JP2011106895A

JP2011106895A - Ｆｃｃ触媒粒子の自動計測装置

Info

Publication number: JP2011106895A
Application number: JP2009260610A
Authority: JP
Inventors: Koji Moriyama; 功治森山; Akiji Nishigaito; 章治西垣内
Original assignee: Diesel United Ltd; Takashima Giken Co Ltd
Current assignee: Diesel United Ltd; Takashima Giken Co Ltd
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2011-06-02

Abstract

【課題】ＦＣＣ触媒粒子の濃度だけでなく、その粒度分布まで精度良く求め得るようにしたＦＣＣ触媒粒子の自動計測装置を提供する。
【解決手段】燃料油の試料をガラス面に固定保持する試料固定治具１と、近赤外線を上向きに照射して試料を照らす光源２と、試料固定治具１の直上に配置されて試料の一部を拡大して視野に捕える顕微鏡３と、該顕微鏡３により拡大された試料の一部を撮像するモノクロエリアカメラ（撮像装置）４と、顕微鏡３の視野を変更してモノクロエリアカメラ４により試料の所定面積分を撮像し得るよう試料固定治具１を縦横に移動させるＸ−Ｙテーブル５と、モノクロエリアカメラ４で撮像された各画像を画像処理することにより該各画像からＦＣＣ触媒粒子を判別して粒子数及び粒子径を測定し且つこれに基づきＦＣＣ触媒粒子の濃度及び粒径分布を算出する演算装置（コンピュータ）６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＦＣＣ触媒粒子の自動計測装置に関するものである。

一般的に、舶用ディーゼル機関で使用される低質の燃料油（Ｃ重油）には、ＦＣＣ（Fuel cracking catalyst：燃料改質触媒）触媒粒子が残留しているが、このＦＣＣ触媒粒子は、シリカやアルミナを含む硬質の微粒子であるため、その大きさや量によっては、燃料噴射ポンプやピストンリング、ピストンシリンダ等に異常摩耗が発生する虞れがある。

即ち、従来より用いられているＦＣＣ法（fluid catalytic cracking process:流動接触分解法）では、高沸点留分に微細なＦＣＣ触媒粒子を混合し、高温で分解して高いオクタン価のガソリンを製造するようにしており、ここで用いられるＦＣＣ触媒粒子は、サイクロンにより分解生成物と分離されるようになっているが、低質の燃料油では、ＦＣＣ触媒粒子の一部が分解残油に混入したまま残ってしまっているのが実情である。

このため、舶用ディーゼル機関で低質の燃料油を使用するにあたっては、遠心式油清浄機等により前処理を施してから舶用ディーゼル機関への導入を行うようにしており、その機関入口で燃料油を試料として採取し、その燃料油を使用しても航行中にトラブルが発生する虞れがないかどうかを判断する必要があるが、従来においては、図４に示す如き油中懸濁物検知装置を使用し、燃料油中に含まれるＦＣＣ触媒粒子を検出することが提案されている（下記の特許文献１を参照）。

図４の油中懸濁物検知装置は、燃料油中から濾過分離された粒子を間隙で保持する炭素電極ａ，ｂと、これらの炭素電極ａ，ｂを介して間隙にアーク弧ｃを発生させるアーク原子化装置ｄと、前記間隙で発光する光を集光する集光レンズｅと、該集光レンズｅで集光した光を導く光ファイバｆと、該光ファイバｆで導かれた光を分光する分光器ｇと、該分光器ｇで分光した光の強度を検出する検出器ｈと、該検出器ｈで検出した光の強度を特定の波長について取り込み表示するデータ処理装置ｉとを備えた構成となっている。

而して、このような油中懸濁物検知装置を使用した場合に、燃料油中より濾過された粒子を一方の炭素電極ｂの小さな凹部に入れて固定し、アーク弧ｃを発生させて粒子を溶融させると、溶融した粒子が発光して元素特有の発光スペクトルを放出するので、Ａｌ，Ｓｉのスペクトルを分光器ｇにて分光して各スペクトルを検出器ｈに通すと、任意の波長範囲の発光スペクトルとＡｌ，Ｓｉの発光強度が得られ、これらＡｌ，Ｓｉの発光強度と発光スペクトルがデータ処理装置ｉの画面上に表示されてＦＣＣ触媒粒子の存在有無が確認でき、Ａｌ／Ｓｉ比やＦＣＣ触媒粒子濃度もアウトプットされる。

即ち、Ａｌ，Ｓｉの発光スペクトルを確認することでＦＣＣ触媒粒子の有無を確認すると共に、Ａｌ，Ｓｉの発光スペクトル強度を測定することで予め作成したＡｌ，Ｓｉ濃度検量線からＡｌ，Ｓｉ濃度を定量し且つＡｌ／Ｓｉ比を求め、このＡｌ／Ｓｉ比からＦＣＣ触媒粒子であるか定性分析（判別）すると共に、Ａｌ又はＳｉの量からＦＣＣ触媒粒子の量を定量分析するようにしている。

特許第３４６９０６９号公報

しかしながら、斯かる従来手段においては、Ａｌ，Ｓｉの発光スペクトルを利用した間接的な計測となっている上、ＦＣＣ触媒粒子の粒径分布を全く考慮しない計測となっているため、ＦＣＣ触媒粒子濃度を精度良く計測することが難しく、その結果から舶用ディーゼル機関に使用した時の危険度を正確に判断することも難しいという問題があった。

例えば、Ａｌ，Ｓｉ濃度検量線を予め作成しておくにあたり、その作成時に用いた試料のＦＣＣ触媒粒子の粒径分布は、今回の実計測で用いた試料のＦＣＣ触媒粒子の粒径分布と必ずしも一致しないものと考えられるが、粒径分布が発光スペクトル強度に及ぼす影響を全く考慮しないままＡｌ，Ｓｉ濃度を定量しても、Ａｌ，Ｓｉ濃度を正確に求めることは困難であり、ましてや、このようにして求めたＡｌ，Ｓｉ濃度に基づきＦＣＣ触媒粒子の濃度を求めても、高い精度を期待することは難しいものと考えられる。

また、ＦＣＣ触媒粒子が同じ濃度として測定されたとしても、その粒径分布が異なれば、舶用ディーゼル機関に使用した時の危険度は自ずから異なるものと考えられるが、前述の従来手段にあっては、ＦＣＣ触媒粒子の粒径分布を計測するようにはなっておらず、舶用ディーゼル機関に使用した時の危険度を正確に判断することは難しいものと考えられる。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ＦＣＣ触媒粒子の濃度だけでなく、その粒度分布まで精度良く求め得るようにしたＦＣＣ触媒粒子の自動計測装置を提供することによって、試料として測定した燃料油を舶用ディーゼル機関に使用した時の危険度を正確に判断し得るようにすることを目的とする。

本発明は、燃料油の試料をガラス面に固定保持する試料固定治具と、該試料固定治具のガラス面直下から近赤外線を上向きに照射して前記試料を照らす光源と、前記試料固定治具の直上に配置されて前記試料の一部を拡大して視野に捕える顕微鏡と、該顕微鏡により拡大された試料の一部を撮像する撮像装置と、前記顕微鏡の視野を変更して前記撮像装置により前記試料の所定面積分を撮像し得るよう試料固定治具を縦横に移動させるＸ−Ｙテーブルと、前記撮像装置で撮像された各画像を画像処理することにより該各画像からＦＣＣ触媒粒子を判別して粒子数及び粒子径を測定し且つこれら粒子数及び粒子径に基づきＦＣＣ触媒粒子の濃度及び粒径分布を算出する演算装置とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明においては、算出されたＦＣＣ触媒粒子の粒径分布に基づき該粒径分布と実際の異常摩耗発生との相関関係から使用危険度を算出し得るように演算装置を構成することが好ましい。

上記した本発明のＦＣＣ触媒粒子の自動計測装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）Ｘ−Ｙテーブルにより試料固定治具を縦横に移動させて顕微鏡の視野を変更しながら燃料油の試料の所定面積分を撮像装置により撮像し、各画像を演算装置により画像処理して該各画像からＦＣＣ触媒粒子を判別し、その粒子数及び粒子径を測定すると共に、これら粒子数及び粒子径に基づきＦＣＣ触媒粒子の濃度及び粒径分布を算出するようにしているので、燃料油の試料に含まれるＦＣＣ触媒粒子の粒子数及び粒子径を直接的に画像に捕えて該試料中のＦＣＣ触媒粒子の濃度及び粒度分布を精度良く求めることができ、前記燃料油を舶用ディーゼル機関に使用した時の危険度を正確に判断することができる。

（ＩＩ）近赤外線を光源とすることで燃料油の試料に関し希釈や濾過等といった前処理を不要とすることができ、しかも、作業者の熟練度に拘わらず試料中のＦＣＣ触媒粒子の濃度及び粒度分布を精度良く短時間のうちに自動計測できるので、作業者の負担を大幅に軽減することができる。

（ＩＩＩ）算出されたＦＣＣ触媒粒子の粒径分布に基づき該粒径分布と実際の異常摩耗発生との相関関係から使用危険度を算出し得るように演算装置を構成しておけば、該演算装置により燃料油の使用危険度を自動的に判断させることができ、その危険性を表示器等へ表示させて作業者に注意を喚起させることができる。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。本形態例によるＦＣＣ触媒粒子の撮像例を示す図である。本形態例によるＦＣＣ触媒粒子の別の撮像例を示す図である。従来例を示す概略図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号の１は燃料油の試料をガラス面に固定保持する試料固定治具を示し、該試料固定治具１のガラス面直下には、近赤外線を上向きに照射して前記試料を照らす光源２が配置されており、前記試料固定治具１の直上には、前記試料の一部を拡大して視野に捕える顕微鏡３と、該顕微鏡３により拡大された試料の一部を撮像するモノクロエリアカメラ（撮像装置）４とが配置されている。

ここで、前記光源２で近赤外線により試料を上向きに照らすようにしている理由は、舶用ディーゼル機関で使用されるような低質の燃料油（Ｃ重油）が黒色で、通常光源ではＦＣＣ触媒粒子を顕微鏡３で捕えることができないからである。

また、前記試料固定治具１は、Ｘ−Ｙテーブル５により支持されていて、該Ｘ−Ｙテーブル５のＸ軸モータ５ａ及びＹ軸モータ５ｂの駆動により縦横に移動できるようになっており、この移動により前記顕微鏡３の視野を変更して前記モノクロエリアカメラ４により前記試料の所定面積分を撮像し得るようにしてある。

更に、前記モノクロエリアカメラ４は、所要場所に設置した演算装置（コンピュータ）６と接続されていて該演算装置６に撮像データを送信できるようになっており、前記モノクロエリアカメラ４で撮像された各画像を画像処理することにより該各画像からＦＣＣ触媒粒子を判別して粒子数及び粒子径を測定し且つこれら粒子数及び粒子径に基づきＦＣＣ触媒粒子の濃度及び粒径分布を算出し得るようにしてある。

即ち、光源２で近赤外線により照らされた試料は、図２に一例を示すようにモノクロエリアカメラ４により撮像されるので、演算装置６において、例えば背景色との濃淡の差から所定の閾値に基づき画像を２値化する等して画像からのＦＣＣ触媒粒子の抽出を行い、その粒子数のカウント及び粒子径を判別して測定し、更なる演算処理によりＦＣＣ触媒粒子の濃度及び粒径分布を算出するようになっている。

この際、図３に別の撮像例を示している通り、画像中に写っている気泡は、その中心が白く写るため、画像処理で判別してＦＣＣ触媒粒子の粒子数のカウントから除外することができる。

また、特に本形態例においては、算出されたＦＣＣ触媒粒子の粒径分布に基づき該粒径分布と実際の異常摩耗発生との相関関係から前記演算装置６で使用危険度を算出し得るようになっており、その結果をＦＣＣ触媒粒子の濃度及び粒径分布と共にＰＣモニタ（表示器）７に表示できるようにしてある。

尚、前記Ｘ−Ｙテーブル５のＸ軸モータ５ａ及びＹ軸モータ５ｂの駆動を担うモータドライバ８，９は、前記モノクロエリアカメラ４による撮像タイミングと連動して適切な顕微鏡３の視野が選定されるよう前記演算装置６により制御されていることは勿論である。

また、図１中の符号１０はＸ−Ｙテーブル５のモータドライバ８，９用の電源、１１は光源２用の電源、１２はモノクロエリアカメラ４用の電源、１３は演算装置６への入力用キーボード、１４は演算装置６のマウスを夫々示している。

以下、本形態例の作用について説明する。

演算装置６によりＸ−Ｙテーブル５とモノクロエリアカメラ４とを連動させて制御し、Ｘ−Ｙテーブル５により試料固定治具１を縦横に移動させて顕微鏡３の視野を変更しながら燃料油の試料の所定面積分をモノクロエリアカメラ４により撮像すると、各画像が演算装置６により画像処理されて該各画像からＦＣＣ触媒粒子が判別され、その粒子数及び粒子径が測定されると共に、これら粒子数及び粒子径に基づきＦＣＣ触媒粒子の濃度及び粒径分布が算出され、その結果がＰＣモニタ７に表示される。

この際、前記演算装置６においては、算出されたＦＣＣ触媒粒子の粒径分布に基づき該粒径分布と実際の異常摩耗発生との相関関係から使用危険度が自動的に判断され、その危険性についても前記ＦＣＣ触媒粒子の濃度及び粒径分布と併せてＰＣモニタ７に表示される。

従って、上記形態例によれば、Ｘ−Ｙテーブル５により試料固定治具１を縦横に移動させて顕微鏡３の視野を変更しながら燃料油の試料の所定面積分をモノクロエリアカメラ４により撮像し、各画像を演算装置６により画像処理して該各画像からＦＣＣ触媒粒子を判別し、その粒子数及び粒子径を測定すると共に、これら粒子数及び粒子径に基づきＦＣＣ触媒粒子の濃度及び粒径分布を算出するようにしているので、燃料油の試料に含まれるＦＣＣ触媒粒子の粒子数及び粒子径を直接的に画像に捕えて該試料中のＦＣＣ触媒粒子の濃度及び粒度分布を精度良く求めることができ、前記燃料油を舶用ディーゼル機関に使用した時の危険度を正確に判断することができる。

更に、近赤外線の光源２とすることで燃料油の試料に関し希釈や濾過等といった前処理を不要とすることができ、しかも、作業者の熟練度に拘わらず試料中のＦＣＣ触媒粒子の濃度及び粒度分布を精度良く短時間のうちに自動計測できるので、作業者の負担を大幅に軽減することができる。

また、特に本形態例においては、算出されたＦＣＣ触媒粒子の粒径分布に基づき該粒径分布と実際の異常摩耗発生との相関関係から使用危険度を算出し得るように演算装置６を構成しているので、該演算装置６により燃料油の使用危険度を自動的に判断させることができ、その危険性をＰＣモニタ７へ表示させて作業者に注意を喚起させることができる。

尚、本発明のＦＣＣ触媒粒子の自動計測装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１試料固定治具
２光源
３顕微鏡
４モノクロエリアカメラ（撮像装置）
５Ｘ−Ｙテーブル
６演算装置（コンピュータ）
７ＰＣモニタ（表示器）

Claims

燃料油の試料をガラス面に固定保持する試料固定治具と、該試料固定治具のガラス面直下から近赤外線を上向きに照射して前記試料を照らす光源と、前記試料固定治具の直上に配置されて前記試料の一部を拡大して視野に捕える顕微鏡と、該顕微鏡により拡大された試料の一部を撮像する撮像装置と、前記顕微鏡の視野を変更して前記撮像装置により前記試料の所定面積分を撮像し得るよう試料固定治具を縦横に移動させるＸ−Ｙテーブルと、前記撮像装置で撮像された各画像を画像処理することにより該各画像からＦＣＣ触媒粒子を判別して粒子数及び粒子径を測定し且つこれら粒子数及び粒子径に基づきＦＣＣ触媒粒子の濃度及び粒径分布を算出する演算装置とを備えたことを特徴とするＦＣＣ触媒粒子の自動計測装置。
算出されたＦＣＣ触媒粒子の粒径分布に基づき該粒径分布と実際の異常摩耗発生との相関関係から使用危険度を算出し得るように演算装置を構成したことを特徴とする請求項１に記載のＦＣＣ触媒粒子の自動計測装置。