JP2003050160A

JP2003050160A - 温度測定方法および温度測定装置

Info

Publication number: JP2003050160A
Application number: JP2001238823A
Authority: JP
Inventors: Masanori Fukuoka; 正規福岡; Takashi Nakagawa; 隆司中川; Tatsuya Watanabe; 達也渡辺
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2003-02-21
Anticipated expiration: 2021-08-07
Also published as: JP3559870B2

Abstract

(57)【要約】【課題】流動層炉における測定対象物の温度を低コス
トで精度よく温度を測定することができる温度測定方法
および温度測定装置を提供する。【解決手段】流動層炉１１における温度測定におい
て、撮像手段により流動層１１内を撮像し、得られた画
像に基づいて測定対象物Ｂの温度を算出し、その算出さ
れ測定温度を所定の補正式により補正するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度測定方法およ
び温度測定装置に関する。さらに詳しくは、例えば流動
層（床）セメント造粒炉や焼成炉で生成されるセメント
原料のような、精確な温度測定が困難とされる対象物の
温度を精度よく測定するための温度測定方法および温度
測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種加熱炉により加熱される
金属、合成樹脂および半導体などの対象物の温度を測定
する温度測定においては、測温器を対象物に接触させて
測温する接触式測温の外、測温器を対象物に接触させる
ことなく測温する非接触式測温が行われている。

【０００３】例えば、特開昭６０−８０７２７号公報
は、測温対象物に陽電子を入射し、その陽電子が消滅す
るときに発するγ線の強度を検出して温度を測定するも
のとし、これによって、周囲物体の温度の影響などから
生ずる誤差を排除するものとしている。

【０００４】また、特開平５−１３３８１３号公報は、
ＣＣＤカメラにより撮像された画像を用いて対象物の膨
張率を計測し、これに基づき温度を測定するものとし、
特開平１１−１４４６０号公報は、非接触式による測温
結果と接触式による測温結果との関係を調べるためのサ
ンプル材を製作して非接触式の測温結果に対する補正値
を設定し、この補正値により非接触式による測温結果を
補正して対象物の温度を測定するものとしている。

【０００５】このように、従来、例えば接触式測温が困
難であるような場合には、非接触式にて対象物の温度を
測定し、その測定結果に含まれる誤差をなんらかの方法
で補正して、対象物の精確な温度を測定することが行わ
れる。

【０００６】ところが、前掲の各従来例の中で、最初の
ものは、陽電子の照射機構やγ線強度の検出機構など、
特別の機構を用意して測温する必要があり、コストが高
くなるという問題がある。また、後の２つの従来例にお
いては、流体や粒状の物体など、不定形な物体の測温に
は適さなかったり、誤差の要因を細大漏らさず把握し、
かつそれを精確に反映できるサンプル材を製作し利用す
る必要があり、適用範囲が限られるなど、汎用性・通用
性に欠けるという問題がある。

【０００７】また、環境保護・資源有効利用の観点か
ら、現在、セメント造粒炉や焼成炉として流動層式造粒
炉や焼成炉が注目されている。ところが、この流動層式
造粒炉や焼成炉においてはセメント原料ないしはクリン
カを高速かつ高温で流動させて造粒や焼成するため、接
触式測温による場合、測温器の損傷が激しく、頻繁な測
温器の交換等が必要となるという問題がある。

【０００８】そこで、このような造粒炉や焼成炉におい
ては、非接触式で対象物の温度を測定することが望まし
い。ところが、高品質のセメントを製造しようとする場
合、適切な焼成温度範囲が狭く限られたものとなるた
め、従来の非接触式測温方法では測定誤差が大きく、適
切な温度管理が実現できないという問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、流動層炉におけ
る測定対象物の温度を低コストで精度よく温度を測定す
ることができる温度測定方法および温度測定装置を提供
することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の温度測定方法
は、流動層炉における温度測定方法であって、撮像手段
により流動層内を撮像し、得られた画像に基づいて測定
対象物の温度を算出し、その算出され測定温度を所定の
補正式により補正することを特徴とする。

【００１１】本発明の温度測定方法においては、前記補
正式が回帰式とされてなるのが好ましい。その場合、前
記回帰式が、測定対象物のレベルに関する説明変数、測
定対象物の集団から分離して雰囲気中を飛翔する飛翔物
の量に関する説明変数、雰囲気中の水蒸気量に関する説
明変数などを含むのがさらに好ましい。

【００１２】一方、本発明の温度測定装置は、流動層炉
における温度測定装置であって、温度相関物理量検出手
段と、前記温度相関物理量検出手段の検出値に基づいて
測定対象物の温度を算出する温度演算手段と、前記温度
演算手段により算出された測定温度を補正する温度補正
手段とを備えてなることを特徴とする。

【００１３】本発明の温度測定装置においては、前記温
度補正手段による補正が重回帰分析の手法を用いてなさ
れるのが好ましい。その場合、前記重回帰分析における
回帰式が、測定対象物のレベルに関する説明変数、測定
対象物の集団から分離して雰囲気中を飛翔する飛翔物の
量に関する説明変数、雰囲気中の水蒸気量に関する説明
変数などを含むのがさらに好ましい。

【００１４】ここで、前記流動層炉は、例えばセメント
造粒炉や焼成炉とされる。

【００１５】

【作用】本発明は前記の如く構成されているので、流動
層における撮像画像に基づく温度測定において、誤差を
生じさせる誤差要因における厳密な因果関係を顧慮する
ことなく、容易に誤差要因の影響を排除して精確な温度
測定がなし得る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる
実施形態のみに限定されるものではない。

【００１７】図１に、本発明の一実施形態に係る温度測
定方法が適用される、例えばセメント原料を流動層を用
いて造粒・焼成してセメントクリンカを生成する造粒・
焼成システム（以下、単にシステムと略称する）の概略
構成をブロック図で示す。

【００１８】このシステムＡは、造粒・焼成炉（以下、
炉と略称する）１０と、炉１０内で焼成される測定対象
物（以下、単に対象物という）Ｂの温度と相関関係の高
い物理量（以下、温度相関物理量という）Ｃを検出し、
その検出結果を表す信号Ｄを出力する温度相関物理量検
出器２０と、温度相関物理量検出器２０の出力信号Ｄに
基づいて対象物Ｂの温度を演算し、その演算結果を測定
温度Ｅとして出力する温度演算部３０と、測定温度Ｅに
含まれる誤差を排除するよう測定温度Ｅを補正し、その
補正結果を補正温度Ｆとして出力する温度補正部４０と
を主要構成要素として備えてなる。

【００１９】炉１０は、図２に示すように、セメント原
料粉Ｇを所定温度（例えば、約１３００℃）で加熱して
所定径（例えば、直径１〜２ミリメートル）のクリンカ
Ｈを造粒する造粒炉１１と、造粒炉１１により生成され
たクリンカＨを所定温度（例えば、約１４００℃）で焼
成する焼成炉１２と、造粒炉１１に送られるセメント原
料粉Ｇを予熱する予熱器１３と、焼成炉１２で焼成され
たクリンカＨを所定の中間温度（例えば、約１０００
℃）まで急冷する第１冷却器１４と、第１冷却器１４に
より冷却されたクリンカＨを所定の低温度（例えば、約
１５０℃）まで冷却する第２冷却器１５とから構成され
る。

【００２０】図３に、造粒炉１１の要部詳細を示す。

【００２１】造粒炉１１は流動層炉とされる。具体的に
は、図３に示すように、予熱器１３で予熱されたセメン
ト原料粉Ｇは原料粉導入管１１ｃを介して、エア流入口
１１ｂからのエアＩとともに炉内部１１ａに流入され、
加熱されてクリンカＨに造粒される。炉内部１１ａで生
成されたクリンカＨは選別部１１ｄにおいて選別され、
クリンカ送出路１１ｅを介して焼成炉１２に送出され
る。

【００２２】また、造粒炉１１の炉壁１１ｆの所定位置
１１ｇには温度相関物理量検出器２０が所定の態様で設
けられる。

【００２３】図４に温度相関物理量検出器２０の設置態
様を示す。温度相関物理量検出器２０は、例えばＣＣＤ
（Charge Coupled Device）撮像器（カメラ）２１（ま
たはリレーレンズユニット２２）と、これらＣＣＤ撮像
器２１（またはリレーレンズユニット２２）を制御する
カメラコントローラ２３とから構成される。ＣＣＤ撮像
器２１（またはリレーレンズユニット２２）は、前掲の
所定位置１１ｇに炉壁１１ｆを貫通して穿設される検出
器設置孔１１ｈに挿通され、かつ対象物Ｂ（セメント原
料粉Ｇ）表面の画像を撮像可能な姿勢で設置される。

【００２４】ＣＣＤカメラ２１は、対象物Ｂ表面の画像
データ、すなわち対象物Ｂ表面の輝度および色合いを温
度相関物理量Ｃとして検出し、その物理量Ｃを表す信号
Ｄをカメラコントローラ２３を介して温度演算部３０に
出力する。

【００２５】また、温度相関物理量検出器２０は、ＣＣ
Ｄカメラ２１に冷却用エアＩ₁を供給するエアセット２
４（図１参照）（またはリレーレンズユニット２２に冷
却用エアＩ₂、Ｉ₃を供給する各エアセット２５、２６）
を含む。また、ＣＣＤカメラ２１には冷却水Ｊ₁が供給
される。（リレーレンズユニット２２には複数の経路を
介して冷却水Ｊ₂，Ｊ₃が供給される。）

【００２６】温度演算部３０は、画像処理装置３１を含
み、画像入出力部３２を介して入力される信号Ｄに所定
の画像処理を行い、この画像処理された画像データの輝
度情報および色合い情報に基づいて、所定時間毎に対象
物Ｂの温度を演算する。演算された対象物Ｂの温度は移
動平均処理されて、各時刻における測定温度Ｅとして出
力部３３を介して温度補正部４０に出力される。

【００２７】また、画像処理装置３１の画像入出力部３
２には、ＣＣＤカメラ２１により撮像された画像を視認
するためのモニタ３４が接続される。

【００２８】温度補正部４０は、測定温度Ｅに誤差を生
ずる各種要因を分析し、対象物Ｂの温度を反応変数（ま
たは、従属変数、被説明変数ともいう。以下、変数Ｙで
表す）とし、各種要因に関係する物理量（以下、誤差相
関物理量という）Ｋを説明変数（または、独立変数とも
いう。以下、変数ｘ₁、ｘ₂、・・・で表す）とし、反応
変数Ｙを各説明変数ｘ₁、ｘ₂、・・・の線形和で表す下
記式（１）のような補正式（回帰式）を設定し、この補
正式を適用して測定温度Ｅを補正し、この補正結果を補
正温度Ｆとして出力する。

【００２９】Ｙ＝ａ₀＋ａ₁ｘ₁＋ａ₂ｘ₂＋・・・（１）

【００３０】ここで、係数ａ₀，ａ₁，ａ₂，・・・は重
回帰分析の手法により決定される係数である。

【００３１】具体的には、ｘ₁：測定温度Ｅ、ｘ₂：対象
物Ｂの表面位置（レベル）に関係する物理量、ｘ₃：対
象物Ｂの集団から分離して雰囲気内を飛翔している対象
物Ｂの量に関係する物理量、ｘ₄：雰囲気中における水
蒸気量に関係する物理量とし、下記式（２）のように前
掲の補正式を設定する。

【００３２】Ｙ＝ａ₀＋ａ₁ｘ₁＋ａ₂ｘ₂＋ａ₃ｘ₃＋ａ₄ｘ₄ （２）

【００３３】ここで、変数ｘ₂は、例えば造粒炉１１底
部から対象物Ｂの最上部位までの高さ、つまり造粒炉１
１内流動層の鉛直上下方向の厚み（以下、層高という）
Ｋ₁（図３参照）とされる。また、この層高Ｋ₁は造粒炉
１１内部圧力と焼成炉１２内部圧力との差圧を計測する
ことによって間接的に計測するものとしてもよい。すな
わち、変数Ｘ₂を、造粒炉１１内部圧力と焼成炉１２内
部圧力との差圧としてもよい。

【００３４】変数ｘ₃は例えば流動層上方で飛翔してい
るクリンカＨ_Fの量とされる。すなわち、セメント原料
粉Ｇからクリンカが造粒されると、このクリンカの一部
が流動層上方に飛び出す現象が起こる。この流動層上方
で飛翔しているクリンカＨ_Fの量を計測し、この計測値
を変数ｘ₃に対応する物理量Ｋとして用いる。また、流
動層上方に飛び出すクリンカの量は流動層内クリンカの
平均粒径と相関関係があるので、この平均粒径を計測
し、これを変数ｘ₃としてもよい。

【００３５】変数ｘ₄は、温度調節のために炉内１１ａ
で散水される炉内散水量とされる。

【００３６】ここで、式（２）の係数ａ₀，ａ₁，ａ₂，
ａ₃，ａ₄は、具体的には以下のようにして決定される。

【００３７】（ａ）所定期間内において、測定温度Ｅが
演算されるのと同時に、例えば接触式測温により精確な
対象物Ｂの温度Ｔを測定する。このようにして、充分な
数の測定温度Ｅと対象物温度Ｔとの関係を示すサンプル
を得る。

【００３８】（ｂ）前掲の手順（ａ）で測定温度Ｅおよ
び対象物温度Ｔを測定するのと同時に、変数ｘ₂、ｘ₃、
ｘ₄と対応する誤差相関物理量Ｋをそれぞれ測定する。

【００３９】（ｃ）各サンプル毎に、変数ｘ₁に測定温
度Ｅを代入し、各変数ｘ₂、ｘ₃、ｘ₄に対応する物理量
Ｋをそれぞれ代入し、式（２）の右辺を計算する。

【００４０】（ｄ）右辺の計算結果とそれに対応する対
象物温度Ｔとを比較し、各サンプル毎の両者の差（残
差）の２乗和が最小となるように係数ａ₀，ａ₁，ａ₂，
ａ₃，ａ₄を設定する。

【００４１】（ｅ）式（２）において、例えば多重共線
性に起因して適切な補正結果が得られない場合は、説明
変数ｘ₁、ｘ₂、・・・の種類を増減する。

【００４２】このように、本実施形態の温度測定方法に
おいては、重回帰分析の手法によって、測定温度Ｅを補
正して精確な対象物温度Ｔを測定するための補正式が設
定されるので、多数の要因が影響していることにより測
定温度Ｅに誤差を生ずるメカニズムが複雑である場合に
も、例えばサンプル材を製作して補正値を設定する方法
のように、要因と誤差との因果関係を顧慮して誤差を排
除する方策を講じる必要がなく、容易に誤差を補正して
精確な対象物温度Ｔを測定することができる。

【００４３】この場合、測温結果に誤差を生ずる要因は
原則的に不変であるので、一旦、適切な補正式が設定さ
れれば、炉の設計条件の変更、例えば改造や長期間の運
転による大幅な経年変化がない限り、その炉固有の温度
補正式として設定された補正式を用いることが可能とな
る。

【００４４】また、サイズ・能力の異なる他の炉におい
ても、造粒・焼成方式が同様であるなどの理由により相
似性がある場合には、単に係数を調整するだけで補正式
を適用することも可能となる。

【００４５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００４６】実施例図５および図６に、発明者等が設営するセメントクリン
カ造粒・焼成炉の実験プラントで収集されたデータに基
づく検証結果を示す。図５は、各サンプルの非接触式測
温による測定温度、その補正温度および接触式測温によ
る基準温度を対比したテーブル図であり、図６は、それ
をグラフ化したものである。

【００４７】すなわち、同実験プラントにおいて、実施
形態と同様にして、非接触式測温により対象物温度を測
定し、各種誤差相関物理量を測定し、接触式測温により
対象物温度（基準温度）を精確に測定し、これらの測定
データを用いて重回帰分析の手法によって補正式を設定
した。

【００４８】設定された補正式を、非接触式測温により
得られた、サンプル番号１〜２７の各測定温度に適用し
てその補正温度を算出し、この補正温度を基準温度と比
較した。

【００４９】また、図６において、折れ線Ｌ₁上にプロ
ットされた黒四角の各点は各サンプル１〜２７の測定温
度を示し、折れ線Ｌ₂上にプロットされた白四角の各点
は各サンプル１〜２７の補正温度を示し、折れ線Ｌ₃上
にプロットされた黒三角の各点は各サンプル１〜２７の
基準温度を示す。

【００５０】各サンプル１〜２７において、補正温度は
基準温度と充分な精度で一致しており、この実験によっ
て、非接触式測温によって流動層式セメント造粒・焼成
システムを充分な精度で温度管理できることが実証され
た。

【００５１】以上、本発明を実施形態および実施例に基
づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態および
実施例に限定されるものではなく、種々改変が可能であ
る。例えば、実施形態においては、炉は造粒・焼成炉と
されているが、造粒炉および焼成炉がそれぞれ個別に設
けられているシステムについても適用が可能である。ま
た、適用できる流動層炉はセメント製造設備におけるも
のに限定されるものではなく、各種流動層炉における温
度測定にも適用できる。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
流動層における撮像画像に基づく温度測定において、誤
差を生じさせる誤差要因における厳密な因果関係を顧慮
することなく、容易に誤差要因の影響を排除して精確な
温度測定がなし得るという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る温度測定方法が適用
される造粒・焼成システムの概略構成を示すブロック図
である。

【図２】造粒・焼成炉の概略構成を示す模式図である。

【図３】同造粒・焼成炉の要部詳細を示す模式図であ
る。

【図４】ＣＣＤカメラの設置態様を示す模式図である。

【図５】実施例において収集・処理された各データを示
すテーブル図である。

【図６】実施例において収集・処理された各データを示
すグラフ図である。

【符号の説明】

Ａ造粒・焼成システムＢ対象物Ｃ温度相関物理量Ｅ測定温度Ｆ補正温度Ｇセメント原料粉ＨセメントクリンカＫ誤差相関物理量１０造粒・焼成炉１１造粒炉１２焼成炉２０温度相関物理量検出器２１ＣＣＤカメラ３０温度演算部４０温度補正部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺達也神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内Ｆターム(参考） 2G066 AC01 BA14 BA42 BA43 BB05 BC02 BC21 CA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流動層炉における温度測定方法であっ
て、撮像手段により流動層内を撮像し、得られた画像に基づ
いて測定対象物の温度を算出し、その算出された測定温
度を所定の補正式により補正することを特徴とする温度
測定方法。
【請求項２】前記補正式が回帰式とされてなることを
特徴とする請求項１記載の温度測定方法。
【請求項３】前記回帰式が、測定対象物のレベルに関
する説明変数を含むことを特徴とする請求項２記載の温
度測定方法。
【請求項４】前記回帰式が、測定対象物の集団から分
離して雰囲気中を飛翔する飛翔物の量に関する説明変数
を含むことを特徴とする請求項２記載の温度測定方法。
【請求項５】前記回帰式が、雰囲気中の水蒸気量に関
する説明変数を含むことを特徴とする請求項２記載の温
度測定方法。
【請求項６】前記流動層炉が、セメント造粒炉および
（または）焼成炉とされてなることを特徴とする請求項
１記載の温度測定方法。
【請求項７】流動層炉における温度測定装置であっ
て、温度相関物理量検出手段と、前記温度相関物理量検出手
段の検出値に基づいて測定対象物の温度を算出する温度
演算手段と、前記温度演算手段により算出された測定温
度を補正する温度補正手段とを備えてなることを特徴と
する温度測定装置。
【請求項８】前記温度補正手段による補正が重回帰分
析の手法を用いてなされることを特徴とする請求項７記
載の温度測定装置。
【請求項９】前記重回帰分析における回帰式が、測定
対象物のレベルに関する説明変数を含むことを特徴とす
る請求項８記載の温度測定装置。
【請求項１０】前記重回帰分析における回帰式が、測
定対象物の集団から分離して雰囲気中を飛翔する飛翔物
の量に関する説明変数を含むことを特徴とする請求項８
記載の温度測定装置。
【請求項１１】前記重回帰分析における回帰式が、雰
囲気中の水蒸気量に関する説明変数を含むことを特徴と
する請求項８記載の温度測定装置。
【請求項１２】前記流動層炉が、セメント造粒炉およ
び（または）焼成炉とされてなることを特徴とする請求
項７記載の温度測定装置。