【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は管内を搬送媒体により搬送される高濃度粉体の流量測定方法及びその測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来粉体の流量測定方法及びその測定装置については、光透過方式の粉体濃度計を利用したものが知られている。 図７に一例を示す。 図７において、粉体搬送管１に相対する二つの観察窓２を設置する。 一方の観察窓２から光源体３から発する平行光束４を入射し、粉体移送管１内に入射する。 入射した光は粉体７によって減衰し、残りの透過光を他方の観察窓２から取出し、光検出器５に導入して、透過光量を検出する。 ここで、入射光強度Ｉo が粒子群を通過し、透過光強度Ｉに減衰する場合、透過率Ｉ／Ｉo は数式１のランベルトベア則によって表される。

【０００３】

【数１】

【０００４】透過率（Ｉ／Ｉo ）を測定することにより、粒子濃度（φ _m ）が求まり、更に粒子の移動速度が搬送媒体（ガス）流速に等しいと仮定して、粒子濃度値と搬送媒体平均流速値の積から粉体流量値を算出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、上述した光透過方式による粉体濃度計による測定においては、測定可能粉体最大濃度が制約されるため、高濃度粉体測定に適用する場合には、粉体移送管から搬送媒体（ガス）
を等速吸引したり、あるいは分岐管を設けたりして、一部分の粒子をサンプリングして、測定する必要がある。
この様な改良した方式によっても、実用化されているダスト濃度計の最大粉体濃度は２００gr／m ³程度であり、
それ以上の高濃度粒子群に対しては光が減衰してしまうために、光透過式を適用して高濃度粉体流量を測定することは困難であった。

【０００６】本発明は上記のような問題点を解決するために成されたものであり、高濃度領域の粉体濃度測定を可能にし、粉体流量をオンラインで測定出来る方法及びその装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明は粉体が搬送媒体により搬送される管内に、一定の長さで軸芯が該管と平行する内管を設け、その内管の軸芯に直交する線上に対向する内管壁の開口部に固定しで対向するように配設された光透過用測定管を介して、光を透過させ、その透過率を測定し、それから粉体平均濃度値を算出し、その算出値と前記搬送媒体の流速値との乗算値から粉体流量値を算出することを特徴とする管内を搬送媒体により搬送される高濃度粉体の流量測定方法である。

【０００８】上記本発明方法に適した測定装置として、
軸芯に直交する線上に位置して対向させた開口部を有する管と、その管内に、一定の長さで軸芯が該管と平行するように設けられた内管と、前記開口部に挿入され、該内管の軸芯に直交する線上に対向する内管壁の開口部に固定して対向するように配設された光透過用測定管と、
光透過用測定管に付設した先端間隔調節装置と、一方の測定管の後端部に配置された光束入射用の光源体と、他方の測定管の後端部に配置された光量検出端を具備した光透過率検出部と、搬送媒体の流速を測定する検出端と、それらの出力信号から粉体平均濃度値と媒体平均流速値とを各々算出し、これらを乗算し、粉体流量値を演算する装置を組合わせてなる管内を搬送媒体により搬送される高濃度粉体の流量測定装置とするものである。

【０００９】この場合、測定部での管は垂直管を使用し、同芯同軸の連続した断面で、その直径の６倍以上の長さのものとし、該管の粉体入側端から長さ方向の７０
〜８０％の位置に開口部を設け、更に図４に示す内管径と長さの関係から内管寸法を決定し、透過用測定管を設置することが測定部での粉体の流れの均一性を保つ上で好ましい。

【００１０】

【作用】本発明は上記した構成で、管内に内管を設け、
この内管の軸芯に直交する線上に位置する内管壁の開口部に固定した対向する光透過用測定管を介して、粉体に光を透過させるものであり、開口部から光透過用測定管を相対して挿入させて、測定部光路長を実際の粉体移送管径より小さくして、光透過量の減衰量を抑制する。
叉、本発明の光源体としては、光強度の大きい平行光束が容易に実現可能なように、レーザ光のような連続光源体を用いることが出来る。

【００１１】即ち、本発明者等は高粉体濃度の場合、透過光強度が上述した数式１から、小さくなるために、透過長さ（光路長）を小さくすることに着目して検討を行い、図３に示すような粉体平均濃度値と透過率（Ｉ／Ｉ
o ）の関係を得て、上記発明に到達したものである。

【００１２】図３では硅砂５号（調和平均径(dp32)が0.
34mm、粒子の真比重 (ρ) が2.58)の粉体を空気を搬送媒体として較正試験により求めた光透過率と粉体平均濃度値の関係を示す実施例の図である。

【００１３】ここでは垂直管の内径をＤとし、内管に固定した光透過用測定管の先端間隔即ち透過長さ（測定部光路長）をＬとし、Ｄ＞Ｌの範囲で、Ｌを種々に変化させてプロットし、粉体平均濃度値と透過率（Ｉ／Ｉo ）
の関係を得たものである。 Ｌが小さい程、透過光強度（Ｉ）が増大している。 ここでは３kg/m ³程度までの測定が可能であることを示している。 比較として、図７に示すような測定装置を用いた場合、点線で示すように０．２kg/m ³程度までしか測定できなかった。

【００１４】この場合、光透過用測定管を取付ける内管は搬送管内に挿入した光透過用測定管によって、管内の粉体流れに乱れが生じることを防止するために、設けられたものである。 上記の作用によって、内管内部の媒体の流速及び粉体濃度は搬送管全断面積における媒体の流速及び粉体濃度を正しく代表することが出来るので、内管内の粉体濃度を測定することによって、搬送管の断面全体の粉体濃度を精度良く把握することが出来る。

【００１５】更にこの内管の粉体濃度値に搬送管内の媒体平均流速値を乗算して、搬送粉体流量値を求めることが出来る。 今回の実験で使用したレーザーの光源体では、透過率0.15以上にすることが、粉体密度の測定精度を向上させるために必要であった。 しかし、光量検出端の性能を向上させることによって、透過率を更に小さく出来る。

【００１６】本発明では実際の粉体流量測定において、
粉体が粒子径が異なり、粒子の種類が異なる所謂混粒状態にあるので、図３を基にして、図５に示すような透過率と測定条件の関係式を用いて、光量検出端の出力信号から本発明の演算装置により算出して粉体平均濃度値を求める。

【００１７】図５は図１、図２の測定装置を用いた場合の透過率（Ｉ／Ｉo ）と測定条件の関係を示す図で粉体として硅砂２種と、鉄鉱石を用いた較正試験により得られたものである。 図５から明らかなように、粉体粒径が異なっても、粒子真比重（ρ）を考慮することによって、透過率（Ｉ／Ｉo ）が一つの較正直線上に一致して測定することが出来た。 このことから本発明では粉体粒径、粉体種類が混粒していても測定が可能であることを得た。

【００１８】即ち、測定装置としてのＬを特定し、被測定物の粉体の真比重（ρ）及び調和平均径（dp32) が取扱いプロセスの固有値として自明であることから、透過率（Ｉ／Ｉo)を測定して、図５の直線から粉体平均濃度値（kg/m ³ ）を一義的に求める。 一方、搬送媒体の流速を測定する検出端と、その出力信号から本発明の演算装置により媒体平均流速値を算出する。

【００１９】即ち、既存のピトー管による圧力の検出信号、又は熱線式流速検出端による温度の検出信号と媒体平均流速の一般的関係式を用いることにより、上記媒体平均流速値の算出が行われる。 更に上記粉体平均濃度値と媒体平均流速値とを本発明の演算装置により乗算することによって、粉体流量値を算出することが出来る。

【００２０】

【実施例】以下に本発明の実施例を図によって説明する。 図１、図２は本発明の一実施例を示す図であり、図１は本発明装置を設置した状態を示す図であり、図２は本発明の装置の光透過率検出部の要部を示す図である。
図において、１０は粉体流量計の光透過率検出部、１１
ａ、１１ｂは光透過用測定管、１２は先端間隔調節装置、１３は流速検出端、２１は内管である。 ７は粉体の粒子である。

【００２１】本発明の粉体流量の測定装置は、粉体が搬送媒体により搬送される配管系９内に設けた、軸芯に直交する線上に対向する管壁の開口部８ａ、８ｂを有する垂直管１と、その垂直管１内に設けた軸芯に直交する線上に対向する内管壁の開口部８ｃ、８ｄを有する内管２
１と、前記開口部８ａ、８ｂに挿入して、内管２１の開口部８ｃ、８ｄに固定した光透過用測定管１１ａ、１１
ｂと、光透過用測定管１１ａ、１１ｂに付設した先端間隔調節装置１２と、一方の測定管１１ａの後端部に配置した光束入射用の光源体３と、他方の測定管１１ｂの後端部に配置した光量検出端５からなる光透過率検出部検出部１０と、搬送媒体の流速を測定する流速検出端１
３、及びそれらの検出端の出力信号から粉体平均濃度値と媒体平均流速値とを各々算出し、これらを乗算し、粉体流量値を演算する装置を組合わせてなるものである。

【００２２】演算装置では光量検出端５と流速検出端１
３から各々測定値を信号に変換して演算装置１４に送信し、演算部１５で演算し、表示部１６に粉体７の流量を表示させる。 １７は記憶部である。 粉体の流量は指令部１８から、図示しない搬送媒体の流速調整機構、粉体供給機構等へ指示することによって、調節することが出来る。 上記では垂直管を配管直径の６倍の長さのものとし、粉体入側端から７５％の位置に開口部を設けて、光透過用測定管を設置した。

【００２３】叉、内管の長さｌ及び内直径ｄについてはＬに基づきｄを決定し、図４から定まるｌの値を内管の長さとした。 ここでは光源体３と、光量検出端５とには、光束を拡大、縮小するためにレンズ２０を設けている。 光透過用測定管１１ａ、１１ｂは同一径のものを用い、同一軸芯になるように設置することが必要である。
光束を正確に検出するためである。 叉、光束を正確に検出するために、観察窓( 透明ガラス）２、Ｏリング６等の気密機構が用いられている。 更に光源体３と、光量検出端５等は外乱を防止するために、カバー１９を設けている。

【００２４】本発明の装置を用いて、本発明方法を行う場合について説明する。 粉体を搬送する配管系９内に設けた垂直管１に粉体を搬送媒体によって通過させる。 ここでは垂直管１が配管系９内の配管と同心等断面積なので、測定部での流れの均一性が保たれているために、その中を通過する粉体濃度は配管系９内の粒子７の粉体濃度と同じである。

【００２５】光透過用測定管１１ａ、１１ｂは垂直管１
の軸芯Ｃに直交する線Ｅ上に位置して対向させた開口部８ａ、８ｂ及び内管２１に直交して同一線上に位置して対向させた開口部８ｃ、８ｄから挿入し、配設しているので、光透過用測定管１１ａ、１１ｂは同一径であり、
その軸芯が一致する。 これによって、測定管１１ａの端部に接続した光束入射用の光源体３から入射された光束は平行光束４として、垂直管１内の粉体を直角に横切り、測定管１１ｂを通過して光量検出端５で検出される。

【００２６】上記本発明の装置により一定の先端間隔（Ｌ）を設けた対向する測定管の一方から他方へ光を透過し、その透過光量の減衰を元の光の投光強度と比較して求め、内管内の粉体平均濃度値を算出する。 この場合、測定部の光路長（Ｌ）を実際の粉体搬送管径より小さくしているので、図５の粉体平均濃度と透過率から先端間隔を選定して、光透過量の減衰量を抑制することが出来る。 その結果、粉体の高濃度粒子群の粉体平均濃度値を正確に測定することが出来る。

【００２７】本発明では実際の粉体流量測定において、
粉体が粒子径が異なり、粒子の種類が異なる所謂混粒状態にあるので、図３を基にして、図５に示すような透過率と測定条件の関係式を演算装置の記憶部１７にあらかじめ記憶させ、演算部１５で測定された光量検出端５の出力信号から粉体平均濃度値を算出する。

【００２８】一方、流速検出端１３の出力信号から演算部１５により媒体平均流速値を算出する。 ここではピトー管による圧力の検出信号と媒体平均流速値の一般的関係式を用いることにより、上記媒体平均流速値を算出する。 更に上記粉体平均濃度値と媒体平均流速値とを演算部１５により乗算することによって、粉体流量値を算出する。 これらの値は表示部１６によって表示される。

【００２９】本発明では内管を用いているが、垂直管の直径と測定管の直径の最適関係範囲としては次の数式２
によって決めることが出来る。 これは次の理由によるものである。 測定管の直径が太いと該垂直管内流の外乱になり測定に疑義がでる。 測定管の直径と粉体粒径の関係は測定管の直径が太いと検出値が安定する。

【００３０】

【数２】

【００３１】本発明では光透過用測定管の先端間隔の最適範囲、即ち内管の内直径は次の理由によって決めることが出来る。 下限値については間隔が狭すぎると間の測定区間の流速分布が阻害されるので、その影響を受けない最小の間隔とする。 一般には搬送管は１／１０程度である。 上限値については間隔が広いと光透過量減衰が大きくなるので、光透過量減衰の許容出来る間隔とする。

【００３２】本発明による内管の長さは光透過用測定管による粉体の流れの外乱を防止し、粉体流量を精度良く推定する見地から、内管の断面形状については垂直管の断面形状と相似でも、また円管状いずれでも良い。

【００３３】本発明のように内管にこれらの光透過用測定管を対向して固定することによって、配管の振動、熱膨張等に起因する二つの光透過用測定管の芯ずれによる光路の遮断等の事態も回避できるという利点も有する。

【００３４】本発明方法によれば、条件として管長2.0
ｍ、管径0.2 ｍの垂直管を配管系に配置し、垂直管の入側から７５％の位置に設けた開口部から光透過用測定管を挿入して突出させ、内径0.1 ｍ、長さ0.5 ｍの内管に固定して、粉体として硅砂５号（dp32=0.34mm,ρ=2.58)
を空気を媒体として流速20ｍ／秒で搬送した場合、図６
に示すような結果を得ることが出来た。 図６は粉体流量（トン／時間）と測定経過時間との関係を示す図である。

【００３５】ここでは粉体濃度のサンプリング間隔を0.
6 秒とし、粉体平均濃度値とガス流速値との乗算から、
粉体流量値を算出しプロットしたものである。 上記結果から明らかなように、高濃度領域の粉体濃度測定によって、粉体流量をオンラインで測定することが出来る。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が得られる。 光透過用測定管を取付けた内管は搬送管内の粉体の流れの外乱を防止し、粉体濃度の検出、及び粉体流量値の測定精度を向上する。 粉体濃度３kg/m ³迄の高濃度の測定が可能である。 高濃度粉体の多量搬送量の測定が可能である。 内管にこれらの光透過用測定管を対向して固定することによって、配管の振動、熱膨張等に起因する二つの光透過用測定管の芯ずれによる光路の遮断等の事態も回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置を配管系に設置した状態を示す図である。

【図２】本発明の装置の光透過率検出部の要部を示す図である。

【図３】本発明の先端間隔を変化した場合の粉体平均濃度と透過率との関係を示す図である。

【図４】本発明の内管の長さと測定条件の関係を示す図である。

【図５】本発明の一実施例による透過率と測定条件の関係を示す図である。

【図６】本発明の一実施例による粉体流量と測定経過時間との関係を示す図である。

【図７】従来の光透過方式粉体濃度計の一例を示す図である。

【符号の説明】

１０ 粉体流量計の光透過率検出部 １１ａ，１１ｂ 光透過用測定管 １２ 先端間隔調節装置 １３ 流速検出端 １４ 粉体流量計の演算装置 ２１ 内管