JP2017058370A - 被測定物の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度を計測する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粉塵が存在する雰囲気中の被測定物、例えばセメント製造設備が備えるロータリキルンのような粉塵存在下の炉内において、高温状態にある被加熱物の温度等を、より精度良く計測する。
【解決手段】第１放射輝度計２１を被測定物に向けて、粉塵が存在する空間を介して、少なくとも２波長にて第１放射輝度計２１により放射輝度を測定し、被測定物５０と異なる温度を有する１又は２以上の物体５１と同数の第２放射輝度計２２を物体に向けて、上記空間を介して、少なくとも２波長にて第２放射輝度計２２により放射輝度を各別に測定し、第１放射輝度計２１及び第２放射輝度計２２により測定された放射輝度から、被測定物５０の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度を計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、粉塵が存在する雰囲気中の被測定物、例えばセメント製造設備が備えるロータリキルンのような粉塵存在下の炉内において、高温状態にある被加熱物の温度等を計測する方法に関する。

一般に、セメント製造設備が備えるロータリキルンのような粉塵の濃度が高く、連続処理を行う炉内において、被加熱物の温度計測には、非接触で温度が計測できる放射温度計等が用いられている。この放射温度計は、ロータリキルン以外の他の焼成炉や高温プロセスにおいても幅広く利用されている。

しかし、放射温度計では、計測対象である被加熱物と観測者の間に粉塵があると、粉塵による放射光の減衰及び粉塵自体からの放射光が影響し、被加熱物の温度を正確に計測できないという問題がある。非接触温度計として知られている二色温度計は、２つの波長の放射輝度比から温度を求めるというものであるが、この二色温度計は、放射輝度比を変化させない粉塵による放射光の減衰の影響は無視することができるが、放射輝度比を変化させる粉塵からの放射光の影響は無視することはできない。

粉塵の濃度が高い炉内の温度計測に係る上記問題は、セメント焼成炉以外の他の焼成炉等においても当然起こり得る。このような問題を解消するため、例えば、煤塵濃度が高い炉内において、溶融スラグの液面温度を確実に計測することができる温度計測方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この温度計測方法では、炉内に収容された溶融スラグの液面から放射される輻射光のうち、中間赤外域又は遠赤外域の輻射光を光電気素子に集光し、入射する輻射光の強度に応じた振幅の出力電圧を光電気素子から発生させ、この出力電圧値とプランクの輻射則から上記溶融スラグの液面温度を決定している。また、この温度計測方法では、２以上の異なる波長の輻射光が用いられている。

また、火炎の微細構造を計測するために一般的に利用されている局所計測において、集光光学系を利用した火炎自発光計測装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。この計測装置では、火炎の複数の計測点からの自発光を、集光面の対応する集光点にそれぞれ集光させる単一の光学系からなる集光光学系と、集光点にそれぞれ集光された、複数の計測点からの自発光が計測される自発光計測系を有することを特徴としている。

特開２００１−２４９０４９号公報（請求項１、請求項２、請求項３、段落［０００１］） 特開２０００−１１１３９８号公報（請求項１、段落［０００３］）

しかし、上記従来の特許文献１に示される方法では、対象としている粉塵の粒子径が１〜２μｍであり、セメント焼成炉等における粉塵と比較すると非常に微細である。そのため、当該方法をそのままセメント焼成炉等における粉塵に適用してクリンカの温度計測等に使用することはできない。同様に、ロータリキルン以外の高温炉（加熱、製錬、精製、焼成、反応等）内に存在する被加熱物や、ボイラ−内部の熱交換チューブ等、ダクト内を流れる固体や液体等の他、熱交換器内の伝熱管や隔壁等の温度を計測する場合においても、粉塵の粒子径が上記のように微細でない場合には適用できない。また、上記特許文献２に示される集光光学系を利用した局所計測のように、単に計測体積を小さくするという手法では、光路上の粉塵等の影響を取り除くことができないため、粉塵の濃度が高いセメント焼成炉等においてクリンカの温度等を計測する方法には、そのまま適用することはできない。

このため、セメント焼成炉におけるクリンカ温度等の計測にも適用できる方法であって、しかも、従来の二色温度計を用いる方法よりも、より正確な計測方法の開発が求められていた。

本発明の目的は、粉塵が存在する雰囲気中の被測定物、例えばセメント製造設備が備えるロータリキルンのような粉塵存在下の炉内において、高温状態にある被加熱物の温度等を、より精度良く計測できる計測方法を提供することにある。

本発明の第１の観点は、第１放射輝度計を被測定物に向けて、粉塵が存在する空間を介して、少なくとも２波長にて第１放射輝度計により放射輝度を測定し、被測定物と異なる温度を有する１又は２以上の物体と同数の第２放射輝度計を物体に向けて、上記空間を介して、少なくとも２波長にて第２放射輝度計により放射輝度を各別に測定し、第１放射輝度計及び第２放射輝度計により測定された放射輝度から、被測定物の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度を計測する方法である。

本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に物体が黒体空洞であることを特徴とする。

本発明の第３の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に被測定物がロータリキルン内の被加熱物であることを特徴とする。

本発明の第４の観点は、第３の観点に基づく発明であって、更に物体が黒体空洞であることを特徴とする。

本発明の第５の観点は、第３の観点に基づく発明であって、更に物体がロータリキルンの落口金物であることを特徴とする。

本発明の第６の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に物体が被測定物より高温の物体と被測定物より低温の物体の２つの物体であることを特徴とする。

本発明の第７の観点は、第６の観点に基づく発明であって、更に被測定物がロータリキルン内の被加熱物であって、被測定物より高温の物体がバーナの火炎であり、かつ被測定物より低温の物体がロータリキルンに設けられた落口金物であることを特徴とする。

本発明の第８の観点は、第１、第３、第５、第６又は第７の観点に基づく発明であって、更に放射輝度の測定波長が波長λ_１及び波長λ_２の２波長であって、波長λ_１及び波長λ_２は、これらをそれぞれμｍ単位で表したときの数値の積が０．８以下を満たすことを特徴とする。

本発明の第９の観点は、第１、第３、第５、第６又は第７の観点に基づく発明であって、更に放射輝度の測定波長が波長λ_１、波長λ_２及び波長λ_３の３波長であって、そのうちの２つの２波長の組合せで測定を行い、得られる２つの被測定物の温度から被測定物の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度を計測することを特徴とする。

本発明の第１の観点の方法では、第１放射輝度計を被測定物に向けて、粉塵が存在する空間を介して、少なくとも２波長にて第１放射輝度計により放射輝度を測定し、被測定物と異なる温度を有する１又は２以上の物体と同数の第２放射輝度計を物体に向けて、上記空間を介して、少なくとも２波長にて第２放射輝度計により放射輝度を各別に測定し、第１放射輝度計及び第２放射輝度計により測定された放射輝度より、被測定物の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度を計測する。これにより、この方法では、粉塵の影響を排除することができるため、被測定物の温度を計測する際の精度をより高めることができる。また、従来法では測定が困難であった粉塵の温度及び粉塵の濃度についても、被測定物からの放射輝度の影響を排除することができるため、高精度で計測することができる。

本発明の第２の観点の方法では、上記物体に黒体空洞を用いる。黒体空洞からの放射輝度は非常に小さい。そのため、上記物体に黒体空洞を用いれば、上記第１、第２放射輝度計で測定した放射輝度の実測値から、被測定物のより正確な放射輝度を算定できるため、最終的な計測精度をより高めることができる。

本発明の第３の観点の方法では、粉塵の濃度が高く、被測定物の温度の計測精度が低いロータリキルン内の被加熱物の温度、被加熱物と放射輝度計の間に存在する粉塵の温度、粉塵の濃度を非常に高い精度で計測することができる。更に、粉塵の温度や粉塵の濃度も計測できることから、例えばクリンカクーラの運転制御に活用して同設備の熱回収効率を高めることができる。

本発明の第４の観点の方法では、上記物体に黒体空洞を用いるため、上述の理由により、ロータリキルン内の被加熱物の温度、被加熱物と放射輝度計の間に存在する粉塵の温度、粉塵の濃度を非常に高い精度で計測することができる。

本発明の第５の観点の方法では、上記物体に、一般的なセメント製造設備が備えるロータリキルンの落口金物を用いるため、上記物体として黒体空洞等を設置できないようなセメント製造設備等においても、被測定物の温度、粉塵の温度、粉塵の濃度を非常に高い精度で計測することができる。

本発明の第６の観点の方法では、上記物体に、被測定物より高温の物体と被測定物より低温の物体の２つの物体を用いて計測する。これにより、粉塵の濃度が極めて高い場合でも、上記高温の物体からの放射が全て粉塵で吸収されて第２放射輝度計で検出できなくなるといった事態を回避できる。そのため、例えば、低温の物体を一つ用いて計測する場合よりも更に高い精度で被測定物の温度、粉塵の温度、粉塵の濃度を計測することができる。

本発明の第７の観点の方法では、被測定物がロータリキルン内の被加熱物であって、上記被測定物より高温の物体に、一般的なセメント製造設備が備えるバーナの火炎を用い、上記被測定物より低温の物体にロータリキルンの落口金物を用いる。そのため、例えば、低温の物体として黒体空洞等を別途設置できないような装置等でも、上述の理由により、更に高い精度で被測定物の温度、粉塵の温度、粉塵の濃度を計測することができる。

本発明の第８の観点の方法では、放射輝度の測定波長が波長λ_１及び波長λ_２の２波長であって、波長λ_１及び波長λ_２は、これらをそれぞれμｍ単位で表したときの数値の積が所定値以下を満たすものとしている。これにより、例えば一般的なセメント製造設備に設けられている落口金物のように、被測定物の温度と比較的近い温度の物体を上記物体に用いる場合であっても、高い精度で被測定物の温度、粉塵の温度、粉塵の濃度を計測することができる。

本発明の第９の観点の方法では、放射輝度の測定波長が波長λ_１、波長λ_２及び波長λ_３の３波長であって、そのうちの２つの２波長の組合せで測定を行い、得られる２つの被測定物の温度から、被測定物の温度、粉塵の温度、粉塵の濃度を計測する。これにより、例えば一般的なセメント製造設備に設けられている落口金物のように、被測定物の温度と比較的近い温度の物体を上記物体に用いる場合であっても、高い精度で被測定物の温度、粉塵の温度、粉塵の濃度を計測することができる。

本発明第１実施形態の計測方法を説明するための上面図である。 本発明第１実施形態で用いられるセメント製造設備の概略を模式的に示した上面図である。 本発明第２実施形態の計測方法を説明するための上面図である。 本発明第２実施形態で用いられるセメント製造設備の概略を模式的に示した上面図である。 本発明実施形態で用いられるセメント製造設備の概略を模式的に示した側面図である。 本発明実施形態の計測方法に使用される黒体空洞の一例を示した模式図である。 実施例１において粉塵の放射率ｒ_ｄの変化に伴うＴ_ｔ、Ｔ_ｄ、ｒ_ｄ計測値の変移を示すグラフである。 実施例２において粉塵の放射率ｒ_ｄの変化に伴うＴ_ｔ、Ｔ_ｄ、ｒ_ｄ計測値の変移を示すグラフである。 実施例３において粉塵の放射率ｒ_ｄの変化に伴うＴ_ｔ、Ｔ_ｄ、ｒ_ｄ計測値の変移を示すグラフである。 実施例５に示す計測方法の評価結果を示すグラフである。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。なお、図１〜図６において同一符号は同一部品等を示す。また、本明細書において、粉塵とは、ガス中に浮遊する複数の粉塵粒子が所定の濃度で集まってできた粉塵群をいい、粉塵の濃度、粉塵の放射率、粉塵の放射輝度、粉塵の吸収係数、粉塵のガス中の粒子密度とは、それぞれ粉塵存在領域中の粉塵群の値を示す。また、粉塵粒子とは、粉塵群に含まれる個々の粉塵粒子をいい、粉塵粒子の密度、吸収効率、幾何学的断面積、半径とは、それぞれ粉塵存在領域中の粉塵群に含まれる個々の粉塵粒子の平均値を示す。また、粉塵の温度とは、粉塵存在領域中の粉塵群に含まれる個々の粉塵粒子の温度の平均値をいう。

本発明の計測方法は、例えばセメント製造設備が備えるロータリキルン内のクリンカのように、実測（測定）が困難な被測定物の温度等を、同一空間内に存在する該被測定物以外の粉塵等による影響を考慮してより正確に計測するものである。具体的には、第１放射輝度計を被測定物に向けて、粉塵が存在する空間を介して、少なくとも２波長にて第１放射輝度計により放射輝度を測定する。また、被測定物と異なる温度を有する１又は２以上の物体と同数の第２放射輝度計を当該物体に向けて、上記空間を介して、少なくとも２波長にて第２放射輝度計により放射輝度を各別に測定する。そして、第１放射輝度計及び第２放射輝度計により測定された放射輝度から、被測定物の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度を計測する。なお、本発明の計測方法において、上記物体として粉塵は用いない。ここで、第１放射輝度計と第２放射輝度計とを各別に用いる場合を説明したが、第１放射輝度計と第２放射輝度計の両方の機能を有する単一のサーモグラフィーカメラを用いて、少なくとも２波長にて、被測定物と１又は２以上の物体の温度を測定し、それぞれを輝度に換算したものを用いてもよい。

＜第１実施形態＞
先ず、本発明の計測方法について、上記物体の数が１である場合を例に説明する。
＜放射輝度の測定＞
この第１実施形態の計測方法では、図１に示すように、被測定物５０を収容する容器１０外に設置された第１放射輝度計２１と第２放射輝度計２２を用いて、当該容器１０内に存在する被測定物５０の温度等の計測を行う。第１放射輝度計２１では、光軸上に被測定物５０が存在するように、当該放射輝度計を被測定物５０に向けた状態で、粉塵が存在する空間を介して放射輝度を測定する。一方、第２放射輝度計２２では、光軸上に上記被測定物５０と異なる温度を有する物体５１が存在するように、当該放射輝度計を物体５１に向けた状態で、粉塵が存在する空間を介して放射輝度を測定する。なお、図１において、被測定物５０は容器の内壁壁面を示している。また、この第１実施形態では、上記物体の数を１とし、１台の第２放射輝度計２２を使用する。また、第１放射輝度計２１は光軸が被測定物５０に向かうように、被測定物５０と対向する位置に設けられ、第２放射輝度計２２は光軸が物体５１に向かうように、物体５１と対向する位置に設けられ、また両光軸が平行になる位置になっても構わない。ここで、放射輝度を測定する際、物体５１と第２放射輝度計２２の間の粉塵の濃度及び粉塵の温度等と、被測定物５０と第１放射輝度計２１の間の粉塵の濃度及び粉塵の温度等は、可能な限り近い環境であることが、計測精度を向上させる上で望ましい。このため、例えば被測定物５０及び物体５１が存在する容器１０内において、粉塵の濃度及び粉塵の温度等の分布が殆ど変わらない場合は、物体５１と被測定物５０の距離及び第１放射輝度計２１と第２放射輝度計２２の距離は、どの程度離れていても良い。一方、容器１０内において、粉塵の濃度及び粉塵の温度等が位置によって著しく変化するような環境下の場合は、物体５１は被測定物５０に隣接する位置に存在することが好ましく、第２放射輝度計２２は、第１放射輝度計２１に隣接する位置に設けられることが好ましい。なお、本明細書中、物体５１が被測定物５０に隣接するとは、被測定物５０の位置から、好ましくは半径５００ｃｍ以内、更に好ましくは３００ｃｍ以内、特に好ましくは１００ｃｍ以内の領域に設けられることをいう。このように、上記物体５１が、被測定物５０に隣接して存在し、物体５１と被測定物５０との距離がより近くなれば、粉塵の濃度や粉塵の温度等が位置によって著しく変化する環境下でも、第１、第２放射輝度計２１、２２の光軸上におけるこれらの環境も近くなり、これにより粉塵の影響を確実に排除でき、計測精度を向上させることができる。

放射輝度を測定する第１放射輝度計２１及び第２放射輝度計２２の例としては、分光放射輝度計のほか、放射温度計と演算装置を組み合わせ、放射温度計の温度測定値を後述の式（３）のプランクの式を使って輝度に変換するものがある。第１放射輝度計２１及び第２放射輝度計２２による上記放射輝度の測定は、少なくとも異なる２波長にて測定する。第１放射輝度計により測定する放射輝度と、第２放射輝度計により測定する放射輝度をそれぞれ２波長で測定しておく理由は、後述の演算式を用いた計測手順において、第１放射輝度計２１及び第２放射輝度計２２で測定される放射輝度の差を２波長で求め、これらの比を取るためである（後述の式（４）、式（５）等）。このように、異なる２波長でそれぞれ上記放射輝度を測定し、その差を取ることで、粉塵の影響を取り除くことができ、最終的な計測値の精度を向上させることができる。

上記理由から、第１放射輝度計２１及び第２放射輝度計２２はそれぞれ複数の波長で同時に放射輝度を計測できるものであることが望ましい。但し、波長切り替え式のものであっても、切り替えのタイミングを早くすることにより、異なる２波長でほぼ同時に放射輝度の計測を行うこともできる。

また、第１放射輝度計２１、第２放射輝度計２２で、それぞれ上記放射輝度を測定するときの測定波長については、第１放射輝度計２１で測定するときの波長λ_１、λ_２と、第２放射輝度計２２で測定するときに使用する２つの波長λ_１、λ_２にはそれぞれ同じ波長を用いる。なお、この点は、例えば測定波長を波長λ_１、λ_２、λ_３の３波長等で行う場合も同様である。後述の演算式を用いた計測手順において、最終的な計測値の精度向上のために下記式（４）、式（５）等を利用するためである。

また、測定波長を波長λ_１、λ_２の２波長で行う場合において、波長λ_１及び波長λ_２は、これらをそれぞれμｍ単位で表したときの数値の積が０．８以下を満たす波長であることが好ましい。これにより、より高い精度で被測定物の温度、粉塵の温度、粉塵の濃度を計測することができる。波長λ_１及び波長λ_２の積が上記条件より大きくなると、物体として黒体空洞を用いない場合、被測定物の温度、粉塵の温度、粉塵の濃度の計測精度が低下する場合がある。

物体５１の数を１とする本発明第１実施形態の計測方法において、当該物体５１は、被測定物５０より低温の物体であることが望ましい。例えば当該物体５１が低温の物体であれば、第１、第２放射輝度計２１、２２で測定した放射輝度の実測値から、被測定物５０のより正確な放射輝度を算定できる。即ち、上記物体５１が被測定物５０より低温の物体であれば、当該物体５１の放射自体を無視できるため、第１、第２放射輝度計２１、２２で測定した実測値の差を被測定物５０の放射輝度とみなした場合でも、これによって生じる誤差は低減される。そのため、最終的な計測値の精度を向上させることができる。

上記誤差の低減効果を得るためには、例えば被測定物５０の温度（℃）の７５％以下の温度を有する低温物体を上記物体５１とするのが好ましく、更には５０％以下の温度を有する低温物体を上記物体５１とするのが好ましい。被測定物よりも低温の物体としては、例えば、図１の第２放射輝度計２２と対向する容器１０壁面の外側から冷却手段によって冷却した内壁面そのものを物体５１とすることができる。この場合の冷却手段は、特に限定されず、上記壁面１０直下に外側から埋め込んだ水冷管や空冷管等が挙げられる。また、例えば、容器１０の内壁面に開口端を有し、外側に向けて突出する円筒状の凹部を設け、該凹部の外周に水冷管や空冷管を巻き付ける構成等であってもよい。なお、後述するセメント製造設備が備えるロータリキルン内の被加熱物（クリンカ）を被測定物として計測を実施する場合、一般に、セメント製造設備では、キルンフッドの内壁壁面の温度は、１５００℃程度まで上昇する。そのため、上記物体は、本来、７５０℃以下の温度に低下させた物体であることが特に望ましい。但し、例えば、使用するセメント製造設備の構造上、上述の冷却手段等の設置が困難な場合には、後述の温度が１０００℃程度の落口金物を当該低温の物体として利用することもできる。この場合、上述の特定の条件を満たす２波長を選択する等、他の手段の併用により、上述の誤差を限りなく低減させることができる。

また、上記物体５１は、放射率が高い方が望ましく、０．８以上、更には０．９以上であることが好ましい。上記物体５１の放射率が高いと、被測定物、バーナ火炎、粉塵、内壁面等からの放射光が反射して第２放射輝度計２２に入射するのを抑制できるため、計測精度をより高めることができる。

このような物体５１の具体例としては、例えば容器１０の壁面（内壁）に設けられた黒体空洞が例示される。黒体空洞とは、黒体を実現するための、例えば図６（ａ）、図６（ｂ）に示すような球状や円錐状等の空洞、或いは図６（ｃ）に示すような長い円筒状の空洞で構成される。このような黒体空洞６０を上記物体５１とすることで、該空洞に入射した放射光が空洞内で反射や吸収を繰り返して減衰する。このため、一旦、空洞に入射した放射光が再び開口端から容器１０内部へ放出されるのを極力抑えることができ、０．９９以上の高い放射率を得ることができる。これによって、被測定物、バーナ火炎、粉塵、内壁面等からの放射光が反射して第２放射輝度計２２に入射するのを抑制できるため、計測精度をより高めることができる。また、黒体空洞６０からの放射の影響を更に低減するため、例えば黒体空洞６０の外面に水冷管や空冷管等の冷却手段６１を設置することにより、黒体空洞６０の内壁面を、好ましくは上述の７５０℃以下の温度まで低下させた状態で行うこともできる。

また、後述するように、当該計測方法を、セメント製造設備が備えるロータリキルン内の被加熱物（クリンカ）を被測定物として計測を実施する場合は、キルンシェルの出口側端部に設けられた、放射率が０．８程度の落口金物を当該物体とすることも可能である。落口金物は黒体空洞と比較すると放射率が低く、また、セメント製造設備を運転している時の温度も１０００℃程度までしか下がらないため、黒体空洞等を用いる場合に比べ若干計測精度は劣るものの、装置の改良等の必要はなく、容易に実施可能な点で優れる。また、キルンシェルとともに回転する落口金物の外周と回転しないキルンフットの内壁の間に隙間が存在する場合は、その隙間を物体として用いることもできる。当該隙間は、落口金物を冷却するための空気が流入しているため温度が低く、更に、深さを有するため、入射した放射光が反射や吸収を繰り返すことで、放射率が高くなり、計測精度を高めることができる。また、計測精度については、上述のように、使用する波長の選択等、他の手段との併用により向上させることができる。

＜被測定物の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度の計測＞
そして、上記第１放射輝度計２１により実測した放射輝度と第２放射輝度計２２により実測した放射輝度から、被測定物の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度を計測する。第１放射輝度計２１により測定される上記放射輝度Ｌ_１，λ及び第２放射輝度計２２により測定される上記放射輝度Ｌ_２，λは、粉塵の存在を考慮した場合、それぞれ下記式（１）、式（２）で示される。なお、この第１実施形態では、物体５１に向けて測定された第２放射輝度計２２による放射輝度Ｌ_２，λに、物体５１の放射輝度及び粉塵の放射輝度以外に、被測定物５０から発せられる放射輝度を更に考慮している。その理由は、第２放射輝度計２２に入射する、被測定物からの放射輝度を無視できず、これを考慮することにより計測精度を向上させるためである。

式（１）中、ε_ｔＬ_ｔ，λは、被測定物（ｔａｒｇｅｔ）の波長λにおける放射輝度で、被測定物の温度Ｔ_ｔから下記式（３）で示されるプランクの式で求めたＬ_ｔ，λと、被測定物の放射率ε_ｔとの積である。また、ｒ_ｄＬ_ｄ，λとは、粉塵（ｄｕｓｔ）の波長λにおける放射輝度で、粉塵の温度Ｔ_ｄから下記式（３）で示されるプランクの式で求めたＬ_ｄ，λと粉塵の放射率ｒ_ｄとの積である。また、式（２）中、ε_ｏＬ_ｏ，λは、物体（ｏｂｊｅｃｔ）の波長λにおける放射輝度で、物体の温度Ｔ_ｏから下記式（３）で示されるプランクの式で求めたＬ_ｏ，λと物体の放射率ε_ｏとの積である。なお、式（２）において、物体５１に対向し設けられた第２放射輝度計２２による放射輝度Ｌ_２，λには、物体５１の放射輝度と粉塵の放射輝度以外に、被測定物５０の放射輝度を考慮している。その理由は、第２放射輝度計２２に入射する被測定物５０からの放射を無視できず、これを考慮することにより計測精度を向上させるためである。また、式（１）、式（２）中、ｒ_ｄは、粉塵の放射率であり、粉塵の濃度及び存在する領域長さに依存する。また、（１−ｒ_ｄ）は放射光の透過率を表す。また、式（２）中、ｒ_０は物体の寄与度であり、第２放射輝度計で測定される被測定物の放射輝度と物体の放射輝度の和のうちで、物体の放射輝度の占める割合をいう。即ち、ｒ_０＝１のとき、被測定物の影響はなく、ｒ_０＝０のとき、物体の寄与はないことを意味する。通常、放射輝度計の指向性の問題から、物体５１に対向して設置された第２放射輝度計２２で測定される放射輝度には、被測定物５０の放射輝度が含まれるため、０＜ｒ_０＜１となる。

式（３）中、Ｃ_１は第１放射定数（５．９５×１０^−１７Ｗ・ｍ^２）、Ｃ_２は第２放射定数（１．４４×１０^−２ｍ・Ｋ）を示し、λは波長（ｍ）、Ｔは温度（Ｋ）を示す。

そして、上記式（１）で表わされるＬ_１，λと上記式（２）で表わされるＬ_２，λとの差をＬ_{１，２，λ}とし、物体の温度Ｔ_ｏを被測定物の温度Ｔ_ｔより十分低いと仮定すると、Ｌ_ｔ，λ＞＞Ｌ_ｏ，λとみなせるため、下記式（４）が得られる。このように差を取ることで、粉塵からの放射輝度の影響を排除できるだけでなく、被測定物や物体以外、例えば、バーナ火炎、炉内壁面等からの放射輝度が直接又は粉塵で散乱して上記第１、第２放射輝度計に入射する影響を排除することができる。

更に、Ｌ_{１，２，λ}を波長λ_１とλ_２の２波長で得て、その比Ｌ_{１，２，λ１}／Ｌ_{１，２，λ２}を求めると、下記式（５）が得られる。

また、上記式（５）で求めたＬ_ｔ，λ１／Ｌ_ｔ，λ２を、２波長における放射輝度比Ｌ_λ１／Ｌ_λ２から温度Ｔを求める下記式（６）に代入することで、被測定物の温度Ｔ_ｔを求めることができる。なお、ｒ_０、ｒ_ｄ、ε_ｔがλ_１とλ_２で異なる場合でも、それらのλ_１とλ_２における比を求めておくことで、Ｌ_ｔ，λ１／Ｌ_ｔ，λ２を求めることができる。

式（６）中、Ｃ_２：第２放射定数（１．４４×１０^−２ｍ・Ｋ）を示す。

続いて、上記式（４）を変形した下記式（４’）を使うと、粉塵の放射率ｒ_ｄを求めることができる。但し、式（４）中のｒ_０は別途求めておく必要があり、Ｌ_ｔ，λはＴ_ｔと上記プランクの式（３）から求める。

更に、上記式（１）を変形した下記式（１’）を使うと、Ｌ_ｄ，λが求まり、上記プランクの式（３）を変形した下記式（３’）に代入することで、粉塵の温度Ｔ_ｄを求めることができる。式（１’）中のＬ_ｔ，λは、Ｔ_ｔと上記プランクの式（３）から求め、ｒ_ｄは式（４’）から求める。

なお、粉塵の温度Ｔ_ｄは、上記式（１’）を２波長において求め、その比を取った下記式（７）を使って、Ｌ_ｄ，λ１／Ｌ_ｄ，λ２を求め、上記式（６）から求めてもよい。

一方、粉塵の放射率ｒ_ｄは下記式（８）で表わされるため、粉塵の粒子径を与えることで粉塵のガス中の粒子密度Ｎを求めることができ、更に、下記式（１０）により粉塵の濃度Ｃ_ｄを算出することができる。

式（８）中、ａ_ｐ，λは粉塵の吸収係数であり、下記式（９）から求められる。また、ｓは光路長（粉塵の存在する長さ）を示す。

式（９）中、Ｑ_{ａｂｓ，λ}はそれぞれ粉塵粒子の吸収効率であり、また、Ａ_ｐは粉塵粒子の幾何学的断面積πｒ_ｐ ^２（単位はｍ^２、ｒ_ｐは粉塵粒子の半径）であり、Ｎは粉塵のガス中の粒子密度（個／ｍ^３）である。

式（１０）中、Ｃ_ｄは粉塵の濃度（ｇ／ｍ^３）、Ｔ_ｇは粉塵が存在する領域におけるガス温度（Ｋ）、ρは粉塵粒子の密度（ｇ／ｍ^３）をいう。

以上により、被測定物の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度が計測される。第１放射輝度計２１により測定された上記放射輝度Ｌ_１，λと、第２放射輝度計２２により測定された上記放射輝度Ｌ_２，λからの被測定物の温度Ｔ_ｔ、粉塵の温度Ｔ_ｄ、粉塵の濃度Ｃ_ｄの算出は手動により行ってもよいが、例えば第１放射輝度計２１及び第２放射輝度計２２の出力に接続されたコンピュータ２３のプログラム等による算出手段により自動で行うように構成してもよい。なお、本実施形態では、測定波長を波長λ_１、波長λ_２の２波長として行った場合の例を示したが、測定波長が２波長よりも多い、例えば波長λ_１、波長λ_２、波長λ_３の３波長で行うことも可能である。この場合、後述の実施例５に示す方法によって、より精度が高い被測定物の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度を得ることができる。

この計測方法は、具体的には、セメント製造設備が備えるロータリキルン内の被加熱物（クリンカ）や、ロータリキルン以外の高温炉（加熱、製錬、精製、焼成、反応等）内に存在する被加熱物、ボイラ−内部の熱交換チューブ、ダクト内を流れる固体や液体等の他、熱交換器内の伝熱管又は隔壁等を被測定物として、これらの温度等の計測に利用できる。また、被測定物は、クリンカのように１０００℃を越える高温状態にあるものに限らず、数百℃程度のものであっても良い。

ここで、上記ロータリキルン内のクリンカを、上述の第１実施形態の計測方法における被測定物として計測を行う場合の具体的な方法について、図２、図５を用いて説明する。

＜装置＞
図５に示す装置は、本発明の計測方法を実施するのに好適なセメント製造設備の一例を示すものであり、このセメント製造設備１０ａ、１０ｂは、ロータリキルン１１と、そのロータリキルン１１に接続されたキルンフッド１２とを備える。ロータリキルン１１はセメント原料を焼成してクリンカを製造するためのものであって、そのロータリキルン１１の上流側にはプレヒータ１４が設けられる。プレヒータ１４は、図外の原料ミルにより粉砕されたセメント原料を、後工程のロータリキルン１１により焼成しやすいように、所定温度まで予熱するものである。プレヒータ１４は、多数のサイクロンを、数階建ての鉄骨架台に搭載して設けられている。ロータリキルン１１は、下流側へ若干下方傾斜した横向き円筒状のキルンシェル１１ａを有しており、キルンシェル１１ａの下流側における端部には窯尻に臨むバーナ１６が設けられる。セメント原料は、プレヒータ１４の各サイクロンを流下中に仮焼され、その後、セメント原料は、ロータリキルン１１の窯尻部へ流れ込むように構成される。キルンシェル１１ａの内壁面には、煉瓦等の耐火物１１ｂが張られている。キルンシェル１１ａは周方向へ（軸線回りに）回転しながら、重油や微粉炭を燃料とするバーナ加熱により、プレヒータ１４から供給されたセメント原料を焼成してクリンカ５０ａとしつつ、バーナ側に搬送するように構成される。また、キルンシェル１１ａの出口側端部には出口側の耐火物１１ｂの脱離や落下を防止するため、煉瓦押え金物（以下、落口金物１１ｃという。）が環状に取付けられている。

キルンフッド１２は、その上流端がロータリキルン１１のバーナ側端部に接続され、下流端がクリンカクーラ１３に接続される。ロータリキルン１１のバーナ側端部から排出され、キルンフッド１２の上流側に供給された１２００〜１５００℃程度のクリンカ５０ａは、クリンカクーラ１３に接続される冷却ファン１８から送り込まれた２０〜３０℃の大気により、冷却されるように構成される。このクリンカクーラ１３には床面に複数のプレート１３ｂが上流側から下流側に向かって敷設され、ロータリキルン１１のバーナ側端部から排出された塊状のクリンカ５０ａは上流側におけるプレート１３ｂ上に落下するように構成される。複数のプレート１３ｂはそれぞれが前後方向に往復移動することによりその上面にあるクリンカ５０ａを順次下流側のプレート１３ｂ上に案内するように構成される。このため、クリンカクーラ１３内部には複数のプレート１３ｂ上に上流側から下流側に搬送されるクリンカ層が形成され、冷却ファン１８から送り込まれた大気は複数のプレート１３ｂの下方から複数のプレート１３ｂの間を通過してクリンカ５０ａを冷却するように構成される。なお、冷却されたクリンカ５０ａはクリンカクーラ１３の出口側端部（下流側端部）から排出され、その出口側端部から排出されたクリンカ５０ａはクリンカサイロ１９に貯蔵されるようになっている。また、冷却ファン１８から送り込まれて複数のプレート１３ｂの間を通過し更にクリンカ層を通過することによりクリンカ５０ａを冷却した大気は、図５の破線矢印で示すようにそのクリンカ層の上方を上流側に向かい、バーナ１６における燃焼用の空気としてロータリキルン１１に供給されるように構成される。

また、このセメント製造設備１０ａには、本発明実施形態の計測方法を実施するため、キルンシェル１１ａの出口側端部に対向するキルンフッド１２壁面の外側に放射輝度計が設けられる。放射輝度計は、図５に示すように、クリンカ５０ａの放射輝度を測定する第１放射輝度計２１と、上述の図１又は後述の図３等に示す物体５１の放射輝度を測定する１又は２以上の第２放射輝度計２２から構成される。第１放射輝度計２１は、キルンフッド１２壁面の外側であって、クリンカ５０ａに対向する位置に設けられる。即ち、第１放射輝度計２１は、クリンカ５０ａが、第１放射輝度計２１の光軸上に存在するように設けられる。

また、第２放射輝度計２２は、上記壁面の外側であって、上記物体５１と対向し第１放射輝度計２１と隣接する位置に、上記物体５１と同数設けられる。なお、図５において、第１実施形態で使用するセメント製造設備１０ａでは、図２に示すように、物体５１の数は１であり、第２放射輝度計２２は１台設けられる。第２放射輝度計２２は、物体５１が、第２放射輝度計２２の光軸上に存在するように設けられる。また、上述のように本発明の計測方法では、第２放射輝度計によって測定される放射輝度に、クリンカ５０ａ（被測定物）から発せられる放射輝度による影響も考慮している。このため、特に第１、第２放射輝度計２１、２２の光軸が平行になる位置に両者を設置しても良く、また、上述のように、粉塵の影響を確実に排除するため、第１、第２放射輝度計２１、２２の両方の光軸が近くなるように、即ちクリンカ５０ａ（被測定物）と物体５１との距離、及び第１放射輝度計２１と第２放射輝度計２２の距離が共に近くなるようにしても良い。但し、第２放射輝度計２２によって測定される放射輝度に、クリンカ５０ａ（被測定物）から発せられる放射輝度による影響も考慮しているものの、第２放射輝度計２２の指向性が極端に悪く、被測定物と物体の距離が短い理由等からｒ_０が０に近いと、計測精度が低下する場合がある。一方、第１放射輝度計２１と第２放射輝度計２２の距離は近くても問題ないことから、光軸を一致させるために両者の距離は近い方が望ましい。

そして、図２に示すクリンカ５０ａを図１に示す被測定物５０とし、第１放射輝度計２１をクリンカ５０ａに向けて、粉塵が存在する空間を介して、上述のように少なくとも２波長にて放射輝度を測定する。一方、第２放射輝度計２２では、この第２放射輝度計２２を物体５１に向けて、粉塵が存在する空間を介して少なくとも２波長にて放射輝度を測定する。なお、上述のように、測定波長については、第１放射輝度計２１で測定するときの波長λ_１、λ_２と、第２放射輝度計２２で測定するときに使用する２つの波長λ_１、λ_２にはそれぞれ同じ波長を用いる。また、上記物体５１については、図２に示すように、キルンシェル１１ａの出口側端部に存在するクリンカ５０ａと隣接する位置、即ち、例えばキルンシェル１１ａの出口外周の外側であって、キルンフッド１２の内壁に黒体空洞を設置して、これを上記物体５１とするのが好ましい。一方、一般的なセメント製造設備には、上述のようにキルンシェル１１ａの出口側端部に落口金物１１ｃが設けられている（図５）。落口金物１１ｃは、高温腐食による劣化を防止するために、空冷等により１０００℃程度に冷却され、クリンカ５０ａの温度よりも低温であるため、落口金物１１ｃを図１、図２に示す上記物体５１として測定することも可能である。

次いで、上記第１放射輝度計２１により測定した放射輝度と、第２放射輝度計２２により測定した放射輝度から、上述の手順により、クリンカ５０ａの温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度を計測する。なお、ここでは、ロータリキルン内のクリンカ５０ａを被測定物として、クリンカ５０ａの温度等を計測する方法を例に説明したが、例えばバーナ１６の火炎を被測定物、黒体空洞又は落口金物を上記物体として、上述の手順で計測を実施することにより、バーナ１６の火炎温度等を被測定物の温度として計測することもできる。

＜第２実施形態＞
続いて、本発明の計測方法について、上記物体の数が２である場合を例に説明する。
＜放射輝度の測定＞
この第２実施形態では、図３に示すように、物体５１の数を２とし、第２放射輝度計２２に２台の第２放射輝度計２２ａ、２２ｂを使用する点を除き、上述の第１実施形態と同様にそれぞれ放射輝度を測定する。

第１放射輝度計２１では、光軸上に被測定物５０が存在するように、当該第１放射輝度計２１を被測定物５０に向けて、粉塵が存在する空間を介して放射輝度を測定する。一方、第２放射輝度計２２ａ、２２ｂでは、光軸上に上記被測定物５０と異なる温度を有する物体５１ａ、５１ｂが存在するように、当該第２放射輝度計２２をそれぞれ上記物体５１ａ、５１ｂに向けて、粉塵が存在する空間を介して放射輝度を各別に測定する。また、上述の第１実施形態で述べた理由と同様の理由から、第１放射輝度計２１及び第２放射輝度計２２ａ、２２ｂによる放射輝度の測定は、少なくとも異なる２波長にてそれぞれ測定する。なお、図３において、被測定物５０は容器１０の内壁壁面を示している。また、第１放射輝度計２１は、被測定物５０と対向する位置に設けられる。一方、２台の第２放射輝度計２２ａ、２２ｂは、それぞれ物体５１ａ、５１ｂと対向する位置に設けられ、３者の光軸が平行になる位置になっても構わない。また、容器１０内において、粉塵の濃度及び粉塵の温度等が位置によって著しく変化するような環境下の場合には、上述の第１実施形態で述べた理由と同様の理由から、物体５１ａ、５１ｂは、それぞれ被測定物５０に隣接する位置に設置された物体であることが好ましく、２台の第２放射輝度計２２ａ、２２ｂは、第１放射輝度計２１に隣接する位置に設けられることが好ましい。

２つの物体５１ａ、５１ｂのうち、一方の物体５１ｂには上述の理由から、第１実施形態と同様、黒体空洞や落口金物等に例示される、被測定物５０の温度よりも低温の物体を用いるのが好ましい。一方、他方の物体５１ａには、被測定物５０の温度よりも高温の物体を用いるのが好ましい。他方の物体を被測定物５０の温度よりも高温の物体５１ａとする。これにより、粉塵の濃度が極めて高い場合でも、上記高温の物体からの放射が全て粉塵で吸収されて第２放射輝度計２２ａ、２２ｂで検出できなくなるといった事態を回避できる。このため、低温の物体を一つ用いて計測する場合よりも更に高い精度で被測定物の温度、粉塵の温度、粉塵の濃度を計測することができる。

＜被測定物の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度の計測＞
そして、上記第１放射輝度計２１により実測した放射輝度と第２放射輝度計２２により実測した放射輝度から、被測定物の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度を計測する。第１放射輝度計２１により測定される上記放射輝度Ｌ_１，λは、粉塵の存在を考慮した場合、下記式（１１）で示される。また、２台の第２放射輝度計２２ａ、２２ｂにより測定される上記放射輝度Ｌ_{２−１，λ}、放射輝度Ｌ_{２−２，λ}は、粉塵の存在を考慮した場合、下記式（１２）、式（１３）で示される。なお、式（１２）、式（１３）において、２台の第２放射輝度計２２ａ、２２ｂにより測定される放射輝度Ｌ_{２−１，λ}、放射輝度Ｌ_{２−２，λ}のうち、被測定物５０の温度よりも低温の物体５１ｂに対向し設けられた第２放射輝度計２２ｂによる放射輝度Ｌ_{２−２，λ}には、物体５１ｂの放射輝度と粉塵の放射輝度以外に、被測定物５０より高温の物体５１ａの放射輝度を考慮している。その理由は、第２放射輝度計２２ｂに入射する、高温の物体５１ａからの放射輝度を無視できず、これを考慮することにより計測精度を向上させるためである。

式（１１）中、ε_ｔＬ_t，λは、被測定物（ｔａｒｇｅｔ）の波長λにおける放射輝度であり、被測定物の温度Ｔ_ｔから上記プランクの式（３）で求めたＬ_ｔ，λと、被測定物の放射率ε_ｔとの積である。

式（１２）中、ε_ｈＬ_ｈ，λは、高温（ｈｉｇｈ）の物体の波長λにおける放射輝度であり、高温の物体の温度Ｔ_ｈから上記プランクの式（３）で求めたＬ_ｈ，λと高温の物体の放射率ε_ｈとの積である。

式（１３）中、ε_１Ｌ_ｌ，λは、低温（ｌｏｗ）の物体の波長λにおける放射輝度であり、低温の物体の温度Ｔ_ｌから上記プランクの式（３）で求めたＬ_ｌ，λと低温の物体の放射率ε_ｌとの積である。また、式（１１）〜式（１３）中、ｒ_ｄＬ_ｄ，λは、粉塵（ｄｕｓｔ）の波長λにおける放射輝度であり、粉塵の温度Ｔ_ｄから上述のプランクの式（３）で求めたＬ_ｄ，λと粉塵の放射率ｒ_ｄとの積である。また、式（１３）中、ｒ_０は、低温の物体５１ｂの寄与度であり、図３に示す第２放射輝度計２２ｂで測定される被測定物５０より低温の物体５１ｂの放射輝度及び被測定物５０より高温の物体５１ａの放射輝度の和のうちで、被測定物５０より低温の物体５１ｂの放射輝度の占める割合である。ｒ_０＝１のとき、高温の物体５１ａの影響はない。ｒ_０＝０のとき、低温の物体５１ｂの寄与はない。通常、放射輝度計の指向性の問題から、低温の物体５１ｂに対向して設置された第２放射輝度計２２ｂで測定される放射輝度には、高温の物体５１ａの放射輝度が含まれるため、０＜ｒ_０＜１となる。

そして、上記式（１２）で表わされるＬ_{２−１，λ}と上記式（１３）で表わされるＬ_{２−２，λ}の差をＬ_{２−１，２−２，λ}とし、被測定物５０より低温の物体５１ｂの温度を、被測定物５０より高温の物体５１ａの温度より十分低いと仮定すると、Ｌ_ｈ，λ＞＞Ｌ_ｌ，λとみなせるため、下記式（１４）が得られる。このように差を取ることで、粉塵からの放射輝度の影響を排除できるだけでなく、高温の物体５１ａと低温の物体５１ｂの両物体以外、例えば、被測定物、炉内壁面等からの放射輝度が直接又は粉塵で散乱して上記第１、第２放射輝度計２２ａ、２２ｂに入射する影響を排除することができる。

更に、波長λ_１とλ_２の２波長で測定し、その比Ｌ_{２−１，２−２，λ１}／Ｌ_{２−１，２−２，λ２}を求めると、下記式（１５）が得られる。

また、上記式（１５）で求めたＬ_ｈ，λ１／Ｌ_ｈ，λ２を、２波長における放射輝度比Ｌ_λ１／Ｌ_λ２から温度Ｔを求める上述の式（６）に代入することで、被測定物より高温の物体の温度Ｔ_ｈを求めることができる。なお、ｒ_０、ｒ_ｄ、ε_ｈがλ_１とλ_２で異なる場合でも、それらのλ_１とλ_２における比を求めておくことで、Ｌ_ｈ，λ１／Ｌ_ｈ，λ２を求めることができる。

また、式（１４）を変形した下記式（１４’）を使うと、粉塵の放射率ｒ_ｄを求めることができる。但し、ｒ_０は別途求めておく必要があり、Ｌ_ｈ，λはＴ_ｈと上述の式（３）から求められる。

更に、上記式（１２）を変形した下記式（１２’）を使うと、Ｌ_ｄ，λが求まり、プランクの式（３）を変形した上述の式（３’）に代入することで、粉塵の温度Ｔ_ｄを求めることができる。なお、式（１２’）を２波長において求め、その比を取った下記式（１６）を使って、Ｌ_ｄ，λ１／Ｌ_ｄ，λ２を求め、上述の式（６）から粉塵の温度Ｔ_ｄを求めてもよい。

更に、下記式（１７）からＬ_t，λ１／Ｌ_t，λ２を求め、上述の式（６）から被測定物の温度Ｔ_ｔを求めることができる。ここで、Ｌ_ｄ，λは上記求めた被測定物より高温の物体の温度Ｔ_ｈと上記式（１２’）で求めるか、若しくは上記式（１６）及び上述の式（６）からＴ_ｄを求め、このＴ_ｄとプランクの式である上述の式（３）で求められる。また、ｒ_ｄは式（１４’）から求められる。これにより、被測定物や物体以外、例えば、バーナ火炎、炉内壁等からの放射輝度が直接又は粉塵で散乱して上記第１、第２放射輝度計に入射する影響を軽減する効果（２色の効果）が得られる。ここで、式（１７）のλ_１、λ_２は、第２放射輝度計２２ａ、２２ｂで測定するときに使用する２つの波長λ_１、λ_２とそれぞれ同じ波長であることが簡易で望ましいが、波長λ_３、λ_４の他、波長λ_１、λ_３やλ_２、λ_３の組合せでも構わない。

或いは、上記式（１１）を変形した下記式（１１’）を使うと、Ｌ_ｔ，λが求まり、式（３’）に代入することで、被測定物の温度Ｔ_ｔを求めることができる。但し、上述の２色の効果がなく、精度が若干劣る。

一方、粉塵の放射率ｒ_ｄは、上述の式（８）で表わされるため、粉塵の粒子径を与えることで粉塵のガス中の粒子密度Ｎを求めることができ、更に上述の式（１０）により粉塵の濃度Ｃ_ｄを算出することができる。
以上により、被測定物の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度が計測される。この第２実施形態に示す計測方法では、物体及び第２放射輝度計の数を１とする上述の第１実施形態の方法に比べて、より高い粉塵の濃度下での被測定物の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度の計測精度を高められる点で優れる。

続いて、上述の第１実施形態と同様に、ロータリキルン内のクリンカを、この第２実施形態の計測方法における被測定物として計測を行う場合の具体的な方法について、図４、図５を用いて説明する。図５において、この第２実施形態で使用するセメント製造設備１０ｂは、図４に示すように２台の第２放射輝度計２２ａ、２２ｂが設けられる点を除き、上述の第１実施形態で使用するセメント製造設備１０ａと同様である。

即ち、第１放射輝度計２１は、クリンカ５０ａが、第１放射輝度計２１の光軸上に存在するように設けられる。

また、一方の第２放射輝度計２２ｂは、キルンフッド１２壁面の外側であって、上記被測定物より低温の物体５１ｂと対向する位置に設けられる。一方、他方の第２放射輝度計２２ａは、キルンフッド１２壁面の外側であって、上記被測定物より高温の物体５１ａと対向する位置に設けられる。即ち、第２放射輝度計２２ａ、２２ｂは、それぞれ物体５１ａ、５１ｂが、第２放射輝度計２２ａ、２２ｂの光軸上に存在するように設けられる。また、上述のように、粉塵の影響を確実に排除して計測精度を向上させるため、第１放射輝度計２１及び第２放射輝度計２２ａ、２２ｂの３者の光軸が近くなるように、即ちクリンカ５０ａ（被測定物）と物体５１ａ、５１ｂとの距離、及び第１放射輝度計２１と第２放射輝度計２２ａ、２２ｂの距離が共に近くなるように、物体５１ａ、５１ｂはクリンカ５０ａ（被測定物）と隣接し、第２放射輝度計２２ａ、２２ｂは第１放射輝度計２１と隣接する位置に設けられることが好ましい。但し、第２放射輝度計２２ｂによって測定される放射輝度に、高温の物体５１ａから発せられる放射輝度による影響も考慮しているものの、第２放射輝度計２２ｂの指向性が極端に悪く、低温の物体と高温の物体の距離が短い理由等からｒ_０が０に近いと、計測精度が低下する場合がある。一方、第２放射輝度計２２ａと第２放射輝度計２２ｂの距離は近くても問題ないことから、光軸を一致させるために両者の距離は近い方が望ましい。

そして、図４に示すクリンカ５０ａを図３に示す被測定物５０として、第１放射輝度計２１をクリンカ５０ａに向けて、粉塵が存在する空間を介して、上述のように少なくとも２波長にて放射輝度を測定する。一方、第２放射輝度計２２ａでは、クリンカより高温の物体５１ａに向けて、また、第２放射輝度計２２ｂでは、クリンカ５０ａより低温の物体５１ｂに向けて、粉塵が存在する空間を介して、それぞれ少なくとも２波長にて放射輝度を測定する。なお、クリンカ５０ａより低温の物体５１ｂについては、上述のように、放射率や温度制御等の面から、図６に示す黒体空洞や、或いは図５に示す落口金物１１ｃを当該物体５１ｂとするのが好ましい。一方、クリンカ５０ａより高温の物体５１ａについては、例えば図４、図５に示すバーナ１６の火炎を当該物体５１ａとすることができる。

次いで、上記第１放射輝度計２１により測定した放射輝度と、第２放射輝度計２２ａにより測定した放射輝度と、更に第２放射輝度計２２ｂにより測定した放射輝度から、上述の手順により、クリンカ５０ａの温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度を計測する。

以上、本発明の計測方法では、粉塵が存在する雰囲気中の被測定物、例えばセメント製造設備が備えるロータリキルンのような粉塵存在下の炉内において、高温状態にある被加熱物の温度等を、より精度良く計測できる。なお、本実施形態では、物体が被測定物より低温の１つの物体であって、第２放射輝度計により測定された放射輝度に、被測定物からの放射輝度を考慮して計測を行う上述の第１実施形態と、物体の数が２であって、２つの物体がそれぞれ被測定物の温度より高温の物体と、被測定物の温度より低温の物体であり、低温の物体からの放射輝度に高温の物体からの放射輝度を考慮して計測を行う第２実施形態について詳細に説明したが、物体の数が３以上の場合も、同様に精度良く計測することができる。例えば、上述の第１実施形態において、物体を３以上設けて、各物体からの放射輝度と被測定物からの放射輝度を測定して被測定物の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度を計測し、これらを平均することで計測精度を向上させることができる。また、例えば、設備の構造上の理由等から、加熱源であるバーナ火炎が複数ある加熱、製錬、精製、焼成、反応等の工業炉の場合は、上述の第２実施形態において、これらをそれぞれ高温の物体として、被測定物の温度、粉塵の温度及び粉塵の濃度を計測し、同様に平均を取ることで計測精度を向上させることができる。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。

＜実施例１＞
図２に示すように、第１放射輝度計２１により、キルンシェル１１ａの出口側端部に存在するクリンカ５０ａの放射輝度を測定するとともに、第２放射輝度計２２により、物体５１の放射輝度を測定した。なお、この実施例では、上記キルンシェル１１ａ出口外周の外側であって、キルンフット１２の内壁に設置した黒体空洞を物体５１とした。また、物体５１の測定位置と被測定物（クリンカ５０ａ）の測定位置との距離は１００ｃｍ、第１放射温度計２１と第２放射温度計２２の距離は３０ｃｍとした。ここで測定位置とは、放射輝度計の光軸と物体５１或いは被測定物（クリンカ５０ａ）との交点とする。

ここで、測定波長を波長λ_１＝０．６５μｍ、波長λ_２＝０．９０μｍの２波長とし、クリンカ温度Ｔ_ｔ＝１４５０℃、クリンカの放射率ε_ｔ＝１．０、粉塵の温度Ｔ_ｄ＝１２５０℃、粉塵の放射率ｒ_ｄ＝０．５、物体の寄与度ｒ_０＝０．６、黒体空洞の温度Ｔ_ｏ＝５００℃、黒体空洞の放射率ε_ｏ＝１．０とする。

そして、第１放射輝度計２１で測定されるべき放射輝度Ｌ_１，λ１、Ｌ_１，λ２を、上述の式（１）で求めると、Ｌ_１，λ１＝１．６０×１０^９、Ｌ_１，λ２＝１．２２×１０^１０となる。同様に、第２放射輝度計２２で測定されるべき放射輝度Ｌ_２，λ１、Ｌ_２，λ２を上述の式（２）で求めると、Ｌ_２，λ１＝７．９２×１０^８、Ｌ_２，λ２＝６．５６×１０^９となる。次に、上述の式（４）及び式（５）を用いて、Ｌ_ｔ，λ１／Ｌ_ｔ，λ２を求め、これに上述の式（６）を適用し、Ｔ_ｔ＝１４５０℃（誤差０℃）を得る。また、上述の式（３）及び式（４’）で計算される粉塵の放射率ｒ_ｄは０．５（誤差０．０）、上述の式（１’）及び式（３’）で計算される粉塵の温度Ｔ_ｄは１２５０℃（誤差０℃）となった。

一方、従来法である２色法により計測する場合は、先に得たＬ_１，λ１＝１．６０×１０^９、Ｌ_１，λ２＝１．２２×１０^１０の比から、上述の式（６）にて計算すると、Ｔ_ｔ＝１４０８℃（誤差−４２℃）となる。なお、この２色法による従来法での誤差は、粉塵の放射率ｒ_ｄに依存するため、同値を０〜１まで可変させて測定されるクリンカ温度Ｔ_ｔを、本方法（本発明の方法）により計測されるクリンカ温度Ｔ_ｔと併せて図７に示す。また、粉塵の温度Ｔ_ｄ及び粉塵の放射率ｒ_ｄについても併せて図７に示す。

図７から明らかなように、本方法では粉塵の放射率ｒ_ｄによらず、クリンカ温度Ｔ_ｔは常に１４５０℃と誤差が０℃であるのに対し、従来法では、ｒ_ｄが０に近い場合は誤差が小さいものの、１に近づくにつれて誤差が大きくなり、粉塵の温度Ｔ_ｄである１２５０℃に近づくことが分かる。また、本方法では、粉塵の温度Ｔ_ｄは、粉塵の放射率ｒ_ｄによらず、１２５０℃で一定である。また、粉塵の放射率ｒ_ｄについても、本方法では傾きが１の直線となっており、正しく求めることができる。

＜実施例２＞
図２に示すように、第１放射輝度計２１により、キルンシェル１１ａの出口側端部に存在するクリンカ５０ａの放射輝度を測定するとともに、第２放射輝度計２２により、物体５１の放射輝度を測定した。なお、この実施例２では、落口金物１１ｃを物体５１として用いた。また、物体５１の測定位置と被測定物（クリンカ５０ａ）の測定位置との距離は８０ｃｍ、第１放射温度計２１と第２放射温度計２２の距離は３０ｃｍとした。ここで測定位置とは、放射輝度計の光軸と物体５１或いは被測定物（クリンカ５０ａ）との交点とする。

実施例１と同様に、測定波長を波長λ_１＝０．６５μｍ、波長λ_２＝０．９０μｍの２波長とし、クリンカ温度Ｔ_ｔ＝１４５０℃、クリンカの放射率ε_ｔ＝１．０、粉塵の温度Ｔ_ｄ＝１２５０℃、粉塵の放射率ｒ_ｄ＝０．５、物体の寄与度ｒ_０＝０．６、落口金物の温度Ｔ_ｏ＝１０００℃とする。なお、落口金物の放射率ε_ｏは、クリンカからの放射が落口金物で反射すると仮定すれば、物体の寄与度ｒ_０にて考慮できるため、それを省略している。

そして、第１放射輝度計２１で測定されるべき放射輝度Ｌ_１，λ１、Ｌ_１，λ２を上述の式（１）で求めると、Ｌ_１，λ１＝１．６０×１０^９、Ｌ_１，λ２＝１．２２×１０^１０となる。また、第２放射輝度計２２で測定されるべき放射輝度Ｌ_２，λ１、Ｌ_２，λ２を上述の式（２）で求めると、Ｌ_２，λ１＝８．０１×１０^８、Ｌ_２，λ２＝６．７７×１０^９となる。次に、上述の式（４）及び式（５）を用いて、Ｌ_ｔ，λ１／Ｌ_ｔ，λ２を求め、これに上述の式（６）を適用し、Ｔ_ｔ＝１４６３℃（誤差１３℃）を得る。また、上述の式（３）及び式（４’）で計算される粉塵の放射率ｒ_ｄは０．５５（誤差０．０５）、上述の式（１’）及び式（３’）で計算される粉塵の温度Ｔ_ｄは１２４６℃（誤差−４℃）となった。

実施例１と同様に、従来法である２色法により測定されるクリンカ温度Ｔ_ｔを、本方法（本発明の方法）により計測されるクリンカ温度Ｔ_ｔと併せて図８に示す。また、粉塵の温度Ｔ_ｄ及び粉塵の放射率ｒ_ｄについても併せて図８に示す。

図８から明らかなように、本方法では粉塵の放射率ｒ_ｄによらず、クリンカ温度Ｔ_ｔは１４６３℃と誤差が１３℃であるのに対し、従来法では、ｒ_ｄが０に近い場合は誤差が小さいものの、１に近づくにつれて誤差が大きくなり、粉塵の温度Ｔ_ｄである１２５０℃に近づくことが分かる。また、本方法では、粉塵の温度Ｔ_ｄは、ｒ_ｄが０．１程度以下では−５０〜−２０℃程度の誤差があるものの、０．２程度以上ではほぼ正確に計測できている。また、粉塵の放射率ｒ_ｄは、ｒ_ｄ＝０のときに約０．１と算出されているが、ｒ_ｄの増加と共に直線的に増加し、１付近ではほぼ正しい値が算出されている。

＜実施例３＞
図４に示すように、第１放射輝度計２１により、キルンシェル１１ａの出口側端部に存在するクリンカ５０ａの放射輝度を測定するとともに、第２放射輝度計２２ａ、２２ｂにより、それぞれ物体５１ａ、５１ｂの放射輝度を測定した。なお、この実施例では、落口金物１１ｃを、クリンカ５０ａより低温の物体５１ｂとし、一方、バーナ１６の火炎を、クリンカ５０ａより高温の物体５１ａとした。低温の物体５１ｂの測定位置と被測定物（クリンカ５０ａ）の測定位置との距離は８０ｃｍ、高温の物体５１ａの測定位置と被測定物（クリンカ５０ａ）の測定位置との距離は１５０ｃｍ、第１放射温度計２１と第２放射温度計２２ｂの距離は３０ｃｍ、第１放射温度計と第２放射温度計２２ａの距離は７０ｃｍとした。ここで測定位置とは、放射輝度計の光軸と物体５１ａ、５１ｂ或いは被測定物（クリンカ５０ａ）との交点とする。

ここで、測定波長を波長λ_１＝０．６５μｍ、波長λ_２＝０．９０μｍの２波長とし、クリンカ温度Ｔ_ｔ＝１４５０℃、クリンカの放射率ε_ｔ＝１．０、粉塵の温度Ｔ_ｄ＝１２５０℃、粉塵の放射率ｒ_ｄ＝０．７、物体の寄与度ｒ_０＝０．６、落口金物の温度Ｔ_ｌ＝１０００℃、バーナ火炎の温度Ｔ_ｈ＝２０００℃、バーナ火炎の放射率ε_ｈ＝１．０とする。なお、落口金物の放射率ε_ｌは、バーナ火炎からの放射が落口金物で反射すると仮定すれば、物体の寄与度ｒ_０にて考慮できるため、それを省略している。

そして、第２放射輝度計２２ａで測定されるべき放射輝度Ｌ_{２−１，λ１}、Ｌ_{２−１，λ２}を上述の式（１２）にて求めると、Ｌ_{２−１，λ１}＝１．８５×１０^１０、Ｌ_{２−１，λ２}＝５．７３×１０^１０となる。また、第２放射輝度計２２ｂで測定されるべき放射輝度Ｌ_{２−２，λ１}、Ｌ_{２−２，λ２}を上述の式（１３）で求めると、Ｌ_{２−２，λ１}＝７．６３×１０^９、Ｌ_{２−２，λ２}＝２．５４×１０^１０となる。次に上述の式（１４）及び式（１５）を用いて、Ｌ_ｈ，λ１／Ｌ_ｈ，λ２を求め、これに上述の式（６）を適用し、バーナ火炎の温度Ｔ_ｈ＝２００２℃（誤差２℃）を得る。また、バーナ火炎の温度Ｔ_ｈに関しても、従来技術である２色法により計測すると、先に得た、Ｌ_{２−１，λ１}＝１．８５×１０^１０、Ｌ_{２−１，λ２}＝５．７３×１０^１０の比から、上述の式（６）にて計算すると、Ｔ_ｈ＝１９５７℃（誤差−４３℃）となる。また、上述の式（１４’）より粉塵の放射率ｒ_ｄは０．７０（誤差０．０）、上述の式（１６）及び式（６）より粉塵の温度Ｔ_ｄは１２３９℃（誤差−１１℃）と算出される。

また、第１放射輝度計２１で測定されるべき放射輝度を上述の式（１１）にて求めるとＬ_１，λ１＝１．１６×１０^９、Ｌ_１，λ２＝９．５９×１０^９となり、これを元に先に求めたｒ_ｄ（０．７０）、粉塵の温度Ｔ_ｄ（１２３９℃）を使い、上述の式（１７）及び式（６）を用いてＴ_ｔ＝１４４７℃（誤差−３℃）を得る。

一方、従来法である２色法により計測する場合は、先に得たＬ_１，λ１＝１．１６×１０^９、Ｌ_１，λ２＝９．５９×１０^９の比から、上述の式（６）で計算すると、Ｔ_ｔ＝１３７３℃（誤差−７７℃）となる。なお、従来法での誤差は、粉塵の放射率ｒ_ｄに依存するため、同値を０〜１まで可変させて測定されるクリンカ温度Ｔ_ｔを、本方法（本発明の方法）により計測されるクリンカ温度Ｔ_ｔと併せて図９に示す。また、本方法により計測される粉塵の温度Ｔ_ｄ、粉塵の放射率ｒ_ｄ、バーナ火炎の温度Ｔ_ｈ及び従来法により計測されるバーナ火炎の温度Ｔ_ｈについても併せて図９に示す。

図９から明らかなように、本方法では、粉塵の放射率ｒ_ｄによらず、クリンカ温度Ｔ_ｔは１４４７℃と誤差が−３℃であるのに対し、従来法では、ｒ_ｄが０に近い場合は誤差が小さいものの、１に近づくにつれて誤差が大きくなり、粉塵の温度Ｔ_ｄである１２５０℃に近づくことが分かる。また、本方法では、粉塵の温度Ｔ_ｄは、ｒ_ｄが０．２程度以下では誤差が大きいものの、０．４以上では誤差は少ない。また、粉塵の放射率ｒ_ｄについては、本方法では、傾きが１の直線となっており正しく求めることができる。また、バーナ火炎の温度Ｔ_ｈについても、本方法ではｒ_ｄによらず正確に温度を計測できているのに対し、従来法ではｒ_ｄが１に近づくと温度が極端に低下し、精度が極めて悪くなることが分かる。

なお、この方法では、クリンカの温度を精度良く計測できるだけでなく、バーナ火炎の温度も正しく把握することができるため、加熱、製錬、精製、焼成、反応等の工業炉の制御に好適である。

＜実施例４＞
上記実施例２において、計測されたＴ_ｔが約１４６０℃と誤差が１０℃程度ある。これは、導出の際、上述の式（４）においてクリンカの放射輝度Ｌ_ｔ，λが落口金物の放射輝度Ｌ_ｏ，λより十分に大きいために、後者の影響がないことを仮定しているが、落口金物が１０００℃位に高い温度である場合にはそれを無視できないために発生するものである。また、両者の放射輝度の比は、波長によって異なるために、本方法においては、クリンカの温度Ｔ_ｔを計測するために用いる波長λ_１、λ_２の選択によって誤差が変わることになる。そこで、実施例２の条件において、落口金物の温度Ｔ_ｏ、波長λ_１、λ_２を変量して誤差を解析した結果を次の表１に示す。具体的には、実施例２の落口金物の温度Ｔ_ｏを９００℃、１０００℃、１０５０℃又は１１００℃のいずれかの温度の場合において、２色温度計による計測方法で広く用いられている波長の組合せ（波長λ_１＝０．９μｍ、波長λ_２＝１．５５μｍ）で計測したときのクリンカの温度測定誤差を基準値（比率１）として、当該基準値の半分、即ち比率の値が０．５０以下になる波長の組合せの選択条件について、表１に示す試験番号１〜２８の条件で検証した。

表１に示す検証結果から、落口金物のＴ_ｏが９００〜１０５０℃の範囲内であり、波長λ_１と波長λ_２が、これらをそれぞれμｍ単位で表したときの数値の積が０．８以下を満たす波長であるときに、誤差を半分にすることができることが分かった。なお、落口金物の温度Ｔ_ｏを８００〜１１００℃の範囲で変量したが、８００℃では、２色温度計による計測方法で広く用いられている波長の組合せ（波長λ_１＝０．９、波長λ_２＝１．５５）でも元々誤差が小さく、波長の組合せを変更する必要はない。また、１１００℃では、上記２色温度計による計測方法で広く用いられている波長の組合せでの誤差が大きく、波長の組合せの選択によって誤差を改善しても実用にあまり適さない。更に、この方法で得られたクリンカ温度Ｔ_ｔを用いれば、上述の式（３）及び式（４’）で得られる粉塵の放射率ｒ_ｄやそこから得られる粉塵の濃度、上述の式（１’）及び式（３’）若しくは上述の式（７）及び式（６）で計算される粉塵の温度Ｔ_ｄはより高精度な値となる。

＜実施例５＞
実施例２において、波長λ_１＝０．６５μｍ、波長λ_２＝０．９０μｍに、波長λ_３＝１．３５μｍを加えた３波長で測定を行い、二つの波長の組合せ（λ_１＝０．６５μｍ、λ_２＝０．９０μｍ）と（λ_２＝０．９０μｍ、λ_３＝１．３５μｍ）でそれぞれクリンカの温度Ｔ_ｔ（λ_１とλ_２）及び温度Ｔ_ｔ（λ_２とλ_３）を計測した。

計測されたＴ_ｔに誤差が生じるのは、導出の過程で上述の式（４）においてクリンカの輝度Ｌ_ｔ，λに対して落口金物の輝度Ｌ_ｏ，λが無視できないためである。そこで、λ_１とλ_２にてクリンカ温度Ｔ_ｔと落口金物温度Ｔ_ｏの複数の組合せにおいて、下記式（１８）で計算されるＬ_{１，２，λ１}／Ｌ_{１，２，λ２}と上述の式（６）から算出されるＴ_ｔ（λ_１、λ_２、Ｔ_ｔ、Ｔ_ｏ）を求める。次にλ_２、λ_３にて、同様の計算を行いＴ_ｔ（λ_２、λ_３、Ｔ_ｔ、Ｔ_ｏ）を得る。なお、下記式（１８）にてクリンカの放射率ε_ｔは１とした。また、上述の式（４）にある落口金物の放射率ε_ｏは、クリンカからの放射が落口金物で反射すると仮定すれば、物体の寄与度ｒ_０にて考慮できるため、それを省略した。

そして、これらのデータを統計処理して得た回帰式を用いて、クリンカの温度Ｔ_ｔ（λ_１、λ_２）及びＴ_ｔ（λ_２、λ_３）の計測値から、Ｔ_ｔを得ることができる。Ｔ_ｔを１５５０、１５００、・・・、１２００、１１５０℃、Ｔ_ｏを１２００、１１００、・・・、６００、５００℃（ただしＴ_ｔ＞Ｔ_ｏ）として、Ｔ_ｔ（λ_１、λ_２）、Ｔ_ｔ（λ_２、λ_３）−Ｔ_ｔ（λ_１、λ_２）、（Ｔ_ｔ（λ_２、λ_３）−Ｔ_ｔ（λ_１、λ_２））^２からＴ_ｔを求める回帰式を求め、下記式（１９）を得た。

Ｔ_ｔ＝1.0252Ｔ_ｔ（λ_１、λ_２）＋0.2198（Ｔ_ｔ（λ_２、λ_３）−Ｔ_ｔ（λ_１、λ_２））−0.02257（Ｔ_ｔ（λ_２、λ_３）−Ｔ_ｔ（λ_１、λ_２））^２−35.0 ・・・（１９）

実施例２において、Ｔ_ｔ（λ_１、λ_２）は１４６３℃であり、波長のみ変更して求めたＴ_ｔ（λ_２、λ_３）は１４９５℃であった。これらから上記式（１９）を用いてＴ_ｔを求めると、１４５０℃（誤差０℃）となり、大幅に計測精度が向上したことが分かる。ここで、実施例２における落口金物温度Ｔ_Ｏを変化させたときのＴ_ｔ（λ_１、λ_２）、Ｔ_ｔ（λ_２、λ_３）、そして本方法で求めたＴ_ｔを図１０に示す。図１０から、本方法を用いることで、落口金物の温度が高くても、高精度にクリンカ温度Ｔ_ｔを計測できることが分かる。更に、得られたクリンカ温度Ｔ_ｔを用いれば、上述の式（３）及び式（４’）で得られる粉塵の放射率ｒ_ｄやそこから得られる粉塵の濃度、上述の式（１’）及び式（３’）若しくは上述の式（７）及び式（６）で計算される粉塵の温度Ｔ_ｄはより高精度な値となる。

本発明は、例えばセメント製造設備が備えるロータリキルンのような粉塵存在下の炉内において、高温状態にあるクリンカ等の温度等を計測するのに好適に利用することができる。

２１ 第１放射輝度計
２２ 第２放射輝度計
５０ 被測定物
５１ 物体

Claims (9)

1. 第１放射輝度計を被測定物に向けて、粉塵が存在する空間を介して、少なくとも２波長にて前記第１放射輝度計により放射輝度を測定し、
   前記被測定物と異なる温度を有する１又は２以上の物体と同数の第２放射輝度計を前記物体に向けて、前記空間を介して、少なくとも２波長にて前記第２放射輝度計により放射輝度を各別に測定し、
   前記第１放射輝度計及び前記第２放射輝度計により測定された放射輝度から、前記被測定物の温度、前記粉塵の温度及び前記粉塵の濃度を計測する方法。
2. 前記物体が黒体空洞である請求項１記載の方法。
3. 前記被測定物がロータリキルン内の被加熱物である請求項１記載の方法。
4. 前記物体が黒体空洞である請求項３記載の方法。
5. 前記物体がロータリキルンの落口金物である請求項３記載の方法。
6. 前記物体が前記被測定物より高温の物体と前記被測定物より低温の物体の２つの物体である請求項１記載の方法。
7. 前記被測定物がロータリキルン内の被加熱物であって、前記被測定物より高温の物体がバーナの火炎であり、かつ前記被測定物より低温の物体が前記ロータリキルンに設けられた落口金物である請求項６記載の方法。
8. 放射輝度の測定波長が波長λ_１及び波長λ_２の２波長であって、前記波長λ_１及び前記波長λ_２は、これらをそれぞれμｍ単位で表したときの数値の積が０．８以下を満たす請求項１、３、５、６又は７記載の方法。
9. 放射輝度の測定波長が波長λ_１、波長λ_２及び波長λ_３の３波長であって、そのうちの２つの２波長の組合せで測定を行い、得られる２つの被測定物の温度から前記被測定物の温度、前記粉塵の温度及び前記粉塵の濃度を計測する請求項１、３、５、６又は７記載の方法。