JP3559870B2

JP3559870B2 - 温度測定方法および温度測定装置

Info

Publication number: JP3559870B2
Application number: JP2001238823A
Authority: JP
Inventors: 正規福岡; 隆司中川; 達也渡辺
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2021-08-07
Also published as: JP2003050160A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度測定方法および温度測定装置に関する。さらに詳しくは、例えば流動層（床）セメント造粒炉や焼成炉で生成されるセメント原料のような、精確な温度測定が困難とされる対象物の温度を精度よく測定するための温度測定方法および温度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種加熱炉により加熱される金属、合成樹脂および半導体などの対象物の温度を測定する温度測定においては、測温器を対象物に接触させて測温する接触式測温の外、測温器を対象物に接触させることなく測温する非接触式測温が行われている。
【０００３】
例えば、特開昭６０−８０７２７号公報は、測温対象物に陽電子を入射し、その陽電子が消滅するときに発するγ線の強度を検出して温度を測定するものとし、これによって、周囲物体の温度の影響などから生ずる誤差を排除するものとしている。
【０００４】
また、特開平５−１３３８１３号公報は、ＣＣＤカメラにより撮像された画像を用いて対象物の膨張率を計測し、これに基づき温度を測定するものとし、特開平１１−１４４６０号公報は、非接触式による測温結果と接触式による測温結果との関係を調べるためのサンプル材を製作して非接触式の測温結果に対する補正値を設定し、この補正値により非接触式による測温結果を補正して対象物の温度を測定するものとしている。
【０００５】
このように、従来、例えば接触式測温が困難であるような場合には、非接触式にて対象物の温度を測定し、その測定結果に含まれる誤差をなんらかの方法で補正して、対象物の精確な温度を測定することが行われる。
【０００６】
ところが、前掲の各従来例の中で、最初のものは、陽電子の照射機構やγ線強度の検出機構など、特別の機構を用意して測温する必要があり、コストが高くなるという問題がある。また、後の２つの従来例においては、流体や粒状の物体など、不定形な物体の測温には適さなかったり、誤差の要因を細大漏らさず把握し、かつそれを精確に反映できるサンプル材を製作し利用する必要があり、適用範囲が限られるなど、汎用性・通用性に欠けるという問題がある。
【０００７】
また、環境保護・資源有効利用の観点から、現在、セメント造粒炉や焼成炉として流動層式造粒炉や焼成炉が注目されている。ところが、この流動層式造粒炉や焼成炉においてはセメント原料ないしはクリンカを高速かつ高温で流動させて造粒や焼成するため、接触式測温による場合、測温器の損傷が激しく、頻繁な測温器の交換等が必要となるという問題がある。
【０００８】
そこで、このような造粒炉や焼成炉においては、非接触式で対象物の温度を測定することが望ましい。ところが、高品質のセメントを製造しようとする場合、適切な焼成温度範囲が狭く限られたものとなるため、従来の非接触式測温方法では測定誤差が大きく、適切な温度管理が実現できないという問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、流動層炉における測定対象物の温度を低コストで精度よく温度を測定することができる温度測定方法および温度測定装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の温度測定方法は、流動層炉を用いたセメント造粒炉または焼成炉における重回帰分析手法を用いた温度測定方法であって、撮像手段により流動層炉内を撮像し、得られた画像における輝度および色合いに基づいて測定対象物の温度を算出し、その算出された温度を少なくとも前記算出された温度、流動層の層高および前記流動層内クリンカの平均粒径を説明変数として含む回帰式により補正することを特徴とする。
【００１１】本発明の温度測定方法においては、雰囲気中の水蒸気量に関する説明変数を含むのが好ましい。
【００１２】
一方、本発明の温度測定装置は、流動層炉を用いたセメント造粒炉または焼成炉における重回帰分析手法を用いた温度測定装置であって、流動層炉内を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像における輝度および色合いに基づいて測定対象物の温度を算出する温度演算手段と、前記温度演算手段により算出された温度を補正する温度補正手段とを備え、前記温度補正手段が、前記温度演算手段により算出された温度を少なくとも前記算出された温度、流動層の層高および前記流動層内クリンカの平均粒径を説明変数として含む回帰式により補正するようにされてなることを特徴とする。
【００１３】本発明の温度測定装置においては、雰囲気中の水蒸気量に関する説明変数を含むのが好ましい。
【００１５】
【作用】
本発明は前記の如く構成されているので、流動層における撮像画像に基づく温度測定において、誤差を生じさせる誤差要因における厳密な因果関係を顧慮することなく、容易に誤差要因の影響を排除して精確な温度測定がなし得る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００１７】
図１に、本発明の一実施形態に係る温度測定方法が適用される、例えばセメント原料を流動層を用いて造粒・焼成してセメントクリンカを生成する造粒・焼成システム（以下、単にシステムと略称する）の概略構成をブロック図で示す。
【００１８】
このシステムＡは、造粒・焼成炉（以下、炉と略称する）１０と、炉１０内で焼成される測定対象物（以下、単に対象物という）Ｂの温度と相関関係の高い物理量（以下、温度相関物理量という）Ｃを検出し、その検出結果を表す信号Ｄを出力する温度相関物理量検出器２０と、温度相関物理量検出器２０の出力信号Ｄに基づいて対象物Ｂの温度を演算し、その演算結果を測定温度Ｅとして出力する温度演算部３０と、測定温度Ｅに含まれる誤差を排除するよう測定温度Ｅを補正し、その補正結果を補正温度Ｆとして出力する温度補正部４０とを主要構成要素として備えてなる。
【００１９】
炉１０は、図２に示すように、セメント原料粉Ｇを所定温度（例えば、約１３００℃）で加熱して所定径（例えば、直径１〜２ミリメートル）のクリンカＨを造粒する造粒炉１１と、造粒炉１１により生成されたクリンカＨを所定温度（例えば、約１４００℃）で焼成する焼成炉１２と、造粒炉１１に送られるセメント原料粉Ｇを予熱する予熱器１３と、焼成炉１２で焼成されたクリンカＨを所定の中間温度（例えば、約１０００℃）まで急冷する第１冷却器１４と、第１冷却器１４により冷却されたクリンカＨを所定の低温度（例えば、約１５０℃）まで冷却する第２冷却器１５とから構成される。
【００２０】
図３に、造粒炉１１の要部詳細を示す。
【００２１】
造粒炉１１は流動層炉とされる。具体的には、図３に示すように、予熱器１３で予熱されたセメント原料粉Ｇは原料粉導入管１１ｃを介して、エア流入口１１ｂからのエアＩとともに炉内部１１ａに流入され、加熱されてクリンカＨに造粒される。炉内部１１ａで生成されたクリンカＨは選別部１１ｄにおいて選別され、クリンカ送出路１１ｅを介して焼成炉１２に送出される。
【００２２】
また、造粒炉１１の炉壁１１ｆの所定位置１１ｇには温度相関物理量検出器２０が所定の態様で設けられる。
【００２３】
図４に温度相関物理量検出器２０の設置態様を示す。温度相関物理量検出器２０は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像器（カメラ）２１（またはリレーレンズユニット２２）と、これらＣＣＤ撮像器２１（またはリレーレンズユニット２２）を制御するカメラコントローラ２３とから構成される。ＣＣＤ撮像器２１（またはリレーレンズユニット２２）は、前掲の所定位置１１ｇに炉壁１１ｆを貫通して穿設される検出器設置孔１１ｈに挿通され、かつ対象物Ｂ（セメント原料粉Ｇ）表面の画像を撮像可能な姿勢で設置される。
【００２４】
ＣＣＤカメラ２１は、対象物Ｂ表面の画像データ、すなわち対象物Ｂ表面の輝度および色合いを温度相関物理量Ｃとして検出し、その物理量Ｃを表す信号Ｄをカメラコントローラ２３を介して温度演算部３０に出力する。
【００２５】
また、温度相関物理量検出器２０は、ＣＣＤカメラ２１に冷却用エアＩ₁を供給するエアセット２４（図１参照）（またはリレーレンズユニット２２に冷却用エアＩ₂、Ｉ₃を供給する各エアセット２５、２６）を含む。また、ＣＣＤカメラ２１には冷却水Ｊ₁が供給される。（リレーレンズユニット２２には複数の経路を介して冷却水Ｊ₂，Ｊ₃が供給される。）
【００２６】
温度演算部３０は、画像処理装置３１を含み、画像入出力部３２を介して入力される信号Ｄに所定の画像処理を行い、この画像処理された画像データの輝度情報および色合い情報に基づいて、所定時間毎に対象物Ｂの温度を演算する。演算された対象物Ｂの温度は移動平均処理されて、各時刻における測定温度Ｅとして出力部３３を介して温度補正部４０に出力される。
【００２７】
また、画像処理装置３１の画像入出力部３２には、ＣＣＤカメラ２１により撮像された画像を視認するためのモニタ３４が接続される。
【００２８】
温度補正部４０は、測定温度Ｅに誤差を生ずる各種要因を分析し、対象物Ｂの温度を反応変数（または、従属変数、被説明変数ともいう。以下、変数Ｙで表す）とし、各種要因に関係する物理量（以下、誤差相関物理量という）Ｋを説明変数（または、独立変数ともいう。以下、変数ｘ₁、ｘ₂、・・・で表す）とし、反応変数Ｙを各説明変数ｘ₁、ｘ₂、・・・の線形和で表す下記式（１）のような補正式（回帰式）を設定し、この補正式を適用して測定温度Ｅを補正し、この補正結果を補正温度Ｆとして出力する。
【００２９】
Ｙ＝ａ₀＋ａ₁ｘ₁＋ａ₂ｘ₂＋・・・（１）
【００３０】
ここで、係数ａ₀，ａ₁，ａ₂，・・・は重回帰分析の手法により決定される係数である。
【００３１】
具体的には、ｘ₁：測定温度Ｅ、ｘ₂：対象物Ｂの表面位置（レベル）に関係する物理量、ｘ₃：対象物Ｂの集団から分離して雰囲気内を飛翔している対象物Ｂの量に関係する物理量、ｘ₄：雰囲気中における水蒸気量に関係する物理量とし、下記式（２）のように前掲の補正式を設定する。
【００３２】
Ｙ＝ａ₀＋ａ₁ｘ₁＋ａ₂ｘ₂＋ａ₃ｘ₃＋ａ₄ｘ₄ （２）
【００３３】
ここで、変数ｘ₂は、例えば造粒炉１１底部から対象物Ｂの最上部位までの高さ、つまり造粒炉１１内流動層の鉛直上下方向の厚み（以下、層高という）Ｋ₁（図３参照）とされる。また、この層高Ｋ₁は造粒炉１１内部圧力と焼成炉１２内部圧力との差圧を計測することによって間接的に計測するものとしてもよい。すなわち、変数Ｘ₂を、造粒炉１１内部圧力と焼成炉１２内部圧力との差圧としてもよい。
【００３４】
変数ｘ₃は例えば流動層上方で飛翔しているクリンカＨ_Fの量とされる。すなわち、セメント原料粉Ｇからクリンカが造粒されると、このクリンカの一部が流動層上方に飛び出す現象が起こる。この流動層上方で飛翔しているクリンカＨ_Fの量を計測し、この計測値を変数ｘ₃に対応する物理量Ｋとして用いる。また、流動層上方に飛び出すクリンカの量は流動層内クリンカの平均粒径と相関関係があるので、この平均粒径を計測し、これを変数ｘ₃としてもよい。
【００３５】
変数ｘ₄は、温度調節のために炉内１１ａで散水される炉内散水量とされる。
【００３６】
ここで、式（２）の係数ａ₀，ａ₁，ａ₂，ａ₃，ａ₄は、具体的には以下のようにして決定される。
【００３７】
（ａ）所定期間内において、測定温度Ｅが演算されるのと同時に、例えば接触式測温により精確な対象物Ｂの温度Ｔを測定する。このようにして、充分な数の測定温度Ｅと対象物温度Ｔとの関係を示すサンプルを得る。
【００３８】
（ｂ）前掲の手順（ａ）で測定温度Ｅおよび対象物温度Ｔを測定するのと同時に、変数ｘ₂、ｘ₃、ｘ₄と対応する誤差相関物理量Ｋをそれぞれ測定する。
【００３９】
（ｃ）各サンプル毎に、変数ｘ₁に測定温度Ｅを代入し、各変数ｘ₂、ｘ₃、ｘ₄に対応する物理量Ｋをそれぞれ代入し、式（２）の右辺を計算する。
【００４０】
（ｄ）右辺の計算結果とそれに対応する対象物温度Ｔとを比較し、各サンプル毎の両者の差（残差）の２乗和が最小となるように係数ａ₀，ａ₁，ａ₂，ａ₃，ａ₄を設定する。
【００４１】
（ｅ）式（２）において、例えば多重共線性に起因して適切な補正結果が得られない場合は、説明変数ｘ₁、ｘ₂、・・・の種類を増減する。
【００４２】
このように、本実施形態の温度測定方法においては、重回帰分析の手法によって、測定温度Ｅを補正して精確な対象物温度Ｔを測定するための補正式が設定されるので、多数の要因が影響していることにより測定温度Ｅに誤差を生ずるメカニズムが複雑である場合にも、例えばサンプル材を製作して補正値を設定する方法のように、要因と誤差との因果関係を顧慮して誤差を排除する方策を講じる必要がなく、容易に誤差を補正して精確な対象物温度Ｔを測定することができる。
【００４３】
この場合、測温結果に誤差を生ずる要因は原則的に不変であるので、一旦、適切な補正式が設定されれば、炉の設計条件の変更、例えば改造や長期間の運転による大幅な経年変化がない限り、その炉固有の温度補正式として設定された補正式を用いることが可能となる。
【００４４】
また、サイズ・能力の異なる他の炉においても、造粒・焼成方式が同様であるなどの理由により相似性がある場合には、単に係数を調整するだけで補正式を適用することも可能となる。
【００４５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００４６】
実施例
図５および図６に、発明者等が設営するセメントクリンカ造粒・焼成炉の実験プラントで収集されたデータに基づく検証結果を示す。図５は、各サンプルの非接触式測温による測定温度、その補正温度および接触式測温による基準温度を対比したテーブル図であり、図６は、それをグラフ化したものである。
【００４７】
すなわち、同実験プラントにおいて、実施形態と同様にして、非接触式測温により対象物温度を測定し、各種誤差相関物理量を測定し、接触式測温により対象物温度（基準温度）を精確に測定し、これらの測定データを用いて重回帰分析の手法によって補正式を設定した。
【００４８】
設定された補正式を、非接触式測温により得られた、サンプル番号１〜２７の各測定温度に適用してその補正温度を算出し、この補正温度を基準温度と比較した。
【００４９】
また、図６において、折れ線Ｌ₁上にプロットされた黒四角の各点は各サンプル１〜２７の測定温度を示し、折れ線Ｌ₂上にプロットされた白四角の各点は各サンプル１〜２７の補正温度を示し、折れ線Ｌ₃上にプロットされた黒三角の各点は各サンプル１〜２７の基準温度を示す。
【００５０】
各サンプル１〜２７において、補正温度は基準温度と充分な精度で一致しており、この実験によって、非接触式測温によって流動層式セメント造粒・焼成システムを充分な精度で温度管理できることが実証された。
【００５１】
以上、本発明を実施形態および実施例に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、実施形態においては、炉は造粒・焼成炉とされているが、造粒炉および焼成炉がそれぞれ個別に設けられているシステムについても適用が可能である。また、適用できる流動層炉はセメント製造設備におけるものに限定されるものではなく、各種流動層炉における温度測定にも適用できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、流動層における撮像画像に基づく温度測定において、誤差を生じさせる誤差要因における厳密な因果関係を顧慮することなく、容易に誤差要因の影響を排除して精確な温度測定がなし得るという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る温度測定方法が適用される造粒・焼成システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】造粒・焼成炉の概略構成を示す模式図である。
【図３】同造粒・焼成炉の要部詳細を示す模式図である。
【図４】ＣＣＤカメラの設置態様を示す模式図である。
【図５】実施例において収集・処理された各データを示すテーブル図である。
【図６】実施例において収集・処理された各データを示すグラフ図である。
【符号の説明】
Ａ造粒・焼成システム
Ｂ対象物
Ｃ温度相関物理量
Ｅ測定温度
Ｆ補正温度
Ｇセメント原料粉
Ｈセメントクリンカ
Ｋ誤差相関物理量
１０造粒・焼成炉
１１造粒炉
１２焼成炉
２０温度相関物理量検出器
２１ＣＣＤカメラ
３０温度演算部
４０温度補正部

Claims

流動層炉を用いたセメント造粒炉または焼成炉における重回帰分析手法を用いた温度測定方法であって、
撮像手段により流動層炉内を撮像し、得られた画像における輝度および色合いに基づいて測定対象物の温度を算出し、その算出された温度を少なくとも前記算出された温度、流動層の層高および前記流動層内クリンカの平均粒径を説明変数として含む回帰式により補正することを特徴とする温度測定方法。
前記回帰式が、雰囲気中の水蒸気量に関する説明変数を含むことを特徴とする請求項１記載の温度測定方法。
流動層炉を用いたセメント造粒炉または焼成炉における重回帰分析手法を用いた温度測定装置であって、
流動層炉内を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像における輝度および色合いに基づいて測定対象物の温度を算出する温度演算手段と、前記温度演算手段により算出された温度を補正する温度補正手段とを備え、
前記温度補正手段が、前記温度演算手段により算出された温度を少なくとも前記算出された温度、流動層の層高および前記流動層内クリンカの平均粒径を説明変数として含む回帰式により補正するようにされてなる
ことを特徴とする温度測定装置。
前記回帰式が、雰囲気中の水蒸気量に関する説明変数を含むことを特徴とする請求項３記載の温度測定装置。