JP6438663B2 - 粉塵が存在する雰囲気中の物体の温度を計測する方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉塵が存在する雰囲気中の物体、例えばセメント製造設備が備えるロータリキルンのような粉塵存在下の炉内において、高温状態にある被加熱物等の温度を計測する方法に関する。

一般に、セメント製造設備が備えるロータリキルンのような粉塵濃度が高く、連続処理を行う炉内において、被加熱物の温度計測には、非接触で温度が計測できる放射温度計等が用いられている。この放射温度計は、ロータリキルン以外の他の焼成炉や高温プロセスにおいても幅広く利用されている。

しかし、放射温度計では、計測対象である被加熱物と観測者の間に粉塵があると、粉塵による放射光の減衰及び粉塵自体からの放射光が影響し、被加熱物の温度を正確に計測できないという問題がある。非接触温度計として知られている二色温度計は、２つの波長の放射輝度比から温度を求めるというものであるが、この二色温度計は、放射輝度比を変化させない粉塵による放射光の減衰の影響は無視することができるが、放射輝度比を変化させる粉塵からの放射光の影響は無視することはできない。

粉塵濃度が高い炉内の温度計測に係る上記問題は、セメント焼成炉以外の他の焼成炉等においても当然起こり得る。このような問題を解消するため、例えば、煤塵濃度が高い炉内において、溶融スラグの液面温度を確実に計測することができる温度計測方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この温度計測方法では、炉内に収容された溶融スラグの液面から放射される輻射光のうち、中間赤外域又は遠赤外域の輻射光を光電気素子に集光し、入射する輻射光の強度に応じた振幅の出力電圧を光電気素子から発生させ、この出力電圧値とプランクの輻射則から上記溶融スラグの液面温度を決定している。また、この温度計測方法では、２以上の異なる波長の輻射光が用いられている。

また、火炎の微細構造を計測するために一般的に利用されている局所計測において、集光光学系を利用した火炎自発光計測装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。この計測装置では、火炎の複数の計測点からの自発光を、集光面の対応する集光点にそれぞれ集光させる単一の光学系からなる集光光学系と、集光点にそれぞれ集光された、複数の計測点からの自発光が計測される自発光計測系を有することを特徴としている。

特開２００１−２４９０４９号公報（請求項１、請求項２、請求項３、段落［０００１］） 特開２０００−１１１３９８号公報（請求項１、段落［０００３］）

しかし、上記従来の特許文献１に示される方法では、対象としている粉塵の粒子径が１〜２μｍであり、セメント焼成炉等における粉塵と比較すると非常に微細である。そのため、当該方法をそのままセメント焼成炉等における粉塵に適用してクリンカの温度計測等に使用することはできない。同様に、ロータリキルン以外の高温炉（加熱、製錬、精製、焼成、反応等）内に存在する被加熱物や、ボイラ−内部の熱交換チューブ等、ダクト内を流れる固体や液体等の他、熱交換器内の伝熱管や隔壁等の温度を計測する場合においても、粉塵の粒子径が上記のように微細でない場合には適用できない。また、上記特許文献２に示される集光光学系を利用した局所計測のように、単に計測体積を小さくするという手法では、光路上の粉塵等の影響を取り除くことができないため、粉塵濃度が高いセメント焼成炉等においてクリンカの温度等を計測する方法には、そのまま適用することはできない。

このため、セメント焼成炉におけるクリンカ温度等の計測にも適用できる方法であって、しかも、従来の二色温度計を用いる方法よりも、より正確な計測方法の開発が求められていた。

本発明の目的は、粉塵が存在する雰囲気中の物体、例えばセメント製造設備が備えるロータリキルンのような粉塵存在下の炉内において、高温状態にある被加熱物等の温度を、より精度良く計測できる計測方法を提供することにある。

本発明の第１の観点は、粉塵が存在する雰囲気中の物体に対向して設けられ物体の放射輝度を測定する第１放射輝度計と、物体に対向せずに設けられ物体と第１放射輝度計との間に存在する粉塵の放射輝度を測定する第２放射輝度計とを用いて、第１放射輝度計により測定された物体の放射輝度と第２放射輝度計により測定された第１放射輝度計との間に存在する粉塵の放射輝度から、物体の温度を計測する方法であって、前記粉塵がガス中に浮遊する複数の粉塵粒子が所定の濃度で集まってできた粉塵群であって、前記粉塵の放射輝度を２波長で測定し、前記粉塵の放射輝度を測定する際、前記第２放射輝度計に対向する壁面の温度を、冷却手段により低下させた状態で行うことを特徴とする物体の温度を計測する方法である。

本発明の第２の観点は、粉塵が存在する雰囲気中の物体に対向して設けられ物体の放射輝度を測定する第１放射輝度計と、物体に対向せずに設けられ物体と第１放射輝度計との間に存在する粉塵の放射輝度を測定する第２放射輝度計とを用いて、第１放射輝度計により測定された物体の放射輝度と第２放射輝度計により測定された第１放射輝度計との間に存在する粉塵の放射輝度から、物体の温度を計測する方法であって、前記粉塵がガス中に浮遊する複数の粉塵粒子が所定の濃度で集まってできた粉塵群であって、前記粉塵の放射輝度を２波長で測定し、前記粉塵の放射輝度を測定する際、前記第２放射輝度計に対向する壁面の放射率を０．９以上とすることを特徴とする。

本発明の第３の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に粉塵の放射輝度を測定する際、第２放射輝度計に対向する壁面に黒体空洞を設けることを特徴とする。

本発明の第４の観点は、第１ないし第３の観点に基づく発明であって、更に物体の放射輝度を２波長で測定することを特徴とする。

本発明の第５の観点は、第１ないし第４の観点に基づく発明であって、更に第２放射輝度計として複数の放射輝度計を用いて、粉塵の放射輝度を２以上測定し、第１放射輝度計により測定された物体の放射輝度と、複数の第２放射輝度計により測定された第１放射輝度計との間に存在する２以上の粉塵の放射輝度から計測することを特徴とする。

本発明の第１の観点では、粉塵が存在する雰囲気中の物体に対向して設けられ物体の放射輝度を測定する第１放射輝度計と、物体に対向せずに設けられ物体と第１放射輝度計との間に存在する粉塵の放射輝度を測定する第２放射輝度計を用いる。この計測方法では、物体の放射輝度を測定する放射輝度計とは別の放射輝度計を使用し、かつ別の方角から粉塵の放射輝度を測定する方法を採用している。これにより、物体の温度を計測する際の粉塵の影響をより正確な数値として反映させることができ、精度をより高めることができる。また本発明の第１の観点の方法では、粉塵の放射輝度を２波長で測定する。粉塵の放射輝度を２波長ですることにより、粉塵の負荷（Ａｐ・Ｎ）、更には粉塵の温度、濃度をより正確に計測することができる。更に粉塵の放射輝度を測定する際、第２放射輝度計に対向する壁面の温度を、冷却手段により低下させた状態で行う。これにより、壁面からの放射の影響を低減し、粉塵の放射輝度の測定精度を向上させ、物体温度の計測精度をより高めることができる。

本発明の第２の観点では、粉塵が存在する雰囲気中の物体に対向して設けられ物体の放射輝度を測定する第１放射輝度計と、物体に対向せずに設けられ物体と第１放射輝度計との間に存在する粉塵の放射輝度を測定する第２放射輝度計を用いる。この計測方法では、物体の放射輝度を測定する放射輝度計とは別の放射輝度計を使用し、かつ別の方角から粉塵の放射輝度を測定する方法を採用している。これにより、物体の温度を計測する際の粉塵の影響をより正確な数値として反映させることができ、精度をより高めることができる。また本発明の第１の観点の方法では、粉塵の放射輝度を２波長で測定する。粉塵の放射輝度を２波長ですることにより、粉塵の負荷（Ａｐ・Ｎ）、更には粉塵の温度、濃度をより正確に計測することができる。更に粉塵の放射輝度を測定する際、第２放射輝度計に対向する壁面の放射率を０．９以上とすることで、バーナや炉壁等の粉塵以外の高温物体から出た放射光が該壁面で反射して該放射輝度計に入射する影響を低減し、粉塵の放射輝度の測定精度を向上させ、物体温度の計測精度をより高めることができる。

本発明の第３の観点の方法では、粉塵の放射輝度を測定する際、第２放射輝度計に対向する壁面に黒体空洞を設けることで、バーナや炉壁等の粉塵以外の高温物体から出た放射光が該壁面で反射して該放射輝度計に入射する影響を低減し、粉塵の放射輝度の測定精度を向上させ、物体温度の計測精度をより高めることができる。

本発明の第４の観点の方法では、物体の放射輝度を２波長で測定することで、物体の放射率を直接与えずに、物体の２波長での放射率比を与えることで温度計測が可能になる他、温度計測の対象となる物体以外の高温物体から出た放射光が該物体に反射して放射輝度計に入射する影響が抑えられ、温度計測の精度を向上させることができる。同様に、第２放射輝度計から測定される粉塵の放射輝度についても、物体の放射輝度を２波長で測定しておくことで、バーナや炉壁といった粉塵以外の高温物体から出た放射光が第２放射輝度計と対向する炉内壁面で反射して、或いは粉塵そのもので散乱して第２放射輝度計に入射する影響が抑えられる。

本発明の第５の観点の方法では、粉塵の放射輝度の測定に用いる第２放射輝度計として、複数の放射輝度計を使用し、これによって測定された２以上の粉塵の放射輝度を、第１放射輝度計により測定された物体の放射輝度に反映させて物体温度の計測を行う。これにより、単一の第２放射輝度計によって測定された１つの粉塵の放射輝度を利用する場合に比べて、より正確に物体の温度を計測できる。

本発明第１実施形態で用いられるセメント製造設備の概略を模式的に示した上面図である。 本発明第２実施形態で用いられるセメント製造設備の概略を模式的に示した上面図である。 本発明実施形態で用いられるセメント製造設備の概略を模式的に示した側面図である。 本発明実施形態で用いられるセメント製造設備が備える冷却手段の一例を示した模式図である。 本発明実施形態で用いられるセメント製造設備が備える黒体空洞の一例を示した模式図である。 実施例１において粉塵温度Ｔ_dの変化に伴う計測値の変移を示すグラフである。 実施例１において粉塵濃度Ｃ_dの変化に伴う計測値の変移を示すグラフである。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。なお、図１〜図３において同一符号は同一部品等を示す。なお、本明細書において、粉塵とは、ガス中に浮遊する複数の粉塵粒子が所定の濃度で集まってできた粉塵群をいい、粉塵の放射輝度、吸収係数、散乱係数、吸収効率、散乱効率、濃度とは、それぞれ粉塵存在領域中の粉塵群の値を示す。また、粉塵粒子とは、粉塵群に含まれる個々の粉塵粒子をいい、粉塵粒子の放射率、密度、幾何学的断面積、半径とは、それぞれ粉塵存在領域中の粉塵群に含まれる個々の粉塵粒子の平均値を示す。粉塵温度とは、粉塵存在領域中の粉塵群に含まれる個々の粉塵粒子の温度の平均値をいう。

＜第１実施形態＞
本発明第１実施形態の計測方法を、セメント製造設備が備えるロータリキルン内にて、高濃度の粉塵存在下、高温状態にある被加熱物（クリンカ）の温度を計測する場合を例に説明する。

＜装置＞
図３に示す装置は、本発明の計測方法を実施するのに好適なセメント製造設備の一例を示すものあり、このセメント製造設備１０ａは、ロータリキルン１１と、そのロータリキルン１１に接続されたキルンフッド１２とを備える。ロータリキルン１１はセメント原料を焼成してクリンカを製造するためのものであって、そのロータリキルン１１の上流側にはプレヒータ１４が設けられる。プレヒータ１４は、図外の原料ミルにより粉砕されたセメント原料を、後工程のロータリキルン１１により焼成しやすいように、所定温度まで予熱するものである。プレヒータ１４は、多数のサイクロンを、数階建ての鉄骨架台に搭載して設けられている。ロータリキルン１１は、下流側へ若干下方傾斜した横向き円筒状のキルンシェル１１ａを有しており、キルンシェル１１ａの下流側における端部には窯尻に臨むバーナ１６が設けられる。セメント原料は、プレヒータ１４の各サイクロンを流下中に仮焼され、その後、セメント原料は、ロータリキルン１１の窯尻部へ流れ込むように構成される。キルンシェル１１ａの内壁面には、耐火物１１ｂが張られている。キルンシェル１１ａは周方向へ（軸線回りに）回転しながら、重油や微粉炭を燃料とするバーナ加熱により、プレヒータ１４から供給されたセメント原料を焼成してクリンカとしつつ、バーナ側に搬送するように構成される。

キルンフッド１２は、その上流端がロータリキルン１１のバーナ側端部に接続され、下流端がクリンカクーラ１３に接続される。ロータリキルン１１のバーナ側端部から排出され、キルンフッド１２の上流側に供給された１２００〜１５００℃程度のクリンカは、クリンカクーラ１３に接続される冷却ファン１８から送り込まれた２０〜３０℃の大気により、冷却されるように構成される。このクリンカクーラ１３には床面に複数のプレート１３ｂが上流側から下流側に向かって敷設され、ロータリキルン１１のバーナ側端部から排出された塊状のクリンカは上流側におけるプレート１３ｂ上に落下するように構成される。複数のプレート１３ｂはそれぞれが前後方向に往復移動することによりその上面にあるクリンカを順次下流側のプレート１３ｂ上に案内するように構成される。このため、クリンカクーラ１３内部には複数のプレート１３ｂ上に上流側から下流側に搬送されるクリンカ層が形成され、冷却ファン１８から送り込まれた大気は複数のプレート１３ｂの下方から複数のプレート１３ｂの間を通過してクリンカを冷却するように構成される。なお、冷却されたクリンカはクリンカクーラ１３の下流側端部から排出され、その下流側端部から排出されたクリンカはクリンカサイロ１９に貯蔵されるようになっている。また、冷却ファン１８から送り込まれて複数のプレート１３ｂの間を通過し更にクリンカ層を通過することによりクリンカを冷却した大気は、図３の破線矢印で示すようにそのクリンカ層の上方を上流側に向かい、バーナ１６における燃焼用の空気としてロータリキルン１１に供給されるように構成される。

また、図１、図３に示すように、このセメント製造設備１０ａには、本発明の計測方法を実施するため、キルンシェル１１ａの下流側端部に対向するキルンフッド１２壁面の外側であって、被加熱物３０に対向する位置に、被加熱物３０の放射輝度を測定する第１放射輝度計２０が設けられる。即ち、第１放射輝度計２０は、被加熱物３０が、第１放射輝度計２０の光軸上に存在するように設けられる。放射輝度を測定する装置の例としては、放射輝度計や分光放射輝度計の他、放射温度計と演算装置を組み合わせ、放射温度計の温度測定値を後述の式（２）のプランクの式を使って輝度に変換するものがある。また、異なる２波長で放射輝度を計測する場合を考慮すると、第１放射輝度計２０及び後述の第２放射輝度計４０、４０ａ、４０ｂは、これらの各放射輝度計それぞれが、複数の波長で同時に放射輝度を計測できるものであることが望ましい。但し、波長切り替え式のものであっても、切り替えのタイミングを早くすることにより、異なる２波長でほぼ同時に放射輝度の計測を行うこともできる。

一方、図１に示すように、キルンフッド１２側壁面の外側、即ち被加熱物３０に対向しない位置に、被加熱物３０と第１放射輝度計２０との間に存在する粉塵の放射輝度を測定する第２放射輝度計４０が設けられる。即ち、第１放射輝度計２０と第２放射輝度計４０の位置関係については、第２放射輝度計４０の光軸が、少なくとも第１放射輝度計２０の光軸に対して平行にならない位置に第２放射輝度計４０が設けられる。第２放射輝度計４０を設ける位置が、第２放射輝度計４０の光軸と第１放射輝度計２０の光軸が平行になる位置に近づく程、例えば第２放射輝度計４０に被加熱物３０からの放射光が入射して、本来の目的である粉塵の放射輝度についての高精度での測定が困難になる場合がある。第２放射輝度計４０を、このように設けて測定及び計測を行うことにより粉塵の影響を排除した被加熱物３０の正確な温度を計測することができる。第２放射輝度計４０を設置する高さ方向ｙにおける位置は、この第２放射輝度計４０の光軸が、第１放射輝度計２０の光軸と交差する位置に設定するのが望ましい。また、横方向ｘ（第１放射輝度計２０の光軸方向）における位置は、この第２放射輝度計４０の光軸が、粉塵存在領域の横方向ｘ（第１放射輝度計２０の光軸方向）における中間点（Ｓ_c／２）を通過する位置に設定するのが望ましい。これにより、粉塵存在領域における平均的な粉塵温度と粉塵濃度を被加熱物温度の計測に反映させることができるため、計測精度をより向上させることができる。

また、第２放射輝度計４０に対向する壁面（第２放射輝度計４０の光軸上にある壁面）は、冷却手段４１により、その周囲の壁面温度よりも低い温度に保持されるよう構成されるのが望ましい。これにより、壁面から第２放射輝度計４０に入射する放射光の影響を排除でき、粉塵の放射輝度をより正確に計測できる。一般に、セメント製造設備では、キルンフッド１２内壁壁面の温度は、１５００℃程度まで上昇するが、上記壁面の温度は、３００〜５００℃の温度に低下させた状態で行うのが好ましい。冷却手段４１としては、特に限定されないが、例えば図４（ａ）に示すように、上記壁面直下に外側から埋め込んだ水冷管や空冷管等が挙げられる。また、例えば図４（ｂ）に示すように、壁面に開口端を有し、外側に向けて突出する円筒状の凹部を設け、該凹部の外周に水冷管や空冷管を巻き付ける構成等であってもよい。なお、図４（ｂ）のように、第２放射輝度計４０に対向する箇所に凹部等を設ける場合の、第２放射輝度計４０に対向する壁面とは、凹部の内壁面をいう。これによって、壁面からの放射の影響を低減でき、粉塵の放射輝度の測定精度が向上する結果、被加熱物温度の計測精度をより高めることができる。

また、バーナ１６の火炎やキルンフッド１２の内壁から出る放射光が上記壁面で反射して、第２放射輝度計４０に入射すると、計測精度を低下させる。そのため、上記放射光の反射による影響が少なくなるように、上記壁面の放射率は０．９以上に制御しておくことが望ましい。これによって、粉塵の放射輝度の測定精度が向上する結果、被加熱物温度の計測精度をより高めることができる。なお、放射率を０．９以上に制御するための方法としては、放射率が０．９以上の物質、例えば表面を酸化した金属や、表面に微細な凹凸を施した金属、黒体塗料を塗布した金属や耐火物等を用いて、これらを上記壁面に設置することで、上記壁面を所望の放射率を有する材質とすることができる。

更に、上記特定の物質を使用する代わりに、壁面を開口端とする黒体空洞を設置してもよい。黒体空洞は黒体を実現するための、例えば図５（ａ）、図５（ｂ）に示すような球状や円錐状等の空洞、或いは図４（ｂ）に示すような円筒状のものを更に長くした形状の空洞であり、黒体空洞を第２放射輝度計４０に対向する壁面に設けることで、該空洞に入射した放射光が空洞内で反射や吸収を繰り返して減衰する。このため、一旦、空洞に入射した放射光が再び開口端からキルンフッド１２内部へ放出されるのを極力抑えることができ、０．９９以上の高い放射率を得ることができる。これによって、バーナ１６の火炎やキルンフッド１２の内壁から出る放射光が上記壁面で反射する影響を大きく低減できることから、粉塵の放射輝度の測定精度が向上し、被加熱物の温度計測精度をより高めることができる。また、黒体空洞からの放射の影響を更に低減するため、上述の冷却手段を併用することもできる。即ち、例えば黒体空洞の外面に水冷管や空冷管を設置して黒体空洞の内壁面を３００〜５００℃の温度に低下させた状態で行うのが好ましい。

＜被加熱物と放射輝度計の間に存在する粉塵の放射輝度の計測＞
本発明第１実施形態の計測方法では、先ず、上述のセメント製造設備１０ａに設けられた第２放射輝度計４０から、波長λにおける粉塵の放射輝度Ｌ'_ｄ，λ を測定する。第２放射輝度計４０により測定された粉塵の放射輝度Ｌ'_ｄ，λ は、粉塵による自己吸収と自己散乱を考慮した場合、下記式（１）により示される。

式（１）中、Ｌ_ｄ，λ は粉塵の放射輝度を示し、ａ_ｐ，λ は粉塵の吸収係数を示し、σ_ｐ，λ は粉塵の散乱係数を示し、ｓ_ｄは粉塵存在領域における第２放射輝度計４０の光軸方向の長さを示す。

なお、上記粉塵の放射輝度Ｌ_ｄ，λ は、下記式（２）のプランクの式により、粉塵温度Ｔ_ｄから求められ、粉塵の吸収係数ａ_ｐ，λ 、 粉塵の散乱係数 σ_ｐ，λ は、それぞれ下記式（３）、式（４）で示される。

式（２）中、Ｃ_１は第１放射定数（５．９５×１０^−１７Ｗ・ｍ^２）、Ｃ_２は第２放射定数（１．４４×１０^−２ｍ・Ｋ）の定数を示す。

式（３），式（４）中、Ｑ_{ａｂｓ，λ} 、Ｑ_{ｓｃａ，λ} は、それぞれ粉塵の吸収効率、粉塵の散乱効率を示し、定数若しくは粉塵粒子の放射率ξ _λ の関数で与えられる。また、Ａ_ｐは粉塵粒子の幾何学的断面積（πｒ_ｐ ^２、ｒ_ｐは粉塵粒子の半径）、Ｎは粉塵の粒子密度（個／ｍ^３）を示す。

ここで、式（１）に、式（３），式（４）を代入した式（１'）を下記に示す。

上記式（１'）から、上記第２放射輝度計４０により波長λ_１とλ_２の２波長で測定したときの粉塵の放射輝度Ｌ'_ｄ，λ１とＬ'_ｄ，λ２の比（Ｌ'_ｄ，λ１／Ｌ'_ｄ，λ２）は、下記式（５）で示される。

上記式（５）により、波長λ_１における粉塵粒子の放射率ξ _λ１と波長λ_２における粉塵粒子の放射率ξ _λ２の比（ξ _λ１／ξ _λ２）から、粉塵の放射輝度Ｌ_ｄ，λ１とＬ_ｄ，λ２の比（Ｌ_ｄ，λ１／Ｌ_ｄ，λ２）を求める。

一方、上記式（２）のプランクの式より、波長λ_１、λ_２の２波長における放射輝度の比（Ｌ_ｄ，λ１／Ｌ_ｄ，λ２）から温度Ｔを求めることができる下記式（６）の近似式が導かれる。そして、この式（６）に、上記Ｌ_ｄ，λ１／Ｌ_ｄ，λ２の値を代入することにより、粉塵温度Ｔ_ｄを求める。

続いて、この粉塵温度Ｔ_ｄを用いて、上記式（２）より、波長λ_１と波長λ_２における粉塵の放射輝度Ｌ_ｄ，λ１とＬ_ｄ，λ２を求めることができる。

また、上記放射輝度Ｌ_ｄ，λ１、Ｌ_ｄ，λ２のいずれかを、上記式（１'）を変形させた下記式（７）に代入することにより、Ａ_ｐ・Ｎを求めることができる。また、上記放射輝度Ｌ_ｄ，λ１、Ｌ_ｄ，λ２をそれぞれ式（７）に代入して求めたＡ_ｐ・Ｎの平均値を用いてもよい。

そして、粉塵粒子の半径ｒ_pを与えることでＡ_pが求められることから、Ｎが求められ、更に、下記式（８）より粉塵濃度Ｃ_dが求められる。なお、粉塵粒子の半径ｒ_pが不明な場合や、状況において変化する場合については、正確な粉塵粒子の半径ｒ_pを与えることができず、正確な粉塵濃度Ｃ_dを得ることはできないが、この方法において目的とする被加熱物の温度や粉塵の温度の計測値に影響を与えることはなく、かつＡ_p・Ｎを粉塵の負荷に相当するものとして炉の制御等に活用することができる。

式（８）中、Ｔ_ｇは粉塵存在領域のガス温度（Ｋ）を示し、ρは粉塵粒子の密度を示す。なお、この式（８）は、実際のガス温度における粉塵存在領域のガス単位体積あたりの粒子数を表すＮを、０℃に補正し、粒子数を粒子の密度を用いて粒子質量に変換し、粉塵濃度としたものである。

＜粉塵存在下における被加熱物の放射輝度と温度の計測＞
上述した第２放射輝度計４０による粉塵の放射輝度Ｌ'_ｄ，λ の測定とは別に、上記第１放射輝度計２０により、波長λ_１若しくは波長λ_２における被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ を測定する。この被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ は、粉塵の吸収及び散乱による減衰、粉塵からの放射輝度を考慮した場合、下記式（９）で示される。下記式（９）中の右辺第一項は、粉塵の吸収及び散乱による減衰を考慮した被加熱物３０からの放射輝度を示しており、右辺第二項は、粉塵からの放射輝度であって、その粉塵による自己吸収と自己散乱を考慮したものを示している。

式（９）中、ε_ｃ，λ は被加熱物３０の放射率、Ｌ_ｃ，λ 、Ｌ_ｄ，λ は、それぞれ被加熱物３０、粉塵の放射輝度を示し、ａ_ｐ，λ は粉塵の吸収係数を示し、σ_ｐ，λ は粉塵の散乱係数を示し、ｓ_ｃは粉塵存在領域における第１放射輝度計２０の光軸方向の長さを示す。

また、上記被加熱物３０の放射輝度Ｌ_ｃ，λ 、粉塵の放射輝度Ｌ_ｄ，λ は、上記式（２）のプランクの式により、被加熱物３０の温度Ｔ_ｃ、粉塵温度Ｔ_ｄから求められ、粉塵の吸収係数ａ_ｐ，λ 、 粉塵の散乱係数 σ_ｐ，λ は、それぞれ上記式（３）、式（４）で示される。

ここで、式（９）に、式（３），式（４）を代入した式（９'）を下記に示す。

また、上記式（９'）を変形させることにより、下記式（１０）が導かれる。

また、上述した第１放射輝度計２０により、波長λ_１若しくは波長λ_２で測定した被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ 、及び上述した第２放射輝度計４０により波長λ_１とλ_２の２波長で測定したときの粉塵の放射輝度Ｌ'_ｄ，λ１とＬ'_ｄ，λ２から式（５）、式（６）で得たＴ_ｄと、更に式（２）で得た、上記第１放射輝度計２０の測定に用いた波長λ_１若しくは波長λ_２での粉塵の放射輝度Ｌ_ｄ，λ と、上記式（７）から求めたＡ_ｐ・Ｎを上記式（１０）に代入することで、被加熱物３０の放射輝度Ｌ_ｃ，λ を求めることができる。

なお、上述した第１放射輝度計２０により、被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ を測定する波長は、上述した第２放射輝度計４０により粉塵の放射輝度Ｌ'_ｄ，λ を測定したときの波長λ_１とλ_２のいずれかを用いることが簡易で望ましいが、粉塵の吸収係数ａ_ｐ，λ 、 粉塵の散乱係数σ_ｐ，λ を別途求めることができれば、それ以外の波長λ_３を用いても構わない。その場合は、式（１０）に代入する粉塵の放射輝度Ｌ_ｄ，λ を、式（２）においてＴ_ｄと波長λ_３を用いて求めればよい。

そして、この被加熱物３０の放射輝度Ｌ_ｃ，λ を、上記式（２）のプランクの式の逆関数である下記式（１１）に代入することにより、被加熱物３０の温度Ｔ_ｃを求めることができる。

なお、第１放射輝度計２０を用いて被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ を測定する際、波長λ_１、λ_２の２波長における被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ１、Ｌ'_ｃ，λ２の測定を行っておけば、上記式（１０）より、下記式（１２）が導かれる。

これにより、被加熱物３０の放射率ε_ｃ，λ１とε_ｃ，λ２を直接与えずに、被加熱物３０の放射率比（ε_ｃ，λ１／ε_ｃ，λ２）から被加熱物３０の放射輝度比（Ｌ_ｃ，λ１／Ｌ_ｃ，λ２）を求めることができ、更に上記式（６）より被加熱物３０の温度Ｔ_ｃを求めることができる。一般に波長λ_１、λ_２が近い場合には、放射率比（ε_ｃ，λ１／ε_ｃ，λ２）は１とみなすことができる。また、被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ を２波長で測定しておくことで、バーナ１６の火炎やキルンフッド１２の内壁から出た放射光が被加熱物３０に反射して第１放射輝度計２０に入射する影響が抑えられ、温度計測の精度を向上させることができる。同様に、被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ を２波長で測定しておくことで、バーナ１６やキルンフッド１２の内壁から出た放射光が第２放射輝度計４０と対向する炉内壁面で反射して、或いは粉塵そのもので散乱して第２放射輝度計に入射することで生じる、第２放射輝度計４０の測定値から算定される粉塵の放射輝度Ｌ_ｄ，λ やＡ_ｐ・ Ｎの誤差の影響が抑えられる。これは、被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ を２波長で測ると、放射輝度の絶対値ではなく、比で計算するため、様々な因子の影響が少なくなるからである。ここで、第１放射輝度計２０を用いて被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ を測定する際の波長λには、上述の第２放射輝度計４０により粉塵の放射輝度Ｌ'_ｄ，λ を測定した時のλ_１とλ_２を用いることが簡易で望ましいが、粉塵の吸収係数ａ_ｐ，λ 、粉塵の散乱係数σ_ｐ，λ を別途求めることができれば、他の波長の組み合わせ、例えば、波長λ_４とλ_５の他、波長λ_１とλ_５、波長λ_４とλ_２等でも構わない。波長λ_４とλ_５の場合は、式（１２）に代入する粉塵の放射輝度Ｌ_ｄ，λ１、Ｌ_ｄ，λ２を、式（２）にてＴ_ｄと波長λ_４、波長λ_５を用いて得た放射輝度Ｌ_ｄ，λ４、Ｌ_ｄ，λ５で置き換えて代入すればよい。

以上により、本発明第１実施形態の計測方法では、セメント製造設備のロータリキルンのような粉塵存在下の炉内において、被加熱物であるクリンカの温度Ｔ_ｃを求めることができる。なお、上記測定した放射輝度Ｌ'_ｃ，λ 、Ｌ'_ｄ，λ からのクリンカの温度Ｔ_ｃ、粉塵温度Ｔ_ｄ、粉塵濃度Ｃ_ｄ等の算出は手動により行ってもよいが、例えば第１放射輝度計２０及び第２放射輝度計４０の出力に接続されたコンピュータ２１のプログラム等による算出手段により自動で行うように構成してもよい。

＜第２の実施の形態＞
続いて、本発明第２実施形態の計測方法について説明する。この第２実施形態の計測方法についても、上述の第１実施形態と同様に、セメント製造設備が備える粉塵存在下のロータリキルン内にて、高温状態にある被加熱物（クリンカ）の温度を計測する場合を例に説明する。

この第２実施形態の計測方法では、上述の第１実施形態において被加熱物温度の計測に用いた粉塵の放射輝度に、複数の第２放射輝度計を用いて測定された２以上の放射輝度を利用する。セメント製造設備等の炉内における粉塵存在領域では、粉塵温度や粉塵濃度等が状況等によって必ずしも一定であるとはいえない。そこで、この第２実施形態では、粉塵存在領域を２以上に分割し、細分化された各領域における複数の粉塵の放射輝度を利用することにより、計測精度をより安定させることができる。

＜装置＞
第２実施形態で使用するセメント製造設備１０ｂは、側面図において、上述の第１実施形態で使用するセメント製造設備１０ａと同様である（図３）。一方、この第２実施形態で使用するセメント製造設備１０ｂの上面図は図２に示される。

図２、図３に示すように、このセメント製造設備１０ｂには、上述の第１実施形態で使用したセメント設備１０ａと同様に、キルンシェル１１ａの下流側端部に対向するキルンフッド１２壁面の外側であって、被加熱物３０に対向する位置に、被加熱物３０の放射輝度を測定する第１放射輝度計２０が設けられる。即ち、第１放射輝度計２０は、被加熱物３０が、第１放射輝度計２０の光軸上に存在するように設けられる。

一方、図２に示すように、キルンフッド１２側壁面の外側、即ち被加熱物３０に対向しない位置に、被加熱物３０と第１放射輝度計２０との間に存在する２以上の粉塵の放射輝度を測定するための複数の第２放射輝度計４０ａ、４０ｂが設けられる。即ち、第１放射輝度計２０と第２放射輝度計４０ａ、４０ｂの位置関係については、上述の理由から、第２放射輝度計４０ａ、４０ｂの光軸が、少なくとも第１放射輝度計２０の光軸に対して平行にならない位置に第２放射輝度計４０ａ、４０ｂが設けられる。図２では、２つの第２放射輝度計４０ａ、４０ｂが設けられた例を示しているが、第２放射輝度計は、本発明の計測方法を実施するに際して分割される粉塵存在領域の数に応じて設けられる。

複数の第２放射輝度計４０ａ、４０ｂを設置する高さ方向ｙにおける位置は、この第２放射輝度計４０ａ、４０ｂの光軸が、第１放射輝度計２０の光軸と交差する位置に設定するのが望ましい。また、横方向ｘ（第１放射輝度計２０の光軸方向）における位置は、第２放射輝度計４０ａ、４０ｂの光軸が、分割した各粉塵存在領域の横方向ｘ（第１放射輝度計２０の光軸方向）における中間点（Ｓ_c1／２、Ｓ_c2／２）を通過する位置に設定するのが望ましい。これにより、粉塵存在領域における平均的な粉塵温度と粉塵濃度を被加熱物温度の計測に反映させることができるため、計測精度をより向上させることができる。

また、このセメント製造設備１０ｂも、第２放射輝度計４０ａ、４０ｂに対向する壁面（第２放射輝度計４０ａ、４０ｂの光軸上にある壁面）は、図４（ａ）、図４（ｂ）のように設けられた冷却手段４１ａ、４１ｂによって、その周囲の壁面温度よりも低い温度に保持されるよう構成されるのが望ましい。上記壁面の温度は、３００〜５００℃の温度に低下させた状態で行うのが好ましい。また、第２放射輝度計４０ａ、４０ｂに対向する壁面の放射率は、上述の第１実施形態と同様、放射率が０．９以上の物質を用いるか、或いは図５（ａ）、図５（ｂ）のような黒体空洞を設けることにより、０．９よりも更に高い放射率に制御しておくことが望ましい。

＜被加熱物と放射輝度計の間に存在する粉塵の放射輝度の計測＞
本発明第２実施形態の計測方法では、先ず、上述のセメント製造設備１０ｂに設けられた複数の第２放射輝度計４０ａ、４０ｂから、それぞれ波長λにおける粉塵の放射輝度Ｌ'_ｄ１，λ 、Ｌ'_ｄ２，λ を測定する。複数の第２放射輝度計４０ａ、４０ｂにより測定された粉塵の放射輝度Ｌ'_ｄ１，λ 、Ｌ'_ｄ２，λ は、粉塵による自己吸収と自己散乱を考慮した場合、それぞれ下記式（１３）、式（１４）により示される。

式（１３）、式（１４）中、Ｌ'_ｄ１，λ 、Ｌ'_ｄ２，λ は、それぞれ第１，第２粉塵存在領域における粉塵の放射輝度を示し、ａ_ｐ１，λ 、ａ_ｐ２，λ は、それぞれ第１，第２粉塵存在領域における粉塵の吸収係数を示し、σ_ｐ１，λ 、σ_ｐ２，λ は、それぞれ第１，第２粉塵存在領域における粉塵の散乱係数を示し、ｓ_ｄ１、ｓ_ｄ２は、それぞれ第１，第２粉塵存在領域における第２放射輝度計４０ａ、４０ｂの光軸方向の長さを示す。

なお、上記粉塵の放射輝度Ｌ_ｄ１，λ 、Ｌ_ｄ２，λ は、上記式（２）のプランクの式により、それぞれ粉塵温度Ｔ_ｄ１、Ｔ_ｄ２から求められ、粉塵の吸収係数ａ_ｐ１，λ 、ａ_ｐ２，λ 、粉塵の散乱係数σ_ｐ１，λ 、σ_ｐ２，λ は、それぞれ上記式（３）、式（４）で示される。

そして、式（１３）、式（１４）に、式（３），式（４）それぞれを代入することにより、上述の第１実施形態における上記式（１'）に対応する２つの式が得られる。更に、これらの式から、上述の第１実施形態における上記式（５）に対応する式であって、上記第２放射輝度計４０ａ、４０ｂにより波長λ_１とλ_２の２波長で測定したときの粉塵の放射輝度Ｌ'_{ｄ１，λ１}とＬ'_{ｄ１，λ２}、Ｌ'_{ｄ２，λ１}とＬ'_{ｄ２，λ２}、それぞれの比（Ｌ'_{ｄ１，λ１}／Ｌ'_{ｄ１，λ２}、Ｌ'_{ｄ２，λ１}／Ｌ'_{ｄ２，λ２}）を示す下記式（１５）、式（１６）がそれぞれ得られる。

上記式（１５）、式（１６）により、第１、第２粉塵領域、それぞれにおける波長λ_１と波長λ_２での粉塵粒子の放射率の比（ξ_１λ１／ξ_１λ２、ξ_２λ１／ξ_２λ２）から、粉塵の放射輝度Ｌ_{ｄ１，λ１}とＬ_{ｄ１，λ２}、Ｌ_{ｄ２，λ１}とＬ_{ｄ２，λ２}、それぞれの比（Ｌ_{ｄ１，λ１}／Ｌ_{ｄ１，λ２}、Ｌ_{ｄ２，λ１}／Ｌ_{ｄ２，λ２}）を求める。

そして、上記式（６）に、このＬ_{ｄ１，λ１}／Ｌ_{ｄ１，λ２}とＬ_{ｄ２，λ１}／Ｌ_{ｄ２，λ２}の値を代入することにより、粉塵温度Ｔ_ｄ１とＴ_ｄ２をそれぞれ求める。

続いて、この粉塵温度Ｔ_ｄ１とＴ_ｄ２を用いて、上記式（２）より、波長λ_１と波長λ_２における粉塵の放射輝度Ｌ_{ｄ１，λ１}、Ｌ_{ｄ２，λ１}とＬ_{ｄ１，λ２}、Ｌ_{ｄ２，λ２}をそれぞれ求めることができる。

また、上記放射輝度Ｌ_{ｄ１，λ１}、Ｌ_{ｄ１，λ２}のいずれかを下記式（１７）に、また、上記放射輝度Ｌ_{ｄ２，λ１}、Ｌ_{ｄ２，λ２}のいずれかを式（１８）に代入することにより、Ａ_ｐ１・Ｎ_１、Ａ_ｐ２・Ｎ_２をそれぞれ求めることができる。なお、上記放射輝度Ｌ_{ｄ１，λ１}、Ｌ_{ｄ１，λ２}をそれぞれ式（１７）に代入して求めたＡ_ｐ１・Ｎ_１の平均値を用いてもよい。Ａ_ｐ２・Ｎ_２の算出についても同様である。

そして、粉塵粒子の半径ｒ_p1、ｒ_p2を与えることでＡ_p1、Ａ_p2が求められることから、Ｎ₁、Ｎ₂が求められ、更に、上記式（８）に対応する下記式（１９）、式（２０）より粉塵濃度Ｃ_d1、Ｃ_d2が求められる。なお、粉塵粒子の半径ｒ_p1、ｒ_p2が不明な場合や、状況において変化する場合については、正確な粉塵粒子の半径ｒ_p1、ｒ_p2を与えることができず、正確な粉塵濃度Ｃ_d1、Ｃ_d2を得ることはできないが、この方法において目的とする被加熱物の温度や粉塵の温度の計測値に影響を与えることはなく、かつＡ_p1・Ｎ₁、Ａ_p2・Ｎ₂を粉塵の負荷に相当するものとして炉の制御等に活用することができる。

式（１９）、式（２０）中、Ｔ_ｇ１、Ｔ_ｇ２は、それぞれ第１、第２粉塵存在領域におけるガス温度（Ｋ）を示し、ρ_１、ρ_２は、それぞれ第１、第２粉塵存在領域における粉塵粒子の密度を示す。なお、上述した第２放射輝度計４０ａ、４０ｂにより粉塵の放射輝度Ｌ'_ｄ１，λ 、Ｌ'_ｄ２，λ を測定するときの波長の組み合わせは第２放射輝度計４０ａ、４０ｂで異なってもよく、例えば、第２放射輝度計４０ｂによる測定では波長λ_６とλ_７の他、波長λ_１とλ_７、波長λ_６とλ_２等でもよい。

＜粉塵存在下における被加熱物の放射輝度と温度の計測＞
上述した第２放射輝度計４０ａ、４０ｂによる粉塵の放射輝度Ｌ'_ｄ１，λ 、Ｌ'_ｄ２，λ の測定とは別に、上記第１放射輝度計２０により、波長λ_１若しくはλ_２における被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ２，λ を測定する。第１放射輝度計２０により測定される放射輝度Ｌ'_ｃ２，λ は、第１，第２粉塵存在領域における粉塵の吸収及び散乱による減衰、粉塵からの放射輝度を考慮した場合、下記式（２１）で示される。下記式（２１）中の右辺第一項は、下記式（２２）で示される第１粉塵領域通過後の被加熱物からの放射輝度Ｌ'_ｃ１，λ に、更に、第２粉塵存在領域における粉塵の吸収及び散乱による減衰を考慮したものを示している。また、下記式（２１）中の右辺第二項は、第２粉塵存在領域における粉塵からの放射輝度であって、その粉塵による自己吸収と自己散乱を考慮したものを示している。そして、下記式（２２）の右辺第一項は、第１粉塵領域における粉塵の吸収及び散乱による減衰を考慮した被加熱物からの放射輝度であり、右辺第二項は、第１粉塵存在領域における粉塵からの放射輝度であって、その粉塵による自己吸収と自己散乱を考慮したものを示している。

式（２１）中、Ｌ_ｄ２，λ は第２粉塵存在領域における粉塵の放射輝度を示し、ｓ_ｃ２は第２粉塵存在領域における第１放射輝度計２０の光軸方向の長さを示す。また、ａ_ｐ２，λ は第２粉塵存在領域における粉塵の吸収係数を示し、σ_ｐ２，λ は第２粉塵存在領域における粉塵の散乱係数を示す。

式（２２）中、ε_ｃ，λ は被加熱物３０の放射率、Ｌ_ｃ，λ は被加熱物３０の放射輝度、Ｌ_ｄ１，λ は第１粉塵存在領域における粉塵の放射輝度を示し、ｓ_ｃ１は第１粉塵存在領域における第１放射輝度計２０の光軸方向の長さを示す。また、ａ_ｐ１，λ は第１粉塵存在領域における粉塵の吸収係数を示し、σ_ｐ１，λ は第１粉塵存在領域における粉塵の散乱係数を示す。

また、上記式（２１）、（２２）において、上記粉塵の放射輝度Ｌ_ｄ１，λ 、Ｌ_ｄ２，λ 、被加熱物の放射輝度Ｌ_ｃ，λ は、上記式（２）のプランクの式により、粉塵温度Ｔ_ｄ１、Ｔ_ｄ２、被加熱物の温度Ｔ_ｃから求められ、粉塵の吸収係数ａ_ｐ１，λ 、ａ_ｐ２，λ 、粉塵の散乱係数σ_ｐ１，λ 、σ_ｐ２，λ は、それぞれ上記式（３）、式（４）で示される。

ここで、上記式（２１）に上記式（３），式（４）を代入して、上記第１放射輝度計２０により測定した被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ２，λ から、第１粉塵領域通過後の被加熱物からの放射輝度Ｌ'_ｃ１，λ を求める式を下記式（２３）に示す。

そして、上記第１放射輝度計２０により、波長λ_１若しくは波長λ_２で測定した被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ２，λ 、及び上述の第２放射輝度計４０ｂにより測定された粉塵の放射輝度Ｌ'_{ｄ２，λ１}、Ｌ'_{ｄ２，λ２}から式（１６）および式（６）にてＴ_ｄ２を求め、更に式（２）から得た、上記第１放射輝度計２０の測定に用いた波長λ_１若しくは波長λ_２での粉塵の放射輝度Ｌ_ｄ２，λ と、上記式（１８）から求めたＡ_ｐ２・Ｎ_２を上記式（２３）に代入してＬ'_ｃ１，λ を求める。

更に、上記式（２２）に上記式（３），式（４）を代入して変形し、被加熱物３０の放射輝度Ｌ_ｃ，λ を求める式を下記式（２４）に示す。上記求めたＬ'_ｃ１，λ と、上述の第２放射輝度計４０ａにより測定された粉塵の放射輝度Ｌ'_{ｄ１，λ１}、Ｌ'_{ｄ１，λ２}から式（１５）及び式（６）にてＴ_ｄ１を求め、更に式（２）から得た、上記第１放射輝度計２０の測定に用いた波長λ_１若しくは波長λ_２での粉塵の放射輝度Ｌ_ｄ１，λ 、そして、上記式（１７）から求めたＡ_ｐ１・Ｎ_１を代入することで、被加熱物３０の放射輝度Ｌ_ｃ，λ を求めることができる。なお、上述した第１放射輝度計２０により、被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ２，λ を測定する波長は、上述した第２放射輝度計４０ａ、４０ｂにより粉塵の放射輝度Ｌ'_ｄ１，λ 、Ｌ'_ｄ２，λ を測定したときの波長λ_１とλ_２のいずれかを用いることが簡易で望ましいが、粉塵の吸収係数ａ_ｐ，λ 、 粉塵の散乱係数 σ_ｐ，λ を別途求めることができれば、それ以外の波長λ_８を用いても構わない。その場合は、式（２３）に代入する粉塵の放射輝度Ｌ_ｄ２，λ を、式（２）においてＴ_ｄ２と波長λ_８を用い、式（２４）に代入する粉塵の放射輝度Ｌ_ｄ１，λ を、式（２）においてＴ_ｄ１と波長λ_８を用いて求めればよい。

そして、この被加熱物３０の放射輝度Ｌ_ｃ，λ を、上記式（１１）に代入することにより、被加熱物３０の温度Ｔ_ｃを求めることができる。

なお、第１放射輝度計２０を用いて被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ２，λ を測定する際に、波長λ_１、λ_２の２波長における被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_{ｃ２，λ１}、Ｌ'_{ｃ２，λ２}の測定を行っておけば、上記式（２３）からＬ'_{ｃ１，λ１}、Ｌ'_{ｃ１，λ２}が求められ、更に上記式（２４）より、下記式（２５）が導かれる。

これにより、被加熱物３０の放射率ε_ｃ，λ１とε_ｃ，λ２を直接与えずに、被加熱物３０の放射率比（ε_ｃ，λ１／ε_ｃ，λ２）から被加熱物３０の放射輝度比（Ｌ_ｃ，λ１／Ｌ_ｃ，λ２）を求めることができ、更に上記式（６）より被加熱物３０の温度Ｔ_ｃを求めることができる。一般に波長λ_１、λ_２が近い場合には、放射率比（ε_ｃ，λ１／ε_ｃ，λ２）は１とみなすことができる。また、被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ２，λ を２波長で測定しておくことで、バーナ１６の火炎や、キルンフッド１２の内壁から出た放射光が被加熱物３０に反射して第１放射輝度計２０に入射する影響を抑え、温度計測の精度を向上することができる。同様に、被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ２，λ を２波長で測定しておくことで、バーナ１６やキルンフッド１２の内壁から出た放射光が第２放射輝度計４０ａ、４０ｂと対向する炉内壁面で反射して、或いは粉塵そのもので散乱して第２放射輝度計に入射することで生じる、第２放射輝度計４０の測定値から算定される粉塵の放射輝度Ｌ_ｄ，λ やＡ_ｐ・ Ｎの誤差の影響が抑えられる。ここで、第１放射輝度計２０を用いて被加熱物３０の放射輝度Ｌ'_ｃ２，λ を測定する際の波長λには、上述の粉塵の放射輝度Ｌ'_ｄ１，λ 、Ｌ'_ｄ２，λ を測定した時のλ_１とλ_２を用いることが簡易で望ましいが、粉塵の吸収係数ａ_ｐ，λ 、粉塵の散乱係数σ_ｐ，λ を求めることができれば、他の波長の組み合わせ、例えば、波長λ_９、波長λ_１０の他、波長λ_１とλ_１０、波長λ_９とλ_２等でも構わない。波長λ_９とλ_１０の場合は、式（２３）に代入するＬ_ｄ２，λ を、Ｔ_ｄ２から式（２）にて、それぞれ、波長λ_９、波長λ_１０で計算して代入し、式（２５）に代入する粉塵の放射輝度Ｌ_{ｄ１，λ１}、Ｌ_{ｄ１，λ２}を、Ｔ_ｄ１から式（２）にて、それぞれ、波長λ_９、波長λ_１０で計算して得た放射輝度Ｌ_{ｄ１，λ９}、Ｌ_{ｄ１，λ１０}で置き換えて代入すればよい。

以上により、本発明第２実施形態の計測方法では、セメント製造設備のロータリキルンのような粉塵存在下の炉内において、被加熱物であるクリンカの温度Ｔ_ｃを求めることができる。この本発明第２実施形態の計測方法では、特に、炉内の粉塵存在領域における粉塵温度、粉塵濃度、粉塵粒子の半径等の分布による偏りが顕著な場合においても、計測精度を高めることができる。なお、上記測定した放射輝度Ｌ'_ｃ，λ 、Ｌ'_ｄ１，λ 、Ｌ'_ｄ２，λ からのクリンカの温度Ｔ_ｃ、粉塵温度Ｔ_ｄ１、Ｔ_ｄ２、粉塵濃度Ｃ_ｄ１、Ｃ_ｄ２等の算出は手動により行ってもよいが、例えば第１放射輝度計２０及び第２放射輝度計４０ａ、４０ｂの出力に接続されたコンピュータ２１のプログラム等による算出手段により自動で行うように構成してもよい。

また、上述の本発明第１，第２実施形態では、ロータリキルン内の被加熱物の温度を計測する場合を例に説明したが、本発明の計測方法は、この例に限らず、粉塵が存在する雰囲気中の物体であれば、本発明の温度計測方法を好適に利用することができる。上記被加熱物以外の例としては、例えばロータリキルン以外の高温炉（加熱、製錬、精製、焼成、反応等）内に存在する被加熱物や、ボイラ−内部の熱交換チューブ、ダクト内を流れる固体や液体等の他、熱交換器内の伝熱管や隔壁等が挙げられる。また、温度計測を行う対象物は、クリンカのように１０００℃を越える高温状態にあるものに限らず、数百℃程度のものであっても良い。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。

＜実施例１＞
λ_１＝０．９μｍ、λ_２＝１．３５μｍ、被加熱物温度Ｔ_ｃ＝１４５０℃、被加熱物の放射率ε_ｃ，λ ＝０．９（λ_１、λ_２）、粉塵温度Ｔ_ｄ＝１０００℃、粉塵濃度Ｃ_ｄ＝１００ｇ／ｍ^３ _Ｎ（Ｎは含塵ガスの温度が０℃、圧力が大気圧であることを示す。）、粉塵粒子の半径ｒ_ｐ＝２０μｍ、粉塵粒子の放射率ξ _λ ＝０．９（λ_１、λ_２）、第２放射輝度計４０により粉塵の放射輝度を測定した時の粉塵存在領域長ｓ_ｄ＝５ｍ、第１放射輝度計２０により被加熱物３０の放射輝度を測定した時の粉塵存在領域長ｓ_ｃ＝５ｍ、粉塵粒子の密度ρ＝３．１８ｇ／ｃｍ^３としたとき、λ_１、λ_２において上記式（９）から第１放射輝度計２０で計測されるべき放射輝度Ｌ'_ｃ，λ１、Ｌ'_ｃ，λ２を求めると、Ｌ'_ｃ，λ１＝１．９４×１０^９、Ｌ'_ｃ，λ２＝９．０２×１０^９となる。

これに対し、図１に示すように、冷却手段４１を設けて３００℃に冷却させた壁面と対向する位置に、第２放射輝度計４０を設置した。なお、冷却手段４１は、図４（ｂ）に示すように、壁面に開口端を有し、外側に向けて突出する円筒状の凹部を設け、該凹部の外周に冷却手段４１としての水冷管を巻き付ける方法により設置した。また、上記円筒状の凹部は、円筒の長さ（高さ）を調節して黒体空洞とし、該壁面の放射率を０．９９９とし、上記黒体空洞には、それを囲む１２００℃の炉内壁面からの放射光が入射しているものとした。そして、この第２放射輝度計４０により、２波長λ_１、λ_２で計測する場合のＬ'_ｄ，λ１、Ｌ'_ｄ，λ２を得て、上記式（５）から粉塵の放射輝度比であるＬ_ｄ，λ１／Ｌ_ｄ，λ２を求め、上記式（６）から粉塵温度Ｔ_ｄ＝１０００℃を得る。更に、上記式（７）から、Ａｐ・Ｎ＝０．２５３６を得る。

次に、これらの情報を、上記式（１０）に代入してＬ_ｃ，λ を得て、上記式（１１）からＴ_ｃ＝１４５１℃を得ることができる。なお、この結果は、被加熱物の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ を１波長（λ＝０．９μｍ）で測定する方法により計測を行った結果である。

更に、これらの情報を、上記式（１２）に代入してＬ_ｃ，λ１／Ｌ_ｃ，λ２を得て、上記式（６）からＴ_ｃ＝１４５０℃を得ることができる。なお、この結果は、被加熱物の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ を２波長（λ_１＝０．９μｍ、λ_２＝１．３５μｍ）で測定する方法により計測を行った結果である。

一方、第２放射輝度計４０を使用しない既存技術である２色法により計測する場合は、先に得たＬ'_ｃ，λ１＝１．９４×１０^９、Ｌ'_ｃ，λ２＝９．０２×１０^９の比から、上記式（６）にて計算すると、Ｔ_ｃ＝１２２２℃となる。即ち、被加熱物温度１４５０℃との誤差は、第２放射輝度計４０を使用しない既存技術で２２８℃であるのに対し、被加熱物の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ を１波長（λ＝０．９μｍ）で測定する本発明の方法では１℃であり、被加熱物の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ を２波長（λ_１＝０．９μｍ、λ_２＝１．３５μｍ）で測定する本発明の方法では０℃であり、極めて高精度であることが分かる。

また、他の条件は同じとして、Ｔ_ｃ＝１４５０、１２５０℃の場合につき、粉塵温度Ｔ_ｄの変化に伴う、第２放射輝度計４０を使用しない既存技術、被加熱物の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ を１波長（λ＝０．９μｍ）で測定する計測方法、被加熱物の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ を２波長（λ_１＝０．９μｍ、λ_２＝１．３５μｍ）で測定する方法による計測値の変移を、それぞれ図６に示した（図６の２色法、本方法、本方法（２色））。既存技術では、計測値が粉塵温度に近づく結果、誤差が大きくなり、実用にならないのに対し、本方法、本方法（２色）では粉塵温度によらず、正確な計測値が得られることが分かる。

更に、他の条件は同じとして、Ｔ_ｃ＝１４５０℃、１２５０℃の場合につき、粉塵濃度Ｃ_ｄの変化に伴う、第２放射輝度計４０を使用しない既存技術、被加熱物の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ を１波長（λ＝０．９μｍ）で測定する計測方法、被加熱物の放射輝度Ｌ'_ｃ，λ を２波長（λ_１＝０．９μｍ、λ_２＝１．３５μｍ）で測定する方法による計測値の変移を、それぞれ図７に示した（図７の２色法、本方法、本方法（２色））。既存技術では、粉塵濃度Ｃ_ｄが小さい場合は影響を受けないものの、高くなるにつれて計測値が粉塵温度である１０００℃に近づいていくことで誤差が大きくなり、実用にならないのに対し、本方法、本方法（２色）では高濃度でもその影響は小さく、既存技術より格段に精度が高いことが分かる。

また、第２放射輝度４０に対向する壁面の放射率による影響をみるため、他の条件は同じとして、上記放射率を変化させたときの被加熱物温度についての計測結果を以下の表１に示す。ここで、表１中、放射率０．７は、対向する壁面を耐火物で構成して計測を行った場合を示し、放射率０．９は、耐火物で構成された壁面に更に黒体塗料を塗布して計測を行った場合を示す。なお、放射率０．９９９は、上述の黒体空洞を設けて計測を行った場合の結果である。また、括弧内の数値は、被加熱物温度１４５０℃との誤差を示す。また、第２放射輝度４０に対向する壁面の温度については、いずれの場合も、冷却手段４１により３００℃に冷却させた状態で行った。

上記放射率が０．７の場合、本方法、本方法（２色）による誤差は、それぞれ−７３℃、３０℃と誤差は大きくなるものの、２色法（既存技術）による誤差−２２８℃よりは小さい。また、上記放射率を０．９とすると、本方法、本方法（２色）による誤差は、それぞれ−３１℃、９℃となり、誤差を小さくすることができる。また、いずれの放射率においても本方法（２色）の誤差は本方法より小さく、被加熱物の放射輝度Ｌ'_cを２波長で測定する方法では、精度が極めて向上することが分かる。

＜実施例２＞
λ_１＝０．９μｍ、λ_２＝１．３５μｍ、被加熱物温度Ｔ_ｃ＝１４５０℃、被加熱物の放射率ε_ｃ，λ ＝０．９（λ_１、λ_２）、第１、第２粉塵領域、それぞれにおける粉塵温度Ｔ_ｄ１＝１０００℃、Ｔ_ｄ２＝９００℃、粉塵濃度Ｃ_ｄ１＝Ｃ_ｄ２＝１００ｇ／ｍ^３Ｎ、粉塵粒子の半径ｒ_ｐ１＝ｒ_ｐ２＝２０μｍ、粉塵粒子の放射率ξ_１，λ ＝ξ_２，λ ＝０．９（λ_１、λ_２）、第２放射輝度計４０ａ、４０ｂにより粉塵の放射輝度を測定した時の第１粉塵存在領域長ｓ_ｄ１＝５ｍ、第２粉塵存在領域長ｓ_ｄ２＝５ｍ、第１放射輝度計２０により被加熱物３０の放射輝度を測定した時の第１粉塵存在領域長ｓ_ｃ１＝３ｍ、第２粉塵存在領域長ｓ_ｃ２＝２ｍ、粉塵粒子の密度ρ_１＝ρ_２＝３．１８ｇ／ｃｍ^３としたとき、λ_１、λ_２において上記式（２１）、式（２２）から第１放射輝度計２０で測定されるべき放射輝度Ｌ'_{ｃ２，λ１}、Ｌ'_{ｃ２，λ２}を求めたところ、Ｌ'_{ｃ２，λ１}＝１．６７×１０^９、Ｌ'_{ｃ２，λ２}＝７．２３×１０^９となる。

これに対し、図２に示すように、冷却手段４１ａ、４１ｂを設けて３００℃に冷却させた壁面と対向する位置に、第２放射輝度計４０ａ、４０ｂをそれぞれ設置した。なお、２つの冷却手段４１ａ、４１ｂは、いずれも図４（ｂ）に示すように、壁面に開口端を有し、外側に向けて突出する円筒状の凹部を設け、該凹部の外周に冷却手段４１ａ、４１ｂとしての水冷管を巻き付ける方法により設置した。また、上記円筒状の凹部は、いずれも円筒の長さ（高さ）を調節して黒体空洞とし、該壁面の放射率を０．９９９とした。そして、この２つの第２放射輝度計４０ａ、４０ｂにより、それぞれ、２波長λ_１、λ_２で測定することを想定した場合のＬ'_{ｄ１，λ１}、Ｌ'_{ｄ１，λ２}及びＬ'_{ｄ２，λ１}、Ｌ'_{ｄ２，λ２}を得て、上記式（１５）、式（１６）から粉塵の放射輝度比であるＬ_{ｄ１，λ１}／Ｌ_{ｄ１，λ２}及びＬ_{ｄ２，λ１}／Ｌ_{ｄ２，λ２}を求め、上記式（６）から粉塵温度Ｔ_ｄ１＝１０００℃、Ｔ_ｄ２＝９００℃を得る。更に、上記式（１７）、式（１８）から、Ａ_ｐ１・Ｎ_１＝０．２５３６、Ａ_ｐ２・Ｎ_２＝０．２５３０を得る。次に、これらの情報を、上記式（２３）、式（２４）に代入してＬ_ｃ，λ を得て、上記式（１１）からＴ_ｃ＝１４５０℃を得ることができる。

一方、本実施例のように第１放射輝度計２０により被加熱物３０の放射輝度を測定した時の第１，第２粉塵存在領域の長さが、それぞれｓ_ｃ１＝３ｍ、ｓ_ｃ２＝２ｍ、かつ粉塵温度が、それぞれＴ_ｄ１＝１０００℃、Ｔ_ｄ２＝９００℃である場合、実施例１のように第２放射輝度計４０により粉塵存在領域の１か所のみ、かつ粉塵存在領域の中間点で粉塵の放射輝度を測定する場合、実施例１における粉塵存在領域長はｓ_ｃ＝５ｍ（＝ｓ_ｃ１＋ｓ_ｃ２）、同点での粉塵温度Ｔ_ｄ１は１０００℃である。図１に示すように、冷却手段４１を設けて３００℃に冷却させた壁面と対向する位置に、第２放射輝度計４０を設置した。なお、冷却手段４１は、図４（ｂ）に示すように、壁面に開口端を有し、外側に向けて突出する円筒状の凹部を設け、該凹部の外周に冷却手段４１としての水冷管を巻き付ける方法により設置した。また、上記円筒状の凹部は、いずれも円筒の長さ（高さ）を調節して黒体空洞とし、該壁面の放射率を０．９９９とした。そして、この第２放射輝度計４０により、２波長λ_１、λ_２で測定する場合のＬ'_ｄ，λ１、Ｌ'_ｄ，λ２を得て、上記式（５）から粉塵の放射輝度比であるＬ_ｄ，λ１／Ｌ_ｄ，λ２が分かり、上記式（６）から粉塵温度Ｔ_ｄ＝１０００℃が、更に上記式（７）からＡ_ｐ・Ｎ＝０．２５３６が計算されることになる。しかし、第１放射輝度計２０で測定される放射輝度Ｌ'_ｃ，λ１、Ｌ'_ｃ，λ２は、それぞれ先に求めたＬ'_{ｃ２，λ１}＝１．６７×１０^９、Ｌ'_{ｃ２，λ２}＝７．２３×１０^９であり、これらを上記式（１０）に代入してＬ_ｃ，λ を得て、上記式（１１）からＴ_ｃ＝１４１１℃を得る。

更に、第２放射輝度計４０を使用しない既存技術である２色法により計測した場合は、先に得たＬ'_{ｃ２，λ１}＝１．６７×１０^９、Ｌ'_{ｃ２，λ２}＝７．２３×１０^９の比から、上記式（６）にて計算すると、Ｔ_ｃ＝１２５４℃となる。即ち、本方法による粉塵存在領域２か所による計測、同１か所による計測、既存技術（２色法）における計測誤差はそれぞれで０℃、−３９℃、−１９６℃であり、本方法が既存技術と比べて精度が高いこと、更に、粉塵存在領域において、粉塵温度、粉塵濃度、粉塵粒子の半径等に分布がある場合は、粉塵の放射輝度の測定箇所を増やすことで、温度計測精度を高めることができることが分かった。

本発明は、主にセメント製造設備が備えるロータリキルンのような粉塵存在下の炉内において、高温状態にあるクリンカ等の被加熱物の温度を計測するのに好適に利用することができる。

１０ａ セメント製造設備
１１ ロータリキルン
２０ 第１放射輝度計
３０ 物体（被加熱物等）
４０ 第２放射輝度計

Claims (5)

1. 粉塵が存在する雰囲気中の物体に対向して設けられ前記物体の放射輝度を測定する第１放射輝度計と、前記物体に対向せずに設けられ前記物体と前記第１放射輝度計との間に存在する前記粉塵の放射輝度を測定する第２放射輝度計とを用いて、前記第１放射輝度計により測定された前記物体の放射輝度と前記第２放射輝度計により測定された前記第１放射輝度計との間に存在する粉塵の放射輝度から、前記物体の温度を計測する方法であって、
   前記粉塵がガス中に浮遊する複数の粉塵粒子が所定の濃度で集まってできた粉塵群であって、前記粉塵の放射輝度を２波長で測定し、前記粉塵の放射輝度を測定する際、前記第２放射輝度計に対向する壁面の温度を、冷却手段により低下させた状態で行うことを特徴とする物体の温度を計測する方法。
2. 粉塵が存在する雰囲気中の物体に対向して設けられ前記物体の放射輝度を測定する第１放射輝度計と、前記物体に対向せずに設けられ前記物体と前記第１放射輝度計との間に存在する前記粉塵の放射輝度を測定する第２放射輝度計とを用いて、前記第１放射輝度計により測定された前記物体の放射輝度と前記第２放射輝度計により測定された前記第１放射輝度計との間に存在する粉塵の放射輝度から、前記物体の温度を計測する方法であって、
   前記粉塵がガス中に浮遊する複数の粉塵粒子が所定の濃度で集まってできた粉塵群であって、前記粉塵の放射輝度を２波長で測定し、前記粉塵の放射輝度を測定する際、前記第２放射輝度計に対向する壁面の放射率を０．９以上とすることを特徴とする物体の温度を計測する方法。
3. 前記粉塵の放射輝度を測定する際、前記第２放射輝度計に対向する壁面に黒体空洞を設ける請求項１又は２の物体の温度を計測する方法。
4. 前記物体の放射輝度を２波長で測定する請求項１ないし３いずれか１項に記載の物体の温度を計測する方法。
5. 前記第２放射輝度計として複数の放射輝度計を用いて、前記粉塵の放射輝度を２以上測定し、前記第１放射輝度計により測定された前記物体の放射輝度と、前記複数の第２放射輝度計により測定された前記第１放射輝度計との間に存在する２以上の粉塵の放射輝度から計測する請求項１ないし４いずれか１項に記載の物体の温度を計測する方法。

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