体積比は、予めある期間に測定した体積の平均値を用いた体積比である平均体積比であってもよい。
【０１１６】
本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０は、図８に示したように、測定情報取得部３０１と、理論空気量算出部３５１と、空燃比算出部３５３と、制御信号出力部３１１と、記憶部３１３と、を主に備える。
【０１１７】
測定情報取得部３０１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管に設けられたＣＯ分析用レーザガス分析計３３及びＣＨ４分析用レーザガス分析計３５、及び、Ｈ２濃度分析計３７のそれぞれから出力される、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する。
【０１１８】
また、測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管及び燃焼空気配管に設けられた各流量制御機構１０，２０から、各配管を流れる気体の現在流量に関する情報のデータを取得することも可能である。
【０１１９】
測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管に設けられた各種測定機器から取得した測定情報のデータ、及び、各流量制御機構１０，２０から取得した現在流量に関する流量情報のデータを取得すると、取得したこれらの情報のデータを、後述する理論空気量演算部３０３に出力する。また、測定情報取得部３０１は、取得したこれらの情報に、これらの情報を取得した日時等に関する時刻情報を関連づけ（紐付けて付記し）、後述する記憶部３１３等に履歴情報として格納してもよい。
【０１２０】
理論空気量算出部３５１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。理論空気量算出部３５１は、測定情報取得部３０１が取得したＣＯ分析用レーザガス分析計３３による測定結果を示したデータ、ＣＨ４分析用レーザガス分析計３５による測定結果を示したデータ、及び、Ｈ２濃度分析計３７による測定結果を示したデータ等の各種情報や、記憶部３１３等に格納されている、又は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０の操作者等により当該加熱炉空燃比制御装置３０に入力された、リサイクルガスの組成成分及び各組成成分の体積比を示したデータ等の各種情報等を用いて、リサイクルガス配管を介して加熱炉３に供給されるリサイクルガスの理論空気量を演算により算出する。かかる理論空気量の演算処理は、例えば、加熱炉温度制御装置７から出力された空燃比制御要請の信号に応じて実行されてもよいし、所定周期毎に実施されてもよいし、加熱炉空燃比制御装置３０の操作者による所定の入力操作に応じて実施されてもよい。
【０１２１】
また、理論空気量算出部３５１は、演算の結果得られたリサイクルガスの理論空気量の情報を、加熱炉空燃比制御装置３０が備えるディスプレイ等の表示装置（図示せず。）や、加熱炉空燃比制御装置３０の外部に設けられた各種装置が備えるディスプレイ等の表示装置に出力してもよい。かかる情報を表示装置に出力することで、加熱炉制御システム１の操作者（管理者）は、算出されたリサイクルガスの理論空気量に関する情報を、その場で把握することが可能となる。
【０１２２】
具体的には、理論空気量算出部３５１は、ＣＯ分析用レーザガス分析計３３、ＣＨ４分析用レーザガス分析計３５、及び、Ｈ２濃度分析計３７から取得した測定情報のデータを用いて、以下の式１５１に基づいて、理論酸素量を算出する。
【０１２３】
【数３】
【０１２４】
ここで、上記式１５１において、Ｖ（Ｘ）は、リサイクルガス中に存在する可燃性成分Ｘの体積％を表しており、式１５１の右辺最終項に示したＶ（Ｏ２）は、リサイクルガス中に存在する酸素の濃度を表している。
【０１２５】
次に、理論空気量算出部３５１は、算出した理論酸素量Ｏｏを用いて、以下の式１５２に示した式を用いることで、理論空気量Ａｏを算出する。
【０１２６】
【数４】
【０１２７】
理論空気量算出部３５１は、このようにして算出したリサイクルガスの理論空気量を、空燃比算出部３５３に出力する。また、理論空気量算出部３５１は、算出した理論空気量を示すデータに、当該データを算出した日時等に関する時刻情報を関連づけ（紐付けて付記し）、記憶部３１３等に履歴情報として格納してもよい。
【０１２８】
空燃比算出部３５３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。空燃比算出部３５３は、理論空気量算出部３５１により算出された理論空気量と、流量制御機構１０から出力されたリサイクルガスの供給流量とを用いて、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの燃焼空気量を算出し、かかる燃焼空気量を用いてリサイクルガスの空燃比を算出する。
【０１２９】
具体的には、空燃比算出部３５３は、算出された理論空気量にリサイクルガスの供給流量を乗じることで、加熱炉３に供給されるリサイクルガスを完全に燃焼させるために必要な空気量（燃焼空気量）を算出する。従って、空燃比算出部３５３は、リサイクルガスの供給流量と、算出した燃焼空気量の比をとることで、空燃比を算出することができる。
【０１３０】
また、空燃比算出部３５３は、燃焼空気量を算出する際に、予め設定された過剰空気比ｍを用いて、燃焼空気量を算出してもよい。この過剰空気比ｍは、リサイクルガスの発熱量の変動を考慮しつつ、加熱炉３におけるススの発生状況や、排ガス中の所定成分の濃度を参照しながら決定することができる。かかる過剰空気比ｍの値は、加熱炉３の大きさや設置条件等に応じて適宜設定すればよいが、例えば１．２程度の値から開始して、加熱炉３におけるススの発生状況や、排ガス中の所定成分の濃度を参照しながら決定することが可能である。
【０１３１】
空燃比算出部３５３は、以上のようにして空燃比を算出すると、算出した空燃比を、制御信号出力部３１１に出力する。また、空燃比算出部３５３は、算出した空燃比を示すデータに、当該データを算出した日時等に関する時刻情報を関連づけ（紐付けて付記し）、記憶部３１３等に履歴情報として格納してもよい。
【０１３２】
なお、空燃比算出部３５３は、具体的な空燃比の値を算出せずに、算出した燃焼空気量を示すデータそのものを、制御信号出力部３１１に出力してもよい。
【０１３３】
制御信号出力部３１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。制御信号出力部３１１は、算出されたリサイクルガスの空燃比又は燃焼空気量を示すデータや予め設定された過剰空気比を用いて、リサイクルガスの供給流量及び加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を生成し、流量制御機構１０，２０にそれぞれ出力する。これにより、加熱炉３に供給されるリサイクルガスの供給流量及び燃焼空気の供給流量が流量制御機構１０，２０の流量調節弁により制御され、リサイクルガスの空燃比の制御が行われることとなる。
【０１３４】
記憶部３１３は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０が備えるストレージ装置の一例である。記憶部３１３には、過去の操業実績等に関する各種のデータベースや、加熱炉空燃比制御装置３０の設定パラメータの情報等が格納されている。また、記憶部３１３には、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベース・プログラム等が、適宜格納される。この記憶部３１３には、加熱炉空燃比制御装置３０が備える各処理部が、自由に読み書きを行うことが可能である。
【０１３５】
以上、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１３６】
なお、上述のような本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０１３７】
＜加熱炉空燃比制御方法の流れについて＞
続いて、図９を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉制御システム１で実施される加熱炉空燃比制御方法の流れについて説明する。図９は、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０１３８】
加熱炉空燃比制御装置３０の測定情報取得部３０１は、リサイクルガス配管に設けられた各レーザガス分析計３３，３５及びＨ２濃度分析計から、リサイクルガスの測定データを取得する（ステップＳ２０１）。また、測定情報取得部３０１は、上記測定データに加えて、リサイクルガス配管及び燃焼空気配管に設けられた各流量制御機構１０，２０から、供給されている気体の流量の測定データを取得する。
【０１３９】
測定情報取得部３０１は、これらの測定データを取得すると、取得した測定データを、理論空気量算出部３５１に出力する。
【０１４０】
次に、理論空気量算出部３５１は、測定情報取得部３０１から出力された測定情報を示したデータを用いて、リサイクルガスの理論空気量を算出し（ステップＳ２０３）、空燃比算出部３５３に出力する。
【０１４１】
続いて、空燃比算出部３５３は、算出された理論空気量を用いて、供給されるリサイクルガスの燃焼空気量を算出し、算出した燃焼空気量に基づいて空燃比を算出する（ステップＳ２０５）。その後、空燃比算出部３５３は、算出した空燃比を、制御信号出力部３１１に出力する。
【０１４２】
制御信号出力部３１１は、空燃比算出部３５３により算出された空燃比を用いて、かかる空燃比を実現するために必要な制御信号を生成し、生成した制御信号を流量制御機構１０，２０に出力する（ステップＳ２０７）。これにより、供給されるリサイクルガスに応じた空燃比の制御がなされることとなる。
【０１４３】
その後、加熱炉空燃比制御装置３０は、取得した各種測定情報等を参照しながら、空燃比の制御を終了するか否かを判断する（ステップＳ２０９）。空燃比の制御を継続する場合には、加熱炉空燃比制御装置３０はステップＳ２０１に戻って処理を継続する。また、空燃比の制御を終了する場合には、加熱炉空燃比制御装置３０は空燃比の制御処理を終了する。
【０１４４】
以上、図９を参照しながら、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御方法の流れについて説明した。
【０１４５】
以上説明したように、本実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置及び加熱炉空燃比制御方法によれば、レーザガス分析装置により測定された測定結果を利用することで、リサイクルガスの変動に追随して、事前に正確に理論空気量を算出することが可能となるため、燃料として用いられるリサイクルガスの変動への追随性を更に向上させ、リサイクルガスと空気との混合比（空燃比）を精度よく制御することが可能となる。その結果、加熱炉におけるスス、ＮＯｘの発生を未然に防ぐことが可能となる。また、加熱炉におけるススの発生を抑制することにより、加熱炉内に設けられた耐火物の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１４６】
（ハードウェア構成について）
次に、図１０を参照しながら、本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１０は、本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０１４７】
加熱炉空燃比制御装置３０は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、加熱炉空燃比制御装置３０は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。
【０１４８】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、またはリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、加熱炉空燃比制御装置３０内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。
【０１４９】
バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。
【０１５０】
入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、加熱炉空燃比制御装置３０の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。さらに、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。加熱炉空燃比制御装置３０のユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、加熱炉空燃比制御装置３０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１５１】
出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、加熱炉空燃比制御装置３０が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、加熱炉空燃比制御装置３０が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１５２】
ストレージ装置９１３は、加熱炉空燃比制御装置３０の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。
【０１５３】
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、加熱炉空燃比制御装置３０に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙメディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。
【０１５４】
接続ポート９１７は、機器を加熱炉空燃比制御装置３０に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、加熱炉空燃比制御装置３０は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。
【０１５５】
通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。
【０１５６】
以上、本発明の実施形態に係る加熱炉空燃比制御装置３０の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【０１５７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１５８】
例えば、上記実施形態では、リサイクルガス中に含まれる可燃性成分として、水素、一酸化炭素及びメタンに着目したが、リサイクルガス中に含まれる可燃性成分が上記物質に限定されるわけではなく、上記成分に加えて、リサイクルガス中に含まれる他の可燃性成分に着目してもよいし、上記成分以外の可燃性成分について着目してもよい。
【符号の説明】
【０１５９】
１ 加熱炉制御システム
３ 加熱炉
５ 炉温測定装置
７ 加熱炉温度制御装置
１０，２０ 流量制御機構
３０ 加熱炉空燃比制御装置
３１ カロリー計
３３ ＣＯ分析用レーザガス分析計
３５ ＣＨ４分析用レーザガス分析計
３７ Ｈ２濃度分析計
１０１，１１１，２０１ 流量計
１０３，２０３ 流量調節弁
１０５ カロリー計
１０７ 密度補正機構
１１３，２０５ 温圧制御機構
３０１ 測定情報取得部
３０３ 理論空気量演算部
３０５，３５１ 理論空気量算出部
３０７ 理論空気量補正部
３０９，３５３ 空燃比算出部
３１１ 制御信号出力部
３１３ 記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御方法であって、
前記リサイクルガスの供給配管に設けられたリサイクルガスの発熱量を測定する発熱量測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得ステップと、
取得した前記測定情報のデータのうち前記リサイクルガスの発熱量の情報のデータと、前記リサイクルガスの組成成分の情報のデータとを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出ステップと、
前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの予め測定した平均体積のデータと、算出された前記理論空気量と、前記測定情報のデータに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の情報のデータと、を用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じた補正理論空気量を算出する補正理論空気量算出ステップと、
算出された前記補正理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出するとともに、算出された前記リサイクルガスの燃焼空気量と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御する供給流量制御ステップと、
を含むことを特徴とする、加熱炉空燃比制御方法。
【請求項２】
前記理論空気量算出ステップでは、前記リサイクルガスの発熱量と前記リサイクルガスの理論空気量との間の相関関係式に前記リサイクルガスの発熱量に関する情報を代入して演算することで、前記リサイクルガスの理論空気量を算出することを特徴とする、請求項１に記載の加熱炉空燃比制御方法。
【請求項３】
前記補正理論空気量算出ステップでは、
前記測定情報のデータに含まれる前記一酸化炭素の濃度と前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素の平均濃度のデータとを用いて算出された差分値、及び、前記測定情報のデータに含まれる前記メタンの濃度と前記リサイクルガスに含まれるメタンの平均濃度のデータとを用いて算出された差分値をそれぞれ算出し、算出したそれぞれの前記差分値を用いて、前記一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じた理論空気量の変化量を算出し、
前記算出された理論空気量に、前記一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じた理論空気量の変化量を加算することで、前記補正理論空気量を算出する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の加熱炉空燃比制御方法。
【請求項４】
前記補正理論空気量算出ステップでは、
一酸化炭素に関する前記差分値に対して燃焼化学式により規定される係数及び第１の補正係数を乗じた値と、メタンに関する前記差分値に対して燃焼化学式により規定される係数及び第２の補正係数を乗じた値との和を、前記理論空気量の変化量とし、
前記第１の補正係数及び前記第２の補正係数は、前記加熱炉におけるススの発生状況及び前記加熱炉の排ガス成分の変化に応じて調整される
ことを特徴とする、請求項３に記載の加熱炉空燃比制御方法。
【請求項５】
前記補正理論空気量算出ステップでは、
前記加熱炉においてススが発生した場合には、前記第１の補正係数及び前記第２の補正係数の値を増加させ、
前記加熱炉の排ガスに含まれる所定成分の濃度が閾値超過となった場合には、前記第１の補正係数及び前記第２の補正係数の値を減少させる
ことを特徴とする、請求項４に記載の加熱炉空燃比制御方法。
【請求項６】
加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置であって、
前記リサイクルガスの供給配管に設けられたリサイクルガスの発熱量を測定する発熱量測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得部と、
取得した前記測定情報のデータのうち前記リサイクルガスの発熱量の情報のデータと、前記リサイクルガスの組成成分の情報のデータとを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出部と、
前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの予め測定した平均体積のデータと、算出された前記理論空気量と、前記測定情報のデータに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の情報のデータと、を用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じて前記理論空気量を補正する理論空気量補正部と、
補正された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出部と、
算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力部と、
を備えることを特徴とする、加熱炉空燃比制御装置。
【請求項７】
コンピュータに、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置の機能を実現させるためのプログラムであって、
コンピュータに、
前記リサイクルガスの供給配管に設けられたリサイクルガスの発熱量を測定する発熱量測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得機能と、
取得した前記測定情報のデータのうち前記リサイクルガスの発熱量の情報のデータと、前記リサイクルガスの組成成分の情報のデータとを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出機能と、
前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの予め測定した平均体積のデータと、算出された前記理論空気量と、前記測定情報のデータに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の情報のデータと、を用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じて前記理論空気量を補正する理論空気量補正機能と、
補正された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出機能と、
算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力機能と、
を実現させるためのプログラム。
【請求項８】
加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御方法であって、
前記リサイクルガスの供給配管に設けられた、リサイクルガスに含まれる水素の濃度を測定する水素濃度測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得ステップと、
取得した前記測定情報のデータのうち水素、一酸化炭素及びメタンの濃度の測定結果のデータと、水素、一酸化炭素及びメタンの完全燃焼にそれぞれ要する酸素量とを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出ステップと、
算出された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出するとともに、算出された前記リサイクルガスの燃焼空気量と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御する供給流量制御ステップと、
を含むことを特徴とする、加熱炉空燃比制御方法。
【請求項９】
加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置であって、
前記リサイクルガスの供給配管に設けられた、リサイクルガスに含まれる水素の濃度を測定する水素濃度測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得部と、
取得した前記測定情報のデータのうち水素、一酸化炭素及びメタンの濃度の測定結果のデータと、水素、一酸化炭素及びメタンの完全燃焼にそれぞれ要する酸素量とを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出部と、
算出された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出部と、
算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力部と、
を備えることを特徴とする、加熱炉空燃比制御装置。
【請求項１０】
コンピュータに、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置の機能を実現させるためのプログラムであって、
コンピュータに、
前記リサイクルガスの供給配管に設けられた、リサイクルガスに含まれる水素の濃度を測定する水素濃度測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得機能と、
取得した前記測定情報のデータのうち水素、一酸化炭素及びメタンの濃度の測定結果のデータと、水素、一酸化炭素及びメタンの完全燃焼にそれぞれ要する酸素量とを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出機能と、
算出された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出機能と、
算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力機能と、
を実現させるためのプログラム。
【請求項１】
加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御方法であって、
前記リサイクルガスの供給配管に設けられたリサイクルガスの発熱量を測定する発熱量測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得ステップと、
取得した前記測定情報のデータのうち前記リサイクルガスの発熱量の情報のデータと、前記リサイクルガスの組成成分の情報のデータとを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出ステップと、
前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの予め測定した平均体積のデータと、算出された前記理論空気量と、前記測定情報のデータに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の情報のデータと、を用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じた補正理論空気量を算出する補正理論空気量算出ステップと、
算出された前記補正理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出するとともに、算出された前記リサイクルガスの燃焼空気量と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御する供給流量制御ステップと、
を含むことを特徴とする、加熱炉空燃比制御方法。
【請求項２】
前記理論空気量算出ステップでは、前記リサイクルガスの発熱量と前記リサイクルガスの理論空気量との間の相関関係式に前記リサイクルガスの発熱量に関する情報を代入して演算することで、前記リサイクルガスの理論空気量を算出することを特徴とする、請求項１に記載の加熱炉空燃比制御方法。
【請求項３】
前記補正理論空気量算出ステップでは、
前記測定情報のデータに含まれる前記一酸化炭素の濃度と前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素の平均濃度のデータとを用いて算出された差分値、及び、前記測定情報のデータに含まれる前記メタンの濃度と前記リサイクルガスに含まれるメタンの平均濃度のデータとを用いて算出された差分値をそれぞれ算出し、算出したそれぞれの前記差分値を用いて、前記一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じた理論空気量の変化量を算出し、
前記算出された理論空気量に、前記一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じた理論空気量の変化量を加算することで、前記補正理論空気量を算出する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の加熱炉空燃比制御方法。
【請求項４】
前記補正理論空気量算出ステップでは、
一酸化炭素に関する前記差分値に対して燃焼化学式により規定される係数及び第１の補正係数を乗じた値と、メタンに関する前記差分値に対して燃焼化学式により規定される係数及び第２の補正係数を乗じた値との和を、前記理論空気量の変化量とし、
前記第１の補正係数及び前記第２の補正係数は、前記加熱炉におけるススの発生状況及び前記加熱炉の排ガス成分の変化に応じて調整される
ことを特徴とする、請求項３に記載の加熱炉空燃比制御方法。
【請求項５】
前記補正理論空気量算出ステップでは、
前記加熱炉においてススが発生した場合には、前記第１の補正係数及び前記第２の補正係数の値を増加させ、
前記加熱炉の排ガスに含まれる所定成分の濃度が閾値超過となった場合には、前記第１の補正係数及び前記第２の補正係数の値を減少させる
ことを特徴とする、請求項４に記載の加熱炉空燃比制御方法。
【請求項６】
加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置であって、
前記リサイクルガスの供給配管に設けられたリサイクルガスの発熱量を測定する発熱量測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得部と、
取得した前記測定情報のデータのうち前記リサイクルガスの発熱量の情報のデータと、前記リサイクルガスの組成成分の情報のデータとを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出部と、
前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの予め測定した平均体積のデータと、算出された前記理論空気量と、前記測定情報のデータに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の情報のデータと、を用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じて前記理論空気量を補正する理論空気量補正部と、
補正された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出部と、
算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力部と、
を備えることを特徴とする、加熱炉空燃比制御装置。
【請求項７】
コンピュータに、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置の機能を実現させるためのプログラムであって、
コンピュータに、
前記リサイクルガスの供給配管に設けられたリサイクルガスの発熱量を測定する発熱量測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得機能と、
取得した前記測定情報のデータのうち前記リサイクルガスの発熱量の情報のデータと、前記リサイクルガスの組成成分の情報のデータとを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出機能と、
前記リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの予め測定した平均体積のデータと、算出された前記理論空気量と、前記測定情報のデータに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の情報のデータと、を用いて、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度の変動に応じて前記理論空気量を補正する理論空気量補正機能と、
補正された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出機能と、
算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力機能と、
を実現させるためのプログラム。
【請求項８】
加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御方法であって、
前記リサイクルガスの供給配管に設けられた、リサイクルガスに含まれる水素の濃度を測定する水素濃度測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得ステップと、
取得した前記測定情報のデータのうち水素、一酸化炭素及びメタンの濃度の測定結果のデータと、水素、一酸化炭素及びメタンの完全燃焼にそれぞれ要する酸素量とを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出ステップと、
算出された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出するとともに、算出された前記リサイクルガスの燃焼空気量と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御する供給流量制御ステップと、
を含むことを特徴とする、加熱炉空燃比制御方法。
【請求項９】
加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置であって、
前記リサイクルガスの供給配管に設けられた、リサイクルガスに含まれる水素の濃度を測定する水素濃度測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得部と、
取得した前記測定情報のデータのうち水素、一酸化炭素及びメタンの濃度の測定結果のデータと、水素、一酸化炭素及びメタンの完全燃焼にそれぞれ要する酸素量とを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出部と、
算出された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出部と、
算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力部と、
を備えることを特徴とする、加熱炉空燃比制御装置。
【請求項１０】
コンピュータに、加熱炉の炉内温度の変動に応じて当該加熱炉に燃料として供給されるリサイクルガスの空燃比を制御する加熱炉空燃比制御装置の機能を実現させるためのプログラムであって、
コンピュータに、
前記リサイクルガスの供給配管に設けられた、リサイクルガスに含まれる水素の濃度を測定する水素濃度測定装置、及び、リサイクルガスに含まれる一酸化炭素及びメタンの濃度を測定するレーザガス分析装置のそれぞれから、測定結果を示した情報である測定情報のデータを取得する測定情報取得機能と、
取得した前記測定情報のデータのうち水素、一酸化炭素及びメタンの濃度の測定結果のデータと、水素、一酸化炭素及びメタンの完全燃焼にそれぞれ要する酸素量とを用いて、前記リサイクルガスの理論空気量を算出する理論空気量算出機能と、
算出された前記理論空気量と、前記リサイクルガスの供給流量と、予め設定された過剰空気比と、を用いて、加熱炉に供給される前記リサイクルガスの燃焼空気量を算出し、当該燃焼空気量を用いて前記リサイクルガスの空燃比を算出する空燃比算出機能と、
算出された前記リサイクルガスの空燃比と前記過剰空気比とを用いて、前記リサイクルガスの供給流量及び前記加熱炉に供給される空気の供給流量を制御するための制御信号を、前記リサイクルガス及び前記空気の供給流量を制御する流量制御機構に出力する制御信号出力機能と、
を実現させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２２０１３８（Ｐ２０１２−２２０１３８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８８１９２（Ｐ２０１１−８８１９２）
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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