(57)【要約】【課題】受光強度から温度を算出する場合に、得られる温度の対象となる熱源の範囲を評価できるようにする。【解決手段】温度検出方法が、光ファイバを対象領域に挿入して受光強度を測定する受光強度測定ステップと、前記受光強度測定ステップで得られた受光強度を温度に換算する温度検出ステップと、温度センサを前記対象領域に挿入して温度を測定する温度測定ステップと、前記受光強度測定ステップで得られた受光強度と前記温度測定ステップで得られた温度とに基づいて、前記温度検出ステップにおける実質的温度検出対象範囲を示す温度検出距離を取得する温度検出距離取得ステップと、を具備する。【選択図】図１
2014095664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを対象領域に挿入して受光強度を測定する受光強度測定ステップと、
前記受光強度測定ステップで得られた受光強度を温度に換算する温度検出ステップと、
温度センサを前記対象領域に挿入して温度を測定する温度測定ステップと、
前記受光強度測定ステップで得られた受光強度と前記温度測定ステップで得られた温度とに基づいて、前記温度検出ステップにおける実質的温度検出対象範囲を示す温度検出距離を取得する温度検出距離取得ステップと、
を具備することを特徴とする温度検出方法。
【請求項２】
前記温度検出距離取得ステップは、
前記温度測定ステップで得られた温度に基づいて、複数の光透過状況の各々について、前記温度検出ステップで得られるべき温度を算出する透過状況別温度算出ステップと、
前記透過状況別温度算出ステップで得られた温度と前記温度検出ステップで得られた温度とを比較して光透過状況を検出する透過状況検出ステップと、
前記透過状況検出ステップで得られた光透過状況に応じた温度検出距離を算出する温度検出距離算出ステップと、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の温度検出方法。
【請求項３】
前記温度検出ステップでは、単色法と２色法との各々で温度を求め、
単色法で得られた温度と２色法で得られた温度とを比較して燃焼状態を推定する燃焼状態推定ステップを更に具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度検出方法。
【請求項４】
前記受光強度測定ステップでは、バーナの着火部における受光強度を測定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の温度検出方法。
【請求項５】
前記光ファイバは、当該光ファイバより耐熱性の高い補強材に支持されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の温度検出方法。
【請求項６】
対象領域に挿入された光ファイバの受光強度を測定する受光強度測定部と、
前記受光強度測定部が取得した受光強度を温度に換算する温度検出部と、
前記対象領域に挿入された温度センサを用いて温度を測定する温度測定部と、
前記受光強度測定部が測定した受光強度と前記温度測定部が測定した温度とに基づいて、前記温度検出部における実質的温度検出対象範囲を示す温度検出距離を取得する温度検出距離取得部と、
を具備することを特徴とする温度検出装置。
【請求項７】
温度検出装置としてのコンピュータに、
対象領域に挿入された光ファイバの受光強度を測定する受光強度測定ステップと、
前記受光強度測定ステップで得られた受光強度を温度に換算する温度検出ステップと、
前記対象領域に挿入された温度センサを用いて温度を測定する温度測定ステップと、
前記受光強度測定ステップで得られた受光強度と前記温度測定ステップで得られた温度とに基づいて、前記温度検出ステップにおける実質的温度検出対象範囲を示す温度検出距離を取得する温度検出距離取得ステップと、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度検出方法、温度検出装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
温度検出方法として、例えば２色法など、受光強度から温度を算出する方法が知られている。例えば、特許文献１には、スート（すすｏｒカーボン）の発光特性から、プランクの輻射則の関係を用い、火炎温度を知ることができる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０８３６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
受光強度から温度を算出する方法では、熱源が複数存在する場合に、得られる温度の対象となる熱源の範囲の評価が困難となるおそれがある。
例えば、微粉炭ボイラ炉内の温度を受光強度から算出する場合、得られる温度の対象となる微粉炭の範囲は、微粉炭濃度に影響される。すなわち、微粉炭濃度が低い場合は、受光位置に対して遠方にある微粉炭の放射光を受光し易く、従って、得られる温度の対象となる微粉炭の範囲が広い。一方、微粉炭濃度が高い場合は、受光位置に対して遠方にある微粉炭の放射光は、より近傍にある微粉炭に遮断されて受光し難く、従って、得られる温度の対象となる微粉炭の範囲が狭い。
【０００５】
ここで、得られる温度の対象となる熱源の範囲は、すなわち、温度検出対象範囲である。従って、得られる温度の対象となる熱源の範囲を評価できなければ、得られた温度がどこの温度かを特定することができない。
例えば、微粉炭ボイラ炉内の温度を受光強度から算出しても、得られた温度の対象となる熱源の範囲を評価できなければ、炉内のどの部分の温度を検出したかを特定することができない。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、得られる温度の対象となる熱源の範囲を評価することのできる温度検出方法、温度検出装置およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様による温度検出方法は、光ファイバを対象領域に挿入して受光強度を測定する受光強度測定ステップと、前記受光強度測定ステップで得られた受光強度を温度に換算する温度検出ステップと、温度センサを前記対象領域に挿入して温度を測定する温度測定ステップと、前記受光強度測定ステップで得られた受光強度と前記温度測定ステップで得られた温度とに基づいて、前記温度検出ステップにおける実質的温度検出対象範囲を示す温度検出距離を取得する温度検出距離取得ステップと、を具備することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他の一態様による温度検出方法は、上述の温度検出方法であって、前記温度検出距離取得ステップは、前記温度測定ステップで得られた温度に基づいて、複数の光透過状況の各々について、前記温度検出ステップで得られるべき温度を算出する透過状況別温度算出ステップと、前記透過状況別温度算出ステップで得られた温度と前記温度検出ステップで得られた温度とを比較して光透過状況を検出する透過状況検出ステップと、前記透過状況検出ステップで得られた光透過状況に応じた温度検出距離を算出する温度検出距離算出ステップと、を具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の他の一態様による温度検出方法は、上述の温度検出方法であって、前記温度検出ステップでは、単色法と２色法との各々で温度を求め、単色法で得られた温度と２色法で得られた温度とを比較して燃焼状態を推定する燃焼状態推定ステップを更に具備することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の他の一態様による温度検出方法は、上述の温度検出方法であって、前記受光強度測定ステップでは、バーナの着火部における受光強度を測定することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の他の一態様による温度検出方法は、上述の温度検出方法であって、前記光ファイバは、当該光ファイバより耐熱性の高い補強材に支持されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の一態様による温度検出装置は、対象領域に挿入された光ファイバの受光強度を測定する受光強度測定部と、前記受光強度測定部が取得した受光強度を温度に換算する温度検出部と、前記対象領域に挿入された温度センサを用いて温度を測定する温度測定部と、前記受光強度測定部が測定した受光強度と前記温度測定部が測定した温度とに基づいて、前記温度検出部における実質的温度検出対象範囲を示す温度検出距離を取得する温度検出距離取得部と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の他の一態様によるプログラムは、温度検出装置としてのコンピュータに、対象領域に挿入された光ファイバの受光強度を測定する受光強度測定ステップと、前記受光強度測定ステップで得られた受光強度を温度に換算する温度検出ステップと、前記対象領域に挿入された温度センサを用いて温度を測定する温度測定ステップと、前記受光強度測定ステップで得られた受光強度と前記温度測定ステップで得られた温度とに基づいて、前記温度検出ステップにおける実質的温度検出対象範囲を示す温度検出距離を取得する温度検出距離取得ステップと、を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、受光強度から温度を算出する場合に、得られる温度の対象となる熱源の範囲を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態における温度検出装置の機能構成を示す概略ブロック図である。
【図２】同実施形態における対象領域の一例として炉内を含むボイラの概略構成図である。
【図３】同実施形態における温度測定部の温度測定範囲および温度検出部の実質的温度検出対象範囲の例を示す説明図である。
【図４】同実施形態における受光強度測定部の有する光ファイバの支持構造を示す説明図である。
【図５】同実施形態において、温度検出装置が温度検出に際して行う処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】同実施形態において受光強度測定部が検出する温度の例を示すグラフである。
【図７】同実施形態において、ランベルト・ベール則より得られる、対象領域における光の透過状況および光路長毎の透過率の例を示すグラフである。
【図８】同実施形態において、透過状況別温度算出部が、対象領域における光の透過状況毎に算出した、温度検出部が検出すべき温度の例を示すグラフである。
【図９】同実施形態において、透過状況別温度算出部が算出した温度、および、温度検出部が検出した温度の例を示す説明図である。
【図１０】同実施形態における、光路長と、受光部分が受光する透過光の累積値との関係の例を示すグラフである。
【図１１】同実施形態における、対象領域における光の透過状況と温度検出距離との対応関係の例を示す説明図である。
【図１２】同実施形態のバーナの着火部における、熱電対による温度測定結果と、受光強度に基づく温度検出結果との例を示すグラフである。
【図１３】本発明の第２の実施形態における温度検出装置の機能構成を示す概略ブロック図である。
【図１４】同実施形態における、２色法で検出した温度と単色法で検出した温度との違いの例を示すグラフである。
【図１５】同実施形態における、熱源の温度と放射輝度との関係の例を示すグラフである。
【図１６】同実施形態において、２色法で検出した温度と単色法で検出した温度とを放射輝度に変換した例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における温度検出装置の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、温度検出装置１００は、温度測定部１１０と、受光強度測定部１２０と、温度検出部１３０と、温度検出距離取得部１４０とを具備する。
温度検出距離取得部１４０は、透過状況別温度算出部１４１と、透過状況検出部１４２と、温度検出距離算出部１４３とを具備する。
【００１７】
温度検出装置１００は、対象領域の温度を測定する。
ここでいう対象領域とは、温度を検出する対象となっている領域である。温度検出装置１００は、対象領域の少なくとも一点における温度を検出する。なお、以下では、対象領域が微粉炭焚ボイラの炉内である場合を例に説明するが、これに限らない。温度検出装置１００は、受光強度から温度を検出する際に対象領域における光の透過状況の影響を受け得る様々な領域を対象領域として温度を検出し得る。
【００１８】
温度測定部１１０は温度センサを有し、当該温度センサを対象領域に挿入された状態で温度を測定する。温度測定部１１０が行う処理は、本発明の温度測定ステップにおける処理の一例に該当する。
なお、以下では、温度測定部１１０が温度センサとして熱電対を有する場合を例に説明するが、温度測定部１１０が有する温度センサは熱電対に限らず、接触式温度センサなど局所的な温度を測定可能な温度センサであればよい。
【００１９】
受光強度測定部１２０は、光ファイバおよび当該光ファイバの受光強度を検出する光センサを具備し、光ファイバの受光部分（例えば先端部分）を対象領域に挿入された状態で受光強度を測定する。受光強度測定部１２０が行う処理は、本発明の受光強度測定ステップにおける処理の一例に該当する。
なお、ここでいう光は可視光に限らない電磁波であり、特に、赤外線であってもよい。例えば、温度検出部１３０が２色法を用いて温度を検出するにあたり、受光強度測定部１２０が、波長１．３５マイクロメートル（μｍ）の赤外線の受光強度と、波長１．５５マイクロメートルの赤外線の受光強度とを測定するようにしてもよい。
【００２０】
温度検出部１３０は、前記受光強度測定部が取得した受光強度を温度に換算する。温度検出部１３０が行う処理は、本発明の温度検出ステップにおける処理の一例に該当する。
なお、温度検出部１３０が受光強度を温度に換算する方法として様々な方法を用いることができる。例えば、温度検出部１３０が、２色法を用いるようにしてもよいし、単色法を用いるようにしてもよい。以下では、温度検出部１３０が２色法を用いる場合を例に説明する。
【００２１】
温度検出距離取得部１４０は、受光強度測定部１２０が測定した受光強度と温度測定部１１０が測定した温度とに基づいて、温度検出距離を取得する。温度検出距離取得部１４０が行う処理は、本発明の温度検出距離取得ステップにおける処理の一例に該当する。
ここでいう温度検出距離とは、温度検出部１３０における実質的温度検出対象範囲を示す距離である。
【００２２】
ここで、熱源から受光強度測定部１２０の有する光ファイバの受光部分までの距離が遠いほど、受光強度は弱くなる。特に、微粉炭によって光が遮断される微粉炭焚ボイラの炉内など、光の透過状況を考慮する必要がある環境では、光が透過しにくい場合（透過率が低い場合）は、熱源から受光部分までの距離が遠いほど、受光強度は一層弱くなる。このことから、受光部分から充分遠くに位置する熱源は、当該熱源の放射光の受光強度が充分弱くなり、温度検出部１３０が行う温度検出において誤差とみなし得る。
【００２３】
従って、光ファイバの受光範囲から、温度検出部１３０が行う温度検出において誤差とみなし得る範囲を除いた残りを、実質的温度検出対象範囲として設定することができる。また、温度検出距離は、実質的温度検出対象範囲の、光ファイバからの受光部分からの最大距離（実質的温度検出対象領域に含まれる各点の、受光部分からの距離の最大値）である。
後述するように、温度検出距離取得部１４０は、対象領域における光の透過状況や、要求される温度検出精度に応じて、温度検出距離を取得する。
【００２４】
温度検出距離取得部１４０において、透過状況別温度算出部１４１は、温度測定部１１０が測定した温度に基づいて、複数の光透過状況の各々について、温度検出部１３０が検出すべき温度を算出する。すなわち、透過状況別温度算出部１４１は、対象領域における光の透過状況を複数想定し、想定した各透過状況について、当該透過状況のもとで温度検出部１３０が検出する温度を予測する。
透過状況別温度算出部１４１が行う処理は、本発明の透過状況別温度算出ステップにおける処理の一例に該当する。
【００２５】
透過状況検出部１４２は、透過状況別温度算出部１４１が算出した温度と、温度検出部１３０が検出した温度とを比較して、光透過状況を検出する。すなわち、透過状況検出部１４２は、透過状況別温度算出部１４１が複数の透過状況について予測した温度検出部１３０の検出温度と、温度検出部１３０が実際に検出した温度とを比較することで、対象領域における光の透過状況を検出する。
透過状況検出部１４２が行う処理は、本発明の透過状況検出ステップにおける処理の一例に該当する。
【００２６】
温度検出距離算出部１４３は、透過状況検出部１４２が検出した光透過状況に応じた温度検出距離を算出する。後述するように、温度検出距離算出部１４３は、対象領域における光の透過状況や、要求される温度検出精度に応じて、温度検出距離を算出する。
温度検出距離算出部１４３が行う処理は、本発明の温度検出距離算出ステップにおける処理の一例に該当する。
【００２７】
図２は、対象領域の一例として炉内を含むボイラの概略構成図である。同図において、ボイラ９００の具備するバーナ９１０と、炉心管９２０と、ヒータ室９３０と、覗き窓９４０とが示されている。また、温度測定部１１０の有する熱電対と受光強度測定部１２０の有する光ファイバとが、覗き窓９４０からボイラ９００内部へ挿入されている。
【００２８】
ボイラ９００は、微粉炭焚ボイラであり、微粉炭を燃焼させることで熱を発生させる。
バーナ９１０は、経路ＡＲ１１にて供給される微粉炭および一次空気と、経路ＡＲ１２にて供給される二次空気とを混合させ、炉心管９２０の有する炉内へ拡散させて燃焼させる。
炉心管９２０は、燃焼室としての炉内を炉心管９２０自らの内部に有し、バーナ９１０からの微粉炭を当該炉内にて燃焼させる。炉心管９２０の炉内は、対象領域の一例に該当し、バーナ９１０が拡散させる微粉炭により視界が悪くなっている。従って、受光強度測定部１２０が炉内における受光強度を測定する際や、温度検出部１３０が当該受光強度から温度を検出する際、炉内における光の透過状況の影響を受ける。
【００２９】
ヒータ室９３０は、炉内に拡散された微粉炭を燃焼させるために炉内を加熱する。
覗き窓９４０は、ボイラ９００外部から内部を観察するために設けられており、特に、温度測定部１１０の有する熱電対や受光強度測定部１２０の有する光ファイバを炉心管９２０の炉内へ挿入する際の挿入口となる。
【００３０】
図３は、温度測定部１１０の温度測定範囲および温度検出部１３０の実質的温度検出対象範囲の例を示す説明図である。同図において、温度測定部１１０の熱電対と、受光強度測定部１２０の光ファイバとが、覗き窓９４０から炉心管９２０の炉内へと挿入されている。
また、領域Ａ２１は、温度測定部１１０の温度測定範囲を示している。図３に示すように、温度測定部１１０は、熱電対の先端部分の温度を測定する。
一方、領域Ａ２２は、温度検出部１３０の実質的温度検出対象範囲を示している。上述したように、光ファイバの受光範囲から、温度検出部１３０が行う温度検出において誤差とみなし得る遠方の範囲を除いた残りが、実質的温度検出対象範囲として設定されている。
【００３１】
図３の例における炉内など高温の対象領域へ挿入可能とするため、受光強度測定部１２０の有する光ファイバは、当該光ファイバより耐熱性の高い補強材に支持されている。
図４は、受光強度測定部１２０の有する光ファイバの支持構造を示す説明図である。同図において、光ファイバ１２１は、ガイド管１２２に覆われており、ガイド管１２２は、さらにガイド管１２３に覆われている。
【００３２】
ガイド管１２２およびガイド管１２３は、いずれもアルミナを用いて構成されており、光ファイバ１２１より耐熱性の高い補強材の一例に該当する。
このように、耐熱性の高い補強材（図４の例では、ガイド管１２２およびガイド管１２３）で光ファイバ１２１を支持することで、光ファイバ１２１の受光部分を、所望の温度検出点に位置させ易くなる。より具体的には、光ファイバ１２１を対象領域へまっすぐ挿入して、受光部分を所望の温度検出点に固定することができる。
【００３３】
また、補強材が多重構造（図４の例では、ガイド管１２２とガイド管１２３との２重構造）とすることで、光ファイバ１２１に対して充分な支持力を与えつつ、燃焼場の乱れを低減させることができる。
ここで、光ファイバ１２１の支持の観点からは、ガイド管が充分な強度を有するよう、ある程度径の大きいガイド管を用いることが好ましい。一方、ガイド管を挿入することによる燃焼場の乱れを低減させる観点からは、ガイド管の径を小さくすることが好ましい。
そこで、図４の例のように、ガイド管の２重構造にて補強材を構成することで、比較的径の大きいガイド管１２３にて光ファイバ１２１に対して充分な支持力を与えつつ、受光部分付近では、比較的径の小さいガイド管１２２にて光ファイバ１２１を支持することで、燃焼場の乱れを低減させることができる。
また、光ファイバ１２１の受光部分である先端部分は、ガイド管１２２および１２３から突出した構造となっている。これにより、受光強度測定部１２０が受光強度を測定する際、ガイド管１２２や１２３による輻射の影響を低減させることができる。
【００３４】
なお、ガイド管１２３がガイド管１２２をスライド可能に支持するようにしてもよい。これにより、受光強度測定部１２０が受光強度を測定する際は、ガイド管１２２をガイド管１２３から進出させて燃焼場の乱れを低減させることができる。一方、受光強度測定部１２０が受光強度を測定するとき以外は、ガイド管１２２の先端部分もガイド管１２３の内部に収納して、光ファイバ１２１をさらに確実に支持することができる。
【００３５】
なお、１本のガイド管の内部を複数の光ファイバが通る構造としてもよい。例えば、受光強度測定部１２０が複数の光ファイバを用いて複数地点における受光強度を測定する場合、１本のガイド管にてこれら複数の光ファイバを支持する構成とすることができる。
その際、ガイド管を多重構造とし、径のより小さいガイド管の内部に光ファイバを１本ずつ通し、径のより大きいガイド管が、径のより小さいガイド管複数をまとめて支持する構造としてもよい。
また、ガイド管等の補強材が、こうそく１の光ファイバに加えて温度測定部１１０の熱電対も支持する構成としてもよい。
【００３６】
なお、受光強度測定部１２０の有する光ファイバは、高温の対象領域へ挿入可能であればよく、必ずしも上記のようにアルミナのガイド管に指示されている必要はない。
例えば、ガイド管１２２やガイド管１２３が、ＳＵＳ（Steel Use Stainless）にて構成され、水冷構造を備えることで耐熱性を確保するようにしてもよい。
【００３７】
次に、図５〜１０を参照して、温度検出装置１００の動作について説明する。
図５は、温度検出装置１００が温度検出に際して行う処理の手順を示すフローチャートである。温度検出装置１００は、例えば、温度測定部１１０の有する光ファイバおよび受光強度測定部１２０の有する熱電対を対象領域に挿入された状態で、ユーザ操作に従って同図の処理を行う。あるいは、温度検出装置１００が、光ファイバおよび熱電対を駆動させる機構を有し、光ファイバおよび熱電対を移動させて自動的に図５の処理を行うようにしてもよい。
【００３８】
図５の処理において、まず、受光強度測定部１２０が光ファイバの受光部分における受光強度を測定し（ステップＳ１１１）、温度検出部１３０が、受光強度測定部１２０の測定した受光強度に基づいて温度を検出（算出）する（ステップＳ１１２）。
図６は、受光強度測定部１２０が検出する温度の例を示すグラフである。同図の横軸は、微粉炭焚ボイラ炉内の横断方向における位置（以下、「炉内横断方向位置」と称する）を、光ファイバ挿入側の炉壁からの距離にて示している。また、縦軸は温度を示している。
【００３９】
図６の例では、温度測定部１１０が、炉内横断方向位置３０ミリメートル（ｍｍ）から１９０ミリメートルまでの範囲で、１０ミリメートル毎に受光強度を測定しており、温度検出部１３０が、温度測定部１１０が測定した受光強度の各々に基づいて温度を算出している。
この、温度検出部１３０が検出した温度は、温度測定部１１０が受光した放射光に基づく温度であり、この点において、温度検出部１３０の受光範囲に関する温度を示している。但し、光ファイバの受光部分に近い熱源ほど、温度検出部１３０が検出した温度に影響を及ぼしている。
【００４０】
図５に戻って、ステップＳ１１１およびＳ１１２の処理と並列的に、温度測定部１１０が、熱電対を用いて対象領域における温度を測定し（ステップＳ１２１）、透過状況別温度算出部１４１が、対象領域における光の透過状況毎に、温度検出部１３０が検出すべき温度を算出する（ステップＳ１２２）。ステップＳ１２１およびＳ１２２の処理は、ステップＳ１１１およびＳ１１２の処理と平行して行われてもよいし、逐次的に行われてもよい。
【００４１】
ここで、透過状況別温度算出部１４１が行う処理について、より詳細に説明する。まず、温度検出部１３０が検出すべき温度を算出するために透過状況別温度算出部１４１が用いる数式（モデル）について説明する。
まず、ランベルト・ベール則より、透過光強度Ｉ１を入射光強度Ｉ０で除算した透過率Ｉ１／Ｉ０は、式（１）のように示される。
【００４２】
【数１】
2014095664.tif 000003
【００４３】
但し、ｅは、自然対数の底を示す。また、σは、吸収断面積を示す。また、Ｃは、粒子数密度を示す。また、ｄは、光路長を示す。
透過率についての式（１）の右辺の表記を用いると、受光強度測定部１２０の有する光ファイバの受光部分における、波長λ１、λ２の光の受光強度（受光部分にて受光する放射強度）Ｉλ１、Ｉλ２は、式（２）のように示される。
【００４４】
【数２】
2014095664.tif 000004
【００４５】
但し、ｎ（ｎは正整数）は、炉内における熱源の個数を示す。また、Ｉｉλ１（１≦ｉ≦ｎ）は、ｉ番目の熱源からの、波長λ１の光の放射強度を示す。なお、明細書の記載において、２段階目以降の上付および下付を省略している。また、Ｉｉλ２（１≦ｉ≦ｎ）は、ｉ番目の熱源からの、波長λ２の光の放射強度を示す。また、ｄｉ（１≦ｉ≦ｎ）は、ｉ番目の熱源から受光部分までの光路長を示す。
また、ＩＷλ１は、炉壁からの、波長λ１の光の放射強度を示す。また、ＩＷλ２は、炉壁からの、波長λ２の光の放射強度を示す。また、ｄＷは、炉壁から受光部分までの光路長を示す。
なお、ここでいう放射強度とは、ある特定の方向へ射出される、単位射影面積あたり、単位立体角あたりの熱放射エネルギーである。
ここで、波長λの光の熱放射エネルギーＥλは、円周率πを用いて式（３）のように示される。
【００４６】
【数３】
2014095664.tif 000005
【００４７】
但し、Ｉλは、波長λの光の放射強度を示す。
式（３）を用いると、式（２）は式（４）のように変形できる。
【００４８】
【数４】
2014095664.tif 000006
【００４９】
但し、Ｅλ１は、波長λ１の光の受光エネルギー（受光部分にて受ける熱放射エネルギー）を示す。また、Ｅλ２は、波長λ２の光の受光エネルギーを示す。また、Ｅｉλ１（１≦ｉ≦ｎ）は、ｉ番目の熱源からの、波長λ１の光の熱放射エネルギーを示す。また、Ｅｉλ２（１≦ｉ≦ｎ）は、ｉ番目の熱源からの、波長λ２の光の熱放射エネルギーを示す。また、ＥＷλ１は、炉壁からの、波長λ１の光の熱放射エネルギーを示す。また、ＥＷλ２は、炉壁からの、波長λ２の光の熱放射エネルギーを示す。
ここで、プランクの放射則より、波長λの光の熱放射エネルギーＥλは、式（５）のように示される。
【００５０】
【数５】
2014095664.tif 000007
【００５１】
但し、ελは、波長λにおける分光放射率を示す。また、Ｔは、熱源の表面真温度を示す。また、Ｃ１は、放射（プランク）第１定数を示す。また、Ｃ２は、放射（プランク）第２定数を示す。
ここで、ウィーンの近似則より、式（６）が成り立つ。
【００５２】
【数６】
2014095664.tif 000008
【００５３】
すなわち、ｅ（Ｃ／λＴ）が１に対して充分大きい場合、ｅ（Ｃ／λＴ）−１をｅ（Ｃ／λＴ）で近似することができる。
式（５）に式（６）の近似則を適用すると、式（７）のようになる。
【００５４】
【数７】
2014095664.tif 000009
【００５５】
この式（７）を用いて、式（４）を式（８）のように変形することができる。
【００５６】
【数８】
2014095664.tif 000010
【００５７】
また、波長λ１とλ２とが近接している場合、放射率の波長依存性を無視することができ、式（９）のように近似することができる。
【００５８】
【数９】
2014095664.tif 000011
【００５９】
式（８）および式（９）より、波長λ１とλ２との放射熱エネルギーの比Ｒ（Ｔ）は、式（１０）のように示される。
【００６０】
【数１０】
2014095664.tif 000012
【００６１】
但し、ｅｘｐは、ｅのべき乗を示す。
また、２色法における放射強度から温度への変換式は、式（１１）のように示される。
【００６２】
【数１１】
2014095664.tif 000013
【００６３】
式（１１）に式（１０）を代入して式（１２）を得られる。
【００６４】
【数１２】
2014095664.tif 000014
【００６５】
透過状況別温度算出部１４１は、この式（１２）を用いて、温度検出部１３０が検出すべき温度を算出する。具体的には、透過状況別温度算出部１４１は、式（１２）のＴ１、Ｔ２、・・・、Ｔｎの各々に、温度測定部１１０が測定した温度（熱電対を用いた実測温度）を代入する。また、式（１２）における透過率ｅ（−σＣｄ１）、ｅ（−σＣｄ２）、・・・、ｅ（−σＣｄｎ）の各々については、透過状況別温度算出部１４１は、例えば、ランベルト・ベール則より得られる、対象領域における光の透過状況および光路長毎の透過率を予め記憶しておき、当該透過率を代入する。
【００６６】
図７は、ランベルト・ベール則より得られる、対象領域における光の透過状況および光路長毎の透過率の例を示すグラフである。同図の横軸は、光路長（すなわち、光源から受光部分までの距離）を示す。また、縦軸は、透過率を示す。
式（１）に示されるランベルト・ベール則では、吸収断面積σ、および、粒子数密度Ｃが、対象領域における光の透過状況を示すパラメータとなっている。これら吸収断面積σおよび粒子数密度Ｃの設定毎に、各光路長について透過率を計算すると、例えば線Ｌ１１１〜Ｌ１１８に示される計算結果を得られる。
【００６７】
線Ｌ１１１は、比較的光を透過しづらい状況における透過率を示している。これは、式（１２）のパラメータでいえば、吸収断面積σと粒子数密度Ｃとの積σＣの値が大きい状況に該当する。
以下、線Ｌ１１２は、線Ｌ１１１よりも光を透過し易い状況における透過率を示す。また、線Ｌ１１３は、線Ｌ１１２よりも光を透過し易い状況における透過率を示す。このように、線Ｌ１１１に近い線ほど、光を透過しづらい状況における透過率を示しており、一方、線Ｌ１１８に近い線ほど、光を透過し易い状況における透過率を示している。
【００６８】
図８は、透過状況別温度算出部１４１が、対象領域における光の透過状況毎に算出した、温度検出部１３０が検出すべき温度の例を示すグラフである。同図の横軸は、炉内横断方向位置を、光ファイバ挿入側の炉壁からの距離にて示している。また、縦軸は温度を示している。
また、線Ｌ２１１は、温度測定部１１０が測定した温度を示す。また、線Ｌ２２１〜Ｌ２２８は、それぞれ、図７の線Ｌ１１１〜Ｌ１１８に基づいて算出された、炉内横断方向の各位置における温度を示す。
【００６９】
例えば、図７の線Ｌ１１１に示される光の透過状況（以下では、当該透過状況を「σ１」にて示す）の場合に、炉内横断方向位置０、すなわち、光ファイバ挿入側（光ファイバを挿入した覗き窓に近い側）の炉壁付近において、温度検出部１３０が検出すべき温度を算出する場合、透過状況別温度算出部１４１は、式（１３）に示す計算にて当該温度を算出する。
【００７０】
【数１３】
2014095664.tif 000015
【００７１】
但し、Ｔ０、Ｔ１０、・・・、Ｔ１９０には、それぞれ、図８の線Ｌ２１１に示される、炉内横断方向０、１０、・・・１９０の位置における、温度測定部１１０の測定温度を代入する。また、Ｔｗには、炉内横断方向２００に位置する炉壁の温度（例えば、炉内横断方向２００の位置における、温度測定部１１０の測定温度）を代入する。
また、透過率ｅ（−σＣｄ０）、ｅ（−σＣｄ１０）、・・・、ｅ（−σＣｄ１９０）には、それぞれ、図７の線Ｌ１１１に示される、光路長０、１０、・・・、１９０における透過率を代入する。
当該計算により、温度測定部１１０が算出する温度は、図８の線Ｌ２２１の炉内横断方向０の位置における温度に相当する。
【００７２】
また、透過状況σ１の場合に、炉内横断方向位置１００、すなわち、両側の炉壁に対する中央付近において、温度検出部１３０が検出すべき温度を算出する場合、透過状況別温度算出部１４１は、式（１４）に示す計算にて当該温度を算出する。
【００７３】
【数１４】
2014095664.tif 000016
【００７４】
但し、Ｔ１００、Ｔ１１０、・・・、Ｔ１９０には、それぞれ、図８の線Ｌ２１１に示される、炉内横断方向１００、１１０、・・・１９０の位置における、温度測定部１１０の測定温度を代入する。また、Ｔｗには、炉内横断方向２００に位置する炉壁の温度（例えば、炉内横断方向２００の位置における、温度測定部１１０の測定温度）を代入する。
また、透過率ｅ（−σＣｄ０）、ｅ（−σＣｄ１０）、・・・、ｅ（−σＣｄ９０）には、それぞれ、図７の線Ｌ１１１に示される、光路長０、１０、・・・、９０における透過率を代入する。
当該計算により、温度測定部１１０が算出する温度は、図８の線Ｌ２２１の炉内横断方向１００の位置における温度に相当する。
【００７５】
図５に戻って、透過状況検出部１４２は、透過状況別温度算出部１４１が算出した温度と、温度検出部１３０が検出した温度とを比較して、対象領域における光の透過状況を検出する（ステップＳ１３１）。例えば、透過状況検出部１４２は、透過状況別温度算出部１４１が算出した透過状況毎の温度のうち、温度検出部１３０が検出した温度に最も近い温度を選択し、選択した温度を算出する際に透過状況別温度算出部１４１が想定した透過状況を検出する。
【００７６】
図９は、透過状況別温度算出部１４１が算出した温度、および、温度検出部１３０が検出した温度の例を示す説明図である。同図の横軸は、炉内横断方向位置を、光ファイバ挿入側の炉壁からの距離にて示している。また、縦軸は温度を示している。
図９において、線Ｌ２１１および線Ｌ２２８は、図８の場合と同様、である。すなわち、線Ｌ２１１は、温度測定部１１０が測定した温度を示す。また、線Ｌ２２１〜Ｌ２２８は、それぞれ、図７の線Ｌ１１１〜Ｌ１１８に基づいて算出された、炉内横断方向の各位置における温度を示す。
また、線Ｌ２３１は、温度検出部１３０が検出した温度を示す。
【００７７】
図９の例では、線Ｌ２２５が最も線Ｌ２３１に近い。そこで、透過状況検出部１４２は、線Ｌ２２５における透過状況を検出する。例えば、図７の線Ｌ１１１〜Ｌ１１８に対して、それぞれ、透過状況の識別子σ１〜σ８を、予め対応付けておき、透過状況検出部１４２は、いずれかの識別子を、透過状況を示す識別子として検出する。あるいは、図７の線Ｌ１１１〜Ｌ１１８に対して、それぞれ、式（１）における吸収断面積σと粒子数密度Ｃとの積σＣの値を対応付けておき、透過状況検出部１４２が、いずれかの値を、透過状況を示すパラメータ値として検出するようにしてもよい。
なお、透過状況検出部１４２が、透過状況別温度算出部１４１の算出した温度と温度検出部１３０の検出した温度を比較する方法として、例えば最小二乗法など、差を比較するための様々な公知の方法を用いることができる。
【００７８】
図５に戻って、温度検出距離算出部１４３は、透過状況検出部１４２が検出した光透過状況に応じた温度検出距離を算出する（ステップＳ１３２）。
図１０は、光路長と、受光部分が受光する透過光の累積値との関係の例を示すグラフである。同図の横軸は、光路長（すなわち、熱源から受光部分までの距離）を示す。また、縦軸は、受光部分が受光する透過光の累積値を示す。
また線Ｌ３１１〜Ｌ３１８は、それぞれ、図７の線Ｌ１１１〜Ｌ１１８に応じて、光路長毎に、当該光路長以下の光路長の熱源から受光する透過光の累積値を示している。
【００７９】
例えば、透過状況検出部１４２が図９の線Ｌ２２５を選択した場合、線Ｌ２２５に対して図７の線Ｌ１１５が対応し、線Ｌ１１５に対して図１０の線Ｌ３１５が対応している。この線Ｌ３１５においては、例えば、光路長７０ｍｍまでの熱源からの透過光を累積すれば、受光部分が受光する透過光全体の９０％に相当することを示している。
そこで、温度検出距離算出部１４３は、温度検出装置１００の検出する温度に要求される精度に基づいて予め設定された透過光累積９０％と、透過状況検出部１４２が選択した線に対応する線Ｌ３１５に基づいて、線Ｌ３１５において透過光累積が９０％となる光路長７０ｍｍを、温度検出距離として検出する。
【００８０】
図１１は、対象領域における光の透過状況と温度検出距離との対応関係の例を示す説明図である。同図では、図１０の線Ｌ３１１〜Ｌ３１８のそれぞれにおいて透過光累積が９０％となる光路長が、σ１〜σ８に対応する温度検出距離として示されている。
透過光累積が９０％に予め設定されている場合、例えば、温度検出距離算出部１４３は、図１１に示す対応関係を予め記憶しておき、透過状況検出部１４２が検出した透過状況に応じた温度検出距離を選択する。
図５の処理において、ステップＳ１３２の後、同図の処理を終了する。
【００８１】
以上のように、温度検出距離取得部１４０は、受光強度測定部１２０が測定した受光強度と温度測定部１１０が測定した温度とに基づいて、温度検出部１３０における実質的温度検出対象範囲を示す温度検出距離を取得する。
これにより、温度検出部１３０が検出する温度の対象となる熱源の範囲を評価することができる。
例えば、温度検出装置１００のユーザが、温度検出装置１００を用いて対象領域内の温度を一定間隔毎に検出する場合、温度検出部１３０が、温度検出距離を表示することで、ユーザは、検出した温度の対象となる熱源の範囲を評価し、もって、検出した温度の精度を評価することができる。具体的には、温度検出距離が温度の測定間隔より短い場合、検出した温度は、他の温度検出位置における温度の影響を受けていないものと評価することができる。この点において、検出した温度の精度が高いと評価することができる。一方、温度検出距離が温度の測定間隔以上である場合、検出した温度は、他の温度検出位置における温度の影響を受けているものと評価することができる。この点において、検出した温度の精度が低いと評価することができる。
【００８２】
また、透過状況別温度算出部１４１は、温度測定部１１０が測定した温度に基づいて、複数の光透過状況の各々について、温度検出部１３０が検出すべき温度を算出する。そして、透過状況検出部１４２は、温度検出部１３０が算出した温度と、温度検出部１３０が検出した温度とを比較して光透過状況を検出する。さらに、温度検出距離算出部１４３は、透過状況検出部１４２が検出した光透過状況に応じた温度検出距離を算出する。これにより、温度検出距離取得部１４０は、温度検出部１３０における検出温度を予測し、予測温度と実測値を比較し、比較結果に応じた温度検出距離を検出するという比較的簡単な処理にて、温度検出距離を検出することができる。
【００８３】
また、受光強度測定部１２０の有する光ファイバは、当該光ファイバより耐熱性の高い補強材に支持されている。これにより、光ファイバの受光部分を、所望の温度検出点に位置させ易い。
【００８４】
なお、覗き窓における受光強度に基づいて炉内の温度を求める従来の方法では、火炎表面の温度を測定できるものの、火炎内部の温度を測定することはできなかった、これに対して、温度検出装置１００では、受光強度測定部１２０の有する光ファイバの受光部分を火炎内部へ挿入することで、火炎内部の温度を検出することができる。火炎内部の温度を検出して燃焼解析に反映させることで、燃焼解析の精度が向上し、より適正な燃焼状態を作り出すためのバーナ設計が可能となる。
【００８５】
なお、熱電対を用いた温度測定ではガス温度を測定できるのに対し、受光強度に基づく温度検出では、微粉炭などの粒子温度を検出することができる。粒子温度は、燃焼過程を把握するうえで重要な揮発成分の放出速度に関係するため、粒子温度を検出することで、燃焼状況をより正確に把握することができる。
【００８６】
特に、バーナの着火部（バーナの出口、すなわち、バーナが炉内へ微粉炭および空気を供給する部分）においては、ガス温度と粒子温度とが一致しないことが考えられる。そこで、特に、受光強度測定部１２０が、バーナの着火部における受光強度を測定し、温度検出部１３０が、当該バーナの着火部における温度を検出するようにしてもよい。
図１２は、バーナの着火部における、熱電対による温度測定結果と、受光強度に基づく温度検出結果との例を示すグラフである。同図の横軸は、炉内横断方向位置を、光ファイバ挿入側の路壁からの距離にて示している。また、縦軸は、温度を示している。
また、線Ｌ４１は、受光強度に基づく検出温度を示す。線Ｌ４２は、熱電対による測定温度を示す。
本願発明者は、バーナの着火部において、熱電対による温度測定と、受光強度に基づく温度検出とを行い、図１２に示す結果を得た。この図１２に示す結果において、熱電対による温度測定結果と、受光強度に基づく温度検出結果とが異なっている様子が示されている。
【００８７】
＜第２の実施形態＞
図１３は、本発明の第２の実施形態における温度検出装置の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、温度検出装置２００は、温度測定部１１０と、受光強度測定部１２０と、温度検出部２３０と、温度検出距離取得部１４０と、燃焼状態推定部２５０とを具備する。
温度検出部２３０は、２色法演算部２３１と、単色法演算部２３２とを具備する。
温度検出距離取得部１４０は、透過状況別温度算出部１４１と、透過状況検出部１４２と、温度検出距離算出部１４３とを具備する。
図１３において、図１の各部に対応して同様の機能を有する部分には、同一の符号（１１０、１２０、１４０〜１４３）を付して説明を省略する。
【００８８】
温度検出部２３０は、単色法と２色法との各々で温度を求める。
具体的には、２色法演算部２３１が、受光強度測定部１２０の測定した受光強度に基づいて、２色法を用いて温度を検出する。また、単色法演算部２３２は、受光強度測定部１２０の測定した受光強度に基づいて、単色法を用いて温度を検出する。
燃焼状態推定部２５０は、単色法で得られた温度と２色法で得られた温度とを比較して燃焼状態を推定する。
【００８９】
ここで、単色法では、光の絶対強度を温度に変換する。このため、燃焼していない微粉炭粒子が存在すると、受光強度測定部１２０の有する光ファイバの受光部分における受光強度が低下し、単色法では温度を低く見積もることになる。
一方、２色法では、互いに異なる２つの測定波長を用いて、それぞれの放射輝度の比を求めて温度に換算する。このため、燃焼していない微粉炭粒子が存在しても、２色法では、２つの測定波長で同じように受光強度が低下し、検出温度の誤差が生じにくい。
そこで、燃焼状態推定部２５０は、２色法演算部２３１が２色法で検出した温度と、単色法演算部２３２が単色法で検出した温度とを比較することで、燃焼状態を推定する。
【００９０】
図１４は、２色法で検出した温度と単色法で検出した温度との違いの例を示すグラフである。同図の横軸は、炉内横断方向位置を、光ファイバ挿入側の炉壁からの距離にて示している。また、縦軸は温度を示している。
また、線Ｌ５１１は、２色法で検出した温度を示し、線Ｌ５１２は、単色法で検出した温度を示している。また、線Ｌ５２１は、熱電対を用いて測定した温度を示している。
線Ｌ５１１とＬ５１２とのように、２色法と単色法とで検出する温度に差が生じている。
【００９１】
図１５は、熱源の温度と放射輝度との関係の例を示すグラフである。同図の横軸は、熱源の温度を示し、縦軸は、放射輝度を示す。
燃焼状態推定部２５０は、例えば、図１５に示される温度と放射輝度との関係を、表形式のデータにて予め記憶しておき、２色法演算部２３１が２色法で検出した温度と、単色法演算部２３２が単色法で検出した温度とを、それぞれ放射輝度に変換し、単色法における温度を、２色法における温度で除算して微粉炭燃焼割合を算出する。
【００９２】
図１６は、２色法で検出した温度と単色法で検出した温度とを放射輝度に変換した例を示すグラフである。同図の横軸は、炉内横断方向位置を、光ファイバ挿入側の炉壁からの距離にて示している。また、縦軸は、放射輝度と、微粉炭燃焼割合とを示している。
また、線Ｌ６１１は、２色法演算部２３１が２色法で検出した温度を放射輝度に変換した例を示す。線Ｌ６１２は、単色法演算部２３２が単色法で検出した温度を放射輝度に変換した例を示す。また、線Ｌ６１３は、線Ｌ６１２に示す単色法で検出した温度を、線Ｌ６１１に示す２色法で検出した温度で除算して算出した微粉炭燃焼割合を示す。
【００９３】
以上のように、単色法演算部２３２と２色法演算部２３１とが、単色法と２色法との各々で温度を求め、燃焼状態推定部２５０は、単色法で得られた温度と２色法で得られた温度とを比較して燃焼状態を推定する。例えば、燃焼状態推定部２５０は、単色法で得られた温度と２色法で得られた温度とを、いずれも放射輝度に変換し、単色法に基づく放射輝度を、２色法に基づく放射輝度で除算して微粉炭燃焼割合を算出する。
このように、燃焼状態推定部２５０が燃焼状態を推定することで、温度検出装置２００のユーザは、燃焼状況をより正確に把握することができ、より適正な燃焼状態を作り出すためのバーナ設計が可能となる。
【００９４】
なお、温度検出装置１００や２００の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【００９５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００９６】
１００、２００  温度検出装置
１１０  温度測定部
１２０  受光強度測定部
１２１  光ファイバケーブル
１２２  ガイド管
１２３  ガイド管
１３０、２３０  温度検出部
１４０  温度検出距離取得部
１４１  透過状況別温度算出部
１４２  透過状況検出部
１４３  温度検出距離算出部
２３１  ２色法演算部
２３２  単色法演算部
２５０  燃焼状態推定部
【図１】
2014095664.tif 000017
【図５】
2014095664.tif 000018
【図６】
2014095664.tif 000019
【図７】
2014095664.tif 000020
【図８】
2014095664.tif 000021
【図９】
2014095664.tif 000022
【図１０】
2014095664.tif 000023
【図１１】
2014095664.tif 000024
【図１２】
2014095664.tif 000025
【図１３】
2014095664.tif 000026
【図１４】
2014095664.tif 000027
【図１５】
2014095664.tif 000028
【図１６】
2014095664.tif 000029
【図２】
2014095664.tif 000030
【図３】
2014095664.tif 000031
【図４】
2014095664.tif 000032