JPH08261904A

JPH08261904A - 微粒子濃度測定装置

Info

Publication number: JPH08261904A
Application number: JP6267195A
Authority: JP
Inventors: Hideto Yoshida; 英人吉田
Original assignee: Mita Industrial Co Ltd
Current assignee: Kyocera Mita Industrial Co Ltd
Priority date: 1995-03-22
Filing date: 1995-03-22
Publication date: 1996-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】固気二相流中の微粒子濃度を測定すべく、採
取した気体中から捕集した微粒子の重量を手作業で秤量
する煩雑な操作が不要で、微粒子濃度の変化をリアルタ
イムで認識できる微粒子濃度測定装置を提供する。【構成】採取ノズル１で採取した、微粒子を含む気体
中から、捕集部４のサイクロン４２とフィルター４３で
微粒子を捕集するとともに、電子天秤６によって測定し
た、捕集部４の全体の重量変化から、捕集した微粒子の
重量を求める微粒子濃度測定装置Ａである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、気体中に微粒子が浮
遊、分散した固気二相流中の、上記微粒子の濃度を測定
するための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば半導体やセラミックス等の製造
においては、原料の微粒子を、気体中に浮遊、分散させ
た固気二相流の状態で搬送することが行われており、ま
た微粉炭等についても、上記と同様の搬送方法が採用さ
れている。このような搬送方法では、固気二相流中の微
粒子濃度を測定する必要がある。

【０００３】また各種の燃焼装置においては、燃焼を効
率的に制御し、かつ大気汚染を防止すべく、燃焼排気ガ
ス（やはり固気二相流に相当）中の微粒子濃度を測定す
る必要がある。固気二相流中の微粒子濃度を測定する装
置としては、図３に示すものがある。図の装置は、管路
Ｐを流れる固気二相流中に、開口をその上流側（図にお
いて左側）に向けて配置した採取ノズル９１と、固気二
相流中から、上記採取ノズル９１によって、微粒子を含
む気体を採取すべく、当該採取ノズル９１に吸引流を発
生させるための吸引ポンプ９２と、採取ノズル９１から
吸引ポンプ９２に至る配管９３の途中に設けたフィルタ
ーボックス９４と、このフィルターボックス９４内にセ
ットされた、気体中から微粒子を捕集するためのフィル
ター９５とを備えている。

【０００４】上記装置を用いた微粒子濃度の測定は、下
記のように行われる。まず採取ノズル９１によって、固
気二相流中から、微粒子を含む気体を一定時間、採取
し、上記気体中から、フィルター９５によって微粒子を
捕集する。固気二相流中から、微粒子を含む気体を一定
時間だけ採取するには、たとえば吸引ポンプ９２を一定
時間、作動させるか、あるいは配管９３の途中にバルブ
を設け、そのバルブを一定時間、開くようにすればよ
い。

【０００５】つぎに、フィルターボックス９４からフィ
ルター９５を取り出してその重量を秤量し、微粒子を捕
集する前のフィルター９５の重量からの増加量を、捕集
した微粒子の重量Ｍとして求める。そしてこの重量Ｍ
と、上記一定時間の間に、採取ノズル９１から採取した
気体の量Ｖとから、式Ｍ／Ｖにより、固気二相流中の微
粒子濃度を求めるのである。

【０００６】なお、一定時間の間に採取した気体の量Ｖ
は、配管９３の途中に、たとえばガスメータを配置して
直接的に測定できる他、配管９３の途中に設けた流量計
によって測定された流量と配管９３の径とから、計算に
よって求めることもできる。上記の方法では、従来、管
路Ｐ中の固気二相流の流速（主流速Ｕ_O）と、採取ノズ
ル９１の吸引流速（Ｕ_i）とが等しい等速条件を満たし
ていないと、正確な微粒子濃度（真の微粒子濃度）が得
られないと考えられてきた。

【０００７】しかし上記主流速Ｕ_Oは一定ではなく、変
動していることが多いため、吸引流速Ｕ_iを、この変動
に合わせて即座に調整するのは困難であった。ところが
発明者の検討により、上記主流速Ｕ_Oおよび吸引流速Ｕ
_iのいずれか一方または両方を変化させて、異なる２条
件以上、好ましくは３条件以上の流速比Ｕ_O／Ｕ_iで、
固気二相流中の微粒子を採取し、そこから前記の方法に
よって求めた微粒子濃度Ｃ_iと、上記流速比Ｕ_O／Ｕ_i
との相関関係（非等速吸引誤差）から、流速比Ｕ_O／Ｕ
_iが１である等速条件下における、真の微粒子濃度Ｃ_O
が求められることが明らかとなった（特開平６−１９０
２２６号公報参照）。

【０００８】このため、初めに上記微粒子濃度Ｃ_iと流
速比Ｕ_O／Ｕ_iとの相関関係を求めておけば、あとは、
測定時の主流速Ｕ_Oおよび吸引流速Ｕ_iを流速計にて測
定するだけで、真の微粒子濃度Ｃ_Oを求めることがで
き、吸引流速Ｕ_iを厳密に調整する必要がなくなり、微
粒子濃度の測定が簡単に行えるようになった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の測定装置
においては、微粒子の捕集量を求めるために、前記のよ
うにフィルター９５をフィルターボックス９４から取り
出して秤量するという、煩雑な手作業が必要であるとい
う問題があった。また、上記手作業を行っている間は、
測定装置を停止しなければならないため、従来の測定装
置では、刻々変化する微粒子濃度をリアルタイムで認識
することは不可能であった。

【００１０】この発明の目的は、煩雑な手作業が不要
で、かつ微粒子濃度の変化をリアルタイムで認識できる
微粒子濃度測定装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の、この発明の微粒子濃度測定装置は、固気二相流中か
ら、微粒子を含む気体を採取する採取ノズルと、当該採
取ノズルによって採取した気体中から微粒子を捕集す
る、サイクロンおよびフィルターのうち少なくともサイ
クロンを備えた捕集部と、上記捕集部の総重量を秤量す
る天秤とを備えることを特徴としている。

【００１２】

【作用】この発明の微粒子濃度測定装置によれば、捕集
部の総重量を天秤にて秤量するだけで、上記捕集部で捕
集された微粒子の重量を求めることができるため、従来
のようにフィルターの取り出し等の煩雑な手作業が一切
不要であり、微粒子濃度を簡単に求めることができる。

【００１３】また、上記天秤による捕集部の総重量の秤
量は、従来のようにフィルターを取り出して秤量するの
と違って連続的に行うことができ、しかも上記のように
簡単に測定できるため、微粒子濃度の変化をリアルタイ
ムで認識することが容易となる。

【００１４】

【実施例】以下に、この発明の微粒子濃度測定装置を、
その一実施例を示す図１を参照しつつ説明する。図にみ
るように、この実施例の微粒子濃度測定装置Ａは、管路
Ｐを流れる固気二相流中に、開口をその上流側（図にお
いて左側）に向けて配置した採取ノズル１と、固気二相
流中から、上記採取ノズル１によって、微粒子を含む気
体を採取すべく、当該採取ノズル１に吸引流を発生させ
るための吸引ポンプ２と、採取ノズル１から吸引ポンプ
２に至る配管の途中に設けた、微粒子捕集のための捕集
部４、配管中を流れる気体の流量を測定する、オリフィ
ス５１と差圧計５２とを組み合わせた流量計５、および
採取ノズル１の吸引流の吸引流速Ｕ_iを調整するための
バルブ７と、上記捕集部４の総重量を秤量する電子天秤
６とを備えている。

【００１５】上記のうち捕集部４は、電子天秤６の秤量
皿６１上に、フィルターボックス４１およびサイクロン
４２を、この順に積み重ねて構成されている。サイクロ
ン４２は、遠心力の作用で気体から微粒子を捕集するサ
イクロン本体４２ａと、このサイクロン本体４２ａの下
方に接続された、捕集した微粒子を蓄積する捕集箱４２
ｂとを備えている。またフィルターボックス４１内に
は、サイクロン本体４２ａで捕集しきれなかった細かな
微粒子を捕集するためのフィルター４３が、着脱自在に
取り付けられている。

【００１６】採取ノズル１から吸引ポンプ２に至る配管
は、上記採取ノズル１と、サイクロン本体４２ａの側
面、上方に配置された気体の流入口とを繋ぐ第１の配管
３１と、サイクロン本体４２ａの上面、中央に配置され
た気体の流出口と、フィルターボックス４１の側面、上
方に配置された気体の流入口とを繋ぐ第２の配管３２
と、フィルターボックス４１の側面、下方に配置された
気体の流出口と、吸引ポンプ２とを繋ぐ第３の配管３３
とからなる。

【００１７】上記各配管３１〜３３のうち、第１および
第３の配管３１，３３はいずれも、電子天秤６による捕
集部４の総重量の秤量に影響を及ぼさないように、その
全体または一部が可撓性となっている。流量計５は、微
粒子が測定値に影響するのを防止すべく、捕集部４より
下流側の、第３の配管３３に接続されている。上記流量
計５には、流量の測定結果を、電気的な情報として、図
中一点鎖線の矢印で示すように、図示しないコンピュー
タに出力するための出力部が設けられている。

【００１８】また電子天秤６には、捕集部４の総重量の
秤量結果を、同じく電気的な情報として、図中一点鎖線
の矢印で示すように、図示しないコンピュータに出力す
るための出力部が設けられている。またバルブ７は、上
記コンピュータから、図中一点鎖線の矢印で示すように
入力される電気的な信号によって、開き量が調整される
ようになっている。

【００１９】さらに上記コンピュータには、管路Ｐの下
流側に配置されたオリフィスＦｍ１と差圧計Ｆｍ２とか
らなる流量計Ｆｍによる、当該管路Ｐを流れる固気二相
流の流量の測定値も、図中一点鎖線の矢印で示すように
入力される。上記各部からなる、この実施例の微粒子濃
度測定装置Ａによって、管路Ｐ中を流れる固気二相流の
微粒子濃度を測定するには、まず吸引ポンプ２を作動さ
せるとともに、電子天秤６で捕集部４の総重量を秤量
し、流量計５で第３の配管３３を流れる気体の流量を測
定し、かつ流量計Ｆｍで管路Ｐを流れる固気二相流の流
量を測定して、これらの測定結果をコンピュータに取り
込みつつ、コンピュータからの電気的な信号によってバ
ルブ７の開き量を調整して、採取ノズル１の吸引流速Ｕ
_iを所定の値に設定した状態で、一定のサンプリング時
間（ｔ₁）の間、固気二相流中から、微粒子を含む気体
を採取する。

【００２０】なお採取ノズル１の吸引流速Ｕ_iは、流量
計５で測定された、第３の配管３３を流れる気体の流量
の測定結果Ｆ_iを、コンピュータにあらかじめ入力され
た第３の配管３３の断面積ｄ₁で割算することで求めら
れる（Ｕ_i＝Ｆ_i／ｄ₁）。また同様に、流量計Ｆｍで
測定された管路Ｐを流れる固気二相流の流量の測定結果
Ｆ_Oからは、当該測定結果Ｆ_Oを、コンピュータにあら
かじめ入力された管路Ｐの断面積ｄ₂で割算すること
で、上記管路Ｐ中を流れる固気二相流の主流速Ｕ _Oが求
められる（Ｕ_O＝Ｆ_O／ｄ₂）。これらの計算は、コン
ピュータによって自動的に行われる。

【００２１】採取ノズル１から採取された気体は、まず
第１の配管３１を通ってサイクロン本体４２ａに供給さ
れ、ここで比較的粒径の大きい、重量の重い微粒子が捕
集されて、下の捕集箱４２ｂに蓄積される。つぎに上記
気体は、第２の配管３２を通ってフィルターボックス４
１に供給され、このフィルターボックス４１内に配置さ
れたフィルター４４によって、サイクロン４２で捕集で
きなかった残りの微粒子が全て捕集される。

【００２２】このようにして捕集箱４２ｂおよびフィル
ター４４に微粒子が捕集されると、捕集部４の総重量
が、捕集された微粒子の重量分だけ刻々増加し、それ
が、電子天秤６の秤量結果の変化（増加）として現れ
る。また、微粒子が全て捕集された後の気体は、第３の
配管３３を通り、その途中で流量計５によって流量が測
定されたのち、吸引ポンプ２に送られる。

【００２３】そして、流量計５による流量の測定結果Ｆ
_iと、前記サンプリング時間ｔ₁との掛け算により、採
取ノズル１から採取した気体の量Ｖ_iが計算され（Ｖ_i
＝Ｆ _i×ｔ₁）、上記電子天秤６の秤量結果Ｍ_iを、こ
の気体の量Ｖ_iで割算することで、流速比Ｕ_O／Ｕ_iの
際の微粒子濃度Ｃ_iが算出される（Ｃ_i＝Ｍ_i／
Ｖ_i）。これらの計算も、コンピュータによって自動的
に行われる。

【００２４】上記の操作を、管路Ｐ中の固気二相流の主
流速Ｕ_Oと、採取ノズル１の吸引流速Ｕ_iとの流速比Ｕ
_O／Ｕ_iが異なる２条件以上、好ましくは３条件以上と
なるように、一定時間をおいて、バルブ７の開き量を段
階的に調整して、吸引流速Ｕ _iを段階的に変化させつつ
繰り返すと、コンピュータによって、微粒子濃度Ｃ
_iと、上記流速比Ｕ_O／Ｕ_iとの相関関係（非等速吸引
誤差）が求められ、流速比Ｕ_O／Ｕ_iが１である等速条
件下における、真の微粒子濃度Ｃ_Oが自動的に算出され
る。

【００２５】なお、上記微粒子濃度測定装置Ａにおいて
は、たとえば微粒子がサイクロン４２によって全て捕集
できる、捕集効率の高いものである場合には、フィルタ
ーボックス４１内のフィルター４３を取り外して測定を
行ってもよい。《試験例》高さが３８ｃｍで、かつ最大直径が４ｃｍで
ある、アルミニウム製のサイクロン本体４２ａと、同じ
くアルミニウム製の捕集箱４２ｂと、ガラス繊維製のフ
ィルター４３を装着したアルミニウム製のフィルターボ
ックス４１とを積み重ねて固定するとともに、サイクロ
ン本体４２ａの上面、中央に配置された気体の流出口
と、フィルターボックス４１の側面、上方に配置された
気体の流入口とを、アルミニウム製の第２の配管３２
（内径６ｍｍφ）で接続して、総重量１０００ｇの捕集
部４を構成し、それを電子天秤６（１２００ｇまで秤量
可能、精度１／１０００ｇ）の秤量皿６１上に固定し
た。

【００２６】そして管路Ｐに固定された採取ノズル１
（内径７ｍｍφ）と、サイクロン本体４２ａの側面、上
方に配置された気体の流入口とを、途中に可撓部が設け
られたアルミニウム製の第１の配管３１（内径６ｍｍ
φ）で接続するとともに、フィルターボックス４１の側
面、下方に配置された気体の流出口と、吸引ポンプ２
（吸引容量８０リットル／分）とを、同じく途中に可撓
部が設けられ、かつ流量計５とバルブ７が接続されたア
ルミニウム製の第３の配管３３（内径６ｍｍφ）で接続
した。

【００２７】そして電子天秤６、流量計５およびバルブ
７をそれぞれコンピュータと接続して、図１に示す微粒
子濃度測定装置Ａを構成した。またコンピュータには、
後述する流量計Ｆｍも接続した。一方、管路Ｐの上流側
（図において左側）には、粉体供給のためのテーブルフ
ィーダＴと、空気供給用の配管Ｎ１が接続され、かつ電
気的に接地されたノズル型分散器Ｎと、ミキシングチャ
ンバーｍｃとを、この順に配置し、下流側（図において
右側）には、サイクロンＣ、フィルターボックスＢ、流
量計Ｆｍ、バルブＶおよび吸引ポンプＰをこの順に配置
して、上記微粒子濃度測定装置Ａの動作を確認するため
の実験装置を構成した。

【００２８】上記実験装置の吸引ポンプＰを作動させ、
かつバルブＶの開き量を調整するとともに、配管Ｎ１か
ら空気を供給しつつ、テーブルフィーダＴから、微粒子
としてのフライアッシュを供給し、ノズル型分散器Ｎお
よびミキシングチャンバーｍｃによって空気とフライア
ッシュとを混合して、管路Ｐ中に、主流速Ｕ_Oが１２ｍ
／ｓの固気二相流を発生させた。

【００２９】そして微粒子濃度測定装置Ａを、コンピュ
ータの制御によって、前述した手順で動作させ、主流速
Ｕ_Oと吸引流速Ｕ_iとの流速比Ｕ_O／Ｕ_iが０．８、
０．９、１．０、１．１、１．３および１．５となるよ
うに、採取ノズル１による吸引流速Ｕ_iを２分間隔で変
化させた際の、捕集部４の重量増加を電子天秤６で測定
し、その結果と、流量計５による気体の流量の測定結果
とから、コンピュータにより、それぞれの流速比におけ
る微粒子濃度Ｃ_iを算出するとともに、各データより、
真の微粒子濃度Ｃ_Oを求めた。

【００３０】各流速比Ｕ_O／Ｕ_iにおける、微粒子濃度
Ｃ_iと真の微粒子濃度Ｃ_Oとの濃度比Ｃ_i／Ｃ_Oを図２
に示す。なお図中の破線は、上記各結果を直線近似によ
って補正した結果である。図より、実施例の微粒子濃度
測定装置Ａによれば、非等速吸引誤差による、真の微粒
子濃度Ｃ_Oの自動的な算出が可能であることがわかっ
た。

【００３１】

【発明の効果】以上、詳述したように、この発明の微粒
子濃度測定装置によれば、煩雑な手作業が不要になると
ともに、微粒子濃度の変化をリアルタイムで認識するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の微粒子濃度測定装置の一実施例と、
その動作を試験するための実験装置の概略を説明する図
である。

【図２】図１の装置を用いた試験例の結果を示すグラフ
である。

【図３】従来の微粒子濃度測定装置の概略を説明する図
である。

【符号の説明】

１採取ノズル４２サイクロン４３フィルター４捕集部６電子天秤Ａ微粒子濃度測定装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体中に微粒子が浮遊、分散した固気二相
流中から、上記微粒子を含む気体を採取する採取ノズル
と、当該採取ノズルによって採取した気体中から微粒子
を捕集する、サイクロンおよびフィルターのうち少なく
ともサイクロンを備えた捕集部と、上記捕集部の総重量
を秤量する天秤とを備えることを特徴とする微粒子濃度
測定装置。