(57)【要約】【課題】管内を流れる粉体の流速を、粉体の流通の障害にならずに正確に測定することを目的とする。【解決手段】管内にて検出媒体の送受信を行い、速度スペクトルの分布を求めるとともに、該分布の要約統計量を算出し、既知の流速ごとに、検出媒体の送受信を行って速度スペクトルの分布の要約統計量を求めるとともに、流速と要約統計量との検量データを予め求めておき、測定して得た要約統計量と、検量データとから、測定した粉体の流速を求める。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内を流れる粉体の流速を測定する方法であって、
管内にて検出媒体の送受信を行い、速度スペクトルの分布を求めるとともに、該分布の要約統計量を算出し、
既知の流速ごとに、検出媒体の送受信を行って速度スペクトルの分布の要約統計量を求めるとともに、流速と要約統計量との検量データを予め求めておき、
測定して得た要約統計量と、検量データとから、測定した粉体の流速を求めることを特徴とする管内を流れる粉体の流速測定方法。
【請求項２】
要約統計量として標準偏差を用いることを特徴とする請求項１記載の管内を流れる粉体の流速測定方法。
【請求項３】
検出媒体としてマイクロ波またはミリ波を用いることを特徴とする請求項１または２記載の管内を流れる粉体の流速測定方法。
【請求項４】
製鉄設備における微粉炭の輸送管内の流速を測定することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の管内を流れる粉体の流速測定方法。
【請求項５】
管内を流れる粉体の流速を測定する装置であって、
管内で検出媒体の送受信を行うための送信手段及び受信手段と、
受信信号から速度スペクトルの分布を求めるとともに、該分布の要約統計量を算出する演算手段と、
既知の流速ごとに、検出媒体の送受信を行って速度スペクトルの分布の要約統計量を求めて作成した流速と要約統計量との検量データを格納したデータ蓄積手段とを備えるとともに、
管内にて検出媒体の送受信を行い、演算手段において速度スペクトルの分布を求めるとともに、該分布の要約統計量を算出し、
データ蓄積手段の検量データを基に、測定して得た要約統計量から粉体の流速を求めることを特徴とする管内を流れる粉体の流速測定装置。
【請求項６】
演算手段において、速度スペクトルの分布の標準偏差を算出することを特徴とする請求項５記載の管内を流れる粉体の流速測定装置。
【請求項７】
検出媒体としてマイクロ波またはミリ波を用いることを特徴とする請求項５または６記載の管内を流れる粉体の流速測定装置。
【請求項８】
製鉄設備における微粉炭の輸送管に挿入されることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の管内を流れる粉体の流速測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管内を流れる粉体の流速を測定する方法、並びにそのための測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉設備では、高炉の補助燃料として羽口から微粉炭を吹き込み、鉄鉱石の還元用に使用している。羽口は通常数十程度あり、高炉の安定運転のために、各羽口に接続する微粉炭供給パイプ内を流れる微粉炭の流量の把握と、各パイプへの分配精度の高性能化が求められている。
【０００３】
管内を流れる粉体の流速を測定するために従来から、管内で検出媒体の送受信を行い、粉体によるドップラ効果を利用する、所謂「ドップラ式流速計」が広く使用されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−９７７４２号公報
【特許文献２】特開２００７−２４５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ドップラ式流速計は、管内を流れる粉体により検出媒体の周波数がシフトすることを利用するものであるが、周波数のシフト量は粉体の速度に対応した単一のものではなく、ある分布を持つ。従って、ある速度で流れている粉体のドップラ効果により周波数がシフトした信号を、フーリエ変換等の周波数解析を行うと、例えば図４に示すような分布の速度スペクトルとなる。
【０００６】
図４において、縦軸が速度スペクトルであり、横軸が粉体の速度である。図示されるように、速度０ｍ／ｓでの速度スペクトルが最も大きく、高速の速度スペクトルが徐々に小さくなっている。検出媒体を送受信して得られる速度スペクトルは図示されるような分布を持つため、この速度スペクトルの分布から実際の速度を正確に求めることはできない。
【０００７】
そこで本発明は、管内を流れる粉体の流速を、粉体の流通の障害にならずに正確に測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、下記の流速測定方法及び測定装置を提供する。
（１）管内を流れる粉体の流速を測定する方法であって、
管内にて検出媒体の送受信を行い、速度スペクトルの分布を求めるとともに、該分布の要約統計量を算出し、
既知の流速ごとに、検出媒体の送受信を行って速度スペクトルの分布の要約統計量を求めるとともに、流速と要約統計量との検量データを予め求めておき、
測定して得た要約統計量と、検量データとから、測定した粉体の流速を求めることを特徴とする管内を流れる粉体の流速測定方法。
（２）要約統計量として標準偏差を用いることを特徴とする上記（１）記載の管内を流れる粉体の流速測定方法。
（３）検出媒体としてマイクロ波またはミリ波を用いることを特徴とする上記（１）または（２）記載の管内を流れる粉体の流速測定方法。
（４）製鉄設備における微粉炭の輸送管内の流速を測定することを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の管内を流れる粉体の流速測定方法。
（５）管内を流れる粉体の流速を測定する装置であって、
管内で検出媒体の送受信を行うための送信手段及び受信手段と、
受信信号から速度スペクトルの分布を求めるとともに、該分布の要約統計量を算出する演算手段と、
既知の流速ごとに、検出媒体の送受信を行って速度スペクトルの分布の要約統計量を求めて作成した流速と要約統計量との検量データを格納したデータ蓄積手段とを備えるとともに、
管内にて検出媒体の送受信を行い、演算手段において速度スペクトルの分布を求めるとともに、該分布の要約統計量を算出し、
データ蓄積手段の検量データを基に、測定して得た要約統計量から粉体の流速を求めることを特徴とする管内を流れる粉体の流速測定装置。
（６）演算手段において、速度スペクトルの分布の標準偏差を算出することを特徴とする上記（５）記載の管内を流れる粉体の流速測定装置。
（７）検出媒体としてマイクロ波またはミリ波を用いることを特徴とする上記（５）または（６）記載の管内を流れる粉体の流速測定装置。
（８）製鉄設備における微粉炭の輸送管に挿入されることを特徴とする上記（５）〜（７）の何れか１項に記載の管内を流れる粉体の流速測定装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、管内を流れる粉体の流速を、粉体の流通の障害にならずに、これまでよりも正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明における送受信手段の配置、並びに管内を流れる粉体によるマイクロ波またはミリ波の反射状態を示す模式図である。
【図２】低速での速度スペクトル（曲線Ａ）、高速での速度スペクトル（曲線Ｂ）を示す図である。
【図３】本発明の測定装置の構成を示すブロック図である。
【図４】ドップラ式流速計で得られる速度スペクトルの分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
本発明では管内で検出媒体の送受信を行うために、管の適所に検出媒体を透過する材料からなる窓を設ける。検出媒体としては、マイクロ波やミリ波、超音波等が使用できるが、管の強度を確保し、更には製鉄設備のように熱が加わる用度では熱耐熱性も要求されるため、窓材料としてはセラミックスが好ましい。しかし、超音波はセラミックスを殆ど透過しないため、検出媒体としてはマイクロ波やミリ波が好ましい。
【００１３】
管内で検出媒体の送受信を行うために、図１（ａ）に示すように、管１の一方の側に、検出媒体の送受信手段１０を配置する。あるいは図１（ｂ）に示すように、管１を挟んで、検出媒体の送信手段１１と受信手段１２とを対向配置してもよい。また、送受信手段１０のアンテナ１０ａ、送信手段１１のアンテナ１１ａ、受信手段１２のアンテナ１２ａと対面する位置に、セラミックス製の窓（図示せず）が設けられている。
【００１４】
そして、図１（ａ）に示すように送受信手段１０を配設した場合には、アンテナ１０ａから検出媒体が窓を通じて管１の内部に送信され、アンテナ１ａと対向する管１の内壁や粉体１００で反射され、それらで反射された検出媒体が送受信手段１０で受信される。また、図１（ｂ）に示すように送信手段１１と受信手段１２とを対向配置した場合には、送信手段１１から窓を通じて管１の内部に送信された検出媒体は、粉体１００で反射された後に受信手段１２で受信されたり、受信手段１２に直接入射して受信される。
【００１５】
粉体１００はある速度を持って管１の内部を移動するため、上記のように粉体１００により反射されたり、レイリー散乱した検出媒体はドップラ効果により周波数がシフトする。しかし、周波数のシフト量は粉体１００の速度に対応した単一のものではなく、図４に示したように、速度Ｖに対して得られる速度スペクトルはある分布を持ち、この速度スペクトルの分布から実際の速度を正確に求めることができない。
【００１６】
しかし、粉体１００の速度が変わると速度スペクトルの分布の形状も変化し、図２に示すように、速度Ｖよりも高速であれば速度スペクトルの分布は全体的に高速側にシフト（曲線Ａ）し、速度Ｖよりも低速であれば速度スペクトルの分布は全体的に低速側にシフト（曲線Ｂ）する。そして、速度スペクトルの分布が変わることにより、その要約統計量も変化する。
【００１７】
尚、要約統計量としては、平均や分散、標準偏差、最頻値（モード）、中央値（メジアン）等が知られているが、本発明では何れも使用することができる。
【００１８】
そこで、実験により、既知の速度Ｖ１で粉体１００を管内に流し、検出媒体を送受信して、速度Ｖ１における速度スペクトルを求め、例えばその標準偏差δ１を算出する。そして、速度を変えて同様の実験を行い、既知の速度Ｖ２・・・Ｖｎにおける速度スペクトルから標準偏差σ２・・・σｎを算出する。
【００１９】
尚、標準偏差σは下記（１）式で表されるが、検出媒体の受信手段への入射方向や散乱方向、反射方向は様々であるから、平均速度を０ｍ／ｓとして計算する。
【００２０】
【数１】
2015132580.tif 000003
【００２１】
従って、実際の測定で得た速度スペクトルの標準偏差を、上記のように実験で求めた検量データと比較することにより、実際に測定した粉体１００の速度が求められる。
【００２２】
尚、上記した方法を実施するための装置としては、図３に示すように、送受信手段１０または受信手段１２で受信した信号を演算手段５０に送り、速度スペクトルの分布から要約統計量を算出し、算出した要約統計量を、速度−要約統計量の相関を蓄積したデータ蓄積手段６０に送る構成とすればよい。尚、図中の符号７０は、送受信手段１０または送信手段１１による検出媒体の送信を制御する送信制御手段である。
【符号の説明】
【００２３】
１  管
１０  送受信手段
１１  送信手段
１２  受信手段
５０  演算手段
６０  データ蓄積手段
７０  送信制御手段
１００  粉体
【図１】
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【図２】
2015132580.tif 000005
【図３】
2015132580.tif 000006
【図４】
2015132580.tif 000007