JP3394826B2 - ガス温度計測装置 - Google Patents

ガス温度計測装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス温度計測装置に係
り、特に燃焼装置内のガス温度計測装置であって、燃焼
灰の生成が多いガス環境でのガス温度計測に適したガス
温度計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ボイラ等燃焼装置内のガス温度を計測す
ることは、燃焼装置の効率的運用等のための制御・監視
にとって重要であるとともに、燃焼装置の熱設計等にと
っても重要である。特に燃料の燃焼にともなって発生す
る燃焼灰の溶融点以下にガス温度を保つことは燃焼装置
内の伝熱管の伝熱効率維持、腐食防止にとって重要であ
る。
【0003】従来のガス温度計測法の一例を図4に示
す。この方法はガス温度の連続計測に適しているといわ
れている。燃焼装置炉壁20に挿入された先端に黒体膜
(理想的にはガスからの輻射を完全に吸収し完全に再輻
射するもの)の設置された黒体膜付導光部21を用いて
いる。燃焼装置内のガスからの主として輻射により先端
の黒体膜は加熱され、その温度に関連した黒体輻射を黒
体膜付導光部21および燃焼装置の外部に設置された中
継光ファイバ22を経て光電変換器23に導き、この光
電変換器で黒体輻射(光)を電気信号に変換し、温度演
算器24でガス温度に換算している。
【0004】図5に黒体膜付導光部21の構造の一例を
示す。黒体膜1は高熱伝導性導光プローブ2(例えばサ
ファイアロッド)の先端に形成されている。燃料がLN
G等のクリーン燃料の場合には、図4のように黒体膜付
導光部21を直接燃焼装置内に挿入しても先端の黒体膜
1が腐食等により経時的に劣化することは比較的少ない
が、最近のように燃料として微粉炭を用いる場合には燃
焼生成物である灰がこの黒体膜付導光部21の黒体膜1
または高熱伝導性プローブ2に付着し、先端の黒体膜1
をガス温度環境から輻射熱遮蔽したり、腐食促進したり
して長期連続計測の支障になっている。そのためこのよ
うな灰生成の多い燃料の場合には、図6に示すように高
熱伝導性導光プローブ2の外層に同じく高熱伝導性のシ
ース管3を設けることが多い。しかし、この場合には先
端の黒体膜1の腐食防止の効果はあるが、シース管3先
端近傍に同様に付着した灰による輻射熱遮蔽による計測
ガス温度の信頼性低下に対しては何の効果ももたらさな
い。
【0005】このように従来のガス温度計測法では、微
粉炭燃料のように燃焼によりガス中に灰を多く含むガス
の温度計測について信頼性確保の手段が講じられていな
いという問題点があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、燃焼
により生成する灰が高熱伝導性導光プローブ(黒体膜も
含む)またはこの外周に設置された高熱伝導性シース管
に付着し、先端の黒体膜を周囲のガス温度環境から輻射
熱遮蔽し、ガス温度計測値の精度を低下させる問題点が
あった。
【0007】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、燃焼生成灰の導光プローブ(黒体膜も含む)ま
たは外周設置のシース管への付着を抑制して、ガス温度
計測精度の低下を防ぐことができるガス温度計測装置を
提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願で特許請求する発明は以下のとおりである。 (1)燃焼装置内部のガスからの輻射を受け、これを外
部に導く棒状導光部と、該導光部からの輻射(光)を受
けこれに基づいて前記ガスの温度を演算する演算器とを
備えたガス温度計測装置において、前記棒状導光部外周
に所定間隔をへだてて高熱伝導性シース管を設け、この
シース管内部に、前記棒状導光部とシース管の間のガス
層に気柱共鳴振動を励起させる振動発生素子を設けたこ
とを特徴とするガス温度計測装置。 (2)(1)において、振動発生素子が電気駆動子振動
発生素子であることを特徴とするガス温度計測装置。 (3)燃焼装置内に挿入されその先端に、燃焼装置内ガ
スからの輻射を受けてこれに基づき輻射光を発生する手
段の設置された導光プローブと、この導光プローブ外周
を空間をへだてて被覆するシース管と、前記導光プロー
ブからの輻射光を伝送する中継光ファイバと、該中継光
ファイバにより伝送された輻射光を光電変換する光電変
換器と、光電変換器からの信号に基づき燃焼装置内ガス
温度を算出する温度演算器とを備えたガス温度計測装置
において、前記シース管内に設けられ導光プローブの軸
方向への振動方向を有する振動発生手段と、この振動発
生手段の振動周波数または振幅を制御する振動制御装置
を設けたことを特徴とするガス温度計測装置。 (4)(3)において、前記シース管の一端を閉止し、
他端近傍に振動発生手段を設けたことを特徴とするガス
温度計測装置。 (5)(3)において、前記シース管の一端を開放し、
他端近傍に振動発生手段を設けたことを特徴とするガス
温度計測装置。
【0009】
【作用】一般的に管の中のガス(気体)は管の長さ、
径、ガス組成、温度により定まる固有の気柱共鳴振動数
を有している。そこで導光プローブとシース管との支持
部に上記気柱共鳴振動数近傍に共鳴振動数を有する圧電
振動子を設け、この振動子を電気的に駆動しシース管軸
方向に振動させることにより導光プローブとシース管の
間のガス(気体)層に気柱共鳴振動を励起する。
【0010】例えばシース管内径が3mm、長さ400mm
で常温の空気を考えると、最低気柱共鳴振動数は約21
2Hzである。このようにしてシース管内に気柱共鳴振
動を励起すると、シース管表面にも同様な振動が誘起さ
れ、シース管表面に飛来する燃焼生成灰の管表面への付
着を抑制することが可能になる。
【0011】
【実施例】図2に本発明になる黒体膜付導光部を用いた
ガス温度計測装置の装置構成の一実施例を示す。燃焼装
置炉壁20に設置した黒体膜付導光部21により導いた
輻射は中継光ファイバ22を経て光電変換器23に導か
れ、ここで電気信号に変換された後温度演算器24によ
り燃焼装置内のガス温度に換算される。また黒体膜付導
光部21外表面への燃焼生成灰の付着防止のため、黒体
膜付導光部21に内蔵されている圧電振動子を圧電振動
子駆動制御器25により周波数、振幅等を駆動制御す
る。
【0012】図1に本発明になる圧電振動子内蔵の黒体
膜付導光部の一実施例の断面図を示す。燃焼装置内のガ
ス輻射により、高熱伝導性導光プローブ2(例えば、サ
ファイアロッドのようなもので、熱伝導が良好なほどプ
ローブを燃焼装置内に挿入した場合に計測対象の温度場
を乱しにくい利点があるが、本発明では特に高熱伝導性
に限定しなくてもよい)の先端に形成した黒体膜(例え
ば、白金等の貴金属薄膜)1が加熱される。加熱された
黒体膜1からは黒体輻射則に従った輻射が生じ、この輻
射を赤外波長域まで比較的低伝送損失で伝送可能な上記
サファイアのような高熱伝導性導光プローブ2で他端に
伝送する。一方、高熱伝導性シース管(例えばサファイ
ア製)3は、燃焼装置内の腐食性ガス環境等から黒体膜
1を保護するために一般的には用いるものである。高熱
伝導性シース管3は接着部7を介してシース管用金属ス
リーブ6に固定されている。このシース管用金属スリー
ブ6を介して燃焼装置の炉壁等へ黒体膜付導光部を固定
設置する。
【0013】高熱伝導性導光プローブ2は接着部7を介
して導光プローブ用金属スリーブ5に固定されている。
圧電振動子(環状になっていて中心の穴の部分を高熱伝
導性導光プローブ2が貫通している)4は圧電振動子電
極B9を経て導光プローブ用金属スリーブ5に固定され
ている。圧電振動子4の他端電極A8は気柱共鳴振動励
起空気11(空気層)に面している。圧電振動子4の振
動方向は高熱伝導性導光プローブ2の軸方向に選定す
る。圧電振動子電極A8へのリード線は電極リード線引
き出し孔10を経て接続する。圧電振動子4としてはP
ZT(Pb(Zr,Ti)O3 )を用いる。
【0014】気柱共鳴振動励起空間11に励起される気
柱共鳴振動の振動数は中心部に存在する高熱伝導性導光
プローブ2の存在を無視すると次式に示すようになる。
【0015】
【数1】
【0016】ここでf:気柱共鳴振動数(Hz) k:振動モード次数 L:管長 K:気体の体積弾性率 ρ:気体の密度 ここで管長Lに相当する高熱伝導性シース管3の長さは
現在最大で450mm程度で、内径は3mm程度である。管
長に比して内径が小さいので、管長補正をしないで計算
するとL=400mmの場合(常温、空気層)f1=約2
12Hz、f2=約637Hzとなる。
【0017】図3にこの時の管内の気柱共鳴振動モード
の模式図を示す。この図からも分かるように黒体膜1近
傍への燃焼生成灰の付着を抑制するには、ある程度高次
の振動モードを励起した方が効果的である(例えばk=
2の方が先端近傍での振動振幅が大きい)。気柱共鳴振
動は常時励起させておいてもよいし、燃焼生成灰の量に
応じて間欠的に励起させてもよい。これらは圧電振動子
駆動制御器により任意に制御可能である。
【0018】本実施例のように環状圧電振動子を高熱伝
導性導光プローブに挿通し、導光プローブ用金属スリー
ブに固定することにより、圧電振動子の電極取り出しお
よび冷却が容易になるという効果が生ずる。また気柱共
鳴振動を利用して、間接的にシース管に振動を誘導する
方法は、圧電振動子をシース管外部または内部に直接固
定して、振動をシース管材を伝搬させてシース管先端近
傍まで伝える方法に比べて振動伝搬効率が高く(共鳴効
果を使っている方が効率は高い)、灰付着抑制効果が高
いという利点がある。
【0019】本実施例では、黒体膜付高熱伝導性導光プ
ローブへの適用について記述したが、黒体膜の付かない
高熱伝導性導光プローブであっても灰付着の抑制におい
ては同様な効果が期待できることは当然である。また前
記実施例では、高熱伝導性シース管として先端が閉止さ
れたものについて記述したが、先端が開放された高熱伝
導性シース管であっても、気柱共鳴振動の振動数、振動
モードが異なるだけで同様な灰付着の抑制効果が期待で
きることは当然である。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、燃焼生成灰の発生が多
い燃焼装置内においても導光部への灰付着を抑制でき、
ガス温度計測の精度を維持でき、ガス温度計測の信頼性
を確保できる効果がある。またエアブローによる灰付着
の抑制のように空気等を計測対象の温度場に吹き込む必
要もないので、温度場を乱す悪影響もなく、ガス温度計
測の信頼性が確保できる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる圧電振動子内蔵の黒体膜付導光部
の一実施例の断面図。
【図2】本発明になる圧電振動子内蔵の黒体膜付導光部
を適用したガス温度計測法の一実施例を示す図。
【図3】本発明になる圧電振動子内蔵の黒体膜付導光部
の管内に励起される気柱共鳴振動の模式図。
【図4】従来の黒体膜付導光部を適用したガス温度計測
法の一例を示す図。
【図5】従来の黒体膜付導光部の一例を示す図。
【図6】従来の黒体膜付導光部の他の例を示す図。
【符号の説明】
1…黒体膜、2…高熱伝導性導光プローブ、3…高熱伝
導性シース管、4…圧電振動子、5…導光プローブ用金
属スリーブ、6…シース管用金属スリーブ、7…接着
部、8…圧電振動子電極A、9…圧電振動子電極B、1
0…電極リード線引き出し孔、11…気柱共鳴振動励起
空間、20…燃焼装置炉壁、21…黒体膜付導光部、2
2…中継光ファイバ、23…光電変換器、24…温度演
算器、25…圧電振動子駆動制御器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 5/00 - 5/62 G01N 21/00 - 21/61

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼装置内部のガスからの輻射を受け、
    これを外部に導く棒状導光部と、該導光部からの輻射光
    を受けこれに基づいて前記ガスの温度を演算する演算器
    とを備えたガス温度計測装置において、前記棒状導光部
    外周に所定間隔をへだてて高熱伝導性シース管を設け、
    このシース管内部に、前記棒状導光部とシース管の間の
    ガス層に気柱共鳴振動を励起させる振動発生素子を設け
    たことを特徴とするガス温度計測装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、振動発生素子が電気
    駆動子振動発生素子であることを特徴とするガス温度計
    測装置。
  3. 【請求項3】 燃焼装置内に挿入されその先端に、燃焼
    装置内ガスからの輻射を受けてこれに基づき輻射光を発
    生する手段の設置された導光プローブと、この導光プロ
    ーブ外周を空間をへだてて被覆するシース管と、前記導
    光プローブからの輻射光を伝送する中継光ファイバと、
    該中継光ファイバにより伝送された輻射光を光電変換す
    る光電変換器と、光電変換器からの信号に基づき燃焼装
    置内ガス温度を算出する温度演算器とを備えたガス温度
    計測装置において、前記シース管内に設けられ導光プロ
    ーブの軸方向への振動方向を有する振動発生手段と、こ
    の振動発生手段の振動周波数または振幅を制御する振動
    制御装置を設けたことを特徴とするガス温度計測装置。
  4. 【請求項4】 請求項3において、前記シース管の一端
    を閉止し、他端近傍に振動発生手段を設けたことを特徴
    とするガス温度計測装置。
  5. 【請求項5】 請求項3において、前記シース管の一端
    を開放し、他端近傍に振動発生手段を設けたことを特徴
    とするガス温度計測装置。
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JP2008014686A (ja) * 2006-07-04 2008-01-24 Futaba Corp 導光体付ピンならびに導光体付ピンを有する射出成形用金型
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