JP3268699B2 - パイプ内を流れる粒子の流れを測定する方法および装置 - Google Patents

パイプ内を流れる粒子の流れを測定する方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明の目的は、パイプ中を運動
する粒子の特性を測定する方法及び装置を提案すること
である。本発明による方法は特にパイプ中を連続的に又
は不連続的に運動する粒子、または小球の速度およびま
たは断面積を測定するのに適している。
【０００２】下述の記載において、「パイプ」とは、粒
子が循環する導管、閉鎖容器、血管、反応器などを示す
一般的な用語である。
【０００３】
【本発明の背景】本発明は特に、ほぼ等しい直径の小球
を有する触媒が垂直に配置された一連の反応器を貫流す
る連続改質分野に応用される。前記一連の反応器の各１
個の反応器の基部にこの技術分野で「リフト ポット」
として知られる移送体に小球が入り、ここで小球が操作
中に発生した加圧ガスと混合し、次の反応器の上方の入
口に向かって管を送り込まれる。この一連の最後の反応
器で触媒の小球はガス流によって再生器に送られ、再生
されると、小球は一連の反応器に沿って再び運動する。
このような連続改質処理は例えば本出願人の米国特許第
4,172,027号に記載されている。
【０００４】これらの連続改質サイクル中に、触媒の質
の低下が循環路に沿って生じる（この現象を「アトリシ
ョン」として知られる）。これは反応器の内部の格子上
に粉末の堆積物として運ばれ、各反応器の基底を吹込み
移送要素に接続するパイプ中に触媒粒子の循環に明らか
な変化が生じる。これらの要素は狭い範囲内で正確に作
動するので、吹込みガスは移送粒子流に注意深く比例し
なければならず、該ガスの移動速度を測定することによ
って粉末粒子の良好な循環を制御することが必要であ
る。
【０００５】パイプ中の粒子の循環に関するパラメータ
の測定は、幾つかの技術によって達成することができ
る。流体の流動中の固体粒子の移動速度を測定するため
の音響技術が石炭採鉱業に使用される。これは２対の超
音波トランシーバーをパイプに沿って２個所に配置し、
対応する伝達装置によって伝達された衝撃に感応する受
信機にそれぞれ受取られる信号を相互に関係させること
から成る。この技術の応用例が米国特許第4,598,593号
に記載される。
【０００６】石炭採鉱業に使用される別の技術が米国特
許第4,506,541号に記載されており、パイプを循環する
粒子の密度を測定している。この技術は主としてパイプ
中をアイソトープ源から電子ビームを送り、粒子によっ
て分散されたエネルギーをセンサにより測定する。
【０００７】米国特許第4,596,254号に記載される血球
のような循環粒子の速度を測定する別の技術もまた周知
である。この技術は主に粒子流を通り抜ける光波に作用
するドップラー効果による周波数シフトを測定し、自己
相関によって粒子の速度を測定する。
【０００８】
【発明の概要】本発明による方法の目的は、パイプ内を
循環する粒子の流れを測定することである。この方法
は、出口を通ってパイプ内に開口しており、出口の少な
くとも高さにおける断面積およびパイプ内を流れている
粒子の寸法が循環している粒子の寸法と同じオーダーの
大きさである少なくとも１つの管内に、所定の流量の流
体を噴射することと、粒子がパイプ内の出口の前を通過
することに起因する流体圧力の時間変化を測定すること
と、粒子の少なくとも速度を得るために、圧力の変化を
表わす信号を相関によって処理することとを有する。
【０００９】圧力変化は管内の流体の圧力変化であって
もよい。
【００１０】また、圧力変化は、管とパイプとの間の圧
力差を測定することによって検出されてもよい。
【００１１】さらに、パイプ内を循環している粒子は実
質的に同じ寸法を有しており、信号を処理するステップ
は、出口の前の粒子の速度を信号から導き出すために信
号の自己相関を行うことを含んでいてもよい。
【００１２】あるいは、パイプの互いに離れた２つの別
個の場所にある第１の出口および第２の出口を通ってパ
イプ内に開口しており、対応する出口の少なくとも高さ
における断面積および流れている粒子の寸法が同じオー
ダーの大きさである第１の管および第２の管内に、所定
の流量で流体を噴射することを含む、上記本発明の方法
において、第１の出口および第２の出口の前を流れてい
る粒子に起因する、第１の管および第２の管内の流体の
圧力の時間変化を別個に測定することと、粒子の速度お
よび寸法を測定するために、第１の管および第２の管内
の圧力の変化にそれぞれ対応している信号を相関関係す
ることとを有していてもよい。
【００１３】
【００１４】本発明による方法は、サワー環境を種々の
温度と圧力条件のもとで処理する特に多数の化学工業部
品中の粒子流を制御するのに適する。必要に応じて流体
が注がれる１本または多数のステンレス鋼の管、一般に
本質的または特質的な圧力測定装置と組合わされる化学
部品中を循環するようなステンレス鋼管が、流量を監視
したり特性を識別したりするのに有用な信号を発生する
のに十分適している。かかる装置の費用は比較的に安価
である。
【００１５】本発明の装置は、パイプ内を循環する粒子
の流れを測定することを可能にするものである。この装
置は、出口を通ってパイプ内に開口しており、出口の少
なくとも高さにおける断面積がパイプ内を流れている粒
子の寸法と同じオーダーの大きさにされている少なくと
も１つの管と、その管に所定の流量で流体を供給する少
なくとも１つの流体源と、粒子が出口の前を流れること
に起因する管内の圧力の変化を測定する圧力検出手段
と、管内の圧力変化を表わす信号から粒子の少なくとも
流速を得る相関手段を含んでいる処理器とを有してい
る。
【００１６】さらに、粒子は実質的に同じ寸法を有して
おり、処理器は、信号の自己相関を行って信号から粒子
の速度を導き出す自己相関手段を含んでいてもよい。
【００１７】あるいは、パイプの互いに離れた２つの別
個の場所にある第１の出口および第２の出口を通ってパ
イプ内に開口しており、出口の少なくとも高さにおける
断面積が循環している粒子の寸法と同じオーダーの大き
さにされている第１の管および第２の管と、粒子が第１
の出口および第２の出口の前をそれぞれ流れることに起
因する、第１の管および第２の管内の圧力の変化をそれ
ぞれ測定する圧力検出手段と、流れている粒子の流速お
よび断面積を得るために、第１の管および第２の管内の
圧力変化を表わす信号を相関関係する手段を含んでいる
処理器とを有していてもよい。
【００１８】
【００１９】
【００２０】本発明の方法及び装置の他の特性及び利点
は添付の図面を参照して以下の実施例の記載から明瞭と
なろう。
【００２１】
【実施例】本発明の方法は、主として、ガスの自由流動
を妨げる運動粒子によって生じるガス流動の圧力変化を
測定することにある。測定しようとする速度の粒子が例
えば第１図及び第２図に示すパイプ（１）中を運動す
る。これらの粒子は、例えば、触媒の支持体として使用
されるとともに数個の化学反応器その他の閉鎖容器を連
結するパイプ中を重力によって運動する小球であっても
よい。
【００２２】第１図に示す第１の実施例によれば、本発
明の装置はパイプ（１）に、一端において出口（３）に
開口する管（２）を備える。管（２）は粒子の流れを妨
げないようにパイプ（１）の壁と接触することが好まし
い。管（２）は反対端において、測定された好ましくは
一定の流量を流体源（４）から加圧流体を供給される。
管（２）中を循環する流体の圧力を常に測定する圧力検
知器（５）が設けられる。この検知器は測定された圧力
を示す信号を発生し、圧力測定信号を捕捉するためのイ
ンタフェースカードを備えた周知のプログラム機能を持
つマイクロコンピュータのようなコンピュータ（６）に
送られる。
【００２３】管（２）の断面積はパイプ中を循環する粒
子の断面積と同じ大きさ、好ましくは流体の圧力にはっ
きりと変動するような寸法に選定される。例えば、粒子
断面積の１／３から１／10の範囲の断面積を有する管が
使用される。
【００２４】パイプ（１）中を運動し出口（３）を通る
粒子は検知器（５）によって測定された瞬間圧力を幾分
修正する。この測定された圧力は粒子が出口（３）に接
近する時に最大値を示す。最大値の幅はＤ／Ｖに比例す
る。ここでＤは粒子の断面積であり、Ｖは粒子の平均速
度である。
【００２５】パイプ（１）中を循環する粒子がほぼ同じ
断面積Ｄを有する場合に、本発明の方法によれば関数Ｐ
（ｔ）の自己相関を達成すること、及び得られた相関の
主要なピークの半分の高さにおける時間幅を測定するこ
とによって流量を測定することができる。
【００２６】自己相関関数の主要なピークの半分の高さ
における時間幅が、第５図及び第７図のほぼ実験曲線に
よって示されるように、粒子速度に反比例することが実
験的に証明されている。これらは、それぞれ３.８４６
×１０-2 m/s、１.４４×１０-2 m/s、および０.８４７
×１０-2 m/sの表示速度Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3のほぼ同じ断面
積を有する粒子が出口（３）の前を通過する時に管
（２）中で測定した圧力変動を自己相関させることによ
って証明された。この実験による三つの場合に おい
て、各主要なピークの測定された時間ｄｔ１、ｄｔ２、
ｄｔ３（それぞれ１３ms、３６ms、６３ms）と対応する
速度の積がどの場もほぼ０.５程度の因子ｋに等しいこ
とが確かめられた。この予備的検定によって得られた因
子の値から、各ピークの半分の高さにおける幅を測定す
ることによって、時間間隔を測定する定量の圧力に対す
る粒子の平均速度を測定することができる。
【００２７】第２図の実施例によれば、この装置は互い
に隔たる出口（９）、（10）に連なるパイプ（１）に開
口する２本の細い管（７）、（８）を含有する。これら
の２本の管は各々が別個の流体源（４ａ、４ｂ）によつ
て好ましくは一定の流量の流体を供給される。２個の圧
力検出器（11）、（12）はそれぞれ２本の管（７）、
（８）中に出口（９）、（10）を通って流れる粒子によ
り生じた圧力変化を測定する。２個の検出器から発生し
た信号はマルチプレクサ（図示せず）によりコンピュー
タ（６）によって平行になされる。
【００２８】粒子の断面積に比例する一定の断面積を有
する管（２）、（７）、（８）は、第３図に示すよう
に、粒子の断面積に適合する断面積の出口を有するパイ
プ（１）に開口ノズル（14）に終わる比較的大きい断面
積の管（13）で事実上置換することができる。
【００２９】前述の配置により、本発明の方法によれば
細い管（７）、（８）中のそれぞれ圧力変化を表わすＰ
１(ｔ)とＰ２(ｔ)の相互関連によって二つの異なるパラ
メータを決めることができる。相互関連関数は、粒子が
出口（９）、（10）の間の距離を運動する時間に等しい
タイムラグｔを提示する主ピークを示す。出口（９）、
（10）間の距離を知れば、この時間間隔を測定すること
により第１のパラメータ、すなわちこの時間間隔中の粒
子の平均速度を決定することができる。粒子の平均速度
Ｖがタイムラグｔの測定により知られるので、相互関連
関数の主要ピークの幅を測定することにより、パイプ
（１）を循環する粒子の断面積Ｄが測定される。
【００３０】本発明の範囲内で、測定された流量の流体
源はほぼ一定の圧力で流体を送り出す装置で置き換える
ことができ、また出口（３）、（９）、（10）を通る粒
子の流れに起因する細い管中の流量の変化を測定するこ
とができる。一定の圧力の流体を供給するこれらの手段
は、例えば、各管に接続された高圧タンクと下流に圧力
を制御する減圧器とを備える。しかしながら、その他の
事実上満足できる方法は難しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】１個の噴射管を有する本発明の第１実施例の装
置を示す。
【図２】２個の噴射管を有する本発明の第２実施例の装
置を示す。
【図３】流体噴射管の１つの実施例を示す。
【図４】本発明の装置で得られる粒子の流量による圧力
変動のトレース図の一例を示す。
【図５、図６、図７】変動曲線から得られた自己相関曲
線の数例を示す。
【符号の説明】
１ … パイプ ２，７，８，１３ … 管 ３，９，１０ … 出口 ４，４ａ，４ｂ … 流体源 ５，１１，１２ … 検出器 ６ … コンピータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クロード ボウデュセル フランス国 60119 ハノーヴィル リ ュー タローン ８番 (72)発明者 ダミャン ジール フランス国 38200 ヴィエン モンテ ィ デイ タピニエレ クア デュ サ ン ５番 (56)参考文献 特開 昭64−91019（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−138214（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−196487（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−10609（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 5/28 - 5/22 G01F 1/704 - 1/712

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パイプ内を循環する粒子の流れを測定す
    る方法であって、 出口を通って前記パイプ内に開口しており、前記出口の
    少なくとも高さにおける断面積および前記パイプ内を流
    れている粒子の寸法が循環している粒子の寸法と同じオ
    ーダーの大きさである少なくとも１つの管内に、所定の
    流量の流体を噴射するステップと、 前記粒子が前記パイプ内の前記出口の前を通過すること
    に起因する流体圧力の時間変化を測定するステップと、 前記粒子の少なくとも速度を得るために、前記圧力の変
    化を表わす信号を相関によって処理するステップとを有
    する、パイプ内を循環する粒子の流れを測定する方法。
  2. 【請求項２】 前記圧力変化は前記管内の流体の圧力変
    化である、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記圧力変化は前記管と前記パイプとの
    間の圧力差を測定することによって検出される、請求項
    １に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記パイプ内を循環している前記粒子は
    実質的に同じ寸法を有しており、前記信号を処理するス
    テップは、前記出口の前の前記粒子の速度を前記信号か
    ら導き出すために前記信号の自己相関を行うことを含ん
    でいる、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記パイプの互いに離れた２つの別個の
    場所にある第１の出口および第２の出口を通って前記パ
    イプ内に開口しており、対応する前記出口の少なくとも
    高さにおける断面積と流れている粒子の寸法とが同じオ
    ーダーの大きさである第１の管および第２の管内に、所
    定の流量で流体を噴射することを含む、請求項１から３
    のいずれか１項に記載の方法において、 前記第１の出口および前記第２の出口の前を流れている
    前記粒子に起因する、前記第１の管および前記第２の管
    内の前記流体の圧力の時間変化を別個に測定すること
    と、 前記粒子の速度および寸法を測定するために、前記第１
    の管および前記第２の管内の前記圧力の変化にそれぞれ
    対応している信号を相関関係することとを有す る、請求
    項１から３のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 パイプ内を循環している粒子の流れを測
    定する装置であって、 出口（３）を通って前記パイプ内に開口しており、前記
    出口の少なくとも高さにおける断面積が前記パイプ内を
    流れている粒子の寸法と同じオーダーの大きさにされて
    いる少なくとも１つの管（２）と、該管（２）に所定の
    流量で流体を供給する少なくとも１つの流体源（４）
    と、前記粒子が前記出口の前を流れることに起因する前
    記管内の圧力の変化を測定する圧力検出手段（５）と、
    前記管内の圧力変化を表わす信号から粒子の少なくとも
    流速を得る相関手段を含んでいる処理器（６）とを有す
    る、パイプ内を循環している粒子の流れを測定する装
    置。
  7. 【請求項７】 複数の前記粒子は実質的に同じ寸法を有
    しており、前記処理器は、前記信号の自己相関を行って
    前記信号から前記粒子の速度を導き出す自己相関手段を
    含んでいる、請求項６に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記パイプの互いに離れた２つの別個の
    場所にある第１の出口および第２の出口を通って前記パ
    イプ内に開口しており、前記出口の少なくとも高さにお
    ける断面積が循環している粒子の寸法と同じオーダーの
    大きさにされている第１の管および第２の管と、前記粒
    子が前記第１の出口および前記第２の出口の前をそれぞ
    れ流れることに起因する、前記第１の管および前記第２
    の管内の圧力の変化をそれぞれ測定する圧力検出手段
    と、前記流れている粒子の流速および断面積を得るため
    に、前記第１の管および前記第２の管内の圧力変化を表
    わす信号を相関関係する手段を含んでいる処理器とを有
    している、請求項６に記載の装置。
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