JP7139968B2 - 流量計 - Google Patents

Description

本開示は、流量計に関し、より詳細には、粉粒体の流量を測定するための流量計に関する。

例えば、産業廃棄物の焼却炉、発電用ボイラ、又は焼結機等、化石燃料を燃焼する設備から排出される排ガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、及びダイオキシン類等の有害物質が含まれる。これらの有害物質を排ガスから除去するため、従来、吸着現象を利用した排ガス処理が行われている。この排ガス処理を行うシステムでは、粉粒体である吸着材が充填された吸着容器に排ガスが導入される。吸着材は、吸着容器内を降下し、吸着容器の底部から排出される。吸着容器の上部には、吸着材が供給される。

排ガス処理システムでは、通常、ホッパから吸着容器に対し、配管（供給シュート）を経由して吸着材が供給される。吸着容器内における吸着材の流動状態が正常な場合、理論的には、吸着容器に対し、排出された吸着材の量とほぼ同量の吸着材がホッパから供給される。すなわち、排出された吸着材の体積分だけ吸着容器内で吸着材が降下することにより、容器上部に空間が生じる。ホッパは、この空間に対し、供給シュートを介して吸着材を供給する。一般的な排ガス処理システムにおいて、吸着容器に対する吸着材の供給量は、ホッパのレベル計測によっておおまかに把握されている。

ところで、吸着容器の底部からの吸着材の排出量が吸着容器内の吸着材の充填量に対して十分に小さい場合、容器底部から吸着材が連続的に切り出されたとしても、容器内及び供給シュート内で吸着材が一様に流動するわけではない。このため、吸着容器の上部には、常時連続して吸着材が供給されるわけではなく、通常、間欠的に吸着材が供給される。つまり、吸着材が吸着容器に供給される供給期間と、吸着材が吸着容器に供給されない供給停止期間とが交互に繰り返される。

より詳細に説明すると、数ｍから十数ｍ（例えば、１４ｍ）の高さの吸着容器では、粒状の吸着材の充填状態が粗の部分と密な部分とが上方に伝播されていき、容器底部で小さかった粗密波が、容器上部に到達するときには大きく増幅されている。このため、吸着容器に対する吸着材の供給は、間欠供給になっている。すなわち、吸着容器内には、吸着材の粒子間の空隙が多い粗の充填部分と、吸着材の粒子間の空隙が少ない密な充填部分とが存在する。例えば振動等で吸着材の粒子が動くとき、これらの粒子は空隙が小さくなるように移動するため、吸着容器内で密な充填部分が発生する。密な充填部分が新たに発生したとき、吸着容器内の別の場所では、密な充填部分が粗の充填部分に変化する。このようにして、粗の充填部分と密な充填部分とが次々と上方に伝搬していき、粗の充填部分の隙間又は空間が吸着容器の最上部に到達したときに、供給シュートから吸着容器内に吸着材が供給されることになる。吸着材の充填状態が伝搬していく間、吸着材の粒子間の微小な隙間又は空間は、合体を繰り返し、吸着容器の最上部に到達するときには大きな隙間又は空間となっている。このため、粗の充填部分の隙間又は空間が吸着容器の最上部に到達したときに、吸着材が吸着容器に大量に流入し、その後、数分間以上は吸着材の供給が停止するという現象が生じる。吸着容器に対する吸着材の供給及び供給停止の繰り返しパターン（供給パターン）は、例えば以下に述べるように、吸着容器内における吸着材の流動状態に異常が生じた場合に変化する。

排ガス処理システムでは、吸着容器内に充填された吸着材に有害物質を吸着させるため、吸着容器を排ガスが通過する。この排ガスは、吸着容器内に顕熱を持ち込み、酸化熱及び吸着反応熱を発生させるが、これらの発生熱を吸着容器から持ち出していく。このため、吸着容器内の吸着材の温度は概ね一定に保たれる。しかしながら、排ガスが吸着容器を通過する際、排ガス中の塩素又は亜硫酸ガスがアンモニアと反応し、塩化又は塩酸アンモニウムや硫化又は硫酸アンモニウム等の塩類を生成する場合がある。この塩類により、吸着材の粒子表面に粘り気が生じ、粒子同士が滑りにくくなるため、吸着容器内における吸着材の流動が阻害され、吸着容器内の一部分に吸着材が固定されることがある。このとき、吸着材の粒子同士が接着して塊が生成される。このような吸着材の塊では、排ガスが内部に浸透するだけで通過しにくいため、内部で発熱反応が進む一方、抜熱が生じない。よって、吸着材の塊は、徐々に高温となり、その周囲の吸着材の粒子を巻き込んで次第に大きくなっていく傾向がある。

吸着材の塊が大きくなると、この塊により、吸着容器の断面が概ね閉塞されてしまうことがある。この場合、吸着容器の底部から吸着材が排出され、吸着材の塊の下方に空間が生じたとしても、塊の上方には吸着材が充填されたままであり、空間が生じない。このため、供給シュートから吸着容器に吸着材が供給されることがない。すなわち、吸着容器において、吸着材の供給停止期間が正常時よりも長くなり、吸着材の供給パターンが変化する。吸着容器内において、吸着材の塊が生成されて吸着材の流動状態が悪化すると、吸着材が蓄熱して３００℃以上の高温になり、いわゆるホットスポット現象が発生する。その結果、吸着容器が熱変形して、排ガス処理システムの操業が困難になるという事態も生じ得る。

ホットスポットの発生を検知する方法として、例えば、複数の温度計によって吸着容器内の温度を測定し、通常の温度よりも高い温度が検出されたときにオペレータに報知する方法がある。しかしながら、一般に、吸着容器は巨大であるため、温度計によって吸着容器内の温度を網羅的に測定することは難しい。例えば、温度計の測定可能距離外に高温部分が存在する場合、この高温部分を検知することはできない。そのため、温度計によって高温が検出される頃には、既に排ガス処理システムの操業が困難となっていることが多い。よって、吸着材の流動状態の異常をできるだけ早期に発見し、ホットスポットの発生を予防、又はホットスポットをその発生初期に防ぎ止めることが望まれる。ホットスポットの発生を予防し、あるいは防ぎ止めるための措置としては、例えば、吸着容器からの吸着材の排出量を増加させ、吸着容器内における吸着材の降下速度を大きくすることが挙げられる。

上述した通り、吸着容器に対する吸着材の供給パターンは、吸着容器内における吸着材の流動状態が異常となったときに変化する。よって、吸着材の流動状態が正常なときの供給パターンを予め把握しておき、この正常時の供給パターンと現在の供給パターンとを比較しながら排ガス処理システムを操業することで、ホットスポットの発生原因である流動状態の異常を早期に発見することができる。

正常時及び現在の供給パターンを正確に把握するためには、吸着容器に対する吸着材の供給量を正確に測定する必要がある。しかしながら、ホッパのレベル低下が間欠的であること、また、吸着容器に大量の吸着材が流入したときにはホッパに急激なレベル低下が生じること等から、従来の排ガス処理システムのようなホッパのレベル計測では、吸着材の供給量を正確に把握することは難しい。吸着材の供給量や供給頻度を正確に把握するためには、供給シュートにおいて、その内部を通過する吸着材の流量を測定することが好ましい。

配管内を通過する被測定物の流量を測定するための流量計として、例えば特許文献１～４に開示されているような羽根車式の流量計が知られている。特許文献１～４の流量計は、被測定物を通過させる配管と、配管の側方に設けられたハウジングと、配管及びハウジングに跨って収容される羽根車と、を備える。羽根車は、配管内を通過する被測定物により、回転軸周りに回転する。この羽根車の回転数から、被測定物の流量が算出される。

特許第５０４３２４５号公報 特開平７－０５５５１４号公報 特開平１１―１１８８２０号公報 特開２００６－１６２２９６号公報

特許文献１～４の流量計は、いずれも、流体（液体）の流量を測定することを想定したものである。特許文献１～４の流量計では、吸着材のような粉粒体の流量を測定することは難しい。仮に特許文献１～４の流量計で粉粒体の流量を測定しようとした場合、粉粒体がハウジング内に侵入して充満し、羽根車が回転しなくなる可能性がある。これは、粉粒体の粒子間に摩擦抵抗が生じるためである。すなわち、ハウジング内に多くの粉粒体が侵入すると、粉粒体の粒子同士が接触して摩擦抵抗が生じ、ハウジング内で粉粒体が流動しにくくなる。羽根車は、この摩擦抵抗に逆らって、さらに、回転方向によっては重力に逆らって回転する必要がある。摩擦抵抗又は重力等といった羽根車の回転を妨げる力が、配管内を移動する粉粒体から羽根車に作用する力以上になった場合、羽根車が回転不能となり、粉粒体の流量を測定することができなくなる。

本開示は、粉粒体の流量を測定可能な流量計を提供することを課題とする。

本開示に係る流量計は、粉粒体の流量を測定するための流量計である。流量計は、配管と、ハウジングと、羽根車と、回転検出器と、を備える。粉粒体は、配管の内部を移動する。配管は、粉粒体の移動方向の下流側に向かって下降する。ハウジングは、配管から外側に隆起する。ハウジングは、配管と内部同士が連続する。羽根車は、配管内及びハウジング内に跨って配置される。羽根車は、配管内を移動する粉粒体により、回転軸周りに回転する。回転軸は、水平方向に延びている。回転検出器は、羽根車の回転を検出する。羽根車は、流量計の縦断面視で、安息ラインの上方を通過する回転軌跡を描く。配管とハウジングとの両接続点は、流量計の縦断面視で、移動方向の上流側及び下流側に存在する。安息ラインは、流量計の縦断面視で、配管とハウジングとの両接続点のうち上流側の接続点から、粉粒体の安息角で下方に延びる。ハウジングは、回転軸を通る仮想水平面以下の領域において、羽根車の外周縁との間に隙間を有する。隙間は、粉粒体の平均粒子径の３倍以上の大きさを有する。

本開示に係る流量計によれば、粉粒体の流量を測定することができる。

図１は、実施形態に係る流量計を使用することができる排ガス処理システムの概略構成図である。 図２は、第１実施形態に係る流量計の縦断面図である。 図３は、第１実施形態に係る流量計の横断面図である。 図４は、第２実施形態に係る流量計の縦断面図である。 図５は、第３実施形態に係る流量計の縦断面図である。 図６は、第４実施形態に係る流量計の縦断面図である。 図７は、第４実施形態に係る流量計の横断面図である。

実施形態に係る流量計は、粉粒体の流量を測定するための流量計である。流量計は、配管と、ハウジングと、羽根車と、回転検出器と、を備える。粉粒体は、配管の内部を移動する。配管は、粉粒体の移動方向の下流側に向かって下降する。ハウジングは、配管から外側に隆起する。ハウジングは、配管と内部同士が連続する。羽根車は、配管内及びハウジング内に跨って配置される。羽根車は、配管内を移動する粉粒体により、回転軸周りに回転する。回転軸は、水平方向に延びている。回転検出器は、羽根車の回転を検出する。羽根車は、流量計の縦断面視で、安息ラインの上方を通過する回転軌跡を描く。配管とハウジングとの両接続点は、流量計の縦断面視で、移動方向の上流側及び下流側に存在する。安息ラインは、流量計の縦断面視で、配管とハウジングとの両接続点のうち上流側の接続点から、粉粒体の安息角で下方に延びる。ハウジングは、回転軸を通る仮想水平面以下の領域において、羽根車の外周縁との間に隙間を有する。隙間は、粉粒体の平均粒子径の３倍以上の大きさを有する（第１の構成）。

第１の構成に係る流量計において、測定対象の粉粒体を配管内に導入したとき、この粉粒体は、配管とハウジングとの上流側の接続点を起点とする安息ラインに沿って、ハウジング内に堆積する。ハウジング内のうち、安息ラインの上方は、粉粒体が実質的に堆積しない空間となっている。羽根車は、この安息ラインの上方空間を通過する回転軌跡で回転するよう構成されている。このため、羽根車は、ハウジング内の粉粒体によってその回転を妨げられることなく、円滑に回転することができる。この羽根車の回転は回転検出器によって検出され、検出された回転情報から配管内での粉粒体の流量を求めることができる。

第１の構成では、羽根車の回転軸を通る仮想水平面以下の領域において、ハウジングと羽根車の外周縁との間に隙間が形成されている。この隙間は、粉粒体の平均粒子径の３倍以上という、粉粒体が通り抜けるのに十分な大きさを有する。このため、粉粒体は、羽根車にすくい上げられてハウジング内に一旦侵入したとしても、羽根車の外周縁とハウジングとの間の隙間を通って配管に戻ることができる。よって、ハウジング内に粉粒体が滞留及び充満せず、ハウジング内の空間を維持することができる。その結果、羽根車を円滑に回転させることができる。

このように、第１の構成に係る流量計によれば、測定対象が粉粒体であるにもかかわらず、羽根車を円滑に回転させることができる。よって、粉粒体の流量を測定することが可能となる。

羽根車は、複数の羽根を含む。複数の羽根のそれぞれは、第１部分と、第２部分と、を有することが好ましい。第１部分は、回転軸側から羽根車の径方向で外側に向かって延びる。第２部分は、第１部分の先端に接続される。第２部分は、第１部分の幅よりも大きい幅を有する（第２の構成）。

第２の構成において、羽根車の各羽根は、幅狭の第１部分及び幅広の第２部分を有している。この構成によれば、粉粒体は、各羽根にすくい上げられてハウジング内に侵入したとしても、幅狭の第１部分から容易に落下し、この第１部分とハウジングとの間の比較的大きな隙間を通って配管に戻ることができる。よって、ハウジング内における粉粒体の滞留及び充満をより確実に抑制することができる。また、配管内では、粉粒体を幅広の第２部分に確実に衝突させることができるため、羽根車の回転を促進することができる。

第２部分は、第１部分に対し、羽根車の回転方向で後ろ側に屈曲していてもよい（第３の構成）。

第３の構成によれば、配管内では、各羽根の第２部分は、第１部分に対し、粉粒体の移動方向で上流側に屈曲した状態になる。これにより、配管内の粉粒体が第２部分に捕捉されやすくなり、粉粒体によって各羽根を確実に押すことができる。このため、羽根車の回転をより促進することができる。また、羽根車の回転に伴って各羽根の第１部分が水平状態に近づくと、第２部分は、第１部分に対して下側に屈曲した状態になる。このため、第２部分に捕捉されていた粉粒体は、第２部分から確実に落下して配管に戻される。よって、ハウジング内における粉粒体の滞留及び充満をさらに抑制することができる。

第２部分は、羽根車の回転方向で後ろ側の面に凹部を有していてもよい（第４の構成）。

第４の構成によれば、配管内では、各羽根の第２部分の凹部は、粉粒体の移動方向で上流側に配置される。この凹部によって配管内の粉粒体を捕捉することができ、粉粒体によって各羽根を確実に押すことができる。このため、羽根車の回転をより促進することができる。また、羽根車の回転に伴って各羽根の第１部分が水平状態に近づくと、第２部分の凹部が下向きになる。これにより、凹部に捕捉されていた粉粒体は、凹部から確実に落下して配管に戻される。よって、ハウジング内における粉粒体の滞留及び充満をさらに抑制することができる。

羽根車は、回転シャフトを含むことができる。回転シャフトの中心軸は、羽根車の回転軸である。回転シャフトは、流量計の縦断面視で、配管の仮想輪郭線に接するとともに、その一部が安息ラインよりも上方に位置するように配置されることが好ましい。仮想輪郭線は、流量計の縦断面視で、配管とハウジングとの両接続点を結ぶ直線である（第５の構成）。

上述した通り、粉粒体は、配管とハウジングとの上流側の接続点を起点とする安息ラインに沿ってハウジング内に堆積する。ただし、第５の構成では、羽根車において、配管の仮想輪郭線に接するとともに、その一部が安息ラインの上方に位置する回転シャフトが設けられる。この構成によれば、配管とハウジングとの上流側の接続点を起点とする粉粒体の堆積が回転シャフトによって遮断され、粉粒体は、回転シャフトと配管の仮想輪郭線との接点を起点に堆積する。当該接点が配管とハウジングとの上流側の接続点よりも下方に位置するため、ハウジング内では、粉粒体の堆積位置が下がり、粉粒体が実質的に堆積しない空間を大きく確保することができる。よって、羽根車をより円滑に回転させることができる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

＜第１実施形態＞
［ガス処理システムの構成］
図１は、実施形態に係る流量計を使用することができる排ガス処理システム１００の概略構成図である。図１に示すように、排ガス処理システム１００は、吸着塔１と、複数のホッパ２と、複数の流量計３，４と、再生塔５と、搬送装置６１～６６と、を備える。

吸着塔１には、例えば、産業廃棄物の焼却炉、発電用ボイラ、又は焼結機等といった、化石燃料を燃焼する設備からの排ガスが導入される。排ガスは、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）を含む。

吸着塔１は、少なくとも１つの吸着容器１０を含む。吸着容器１０の各々には、粉粒体が充填される。本実施形態における粉粒体は、例えば活性炭等の吸着材である。

吸着容器１０は、上下方向に延びている。吸着容器１０は、それぞれ、脱硝部１１と、脱硫部１２とを備える。脱硝部１１及び脱硫部１２の各々には、粉粒体が充填されている。脱硝部１１では、主にＮＯｘが排ガスから除去される。脱硫部１２では、主にＳＯｘが排ガスから除去される。脱硫部１２は、脱硝部１１の下方に配置されている。脱硫部１２は、脱硝部１１と連通している。以下、各吸着容器１０の脱硝部１１で構成される層を脱硝層１１０、各吸着容器１０の脱硫部１２で構成される層を脱硫層１２０という。

図１において二点鎖線の矢印で示すように、脱硫層１２０には、排ガスが導入される。排ガスは、脱硫層１２０及び脱硝層１１０を順に通過する。排ガスが脱硫層１２０を通過するとき、排ガス中のＳＯｘが各脱硫部１２内の粉粒体に接触して吸着される。排ガスが脱硝層１１０を通過するとき、排ガス中のＮＯｘが各脱硝部１１内の粉粒体に接触して分解される。ＳＯｘ及びＮＯｘが除去された排ガスは、吸着塔１から排出される。

吸着容器１０は、粉粒体を排出しつつ粉粒体の供給を受ける。排ガス処理システム１００の運転中、吸着容器１０は、その底部から連続的又は断続的に粉粒体を排出する。これに伴い、吸着容器１０内で粉粒体が下方に流動する。粉粒体は、脱硝部１１及び脱硫部１２を流下した後、ロールフィーダ（図示略）によって吸着容器１０の底部から切り出される。

複数のホッパ２は、吸着塔１の上方に配置されている。各ホッパ２は、２以上の吸着容器１０に対応して設けられる。各ホッパ２は、対応する吸着容器１０に対し、粉粒体を分配して供給する。

ホッパ２と複数の吸着容器１０との間には、複数の流量計３が設けられている。流量計３は、吸着容器１０ごとに設けられる。流量計３の各々は、排ガス処理システム１００の運転中、対応する吸着容器１０について、粉粒体の供給量に応じた検出情報を出力する。流量計３の構成については、後で詳細に説明する。

流量計４は、吸着容器１０ごとに設けられる。流量計４の各々は、排ガス処理システム１００の運転中、対応する吸着容器１０について、粉粒体の排出量に応じた検出情報を出力する。流量計４として、公知又は市販の流量計を採用することができる。流量計４は、例えば、インパクト式等といった接触式の流量計や、光遮断式等といった非接触式の流量計である。

搬送装置６１～６６は、吸着塔１と再生塔５との間で粉粒体を搬送する。搬送装置６１，６３，６５，６６は、例えばベルトコンベヤであり、粉粒体を水平方向に搬送する。搬送装置６２，６４は、例えばバケットエレベータ又はひれ付きベルトコンベヤであり、粉粒体を垂直方向に搬送する。

排ガス処理システム１００の運転中、再生塔５には、吸着塔１からの粉粒体が供給される。搬送装置６１は、各吸着容器１０の底部から排出された粉粒体を水平方向に搬送して搬送装置６２に供給する。搬送装置６２は、搬送装置６１から受け取った粉粒体を再生塔５の上方に搬送する。粉粒体は、搬送装置６２から再生塔５に供給される。

再生塔５は、吸着塔１でＳＯｘを吸着した粉粒体を受け入れる。粉粒体は、再生塔５内に供給されて下方に流動する。再生塔５は、その内部の粉粒体を加熱する。これにより、粉粒体からＳＯｘが脱離して粉粒体が再生される。再生された粉粒体は、再生塔５の底部から排出される。再生塔５は、排ガス処理システム１００の運転中、連続的又は断続的に粉粒体を排出する。

再生塔５で再生された粉粒体は、吸着塔１に送られ、再び吸着塔１に供給される。搬送装置６３は、再生塔５の底部から排出された粉粒体を水平方向に搬送して搬送装置６４に供給する。搬送装置６４は、搬送装置６３から受け取った粉粒体を吸着塔１の上方に搬送し、搬送装置６５に供給する。搬送装置６６は、搬送装置６５から粉粒体を受け取って各ホッパ２に供給する。

［流量計の構成］
次に、流量計３の詳細な構成について、さらに図２及び図３を参照しつつ説明する。図２は、流量計３の縦断面図である。図３は、流量計３の横断面図である。図２及び図３に示すように、流量計３は、配管３１と、ハウジング３２と、羽根車３３と、回転検出器３４と、を備える。本実施形態において、縦断面とは、配管３１の中心軸Ｘを含む鉛直な平面で切断した断面をいい、横断面とは、羽根車３３の回転軸Ｙを含み、中心軸Ｘに直交する平面で切断した断面をいう。

図２及び図３を参照して、配管３１は、ホッパ２と、吸着容器１０とを接続する配管である。吸着容器１０に粉粒体が供給されるとき、配管３１内の粉粒体が移動する。すなわち、吸着容器１０からの粉粒体の排出に伴って吸着容器１０内で粉粒体が降下し、容器上部に空間が生じたとき、配管３１内の粉粒体が吸着容器１０に向かって流下する。配管３１は、ホッパ２側（粉粒体の移動方向の上流側）から吸着容器１０側（粉粒体の移動方向の下流側）に向かって下降している。本実施形態において、配管３１は、鉛直方向に対して傾斜して延びている。配管３１上を粉粒体が滑り落ちることができるよう、水平方向に対して配管３１がなす角度は、粉粒体及び配管３１の静止摩擦係数で定まる摩擦角よりも大きい。ただし、配管３１は、鉛直方向に延びていてもよい。配管３１の材質は、例えば鋼であるが、特に限定されるものではない。

ハウジング３２は、配管３１から外側に隆起する。本実施形態では、ハウジング３２は、傾斜して延びる配管３１の周壁から上側に隆起している。ハウジング３２は、配管３１と一体形成されていてもよいし、配管３１と別体で形成された後、溶接等によって配管３１に固定されていてもよい。流量計３の縦断面視において、ハウジング３２は、接続点Ｐ１，Ｐ２で配管３１と接続されている。接続点Ｐ１は、配管３１とハウジング３２との上流側の接続点である。接続点Ｐ２は、配管３１とハウジング３２との下流側の接続点である。ハウジング３２の内部は、配管３１の内部と連続している。

ハウジング３２は、互いに対向する一対の側壁３２１と、上壁３２２と、を有する。各側壁３２１は、配管３１の外周面から、回転軸Ｙと概ね直交する方向に延びている。上壁３２２は、側壁３２１の端縁同士を接続し、側壁３２１間の空間を封鎖する。したがって、各側壁３２１は、その端縁が上壁３２２に沿うように形成されている。

上壁３２２は、円弧部３２２ａと、直線部３２２ｂと、を有する。円弧部３２２ａは、粉粒体の移動方向で、直線部３２２ｂの上流側に位置している。直線部３２２ｂは、回転軸Ｙを通る仮想水平面Ｓの近傍において、円弧部３２２ａに接続されている。直線部３２２ｂは、円弧部３２２ａから配管３１に向かって延びている。水平方向に対して直線部３２２ｂがなす角度は、直線部３２２ｂ上を粉粒体が滑り落ちることができるよう、粉粒体及びハウジング３２の静止摩擦係数で定まる摩擦角よりも大きい。好ましくは、水平方向に対して直線部３２２ｂがなす角度は、実質９０°である。ハウジング３２の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、ステンレス等の鋼とすることができる。

羽根車３３は、配管３１内及びハウジング３２内に跨って配置される。すなわち、羽根車３３は、その一部が配管３１内に配置され、残りの部分がハウジング３２内に配置される。羽根車３３は、回転軸Ｙ周りに回転する。回転軸Ｙは、配管３１の外側で、水平方向に延びている。流量計３の縦断面視で、羽根車３３は、回転軸Ｙを中心とする円形の回転軌跡Ｔを描くように回転する。

ハウジング３２は、仮想水平面Ｓ以下の領域で、羽根車３３の外周縁との間に隙間Ｇ１を有する。言い換えると、仮想水平面Ｓ以下の領域において、羽根車３３が描く回転軌跡Ｔとハウジング３２との間には、隙間Ｇ１が存在する。隙間Ｇ１は、粉粒体の平均粒子径の３倍以上の大きさを有し、より好ましくは、粉粒体の最大粒子径の３倍以上の大きさを有する。隙間Ｇ１の大きさとは、ハウジング３２の上壁３２２から羽根車３３の外周縁（先端）までの、羽根車３３の径方向における距離をいう。

本実施形態において、ハウジング３２の上壁３２２のうち円弧部３２２ａは、羽根車３３に沿うように配置されている。一方、ハウジング３２の上壁３２２のうち直線部３２２ｂは、仮想水平面Ｓの近傍から配管３１に向かうにつれて羽根車３３から離れていく。このため、隙間Ｇ１は、仮想水平面Ｓから配管３１に向かって徐々に大きくなっている。

仮想水平面Ｓよりも上方の領域においても、ハウジング３２と羽根車３３の外周縁との間に、隙間が形成されていることが好ましい。すなわち、仮想水平面Ｓの上方においても、羽根車３３の径方向において、ハウジング３２の上壁３２２から羽根車３３の外周縁（先端）までの距離が粉粒体の平均粒子径の３倍以上であることが好ましく、最大粒子径の３倍以上であることがより好ましい。

羽根車３３は、回転シャフト３３１と、複数の羽根３３２と、を含む。

回転シャフト３３１は、回転軸Ｙを中心軸とするシャフトである。回転シャフト３３１は、ハウジング３２の一対の側壁３２１を貫通する。回転シャフト３３１は、一対の側壁３２１の両側で、支持部材３５によって支持される。各支持部材３５は、ベアリング３６を介し、回転シャフト３３１を回転軸Ｙ周りに回転自在に支持している。ベアリング３６は、典型的には玉軸受等の転がり軸受であるが、これに限定されるものではなく、空気軸受等の流体軸受であってもよい。

複数の羽根３３２は、回転シャフト３３１から放射状に延びている。羽根３３２の各々は、第１部分３３２ａと、第２部分３３２ｂと、を有する。第１部分３３２ａは、回転軸Ｙ側から、羽根車３３の径方向で外側に向かって延びる。第１部分３３２ａの一端（基端）は、回転シャフト３３１の外周面に固定されている。第１部分３３２ａの他端（先端）には、第２部分３３２ｂが固定されている。本実施形態では、隣り合う第１部分３３２ａの基端部同士が接続され、複数の羽根３３２が一体的に形成されている。

本実施形態では、各羽根３３２に１本の第１部分３３２ａが設けられているが、各羽根３３２に複数本の第１部分３３２ａを設けることもできる。すなわち、各第２部分３３２ｂは、１本の第１部分３３２ａを介して回転シャフト３３１と接続されてもよいし、複数本の第１部分３３２ａを介して回転シャフト３３１と接続されてもよい。

第２部分３３２ｂの幅Ｗｂは、第１部分３３２ａの幅Ｗａよりも大きい。幅Ｗａ，Ｗｂは、それぞれ、回転軸Ｙが延びる方向（回転軸方向）における第１部分３３２ａ及び第２部分３３２ｂの最大長さである。ハウジング３２と第２部分３３２ｂとの間には、隙間Ｇ２が設けられることが好ましい。隙間Ｇ２の大きさは、好ましくは粉粒体の平均粒子径の３倍以上であり、より好ましくは粉粒体の最大粒子径の３倍以上である。ハウジング３２と第１部分３３２ａとの間の隙間Ｇ３は、隙間Ｇ２よりも大きい。隙間Ｇ２，Ｇ３の大きさとは、それぞれ、ハウジング３２の側壁３２１から第２部分３３２ｂ及び第１部分３３２ａまでの、回転軸方向の距離をいう。

回転検出器３４は、ハウジング３２の一方の側壁３２１に取り付けられる。回転検出器３４は、例えば、公知又は市販の近接スイッチである。回転検出器３４が近接スイッチである場合、例えば、側壁３２１に形成された樹脂製又はガラス製等の窓の外側に回転検出器３４が取り付けられ、鉄片等の金属片３７が各羽根３３２に取り付けられる。羽根車３３が回転しているとき、回転検出器３４は、各羽根３３２の金属片３７が対向するごとに、パルス信号を出力する。

回転検出器３４は、公知又は市販のロータリエンコーダであってもよく、例えば、アブソリュート式又はインクリメンタル式エンコーダである。この場合、回転検出器３４は、回転シャフト３３１に取り付けられる。回転検出器３４がアブソリュート式エンコーダである場合、回転検出器３４は、例えば、羽根車３３（回転シャフト３３１）の絶対角度に応じた信号を出力する。回転検出器３４がインクリメンタル式エンコーダである場合、回転検出器３４は、例えば、羽根車３３（回転シャフト３３１）が所定角度回転するごとにパルス信号を出力する。

回転検出器３４からの信号は制御装置（図示略）に入力される。制御装置は、回転検出器３４からの信号に基づき、羽根車３３の回転数を算出する。制御装置は、所定期間におけるパルス数をカウントすることで、あるいは、所定期間における角度の変化量を求めることで、羽根車３３の回転数を算出する。制御装置は、羽根車３３の回転数と粉粒体の流量との関係を示す検量線を使用して、算出した羽根車３３の回転数に対応する粉粒体の流量を求める。検量線は、予め行った実験の結果に基づき、流量計３の設置前に作成されている。

［流量計の使用状態及び動作］
次に、流量計３の使用状態及び動作について説明する。

図１に示す排ガス処理システム１００において、配管３１は、その内部に粉粒体が充填された状態になっている。図２を参照して、配管３１及びハウジング３２の内部同士が連続していることから、ハウジング３２内にも粉粒体が存在する。流量計３の縦断面視において、粉粒体は、配管３１とハウジング３２との上流側の接続点Ｐ１を起点とし、自身の安息角θでハウジング３２内に堆積する。安息角θは、粉粒体の性状に応じて定まる角度であり、堆積した粉粒体の表面（斜面）が水平方向に対してなす角度である。

接続点Ｐ１を起点としてハウジング３２内で堆積する粉粒体の表面に沿う直線を、安息ラインＲＬ１とする。すなわち、安息ラインＲＬ１は、配管３１とハウジング３２との上流側の接続点Ｐ１から、測定対象である粉粒体の安息角θで下方に延びる直線である。ハウジング３２内では、安息ラインＲＬ１以下の領域に粉粒体が堆積する一方、安息ラインＲＬ１よりも上方の領域には、実質的に粉粒体が堆積しない。すなわち、ハウジング３２内において、安息ラインＲＬ１の上方には空間が生じている。

吸着容器１０からの粉粒体の排出に伴って吸着容器１０内で粉粒体が降下し、容器上部に空間が生じたとき、この空間に向かって配管３１内の粉粒体が流下する。配管３１内で粉粒体が流下すると、配管３１内に位置する羽根３３２が粉粒体に押され、羽根車３３が回転軸Ｙ周りに回転する。

羽根車３３は、安息ラインＲＬ１の上方を通る回転軌跡Ｔを描く。より具体的には、羽根車３３の各羽根３３２は、安息ラインＲＬ１の下方を通過するときには、配管３１又はハウジング３２内の粉粒体に埋没し、粉粒体から回転方向の荷重を受ける。一方、各羽根３３２は、安息ラインＲＬ１の上方を通過するときには、粉粒体から抜け出し、実質的に、回転方向と逆向きの荷重を粉粒体から受けることがない。よって、羽根車３３が円滑に回転する。

羽根車３３の回転は、上述したように、回転検出器３４によって検出される。羽根車３３の回転数に基づき、配管３１内における粉粒体の流量が算出される。算出された粉粒体の流量が、吸着容器１０に対する吸着材の供給量である。

［効果］
本実施形態に係る流量計３において、羽根車３３は、安息ラインＲＬ１の上方を通過する回転軌跡Ｔで回転する。ハウジング３２内において、この安息ラインＲＬ１の上方では粉粒体が堆積しておらず、実質的に粉粒体の摩擦抵抗がない。よって、羽根車３３は、ハウジング３２内の粉粒体によってその回転が妨げられることがなく、円滑に回転することができる。その結果、粉粒体の流量を測定することが可能となる。

本実施形態に置いて、羽根車３３の回転軸Ｙを通る仮想水平面Ｓ以下の領域において、ハウジング３２と羽根車３３の外周縁（羽根３３２の先端）との間には、隙間Ｇ１が形成されている。この隙間Ｇ１は、粉粒体の平均粒子径の３倍以上の大きさを有する。よって、粉粒体は、各羽根３３２にすくい上げられてハウジング３２内に一旦侵入したとしても、隙間Ｇ１を通って配管３１に戻される。このため、ハウジング３２内に粉粒体が滞留及び充満せず、ハウジング３２内の空間を維持することができる。その結果、羽根車３３を円滑に回転させることができ、粉粒体の流量を測定することができる。

一般に、粉粒体の粒径の３倍以上の大きさの隙間であれば、粉粒体が円滑に通過することができると考えられている。そこで、本実施形態では、隙間Ｇ１の大きさを粉粒体の平均粒子径の３倍以上と規定している。平均粒子径の３倍以上という大きさは、粉粒体を概ね円滑に通過させるための設計上の目安であるから、本実施形態においては、平均粒子径の算出に使用する代表径や粒子分布の種類（基準：個数、長さ、面積、体積等）を特に問わないものとする。隙間Ｇ１の大きさを決定するために使用する平均又は最大粒子径は、例えば、粉粒体のカタログ又は仕様書等に記載されている平均又は最大粒子径であってもよいし、レーザー回折・散乱法や画像解析法による市販の測定装置で測定されたものであってもよい。典型的には、平均粒子径として、重量平均径Ｄ_５０を使用することができる。重量平均径Ｄ_５０は、粒子径の重量頻度分布（正規分布）において、重量の中央値の粒子径である。

本実施形態では、羽根車３３の各羽根３３２に、幅狭の第１部分３３２ａが設けられている。このため、粉粒体は、各羽根３３２にすくい上げられてハウジング３２内に侵入したとしても、幅狭の第１部分３３２ａから容易に落下し、この第１部分３３２ａとハウジング３２との間に形成された比較的大きな隙間Ｇ２を通って配管３１に戻ることができる。各羽根３３２に複数本の第１部分３３２ａが設けられている場合、粉粒体は、第１部分３３２ａの間からも落下する。よって、ハウジング３２内における粉粒体の滞留及び充満をより確実に抑制することができる。

本実施形態では、各羽根３３２において、第１部分３３２ａの先端に第２部分３３２ｂが接続されている。この第２部分３３２ｂは、第１部分３３２ａと比較して幅広であり、配管３１内の粉粒体が衝突しやすい。また、第２部分３３２ｂは、羽根３３２（第１部分３３２ａ）の先端に設けられることにより、回転軸Ｙに大きなトルクを発生させることができる。よって、羽根車３３の回転を促進することができる。

回転シャフト３３１の中心軸（回転軸Ｙ）は、安息ラインＲＬ１以上の位置に配置することが好ましい。この場合、ハウジング３２内に堆積する粉粒体に回転軸Ｙが深く埋没しない。よって、羽根車３３の各羽根３３２が、配管３１側からハウジング３２に向かって回転軸Ｙ周りに回転する際、粉粒体をすくい上げる量を低減させることができる。ただし、回転軸Ｙから配管３１までの距離が不必要に大きくなり、その結果として羽根車３３が大型化しないように、回転軸Ｙは、安息ラインＲＬ１の近傍に配置されることが好ましい。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係る流量計３Ａの縦断面図である。流量計３Ａは、羽根車３３Ａの各羽根３３２Ａの形状において、第１実施形態に係る流量計３と異なる。

図４を参照して、各羽根３３２Ａは、第１部分３３２Ａａと、第２部分３３２Ａｂと、を有する。第１部分３３２Ａａは、回転シャフト３３１から、羽根車３３Ａの径方向で外側に向かって延びる。第２部分３３２Ａｂは、板状に形成され、回転軸方向で全体にわたって、第１部分３３２Ａａに対し、羽根車３３Ａの回転方向で後ろ側に屈曲している。第１実施形態と同様、第２部分３３２Ａｂの幅は、第１部分３３２Ａａの幅よりも大きい。

第２部分３３２Ａｂが羽根車３３Ａの回転方向で後ろ側に屈曲している場合、この第２部分３３２Ａｂは、配管３１内において、第１部分３３２Ａａに対し、粉粒体の移動方向で上流側に屈曲した状態となる。このため、配管３１内の粉粒体が第２部分３３２Ａｂに捕捉されやすく、粉粒体によって羽根３３２Ａを確実に押すことができる。その結果、羽根車３３Ａの回転を促進することができる。

羽根車３３Ａが回転して第１部分３３２Ａａが水平状態に近づくと、第２部分３３２Ａｂは、この第１部分３３２Ａａに対して下側に屈曲した状態になる。このため、第２部分３３２Ａｂに捕捉されていた粉粒体は、第２部分３３２Ａｂから確実に落下して配管３１に戻される。よって、ハウジング３２内における粉粒体の滞留及び充満を抑制することができる。

＜第３実施形態＞
図５は、第３実施形態に係る流量計３Ｂの縦断面図である。流量計３Ｂは、羽根車３３Ｂの各羽根３３２Ｂの形状において、第１及び第２実施形態に係る流量計３，３Ａと異なる。

図５を参照して、各羽根３３２Ｂは、第１部分３３２Ｂａと、第２部分３３２Ｂｂと、を有する。第１部分３３２Ｂａは、回転シャフト３３１から、羽根車３３Ｂの径方向で外側に向かって延びる。第２部分３３２Ｂｂは、凹部３３２Ｂｃを有する。凹部３３２Ｂｃは、第２部分３３２Ｂｂのうち、羽根車３３Ｂの回転方向で後ろ側の面に形成されている。凹部３３２Ｂｃにより、第２部分３３２Ｂｂは、全体として椀状、皿状、又はカップ状等をなす。第１及び第２実施形態と同様、第２部分３３２Ｂｂの幅は、第１部分３３２Ｂａの幅よりも大きい。

第２部分３３２Ｂｂが凹部３３２Ｂｃを有する場合、配管３１内では、粉粒体を受ける側に凹部３３２Ｂｃが配置される。この凹部３３２Ｂｃによって配管３１内の粉粒体を捕捉することができ、粉粒体によって羽根３３２Ｂを確実に押すことができる。その結果、羽根車３３Ｂの回転を促進することができる。

羽根車３３Ｂが回転して羽根３３２Ｂが水平状態に近づくと、第２部分３３２Ｂｂの凹部３３２Ｂｃは下向きになる。これにより、凹部３３２Ｂｃに捕捉されていた粉粒体は、凹部３３２Ｂｃから確実に落下して配管３１に戻される。よって、ハウジング３２内における粉粒体の滞留及び充満を抑制することができる。

＜第４実施形態＞
図６は、第４実施形態に係る流量計３Ｃの縦断面図である。図７は、流量計３Ｃの横断面図である。流量計３Ｃは、羽根車３３Ｃの回転シャフト３３１Ｃの構成において、第１実施形態に係る流量計３と異なる。

回転シャフト３３１Ｃは、軸部材３３１Ｃａと、円筒部材３３１Ｃｂと、を有する。軸部材３３１Ｃａは、回転軸Ｙを中心軸とし、ハウジング３２を水平方向に貫通する。円筒部材３３１Ｃｂは、ハウジング３２内に収容され、軸部材３３１Ｃａの外周に装着される。これにより、ハウジング３２内において回転シャフト３３１Ｃの径が拡大される。円筒部材３３１Ｃｂの形状は、有蓋有底の円筒形状であってもよいし、無蓋無底の円筒形状であってもよい。

本実施形態では、ハウジング３２内で回転シャフト３３１Ｃが拡径されているため、流量計３Ｃの縦断面視で、回転シャフト３３１Ｃは、配管３１の仮想輪郭線ＯＬに接点Ｐ３で接する。仮想輪郭線ＯＬは、流量計３Ｃの縦断面視で、配管３１とハウジング３２との両接続点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線である。また、回転シャフト３３１Ｃは、流量計３Ｃの縦断面視で、その一部が安息ラインＲＬ１の上方に位置している。このような構成とすることで、安息ラインＲＬ１に沿って堆積する粉粒体が回転シャフト３３１Ｃで遮断され、ハウジング３２内では、粉粒体が接点Ｐ３を起点に安息角θで堆積する。

接点Ｐ３を起点としてハウジング３２内で堆積する粉粒体の表面（斜面）に沿う直線を、安息ラインＲＬ２とする。安息ラインＲＬ２は、回転シャフト３３１Ｃと仮想輪郭線ＯＬとの接点Ｐ３から、測定対象である粉粒体の安息角θで下方に延びる直線である。安息ラインＲＬ２は、安息ラインＲＬ１よりも下方に配置される。粉粒体の移動方向で接点Ｐ３よりも下流側では、安息ラインＲＬ２の上方に粉粒体が堆積しない。すなわち、ハウジング３２内において、粉粒体の移動方向で接点Ｐ３よりも下流側では、安息ラインＲＬ２の上方に空間が生じている。よって、ハウジング３２内において、粉粒体が実質的に堆積しない空間を大きく確保することができ、羽根車３３をより円滑に回転させることができる。

本実施形態では、円筒部材３３１Ｃｂにより、ハウジング３２内における回転シャフト３３１Ｃの径を拡大しているが、回転シャフト３３１Ｃは、円筒部材３３１Ｃｂを有していなくてもよい。例えば、軸部材３３１Ｃａのうちハウジング３２内に配置される部分の径が他の部分の径よりも大きくなるよう、軸部材３３１Ｃａを部分的に拡径することもできる。

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ：流量計
３１：配管
３２：ハウジング
３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ：羽根車
３３１，３３１Ｃ：回転シャフト
３３２，３３２Ａ，３３２Ｂ：羽根
３３２ａ，３３２Ａａ，３３２Ｂａ：第１部分
３３２ｂ，３３２Ａｂ，３３２Ｂｂ：第２部分
３３２Ｂｃ：凹部
３４：回転検出器

Claims (4)

1. 粉粒体の流量を測定するための流量計であって、
   内部を前記粉粒体が移動し、前記粉粒体の移動方向の下流側に向かって下降する配管と、
   前記配管から外側に隆起し、前記配管と内部同士が連続するハウジングと、
   前記配管内及び前記ハウジング内に跨って配置され、前記配管内を移動する前記粉粒体により、水平方向に延びる回転軸周りに回転する羽根車と、
   前記羽根車の回転を検出する回転検出器と、
   を備え、
   前記羽根車は、前記流量計の縦断面視で、前記移動方向の上流側及び下流側に存在する前記配管と前記ハウジングとの両接続点のうち上流側の接続点から前記粉粒体の安息角で下方に延びる安息ラインの上方を通過する回転軌跡を描き、
   前記ハウジングは、前記回転軸を通る仮想水平面以下の領域において、前記羽根車の外周縁との間に前記粉粒体の平均粒子径の３倍以上の大きさの隙間を有し、
   前記羽根車は、
   前記回転軸を中心軸とする回転シャフト、
   を含み、
   前記回転シャフトは、前記流量計の縦断面視で、前記両接続点を結ぶ直線である前記配管の仮想輪郭線に接するとともに、その一部が前記安息ラインよりも上方に位置するように配置される、流量計。
2. 請求項１に記載の流量計であって、
   前記羽根車は、複数の羽根を含み、
   前記複数の羽根のそれぞれは、前記回転軸側から前記羽根車の径方向で外側に向かって延びる第１部分と、前記第１部分の先端に接続され前記第１部分の幅よりも大きい幅を有する第２部分と、を有する、流量計。
3. 請求項２に記載の流量計であって、
   前記第２部分は、前記第１部分に対し、前記羽根車の羽根の回転方向で後ろ側に屈曲する、流量計。
4. 請求項２に記載の流量計であって、
   前記第２部分は、前記羽根車の回転方向で後ろ側の面に凹部を有する、流量計。
   

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