JP7315213B2 - 物体検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、容器内または搬送路上の物体を検出する物体検出装置に関する。

焼却炉や溶融炉、高炉、コークス炉等では、炉内に廃棄物や石炭（装入物）を装入し、熱処理することが行われている。その際、装入物を効率よく熱処理するために、装入物の堆積高を検出することが行われているが、炉内は高温で、粉塵が浮遊していたり、各種ガスが充満しており、装入物の堆積高を測定するために、測定部からマイクロ波やミリ波を炉内に送信し、装入物の表面で反射された反射波を受信して測定部から装入物までの距離を測定する検出装置も知られている。

例えば、特許文献１に記載された廃棄物溶融炉では、図１０に示すように、溶融炉１の天井面の開口にマイクロ波送受信装置３を備える検出装置２を装着している。そして、検出装置２のマイクロ波送受信装置３から炉内に向けてマイクロ波の送信波５を送信し、廃棄物の表面で反射された反射波６をマイクロ波送受信装置３で受信することにより、マイクロ波送受信装置３から廃棄物の表面までの距離を測定し、廃棄物の堆積高を検知している。また、溶融炉１の開口に多孔質セラミック板４を設置し、溶融炉１と遮断して炉内の粉塵や各種ガスの検出装置２への侵入を防止している。

特開２０００－３０４２３３号公報

特許文献１では溶融炉１の開口を多孔質セラミック板４で塞いでいるが、経時的に炉側の面に粉塵が付着してマイクロ波が減衰して正確な測定ができなくなる。そのため、多孔質セラミック板４の定期的な清掃が必要になり、清掃のために溶融炉１の操業を停止しなければならず、メンテナンス上の問題がある。

そこで本発明は、多孔質セラミック板のような粉塵侵入防止用部材のメンテナンスが不要で、容器内の物体を正確に安定して測定できる物体検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、下記の物体検出装置を提供する。
（１）容器または搬送路にて検出波の送受信を行い、前記容器の内部または前記搬送路の搬送面上に存在する物体を検出する物体検出装置において、
前記容器または前記搬送路の測定個所の壁面に形成された開口に設置される環状の本体部と、前記本体部の内部に全周にわたり形成される環状の空洞と、前記本体部の中央部に向かって漸次降下する傾斜面と、前記傾斜面の適所から前記空洞に通じる環状のスリットと、前記本体部の外周面から前記空洞に通じる貫通孔とを有し、前記貫通孔から前記スリットを通じて圧縮ガスを供給する粉塵侵入防止装置と、
前記粉塵侵入防止装置の前記本体部に取り付けられ、外気を取り入れるための貫通孔が形成された外気取入部材と、
前記外気取入部材に取り付けられるガイドパイプと、
前記ガイドパイプを介して設置される前記検出波の送受信装置と、
を備えることを特徴とする物体検出装置。
（２）前記物体検出装置が、前記容器の内部に装入された前記物体の堆積高さを測定するための装置であって、
前記粉塵侵入防止装置を前記開口に装着して前記検出波を前記容器の内部に送信し、前記容器の内部に存在する前記物体の表面で反射された前記検出波を受信して、前記送受信装置から前記物体までの距離を検出することを特徴とする上記（１）記載の物体検出装置。
（３）前記物体検出装置が、前記容器の内部に装入された前記物体の堆積高さを測定するための装置であって、
前記送受信装置を、送信装置と受信装置とで構成するともに、
前記送信装置と前記受信装置とを前記容器の側壁に対向配置して前記検出波の送受信を行い、前記受信装置による受信信号が途絶えたときに、前記検出波が送受信されている位置よりも高く前記物体が堆積していることを検知することを特徴とする上記（１）記載の物体検出装置。
（４）前記物体検出装置が、前記搬送路の搬送面上に存在する前記物体を検知するための装置であって、
前記搬送路の測定個所に設けられた橋状部材の開口に装着して前記検出波を前記搬送路に向けて送信し、前記測定個所に搬送されてきた前記物体の表面で反射された前記検出波を受信して、前記測定個所に前記物体が存在することを検知することを特徴とする上記（１）記載の物体検出装置。
（５）前記物体検出装置が、前記搬送路の搬送面上に存在する前記物体を検知するための装置であって、
前記送受信装置を、送信装置と受信装置とで構成するともに、
前記送信装置と前記受信装置とを前記搬送路を挟んで対向配置して前記検出波の送受信を行い、前記受信装置による受信信号が途絶えたときに、前記測定個所に前記物体が存在することを検知することを特徴とする上記（１）記載の物体検出装置。
（６）前記容器がコークス炉であることを特徴とする上記（１）～（３）の何れか１項に記載の物体検出装置。
（７）前記コークス炉の天井面を移動する装炭車の石炭投入シュートに装着され、前記石炭投入シュートの内部を通じて炉内との間で前記検出波の送受信を行うことを特徴とする上記（６）記載の物体検出装置。
（８）鋼板製造工程において、前記搬送路を移動する鋼片を検知することを特徴とする上記（１）、（３）または（４）記載の物体検出装置。
（９）前記検出波が、マイクロ波またはミリ波であることを特徴とする上記（１）～（８）の何れか１項に記載の物体検出装置。

本発明の物体検出装置を示す断面図である。 図１に示す物体検出装置の粉塵侵入防止装置を、その直径に沿って示す断面図である。 物体検出装置の粉塵侵入防止装置の上面図である。 物体検出装置を容器に装着した一態様（第１実施形態）を示す図である。 物体検出装置を容器に装着した他の態様（第２実施形態）を示す図である。 物体検出装置を搬送路に装着した一態様（第３実施形態）を示す図である。 物体検出装置を搬送路に装着した他の態様（第４実施形態）を示す図である。 物体検出装置を送炭車に装着した一態様（第５実施形態）を示す図である。 物体検出装置を高炉に装着した一態様（第６実施形態）を示す図である。 特許文献１に記載された廃棄物溶融炉を示す断面図である。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に悦明する。

（物体検出装置）
図１は、本発明の物体検出装置１００の全体構成を示す断面図である。物体検出装置１００は、容器２００の天井面に形成された開口２０１に装着される。開口２０１には粉塵侵入防止装置３００が装着され、粉塵侵入防止装置３００には外気取入部材４００を介してガイドパイプ５００が装着されている。

外気取入部材４００は筒状部材であり、その周壁には全面にわたり、複数の貫通孔４０１が形成されている。貫通孔４０１を通じて、外気が外気取入部材４００に流入する。

外気は、空気の他、不活性ガスでもよい。不活性ガスの場合は、外気取入部材４００を包囲する容器（不図示）を設置し、そこに不活性ガスを供給する。また、同じく図示は省略するが、外気取入部材４００と粉塵侵入防止装置３００とを包囲し、容器２００の開口２０１まで延びる容器を付設してもよく、それにより、容器２００の内部からの火炎や有毒ガスが外気取入部材４００の貫通孔４０１を通じて外部に噴出することを防止できる。その際、容器２００の内部の空気を外気取入部材４００の貫通孔４０１から取り入れてもよい。

ガイドパイプ５００は筒状部材であり、その内部に検出波の送受信装置６００に接続するアンテナ６０１が収容されている。検出波としては、マイクロ波やミリ波が好適である、また、アンテナ６０１は、例えばホーンアンテナとし、その開口面には検出波の指向性を高めるために誘電体レンズ６０２が付設されている。

送受信装置６００は、制御装置（図示せず）、演算装置（図示せず）及び外部電源に接続しており、マイクロ波やミリ波の送受信を制御する。

粉塵侵入防止装置３００は、図２に示すように、容器２００の開口２０１の周縁に載置される環状の本体部３０１を有する。この本体部３０１の内部には、本体部３０１の全周にわたり環状の空洞３０２が形成されている。また、本体部３０１には、その中央部に向かって漸次降下する傾斜面３０３が形成されている。傾斜面３０３は平坦面（断面が直線）でもよく、湾曲面（断面が曲線）でもよい。この傾斜面３０３の適所には、本体部３０１の空洞３０２に通じる環状のスリット３０４が形成されている。

このように構成される粉塵侵入防止装置３００には、本体部３０１の外周面に設けた圧縮ガス供給口３１０を通じて空洞３０２に圧縮ガスが供給され、供給された圧縮ガスがスリット３０４から噴出され、本体部３０１の中央部に向かって流下する。また、図３は粉塵侵入防止装置３００の上面図であるが、圧縮ガスはスリット３０４から本体部３０１の中央部に向かって放射状に流れる。尚、図中の矢印は、圧縮ガスの流れを示している。

圧縮ガスとしては、圧縮空気や圧縮不活性ガスを用いることができる。

図１に矢印で示すように、圧縮ガスは傾斜面３０３に沿うように本体部３０１の中央部に向かって流れ、このような圧縮ガスの流れに伴って本体部３０１の中央部に低圧領域が形成される。そして、外気取入部材４００の貫通孔４０１を通じて流入した外気も粉塵侵入防止装置３００の本体部３０１の中央部、更には容器２００の開口２０１に向かって流れ、容器２００の内部へと流入する。そのため、容器２００の内部に浮遊している粉塵や蒸気が、開口２０１を通じて物体検出装置１００に侵入することが防止される。更に、物体検出装置１００を高温から保護することもできる。

物体検出装置１００に侵入する粉塵や蒸気を防ぐために、ガイドパイプ５００にパージガスを供給することも考えられるが、多量のパージガスが必要になる。これに対して上記の粉塵侵入防止装置３００によれば、圧縮ガスは本体部３０１の小容積の空洞３０２に供給されるため、極めて少量で済む。

（第１実施形態）
上記の物体検出装置１００は、例えば図４に示すように、容器２００の天井面２０２の上面に設置される。天井面２０２の中央部には開口２０１が形成しており、開口２０１の直上に物体検出装置１００が設置される。

そして、送受信装置６００からアンテナ６０１を介してマイクロ波やミリ波が送信され、ガイドパイプ５００を伝搬して粉塵侵入防止装置３００を通って、開口２０１を通じて容器２００の内部に送信される（送信波Ｔ）。送信波Ｔは、容器２００に装入され、堆積している物体１０の表面で反射され（反射波Ｒ）、送信波Ｔと同じ伝搬経路を逆に巡って送受信装置６００で受信される。送信波Ｔと反射波Ｒは、例えばＦＭ－ＣＷ方式で処理され、送信波Ｔと反射波Ｒとの周波数差（ビート周波数）からアンテナ６０１と物体１０の表面との間の距離が測定され、物体１０の堆積高を求めることができる。

（第２実施形態）
容器２００の内部の物体１０の堆積高を求めるには、図５に示すように、容器２００の側壁２０３Ａに開口２１０Ａを形成し、側壁２０３Ａと対向する側壁２０３Ｂに開口２１０Ａと対向する個所に開口２１０Ｂを形成するとともに、一方の開口（ここでは２１０Ａ）にマイクロ波やミリ波の送信装置６１０を設置し、他方の開口（ここでは２１０Ｂ）に受信装置６２０を設置する。そして、送信装置６１０からマイクロ波やミリ波を容器２００の内部に送信し、受信装置６２０で受信する。送信経路を、図中に符号Ｌで示す。

容器２００には物体１０が装入され、その堆積高が送信経路Ｌよりも高い場合は、送信装置６１０から送信されたマイクロ波やミリ波が遮断され、受信装置６２０で受信されなくなる。従って、受信装置６２０の受信信号が途絶えていれば、送信経路Ｌよりも高く物体１０が堆積しており、十分な量の物体１０が容器２００に装入されていると判断することができる。

上記した第１実施形態及び第２実施形態において、粉塵侵入防止装置３００により、容器２００の開口２０１、２１０Ａ、２１０Ｂを通じて粉塵が侵入するのを防止することができる。

また、物体検出装置１００は、溶融炉や焼却炉、高炉、コークス炉等の物体１０である廃棄物や石炭を高温で熱処理する用途に好適である。即ち、容器２００として、これらの炉になる。廃棄物や石炭は高温で熱処理されるため、炉内での粉塵の浮遊量が多く、物体検出装置１００への粉塵が侵入するのを防止する効果がより顕著に顕れる。

（第３実施形態）
第１実施形態及び第２実施形態は、共に容器２００の内部における物体１０の堆積高を検出しているが、搬送路を移動する物体を検出することもできる。

鋼板の製造工程では、高温の鋼片をローラで搬送して圧延等の各種後工程に送られるが、例えば鋼片を冷却またはディスケーリングのために水を掛けると水蒸気、更には水蒸気に混じった粉塵が多量に発生する。そこで、本発明の物体検出装置１００を搬送路に設置する。

図６に示すように、紙面に対して垂直な方向に沿って多数のローラ３０が配設されており、ローラ３０で構成されている搬送路を鋼片２０（物体１０に相当）が移動している。また、ローラ３０の両側には、鋼片２０が落ちないようにガイド板４０が付設している。そして、測定個所には搬送路を跨ぐように橋状部材３５が設けてられており、橋状部材３５のローラ３０の幅の中央直上には開口３６が形成されており、開口３６に物体検出装置１００が設置される。

物体検出装置１００からはマイクロ波やミリ波がローラ３０に向けて常時送信されており（送信波Ｔ）、鋼片２０が物体検出装置１００の直下に到達した時に、マイクロ波やミリ波が鋼片２０で反射されて物体検出装置１００に至り、反射波Ｒが受信される。

（第４実施形態）
また、図７に示すように、ローラ３０の両側のガイド板４０のそれぞれに開口２２０Ａ、２２０Ｂを対向して形成し、一方の開口（ここでは２２０Ａ）にマイクロ波やミリ波の送信装置６１０を設置し、他方の開口（ここでは２２０Ｂ）に受信装置６２０を設置する。そして、送信装置６１０からマイクロ波やミリ波を搬送路に向けて常時送信しておき（送信波Ｔ）、マイクロ波やミリ波の送信位置に鋼片２０が到達した時に、マイクロ波やミリ波が鋼片２０で遮断されて受信装置６２０からの受信信号が途絶える。

このように、第３実施形態及び第４実施形態では、搬送路に存在する物体の有無を検知することができ、その際に粉塵侵入防止装置３００により粉塵の侵入を防いで正確に、安定して検知することができる。

（第５実施形態）
物体検出装置１００は、コークス炉の装炭車にも適用することができる。図８に示すように、装炭車５０は、受炭ホッパー６０の石炭Ｃを、給炭装置６１により石炭投入シュート６２に送るための装置であり、コークス炉７０の上面に固定されたレール７１に沿って、例えば図示されるように紙面に対して垂直方向に移動する。そして、装炭車５０は、石炭投入シュート６２が、コークス炉７０の装炭口７２の直上に至ったときに停車し、石炭Ｃを炉内に投下する。石炭投入シュート６２の下方端部にはスリーブ６５が外装されており、石炭Ｃがこのスリーブ６５を通じて装炭口７２に確実に投下されるようになっている。

そして、装炭車５０から投下されたコークス炉７０の石炭Ｃ′の堆積高を物体検出装置１００で測定する。物体検出装置１００は、石炭投入シュート６２の天井面６３の開口６４に装着される。従って、装炭車５０及びコークス炉７０が「容器２００」に相当する。

また、ガイドパイプ５００は、Ｌ字管で構成されている。アンテナ６０１は、ガイドパイプ５００の直管部５０１に収容され、直管部５０１の下端の９０°屈曲部には第１の反射板５５０になっている。第１の反射板５５０には水平部５０２が連続しており、水平部５０２の端部の９０°屈曲部には第２の反射板５５１が形成されている。第２の反射板５５１には石炭投入シュート６２の天井面６３に向かう垂下部５０３が連続している。

尚、図示は省略するが、ガイドパイプ５００は直管にすることもできるが、このようなＬ字管にすることにより、粉塵が侵入したとしても、パイプ長が長くなることによりアンテナ６０１に到達し難くなるとともに、電子部品である送受信装置６００へのコークス炉７０からの高熱の影響が少なくなる。

ガイドパイプ５００の垂下部５０３には、外気取入部材４００及び粉塵侵入防止装置３００が連続しており、粉塵侵入防止装置３００が石炭投入シュート６２の天井面６３に装着される。

そして、測定時には、図中に矢印で示すように、送受信装置６００からのマイクロ波やミリ波は、アンテナ６０１から送信されてガイドパイプ５００の直管部５０１を伝搬して第１の反射板５５０で反射された後、水平部５０２を伝播して第２の反射板５５１で再度反射され、その後、垂下部５０３を伝搬し、外気取入部材４００、粉塵侵入防止装置３００を経て石炭投入シュート６２へと進行する。次いで、石炭投入シュート６２からコークス炉７０の装炭口７２を通じて炉内へと進み（送信波Ｔ）、コークス炉内に堆積している石炭Ｃ´の表面で反射されて（反射波Ｒ）が、同じ経路を逆に辿って送受信装置６００で受信される。

その際、粉塵侵入防止装置３００により、粉塵の侵入を防いで正確に、安定して測定することが行われる。

（第６実施形態）
高炉用の物体検出装置１００として、図９に示すものが知られている。尚、同図の（Ａ）は軸線に沿った断面図であり、（Ｂ）は軸線に沿って上方から見た断面図である。

図１に示す物体検出装置１００の容器２００に相当するガイド部７０１が、図中の符号Ｆで示すように、高炉７００に向かって移動（前進）したり、外部に向かって移動（後退）する。図示されるように、ガイド部７０１の一方の先端の周壁の一部（図の例ではほぼ下半分）が所定の長さにわたり切欠して開口部７０２を形成しており、この開口部７０２に反射板８００が設置されている。また、ガイド部７０１の他方の端部には、反射板８００と対向してアンテナ６０１が設置されており、アンテナ６０１には送受信装置６００が接続している。

ガイド部７０１の外周には、ガイド部側ギア７１０が取り付けられている。ガイド部側ギア７１０は、ガイド部側モータ７５０で駆動されるガイド部側モータギア７５１と噛合しており、ガイド部側モータ７５０を駆動してガイド部７０１を、その軸線Ｃを中心にして矢印Ｙ方向に所定角度で回動させる。

また、反射板８００の直径両端には、ピン状の支軸８０１，８０１が突出しており、この支軸８０１，８０１がガイド部７０１の開口部７０２の近傍の内壁に回動自在に支持されている。また、支軸８０１の一方には、リンク機構９００が連結しており、リンク機構９００にはピストンロッド９０１が連結している。ピストンロッド９０１の他端にはラックギア９０２が取り付けられており、このラックギア９０２はガイド部７０１の外側に設置したピストンロッド側モータ９１１のピストンロッド側ギア９１０に噛合している。そして、ピストンロッド側モータ９１１を駆動して所定角度でピストンロッド側ギア９１０を回動させると、ラックギア９０２が前進または後退し、それに合わせてピストンロッド９０１が、Ｆ方向に前進または後退する。それに伴って、リンク機構９００を介して反射板８００がＸ方向に所定角度で傾斜する。

測定時には、高炉７００の仕切弁７０５、７０６を開き、ガイド部７０１を前進させて開口部７０２を炉内に突出させる。そして、ガイド部７０１のＹ方向への回動と、反射板８００のＸ方向への回動とを組み合わせることにより、マイクロ波やミリ波を炉内に堆積している装入物（図示せず）の表面を面状、線状に走査する。

尚、非測定時には、ガイド部７０１を後退させて、仕切弁７０５、７０６を閉じる。

また、測定時には、高炉７００からの粉塵がガイド部７０１の開口部７０２を通じて侵入するため、粉塵侵入防止装置３００で防止する。粉塵侵入防止装置３００には、圧縮ガス供給口３１０から、ガイド部７０１に供給される窒素ガスよりも高圧の窒素ガスを供給し、ガイド部７０１にもガス供給口７３０から窒素ガスを供給する。

１０ 物体（廃棄物や石炭）
２０ 鋼片
３０ ローラ
３６ 開口
４０ ガイド板
５０ 装炭車
７０ コークス炉
１００ 物体検出装置
２００ 容器
２０１、２１０Ａ、２１０Ｂ、２２０Ａ、２２０Ｂ 開口
３００ 粉塵侵入防止装置
３０１ 本体部
３０２ 空洞
３０３ 傾斜面
３０４ スリット
４００ 外気取入部材
５００ ガイドパイプ
６００ 送受信装置
６０１ アンテナ
６１０ 送信装置
６２０ 受信装置
７００ 高炉
７０１ ガイド部
８００ 反射板
９００ リンク機構

Claims (9)

1. 容器または搬送路にて検出波の送受信を行い、前記容器の内部または前記搬送路の搬送面上に存在する物体を検出する物体検出装置において、
   前記容器または前記搬送路の測定個所の壁面に形成された開口に設置される環状の本体部と、前記本体部の内部に全周にわたり形成される環状の空洞と、前記本体部の中央部に向かって漸次降下する傾斜面と、前記傾斜面の適所から前記空洞に通じる環状のスリットと、前記本体部の外周面から前記空洞に通じる貫通孔とを有し、前記貫通孔から前記スリットを通じて圧縮ガスを供給する粉塵侵入防止装置と、
   前記粉塵侵入防止装置の前記本体部に取り付けられ、外気を取り入れるための貫通孔が形成された外気取入部材と、
   前記外気取入部材に取り付けられるガイドパイプと、
   前記ガイドパイプを介して設置される前記検出波の送受信装置と、
   を備えることを特徴とする物体検出装置。
2. 前記物体検出装置が、前記容器の内部に装入された前記物体の堆積高さを測定するための装置であって、
   前記粉塵侵入防止装置を前記開口に装着して前記検出波を前記容器の内部に送信し、前記容器の内部に存在する前記物体の表面で反射された前記検出波を受信して、前記送受信装置から前記物体までの距離を検出することを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
3. 前記物体検出装置が、前記容器の内部に装入された前記物体の堆積高さを測定するための装置であって、
   前記送受信装置を、送信装置と受信装置とで構成するともに、
   前記送信装置と前記受信装置とを前記容器の側壁に対向配置して前記検出波の送受信を行い、前記受信装置による受信信号が途絶えたときに、前記検出波が送受信されている位置よりも高く前記物体が堆積していることを検知することを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
4. 前記物体検出装置が、前記搬送路の搬送面上に存在する前記物体を検知するための装置であって、
   前記搬送路の測定個所に設けられた橋状部材の開口に装着して前記検出波を前記搬送路に向けて送信し、前記測定個所に搬送されてきた前記物体の表面で反射された前記検出波を受信して、前記測定個所に前記物体が存在することを検知することを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
5. 前記物体検出装置が、前記搬送路の搬送面上に存在する前記物体を検知するための装置であって、
   前記送受信装置を、送信装置と受信装置とで構成するともに、
   前記送信装置と前記受信装置とを前記搬送路を挟んで対向配置して前記検出波の送受信を行い、前記受信装置による受信信号が途絶えたときに、前記測定個所に前記物体が存在することを検知することを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
6. 前記容器がコークス炉であることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の物体検出装置。
7. 前記コークス炉の天井面を移動する装炭車の石炭投入シュートに装着され、前記石炭投入シュートの内部を通じて炉内との間で前記検出波の送受信を行うことを特徴とする請求項６記載の物体検出装置。
8. 鋼板製造工程において、前記搬送路を移動する鋼片を検知することを特徴とする請求項１、３または４記載の物体検出装置。
9. 前記検出波が、マイクロ波またはミリ波であることを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の物体検出装置。

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