JP6233153B2 - 静電容量式レベル測定装置および導電性異物の付着防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、収容容器内に貯留される収容物のレベル位置を検出する静電容量式レベル測定装置および導電性異物の付着防止方法に関するものである。

従来から、収容容器内に貯留される収容物のレベル位置を検出するために静電容量式レベル計が用いられている。特許文献１に開示された静電容量式レベル計は、電極と貯留槽との間で形成される静電容量が貯留物の有無により変化することに応じて貯留物のレベルを検出する。

このような静電容量式レベル計は、接地電極と検知電極との間には両電極を絶縁するための絶縁部材を有している。この絶縁部材に導電性異物が付着すると接地電極と検知電極とが導通され、レベル位置の誤検出が生じてしまう。具体的には、静電容量式レベル計は、収容容器内に貯留された収容物がないにも関わらず収容物があるものとして信号を出力する。したがって、例えば収容容器から収容物の供給が停止するためにシステム全体の稼働が停止してしまうという問題が生じる。

このような問題に対して特許文献２および特許文献３に開示された静電容量式レベルスイッチではガスを用いてパージすることで絶縁部材に導電性異物が付着するのを防止する技術が開示されている。
特許文献２の静電容量式レベルスイッチは、接地側電極であるスイッチ外筒の空間内にパージ気体を供給するパージ用ノズルを備えている。したがって、絶縁材にクラックが発生した場合にパージ用ノズルから供給されるパージ気体がクラックを通して外部に漏洩するために、クラックからベーパがスイッチ外筒に浸入するのを防止することができ、絶縁不良を抑制することができる。
特許文献３の静電容量式レベルスイッチは、保護筒の周囲にエアーパージ筒を止着することで、保護筒とエアーパージ筒との間に周隙が形成される。周隙内に圧縮エアーを吹き込むことで、エアーパージ筒の下端に形成された絞り口からエアーが噴出され、絶縁スリーブおよび電極棒の付着した導電性粉塵を吹き飛ばすことができる。

特開平５−２７３０３０号公報 実開昭６２−１９３５２４号公報 実公昭５７−４５５３６号公報

しかしながら、本発明者らは、収容容器内に高温の有機物が気体で存在するような状況下で静電容量式レベル計を使用した場合には、特許文献に開示されたような絶縁部材をパージする技術であっても導電性異物の付着を防止できないことを知見した。すなわち、収容容器内に高温の有機物が気体で存在するような状況下では、絶縁部材に導電性異物が付着して接地電極と検知電極とが導通され、静電容量式レベル計によるレベル位置の誤検出が発生してしまうという問題がある。

本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、収容容器内に高温の有機物が気体で存在するような状況下であっても、絶縁部材に導電性異物が付着することを防止することを目的とする。

本発明の静電容量式レベル測定装置は、収容容器内に貯留される収容物のレベル位置を静電容量の変化に基づいて検出する静電容量式レベル測定装置であって、前記収容容器に導通される接地電極と、前記収容容器内に延出される検知電極と、前記収容容器内に延出され前記検知電極の一部が露出するように前記検知電極の周囲を覆うと共に、前記接地電極と前記検知電極とを絶縁する絶縁部材と、前記絶縁部材の表面の温度を前記収容容器内に存在する有機物の融点以上に維持する加熱されたガスを前記絶縁部材の表面に導くパージ管と、を有することを特徴とする。
本発明の導電性異物の付着防止方法は、収容容器内に貯留される収容物のレベル位置を静電容量の変化に基づいて検出する静電容量式レベル測定装置による導電性異物の付着防止方法であって、前記静電容量式レベル測定装置は、前記収容容器に導通される接地電極と、前記収容容器内に延出される検知電極と、前記収容容器内に延出され前記検知電極の一部が露出するように前記検知電極の周囲を覆うと共に、前記接地電極と前記検知電極とを絶縁する絶縁部材と、を有し、前記絶縁部材の表面の温度を前記収容容器内に存在する有機物の融点以上に維持する加熱されたガスを前記絶縁部材の表面に噴出する噴出ステップを有することを特徴とする。

本発明によれば、収容容器内に高温の有機物が気体で存在するような状況下であっても、絶縁部材に導電性異物が付着することを防止することができる。したがって、静電容量式レベル計の誤検出が防止され、システム全体の稼働率の低下を防止することができる。

本実施形態の静電容量式レベル測定装置の概要を示す図である。 本実施形態の静電容量式レベル計およびパージ管の構成を示す図である。 本実施形態のパージ管の噴出口の構成を示す拡大図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る静電容量式レベル測定装置１０の概要を示す図である。
静電容量式レベル測定装置１０は、収容容器内に貯留される収容物のレベル位置を静電容量の変化に基づいて検出する。本実施形態では、コークスを製造する製造工程において一時的に貯留された石炭のレベル位置を検出する場合について説明する。より具体的には、乾留工程に移行する前の事前処理工程において急速に加熱した高温石炭のレベル位置を検出する場合に用いる。

静電容量式レベル測定装置１０は、収容容器としてのホッパ部５０に設置される。ホッパ部５０は、事前処理工程において加熱された高温石炭Ｃを一時的に貯留する。ホッパ部５０は、導通性を有する例えば鉄、ステンレスなどにより形成され、高温石炭を内部に投入する投入口５１と、貯留した高温石炭を次の工程に搬送するために排出する排出口５２とを有している。

ホッパ部５０では、排出口５２により高温石炭が排出され、静電容量式レベル測定装置１０により高温石炭のレベル位置が所定のレベル位置以下になったことが検出されると、投入口５１から高温石炭が投入される。
なお、ホッパ部５０は加熱された高温石炭を貯留しているために石炭を加熱したときに発生するナフタリンやタール、微粉炭がホッパ部５０の内部に存在している。

本実施形態の静電容量式レベル測定装置１０は、静電容量式レベル計２０とパージ管３０とを備えている。
静電容量式レベル計２０は、ホッパ部５０に貯留される高温石炭のレベル位置を静電容量の変化に基づいて検出する。静電容量式レベル計２０は後述する、検知電極２６および絶縁部材２７がホッパ部５０内に配置される態様でホッパ部５０に対して位置決めして取り付けられる。

図２（ａ）は、静電容量式レベル計２０の構成を示す図である。図２（ａ）に示すように、静電容量式レベル計２０は、検出部本体２１と、接地電極２５と、検知電極２６と、絶縁部材２７と、取付部２８とを有している。
検出部本体２１はケース２２内に回路部２３を収容して構成される。回路部２３は接地電極２５と同一電位であるホッパ部５０と、検知電極２６との間の静電容量を検出する。

接地電極２５はケース２２から一方側に延出される円筒状に形成される。接地電極２５は回路部２３とは電気的に絶縁状態であるのに対して、ホッパ部５０とは電気的に同一電位になるように構成される。接地電極２５とホッパ部５０とを同一電位にするには、接地電極２５から取付部２８、パージ管３０および後述する支持部材を介してホッパ部５０と導通させることで実現することができる。
検知電極２６は接地電極２５と同様の方向で接地電極２５よりも長く延出される丸棒状に形成される。検知電極２６は回路部２３に電気的に接続される。

絶縁部材２７は検知電極２６の先端（一部）が露出されるように検知電極２６の周囲を覆う。絶縁部材２７は接地電極２５と検知電極２６との間に配置され、両電極が絶縁されるように、導通性を有しない樹脂などで形成される。
取付部２８はフランジ状に形成され、パージ管３０が取り付けられる。

パージ管３０は静電容量式レベル計２０の絶縁部材２７の表面に付着した導電性異物をパージするためのガスを絶縁部材２７の表面に向かって噴出させるために導くものである。パージ管３０はガスを噴出させる噴出口３５がホッパ部５０内に配置される態様でホッパ部５０に対して位置決めして取り付けられる。

図２（ｂ）は、パージ管３０の構成を示す図である。図２（ｂ）に示すように、パージ管３０は、第１フランジ部３１と、第１円筒部３２と、第２フランジ部３３と、第２円筒部３４とを有している。パージ管３０は静電容量式レベル計２０の検知電極２６が検知電極２６の延出方向に挿通されるように孔状に形成される。
第１フランジ部３１は静電容量式レベル計２０の取付部２８にボルトを介して固定されことで、静電容量式レベル計２０とパージ管３０とを一体的に結合する。

第１円筒部３２は第１フランジ部３１と第２フランジ部３３との間に形成され、外周面の一部に接続部３６を有している。接続部３６には後述するガス加熱装置４０からの供給管４１が接続される。静電容量式レベル計２０がパージ管３０に結合された状態では、第１円筒部３２は接地電極２５との間に隙間を介して接地電極２５を覆う。この隙間は、供給管４１を介してパージ管３０内に供給されたガスが流れる通路として機能する。
第２フランジ部３３は、パージ管３０をホッパ部５０に取付ける取付け部材である。具体的には、第２フランジ部３３が図示しない支持部材を介してホッパ部５０に支持されることで、パージ管３０および静電容量式レベル計２０はホッパ部５０に位置決めして取り付けられる。

第２円筒部３４は第２フランジ部３３に一体で形成される。静電容量式レベル計２０がパージ管３０に結合された状態では、第２円筒部３４は接地電極２５および絶縁部材２７との間に隙間を介して接地電極２５および絶縁部材２７を覆う。この隙間は、供給管４１を介してパージ管３０内に供給されたガスが流れる通路として機能する。また、第２円筒部３４の先端には、供給管４１を介してパージ管３０内に供給されたガスを、絶縁部材２７の表面に向かって噴出させる噴出口３５が形成される。パージ管３０がホッパ部５０に取り付けられた状態では、噴出口３５はホッパ部５０内に配置される。

本実施形態のようにホッパ部５０内にナフタリンなどの有機物が気体で存在するような状況下では、パージ管３０の噴出口３５から静電容量式レベル計２０の絶縁部材２７に向かって導電性異物をパージするために単にガスを噴出させても付着を防止することが困難である。本発明者らは、鋭意研究の結果、導電性異物の付着を防止できないのは、静電容量式レベル計２０のうちホッパ部５０から外部に露出している、検出部本体２１あるいは接地電極２５が外気によって冷却され、熱伝導により絶縁部材２７および検知電極２６が冷却されるためであることを見出した。すなわち、絶縁部材２７および検知電極２６が冷却されることで、絶縁部材２７および検知電極２６の近傍のナフタリンなどが気体から固化され、そのまま絶縁部材２７および検知電極２６の表面に付着するためであることを突き止めた。

そこで、本実施形態の静電容量式レベル測定装置１０では、パージ管３０から絶縁部材２７に向かって噴出するガスを、加熱した高温ガスにすることで絶縁部材２７の表面の温度をホッパ部５０内に存在する有機物の融点以上に維持するようにした。このように、絶縁部材２７の表面の温度を融点以上に維持することで、ホッパ部５０内に存在する有機物が絶縁部材２７の表面で固化されないことから、絶縁部材２７の表面に導通性異物の付着を防止することができる。

例えば有機物としてのナフタリンが固化し、絶縁部材２７の表面に付着するのを防止する場合には、ナフタリンの融点が約８０℃であることから、絶縁部材２７の表面の温度を約８０℃以上に維持させる。本実施形態では上述したパージ管３０の噴出口３５から１５０°の高温ガスを絶縁部材２７の表面に向かって噴出させることで、絶縁部材２７の表面を８０℃以上に維持でき、導通性異物の付着を防止することができた。

ここで、本実施形態における高温ガスを噴出させて導通性異物の付着を防止する構成について図１および図３を参照して説明する。
図１に示すように、静電容量式レベル測定装置１０は、ガスを加熱するためのガス加熱装置４０を備えている。ガス加熱装置４０は、供給管４１を介してパージ管３０内に高温ガスを供給する。ガス加熱装置４０は電気ヒータ４２を有し、パージ管３０に供給するガスは電気ヒータ４２を通ることで加熱される。また、ガス加熱装置４０は、供給管４１が接続される位置に図示しない温度センサを有している。ガス加熱装置４０は温度センサにより検出された温度に基づいて、予め設定された温度の高温ガスを供給できるように制御する。なお、ガス加熱装置４０が供給する高温ガスは不活性ガスであることが好ましく、窒素ガス、アルゴンガスなどを用いることができる。

図３は、パージ管３０の噴出口３５の周辺の構成を示す断面図である。
図３に示すように、検知電極２６の延出方向に対して直交する方向から見て、パージ管３０の第２円筒部３４と絶縁部材２７とは、ホッパ部５０内において延出方向で重なり合っていることが好ましい（図３に示す重なり代Ｏｖ）。第２円筒部３４と絶縁部材２７とを重なり合わせることで、パージ管３０の噴出口３５に向かう高温ガスを絶縁部材２７の表面に効率よく接触させることができる。

また、図３に示すように、パージ管３０の噴出口３５は開口端を内側に向かって折り曲げた折り曲げ部３７を有することで、噴出口３５が絞られて形成される。更に、図３に示すように、絞られて形成された噴出口３５の内側に絶縁部材２７の少なくとも一部が配置されている。換言すると、噴出口３５の内周面と絶縁部材２７の表面とが対面している。

ここで、接地電極２５と検知電極２６との間の導通を防止するには、絶縁部材２７の表面の全てに導電性異物が付着するのを防止する必要はなく、少なくとも絶縁部材２７の一部の周方向に沿った付着が防止できればよい。
したがって、噴出口３５を絞るように形成することで、噴出口３５から噴出される高温ガスを噴出口３５の内側に位置する絶縁部材２７の表面の一部の周方向に沿って局所的に接触させ易くすることができる。すなわち、噴出口３５の内側に位置する絶縁部材２７の表面では、接触された高温ガスによって温度を有機物の融点以上に維持させ易くすることができる。更に、絞られた噴出口３５を通過する高温ガスは流速が速くなるため、絶縁部材２７の表面に付着する有機物を吹き飛ばすことができる。

このように、本実施形態によれば、ホッパ部５０内に高温の有機物が気体で存在するような状況下であっても、絶縁部材２７の表面の温度を有機物の融点以上に維持する加熱された高温ガスを、パージ管３０を用いて絶縁部材２７の表面に導くことで、絶縁部材２７に導電性異物が付着することを防止することができる。したがって、接地電極２５と検知電極２６との間の導通を防止することができるので、静電容量式レベル計２０が誤検出することなく、システム全体の稼働率の低下を防止することができる。

以上、本発明を上述した実施形態により説明したが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更などが可能である。
例えば、上述した実施形態では、第１円筒部３２と第２円筒部３４とを有するパージ管３０を用いる場合について説明したが、この場合に限られず、単管のパージ管を用いることができる。単管のパージ管を用いることで、静電容量式レベル測定装置１０の構成を簡略化することができ、製造コストを削減することができる。

また、上述した実施形態の静電容量式レベル計２０では丸棒状に形成された検知電極２６を用いる場合について説明したが、この場合に限られず、ホッパ部５０内を垂下するワイヤ式の電極を用いてもよい。

１０：静電容量式レベル測定装置 ２０：静電容量式レベル計 ２１：検出部本体 ２５：接地電極 ２６：検知電極 ２７：絶縁部材 ２８：取付部 ３０：パージ管 ３１：第１フランジ部 ３２：第１円筒部 ３３：第２フランジ部 ３４：第２円筒部 ３５：噴出口 ３６：接続部 ４０：ガス加熱装置 ４１：供給管 ４２：電気ヒータ ５０：ホッパ部（収容容器）

Claims (5)

1. 収容容器内に貯留される収容物のレベル位置を静電容量の変化に基づいて検出する静電容量式レベル測定装置であって、
   前記収容容器に導通される接地電極と、
   前記収容容器内に延出される検知電極と、
   前記収容容器内に延出され前記検知電極の一部が露出するように前記検知電極の周囲を覆うと共に、前記接地電極と前記検知電極とを絶縁する絶縁部材と、
   前記絶縁部材の表面の温度を前記収容容器内に存在する有機物の融点以上に維持する加熱されたガスを前記絶縁部材の表面に導くパージ管と、を有することを特徴とする静電容量式レベル測定装置。
2. 前記検知電極が延出する延出方向に対して直交する方向から見て、
   前記パージ管と前記絶縁部材とは、前記収容容器内において前記延出方向で重なり合っていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式レベル測定装置。
3. 前記パージ管は、前記ガスを噴出する噴出口を有し、
   前記噴出口の内側面と前記絶縁部材の表面とが対面していることを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量式レベル測定装置。
4. 前記収容容器内に貯留される収容物は、加熱された石炭であって、
   前記収容容器内に存在する有機物には、前記石炭を加熱したときに発生するタールおよびナフタリンが含まれることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の静電容量式レベル測定装置。
5. 収容容器内に貯留される収容物のレベル位置を静電容量の変化に基づいて検出する静電容量式レベル測定装置による導電性異物の付着防止方法であって、
   前記静電容量式レベル測定装置は、
   前記収容容器に導通される接地電極と、
   前記収容容器内に延出される検知電極と、
   前記収容容器内に延出され前記検知電極の一部が露出するように前記検知電極の周囲を覆うと共に、前記接地電極と前記検知電極とを絶縁する絶縁部材と、を有し、
   前記絶縁部材の表面の温度を前記収容容器内に存在する有機物の融点以上に維持する加熱されたガスを前記絶縁部材の表面に噴出する噴出ステップを有することを特徴とする導電性異物の付着防止方法。

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