JP2000266772A - 粉粒体の流動計測装置 - Google Patents
粉粒体の流動計測装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 環境や運用条件の変化による影響が少なく、
メンテナンスおよびキャリブレーションを軽減できると
ともに、連続して高い計測精度でもって粉粒体の流動を
計測できる計測装置を得る。 【解決手段】 導管２に設けられ前記導管２内を流れる
粉粒体粒子３ａを帯電させる電界荷電部５と、前記電界
荷電部５よりも下流側に設けられて帯電した粉粒体粒子
３ｂによって誘導される電気量を検出する静電誘導検出
部６と、前記検出した電気量から前記導管２内の粉粒体
の流量ρＶs'と流速υの少なくとも一方を算出する演算
部７とを備えた。
メンテナンスおよびキャリブレーションを軽減できると
ともに、連続して高い計測精度でもって粉粒体の流動を
計測できる計測装置を得る。 【解決手段】 導管２に設けられ前記導管２内を流れる
粉粒体粒子３ａを帯電させる電界荷電部５と、前記電界
荷電部５よりも下流側に設けられて帯電した粉粒体粒子
３ｂによって誘導される電気量を検出する静電誘導検出
部６と、前記検出した電気量から前記導管２内の粉粒体
の流量ρＶs'と流速υの少なくとも一方を算出する演算
部７とを備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、導管内で空気流に
混入されて搬送される煤塵、小麦粉またはセメントのよ
うな粉体、あるいは樹脂ペレットのような粒体（以下、
「粉粒体」という）の流量または流速を計測する粉粒体
の流動計測装置に関する。
混入されて搬送される煤塵、小麦粉またはセメントのよ
うな粉体、あるいは樹脂ペレットのような粒体（以下、
「粉粒体」という）の流量または流速を計測する粉粒体
の流動計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、管内固気二相流における粉粒体の
流動を計測する手法には、光透過式、差圧式、帯電量式
などがある（増田弘昭：粉体プロセスの計測と制御、機
械設計、1997,34,No.12,pp81-pp8）。光透過式は、現在
のところ、最も一般的な計測方法で、管路内に発光部と
受光部を設け、粉粒体粒子に遮蔽され減衰する光の強度
から流動を計測する手法である。この方法は、粉粒体の
材質，種類や湿度の変化による影響を受けにくいといっ
た利点はあるものの、発光部や受光部に粉粒体粒子が付
着すると精度が著しく低下することや、光源である電球
が球切れを起こすことから、メンテナンスを頻繁に行う
必要があり、維持費がかさむといった問題がある。
流動を計測する手法には、光透過式、差圧式、帯電量式
などがある（増田弘昭：粉体プロセスの計測と制御、機
械設計、1997,34,No.12,pp81-pp8）。光透過式は、現在
のところ、最も一般的な計測方法で、管路内に発光部と
受光部を設け、粉粒体粒子に遮蔽され減衰する光の強度
から流動を計測する手法である。この方法は、粉粒体の
材質，種類や湿度の変化による影響を受けにくいといっ
た利点はあるものの、発光部や受光部に粉粒体粒子が付
着すると精度が著しく低下することや、光源である電球
が球切れを起こすことから、メンテナンスを頻繁に行う
必要があり、維持費がかさむといった問題がある。
【０００３】差圧式は、管路内に適当な絞りを挿入し、
固気二相流に伴う絞りの間の圧力差から各相の流量を求
める手法である。この方法は、管路内に絞りを設けるこ
とで粉流体の付着、蓄積が起こり、輸送を阻害する恐れ
がある。このため粉流体の流動を計測する機器として
は、あまり一般的ではない。
固気二相流に伴う絞りの間の圧力差から各相の流量を求
める手法である。この方法は、管路内に絞りを設けるこ
とで粉流体の付着、蓄積が起こり、輸送を阻害する恐れ
がある。このため粉流体の流動を計測する機器として
は、あまり一般的ではない。
【０００４】帯電量式は、粉流体の粒子の帯電現象を利
用した方法である。導管内で摩擦帯電した粉流体の粒子
が検出体に衝突することで移動する電荷量を計測する手
法である。この方法は、光透過式に比べ、メンテナンス
による作業が軽減できるといった利点が挙げられる。し
かし環境や運用条件の変化による影響が大きく、場所に
より粉流体の粒子の帯電量が異なったり、粉流体粒子が
検出体に衝突しなかった場合は、計測できなくなるとい
った問題点があげられる。また、現在のところ固気二相
流における摩擦による粉流体粒子の帯電現象を正確に予
測することは難しく、それぞれの環境において、その都
度、キヤリブレーションしなければならない。
用した方法である。導管内で摩擦帯電した粉流体の粒子
が検出体に衝突することで移動する電荷量を計測する手
法である。この方法は、光透過式に比べ、メンテナンス
による作業が軽減できるといった利点が挙げられる。し
かし環境や運用条件の変化による影響が大きく、場所に
より粉流体の粒子の帯電量が異なったり、粉流体粒子が
検出体に衝突しなかった場合は、計測できなくなるとい
った問題点があげられる。また、現在のところ固気二相
流における摩擦による粉流体粒子の帯電現象を正確に予
測することは難しく、それぞれの環境において、その都
度、キヤリブレーションしなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な課題を解決して、環境や運用条件の変化による影響が
少なく、メンテナンスおよびキャリブレーションを軽減
できるとともに、連続して高い計測精度でもって粉粒体
の流量または流速を計測できる流動計測装置を得ること
を目的とする。
な課題を解決して、環境や運用条件の変化による影響が
少なく、メンテナンスおよびキャリブレーションを軽減
できるとともに、連続して高い計測精度でもって粉粒体
の流量または流速を計測できる流動計測装置を得ること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る粉粒体の流動計測装置は、導管に設け
られて導管内を通過する粉粒体粒子を帯電させる電界荷
電部と、前記導管における前記電界荷電部よりも下流に
設けられて帯電した粒子の移動によって誘導される電気
量を検出する静電誘導検出部と、検出された前記電気量
から、粉粒体の流量と流速の少なくとも一方を算出する
演算部とを備えたものである。上記構成によれば、電界
荷電部を通過する粉粒体粒子は、大きい電荷量に帯電さ
れて静電誘導検出部を通過するので、検出できる電気量
が大きくなり、高い計測精度を得ることができる。
に、本発明に係る粉粒体の流動計測装置は、導管に設け
られて導管内を通過する粉粒体粒子を帯電させる電界荷
電部と、前記導管における前記電界荷電部よりも下流に
設けられて帯電した粒子の移動によって誘導される電気
量を検出する静電誘導検出部と、検出された前記電気量
から、粉粒体の流量と流速の少なくとも一方を算出する
演算部とを備えたものである。上記構成によれば、電界
荷電部を通過する粉粒体粒子は、大きい電荷量に帯電さ
れて静電誘導検出部を通過するので、検出できる電気量
が大きくなり、高い計測精度を得ることができる。
【０００７】本発明の好ましい実施形態においては、前
記電界荷電部は、コロナ放電によって前記粉粒体粒子に
電荷を与えるものである。上記構成によれば、電界荷電
部を通過する粉粒体粒子は、大きい電荷量に一様に帯電
される。
記電界荷電部は、コロナ放電によって前記粉粒体粒子に
電荷を与えるものである。上記構成によれば、電界荷電
部を通過する粉粒体粒子は、大きい電荷量に一様に帯電
される。
【０００８】また、本発明の好ましい他の実施形態にお
いては、前記静電誘導検出部は、前記帯電した粉粒体粒
子の移動による静電誘導によって生起される電流を検出
するものである。上記構成によれば、粉粒体粒子が、静
電誘導検出部を構成する電極に衝突しないので、電極に
付着しない。
いては、前記静電誘導検出部は、前記帯電した粉粒体粒
子の移動による静電誘導によって生起される電流を検出
するものである。上記構成によれば、粉粒体粒子が、静
電誘導検出部を構成する電極に衝突しないので、電極に
付着しない。
【０００９】また本発明の好ましい実施形態において
は、前記電界荷電部は粉粒体粒子に対して一定の周期で
パルス状に電圧を印加するものである。上記構成によれ
ば、電界荷電部を通過する粉粒体粒子は、一定の周期で
一様に帯電される。
は、前記電界荷電部は粉粒体粒子に対して一定の周期で
パルス状に電圧を印加するものである。上記構成によれ
ば、電界荷電部を通過する粉粒体粒子は、一定の周期で
一様に帯電される。
【００１０】また、本発明の好ましい実施形態において
は、前記演算部は、 ρＶs'＝ＣＶp ｅT/TL ただし ρ ：粉粒体粒子の数密度（１／ｍ3 ） Ｖs ：静電誘導検出部にできる空間の体積（ｍ3 ） Ｖs'：Ｖs 空間の体積流量（ｍ3 ／ｓ） Ｃ ：定数 Ｖp ：静電誘導検出部で観測される電圧のピーク値
（Ｖ） Ｔ ：電界荷電部における帯電時刻と静電誘導検出部に
おける電気量検出時刻との差である遅延時間（ｓ） ＴL ：再結合・拡散時定数 から粉粒体の流量を求める。
は、前記演算部は、 ρＶs'＝ＣＶp ｅT/TL ただし ρ ：粉粒体粒子の数密度（１／ｍ3 ） Ｖs ：静電誘導検出部にできる空間の体積（ｍ3 ） Ｖs'：Ｖs 空間の体積流量（ｍ3 ／ｓ） Ｃ ：定数 Ｖp ：静電誘導検出部で観測される電圧のピーク値
（Ｖ） Ｔ ：電界荷電部における帯電時刻と静電誘導検出部に
おける電気量検出時刻との差である遅延時間（ｓ） ＴL ：再結合・拡散時定数 から粉粒体の流量を求める。
【００１１】さらに本発明の好ましい実施形態において
は、前記演算部は、 ν＝Ｌ／Ｔ ただし ν ：電界荷電部における帯電時刻と静電誘導
検出部における電気量検出時刻との差である遅延時間Ｔ
における粉粒体粒子の平均流速（ｍ／ｓ） Ｌ ：電界荷電部と静電誘導検出部との間隔（ｍ） から粉粒体の流速を求める。
は、前記演算部は、 ν＝Ｌ／Ｔ ただし ν ：電界荷電部における帯電時刻と静電誘導
検出部における電気量検出時刻との差である遅延時間Ｔ
における粉粒体粒子の平均流速（ｍ／ｓ） Ｌ ：電界荷電部と静電誘導検出部との間隔（ｍ） から粉粒体の流速を求める。
【００１２】
【発明の実施の形態】この計測システムは、粉粒体粒
子、例えば煙道排ガス中の煤塵やセメント粒子を人工的
に帯電させ、速さνで移動するセメント粒子の電界の変
化で検出電極に静電誘導させ、この検出電極に発生する
微小電流をとらえるものである。
子、例えば煙道排ガス中の煤塵やセメント粒子を人工的
に帯電させ、速さνで移動するセメント粒子の電界の変
化で検出電極に静電誘導させ、この検出電極に発生する
微小電流をとらえるものである。
【００１３】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて
説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る煙道排
ガス中の煤塵の流動を計測する固気二相流における粉粒
体の流動計測装置の構成を示す図である。図１（Ａ）に
おいて、ボイラ１１からの排ガスは、送風機１により送
出され、電気集塵器１２で集塵されたのち、導管２を通
って煙突１３に送り込まれ、煙突１３から大気中に排出
される。排ガスは排出気体と煤塵等を含む固気二相流で
あり、図１（Ｂ）に示すように、導管２内で、煤塵粒子
３ａが排出気体内に分散された固気二相流Ｍとなって、
矢印方向に速度νで送給される。導管２には、固気二相
流Ｍ内の煤塵粒子３ａを一定の時間間隔で一様に帯電さ
せる電界荷電部５が配置され、さらにその下流に、通過
する固気二相流Ｍ内の帯電した煤塵粒子３ｂの帯電量ｑ
を検出する静電誘導検出部６が配置されている。７は演
算部で、電界荷電部５の出力信号Ｖ1(t)と静電誘導検出
部６の出力信号Ｖ2(t)から相互相関による遅延時間Ｔを
算出する遅延時間算出手段７ａと、遅延時間Ｔから固気
二相流Ａの流速νを算出する流速算出手段７ｂと、静電
誘導検出部６の出力信号Ｖ2(t ）からピーク電圧Ｖp を
抽出するピーク電圧抽出手段７ｃと、遅延時間Ｔとピー
ク電圧Ｖp から流量ρＶs'を算出する流量算出手段７ｄ
と、荷電制御手段７ｅとを備えている。
説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る煙道排
ガス中の煤塵の流動を計測する固気二相流における粉粒
体の流動計測装置の構成を示す図である。図１（Ａ）に
おいて、ボイラ１１からの排ガスは、送風機１により送
出され、電気集塵器１２で集塵されたのち、導管２を通
って煙突１３に送り込まれ、煙突１３から大気中に排出
される。排ガスは排出気体と煤塵等を含む固気二相流で
あり、図１（Ｂ）に示すように、導管２内で、煤塵粒子
３ａが排出気体内に分散された固気二相流Ｍとなって、
矢印方向に速度νで送給される。導管２には、固気二相
流Ｍ内の煤塵粒子３ａを一定の時間間隔で一様に帯電さ
せる電界荷電部５が配置され、さらにその下流に、通過
する固気二相流Ｍ内の帯電した煤塵粒子３ｂの帯電量ｑ
を検出する静電誘導検出部６が配置されている。７は演
算部で、電界荷電部５の出力信号Ｖ1(t)と静電誘導検出
部６の出力信号Ｖ2(t)から相互相関による遅延時間Ｔを
算出する遅延時間算出手段７ａと、遅延時間Ｔから固気
二相流Ａの流速νを算出する流速算出手段７ｂと、静電
誘導検出部６の出力信号Ｖ2(t ）からピーク電圧Ｖp を
抽出するピーク電圧抽出手段７ｃと、遅延時間Ｔとピー
ク電圧Ｖp から流量ρＶs'を算出する流量算出手段７ｄ
と、荷電制御手段７ｅとを備えている。
【００１４】図２に煤塵粒子が導管２内を移動する様子
を示す。導管２内の一つの煤塵粒子３ａは、導管に衝突
し摩擦帯電するか電気集塵器における電界で帯電してい
る。いま、この帯電した粒子３ｂは図２に示すように球
状であって、その直径はＤpであり、その質量をm 、速
さをν、煤塵粒子数密度をρとする。ある時刻で帯電し
た煤塵粒子３ｂの帯電電荷量をｑ0 とする。帯電した煤
塵粒子３ｂは多数存在し群れを作る。この帯電粒子群を
帯電雲と呼び、帯電粒子数密度（煤塵粒子群中の単位体
積当たりに帯電した粒子の個数）をｎ、注目する空間体
積をＶs とする。帯電した煤塵粒子３ｂの中には正にま
た負に帯電したものがある。帯電した煤塵粒子３ｂは移
動中に（再）結合し、帯電粒子数は減少する。この減少
の時定数をＴL とする。
を示す。導管２内の一つの煤塵粒子３ａは、導管に衝突
し摩擦帯電するか電気集塵器における電界で帯電してい
る。いま、この帯電した粒子３ｂは図２に示すように球
状であって、その直径はＤpであり、その質量をm 、速
さをν、煤塵粒子数密度をρとする。ある時刻で帯電し
た煤塵粒子３ｂの帯電電荷量をｑ0 とする。帯電した煤
塵粒子３ｂは多数存在し群れを作る。この帯電粒子群を
帯電雲と呼び、帯電粒子数密度（煤塵粒子群中の単位体
積当たりに帯電した粒子の個数）をｎ、注目する空間体
積をＶs とする。帯電した煤塵粒子３ｂの中には正にま
た負に帯電したものがある。帯電した煤塵粒子３ｂは移
動中に（再）結合し、帯電粒子数は減少する。この減少
の時定数をＴL とする。
【００１５】前記煤塵粒子３ａ，３ｂに関して、次の仮
定を設ける。 （Ａ１）煤塵粒子は同一素材から作られ、その粒子径は
同じとする。 （Ａ２）煤塵粒子数密度ρは帯電粒子数密度ｎに比例す
るものとする。 （Ａ３）帯電した粒子雲の流れは一様である。 （Ａ４）帯電した粒子雲の帯電粒子数密度ｎは一定で、
再結合時定数も一定である。 （Ａ５）注目する空間の比誘電率ε1 は一定である。
定を設ける。 （Ａ１）煤塵粒子は同一素材から作られ、その粒子径は
同じとする。 （Ａ２）煤塵粒子数密度ρは帯電粒子数密度ｎに比例す
るものとする。 （Ａ３）帯電した粒子雲の流れは一様である。 （Ａ４）帯電した粒子雲の帯電粒子数密度ｎは一定で、
再結合時定数も一定である。 （Ａ５）注目する空間の比誘電率ε1 は一定である。
【００１６】図３（ａ）は、本実施形態の電界荷電部と
静電誘導検出部の概略構成を示す断面図、図３（ｂ）は
電界荷電部内の煤塵粒子の帯電の態様を説明するための
図、図３（ｃ）は静電誘導検出部内における煤塵粒子の
電荷量の変化を示す特性図、図３（ｄ）は検出電極から
の出力電流の特性図、図３（ｅ）は出力電圧信号の特性
図である。
静電誘導検出部の概略構成を示す断面図、図３（ｂ）は
電界荷電部内の煤塵粒子の帯電の態様を説明するための
図、図３（ｃ）は静電誘導検出部内における煤塵粒子の
電荷量の変化を示す特性図、図３（ｄ）は検出電極から
の出力電流の特性図、図３（ｅ）は出力電圧信号の特性
図である。
【００１７】図３（ａ）において、電界荷電部５は、絶
縁碍子５ａ，５ａに支持されて導管２内を流れる固気二
相流Ｍの流れに沿って配置されている線電極５ｂと、導
管２の内面に配置されて接地されている円筒形の面電極
５ｃと、一定の時間間隔でもって線電極５ａに直流高電
圧を印加する高電圧発生器５ｄとを備えている。また、
静電誘導検出部６は、絶縁部材６ａに支持されて導管２
の内周面に沿って配置されている円筒形の検出電極６ｂ
と、この検出電極６ｂを電気的に遮蔽する遮蔽材６ｃ
と、検出器６ｄとを備えている。図１に示した演算部７
は、その荷電制御手段７ｅから電界荷電部５へ制御信号
ｐを発生し荷電のタイミングを制御する。また演算部７
は、電界荷電部５からの検出信号Ｖ1(t)と静電誘導検出
部６からの検出信号Ｖ2(t)を計算機に取り込み、簡単な
演算より煤塵粒子の流速と密度を推定し、そのときの瞬
時流動をオンラインで計算する。
縁碍子５ａ，５ａに支持されて導管２内を流れる固気二
相流Ｍの流れに沿って配置されている線電極５ｂと、導
管２の内面に配置されて接地されている円筒形の面電極
５ｃと、一定の時間間隔でもって線電極５ａに直流高電
圧を印加する高電圧発生器５ｄとを備えている。また、
静電誘導検出部６は、絶縁部材６ａに支持されて導管２
の内周面に沿って配置されている円筒形の検出電極６ｂ
と、この検出電極６ｂを電気的に遮蔽する遮蔽材６ｃ
と、検出器６ｄとを備えている。図１に示した演算部７
は、その荷電制御手段７ｅから電界荷電部５へ制御信号
ｐを発生し荷電のタイミングを制御する。また演算部７
は、電界荷電部５からの検出信号Ｖ1(t)と静電誘導検出
部６からの検出信号Ｖ2(t)を計算機に取り込み、簡単な
演算より煤塵粒子の流速と密度を推定し、そのときの瞬
時流動をオンラインで計算する。
【００１８】次に、電界荷電部５の構成とその動作を説
明する。これは線対平板電極であり、線電極５ｂは面電
極５ｃに平行におかれている。線電極５ｂの半径をr 、
線電極５ｂと面電極５ｃの間の距離をｈとする。両電極
間にＶc の電圧を加えると、この間に電界が現れ、その
電界強度Ｅは次の（１）式で与えられる。 Ｅ＝Ｖc ／２．３０ｒｌｏｇ（２ｈ／ｒ） ‥‥（１） いま、真空の誘電率ε0 とし、電極間の空間の比誘電率
をε1 とする。このとき、この電界荷電により図３
（ｂ）に示す直径Ｄp の煤塵粒子ｂが帯電できる飽和荷
電量ｑ∞は次の（２）式で与えられる。 ｑ∞＝｛１＋２（ε1 −１）／（ε1 ＋２）｝πε0 ＥＤp2 ‥‥（２）
明する。これは線対平板電極であり、線電極５ｂは面電
極５ｃに平行におかれている。線電極５ｂの半径をr 、
線電極５ｂと面電極５ｃの間の距離をｈとする。両電極
間にＶc の電圧を加えると、この間に電界が現れ、その
電界強度Ｅは次の（１）式で与えられる。 Ｅ＝Ｖc ／２．３０ｒｌｏｇ（２ｈ／ｒ） ‥‥（１） いま、真空の誘電率ε0 とし、電極間の空間の比誘電率
をε1 とする。このとき、この電界荷電により図３
（ｂ）に示す直径Ｄp の煤塵粒子ｂが帯電できる飽和荷
電量ｑ∞は次の（２）式で与えられる。 ｑ∞＝｛１＋２（ε1 −１）／（ε1 ＋２）｝πε0 ＥＤp2 ‥‥（２）
【００１９】また、τを荷電時定数とすると、ｔ1 時間
だけこの電界空間に存在したときの帯電電荷量ｑ0 は次
の（３）式で与えられ、 ｑ0 ＝ｑ∞×（ｔ1 ）／（ｔ1 ＋τ） ‥‥（３） ｔ1 ≫τのとき、電荷ｑ0 はｑ0 ＝ｑ∞となる。ｑ∞は
電界強度Ｅに比例する。煤塵粒子は、図２に示したよう
に、衝突等により自然帯電しており、均一に帯電させる
ためには自然帯電が無視できるほど大きな荷電が必要で
ある。電界強度Ｅを強くすると、図３（ａ）の線電極５
ｂでコロナ放電が起きる。このコロナ放電はイオンを大
量に生成し、イオン化した空気と煤塵粒子の接触頻度が
増え、煤塵粒子の帯電量を急激に増加させる。従って、
電極間電圧Ｖc はコロナ放電が発生する程度の電界にな
るような値でなければならない。
だけこの電界空間に存在したときの帯電電荷量ｑ0 は次
の（３）式で与えられ、 ｑ0 ＝ｑ∞×（ｔ1 ）／（ｔ1 ＋τ） ‥‥（３） ｔ1 ≫τのとき、電荷ｑ0 はｑ0 ＝ｑ∞となる。ｑ∞は
電界強度Ｅに比例する。煤塵粒子は、図２に示したよう
に、衝突等により自然帯電しており、均一に帯電させる
ためには自然帯電が無視できるほど大きな荷電が必要で
ある。電界強度Ｅを強くすると、図３（ａ）の線電極５
ｂでコロナ放電が起きる。このコロナ放電はイオンを大
量に生成し、イオン化した空気と煤塵粒子の接触頻度が
増え、煤塵粒子の帯電量を急激に増加させる。従って、
電極間電圧Ｖc はコロナ放電が発生する程度の電界にな
るような値でなければならない。
【００２０】次に、本実施形態の静電誘導検出部６の構
成とその作用を図３で説明する。図３（ａ）に示す静電
誘導検出部６の構造はシリンダ型フアラデーゲージと同
じで、検出電極６ｂから検出器６ｄに至るまで全体がシ
ールドされている。検出電極６ｂ内の帯電した煤塵粒子
３ｂの移動により引き起こされる静電誘導は、検出電極
６ｂ内で平衡状態にあった自由電子に作用し、図３
（ｃ）のように検出電極６ｂから検出器６ｄの回路内で
電子を移動させて、図３（ｄ）のような電流ｉ(t) を発
生させる。検出器６ｄはこの電流を検出し、電流−電圧
変換回路６ｅで図３（ｅ）のような電圧Ｖ(t) に変換さ
れる。この電流−電圧変換回路６ｅは、帰還抵抗Ｒｆの
値が大きくなっても負帰還の効果により入力インピーダ
ンスが十分に小さくなり、特別のＯＰアンプを選ばなく
ても高感度・低雑音の特性をもつている。
成とその作用を図３で説明する。図３（ａ）に示す静電
誘導検出部６の構造はシリンダ型フアラデーゲージと同
じで、検出電極６ｂから検出器６ｄに至るまで全体がシ
ールドされている。検出電極６ｂ内の帯電した煤塵粒子
３ｂの移動により引き起こされる静電誘導は、検出電極
６ｂ内で平衡状態にあった自由電子に作用し、図３
（ｃ）のように検出電極６ｂから検出器６ｄの回路内で
電子を移動させて、図３（ｄ）のような電流ｉ(t) を発
生させる。検出器６ｄはこの電流を検出し、電流−電圧
変換回路６ｅで図３（ｅ）のような電圧Ｖ(t) に変換さ
れる。この電流−電圧変換回路６ｅは、帰還抵抗Ｒｆの
値が大きくなっても負帰還の効果により入力インピーダ
ンスが十分に小さくなり、特別のＯＰアンプを選ばなく
ても高感度・低雑音の特性をもつている。
【００２１】次に、本実施形態の演算部７による流速の
計測動作を、図４を参照して説明する。電界荷電部５を
通過した煤塵粒子３ａ群は、線電極５ｂと面電極５ｃの
間に生成されたイオンと衝突して飽和帯電し、一定でか
つ自然帯電に比較して高い電荷を帯びた帯電雲３ｇを形
成する。この帯電雲３ｇを利用して流速を求める。
計測動作を、図４を参照して説明する。電界荷電部５を
通過した煤塵粒子３ａ群は、線電極５ｂと面電極５ｃの
間に生成されたイオンと衝突して飽和帯電し、一定でか
つ自然帯電に比較して高い電荷を帯びた帯電雲３ｇを形
成する。この帯電雲３ｇを利用して流速を求める。
【００２２】演算部７は、電界荷電部５の高電圧発生器
５ｄ（図３）を制御して、線電極５ｂと面電極５ｃの間
にコロナ発生電圧Ｖ1(t)を一定の周期でパルス状に加え
る。これに伴い電極間に周期的でパルス状の電界Ｅが生
じる。これに同期して導管２内には人工帯電による帯電
雲３ｇと自然帯電による帯電雲３ｎが交互に現れて下流
方向に流れる。電界荷電部５で人工帯電させた時刻と、
Ｌだけ下流の静電誘導検出部６で検出した電流ｉ(t) の
立ち上がり時刻の差Ｔ（むだ時間）から、煤塵粒子の平
均流速νを次の（４）式で求めることができる。 ν＝ Ｌ／Ｔ ……（４）
５ｄ（図３）を制御して、線電極５ｂと面電極５ｃの間
にコロナ発生電圧Ｖ1(t)を一定の周期でパルス状に加え
る。これに伴い電極間に周期的でパルス状の電界Ｅが生
じる。これに同期して導管２内には人工帯電による帯電
雲３ｇと自然帯電による帯電雲３ｎが交互に現れて下流
方向に流れる。電界荷電部５で人工帯電させた時刻と、
Ｌだけ下流の静電誘導検出部６で検出した電流ｉ(t) の
立ち上がり時刻の差Ｔ（むだ時間）から、煤塵粒子の平
均流速νを次の（４）式で求めることができる。 ν＝ Ｌ／Ｔ ……（４）
【００２３】次に、演算部７は、図５に示すように、前
記仮定（Ａ１）〜（Ａ５）に基づき、煤塵粒子の質量流
量を、静電誘導検出部６で検出した電流ｉ(t) のパルス
発生むだ時間Ｔと振幅ピーク値Ｖp から質量流量ρＶs'
を推定する。静電誘導検出部６で帯電粒子の影響をうけ
る空間の体積（注目する体積）はＶs である。はじめこ
の空間が電界荷電部５にあるとする。このとき、空間内
の煤塵粒子は帯電し、粒子一つにつき（３）式（あるい
は（２）式）のｑ0 だけ帯電される。この空間内の粒子
全体の帯電量Ｑ0 は、前記仮定（Ａ１），（Ａ２）よ
り、次の（５）式で与えられる。 Ｑ0 ＝ｎＶs ｑ0 ……（５）
記仮定（Ａ１）〜（Ａ５）に基づき、煤塵粒子の質量流
量を、静電誘導検出部６で検出した電流ｉ(t) のパルス
発生むだ時間Ｔと振幅ピーク値Ｖp から質量流量ρＶs'
を推定する。静電誘導検出部６で帯電粒子の影響をうけ
る空間の体積（注目する体積）はＶs である。はじめこ
の空間が電界荷電部５にあるとする。このとき、空間内
の煤塵粒子は帯電し、粒子一つにつき（３）式（あるい
は（２）式）のｑ0 だけ帯電される。この空間内の粒子
全体の帯電量Ｑ0 は、前記仮定（Ａ１），（Ａ２）よ
り、次の（５）式で与えられる。 Ｑ0 ＝ｎＶs ｑ0 ……（５）
【００２４】またこのとき、仮定（Ａ２）より、煤塵粒
子数密度ρが帯電粒子数密度ｎに比例することより、こ
の比例定数をκとして、体積Ｖs の煤塵粒子の質量は、
次の（６）式で与えられる。 ρＶs ＝κｎｍＶs ……（６） この空間内には帯電していない粒子も存在し、比例定数
κはその分を補正する無次元の補正係数である。
子数密度ρが帯電粒子数密度ｎに比例することより、こ
の比例定数をκとして、体積Ｖs の煤塵粒子の質量は、
次の（６）式で与えられる。 ρＶs ＝κｎｍＶs ……（６） この空間内には帯電していない粒子も存在し、比例定数
κはその分を補正する無次元の補正係数である。
【００２５】前記仮定（Ａ３）より、帯電雲３ｇの注目
する体積Ｖs が形を変えずに導管２にそって流れる。帯
電雲３ｇの電荷量は、時間の経過とともにイオンの再結
合や拡散現象によって減少していく。体積Ｖs の帯電雲
３ｇが電界荷電部５を離れた時刻を０とし、それ以降に
ついて帯電雲３ｇの電荷量ｑは、再結合・拡散時定数を
ＴL とすると、 となる。この方捏式（７）の解は ｑ(t) ＝Ｑ0 ｅ-t/TL ……（８） となる。
する体積Ｖs が形を変えずに導管２にそって流れる。帯
電雲３ｇの電荷量は、時間の経過とともにイオンの再結
合や拡散現象によって減少していく。体積Ｖs の帯電雲
３ｇが電界荷電部５を離れた時刻を０とし、それ以降に
ついて帯電雲３ｇの電荷量ｑは、再結合・拡散時定数を
ＴL とすると、 となる。この方捏式（７）の解は ｑ(t) ＝Ｑ0 ｅ-t/TL ……（８） となる。
【００２６】静電誘導検出部６の電圧変換回路６ｄ（図
３）の出力電圧Ｖ2(t)は、帯電雲３ｇが静電誘導検出部
６に到達する時刻Ｔ＝Ｌ／νでピーク電圧が現れる。そ
の値Ｖp は、（５）、（６）、（８）式より、次の
（９）式で与えられる。 Ｖp ＝−Ｒf ・ dｑ（Ｔ）／ｄｔ ＝｛（Ｒf ｑ0 ）／（κｍＴL ）｝ρＶs'ｅ-T/TL ……（９）
３）の出力電圧Ｖ2(t)は、帯電雲３ｇが静電誘導検出部
６に到達する時刻Ｔ＝Ｌ／νでピーク電圧が現れる。そ
の値Ｖp は、（５）、（６）、（８）式より、次の
（９）式で与えられる。 Ｖp ＝−Ｒf ・ dｑ（Ｔ）／ｄｔ ＝｛（Ｒf ｑ0 ）／（κｍＴL ）｝ρＶs'ｅ-T/TL ……（９）
【００２７】仮定（Ａ１）より煤塵粒子の質量ｍおよび
直径Ｄp は一定、仮定（Ａ３）および（Ａ４）より比例
定数κは一定、仮定（Ａ４）より再結合時定数Ｔl は一
定、さらに仮定（Ａ５）より比誘電率ε1 は一定であ
る。従って次の係数Ｃも一定となる。 Ｃ＝κｍＴL ／Ｒf ｑ0 ……（１０） この定数Ｃと一定である再結合時定数ＴL を用いて、
（９）式より単位時間当たりのセメント質量流量は、次
の（１１）式となる。 ρＶs'＝ＣＶp ｅT/TL ……（１１） 定数Ｃと時定数ＴL は理論的に求めにくい。キヤリブレ
ーション実験で求める必要がある。これらの係数を一度
求めておけば、セメント質量流量ρＶs'は、（１１）式
に静電誘導検出部６で計測する電圧のピーク値Ｖp とむ
だ時間Ｔを代入することで求められる。
直径Ｄp は一定、仮定（Ａ３）および（Ａ４）より比例
定数κは一定、仮定（Ａ４）より再結合時定数Ｔl は一
定、さらに仮定（Ａ５）より比誘電率ε1 は一定であ
る。従って次の係数Ｃも一定となる。 Ｃ＝κｍＴL ／Ｒf ｑ0 ……（１０） この定数Ｃと一定である再結合時定数ＴL を用いて、
（９）式より単位時間当たりのセメント質量流量は、次
の（１１）式となる。 ρＶs'＝ＣＶp ｅT/TL ……（１１） 定数Ｃと時定数ＴL は理論的に求めにくい。キヤリブレ
ーション実験で求める必要がある。これらの係数を一度
求めておけば、セメント質量流量ρＶs'は、（１１）式
に静電誘導検出部６で計測する電圧のピーク値Ｖp とむ
だ時間Ｔを代入することで求められる。
【００２８】上記実施形態の計測システムが煤塵を検出
する環境モニタとして有用であるか検証するために線香
の煙を用いて以下の実験を行った。線香は燃え方が一様
になるように灰を落とし、できるだけ一定量の煤塵粒子
を出すようにした。線香の煙は微粒子の集合体であり、
同じ環境のもとで複数の線香を同時に燃やした場合、一
定の割合で灰となり同時に燃え尽きる。このことから、
発生する煙の煤塵発生量はどの線香も均一であるいえ
る。従って、煙粒子の煤塵発生量は線香の本数によって
整数倍されるものと考えられる。
する環境モニタとして有用であるか検証するために線香
の煙を用いて以下の実験を行った。線香は燃え方が一様
になるように灰を落とし、できるだけ一定量の煤塵粒子
を出すようにした。線香の煙は微粒子の集合体であり、
同じ環境のもとで複数の線香を同時に燃やした場合、一
定の割合で灰となり同時に燃え尽きる。このことから、
発生する煙の煤塵発生量はどの線香も均一であるいえ
る。従って、煙粒子の煤塵発生量は線香の本数によって
整数倍されるものと考えられる。
【００２９】なお、線香による煤塵の発生量の精密計測
は困難であったため、ここでは、線香が燃えるときに発
生する二酸化炭素などのガス、煙の微粒子など灰以外の
もの全てを含める。従って煤塵発生量（流動）はもとの
線香の質量から燃え尽きて残った灰を差し引き、その量
を燃え尽きるまでの時間で割って求めた。
は困難であったため、ここでは、線香が燃えるときに発
生する二酸化炭素などのガス、煙の微粒子など灰以外の
もの全てを含める。従って煤塵発生量（流動）はもとの
線香の質量から燃え尽きて残った灰を差し引き、その量
を燃え尽きるまでの時間で割って求めた。
【００３０】実験システムの概略構成を図６に示す。こ
のシステムの固気二相流Ｍの流れる方向は、前記実施形
態とは逆方向で、送風機１は線香の煙を導管内に吸引す
る。実験は、あらかじめ風速計８を用いて送風機１の入
力電圧と導管２内を流れる風速υとの関係を導いてお
き、送風機１の入力電圧を操作することで導管２内の風
速υを決定できるようにしてある。煤塵は、外部に漏れ
ないよう上戸を用いて吸引し導管２内に通す。電界荷電
部５には図３に示した線対平板電極を使用する。電極間
の電圧＝１６０００Ｖ（モジュールの絶対定格によ
る）、電極間の距離ｈ＝２９mm、線電極の半径ｒ＝０．
０４mm、電極の長さｗ＝２１．５cmである。従って、
（１）式より電界強度はＥ＝５．５ｋＶ／cmとなる。帯
電のタイミングはファンクションジェネレータ９のパル
ス周波数により調整する。検出器６ｄの帰還抵抗Ｒf
（図３参照）は、１０ＭΩを使用し、検出器６ｄの出力
Ｖ2(t)とタイミングパルスは図示していないＡ／Ｄコン
バータを介して演算部７のコンピュータに取り込まれ
る。
のシステムの固気二相流Ｍの流れる方向は、前記実施形
態とは逆方向で、送風機１は線香の煙を導管内に吸引す
る。実験は、あらかじめ風速計８を用いて送風機１の入
力電圧と導管２内を流れる風速υとの関係を導いてお
き、送風機１の入力電圧を操作することで導管２内の風
速υを決定できるようにしてある。煤塵は、外部に漏れ
ないよう上戸を用いて吸引し導管２内に通す。電界荷電
部５には図３に示した線対平板電極を使用する。電極間
の電圧＝１６０００Ｖ（モジュールの絶対定格によ
る）、電極間の距離ｈ＝２９mm、線電極の半径ｒ＝０．
０４mm、電極の長さｗ＝２１．５cmである。従って、
（１）式より電界強度はＥ＝５．５ｋＶ／cmとなる。帯
電のタイミングはファンクションジェネレータ９のパル
ス周波数により調整する。検出器６ｄの帰還抵抗Ｒf
（図３参照）は、１０ＭΩを使用し、検出器６ｄの出力
Ｖ2(t)とタイミングパルスは図示していないＡ／Ｄコン
バータを介して演算部７のコンピュータに取り込まれ
る。
【００３１】実験は、線香の本数を1 〜9 本まで増やし
ていき、それぞれの本数においてファン入力電圧を４〜
２４V まで１Ｖ間隔で変化させる。そのときの出力電
圧、タイミングパルス、線香の本数、ファン入力電圧を
測定し演算処理を行った。
ていき、それぞれの本数においてファン入力電圧を４〜
２４V まで１Ｖ間隔で変化させる。そのときの出力電
圧、タイミングパルス、線香の本数、ファン入力電圧を
測定し演算処理を行った。
【００３２】測定した線香の本数と検出器６ｄの出力電
圧Ｖ2(t)と算出した遅延時間Ｔから、（１１）式の定数
Ｃと時定数ＴL を最小二乗法により決定する。このと
き、実験条件より線香の本数は煤塵質量に比例すること
から、ρＶs'は線香の本数とし、Ｃ＝７．０２、ＴL ＝
６．０５と決定した。従って、線香の本数は、次の（１
２）式に検出器６ｄの出力電圧Ｖ2(t)と遅延時間Ｔを代
入することで理論的に求まる。 ρＶs'＝７．０２Ｖp ｅ-T/6.05 … （１２） 実際に測定した線香の本数と上式により求めた線香の本
数との関係を、図７に示す。図７には、測定値の平均値
と標準偏差が示されている。
圧Ｖ2(t)と算出した遅延時間Ｔから、（１１）式の定数
Ｃと時定数ＴL を最小二乗法により決定する。このと
き、実験条件より線香の本数は煤塵質量に比例すること
から、ρＶs'は線香の本数とし、Ｃ＝７．０２、ＴL ＝
６．０５と決定した。従って、線香の本数は、次の（１
２）式に検出器６ｄの出力電圧Ｖ2(t)と遅延時間Ｔを代
入することで理論的に求まる。 ρＶs'＝７．０２Ｖp ｅ-T/6.05 … （１２） 実際に測定した線香の本数と上式により求めた線香の本
数との関係を、図７に示す。図７には、測定値の平均値
と標準偏差が示されている。
【００３３】この結果より、算出値は理論値に大体一致
するが、線香の本数が増えるにつれ、誤差が大きくな
る。また、遅延時間（流速）によっても偏りを生じる。
これは、実験方法や湿度の変化などに原因があると思わ
れる。実験を進めるときに、線香の本数１本目の場合の
測定、２本目の場合の測定と本数を増やしていくとき、
新しい線香と交換せず続けて燃やしていったため、線香
が短くなり、上戸との距離が開いた。線香と上戸の距離
が開くと、上戸に付着する煤塵が増え、静電誘導検出部
６に到達する粒子数密度が減ることや、上戸の入り口付
近と離れた堤所では煙の吸引力が異なり、線香の燃え方
に違いをもたらした可能性がある。また、湿度の変化に
より測定する空間の比誘電率が変化した可能性も考えら
れる。
するが、線香の本数が増えるにつれ、誤差が大きくな
る。また、遅延時間（流速）によっても偏りを生じる。
これは、実験方法や湿度の変化などに原因があると思わ
れる。実験を進めるときに、線香の本数１本目の場合の
測定、２本目の場合の測定と本数を増やしていくとき、
新しい線香と交換せず続けて燃やしていったため、線香
が短くなり、上戸との距離が開いた。線香と上戸の距離
が開くと、上戸に付着する煤塵が増え、静電誘導検出部
６に到達する粒子数密度が減ることや、上戸の入り口付
近と離れた堤所では煙の吸引力が異なり、線香の燃え方
に違いをもたらした可能性がある。また、湿度の変化に
より測定する空間の比誘電率が変化した可能性も考えら
れる。
【００３４】次に、図１（Ｂ）に示した流動計測装置
を、空気流によって搬送される短い円柱状の樹脂ペレッ
トのような粒状体の搬送量を測定するパーティクルカウ
ンタとして用いる第２実施形態について説明する。図８
は、図１に示した静電誘導検出器６を樹脂ボールを一つ
通過させたときの出力信号Ｖ2(t)の波形とそのときの反
応時間Ｔ（環境モニタの変数とは無関係）を示してい
る。測定対象が樹脂ボールのような粒状体の場合は、図
８のような波形がいくつも現れる。この波形を数えるこ
とで粒状体をカウントすることができる。この場合、反
応時間Ｔが早いほどより正確に一つ一つの粒状体をカウ
ントすることができる。そこで、検出器６の構成の工夫
や信号処理を併用することで、応答速度Ｔを早くする方
法を考案した。
を、空気流によって搬送される短い円柱状の樹脂ペレッ
トのような粒状体の搬送量を測定するパーティクルカウ
ンタとして用いる第２実施形態について説明する。図８
は、図１に示した静電誘導検出器６を樹脂ボールを一つ
通過させたときの出力信号Ｖ2(t)の波形とそのときの反
応時間Ｔ（環境モニタの変数とは無関係）を示してい
る。測定対象が樹脂ボールのような粒状体の場合は、図
８のような波形がいくつも現れる。この波形を数えるこ
とで粒状体をカウントすることができる。この場合、反
応時間Ｔが早いほどより正確に一つ一つの粒状体をカウ
ントすることができる。そこで、検出器６の構成の工夫
や信号処理を併用することで、応答速度Ｔを早くする方
法を考案した。
【００３５】まず、信号処理について説明する。毎回、
出力波形の形状が似ていることから出力波形に類似した
モデル波形を用意し、図９（ａ）に示すように、図８の
波形と同じ形状のものが現れたときは「１」を、それ以
外のところでは「０」を返す関数を作成する。検出器６
ｄの出力波形に求めた関数を掛けることで、図９（ｂ）
のような反応時間を短縮した波形を得ることができる。
その実験結果の一例を図１０に示す。図１０は、信号処
理を施す前の波形ａと信号処理後の波形ｂを示してい
る。信号処理後の波形は前の物に比べ反応時間Ｔが約１
／３になっている。
出力波形の形状が似ていることから出力波形に類似した
モデル波形を用意し、図９（ａ）に示すように、図８の
波形と同じ形状のものが現れたときは「１」を、それ以
外のところでは「０」を返す関数を作成する。検出器６
ｄの出力波形に求めた関数を掛けることで、図９（ｂ）
のような反応時間を短縮した波形を得ることができる。
その実験結果の一例を図１０に示す。図１０は、信号処
理を施す前の波形ａと信号処理後の波形ｂを示してい
る。信号処理後の波形は前の物に比べ反応時間Ｔが約１
／３になっている。
【００３６】この実施形態によれば、固気二相流内の粉
粒体粒子を上流側で人工的に帯電させ、帯電した粉粒体
粒子の移動に伴う静電誘導で下流側に配置した検出電極
に発生する微小電流（電圧）を下流側で検出する構成と
したので、検出電極に発生する電流（電圧）の大きさか
ら粉粒体の質量流量を計測することができ、また、上流
側の人工的な帯電のタイミングと下流側での検出タイミ
ングから流れの速さを計測することができる。また、疎
な状態で流れる樹脂ペレットサイズの粒子では、個々の
粒子の流れる様子を検出することができる。
粒体粒子を上流側で人工的に帯電させ、帯電した粉粒体
粒子の移動に伴う静電誘導で下流側に配置した検出電極
に発生する微小電流（電圧）を下流側で検出する構成と
したので、検出電極に発生する電流（電圧）の大きさか
ら粉粒体の質量流量を計測することができ、また、上流
側の人工的な帯電のタイミングと下流側での検出タイミ
ングから流れの速さを計測することができる。また、疎
な状態で流れる樹脂ペレットサイズの粒子では、個々の
粒子の流れる様子を検出することができる。
【００３７】この実施形態によって次のような知見を得
た。 ＊ 検出電極の厚みは薄い方が反応時間を短縮できる。 ＊ 上記の信号処理が有効である。 このことから、現在のところ検出電極の工夫や信号処理
を施すことによって、間隔が約１cm以上の離れて搬送さ
れる粒状体を一つずつカウントすることができる。
た。 ＊ 検出電極の厚みは薄い方が反応時間を短縮できる。 ＊ 上記の信号処理が有効である。 このことから、現在のところ検出電極の工夫や信号処理
を施すことによって、間隔が約１cm以上の離れて搬送さ
れる粒状体を一つずつカウントすることができる。
【００３８】図１１は本発明の第３実施形態を示す。こ
の実施形態では、粉粒体の一種であるセメント粒子の流
量および速度が計測される。図１１において、１は送風
機で、導管２内に空気Ａを矢印方向に送気する。３０は
セメント粉末であり、ホッパー４から導管２内に供給さ
れ、気流内に分散された固気二相流Ｍとなって矢印方向
に速度νで送給される。導管２におけるホッパー４の下
流には、固気二相流Ｍ内のセメントの粒子３０ａを一定
の時間間隔で一様に帯電させる電界荷電部５が配置さ
れ、さらにその下流に、通過する固気二相流Ｍ内の帯電
したセメント粒子３０ｂの帯電量ｑを検出する静電誘導
検出部６が配置されている。演算部７の構成は図１に示
した第１実施形態と同一である。
の実施形態では、粉粒体の一種であるセメント粒子の流
量および速度が計測される。図１１において、１は送風
機で、導管２内に空気Ａを矢印方向に送気する。３０は
セメント粉末であり、ホッパー４から導管２内に供給さ
れ、気流内に分散された固気二相流Ｍとなって矢印方向
に速度νで送給される。導管２におけるホッパー４の下
流には、固気二相流Ｍ内のセメントの粒子３０ａを一定
の時間間隔で一様に帯電させる電界荷電部５が配置さ
れ、さらにその下流に、通過する固気二相流Ｍ内の帯電
したセメント粒子３０ｂの帯電量ｑを検出する静電誘導
検出部６が配置されている。演算部７の構成は図１に示
した第１実施形態と同一である。
【００３９】この第３実施形態においても、帯電したセ
メント粒子３０ｂの流速νと質量流量ρＶs'は、それぞ
れ（４）式と（１１）式から算出される。質量流量ρＶ
s'を算出するための定数Ｃと再結合時定数ＴL は次のよ
うなキャリブレーション実験によって求める。図１２に
示すように、図１１と同一の導管２内に、流量の調整が
可能で、調整された正確な流量のセメント粒子３０ａを
供給できる定量供給装置１５を挿入し、上記と同様の要
領で、演算部７により遅れ時間Ｔとピーク電圧ＶP を測
定する。流量を変更して、この測定を繰り返し、既知の
質量流量ρＶs'と、測定された遅れ時間Ｔとピーク電圧
ＶP とを使用し、最小二乗法により、ＣとＴL を決定す
る。
メント粒子３０ｂの流速νと質量流量ρＶs'は、それぞ
れ（４）式と（１１）式から算出される。質量流量ρＶ
s'を算出するための定数Ｃと再結合時定数ＴL は次のよ
うなキャリブレーション実験によって求める。図１２に
示すように、図１１と同一の導管２内に、流量の調整が
可能で、調整された正確な流量のセメント粒子３０ａを
供給できる定量供給装置１５を挿入し、上記と同様の要
領で、演算部７により遅れ時間Ｔとピーク電圧ＶP を測
定する。流量を変更して、この測定を繰り返し、既知の
質量流量ρＶs'と、測定された遅れ時間Ｔとピーク電圧
ＶP とを使用し、最小二乗法により、ＣとＴL を決定す
る。
【００４０】なお、前記各実施形態では電界荷電部を直
線対平板電極で構成したが、この構造に限られるもので
はなく、電気集塵機やイオナイザとして製品化されてい
るもののなかから、設置環境や運用条件により適当なも
のを選ぶことができる。
線対平板電極で構成したが、この構造に限られるもので
はなく、電気集塵機やイオナイザとして製品化されてい
るもののなかから、設置環境や運用条件により適当なも
のを選ぶことができる。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、導管に設けられ前記導
管内を流れる粉粒体粒子を帯電させる電界荷電部と、前
記電界荷電部よりも下流に設けられて帯電した粉粒体粒
子によって誘導される電気量を検出する静電誘導検出部
と、前記検出した電気量から前記導管内の粉粒体の流量
と流速の少なくとも一方を算出する演算部とを備えてい
るから、粉粒体の流量と流速を高精度で計測することが
できる。
管内を流れる粉粒体粒子を帯電させる電界荷電部と、前
記電界荷電部よりも下流に設けられて帯電した粉粒体粒
子によって誘導される電気量を検出する静電誘導検出部
と、前記検出した電気量から前記導管内の粉粒体の流量
と流速の少なくとも一方を算出する演算部とを備えてい
るから、粉粒体の流量と流速を高精度で計測することが
できる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る煤塵の流動計測装
置を示す概略側面図である。
置を示す概略側面図である。
【図２】本実施形態におけるセメント粒子が導管内を移
動する様子を示す図である。
動する様子を示す図である。
【図３】（ａ）は本実施形態の電界荷電部と静電誘導検
出部の概略構成を示す断面図、（ｂ）は電界荷電部内の
セメント粒子の帯電の態様を説明するための図、（ｃ）
は静電誘導検出部内におけるセメント粒子の電荷量の変
化を示す特性図、（ｄ）は検出電極からの出力電流の特
性図、（ｅ）は出力電圧信号の特性図である。
出部の概略構成を示す断面図、（ｂ）は電界荷電部内の
セメント粒子の帯電の態様を説明するための図、（ｃ）
は静電誘導検出部内におけるセメント粒子の電荷量の変
化を示す特性図、（ｄ）は検出電極からの出力電流の特
性図、（ｅ）は出力電圧信号の特性図である。
【図４】本実施形態の演算部による流速の計測動作を説
明するための図である。
明するための図である。
【図５】本実施形態の演算部による流動の計測動作を説
明するための図である。
明するための図である。
【図６】本実施形態の有用性を検証する実験システムの
概略構成を示す図である。
概略構成を示す図である。
【図７】実際に測定した線香の本数と式により求めた線
香の本数との関係を示す図である。
香の本数との関係を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態における測定対象物が樹
脂ボールのような粒状体の場合の検出信号波形を示す図
である。
脂ボールのような粒状体の場合の検出信号波形を示す図
である。
【図９】同実施形態における信号処理方法の説明図であ
る。
る。
【図１０】同実施形態における信号処理を施す前の波形
ａと信号処理後の波形ｂを示す図である。
ａと信号処理後の波形ｂを示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るセメント粒子の
流動計測装置を示す概略側面図である。
流動計測装置を示す概略側面図である。
【図１２】同実施形態におけるキャリブレーションのた
めの実験装置を示す概略側面図である。
めの実験装置を示す概略側面図である。
１…送風機、２…導管、３…粉粒体（セメント）、３ａ
…セメント粒子、３ｂ…帯電したセメント粒子、４…ホ
ッパー、５…電界荷電部、５ａ…絶縁碍子、５ｂ…線電
極、５ｃ…面電極、５ｄ…高圧発生器、６…静電誘導検
出部、６ａ…絶縁部材、６ｂ…検出電極、６ｃ…遮蔽
材、６ｄ…検出器、６ｅ…電流−電圧変換回路、７…演
算部、８…風速計、９…ファンクションジェネレータ。
…セメント粒子、３ｂ…帯電したセメント粒子、４…ホ
ッパー、５…電界荷電部、５ａ…絶縁碍子、５ｂ…線電
極、５ｃ…面電極、５ｄ…高圧発生器、６…静電誘導検
出部、６ａ…絶縁部材、６ｂ…検出電極、６ｃ…遮蔽
材、６ｄ…検出器、６ｅ…電流−電圧変換回路、７…演
算部、８…風速計、９…ファンクションジェネレータ。
Claims (6)
- 【請求項１】 導管に設けられて前記導管内を流れる粉
粒体粒子を帯電させる電界荷電部と、 前記導管における前記電界荷電部よりも下流に設けられ
て帯電した粉粒体粒子によって誘導される電気量を検出
する静電誘導検出部と、 前記検出した電気量から、前記導管内の粉粒体の流量と
流速の少なくとも一方を算出する演算部とを備えた粉粒
体の流動計測装置。 - 【請求項２】 請求項１において、前記電界荷電部はコ
ロナ放電によって前記粉粒体粒子に電荷を与えるもので
ある粉粒体の流動計測装置。 - 【請求項３】 請求項１または２において、前記静電誘
導検出部は前記帯電した粉粒体粒子の移動による静電誘
導によって生起される電流を検出するものである粉粒体
の流動計測装置。 - 【請求項４】 請求項１，２または３において、前記電
界荷電部は粉粒体粒子に対して一定の周期でパルス状に
電圧を印加するものである粉粒体の流動計測装置。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記
演算部は、 ρＶs'＝ＣＶp ｅT/TL ただし ρ ：粉粒体粒子の数密度（１／ｍ3 ） Ｖs ：静電誘導検出部にできる空間の体積（ｍ3 ） Ｖs'：Ｖs 空間の体積流量（ｍ3 ／ｓ） Ｃ ：定数 Ｖp ：静電誘導検出部で観測される電圧のピーク値
（Ｖ） Ｔ ：電界荷電部における帯電時刻と静電誘導検出部に
おける電気量検出時刻との差である遅延時間（ｓ） ＴL ：再結合・拡散時定数 から粉粒体の流量を求める粉粒体の流動計測装置。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかにおいて、前記
演算部は、 ν＝Ｌ／Ｔ ただし ν ：電界荷電部における帯電時刻と静電誘導
検出部における電気量検出時刻との差である遅延時間Ｔ
における粉粒体粒子の平均流速（ｍ／ｓ） Ｌ ：電界荷電部と静電誘導検出部との間隔（ｍ） から粉粒体の平均流速を求める粉粒体の流動計測装置。
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1999
- 1999-03-19 JP JP07575399A patent/JP4568387B2/ja not_active Expired - Fee Related
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