JP2015528579A

JP2015528579A - 湿度検出システム

Info

Publication number: JP2015528579A
Application number: JP2015531987A
Authority: JP
Inventors: ニコルソン，スチュワート
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2015-09-28
Also published as: BR112015005647A2; AU2013315758A1; US9459199B2; AU2013315758B2; MX2015003193A; KR20150054894A; EP2900380A4; CA2884625A1; WO2014043026A1; EP2900380A1; US20140076027A1; CN104968438A; MX356944B

Abstract

【構成】燃焼煙道ガスなどのプロセスガス流れ内に設けられる円筒形バレル内部に湿度検出器/フィルター装置を装入する。サンプル煙道ガスの一部をバレルおよびフィルター装置に流し、フィルター内部に設けられた検出器を通過するように構成し、湿度の正確な測定値を採取する。フィルターの外面に堆積貯留した望ましくない煙道ガス粒状物を、フィルターに導入されたパルス化パージ用ガスによって放出し、フィルターに流れる流れを反転する。一つの実施態様では、熱交換室を設け、ここでパージ用ガスを予め加熱する。別な実施態様では、パルス化パージ用ガスをフィルターの内容積に連続する往復動ピストンによって送り、プロセスガスを使用してフィルターに流れる流れを反転させる。【選択図】図１

Description

関連出願に関する相互参照

本願は、“湿度検出システム”(Humidity Sensing System)を発明の名称とし、２０１２年９月１４日を出願日とする仮特許出願第６１/７００，９６１号に関し、これの優先権を主張する出願である。

本発明は、凝集性や粘着性(cohesive or adhesive)の粒状物がガス流れに存在する工業用ダクトおよび工業用容器におけるガス湿度を連続測定することに関する。本明細書で使用する“湿度”なる用語には、ガス湿分(gas moisture)が断熱飽和温度、露点温度や湿球温度(adiabatic saturation temperature, dew point temperature and wet-bulb temperature)などの必要な計算入力値である各種の他のパラメーターを指し示す意味もある。

多くの工業プロセスの場合、ガス湿度を連続的に、正確にかつ信頼性高く測定することによって改善が見られる傾向がある。煙道ガス(flue gas)脱硫（ＦＧＤ）などのプロセスでは、凝集性あるいは粘着性を示す固体粒子が断熱飽和温度に近い温度においてガス流れに存在するが、これらの場合、従来技術のシステムを使用してガス湿度を連続測定することには問題がある。よく見られる問題には、湿度検出器への固形物の凝結、凝集、粘着および堆積貯留(accumulation of solids)があり、これらが生じると、信号の連続性、精度および信頼性が損なわれることになる。これらの問題は、断熱飽和温度よりもかなり高い温度で液体の形で存在する塩化カルシウムなどの水溶性化合物の存在によって複雑になる恐れがある。

ＦＧＤプロセスは、連続的で、精度が高く、そして信頼性の高いガス湿度の測定が有利に働く実例である。ＦＧＤシステムの目的は、石炭、バイオマスや都市廃棄物などの有機物の燃焼時に発生する二酸化硫黄、塩酸、水銀を始めとする汚染物質を除去することである。具体的には、ガス湿度および（露点温度、湿球温度や断熱飽和温度などの）関連パラメーターの場合、“乾式”、“半乾式”または“噴霧乾燥器”型のＦＧＤシステム内部の特定の位置における汚染物質除去速度、試薬費消量および腐食速度に影響することが良く知られている。これらの位置においては、特に粒状物除去装置の上流側にある吸着容器の出口で、従来の連続湿度検出システムは、粒状物および、水の断熱飽和温度以上で存在する恐れのある（塩化カルシウムの飽和水溶液などの）液体の凝集によって故障を起こすことが一般的である。

即ち、断熱飽和温度に近い温度において粒状物を巻き込んだガス流れにおける稼働運転が、完全自動、正確精密な上に信頼性が高く、費用効果が高い湿度検出システムが依然として必要とされているのが現状である。

上記の必要性を満足するため、本発明は、検出器素子周囲のプロセスガス流れから固体粒状物を自動的かつ連続的に分離し、これによって断熱飽和温度に近い温度で十分な精度、精密度、信頼性および費用対効果を有する湿度データを出力できる湿度検出システムを実現したものである。この目的は、ガス流れから粒状物を連続的かつ自動的に分離するフィルター装置内に湿度検出器を設けることによって達成できる。湿度検出器およびフィルター装置は、プロセスガス流れ中に設けられる円筒形バレル内に装入する。採取したプロセスガスの一部がバレルおよびフィルター装置を通り、検出器を通過するため、測定値を得ることができる。一つの実施態様では、フィルター媒体の外面に堆積貯留する粒状物を除去するために、パージ用ガスを状態調整して(is conditioned)から、フィルター装置内容積(internal filter volume)に間欠的に導入し、フィルター装置内の流れを反転させて、堆積した貯留粒状物(accumulated matter)を放出する。

具体的には、本発明の一つの実施態様では、発電プラントの燃焼プロセス煙道ガスの流れの湿度を検出する検出装置を細長い円筒形バレルから構成し、このバレルの遠位端部に煙道ガスの後流（ｓｌｉｐｓｔｒｅａｍ）を連続的に受け取るガス入口ポートを設ける。このバレルについては、煙道ガス流れに対して直交関係で煙道ガス流れ内に直接設けるため、受け取られたガスが湿度検出器を収めた保護フィルター装置に流れる。受け取られたガスは次に、バレルの側壁内に横方向に設けられた出口ポートから出ていく。バレル内に一連のパージ用ガス状態調節室もあるため、これら状態調節室からパージ用ガスがパージ用ガス源から上流端部に流入し、かつ下流端部から流出する。これら状態調節室を設けているため、パージ用ガスの温度および湿度が後流煙道ガス温度に対して平衡状態に近づく。最終状態調節室の下流端部がフィルター装置の内容積に対して流体連絡しているため、パージ用ガスがフィルター装置に流入し、煙道ガスの流れを反転させその外面から後流煙道ガスから分離し、残留している堆積粒状物がある場合にはこれを除去する。バッフル（邪魔板）を状態調整室内部に使用すると、パージ用ガス温度と煙道ガス温度との平衡を促進することが可能になる。例えば、螺旋体(a spiral helix)を使用すると、伝熱作用を強くでき、かつ状態調整室を流れるパージ用ガス流れの接触表面積を拡大することができる。

バレル内部に畜圧器を設けて、所定容量の加圧パージ用ガスを一時的に保持することが好ましい。この畜圧器は状態調整室(conditioning chamber)と流体連絡するため、パルス式パージサイクル時パージ用ガスを間欠的に状態調整室に吐き出し、これによって状態調整されたパージ用ガスをフィルター装置に強制的に流すことができる。パルスサイクルについては、畜圧器と状態調整室との間のガス流れを調節する弁手段によって制御する。この弁手段の開閉動作については、制御器によって行い、この制御器は例えば１時間に一度の回数で０．３秒間パージパルスを発生することができるが、これは用途に応じて任意に設定することができる。これらのタイミング変数の最適化は、本発明の機能の適正化(the proper functioning)にとって重要である。

本発明の別な実施態様では、容積式ピストン（ｐｏｓｉｔｉｖｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｐｉｓｔｏｎ）のバレル内部における往復動作によって煙道ガス流れの方向を反転し、これによってフィルター媒体表面から貯留粒状物を間欠的に放出する。このピストンについては、圧縮空気および戻りバネによって駆動するのが好ましい。

本発明の少なくとも一つの実施態様を説明する前に、本発明はその適用に関して以下の記載において説明し、あるいは添付図面に図示した構成の細部および各部品の構成には制限されないものであることを指摘しておく。本発明の場合、他の実施態様も可能であり、各種の方法で実施実行することが可能である。また、本明細書において使用する用語・術語などは説明を目的とするもので、制限を意図するものではない。

また、当業者ならば、本発明の基礎を構成する技術思想は、本発明のいくつかの目的を実現する他の構造、方法およびシステムを設計するための基礎として容易に利用できることを理解できるはずである。即ち、重要なことは、本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、特許請求の範囲の記載はこのような等価な構成を包含するものとみなすことが可能であることである。

プロセスガスダクトに適用した本発明を示す平面図である。平面横断面図である。別な実施態様を示す平面横断面図である。

図１に示すように、本発明システムはバレル形シリンダー内に組み込み、プロセスガス流れ内に設ける。なお、その長手軸はガス流れの方向に対して直交する。プロセスガスが、（シリンダーの外端部においてガス流れの方に面する）入口(inlet)ポートからシステムに流入し、（ガス流れとは反対側にある）シリンダー側部の出口(outlet)ポートから流れ出る。これら入口ポートおよび出口ポートは、具体的には、補助的な導入を行う必要なく、プロセスガス流れをシステムに導入するように構成する。全体的には図１に示すように構成するものであるが、以下に本発明の２つの実施態様を詳しく説明する。

本発明の第１実施態様を図２の横断面図に示す。図２について説明すると、フィルター装置６を濾過ダクト５内に装入する。フィルター装置６はフィルターケージおよびフィルターバッグからなり、その外面については、ＰＴＥＦ膜で被覆して、プロセスガス内に含まれる固体粒子の粘着を抑制することが好ましい。濾過ダクト５については、プロセスガス流れ内に装入し、入口ポートにおいてフィルター装置６を取り囲む高圧室７と出口ポートにおいてフィルター装置６を取り囲む低圧室８との間に存在する圧力差によってプロセスガスの連続流れが誘導され、これが湿度検出器要素９に流れ、通過するように構成する。高圧室７および低圧室８については、フィルター装置６の外部を取り囲むバリヤ１５によって分離する。

図２について説明を続けると、サンプルを採取し、これを濾過する装置は図示のように、本発明装置の本体になる円筒形バレル１内に保持される本発明の他の要素に接合される。この実施態様では、計器品質対応空気（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｑｕａｌｉｔｙａｉｒ）などの圧縮パージ用ガスを、双方向バルブ(two-way valve)１２を畜圧室２に連絡するパイプ界面１４に連続的に供給する。この構成では、畜圧室２が圧力供給界面１４において圧縮パージ用ガスで連続的に加圧され、畜圧室２がバレル１に一体化し、これによってプロセスガス温度およびパージ用ガス温度が畜圧室２内において平衡に達することになる。弁１２を間欠的に開くことによって、圧縮パージ用ガスが畜圧室２から状態調整室(conditioning chamber)３に流入する。この状態調整室３にバッフル、フィン、配管および／または他の同様な構造体を設けると、バレル壁とパージ用ガスとの間の熱交換をさらに促進することが可能になる。パージ用ガス圧力および状態調節室(conditioning chamber)２の容積については、ａ）管継ぎ手（ｆｉｔｔｉｎｇ）１４の上流にあるパージ用ガス供給配管内の摩擦による損失水頭(head losses)を抑え、ｂ）容積を状態調整室３の容積以下に抑え、そしてｃ）チャンバー５、８からプロセスガス流れに放出できる十分なエネルギーで堆積貯留した固形物をフィルター要素６の外面から効率良く放出することを担保できるように整合する。パージ用ガスの状態調整室３への流れについては、畜圧器室２および管継ぎ手１４からのパージ用ガスを受け取る導管１３中の弁１２によって制御する。パージ用ガスのパルスの所要時間および頻度は用途に応じるもので、一般的な値を挙げるとそれぞれ０．３秒および１時間当たり１回である。パージ用ガスの適正なタイミングを選択することは、状態調整室の温度および湿度が平衡状態に達する十分な時間をもつことを担保する観点から重要である。パルスサイクル時、高圧室７および低圧室８内のガス圧力がプロセスガス圧力を一瞬超えるため、フィルターの外面から堆積貯留している固形物がプロセスガス流れに放出される。導管１１は、湿度検出器要素９と遠隔システム制御器（図示省略）との間に必要な信号導体(necessary signal conductors)を備えている。

本発明の第２実施態様を図３の（平面）横断面図に示す。図３について説明すると、濾過ダクト５にフィルター装置６を装入する。フィルター装置６はフィルターケージおよびフィルターバッグからなり、いずれも外側をＰＴＦＥ膜で被覆し、プロセスガスに含まれる固体粒子の粘着を抑制することが好ましい。濾過ダクト５については、プロセスガス流れ内に装入し、入口ポートにおいてフィルター装置６を取り囲む高圧室７と出口ポートにおいてフィルター装置６を取り囲む低圧室８との間に存在する圧力差によってプロセスガスの連続流れが誘導され、これが湿度検出器要素９に流れ、通過するように構成する。高圧室７および低圧室８については、フィルター装置６の外部を取り囲む障壁１５によって分離する。以上の構成部材は、装置本体を形成する円筒形バレル１内の他の要素に接合される。チャンバー２はピストン１６によってチャンバー３から分離される。チャンバー３は共通チャンバーであり、フィルター装置６の内容積に対して連続する。チャンバー２を計器品質対応空気などの圧縮ガスによって断続的に(intermittently)加圧し、これによってピストン１６をチャンバー３内にピストン動作させる。ピストン１６がピストン動作すると、チャンバー３内に含まれるプロセスガスがフィルター装置６の外側に強制的に流れるため、フィルター外面から堆積貯留した固形物がプロセスガス流れ内に放出される。ピストン１６のチャンバー３内へのピストン動作後、チャンバー２内の圧力が３方向弁(three-way valve)１２によって開放されるため、バネ（また同様なエネルギー保存装置）４の抵抗力によってピストン１６がチャンバー２内のその初期位置に戻る。圧縮ガスの圧力、チャンバー２の容積および加圧/圧抜きサイクル数については、ａ）摩擦に打ち勝ってバネ４の力にも拘わらずピストン１６をピストン動作させ、ｂ）フィルター装置６の内容積にほぼ等しい容積を置換し、そしてｃ）チャンバー５、８からプロセスガス流れに放出する十分なエネルギーで、堆積貯留した固形物をフィルター要素６の外面(outside surface)から効率良く放出することを担保できるように選択する。導管１１は、湿度検出器要素９と遠隔システム制御器（図示省略）との間に必要な信号導体を備えている。

以上の説明は、本発明の原理の例示に過ぎない。さらに、当業者ならば、本発明に容易に修正・変更を加えることができるはずである。即ち、本発明は図示しかつ説明してきた構成および動作に厳格に制限されるものではなく、すべての修正・等価な実施態様はいずれも本発明の範囲内に包摂されるものである。

１：円筒形バレル
２：畜圧室（チャンバー）
３：状態調整室
４：バネ（エネルギー保存装置）
５：濾過ダクト
６：フィルター装置またはフィルター要素
７：高圧室
８：低圧室（チャンバー）
９：湿度検出器要素（装置）
１１：導管
１２：双方向弁、三方向弁
１３：導管
１４：圧力供給界面又は管継ぎ手
１５：バリヤ（障壁）
１６：ピストン

Claims

プロセスガスの流れにおける湿度を検出する湿度検出装置において、
この装置の本体を構成する細長い円筒形バレルであって、プロセスガス入口ポートおよび出口ポートを有し、この出口ポートが濾過ダクトを介して前記入口ポートと流体連絡し、前記プロセスガス流れの後流の連続流れが湿度検出器を通過する円筒形バレル、
前記湿度検出器を収容する閉じられた内容積を形成するフィルターからなる濾過装置であって、前記プロセス後流内の固体物との接触に対する保護を与える保護バリヤを前記湿度検出器に設けた濾過装置、
パージ用ガス源、
前記バレルの側壁によって一部が構成された前記バレル内のパージ用ガス状態調整室であって、上流端部において前記パージ用ガス源から発生するパージ用ガスの流れを受け取り、パージ用ガス温度および湿度を前記プロセスガス流れに対して実質的に平衡化させるように配置された状態調整室、および
前記状態調整室の下流端部から前記フィルターの内容積に前記パージ用ガスを吐き出すことによって、前記フィルターに流れる前記ガス流れの方向を反転させて、前記フィルターの外面を浄化処理する手段を有することを特徴とする湿度検出装置。
さらに、前記パージ用ガス源からの所定量の加圧パージ用ガスを一時的に保持し、かつ前記状態調整室と流体連絡するパージ用ガス畜圧器を前記バレル内に有し、弁手段を介して前記状態調整室の上流端に前記パージ用ガスを吐き出すことが可能な請求項１に記載の湿度検出装置。
前記入口ポートが前記バレルの遠位端部に設けられ、そして前記出口ポートが前記バレルを介して前記入口ポートの反対側に横方向に設けられた請求項２に記載の湿度検出装置。
さらに、前記畜圧器および前記状態調整室が、前記バレルに対して長手軸方向に整合するように連接されている請求項２に記載の湿度検出装置。
さらに、前記状態調整室内に邪魔板を有し、これによって前記パージ用ガスに対する伝熱を強化した請求項１に記載の湿度検出装置。
さらに、前記邪魔板を螺旋体として構成し、この螺旋体の周囲がその全長にそって前記バレルの壁と接触し、この螺旋体が、パージ用ガスが前記状態調整室を通って前記フィルター装置に直接短絡流入することを抑制するように構成された請求項５に記載の湿度検出装置。
前記プロセスガスが発電プラント燃焼煙道ガスである請求項６に記載の湿度検出装置。
前記バレルを前記煙道ガスの流れに対して直交配置した請求項７に記載の湿度検出装置。
１時間当たり１回のサイクルで、各パルスの所要時間が約０．３秒のパルスサイクル時に前記弁手段が動作して前記パージ用ガスを前記状態調整室に吐き出す請求項２に記載の湿度検出装置。
前記湿度検出器に電気的に接続した遠隔制御器によって前記パルスサイクルを調節する請求項７に記載の湿度検出装置。
前記フィルターの外側にＰＴＦＥ膜を被覆した請求項１に記載の湿度検出装置。
プロセスガスの流れにおける湿度を検出する湿度検出装置において、
この装置の本体を構成する細長い円筒形バレルであって、プロセスガス入口ポートおよび出口ポートを有し、この出口ポートが濾過ダクトを介して前記入口ポートと流体連絡し、前記プロセスガス流れの後流の連続流れが湿度検出器を通過する円筒形バレル、
前記湿度検出器を収容する閉じられた内容積を形成する濾過装置であって、この濾過装置の前記検出器に、前記プロセスガスサンプル部分内の固体粒状物との接触に対して保護作用を与える保護バリヤを形成した濾過装置、および
前記フィルターの内容積と流体連絡する前記バレル内のピストンであって、ピストン動作して、前記フィルター装置の前記内容積に対してパージ用ガスを２つの方向に変位させるピストンを有することを特徴とする湿度検出装置。
さらに、前記ピストンを付勢する圧縮空気源を有する請求項１２に記載の湿度検出装置。
さらに、前記ピストンに作用して、付勢サイクル間に前記圧縮空気によって付勢方向とは反対方向にこのピストンを動作させる請求項１３に記載の湿度検出装置。
請求項２の湿度検出装置を利用してプロセスガス流れにおける湿度を検出する方法において、パルスサイクル時に圧縮されたパージ用ガス源からパージ用ガスを前記畜圧器にパルス供給するステップを有することを特徴とする湿度検出方法。
前記パルスサイクルが１時間当たり１サイクルのレートである請求項１５に記載の湿度検出方法。
前記パルスの所要時間が約０．３秒である請求項１６に記載の湿度検出方法。
前記プロセスガスが燃焼煙道ガスである請求項１７に記載の湿度検出方法。
請求項１２の湿度検出装置を利用してプロセスガス流れにおける湿度を検出する方法において、前記フィルターの外面の堆積貯留した固形物を放出させる十分な量において、前記フィルター装置の内容積とほぼ等しい容量のパージ用ガスを変位させるために必要な力を与えることによって前記ピストンを付勢するステップを有することを特徴とする湿度検出方法。
さらに、前記フィルターの内容積と連続するチャンバー内において前記ピストンを往復動作させて、前記プロセスガス後流から前記パージ用ガスを奪い取る請求項１２に記載の湿度検出方法。
さらに、前記パルスサイクルの前記パルスレートを調節して、パージ用ガスの各パルスを開始する前に、前記状態調整室と前記プロセスガス後流との間にほぼ平衡状態を作り出すステップを有する請求項１５に記載の湿度検出方法。
前記プロセスガスが発電プラント燃焼煙道ガスである請求項１２に記載の湿度検出装置。
前記バレルを前記煙道ガスの流れに対して直交配置した請求項２２に記載の湿度検出装置。
前記フィルターの外側をＰＴＦＥ膜で被覆した請求項１２に記載の湿度検出装置。
前記入口ポートが前記バレルの遠位端部に設けられ、そして前記出口ポートが前記バレルを介して前記入口ポートの反対側に横方向に設けられた請求項１２に記載の湿度検出装置。