(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像装置によって撮影された画像に基づいて燃焼ガスの旋回状態の安定性の良否を判定する。【解決手段】中心軸回りに旋回するガスの旋回状態の良否を判定するガス旋回状態判定システム１０であって、旋回するガスを中心軸に沿う方向から撮影して静止画像を得る撮像装置３９と、撮像装置３９によって撮影される撮影時間の異なる複数の静止画像の各々につき、静止画像の輝度の分布情報を用いて演算することで、輝度の重心の旋回速度、又は静止画像の特定箇所での輝度差を第一演算結果として得る演算部４０と、第一演算結果の経時的な変化を平滑化処理することで第二演算結果を得る平滑化処理部４１と、第二演算結果と閾値とを比較して旋回状態の良否を判定して判定結果を得る判定部４３と、を備える情報処理装置１１と、判定結果を表示する表示装置４２と、を有するガス旋回状態判定システム１０を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸回りに旋回するガスの旋回状態の良否を判定するガス旋回状態判定システムであって、
前記旋回するガスを前記中心軸に沿う方向から撮影して静止画像を得る撮像装置と、
前記撮像装置によって撮影される撮影時間の異なる複数の静止画像の各々につき、前記静止画像の輝度の分布情報を用いて演算することで、前記輝度の重心の旋回速度、又は前記静止画像の特定箇所での輝度差を第一演算結果として得る演算部と、前記第一演算結果の経時的な変化を平滑化処理することで第二演算結果を得る平滑化処理部と、前記第二演算結果と閾値とを比較して前記旋回状態の良否を判定して判定結果を得る判定部と、を備える情報処理装置と、
前記判定結果を表示する表示装置と、を有することを特徴とするガス旋回状態判定システム。
【請求項２】
前記輝度差は、前記静止画像の前記中心軸を中心とした所定半径の円周上の前記輝度の最大値と最小値との差分であることを特徴とする請求項１に記載のガス旋回状態判定システム。
【請求項３】
前記旋回速度は、前記複数の静止画像の各々から得られる前記輝度の重心の前記中心軸回りの角速度であることを特徴とする請求項１に記載のガス旋回状態判定システム。
【請求項４】
前記閾値は、第一閾値及び前記第一閾値より大きな第二閾値を有し、
前記判定部は、
前記第二演算結果の絶対値と前記閾値とを比較し、前記絶対値が前記第一閾値未満の場合に前記旋回状態は不良と判定し、
前記絶対値が前記第二閾値以上の場合に前記旋回状態は良好と判定し、
前記絶対値が前記第一閾値以上かつ前記第二閾値未満の場合に前記旋回状態は準不良と判定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガス旋回状態判定システム。
【請求項５】
旋回溶融炉と、
前記旋回溶融炉の上方に接続された二次燃焼室と、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガス旋回状態判定システムと、を有し、
前記接続された箇所及びその近傍はくびれ形状のスロート部となり、
前記撮像装置は、前記二次燃焼室の上部に設置され、前記スロート部を撮影するように指向されていることを特徴とするガス化溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス旋回状態判定システム及び当該ガス旋回状態判定システムを備えたガス化溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスを旋回させることで、適切な処理を行う装置が知られている。例えば、熱分解ガスを旋回させて燃焼・溶融する装置として、都市ごみや不燃ごみ、焼却残渣、汚泥等の廃棄物を処理するガス化溶融炉が知られている。ガス化溶融炉は、廃棄物を熱分解してガス化するガス化炉と、ガス化炉の下流側に設けられ、ガス化炉にて生成された熱分解ガスを高温燃焼して燃焼ガスとし、ガス中の灰分を溶融してスラグ化（溶融処理）する旋回溶融炉を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−５８２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
旋回溶融炉で円滑な溶融処理を行うための指標の一つとして、「ガスの旋回状態が安定的であること」という指標が経験的に知られている。ガスの旋回状態は、例えば、燃焼ガスがほぼ同一速度で継続的に同一方向へ旋回し、かつ、当該ガスの旋回速度が所定の速度より高い程、安定していると考えられている。
燃焼ガスの旋回状態が安定的であるからといって円滑な溶融処理が行われているとは限らないが、旋回状態が安定的でない場合には、円滑な溶融処理が行われていないため、改善するための手段を講じる必要がある。従って、指標の一つであるガスの旋回状態を把握して、安定的であるか否か、その良否を判定することが求められている。
【０００５】
特許文献１に記載されているガス化溶融炉では、二次燃焼室の上部に設置した輝度計により、二次燃焼室の輝度を測定し、その輝度に基づいた燃焼空気量の制御や、廃棄物の給塵量の制御を行っている。
しかしながら、輝度計は、一般的に、ある時点における視野範囲全体の輝度の総量に関する情報を提供するに過ぎず、その情報ではガスの旋回状態を把握し、良否判定することは困難である。
輝度計の代わりにカメラを設置して動画を撮影し、この動画から輝度分布の経時的変化を知ることができるが、輝度分布は不規則に変化するので、やはりガスの旋回状態を客観的に把握し、良否判定することは困難と言わざるを得ない。
【０００６】
この発明は、撮像装置によって撮影された動画（撮影時間の異なる複数の静止画像）に基づいてガスの旋回状態の良否を判定し、その判定の結果を表示することができるガス旋回状態判定システム及び当該ガス旋回状態判定システムを備えたガス化溶融炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、ガス旋回状態判定システムは、中心軸回りに旋回するガスの旋回状態の良否を判定するガス旋回状態判定システムであって、前記旋回するガスを前記中心軸に沿う方向から撮影して静止画像を得る撮像装置と、前記撮像装置によって撮影される撮影時間の異なる複数の静止画像の各々につき、前記静止画像の輝度の分布情報を用いて演算することで、前記輝度の重心の旋回速度、又は前記静止画像の特定箇所での輝度差を第一演算結果として得る演算部と、前記第一演算結果の経時的な変化を平滑化処理することで第二演算結果を得る平滑化処理部と、前記第二演算結果と閾値とを比較して前記旋回状態の良否を判定して判定結果を得る判定部と、を備える情報処理装置と、前記判定結果を表示する表示装置と、を有する。
【０００８】
このような構成によれば、撮影時間の異なる複数の静止画像の輝度の分布情報を用いて第一演算結果を得て、当該第一演算結果の経時的な変化を平滑化処理することで、ガスの旋回状態の良否が自動的に判定され、その判定の結果が表示装置に表示されるので、ガスの旋回状態の安定性の良否を容易に認識することができる。
【０００９】
上記ガス旋回状態判定システムにおいて、前記特定箇所での輝度差は、前記静止画像の前記中心軸を中心とした所定半径の円周上の前記輝度の最大値と最小値との差分であってよい。
【００１０】
上記ガス旋回状態判定システムにおいて、前記旋回速度は、前記複数の静止画像から得られる輝度の重心の前記中心軸回りの角速度であってよい。
【００１１】
上記ガス旋回状態判定システムにおいて、前記閾値は、第一閾値及び前記第一閾値より大きな第二閾値を有し、前記判定部は、前記第二演算結果の絶対値と前記閾値とを比較し、前記絶対値が前記第一閾値未満の場合に前記旋回状態は不良と判定し、前記絶対値が前記第二閾値以上の場合に前記旋回状態は良好と判定し、前記絶対値が前記第一閾値以上かつ前記第二閾値未満の場合に前記旋回状態は準不良と判定してよい。
【００１２】
また、本発明の第二の態様によれば、ガス化溶融炉は、旋回溶融炉と、前記旋回溶融炉の上方に接続された二次燃焼室と、上記いずれかのガス旋回状態判定システムと、を有し、前記接続された箇所及びその近傍はくびれ形状のスロート部となり、前記撮像装置は、前記二次燃焼室の上部に設置され、前記スロート部を撮影するように指向されている。
このような構成によれば、ガス化溶融炉のガスの旋回状態の良否が自動的に判定され、その判定の結果が表示装置に表示されるので、ガス化溶融炉のオペレーターは、ガスの旋回状態の良否を容易に認識することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、撮像装置によって撮影された画像に基づいてガスの旋回状態の安定性の良否を判定し、その判定の結果を表示することができるガス旋回状態判定システム、及び当該ガス旋回状態判定システムを備えたガス化溶融炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のガス旋回状態判定システムを備えたガス化溶融炉の概略構成図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図であり、竪型旋回溶融炉１５の形状を説明する図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面（スロート部）に焦点を合わせた際の撮像装置３９が撮影した画像（静止画像）である。
【図４】図３の静止画像の円周状の基準線における輝度分布を直線状に展開したグラフである。
【図５】図４の基準線における輝度分布を用いて演算部により演算された第一演算結果（静止画像の特定箇所の輝度差）の経時的な変化を表示したグラフである（イメージ図）。
【図６】図５の第一演算結果を平滑化処理した第二演算結果の経時的な変化を表示したグラフである。
【図７】静止画の特定箇所の輝度差を第一演算結果とする本発明のガス旋回状態判定システムの処理工程を示すフローチャートである。
【図８】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面（スロート部）に焦点を合わせた際の撮像装置３９が撮影した画像（静止画像）であり、輝度の重心ＣＢを説明するための模式図である。
【図９】図８の画像を用いて輝度の重心ＣＢの移動について説明するための模式図である。
【図１０】図８または図９の視野範囲全体の輝度分布を用いて演算部により演算された第一演算結果（輝度の重心の旋回速度）の経時的な変化を表示したグラフである。
【図１１】図１０の第一演算結果を平滑化処理した第二演算結果の経時的な変化を表示したグラフである。
【図１２】輝度の重心の旋回速度を第一演算結果とする本発明のガス旋回状態判定システムの処理工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態のガス旋回状態判定システム、及び当該ガス旋回状態判定システムを備えるガス化溶融炉について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明のガス旋回状態判定システムは、ガスの旋回状態を判定するシステムであるので、ガスを旋回させる用途があるいかなる装置にも適用可能であるが、ここでは、当該装置として旋回溶融炉を備えたガス化溶融炉に適用し、当該ガス化溶融炉のガスの旋回状態を判定する例を示す。
図１に示すように、本実施形態のガス化溶融炉１は、ガス化炉２（流動床ガス化炉）で廃棄物Ｗ１などの被処理物を熱分解してガス（以下、「熱分解ガス」という）とし、溶融炉４で当該ガスを燃焼且つ当該ガスに含まれる灰分を溶融してスラグ化するシステムである。
【００１６】
ガス化溶融炉１は、ガス化炉２と、ガス化炉２でガス化した熱分解ガスを燃焼・溶融する竪型旋回溶融炉１５及び竪型旋回溶融炉１５の上部に接続した二次燃焼室１７を有する溶融炉４と、溶融炉４に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給装置３０と、スロート部１９で旋回する燃焼ガスＣＧの旋回状態の良否を判定するガス旋回状態判定システム１０を有している。
スロート部１９は、竪型旋回溶融炉１５と二次燃焼室１７の接続箇所を含む当該接続箇所近傍の部位である。スロート部１９を水平方向の断面で見ると、当該接続箇所は、スロート部１９の中で最も狭くなる部位（実質的に円形の開口面積が最も小さくなる部位）である。図１に示すように、スロート部１９は、上方に向かって次第に縮径してゆく第一斜面部２５ａ（後述）の一部と下方に向かって次第に縮径してゆくディフューザ部１６（後述）の一部を含むくびれた形状（くびれ形状）である。スロート部１９のスロートは、英語で「ｔｈｒｏａｔ」であり、狭い通路を意味する。
【００１７】
ガス化炉２は、ガス化炉本体５と、ガス化炉本体５の側壁に設けられた廃棄物投入口６と、廃棄物投入口６から投入された廃棄物Ｗ１をガス化炉本体５に排出する廃棄物排出装置６ａを有している。
ガス化炉本体５の頂部には炉内で発生した熱分解ガスＰＧを排出するための熱分解ガス排出口２３が設けられている。ガス化炉本体５の下部には不燃物Ｗ２を排出する不燃物排出口７が設けられている。ガス化炉本体５の底部は砂等の流動媒体８による流動床である。
【００１８】
溶融炉４は、竪型旋回溶融炉１５と、竪型旋回溶融炉１５の上方に接続された二次燃焼室１７と、二次燃焼室１７の下流側に接続されるボイラ部１８を有している。
竪型旋回溶融炉１５は、略円筒形状の溶融炉本体部２４と、溶融炉本体部２４の上部に接続され、上方に向かうに従って漸次縮径する第一斜面部２５ａと、溶融炉本体部２４の下部に接続され、下方に向かうに従って漸次縮径する第二斜面部２５ｂと、第二斜面部２５ｂの下部に接続されている出滓口部２０を有している。
【００１９】
廃棄物Ｗ１をガス化炉２にて熱分解することによって生じた熱分解ガスＰＧは、熱分解ガスダクト３を介し、途中で燃焼用空気供給装置３０から供給される燃焼用空気ＣＡ１が混合されて竪型旋回溶融炉１５に導入される。
図１のＩＩ−ＩＩ断面図である図２に示すように、竪型旋回溶融炉１５は、略円筒状の炉壁１５ａと、熱分解ガスＰＧを導入する一対の熱分解ガス導入口２１を有している。熱分解ガス導入口２１は、熱分解ガス導入口２１から導入された熱分解ガスＰＧが、竪型旋回溶融炉１５の中心軸Ａを中心とする円Ｃの接線方向に噴出されるように配置されている。この構成により、熱分解ガスＰＧが竪型旋回溶融炉１５内を旋回することになる。竪型旋回溶融炉１５内を旋回するガスは燃焼ガスＣＧとなり、その燃焼熱で灰分が溶融される。
【００２０】
二次燃焼室１７には、竪型旋回溶融炉１５から燃焼ガスＣＧが導入される。二次燃焼室１７は、竪型旋回溶融炉１５の中心軸Ａと同心の略円筒形状に形成されているため、燃焼ガスＣＧは、その旋回の中心軸を竪型旋回溶融炉１５の中心軸Ａと同一にして、二次燃焼室１７内を通過する。
二次燃焼室１７の下端側は、竪型旋回溶融炉１５に向けて漸次縮径するディフューザ部１６である。燃焼ガスＣＧの流れに従って言い換えれば、二次燃焼室１７は、竪型旋回溶融炉１５から下流に向かって漸次拡径するディフューザ部１６を備えている。
二次燃焼室１７の燃焼ガス、すなわち排ガスの下流側にはボイラ部１８が設けられ、煙道に設置された過熱器（図示せず）等により熱回収が行われる。ボイラ部１８を経た排ガスＥＧは、後段の集塵装置等（図示せず）を経て、煙突より大気放出される。
【００２１】
図１に示すように、燃焼用空気供給装置３０は、燃焼用空気ＣＡ１またはＣＡ２となる空気を供給する送風機３３と、竪型旋回溶融炉１５に燃焼用空気ＣＡ１を供給する溶融炉空気供給装置３１と、二次燃焼室１７に燃焼用空気ＣＡ２を供給する二次燃焼室空気供給装置３２を有している。
【００２２】
溶融炉空気供給装置３１は、送風機３３と熱分解ガスダクト３とを接続する溶融炉空気供給管３４を備え、溶融炉空気量調整弁３５によって溶融炉空気供給管３４を流れる燃焼用空気ＣＡ１の流量を調整することができる。溶融炉空気供給管３４を介して熱分解ガスダクト３に導入された燃焼用空気ＣＡ１は、熱分解ガスＰＧと混合されて熱分解ガス導入口２１を介して竪型旋回溶融炉１５に供給される。
【００２３】
二次燃焼室空気供給装置３２は、送風機３３と二次燃焼室１７とを接続する二次燃焼室空気供給管３６を備え、二次燃焼室空気量調整弁３７によって二次燃焼室空気供給管３６を流れる燃焼用空気ＣＡ２の流量を調整することができる。二次燃焼室空気供給管３６を介して二次燃焼室１７に導入された燃焼用空気ＣＡ２は、二次燃焼室１７内を通過する燃焼ガスＣＧが含有する未燃分の燃焼に用いられる。
【００２４】
熱分解ガスダクト３は、熱分解ガスＰＧの流れにおける上流側（ガス化炉２側）から下流側（竪型旋回溶融炉１５側）に向かう所定位置において２つに分岐されている。２つに分岐された熱分解ガスダクト３は、各々が対応する熱分解ガス導入口２１に接続される。同様に、２つに分岐された熱分解ガスダクト３の各々には、２つに分岐された溶融炉空気供給管３４がそれぞれ接続されている。
【００２５】
次に、ガス旋回状態判定システム１０について説明する。ガス旋回状態判定システム１０は、情報処理装置１１と、中心軸Ａ回りに旋回する燃焼ガスＣＧを撮影する撮像装置３９を有している。
【００２６】
情報処理装置１１は、撮像装置３９によって撮影された動画、すなわち撮影時間が異なる複数の静止画像Ｓ（図３参照）の情報が入力され、各静止画像Ｓの輝度分布に関する情報を抽出し、当該情報に基づいて第一演算結果Ｃ１１を演算して出力する演算部４０と、第一演算結果Ｃ１１が入力され、第一演算結果Ｃ１１の経時的な変化を平滑化処理することで第二演算結果Ｃ１２を出力する平滑化処理部４１と、第二演算結果Ｃ１２が入力され、第二演算結果Ｃ１２と閾値とを比較して燃焼ガスＣＧの旋回状態の安定性の良否を判定し、その判定の結果（以下、「判定結果」という）を出力する判定部４３と、判定結果が入力され、当該判定結果に対応する表示を行う表示装置４２を有している。表示装置４２は、第二演算結果Ｃ１２の経時的な変化を、判定結果と同時または別箇に表示してもよい。
【００２７】
撮像装置３９は、スロート部１９を旋回する燃焼ガスＣＧを、燃焼ガスＣＧの旋回の中心軸に沿う方向から撮影する装置である。撮像装置３９は、二次燃焼室１７の上部１７ａであって、燃焼ガスＣＧの旋回の中心軸上、又は中心軸近傍に配置され、スロート部１９を撮影するように指向されている。本実施形態では、竪型旋回溶融炉１５と二次燃焼室１７の構成が上述した通りであるため、竪型旋回溶融炉１５の中心軸Ａと二次燃焼室１７の燃焼ガスＣＧの旋回の中心軸は同一である。「中心軸に沿う方向」とは、ガスの旋回の中心軸上でもよいし、中心軸上ではなくその近傍であってもよい意味である。
【００２８】
旋回する燃焼ガスＣＧは、未燃分が燃えることによって発光する。図３は、スロート部１９を水平方向の断面で見たとき、スロート部１９の中で最も狭くなる部位（図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面）に撮像装置３９の焦点を合わせた際の静止画像Ｓである。静止画像Ｓの白い部分は輝度が高く、黒い部分は輝度が低い。
撮像装置３９は、輝度の分布に関する情報（輝度分布情報）が得られるものであれば、可視カメラでもよいし、赤外線カメラでもよい。静止画像Ｓは、所定の時間（例えば、０．１秒）毎に撮影され、演算部４０に送信される。
【００２９】
演算部４０は、各々の静止画像Ｓから輝度分布情報を取得し、輝度分布情報を用いて特定箇所での輝度差Ｄ１（第一演算結果Ｃ１１）を演算し、出力する。
特定箇所とは、図３において一点鎖線で示す基準線Ｂであり、基準線Ｂは、燃焼ガスＣＧの旋回の中心軸Ａ（本実施形態では竪型旋回溶融炉１５の中心軸Ａと同一）を中心とした所定半径の円周である。輝度差Ｄ１は、基準線Ｂにおける輝度の最大値と最小値の差分である。
【００３０】
図４は、図３の静止画像Ｓの基準線Ｂにおける輝度分布を直線上に展開したグラフである。図４において、横軸は基準線Ｂの周方向の位置であり、縦軸は輝度である。図４により、基準線Ｂの各位置における輝度を把握することができる。
演算部４０は、図４に示す輝度分布情報から、第一演算結果Ｃ１１として、基準線Ｂでの輝度の最大値（ＭＡＸ）と最小値（ＭＩＮ）の差（輝度差Ｄ１）を演算する。演算部４０は、撮影時間の異なる複数の静止画像Ｓの各々について第一演算結果Ｃ１１を演算する。
【００３１】
平滑化処理部４１は、各静止画像Ｓのそれぞれに対応した第一演算結果Ｃ１１（輝度差Ｄ１）の経時的に連続した集合を平滑化処理し、当該平滑化処理された結果（第二演算結果Ｃ１２）を出力する。
【００３２】
ここで、第一演算結果Ｃ１１の経時的に連続した集合に対して平滑化処理を行うことの重要性を詳しく説明する。平滑化処理は一般的にノイズを除去する際に使用される技術である。第一演算結果Ｃ１１はいずれも演算値であってノイズではないが、第一演算結果Ｃ１１の集合に対して平滑化処理を行うことで、ガスの旋回に関して意味のある情報を読み取ることができることを、発明者が発見したものである。
【００３３】
図５は、演算部４０により得られた第一演算結果Ｃ１１の経時的な変化を表示したグラフである。第一演算結果Ｃ１１の経時的な変化そのものからは、ガスの旋回に関して意味のある情報をなんら読み取ることができないことがわかる。
【００３４】
ところが、図５に示した第一演算結果Ｃ１１の集合の平滑化処理を行うと、図６に示すように、輝度差の経時的変化を滑らかに連続する一つの線で示したグラフを得ることができる。そして、ガス化溶融炉の過去の運転データや、オペレーターが経験した知見（ガス化溶融炉の燃焼ガスが安定的に旋回して良好な状態であると経験的に認識した時点、並びに安定的に旋回しておらず不良な状態であると経験的に認識した時点、等）と、図６のグラフを対比すると、スロート部１９の燃焼ガスの旋回に関して一定の関係性を導き出すことができた。すなわち、ある時点の輝度差Ｄ２（第二演算結果Ｃ１２）と第一閾値Ａ１または第二閾値Ａ２とを比較し、第二演算結果Ｃ１２が第二閾値Ａ２以上の場合は、燃焼ガスの旋回が良好であり、第二演算結果Ｃ１２が第一閾値Ａ１以上且つ第二閾値Ａ２未満の場合は、燃焼ガスの旋回が不良気味（準不良）となり、第二演算結果Ｃ１２が第一閾値Ａ１未満の場合は、燃焼ガスの旋回が不良であるという関係性を導き出すことができた。
【００３５】
そこで、後述のように、ガス旋回状態判定システム１０の判定部４３で、この関係性による判定を自動的、機械的に実行し、表示装置４２にその判定結果を表示させることで、ガス化溶融炉１の最適な運転を可能としている。
【００３６】
なお、平滑化処理は、例えば、連続した１０個毎の第一演算結果Ｃ１１の平均を算出することによって行うことができる。平滑化処理部４１は、各々の第一演算結果Ｃ１１について、この第一演算結果Ｃ１１を含む直前の複数の第一演算結果Ｃ１１の平均値をとって第二演算結果Ｃ１２（平滑化処理後の輝度差Ｄ２）を得る。この計算を次々に行うことによって、第一演算結果Ｃ１１の経時的な変化を平滑化処理することができる。
平滑化処理としては、これに限ることはなく、細かな変動を含むデータを平滑にする処理であれば、適宜採用することができる。
【００３７】
判定部４３は、第二演算結果Ｃ１２の絶対値と第一閾値Ａ１とを比較し、第二演算結果Ｃ１２の絶対値が第一閾値Ａ１未満の場合に燃焼ガスＣＧの旋回状態は不良と判定し、不良であることを示す判定結果を出力する。
判定部４３は、第二演算結果Ｃ１２の絶対値と第二閾値Ａ２とを比較し、第二演算結果Ｃ１２の絶対値が第二閾値Ａ２以上の場合に燃焼ガスＣＧの旋回状態は良好と判定し、良好であることを示す判定結果を出力する。
判定部４３は、第二演算結果Ｃ１２の絶対値と第一閾値Ａ１及び第二閾値Ａ２とを比較し、第二演算結果Ｃ１２の絶対値が第一閾値Ａ１以上かつ第二閾値Ａ２未満の場合に旋回状態は不良気味（準不良）と判定し、準不良であることを示す判定結果を出力する。
【００３８】
表示装置４２は、判定部４３が出力する判定結果を受け、オペレーターが視覚的に認識できるよう、良好、不良、準不良の判定結果をそれぞれ区別して表示する。良好、不良、準不良の判定結果を区別して表示する際は、文字の大きさや色に差を設けてもよい。
【００３９】
次に、ガス旋回状態判定システム１０の処理工程を、図７を用いて説明する。
撮影工程Ｓ１では、撮像装置３９によってスロート部１９の動画（撮影時間の異なる複数の静止画像Ｓで構成される）が撮影される。
【００４０】
輝度分布情報取得工程Ｓ２では、演算部４０は、各々の静止画像Ｓから輝度分布情報を取得する。
第一演算工程Ｓ３では、演算部４０は、輝度分布情報を用いて静止画像Ｓの特定箇所の輝度差Ｄ１（第一演算結果Ｃ１１）を演算し、第一演算結果Ｃ１１を出力する。
第二演算工程Ｓ４では、平滑化処理部４１は、第一演算結果Ｃ１１の経時的な変化を平滑化処理して第二演算結果Ｃ１２を出力する。
【００４１】
第一比較工程Ｓ５では、第二演算結果Ｃ１２と第二閾値Ａ２とを比較し、第二演算結果Ｃ１２が第二閾値Ａ２以上の場合に第一表示工程Ｓ６を実行する。第一表示工程Ｓ６では、表示装置４２は、「旋回良好」である旨、モニター等に表示する。
第二比較工程Ｓ７では、第二演算結果Ｃ１２と第二閾値Ａ２及び第一閾値Ａ１とを比較し、第二演算結果Ｃ１２が第二閾値Ａ２未満且つ第一閾値Ａ１以上の場合に第二表示工程Ｓ８を実行する。第二表示工程Ｓ８では、表示装置４２は、「旋回不良気味」である旨、モニター等に表示する。
【００４２】
第二比較工程Ｓ７では、第二演算結果Ｃ１２が第一閾値Ａ１未満の場合は第三表示工程Ｓ９を実行する。第三表示工程Ｓ９では、表示装置４２は、「旋回不良」である旨、モニター等に表示する。
第一表示工程Ｓ６、第二表示工程Ｓ８、または第三表示工程Ｓ９の後、グラフ表示工程Ｓ１０で、表示装置は、第二演算結果Ｃ１２の経時的な変化をグラフの形式でモニター等に表示する。
グラフ表示工程Ｓ１０が実行された後、処理工程は撮影工程Ｓ１へ戻り、再度、上述した処理工程が、順次、実行される。
【００４３】
ガス化溶融炉１のオペレーターは、表示装置４２に表示された判定結果が「旋回不良」または「旋回不良気味」を意味する場合には、円滑な溶融処理が行われていない可能性が高いため、これを改善するための手段として、例えば、燃焼空気量や、廃棄物の投入量の調整を行う。これにより、ガス化溶融炉１の最適な運転が可能となる。
【００４４】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態のガス旋回状態判定システム、及びガス旋回状態判定システムを備えるガス化溶融炉について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
【００４５】
第一実施形態と第二実施形態の大きな相違点は、第一実施形態では静止画像Ｓの輝度差Ｄ１を第一演算結果Ｃ１１としたのに対し、第二実施形態では、輝度の重心の旋回速度Ｒ１を第一演算結果Ｃ２１としている点である。
このため、図１の情報処理装置１１及びその構成部（演算部４０、判定部４３、等）は第一実施形態と第二実施形態とでその処理内容が異なるが、説明を簡略化するため、以下の説明では、第一実施形態を説明した図１における各装置や各構成部の番号を変えずに説明する。
【００４６】
図８は、図３と同様に、スロート部１９に撮像装置３９の焦点を合わせた際の静止画像Ｓである。
図８に示すように、演算部４０は、各々の静止画像Ｓの輝度分布情報から、各々の静止画像Ｓの全体の輝度の重心ＣＢを演算し、重心ＣＢの平面座標上の位置情報（Ｘ，Ｙ）を取得する。
【００４７】
なお、第一実施形態と異なり、表示装置４２は撮像装置３９の動画をモニター等に表示してもよい。その際、オペレーターが輝度の重心の位置を把握し易くするために、輝度の重心ＣＢの位置（Ｘ，Ｙ）をｎ倍した重心マーキング（ｎＸ，ｎＹ）を表示させてもよい。図８には、重心マーキングを二重丸で示している。
【００４８】
輝度の重心ＣＢの旋回速度Ｒ１について説明する。輝度の重心ＣＢの旋回速度Ｒ１は、燃焼ガスＣＧの旋回の中心軸回りの輝度の重心ＣＢの角速度である。第一実施形態と同様、燃焼ガスＣＧの旋回の中心軸は、竪型旋回溶融炉１５の中心軸Ａと同一である。
演算部４０は、輝度の重心ＣＢの位置情報（Ｘ，Ｙ）を用いて、図９に示すように変化する連続する２つの静止画像Ｓの輝度の重心ＣＢの角度の変化φと、各静止画像Ｓの撮影の時間差（Δｔ）から、旋回速度Ｒ１を取得する。即ち、演算部４０は、以下の数式（１）を用いて第一演算結果Ｃ２１として旋回速度Ｒ１を得る。
Ｒ１＝φ／Δｔ  ・・・  （１）
【００４９】
本実施形態の平滑化処理部４１は、第一演算結果Ｃ２１（旋回速度Ｒ１）の経時的な変化を、第一実施形態と同様、平滑化処理して第二演算結果Ｃ２２（旋回速度Ｒ２）を出力する。
【００５０】
図１０は、第一演算結果Ｃ２１の経時的な変化を表示したグラフである。第一実施形態と同様、第一演算結果Ｃ２１はいずれも演算値であってノイズではないが、一般的にノイズを除去する際に使用される技術である平滑化処理を、第一演算結果Ｃ２１の集合に対して行うことで、ガスの旋回に関して意味のある情報を読み取ることができることを、発明者が発見したものである。
【００５１】
図１０は、演算部４０により得られた第一演算結果Ｃ２１の経時的な変化を表示したグラフである。図１０を見ると、旋回速度Ｒ１の大きさが時間的に変化するのみならず、旋回方向も時間によって正転（＋方向）や逆転（−方向）をしている。すなわち、第一演算結果Ｃ２１の経時的な変化そのものからは、ガスの旋回に関して意味のある情報をなんら読み取ることができないことがわかる。
【００５２】
ところが、図１０に示した第一演算結果Ｃ２１の集合の平滑化処理を行うと、図１１に示すように、旋回速度が同一方向のみで、且つ、旋回速度の経時的変化を滑らかに連続する一つの線で示したグラフを得ることができる。そして、ガス化溶融炉の過去の運転データや、オペレーターが経験した知見（ガス化溶融炉の燃焼ガスが安定的に旋回して良好な状態であると経験的に認識した時点、並びに安定的に旋回しておらず不良な状態であると経験的に認識した時点、等）と、図１１のグラフを対比すると、燃焼ガスの旋回に関して一定の関係性を導き出すことができた。すなわち、ある時点の旋回速度Ｒ２（第二演算結果Ｃ２２）と第一閾値Ｂ１または第二閾値Ｂ２とを比較し、第二演算結果Ｃ２２が第二閾値Ｂ２以上の場合は、燃焼ガスの旋回が良好であり、第二演算結果Ｃ２２が第一閾値Ｂ１以上且つ第二閾値Ｂ２未満の場合は、燃焼ガスの旋回が不良気味（準不良）となり、第二演算結果Ｃ２２が第一閾値Ｂ１未満の場合は、燃焼ガスの旋回が不良であるという関係性を導き出すことができた。
【００５３】
そこで、後述のように、ガス旋回状態判定システム１０の判定部４３で、この関係性による判定を自動的、機械的に実行し、表示装置４２にその判定結果を表示させることで、ガス化溶融炉１の最適な運転を可能としている。
【００５４】
判定部４３は、第二演算結果Ｃ２２の絶対値と第一閾値Ｂ１とを比較し、第二演算結果Ｃ２２の絶対値が第一閾値Ｂ１未満の場合に燃焼ガスＣＧの旋回状態は不良と判定し、不良であることを示す判定結果を出力する。
【００５５】
判定部４３は、第二演算結果Ｃ２２の絶対値と第二閾値Ｂ２とを比較し、第二演算結果Ｃ２２の絶対値が第二閾値Ｂ２以上の場合に燃焼ガスＣＧの旋回状態は良好と判定し、良好であることを示す判定結果を出力する。
判定部４３は、第二演算結果Ｃ２２の絶対値と第一閾値Ｂ１及び第二閾値Ｂ２とを比較し、第二演算結果Ｃ２２の絶対値が第一閾値Ｂ１以上かつ第二閾値Ｂ２未満の場合に旋回状態は旋回不良気味（準不良）と判定し、準不良であることを示す判定結果を出力する。
【００５６】
次に、本実施形態のガス旋回状態判定システム１０の処理工程を、図１２を用いて説明する。
【００５７】
撮影工程Ｓ１１では、撮像装置３９によってスロート部１９の動画（撮影時間の異なる複数の静止画像Ｓで構成される）が撮影される。
輝度分布情報取得工程Ｓ１２では、演算部４０は、各々の静止画像Ｓから全画素の輝度分布情報を取得する。
重心演算工程Ｓ１３では、演算部４０は、各々の静止画像Ｓの輝度分布情報から、各静止画像Ｓごとに全画素の輝度を用いて輝度の重心ＣＢを演算し、輝度の重心ＣＢの平面座標上の位置情報（Ｘ、Ｙ）を取得する。
【００５８】
角度演算工程Ｓ１４では、演算部４０は、輝度の重心ＣＢの位置情報（Ｘ、Ｙ）を用いて、連続する２つの静止画像Ｓの輝度の重心ＣＢの角度の変化φを演算する。
第一演算工程Ｓ１５では、演算部４０は、連続する２つの静止画像Ｓの輝度の重心ＣＢの角度の変化φと、各静止画像Ｓの撮影の時間差（Δｔ）から、旋回速度Ｒ１（第一演算結果Ｃ２１）を演算し、出力する。
第二演算工程Ｓ１６では、平滑化処理部４１は、第一演算結果Ｃ２１の集合を平滑化処理して第二演算結果Ｃ２２を出力する。
【００５９】
第一比較工程Ｓ１７では、第二演算結果Ｃ２２の絶対値と第二閾値Ｂ２とを比較し、第二演算結果Ｃ２２の絶対値が第二閾値Ｂ２以上の場合に第一表示工程Ｓ１８を実行する。第一表示工程Ｓ１８では、表示装置４２は、「旋回良好」である旨、モニター等に表示する。
【００６０】
第二比較工程Ｓ１９では、第二演算結果Ｃ２２の絶対値と第二閾値Ｂ２及び第一閾値Ｂ１とを比較し、第二演算結果Ｃ２２の絶対値が第二閾値Ｂ２未満且つ第一閾値Ｂ１以上の場合に第二表示工程Ｓ２０を実行する。第二表示工程Ｓ２０では、表示装置４２は、「旋回不良気味」である旨、モニター等に表示する。
第二比較工程Ｓ１９では、第二演算結果Ｃ２２の絶対値が第一閾値Ｂ１未満の場合は第三表示工程Ｓ２１を実行する。第三表示工程Ｓ２１では、表示装置４２は、「旋回不良」である旨、モニター等に表示する。
【００６１】
第一表示工程Ｓ１８、第二表示工程Ｓ２０、または第三表示工程Ｓ２１の後、グラフ表示工程Ｓ２２で、表示装置は、第二演算結果Ｃ２２の経時的な変化を図１１のグラフの形式でモニター等に表示する。
グラフ表示工程Ｓ２２が実行された後、処理工程は撮影工程Ｓ１１へ戻り、再度、上述した処理工程が、順次、実行される。
【００６２】
第一実施形態及び第二実施形態で説明のとおり、本発明のガス旋回状態判定システム、及び当該ガス旋回状態判定システムを備えたガス化溶融炉では、撮像装置によって撮影された画像に基づいてガスの旋回状態の安定性の良否を判定し、その判定の結果を表示することができる。このため、オペレーターは、その表示に基づき、ガス化溶融炉など、ガスを旋回させることで適切な処理を行う装置を最適に運転することができる。
なお、本発明のガス旋回状態判定システム、及び当該ガス旋回状態判定システムを備えたガス化溶融炉は、図７及び図１２に示した第一実施形態と第二実施形態の処理工程のいずれか一方のみを実行してもよいし、両方の処理工程を同時に実行してもよい。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本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】
【００６４】
１  ガス化溶融炉
２  ガス化炉
３  熱分解ガスダクト
４  溶融炉
５  ガス化炉本体
６  廃棄物投入口
６ａ  廃棄物排出装置
７  不燃物排出口
８  流動媒体
１０  ガス旋回状態判定システム
１１  情報処理装置
１５  竪型旋回溶融炉
１５ａ  炉壁
１６  ディフューザ部
１７  二次燃焼室
１８  ボイラ部
１９  スロート部
２０  出滓口部
２１  熱分解ガス導入口
２３  熱分解ガス排出口
２５ａ  第一斜面部
２５ｂ  第二斜面部
３０  燃焼用空気供給装置
３１  溶融炉空気供給装置
３２  二次燃焼室空気供給装置
３３  送風機
３４  溶融炉空気供給管
３５  溶融炉空気量調整弁
３６  二次燃焼室空気供給管
３７  二次燃焼室空気量調整弁
３９  撮像装置
４０  演算部
４１  平滑化処理部
４２  表示装置
４３  判定部
Ｃ１１、Ｃ２１  第一演算結果
Ｃ１２、Ｃ２２  第二演算結果
Ｄ１  輝度差
ＥＧ  排ガス
ＰＧ  熱分解ガス
Ｒ１  旋回速度
Ｗ１  廃棄物
ＣＧ  燃焼ガス
【図１】
2019207089.tif 000003
【図２】
2019207089.tif 000004
【図３】
2019207089.tif 000005
【図４】
2019207089.tif 000006
【図５】
2019207089.tif 000007
【図６】
2019207089.tif 000008
【図７】
2019207089.tif 000009
【図８】
2019207089.tif 000010
【図９】
2019207089.tif 000011
【図１０】
2019207089.tif 000012
【図１１】
2019207089.tif 000013
【図１２】
2019207089.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月7日(2018.9.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸回りに旋回するガスの旋回状態の良否を判定するガス旋回状態判定システムであって、
前記旋回するガスを前記中心軸に沿う方向から撮影して静止画像を得る撮像装置と、
前記撮像装置によって撮影される撮影時間の異なる複数の静止画像の各々につき、前記静止画像の輝度の分布情報を用いて演算することで、前記輝度の重心の旋回速度、又は前記静止画像の特定箇所での輝度差を第一演算結果として得る演算部と、前記第一演算結果の経時的な変化を平滑化処理することで第二演算結果を得る平滑化処理部と、前記第二演算結果と閾値とを比較して前記旋回状態の良否を判定して判定結果を得る判定部と、を備える情報処理装置と、
前記判定結果を表示する表示装置と、を有し、
前記閾値は、第一閾値及び前記第一閾値より大きな第二閾値を有し、
前記判定部は、
前記第二演算結果の絶対値と前記閾値とを比較し、前記絶対値が前記第一閾値未満の場合に前記旋回状態は不良と判定し、
前記絶対値が前記第二閾値以上の場合に前記旋回状態は良好と判定し、
前記絶対値が前記第一閾値以上かつ前記第二閾値未満の場合に前記旋回状態は準不良と判定することを特徴とするガス旋回状態判定システム。
【請求項２】
前記輝度差は、前記静止画像の前記中心軸を中心とした所定半径の円周上の前記輝度の最大値と最小値との差分であることを特徴とする請求項１に記載のガス旋回状態判定システム。
【請求項３】
前記旋回速度は、前記複数の静止画像の各々から得られる前記輝度の重心の前記中心軸回りの角速度であることを特徴とする請求項１に記載のガス旋回状態判定システム。
【請求項４】
旋回溶融炉と、
前記旋回溶融炉の上方に接続された二次燃焼室と、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガス旋回状態判定システムと、を有し、
前記接続された箇所及びその近傍はくびれ形状のスロート部となり、
前記撮像装置は、前記二次燃焼室の上部に設置され、前記スロート部を撮影するように指向されていることを特徴とするガス化溶融炉。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、ガス旋回状態判定システムは、中心軸回りに旋回するガスの旋回状態の良否を判定するガス旋回状態判定システムであって、前記旋回するガスを前記中心軸に沿う方向から撮影して静止画像を得る撮像装置と、前記撮像装置によって撮影される撮影時間の異なる複数の静止画像の各々につき、前記静止画像の輝度の分布情報を用いて演算することで、前記輝度の重心の旋回速度、又は前記静止画像の特定箇所での輝度差を第一演算結果として得る演算部と、前記第一演算結果の経時的な変化を平滑化処理することで第二演算結果を得る平滑化処理部と、前記第二演算結果と閾値とを比較して前記旋回状態の良否を判定して判定結果を得る判定部と、を備える情報処理装置と、前記判定結果を表示する表示装置と、を有し、前記閾値は、第一閾値及び前記第一閾値より大きな第二閾値を有し、前記判定部は、前記第二演算結果の絶対値と前記閾値とを比較し、前記絶対値が前記第一閾値未満の場合に前記旋回状態は不良と判定し、前記絶対値が前記第二閾値以上の場合に前記旋回状態は良好と判定し、前記絶対値が前記第一閾値以上かつ前記第二閾値未満の場合に前記旋回状態は準不良と判定する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】