JP2861664B2 - 管内を搬送される高濃度粉体の流量測定方法 - Google Patents

Description

【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として、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
にその一例を示す。図７に示すように、粉体移送管１に
相対する二つの観察窓２を設置し、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、光量検出端５
に導入して、透過光量を検出する。ここで、入射光強度
Ｉo が粉体７の粒子群を通過し、透過光強度Ｉに減衰す
る場合、透過率Ｉ／Ｉo は数１のランベルトベア則によ
って表される。尚、６はシール用のＯリングである。

【０００３】

【数１】

【０００４】透過率（Ｉ／Ｉo ）を測定することによ
り、粉体の粒子濃度（φ_m ）が求まり、更に粉体粒子の
移動速度が搬送媒体（ガス）の流速に等しいと仮定し
て、粉体濃度値と搬送媒体平均流速値との積から粉体流
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２００ｇ／ｍ³程度であり、
それ以上の濃度粒子群に対しては光が減衰してしまうた
め、光透過式粉体濃度計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】上記目的を達成するため
の本発明による管内を搬送される高濃度粉体の流量測 定
方法は、一定の先端間隔で対向する二つの光透過用測定
管を、粉体が搬送媒体により搬送される管内に突出して
設置し、先端間隔を一定に保ちながら二つの光透過用測
定管を前記管内で移動させると共に、この光透過用測定
管を介して前記管内に光を透過させて管内の各位置にお
ける光の透過率を測定し、測定した透過率から粉体平均
濃度を算出し、この粉体平均濃度と前記搬送媒体の流速
値とから粉体流量を算出することを特徴とするものであ
る。

【０００８】この場合、測定部での粉体移送管は、垂直
な管とし、隣接する配管と同芯同軸の連続した断面で、
且つ、その直径の６倍以上の長さを有するものとし、そ
して、この粉体移送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て光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。

【０００９】

【作用】 本発明では、粉体移送管内で一定の先端間隔で
対向するように突出して配設された光透過用測定管を介
して、粉体に光を透過させるので、測定部光路長（光透
過用測定管の先端間隔に等しい）が粉体移送管径より小
さくなり、光透過量の減衰量を抑制することが出来、高
濃度の粉体の測定が可能となる。叉、本発明では、光強
度の大きい平行光束を容易に実現可能とするために、レ
ーザ光のような連続光源体を光源体として用いるものと
する。

【００１０】即ち、本発明者等は、粉体が高濃度の場
合、透過光強度が上述した数１に従って小さくなるた
め、測定精度が悪くなるが、これを防止するために光の
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と透過率（Ｉ／Ｉ
o ）との関係を得て、上記発明に到達したものである。

【００１１】図３は、硅砂５号（調和平均径（ｄｐ３
２）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た試験により求めた光透過
率（Ｉ／Ｉo ）と粉体平均濃度との関係を示す図であ
る。

【００１２】ここでは粉体移送管の内径をＤとし、粉体
移送管内に挿入した光透過用測定管の先端間隔、即ち光
の透過長さ（光路長）をＬとして、Ｄ＞Ｌの範囲で、Ｌ
を種々に変化させて粉体平均濃度と透過率（Ｉ／Ｉo ）
との関係を得たものである。光透過用測定管の先端間隔
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に示すような粉体濃度計を用い
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。

【００１３】今回の実験で使用したレーザの光源体で
は、透過率を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
検出端の精度を向上させることによって、透過率を更に
小さく出来る。

【００１４】実際の粉体流量測定においては、粉体の粒
子径が異なり、粉体の種類が異なる所謂混粒状態にある
ので、本発明では、図３を基にして、図５に示すような
透過率と測定条件との関係式を用いて、光量検出端の出
力信号に基づき、粉体平均濃度を求める。

【００１５】図５は後述する図１、図２の粉体流量測定
装置を用いた場合の透過率（Ｉ／Ｉo ）と測定条件との
関係を示す図で、粉体として硅砂２種と鉄鉱石とを用い
た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、粉体粒子の真比重（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。

【００１６】即ち、測定装置としての光透過用測定管の
先端間隔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 ）を測定す
ることにより、図５の関係式から粉体平均濃度値（ｋｇ
／ｍ ³ ）を一義的に求めることが出来る。

【００１７】一方、搬送媒体の流速を測定する流速検出
端の出力信号に基づき搬送媒体の平均流速値を算出す
る。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搬送媒体の平
均流速との一般的関係式を用いることにより、搬送媒体
の平均流速値の算出が出来る。更に、上記粉体平均濃度
と搬送媒体の平均流速値とを乗算することによって、粉
体流量を算出することが出来る。

【００１８】更に、本発明においては、相対する二つの
光透過用測定管の先端間隔Ｌを一定に保った状態で、二
つの光透過用測定管を粉体移送管内で径方向を横断する
ように移動させ、粉体移送管の径方向の粉体平均濃度の
分布を測定する。

【００１９】図４は粉体移送管内の直径方向の粉体分布
を推定するための説明図である。光透過用測定管の先端
間隔Ｌを一定間隔に保って管の内直径の範囲で、少なく
とも管中心から一方の管壁に向かって、先端間隔長さを
一単位としてステップ的に管の半径に沿い連続して移動
することにより、管内の移動位置に対応する透過光量の
減衰分布から管内の直径方向の粉体平均濃度の分布を測
定し、同時に次の数２の加重平均式を用いて粉体移送管
内の粉体平均濃度を求める。

【００２０】

【数２】

【００２１】

【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、光透過率検出部、流量検出端、及び演算装置から
なる粉体流量測定装置を粉体移送管に設置した状態を示
す図であり、図２は、図１に示す光透過率検出部の要部
を示す図である。これらの図において、１０は光透過率
検出部、１１ａ、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、７は粉体である。

【００２２】本発明で用いた粉体流量測定装置は、粉体
７が搬送媒体により搬送される配管系９内に設けられ、
隣接する上下の配管と同心等断面積の垂直な粉体移送管
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に挿入され、一定の先端間隔Ｌで対向する
ように突出して配設された光透過用測定管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、一方の光透過用測定管１１ａの後端
部に配置した平行光束入射用の光源体３と、他方の光透
過用測定管１１ｂの後端部に配置した光量検出端５とか
らなる光透過率検出部１０と、搬送媒体の流速を測定す
る流速検出端１３と、光量検出端５及び流量検出端１３
の出力信号から粉体平均濃度と搬送媒体平均流速値とを
各々算出し、これらを乗算して粉体流量値を演算する演
算装置１４とを組合わせてなるものである。

【００２３】演算装置１４は、光量検出端５及び流速検
出端１３から各々測定値を信号に変換した送信信号を受
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７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。上記では粉体移送管１をその直径の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８
ａ、８ｂを設けて、光透過用測定管１１ａ、１１ｂを設
置した。

【００２４】ここでは光源体３と光量検出端５とには、
光束を拡大、縮小するために光収束用レンズ２０を設け
ている。光束を正確に検出するために、光透過用測定管
１１ａと光透過用測定管１１ｂと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。
叉、光束を正確に検出するために、観察窓２（透明ガラ
ス）、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。

【００２５】次に、上述した粉体流量測定装置を用いて
本発明を行う場合について説明する。粉体７を搬送する
配管系９内に設けた粉体移送管１内に粉体７を搬送媒体
によって通過させる。ここでは粉体移送管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７の濃
度は配管系９内の粉体７の濃度と同じである。

【００２６】光透過用測定管１１ａ、１１ｂは、粉体移
送管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に挿入して配設しているので、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、光透過用測定管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となって粉体移送管１内を直角に横切り、対向
する光透過用測定管１１ｂを通過して光量検出端５で検
出される。

【００２７】光透過用測定管１１ａから光透過用測定管
１１ｂ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、粉体移送管１内の粉体平均濃度
を算出する。この場合、測定部の光路長Ｌを粉体移送管
１の直径より小さくしているので、前述した図５の粉体
平均濃度と透過率との関係から先端間隔Ｌを適宜選定し
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７の高濃度粒子群の平均濃度を正確に測定する
ことが出来る。

【００２８】本発明では実際の粉体流量測定において、
粉体７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、前述した図５に示す
透過 率と測定条件との関係式を演算装置１４の記憶部１
７にあらかじめ記憶させ、測定された光量検出端５の出
力信号に基づき、演算部１５で粉体平均濃度を算出す
る。

【００２９】一方、流速検出端１３の出力信号から演算
部１５により搬送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搬送媒体平均流速の一
般的関係式を用いることにより、上記搬送媒体平均流速
値を算出する。更に、上記粉体平均濃度と搬送媒体平均
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。

【００３０】そして、本発明では、粉体移送管１の内部
に位置し、相対する光透過用測定管１１ａ、１１ｂを、
その先端間隔Ｌを所定間隔に保って、粉体移送管１の内
直径の範囲で、一方の管壁から他方の管壁に連続し所定
の速度で粉体移送管１の直径に沿い移動させることによ
り、粉体移送管１内の移動位置に対応する透過光量の減
衰分布から粉体移送管１内の直径方向の粉体濃度分布と
平均濃度値とを算出する。これらの値は表示部１６によ
って表示される。

【００３１】本発明では粉体移送管１の直径と光透過用
測定管１１ａ、１１ｂの直径との最適関係範囲として
は、次の数３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。 光透過用測定管１１ａ、１１ｂの直径が太いと粉体移
送管１内の流の外乱になり、測定に疑義がでる。 光透過用測定管１１ａ、１１ｂの直径と粉体粒径の関
係は、光透過用測定管１１ａ、１１ｂの直径が太いと検
出値が安定する。

【００３２】

【数３】

【００３３】本発明では光透過用測定管１１ａ、１１ｂ
の先端間隔Ｌの最適範囲は、次の理由によって決めるこ
とが出来る。下限値については先端間隔Ｌが狭すぎる
と、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、光透過用測定管
１１ａ、１１ｂの直径ｄｔの３倍程度である。上限値に
ついては先端間隔Ｌ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。

【００３４】本発明によれば、条件として管長２．０
ｍ、管径０．２ｍの粉体移送管１を配管系９に配置し、
粉体移送管１の入側から７５％の位置に設けた開口部８
ａ、８ｂに光透過用測定管１１ａ、１１ｂを挿入して突
出させ、その先端間隔Ｌを０．１ｍになるように配設し
て、粉体７として硅砂５号（ｄｐ３２＝０．３４ｍｍ，
ρ＝２．５８）を空気を搬送媒体として流速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、粉体平均濃度と空気の流速値との乗算か
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。 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。 粉体移送管の径方向の粉体濃度の分布が測定出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いた粉体流量測定装置を設置した状
態を示す図である。

【図２】本発明に用いた光透過率検出部の要部を示す図
である。

【図３】本発明により先端間隔を変化させた場合の粉体
平均濃度と透過率との関係を示す図である。

【図４】本発明の管内の直径方向の粉体濃度分布を測定
するための説明図である。

【図５】本発明の一実施例から定めた透過率と測定条件
と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】１ 粉体移送管 ２ 観察窓 ３ 光源体 ４ 平行光束 ５ 光量検出端 ６ Ｏリング ７ 粉体 ８ａ、８ｂ 開口部 ９ 配管系 １０ 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 演算装置１５ 演算部 １６ 表示部 １７ 記憶部 １８ 指令部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定の先端間隔で対向する二つの光透過
   用測定管を、粉体が搬送媒体により搬送される管内に突
   出して設置し、先端間隔を一定に保ちながら二つの光透
   過用測定管を前記管内で移動させると共に、この光透過
   用測定管を介して前記管内に光を透過させて管内の各位
   置における光の透過率を測定し、測定した透過率から粉
   体平均濃度を算出し、この粉体平均濃度と前記搬送媒体
   の流速値とから粉体流量を算出することを特徴とする管
   内を搬送される高濃度粉体の流量測定方法。