JP5244581B2 - 貯留槽のレベル測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯留槽のレベル測定装置に関するもので、例えば、排ガス処理装置における処理済みの粉体や液体（以下「粉体等」ということがある）のレベルを検出する貯留槽のレベル測定装置に関するものである。

近年、微粒子状や粉体状の種々の素材は、各種プロセスの原材料や中間処理剤として多く用いられ、所定の容量を有する貯留槽から供給されることが多い。また、排ガス処理装置における処理済みの粉体や廃液などは、環境保全のために貯留槽に保管され所定量となると順次廃棄される。このとき、貯留槽に貯留されている粉体や液体のレベルの監視は重要である一方、その検知方法は、その素材や組成によって様々である。具体的には、差圧式の検知方法や静電容量式の検知方法などが知られている。

例えば、コークス炉に装入された微粉炭など、圧力変動のある微粉体の装入レベルを精度良く自動測定することを目的として、図５に示すような微粉体のレベル測定装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。上端が閉塞され下端が開放され、内管１０２が外管１０３の下端より下方に突出した二重管１０１の、内管１０２および外管１０３に微粉体と反応しないガスを同一圧力で一定量通気しつつ、該二重管１０１を降下させ、内管１０２の先端が微粉体内に挿入されたときに生じる内管１０２と外管１０３の圧力差を検知するとともに、該二重管１０１の降下距離を計測することで、レベル自動測定が達成される。ここで、ドラム１０５は、モータ１０７で回転し、該回転角をパルスジェネレータ１０８で計測し、制御装置１２４に入力して、二重管１０１の昇降距離を測定し、制御する。配管１１１は、流量計１１９および電磁弁１１５を経て、ガス供給装置１２２に接続され、配管１１２は、流量計１２０および電磁弁１１６を経て、ガス供給管１２２に接続され、ガス圧送機構を構成している。各配管１１１および１１２は差圧計１２１に連結されており、内管１０２内と外管１０３内との差圧を検出して制御装置１２４に入力する。制御装置１２４では、パルスジェネレータ１０８からの信号により内管１０２の下端位置を認識するとともに、モータ１０７の回転を調整して二重管１０１の昇降を制御する。そして、上記差圧と内管１０２の下端位置に基づき、微粉体１２７のレベルＬを測定し、レベル表示器１２５に表示するとともに、所定レベルを超えたとき、警報器１２６から警報を発する。

また、従来、粉体塗装等の分野でよく用いられている、空気吹き込み型流動床式粉体タンクでは、粉体タンク内に貯留されている粉体のレベル（容量）を検知する方法として、対となる電極を設けて粉体の存在量による静電容量の変化を測定する静電容量式のセンサが用いられている。そして、この静電容量式のセンサを、粉体タンクの容量の上限値と下限値の２位置に設けて、このセンサによって得られる信号に基づき、粉体容量が常にこの上限値と下限値の間にあるような制御が行われてきた（例えば特許文献２段落〔０００２〕〜〔０００４〕参照）。

特開平１１−０２３３４５号公報 特開平０７−２９４３１５号公報

しかし、上記のような粉体レベル検出装置では、以下の課題が生じることがあった。
（ｉ）差圧式の検知方法
上記のような差圧式のレベル測定装置においては、差圧検出端である測定部位（二重管１０１）を貯留槽の内部に挿入し封止する必要があるが、差圧検出端（内管１０２）を移動させるための外部に設けられた機構との接合部のシールを確実にすることが要求され、複雑な装置構成を余儀なくされる。また、差圧検出端（特に内管１０２）が直接微粉炭と接するために、一定量の通気をしていても、部分的な微粉体の凝集による通気通路の狭小化や閉塞が発生し、正確な測定ができなくなることがあった。さらに、こうした装置においては一定量の通気を常に行う必要があることから、微粉体の場合には、その一部、特に粉体層の上層部の非常に微細な粉体が通気に同伴し、外部に排出される場合があった。また、微粉体が飛散している中では正確な境界面の検出は難しく、正確な堆積量を知ることができないという課題があった。

（ii）静電容量式の検知方法
静電容量検出端である測定部位（電極部）が直接粉体と接するために、粘性（の高い粉体）や付着し易い性質のある粉体を取り扱う場合に顕著に表れる問題であるが、静電容量式のセンサのセンシング面に粉体が付着堆積すると、センサが誤作動を起こして誤った信号を発することである。これを防止するために、圧縮エアを噴出するエアノズルを設け、該エアノズルから定期的に圧縮エアをセンサに向けて吹き付けて粉体が付着しないようにクリーニングを行っていた。しかしながら、こうしたクリーニングは、常に行う必要があることから、微粉体の場合には、その一部、特に粉体層の上層部の非常に微細な粉体がエアに同伴し、外部に排出される場合があった。また、微粉体が飛散している中では正確な境界面の検出は難しく、正確な堆積量を知ることができないという課題があった。

（iii）また、上記のような粉体のみならず、貯留槽内の液体のレベル測定装置の要求がある。従前の超音波式の液面センサのような非接触で測定可能であるとともに、もっと簡便な構成で、貯留槽への液体導入操作が行われ、徐々に上昇しかつ大きく変動するレベルを測定できる装置が必要とされる。

本発明の目的は、貯留槽内の粉体または液体のレベルを、非接触で連続的にかつ正確に測定することができるレベル測定装置を提供することにある。特に、排ガス処理装置において連続的に発生する副生成物である粉体や液体について、該装置の処理操作中においても、連続的にかつ正確に測定することができる貯留槽のレベル測定装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下に示す貯留槽のレベル測定装置によって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。

本発明は、発光部と受光部を有するセンサによって粉体を通過する光の減量を測定し、貯留槽内の粉体のレベルを測定するレベル測定装置であって、
貯留槽の深さ方向に複数配設された前記センサと、前記発光部の発光面および受光部の受光面をパージする流体を供給するパージ用の流体供給部と、を有し、
前記センサのいずれの発光面および受光面にも、保護用のパージ用の流体を供給するとともに、前記貯留槽の上部から深さ方向に順に、前記発光面または／および受光面に供給されるパージ用の流体の流量を増大させ、前記発光面または／および受光面の近傍に飛散していた粉体がパージされることによって光量の変化が生じた発光部または／および受光部に係る受光部の出力から貯留槽のレベルを測定することを特徴とする。

こうした構成を有するレベル測定装置によって、貯留槽内の粉体等のレベルを、非接触で連続的にかつ正確に測定することができる。つまり、貯留槽の上部から順に発光面または／および受光面の近傍に飛散していた粉体等をパージすることによって、その順に従って発光部または／および受光部を測定可能な状態にすることができ、発光部または／および受光部の出力変化から、粉体等のレベルを測定することができる。その詳細は後述するが、測定時に粉体等が存在しない状態の発光面または／および受光面においては、その近傍に飛散していた粉体等がパージされて受光部の出力が増大する。一方、パージされた発光面または／および受光面がレベル付近あるいは粉体等の層内にある場合においては、この発光部または／および受光部に係る受光部の出力は殆ど変化しない。従って、パージ用の流体（以下「パージ流体」ということがある）の流量（以下「パージ流量」ということがある）を増大させる操作（以下「パージ操作」ということがある）を順次下方向に移行し、測定を行った発光面または／および受光面については直ちにパージ操作を停止することによって、パージ流体の流量を最小限で、非接触で連続的にかつ正確にレベル測定を行うことができる。これによって、パージ流体に同伴する粉体等を最小限とすることができる。また、操作前後の受光部の出力の差異だけではなく、槽内に貯留物がある状態とない状態における受光部の出力（初期条件での出力）を予め測定しメモリしておき、パージ操作後の出力と比較することによっても、上記同様に、粉体等のレベルを測定することができる。こうした構成を有するレベル測定装置は、貯留槽が、例えば排ガス処理装置からの粉体等を貯留する場合において、該処理装置の運転中であり、槽内に微粉体が飛散している中でも粉体等の堆積量を知ることでき、メンテナンスの要否や粉体の取り出し時期を推定することができる。

本発明は、上記レベル測定装置であって、前記光量の変化が生じた発光部または／および受光部の位置を基準に、該発光部または／および受光部に係る受光部の出力から、貯留槽のレベルを測定することを特徴とする。

上記のように、貯留槽の深さ方向に発光部および受光部を複数配設された構成においては、出力の変化のあった、あるいは変化がなかった発光部および受光部の位置そのものが粉体等のレベルに相当するといえる。従って、例えば貯留槽の底面からの高さ等、配設された発光部および受光部の位置を確定しメモリしておくことによって、粉体等のレベルを自動的に測定することができる。

本発明は、上記レベル測定装置であって、前記光量の変化が生じた発光部または／および受光部と、これと対となる受光部または／および発光部を結ぶ光路の位置を基準に、該発光部または／および受光部に係る受光部の出力から、貯留槽のレベルを測定することを特徴とする。

粉体等が比較的平均化されて貯留槽に堆積されていく場合には、粉体等のレベルは比較的平面度が高く、上記のように、発光部および受光部の位置を基準にレベルの測定が可能である。しかしながら、粉体等が疎らに堆積される場合、特に粉体あるいは比較的粘度の高い液体や堆積量が多い場合などにおいては、そのレベルが安定しないことから、例えば平均的なレベルを測定する必要がある。こうした場合、受光部または／および発光部の位置を基準でレベルの平均値を算出することは難しい。一方、発明者の検証の結果、対となる受光部と発光部を結ぶ光路を、水平ではなく所定の傾斜角を有する直線に近似すると、レベル近傍の所定幅の粉体等を通過することから、レベルの平均値に近い相関を有することを見出した。つまり、粉体等のレベルを、対となる発光部および受光部の位置から確定された光路を基準に測定することによって、平均的なレベル値を精度よく自動的に測定することができる。

本発明は、上記レベル測定装置であって、貯留された粉体を飛散させる流体を噴射する飛散用の流体噴射部を有し、
前記飛散用の流体を噴射させた後、前記パージ用の流体を供給させ、飛散により前記発光面または／および受光面の近傍に飛散していた粉体がパージされることによって光量の変化が生じた発光部または／および受光部に係る受光部の出力から貯留槽のレベルを測定することを特徴とする。

粉体等のレベル測定は、例えば処理装置の運転中において、貯留槽へ粉体等が次々導入され槽内に粉体等が飛散している動的な条件と、処理操作が完了し槽内の粉体等の飛散がなくなり比較的静的な条件において行う必要がある。本発明に係るレベル測定は、上記のように、他の測定方法であっても安定した測定が可能な静的な条件だけではなく、動的な条件においてもトランジェントな測定が可能な点に特徴がある。つまり、槽内に粉体等が飛散した状態であっても、槽内上部から順に発光面または／および受光面のパージ操作を行い受光部の出力からレベルを測定することによって、瞬時の正確なレベルを測定することができる。一方、静的な条件においては、発光面または／および受光面に付着する粉体等が微量であり、パージ操作に伴う出力の変化は殆んどなく、初期条件での出力との比較によってレベル測定が行われる。このとき、発光面および受光面の汚れや発光部および受光部の経時劣化に伴う複数の発光部および受光部からなる光学系自体の経時的な変化（ドリフト）によって徐々に生じる出力の変化（オフセットの変化）と、連続測定において生じる出力の変化とを区別することが難しい場合がある。また、静的な状態であっても、粉体等が微粉体あるいはミストや霧状体で飛散している場合には、その状態が継続し、本来の堆積層との境界であるレベルが明瞭となる状態に移行せずに、実質的に動的条件と差異のないことがある。本発明は、槽内のこうした静的な条件下において精度の高い測定が難しい場合であって、堆積している粉体等に飛散用流体を噴射し、故意に動的な条件に変化させたもので、粉体等が飛散する槽内において、その上下で粉体等の濃淡が生じる状態を形成することによって、瞬時の正確なレベルを測定することを可能とした。特に、微粉体を対象とした場合には、堆積層の上層に薄膜状となっている軽量の微粉体が飛散して槽内上部の発光面および受光面近傍にも飛散し易いことから、パージ操作に伴う出力の変化を拡大させることができ、レベル測定の精度を向上させるのに非常に有効であった。

本発明は、上記レベル測定装置であって、前記パージ用の流体供給部から発光部あるいは受光部に対して供給されるパージ用流路を有する支持部を複数備え、対となる発光部と受光部が異なる支持部に配設され所定の距離の光路を形成することを特徴とする。

光学式のレベル測定装置においては、対となる発光部と受光部の出力を基にレベル測定を行う。このとき、発光部と受光部の位置関係は、上記のように、貯留槽の深さ方向に複数配設され対となる発光部と受光部が確定していれば、配設される支持部などに特段の制限はなく、その対の数量にも制限されない。しかしながら、貯留槽が大きな容量の場合や槽内での粉体等の飛散が激しい状態の場合あるいは槽内での局部的なレベルの変動が大きい場合などにおいては、対となる発光部と受光部の数量を多くすることが好ましい。包括的な測定では、槽内のレベルが正確に表すことができず、局部的な測定との組合せによって、正確な測定が可能となる。また、これらを異なる支持部に配設し所定の距離の光路を形成することによって、槽内の中央部と周辺部でのレベルの変動の相違など動的な条件に対応した精度の高いレベル測定を可能とした。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明は、貯留槽の深さ方向に複数配設された前記センサと、前記発光部の発光面および受光部の受光面をパージする流体を供給するパージ用の流体供給部と、を有し、前記センサのいずれの発光面および受光面にも、保護用のパージ用の流体を供給するとともに、前記貯留槽の上部から深さ方向に順に、前記発光面または／および受光面に供給されるパージ用の流体の流量を増大させ、前記発光面または／および受光面の近傍に飛散していた粉体または液体がパージされることによって光量の変化が生じた発光部または／および受光部に係る受光部の出力から貯留槽のレベルを測定するレベル測定装置に係る発明である。

ここでいう粉体とは、各種プロセスの原材料や中間処理剤として多く用いられている、例えば酸化チタンやアルミナなどの粉末原料や、排ガス処理装置における金属酸化物などの処理済みの粉体などをいい、凝集を目的として貯留する場合の貯留槽内の粉体を除き、その出所および素材は特に問わない。また、粒径約１００μｍ以下程度の比較的飛散し易い粉体について、その高い測定精度を活かすことができる。液体とは、各種プロセスの原材料や中間処理剤として多く用いられている、例えばアルコールなどの有機溶剤やフッ酸溶液などの処理剤や、排ガス処理装置における酸性廃液等の処理対象となる液体などをいい、槽内での反応や処理を目的として貯留する場合の貯留槽内の液体を除き、その出所および素材は特に問わない。また、ＰＦＣ（ポリフルオロカーボン）処理装置における強酸廃液などの従前の方法では反応性や腐食性に対応できない液体について、その非接触性を活かすことができる。

＜本発明に係るレベル測定装置の基本構成例（第１構成例）＞
図１は、本発明に係るレベル測定装置（以下「本装置」という）の基本構成例（第１構成例）を示す概略図である。貯留槽１の内部に、所定の距離Ｄをおいて２つの支持部２，２が対となるように設けられ、一方の支持部２の深さ方向に３つの発光部３ａ〜３ｃが配設され、他の支持部２にも同様に３つの受光部４ａ〜４ｃが設けられ、両者を結ぶ光路長ｄの光路が形成されている。本装置においては、発光部３ａと受光部４ａが対となるセンサＳａ、発光部３ｂと受光部４ｂが対となるセンサＳｂおよび発光部３ｃと受光部４ｃが対となるセンサＳｃを構成している。粉体等は、導入口５から槽内に導入され、徐々に滞積してレベルＬの堆積層Ｍを形成した後、測定結果（レベルＬ）に対応して排出口６から随時排出される。支持部２，２は内部を中空状とし、パージ流体を流通することができる。パージ流体は、その導入部２ａから、開閉機構（図示せず）を介して、発光部３ａ〜３ｃの発光面（図示せず）あるいは受光部４ａ〜４ｃの受光面（図示せず）に供給することができる（パージ用の流体供給部に相当する）。

センサＳａ〜Ｓｃは、基本構成例においては、発光部３ａ〜３ｃと受光部４ａ〜４ｃがそれぞれ対となる例を示しているが、これに限定されるものではない。つまり、光センサには発光部と受光部がそれぞれ独立し対として用いられる「透過型センサ」と、発光部と受光部が一体となり発光部からの光を壁等での反射を利用して受光する「反射型センサ」がある。本装置においては、いずれを用いるかは貯留槽の形状、粉体等の種類など使用条件によって任意に選定することができる。例えば、粉体等の存在状況やセンサを取り付ける部位によっては必ずしも透過型センサだけの使用に限定されること無く、反射型センサも用いることが可能である。例えば、幅２ｃｍほどの貯留槽で、フッ酸溶液（ＨＦ）の発生の有無を確認する場合や、使用している冷媒の漏洩の有無を確認する場合などには、反射距離が狭いことから、反射型センサを使用することができる。

ここで、発光部３ａ〜３ｃは、広く可視領域や赤外線領域の光を発光する素子を内蔵し発光面から光を照射するデバイスをいい、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）や白色ランプなどを使用することができる。連続点灯式の発光素子以外に特定の周波数でＯＮ−ＯＦＦさせる変調式の発光素子がある。受光部４ａ〜４ｃは、発光部３ａ〜３ｃから照射された光を、受光面を介して内蔵された受光素子で受光するデバイスをいい、抵抗値や電荷の変化等に変換された後に、電気信号として出力される。例えば、半導体センサ、フォトセル、フォトダイオードなどの光センサを使用することができる。また、こうした点に近い光センサではなく、ＣＣＤセンサを用いて線として測定することも可能である。さらに、粉体等の種類によって測定の妨害となる成分が含まれる場合には、波長選択性を有する光学フィルタを装着したセンサを使用することができる。

パージ流体は、粉体等に対して反応性がなく排出も容易で、かつ粉体等を通過する光の測定に影響を与えないことが必要であり、通常入手が容易な不活性ガスとして、窒素ガスなどが好適である。また、酸素に対して反応性がなく影響されることのない粉体等の場合には精製された空気を用いることも可能である。なお、発光面や受光面に対して付着性の強い粉体等の場合には、凝集などの影響を及ぼさない範囲の微量の水や蒸気などを用いることも可能である。

なお、上記構成例においては、２つの支持部２，２を設け、１つの支持部２に３つの発光部３ａ〜３ｃを配設し、他の支持部２に３つの受光部４ａ〜４ｃを配設した例を示したが、発光部と受光部の位置関係は、貯留槽の深さ方向に複数配設され対となる発光部と受光部が確定していれば、特段の制限はなく、その対の数量にも制限されない。
また、支持部２をさらに多く設けることが好ましい場合がある。つまり、
（ｉ）貯留槽１が大きな容量の場合、包括的な測定では、槽内のレベルＬが正確に表さすことができず、局部的な測定との組合せによって、正確な測定が可能となる。
（ii）槽内での粉体等の飛散が激しい状態の場合や槽内での局部的なレベルＬの変動が大きい場合などにおいては、多数の測定用の光路によって堆積層と飛散の激しい空間あるいは粉体等が殆どない空間を十分カバーすることができる。例えば、貯留槽の中央に、発光部のみを配設した１つの支持部を設け、それから放射状に等分割された位置に、これと対となる受光部のみを配設した３つの支持部を設けることによって、貯留槽を３つの領域でレベル測定が可能となる。
さらに、複数の対となる発光部と受光部が異なる支持部２に配設され、所定の距離の光路を形成することによって、槽内の中央部と周辺部でのレベルＬの変動の相違など動的な条件に対応した精度の高いレベル測定を可能とした。

〔本装置におけるレベル測定方法〕
次に、上記の構成を有する本装置におけるレベル測定方法を、例えば処理装置の運転中であり槽内に粉体等が飛散している比較的動的な場合と、処理操作が完了し比較的静的な場合に分けて説明する。なお、ここでは、説明の簡略のために、３つの発光部および受光部を使用した場合を例に挙げるが、レベル測定の精度を上げるために、発光部および受光部の数量を多くする方法や、上記のようＣＣＤセンサを用いる方法などが可能である。

（１）静止状態でのレベル測定
図１のように、貯留槽１の内部に粉体等が導入され、所定の深さを有する堆積層Ｍが形成されている状態において、粉体等の導入によって、発光部３ａ〜３ｃの発光面および受光部４ａ〜４ｃの受光面の近傍には、粉体等が飛散している。各発光面および受光面には予め少量のパージ流体が供給され、粉体等の付着による腐蝕や破損から保護されている。なお、以下の操作において、パージ等の操作は十分その機能を果していることを前提とする。

（１−１）まず、貯留槽１の上部に配設された発光部３ａの発光面に導入部２ａからパージ流体の流量を増大させると、発光面の近傍に飛散していた粉体等はパージされる。従って、発光部３ａから発せられた光は、光量を増加して対となる受光部４ａに照射され、受光部４ａにおいて出力が変化する（通常光量の増加に伴い出力信号量も増加する）。このとき、発光部３ａから受光部４ａまでの光路中には、殆ど粉体等が存在しないことから、光路中での光の減量は殆どない。従って、受光部４ａの出力の変化量は、発光部３ａにおける飛散した粉体等の影響分に相当する。もし、パージしても全く出力の変化がなければ、光路中に粉体等が多く存在している可能性があり、粉体等のレベルＬが発光部３ａの位置よりも上部にある可能性がある。以下の操作によって確認する必要がある。

（１−２）次に、受光部４ａの受光面に導入部２ａからパージ流体の流量を増大させると、受光面近傍に飛散していた粉体等はパージされる。従って、発光部３ａから発せられ、対となる受光部４ａに照射された光は、光量を増加することから、受光部４ａにおいて出力が変化する（増加する）。このときの受光部４ａの出力の変化量は、受光部４ａにおける飛散した粉体等の影響分に相当する。と同時に、この状態は粉体等が導入されていないときと同等であり（初期条件）、受光部４ａの出力が、そのときの出力と同等であれば、静的状態が維持されているとすることができる。もし、パージしても全く出力の変化がなければ、光路中に粉体等が多く飛散または堆積して存在していることを示し、粉体等のレベルＬが発光部３ａの位置よりも上部にあることとなる。こうした状態では、正確なレベル測定はできず、発光部３ａの位置の変更あるいは測定操作の早期実施が好ましい。

（１−３）発光部３ａよりも下段に設けられた発光部３ｂの発光面に導入部２ａからパージ流体の流量を増大させ、上記（１−１）と同様の測定を行う。発光部３ｂの発光面がレベル付近にある場合には、パージ操作に伴う、対となる受光部４ｂの出力は殆ど変化しない。もし、出力の変化（増加）があるときは、レベルＬは、さらに下部にあることを示している。

（１−４）受光部４ａよりも下段に設けられた受光部４ｂの受光面に導入部２ａからパージ流体の流量を増大させ、上記（１−２）と同様の測定を行う。受光部４ｂの発光面がレベル付近にある場合には、パージ操作に伴う受光部４ｂの出力は殆ど変化しない。つまり、上記（１−１）および（１−２）の操作によってレベルＬを検知していない状態で、本操作によって受光部４ｂの出力の変化がなければ、発光部３ｂまたは受光部４ｂの位置あるいは両者を結ぶ光路の近傍にレベルＬがあることを示している。もし、出力の変化（増加）があるときは、レベルＬは、さらに下部にあることを示している。

（１−５）発光部３ｂよりも下段に設けられた発光部３ｃの発光面に導入部２ａからパージ流体の流量を増大させ、上記（１−３）と同様の測定を行う。発光部３ｃの発光面がレベルＬより下部（堆積層Ｍ内部）にある場合には、パージ操作に伴う、対となる受光部４ｂの出力は殆ど変化しない。もし、出力の変化（増加）があるときは、レベルＬは、さらに下部にあることを示している。

（１−６）受光部４ｂよりも下段に設けられた受光部４ｃの受光面に導入部２ａからパージ流体の流量を増大させ、上記（１−４）と同様の測定を行う。受光部４ｃの発光面がレベルＬより下部（堆積層Ｍ内部）にある場合には、パージ操作に伴う受光部４ｃの出力は殆ど変化しない。つまり、上記（１−３）および（１−４）においてレベルＬを検知していない状態で、当該操作によって受光部４ｃの出力の変化がなければ、発光部３ｃまたは受光部４ｃの位置あるいは両者を結ぶ光路はレベルＬより下部（堆積層Ｍ内部）にある。もし、出力の変化（増加）があるときは、レベルＬは、さらに下部にあることを示している。

（１−７）以上の操作によって、レベルＬの測定を行うことができる。これを、整理すると、下表１の通りとなる。

また、このように、パージ操作を順次下方向に移行し、測定を行った発光面または／および受光面については直ちにパージ操作を停止（パージ流量の増大を停止）することによって、パージ流体の流量を必要最小限とすることができ、パージ流体に同伴に伴う粉体等の損失を最小限とすることができる。

（２）動的状態でのレベル測定
貯留槽１の内部に次々粉体等が導入され、所定の深さを有する堆積層Ｍが形成されるとともに、槽内に粉体等が飛散する状態において、発光部３ａ〜３ｃの発光面および受光部４ａ〜４ｃの受光面近傍には、粉体等が次々と飛散している。

（２−１）貯留槽１の上部に配設された発光部３ａの発光面および受光部４ａの受光面に導入部２ａからパージ流体の流量を略同時に増大させると、発光面および受光面近傍に飛散していた粉体等はパージされる。従って、発光部３ａから発せられた光は、光量を増加して対となる受光部４ａに照射され、照射された光は、さらに光量を増加することから、受光部４ａにおいて出力が変化する（増加する）。このとき、発光部３ａから受光部４ａまでの光路中には飛散した粉体等が存在するが、堆積層Ｍに比較して密度が小さいことから、光路中での光の減量は堆積層Ｍを通過する光路に比較して少ない。従って、受光部４ａの出力の変化量は、発光部３ａおよび受光部４ａ近傍に飛散した粉体等の影響分に相当する（ただし、光路中での光の減量分に略比例して減衰する）。もし、パージしても全く出力の変化がなければ、光路中に粉体等が多く飛散または堆積して存在していることを示し、粉体等のレベルＬが発光部３ａの位置よりも上部にあることとなる。こうした状態では、正確なレベル測定はできず、発光部３ａの位置の変更あるいは測定操作の早期実施が好ましい。

（２−２）発光部３ａおよび受光部４ａよりも下段に設けられた発光部３ｂの発光面および受光部４ｂの受光面に導入部２ａからパージ流体の流量を略同時に増大させ、上記（２−１）と同様の測定を行う。発光部３ｂの発光面および／または受光部４ａの受光面がレベル付近にある場合には、パージ操作に伴う受光部４ｂの出力は殆ど変化しない。つまり、上記（２−１）の操作によってレベルＬを検知していない状態で、本操作によって受光部４ｂの出力の変化がなければ、発光部３ｂまたは受光部４ｂの位置あるいは両者を結ぶ光路の近傍にレベルＬがあることを示している。もし、出力の変化（増加）があるときは、レベルＬは、さらに下部にあることを示している。

（２−３）発光部３ｂおよび受光部４ｂよりも下段に設けられた発光部３ｃの発光面および受光部４ｃの受光面に導入部２ａからパージ流体の流量を略同時に増大させ、上記（１−３）と同様の測定を行う。発光部３ｃの発光面および／または受光部４ｃの受光面がレベルＬより下部（堆積層Ｍ内部）にある場合には、パージ操作に伴う受光部４ｃの出力は殆ど変化しない。つまり、上記（２−２）においてレベルＬを検知していない状態で、当該操作によって受光部４ｃの出力の変化がなければ、発光部３ｃまたは受光部４ｃの位置あるいは両者を結ぶ光路はレベルＬより下部（堆積層Ｍ内部）にある。もし、出力の変化（増加）があるときは、レベルＬは、さらに下部にあることを示している。

（２−４）以上の操作（２−１）〜（２−３）を繰り返し行うことによって、トランジェントなレベルＬの測定を行うことができる。ただし、以上の操作（２−１）〜（２−３）において、受光部４ａ〜４ｃの出力の変化量が小さいときは、パージ操作後の受光部４ａ〜４ｃの出力が最も初期条件に近い発光面または受光面の位置あるいは両者を結ぶ光路を粉体等のレベルＬであるとする。このように、パージ操作を順次移行・停止を行うことによって、パージ流体の流量を必要最小限とすることができ、パージ流体に同伴に伴う粉体等の損失を最小限とすることができる。

なお、以上の操作において、光量の変化が生じた発光部または／および受光部の位置を基準に粉体等のレベルＬを測定した場合、固定的な支持部２，２によって貯留槽の底面からの高さ等、配設された発光部および受光部の位置を確定することができ、これをメモリしておくことによって、粉体等のレベルＬを自動的に測定することができる。また、動的な条件においては、粉体等のレベルＬが安定しないことがあり、光量の変化が生じた発光部または／および受光部と、これと対となる受光部または／および発光部を結ぶ光路の位置を基準に粉体等のレベルＬを測定することが好ましい。検証の結果、対となる受光部と発光部を結ぶ光路は、レベル近傍の所定幅の粉体等を通過することから、これを直線近似とみなせば、レベルの平均値に近い相関を有することを見出した。つまり、粉体等のレベルＬを、対となる発光部および受光部の位置から確定された光路を基準に測定することによって、平均的なレベル値を精度よく自動的に測定することができる。

〔本装置の他の構成例（第２構成例）〕
本装置の他の構成例は、図２（Ａ）に例示するように、支持部２，２が粉体等のレベルＬに対して所定の傾斜角αを有するように配設することを特徴とする。つまり、対象となる粉体等が液体の場合、そのレベルＬは、静的条件においては水平であり、動的条件においては所定の変動幅を有し水平を平均とするものである。従って、垂直方向に複数配設された発光部および受光部によって水平を高精度に測定することは難しく、対となる受光部と発光部を結ぶ光路を、水平ではなく所定の傾斜角αを有する直線に近似することによって、レベル近傍の所定幅の粉体等を通過することから、レベルＬの平均値に近い相関を有することができる。

このとき、傾斜角αは、受光部と発光部を結ぶ光路の距離ｄと、支持部２，２に配設された発光部同士、受光部同士あるいは発光部と受光部と距離ｙとの関係において、下式１の条件を満たすことが好ましい。この条件によって、図２（Ｂ）に示すように、直線近似された３つの光路のいずれかが水平面と交叉することができ、正確なレベルＬの測定が可能となる。
α≧ｔａｎ^−１（ｙ／ｄ） ・・式１

〔実証実験〕
第２構成例に係るレベル測定装置を用い、液体の実証実験を行った。
（ｉ）実験条件
ＰＦＣ処理装置後段などで分解された副生成物である強酸（フッ化水素を含有）を対象とし、発光部および受光部には窒素パージを連続的に行い、腐蝕からの保護を図った。
（ii）実験結果
下表２に示すように、液面を精度よく検知できる結果を得た。また、発光部の発光面および受光部の受光面を構成するガラス部分の腐蝕も見られなかった。

〔本装置の第３構成例〕
本装置の第３構成例は、図３に例示するように、１つの支持部２に複数の発光部３ａ〜３ｃ，３ａ’〜３ｃ’および受光部４ａ〜４ｃ，４ａ’〜４ｃ ’を配設することを特徴とする。つまり、貯留槽１の内面を光反射面Ｒａ〜Ｒｃ，Ｒａ’〜Ｒｃ ’として利用することによって、多数の発光部および受光部を配設することが可能となり、精度の高いレベル測定が可能となる。また、反射光の利用により２倍の光路長を確保することができ、精度の向上に利用することができる。

〔本装置の第４構成例〕
本装置の第４構成例は、図４に例示するように、貯留された粉体等を飛散させる流体を噴射する飛散用の流体噴射部７を有し、飛散用の流体を噴射させて槽内に粉体等を飛散させた後、パージ用の流体の流量を増大させ、順次発光部３ａ〜３ｃの発光面や受光部４ａ〜４ｃの受光面近傍に飛散していた粉体等がパージされる。これによって、光量の変化が生じた受光部の出力から貯留槽１のレベルＬを測定することを特徴とする。静的な条件下において精度の高い測定が難しい場合に、堆積している粉体等に飛散用流体を噴射し、故意に動的な条件に変化させることによって、粉体等が飛散する槽内において、その上下で粉体等の濃淡が生じる状態を形成させる。こうした動的な条件において、槽内上部の発光面および受光面から順次パージ処理を行うことによって、瞬時の正確なレベルＬを測定することを可能とした。特に、微粉体を対象とした場合には、堆積層Ｍの上層に薄膜状となっている軽量の微粉体が飛散して槽内上部の発光面および受光面の近傍にも飛散し易いことから、パージ操作に伴う出力の変化を拡大させることができ、レベル測定の精度を向上させるのに非常に有効であった。

〔第４構成例におけるレベル測定〕
貯留槽１の内部に次々粉体等が導入され、所定の深さを有する堆積層Ｍが形成されるとともに、堆積層Ｍの表面あるいはその内部に飛散用流体を噴射し、槽内に粉体等が飛散した状態を作り出したとき、発光部３ａ〜３ｃの発光面および受光部４ａ〜４ｃの受光面近傍には、粉体等が飛散しながら、飛散した粉体等が徐々に堆積層Ｍに落下している。つまり、上記の第１構成例における動的条件に近い状態が強制的に実現されている。

従って、第４構成例におけるレベル測定方法は、上記の第１構成例における「（２）動的状態でのレベル測定」と同様に、操作（２−１）〜（２−４）を行うことによって、トランジェントなレベルの測定を行うことができる。ただし、以上の操作（２−１）〜（２−３）において、受光部４ａ〜４ｃの出力の変化量が小さいときは、パージ操作後の受光部４ａ〜４ｃの出力が最も初期条件に近い発光面または受光面の位置あるいは両者を結ぶ光路を粉体等のレベルであるとする。このように、パージ操作を順次移行・停止を行うことによって、パージ流体の流量を必要最小限とすることができ、パージ流体に同伴に伴う粉体等の損失を最小限とすることができる。

上記においては、主として粉体および液体のレベル測定装置について、その詳細および操作方法を述べたが、本発明は、排ガス処理装置において連続的に発生する副生成物である粉体や液体について、該装置の処理操作中においても、連続的にかつ正確に測定することができる貯留槽のレベル測定装置にも使用することができる。特に、触媒式処理装置、フィルタ式処理装置、プラズマ式除害装置などにおいて発生する副生成物にも使用することができる。

本発明に係るレベル測定装置の基本構成例を示す概略図 本発明に係るレベル測定装置の第２構成例を示す説明図 本発明に係るレベル測定装置の第３構成例を示す概略図 本発明に係るレベル測定装置の第４構成例を示す概略図 従来技術に係る微粉体のレベル測定装置を例示する説明図

符号の説明

１ 貯留槽
２ 支持部
２ａ 導入部
３ａ〜３ｃ 発光部
４ａ〜４ｃ 受光部
５ 導入口
６ 排出口
７ 流体噴射部
ｄ 光路長
Ｄ 距離
Ｌ レベル
Ｍ 堆積層

Claims (5)

1. 発光部と受光部を有するセンサによって粉体を通過する光の減量を測定し、貯留槽内の粉体のレベルを測定するレベル測定装置であって、
   貯留槽の深さ方向に複数配設された前記センサと、前記発光部の発光面および受光部の受光面をパージする流体を供給するパージ用の流体供給部と、を有し、
   前記センサのいずれの発光面および受光面にも、保護用のパージ用の流体を供給するとともに、
   前記貯留槽の上部から深さ方向に順に、前記発光面または／および受光面に供給されるパージ用の流体の流量を増大させ、前記発光面または／および受光面の近傍に飛散していた粉体がパージされることによって光量の変化が生じた発光部または／および受光部に係る受光部の出力から貯留槽のレベルを測定することを特徴とする貯留槽のレベル測定装置。
2. 前記光量の変化が生じた発光部または／および受光部の位置を基準に、該発光部または／および受光部に係る受光部の出力から、貯留槽のレベルを測定することを特徴とする請求項１記載の貯留槽のレベル測定装置。
3. 前記光量の変化が生じた発光部または／および受光部と、これと対となる受光部または／および発光部を結ぶ光路の位置を基準に、該発光部または／および受光部に係る受光部の出力から、貯留槽のレベルを測定することを特徴とする請求項１記載の貯留槽のレベル測定装置。
4. 貯留された粉体を飛散させる流体を噴射する飛散用の流体噴射部を有し、
   前記飛散用の流体を噴射させた後、前記パージ用の流体を供給させ、飛散により前記発光面または／および受光面の近傍に飛散していた粉体がパージされることによって光量の変化が生じた発光部または／および受光部に係る受光部の出力から貯留槽のレベルを測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の貯留槽のレベル測定装置。
5. 前記パージ用の流体供給部から発光部あるいは受光部に対して供給されるパージ用流路を有する支持部を複数備え、対となる発光部と受光部が異なる支持部に配設され所定の距離の光路を形成することを特徴とする１〜４のいずれかに記載の貯留槽のレベル測定装置。
   

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