(57)【要約】【課題】  ピストン上に電気機器を配置することなく、かつ、ガスホルダの規模にかかわらずピストンの傾斜を正確に検出し得る乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置、及び当該検出装置を備える乾式ガスホルダを提供する。【解決手段】  乾式ガスホルダ本体１内部に配置されるピストン２の傾斜を検出する、乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置であって、ピストン２までの距離を計測する少なくとも３基以上の非接触式距離計４、４、…と、非接触式距離計４、４、…の計測値を用いてピストン２の傾斜を算出する演算装置５と、演算装置５の算出結果を表示する表示装置６とを備え、非接触式距離計４、４、…は、乾式ガスホルダ本体１に設けられるとともに、ピストン２よりも上方に配置されている、乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾式ガスホルダ本体内部に配置されるピストンの傾斜を検出する、乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置であって、
前記ピストンまでの距離を計測する少なくとも３基以上の非接触式距離計と、
前記非接触式距離計の計測値を用いて前記ピストンの傾斜を算出する演算装置と、
前記演算装置の算出結果を表示する表示装置とを備え、
前記非接触式距離計は、前記乾式ガスホルダ本体に設けられるとともに、前記ピストンよりも上方に配置されていることを特徴とする、乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置。
【請求項２】
前記非接触式距離計は、光波を用いて距離を計測することを特徴とする、請求項１に記載の乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置を備えることを特徴とする、乾式ガスホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯蔵ガスの増減に応じて昇降するピストンの傾斜を検出する乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置、及び当該装置を備える乾式ガスホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所の製鉄工程において発生する高炉ガス（ＢＦＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、及び転炉ガス（ＬＤＧ）等の副生ガスは、重要なエネルギー源となり得る。そのため、これらのガスは、乾式ガスホルダ内に一旦貯蔵された後、適宜再利用に供されている。
【０００３】
乾式ガスホルダは、通常、その内部にガス収容空間を区画する昇降ピストンが装備されており、ガス貯蔵量の増減に伴ってピストンが昇降するため、ピストンの周縁部とガスホルダ本体側板部との接触部にはガスシールを行うシール機構が設けられている。これまでに利用されている代表的なシール機構としては、上記接触部に油溝を設けて滑板又はゴムと油とを用いる機構、あるいは、上記接触部に油溝を設けずにゴムとグリスとを用いる機構等が知られている。
【０００４】
このようなシール機構によりガスシールが施される乾式ガスホルダでは、上記接触部における摩擦係数の変化、又は、日照度合いの差により生じるガスホルダ外面の温度差や加工精度に起因して生じるホルダ変形等により、ピストンが傾斜する虞がある。ピストンが過度に傾斜すると、ピストンがガスホルダ本体側板部を押す力が増加して、当該側板部が破損する危険がある。また、油溝を備えるガスホルダの場合には、シール部の隙間が拡大して油溝のシール油の異常漏洩が生じ、貯蔵ガスが噴出する危険がある。したがって、乾式ガスホルダを安全に稼動させるためには、ピストンの傾斜を監視し、ピストンの過度の傾斜を未然に防ぐことが重要である。
【０００５】
これまでに、ピストンの傾斜を検出することを目的とした技術は、いくつか開示されてきている。例えば、特許文献１には、ピストン上に配置された連通管、チャンバ、及び差圧発信器を備え、ガスホルダ稼動中のピストン傾斜を遠方で監視可能な、ガスホルダピストン傾斜監視装置に関する技術が開示されている。また、特許文献２には、ピストン上に配置された機械式傾斜・油位計、及びカメラ等を備え、ピストンの傾斜・油位レベルをリアルタイムに検出・監視可能な、乾式ガスホルダ昇降ピストン異常検出装置に関する技術が開示されている。さらに、特許文献３には、ピストン上に配置された液体槽、及びピストン傾斜検出手段、並びに、ワイヤを備えるピストン傾斜手段、及びピストン傾斜修正手段を備え、ピストンの傾斜を修正可能な、乾式ガスホルダのピストン傾斜制御装置に関する技術が開示されている。加えて、特許文献４には、ピストンに設けられる位置傾斜検出手段、送風機、及び配管を備え、ピストンの傾斜を修正可能な、乾式ガスホルダのピストン傾斜制御装置に関する技術が開示されている。一方、特許文献５には、傾動光ビーム形成手段と、受光手段とを備える、ピストン型ガスホルダの傾斜検出装置に関する技術が開示されている。
【特許文献１】実開平２−６６８００号公報
【特許文献２】実開平５−３７９４号公報
【特許文献３】特開昭６１−２８６６９９号公報
【特許文献４】特開昭６２−２５５６９７号公報
【特許文献５】実開昭５７−１８６８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１〜４に開示されている技術では、ピストン上に差圧発信器等の電気機器を配置する構成となるため、可燃性ガスを取り扱うガスホルダでは、爆発安全性の観点から好ましくないという問題があった。さらに、特許文献３に開示されている技術では、ピストン上に液体槽が配置されており、液体槽から液体が漏れ出るとピストンの傾斜が助長されるという問題があった。一方、特許文献５に開示されている技術は、反射光の受光位置の偏差からピストンの傾斜を検出する技術であり、ピストン上に電気機器は配置されていない。ここに、特許文献５にかかる技術では、ピストンが昇降すると、受光手段とピストンとの間の距離（以下において、「ピストン間距離」と記述する。）が変動する。受光位置の偏差から発射光と反射光との角度差を求めてピストンの傾斜を検出する場合、上記ピストン間距離が変動すると上記角度も変動するため、ピストン間距離を測定しない特許文献５にかかる技術では、ピストンの正確な傾斜を検出し難いという問題があった。また、受光板と光の反射位置との距離が長くなると、当該反射位置から受光板までの反射光の変位が大きくなるため、大きな受光板を設置する必要があり、設備が大掛かりになるという問題もあった。
【０００７】
そこで、本発明では、ピストン上に電気機器を配置することなく、かつ、ガスホルダの規模にかかわらずピストンの傾斜を正確に検出し得る乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置、及び当該検出装置を備える乾式ガスホルダを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、乾式ガスホルダにおいて、例えば光をピストンに反射させてピストンの傾斜を検出する場合、ピストンの傾斜を正確に検出するためには、光の発射部とピストンとの距離を正確に測定する必要があることに着目した。一方、爆発安全性の観点からピストン上に電気機器を配置することは好ましくない。そこで、ピストンよりも上方に複数の距離計を設置し、当該距離計によりピストン上における複数点の位置を正確に把握すれば、一義的にピストンの傾斜を検出し得ることを知見し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１０】
第１の本発明は、乾式ガスホルダ本体（１）内部に配置されるピストン（２）の傾斜を検出する、乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置であって、ピストン（２）までの距離を計測する少なくとも３基以上の非接触式距離計（４、４、…）と、非接触式距離計（４、４、…）の計測値を用いてピストン（２）の傾斜を算出する演算装置（５）と、演算装置（５）の算出結果を表示する表示装置（６）とを備え、非接触式距離計（４、４、…）は、乾式ガスホルダ本体（１）に設けられるとともに、ピストン（２）よりも上方に配置されていることを特徴とする、乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置により、上記課題を解決する。
ここに、本発明において、「非接触式距離計（４、４、…）」とは、光波（レーザー光を含む）、超音波、又はマイクロ波等を用いて当該距離計（４、４、…）からピストン（２）までの距離を非接触で計測する距離計（４、４、…）を指している。また、本発明において、「ピストン（２）よりも上方に配置」とは、具体的には、乾式ガスホルダ本体（１）の天板部（３）の上面、若しくは下面、又は、乾式ガスホルダ本体（１）内部におけるピストン（２）の摺動範囲最上部よりも上方であって上記天板部（３）よりも下方の空間部に、非接触式距離計（４、４、…）が配置されることを意味している。
【００１１】
上記第１の本発明において、非接触式距離計（４、４、…）は、光波を用いて距離を計測することが好ましい。
【００１２】
第２の本発明は、上記第１の本発明の乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置を備えることを特徴とする、乾式ガスホルダ（１０）により、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１３】
第１の本発明によれば、少なくとも３基以上の非接触式距離計（４、４、…）を用いて、当該距離計（４、４、…）とピストン（２）との距離を計測することで、ピストン（２）上の少なくとも３点の位置を特定することができる。かかる３点の位置が特定できれば、ピストン（２）の面の傾斜を特定することが可能になるため、第１の本発明によれば、ピストンの傾斜を検出することが可能になる。また、第１の本発明によれば、複数の非接触式距離計（４、４、…）を用いることで、大きな受光板を用意する必要がないため、乾式ガスホルダの規模にかかわらず、ピストンの傾斜を検出することが可能になる。さらに、第１の本発明によれば、電気機器である非接触式距離計（４、４、…）は、ピストン（２）よりも上方に定置固定することが可能になるため、当該距離計（４、４、…）の電源や信号線に対しても完全に防爆処理を施すことが可能になる結果、爆発の危険性を抑制することが可能になる。したがって、第１の本発明によれば、ピストン上に電気機器を配置することなく、かつ、ガスホルダの規模にかかわらずピストンの傾斜を正確に検出し得る乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置を提供することが可能になる。
【００１４】
上記第１の本発明において、光波を用いて距離を計測する非接触式距離計（４、４、…）を用いることで、ピストン（２）の面の位置を精度良く特定することが可能になる。したがって、かかる構成とすれば、ピストン上に電気機器を配置することなく、かつ、ガスホルダの規模にかかわらずピストンの傾斜を正確に検出し得る乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置を容易に提供することが可能になる。
【００１５】
第２の本発明によれば、ピストンの傾斜を正確に検出し得る乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置を備える乾式ガスホルダ（１０）を提供することが可能になるため、ガスホルダ本体（１）の側板部が破損する危険性や貯蔵ガスが噴出する危険性を低減することが可能な、乾式ガスホルダ（１０）を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明にかかる乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置を備える乾式ガスホルダの実施形態を概略的に示す斜視図である。図１において、乾式ガスホルダ１０は、ガスホルダ本体１、防爆構造を備えるレーザー式距離計（以下、単に「距離計」と記述することがある。）４、４、…、演算装置５、及び表示装置６を備えており、距離計４、４、…によって距離を計測されるピストン２は、ガスホルダ本体１内に配置されている。ピストン２までの距離を計測する距離計４、４、…は、ガスホルダ本体１の天板部３に設けられており、ガスホルダ本体１の側板部７近傍に配置されている。乾式ガスホルダ１０において、距離計４、４、…により計測されたピストン２までの距離に関する信号は、各距離計４、４、…と接続されている演算装置５へと送られ、当該演算装置５において、ピストン２の傾斜が算出される。そして、演算装置５による算出結果は、表示装置６により表示され、さらに、必要に応じてアラームが鳴ることで、ピストン傾斜の異常が認識される。なお、図１の乾式ガスホルダ１０において、ピストン２の下方にはＢＦＧ等のガスが貯蔵されている。
【００１７】
本発明において、上記演算装置５には、ＣＰＵ５１と、ＣＰＵ５１に対する記憶装置とが設けられている。ＣＰＵ５１は、マイクロプロセッサユニットおよびその動作に必要な各種周辺回路を組み合わせて構成され、ＣＰＵ５１に対する記憶装置は、例えば、後述するピストン２の傾斜の特定に必要なプログラムや各種データを記憶するＲＯＭ５２と、ＣＰＵ５１の作業領域として機能するＲＡＭ５３等を組み合わせて構成される。当該構成に加えて、さらに、ＣＰＵ５１が、ＲＯＭ５２に記憶されたソフトウエアと組み合わされることにより、本発明にかかる演算装置５が機能する。
【００１８】
ガスホルダ本体１の天板部３に設けられたレーザー式距離計４、４、…によって計測された、天板部３とピストン２との距離に関する信号は、入力ポート５４を介して、入力信号としてＣＰＵ５１へと到達する。ＣＰＵ５１は、上記入力信号、及びＲＯＭ５２に記憶されたプログラムに基づいて、出力ポート５５を介して、表示装置６に対する動作指令を制御する。表示装置６は、ＣＰＵ５１から与えられた動作指令に応じて、ピストン２の傾斜に関する算出結果を表示する。
【００１９】
演算装置５における、ピストン２の傾斜を特定するための演算は、次のように行われる。ここに、３つの距離計４、４、４によって検出される、ピストン２上の点（距離計４、４、４の鉛直方向真下に位置する点）の位置を、α（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、β（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、及びγ（ｘ３、ｙ３、ｚ３）とする。また、座標の基準点（原点）は、天板部３上に位置しているものとする。
【００２０】
一般に、三次元空間における平面の方程式は、
ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０                        （１）
で示される。ここに、ａ、ｂ、ｃ、及びｄは、定数である。
上記式１の両辺をａで割ると、
ｘ＋（ｂ／ａ）ｙ＋（ｃ／ａ）ｚ＋ｄ／ａ＝０      （２）
となり、係数及び定数を書き直すと、上記式２は次のように表現できる。
ｘ＋ａ１ｙ＋ｂ１ｚ＋ｃ１＝０                    （３）
すなわち、上記３点α、β、γの各座標を式３に代入すれば、ａ１、ｂ１、及びｃ１の値が求まり、ピストン２の平面の方程式を特定することができる。ここに、平面の傾斜は、平面の法線方向により評価することが可能である。そのため、このようにしてピストン２の平面の方程式を特定できれば、当該平面の法線方向とＺ軸（鉛直方向）とのなす角を算出する等の方法により、ピストン２の傾斜を検出することが可能になる。したがって、距離計４、４、４による計測結果及び上記式３を用いることで、ピストン２の傾斜を検出することが可能になる。
【００２１】
本発明にかかる乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置（以下、単に「検出装置」と記述することがある。）において、ピストン２がどの方向に傾斜した場合であっても当該ピストン２の傾斜を検出するためには、少なくとも同一直線上にない３基以上の距離計４、４、…が備えられている必要がある。本発明にかかる検出装置において、備えられる距離計４、４、…の数量は、少なくとも３基以上であれば、その数量は特に限定されるものではないが、距離計４、４、…の数量が多いほどピストン２の位置の計測精度は向上する一方、数量が多すぎても計測精度に有意な差は認められ難いという観点から、上記数量は５基以下であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明において、距離計４、４、…が設けられるべき位置は、ガスホルダ本体１における、ピストン２の摺動範囲最上部よりも上方であれば、特に限定されるものではない。当該位置の具体例としては、ピストン２の摺動範囲最上部よりも上方に位置する側板部７の部位や、天板部３の下面等を挙げることもできるが、設置容易性等の観点から、ガスホルダ本体１の天板部３の上面に定置固定することが好ましい。これらの位置に配置することで、貯蔵ガス漏洩可能性部と距離計４、４、…との距離が増すため爆発の危険を低減することが可能になる。このほか、ピストン上に電気機器を配置する従来技術とは異なり、本発明によれば、電気機器である距離計４、４、…は上記位置に定置固定することが可能であるため、距離計４、４、…本体のみならず、電源や信号線に対しても完全に防爆処理を施すことが可能になる結果、爆発に対する安全性を一層向上させることが可能になる。ここに、ピストンの傾斜によって生じる高低差は外周部で最大になる点等を考慮すると、上記天板部３の中でも、さらに、ピストン２の外周部近傍までの距離を容易に計測可能な位置に設けられることが好ましい。すなわち、距離計４、４、…は、天板部３の外周部近傍に設けられることが、より好ましい。
【００２３】
さらに、本発明では、距離計４、４、…の計測精度を一層向上させるという観点から、ピストン２の上面に反射板が配置されていることが好ましい。ピストン２の上面に反射板が配置される場合、当該反射板の大きさは、距離計４、４、…からのレーザー光を反射し得る大きさを有していれば、特に限定されるものではない。反射板は、ピストン２が回転した場合であっても上記レーザー光を反射し得る大きさを有していることが好ましい。また、ピストン２の上面に反射板が配置される場合、当該反射板の材質は、レーザー光を反射し得る材質であれば、特に限定されるものではない。
【００２４】
上記説明では、便宜上、レーザー式距離計を備える乾式ガスホルダについて記述したが、本発明にかかる乾式ガスホルダのピストン傾斜検出装置及び当該検出装置を有する乾式ガスホルダに備えられる距離計は、レーザー式距離計に限定されるものではない。上記検出装置及び乾式ガスホルダに備えられる距離計の他の具体例としては、光波を用いる光学式距離計や、超音波式距離計等を挙げることができる。
【００２５】
なお、一般に、乾式ガスホルダにおけるピストン傾斜の許容値は、ピストンの対角における高低差で直径の１５０分の１とされている。すなわち、例えば、ガスホルダ本体の直径が３５ｍである場合には、２３０ｍｍ以下の傾斜のみが許容される。乾式ガスホルダに距離計を備える際には、当該距離計によって計測された距離に基づいて算出されたピストン傾斜の測定誤差が、上記乾式ガスホルダにおける、ピストンの傾斜許容値の１／１０程度以下であることが望まれる。
【実施例】
【００２６】
直径５１ｍ、高さ８５ｍの乾式ガスホルダ本体（ピストン傾斜許容値３４０ｍｍ）の天板上に、３基のレーザー式距離計（測定距離０．１〜１３０ｍ、精度±５ｍｍ）を配置する一方、当該各レーザー式距離計の真下に相当するピストン上の各部位には、反射板としてのステンレス鋼板（５ｍ×０．５ｍ）を配置した。なお、天板上のレーザー式距離計は、天板の中心から半径２４ｍの円周上に、１２０度間隔で配置した。
【００２７】
上記３基のレーザー式距離計を用いて、天板とピストンとの距離を計測した。当該計測値に関する信号は、演算装置へと伝送され、当該演算装置では、計測値に基づいてピストンの傾斜を算出した。そして、集中管理室内に置かれた表示装置の画面に、上記演算装置による算出結果が表示された。本実施例では、ピストンの傾斜を±１０ｍｍ以下の精度で検出可能であった。したがって、本発明にかかる乾式ガスホルダの傾斜検出装置によれば、ピストン傾斜許容値の１／３４以下の精度で、ピストンの傾斜を検出可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明にかかる乾式ガスホルダの実施形態を概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  ガスホルダ本体
２  ピストン
３  天板部
４  距離計
５  演算装置
６  表示装置
１０  乾式ガスホルダ
【図１】
2006058205.tif 000003