(57)【要約】  液体が貫流する機構の配管系統内の堆積物を識別するための方法が提案される。この方法によれば、以下のようにすることが考えられる。すなわち、少なくとも１つのマイクロ波プローブを、マイクロ波放射に対し透過性であるマイクロ波プローブの窓（１０２）に向けて液体が流れるように、配管系統内に導入し、少なくとも１つのマイクロ波プローブを介してマイクロ波が配管系統内に入力結合され、１つまたは２つのマイクロ波プローブによって反射測定を実施し、かつ／または少なくとも２つのマイクロ波プローブを互いに間隔をおいて配管系統内に導入し、透過測定を実施し、測定データと基準または先行の測定との比較から、配管系統区間内の狭幅部を推定し、この狭幅部における自由断面積を特定し、狭幅部の識別から堆積物の存在を推定する。本発明のさらなる態様は、機構の配管系統内にマイクロ波放射を入力結合するためのマイクロ波プローブ、および少なくとも１つのこの種のマイクロ波プローブを含む、上述の方法を実施するための測定装置に関する。
2019525192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が貫流する機構の配管系統（１０）内の堆積物を識別するための方法において、
少なくとも１つのマイクロ波プローブ（１００）を、マイクロ波放射に対し透過性である前記マイクロ波プローブ（１００）の窓（１０２）に向かって前記液体が流れるように、前記配管系統（１０）内に導入し、
前記少なくとも１つのマイクロ波プローブ（１００）を介し前記マイクロ波放射に対し透過性の前記窓を通して、マイクロ波が前記配管系統（１０）内に入力結合され、
前記配管系統（１０）内に入力結合された前記マイクロ波が、中空導体内のように前記配管系統（１０）内を伝播し、
ａ）反射測定を実施し、前記反射測定において、前記少なくとも１つのマイクロ波プローブ（１００）から放射された前記マイクロ波の反射を、個々の前記マイクロ波プローブ（１００）により再び受信して、遮断周波数を特定し、前記遮断周波数の特定にあたり、前記配管系統（１０）内に入力結合された前記マイクロ波の周波数を、予め定められた範囲内で変化させ、各周波数について、反射した前記マイクロ波放射の強度を特定し、基準または先行の測定との比較から、前記マイクロ波プローブ（１００）の周辺領域における狭幅部を推定して、狭幅部を示唆する遮断周波数を識別し、狭幅部を示唆する前記遮断周波数から前記狭幅部における自由断面積を特定し、かつ／または、
ｂ）反射測定を実施し、前記反射測定において、前記少なくとも１つのマイクロ波プローブ（１００）から放射された前記マイクロ波の、狭幅部における反射を、個々の前記マイクロ波プローブ（１００）により再び受信して、信号経過時間を考慮しながら、個々の前記マイクロ波プローブ（１００）と前記配管系統内の前記狭幅部との間の間隔を求め、かつ／または、
ｃ）少なくとも２つのマイクロ波プローブ（１００）を、互いに間隔をおいて前記配管系統内に導入し、２つのマイクロ波プローブ（１００）の間で透過測定を実施し、前記２つのマイクロ波プローブ（１００）の配置により１つの配管系統区間を規定して、前記配管系統区間の遮断周波数を特定し、前記遮断周波数の特定にあたり、前記配管系統（１０）内に入力結合された前記マイクロ波の周波数を、予め定められた範囲内で変化させ、各周波数について、反射した前記マイクロ波放射の強度を特定し、基準または先行の測定との比較を介して前記配管系統区間内の狭幅部を推定して、狭幅部を示唆する遮断周波数を識別し、狭幅部を示唆する前記遮断周波数から前記狭幅部における自由断面積を特定し、
狭幅部の識別から堆積物の存在を推定する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記配管系統（１０）は、少なくとも１つの断面変化領域、分岐部および／または湾曲部を有することを特徴とする、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
バリエーションｂ）によるマイクロ波信号の信号経過時間を特定するために、時間的に区切られたマイクロ波パルスを前記配管系統（１０）内に入力結合するか、または連続的な単色のマイクロ波信号を入力結合して、マイクロ波共鳴場を生成し、前記マイクロ波プローブ（１００）を介して、前記共鳴場の振幅および位相を特定し、前記信号の周波数を変化させ、逆フーリエ変換を用いて、時間的に区切られた１つのマイクロ波パルスに対する前記配管系統の応答を計算することを特徴とする、
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
２つのマイクロ波プローブ（１００）を互いに間隔をおいて前記配管系統（１０）内に導入し、バリエーションｂ）による前記反射測定を、前記マイクロ波プローブ（１００）により規定された１つの配管系統区間の２つの側から実施し、１つの狭幅部から前記２つのマイクロ波プローブ（１００）までの求められた間隔と、前記配管系統区間の既知の長さと、から前記狭幅部の長さまたは２つの狭幅部間の間隔を特定することを特徴とする、
請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
バリエーションｃ）による前記透過測定において、狭隘個所を示唆する振幅の変化を付加的に測定することを特徴とする、
請求項１または２記載の方法。
【請求項６】
前記測定を、前記機構の動作中、継続的に実施し、測定されたパラメータの経時的変化を特定し、
前記機構の動作条件を変化させ、前記経時的変化が加速したときには不都合な動作条件であると推定し、前記経時的変化が減速したときには好都合な動作条件であると推定することを特徴とする、
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記機構の前記配管系統（１０）に対する基準値をモデルにおいて特定し、前記基準値を前記機構のサイズに合わせてスケーリングし、測定を実施する際に測定結果を前記基準値と比較し、前記モデルはコンピュータモデルまたは縮小されたスケールで構築された前記配管系統（１０）のモデルであることを特徴とする、
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記配管系統（１０）の接続個所にシールドを配置することを特徴とする、
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記配管系統（１０）は、少なくとも１つの湾曲領域を有し、前記少なくとも１つのマイクロ波プローブ（１００）を前記湾曲領域において前記配管系統（１０）内に導入することを特徴とする、
請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
機構の配管系統（１０）にマイクロ波を入力結合するためのマイクロ波プローブ（１００）であって、
前記配管系統（１０）内に入力結合された前記マイクロ波は、中空導体内のように前記配管系統（１０）内で伝播し、
マイクロ波アンテナ（１２０）と、
マイクロ波放射に対し透過性の材料から成る窓（１０２）と、
前記マイクロ波アンテナ（１２０）と接続された同軸ケーブル（１２４）と、
スリーブ（１１０）と、
を含むマイクロ波プローブ（１００）において、
前記マイクロ波プローブ（１００）は、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法において使用するために構成されており、
ａ）前記マイクロ波アンテナ（１２０）は、耐熱性金属合金から成り、好ましくはニッケルベースの合金から成り、前記同軸ケーブル（１２４）は、耐熱性金属合金と無機誘電体材料とを含み、前記窓（１０２）は、前記マイクロ波アンテナ（１２０）を取り囲むケース（１１２）として構成されており、前記スリーブ（１１０）は、前記スリーブ（１１０）が外側で前記配管系統（１０）につながるように構成されており、ケース（１１２）として構成された前記窓（１０２）は、前記同軸ケーブル（１２４）に向いた側で保護管（１３２）に移行し、前記保護管（１３２）は、長さ補償部材（１３８）を介して前記スリーブ（１１０）と接続されており、前記スリーブ（１１０）は、前記保護管（１３２）を少なくとも部分的に取り囲み、または、
ｂ）前記スリーブ（１１０）は、導電性材料から成り中空導体として構成されていて、前記スリーブ（１１０）の内径は、前記配管系統（１０）の内径に相応し、前記スリーブ（１１０）は、第１の側で前記配管（１０）に接続するための開口部を有し、反対側の第２の側に前記マイクロ波アンテナ（１２０）が配置されており、前記マイクロ波アンテナ（１２０）は、マイクロ波放射に対し透過性のケース（１１２）により覆われていて、前記スリーブ（１１０）の内部に延在しており、前記窓（１０２）は、前記マイクロ波放射に対し透過性の耐熱材料から成るディスプレーサ（１４６）として構成されており、前記ディスプレーサ（１４６）は、前記スリーブ（１１０）の残りの内部空間を占有する
ことを特徴とするマイクロ波プローブ（１００）。
【請求項１１】
ディスプレーサ（１４６）として構成された前記窓（１０２）の、前記開口部に向いた側は、円錐形または楔形を有することを特徴とする、
請求項１０記載のマイクロ波プローブ（１００）。
【請求項１２】
前記ディスプレーサ（１４６）は、前記開口部に向いた側に、マイクロ波放射に対し透過性の耐摩耗材料から成るキャップ（１４４）を有することを特徴とする、
請求項１０または１１記載のマイクロ波プローブ（１００）。
【請求項１３】
前記マイクロ波アンテナ（１２０）の先端部と前記ケース（１１２）との間の間隔は、前記アンテナ（１２０）の長手軸線方向で見て、少なくとも２０ｍｍであることを特徴とする、
請求項１０から１２までのいずれか１項記載のマイクロ波プローブ（１００）。
【請求項１４】
前記マイクロ波アンテナ（１２０）と前記マイクロ波アンテナ（１２０）を取り囲む前記ケース（１１２）との間の領域に不活性ガスが充填されていることを特徴とする、
請求項１０から１３までのいずれか１項記載のマイクロ波プローブ（１００）。
【請求項１５】
機構の配管系統（１０）内の堆積物を識別するための測定システム（２００）であって、前記測定システム（２００）は、
請求項１０から１４までのいずれか１項記載の少なくとも１つのマイクロ波プローブ（１００）と、
少なくとも１つのマイクロ波発生器（２１２）と、
少なくとも１つのマイクロ波受信機（２１４）と、
を含み、
前記測定システム（２００）は、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法を実施するように構成されている、
測定システム（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機構の配管系統内の堆積物を識別するための方法に関し、これによればマイクロ波放射が配管系統内に入力結合される。本発明のさらなる態様は、機構の配管系統内にマイクロ波放射を入力結合するためのマイクロ波プローブ、および少なくとも１つのこの種のマイクロ波プローブを含む、上述の方法を実施するための測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの化学的な方法およびプロセスの実施にあたり、その際に用いられる機構内に不所望な堆積物が発生する。これらの堆積物は実施される方法もしくはプロセスを妨害し、組成および状況によっては安全上の問題となるおそれがある。１つの例は水蒸気分解であり、これによれば例えばナフサまたはエタンなどのような比較的長鎖の炭化水素の熱分解によって、エチレンおよびプロピレンが得られる。この方法は管型反応器において実施され、その際に管は一般的には８０ｍｍ〜１２０ｍｍの内径および５０ｍ〜２００ｍの長さを有する。分解を実施するために、炉を介して管が加熱される。このプロセスは、１０５０℃までの温度において２〜３ｂａｒの範囲のいくらか高められた圧力で進行し、その際に個々の反応に関与する成分の分圧が、蒸気の付加により低減される。分解後、３００℃を下回る温度までガスが急激に冷却される。反応条件は長年の経験によって絶えず最適化されてきたが、炭素含有物質がコーキングの形態で管の内壁に堆積する。このようなコーキングによって管の内壁上に硬い層が形成され、その厚さは数ｃｍの範囲に達する可能性がある。この場合、コーキングは配管系統全体にわたり均質に発生するのではなく、例えば炉の構成ゆえに生じる温度変動に起因するなどしてプロセス条件が変動する場合には特に、管全体にわたり不均質に分布する可能性がある。
【０００３】
配管系統内のコーキングは、以下の理由から厄介な問題である。なぜならばそのようなコーキングによって封鎖が引き起こされるだけでなく、（吸熱反応の場合には特に）管内壁と管の中を案内される比較的低温の流れとが熱的に分離することも意味するからである。管の中を案内される流れへの不均質な熱伝導のほか、管の局所的な過熱も引き起こされる可能性があり、これによって管が損傷してしまうおそれがある。さらに堆積物は、熱膨張係数が管とは異なることから、反応器が停止するときに問題となる。冷却時に、管を損傷させる機械的応力が発生する可能性がある。
【０００４】
したがって従来技術において一般的であるのは、予め定められたインターバルで製造シーケンスを中断させて、酸化によりコーキングを取り除くことである。その際に問題となるのは、配管系統の正確な状態つまりは配管系統内のコーキングの量およびポジションがわからない、ということである。
【０００５】
従来技術によれば、機構内部の堆積物を測定可能な方法が知られている。
【０００６】
国際公開第２０１４／１７３８８９号（WO 2014/173889）から、マイクロ波放射を用いて機構内部における堆積物を測定するための方法および装置が公知である。これによればマイクロ波共振器が機構内に導入され、マイクロ波共振器の共振周波数が特定される。この機構を例えば塔、熱交換器または反応器とすることができる。機構自体が、マイクロ波共振器として使用するのに適した直径を有する限りは、この機構自体をマイクロ波共振器として使用することもできる。測定のためにマイクロ波放射が共振器内に導入され、マイクロ波共振器の共振周波数および／または共振のＱが特定される。次いで、共振周波数および／または共振のＱの変化から、機構内部における堆積物の量および／または種類が推定される。
【０００７】
この方法において欠点となるのは、機構自体がマイクロ波共振器としての使用に適したジオメトリを有していなければならないことであり、または付加的なマイクロ波共振器を機構内に導入しなければないことである。しかも機構自体が共振器として用いられる場合には、容積全体にわたって平均化された情報だけしか得られず、したがって機構内の堆積物の分布について推定することができない。
【０００８】
米国特許第６，９０９，６６９号（US 6,909,669 B1）から、沈殿物における洗掘を識別するための装置および方法が公知である。この装置は、少なくとも部分的に沈殿物中に埋め込まれたプローブを含む。これに加えこの装置は、反射率計、電源およびテレメトリ送信機を含む。プローブは２つの平行な管を含み、これらの管が沈殿物中に導入される。これら両方の管によって、信号が入力結合される導体が形成される。この導体のインピーダンスは、導体を取り囲む材料に依存する。１つの実施形態によれば、界面において信号の一部分が反射し、その際に経過時間が測定される。経過時間は、界面から導体始端までの間隔に対する尺度である。別の選択肢として、周波数変調された信号が入力結合され、その際に周波数が例えば１００ＭＨｚから１０００ＭＨｚへと上昇する。次いで、反射した信号が時間遅延した元の信号と混合されて、発生した差分信号が評価され、この場合、差分信号の周波数は、反射した界面までの間隔に対する尺度である。
【０００９】
既述の方法において欠点となるのは、測定によりカバーされる領域について、使用される信号のために規定された伝送導体が必要とされることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって本発明の課題は、配管系統内の堆積物を識別し、配管系統内の堆積物の配置に関する情報が得られるようにした方法を提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる課題は、機構の配管系統内部に配置するために構成されたマイクロ波プローブを提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる課題は、機構の配管系統に結合するために構成されたマイクロ波プローブを提供することであるとみなすことができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
液体が貫流する機構の配管系統内の堆積物を識別するための方法が提案される。この方法によれば、以下のようにすることが考えられる。すなわち、少なくとも１つのマイクロ波プローブを、マイクロ波放射に対し透過性であるマイクロ波プローブの窓に向かって液体が流れるように、配管系統内に導入し、少なくとも１つのマイクロ波プローブを介しマイクロ波放射に対し透過性の窓を通して、マイクロ波が配管系統内に入力結合され、その際に配管系統内に入力結合されたマイクロ波が中空導体内のように配管系統内を伝播し、この場合、
ａ）反射測定を実施し、この測定において、少なくとも１つのマイクロ波プローブから放射されたマイクロ波の反射を、個々のマイクロ波プローブにより再び受信して、遮断周波数を特定し、この遮断周波数の特定にあたり、配管系統内に入力結合されたマイクロ波の周波数を、予め定められた範囲内で変化させ、各周波数について、反射したマイクロ波放射の強度を特定し、基準または先行の測定との比較から、マイクロ波プローブの周辺領域における狭幅部を推定して、狭幅部を示唆する遮断周波数を識別し、狭幅部を示唆するこの遮断周波数から狭幅部における自由断面積を特定し、かつ／または
ｂ）反射測定を実施し、この測定において、少なくとも１つのマイクロ波プローブから放射された、狭幅部におけるマイクロ波の反射を、個々のマイクロ波プローブにより再び受信して、信号経過時間を考慮しながら、個々のマイクロ波プローブと配管系統内の狭幅部との間の間隔を求め、かつ／または
ｃ）少なくとも２つのマイクロ波プローブを、互いに間隔をおいて配管系統内に導入し、２つのマイクロ波プローブの間で透過測定を実施し、これら２つのマイクロ波プローブの配置により１つの配管系統区間を規定し、この配管系統区間の遮断周波数を特定し、遮断周波数の特定にあたり、配管系統内に入力結合されたマイクロ波の周波数を、予め定められた範囲内で変化させ、各周波数について、反射したマイクロ波放射の強度を特定し、基準または先行の測定との比較から配管系統区間内の狭幅部を推定して、狭幅部を示唆する遮断周波数を識別し、狭幅部を示唆するこの遮断周波数から狭幅部における自由断面積を特定し、
狭幅部の識別から堆積物の存在を推定する。
【００１４】
狭幅部を、配管系統の空間的に区切られた局所的狭隘個所とすることができる。この場合には、堆積物は配管系統内に不均一に分布している。均一に分布した堆積物も狭幅部とみなされ、そのような狭幅部は、配管系統の大部分にわたって、または配管系統全体にわたって広がっており、配管系統の直径を均一に低減している。
【００１５】
この方法によれば、マイクロ波放射を検査すべき配管系統内に入力結合することが考えられる。配管系統は、通常は環状の断面を有し導電性材料から成る１つまたは複数の管を含むので、このような管は近似的に、環状の断面を有する中空導体を成すものである。中空導体内では、例えばマイクロ波のような電磁波は僅かにしか減衰せずに伝播可能である。ただし中空導体の幾何学的寸法によって、遮断周波数（cut-off frequency カットオフ周波数）が予め定められる。この遮断周波数よりも低い周波数を有する電磁波は、中空導体内を伝播不可能である。
【００１６】
中空導体内では、電磁波はそれぞれ異なる振動モードで伝播可能であるが、遮断周波数は振動モード各々でそれぞれ異なっている。ＴＭ振動モード（磁気的横波）の場合、波の伝播方向において磁場が消滅するので、電場だけが伝播方向において１つの成分を有する。これとは逆にＴＥ振動モード（電気的横波）の場合、伝播方向において電場が消滅するので、磁場だけが伝播方向において１つの成分を有する。しかもこれらの振動モードは２つのインデックスで表され、環状の断面を有する中空導体の振動モードであれば、第１のインデックスは周方向における場の周期の個数を表し、第２のインデックスは半径方向における場のゼロ点の個数を表す。振動モードＴＭ０１およびＴＥ１１は、円形の中空導体の場合に最も低い遮断周波数を有し、ここで提案する方法において優先的に用いられる。
【００１７】
マイクロ波放射の入力結合のために、マイクロ波プローブが用いられる。このマイクロ波プローブはその内部にアンテナを含み、このアンテナを介してマイクロ波プローブの周辺領域に振動モードを励起することができる。機構の配管系統内部における周囲条件から保護するためにアンテナがカバーされており、その際にマイクロ波は、マイクロ波放射に対し透過性の窓を通って配管系統内に到達する。
【００１８】
配管系統が少なくとも１つの湾曲領域例えば９０゜の湾曲を有するならば、マイクロ波プローブを湾曲領域のところで配管系統内に導入するのが好ましい。湾曲領域内部では、配管系統の直線区間とは異なるジオメトリが存在する。ここで判明したのは、マイクロ波プローブの周辺領域が幾何学的に異なることによって、好ましくはＴＥ１１モードが低い遮断周波数で励起される、ということである。
【００１９】
ここで提案する方法によって識別しようとしている堆積物は、例えば水蒸気分解炉内のコーキングのように炭素を含有していることが多いので、配管系統内部で予期される堆積物は通常は導電性である。ただし導電性材料はマイクロ波放射を遮るので、マイクロ波プローブの窓が堆積物によって完全に覆われてしまってはならない。
【００２０】
この場合に驚くべきことに、機構内を案内される液体流をマイクロ波プローブに向かって流せば、マイクロ波プローブの窓に堆積物が発生するのをこの液体流によって阻止できる、ということが判明した。このため、液体がダイレクトに窓に向かって流れるように、マイクロ波プローブが配管系統内に挿入される。液体流は、例えば水蒸気分解炉の場合であれば分解ガスである。好ましくは液体と共に粒子が一緒に案内され、その際にぶつかる粒子によって窓から堆積物が確実に取り除かれる。これは、サンドブラストによる表面洗浄と同じように機能する。
【００２１】
この場合、マイクロ波プローブを機能させるために、窓の面全体を流れに晒して堆積物で覆われないようにしておかなくてもよい。ロッド状のケースの形態の窓の場合には、マイクロ波プローブは好ましくは、ケースの長手側が流れに晒されるように導入される。平坦な窓または円錐状に形成された窓の場合には、マイクロ波プローブは好ましくは、平面もしくは長手軸線に対し垂直に窓が流れに晒されるように導入される。
【００２２】
液体と共に案内される粒子を、機構内で実施されるプロセスにおいて発生させることができる。例えば粒子は、水蒸気分解において発生する炭素粒子またはカーボンブラック粒子である。これらの粒子は、発生する堆積物もしくはコーキングの粒子と同等の硬さを有するので、それらの粒子は磨耗作用を有する。別の選択肢として、またはこれに加えて考えられるのは、堆積物と同等またはそれ以上の硬さを有する粒子を液体に添加することである。
【００２３】
マイクロ波プローブにより配管系統内に入力結合されたマイクロ波は、配管系統内において中空導体内のように伝播する。堆積物を識別するために、配管系統内の別の個所に配置された第２のマイクロ波プローブを介して、マイクロ波を再び受信することができる。この種の測定を透過測定と称する。別の選択肢として、またはこれに加えて、マイクロ波を配管系統内に入力結合したのと同じマイクロ波プローブを介して、反射したマイクロ波を再び受信することができる。この種の測定を反射測定と称する。
【００２４】
例えば水蒸気分解炉などのような一般的な機構の配管系統には、分岐部、湾曲部、分配部、接続部および管断面における変化などのような妨害個所が含まれている。直径の一定な環状断面を有する中空導体からの逸脱を表す管におけるどのような変化であっても、妨害のようにマイクロ波放射に作用を及ぼすので、それらの個所では電磁的な振動が減衰させられ、入力結合された放射の一部分が反射する。驚くべきことに、一般的な配管系統内には多数のこのような妨害個所があるにもかかわらず、マイクロ波に基づく測定を用いることで堆積物の識別が可能であることが判明した。
【００２５】
特徴ａ）によれば、反射測定が実施され、この測定においてマイクロ波プローブから放射されたマイクロ波の反射が、同じマイクロ波プローブによって再び受信される。その際に考えられるのは、遮断周波数を特定することである。遮断周波数は、マイクロ波プローブ周囲の周辺領域における妨害個所の最小自由管断面積に特有のものである。その際にこの周辺領域は、マイクロ波放射の反射を検出して評価することができる配管系統の領域によって定められている。使用される測定技術の感度が高まるにつれて、もしくは入力結合されるマイクロ波放射の強度が高まるにつれて、反射を依然として受信することのできる周辺領域が広くなり、これに応じて配管系統のいっそう広い領域を監視することができる。遮断周波数を特定するために、マイクロ波プローブにより放射されたマイクロ波の周波数が予め定められた範囲内で変えられ、周波数ごとに反射したマイクロ波放射の強度が特定される。
【００２６】
一般的な配管系統において用いられる８０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲内の直径であれば、遮断周波数はＴＥ１１振動モードの場合、１．６ＧＨｚ〜２．４ＧＨｚの範囲内にある。堆積物に起因する狭幅部があるならば、この狭幅部の領域内で遮断周波数が発生し、この周波数は狭幅部の度合いに応じていっそう高くなる。したがってマイクロ波周波数の変化に対する下限は、堆積物のない管の場合の最も低い遮断周波数の範囲内で選定するのが好ましい。予期される堆積物の厚さに応じて上限を選定することができるが、上限は使用される測定技術によって決められていることが多い。例えば周波数は３００ｋＨｚ〜２０ＧＨｚの範囲内で変えられ、好ましくは１〜１０ＧＨｚの範囲内で、特に好ましくは１．５〜４ＧＨｚの範囲内で変えられる。
【００２７】
マイクロ波を生成し、マイクロ波を受信し、次いで測定を評価するために、ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）を使用することができる。ネットワークアナライザは、制御可能なマイクロ波発生器、受信機、および測定の評価に必要とされるエレクトロニクスデバイス例えば増幅器およびアナログ／ディジタル変換器などを含む。ただし、個々の構成部品を単一の機器として用いることもできる。
【００２８】
反射したマイクロ波放射の強度を周波数に対してプロットすれば、遮断周波数を強度の変化として識別することができる。分岐部のない単純な管の場合でさえ、複数の遮断周波数が見つかる可能性があり、それらは管により形成された中空導体の幾何学的な寸法により、種々の振動モードに対して定められている。それ以上に遮断周波数が識別されるということは、管もしくは配管系統の中に例えばコーキングなどの堆積物に起因する狭幅部があることを示唆している。遮断周波数は中空導体の幾何学的寸法に左右されるので、このようにしてこの狭幅部における管の自由直径を、見つけられた遮断周波数から特定することができる。
【００２９】
機構の複雑な配管系統内の狭幅部を識別するために、反射測定の測定結果を基準または先行の測定と比較することが考えられる。この場合に特に、測定で見つけられたすべての遮断周波数が、基準もしくは先行の測定に含まれる遮断周波数と比較される。その際に基準もしくは先行の測定に含まれていない遮断周波数が見つかったならば、それは堆積物に起因する狭幅部であることを示唆している。よって、堆積物が存在していると推定される。次いで、狭幅部に生じている自由管断面積が、この遮断周波数から計算される。
【００３０】
別の選択肢として、またはこれに加えて、特徴ｂ）によれば、反射測定を実施することができ、この測定においてマイクロ波プローブから放射されたマイクロ波の反射が、同じマイクロ波プローブによって再び受信される。この場合、反射したマイクロ波信号の信号経過時間を特定することが考えられる。例えば分岐部、湾曲部、分配部、接続部、および管断面における変化などのような妨害個所各々によって、中空導体として用いられる配管系統の特性が変化し、その際に変化各々においてマイクロ波信号の一部分が反射する。したがって受信した反射各々は、マイクロ波プローブの周辺領域における妨害個所に対する示唆を表す。この場合、妨害個所からマイクロ波プローブまでの間隔は、求められた信号経過時間の半分に配管系統内のマイクロ波の伝播速度を乗算したものから与えられる。
【００３１】
この経過時間測定のために、マイクロ波プローブにより信号が放射され、この信号の反射が再び同じマイクロ波プローブによって受信され評価される。時間領域反射率測定法（ＴＤＲ）の場合、放射される信号は、パルス発生器により生成される時間的に区切られたパルスであり、その応答信号が広帯域オシロスコープによって測定される。別の選択肢として、例えばネットワークアナライザ（ＶＮＡ）によりマイクロ波プローブを介して、連続的な単色マイクロ波信号を入力結合することができ、その結果、マイクロ波共鳴場が生成され、その際にマイクロ波プローブを介してマイクロ波共鳴場の強度が特定される。この目的で、振幅および位相が特定される。次いで連続的な単色マイクロ波信号の周波数が変えられ、強度が新たに測定される。予め定められた周波数範囲からの多数の周波数について、このプロセスが繰り返される。これによって、予め定められた周波数範囲における配管系統の応答が特定される。次いで、個々の周波数について得られた強度が、逆フーリエ変換によって周波数領域から時間領域へ変換される。時間領域への変換後、測定は、測定された時間領域振幅対時間という形態となる（ＴＤスペクトル）。この方法によって、時間的に区切られたマイクロ波パルスに対する配管系統の応答が計算される。
【００３２】
連続的な単色マイクロ波信号の周波数変化を用いた測定方法は、ＴＤＲ測定方法よりもＳＮ比が良好であり、したがっていっそう広いダイナミックレンジが得られる。このようにすれば、強度が僅かな信号であったとしても測定することができる。
【００３３】
ＴＤスペクトルもしくは経過時間測定における局所的極大値は、妨害個所を示唆する。この場合、妨害個所からアンテナまでの間隔は、局所的極大値が発生した時間値の半分に配管系統内のマイクロ波の伝播速度を乗算したものに相応する。通常、妨害個所は、配管系統における狭幅部の始端または終端を表す。
【００３４】
測定の際に予め定められる周波数範囲に対する下限を、堆積物のない配管系統の場合の最も低い遮断周波数の範囲内で選定するのが好ましい。予期される堆積物の厚さに応じて上限を選定することができるが、上限は使用される測定技術によって決められていることが多い。例えば周波数は３００ｋＨｚ〜２０ＧＨｚの範囲内で変えられ、好ましくは１〜１０ＧＨｚの範囲内で、特に好ましくは１．５〜４ＧＨｚの範囲内で変えられる。
【００３５】
見つけられた妨害個所は、基準または先行の測定と比較される。この場合に特に、見つけられた妨害個所からマイクロ波プローブまでの間隔が、基準もしくは先行の測定に含まれる妨害個所の間隔と比較される。基準もしくは先行の測定において既知ではない妨害個所は、新たに発生した堆積物を示唆している。堆積物からマイクロ波プローブまでの間隔は、対応する妨害個所からマイクロ波プローブまでの特定された間隔に相応する。配管系統内のマイクロ波プローブのポジションが既知であることから、妨害個所もしくは識別された堆積物からマイクロ波プローブまでの間隔から、配管系統内の堆積物のポジションも特定することができる。
【００３６】
特徴ｂ）による測定において、複数のマイクロ波プローブを互いに間隔をおいて配管系統内に導入することもできる。例えば２つのマイクロ波プローブが互いに間隔をおいて配管系統内に導入され、これら２つのマイクロ波プローブにより規定された配管系統区間の２つの側から、反射測定が実施される。この場合、１つのマイクロ波プローブだけしか用いない測定とは異なり、狭幅部から２つのマイクロ波プローブまでの求められた間隔と配管系統区間の既知の長さとから、狭幅部の長さを、または２つの狭幅部があるのであればそれら相互間の間隔を、付加的に特定することができる。
【００３７】
別の選択肢として、またはこれに加えて、特徴ｃ）によれば、透過測定を実施することができ、この測定において、第１のマイクロ波プローブによりマイクロ波が配管系統内に導入され、第２のマイクロ波プローブによりそのマイクロ波が再び受信される。この測定によれば、配管系統内に導入された２つのマイクロ波プローブの間にある配管系統区間が検査される。
【００３８】
測定の基本的なシーケンスは、特徴ａ）に関して説明した反射測定に相応するが、この場合にはマイクロ波が第１のマイクロ波プローブにより配管系統内に入力結合され、第２のマイクロ波プローブによりそのマイクロ波が受信される。
【００３９】
機構の複雑な配管系統内の狭幅部を識別するために、透過測定の測定結果を基準または先行の測定と比較することが考えられる。この場合に特に、測定で見つけられたすべての遮断周波数が、基準もしくは先行の測定に含まれる遮断周波数と比較される。その際に基準もしくは先行の測定に含まれていない遮断周波数が見つかったならば、それは堆積物に起因する配管系統区間内の狭幅部であることを示唆している。よって、堆積物が存在していると推定される。次いで、狭幅部に生じている自由管断面積が、この遮断周波数から計算される。
【００４０】
遮断周波数の特定を介した狭幅部の識別に加えて考えることができるのは、送信されたマイクロ波信号の振幅を特定することである。この振幅を、基準または先行の測定と比較することができる。振幅の変化特に振幅の減少によって、堆積物に起因する新たな狭幅部の存在を示唆することができる。
【００４１】
特徴ａ，ｂ，ｃによる測定を、個別にまたはバリエーションａ，ｂ，ｃの任意の組みあわせでも、用いることができる。
【００４２】
好ましくは、これらの測定は機構の動作中、継続的に実施され、その際に測定されたパラメータの経時的変化が特定される。この場合に考えられるのは、機構の動作条件が変えられ、その際、経時的変化が加速したときには不都合な動作条件であると推定され、経時的変化が減速したときには好都合な動作条件であると推定されるようにすることである。このようにすれば機構の動作パラメータを、堆積物の発生が最小限に抑えられるように継続的に最適化することができる。
【００４３】
その際に有利には、配管系統の特定の空間領域に作用を及ぼすパラメータを最適化することができる。配管系統が例えば複数のポイントで加熱されるならば、マイクロ波プローブの既知のポジションと、堆積物からマイクロ波プローブまでの求められた間隔と、を介して、堆積物を個々の加熱されたポイントに対応づけることができる。１つまたは複数のポイントにおいて、過熱により堆積物が増加して発生したならば、それらのクリティカルなポイントの加熱を所期のように最適化することができる。したがって識別された堆積物の特定のポジションを、プロセスパラメータの最適化のために利用するのが好ましい。
【００４４】
提案された方法による測定を連続的に行うことができ、その際に少なくとも１つのマイクロ波プローブが機構内の測定の全期間中、使用され続ける。別の選択肢として、この方法を非連続的に実施することができ、その際には少なくとも１つのマイクロ波プローブが、１つの測定点の記録のためだけに使用され、次いでこのマイクロ波プローブが再び取り除かれ、次に測定するときになってから再び機構内に導入される。
【００４５】
配管系統にまだ堆積物が存在しない限りは、測定値の比較に用いられる基準値をその配管系統における基準測定に基づき得ることができる。基準値を求めるためのさらなる可能性は、モデルに基づき基準値を求めることである。このモデルを、例えばコンピュータモデルまたは縮小スケールで構築された配管系統のモデルとすることができる。この場合、マイクロ波プローブを、あとで機構の配管系統のところで行うように、縮小モデルに配置することができ、基準値を求めることができる。後続のステップにおいて、縮小モデルにおいて得られた基準値が機構のサイズにスケーリングされる。
【００４６】
機構の配管系統が接続個所を有するならば、例えば配管系統の２つの部分がつながれたフランジの形態の接続個所を有するならば、マイクロ波放射がこの接続個所で中空導体として用いられる配管系統から外に出る可能性がある。外に出たこのマイクロ波放射が、場合によっては別の接続個所を介して再び配管系統内に入力結合して、測定を誤らせる可能性がある。したがって好ましくは、配管系統の接続個所にシールドを配置することが考えられる。このシールドは、好ましくは導電性材料例えば金属シートであり、これによって接続個所が電気的にシーリングされる。
【００４７】
機構は好ましくは水蒸気分解炉である。
【００４８】
本発明のさらなる態様は、既述の方法において使用するのに適したマイクロ波プローブを提供することである。好ましくは、マイクロ波プローブは、既述の方法のうちの１つにおいて使用するために構成されており、したがって方法の特徴はそれ相応にマイクロ波プローブについても当てはまり、逆にマイクロ波プローブの特徴はそれ相応に方法についても当てはまる。検査すべき機構内に導入されるマイクロ波プローブは、そこにおいて８００〜１３５０℃の範囲に高められた温度に晒されることが多い。しかも機構内では侵食性物質や摩耗性媒体が用いられることが多く、これらはマイクロ波プローブに破壊的な作用を及ぼしかねない。
【００４９】
マイクロ波を機構の配管系統内に入力結合するためのマイクロ波プローブが提案される。マイクロ波プローブは、マイクロ波アンテナ、マイクロ波放射に対し透過性の材料から成る窓、マイクロ波アンテナと接続された同軸ケーブル、およびケースを含む。さらに以下のようにすることが考えられる。すなわち、
ａ）マイクロ波アンテナは、耐熱性金属合金から成り、好ましくはニッケルベースの合金から成り、同軸ケーブルは、耐熱性金属合金と無機誘電体材料とを含み、窓は、マイクロ波アンテナを取り囲むケースとして構成されており、スリーブは、このスリーブが外側で配管系統につながるように構成されており、ケースとして構成された窓は、同軸ケーブルに向いた側で保護管に移行し、この保護管は、長さ補償部材を介してスリーブと接続されており、スリーブは保護管を少なくとも部分的に取り囲み、または
ｂ）スリーブは、導電性材料から成り中空導体として構成されていて、スリーブの内径は配管系統の内径に相応し、スリーブは第１の側で配管系統の方向において開口部を有し、反対側の第２の側にマイクロ波アンテナが配置されており、このマイクロ波アンテナは、マイクロ波放射に対し透過性のケースにより覆われていて、スリーブの内部に延在しており、窓は、マイクロ波放射に対し透過性の耐熱材料から成るディスプレーサとして構成されており、このディスプレーサはスリーブの残りの内部空間を占有する。オプションとしてディスプレーサは開口部に向いた側に、やはりマイクロ波放射に対し透過性の材料から成るキャップを含むことができる。
【００５０】
通常のマイクロ波プローブの場合、特にそれらに耐熱性が欠けていることが問題である。高温および侵食性の周囲条件に起因して、使用されるアンテナの材料が損なわれ、その結果として電気特性も変化してしまう。これにより今度はインピーダンスが変化し、したがってマイクロ波放射の入力結合が損なわれてしまう。特にこの場合に問題となるのは、これらのプロセスが継続的に進行し、したがって通常のマイクロ波プローブの特性が絶えず変化し、既述の方法の信頼性のある適用が不可能になることである。アンテナの接続に用いられる通常の同軸ケーブルも、高められた温度での使用には不向きである。よって、マイクロ波プローブのクリティカルな構成要素が、特にアンテナおよび同軸ケーブルが、配管系統内部の条件に耐えるように、またはマイクロ波プローブのクリティカルな構成要素が、高温および侵食性の周囲条件から隔離されるように、マイクロ波プローブを構成することが必要とされる。
【００５１】
耐熱性という用語が意味するのは、個々の材料を少なくとも予め定められた温度まで使用可能であり、つまりは熱に耐えられる、ということである。好ましくは個々の材料は、少なくとも８００℃の温度に至るまで耐えられ、特に好ましくは少なくとも１０００℃の温度に至るまで、極めて特に好ましくは少なくとも１２００℃の温度に至るまで、最も好ましくは少なくとも１４００℃の温度に至るまで耐えられ、つまりは使用可能である。
【００５２】
バリエーションａ）によれば、マイクロ波プローブのクリティカルな構成要素を、特にアンテナおよび同軸ケーブルを、耐熱性でありかつ耐侵食性であるように構成することが考えられる。これによってマイクロ波プローブを、高温が発生する可能性のある機構の配管系統内に導入できるようになる。この目的で、アンテナを耐熱性金属合金から製造することが考えられる。適切な合金は例えばニッケルベースの合金を含み、一例としてインコネル６００を含む。ここで留意されたいのは、高温に耐えられる合金は、緊密に付着した酸化層（例えば酸化クロム）が不活性化を生じさせることから、上述の耐熱特性を有する、ということである。かかる被覆層が存在するということは材料の実効導電率に影響を及ぼし、マイクロ波の著しい減衰を引き起こす可能性がある。したがって使用されるアンテナは、好ましくは不活性ガスにより不活性化される。
【００５３】
マイクロ波アンテナは好ましくはピンアンテナとして構成されており、この場合、ピンの長さは、ｄ／１０〜ｄの範囲内で選定されている。ただしｄは、配管系統の内径を表す。特に好ましくはピンの長さは、ｄ／６〜ｄ／２の範囲内で選定されている。ｄ／４〜ｄ／２のピンの長さが、極めて特に好ましいものとなる。ピンとして構成されたマイクロ波アンテナは、特に高い形状安定性の点で傑出している。高い形状安定性ゆえに、マイクロ波アンテナの特性は長期間にわたり一定であり、このアンテナにより実施される測定は良好に再現可能なものである。
【００５４】
マイクロ波アンテナのさらなる好ましい実施形態は、誘導結合のためのループアンテナまたはホーンアンテナである。
【００５５】
アンテナは、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）または酸化ケイ素（ＳｉＯ２）といった無機誘電体を含む同軸ケーブルと接続されている。内側導体および外側導体は、好ましくは耐侵食性で構成されている。内側導体および外側導体の材料は、好ましくは耐熱性金属合金から選定されており、好ましくは例えばインコネル６００といったニッケルベースの合金から選定されている。導体のための耐侵食性材料の選定および無機誘電体材料の選定によって、同軸ケーブルは、たとえ温度が高められてもその機能性を維持するように構成されている。ここで提案した同軸ケーブルは、１０００℃に至るまでの温度であっても依然として機能する。Ａｌ２Ｏ３の誘電体を有するインコネル６００から成る同軸ケーブルの例であれば、１０００℃の温度および８ＧＨｚにおいて、ケーブル減衰は約３０ｄＢ／１．５ｍである。
【００５６】
マイクロ波アンテナを取り囲み、窓を成すケースは、同軸ケーブルに向いた側で保護管に移行しており、この保護管は長さ補償部材を介してスリーブと接続されている。その際にスリーブは、これが保護管を少なくとも部分的に取り囲むように配置されている。これに対しマイクロ波プローブの窓は、スリーブには取り囲まれない。窓から保護管への移行を、同軸ケーブルがアンテナに接続されているポイントで行うことができる。別の選択肢として、窓の領域で同軸ケーブルとアンテナとの接続を行うこともできる。
【００５７】
配管系統との接続のために好ましくは、温度測定プローブを導入するために設けられているコネクタパイプが用いられる。この場合、温度プローブの代わりにマイクロ波プローブが挿入され、その際に窓として用いられるケースが、ケースにより取り囲まれたマイクロ波アンテナと共に配管系統内部に到達する。したがって好ましくは、ケースの直径を温度測定プローブの直径に相応させることが考えられる。好ましくは、直径は２０〜３０ｍｍの範囲内で選定されている。この場合、マイクロ波プローブのスリーブは配管系統内部に導入されるのではなく、外側で配管系統につながっている。この目的で例えば、スリーブのところにフランジを設けることができ、これは配管系統の対向部材のところに取り付けられる。配管系統を取り囲む燃焼室の内部のように高温の場合には、スリーブを択一的に配管系統にじかに溶接することができる。
【００５８】
ケースもしくは保護管の温度変化に起因する長さの変化を受け止める目的で、長さ補償部材を介して保護管をケースに取り付けることが考えられる。しかもケースを配管系統内に案内する場合に、滑り軸受けとして緩い嵌合部を設けることができ、これによれば長さが変化したときに、配管系統に対し相対的にケースを長手方向で動かすことができる。ただし滑り軸受けは配管系統の内部と接触しているので、この個所に発生する堆積物によって滑り軸受けの機能が損なわれるおそれがある。発生した機械的応力はケースの損傷を引き起こしかねないが、この機械的応力は長さ補償部材によって阻止される。この場合、長さ補償部材は有利には配管系統内部から分離されているので、この部材の機能が配管系統からの堆積物によって損なわれることはない。
【００５９】
好ましくは、マイクロ波プローブは、付加的に温度センサを含むことができる。この場合には、既存の温度測定プローブをここで提案したマイクロ波プローブに置き換えれば、温度測定の機能が維持される。
【００６０】
バリエーションｂ）によれば、熱的な分離を行うことが考えられ、この場合、温度が下げられた領域内にマイクロ波プローブのクリティカルな構成要素が配置されている。配管系統に結合されているときに、これらのクリティカルな構成要素は、配管系統から熱的に分離されており、つまりは配管系統内で発生する高温から分離されている。
【００６１】
この場合、スリーブは導電性材料から成り、配管系統の内径に相応する内径を有する。配管系統の直径が変化している場合には、スリーブの内径は、マイクロ波プローブが配管系統内に導入されるポイントでの配管系統の直径に相応する。スリーブのこのような構成によって、スリーブは配管系統と同様にマイクロ波のための中空導体として働く。スリーブはその第１の側に、配管系統と接続するために構成された開口部を有する。
【００６２】
反対側にはマイクロ波アンテナが配置されており、これはスリーブ内部に延在しており、したがってスリーブはケースおよびマイクロ波アンテナを完全に、または少なくとも部分的に取り囲んでいる。スリーブの残りの内部空間は、ディスプレーサで満たされている。これによって阻止しようとしているのは、凝縮性物質が配管系統からヒータの外に位置する比較的低温の領域に到達し、そこで凝縮してしまうことである。さらにディスプレーサは、マイクロ波放射に対し透過性の窓として用いられる。この窓は、場合によっては粒子が加わる配管系統内の流れに対し、耐摩耗性でなければならない。この目的でディスプレーサは好ましくは、液体流中の粒子に対し耐摩耗性の材料から製造されている。別の選択肢として、またはこれに加えて、ディスプレーサは液体流中の粒子に対し耐摩耗性の材料から成るキャップを含むことができ、その際にキャップの材料もマイクロ波放射に対し透過性である。この場合にはディスプレーサを、あまり耐摩耗性ではない安価な材料から構成することができる。
【００６３】
マイクロ波アンテナは好ましくはピンアンテナとして構成されており、この場合、ピンの長さは、ｄ／１０〜ｄの範囲内で選定されている。ただしｄは、配管系統の内径を表す。特に好ましくはピンの長さは、ｄ／６〜ｄ／２の範囲内で選定されている。ｄ／４〜ｄ／２のピンの長さが、極めて特に好ましいものとなる。ピンとして構成されたマイクロ波アンテナは、特に高い形状安定性の点で傑出している。高い形状安定性ゆえに、マイクロ波アンテナの特性は長期間にわたり一定であり、このアンテナにより実施される測定は良好に再現可能なものである。
【００６４】
マイクロ波アンテナのさらなる好ましい実施形態は、誘導結合のためのループアンテナならびにホーンアンテナである。
【００６５】
ディスプレーサによってマイクロ波アンテナが隔離されるので、マイクロ波アンテナは配管系統内部における高温および侵食性物質から保護されている。同軸ケーブル用のアンテナの接続部は、ディスプレーサ外部において配管系統の内部空間への開口部とは反対側に位置しているので、高温も侵食性物質も接続部または使用される同軸ケーブルに作用を及ぼさない。したがってこの実施形態のバリエーションにおいては、マイクロ波アンテナとの接続のために、通常の同軸ケーブルを使用することができる。マイクロ波アンテナのために、耐熱性材料を使用する必要もない。ただしバリエーションａ）に関連して説明した合金を、マイクロ波アンテナのために使用することができる。同様に、バリエーションａ）に関連して説明した耐熱性の同軸ケーブルを使用することもできる。
【００６６】
ディスプレーサは、マイクロ波放射に対し透過性の耐熱材料から構成されている。材料として特に、耐熱セメントおよび耐火粘土が適している。
【００６７】
窓のうち開口部に向いた側は、好ましくは円錐形または楔形を有する。円錐形の場合には、マイクロ波プローブを以下のように配管系統内に導入することが考えられる。すなわちこの形状が窓の長手軸線に沿って円錐状に延び、窓に向かってその長手軸線に沿って液体が流れるように、導入するのである。したがって液体は、窓の円錐状先端部にぶつかる。楔形の場合には、液体が楔により形成された傾斜面にぶつかるようにすることが考えられる。ディスプレーサの材料が十分に耐摩耗性である場合には、このディスプレーサを円錐先端部によってそのまま構成することができ、付加的なカバーを省くことができる。ディスプレーサが十分に耐摩耗性でなければ、好ましくは使用されるキャップが円錐形または楔形を有する。
【００６８】
配管系統と接続するために、例えばフランジが設けられており、これを配管系統の対応するフランジに取り付けることができる。フランジは好ましくは、スリーブのうち配管系統と接続するために構成された側に配置されている。別の選択肢としてスリーブは、例えば溶接により配管系統と固定的に接続されている。配管系統が高温の周辺領域の中に、例えば燃焼室内に位置しているならば、スリーブの長さは好ましくは、スリーブが燃焼室から突出するようなサイズに選定されている。
【００６９】
バリエーションａ）による実施形態の場合にもバリエーションｂ）による実施形態の場合にも好ましくは、マイクロ波アンテナとケースとの間の間隔が、マイクロ波アンテナの長手軸線の方向で見て、少なくとも２０ｍｍとなるようにすることが考えられる。特に好ましくは、この間隔は２０〜８０ｍｍの範囲内にあり、極めて特に好ましくは２０〜４０ｍｍの範囲内にある。マイクロ波アンテナをピンアンテナとして構成する場合、マイクロ波アンテナの先端部からの間隔が測定される。
【００７０】
窓がマイクロ波に対し透過性の材料から形成されているにしても、窓は一方の媒体から他方の媒体への移行部を成し、そこにおいてマイクロ波放射の一部分が反射させられる。ケースとマイクロ波アンテナとの間に間隔が設けられていることから、経過時間測定（時間領域信号）の品質改善が達成される。
【００７１】
バリエーションａ）による窓のための材料としても、バリエーションｂ）による窓のための材料としても、耐熱性であり高温でも導電率が低くかつ開放気孔のない材料が適している。特に、耐熱性セラミックが適している。適切なセラミック材料は特に、開放気孔のないα−Ａｌ２Ｏ３を含む。バリエーションｂ）の場合に好ましくは、セラミック材料から成るキャップが使用される。
【００７２】
窓とバリエーションａ）の保護管との接続を、例えば接着またははんだ付けによって行うことができる。適切な接着剤には、Panacol Cerastil V-336, Thermeez Hi Seal 7030が含まれる。
【００７３】
キャップとバリエーションｂ）によるディスプレーサとの接続を、例えばバリエーションａ）のために挙げた接着剤による接着によって行うことができる。
【００７４】
バリエーションｂ）の場合に、ケースがやはりセラミックから成るようにすることができ、その際に特に窓用と同じセラミックを用いることができる。
【００７５】
バリエーションａ）の場合にもバリエーションｂ）の場合にも、マイクロ波アンテナとこのマイクロ波アンテナを取り囲むケースとの間の領域に不活性ガスを充填することができる。不活性ガスとして、例えば窒素またはアルゴンが適している。不活性ガスを使用することにより、マイクロ波アンテナの熱安定性がさらに改善される。つまりインコネル６００といった耐熱性のニッケルベース合金をマイクロ波アンテナのために使用したとしても、酸素含有雰囲気において高温の場合には酸化クロム層（Ｃｒ２Ｏ３）が形成されることが判明した。これによって材料の導電特性が変化し、この変化によって今度はその材料から成るマイクロ波アンテナの特性が変化してしまう。この変化は徐々に発生するので、測定の比較可能性が困難になる。ケースとマイクロ波アンテナとの間の空間に不活性ガスを存在させることによって、かかる酸化クロム層の形成が阻止され、マイクロ波アンテナの安定性が改善される。
【００７６】
本発明のさらなる態様は、既述のマイクロ波プローブのうちの少なくとも１つを含み、既述の方法のうちの１つを実施するように構成された測定システムを提供することである。よって、それらの方法またはマイクロ波プローブに関連して説明した特徴は、測定システムについても相応に当てはまる。測定システムは好ましくは、ケーブルを介して少なくとも１つのマイクロ波プローブと接続されたネットワークアナライザを含む。ネットワークアナライザは、少なくとも１つのマイクロ波発生器と、少なくとも１つのマイクロ波受信機と、を含む。
【００７７】
次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１ａ】配管系統の種々の構成を示す図である。
【図１ｂ】配管系統の種々の構成を示す図である。
【図１ｃ】配管系統の種々の構成を示す図である。
【図１ｄ】配管系統の種々の構成を示す図である。
【図２ａ】種々の配管系統に関する透過スペクトルを示す図である。
【図２ｂ】種々の配管系統に関する透過スペクトルを示す図である。
【図３】第１の実施形態によるマイクロ波プローブを配管系統内に導入した様子を示す図である。
【図４】第１の実施形態によるマイクロ波プローブの先端部を概略的に示す図である。
【図５】第１の実施形態によるマイクロ波プローブの接続部側を概略的に示す図である。
【図６】マイクロ波プローブの第２の実施形態を概略的に示す図である。
【図７ａ】モデル系統における反射測定を周波数領域において示す図である。
【図７ｂ】モデル系統における反射測定を周波数領域において示す図である。
【図７ｃ】モデル系統における反射測定を周波数領域において示す図である。
【図８ａ】モデル系統における反射測定を時間領域において示す図である。
【図８ｂ】モデル系統における反射測定を時間領域において示す図である。
【図８ｃ】モデル系統における反射測定を時間領域において示す図である。
【図９ａ】モデル系統における透過測定を示す図である。
【図９ｂ】モデル系統における透過測定を示す図である。
【図９ｃ】モデル系統における透過測定を示す図である。
【図１０】測定システムを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７９】
図１ａ〜図１ｄには、配管系統１０の構成の種々の例が描かれている。図示されている配管系統１０は、水蒸気分解炉の一部分である。図１ａ〜図１ｄに描かれている配管系統１０には、それぞれ２つのマイクロ波プローブ１００が導入されている。これらのマイクロ波プローブ１００はこの場合、それぞれ閉止フランジ１５に嵌め込まれており、したがってこの個所でマイクロ波放射が配管系統１０の内部へ入力結合され、もしくはこの個所でマイクロ波放射が受信され、配管系統１０が封止される。
【００８０】
図１ａに描かれている第１の配管系統１０の場合、この配管系統は２つの直線状の管１２しか含まず、これらは端部のところで湾曲部１４を介して互いに接続されている。管１２は３．８４ｃｍの内径を有する。両方の直線状の管１２は、これらの管の個々の他方の端部のところで、やはり閉止フランジ１５によって封止されており、その際にそれらの閉止フランジ１５を介して、それぞれ１つのマイクロ波プローブ１００が配管系統１０の内部に導入されている。
【００８１】
図１ｂに描かれている第２の配管系統１０の場合には、図１ａの両方の管１２を互いに接続する湾曲部１４が、多岐管１６に置き換えられた。多岐管１６は付加的にさらなる２つの管１２と接続されており、したがって全体で４つの管１２が多岐管１６に接続されていて、多岐管１６から離れる方向で平行に案内されている。これらのさらなる管１２には、それぞれ１つのさらなる湾曲部１４が接続されている。両方の中央の管１２は、図１ａを参照しながら説明したように、それぞれ閉止フランジ１５により封止されており、この場合、それらの閉止フランジ１５のところで両方のマイクロ波プローブ１００が配管系統１０内に導入されている。両方の外側の管１２は、それらの個々のさらなる湾曲部１４を介して、それぞれ１つのさらなる管１２へ移行しており、その際にそれらのさらなる管１２はそれぞれ閉止フランジ１５によって封止されている。
【００８２】
図１ｃに描かれている第３の配管系統１０は、図１ｂを参照しながら説明した配管系統１０に相応するが、この場合には管１２とは反対側で多岐管１６に集合管１８が接続されている。集合管１８の内径は７．９ｃｍである。集合管１８は、管１２よりも大きい直径を有する。
【００８３】
図１ｄに描かれている第４の配管系統１０は、図１ｃを参照しながら説明した配管系統１０に相応するが、この場合には集合管１８に円錐部２０が接続されており、これは集合管１８から出発して、直径が広がるように開いている。
【００８４】
図２ａおよび図２ｂには、図１ａおよび図１ｄを参照しながら説明した配管系統１０について、それぞれ透過スペクトルが示されている。図示されているスペクトルは、両方のマイクロ波プローブ１００のうちの一方に、信号発生器のマイクロ波信号を印加し、それによってマイクロ波を配管系統１０に入力結合したことによって得られたものである。マイクロ波は、中空導体内のように配管系統１０内を伝播し、第２のマイクロ波プローブ１００によって再び受信された。マイクロ波信号の周波数は、３００ｋＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲で変化させられ、図２ａおよび図２ｂには、送信された信号の強度が周波数に対してプロットされた。測定を実施するために、ネットワークアナライザAgilent E5071 Cを使用した。ネットワークアナライザは、信号発生器、増幅器、アナログ／ディジタル変換器、および測定を実施するための制御技術デバイスを含む。
【００８５】
図示されている両方のスペクトルは、３００ｋＨｚ〜６ＧＨｚの周波数範囲では、小さい偏差を除き同一の推移を示している。それらの小さい偏差は、測定誤差の範囲内にある。図１ａ〜図１ｄに描かれた４つの配管系統の場合、マイクロ波プローブの選択された配置に関して、遮断周波数は約６ＧＨｚのところにある。遮断周波数よりも低い周波数の場合には、マイクロ波放射は配管系統内に入力結合される可能性はなく、したがって同一のスペクトル推移を予期することができる。しかしながら驚くべきことに、遮断周波数よりも高く、このためマイクロ波放射が個々の配管系統内に入力結合された６ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数範囲においても、スペクトルは定性的には同じ推移を示す、ということが判明した。それらのスペクトルは、配管系統のサイズが大きくなるにつれて減衰がいくらか大きくなる点だけしか異ならない。図２ｂに描かれている図１ｄの最大の第４の配管系統のスペクトルは、図２ａに描かれている図１ａの最小の第１の配管系統のスペクトルに比べて、いっそう大きい減衰を有する。図１ｄの配管系統に設けられている湾曲部、分岐部および直径変化によっても、送信される信号は変化せず、もしくは減衰がいくらか増大する点で影響が及ぼされるにすぎない。このような特性は、以下の点に起因する。すなわち、図１ｂ、図１ｃおよび図１ｄのいっそう複雑な配管系統においても、マイクロ波放射の基本的な部分は、配管系統１０を通る両方のマイクロ波プローブ１００の間のダイレクトな経路を辿るので、図１ａ〜図１ｄのテストされた４つの配管系統１０の場合には実質的に、マイクロ波プローブ１００に直接的に隣接する両方の管１２と、両方の管１２に直接的に隣接する湾曲部１４もしくは多岐管１６の一部分と、だけしか受信される送信信号に寄与しない、ということに起因する。図１ｂ、図１ｃおよび図１ｄの配管系統１０の多岐管１６のところで、マイクロ波放射の一部分がさらなる管１２もしくは集合管１８および円錐部２０に達するので、もはやすべての信号が第２のマイクロ波プローブ１００に届くことはなく、したがって減衰が大きくなる。ただし、減衰のこのような僅かな増大によっても、測定の評価性能は損なわれない。
【００８６】
図面には描かれていないさらなる検査によれば、マイクロ波プローブは閉止フランジ１５を介してではなく、それぞれ１つの湾曲部１４を介して配管系統１０に入力結合され、その際、マイクロ波プローブ１００を備えたそれぞれ１つの湾曲部１４によって、マイクロ波プローブ１００を備えた閉止フランジ１５のうちの１つが置き換えられた。これによれば、プローブの周辺領域を幾何学的に異ならせることによって、好ましくはＴＥ１１モードが低い遮断周波数で励起される、ということが判明した。
【００８７】
図３には、第１の実施形態によるマイクロ波プローブ１００を配管系統１０内に導入した様子が描かれている。この場合、配管系統１０は断面図として描かれており、マイクロ波プローブ１００は断面図では示されていない。配管系統１０の図示の区間は、湾曲部１４を介してフランジ２２に移行する管１２を示している。別の選択肢として、フランジの代わりに溶接接続を介した結合も実現可能である。フランジ２２を介して、図３には描かれていない配管系統１０のさらなる部分を接続することができる。湾曲部１４にはコネクタパイプ２４が配置されており、これを介して配管系統１０の内部にアクセス可能である。コネクタパイプ２４を介して、マイクロ波プローブ１００が配管系統１０内に導入される。別の選択肢として、フランジの代わりに溶接接続を介した結合も実現可能である。
【００８８】
マイクロ波プローブ１００は、窓１０２として構成されたケース１１２を含み、これはマイクロ波アンテナを取り囲んでおり、これについては図４を参照されたい。窓１０２は、コネクタパイプ２４を介して配管系統１０の内部に突入している。窓１０２は保護管１３２に移行しており、この場合、コネクタパイプ２４から突出した部分がスリーブ１１０によって覆われている。スリーブ１１０にはさらなるスリーブ１１１を介して、接続部１１８を有する接続プレート１１６がつながっている。接続部１１８を介して、マイクロ波プローブ１００もしくはマイクロ波アンテナに信号を供給することができ、もしくは受信した信号をアナライザへ転送することができる。接続プレート１１６は、フランジ１１４およびフランジ１４２を介して、スリーブ１１０に取り付けられている。スリーブ１１０とコネクタパイプ２４との間の接続は、例えば溶接によって形成される。
【００８９】
図４には、第１の実施形態によるマイクロ波プローブ１００の先端部が概略的に示されており、この場合、マイクロ波プローブ１００は配管系統１０内に導入されている。配管系統１０のうち、コネクタパイプ２４を有する湾曲部１４を備えた区間だけしか描かれていない。配管系統１０の区間は、断面図として描かれている。
【００９０】
マイクロ波プローブ１００の先端部も、図４には断面図として示されている。図４には、ケース１１２として構成された窓１０２が示されている。窓１０２は配管系統１０の内部空間に突入しており、この場合、マイクロ波プローブ１００の長手軸線１５０は流れの方向２６に対し垂直に位置しているので、窓１０２の表面のほぼ半分が直接、流れに晒される。
【００９１】
ケース１１２の内部にマイクロ波アンテナ１２０が収容されており、図４に描かれた実施形態によれば、このアンテナはピンアンテナとして構成されている。マイクロ波アンテナ１２０の先端部は、長手方向で見て、ケース１１２に対し間隔を有する。この間隔は少なくとも２０ｍｍである。
【００９２】
マイクロ波アンテナ１２０は同軸ケーブル１２４と接続されており、この場合、接続個所には同軸ケーブル１２４に終端キャップ１２２が配置されている。同軸ケーブル１２４は、保持プレート１２８を介してケース１１２内でセンタリングされて案内される。保持プレート１２８は、複数例えば３つのロッド１２６に保持されており、図４の断面図では２つのロッド１２６を見ることができる。必要に応じてロッド１２６に、同軸ケーブル１２４を案内するためのさらなる保持プレート１２８を配置することができる。
【００９３】
マイクロ波プローブ１００もしくはそれらのケース１１２は、コネクタパイプ２４のところで配管系統１０の内部に導入されており、その際、コネクタパイプ２４内に滑り軸受け１３０が配置されている。これにより主として、不都合な振動を抑圧するためにケース１１２がセンタリングされるようになる。しかもコークスが形成されることから、以下のことを前提とすることができる。すなわち、滑り軸受け１３０の狭い環状ギャップが即座に封止され、それによってコネクタパイプ２４とケース１１２との間のガス経路が密閉され、その結果、配管系統１０の内部空間に流入する凝縮可能な液体は、可能な限りほとんど外部には到達しないのである。これと同時に滑り軸受け１３０によって、マイクロ波プローブ１００がその長手軸線１５０に沿って可動になる。
【００９４】
図５には、第１の実施形態によるマイクロ波プローブ１００の接続部側が概略的に示されている。
【００９５】
接続部側は、マイクロ波アンテナ１２０が配置されている側とは反対側に位置しており、接続プレート１１６を有する。同軸ケーブル１２４は、接続プレート１１６を通って接続部１１８まで案内されている。接続部１１８は、例えば高周波技術で用いられるコネクタであり、例えばＳＭＡ型コネクタ、ＡＰＣ７型コネクタまたはＮ型コネクタなどである。接続プレート１１６は、マイクロ波アンテナ１２０の方向で、さらなるスリーブ１１１に移行している。さらなるスリーブ１１１の内部に長さ補償部材１３８が収容されており、この部材は一方の側でスリーブ１１１と溶接されており、他方の側で保護管１３２に移行している。この目的で、スリーブ１１１にリング１３７が取り付けられており、このリングは長さ補償部材１３８の接続部品１３９と接続されている。
【００９６】
さらなるスリーブ１１１は、フランジ１１４において終端している。フランジ１１４と、スリーブ１１０に配置されたフランジ１４２と、を介して、スリーブ１１０とさらなるスリーブ１１１とが互いに接続されており、この場合、フランジ１１４とフランジ１４２との間にシール１４０が挿入されている。フランジ１１４とフランジ１４２とを接続するために、複数のボルト１１５が用いられる。
【００９７】
保護管１３２と長さ補償部材１３８との間の移行部において、保護管１３２に接続管１３４が取り付けられており、さらに長さ補償部材１３８にリング１３６が配置されている。溶接によって、接続管１３４とリング１３６とが互いに接続されている。これと同様に、長さ補償部材１３８と接続プレート１１６との間の移行部に、溶接によりリング１３７に取り付けられた接続管が配置されており、さらにこのリング自体は溶接によりスリーブ１１０に取り付けられている。
【００９８】
図６には、マイクロ波プローブ１００の第２の実施形態が概略的に描かれている。図６には、マイクロ波プローブ１００と配管系統１０の１つの区間とが断面図で示されている。この場合、配管系統１０のうち湾曲部１４だけが描かれており、その端部には、配管系統１０の図示されていないさらなる部分がつながっている。
【００９９】
マイクロ波プローブ１００はスリーブ１１０を有し、このスリーブは一方の側において、配管系統１０と接続するための開口部を有し、このスリーブの反対側の他方の側において、終端プレート１５２によって封止されている。終端プレート１５２を通ってマイクロ波アンテナ１２０が案内されており、このアンテナはピンアンテナとして構成されており、ケース１１２によって取り囲まれている。ケース１１２およびマイクロ波アンテナ１２０は、スリーブ１１０に対し同軸に配置されており、スリーブ１１０の内部に突入しているが、配管系統１０には突入していない。
【０１００】
終端プレート１５２の外側でケース１１２に接続プレート１１６がつながっており、これは複数のボルト１１５を介して終端プレート１５２に取り付けられており、接続部１１８を有する。接続プレート１１６を通って同軸ケーブル１２４が案内されており、これは終端キャップ１２２によって封止されていて、マイクロ波アンテナ１２０に移行している。同軸ケーブル１２４は接続部１１８と接続されており、マイクロ波アンテナ１２０に信号を供給することができ、かつそれとは逆にマイクロ波アンテナ１２０から受信した信号をアナライザへ転送することができる。
【０１０１】
ケース１１２で満たされていないスリーブ１１０の内部空間は、ディスプレーサ１４６によって占められており、これには配管系統１０の方向にキャップ１４４が設けられている。ディスプレーサ１４６およびキャップ１４４は、双方共にそれぞれマイクロ波放射に対し透過性の材料から構成されており、これらが合わさって窓１０２を形成している。ケース１１２も、マイクロ波に対し透過性の材料から構成されている。キャップ１４４は円錐状に形成されており、このようにして形成された円錐形の先端部は、マイクロ波プローブ１００の長手軸線１５２上に位置している。別の選択肢として、キャップ１４４を楔として形成することもでき、この場合、楔は、楔形により形成された傾斜面に向かって液体が流されるように配置されている。
【０１０２】
スリーブ１１０は、配管系統１０に向いた側にフランジ１４２を有する。配管系統１０の湾曲部１４にはフランジ２２が配置されており、したがってフランジ１４２とフランジ２２とを介して、マイクロ波プローブ１００を配管系統１０と接続することができる。別の選択肢として、スリーブ１１０を溶接によって配管系統１０と接続することができる。
【０１０３】
スリーブ１１０は、配管系統１０のように導電性材料から製造されており、したがって配管系統１０もスリーブ１１０もマイクロ波用の中空導体として適している。スリーブ１１０の内径は、配管系統１０の内径に相応する。
【０１０４】
接続後、マイクロ波プローブ１００は、配管系統１０内を案内される液体の流れ２６が、マイクロ波プローブ１００の長手軸線１５２に対し垂直な楔形の窓１０２に向かって流れるように、配置されている。
【０１０５】
図７ａ〜図７ｃには、モデル系統における反射測定が周波数領域において示されている。モデル系統は、１０７．１ｍｍの内径と１０７１ｍｍの長さとを有する管１２から成る。測定結果がもはや管１２の長さに左右されないように、１：１０という直径と長さとの比を選択し、つまり得られた結果はかなり長い管についても当てはまる。炭素含有堆積物をシミュレートする目的で、この管にグラファイトの嵌め込み部材５０，５２を挿入した。いずれの嵌め込み部材も８９ｍｍの長さを有するので、１２個の嵌め込み部材を管内に収容した。実験では、２つの異なる内径を有する嵌め込み部材を使用し、その際に外径をそれぞれ１０６．８５ｍｍとした。大きい嵌め込み部材５２の場合には、内径を６４．１１ｍｍとし、小さい嵌め込み部材５０の場合には、内径を７４．８ｍｍとした。
【０１０６】
管１２の一方の端部において、ピンアンテナの形態のマイクロ波アンテナ１２０を管１２内に挿入し、その際にピンアンテナを管１２内に同軸に配置した。測定を実施するため、Agilent E5071 Cのタイプのネットワークアナライザを用いて、３００ｋＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲内の反射スペクトルを記録した。この場合、測定される周波数ごとに、時間的に区切られたマイクロ波信号をその周波数で送信し、次いでそのマイクロ波信号を再び同じマイクロ波アンテナ１２０で受信した。
【０１０７】
図７ａに示した実験では、管１２全体に小さい嵌め込み部材５０を装着した。スペクトル中、（１）で表したポジションにおいて、小さい嵌め込み部材５０が設けられた管１２の遮断周波数が約３．２ＧＨｚ付近にあることがわかる。図７ａ〜図７ｃに書き込まれた破線は、小さい嵌め込み部材５０が設けられた配管系統１２の遮断周波数を表す。
【０１０８】
図７ｂに示した実験では、マイクロ波アンテナ１２０の最も近くに配置されていた２つの小さい嵌め込み部材５０を、大きい嵌め込み部材５２に置き換えて、さらなる反射スペクトルを測定した。図７ｂのスペクトルの表示からわかるように、大きい嵌め込み部材５２によって引き起こされた狭幅部により、遮断周波数がより高い周波数へとシフトされる。このシフトは狭まりを示唆するものである。遮断周波数は約３．７ＧＨｚにシフトし、このことは直径の変化に対して予期される変化に相応する。
【０１０９】
図７ｃに示した実験では、マイクロ波アンテナ１２０の最も近くに配置されていた５つの小さい嵌め込み部材５０を、大きい嵌め込み部材５２に置き換えて、さらなる反射スペクトルを測定した。図７ｃにおけるスペクトルの表示からわかるように、図７ｂを参照して示した測定とは異なり、遮断周波数のさらなる変化は発生していない。遮断周波数は最小の自由管断面によって定められるので、さらなる変化も予期されない。
【０１１０】
図８ａ〜図８ｃには、モデル系統における反射測定が時間領域において示されている。モデル系統は、１０７．１ｍｍの内径と１０７１ｍｍの長さとを有する管１２から成る。測定結果がもはや管１２の長さに左右されないように、１：１０という直径と長さとの比を選択し、つまり得られた結果はかなり長い管についても当てはまる。炭素含有堆積物をシミュレートする目的で、管１２にグラファイトの嵌め込み部材を挿入した。いずれの嵌め込み部材も８９ｍｍの長さを有するので、１２個の嵌め込み部材を管内に収容した。実験では、２つの異なる内径を有する嵌め込み部材を使用し、その際に外径をそれぞれ１０６．８５ｍｍとした。大きい嵌め込み部材５２の場合には、内径を６４．１１ｍｍとし、小さい嵌め込み部材５０の場合には、内径を７４．８ｍｍとした。
【０１１１】
管１２の一方の端部において、ピンアンテナの形態のマイクロ波アンテナ１２０を管１２内に挿入した。測定を実施するため、Agilent E5071 Cのタイプのネットワークアナライザを用いて、マイクロ波パルスに対する反射スペクトルを記録した。その際にこれらのマイクロ波パルスを、マイクロ波アンテナ１２０によって管に入力結合し、次いでそれらの反射を同じマイクロ波アンテナによって再び受信した。図８ａ〜図８ｃには、それぞれ任意単位の信号振幅が単位ｎｓの信号経過時間に対し書き込まれている。
【０１１２】
図８ａに示した測定では、管１２全体に大きい嵌め込み部材５２を装着した。図示の測定曲線には２つの極大値が存在する。（１）でマークされた１番目の極大値を、アンテナから管への移行部での反射に対応づけることができる。このことは、マイクロ波アンテナ１２０の領域でのマイクロ波の直接的な反射を示唆している。（２）でマークされた２番目の極大値は、管１２の開放端部でのマイクロ波の反射によって発生している。
【０１１３】
図８ｂに示した測定では、管１２の半分まで大きい嵌め込み部材５２を装着した。管１２においてマイクロ波アンテナ１２０とは反対側には、小さい嵌め込み部材５０を装着した。図示の測定曲線には３つの極大値が存在する。（１）および（２）でマークされた極大値は、図８ａを参照しながら説明したように、マイクロ波アンテナ１２０のところでの入力結合における直接的な反射と、管１２の開放端部での反射と、に対応する。（３）でマークされた３番目の極大値は、大きい嵌め込み部材５２から小さい嵌め込み部材５０への移行部での反射に対応する。信号経過時間を介して、管１２内のこの移行部のポジションを位置特定することができ、この場合にはこれは正確に管１２の中央に位置している。
【０１１４】
図８ｃに示した測定では、管１２の４分の１まで大きい嵌め込み部材５２を装着した。管１２においてマイクロ波アンテナ１２０とは反対側には、小さい嵌め込み部材５０を装着した。図８ｂを参照しながら説明したように、３つの極大値を含む測定曲線が得られ、ただし大きい嵌め込み部材５２から小さい嵌め込み部材５０への移行個所での反射に対応する３番目の極大値（３）のポジションは、シフトされている。このシフトは、移行部からマイクロ波アンテナ１２０までの間隔が変化したことに正確に対応している。
【０１１５】
図９ａ〜図９ｃには、モデル系統における透過測定が周波数領域において描かれている。モデル系統は、図７および図８を参照しながら説明したように、１０７．１ｍｍの内径と１０７１ｍｍの長さとを有する管１２から成る。測定結果がもはや管１２の長さに左右されないように、１：１０という直径と長さとの比を選択し、つまり得られた結果はかなり長い管についても当てはまる。炭素含有堆積物をシミュレートする目的で、この管にグラファイトの嵌め込み部材を挿入した。いずれの嵌め込み部材も８９ｍｍの長さを有するので、１２個の嵌め込み部材を管１２内に収容した。実験では、２つの異なる内径を有する嵌め込み部材を使用し、その際に外径をそれぞれ１０６．８５ｍｍとした。大きい嵌め込み部材５２の場合には、内径を６４．１１ｍｍとし、小さい嵌め込み部材５０の場合には、内径を７４．８ｍｍとした。
【０１１６】
管１２の両方の端部において、ピンアンテナの形態のそれぞれ１つのマイクロ波アンテナ１２０を管１２内に挿入した。測定を実施するため、Agilent E5071 Cのタイプのネットワークアナライザを用いて、３００ｋＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲内の透過スペクトルを記録した。この場合、測定される周波数ごとに、マイクロ波信号をその周波数でマイクロ波アンテナによって送信し、次いでそのマイクロ波信号を再び他方のマイクロ波アンテナ１２０で受信した。
【０１１７】
図９ａの測定の場合、１２個の小さい嵌め込み部材５０が管１２内に嵌め込まれている。図示の透過スペクトルの場合、それぞれ（０）および（１）でマークされた２つの遮断周波数を識別することができる。ポジション（０）によって、ＴＥ１１振動モードの遮断周波数がマークされ、ポジション（１）によってＴＭ０１振動モードの遮断周波数がマークされる。はっきりと識別されるのは、ＴＭ０１振動モードの振幅がＴＥ１１振動モードの振幅よりも著しく大きい、ということである。その理由は、マイクロ波アンテナの選択された配置によって、ＴＥ１１振動モードがごく弱くしか励起され得ない、ということによる。
【０１１８】
図９ｂの測定では、マイクロ波アンテナ１２０のうちの１つに直接隣り合う２つの小さい嵌め込み部材５０を、大きい嵌め込み部材５２によって置き換えた。図示されている透過スペクトルから、遮断周波数がシフトしたことがわかる。ＴＭ０１振動モードのシフトされた遮断周波数を、（２）でマークした。
【０１１９】
図９ｃに示した実験では、左側のマイクロ波アンテナ１２０の最も近くに配置されていた５つの小さい嵌め込み部材５０を、大きい嵌め込み部材５２に置き換えて、さらなる透過スペクトルを測定した。図示の透過スペクトルからわかるのは、遮断周波数はもはやそれ以上はシフトしておらず、移行部の鋭さだけが、つまりスペクトルにおける勾配だけが増大したことである。
【０１２０】
図１０には、測定システム２００が概略的に描かれている。
【０１２１】
測定システム２００はネットワークアナライザを含み、このアナライザ自体はマイクロ波発生器２１２、マイクロ波受信機２１４およびアナライザ２１６を含む。マイクロ波発生器２１２は信号発生器として用いられ、望ましい振幅と周波数とを有するマイクロ波信号を生成する。マイクロ波受信機２１４は、フィルタおよびプリアンプならびにアナログ／ディジタル変換器を含む。マイクロ波受信機２１４は、以降の電子的な後続処理のために受信した信号を準備処理する。この後続処理はアナライザ２１６によって実施され、これは測定シーケンスも制御する。
【０１２２】
ネットワークアナライザ２１０は、ケーブル２１８を介してマイクロ波プローブ１００と接続されており、これは提案した測定方法を実施するために機構の配管系統内に導入される。さらなる実施形態によれば、システムは複数のマイクロ波プローブ１００特に２つのマイクロ波プローブ１００を含む。反射測定のためには単一のマイクロ波プローブ１００で十分であるが、少なくとも２つのマイクロ波プローブ１００を使用すれば、反射測定に加えて透過測定も実施することができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１０  配管系統
１２  管
１４  湾曲部
１５  閉止フランジ
１６  集合管
１８  大きい直径の管
２０  円錐部
２２  フランジ（配管系統）
２４  アクセス用コネクタパイプ
２６  流れ
５０  薄肉グラファイト嵌め込み部材
５２  厚肉グラファイト嵌め込み部材
１００  マイクロ波プローブ
１０２  窓
１１０  スリーブ
１１１  スリーブ
１１２  ケース
１１４  フランジ
１１５  ボルト
１１６  接続プレート
１１８  接続部
１２０  アンテナ
１２２  終端キャップ
１２４  同軸ケーブル
１２６  ロッド
１２８  保持プレート
１３０  滑り軸受け
１３２  保護管
１３４  接続管
１３６  リング
１３７  リング
１３８  長さ補償部材
１３９  接続部品
１４０  シール
１４２  フランジ
１４４  キャップ
１４６  ディスプレーサ
１５０  長手軸線
１５２  終端プレート
２００  測定システム
２１０  ネットワークアナライザ
２１２  マイクロ波発生器
２１４  マイクロ波受信機
２１６  アナライザ
２１８  ケーブル
【図１Ａ】
2019525192.tif 000003
【図１Ｂ】
2019525192.tif 000004
【図１Ｃ】
2019525192.tif 000005
【図１Ｄ】
2019525192.tif 000006
【図２ａ】
2019525192.tif 000007
【図２ｂ】
2019525192.tif 000008
【図３】
2019525192.tif 000009
【図４】
2019525192.tif 000010
【図５】
2019525192.tif 000011
【図６】
2019525192.tif 000012
【図７ａ】
2019525192.tif 000013
【図７ｂ】
2019525192.tif 000014
【図７ｃ】
2019525192.tif 000015
【図８ａ】
2019525192.tif 000016
【図８ｂ】
2019525192.tif 000017
【図８ｃ】
2019525192.tif 000018
【図９ａ】
2019525192.tif 000019
【図９ｂ】
2019525192.tif 000020
【図９ｃ】
2019525192.tif 000021
【図１０】
2019525192.tif 000022
【国際調査報告】
2019525192.tif 000023
2019525192.tif 000024
2019525192.tif 000025
2019525192.tif 000026
2019525192.tif 000027
2019525192.tif 000028
2019525192.tif 000029
2019525192.tif 000030
2019525192.tif 000031
2019525192.tif 000032