JP2019122985A - ノズルの詰り検出方法及び検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】稼働中、簡易な構造で、二流体ノズルであっても、早期にノズル詰りを検出し、詰りが発生しているノズルを特定できるノズル詰り検出方法及び検出装置を提供する。【解決手段】ノズル（例えば、空気と水を吐出する二流体ノズル）１に振動センサ（例えば、加速度検出器）３を設置して、ノズルの振動（例えば、振動加速度）を直接的又は間接的に測定し、各ノズルに関連付けた測定値と、予め定めた関係式から設定した閾値とを比較し、測定値が閾値に到達するとき、前記ノズルに詰りが発生していると判定し、ノズル詰りを検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、二流体ノズルなどのノズルの振動を測定し、ノズルの詰りを検出する方法及び検出する装置に関する。

連続鋳造設備の二次冷却帯においては、多数のスプレーノズルを使用し、冷却媒体（水又は水と空気との混合流体）を噴霧して、溶鋼を冷却しながら鋳片が製造されている。高品質な鋳片を製造するためには、スプレーノズルは幅方向に均一に冷却することが求められる。しかし、冷却に使用される水には工場水等の水質の悪いリサイクル水が使用されることが多く、ノズルに詰りが発生することがある。スプレーノズルに詰りが発生すると、均一に冷却されず、表面割れや内部割れを生じるなど、鋳片の品質を低下させることになる。そのため、従来、スプレーノズル詰りを検知する方法が多数検討されてきた。

例えば、特開平５−３０９４６５号公報（特許文献１）には、圧力計をスプレーノズルに内蔵し、スプレーノズルの内部水圧を測定し、実測値と閾値とを比較、又は実測値と理想値とを比較することにより、ノズル詰りをノズル毎に判定する方法が開示されている。

特開２００３−１７０２５６号公報（特許文献２）には、スプレーノズルの基端側の内部と冷却水の送給基管とに熱電対を設置し、スプレーノズル内の冷却水温度と冷却水の送給基管との温度差を用いて、スプレーノズル詰りを判別する方法が開示されている。

しかし、特許文献１及び特許文献２の方法では、圧力計や熱電対などのセンサをノズル内部に取り付けるため、冷却水の噴霧パターンに影響する虞があり、またスプレーノズルの構造が複雑となる。また、ノズルの内部にセンサを設置するためのスペースを確保する必要があり、適用可能なノズルが制限される。さらに、圧力変動、温度変動を利用する方法では、初期の詰り（小さな詰り）を検出することは困難である。

特開平５−１７７３２３号公報（特許文献３）には、ダミーバーに圧力検出センサと振動検出センサとそれぞれの信号処理装置と記憶装置とを備え、ノズルからの冷却媒体噴射圧力と冷却媒体噴射振動との双方の測定結果から総合的にスプレーノズル詰りを検出する方法が開示されている。

しかし、特許文献３の方法では、二流体（水及び空気）ノズル詰りの検知が可能であるものの、圧力検出センサ及び振動検出センサの２種類以上のセンサを組み合わせる必要があり、検知方法が複雑となる。また、噴射圧力及び噴射振動は、噴射液の流量に依存するものの、二流体ノズルでは、詰り率の低い初期段階では噴射流量（水の噴射流量）にほとんど変化がみられず、詰り率が高くノズルが閉塞に近い段階で噴射流量が急激に変化するという性質がある。そのため、特許文献３の方法では、二流体ノズルの詰りを早期に検知することが困難である。また、センサを内蔵したダミーバーは、冷却媒体が噴射される鋳片に先行して移動するため、鋳片などの冷却対象物（噴霧対象物）に対して冷却媒体を噴霧している噴霧中（稼働中）のノズルを診断できない。また、ダミーバーにセンサを設置するため、ノズル詰りを検知したとしても、複数のノズルのうち、実際に詰りが発生しているノズルを特定することは困難である。そのため、ノズル詰りが検知されても、冷却帯の複数のノズルを点検し、詰りが発生しているノズルを特定して交換するか、若しくは前記冷却帯の複数のノズルの全てを交換する必要がある。

特開平１１−１０４５３５号公報（特許文献４）には、例えばインクジェットプリンタにおいてインク等を吐出するノズル詰りの検知方法として、振動板に振動センサを設け、ノズルから吐出物を振動板に向けて吐出させ、吐出物の衝突による振動に基づいて、ノズル詰りを検知する方法及び検知装置が開示されている。

特許文献４では、吐出物の吐出先の振動板にセンサを設置するため、印画中（稼働中）にノズル詰りを検知できず、ノズルの検査を定期的に実施する必要がある。また、センサを振動板に設置するため、複数のノズルのうち、実際に詰りが発生しているノズルを特定することは困難である。

また、特開２０１３−３５０２７号公報（特許文献５）には、冷却水の流量を調整する流調弁の二次側及び空気の流量を調整する流調弁の二次側における各圧力と各流量とを測定し、それぞれ予め定めた圧力―流量基準線と対比して、各圧力差を求め、冷却水の圧力差と空気の圧力差との組み合わせで二流体スプレーノズルの異常を検知する方法が開示されている。

この特許文献５では、二流体（水及び空気）ノズル詰りの検知が可能であるが、圧力計及び流量計と２種類以上のセンサを冷却水の流調弁及び空気の流調弁にそれぞれ設置し、冷却水側及び空気側の各圧力差を算出後、各圧力差を組み合わせでノズルの異常検知をするため、構造及び検知方法が複雑である。また、センサを冷却帯の各ゾーンの流調弁の二次側に設置するため、冷却帯の中から異常が発生しているゾーンの特定は可能であっても、実際に異常が発生しているノズルの特定は困難である。

特開平５−３０９４６５号公報（特許請求の範囲） 特開２００３−１７０２５６号公報（特許請求の範囲、実施例） 特開平５−１７７３２３号公報（請求項１、請求項２、実施例） 特開平１１−１０４５３５号公報（特許請求の範囲） 特開２０１３−３５０２７号公報（特許請求の範囲、実施例）

従って、本発明の目的は、稼働中、特に鋳片などの噴霧対象物に対して噴霧中であっても、簡易な構造でノズル詰りを検出できるノズル詰り検出方法及び検出装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、複数のノズルの中から、詰りが発生しているノズルを特定できるノズル詰り検出方法及び検出装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、詰り率が低い初期段階でも、ノズル詰りを精度よく有効に検出できるノズル詰り検出方法及び検出装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、気体と液体とを吐出する二流体ノズルであっても、ノズル詰りを早期かつ有効に検出できるノズル詰り検出方法及び検出装置を提供することにある。

本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、ノズルの振動（又は振動強度）が詰りの程度と相関関係を有し、詰りの進行度（詰り率）に比例してノズルの振動（又は振動強度）が小さくなることに着目し、噴霧対象物に先行して移動するダミーバーなどの受け部材ではなく、ノズルに振動センサを設置して、センサからの振動情報を利用すると、稼働中、特に噴射対象物に対して噴射中であっても、早期に、しかも精度よく、簡易な構造でノズル詰りを検出できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明のノズル詰り検出方法は、ノズルに振動センサを直接的又は間接的に設置して、ノズルの振動を測定し、測定値と閾値（基準値）とを比較し、測定値が閾値に到達したとき、前記ノズルが詰まっていると判定又は判断してノズル詰りを検出する。

また、振動センサは所定のノズルに設置又は取り付ければよく、複数のノズルにそれぞれ振動センサを設置して、各ノズルの振動を各ノズル番号（又はノズルアドレス）と関連付けて（紐づけて）測定し、各測定値と閾値とを比較し、ノズル詰りが発生していると判定したとき、当該ノズルのノズル番号（又はノズルアドレス）を報知してもよい。そのために、複数のノズルから流体を噴霧する装置又はシステムにおいて、複数のノズルのうち、ノズル詰りが発生している所定のノズルを特定できる。

本発明が適用されるノズルは、気体と液体とを吐出（噴射）する二流体ノズルであってもよく、二流体ノズルでは、気体と液体との混合部に振動センサを設置してもよい。

閾値は、ノズルの振動とノズルの詰り率との関係式（検量線など）に基づいて、所望のノズル詰り率に対応して設定可能であり、低い詰り率に対応する閾値を設定することにより、初期段階のノズル詰りを検出することも可能である。また、前記関係式を用いて、測定値から詰り率を算出することも可能である。

振動センサは、特に制限されず、加速度検出器であってもよい。また、ノズルの振動を振動加速度（ＳＰＥＣＴ値）（ｍ／ｓ^２）として測定してもよい。また、測定値は、一定時間（所定時間）測定した振動データの平均値を用いてもよい。

また、本発明は、振動センサを備えたノズル詰り検出装置も包含する。この検出装置は、ノズルの振動を検出する振動測定又は検出手段（ノズルに直接的又は間接的に設置された振動センサで形成された検出手段）と、この測定又は検出手段からの測定値と閾値とを比較する比較手段と、この比較手段において、測定値が閾値に到達したとき、ノズルが詰まっていると判定する判定手段とを備えている。このような装置において、複数のノズルに振動センサを直接的又は間接的に設置し（又は取り付け）、各ノズルの振動を各ノズル番号と関連付けて検出し、詰りが発生していると判定したとき、当該ノズルのノズル番号を報知する報知手段を備えてもよい。

なお、本明細書において、噴射対象物（吐出対象物、噴霧対象物）とは、流体が噴霧される本来の被噴霧体を意味し、本来の被噴霧体に先行して移動するダミーバーなどではなく、鋳片などの被冷却体、紙などの被印刷体などの本来噴射（吐出、噴霧、噴出）される対象物を意味する。このような、被噴霧体へ流体を噴霧している状態を稼働中とする。

本発明では、ノズルに振動センサを設置してノズルの振動を測定するため、稼働中、特に噴射対象物に対して噴射中であっても、簡易な構造でノズル詰りを検出可能である。また、複数のノズルにそれぞれ振動センサを設置すると、複数のノズルの中から、詰りが発生しているノズルを特定できる。さらに、詰り率に応じて閾値を設定することにより、早期に詰りを検出することもできる。さらには、前記振動センサを二流体ノズルの気体と液体との混合部に設置すると、二流体ノズルのノズル詰りを有効に検出可能である。

図１は、ノズル詰り検出装置の一例を示す概略図である。 図２は、図１に示す二流体ノズルの配置形態の一例を示す概略断面図である。 図３は、ノズルのノズル詰り率とノズルの振動との関係を示すグラフである。 図４は、ノズル詰り率９０％におけるノズルの振動加速度の振動波形である。 図５は、比較例のノズルのノズル詰り率とノズル吐出水量との関係を示すグラフである。

以下、添付図面に基づいて、本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明のノズル詰り検出装置の一例を示す概略図であり、図２は、図１に示す二流体ノズルの配置形態の一例を示す概略断面図であり、この例では、連続鋳造設備の二次冷却ノズルに適用した例が示されている。図１に示すように、連続鋳造設備の二次冷却帯には、互いに隣接して複数の二次冷却ノズル（二流体ノズル）が配設されており、各二流体ノズル（１）は、ソケット（５，６）を介して、空気ヘッダー（９）及び水ヘッダー（１０）に接続されている。図示する例では、複数の二流体ノズル（１）は、ノズル番号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５つのノズルで構成されており、少なくとも１つの前記二次冷却帯（冷却ゾーン）を形成している。

すなわち、ノズル（１）に空気を供給するための空気ヘッダー（９）には給気配管（７）が接続され、この給気配管（７）は、二流体ノズル（１）の長手方向の後端部（上流端部）に形成された空気ソケット（５）に直線状の形態で接続されており、ノズル（１）に水を供給するための水ヘッダー（１０）には給水配管（８）が接続され、この給水配管（８）は、二流体ノズル（１）の周壁（上流側の周壁又は側壁）に形成された水ソケット（６）に湾曲した形態で接続されている。なお、上記空気ヘッダー（９）及び水ヘッダー（１０）には、それぞれ、夾雑物を濾過した空気及び工場水が供給される。そのため、複数の二流体ノズル（１）には、各給配管（７，８）を経て、それぞれ空気ヘッダー（９）及び水ヘッダー（１０）からの空気及び工場水が供給される。

前記二流体ノズル（１）は、ノズル（１）の長手方向の後端部からの空気と、ノズル（１）の上流側の周壁からの水とが合流して混合され、微粒子状の液滴を含む混合流体を形成するための混合部（又は混合室）（２）と、この混合部から前方方向に延びるノズル本体（１６）と、このノズル本体の先端部に形成され、ノズルチップ（１５）を備えた吐出孔（又は噴霧孔）とを備えている。混合部（２）で形成された混合流体は、ノズル本体（１６）を経て、ノズルチップ（１５）を備えた吐出孔から噴霧流体（吐出ミスト）（１４）として噴射又は噴霧される。

なお、二流体ノズル（１）の基部は固定されている。すなわち、空気ソケット（５）の上流端部が固定され（固定端）、ノズル本体（１６）は固定されずに自由端を形成している。

そして、二流体ノズル（１）の混合部（２）の周壁（図示する例では、水ソケット（６）に対して反対側の周壁）には、振動伝達可能な中間部材（金属材料など）（４）を介して、振動センサ（３）としての加速度検出器が設置又は取り付けられ、各ノズル（１）の振動を間接的に検出している。なお、上記中間部材（４）のうち、ノズル（１）と接触可能な底面には、断面Ｖ字状又はＵ字状の溝部又は切り込み部が形成されている。各振動センサ（３）は、ケーブル（コード）（１３）を介して分析装置（解析装置又はコンピュータ）（１１）に接続されており、分析装置（１１）は報知装置（１２）に接続されている。

ノズル番号（Ａ〜Ｅ）の各ノズル（１）に設置した振動センサからの一次振動データ（振動波形、波形情報など）は、各ノズル番号（又はノズルアドレス）に関連付けて又は紐付けされて分析装置（解析装置）（１１）に与えられる。なお、上記ノズル番号（又はノズルアドレス）は、入力手段を利用して分析装置（解析装置）（１１）に入力することができる。

分析装置（１１）では、一次振動データがＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ変換回路）により、アナログ信号からデジタル信号へと変換され、このデジタル振動データからノイズが除去される。ノイズが除去されたデジタル振動データは、記憶手段（記憶回路、メモリ回路）に時系列的に格納され、制御手段（制御回路）に与えられる。制御手段は、デジタル振動データから測定値を算出するために、デジタル振動データを演算手段（演算回路）へ与える。演算手段（演算回路）では、ＦＦＴ（ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）アナライザを用い、所定の入力レンジ（例えば、１Ｖｒｍｓ（Ｖ ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ））において、所定の周波数範囲（例えば、０〜１００ｋＨｚ、好ましくは１０ｍＨｚ〜１０ｋＨｚ）、所定のサンプリング点数（例えば、２５６〜１６３８４点、好ましくは５１２〜８１９２点、さらに好ましくは１０２４〜４０９６点）でＦＦＴ分析が行われ、所定時間の平均値が算出される。この平均値（平均値データ）は、測定値として、前記記憶手段に時系列的に格納されるとともに、比較手段（比較回路）に与えられる。

この比較手段（比較回路）では、測定値としての平均値（平均値データ）と、閾値（基準値）とが比較され、測定値が閾値に到達したとき、比較手段（比較回路）はノズル詰り検出信号を生成し、ノズル詰りが発生していると判定される。例えば、ノズル番号Ａのノズル（１）に対する測定値（平均値データ）が閾値に到達したとき、比較手段（比較回路）は、ノズル番号Ａのノズル（１）にノズル詰りが生じたことを示すノズル詰り検出信号Ａを生成し、ノズル番号Ａのノズル（１）の詰りが検出される。

さらに、ノズル詰り検出信号は制御手段（制御回路）に与えられ、制御手段は、ノズル詰り検出信号（例えば、ノズル詰り検出信号Ａ）に応答して、所定のノズル（１）に詰りが生じたことを報知するため、報知信号を報知装置（１２）に与え、報知装置（１２）により、ノズル詰り及びノズル詰りが発生しているノズルが報知（例えば、ノズルＡにノズル詰りが発生しているという情報が報知）される。

このような検出方法及び検出装置では、各ノズル（１）に振動センサ（３）を設置又は取り付けるという簡単な構造で、稼働中（すなわち、連続鋳造設備の二次冷却帯で、噴霧対象である鋳片に対して噴霧している）ノズル（１）の詰りを検出できる。また、詰りの進行度（詰り率）に比例してノズルの振動（又は振動強度）が小さくなること、特に、詰り率と振動データの平均値とがほぼ一次の直線関係にあることを利用して、閾値を設定可能であるため、ノズル（１）の詰りとその程度を精度よく検出して評価できる。例えば、低い詰り率に対応する閾値（例えば、吐出孔の詰り率が２０〜５０％程度に対応する閾値）を設定することにより、吐出流量と詰り率との関係が複雑である二流体ノズルであっても、ノズルの詰りを有効かつ精度よく検出でき、詰りの程度も評価できるとともに、詰り率が低い初期段階でも、有効かつ制度よく検出できる。さらに、各ノズル（１）に振動センサ（３）を取り付けることにより、複数のノズルの中から実際にノズル詰りが発生しているノズルを特定して報知することができる。そのため、ノズル詰りが特定されたノズルだけを交換すればよく、冷却帯のノズルの詰り状況を容易に管理できる。

（ノズル）
本発明において、ノズルの種類は、特に制限されず、単一の流体、例えば、液体（例えば、水）だけを吐出するスプレーノズル、気体だけを吐出するスプレーノズルなどの一流体ノズルであってもよく、気体と液体（例えば、空気と水）を噴霧又は吐出可能な二流体ノズルであってもよい。本発明は、吐出流量と詰り率との間に比例関係のない二流体ノズルに有効に適用できる。

吐出する液体は、用途及びノズルの種類に応じて種々の液体が利用でき、例えば、水（例えば、工場水、上水、マイクロバブル水）、インク、有機溶媒、油などであってもよい。液体は、通常、水であってもよい。なお、ノズル詰りを防止又は初期のノズル詰りを除去（解消）するため、マイクロバブル水などを定期的にノズルに供給又はノズル内で生成させてもよく、前記制御手段（制御回路）を利用して、ノズル詰り検出信号に応答して、マイクロバブル水などをノズルに注入又は供給してもよい。

吐出する気体は、用途に応じて種々の気体が利用でき、例えば、空気、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの不活性ガスなどが挙げられる。これらの気体は混合しても使用できる。気体は、通常、空気であってもよい。二流体ノズルでは、通常、空気と水とを組み合わせて噴霧又は噴射してもよい。

なお、ノズル（二流体ノズルなど）の構造は特に制限されず、夾雑物の流入を防止するためのフィルター部（スリット状フィルター部など）を上流部に備えていてもよく、流体の流動を制御するため、スタビライザー又は羽根を備えていてもよい。また、ノズル（二流体ノズルなど）の流路の形態（円筒状内壁、前方方向に向かって狭まった形態の流路内壁など）、吐出孔の形態（円形状、楕円形状吐出孔、先端部に形成された平坦部、断面Ｖ字状溝又はＵ字状溝で開口する吐出孔など）なども特に制限されない。

二流体ノズルにおいて、気体の圧力は、通常、０．０１〜１ＭＰａ（例えば、０．０２〜０．８ＭＰａ）、好ましくは０．０３〜０．７ＭＰａ程度であってもよい。液体は、通常、加圧液体（又は高圧液）として供給され、圧力は、０．０１〜２ＭＰａ、好ましくは０．０２〜１．５ＭＰａ、さらに好ましくは０．０３〜１ＭＰａ程度であってもよい。気体と液体との流量比（体積割合）は、温度２５度において、例えば、気体／液体（気液体積比）＝２〜７００、好ましくは３〜５００、さらに好ましくは４〜３００程度であってもよい。ミスト粒子の粒子径は、気体及び液体の流量などにより変動するが、例えば、平均粒子径（平均液滴径）１０〜５００μｍ、好ましくは１５〜４００μｍ（例えば、２０〜３００μｍ）、さらに好ましくは５０〜２５０μｍ（例えば、６０〜２００μｍ）程度であってもよい。

（振動センサ）
ノズル詰りが発生した場合、ノズルの振動は、ノズル詰りの進行度（詰り率）と相関関係（例えば、比例関係）があるため、振動センサによりノズルの振動を測定することで、ノズル詰りを検出することができる。そのため、振動センサは、ノズルの振動を測定可能であればよく、振動伝達可能な中間部材を介して間接的に測定してもよく、中間部材は必ずしも必要がないため、ノズルに振動センサを直接的に設置又は取り付け、ノズルの振動を直接的に測定してもよい。振動センサは、例えば、加速度検出器（加速度センサ）であってもよく、加速度検出器としては、圧電型加速度検出器、サーボ型加速度検出器、ひずみゲージ式加速度検出器、半導体式加速度検出器が例示されるが、小型、高感度、広帯域である点から、通常、圧電型加速度検出器が好ましい。

ノズルの振動パラメータは、振動加速度、振動速度又は振動変位であってもよく、１又は複数の振動パラメータを組み合わせてもよい。好ましい振動パラメータは、少なくとも振動加速度を含んでいてもよい。通常、加速度検出器（例えば、圧電式加速度ピックアップ）を用いてノズルの振動加速度を測定することにより、対象物（短小軽薄又は極度に高温でない対象物）の振動加速度の大小を精度よく検出できるため、気体と液体とを吐出する二流体ノズルの検出も精度よく可能になる。

振動センサは、必要により、他のセンサ、例えば、圧力センサ、流量センサ、温度センサなどと適宜組み合わせて使用してもよい。これらのセンサは１種類又は２種類以上組み合わせて使用してもよく、通常、他のセンサを併用することなく、振動センサのみであることが好ましい。振動センサのみを使用することにより、検出方法及び検出装置が簡易化できる。

振動センサによる振動周波数域は、特に制限されず、例えば、０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ（０．５Ｈｚ〜１５ｋＨｚ）程度であってもよい。

振動センサの設置又は取り付け位置は、ノズルの振動を測定可能な位置であればよく、ノズルの適所に設置又は取り付け可能である。二流体ノズルにおいても、ノズルの適所（例えば、ノズル本体（１６）など）に設置又は取り付け可能であり、例えば、二流体ノズルの先端部よりも基部側（例えば、ノズル本体の長さの中間部よりも基部側、特に、気液混合部）に設置又は取り付けてもよい。二流体ノズル基部側（特に、気液混合部（２））に振動センサ（３）を設置すると、先端部と比較して設置環境がよく、ノズル本体の共振による振動が振動センサで検出されるのを回避又は防止することができ、二流体ノズルのノズル詰りを精度よく検出が可能になる。また、先端部と比較して設置スペースの確保が容易になる。

振動センサの設置方法（固定方法）は、例えば、ネジ、マグネット、接着剤、ハンドプローブ（深触針）、絶縁ワッシャなどが例示され、シリコンオイルなどを併用してもよく、接着剤としては、瞬間接着剤、両面テープ（厚め又は薄め）であってもよい。周波数特性への影響の点から、通常、ネジにより直接固定することが好ましい。

（分析装置）
振動センサからの一次振動データは、必要であれば、アンプ（増幅器）で増幅してもよく、フィルタ回路（ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドフィルタ回路）を利用して所定の振動情報（データ）を抽出又は処理（ノイズ除去処理）してもよい。入力レンジ（電圧レンジ）は、所定の値に設定すればよく、例えば、１Ｖｒｍｓとしてもよい。入力レンジが大きすぎると感度が不足（鈍化）し、小さすぎると、オーバーレンジ（入力オーバー）し、測定が困難となる。一次振動データは、通常、Ａ/Ｄ変換され、アナログ信号からデジタル信号へと変換される。演算手段（演算回路）では、所定時間及び／又は所定のサンプリング数に亘り測定された振動データの平均値（平均値データ）に預らず、サンプル数１のデータを用いてもよい。また、種々の処理関数を用いて、平均値、積算値、積算平均値、絶対値平均値、実効値、標準偏差、最大値又は最小値を算出し、測定値として用いてもよく、例えば、１〜１０秒間（例えば、２〜９秒間）、好ましくは、３〜７秒間（例えば、４〜６秒間）の平均値又は積算値であってもよい。また、測定値の算出は、連続的に行っても、断続的に行ってもよく、定期的（一定間隔ごと）に行ってもよい。また、測定値は必要な精度に応じ、算出された全ての測定値と閾値とを比較してもよく、無作為又は所定の条件で抽出された一部の測定値と閾値とを比較してもよい。

ノズルの詰り率とノズルの振動には相関関係があり、例えば、ノズルの詰り率が高くなると、ノズルの振動強度が低下するという比例関係が認められる。このノズルの詰り率とノズルの振動強度の関係式（比例式、検量線）は、詰り率が既知である複数のノズルの各詰り率に対応するノズルの振動を測定し、測定値をノズルの詰り率とノズルの振動強度とに基づいて作成できる。また、実機（実際に稼働している機器）などにおいては、予め詰りのデータを測定することが困難な場合がある。このような場合、詰りのない状態での振動データを初期値とし、初期値から変化が観測された場合に、ノズルの詰り状況（詰り率）を確認する作業を繰り返すことにより、データを蓄積し、ノズルの詰り率とノズルの振動との関係式を構築してもよい。また、関係式に基づいて、所望の詰り率に対応する閾値を設定することができる。さらに、関係式に基づいて、任意の詰り率のノズルの詰りが発生する時期を予測してもよく、予測に基づいて、ノズルのメンテナンス作業（例えば、ノズルの交換又はノズルの清掃）を実施し、稼働中のノズル詰りを未然に防いでもよい。

（閾値）
閾値は、任意に設定することができ、予めノズルの振動とノズルの詰り率の関係から定めた関係式に基づいて設定してもよい。関係式に基づいて、所望のノズルの詰り率に応じて閾値を設定することもできる。例えば、詰り率１０〜７０％（例えば、１５〜６０％）、好ましくは、２０〜５０％（例えば、２５〜４５％）、より好ましくは３０〜４０％（例えば、３０％）に対応した閾値を設定してもよく、例えば、閾値を詰り率３０％に設定すると、詰り率３０％と早期の詰りを検出することもできる。なお、詰り率は、吐出口での詰り部の面積割合を示す。

また、閾値は、１又は複数設定してもよく、段階的に異なる詰り率に対応する複数の閾値を設定し、ノズルの詰り率の段階に基づいて、ノズルのメンテナンス時期を設定してもよい。

分析装置（解析装置）は、特に制限されず、測定値と閾値と複数の各ノズルに関連付けた測定値と閾値とを比較する比較手段と、測定値が閾値に到達するとき、ノズル詰りが発生していると判定する判定手段とを備えていればよい。また、ノズル詰りの検出及びノズル詰りが発生しているノズル番号を報知する報知手段を備えていてもよい。

また、振動データ（情報）を時系列的に記録（記憶）し、蓄積する記憶手段（記憶回路（メモリ回路））を備えていてもよい。時系列データを用いて、過去のノズル状態（ノズルの詰り率）を確認することもでき、ノズル状態と対応する時期に製造した製品（例えば、鋳片）とを関連付けて（紐づけて）追跡してもよい。また、時系列データを利用（フィードバック）してノズル詰りの時期を予測してもよく、予測した時期に基づいて詰り防止措置（例えば、清掃、洗浄、マイクロバブル水の噴射）を行ってもよい。また、時系列データを利用し、設備条件（例えば、ノズルの形状、大きさ、材質）、噴出物の種類（例えば、リサイクル水、水道水及び空気）などを入力してノズル又は設備の寿命を設備の設計段階で予測してもよい。また、分析装置をインターネットに接続し、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）により、データを現場又は遠隔から確認し、ノズル詰りを検出した場合、設備の停止又は詰り除去動作（例えば、マイクロバブル水の噴射）などを遠隔で指示（操作）してもよい。

（報知装置又は報知手段）
報知装置（報知手段）は、必ずしも必要ではないが、検出されたノズル詰りを有効に利用するため、報知するのが好ましい。報知装置は、特に制限されず、ノズル詰りの検出及びノズル詰りが発生しているノズルを報知する報知手段を備えていればよく、表示装置（例えば、モニター）であっても、音響装置（例えば、アラーム）であってもよい。また、報知装置（報知手段）は分析装置に内蔵されていてもよい。

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

実施例１
空気と水とを吐出する二流体ノズルの混合部に中間部材を介して振動センサとして圧電型加速度検出器（（株）小野計器製「ＮＰ−３１２０」（周波数範囲：５Ｈｚ〜１２ｋＨｚ））を設置し、ノズルの詰り率を０％〜１００％まで段階的に変化させ、ノズルのノズル詰り率に対応する振動の変化を測定した。なお、ノズルの吐出水量ＱＷは１２．０Ｌ／分と設定し、分析装置としてＦＦＴアナライザ（（株）小野計器「ＣＦ−９０００ｓｅｒｉｅｓ」）を用い、入力レンジ：１Ｖｒｍｓ、周波数範囲：０〜１０ｋＨｚ（分析範囲：５Ｈｚ〜１０ｋＨｚ）、サンプリング点数：２０４８点、平均化設定時間：５秒間、周波数領域：パワースペクトルに設定し、積算平均値を測定した。なお、周波数分解能は、１００００／（２０４８／２．５６）＝１２．５Ｈｚであった。また、ノズルの詰り率は、吐出口での詰り部の面積割合を示す。

結果を表１に示す。ノズルのノズル詰り率とノズルの振動との関係を図３に示す。また、詰り率が９０％におけるノズルの振動の振動波形を図４に示す。

比較例
振動の変化に代えて、ノズルの吐出水量の変化を測定する以外は、実施例と同様に測定行った。

結果を表１に示す。ノズル詰り率と、ノズルの吐出水量の関係を図５に示す。

表１及び図３から明らかなように、実施例では、詰り率の低い詰りの初期段階においても、測定値に明らかな変化がみられた。比較例では、ノズル詰り率が８９.４％とノズルが閉塞に近い状態になるまで、吐出水量に大きな変化がみられなかったのに対し、実施例１では、ノズル詰り率と測定した振動加速度に相関があり、詰り率に伴って振動加速度の変化が顕著にみられた。

また、詰り率３１．７％と詰りの初期段階のとき、比較例では詰り率０％の測定値からほぼ変化がみられなかったが、実施例１では、測定値に明らかな変化がみられた。

さらに、図３から明らかなように、比較例と異なり、実施例１では、ノズル詰り率とノズルの振動とが比例関係(一次関数ｙ＝ａｘ＋ｂの関係)にある。そのため、図３を検量線として用いて、図３に基づいて閾値を設定することもでき、さらに、閾値を広範囲から設定することができる。

実施例２
図１に示すように、空気と水とを吐出する二流体ノズルを間隔をおいて配設してノズル帯を形成し、このノズル帯の左端からノズル（Ａ）、ノズル（Ｂ）、ノズル（Ｃ）、ノズル（Ｄ）、ノズル（Ｅ）のノズル番号を付し、ノズル（Ａ）として詰り率３１．７％のノズルを用い、ノズル（Ｂ）〜（Ｅ）として詰り率０％のノズルを用いた。そして、閾値を詰り率３０％に対応する値に設定し、実施例１と同様の条件で、連続的に噴霧したところ、ノズル（Ａ）〜（Ｅ）のうちノズル（Ａ）だけがノズルが詰まっていると判定され、ノズル（Ａ）のノズル詰りが検出された。

本発明は、稼働中、特に鋳片などの噴射対象物に対して噴射中であっても、簡易な構造でノズル詰りを検出することができる。そのため、本発明は、流体が噴霧又は噴射可能な種々のノズルに適用でき、隣接する複数のノズルにより形成されるノズル帯、例えば、連続鋳造設備の二次冷却帯やインクジェットプリンタなどのノズル帯などに適用できる。特に、工業用水などが利用されてノズル詰りが生じやすく、しかもノズル詰りが品質に大きく影響する連続鋳造設備の二次冷却帯のノズルに有利に適用される。

１…二流体ノズル
２…混合部
３…振動センサ
４…中間部材
５…空気ソケット
６…水ソケット
７…給気配管
８…給水配管
９…ヘッダー（空気）
１０…ヘッダー（水）
１１…分析装置
１２…報知装置
１３…ケーブル
１４…ミスト
１５…ノズルチップ
１６…ノズル本体

Claims (10)

1. 振動センサを用いてノズル詰りを検出する方法であって、ノズルに振動センサを直接的又は間接的に設置して、ノズルの振動を測定し、測定値と閾値とを比較し、測定値が閾値に到達したとき、前記ノズルが詰まっていると判定してノズル詰りを検出する方法。
2. 複数のノズルにそれぞれ振動センサを設置して、各ノズルの振動を各ノズル番号と関連付けて測定し、各測定値と閾値とを比較し、ノズル詰りが発生していると判定したとき、当該ノズルのノズル番号を報知して、ノズル詰りが発生しているノズルを特定する請求項１に記載のノズル詰り検出方法。
3. ノズルが、気体と液体とを吐出する二流体ノズルであって、振動センサを二流体ノズルの気体と液体との混合部に設置する請求項１又は２に記載のノズル詰り検出方法。
4. ノズルの振動とノズルの詰り率との関係式に基づいて、閾値が設定可能である請求項１〜３のいずれかに記載のノズル詰り検出方法。
5. 振動センサが加速度検出器である請求項１〜４のいずれかに記載のノズル詰り検出方法。
6. 一定時間に亘り測定した振動データの平均値を測定値とする請求項１〜５のいずれかに記載のノズル詰り検出方法。
7. ノズルの振動を振動加速度（ＳＰＥＣＴ値）（ｍ／ｓ^２）として測定する請求項１〜６のいずれかに記載のノズル詰り検出方法。
8. ノズルの低い詰り率に対応する閾値を設定し、初期段階でノズル詰りを検出する請求項１〜７のいずれかに記載のノズル詰り検出方法。
9. ノズル詰り検出装置であって、ノズルに直接的又は間接的に設置された振動センサで形成された振動測定手段と、この測定手段からの測定値と閾値とを比較する比較手段と、前記測定値が閾値に到達したとき、ノズルが詰まっていると判定する判定手段とを備えているノズル詰り検出装置。
10. 複数のノズルにそれぞれ振動センサが設置され、各ノズルの振動を各ノズル番号と関連付けて検出し、詰りが発生していると判定したとき、当該ノズルのノズル番号を報知する報知手段を備えている、請求項９に記載のノズル詰り検出装置。

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