JP2013515248A - 揺動可能な生成物を測定するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、穀物用ミル又は飼料用ミル等における生成物流（３）内の穀粒、特に穀粒の成分、品質パラメータ、又は一般的に生成物特性を廉価にＮＩＲ測定するため、特に廉価にインラインＮＩＲ測定するための装置及び方法に関する。少なくとも一つの測定センサ（１）を用いて、有利には流れ管内を自由に流れる生成物（３）において反射スペクトルが記録され、測定センサから空間的に離れて配置されており、且つスペクトロメータ（１２）が組み込まれている評価装置（２）に伝送される。評価装置（２）によって求められた測定値は制御ユニット（２４）又は管理システム（２２）に伝送あれ、そこにおいてプロセス又はプラントのモニタリング及び／又は制御に使用される。簡単な生成物提示並びに評価装置の多重利用によって、測定箇所毎のコストを従来のＮＩＲシステムに比べて大幅に低減させることができる。

Description

本発明は、生成物流の少なくとも一つの特性を測定するため、特に、穀物用ミル又は飼料用ミル内での生成物流における揺動可能な生成物、例えば穀粒及び穀粒の成分及び品質パラメータをインラインＮＩＲ測定するための装置及び方法に関する。

穀粒の成分又は穀粒の構成要素のＮＩＲ測定、即ち、電磁スペクトルの近赤外線領域での測定はそれ自体公知である。つまりEP-B-0539537には、バルク材料流における成分が求められるインライン方法が開示されており、この方法においては生成物が垂直方向に配向されている管において密な流れとして測定センサを通過する。反射光の波長領域がスペクトルについての複数回の個別測定において求められる。

この刊行物に記載されている装置では、十分な測定精度を保証するために、密で均一なバルク材料流が必要とされる。このために生成物流が偏向され、偏向先において測定値センサに向かって移動される。このことは、スクリューコンベアを用いて保証され、このスクリューコンベアは測定チャネルにおける生成物の一定の低下を生じさせる。しかしながらその種の構造はコストがかかる。更には、一定の低下を達成できるようにするためには、スクリューコンベアを完全に一定の回転数でもって運転しなければならない。

WO 85/04957にも、生成物を堰き止めるか、蓄積させるか、又は凝縮しなければならない装置が記載されている。この装置のための構造上の措置もやはり非常にコストがかかる。更にはこの装置は、生成物の周期的な堰き止め及び先送りが必要とされることに起因して、バイパスにおける生成物流の測定しか実現できない。

本発明の課題は、公知の装置及び方法の欠点が解消されるように公知の装置及び方法を発展させることである。即ち、特に、生成物流が測定センサをより簡単に通過できるようにし、それと同時に十分な測定品質も実現する、生成物流の特性を測定するための装置及び方法が提供されるべきである。

この課題及び別の課題は、生成物流の少なくとも一つの特性を測定するための本発明による装置によって解決される。装置は、生成物流を案内することができる、少なくとも一つの流れ経路を含んでいる。流れ経路を流れ管、特に円形又は四角形の管として構成することができる。更には、装置は少なくとも一つの測定センサを備えており、この測定センサは流れ経路内を案内される生成物流の少なくとも一つの特性がこの測定センサによって測定可能であるように構成及び配置されている。

装置を特にＮＩＲ測定、とりわけインラインＮＩＲ測定のために構成することができる。ここで、また以下では（特にインライン測定との関係において）「インライン」という術語は、Rudolf W. Kessler (2006)の「Prozessanalytik, Strategien und Fallbeispiele aus der industriellen Praxis」に記載されている意味において使用される。従って、インライン測定では、測定センサが配置されている測定位置が生成物流内に組み込まれている。即ち、プロセス特性及び生成物特性に関する情報を取得するためにインライン測定を利用することができる。特にこれによって試料採取を回避することができる。

本発明によれば、少なくとも測定センサの領域においては、流れ経路が生成物流方向において水平線に対して７５°を下回る角度、有利には最大で７０°、更に有利には最大で６５°、特に有利には最大で６０°の角度で下方に傾斜されている。即ち、生成物は流れ経路の取り付け位置に起因して、下方に配向されている垂直方向の速度成分を有するように流れる。流れ、特に生成物流方向は流れ経路の幾何学によって設定される。

生成物は可能な限り小さいベールとして測定センサ、特に測定センサの測定窓の前を通過することが望ましい。測定品質は主としてかさ密度による影響を受ける。何故ならば、かさ密度によって光の散乱も変化し、従って反射光の輝度も変化するからである。かさ密度は特に水平線に対する流れ経路の角度によって決定される。シリンダ状の内壁を備えている流れ管、特に穀物用ミル又は飼料用ミルにおける流れ管では、かさ密度が更に生成物総体流及び生成物速度によって決定され、生成物が自由に流れる場合には生成物速度は流入区間及び角度に依存する。

垂直方向から１５°を超えて逸れている本発明による勾配に基づき、生成物が制御されて流れ経路の下側の内壁に沿って滑り落ちることによって、少なくともその内壁においては均一な生成物流しか生じない。即ち、従来技術において必要とされるような煩雑な措置を講じて生成物を堰き止める必要はない。これによって装置の構造は著しく簡単なものになり、また障害に対する脆弱性も著しく低くなる。

測定精度に対する要求に応じて、また生成物のそれぞれの特性に応じて、角度を所定の限界内で変化させることができる。穀粉の測定に関しては、水平線に対する５０°の浅い角度において、５０ｋｇ／ｈの生成物総体流を超えれば既に信頼性の高い測定値を達成できることが分かった。最小角度は生成物の流動性によって決定される。穀粉に関しては、最小角度は水平線に対して５０°の範囲にある。管がそれよりも平坦に取り付けられている場合には、生成物が横たわったままになる危険が高まり、その結果、衛生上の問題又は生成物の停滞が発生する可能性がある。即ち、最小限のある程度の傾斜によって、後から来る生成物による測定窓のクリーニングを保証することができ、それによりセルフクリーニングが行なわれる。従って有利には、流れ経路は特に穀粉の測定に関しては、少なくとも測定センサの領域においては、少なくとも５０°の角度で水平線に相対的に下方に傾斜している。

これに対して穀粉の検査では、水平線に対する管の角度が７５°でも、総体流が約２００ｋｇ／ｈを上回れば、依然として信頼性の高い測定値を達成できることが分かった。しかしながら幾つかのケースにおいては、流入区間がこの範囲の総体流では２ｍを超えないことが必要になる可能性がある。何故ならば、２ｍを超えると生成物が管内で既に大きく変化し、その結果、測定窓の手前においては均一な層をもはや形成しない可能性があるからである。

従って、測定品質は、生成物密度に応じて厚さが異なる生成物層を測定窓の直近においては、全体の生成物流の代表的なパターンとして測定できることに依存している。その限りにおいて、このことは穀粉のような均一な生成物においては問題にならない。しかしながら、不均一な生成物が測定される場合には、この要求が常に満たされていることが保証されていなければならない。

従来技術においては、測定センサ又は測定センサの一部が可動式に配置されており、それによって生成物流の外側においてクリーニングを実施することができる測定センサが公知である。その種の装置は例えばWO 2007/088047，WO 2007/009522又はEP 1837643に開示されている。しかしながら可動式の装置は構造的に非常にコストが掛かり、また障害に対する耐性が低い。それらの欠点は、本発明により実現されるセルフクリーニング効果によって解消される。

有利な実施の形態においては、測定窓のクリーニングが実質的に、後から来る生成物によってのみ保証されるので、セルフクリーニングが実施される。幾つかの実施の形態においては、クリーニングを、圧力空気、機械的なワイパ又は高周波振動のような付加的な要素によっても実施することができる。

測定センサを、生成物と直接的に接触するか、又は接触しない拡散反射での測定のために、もしくは、トランスミッション又はトランスフレクション方式の測定のために設計することができる。

測定センサとして特に、WO 2009/068022に記載されているスペクトロメータ測定ヘッドを使用することができる。

有利な実施の形態においては、装置は流れ経路内によどみ点圧力を生じさせるための停滞手段を含んでいる。流れ経路は測定センサの測定窓の領域内に配置されている。その種の停滞手段を用いることにより、測定窓の領域における生成物流を停滞させることができ、それによって少なくとも局所的に、比較的大きい生成物集合体、従って代表的で均一な生成物集合体を測定のために提供することができる。特に有利には、停滞手段が静的に、即ち流れ経路に相対的に不動に構成されている。このことは、非常に簡単で障害の少ない構造を実現する。

有利な実施の形態においては、測定窓の領域における停滞手段の配置構成は、停滞手段が測定窓から最大で２０ｃｍ、有利には最大で１０ｃｍ、特に有利には最大で５ｃｍの距離にわたり配置されていることを意味している。特に有利には、停滞手段が測定窓の上流側に配置されている。

しかしながら、停滞手段を測定窓の下流側に配置することも可能である。これによって、停滞手段によって形成される堰き止めは同様に局所的に、測定センサの測定領域における生成物集合体に影響を及ぼすことができる。

停滞手段を流れ経路の内壁の横断面の狭窄部として構成することができる。この場合、やはり構造は簡単なものである。

択一的又は付加的に、停滞手段は、流れ経路内に配置されている少なくとも一つのバッフル、特に斜面として構成することができる。

停滞手段、特に斜面を少なくとも部分的に測定窓自体によって形成することができる。このことは同様に、構造的に簡単な構成に使用される。生成物が測定窓において直接的に偏向される場合には、セルフクリーニング効果も改善される。

有利には、斜面及び／又は測定窓が生成物流方向に対して浅い角度で配置されている。これによって、生成物は測定窓に押し付けられるので、生成物提示が改善される。更には、この付加的な圧力によって、セルフクリーニング効果も拡大される。

斜面及び／又は測定窓と生成物流方向との間の有利な角度は、生成物の特性並びに流れ経路の構造に依存する。多くの用途にとって、測定窓と生成物流との間のこの角度が０°から３０°、有利には５°から２０°、特に有利には８°から１５°である場合には好適であることが分かった。

測定センサ、また特に測定窓を流れ経路の中央に配置することも考えられる。しかしながらそのような配置構成によって、測定窓の領域に生成が集まって測定センサに付着し、その結果、測定センサを定期的にクリーニングしなければならなくなる。上述の特許明細書WO 2007/088047，WO 2007/009522又はEP 1837643は確かに、クリーニングのための相応の構造的な手段を提供しているが、それは非常に繁雑である。

従って、測定窓は有利には流れ管の内壁と同一平面上に配置されている。つまり、生成物が集まり、それによって何らかの衛生的な問題を生じさせる可能性があるデッドスペースが回避される。

非常に有利には、流れ経路の内部空間を形成する面は、少なくとも測定センサの測定窓の領域においては実質的に不動である。それらの面を流れ経路の内壁によって形成することができるか、又は、それらの面は内壁を含むことができる。しかしながら、流れ経路の内壁自体の他に、それらの面が、例えば上述のバッフルの表面のように内部空間へと突出している別の構成部材の表面も含むことができる。即ち、本発明の目的にとって、生成物流が強制的な運動によって測定センサに供給されることは重要ではない。可動の構成部材を省略することによって、障害に対する耐性の弱さ及びメンテナンスコストが低減される。

幾つかの実施の形態においては、生成物流方向が変化する流れ経路の領域内に測定センサを配置することができる。その場合、生成物流方向は流れ経路の構造、特に内壁の形状によって規定される。生成物流方向のそのような変化に起因して、測定センサの領域における生成物の局所的な停滞も生じさせることができ、これによってやはり測定が簡略化される。

生成物流方向の変化を例えば、流れ経路の内壁が少なくとも測定センサの測定窓の領域においては、特定の断面においては直線状ではなく、特に湾曲した形状である、及び／又は、折れ目を有していることによって達成することができる。この断面は、少なくとも局所的な生成物流方向を含んでいるか、又はその方向に平行であるように位置している。

例えば、流れ経路は湾曲部を有することができ、この場合、測定窓はこの湾曲部の領域内に配置されている。

有利な実施の形態においては、生成物流が測定センサの測定窓に沿ってこの測定窓を直接的に通過して流れるように測定センサが配置されている。この措置によって、測定に悪影響を及ぼす虞がある測定窓と生成物流との間の気泡を回避することができる。

プロセスの制御、特に穀物用ミル及び飼料用ミルにおけるプロセスの制御に関して、プロセス及びプラントを制御するために種々の測定値の傾向に関する情報があれば既に十分であることが多い。非常に簡略化された生成物提示でもって、多くの用途にとって十分な精度を達成できることが証明された。好適には、流れ経路及び測定センサは、流れ経路内を自由に通る、特に流れるか、又は滑走する生成物流の少なくとも一つの特性を測定センサにより測定できるように構成及び配置されている。自由に流れる生成物流は、自身の固有重力に基づいて流れるので、例えばスクリューコンベアのような強制的な搬送装置によって押し流す必要はない。有利には、装置は流れから離れた位置において、また測定センサから２０ｃｍ、有利には５０ｃｍの距離には生成物流を強制的に送り出すための手段、例えばスクリューコンベアを有していない。

本発明による装置を使用する際に生成物の堰き止めは必要ないので、主生成物流での測定を実施することができる。従って、流れ経路及び測定センサは、測定センサを用いて少なくとも一つの特性を主生成物流において測定できるように構成及び配置されている。即ち、バイパス生成物流への分岐は必ずしも必要ない。勿論それにもかかわらず、測定センサを用いて少なくとも一つの特性をバイパス生成物流において測定できるように流れ経路及び測定センサを構成及び配置されていることも考えられ、またそれは同様に本発明の範囲にある。

信頼性の高い測定を保証するために、測定窓の汚染は防止されるべきである。測定窓の温度調整が可能である場合には、生成物によってはクリーニング特性にとって有利と成りうる。温度調整を例えば少なくとも一つのホットワイヤ又はヒートコイルを介して測定窓の近傍において実施することができる。例えば、温度調整によって、測定窓の温度を生成物の温度より高くし、測定窓において水分が凝縮されないことを達成できる。つまり、凝縮された水分と生成物が混ざって測定窓に付着すると、後から来る生成物によってもその混合物を除去することができない、又は十分には除去できない可能性があるので、そのような凝縮された水分は汚染を生じさせ、また場合によっては測定エラーを生じさせる虞がある。

測定センサによって記録された測定データを評価するために、装置は少なくとも一つの評価装置を備えることができる。この場合、測定センサ及び評価装置を一つのケーシング内に配置することができる。もっとも、有利には装置は複数の測定センサを備えており、それらの測定センサを特に生成物流の異なる箇所に配置することができる。例えば、ある測定センサが出発生成物の生成物流の特性を測定し、別の測定センサが中間生成物の生成物流の特性を測定し、更に別の測定センサが最終生成物の生成物流の特性を測定することも可能である。選択的に、測定センサを実験室の領域内に配置することもできる。装置の全ての測定センサは必ずしも、適切な流れ経路の領域内に配置されている必要はない。つまり、本発明の範囲においてこれは少なくとも一つの測定センサに対してのみ該当すれば良い。

廉価な個々のコンポーネント、非常に簡略化された生成物提示、及び、複数の測定センサ、必要に応じて異なる測定センサの評価装置への任意選択的な端子を使用することによって、測定位置毎のコストを従来使用されているＮＩＲ測定システムに比べて大幅に低減することができる。

少なくとも一つのグラスファイバケーブルによって、評価装置は一つ又は複数の測定センサと接続されているか、又は、評価装置を一つ又は複数の測定センサと接続することができる。グラスファイバケーブルを介して、それぞれの測定箇所において生成物によって反射された光を測定センサから評価装置に伝送することができる。特に、グラスファイバケーブルはＮＩＲ領域（７８０−２５００ｎｍ）にある光エネルギを伝送するために設計されている。グラスファイバケーブルを使用することによって、評価装置を一つ又は複数の測定センサから空間的に離して配置することができる。

装置は同様に少なくとも制御ケーブルを有することができ、この制御ケーブルを用いることにより一つ又は複数の測定センサに評価装置は接続されているか、又は、評価装置を接続することができる。

評価装置は更に少なくとも一つのスペクトロメータを含むことができ、このスペクトロメータは例えばグラスファイバケーブルを介して伝送される光を分析し、輝度を測定する。スペクトロメータは例えばそれ自体公知のダイオードアレイスペクトロメータで良い。この場合には、種々の測定センサに種々のスペクトロメータが対応付けられていることも考えられる。

更には、評価装置は別のコンポーネント、例えば別の光学素子、オペレーティングシステム及びオペレーティングソフトウェアを備えている組込型コンピュータ、必要とされる電子装置、及び／又は、数の測定センサが設けられている場合には、それ自体公知の光学マルチプレクサも含むことができる。

このようなスペクトロメータとマルチプレクサの組み合わせにより、通常の場合は、種々の測定箇所における連続的な測定のみが実現される。即ち、複数の測定センサが連続的に問い合せられる。個々のセンサの並列的な問い合せを実現する装置は、産業界において通常要求されるコストの範囲内では今日のところ既知ではない。しかしながら、例えばそれ自体公知の「Pushbroom Imager」が多重スペクトロメータとして使用される場合には、そのような装置を実現することができる。その種の「Pushbroom Imager」は二次元の検出器アレイを用いて画像領域をサンプリングし、その際に、一つの直線の各点のスペクトル情報が同時に記録される。「Pushbroom Imager」についての更なる詳細に関しては「Prozessanalytik, Strategien und Fallbeispiele aus der industriellen Praxis」Rudolf W. Kessler (2006)の第9.4.1章及び第9.6.2.3章に記載されている。

スペクトロメータによって記録されたスペクトルからは、評価装置において相応の成分（量的及び／又は質的）、品質パラメータ及び／又は別の生成物特性を求めることができ、また測定値として出力することができる。相応の成分、品質パラメータ及び／又は生成物特性の較正を市販のソフトウェアにより実施することができ、その種のソフトウェアはケモメトリックスツールを提供し、また多変数データセットを用いて動作することができる。この較正処理の結果は、評価装置にロードされるモデルである。ＮＩＲシステムのオペレーティングソフトウェアにより、その種の種々のモデルの個々の測定箇所への対応付けが実現される。

評価装置及び／又はこの評価装置のオペレーティングソフトウェアは適切でないスペクトルをフィルタリングするよう構成することができ、従って、そのような適切でないスペクトルが測定値を求めるために使用されることはない。その種の適切でないスペクトルは例えば、測定窓が十分な量の生成物によって常に覆われていない場合、又は、評価に関して過度に弱い拡散反射光が測定センサに入射する程度にかさ密度が低い場合に生じる可能性がある。それらの状態のスペクトルは謝った結果を供給する虞があるので、有利には評価されるべきではない。それらの状態を例えばスペクトルにおける比較的高いベースラインによって識別することができる。生成物に依存する限界領域及び限界値を適切に選択することによって、適切でないスペクトルを自動的に識別することができる。択一的に、今日において一般的なケモメトリックソフトウェアツールを用いて算出することができる別の算術的な特性値に基づいてスペクトルを評価及びフィルタリングすることもできる。

モデルを作成するために通常の場合は、スペクトル及び所属の基準値（例えば成分又は品質パラメータ）を含んでいる基準データバンクが使用される。基準データバンクは有利には、測定されるべき領域全体をカバーする。プロセスにおける測定に関して、ここでは特に種々の生成物パラメータを考慮することができ、また従来技術とは異なり種々の生成物密度も考慮することができる。これによって、動作時の生成物パラメータ及び生成物密度の変化を適切に補償し、解釈エラーを回避することができる。

更に装置は制御ユニット及び／又は管理システムを含むことができる。それらの制御ユニット及び／又は管理システムに測定値を伝送することができる。制御ユニット又は管理システムはこの場合、上位のプロセス及び／又は上位のプラントの制御を担うことができる。上位のプロセスは例えば、生成物流が処理されるグラインディング法であり、上位のプラントはこのために使用されるグラインディングプラントである。

本発明はまた、生成物流の少なくとも一つの特性を測定するための方法にも関する。特に本方法は、ＮＩＲ測定のための方法、とりわけインラインＮＩＲ測定のための方法である。本方法を本発明による装置を用いて実施することができる。本方法においては、流れ経路内、特に流れ管内を案内される生成物流の少なくとも一つの特性が測定センサを用いて測定される。本発明によれば、少なくとも測定センサの領域においては、流れ経路は生成物流方向において水平線に対して７５°よりも小さい角度、有利には最大で７０°、更に有利には最大で６５°、特に有利には最大で６０°の角度でもって下方に傾斜している。本方法を実施することにより、本発明による装置と関連させて既に説明した利点が得られる。

有利には、少なくとも一つの測定センサを用いてＮＩＲ領域にあるスペクトルが記録される。

同様に有利には、生成物流は測定センサの測定窓に直接的に通過するようにこの測定窓に沿って流れる。これによって、測定に悪影響を及ぼす虞がある測定窓と生成物流との間の気泡を回避することができる。

更に有利には、自由に流れる生成物流において測定が実施される。即ち、生成物の煩雑な堰き止めは必要ない。

有利には、測定が主生成物流において実施される。しかしながら、測定がバイパス生成物流において実施されることも考えられ、それもまた本発明に含まれる。

幾つかの実施の形態においては、測定センサによって記録された測定データ、特にＮＩＲ領域にあるスペクトルが、とりわけ測定センサからは空間的に離れて配置されている評価装置に伝送される。有利には、測定局又は測定ケースのような、可能な限り一定の空間温度を有している保護された場所に評価装置が設けられている。これによって、評価装置のスペクトロメータによってスペクトルを記録する際に温度に依存して場合によっては生じるドリフトを回避することができる。択一的に、評価装置のケーシングに温度制御部を設けることができる。その他に、プロセス領域の外側に評価装置を配置することによって、他の電子的なコンポーネント（例えば組込型コンピュータ）が不利なプロセス条件（例えば、大きく異なる温度又は振動）にさらされることはない。

更には、測定センサによって記録された測定データ、特にモデルを用いて算出された測定値及び／又は、ＮＩＲ領域にあるスペクトルを管理システム及び／又は制御ユニットに伝送し、そこにおいて処理することができる。

本方法を実施する際に、少なくとも二つの測定センサを連続的に問い合せることができる。

本方法においては、生成物流が穀物粒及び／又はそれらの構成要素を含むことができるか、又はそれらから構成されている。

本方法によって、例えば生成物流の成分及び／又は品質パラメータ、例えば澱粉損傷を測定することができる。

生成物流は、製造方法、例えばグラインド方法のような粉砕方法の出発生成物、中間生成物及び／又は最終生成物を含むことができる。

有利には、測定はインラインで実施される。

ミルにおいては、種々の配合物が種々の種類の穀物を処理するため、又は種々のタイプの穀粉又は穀分の混合物を製造するために同一の装置に供給される。つまり、例えば、一つの測定センサを一つの測定箇所に配置し、その測定箇所において、測定センサがある配合物ではパン用粉を測定し、別の配合物ではパンケーキ用粉を測定することができる。従って、考えられる実施の形態においては、測定センサに種々の較正モデルが対応付けられているか、又は対応付けられるか、又は対応付けることができる。特に、配合物選択との関係においてこの対応付けを自動的に実施することができる、及び／又は、装置はこの対応付けをグループ形成によって自身で実施することができる。これによって、異なる二つの穀粉では異なるモデルを使用することができるか、又は一種類の穀粉において付加的なパラメータを測定することができる。それぞれのモデルを配合物に対応付け、その後はシステムがそれぞれのモデルを自動的に使用することができる。更には、どの生成物が測定センサの前を通過したかを測定システムが自動的に識別し、続いて、相応のモデルを自動的に選択することも考えられる。

最後に、本発明の別の態様は本発明による装置の使用に関する。本発明による装置及び本発明による方法は、例えば、プロセスの監視（測定、モニタリング）並びにプラント及び／又はプロセスの開ループ制御及び／又は閉ループ制御を目的とした生成物加工及び生成物処理の間に、揺動可能な生成物の成分及び品質パラメータ又は一般的に生成物の特性を測定することができる。

特に、本発明は、以下のものにおける本発明による装置の使用に関する：
・穀物製粉業のための特に小型のプラント；
・工場パン製造業のための穀粉処理用のプラント；
・特殊製粉業のためのプラント、特に、大豆、ソバ、大麦、エンバク、スペルト小麦、キビ／モロコシ、擬穀類及び／又は豆類を脱穀及び／又は砕粉するためのプラント；
・有用動物及び家畜の飼料を製造するためのプラント；
・魚類及び甲殻類用の飼料を製造するための特殊プラント；
・作用物質混合物を製造するための予混合及び濃縮プラント；
・油糧種子から油を抽出するためのプラント；
・抽出ミール及び白色フレークを処理するためのプラント；
・バイオマスの処理及びエネルギペレットの製造のためのプラント；
・エタノールを製造するためのプラント；
・特に小型の米プロセスプラント；
・食料品、種物及び合成物質のための分類プラント；
・穀物及び大豆を処理するためのプラント；
・穀物、油糧種子及び派生物が配送されるまでの保管に関して船舶、トラック及び鉄道から荷卸するため、及び／又は、それらに積荷するためのプラント；
・垂直式の鋼製サイロ及びコンクリート製サイロ並びに平置き保管庫のためのサイロ装置；
・機械式及び空気式の船舶荷卸装置及び船舶積荷装置；
・工業的な製麦プラント及び醸造用麦芽プラント；
・カカオ豆、クルミ及びコーヒー豆を処理するためのマシン及びプラント；
・チョコレート、充填材及び被覆材を製造するためのマシン及びプラント；
・チョコレート製の商品を成形するためのマシン及びプラント；
・麺類、特にロングパスタ、ショートパスタ、ニド（巣状パスタ）、ラザニア、クスクス及び特殊パスタを製造するためのプラント；
・朝食用シリアル、食品原料、飼料原料、ペットフード、アクアフィード及び製薬製品を押出加工するためのシステム及びプラント；
・ペンキ、ラッカ及び分散液を製造するためのプラント；
・美容産業、電子機器産業及び化学産業のためのインキ、コーティング及び粒子分散液を製造するためのマシン及びプロセス装置；
・ポリマー（ＰＥＴ）を熱処理するためのプラント；
・ペットボトルを製造するためのプラント；
・ＰＥＴ及び他のプラスチックを処理するためのＳＳＰプラント及びコンディショニングプラント；
・ボトル・ツー・ボトルリサイクリング用のプラント；
・既成のナノ粒子分散液を製造するためのプラント；
・麩、特にふすまからアリューロンを分離及び特徴付けるためのプラント；
・米の栄養強化のためのプラント

特にインラインＮＩＲ測定のための本発明による装置及び本発明による方法でもって、多様な測定タスクを満たすことができる。穀粉製粉業においては、特に以下の測定量を得ることが試みられる：
・全粒測定に関して：
・水分；
・タンパク質含有量；
・灰含有量（無機栄養素）；
・穀粉又粉砕中間生成物の測定に関して：
・水分；
・タンパク質含有量；
・灰含有量（無機栄養素）；
・澱粉損傷；
・副生成物の測定に関して：
・水分；
・残留澱粉含有量

これらの測定量を本発明による装置及び本発明による方法を用いて検出することができる。測定された生成物特性は、プラントオペレータに対して、プロセス経過に関する有益な情報を提供することができ、また後続のステップにおいて多様なやり方でプラント制御又はプロセス制御のために使用することができる。つまり、例えばユーティライゼーション又は配合物のために制御回路を調整することができる。同様に、混合物の組成を分析し、必要に応じて修正することができる。

インラインＮＩＲ測定にとって有利な装置はモジュール式に構成されており、また基本的に少なくとも一つの測定センサ並びに少なくとも一つの評価装置を含んでいる。測定センサ毎のコストを可能な限り低くするために、複数の測定センサが一つの評価装置に接続されるべきである。有利な実施の形態においては、しばしば不都合であるプロセス周囲条件からの比較的大きい独立性を達成するために、評価装置が測定センサとは空間的に離れて配置されている。

複数のセンサ（照明ユニット、光学的及び電子装置を備えているin situセンサ）を、以下の目的のためにプラント内に配置することができる：
・出発生成物／生の生成物を測定するため；
・中間生成物を測定するため；
・最終生成物を測定するため；
・実験室の領域において所定の条件下で個々のサンプルを測定するため

所定の条件は例えば所定の温度及び／又は所定の湿度を含み、それらを特に一定に維持することができる。

有利な実施の形態においては、測定センサを様々な環境、機械又はプラントに組み込むことができ、また最も廉価な単一部品として構成することができる。更に好適には、測定センサが連続的な測定動作を実現する。

以下では、複数の実施例と図面に基づき本発明を詳細に説明する。

主流、バイパス流の停滞区間及び実験室の領域においてインラインＮＩＲ測定を実施するための本発明による装置の概略図を示す。 斜面の領域内に配置されている測定センサを備えている、図１に示した装置の断面図を示す。 湾曲している空気式の管において測定を実施するための本発明による別の装置を示す。

図面によれば、装置は実質的に、少なくとも一つの測定センサ１、有利な実施の形態においては複数の測定センサ１と、評価装置２とから構成されている。測定センサ１の構造及び機能は、測定すべき生成物３及び周囲条件に適合されるべきである。つまり、例えば穀粉のような粉末状の生成物３に関しては、測定を拡散反射で実施することが有効であると分かった。下降区間４内の下降管１６として構成されている流れ経路において本発明による方法を用いるか、又は慣例のように停滞区間５において、生成物３を接触式に測定することができる。更には、拡散反射では非接触式の測定も実施することができる。即ち、測定窓と測定すべき生成物３との間に距離を取って測定を実施することができる。この装置は別の目的にとっても有利となりうる。例えば、実験室の領域６内又はベルトコンベアの上方などで測定を実施する場合にもこの装置は有利となりうる。図１には示していない別の測定方法、例えば、前述したような生成物との直接的な接触が無いベルトコンベアの上方での測定、もしくは、トランスミッション又はトランスフレクション方式での吸収率の低い媒体の測定も、専用に設計された測定センサを用いることにより、任意の組み合わせで本発明の装置に組み込み、評価装置２に関連付けることができる、もしくは、そのような別の測定方法が任意の組み合わせで本発明の装置に組み込まれ、評価装置２に関連付けられる。更には、生成物３が測定中に絶えず動いている場合にはいずれの測定方法も有利である。何故ならば、それによって比較的大きい生成物体積を検出することができるからである。

有利な実施の形態においては、複数の測定センサ１がそれぞれ少なくとも一つの光源７を備えており、この光源７は関心のあるスペクトル領域で、それぞれのスペクトル領域において吸収率の低い測定窓８を介して測定すべき生成物３を照射する。近赤外線（ＮＩＲ）領域での測定のために、そのプロセス環境での測定窓材料としてサファイアガラスが有効であることが分かった。プロセスの安全性の理由から、光源７を冗長的に実施することもできる。

制御及びエネルギ供給のために、測定センサ１は制御ケーブル９を用いて評価装置２と接続されている。この制御ケーブルを図１に示されているようにスター構造によって実施することができるが、ツリー構造も実現することができる。測定センサ１は更にグラスファイバケーブル１０を介して評価装置２と接続されている。このグラスファイバケーブル１０は、生成物３によって拡散反射された光を測定センサ１から評価装置２へと伝送する。複数の測定センサ１を用いる動作のために、評価装置２には光学マルチプレクサ１１が統合されている。この光学マルチプレクサ１１は、グラスファイバ１０を用いて伝送される光の逐次的な通過を実現する。チャネルの数はマルチプレクサ１１の構造様式に依存しており、また、任意の数に選定することができる。マルチプレクサ１１を用いて、信号は測定センサ１からスペクトロメータ１２へと伝送され、このスペクトロメータ１２は波長に応じた光輝度を記録する。穀物用ミル及び飼料用ミルにおいて使用するために、ダイオードセルが適切なスペクトロメータとして有効であることが分かった。記録されたスペクトルは組込型コンピュータ１３において評価される。更に、評価装置２においては、動作に必要とされる電子装置１４が組み込まれている。評価装置２の操作並びに測定値の視覚化を、組込型コンピュータ１３において直接的に行なうことができるか、又は、相応の操作素子又は視覚化素子１５を備えている管理システム２２を介して行なうことができる。測定値が管理システム２２又はＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）のような制御ユニット２４に供給されると、それらの測定値を比較的簡単に、プロセス又はプラントにおける開ループ制御及び閉ループ制御のために使用することができる。

図２には、下降管１６として構成されている流れ経路内の揺動可能な生成物３を測定するための本来の測定装置が示されている。下降管１６は穀物用ミル及び飼料用ミルにおいては通常の場合、１２０ｍｍ又は１５０ｍｍの直径ｄを有している。測定すべき生成物３は下降管１６内を自由に流れ、即ち重力だけで下降管１６内を流れ、測定センサ１の測定窓８を直接的に通過する。下降管１６はこのために、水平線に対する所定の角度でもって、下方に向かう生成物流方向Ｒに傾斜している。角度αは生成物３及び取り付け状況に応じて異なっていて良い。穀粉の測定に関しては５０°から７５°の角度αが有効であることが分かった。測定窓８を備えている測定センサ１は、生成物３の流れを測定センサ１によって測定できるように構成及び配置されている。測定センサ１において生成物と接触する部分は１９ｍｍの直径を有している。測定窓８は１３ｍｍの直径を有している。

測定窓８の直近の生成物層１８は、十分な測定品質のために、ある程度の最小バラスト密度を有していなければならないが、しかしながらこの最小バラスト密度は生成物３が赤外線ビームをどの程度の強さで拡散反射させるかに依存している。測定窓８の直近のバラスト密度を高めるために、測定窓８が生成物３の流れ方向に対して角度βで取り付けられているように下降管１６は成形されている。これによって測定窓８は、よどみ点圧力を生じさせるための停滞手段を成す斜面１７の一部を形成する。この際に、生成物の集合体、従って衛生的な問題を生じさせる可能性のある空洞が生じないように注意しなければならない。斜面１７は上流方向において、測定窓８から最大で５ｃｍの距離ｂにわたり延在している。この距離を短く選定すればするほど、後から流れてくる生成物による測定窓８のセルフクリーニング効果がいっそう顕著になる。斜面１７は下降管１６に対して相対的に固定されており、またそれと同時に下降管１６の内壁２０の断面狭窄部を形成する。

角度βは生成物の特性並びに下降管１６の構造に依存している。穀粉の測定に関しては、１０°の角度βにより良好な結果が得られることが分かった。生成物３の流れは測定窓８の直前で偏向され、これによりやはり測定窓８に対するより強い押し付けが生じる。この状況は、後から来る生成物３による測定窓のクリーニング効果も改善されるという点において有利に作用する。

図３は別の実施の形態を示す。この実施の形態においては、流れ経路が空気式の管２３として構成されている。測定センサ１及び測定窓８は、生成物流入搬送方向Ｒが空気式の管２３の内壁２０の形状に基づいて生成物流出搬送方向Ｒ’へと変化する空気式の管２３の領域、即ち、管の湾曲部の領域に配置されている。従って内壁２０は測定窓８の領域において直線状ではなく、生成物流入方向Ｒ及び生成物流出方向Ｒ’を含む、図面に示されている平面において、折り目を有している。これによって生成物は遠心力に起因して測定窓８に押し付けられる。このことは測定窓８のセルフクリーニング効果も高める。

空気式の管２３は平坦な測定窓８の領域において平坦化されており、更にはそれによって、付加的なよどみ点圧力を生じさせるバッフルを形成する。

Claims (36)

1. 生成物流（３）の少なくとも一つの特性を測定するため、特にＮＩＲ測定するため、とりわけインラインＮＩＲ測定するための装置であって、
   前記生成物流（３）が案内される少なくとも一つの流れ経路、特に流れ管（１６）と、少なくとも一つの測定センサ（１）とを備えており、
   前記測定センサ（１）は、前記流れ経路内を案内される前記生成物流（３）の少なくとも一つの特性が該測定センサにより測定されるように構成及び配置されている、生成物流（３）の少なくとも一つの特性を測定するための装置において、
   前記流れ経路は、少なくとも前記測定センサ（１）の領域においては、生成物流方向（Ｒ；Ｒ’）において水平線に対して７５°を下回る角度（α）、有利には最大で７０°、更に有利には最大で６５°、特に有利には最大で６０°の角度で下方に向かって傾斜していることを特徴とする、生成物流（３）の少なくとも一つの特性を測定するための装置。
2. 前記生成物流方向は、少なくとも前記測定センサ（１）の領域においては、少なくとも５０°の角度（α）で前記水平線に対して下方に向かって傾斜している、請求項１に記載の装置。
3. 前記流れ経路内によどみ点圧力を生じさせるための特に静的な停滞手段が設けられており、該停滞手段は前記測定センサ（１）の測定窓（８）の領域内に配置されている、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記停滞手段は、前記測定窓（８）から最大で２０ｃｍ、有利には最大で１０ｃｍ、特に有利には最大で５ｃｍの距離（ｂ）にわたり配置されている、請求項３に記載の装置。
5. 前記停滞手段は前記流れ経路の内壁（２０）の断面狭窄部として形成されている、請求項３又は４に記載の装置。
6. 前記停滞手段は前記流れ経路内に配置されている少なくとも一つのバッフル、特に斜面（１７）として形成されている、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記停滞手段、特にバッフル、とりわけ斜面（１７）は少なくとも部分的に前記測定窓（８）によって形成されている、請求項３乃至６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記流れ経路の内部空間を形成する面、特に前記流れ経路の内壁（２０）は、少なくとも前記測定センサ（１）の測定窓（８）の領域においては実質的に不動である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
9. 生成物流（３）の少なくとも一つの特性を測定するため、特にＮＩＲ測定するため、とりわけインラインＮＩＲ測定するための装置、特に請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置であって、
   前記生成物流（３）が案内される少なくとも一つの流れ経路、特に流れ管（１６）と、少なくとも一つの測定センサ（１）とを備えており、
   前記測定センサ（１）は、前記流れ経路内を案内される前記生成物流（３）の少なくとも一つの特性が該測定センサにより測定されるように構成及び配置されている、生成物流（３）の少なくとも一つの特性を測定するための装置において、
   前記測定センサ（１）、特に前記測定センサ（１）の測定窓（８）は前記流れ経路の領域内に配置されており、該領域内では前記流れ経路によって規定される前記生成物流方向（Ｒ；Ｒ’）が特に前記内壁（２０）の形状に起因して変化することを特徴とする、生成物流（３）の少なくとも一つの特性を測定するための装置。
10. 前記流れ経路の内壁（２０）の断面は、少なくとも前記測定センサ（１）の測定窓（８）の領域においては直線状ではなく、特に湾曲した形状である、及び／又は、折れ目を有しており、
    前記断面は局所的な前記生成物流方向（Ｒ；Ｒ’）を含む、又は、該生成物流方向（Ｒ；Ｒ’）に平行である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記生成物流（３）が直接的に前記測定センサ（１）の測定窓（８）に沿って流れるように前記測定センサ（１）は配置されている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記流れ経路及び前記測定センサ（１）は、前記流れ経路内を自由に通る生成物流（３）、特に流れるか、又は滑走する生成物流（３）の少なくとも一つの特性が前記測定センサ（１）により測定されるように構成及び配置されている、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記装置は下流側において、前記測定センサ（１）から２０ｃｍ、有利には５０ｃｍの距離には前記生成物流（３）を強制的に搬送するための手段、例えばスクリューコンベアを有していない、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記流れ経路及び前記測定センサ（１）は、主生成物流において少なくとも一つの特性が前記測定センサ（１）により測定されるように構成及び配置されている、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記流れ経路及び前記測定センサ（１）は、バイパス生成物流において少なくとも一つの特性が前記測定センサ（１）により測定されるように構成及び配置されている、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記測定センサ（１）の測定窓（８）は、特にホットワイヤ及び／又はヒートコイルを用いて温度調整可能である、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 少なくとも一つの制御ケーブル（９）及び／又は少なくとも一つのグラスファイバケーブル（１０）によって前記測定センサ（１）と接続されているか又は接続可能である少なくとも一つの評価装置（２）が設けられている、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 前記評価装置（２）にはスペクトロメータ（１３）が組み込まれている、請求項１７に記載の装置。
19. 前記測定センサ（１）と前記評価装置（２）は空間的に離れている、請求項１７又は１８に記載の装置。
20. 前記評価装置（２）は制御ユニット（２４）及び／又は管理システム（２２）と接続されているか、又は接続可能である、請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載の装置。
21. 前記評価装置（２）は適切でないスペクトルをフィルタリングするよう形成されている、請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載の装置。
22. 少なくとも一つの別の測定センサ（１）が設けられており、該別の測定センサ（１）は、特に所定の条件下で、実験室の領域（６）に配置されている、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の装置。
23. 特に請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の装置を用いて、流れ経路、特に流れ管（１６）内を案内される生成物流（３）の少なくとも一つの特性を測定センサ（１）により測定するため、特にＮＩＲ測定するため、とりわけインラインＮＩＲ測定するための方法において
    前記流れ経路は、少なくとも前記測定センサ（１）の領域においては、生成物流方向（Ｒ；Ｒ’）において水平線に対して７５°を下回る角度（α）、有利には最大で７０°、更に有利には最大で６５°、特に有利には最大で６０°の角度で下方に向かって傾斜していることを特徴とする、方法。
24. 少なくとも一つの測定センサ（１）を用いてＮＩＲ領域にあるスペクトルを記録する、請求項２３に記載の方法。
25. 前記生成物流（３）を直接的に前記測定センサ（１）の測定窓（８）に沿って流す、請求項２３又は２４に記載の方法。
26. 自由に流れる生成物流（３）において測定を実施する、請求項２３乃至２５のいずれか一項に記載の方法。
27. 主生成物流（３）において測定を実施する、請求項２３乃至２６のいずれか一項に記載の方法。
28. 特に前記測定センサ（１）によって記録された測定データ、特にＮＩＲ領域にあるスペクトルを、とりわけ前記測定センサ（１）から空間的に離れて配置されている評価装置（２）に伝送する、請求項２３乃至２７のいずれか一項に記載の方法。
29. 前記測定センサ（１）によって記録された測定データ、特にモデルを用いて算出された測定値及び／又は、前記ＮＩＲ領域にあるスペクトルを管理システム（２２）及び／又は制御ユニット（２４）に伝送し、該管理システム（２２）及び／又は該制御ユニット（２４）において処理する、請求項２３乃至２８のいずれか一項に記載の方法。
30. 少なくとも二つの測定センサ（１）を使用し、該少なくとも二つの測定センサ（１）を連続して問い合せる、請求項２３乃至２９のいずれか一項に記載の方法。
31. 前記生成物流（３）は穀物粒及び／又は穀物粒の構成要素を含む、又は、穀物粒及び／又は穀物粒の構成要素から成る、請求項２３乃至３０のいずれか一項に記載の方法。
32. 前記生成物流（３）の成分及び／又は品質パラメータを測定する、請求項２３乃至３１のいずれか一項に記載の方法。
33. 前記生成物流（３）は製造方法、特に粉砕方法、とりわけグラインド方法の出発生成物、中間生成物及び／又は最終生成物を含む、請求項２３乃至３２のいずれか一項に記載の方法。
34. 測定をインラインで実施する、請求項２３乃至３３のいずれか一項に記載の方法。
35. 前記測定センサ（１）に種々の較正モデルを対応付けるか、又は対応付け可能であるか、もしくは前記測定センサ（１）に種々の較正モデルが対応付けられ、特に該対応付けを配合物との関係において自動的に実施する、及び／又は、前記装置が前記対応付けをグループ形成によって自身で実施する、請求項２３乃至３４のいずれか一項に記載の方法。
36. 特に穀物用ミル又は飼料用ミルにおける、請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の装置の使用。

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