JP6511928B2 - 測定装置および燃焼炉設備 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼炉の炉内における灰の付着量を測定するために用いる測定装置、および、該測定装置を備えた燃焼炉設備に関するものである。

水管ボイラのうち、微粉炭焚きボイラは、燃焼により生成される灰が炉内の水管や過熱器の伝熱管の表面に付着したり、堆積したりすることがある。このような灰の付着は、火炎からの輻射や高温ガスからの熱伝達による伝熱を阻害するため、ボイラ全体の効率の低下につながる。

ボイラの安定運転のためには、スートブロワ等の灰除去装置を用いて付着灰の除去を行うことが有効であり、燃料に用いる石炭として、灰が付着し難い石炭を選定することも有効である。

スートブロワ等の灰除去装置の駆動条件（駆動するタイミングや回数）を決定する場合や、石炭の選定を行う場合は、灰の付着状況の情報として、たとえば、付着灰の増加速度の測定や、付着灰の自然脱落の周期の測定が必要とされる。これらの測定は、視覚情報を基に得られる。

炉内の灰の付着状況を視覚情報として得るための手段としては、たとえば、以下のようなものが従来提案されている。

これは、ボイラ火炉の水管壁に内外方向に貫通する水冷式の冷却ジャケットを取り付け、該冷却ジャケットの炉内側の端部には、水管壁側に斜めに向く覗き用開口と、該覗き用開口の内側に取り付けられた反射鏡を備える。更に、前記冷却ジャケットには、炉外側からイメージファイバの先端側が挿入されて、その先端が前記反射鏡に向けて配置され、該イメージファイバの他端側（基端側）は、カメラに接続された構成となっている（たとえば、特許文献１（第３図、第４図）参照）。

これにより、水管壁の内面側の覗き用開口が向けられた個所を、反射鏡とイメージファイバを介してカメラで撮影し、スートブロワ作動直後に撮影された画像データと、ある時間経過後に撮影された画像データとを比較して、水管に付着した灰（付着ダスト）の厚みを求めるようにしている。

特開昭６２−９１１３号公報

ところが、特許文献１に示されたものは、冷却ジャケットの覗き用開口が向いた方向（角度）の領域しか撮影できない。そのため、特許文献１に示されたものは、測定対象が、水管壁のように壁の内側に沿って伝熱管が配置されている個所に限られる。

なお、覗き用開口の向きが異なる冷却ジャケットを用意すれば、壁の内側以外の個所についても灰の付着状況の測定が可能になると考えらえるが、その場合は、測定対象の向きが異なるごとに専用の冷却ジャケットが必要になってしまう。

そこで、本発明は、燃焼炉設備の様々な個所に適用して、伝熱管に付着する灰の付着状況を測定することができる測定装置、および、該測定装置を備えた燃焼炉設備を提供しようとするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、測定対象に取り付けるベースプレートと、前記ベースプレートに設けられた窓及びプローブ挿通孔と、前記窓に設けた透明部材と、前記プローブ挿通孔に表面側から挿通配置されて先端側が前記ベースプレートの裏面側に突出するプローブと、前記プローブの基端側から該プローブ内部の冷却媒体流路に接続された冷却媒体供給手段と、前記ベースプレートの表面側から前記窓を通して前記プローブの先端寄り部分を撮影する撮影装置とを備える測定装置とする。

前記冷却媒体供給手段は、前記プローブの冷却媒体流路に、空気と水を冷却媒体として供給する機能を備える構成としてある。

前記透明部材には、前記プローブ挿通孔側に切欠きが設けられ、前記プローブ挿通孔に挿通配置する前記プローブが前記透明部材の切欠きに配置される構成としてある。

前記プローブは、前記透明部材に接して配置される構成としてある。

前記撮影装置に接続された画像解析装置を備え、前記画像解析装置は、撮影画像における前記プローブに付着した灰の外形を検出する機能と、検出された前記灰の外形と前記プローブの外面の位置と形状との差から、前記プローブに付着した灰の厚みを検出する機能とを備えるものとした構成としてある。

前記画像解析装置は、前記プローブに付着した灰の厚みの時間経過に伴う変化を基に、前記プローブに付着する灰の成長速度を検出する機能を備えるものとした構成としてある。

前記画像解析装置は、前記プローブに付着した灰の厚みや形状が減少すると、それを前記灰の自然脱落が生じたものとしてその時刻を記憶して、前記灰の自然脱落が生じる周期を測定する機能を備えるものとした構成としてある。

前記ベースプレートの裏面側で窓ガラスに向けて配置されたパージノズルと、前記ベースプレートを表面側から裏面側に貫通して配置されて先端部が前記パージノズルに接続されたパージガスラインと、前記パージガスラインの基端側に接続されたパージガス供給部とを備える構成としてある。

前記プローブの表面温度を計測する熱電対と、前記熱電対の設置個所の内側で前記プローブの内部温度を計測する別の熱電対と、前記熱電対及び別の熱電対の検出信号が入力される熱流束測定器とを備える構成としてある。

前記いずれかに記載の構成を有する測定装置を壁面の開口部に備えた燃焼炉設備とする。

本発明の測定装置によれば、燃焼炉設備の様々な個所に適用して、伝熱管に付着する灰の付着状況を測定することができる。

又、本発明の燃焼炉設備によれば、開口部に測定装置が取り付けられた個所に存在している伝熱管について、灰の付着状況を測定することができる。

測定装置の第１実施形態を示す概略切断平面図である。 図１の測定装置の概略切断側面図である。 図２のＡ−Ａ方向矢視図である。 第１実施形態におけるプローブを示すもので、（ａ）は概略切断側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ方向矢視図である。 第１実施形態の測定装置における冷却媒体供給手段を示す概要図である。 第１実施形態の測定装置においてプローブの冷却媒体として空気と水を混合して用いることの有用性を説明するための図である。 第１実施形態の測定装置により実施した試験の結果を示すもので、（ａ）はプローブの温度制御の結果を示す図、（ｂ）は熱流束の測定結果を示す図である。 第１実施形態の測定装置による試験の結果として、カメラの撮影画像を示すもので、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、それぞれプローブに付着した灰の変化を時系列に沿って順に示す図である。 測定装置の第２実施形態を示すもので、プローブの変形例を示す図である。 測定装置を燃焼炉設備に適用した例を示す図である。

本発明の測定装置について、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は測定装置の第１実施形態を示す概略切断平面図、図２は概略切断側面図、図３は図２のＡ−Ａ方向矢視図である。図４は本実施形態におけるプローブを示すもので、図４（ａ）は概略切断側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ方向矢視図である。図５は本実施形態の測定装置における冷却媒体供給手段を示す概要図、図６は本第１実施形態の測定装置においてプローブの冷却媒体として空気と水を混合して用いることの有用性を説明するための図である。図７は、第１実施形態の測定装置により実施した試験の結果を示すもので、図７（ａ）はプローブの温度制御の結果を示す図、図７（ｂ）は熱流束の測定結果を示す図である。図８は、第１実施形態の測定装置による試験の結果として、カメラの撮影画像を示すもので、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、それぞれプローブに付着した灰の変化を時系列に沿って順に示す図である。

本実施形態の測定装置は、図１乃至図３に符号１で示すもので、円形のベースプレート２と、ベースプレート２の中央部分に設けられた窓３及びプローブ挿通孔４と、プローブ挿通孔４に挿通配置されたプローブ５と、ベースプレート２の表面側に突出するプローブ５の基端側（一端側）に接続された冷却媒体供給手段６と、ベースプレート２の表面側に配置されてベースプレート２の裏面側に突出するプローブ５の先端寄り部分（他端寄り部分）を窓３を通して撮影する撮影装置（カメラ）７とを備えた構成とされている。なお、ベースプレート２の表面とは、後述する燃焼炉設備１００に取り付けるときに外側に臨む面のことであり、裏面とは、燃焼炉設備１００に取り付けるときに内側に臨む面のことである。

ベースプレート２は、図１、図２に示すように、燃焼炉設備１００の測定対象個所の壁面１０１に設けられている開口部１０２に取り付けるための部材であり、開口部１０２に備えられているフランジ１０３に重なる外形を備えている。したがって、ベースプレート２は、図３では外形が円形のものとして示したが、設置対象となるフランジ１０３の形状に応じて、多角形状や、その他、いかなる形状を有していてもよいことは勿論である。図１乃至図３に示すように、ベースプレート２は、その外周縁部がフランジ１０３にボルト１０４とナット（図示せず）、あるいは、図示しないクランプ等の取り外し可能な固定手段によって取り付けられる。

窓３及びプローブ挿通孔４は、ベースプレート２の中央部に、隣接した状態で、且つベースプレート２が取り付けられる開口部１０２やそのフランジ１０３と干渉しない配置で、表裏面側に貫通させて設けられている。

本実施形態では、たとえば、窓３は矩形とされ、プローブ挿通孔４は円柱形状のプローブ５の外径よりもやや大きな径の円形とされている。

窓３とプローブ挿通孔４は、周方向の一部同士がつながっている。本実施形態では、窓３がプローブ挿通孔４の周方向の一部の外周縁部に重なるように形成されている。

窓３は、観察用の開口であり、その窓３には、ベースプレート２の表面側に、透明部材としての窓ガラス８が取り付けられている。窓ガラス８は、耐熱性を考慮して、耐熱ガラス製、たとえば、石英ガラス製とすることが好ましい。窓ガラス８は、窓３よりも一回り大きい矩形状とされ、プローブ挿通孔４の側に位置する一辺を除く三辺が、該三辺に沿って延びる形状の押さえ部材９とボルト１０によりベースプレート２の表面に固定されている。なおベースプレート２の表面と窓ガラス８との間、及び、窓ガラス８と押さえ部材９との間は、ガスケット１１を挟むことによって気密性が保持されている。

窓ガラス８のプローブ挿通孔４の側に位置する一辺には、プローブ挿通孔４の中心からプローブ挿通孔４の径と同じ径で描いた円弧に沿う切欠き１２が設けられている。

プローブ挿通孔４の径は、プローブ５の外径よりも大きな径に設定されている。これは、図１に二点鎖線で示すようにプローブ５の先端寄り部分に灰１３が付着した状態となっていても、プローブ挿通孔４からプローブ５を抜き取ることができるようにするためである。

ベースプレート２の表面におけるプローブ挿通孔４を囲む位置には、プローブ挿通孔４に挿通配置されたプローブ５を窓ガラス８に接する配置で保持するためのプローブ保持手段１４が設けられている。

プローブ保持手段１４は、たとえば、ベースプレート２の表面におけるプローブ挿通孔４を囲む位置に、窓３と反対側となる個所を含む周方向の複数個所（図では３個所）に突設したブラケット１５と、各ブラケット１５にプローブ挿通孔４の径方向に沿って設けた図示しないねじ穴に螺着させた押さえボルト１６とを備えた構成とされている。かかる構成としてあるプローブ保持手段１４によれば、プローブ挿通孔４に挿通したプローブ５を窓ガラス８の切欠き１２に接するように配置し、この状態で、各押さえボルト１６をブラケット１５のねじ穴にねじ込むことにより、各押さえボルト１６の先端側をプローブ５の外面に押し当てて、プローブ５の位置を保持するようにしている。

このように、プローブ５は窓ガラス８の切欠き１２に配置してあるので、プローブ５を窓３に近付けて配置することができる。又、プローブ５を窓ガラス８に接した配置とすることで、プローブ５は、プローブ挿通孔４を通してベースプレート２の裏面側に突出させてある部分の全体が、何物にも遮られることなく窓ガラス８を通して観察可能になる。このため、窓３を通したプローブ５の先端寄り部分の観察をより行い易くすることができる。

このときプローブ挿通孔４に保持されたプローブ５の外周面と、プローブ挿通孔４の内面及び窓ガラス８との間、更に、ガスケット１１の厚み分、ベースプレート２の表面と窓ガラスとの間に形成される隙間は、耐熱布のような柔軟性と耐熱性を有するシール材１７を詰めることでシールされている。

プローブ５は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、先端側（図４（ａ）では右側）が閉塞された中空の円柱形状とされ、内部空間には、基端部（図４（ａ）では左側端部）から先端寄り位置まで、同心状に配置された円筒状の流路形成部材１８が挿入配置されている。これにより、プローブ５の内部空間には、流路形成部材１８によって内外方向に仕切られた内側流路１９ａと外側流路１９ｂがプローブ５の先端側で連通接続された構成の冷却媒体流路１９が形成されている。プローブ５は、たとえば、ＳＵＳ製としてある。

外側流路１９ｂの基端部は、流路形成部材１８の外周に取り付けられた閉塞部材２０によって閉塞されている。プローブ５の基端寄りの周壁には、外側から周壁を径方向に貫通して冷却媒体流路１９の終端側となる外側流路１９ｂと連通する管状部材２１が設けられている。これにより、冷却媒体流路１９は、流路形成部材１８の基端部を入口２２とし、管状部材２１の外側端部を出口２３とした構成となり、冷却媒体流路１９に冷却媒体２４を流通させることができる。

プローブ５は、燃焼炉設備１００の壁面１０１（図１、図２参照）よりも内側に配置される部分の外面（表面）に、図４（ａ）（ｂ）に示すように、プローブ５の表面温度を計測する熱電対２５が設けられている。

更に、プローブ５の周壁の内面で、熱電対２５の設置位置から径方向内側となる位置には、プローブ５の内部温度としての内面温度を計測する熱電対２６が設けられている。この熱電対２６により計測されるプローブ５の内面温度は、後述する熱流束の計算に用いる。

冷却媒体供給手段６は、たとえば、図５に示すように、コンプレッサーや、プラントに一般的に装備されているプラントエア等の空気供給源２７と、空気供給源２７に順に接続されたドライヤ（乾燥器）２８及びレシーバータンク２９と、レシーバータンク２９に接続された分配器３０を備えている。分配器３０には、燃焼炉設備１００（図１、図２参照）に設けられる本実施形態の測定装置１の数に応じた数のマスフローコントローラ３２が、個別の空気ライン３１を介して接続されている。マスフローコントローラ３２の下流側には、個別のプローブ５の入口２２が空気供給ライン３１ａを介して接続されている。マスフローコントローラ３２には、燃焼炉設備１００にて本実施形態の測定装置１が取り付けられる個所に存在している図示しない伝熱管の表面温度の情報を基に、プローブ５に対する空気供給量が設定される。

これにより、空気供給源２７より供給される空気２４ａは、ドライヤ２８を経て乾燥状態でレシーバータンク２９に一旦貯留され、その後、分配器３０から空気ライン３１を経てマスフローコントローラ３２に供給される。その後、マスフローコントローラ３２は、設定された空気供給量で、空気供給ライン３１ａを通してプローブ５の入口２２へ、冷却媒体２４の一成分となる空気２４ａを供給する。

更に、空気供給ライン３１ａの途中位置には、水２４ｂの供給を行うチュービングポンプのような水供給ポンプ３４の吐出側が、水供給ライン３３を介して接続されている。水供給ポンプ３４の吸入側は、水槽や水タンク等の水供給源３５に接続されている。

更に、水供給ポンプ３４には、コントローラ３６からの指令が入力される。コントローラ３６には、熱電対２５に接続された温度検出器３７によるプローブ５の表面温度の計測結果が入力される。更に、コントローラ３６は、プローブ５が配置される計測対象個所に存在している伝熱管の表面温度の情報が予め入力されるか、又は、その情報がデータベースから呼び出されると、プローブ５の表面温度の制御目標をその伝熱管の表面温度に設定し、熱電対２５によるプローブ５の表面温度の計測値が制御目標よりも高い場合は、水供給ポンプ３４に作動を開始させるオン指令を与える機能を備えている。一方、熱電対２５によるプローブ５の表面温度の計測値が制御目標よりも低い場合は、コントローラ３６は、水供給ポンプ３４に作動を停止させるオフ指令を与える機能を備えている。これにより、プローブ５の表面温度は、制御目標に一致するようにフィードバック制御される。このフィードバック制御の手法としては、ＰＩＤ制御手法や、その他、既存のフィードバック制御手法を採用してよい。

ここで、プローブ５の冷却媒体流路１９に流通させる冷却媒体２４として空気２４ａと水２４ｂを混合して用いることの利点について説明する。

たとえば、燃焼炉設備の一つであるボイラ設備では、伝熱管として火炉に設けられている水管にも、火炉の下部に配置された水管と、火炉の上部で火炎に曝される水管とでは表面温度が異なり、更に、過熱器の伝熱管、再熱器の伝熱管のように燃焼ガスに接する伝熱管もそれぞれ表面温度が異なっている。

そのため、ボイラ設備では、伝熱管（水管を含む）の表面温度は、４００℃から８００℃のように広い温度範囲にばらついている。

プローブ５の表面温度は、本実施形態の測定装置１を取り付ける個所に存在している伝熱管の表面温度に合わせることが求められるため、４００℃から８００℃の広い温度範囲で制御することが望まれる。

プローブ５の冷却を水のみで行う場合、すなわち、空気の流量がゼロである場合について、図６に線Ｘ０でプローブ５の表面温度を示し、線Ｙ０でプローブ５の内面温度を示す。なお、炉内温度は１１００℃、ガス流速は５ｍ／ｓ、水の温度は２０℃に設定された条件での数値計算結果を示す。図６のグラフは、縦軸は温度［℃］であり、横軸は水供給量［ｃｃ（Normal）／ｍｉｎ］である。なお、図６に示す水供給量の値は計算値である。

この場合は、線Ｘ０から分かるように、プローブ５の表面温度を、４５０℃程度までであれば制御することは可能である。しかし、プローブ５の表面温度が約５００℃になると、線Ｙ０から明らかなように、プローブ５の内面温度が１００℃に到達し、プローブ５の冷却媒体流路１９の内部で水が沸騰して蒸気になる現象が生じてしまうため、水や蒸気の流量を正確に制御することが困難になる。したがって、プローブ５の冷却媒体として水のみを使用する場合は、プローブの温度を５００℃以上に制御することができない。

これに対し、プローブ５の冷却媒体２４として空気２４ａと水２４ｂとを混合して用いる場合は、たとえば、空気の流量を５Ｌ（Normal）／ｍｉｎとする場合は、図６に線Ｘ５でプローブ５の表面温度を示し、線Ｙ５でプローブ５の内面温度を示す結果となる。

又、空気の流量を１０Ｌ（Normal）／ｍｉｎとする場合は、図６に線Ｘ１０でプローブ５の表面温度を示し、線Ｙ１０でプローブ５の内面温度を示す結果となる。

更に、空気の流量を３０Ｌ（Normal）／ｍｉｎとする場合は、図６に線Ｘ３０でプローブ５の表面温度を示し、線Ｙ３０でプローブ５の内面温度を示す結果となる。

同様に、空気の流量を５０Ｌ（Normal）／ｍｉｎとする場合は、図６に線Ｘ５０でプローブ５の表面温度を示し、線Ｙ５０でプローブ５の内面温度を示す結果となる。

これらの結果から、プローブ５の冷却媒体２４として空気２４ａと水２４ｂを混合して用いることにより、プローブ５の表面温度を、冷却媒体として水２４ｂのみを使用する場合にはカバーできない４５０℃程度から約８００℃までの任意の温度に制御することが可能であることが明らかである。この理由としては、線Ｙ５、線Ｙ１０、線Ｙ３０、線Ｙ５０から分かるように、プローブ５の内面温度が３００℃以上になっているため、冷却媒体流路１９に供給される水２４ｂは、冷却媒体流路１９に進入すると全量が直ちに蒸気になり、このために、冷却媒体流路１９の内部で水２４ｂから蒸気が発生する場合とは異なり、水２４ｂの供給量の制御で、冷却媒体流路１９を流通させる蒸気の流量の制御を行うことができると考えられる。

一方、たとえば、表１に示すように、プローブ５の表面温度の制御を、冷却媒体として空気のみを使用して行う場合は、プローブ５の表面温度を５００℃、６００℃、７００℃に制御する場合に必要とされる空気の流量は、それぞれ、２７８Ｌ（Normal）／ｍｉｎ、１６０Ｌ（Normal）／ｍｉｎ、９６Ｌ（Normal）／ｍｉｎである。なお、この空気の流量の値は計算値である。

これに対し、冷却媒体２４として空気２４ａと水２４ｂを混合して用いる場合は、プローブ５の冷却に必要とされる空気流量を、冷却媒体を空気のみとする場合に比して、２分の１から数十分の１に低減させることができることが明らかである。この理由としては、空気２４ａに比して水２４ｂの比熱が大きいことに加えて、前述したように、本実施形態では、冷却媒体流路１９に供給される水２４ｂが蒸気になるときの蒸発潜熱も、プローブ５の冷却に利用されるためであると考えられる。

以上により、本実施形態の測定装置１は、プローブ５の表面温度を、燃焼炉設備にて測定装置１を設置する様々な個所に存在している伝熱管の広い温度幅の表面温度に合わせた温度に制御することができる。

これにより、前記のように表面温度が制御されたプローブ５に対する灰１３（図１参照）の付着状況は、そこに存在している伝熱管に対する灰の付着状況を反映したものになる。

前記においては、空気２４ａの流量をマスフローコントローラ３２により一定に制御し、この条件下においてプローブ５の表面温度を制御目標に一致させる場合は、水２４ｂの供給量を変化させるものとして説明したが、水２４ｂの供給量をある一定量に設定し、プローブ５の表面温度と制御目標との差に応じて、空気２４ａの供給量を増減させるフィードバック制御を行ってもよいことは勿論である。この場合のフィードバック制御の手法としては、ＰＩＤ制御手法や、その他、既存のフィードバック制御手法を採用してよい。

冷却媒体流路１９の出口２３は、プローブ５の冷却に供された後の空気２４ａと水２４ｂ（蒸気）の混合流体を回収して図示しない処理装置へ送るための回収ライン３８が接続されている。この回収ライン３８に回収される空気２４ａと水２４ｂは、たとえば、水２４ｂを凝縮させた後、気液分離してから再利用するようにしてもよい。

撮影装置７は、図１、図２に示すように、ベースプレート２の表面にプローブ５の長手方向に沿って突出する支持部材３９を設け、この支持部材３９の突出端側に、マウント部材４０を介して取り付けられている。この状態で、撮影装置７は、図１、図２に示すように、その撮影領域の中心が、プローブ５と窓ガラス８との接触個所の近傍を向くように配置される。そのため、マウント部材４０は、撮影装置７の向きや位置を調整できる機能を備えていることが、より好ましい。これにより、撮影装置７は、窓３を通してプローブ５の先端寄り部分を撮影することができる。又、撮影装置７は、動画撮影する機能を備えるか、あるいは、動画記録装置に接続された構成とする。

更に、撮影装置７には、図１、図２に示すように、撮影画像について画像解析を行う画像解析装置４１が接続されている。画像解析装置４１は、後述する本実施形態の測定装置１を用いた試験の結果である図８（ａ）に示す如き撮影装置７による撮影画像ｉについて、図中に破線で示す如きプローブ５の外面の位置と形状を、画像解析によって抽出（検出）するか、又は、オペレータの入力指示を基に記憶する。この状態で、画像解析装置４１は、画像解析によって、図８（ａ）に示すように、撮影画像ｉ内での像の明るさの差などを基に、プローブ５に付着している灰１３の外形を検出する。更に、画像解析装置４１は、その灰１３の外形と、記憶しているプローブ５の外面の位置と形状との差から、プローブ５に付着した灰１３の厚みと形状を検出する機能を備えている。更に、画像解析装置４１は、撮影装置７によって撮影された動画を基に、プローブ５に付着している灰１３の厚みと形状を、予め設定された時間間隔で順次測定すると共に、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような灰１３の厚みの変化、及び、図８（ｄ）（ｅ）に示すような灰１３の厚みの変化を基に、プローブ５に付着する灰１３の成長速度を測定する機能を備えている。

又、ある時点で、たとえば、図８（ｃ）に示す状態から図８（ｄ）に示す状態のように、プローブ５に付着した灰１３の厚みと形状が減少すると、画像解析装置４１は、その時点でプローブ５に付着した灰１３の自然脱落が生じたものとしてその時刻を記憶し、次に灰１３の自然脱落が観測されると、灰１３の自然脱落が生じる周期を測定する機能を備えている。

更に、本実施形態の測定装置１は、図２に示すように、ベースプレート２の裏面側に窓ガラス８に向いた姿勢のパージノズル４２を備えている。パージノズル４２には、ベースプレート２を表面側から裏面側に貫通させて設けたパージガスライン４３のベースプレート２の裏面側に配置された端部（先端部）が接続されている。パージガスライン４３のベースプレート表面側に配置されている端部（基端部）には、パージガス供給部４４が接続されている。これにより、パージガス供給部４４よりパージガスライン４３を通して導かれる、空気、又は、窒素ガスなどのパージガス４５を、パージノズル４２より窓ガラス８の裏面側に吹き付けることができる構成となっている。本実施形態の測定装置１を燃焼炉設備１００に適用する場合は、窓ガラス８の裏面側は、灰が浮遊、飛散する環境に曝されることになるが、パージノズル４２よりパージガス４５を常時吹き付けることで、窓ガラス８の裏面側への灰の付着を未然に防止することができる。そのため、窓ガラス８の透明性の低下を長期に亘り防ぐことができ、よって、撮影装置７による窓３を通したプローブ５の先端寄り部分の撮影を、長期に亘り良好に行うことができる。

本実施形態の測定装置１は、更に、図４（ａ）に示すように、熱電対２５及び熱電対２６の検出信号が入力される熱流束測定器４６を備えている。熱流束測定器４６は、熱電対２５から入力される検出信号に基づいてプローブ５の表面温度を検出し、又、熱電対２６から入力される検出信号に基づいてプローブ５の内面温度を検出する。

更に、熱流束測定器４６は、プローブ５の構成と各熱電対２５，２６の設置個所についての幾何的な情報（設計情報）が入力されると、それを記憶しておき、以下の計算式に基づいて、プローブ５の設置個所での熱流束を測定する機能を備えている。なお、この熱流束はよどみ点近傍の熱流束である。
ｑ＝λ_ＳＵＳ（Ｔ_２−Ｔ_１）／ｌｎ（ｒ_２／ｒ_１）×１／ｒ_１
前記式において、
ｑ：熱流束［Ｗ／ｍＫ］
λ_ＳＵＳ：熱伝導率［Ｗ／ｍ２Ｋ］
Ｔ_１：プローブの表面温度［Ｋ］（熱電対２５の検出温度）
Ｔ_２：プローブの内面温度「Ｋ」（熱電対２６の検出温度）
ｒ_１：プローブの半径［ｍ］（プローブ５の中心から熱電対２５の設置位置までの距離）
ｒ_２：プローブの中心から熱電対２６を設けた位置までの距離
である。

以上の構成としてある本実施形態の測定装置１を用いて行った試験の結果を図７（ａ）（ｂ）、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示す。

図７（ａ）は、炉内温度（線ａ）を１１００℃に設定し、プローブ５の表面温度の制御目標を７００℃に設定した条件の下で、熱電対２５により検出されるプローブ５の表面温度（線ｂ）と、熱電対２６により検出される内面温度（線ｃ）の測定結果を示す図である。線ｂの結果からは、本実施形態の測定装置１によれば、プローブ５の表面温度を７００℃付近に安定して保持できることが分かる。

図７（ｂ）は、炉内温度（線ａ）を前記と同様に設定した条件の下で、熱流束測定器４６によって測定される熱流束の結果（線ｄ）を示すものである。線ｄの結果からは、本実施形態の測定装置１によれば、熱流束を計測できることが分かる。又、計測された熱流束の低下速度から、灰１３の付着に伴う伝熱性能の低下を測定することができる。なお、線ｂ、線ｃ、線ｄの振れは、冷却媒体２４として用いている水２４ｂの蒸発が生じることに起因しているものであり、前述の結果は、平均値を取ることで得られるものである。

図８（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、それぞれ図７（ａ）に示す時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５のときに撮影装置７で撮影され、画像解析装置４１で処理された撮影画像ｉを示すものである。これらの撮影画像ｉから、本実施形態の測定装置１によれば、プローブ５に付着する灰１３の付着状況に関する情報を、視覚情報として得ることができることが分かる。

又、本実施形態の測定装置１は、画像解析装置４１を用いて、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）の順で示される灰１３の厚みの変化、及び、図８（ｄ）（ｅ）の順で示される灰１３の厚みの変化を基に、プローブ５に付着する灰１３の成長速度を測定することができる。

更に、本実施形態の測定装置１は、画像解析装置４１によって、図８（ｃ）に示す状態から図８（ｄ）に示す状態のようなプローブ５に付着した灰１３の厚みと形状の減少を灰１３の自然脱落として認識し、その周期を測定することができる。

このように、本実施形態の測定装置１によれば、プローブ５の冷却媒体流路１９に、冷却媒体供給手段６より空気２４ａと水２４ｂとが混合された冷却媒体２４を供給することにより、プローブ５の表面温度を、燃焼炉設備１００の測定対象個所に存在している伝熱管の表面温度と同様に制御することができる。この状態で、プローブ５に付着する灰１３の付着状況の情報として、前記したプローブ５に付着した灰１３の厚み、付着する灰１３の成長速度、灰１３の自然脱落の周期に関する情報を視覚情報を基に得ることができる。したがって、これらの情報を基に、測定対象個所に存在している伝熱管に付着した灰１３の厚み、付着する灰１３の成長速度、灰１３の自然脱落の周期、灰１３の付着に伴う伝熱管の伝熱性能の低下を測定することができる。

更に、本実施形態の測定装置１において、撮影装置７は、燃焼炉設備１００の内部の高温環境に曝されることはないので、熱による故障や損傷を回避することができる。そのため、撮影装置７は、耐熱性は特に必要とされないため、汎用のビデオカメラのような撮影装置を用いることができる。したがって、本実施形態の測定装置１は、特許文献１に示されたようなイメージファイバとそれに接続されるカメラ、更には、イメージファイバの外周を覆う形状とした冷却ジャケットのような特殊、あるいは専用の機材は特に必要としない。

［第２実施形態］
図９は測定装置の第２実施形態を示すもので、図３に対応する図である。

図９において図３に示したものと同一のものには同一の符号を付して、その説明を省略する。

第１実施形態では、プローブ５は円柱形状のものとして説明したが、プローブは角柱形状であってもよい。

本実施形態の測定装置１は、第１実施形態と同様の構成において、プローブ５を中空の円柱形状とした構成に代えて、中空の角柱形状のプローブ５ａを備えた構成としたものである。

なお、図９では、プローブ５ａは、長手方向に直交する断面の形状が正方形として示してあるが、矩形断面を備えるものであってもよいことは勿論である。

本実施形態では、ベースプレート２に設けるプローブ挿通孔４が、前述したプローブ５ａの断面形状よりも大きな方形とされている。

又、窓ガラス８のプローブ挿通孔４の側に位置する一辺には、プローブ５ａを受け入れるための矩形状の切欠き１２ａが設けられている。これにより、本実施形態では、プローブ挿通孔４に挿通したプローブ５ａは、窓ガラス８の切欠き１２ａに接するように配置し、この状態で、プローブ保持手段１４の各押さえボルト１６をブラケット１５のねじ穴にねじ込むことにより、各押さえボルト１６の先端側をプローブ５の外面に押し当てて、プローブ５ａの位置が保持されるようになっている。

なお、本実施形態では、窓ガラス８の切欠き１２ａは省略した構成としてもよい。これは、プローブ５ａが角柱形状であるため、その一側面を窓ガラス８のプローブ挿通孔４の側に位置する一辺に密着させて配置することで、プローブ５ａを窓ガラス８に近づけることができるためである。この場合も、撮影装置７は、窓３を通してプローブ５の先端寄り部分を撮影することができる。

なお、図示しないが、プローブ５ａは、内部空間に、図４（ａ）（ｂ）に示したプローブ５の冷却媒体流路１９と同様の冷却媒体流路１９を備えている。

したがって、本実施形態の測定装置１によっても、第１実施形態の測定装置１と同様に使用して同様の効果を得ることができる。

［適用例］
図１０は測定装置を燃焼炉設備に適用した例を示すものである。

燃焼炉設備は、たとえば、ボイラ設備４７であり、伝熱管に対する灰の付着状況の測定を所望する個所に、第１実施形態の測定装置１が取り付けられている。

ボイラ設備４７は、水管壁を有する火炉４８と、伝熱管を有する過熱器４９及び再熱器５０を備えている。更に、たとえば、火炉４８の壁面１０１と、過熱器４９の設置個所の壁面１０１には、それぞれに予め備えられている開口部１０２のフランジ１０３に、第１実施形態の測定装置１が取り付けられている。

したがって、前記構成としてあるボイラ設備４７によれば、各測定装置１のプローブ５に付着する灰１３の付着状況を基に、ボイラ設備４７の火炉４８の水管に付着する灰の付着状況と、過熱器４９の伝熱管に付着する灰の付着状況についての測定を行うことができる。

なお、第１実施形態の測定装置１に代えて第２実施形態の測定装置１を適用してもよいことは勿論である。

なお、本発明は、前記各実施形態にのみ限定されるものではなく、プローブ５の径と長さ、ベースプレート２の表面側と裏面側に突出させる長さは、必要に応じて適宜変更してもよい。

プローブ５の内部に備える冷却媒体流路１９は、冷却媒体流路１９に流通させる冷却媒体２４によってプローブ５の表面温度を冷やすことができるようにしてあれば、図４（ａ）（ｂ）に示した以外の任意の流路構成であってもよい。

ベースプレート２に備える窓３の形状は、たとえば、円形など、矩形以外の任意の形状であってもよい。更に、窓３や窓ガラス８にプローブ５を近接させて配置するという観点から考えると、ベースプレート２に設ける窓３とプローブ挿通孔４は、各実施形態のように周方向の一部同士が重なって互いに連通していることが好ましい。しかし、ベースプレート２に、窓３とプローブ挿通孔４とを独立して穿設した構成としてもよい。この場合は、窓３を通してプローブ５の先端寄り部分の撮影ができる位置に撮影装置７の配置を調整するようにすればよい。

プローブ５に備える熱電対２６は、プローブ５の表面温度を計測する熱電対２５の設置位置から径方向内側となる位置であれば、プローブ５の周壁に埋め込むようにして設けてもよい。更に、熱電対２５をプローブ５の先端面に設け、その内側となる位置に熱電対２６を設けた構成としてもよい。

プローブ５の材質は、燃焼炉設備１００の内部環境に耐える材質としてあれば、ＳＵＳ以外であってもよい。本発明の測定装置１において、燃焼炉設備１００の内部環境に曝される部材は、プローブ５と同様に適宜材質を選定すればよい。

本発明の測定装置は、ボイラ設備４７以外の燃焼炉設備に適用してもよいことは勿論である。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 測定装置、２ ベースプレート、３ 窓、４ プローブ挿通孔、５，５ａ プローブ、６ 冷却媒体供給手段、７ 撮影装置、８ 窓ガラス、１３ 灰、１９ 冷却媒体流路、２４ 冷却媒体、２４ａ 空気、２４ｂ 水、２５ 熱電対、２６ 熱電対（別の熱電対）、４１ 画像解析装置、４２ パージノズル、４３ パージガスライン、４４ パージガス供給部、４６ 熱流束測定器、４７ ボイラ設備（燃焼炉設備）、１００ 燃焼炉設備、１０１ 壁面、１０２ 開口部、ｉ 撮影画像

Claims (10)

1. 測定対象に取り付けるベースプレートと、
   前記ベースプレートに設けられた窓及びプローブ挿通孔と、
   前記窓に設けた透明部材と、
   前記プローブ挿通孔に表面側から挿通配置されて先端側が前記ベースプレートの裏面側に突出するプローブと、
   前記プローブの基端側から該プローブ内部の冷却媒体流路に接続された冷却媒体供給手段と、
   前記ベースプレートの表面側から前記窓を通して前記プローブの先端寄り部分を撮影する撮影装置とを備えること
   を特徴とする測定装置。
2. 前記冷却媒体供給手段は、前記プローブの冷却媒体流路に、空気と水を冷却媒体として供給する機能を備えること
   を特徴とする請求項１記載の測定装置。
3. 前記透明部材には、前記プローブ挿通孔側に切欠きが設けられ、
   前記プローブ挿通孔に挿通配置する前記プローブが前記透明部材の切欠きに配置されること
   を特徴とする請求項１又は２記載の測定装置。
4. 前記プローブは、前記透明部材に接して配置されること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の測定装置。
5. 前記撮影装置に接続された画像解析装置を備え、
   前記画像解析装置は、
   撮影画像における前記プローブに付着した灰の外形を検出する機能と、
   検出された前記灰の外形と前記プローブの外面の位置と形状との差から、前記プローブに付着した灰の厚みを検出する機能とを備えること
   を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の測定装置。
6. 前記画像解析装置は、前記プローブに付着した灰の厚みの時間経過に伴う変化を基に、前記プローブに付着する灰の成長速度を検出する機能を備えること
   を特徴とする請求項５記載の測定装置。
7. 前記画像解析装置は、前記プローブに付着した灰の厚みや形状が減少すると、それを前記灰の自然脱落が生じたものとしてその時刻を記憶して、前記灰の自然脱落が生じる周期を測定する機能を備えること
   を特徴とする請求項６記載の測定装置。
8. 前記ベースプレートの裏面側で窓ガラスに向けて配置されたパージノズルと、
   前記ベースプレートを表面側から裏面側に貫通して配置されて先端部が前記パージノズルに接続されたパージガスラインと、
   前記パージガスラインの基端側に接続されたパージガス供給部とを備えること
   を特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の測定装置。
9. 前記プローブの表面温度を計測する熱電対と、
   前記熱電対の設置個所の内側で前記プローブの内部温度を計測する別の熱電対と、
   前記熱電対及び別の熱電対の検出信号が入力される熱流束測定器とを備えること
   を特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の測定装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の測定装置を壁面の開口部に備えること
    を特徴とする燃焼炉設備。

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