(57)【特許請求の範囲】
【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と共に光ファイバが挿入された内筒とから構成され、
この内筒の先端部には、中心開口部に気密状態で透光窓が設けられ、かつこの透光窓の表面に沿って吐出する複数対のノズルが形成されたキャップがねじ込まれると共に、各対の一方の前記ノズルが他方の前記ノズルに前記透光窓の中心部に向けて互いに対向し、かつ互いに光軸方向へオフセットされ、
前記キャップの外周面と前記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ると共に、このリング状給気路及び前記外筒の側部に設けられたガス取入れ口間における前記内筒の外周面に、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が前記光軸方向へ複数枚形成され、
前記ガス取入れ口から取入れたガスを前記リング状給気路の一部分に誘導する給気路が、前記ディスク状放熱フィンの端部を切欠くことにより形成さ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。
【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と共に光ファイバが挿入された内筒とから構成され、この内筒の先端部には、中心開口部に気密状態で透光窓が設けられ、かつこの透光窓の表面に沿って吐出する複数対のノズルが形成されたキャップがねじ込まれると共に、各対の一方のノズルが他方のノズルに透光窓の中心部に向けて互いに対向し、かつ互いに光軸方向へオフセットされ、キャップの外周面と外筒の内周面との間に、ノズルの基端部が連通するリング状給気路が形成されると共に、このリング状給気路及び外筒の側部に設けられたガス取入れ口間における内筒の外周面に、外筒の内径に相当する直径のディスク状放熱フィンが光軸方向へ複数枚形成され、ガス取入れ口から取入れたガスをリング状給気路の一部分に誘導する給気路が、ディスク状放熱フィンの端部を切欠くことにより形成されたことを特徴とする。
【０００６】
測定中、内筒及び外筒間の給気路を通過するガスが、内筒を冷却する放熱フィンに沿ってその切欠を通って、キャップの外周面のリング状給気路に、その一部から誘導され、複数のノズルから２層のガス幕により透光窓の表面に沿って隙間及び乱流を抑制してダクト内の圧力よりも高い圧力で吐出される。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。透光窓及びノズルを備えたキャップは、内筒からねじにより取外すことができる。
【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１２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１４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１３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２０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４５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５２ｂ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３１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５５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５８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４ｋｇ／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】
本発明によれば、キャップの外周面にリング状給気路が形成され、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、２層のガス幕を形成する複数のノズルから乱流を生じることなくスムーズな吐出が行われ、透光窓への粒子の付着が確実、かつ効率良く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複数枚の放熱フィン付きの内筒が、有効に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。透光窓及びノズルが設けられたキャップが内筒の先端部に着脱可能になることにより、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。
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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