JPH09236545A - 光電式粒子濃度測定装置の粒子キャッチャ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温及び高圧下での使用にも耐え、かつ保守
も容易になる光電式粒子濃度測定装置の粒子キャッチャ
を提供する。 【解決手段】 光電式粒子濃度測定装置は、ダクト内の
粒子による散乱光を基に粒子濃度を測定する。粒子キャ
ッチャは、散乱光を装置本体へ搬送するために、ダクト
壁面の開口部に取付けられた基部に、発光を搬送する光
ファイバが接続した投光用筒体と、散乱光を搬送する光
ファイバが接続した受光用筒体とをそれぞれの光軸を交
差させるように取付けて構成される。これらの投光用及
び受光用筒体は、基部に取付けられる外筒１０と、この
外筒に背後からねじ込まれる内筒２０とから構成され、
この内筒に光ファイバ４が挿入されると共に、内筒２０
の先端部に、気密状態で前置される透光窓３１と、外筒
１０の側部に設けられたガス取り入れ口１３から外筒１
０及び内筒２０間の給気路３８ａを通して給気されるガ
スを透光窓３１の表面に沿って吐出するノズル３３とが
設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダクト内で浮遊も
しくは圧送される煤塵、ダスト、タービン発電用微粉炭
燃焼ガス等の気中粒子の濃度を測定するために、ダクト
壁面に取付けられた基部に、光ファイバを通して搬送さ
れた発光を先端部からダクト内へ投光する投光用筒体
と、先端部に入射した気中粒子の散乱光を搬送する光フ
ァイバが接続した受光用筒体とが互の光軸をダクト内で
交差させるように取付けられた光電式粒子濃度測定装置
の粒子キャッチャに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の粒子キャッチャは、ダクト壁面
の開口部に取付けられて、光電式粒子濃度測定装置の装
置本体に粒子濃度に比例する散乱光を入射させ、光電式
に粒子濃度を測定させる。この場合、投受光部をダクト
の両側の壁に互いに対向させて取付けることにより、透
光の減衰量を基に粒子濃度を測定する周知の別方式に対
して、互いの位置関係の調整が不要になるメリットがあ
り、最近では廃棄する煙道の煤塵等に限らず、タービン
駆動用の高温・高圧の燃焼ガス中の煤塵濃度測定等にも
用途が広がっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな最近の高温・高圧の粒子を対象とする場合、筒体の
光ファイバが高温で変形したり或はファイバ素子を束状
に接合する接着剤を変質させたり、高圧の粒子が露出状
態の光ファイバの先端に侵入し易くなる問題がある。さ
らに、別の問題として、ダクト内に有害物が存在する場
合、保守時に粒子キャッチャの取り外しのためにダクト
内へ入る際には安全性を配慮する必要がある。

【０００４】本発明は、このような点に鑑みて、高温及
び高圧下での使用にも耐え、かつ保守も容易になる光電
式粒子濃度測定装置の粒子キャッチャを提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達
成するために、請求項１により、ダクト内の粒子による
散乱光を基に粒子濃度を測定する光電式粒子濃度測定装
置の装置本体から搬送された発光をダクト内へ投光し、
ダクト内の粒子で反射された散乱光を装置本体へ搬送す
るために、ダクト壁面の開口部に取付けられた基部に、
発光を搬送する光ファイバが接続して先端部からダクト
内へ投光する投光用筒体と、先端部に入射した散乱光を
搬送する光ファイバが接続した受光用筒体とがそれぞれ
の光軸を交差させるように取付けられた光電式粒子濃度
測定装置の粒子キャッチャにおいて、投光用及び受光用
筒体が、基部に取付けられる外筒と、この外筒に背後か
らねじ込まれる内筒とから構成され、この内筒に光ファ
イバが挿入されると共に、内筒の先端部に、気密状態で
前置される透光窓と、外筒の側部に設けられたガス取り
入れ口から外筒及び内筒間の給気路を通して給気される
ガスを透光窓の表面に沿って吐出するノズルとが設けら
れたことを特徴とする。

【０００６】測定中、ガスがノズルから透光窓の表面に
沿ってダクト内の圧力よりも高い圧力で吐出され、透光
窓に対する粒子の侵入が防止され、また付着した粒子が
清掃される。吐出ガス及びダクト内のガス・粒子は、気
密状態により透光窓の周辺から内筒に侵入することはな
い。内筒及び外筒間の給気路をガスが通過する際に、内
筒の冷却も可能である。光ファイバ、ノズル或は透光窓
を点検したい場合、外筒を残したままで光ファイバが装
着された内筒が背後に取り外される。光ファイバを内筒
から抜くこともできる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１乃至図３を基に本発明の一実
施形態による光電式粒子濃度測定装置の粒子キャッチャ
を説明する。図３において、９は、基部１１に投光用筒
体７及び受光用筒体８を４５°で貫通させて互の光軸
Ａ、Ｂが直交するように溶接して構成された粒子キャッ
チャである。基部１１は、微粉炭燃焼ガス等を搬送する
ダクト１の壁面の開口部１ａの周囲に突設された枠形状
の座部２に、耐熱性を呈するアスベスト製のパッキン１
２を介してねじ貫通孔１１ａでねじ止めされる。１５は
デフレクタであり、投光用筒体７からの投光が受光用筒
体８に対して干渉しないように遮光する。

【０００８】これらの筒体７、８は同一構造であり、図
１に示すように、側部に防塵用ガスがフィルタを通して
供給されるガス取り入れ口１３を備え、前面に開口部１
４を備えた外筒１０と、接着剤で束状に接合された光フ
ァイバ４が挿入され、かつねじ部２０ａでシリコン系の
Ｏリング２９を介して外筒１０にねじ込まれる内筒２０
とより構成されている。光ファイバ４は、そのスリーブ
４ａを段部２１へ当接させた状態で、リング状ねじ２３
を耐熱性を呈するシリコン系のＯリング２７を介してね
じ部２３ａでねじ止めすることにより、内筒２０に装着
される。

【０００９】内筒２０の先端部には、キャップ３０がね
じ部３０ａでねじ込まれる。その中心開口部３２には、
高温に耐えるように石英製の透光窓３１が、表面をリン
グ状のテフロン製パッキン３７で、また裏面をシリコン
系のＯリング３９で気密にされて嵌め込まれ、またキャ
ップ３０は透光窓３１の周囲からその表面に沿って防塵
用ガスを吐出する

【００１０】このガス吐出のために、キャップ３０の段
状外周面と、外筒１０の内周面との間にはリング状給気
路３８が形成されると共に、この給気路に基端部が連通
したノズル３３が、透光窓３１の中心に向けて放射方向
に８個等間隔で形成されている。これらのノズルは、２
個づつ透光窓３１の中心部に向けて互いに対向方向に対
をなして複数対配列されると共に、各対の一方のノズル
３３が他方のノズル３３に対して光軸Ａ、Ｂの方向へそ
の内径寸法よりも僅かに小さくオフセットされている。
即ち、図２Ｃにおいて、例えば下側４個が上側よりも透
光窓３１に対して僅かに大きく離間し、互いの干渉が抑
制された２層のガス幕を形成するようになっている。

【００１１】内筒２０の外周面には、光軸Ａ、Ｂの方向
へ離間し、かつ外筒１０の内径に相当する直径を有する
２枚のディスク形状の放熱フィン２５、２６が形成され
ると共に、図２Ａ、Ｂに示すように、ガス取り入れ口１
３から見て両側部及び下部に切欠部２５ａ、２６ａが形
成されることにより、外筒１０の内周面との間にガスを
リング状給気路３８の下部に誘導する給気路３８ａを形
成している。以上説明したこれらの外筒１０及び内筒２
０の各部はステンレス製である。

【００１２】図４は、このように構成された粒子キャッ
チャ９と共に、粒子濃度測定装置を構成する装置本体と
しての発光部４０及び受光信号処理装置５０の構成を示
す。発光部４０は、ハロゲンランプ４１と、その発光を
Ｃｄｓ４３で受光してその受光信号が帰還されることに
よりハロゲンランプ４１を所定の発光量に自動制御する
ように駆動する電源４２と、モータで回転駆動され、ハ
ロゲンランプ４１の発光を断続光波に変換するチョッパ
４４と、その断続光波を同期信号用に送出する受光素子
４５とを備えている。この断続光波は、同時に光ファイ
バ４を通して投光用筒体７に搬送される。

【００１３】受光信号処理部５０は、受光用筒体８の光
ファイバ４で搬入された受光信号を光電変換する受光素
子５３と、その増幅器５３ａによる増幅信号を同期信号
と位相を揃えるための移相調整回路５４と、受光素子４
５の送出信号を微小レベルでスライスして波形整形する
ことにより、同期信号を発生する整形回路５１と、入力
する同期信号に同期した受光信号を検波する同期検波回
路５２と、その同期検波された信号の増幅器５２ａで増
幅された増幅出力をハイカットするローパスフィルタ５
２ｂと、そのハイカット信号を積分する積分回路５５
と、その直流状になった出力信号を濃度としてメータ或
は数値等で指示する出力手段５６と、出力信号レベルが
所定レベルを越えると、音もしくは光で警報を行う警報
手段５７と、整形回路５１の同期信号が基準レベルを下
廻ると、発光部４０の異常を警報する警報手段５８とを
備えている。

【００１４】このように構成された粒子キャッチャ９を
有する光電式粒子濃度測定装置の動作は次の通りであ
る。粒子キャッチャ９は、その基部１１でパッキン１２
を介して２００℃程度の微粉炭燃焼ガス等をタービンに
圧送するダクト１の開口部１ａに装着される。この状態
で、透光窓３１はパッキン３７及びＯリング３９と共に
ダクト１内の圧力に対して内筒２０を気密状態に保持す
る。

【００１５】ガス取り入れ口１３から供給される常温の
ガス、例えばエアが放熱フィン２５の両側から侵入し、
放熱フィン２６の下端部を通ってリング状給気路３８の
下部へ流入し、両側へ分かれて上方へ流れる過程でノズ
ル３３から順にダクト１内の圧力よりも高い圧力で吐出
される。筒体７、８の給気路３８ａのガス流は、切欠部
２５ａ、２６ａの位置設定により、ガス取り入れ口１３
から見てリング状給気路３８の下部から両側の上方へ誘
導され、スムーズに吐出される。その際、内筒２０の内
周面及び放熱フィン２５、２６の表面にエアの整流が生
じ、常温へ向けて効率良く冷却され、光ファイバ４の加
熱が回避される。対向する対状のノズル３３が複数対放
射状にオフセット状態で配列され、透光窓３１の表面に
沿った乱れの少ない逆方向２層の隙間のない防塵幕が形
成され、微粉炭燃焼ガス等に含まれるダストの透光窓３
１への侵入が防止され、また付着が確実に清掃される。

【００１６】このような状態で、チョッパ４４の断続光
波は光ファイバ４を通して投光用筒体７に導光され、透
光窓３１を通して光軸Ａに沿った光束を光照射する。ダ
クト１内の粒子でほぼ直交方向へ反射された散乱光は受
光用筒体８の透光窓３１を通してその光ファイバ４に入
射し、受光信号処理部５０の受光素子５３で電気信号に
変換される。このパルス状の受光信号は、同期検波回路
５２で受光素子４５から供給されて波形整形された同期
信号により同期検波され、同期関係のない雑音が除去さ
れる。さらに、ローパスフィルタ５２ｂ及び積分回路５
５でダクト内粒子の濃度に比例したレベルの直流状の信
号に変換され、出力手段５６でダクト内粒子の濃度が指
示される。

【００１７】出力レベルが予め設定した濃度を越える
と、警報手段５７が濃度の異常を報知する。警報手段５
８は、発光部４０の異常によりチョッパ４４から断続光
が発生しないかもしくはそのレベルが低下すると、装置
の異常を報知する。内筒２０が外筒１０をダクト１に残
して取り外すことができる。ダクト１の圧送稼働中も透
光窓３１で気密にされた内筒２０を残して、リング状ね
じ２３を外して光ファイバ４を抜くことができる。

【００１８】尚、このような粒子キャッチャ９は、例え
ば圧力２．６ｋｇ／ｃｍ²程度の製鉄所高炉Ｂガスを圧
送するダクトの側壁に取付けて、その粒子濃度を測定す
ることもできる。その際、吐出されるガスは相応に４ｋ
ｇ／ｃｍ²程度に設定する。また、前述の実施形態に代
えて、内筒２０の内周面には、一層スムーズなガス誘導
を行うように、スクリュウ状に形成することも考えられ
る。さらに、粒子キャッチャ９は、高温・高圧の粒子に
限らず、通常の温度及び圧力下の粒子の濃度測定にも当
然使用可能である。

【００１９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、光ファイバの
先端に透光窓が気密状態で前置されることにより、ダク
ト内が高圧であっても粒子が光ファイバへ侵入すること
が確実に防止される。透光窓の表面近辺にガス幕が形成
されることにより、透光窓への粒子の付着が防止もしく
は除去され、測定精度が損なわれることがない。光ファ
イバを装着させる内筒がガスで冷却されることにより、
ダクト内が高温であっても光ファイバが損なわれること
がない。内筒が外筒を残して取り外し可能になることに
より、ダクト内での作業を要することなく、粒子キャッ
チャの主要部を取り外すことが可能になる。例えば、微
粉端燃焼ガス等がダクト内を圧送中でも、内筒先端部の
透光窓によって気密が保たれているために、光ファイバ
のみを外して装置本体の電気的校正も可能である。

【００２０】請求項２の発明によれば、内筒の外周面に
ガス幕用給気路に沿って放熱フィンが形成されることに
より、内筒がより有効に冷却される。

【００２１】請求項３の発明によれば、透光窓の中心部
に向けて周囲から複数のノズルで吐出されることによ
り、隙間がなく、しかも乱流を生じないように２層のガ
ス幕が形成され、透光窓の防塵が確実、かつ効率良く行
われる。

【００２２】請求項４の発明によれば、内筒の先端部に
着脱可能なキャップに透光窓及びノズルが設けられるこ
とにより、製造上有利となるだけでなく、これらの保守
も容易になる。また、キャップの外周面にリング状給気
路が簡単に形成され、この給気路に放熱フィンを冷却し
つつガスが整流状態で誘導され、複数のノズルからスム
ーズな吐出が行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるキャッチャの縦断面
図である。

【図２】同キャッチャの各部の横断面図である。

【図３】同キャッチャの外観を示すもので、同図Ａは平
面図、同図Ｂは側面図である。

【図４】同キャッチャに接続する装置本体の回路構成を
示す図である。

【符号の説明】

１ ダクト ４ 光ファイバ ９ 粒子キャッチャ １０ 外筒 １１ 基部 １３ ガス取り入れ口 ２０ 内筒 ２５、２６ 放熱フィン ３０ キャップ ３１ 透光窓 ３３ ノズル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダクト内の粒子による散乱光を基に粒子
   濃度を測定する光電式粒子濃度測定装置の装置本体から
   搬送された発光をダクト内へ投光し、ダクト内の粒子で
   反射された散乱光を装置本体へ搬送するために、ダクト
   壁面の開口部に取付けられた基部に、発光を搬送する光
   ファイバが接続して先端部からダクト内へ投光する投光
   用筒体と、先端部に入射した散乱光を搬送する光ファイ
   バが接続した受光用筒体とがそれぞれの光軸を交差させ
   るように取付けられた光電式粒子濃度測定装置の粒子キ
   ャッチャにおいて、 投光用及び受光用筒体が、基部に取付けられる外筒と、
   この外筒に背後からねじ込まれる内筒とから構成され、 この内筒に光ファイバが挿入されると共に、前記内筒の
   先端部に、気密状態で前置される透光窓と、前記外筒の
   側部に設けられたガス取り入れ口から前記外筒及び前記
   内筒間の給気路を通して給気されるガスを前記透光窓の
   表面に沿って吐出するノズルとが設けられたことを特徴
   とする光電式粒子濃度測定装置の粒子キャッチャ。
2. 【請求項２】 内筒の外周面に、給気路に沿って複数枚
   の放熱フィンが形成されていることを特徴とする請求項
   １の光電式粒子濃度測定装置の粒子キャッチャ。
3. 【請求項３】 透光窓の中心部に向けて互いに対向する
   対状の２個のノズルが複数対設けられると共に、各対の
   一方の前記ノズルが他方の前記ノズルに対して光軸方向
   へオフセットされていることを特徴とする請求項１の光
   電式粒子濃度測定装置の粒子キャッチャ。
4. 【請求項４】 複数対のノズルが、内筒の先端部にねじ
   込まれ、かつ中心開口部に透光窓が設けられたキャップ
   に形成され、 このキャップの外周面と外筒の内周面との間に、前記ノ
   ズルの基端部が連通するリング状給気路が形成され、 このリング状給気路の一部分にガスを誘導する給気路
   が、前記内筒の外周面に光軸方向へ複数枚形成され、か
   つ前記外筒の内径に相当する直径のディスク状放熱フィ
   ンの端部を切り欠くことにより形成されたことを特徴と
   する請求項３の光電式粒子濃度測定装置の粒子キャッチ
   ャ。