JP5372924B2 - β線煙塵濃度測定装置およびそれに用いられる試料の有効性確認方法 - Google Patents
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Description
本発明は、β線煙塵濃度測定装置およびそれに用いられる試料の有効性確認方法に関するものである。
近年、工業用ボイラ、発電所ボイラおよび工業窯炉等の汚染源によってもたらされる環境汚染が相当に深刻になってきている。このため、当該環境汚染についての研究が世界各国でなされ、その抑制を行う取り組みが進められている。環境汚染を抑制するためには、上述の汚染源から排出される粒子状煙塵の濃度に対して監視測定をおこなうことが必要である。
粒子状煙塵の濃度監視測定方法としては、不透明度法、光投影法、レーザー後方散乱法、電荷法、β線吸収法（煙道内試験）等があげられるが、このうち、濾過計量法が現在最も広く用いられている方法である。
濾過計量法の基本原理は、予め重量を測定した濾過筒に塵を含む一定体積の排煙を通過させて排煙中の塵粒を濾過筒で捕集し、試料採取前後の濾過筒の重量差及び採取した試料の体積に基づいて含塵率を算出するというものである。
濾過筒の煙道中の気体には一定の流速と圧力があり、さらに比較的高い温度と湿度を有し、かつ、常にいくらかの腐食性気体が含まれているため、必ず一定速度で試料採取を行わなければならないという制約があるものの、濾過計量法は正確性、精密性の面で優れているため、当該方法が標準方法として定められている場合が多い。
従来技術として、濾過計量法における煙塵の濃度測定にβ線吸収法を用いたβ線煙塵濃度測定装置の内部構造略図を図１に示す。図１に示すβ線煙塵濃度測定装置は、煙塵収集部と、煙塵質量検査部とから構成される。煙塵収集部は、煙塵サンプルガンと、濾紙３と、濾紙送紙手段とから構成される。該煙塵サンプルガンは、採取管１１と、ピトー管と、保護管を備える。図１に示すβ線煙塵濃度測定装置においては、採取管を通過した煙塵が濾紙３に付着し、濾紙３に付着した煙塵に対して、β線光源５２によって分析を行うものである。
中国特許０２２３８２３８．０号には、β線粒子状物質煙塵排出連続監視測定装置が記載されている。その特徴は次の通りである。それは、エルボ採取管、圧縮装置、濾紙、その送紙装置、β線源（炭素１４面源）、β線検知ガイガーミュラー計数管（ＧＥＩＧＥＲ−ＭＵＬＬＥＲ ＤＥＴＥＣＴＯＲ）、Ｓピトー管、コンピュータデータ処理装置、筐体から構成され、採取管と負圧源が通じており、濾紙が送紙装置の導きによって採取管の横断面を通過した後、β線源とβ線検知ガイガーミュラー計数管の間を通過する。β線検知ガイガーミュラー計数管とコンピュータデータ処理装置が電気接続を実現し、Ｓピトー管と圧縮装置が管路のつながりを実現する。そのうちの温度感知装置とコンピュータデータ処理装置が電気接続を実現する。
従来技術として、濾過計量法における煙塵の濃度測定にβ線吸収法を用いたβ線煙塵濃度測定装置の煙塵サンプルガンの構造略図を図２に示す。図２に示す煙塵サンプルガンの構造略図において、２つの保護管１３’と１３”がそれぞれ採取管１１、およびピトー管１２、１２を覆っている。このうち、採取管１１を覆っている保護管１３’の内部には加熱管４５が採取管１１とともに保護管１３’中に設置され、煙塵を加熱する構成となっている。しかしながら、従来技術における加熱管４５、４５を用いた加熱では、採取管１１内部を流れる試料が均等に加熱されないため、顕著な除湿効果がなく、さらに、凝縮還流をもたらして、前記の加熱過程の意味を消失させやすいという問題点がある。
これまで述べたことをまとめると、従来のβ線煙塵濃度測定装置にはまだ次のような解決すべき課題がある。すなわち、
（１）試料採取面積と試験面積が同じである状況では、試料採取面積の質量の溢流が生じる。
（２）煙塵中の湿度が比較的高いために、煙塵質量の検査が妨げられている。
（３）分散度が大きい煙塵や大きな粒子状の煙塵に対する検査は正確ではなく、β線源（炭素１４面源）は全く透過することができず、完全に煙塵に吸着されてしまう。
（１）試料採取面積と試験面積が同じである状況では、試料採取面積の質量の溢流が生じる。
（２）煙塵中の湿度が比較的高いために、煙塵質量の検査が妨げられている。
（３）分散度が大きい煙塵や大きな粒子状の煙塵に対する検査は正確ではなく、β線源（炭素１４面源）は全く透過することができず、完全に煙塵に吸着されてしまう。
上記の問題を解決するために、本発明創作者は長期間にわたる研究と試験の結果、遂に本創作を生み出したのであり、上記の欠点を克服し、煙塵に対する測定の精度を高め、水分が煙塵の測定を妨げないようにしたβ線煙塵濃度測定装置およびそれに用いられる試料の有効性確認方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は、煙塵収集部と、煙塵質量検査部を備え、前記煙塵収集部は、採取管、ピトー管、保護管を有する煙塵サンプルガンと、濾紙と、濾紙送紙手段とから構成され、前記煙塵質量検査部は、β線源とβ線検知ガイガーミュラー計数管を備えるβ線計数検査装置と、データ処理装置とから構成され、前記煙塵収集部が煙塵検査試料を採取し、前記煙塵質量検査部が煙塵濃度を測定するβ線煙塵濃度測定装置であって、前記煙塵サンプルガンが備える前記採取管の端部に上部筐体が配設され、前記上部筐体に対応する下部筐体が、前記上部筐体と間隙を有して配設され、前記下部筐体は、格子状濾紙台と、排気口を備え、前記濾紙は前記上部筐体と前記下部筐体との間の前記間隙を通って送紙され、前記上部筐体が煙塵を採取する試料採取面積は、前記濾紙の実際の検査面積の２倍以上とされることを特徴とするβ線煙塵濃度測定装置を提供する。
また、本発明は、前記β線煙塵濃度測定装置は加熱除湿手段を備え、前記加熱除湿手段は、少なくとも３つの加熱手段を備え、前記３つの加熱手段のうちの一の加熱手段が、前記採取管に配設され、前記３つの加熱手段のうちの他の２つの加熱手段が、前記β線源の両側に配設されることを特徴とするβ線煙塵濃度測定装置を提供する。
また、本発明は、前記採取管と前記ピトー管の周囲に一のバンドヒータが配設され、周囲に前記バンドヒータを配設された前記採取管と前記ピトー管が前記保護管内に収容され、更に前記上部筐体の周囲に他のバンドヒータが配設されることを特徴とするβ線煙塵濃度測定装置を提供する。
また、本発明は、前記β線源としてＰＭ１４７源を用いることを特徴とするβ線煙塵濃度測定装置を提供する。
また、本発明は、前記採取管の直径が４〜６ｍｍであることを特徴とするβ線煙塵濃度測定装置を提供する。
また、本発明は、前記β線煙塵濃度測定装置を用いた試料の有効性確認方法であって、前記β線煙塵濃度測定装置が採取した試料に対して試験を行い、前記β線検知ガイガーミュラー計数管の出力周波数を得て、前記出力周波数が変化していたら、次の試料を採取し、試験を行い、前記β線検知ガイガーミュラー計数管の出力周波数を得て、前記出力周波数の変化が一定以下となったとき、当該試験に用いた試料が有効であると判定されることを特徴とする試料の有効性確認方法を提供する。
本発明によれば、従来技術における欠点が克服され、煙塵に対する測定の精度を高め、水分が煙塵の測定を妨げないようにしたβ線煙塵濃度測定装置およびそれに用いられる試料の有効性確認方法が得られる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係るβ線煙塵濃度測定装置の内部構造の略図を図３に示す。図３に示すβ線煙塵濃度測定装置は、煙塵サンプルガンと、濾紙３と、濾紙送紙手段とから構成される煙塵収集部と、β線源５２と、β線検知ガイガーミュラー計数管５１を備えるβ線計数検査装置と、図示しないデータ処理装置とから構成される煙塵質量検査部とを備える。
煙塵収集部を構成する煙塵サンプルガンは、採取管１１と、ピトー管と、保護管とから構成される。煙塵サンプルガンを構成する要素のうち、図３においては採取管１１のみ図示している。ピトー管、保護管を含めた本実施の形態に係る煙塵サンプルガンの詳細な構成は後に詳述する。
本実施の形態において、煙塵収集部によって煙塵検査試料が採取され、最終的に、煙塵質量検査部によって煙塵データが得られる。
従来技術と比較し、本実施の形態においては、煙塵収集部と煙塵質量検査部の構造のいずれに対しても一定の改良がおこなわれている。その目的は測定の精度を高めることである。
まず、試料採取単位面積の質量の溢流によって、β線が測定不能となることがないように、以下の構成が採用されている。
本実施の形態にかかる煙塵サンプルガンを構成する採取管１１の末端に上部筐体２１を配設し、該上部筐体２１に対応させて下部筐体２２を配設する。濾紙３は、上部筐体２１と下部筐体２２との間に設けられた間隙中を通過する。下部筐体２２に濾紙３が入る箇所に格子状濾紙台３３を設置し、下部筐体２２の下部には排気口２３が設けられる。
本実施の形態において、上部筐体２１が煙塵を採取する試料採取面積は少なくとも濾紙の実際の検査面積３１の２倍として、試料採取抵抗力と単位面積上の煙塵採取質量を減少させる。本構成は、図３に示すような上部筐体２１のテーパ状の構造によって実現される。
本実施の形態の試料採取過程における濾紙の試料採取面積と検査面積の比較対照図を図４に示す。これから、濾紙を実際の煙塵の試料採取と検査の担体とした場合、試料採取面積を少なくとも濾紙の実際の検査面積３１の２倍とすれば、試料採取単位面積質量の溢流によってβ線が測定不能となるという問題が解決されることが見て取れる。
β線が低エネルギーであるため、その透過単位質量は１．５〜２．０ｍｇ／ｃｍ２を超えてはならない。上記の設計によってこの問題を解決した。また、さらに試料採取時の通気路の抵抗力を大幅に減少させ、試料採取動力と流量の追跡の問題を解決した。従来の試料採取面積で試料採取をおこなう場合は、抵抗力が急速に増加するため、試料採取が実行不能となる。
その次に、煙塵中に含まれる水分が測定に不利な要素をもたらすことがないようにするために、構造設計上、本発明の実施の形態において加熱除湿手段が備えられている。加熱除湿手段は、３本の棒状ヒータ４１、４２、４３、およびバンドヒータ４４とから構成される。
棒状ヒータ４１、４２、４３の配置構成を図３に示す。棒状ヒータ４１、４２、４３はそれぞれβ線源５２の両側と、採取管１１の片側の試料採取濾紙台３２中に設置し、その上方を移動する濾紙３によって採取した煙塵中の水分を乾燥させることによって、水分が原因となって高めに測定されるという弊害を防止する。
バンドヒータ４４の配置構成を図５と図６に示す。図５は本実施の形態に係るβ線煙塵濃度測定装置が備える煙塵サンプルガンの構造略図を示し、図６は図５に示す煙塵サンプルガンのＡ−Ａ断面を示す断面図である。
図５及び図６から見て取れるように、本実施の形態に係る煙塵サンプルガンは、ピトー管１２、１２および採取管１１を一つに束ね、これらの周囲にバンドヒータ４４を巻きつけ、保護管１３の内部に組み入れる構成となっている。また、バンドヒータ４４は、上部筐体２１の周囲にも巻きつけられ、それによって全行程で煙塵を加熱し、凝縮を防止している。加熱温度範囲は、通常、１２０℃〜２００℃に設定する。
しかしながら、本発明の実施の形態はこれに限られるものではなく、水分乾燥の効率を向上するために、棒状ヒータ、バンドヒータいずれも複数組を増設しても良い。また、加熱手段として棒状ヒータ及びバンドヒータを使用したが、本発明の実施の形態はこれに限定されるものではない。
本実施の形態において、採取管１１の口径は、直径が４〜６ｍｍとされている。採取管１１の口径を直径４〜６ｍｍとすることによって、採取する煙塵を含んだ気体の流速を速めて、採取管１１における煙塵の沈澱と吸着を防止する。
β線源５２の選択について、従来技術ではβ線粉塵計にはすべてＣ１４が検査源として使用されている。しかしながら、煙塵検査に用いるβ線源としてＣ１４を使用するのは不適切である。なぜなら、Ｃ１４のエネルギーはわずか０．１５５ＭｅＶと比較的弱く、透過能力差がわずか１．５〜２．０ｍｇ／ｃｍ２しかないからである。通常、測定器中の濾紙の質量は約６〜８ｍｇ／ｃｍ２であり、採取が認められる煙塵は２ｍｇ／ｃｍ２以下でなければならない。このため、分散度が大きい煙塵や大きな粒子の煙塵に対する測定は不正確である。なぜならそれは全く透過することができず、完全に煙塵に吸着されてしまうからである。
上記観点から、本実施の形態においては、β線源としてＰＭ１４７源を採用した。そのエネルギーは０．２２３Ｍｅｖであり、透過範囲は０．２〜２０ｍｇ／ｃｍ2であり、Ｃ１４の２倍である。
最後に、正確な煙塵質量を効果的に得るためには、必ず濾紙上で得られる煙塵の試料が有効であることが求められる。すなわち、必ず水分が最低でなければならないのである（すでに乾燥していなければならない）。このため、本発明の実施の形態では、上記のβ線煙塵濃度測定装置が採取した検査試料が有効であるかどうかを判断する方法を提供した。図７に本実施の形態に係る検査試料の有効性確認方法の流れ図を示す。本実施の形態に係る検査試料の有効性確認方法には、次の手順が含まれる。
手順ａ：本実施の形態に係るβ線煙塵濃度測定装置を起動する（７０）。
手順ｂ：試料採取終了後の検査試料に対して試験をおこない、β線検知ガイガーミュラー計数管の出力周波数を得る（７１）。
手順ｃ：手順ｂにおける出力周波数が乾燥している時に計測される出力周波数から変化しているかどうかを判断する（７２）。変化している場合は、下記の手順ｄを実行する。変化していない場合は、下記の手順ｅを実行する。
手順ｄ：次の組の検査試料に対して試験をおこない、β線検知ガイガーミュラー計数管の出力周波数を得て（７３）、上記の手順ｃを実行する。
手順ｅ：この組の検査試料は有効である（７４）。
これは、機械制御自動送紙機構とβ線検知ガイガーミュラー計数管５１をソフトウェアで制御することによってより好適に実現される。
以上述べたことをまとめると、本発明創作者の改善によって得られた陳述するβ線煙塵濃度直読式監視測定装置およびその有効試料確認方法によって、確実に所期の技術効果を上げることができるため、法に従って特許を出願する。
以上図に基づいて本発明の好適な実施の形態について説明してきたが、本発明の実施の形態はこれに限られるものではない。本発明は、特許請求の範囲が制限する主旨と範囲内で、これに対して多くの変更、修正をおこなうことが可能である。
３…濾紙、１１…採取管、１２…ピトー管、１３…保護管、２１…上部筐体、２２…下部筐体、２３…排気口、３１…試料採取面積、３２…試料採取濾紙台、３３…格子状濾紙台、４２…棒状ヒータ、４４…バンドヒータ、５１…β線検知ガイガーミュラー計数管、５２…β線源。
Claims (5)
- 煙塵収集部と、煙塵質量検査部を備え、
前記煙塵収集部は、採取管、ピトー管、保護管を有する煙塵サンプルガンと、濾紙と、
濾紙送紙手段とから構成され、
前記煙塵質量検査部は、β線源とβ線検知ガイガーミュラー計数管を備えるβ線計数検査装置と、データ処理装置とから構成され、
前記煙塵収集部が煙塵検査試料を採取し、前記煙塵質量検査部が煙塵濃度を測定するβ線煙塵濃度測定装置であって、
前記煙塵サンプルガンが備える前記採取管の端部に上部筐体が配設され、
前記上部筐体に対応する下部筐体が、前記上部筐体と間隙を有して配設され、
前記下部筐体は、格子状濾紙台と、排気口を備え、
前記濾紙は前記上部筐体と前記下部筐体との間の前記間隙を通って送紙され、
前記上部筐体が煙塵を採取する試料採取面積は、前記濾紙の実際の検査面積の２倍以上とされ、
前記β線煙塵濃度測定装置は加熱除湿手段を備え、
前記加熱除湿手段は、少なくとも３つの加熱手段を備え、
前記３つの加熱手段のうちの一の加熱手段が、前記採取管に配設され、
前記３つの加熱手段のうちの他の２つの加熱手段が、前記β線源の両側に配設されること
を特徴とするβ線煙塵濃度測定装置。 - 前記採取管と前記ピトー管の周囲に一のバンドヒータが配設され、
周囲に前記バンドヒータを配設された前記採取管と前記ピトー管が前記保護管内に収容され、
更に前記上部筐体の周囲に他のバンドヒータが配設されること
を特徴とする請求項１に記載のβ線煙塵濃度測定装置。 - 前記β線源としてＰＭ１４７源を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のβ線煙塵濃度測定装置。
- 前記採取管の直径が４〜６ｍｍであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のβ線煙塵濃度測定装置。
- 請求項１から４のいずれかに記載のβ線煙塵濃度測定装置を用いた試料の有効性確認方法であって、
前記β線煙塵濃度測定装置が採取した試料に対して試験を行い、前記β線検知ガイガーミュラー計数管の出力周波数が計測され、該周波数から当該試験に用いた、採取した試料が有効であると判定されること
を特徴とする試料の有効性確認方法。
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