(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象気体を囲む側壁の互いに対向する位置に形成された一対の開口Ａ，Ｂそれぞれに筒状構造体を介して取り付けられて前記測定対象気体に音波を送信する一対の音波送信器と、前記筒状構造体それぞれの内部に配置された導波管を介して前記開口Ａ，Ｂ位置の音波をそれぞれ受信する一対の音波受信器と、前記筒状構造体それぞれの内部に配置されて前記開口に向かってパージ用気体を噴出するパージ用ノズルとを含んでなり、前記音波送信器から送信された音波が前記測定対象気体を通過するときの通過所要時間を計測し、計測した通過所要時間に基づいて前記測定対象気体の温度を算出する音響式温度計において、
前記開口Ａ側のパージ用ノズルから噴出されるパージ用気体の流速は、前記パージ用ノズルからのパージ用気体の噴出に伴なって発生し開口Ａ側の音波受信器で受信される噴流騒音の音圧レベルが、開口Ｂ側の音波送信器から送信され前記測定対象気体を通過して前記開口Ａ側の音波受信器で受信された音波の音圧レベル以下となるように設定され、かつ、前記パージ用ノズルの配置は、前記筒状構造体底部に堆積する粉粒体に向かってパージ用気体を噴出したとき、噴出されたパージ用気体の流速分布のうち、前記粉粒体中の最大の大きさのものを移動させることができる流速の領域が前記筒状構造体の内部底面の前記粉粒体が堆積する領域をほぼ覆うように設定されていることを特徴とする音響式温度計。
【請求項２】
請求項１記載の音響式温度計において、前記筒状構造体の底面に、上下方向に貫通する複数の流動化気体供給孔が形成されているとともに、前記複数の流動化気体供給孔に流動化気体を供給して前記筒状物体の内部に噴出させる流動化気体供給手段が設けられており、前記流動化気体供給孔及び流動化気体供給手段は、前記筒状構造体底部に堆積する粉粒体を流動化する速度及び流量で流動化気体を筒状物体内部に供給するものであることと、前記開口Ａ側の流動化気体供給孔から噴出される流動化気体の流速は、開口Ａ側の流動化気体供給孔からの流動化気体の噴出に伴なって発生し開口Ａ側の音波受信器で受信される噴流騒音の音圧レベルが、開口Ｂ側の音波送信器から送信され前記測定対象気体を通過して開口Ａ側の音波受信器で受信される音波の音圧レベル以下となるように設定されていることと、を特徴とする音響式温度計。
【請求項３】
請求項２記載の音響式温度計において、前記複数の流動化気体供給孔は、該複数の流動化気体供給孔を通って噴出される流動化気体の中心軸が、前記開口の方向に向かう方向成分を有するように形成されていることを特徴とする音響式温度計。
【請求項４】
測定対象気体を囲む側壁の互いに対向する位置に形成された一対の開口Ａ，Ｂそれぞれに筒状構造体を介して取り付けられて前記測定対象気体に音波を送信する一対の音波送信器と、前記筒状構造体それぞれの内部に配置された導波管を介して前記開口Ａ，Ｂ位置の音波をそれぞれ受信する一対の音波受信器と、を含んでなり、前記音波送信器から送信された音波が前記測定対象気体を通過するときの通過所要時間を計測し、計測した通過所要時間に基づいて前記測定対象気体の温度を算出する音響式温度計において、
前記筒状構造体それぞれの底面に、上下方向に貫通する複数の流動化気体供給孔が形成されているとともに、前記複数の流動化気体供給孔に流動化気体を供給して前記筒状物体の内部に噴出させる流動化気体供給手段が設けられており、前記流動化気体供給孔及び流動化気体供給手段は、前記筒状構造体底部に堆積する粉粒体を流動化する速度及び流量で流動化気体を筒状物体内部に供給するものであることと、前記開口Ａ側の流動化気体供給孔から噴出される流動化気体の流速は、前記開口Ａ側の流動化気体供給孔からの流動化気体の噴出に伴なって発生し前記開口Ａ側の音波受信器で受信される噴流騒音の音圧レベルが、開口Ｂ側の音波送信器から送信され前記測定対象気体を通過して前記開口Ａ側の音波受信器で受信された音波の音圧レベル以下となるように設定されていることと、前記複数の流動化気体供給孔は、該複数の流動化気体供給孔を通って噴出される流動化気体の中心軸が、前記開口の方向に向かう方向成分を有するように形成されていることを特徴とする音響式温度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気体の温度計測装置に係り、特に石炭焚きボイラの火炉や排ガスダクト内のように、溶融灰が浮遊している場所での高温ガスの音速を測定し、測定した音速に基づいて高温ガスの温度を算出する音響式温度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気体の温度を計測する方法の一つに、気体中の音速ｃ（ｍ／ｓ）が下記（１）式に示すように、気体の温度Ｔ（Ｋ）によって変化することを利用する方法がある。αは気体の組成によって決まる定数である。
【０００３】
ｃ＝α・√Ｔ                （１）
この方法で気体温度を測定する場合の装置構成の例を図４に示す。一般に音速を利用して流体の温度を測定する場合、図４に示すように、被測定流体を挟んで音響送信器３と音響受信器４を設置し、その間の音の伝播時間ｔを測定する。音響送信器３と音響受信器４間の距離をＬとすると、伝播時間ｔは下記（２）式で表される。
【０００４】
ｔ＝Ｌ／（α・√Ｔ）        （２）
伝播時間ｔを測定すれば、上記（２）式から気体の温度Ｔを算出できる。
【０００５】
従来、この方法を、例えば１０００℃以上の高温ガスの温度計測に適用する場合に図５に示す装置が使用されている。一般に音響送信器あるいは音響受信器の耐熱温度は６０℃程度であるため、高温ガスが流れるダクト１９に、導波管２を介して音響送信器３及び音響受信器４が設置される。図示の装置ではさらに、大きな音をダクト内に送りこむために、音響送信器３側の導波管２を、ホーン２０を介してダクト１９に接続してある。このように高温ガスの温度を計測する場合、音響送信器あるいは音響受信器を熱から守るために、導波管２が必要になるが、導波管２内の気体温度は、測定しようとするダクト内の高温ガスに比べて低いため、導波管部の音の伝播時間を前記ｔの測定時間に含めてしまうと、算出される温度が実際よりも低くなってしまう。この導波管による測定誤差を防止するために、前記ホーン２０内に受信用の導波管を設置し、この導波管に音響受信器を接続し、音響送信器３から発信された音波が、直接、音響送信器側のホーン内に挿入された受信用の導波管を伝って音響受信器に到達する時間を計測し、前記ｔを補正している（特開平９−１５０６５号公報）。
【０００６】
以下に、音響式ガス温度計を用いてガス温度を計測する手順を図５を用いて説明する。図示の音響式ガス温度計は、火炉の水壁７の互いに対向する位置に形成された開口にそれぞれ取付けられた一対の音響センサと、この音響センサに接続された制御装置１００と、を含んで構成されている。
【０００７】
前記一対の音響センサは同一の構成なので、図の左側の音響センサの構成を説明する。図の左側の音響センサは、水壁７の開口に接続されたホーン２０−１と、ホーン２０−１に接続された導波管２−１と、導波管２−１に取付けられた音波送信器３−１と、前記ホーン２０―１内部に配置され先端部を前記水壁７の開口部に位置させたマイク用導波管２１−１と、マイク用導波管２１−１の後端部（前記ホーン２０―１の外部に位置する）に接続された音波受信器４−１と、音波受信器４−１に接続されたマイク用アンプ１１と、を含んで構成されている。
【０００８】
音波送信器３−１（あるいは音波送信器３−２）から音波を発信し、炉内の測定対象気体を伝って他方の音波受信器で受信した信号から音波が炉内の測定対象気体を伝播する時間を検出し、温度に換算する制御装置は、図５に示すように、制御器５と、制御器５の出力側に接続された波形発生器６と、入力側を波形発生器６及び前記制御器５に接続され出力側を音波送信器３−１，３−２に接続されたリレー１０と、入力側を音波受信器４−１，４−２にそれぞれマイク用アンプ１１を介して接続された受信用アンプ１２Ａ，１２Ｂと、受信用アンプ１２Ａ，１２Ｂの出力側にそれぞれ接続されたバンドパスフィルタ１３Ａ，１３Ｂと、バンドパスフィルタ１３Ａ，１３Ｂの出力側に接続して配置されたＡ／Ｄ変換器１４と、Ａ／Ｄ変換器１４の出力側に接続して配置された伝播時間検出器１５と、伝播時間検出器１５の出力側に接続された伝播時間補正器２５と、伝播時間補正器２５の出力側に接続された温度換算器１６と、温度換算器１６の出力側に接続された表示器１７と、を含んで構成されている。
【０００９】
まず、制御器５からリレー制御信号がリレー１０に送出され、リレー１０は音波を発信する音波送信器と波形発生器６とを接続するように切り換えられる。いま、音波送信器３−１から音波を送信するように設定したとする。リレー１０の切り換えが終わったら、制御器５は測定開始信号を波形発生器６に送出し、波形発生器６はこの信号を受けてコンデンサに蓄えた電荷をスイッチ回路により一定時間放電させることにより、パルスを発生して音波送信器３−１に送出する。音波送信器（以下、スピーカという）３−１はパルスを受信して音波を発生し、発生された音波は導波管２−１とホーン２０−１を介して炉内に送出される。炉内に送出された音波は、炉内のガスを伝って伝播し、対向して設置されているマイク用導波管２１−２を経て音波受信器（以下、マイクという）４−２に達する。マイク４−２で受信された信号は一旦音響センサ部のマイク用アンプ１１で増幅されたあと、制御装置に送信される。制御装置では、この信号を再度受信用アンプ１２Ｂで増幅したあと、バンドパスフィルタ１３Ｂを通してＡ／Ｄ変換器１４でデジタル化する。デジタル化された信号は伝播時間検出器１５に送られ、伝播時間検出器１５は入力されたデジタル信号に基づいて、スピーカ３−１からマイク４−２までの音波の伝播時間ｔ１２を検出する。
【００１０】
一方、ホーン２０−１から炉内に音波を送出するとき、音波の一部は、マイク用導波管２１−１を経て、測定対象気体を通過することなく、直接マイク４―１に受信される。音波がマイク４―１に受信されたタイミングから、スピーカ３−１からマイク４−１までの音波の伝播時間ｔｍ１が求まる。同様に、スピーカ３−２から音波を発信すれば、スピーカ３−２からマイク４―１まで音波が伝播する時間ｔ２１と、スピーカ３−２からマイク用導波管２１−２を伝ってマイク４−２まで音波が伝播する時間ｔｍ２が求まる。そして、伝播時間補正器２５では、下記（３）式により、音波が炉内部分を通過するのに要した時間ｔが算出される。
【００１１】
ｔ＝｛（ｔ１２＋ｔ２１）−（ｔｍ１＋ｔｍ２）｝／２      （３）
温度換算器１６では得られた伝播時間ｔに基づき、前記（２）式を用いて炉内のガス温度を算出し、表示器１７で測定温度を表示する。
【００１２】
また、この音波を用いた温度計測方法は、図６に示すように、複数の音響センサ（音響送信器と音響受信器を兼ねたセンサ）をダクト１９の周囲に配置し、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ    Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）の手法を用いることにより、ダクト内の温度分布を測定できるという特徴がある（特開昭６３−２３１６８２号公報）。
【００１３】
図７はボイラ過熱器の火炉側の炉壁に音響センサ１８を配置し、ガス温度を計測した例である。伝熱管２６の火炉側のガス温度を知ることができれば、火炉での燃焼状況、炉壁での吸熱状態を的確に知ることができるので、ボイラの制御に有効である（特願平７−１４７７３０号）。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、石炭焚きボイラの火炉あるいは燃焼ガスダクトにおいて、上記手法による温度計測を適用する場合、次のような問題がある。石炭焚きボイラにおいては、燃料である石炭が燃焼した後には灰が残る。この灰の溶融温度は一般に１３００〜１５００℃であり、火炉内の温度は火炉出口部で１２００〜１３００℃程度であるので、溶融した灰は炉壁及び伝熱管に付着する。石炭焚きボイラではこの灰が過熱器に付着するのを防ぐために、図８に示すように、過熱器の上流側に灰除去用の伝熱管が設置されている。この灰除去用の伝熱管の設置により、炉内で発生し、燃焼ガスに伴なって流動する灰は灰除去用の伝熱管で冷却、固形化され、そのほとんどが灰除去用の伝熱管に付着する。付着した灰はスートブロアによって剥がされ、火炉下部から取り除かれる。灰除去用伝熱管に捕集されずに通過した灰はほとんど固まった状態となっており、過熱器に付着する灰はわずかである。
【００１５】
しかし、このような灰除去用の伝熱管があるために、例えば図８のＡで示す位置に設置した音響式温度計で測定した温度は、灰除去用の伝熱管の影響を受けた温度となっていて、火炉の状態を正確に示した温度ではない。
【００１６】
火炉の状態をより正確に反映した温度を測定するためには、音響センサを灰除去用の伝熱管の上流側、すなわち、図８のＢの位置に設置すればよい。しかし、灰除去用の伝熱管の上流側のガス温度は１３００℃以上であり、灰が溶融している状態であるとともに、灰を灰除去用の伝熱管で取り除く前であるため、火炉内には多数の灰が浮遊している。したがって、灰除去用の伝熱管よりも上流側の火炉側壁に音響センサを設置すると、センサ部に灰が付着し、音波を発信するための穴が塞がれてしまうという問題が生じる。
【００１７】
また、音響センサの近くにスートブロアあるいは壁面に付着した灰を除去するウォールブロアがある場合、これらによって剥ぎ取られた、大きさが１０ｍｍを超えるような灰の固まりがホーン内に入り、堆積するという問題がある。
【００１８】
図９は、音響センサを石炭焚きボイラの火炉の灰除去用の伝熱管の上流側に設置した場合の例である。図のように、ホーン内に大粒の灰１が堆積し、ホーンを塞いで音響送信器３から発出された音波が必要な強さで炉内に送り出されず、温度が測定できなくなる。
【００１９】
ホーン内に灰が堆積するという問題を解決するために、ホーン内に溜まった灰を吹き飛ばすためのパージ用エアを噴出する灰パージ用空気配管８が、導波管２に設けられている。
【００２０】
このような灰パージ用空気配管８を、ホーン内導波管を設置した音響センサに取付けた場合、噴出される灰パージ用空気の音が、温度測定の妨げになるという問題が生じる。灰パージ用空気配管から空気が噴出されるとジェットノイズが発生し、ジェットノイズの大きさは噴出される空気の流速が増すに従い、大きくなる。石炭焚きボイラのように多量の灰が温度測定領域に存在する場合は、多量の灰がホーン内に飛来、堆積し、多量のパージ用空気が必要になる。ことに、図８に示すように、伝熱管に付着した灰を吹き飛ばすスートブロアが音響センサの近くにある場合などは、伝熱管に付着、固化した灰の固まりがスートブロアによって吹き飛ばされ、１０〜３０ｍｍ程度の大きさの固まりとなってホーン内に堆積する。このような灰の固まりを吹き飛ばすためには多量の空気が必要となり、ますますジェットノイズが大きくなる。図１０に流速と騒音レベル（音圧レベル）の関係を示す。
【００２１】
音響を用いた温度計測は、音響送信器から発信され、被測定気体を通過した音波を、音響受信器で受信し、発信から受信までの時間を求めて温度に換算するのであるから、灰パージ用空気の噴出によって発生するジェットノイズが大きくなると、音響送信器から発信された音とノイズが識別できなくなり、温度測定ができなくなる。
【００２２】
本発明の目的は、測定対象気体を囲む側壁に互いに対向する位置に形成された一対の開口それぞれに筒状構造体を介して音響送信器を取付け、音響を利用して前記測定対象気体の温度を測定するときに、前記筒状構造体内部底面に堆積した灰などの粉粒体を除去するためのパージ用ノズルのジェットノイズ（噴流騒音）が測定の妨げになるのを防止するにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、前記パージ用ノズルから噴出されるパージ用気体の流速を、前記パージ用ノズルからのパージ用気体の噴出に伴なって発生し該パージ用ノズルが設けられている側の音波受信器で受信される噴流騒音の音圧レベルが、他方の音波送信器から送信され前記測定対象気体を通過して前記音波受信器で受信された音波の音圧レベル以下となるように設定することによって達成される。
【００２４】
受信信号（受信音波）の大きさ（音圧レベル）は、測定領域の騒音の大きさ、発信音の音響レベル、測定領域における音の減衰特性（周波数によって変化する）によって変化するが、今、仮に、図１０中に破線で示すレベルであったとする。そうすると、前記筒状構造体に堆積する粉粒体が灰でありパージ用気体が空気とすると、パージ用ノズルすなわち灰パージ用空気を噴出するノズルが１本のとき、ノズルから噴出される空気の流速は３２ｍ／ｓ以下、ノズルが４本のとき、ノズルから噴出される空気の流速は２７ｍ／ｓ以下に、それぞれ抑えるべきことがわかる。
【００２５】
次に、ノズルから３２ｍ／ｓ、２７ｍ／ｓの速度で空気が噴出された際のノズル後流部での速度分布を調べると、図１１、図１２のようになっている。また、今、筒状構造体（以下、ホーンという）内に堆積する灰の最大直径が１５ｍｍであると、この灰を吹き飛ばすのに必要な灰パージ用空気の流速は、図１３から２４ｍ／ｓとなる。このことから、２７ｍ／ｓの速度で空気を噴出する灰パージ用のノズルから噴出される空気の有効範囲は、図１２の点線で示される領域（５０ｍｍ×８０ｍｍ）であることがわかる。このノズルを複数個、図１に示すように配置すれば、ホーン内に灰が堆積するのを防止できる。但し、２７ｍ／ｓの速度で空気を噴出するノズルは、４本以下のときに発生するノズルの大きさが許容範囲以下となるものであるから、配置するノズルの数が４本を超える場合は、騒音レベルが上がってしまうことを考慮する必要がある。
【００２６】
また、図３に示すように、灰パージ用の気体を噴出するパージ用ノズルに加えて、ホーンの底の灰が堆積する領域に、ホーン内部に向かって流動化気体（例えば空気）を噴出す複数の流動化気体供給孔（例えば空気噴出し口）を設け、ホーン内に堆積する灰を流動化するのに必要な気体流（例えば空気流）を供給するようにしてもよい。この場合、灰のうちの最大直径のものを流動化できるだけの空気を供給するのが望ましく、灰の粒子直径が１０ｍｍ程度のときは、空気噴出し口での流速を５ｍ／ｓ程度に維持すれば、堆積した灰を流動化することができる。流動化した灰は、ホーン底部に堆積している場合に比べて低速の空気を受けることで移動するので、図３に示すように、ホーンの奥から測定領域に向かってパージ用空気を噴出すノズルを、前記図１に示す場合よりも少ない数、配置することで、灰の堆積を防止できる。
【００２７】
さらに、図１４に示すように、ホーンの底に設ける空気噴出し口を測定領域、言い換えると測定対象気体を囲む側壁に形成された開口に向かって斜めに傾斜させ、流動化のための空気を、真上方向ではなく、ホーンの測定領域側開口部に向かうように斜め上方に噴出すようにすれば、ホーン内部に堆積する灰は、流動化されるとともに測定領域側に向かって移動し、ホーン内部から側壁の開口を経て測定領域に出ていく。この場合、ホーンの奥から測定領域に向かってパージ用気体を噴出すパージ用ノズルは噴出速度を小さくできるし、場合によっては（堆積する粉粒体が小さく、流動化気体供給孔からの噴出速度を粉粒体を流動化させるとともに前記開口から測定領域に移動させることができる速度に設定してもジェットノイズが許容限界以下の場合など）必要なくなる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態Ａ）
本発明の実施の形態Ａを図１、図２に示す。図示の装置は、石炭焚きボイラの火炉出口ガスの温度を測定する音響式温度計の音響センサ部分であり、測定対象気体、すなわち火炉出口ガスを囲む側壁である火炉の水壁７の互いに対向する位置に形成された一対の開口Ａ、Ｂに取付けられたものである。図は、開口Ａに取付けられた音響センサを示しているが、開口Ｂに取り付けられたものも、同一構成であるので、開口Ａに取付けられたものの構成について説明し、開口Ｂに取り付けられたものの説明は省略する。
【００２９】
図示の音響センサは、軸線をほぼ水平にして水壁７の開口Ａに取付けられた断面４角形の角筒状の水冷ホーン２０と、水冷ホーン２０の水壁７と反対側端部に接続され小径端側が上方に曲げられた角錐状のホーン２と、ホーン２の小径端側に取付けられた音波送信器３と、先端を水壁７の開口Ａに位置させて水冷ホーン２０内に配置され末端を前記ホーン２の外部に位置させたマイク用導波管２１と、マイク用導波管２１の末端に装着された音波受信器４と、水冷ホーン２０及びホーン２の底部に、ノズルを水壁７側に向けて配置されたパージ用ノズルである８個の灰パージ用空気配管と、を含んで構成されている。
【００３０】
粉粒体（以下、灰という）が付着しにくくなるように、かつ炉内からの輻射熱によりホーンが加熱されるのを防ぐために水冷構造とした水冷ホーン２０は、断面が１５０ｍｍ×１５０ｍｍの４角形で長さが１８０ｍｍの角筒状であり、灰パージ用空気配管８は、内径５ｍｍのものとしてある。水冷ホーン２０及びホーン２が音波送信器から大きい音を送り出すための筒状構造体を構成し、灰パージ用空気配管のノズルがパージ用ノズルを構成している。
【００３１】
この音響センサは、図８に示すように、石炭焚きボイラの灰除去用伝熱管の下側（火炉側、図中Ｂ位置）に設置され、火炉出口部のガス温度の変動を検出している。
【００３２】
灰パージ用空気配管８の各ノズルからは、常時２７ｍ／ｓの流速で空気が噴出されている。この流速は次の手順により設定されたものである。この石炭焚きボイラの当該音響センサ設置部近傍に存在する灰は、炉内に浮遊する非常に細かい粒子（最小のものは１０μｍ以下）からスートブロア及びウォールブロアによって伝熱管あるいは水壁から剥ぎ取られた１５ｍｍ程度の大きさの灰の固まりまでを含んでいる。
【００３３】
この最大の灰の固まり（径１５ｍｍ程度のもの）を吹き飛ばせるようにノズルの流速及び配置が選定されている。ノズルの流速及び配置を選定する際に、ノズルから噴出する空気は灰を吹き飛ばすと同時に騒音の元となり、温度測定の妨げとなることを考慮する必要がある。図１０に、ノズルから噴出される空気の流速と、そのときに発生する騒音レベル（それらノズルが配置された側、この場合開口Ａ側の音波受信器で受信される音圧レベル）の関係の１例を、ノズル本数をパラメータとして示したが、この関係はノズルの形状、大きさによって変化するものであるから、実際に使用するノズルを対象に種々の流速について測定して求める必要がある。図中に、１，２，５，１０本のノズルを、それぞれ使用した場合の騒音レベル（音圧レベル）を基準数値に対する比の形で示してあるが、図からも明らかなように、ノズルの本数が増すと騒音も大きくなる。同図中の破線は、測定対象気体（炉内の高温ガス）を挟んで対向する側（開口Ｂ側）の音波送信器から測定対象気体を通過してきた音波が開口Ａ側の音波受信器で受信されたときの音圧レベルの例を示す。この値は、音波送信器の出力音圧、音波送信器と音波受信器の距離、炉内の減衰特性、及び炉内の騒音レベルによって変化する値であり、測定する環境によって決まる。
【００３４】
本実施の形態では、音波送信器の出力は１３０ｄｂ、音波送信器と音波受信器の距離は１５ｍである。温度測定を安定に実施するには、Ｓ／Ｎ比（到達信号の強さ／騒音信号の強さ）を１以上にする必要があるから、１本のノズルの場合、灰パージ用空気配管のノズルからの噴出速度を３２ｍ／ｓ以下にする必要があることがわかる。
【００３５】
噴出速度を３２ｍ／ｓにしたときに、直径１５ｍｍの灰を吹き飛ばすことができる範囲を図１１に示す。図は、ノズルからの噴出速度を３２ｍ／ｓにしたときのノズル近傍の速度分布を示している。この速度分布はノズルの形状によっても変化するから、実機に使用するノズルを用いてあらかじめ測定しておく。図には、直径１５ｍｍの灰の固まりを吹き飛ばすことのできる流速２４ｍ／ｓ以上の領域をハッチングで示してあり、これから、ノズルの前方０．１ｍ，幅０．０６ｍの範囲が灰除去効果があることが分かる。
【００３６】
このノズルを用いて、図１に示すホーンの灰の堆積しやすい先端部分（水冷ホーンの底面部分、１８０ｍｍ×１５０ｍｍの範囲）の灰を除去するには、図１６に示すように、８本のノズルを配置する必要がある。しかし、８本のノズルを配置した場合の騒音レベルのときにＳ／Ｎ比を１以上にするには、図１０から分かるように各ノズルの噴出速度を２７ｍ／ｓ以下にする必要がある。ノズルの噴出速度を２７ｍ／ｓにした時のノズル近傍の速度分布を図１２に示し、流速２４ｍ／ｓ以上の領域を、ハッチングで示した。すなわち、ノズルの噴出速度が２７ｍ／ｓのとき、流速が２４ｍ／ｓ以上である領域は、ノズルの前方０．０８ｍ，幅０．０５ｍの範囲であり、その範囲で灰除去効果があることになる。
【００３７】
上記の結果にしたがって、図１に示すように、ノズルからの噴出速度を２７ｍ／ｓとし、水冷ホーン２０の内部底面の灰が堆積する領域を各ノズルの灰除去効果範囲がほぼ覆うように、かつ各ノズルの灰除去効果範囲が重ならないようにノズルを配置することで、灰を除去しつつ、連続的に温度測定を行うことができる。
（実施の形態Ｂ）
本発明の実施の形態Ｂを図３に示す。本実施の形態は、堆積する灰の大きさが、最大１０ｍｍの場合を対象にした場合のものである。本実施の形態が前記実施の形態Ａと異なるのは、水冷ホーン２０の底面の灰が堆積する領域に、直径１ｍｍの流動化気体供給孔（以下、灰流動化用空気孔２２という）を縦横各５ｍｍ間隔（中心間隔）で上下方向に貫通させて設け、灰流動化用空気孔２２を設けた底面の外側に流動化気体供給手段（以下、流動化用空気箱２３という）を設け、灰パージ用空気配管８は、前記灰流動化用空気孔２２よりも水壁７から遠い側にノズルを位置させて配置されている点である。他の構成は前記実施の形態Ａと同じであるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
流動化用空気箱２３には、灰流動化用空気孔２２から流速２５ｍ／ｓの空気を噴出するように空気が供給されるようになっており、灰パージ用空気配管８のノズルからは、３０ｍ／ｓの速度で空気を噴出するように構成されている。これらの流速は、次のようにして選定した。
【００３９】
直径１０ｍｍの灰の固まりを流動化するためには、空塔速度５ｍ／ｓの空気速度（流動化速度）の空気が供給される必要がある。この流動化速度は灰の大きさ及び灰の密度によって変化するので、測定領域に存在する灰の大きさ、密度によって変える必要がある。空塔速度５ｍ／ｓを維持するには、５ｍｍ間隔で開けた直径１ｍｍの灰流動化用空気孔２２から２５ｍ／ｓの流速で空気を水冷ホーン内へ噴出すればよい。なお、灰流動化用空気孔２２の間隔は、いずれかの灰流動化用空気孔２２から噴出される空気が灰に効果的に当るように、飛来する灰の最大直径の１／２以下とするのが望ましい。
【００４０】
この場合も、灰流動化用空気孔２２からの噴出空気によって発生し該灰流動化用空気孔２２が設けられた側（例えば開口Ａ側）の音波受信器で受信されるジェットノイズの音圧レベルが、他方（開口Ｂ側）の音波送信器から送信され測定対象気体を通過して前記開口Ａ側の音波受信器で受信された受信信号の音圧レベルを超えると測定ができなくなるので、発生するジェットノイズが前記測定対象気体を通過してきた音波の受信信号の音圧レベル以下となるように灰流動化用空気孔２２から噴出する空気流速を設定する必要がある。例えば、灰流動化用空気孔２２の径を大きくして空気噴出速度を低下させれば、空塔速度を損ねることなく騒音レベルを低下できる。
【００４１】
灰パージ用空気配管８の噴出速度であるが、本実施の形態では流動化用空気によって灰は流動状態にあるので、わずか（約５ｍ／ｓ）の流速があれば、堆積した灰を移動させることができる。そこで、灰パージ用空気は、噴流の先端（流速が５ｍ／ｓとなる地点）が、水冷ホーン２０の外側（炉内側）となるように、ノズルの位置、噴出速度を決定した。本実施例では、噴出速度を２５ｍ／ｓとし、ノズル先端位置を、水冷ホーン２０とホーン２の結合位置近傍でホーン２側とすることで上記条件を満たすことができた。この場合も、灰パージ用空気配管８のノズルから噴出される空気によるジェットノイズの音圧レベルが受信信号の音圧レベルを超えると測定ができなくなるので、ジェットノイズの音圧レベルが受信信号の音圧レベル以下となるよう、灰パージ用空気配管８のノズルから噴出される空気の速度を設定する必要がある。また、灰パージ用空気配管８のノズルから噴出される空気の速度を低下させたために灰パージ用空気の先端（流速が５ｍ／ｓの地点）が水冷ホーン２０の水壁７側先端に達しない場合は、例えば、ノズルを複数本並べることにより、灰パージ用空気の先端位置を水冷ホーン２０の外側になるように動かすことができる。
【００４２】
堆積する灰の固まりの大きさが１０ｍｍよりも大きい場合は、それを流動化するのに必要な空塔速度を求め、得られた空塔速度に対応した灰流動化用空気孔２２の直径、配置ならびに噴出する流動化用空気の流速を選定してすればよい。
（実施の形態Ｃ）
図１４に本発明の実施の形態Ｃを示す。本実施の形態Ｃは、前記実施の形態Ｂにおける灰流動化用空気孔２２を、噴出し口が水壁７側に近づくように傾けてあけた灰流動化用空気孔２２Ａとしたもので、噴出される流動化のための空気の中心軸が、真上方向ではなく、測定領域側開口部に向かう方向成分を持つようにしたものである。本実施の形態によれば、灰を流動化すると同時に流動化した灰を水壁７に形成された開口側に移動させる効果があり、灰パージ用空気配管８から噴出する空気の量を低減できる。また、堆積する灰の径が小さく、灰流動化用空気孔２２Ａからの空気噴出速度を灰を流動化させるとともに流動化した灰を前記開口を経て測定領域に移動させることができる速度に設定しても灰流動化用空気孔２２Ａのジェットノイズが許容限界以下の場合は、灰パージ用空気配管８をなくすことも可能である。その場合、構造的にも簡易となる。
【００４３】
なお、図１４では、灰パージ用空気配管８を音波送信器３に近い側に後退させて設置した例が示されているが、前記図３に示したように、もっと、水冷ホーン２０に近づけて設置してもよい。
（実施の形態Ｄ）
図１５に本発明の実施の形態Ｄを示す。本実施の形態が前記実施の形態Ｂと異なるのは、水冷ホーン２０底面に上下方向に貫通する灰流動化用空気孔２２を形成する代わりに、水冷ホーン２０底面を、水壁７に近づくにつれて低くなる階段状に形成し、この階段状部分の下側に風箱２４を設けた点である。風箱２４には図示されていない空気源から空気が送られて、各階段の段差部分から水冷ホーン内部に向かってほぼ水平方向に、かつ水壁に向かう方向に空気を噴出する構成としてある。階段のピッチは、段差部分からの噴出空気の流速が灰（水冷ホーン２０の底面に堆積した、測定領域における最大径の灰）を吹き飛ばすのに必要な流速を確保できる値に設定するとともに、その空気噴流によるジェットノイズを当該水冷ホーン２０側（例えば開口Ａ側）の音波受信器４で受信したときの音圧レベルが、開口Ｂ側の音波発信器により発信され測定対象気体を通過して開口Ａ側の音波受信器４により受信される音波の音圧レベルよりも低くなるように設定してある。灰除去効果は前記各実施の形態と同じであり、空気噴流によるジェットノイズが温度測定の妨げになるのが防止される。
【００４４】
上記各実施の形態においては、灰の堆積を防止するための噴出気体として空気を用いる例を示したが、空気以外の低温の排ガスや蒸気等を用いても効果は同等である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、測定対象気体を囲む側壁に形成された開口に筒状構造体を介して音響送信器を取付け、音響を利用して前記測定対象気体の温度を測定するときに、前記筒状構造体内部底面に堆積した灰などの粉粒体を、温度測定を妨げることなく除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態Ａを示す平面図である。
【図２】図１に示す実施の形態の側面を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態Ｂを示す側面断面図である。
【図４】音響式温度計の基本的な装置構成を示す概念図である。
【図５】音響式温度計を高温のガス温度計測に適用した装置構成の例を示す図である。
【図６】音響式温度計を複数個組み合わせて温度分布を測定する例を示す斜視図である。
【図７】音響式温度計をボイラの制御に利用した場合のは一例を示す断面図である。
【図８】音響式温度計によるボイラ火炉内のガス温度計測における計測位置の例を示す断面図である。
【図９】従来技術における音響センサの構造の例を示す断面図である。
【図１０】ノズルから噴出される空気の流速とこの時に発生する騒音レベルの関係を示すグラフである。
【図１１】ノズルから噴出される空気の速度分布の例を示す断面図である。
【図１２】ノズルから噴出される空気の速度分布の他の例を示す断面図である。
【図１３】灰の固まりの大きさと、その大きさの灰の固まりを吹き飛ばすのに必要な空気の流速の関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施の形態Ｂを示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態Ｃを示す断面図である。。
【図１６】灰パージ用空気配管のノズル配置を検討する場合の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１  堆積した灰
２  ホーン
３  音波送信器
４  音波受信器
５  制御器
６  波形発生器
７  水壁
８  灰パージ用空気配管
９  灰パージ用空気
１０  リレー
１１  マイク用アンプ
１２  受信用アンプ
１３  バンドパスフィルタ
１４  Ａ／Ｄ変換器
１５  伝播時間検出器
１６  温度換算器
１７  表示器
１８  音響センサ
１９  ダクト
２０  水冷ホーン（ホーン）
２１  マイク用導波管
２２、２２Ａ  灰流動化用空気孔
２３  流動化用空気箱
２４  風箱
２５  伝播時間補正器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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