(57)【要約】高温領域内での移動又は滞留時間測定用のトレーサの使用。本発明の課題は、放射性核種に対して択一的なものとして、１０００℃より高い高温領域で使用するためのトレーサの使用を提案することにある。本発明によると、トレーサは、高温領域内で熱的に分離される物質であり、該物質の分離生成物は選択的に検出可能であるようにして解決される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温領域内での移動又は滞留時間測定用のトレーサの使用において、
トレーサは、高温領域内で熱的に分離される物質であり、該物質の分離生成物は選択的に検出可能である
ことを特徴とするトレーサの使用。
【請求項２】
物質は、分光法によって検出可能である請求項１記載の使用。
【請求項３】
物質は、アルカリ塩又はアルカリ土類塩である請求項１又は２記載の使用。
【請求項４】
塩は、Ｌｉ−，Ｋ−，Ｒｂ−塩である請求項３記載の使用。
【請求項５】
少なくとも１つの領域を有する高温領域は、燃焼装置又は他の高温プロセスで生じる請求項1から４迄の何れか1記載の使用。
【請求項６】
以下の方法ステップ：
水中に溶解された、又は、水中に懸濁している塵埃状の所定量のトレーサを、高温領域内の所定領域内に導入し、
続いて、前記高温領域内で前記トレーサの濃度を測定して、当該濃度を濃度依存信号に変換し、
時間信号列から滞留時間を求める
各方法ステップを用いて、トレーサを使用して高温領域内での移動又は滞留時間を検出する方法において、
トレーサは、金属原子を含む物質であり、
前記トレーサの濃度を前記金属原子の検出を介して分光により測定する
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
パルス状又は所定時間のテスト信号列を続けて導入する請求項６記載の方法。
【請求項８】
物質は、アルカリ塩又はアルカリ土類塩であり、金属原子は、アルカリ又はアルカリ土類原子である請求項１又は２記載の方法。
【請求項９】
分光検出を、レーザ吸収分光法を用いて行う請求項６から８迄の何れか1記載の方法。
【請求項１０】
分光検出を、放射分光法を用いて行う請求項６から８迄の何れか1記載の方法。
【請求項１１】
導入及び分光検出を、高温領域の同じ領域内で行う請求項６から１０迄の何れか1記載の方法。
【請求項１２】
分光検出を、高温領域の、トレーサの導入が行われる領域の後ろ側に続く領域内で行う請求項６から１０迄の何れか1記載の方法。
【請求項１３】
分光検出を、複数の領域内で、複数の分光測定システムを用いて同時に高温領域内で行う請求項６から１０迄の何れか1記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１上位概念に記載の、高温領域内でのトレーサの使用、並びに、請求項６上位概念に記載のトレーサを使用して、高温領域内での移動又は滞留時間測定用の方法に関する。
【０００２】
トレーサは、容易に検出可能な物質であり、この物質は、僅かな濃度で、プロセス追跡又は監視のためにプロセスに付け加えられ、その際、プロセスに作用は及ぼさない。トレーサは、プロセス中に既に含まれている物質から特に良好に区別可能である必要がある。
【０００３】
燃焼装置、及び他の高温装置の運転のためには、プロセス監視が必要とする多数の測定が用いられている。その際、燃焼装置の作動に対する国の法的規制は、放射限界値を維持するのみならず、各々の燃焼装置の作動の更に詳細なドキュメンテーションも必要とすることが屡々ある。従って、ドイツ連邦共和国でゴミ焼却装置の運転に拘束力のある１７．ブンデスインミッションスシュッツフェアオルドゥヌンク（１７．ＢＩｍＳｃｈＶ）によると、所定の最小温度で、排気ガス温度及び残留酸素含有量の他に、殊に、燃焼ガスの最小滞留時間も検出される。その限りで、燃焼装置内での滞留時間測定は、概して極めて重要である。
【０００４】
燃焼装置での滞留時間検査のために、トレーサを使用することが公知である。しかし、約１０００℃の温度の高温領域内では、例えば、色素を使用して、当該色素の比色測定を含めて吸収又は減衰方法を用いて、たいていのトレーサが析出される。
【０００５】
［１，２，３］には、放射性核種が、高温プロセス用のトレーサとして提案されている。
【０００６】
放射性核種は、燃焼装置内の高温領域用のトレーサとして理想的と思われる。放射性核種は、一方では、不活性であって、従って、燃焼プロセスに作用を及ぼさず、他方では、その放射性により、比較的少ない量でも容易に検出可能である。
【０００７】
しかし、放射性核種を使用すると、安全技術でのコストが著しく必要となる。例えば、制御領域の調整、放射線防御者による準備、並びに、認可コストの増大などである。
【０００８】
前述の従来技術に基づいて、本発明の課題は、放射性核種の前述の欠点なく、７００℃より高い高温領域で使用するためのトレーサの使用を提案することにある。
【０００９】
この課題は、特許請求の範囲の請求項１及び請求項６記載の要件により解決される。従属請求項には、有利な実施例が示されている。
【００１０】
本発明によると、高温適応用のトレーサとしての物質の使用、並びに、トレーサとしての、当該物質の使用時に、高温領域内での移動又は滞留時間検出用の方法が提案されている。その種の物質は、熱解離によって金属原子を遊離し、この金属原子は、高感度且つ選択的に分光により検出することができる。特に、レーザ−ｉｎ−ｓｉｔｕ−吸収分光法を用いて、原子（例えば、アルカリ原子）を、迅速、効率的且つ特に測定を誤らせる問題を生じずに定量的に検出することができる。燃焼装置を使用する際、この物質は、燃焼物質内に僅かな濃度でしか存在しない金属原子と共に選択することができる。
【００１１】
ゴミ焼却装置用に、このために特に塩、殊に、アルカリ塩、例えば、燃焼すべき廃棄物中にその金属原子がないか、又は、軌跡中にしかないＬｉ−又はＲｂ−塩又はアルカリ土類塩が適している。
【００１２】
物質は、一般的に塵埃状に、水溶液又は懸濁液としてパルス状又は所定の時間テスト信号列として続けて、例えば、燃焼装置の反応室（燃焼室）内でのスパッタリング装置を用いて、雲のような塵状、細かい霧状又はエーロゾルとして噴射又は調量される。択一的に、トレーサは、他のやり方で反応室内に導入することもでき、例えば、密閉容器内に取り入れ口を用いて導入してもよく、その際、容器は、高温度領域内の温度以上で、熱分解、溶融又は燃焼によって開けられ、トレーサを衝撃的に放出する。トレーサを導入するための他の方法は、例えば、燃料であるゴミ、材木又は他の燃料の含浸又は産業上の物質を介した含浸である。
【００１３】
分光法、有利には、レーザ吸収スペクトル法又は放射スペクトル法を用いると、金属原子は、実時間で時間依存且つ濃度比例信号として定量的に検出される。この信号を時間軸上に記載すると、時間濃度ダイアグラムが形成される。
【００１４】
分光法により、燃焼装置の高温度領域の反応室又は他の容積領域が検出されると、この反応室内で、トレーサの直接時間依存の濃度が得られる。
【００１５】
択一的に、分光法は、高温領域の容積領域の監視用に使用してもよく、この容積領域は、トレーサが導入される反応室又は高温領域の他の領域の後ろ側に接続されている。この場合、トレーサの、トレーサが導入された領域を離れた成分が監視される。高温領域の所定領域内へのトレーサのパルス状の導入が、このようにして、時間をずらして分光により応答パルスとして定量的に検出される。文献［３］に記載されている他の非周期的なテスト信号（例えば、階段状−、矩形パルス−、三角形状パルス−、台形状パルス−、ハーフサインパルス−及びステップ関数、並びに、ランプ−又は補償関数）又は周期的テスト信号が可能であり、その際、この信号は、相応の応答信号列として検出可能である。
【００１６】
平均滞留時間並びに滞留時間関数は、反応室内での時間依存の濃度特性から、公知の評価アルゴリズムを用いて算出することができる［４，５］。
【００１７】
温度変化が、検出された濃度比例信号に及ぼす可能な影響、又は、金属原子と燃焼ガス成分（例えば、Ｏ２）との反応の可能な影響は、定常的な燃焼条件が維持されている場合、短い測定時間（１〜最大１２０秒）の間現れない。温度変化は、熱解離による物質からのトレーサ原子の遊離に影響を及ぼし、乃至放射機構では、励起される金属原子の成分にも影響を及ぼす。そのために、測定時点で、温度をほぼ一定に保持するようにされる。
【００１８】
しかし、この影響を補正する必要がある場合には、既知の均衡定数と既知の温度依存度を用いて、測定データを後から補正することによってしか、前述の影響を補償することができない。
【００１９】
トレーサを用いて、実験的に獲得した滞留時間スペクトルを使用して、反応室内の高い信頼度の滞留時間測定のために、供給されたトレーサは、インジケータ物質として使用条件下で不活性特性である。この場合、それに対して、トレーサとして添加される塩は、熱的に解離されて僅かな成分となり、その際、分解生成物は、均衡状態となる。遊離金属原子は、その際、前述の分光法によって検出される。こうすることによって、遊離金属原子を、高感度で定量的に、試料採取なしで高速検出することができるようになる。
【００２０】
本発明について、以下、図示の実施例を用いて詳細に説明する。その際
図１は、微分の滞留時間分布スペクトルを示す図、
図２は、ディメンションなしの微分の滞留時間分布スペクトルを示す図、
図３は、ディメンションなしの積分分布スペクトルを示す図である。
【００２１】
以下説明する実施例では、例として、Ｆｏｒｓｃｈｕｎｇｓｚｅｎｔｒｕｍｓ  Ｋａｈｌｓｒｕｈｅ  のゴミ焼却装置ＴＨＥＲＥＳＡでの滞留時間測定用のトレーサとして塩化カリウム（ＫＣｌ）を用いる。その際、６９ｇ  ＫＣｌが３００ｍｌ水中に混合されて水溶液が作られ、この水溶液が、ポリエチレンの瓶内に充填され、連続運転を中断したり、影響を及ぼしたりせずに回転ダクト内に、即ち、燃焼室内に送給される。ポリエチレン瓶を同時に使用して燃焼することによって、及び、水溶液を漏出することによって、同時に、トレーサが燃焼室内に衝撃的に放出される。実施例では、カリウム原子を分光的に検出するために、所定個所にレーザ吸収分光機器が設けられ、このレーザ吸収分光機器は、燃焼室の後ろ側に設けられた再燃焼室内に設けられ、パルス応答を、トレーサの金属原子の時間依存の濃度比例信号として検出する。
【００２２】
図１は、微分の滞留時間分布関数
【００２３】
【数１】
2005524062.tif 000002
（ｃＴｉ＝時点ｔｉでのトレーサの測定された濃度で、その際、ｉは、測定値の連続する数値を示す）が、時間ｔ［ｓ］に亘って示されている。トレーサの大部分は、トレーサをパルス状に導入した後２〜２６ｓの時間窓内で検出されることが分かる。測定データは、６Ｈｚのクロックで検出される。この適用例では、データは、後でΔｔｉ＝０．５ｓの時間クロック間隔で平均化される。
【００２４】
【数２】
2005524062.tif 000003
【００２５】
択一的な表示形式が、図２及び３から分かる。図２には、ディメンションなしの微分の滞留時間分布スペクトルが示されており、この図は、図１に示されたダイアグラムとは、単に、時間軸ｔ［ｓ］がディメンションなしの時間軸τ［ｓ］
【００２６】
【数３】
2005524062.tif 000004
によって置換されている点だけで異なっている。それに対して、図３には、ディメンションなしの積分滞留時間スペクトルが、ディメンションなしの積分滞留時間分布関数Ｉ＊
【００２７】
【数４】
2005524062.tif 000005
但し、Ｅ＊ｉ（τｉ）＝ディメンションなしの微分滞留時間分布関数
【００２８】
【数５】
2005524062.tif 000006
及び、Δτ＝ディメンションなしのクロック間隔に相応するΔｔ
を用いて示されている。
文献：
［１］Ａ．Ｍｅｒｚ，Ｈ．Ｖｏｇｇ：Ｆｏｒｔｓｃｈｒｉｔｔ  ｖｅｒｆａｈｒｅｎｓｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｒ  Ｆｏｒｓｃｈｕｎｇ  ｄｕｒｃｈ  ｄｉｅ  Ｒａｄｉｏｎｕｋｌｉｄｔｅｃｈｎｉｋ，  Ｃｈｅｍ．  Ｉｎｇ．−Ｔｅｃｈ．５０（１９７８），２，Ｓ．１０８−１１３
［２］Ｗ．Ｐｉｐｐｅｌ：Ｖｅｒｗｅｉｌｚｅｉｔａｎａｌｙｓｅｎ  ｉｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｓｃｈｅｎ  Ｓｔｒｏｅｍｕｎｇｓｓｙｓｔｅｍｅｎ：  Ａｋａｄｅｍｉｅ−Ｖｅｒｌａｇ，  Ｂｅｒｌｉｎ，  １９７８，Ｓ．１４−２１
［３］Ｓ．Ｗｅｉｓｓ（Ｈｒｓｇ．）：Ｓ．Ｋａｔｔａｎｅｋ：Ｖｅｒｆａｈｒｅｎｓｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ  Ｂｅｒｅｃｈｎｕｎｇｓｍｅｔｈｏｄｅｎ，Ｔｅｉｌ  ８：Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｅ  ｉｎ  ｄｅｒ  Ｖｅｒｆａｈｒｅｎｓｔｅｃｈｎｉｋ：  Ｖｏｒｂｅｒｅｉｔｕｎｇ，  Ｄｕｒｃｈｆｕｅｒｕｎｇ  ｕｎｄ  Ａｕｓｗｅｒｔｕｎｇ：  ＶＣＨ  Ｗｅｉｎｈｅｉｍ，１９８５
［４］Ｓ．Ｗｅｉｓｓ（Ｈｒｓｇ．），Ｒ．Ａｄｌｅｒ：  Ｖｅｒｆａｈｒｅｎｓｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ  Ｂｅｒｅｃｈｎｕｎｇｓｍｅｔｈｏｄｅｎ，Ｔｅｉｌ  ５：ｒｅａｋｔｏｒｅｎ：Ａｕｓｒｕｅｓｔｕｎｇｅｎ  ｕｎｄ  ｉｈｒｅ  Ｂｅｒｅｃｈｎｕｎｇｅｎ：ＶＣＨ  Ｗｅｉｎｈｅｉｍ，１９８７
［５］Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｏｃｔａｖｅ  Ｌｅｖｅｎｓｐｉｅｌ，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９７２
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】微分の滞留時間分布スペクトルを示す図
【図２】ディメンションなしの微分の滞留時間分布スペクトルを示す図
【図３】ディメンションなしの積分分布スペクトルを示す図
【図１】
2005524062.tif 000007
【図２】
2005524062.tif 000008
【図３】
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【国際調査報告】
2005524062.tif 000010
2005524062.tif 000011
2005524062.tif 000012
2005524062.tif 000013
2005524062.tif 000014
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