(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回収ボイラーに隣接する溶解タンク；
回収ボイラーに近接する第１端と、第１端と反対の、溶解タンクに近接する第２端とを有するスメルト流路；
溶解タンクにおいて液体に接触するスメルトから発生するアコースティックエミッションを検出するように構成された、読み取り端を有するアコースティックエミッションセンサー；
最初の電気シグナルを増幅、フィルター及びデジタル化し、２０ＫＨｚより大きい周波数を有する前処理済みシグナルを生成するように構成されたプレプロセッサー；
プレプロセッサーとシグナル連通状態にあるデータプロセッサー
を含み、
前記スメルト流路は回収ボイラーからのスメルトを受け入れ、スメルトを溶解タンクに運ぶように構成されており、
前記アコースティックエミッションセンサーは、読み取り端とシグナル連通状態にあるトランスデューサーを有しており、
該トランスデューサーは、アコースティックエミッションを最初の電気シグナルに変換するように構成されており、
前記プレプロセッサーは、トランスデューサーの下流に配置されており、
前記データプロセッサーは、前処理済みシグナルを変換法で変換し、出力シグナルを生成するように構成されており、
該出力シグナルは、スメルト流の第１の量を代表する処理済み波形の第１セット及びスメルト流の第２の量を代表する処理済み波形の第２セットを含み、
該処理済み波形の第２セットは、処理済み波形の第１セットを２００％より大きく超える振幅ピークを有し、流入前フィンガープリントを含むものであり、
前記流入前フィンガープリントの有無を検出し、
前記流入前フィンガープリントを検出したときに、スメルト流を調整するように構成された応答をすること
を特徴とするシステム。
【請求項２】
スメルト流路に配置されたスメルトをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
アコースティックエミッションセンサーが、溶解タンク内、溶解タンクの壁内、溶解タンクの屋根内、溶解タンクの基部内に配置されているか、又は溶解タンクに隣接している、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
スメルト流路の第１端が回収ボイラー内に配置されているか、回収ボイラーに係合されているか、又は回収ボイラーに向かって延びており、スメルト流路の第２端が溶解タンク上に配置されているか、溶解タンクに係合されているか、又は溶解タンクに向かって延びている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
コンピューターをさらに含み、該コンピューターが流入前フィンガープリントを検出するように構成され、流入前フィンガープリントを検出した後に溶解タンクへのスメルト流を制限するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
コンピューターが、流入前フィンガープリントを検出することに応答して、プロセス条件を変化させる、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
流入前フィンガープリントが、処理済み波形の第１セットの平均振幅より低い振幅を有する処理済み波形の第３セットをさらに含み、コンピューターが、処理済み波形の第３セットを検出すると応答を開始する、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
データプロセッサーがＦＧＰＡプロセッサーであり、該ＦＧＰＡプロセッサーは前処理済みシグナルを変換し、処理済み波形の第２セットにおける選択された周波数バンドの強度を連続的に表示する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
流入前フィンガープリントが、予め規定された時間間隔内で少なくとも３００％だけ、処理済み波形の第１セットの平均振幅を超えている処理済み波形の第２セットの少なくとも２つの振幅ピークをさらに含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前処理済みシグナルが１００ＫＨｚより大きい周波数を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
変換法が、連続カウント法、高速フーリエ変換、二乗平均平方根法、標準偏差法、歪度法、尖度法、平均法、分散法、ファジー理論法、及びニューラルネットワーク法からなる群から選ばれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
アコースティックエミッションセンサーが、圧電センサー、ＭＥＭＳセンサー又は他のアコースティックエミッションセンサーからなる群から選ばれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
複数のアコースティックエミッションセンサーをさらに含み、それぞれのアコースティックエミッションセンサーがウェーブガイドをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
データプロセッサーが、複数のアコースティックエミッションセンサーによって生成された前処理済みシグナルを変換する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
ウェーブガイドが溶解タンクにおける液体へ延びており、第２アコースティックセンサーにおけるウェーブガイドが分断装置から放出された流体に延びている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
複数のアコースティックエミッションセンサーの内のアコースティックエミッションセンサーが、溶解タンクの壁又は溶解タンクの頂部を通って延びている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
複数のアコースティックエミッションセンサーの内のアコースティックエミッションセンサーが溶解タンクに近接して、溶解タンクの外部に配置されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
処理済み波形の第１セットが、処理済み波形の第１セットの平均振幅を示す水平ラインを描き、該水平ラインは活動度のベースラインレベルである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
ディスプレーをさらに含み、該ディスプレーが、出力シグナルを連続的な周波数スペクトル表示又は長時間エンベロープとして表示するか、又は処理済み波形の第１セットにおけるシグナルの部分を単に表示することによって表示する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
流入前フィンガープリントがカウントトレンド及び高速フーリエ変換トレンドをさらに含み、該カウントトレンドは、処理済み波形の第１セットを３００％より大きく上回る高速フーリエ変換トレンドにおける周波数バンドに先立つ、溶解タンクにおける減少するバンギング強度を示す、請求項１に記載のシステム。  
【請求項２１】
流入前フィンガープリントが、繰り返しの振幅崩壊−流入前フィンガープリントを有する周期的な流入前フィンガープリントをさらに含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項２２】
コンピューターが、流入前フィンガープリントを検出した後に応答を開始する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
流入前フィンガープリントが長期の流入前フィンガープリントをさらに含み、コンピューターが、長期の流入前フィンガープリントを検出した後に応答を開始する、請求項５に記載のシステム。
【請求項２４】
流入前フィンガープリントが、予め規定された時間間隔内の閾値を上回る処理済み波形の第２セットにおいて２つ又はそれ以上の振幅ピークをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２５】
処理済み波形の第１セットの平均振幅によって規定された第１浮遊閾値、及び処理済み波形の第２セットによって規定された第２浮遊閾値をさらに含み、流入前フィンガープリントが第１浮遊閾値から第２浮遊閾値までの遷移をさらに含み、第２浮遊閾値が第１持続閾値を少なくとも１００％だけ超える、請求項１に記載のシステム。
【請求項２６】
溶解タンク中の液体が緑液である、請求項１に記載のシステム。
【請求項２７】
溶解タンクにおけるスメルト流入を予測するための方法であって、この方法は、
溶解タンクにおけるスメルトバンギングから発生するアコースティックエミッションをアコースティックエミッションセンサーで検出すること；
アコースティックエミッションを示す最初の電気シグナルを発生させること；
最初の電気シグナルを増幅し、増幅されたシグナルを生成すること；
最初の電気シグナルを２０ＫＨｚを超える周波数範囲にフィルターし、フィルターされたシグナルを生成すること；
最初のシグナルをアナログシグナルから変換し、デジタルシグナルを生成すること；
前処理済みシグナルをデータプロセッサーで変換すること；
出力シグナルを出力すること
を含み、
前記前処理済みシグナルは、増幅されたシグナル、フィルターされたシグナル及びデジタルシグナルを含み、
前記データプロセッサーは、前処理済みシグナルを変換法で変換し、該変換された前処理済みシグナルは出力シグナルであり、
前記出力シグナルは、スメルト流の第１の量を示す処理済み波形の第１セット、及びスメルト流の第２の量を示す処理済み波形の第２セットを含み、処理済み波形の第２セットは、処理済み波形の第１セットを２００％より大きく超える振幅ピークを有し、処理済み波形の第１セット及び処理済み波形の第２セットは流入前フィンガープリントを含むものであり、
前記流入前フィンガープリントの有無を検出し、
前記流入前フィンガープリントを検出したときに、スメルト流を調整するように構成された応答をすること
を特徴とする方法。
【請求項２８】
複数のアコースティックエミッションセンサーからの、プログラムされた周波数範囲における複数の前処理済みシグナルを比較することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
出力シグナルをコンピューターに伝達すること、及びコンピューターが流入前フィンガープリントを検出した後に溶解タンクへのスメルト流を制限することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
出力シグナルをコンピューターに伝達すること、及びコンピューターが流入前フィンガープリントを検出した後にプロセス条件を変化させることをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
流入前フィンガープリントが、処理済み波形の第１セットの平均振幅より低い振幅を有する処理済み波形の第３セットをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
変換法が、連続カウント法、高速フーリエ変換、二乗平均平方根法、標準偏差法、歪度法、尖度法、平均法、分散法、ファジー理論法、及びニューラルネットワーク法からなる群から選ばれる、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はケミカルパルプ化に一般に関し、紙・パルプ産業において使用される回収ボイラー及び溶解タンクに特に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケミカルパルプ化は、リグノセルロース系バイオマスを種々の長さのパルプ繊維に変換するものである。紙・パルプ産業において、リグノセルロース系バイオマスは木材チップを含むことが多いが、リグノセルロース系材料は、プロテインリグニンがセルロース系糖分子に密接に結び付いた他の植物ベースのバイオマスを含むことがある。処理に伴なって、運転員は、製紙を含む種々の商業的用途に使用するためのセロルース系パルプ繊維を単離している。
【０００３】
例えば、木材が主要なリグノセルロース系材料であるとき、パルプ製造は丸太から始まる。皮剥機によって、樹皮を丸太から取り除き（又は「皮剥ぎし」）、チッパーによって、丸太を小さなチップに細砕する。特定のプロセス及び用途に依存して、運転員は、これらのチップをスチーム及び化学品で前処理し、リグノセルロース系バイオマス中の細孔を広げるか、又は運転員は乾燥したチップを化学蒸解缶へ直接送る。連続化学蒸解缶は一般的に円筒状であり、数階建の高さであることがある。
【０００４】
蒸解缶において、運転員は白液及びスチームを蒸解缶の上部セクションに導入するのが通常である。クラフトプロセスにおいて、「白液」は水酸化ナトリウム及び硫化ナトリウムの溶液からなることが多い。数時間にわたって、白液がリグニンを溶解しながら、スチーム処理済みバイオマスが蒸解缶を移動する。リグニンは、バイオマス中のセルロース及びヘミセルロースを結合させるタンパク質である。リグニンの除去によって、運転員はセルロース及びヘミセルロースを主に含む繊維を単離することができる。リグニン及び他の副次的なバイオマス化合物が白液に溶解するにつれて、白液は黒くなり、「黒液」になる。
【０００５】
黒液溶液が蒸解缶を出た後に、所定の設備（equipment）によってセルロース系パルプ繊維が残りの黒液から単離される。白液は水酸化ナトリウム及び硫化ナトリウムを含むのに対して、黒液は炭酸ナトリウム及び硫酸ナトリウムを含む。炭酸ナトリウム及び硫酸ナトリウムは、白液と蒸解缶中のリグニン及び他の化合物との化学反応生成物である。この生成物、炭酸ナトリウム及び硫酸ナトリウムは、リグニンを蒸解するためには一般に有用ではない。
【０００６】
水酸化ナトリウム及び硫化ナトリウムは一般に安価な化学品であるが、水酸化ナトリウム及び硫化ナトリウムの新しい溶液を、リグノセルロース系バイオマスの新たなバッチごとに購入することは一般に費用が掛かりすぎる。この理由のために、多くのケミカルパルプ工場は、熱分解化学品回収システムを使用し、炭酸ナトリウム及び硫酸ナトリウムの少なくとも一部を有用な水酸化ナトリウム及び硫化ナトリウムに変換している。
【０００７】
化学蒸解缶からの新しい黒液は一般に希薄であり、不燃性である。それ故、熱分解のための黒液を調製するために、運転員は、黒液をフラッシュタンク又は他の蒸発ステップに一般に投入し、黒液中の濃縮された固体粒子の量を増加させる。運転員は、次に、濃縮された黒液をスプレーノズルで化学品回収ボイラーへ注入する前に、濃縮された黒液を加熱する。スプレーノズルは粗い液滴を作り出す。回収ボイラーは残存している水を液滴から蒸発させ、黒液中の固体化合物に部分的な熱分解を行う。残りの無機化合物は炉の底部に落ち、炭素床（char bed）に蓄積する。炭素床中の炭素及び一酸化炭素のいくらかは触媒として作用し、硫酸ナトリウムを硫化ナトリウムに変換し、硫化ナトリウムは次に炉の頂部近傍において煙道ガスから回収される。
【０００８】
炭素床における残りの無機化合物は最終的には融解し、回収ボイラーの底部における、１つ又はそれ以上のスメルト流路をスメルトとして流れる。冷却剤、通常は水が、スメルト流路を冷却する。冷却チューブは、流路そのものに組み込まれるか、又は補助的な冷却システムである。補助的な冷却システムは“水ジャケット”と呼ばれることが多く、流路の外部を囲んでいる。流路から流れるスメルトは溶解タンクに落ち、水又は弱い白液に接触し、ソーダライ（soda lye）を生成する。生じたソーダライ溶液は、通常、「緑液」として知られている。
【０００９】
サルフェートケミカルプロセス、例えばクラフトプロセスにおいて、緑液の主成分は、典型的には、硫化ナトリウム及び炭酸ナトリウムである。しかしながら、ケミカルプロセスが異なれば、異なる無機化合物を有する緑液が生成される。運転員は、典型的には緑液を回収し、緑液を苛性化プラントに搬送し、硫化ナトリウム及び炭酸ナトリウムをさらに単離及び濃縮し、それによって白液を再生産する。
【００１０】
スメルトが溶解タンクにおいて緑液に接触すると、スメルトは爆発し、一連の可聴ノイズを発する。これは、当業界人には、「バンギング」（banging）として一般に知られている。流路から流れるスメルトは典型的には７５０摂氏度（℃）〜８２０℃の間であり、一方、緑液の平均温度は約７０℃〜１００℃である。さらにスメルトは反応性のアルカリ金属、例えばナトリウムを一般に含み、アルカリ金属は水と爆発的に反応する。理論に拘束されるものではないが、大きな温度差はスメルトと緑液との反応性を増加させ、それによってバンギングを引き起こすか又はバンギングの一因となる。もし制御されないままであれば、スメルトの突然の流入が溶解タンク及び回収ボイラーを噴き上げ、これが深刻なリスクを近くに居る運転員にもたらす。
【００１１】
バンギングを管理するために、従来の溶解タンクは、スメルトが流路から落ちるときにスメルトを一般に分断している。分断装置は１つ又はそれ以上の粉砕ジェット（shatter jets）であり、粉砕ジェットは、落下しているスメルトに、高圧のスチーム又は他の流体を吹きつけ、スメルト液滴を作り出す。これらの液滴は、スメルトの全体の流れよりも少ない体積であり、それ故、スメルトが連続して、途切れず、分断されない流れとして緑液と接触した場合よりも爆発が一般に激しくない。典型的には、スメルト流路の末端は緑液の液位を越える高さに位置にされ、これらの粉砕ジェットは、スメルトが流路端から落下するとき、落下しているスメルトを分断する。
【００１２】
時折、スメルトは回収ボイラー又は流路において早々に冷却し、スメルト流速を減少させるか、又はスメルトの流れを止めることがある。大洪水前の状態（antediluvian state）において、液体スメルトは障害物（obstruction）の後ろに蓄積する傾向がある。障害物が除去されれば、突然のスメルトの流入が、スメルトを十分に小さい液滴に分断する粉砕ジェットの能力をはるかに上回ることがある。さらに大洪水のようなスメルトの流れが特に相当なものであれば、スメルトは流路のサイドを越えて流れ出し、粉砕ジェットを完全に回避することになる。他のシナリオにおいて、粉砕ジェットが機能しないことがある。これらの状況において、緑液に接触するスメルトの体積が増加することによって、バンギングの爆発強度及び爆発のリスクが劇的に増加する。
【００１３】
多くの工場において、運転員は、通常、処理設備内および処理設備間を移動し、処理状況及び出力を監視している。溶解タンク又は回収ボイラーにおける爆発は、重大な安全上のリスクを直近の運転員にもたらし、生じる火災は重大なリスクを工場のそれ以外の場所に居る運転員にもたらす。そのような爆発は、制御されない量の汚染物質をも生じさせ、これらの汚染物質は大気及び地下水に入り、また著しい生産損失のもとになる。この規模の爆発は、工場を数週から数ヶ月の間、停止させることがある。
【発明の概要】
【００１４】
出願人は、アコースティックエミッションセンサーが溶解タンク内又は溶解タンクの周辺に設置されるシステムを発明した。出願人は、２０ＫＨｚより大きい、プログラムされた周波数範囲にフィルターされたアコースティックエミッションが、スメルト流入が起こる直前に特徴的なパターン、すなわち「流入前フィンガープリント」（流入前指紋）を示す傾向があることを見出した。アコースティックエミッションの記録された周波数を単離し、流入前フィンガープリントを検出することによって、スメルト流入が起こる前にスメルト流入を予測することが可能である。本明細書に開示された例示的なシステムは、流入前フィンガープリントを検出すると、プロセス条件を修正したり、又はスメルト流入を抑制し、それにより、危険な爆発をもたらし得る混乱状況を防止又は緩和することができる。他の例示的な実施態様において、運転員は、例えば米国特許第９，２０６，５４８号明細書に開示された分断装置（disruptors）又は制限部材プレート（restrictor plate）のようなスメルトコントロールメカニズムをプログラムし、スメルトの流れを調節することができる。溶解タンクにおけるスメルトバンギングからのアコースティックエミッション事象を計測することが、回収ボイラーの内部の条件を制御するためにさらに使用され、それによって溶解タンクに入るスメルトの量を調節することができる。
【００１５】
分断装置及びスメルト流路の近くに配置された１つ又はそれ以上のアコースティックエミッションセンサーによって検出されたスメルト流入は、「流入前フィンガープリント」によって裏付けられる（corroborated）が、この流入前フィンガープリントは、処理済み波形の第1セットを２００％以上も実質的に超える振幅を有し、かつ２０ＫＨｚより大きい周波数を有するアコースティックエミッションの増加した量を含む。アコースティックエミッションシステムは、アコースティックエミッションシステムが流入前フィンガープリントを検出したとき、スメルト流を調節するように構成された応答をさらに含み得る。応答は、スメルト流を制限すること、回収ボイラー内のプロセス条件を変化させること、又はこれらの組合せを含み得る。
【００１６】
ボイラー爆発の問題は、本明細書に開示されたシステム及び方法の例示的な態様を実施することによって軽減される。例示的な実施態様において、アコースティックエミッションシステムは、アコースティックエミッションを検出するように構成されたアコースティックエミッションセンサーを含む。アコースティックエミッションセンサーは、共鳴周波数を有するトランスデューサーを含み、トランスデューサーはアコースティック波を電気シグナルに変換するように構成されている。プレアンプリファイヤーはトランスデューサーと連通している。プレアンプリファイヤーは電気シグナルを増幅するように典型的には構成されている。プレアンプリファイヤーは、次々に増幅されたシグナルを発生させ、増幅されたシグナルをデータプロセッサーに伝達する。データプロセッサーは、増幅されたシグナルを、２０ＫＨｚを超えるプログラムされた周波数範囲にフィルターするように構成され得る。データプロセッサーは、プログラムされた周波数範囲における周波数をさらに評価し、流入前フィンガープリントを検出する。一旦、データプロセッサーが流入前フィンガープリントを検出すると、データプロセッサーは応答を開始するが、この応答は回収ボイラーにおける１つ又はそれ以上の運転条件を変化させること、又は安全装置を稼働させ、スメルト流入が溶解タンクにおける緑液に接触することを減少させるか又は防ぐことを含む。
【００１７】
ある例示的なシステムにおいて、複数のアコースティックエミッションセンサーが溶解タンク内と溶解タンクの周辺に配置される。例えば、ウェーブガイドを含むアコースティックエミッションセンサーが溶解タンクの壁に配置される。アコースティックセンサーは、ウェーブガイドの末端における読み取り端と、溶解タンクの外部に配置された、読み取り端と反対の第２端とを有する。読み取り端は溶解タンク内に配置させてもよい。ある例示的な実施態様において、２つ又はそれ以上のアコースティックエミッションセンサーは緑液中に延びているウェーブガイドを有する。他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサーは、分断装置から放出された流体内に配置されたウェーブガイドを有する。また他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサーは、溶解タンクの内部で、緑液の液位を越え、分断流体の外に配置されたウェーブガイドを有することがある。他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサーは溶解タンクに隣接して配置される。
【００１８】
通常の運転条件下において、分断装置は、スメルト流路から流れ落ちるスメルトをスメルト液滴へ分散させる。スメルト液滴は次に緑液に接触し、小さい「バング（bang）」を発する。「バング」は、可聴のアコースティックエミッションと、人間の聴覚の範囲を上回るアコースティックエミッション及び下回るアコースティックエミッションとの両方を含む。これらの通常の運転条件下において、何百もの小さいバングが毎秒起こっている。本プロセスのある例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサーがアコースティックエミッションを検出し、アコースティックエミッション波を電気アナログシグナルに変換する。このシグナルは、一連の前置増幅ステージ（pre-amplification stage）に進み、１つ又はそれ以上のハイパスフィルターステージ、ローパスフィルターステージ、又はバンドパスフィルターステージが次に続き、２０ＫＨｚを超える周波数範囲にある望ましい周波数を単離する。上記シグナルは、デジタルシグナルに変換される前にさらに精製（リファイニング）されることがある。アナログ−デジタル（「Ａ／Ｄ」）コンバーターが、アナログシグナルをデジタルシグナルに変換する。デジタルシグナルは、次にデータプロセッサー、例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）に送られるが、これは、処理するために連続カウント法を利用するか又はフーリエ変換を行い、それによってデジタルシグナルを単純化するものである。フーリエ変換は、高速フーリエ変換（「ＦＦＴ」）又は他のフーリエ変換である。他の例示的な実施態様において、ＦＰＧＡは、それぞれの個々のプロセスパートにおいて最大相関を示すために、他のシグナル処理方法又は変換方法を利用することがあり、これは例えば、二乗平均平方根（「ＲＭＳ」）法、標準偏差法、歪度法（skewness method）、尖度法（kurtosis  method）、平均法、分散法を使用すること、又はファジー理論、ニューラルネットワーク及び他のシグナル処理方法を利用することによる。また他の例示的な実施態様において、データプロセッサーは特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」  application-specific integrated circuit）である。さらにある例示的なシステムは、複数のアコースティックエミッションセンサーによって生成されたシグナルを分析することである。
【００１９】
ある例示的なシステムは、スメルト流のベースラインレベルを超えるスメルト流入のために、溶解タンクを連続的に監視することである。
【００２０】
ある例示的なシステムは、溶解タンクにおけるアコースティックエミッションに由来するシグナルを処理及び分析し、スメルト流入を予測し、応答を開始して、スメルト流入を防止することである。
【００２１】
さらなる例示的なシステムは、溶解タンクにおけるアコースティックエミッションに由来するシグナルに基づいて、回収ボイラーにおける運転条件を制御することである。
【００２２】
さらにもう１つの例示的なシステム及び方法は、アコースティックエミッションセンサーからのシグナル入力に基づいて、溶解タンクを監視するように構成されたソフトウェアを有するコンピューターベースのシステムを含むことである。コンピューターベースのシステムは、シグナルが予め定められたシグナル振幅閾値を超えたときを指示するために規定された条件警報（defined condition alerts）を有することである。
【００２３】
溶解タンクにおける混乱状況の問題は、溶解タンクを監視する方法を用いることによって解決され、この方法は、１つ又はそれ以上のアコースティックエミッションセンサーを溶解タンクにおける壁又は屋根を通して挿入すること；溶解タンクにおけるバンギングの量及び強度(「攻撃度」)を連続的に聴取し、このバンギングをコンピューターシステムにリレーし、データを分析し、溶解タンクのプロセス状況と比較し、そしてデータがプログラムされた条件に合致すれば出力を戻すこと（returning an output）を含む。
【００２４】
本開示の実施態様に従う構成の特徴は、本開示が、緑液に接触するスメルトによって引き起こされるアコースティックエミッションを測定するためのセンサーを含むことである。このセンサーは、第１端と第２端とを有するウェーブガイドを含み、第１端は溶解タンク内部にある距離を置いて配置され、第２端は溶解タンクの外部に位置されている。第２端は、受け取ったアコースティックエミッションをアナログ電気シグナルに変換するように構成された圧電センサーを備えている。ウェーブガイドは、アコースティックエミッションを受け取るための被覆されていない（uninsulated）部分と、被覆されていない部分の下流に配置された被覆された（insulated）部分とを含む。アコースティックエミッションセンサーは、受け取ったアナログ電気シグナルを処理するためのプレプロセッサーをさらに含み得る。
【００２５】
本開示に従う例示的な方法は、溶解タンクの内部におけるスメルトと緑液との化学的及び熱的反応によって引き起こされたアコースティックエミッションを、溶解タンクの内部に延びているアコースティックエミッションセンサーを通じて受け取ることを含む。この方法は、アコースティックエミッションをデジタルシグナルに変換し、デジタルシグナルをコンピューターに伝達し、デジタルシグナルを周波数スペクトル上にグラフ化し、グラフ周波数スペクトルを作り出すことをさらに含むことがある。これは、次に、グラフ化された周波数スペクトルを通常の運転条件を示す、保存されている周波数スペクトルと比較し、グラフ化された周波数スペクトルが保存されている周波数スペクトルを２００％より大きく超えるとき応答を発生させる。
【００２６】
もう１つの例示的な実施態様において、コンピューターが、米国特許第９，２０６，５４８号明細書に記載されたもののような制限部材プレートを作動するデジタル出力シグナルを生成する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
前述のことは、異なる図面にわたって類似の参照記号が同様の部材を意味している添付の図面に示されているように、本開示の例示的な実施態様の以下のより詳細な記載から明らかとなる。図面は必ずしも縮尺を表しているものではなく、開示された実施態様を図示することに重点が置かれている。
【００２８】
【図１】は、溶解タンクの周辺に配置された複数のアコースティックエミッションセンサーの側断面図である。
【００２９】
【図２】は、アコースティックエミッションセンサーの詳細な断面図である。
【００３０】
【図３】は、アコースティックエミッションシステムの例示的な実施態様を示すフローチャートである。
【００３１】
【図４】は、例示的な流入前フィンガープリントを概略的に示すグラフである。
【００３２】
【図５Ａ】は、ディスプレー上のＦＦＴ出力を示し、図中、出力は活動度（activity）のベースラインレベルを示す処理済み波形の第１セットである。
【００３３】
【図５Ｂ】は、ディスプレー上のＦＦＴ出力を示し、図中、出力はベースラインを２００％より大きく超えている処理済み波形の第２セットを有する。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
好ましい実施態様についての以下の詳細な説明は、図示及び説明の目的のためだけに提示されているものであり、包括的であること又は本発明の範囲及び要旨を制限することを意図するものではない。実施態様は、本発明の原理及び本発明の実用的な応用を最もよく説明するために選ばれ、記載されたものである。当業者は、本明細書に開示された発明についての多くの変更が、発明の範囲及び要旨から逸脱することなくなされ得ることを認識するであろう。
【００３５】
対応する参照記号は、いくつかの図面にわたって対応する部材を示す。図面は、本開示に従う種々の特徴及び構成要素の実施態様を示すが、図面は必ずしも縮尺を表しているものではなく、ある特徴はよりよく本開示の実施態様を図示するために強調されることがあり、そのような例示は、いかなる態様においても本開示の範囲を制限するように解釈されるべきではない。
【００３６】
本明細書における「１つの実施態様」、「ある実施態様」、「例示的な実施態様」等の言い方は、記載された実施態様が特定の特徴、構造又は特性を含むことがあることを示すが、すべての実施態様が特定の特徴、構造又は特性を必ずしも含むものではないことを示している。さらにそのような言い方は、必ずしも同じ実施態様に関するものではない。さらに特定の特徴、構造又は特性がある実施態様との関係で記載されたとき、そのような特徴、構造又は特性を、明示的に記載されているか否かに拘らず、他の実施態様との関係で適用することは当業者の知識の範囲内であると考えられる。
【００３７】
特定の用語が明確性のために以下の記載において使用されるが、これらの用語は、選ばれた実施態様の特定の構造を図面に示すことのみを意図しており、本開示の範囲を規定又は限定することを意図していない。
【００３８】
単数形の形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈が特に明確に示さない限り、複数のものを含む。数値は、有効数字の同じ数に減少させたときに同じである数値と、数値を決定するために本明細書において記載されたタイプの従来の測定技術の実験誤差より小さい状態値（states value）と異なる数値とを含むことを理解されたい。
【００３９】
本明細書に記載されたすべての範囲は、記載された端点を含み、独立に組合せ可能である（例えば範囲「４０デシベル（「ｄｂ」）〜６０ｄｂ」は、端点、４０ｄＢ及び端点、６０ｄＢと、すべての中間値とを含む）。
【００４０】
本明細書に使用されているように、「おおよそ」を表す言葉が、関係する基本的な機能に変化をもたらすことなく、任意の定量的表現を修飾するために適用されることがある。従って、例えば「約」及び「実質的に」のような用語又は複数の用語によって修飾された数値は特定された数値そのものに限定されない。修飾語「約」は、２つの端点の絶対的な数値によって規定された範囲を開示しているとも考えられるべきである。例えば「約２から約４まで」という表現は、範囲「２から４まで」も開示している。
【００４１】
本明細書に使用される用語の多くは相対的な用語であることに留意されたい。例えば、用語「上部」及び「下部」は位置において互いに相対的であり、すなわち、所与の配向において、上部構成要素は下部構成要素より高い高さに位置されるが、これらの用語は装置がひっくり返されれば変わり得る。用語「入口」及び「出口」は、所与の構造物に関して、それらを通って流れる流体に関するものであり、例えば、流体は入口を通って構造物に流入し、出口を通って構造物から流出する。用語「上流」及び「下流」は、種々の構成要素を通って、流体が流れるか又はシグナルが移動する方向に関するものであり、すなわち、シグナルは、下流の構成要素に出会うに先立って、上流の構成要素に出会う。
【００４２】
用語「頂部」及び「底部」又は「基部」は、絶対的な基準、すなわち地表面に対して、頂部が底部／基部より常に高いという位置／表面を意味するために使用される。用語「上方」及び「下方」も絶対的な基準に対するものであり、上方流は地球の重力に常に逆らう。
【００４３】
図１は、溶解タンク１６０の壁１６２及び頂部１６４を通って延びているアコースティックエミッションセンサー１５０を有する溶解タンク１６０を示す概略図である。図１は、単一のスメルト流路１１０及び単一の溶解タンク１６０を示すが、複数のスメルト流路１１０及び溶解タンク１６０が回収ボイラー１００の周辺に延びていることがあることを理解されたい。アコースティックエミッションセンサー１５０は読み取り端（２２２、図２）と、溶解タンク１６０の外部に配置された、読み取り端２２２の反対の第２端（２２４、図２）とを有する。読み取り端２２２は溶解タンク１６０内に配置されている。他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサー１５０は、読み取り端２２２及び第２端２２４の両方が溶解タンク１６０内に配置されるように、溶解タンク１６０の内に全体的に配置される。
【００４４】
また他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサー１５０は、読み取り端２２２及び第２端２２４の両方が溶解タンク１６０の外部に配置されるように、溶解タンク１６０の外部に全体的に配置される。図１は、溶解タンク１６０を通って配置された複数のアコースティックエミッションセンサー１５０を示す。複数のアコースティックエミッションセンサー１５０は、追加的な詳細なシグナルデータを提供するために使用することができる。アコースティックエミッションセンサー１５０は、溶解タンク１６０の頂部１６４又は壁１６２に接着されるか、締結されるか、あるいは他の手段で取り付けられる。他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサー１５０は、溶解タンク１６０に近接するか又は連通しているパイプに係合される。また他の例示的な実施態様において、磁石が、アコースティックエミッションセンサー１５０を溶解タンク１６０又はパイプに係合させる。
【００４５】
スメルト液滴１３０が緑液１６５に接触すると、スメルト液滴１３０はアコースティックエミッション１６７を発生する。通りがかりの運転員が、これらのアコースティックエミッション１６７の一部を可聴バングとして聴取し得る。例示のアコースティックエミッションセンサー１５０は、アコースティックエミッション１６７を検出し、アコースティックエミッション１６７を電気アナログシグナル３０７（図３）に変換し、シグナル３０７を前置増幅した後に増幅済みシグナル３１１をさらなる処理のために伝達する。アコースティックエミッション１６７は、溶解タンク１６０を通って伝達された音波又は他のエネルギー波である。
【００４６】
アコースティックエミッションセンサー１５０は、圧電センサー、マイクロエレクトロメカニカルシステム（「MEMS」）センサー、又はアコースティックエミッション１６７を検出してアコースティックエミッション１６７を電気シグナル３０７に変換するように構成された他のアコースティックセンサーを含む。さらに、アコースティックエミッションセンサー１５０は、フィルター３１６（図３）、例えばブロードバンドアコースティックエミッションフィルターを含む。他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサー１５０は、ナローバンドアコースティックエミッションフィルターを含む。
【００４７】
図１に示すように、スメルト流路１１０の第１末端は、回収ボイラー１００内に配置されるか、回収ボイラー１００に係合されるか、又は回収ボイラー１００に向かって延びており、スメルト流路１１０の第１末端の反対の、スメルト流路１１０の第２末端は、溶解タンク１６０を超えた上に配置されるか、溶解タンク１６０に係合されるか、又は溶解タンク１６０に向かって延びている。回収ボイラー１００からのスメルト１１５は、スメルト流路１１０を流下し、溶解タンク１６０に入る。溶解タンク１６０は、フード１７０の下に一般に配置されている。分断装置１４０は、スメルト１１５の流れを分断する流体１４５を放出し、スメルト液滴１３０を作り出す。流体１４５は一般にスチームである。分断装置１４０は粉砕ジェットノズルである。
【００４８】
図示された実施態様において、アコースティックエミッションセンサー１５０’は、分断装置１４０によって放出された流体１４５に延びている。流体１４５が広がるエリアは、分断装置１４０の流体路として知られている。少なくとも１つのアコースティックエミッションセンサー１５０のウェーブガイド１２５は、溶解タンク１６０における液体に延びていることが望ましい。図１に示された例示的な実施態様において、液体は緑液１６５であるが、液体は溶解タンク１６０において使用される任意の液体でよいことが理解される。少なくとも１つの他のアコースティックエミッションセンサー１５０’のウェーブガイド１２５は、緑液１６５に接触していない。
【００４９】
アコースティックエミッションセンサー１５０”は、不均一なスメルト流の第１のサインを検出するように構成されている。これは、マスター-スレーブ処理構成においてアコースティックエミッションセンサー１５０、１５０’及び１５０”を使用する例であり、マスター−スレーブ処理構成においては、マスターセンサー（１５０”参照）が対象のエリア（例えば、スメルトが流体に接触するエリア）の近くに備え付けられ、スレーブセンサー又はガードセンサー（１５０、１５０’参照）がマスターセンサー（１５０”参照）を囲み、対象のエリアの外部から発生したノイズを除去する。例えば、分断装置１４０の流体路に配置されたウェーブガイド１２５を有するアコースティックエミッションセンサー１５０’は、分断装置１４０の流体路において生成されたアコースティックエミッション１６７を連続的にモニターする。このシステムは、後述するように、シグナルを処理し、分断装置の通常の運転条件を示すシグナルプロファイルを発生させる。データプロセッサー３３６（図３）は、次に、分断装置の通常の運転条件のシグナルプロファイルを、スメルトが緑液１６５に接触するエリアの上に位置されたマスターセンサー（１５０”参照）によって記録されたシグナルから差し引く。このようにして、マスター-スレーブ技術を使用することにより、無関係なバックグラウンドノイズを、マスターセンサー１５０”において発生したシグナルから除去することができる。
【００５０】
他の例示的な実施態様において、ガードセンサー（１５０、１５０’参照）は、ガードセンサーの検出エリアにおける通常運転条件でのスメルト流の第１の量（a first rate of smelt flow）を代表する活動度のベースラインレベル４４２（図４）を検出する。例えば、分断装置１４０の流体路に配置されたウェーブガイド１２５を有するアコースティックエミッションセンサー１５０’は、分断装置１４０の流体路において生成したアコースティックエミッション１６７を連続的にモニターする。アコースティックセンサー１５０’に連通しているデータプロセッサー３３６は、分断装置１４０の流体路における活動度のベースラインレベル４４２を示す処理済み波形の第１セット４３２（図４）を記録する。スメルト流入が起こる前に、データプロセッサー３３６は、活動度のベースラインレベル４４２を２００％より大きく超える処理済み波形の第２セット４３３（図４）をさらに記録する。処理済み波形の第２セット４３３は、スメルト流の第２の量（a second rate of smelt flow）を代表する。ある例示的な実施態様において、データプロセッサー３３６は、ガードセンサー（１５０、１５０’参照）から生成した処理済み波形の第１セット４３２を、マスターセンサー（１５０”）から生成された処理済み波形の第１セット４３２で裏付けし、溶解タンク１６０が通常運転条件で運転していることを確認する。また、さらなる例示的な実施態様において、データプロセッサー３３６は、ガードセンサー（１５０、１５０’参照）によって生成された処理済み波形の第２セット４３３を、マスターセンサー（１５０”参照）によって生成された処理済み波形の第２セットで裏付けする。処理済み波形の第２セット４３３同士を比較することによって、データプロセッサーは流入前フィンガープリント３７２（図３）の存在を確認し、それによって応答を開始して、スメルト流入を防止又は抑制する。
【００５１】
スメルト液滴１３０は、７５０℃〜８２０℃の間の平均温度を有する。緑液１６５の平均温度は約７０℃〜１００℃である。溶解タンク１６０内の熱及び流体１４５への暴露に耐えるために、アコースティックエミッションセンサー１５０は、高温及び高圧に耐えるように構成された金属で作製されたハウジング１５１を有する。金属の例としては、アルミニウム、二相（duplex）ステンレス鋼、又は通常のステンレス鋼を含む。さらに、溶解タンク１６０内に配置された電子機器又は変換エレメントを有する例示のアコースティックエミッションセンサー１５０は、溶解タンク１６０内の平均温度に依存して、１００℃までや１００℃を超える温度、又は１６０℃までや１６０℃を超える温度で動作するように構成されている。溶解タンクの外部に配置された電子機器又は変換エレメントを有するアコースティックエミッションセンサー１５０は、５０℃までや５０℃を超える温度で動作するように構成されている。
【００５２】
図１、図３及び図４について、アコースティックエミッションセンサー１５０は、アコースティックエミッション１６７を連続的に検出し、データプロセッサー３３６は、シグナル分析の準備のためにデジタルシグナルを連続的に処理又は変換する（例えば、処理されたシグナルを分析し、スメルト流入前フィンガープリント３７２を検出する）。他の例示的なシステムにおいて、アコースティックエミッションセンサー１５０は、１０ミリ秒（「ｍｓ」）、1秒、又は６０秒のような時間間隔で、アコースティックエミッション１６７をサンプリングする。一旦処理されると、データプロセッサー３３６は出力シグナルＯを出力する。出力シグナルＯは、コンピューター３３８及びディスプレー３３９に伝達される。出力シグナルＯは、スメルト流の第１の量（すなわち、活動度のベースラインレベル４４２）を示す処理済み波形の第１セット４３２を含む。ディスプレー３３９のスケールに依存して、処理済み波形の第１セット４３２は実質的に一定の振幅を有するように見える。ディスプレー３３９（ディスプレー出力のための図４、図５Ａ及び図５Ｂ参照）上において、実質的に一定の振幅を有する波形の第１セット４３２は、波形の第１セット４３２の平均振幅を示す実質的な直線を描く（map to a substantially straight line）ように見える。ディスプレー３３９は浮遊閾値（floating threshold）Ｆをさらに出力し、この浮遊閾値はシグナルの時間平均測定によって確定された振幅を有している閾値である。図４において、浮遊閾値Ｆは、ある時間間隔の間における出力シグナルＯの平均振幅を示す。処理済み波形のこの第１セット４３２は、通常の均一なスメルト流、及び１つ又はそれ以上のアコースティックエミッションセンサー１５０からの入力に基づく分断装置の流体流を示す活動度のベースラインレベル４４２を示す。通常の均一なスメルト流は、スメルト流の第１の量を含む。ベースライン４４２は、わずかに回収ボイラー活動度をさらに示すことがある。他の例示的な実施態様において、それぞれのスメルト流路１１０の出口の近くに設置されたアコースティックエミッションセンサー１５０’は、不均一なスメルト流、分断装置１４０に関する問題及びスメルト流入の第１のサインを検出する。 
【００５３】
突然のスメルト流入の直前に、処理済みシグナル３６８の振幅が活動度のベースラインレベルより実質的に低いことがあり、活動度のベースラインレベル４４２より実質的に高い振幅を有する処理済み波形の第２セット４３３が次に続くが、「実質的に高い」とは、例えば、活動度のベースラインレベル４４２より１００％高いか、１５０％を超えて高いか、少なくとも２００％高いか、２００％を超えて高いか、少なくとも３００％高いか、３００％を超えて高いか、少なくとも５００％高いか、又は５００％を超えて高いことを意味する。処理済み波形の第２セット４３３は、１つ又はそれ以上の振幅ピーク４６１によって特徴づけられる。処理済み波形の第２セット４３３の振幅ピーク４６１は、活動度のベースラインレベル４４２の平均振幅を少なくとも２００％実質的に超えている。処理済み波形の第２セット４３３は、スメルト流の第２の量を示す。流入前フィンガープリント３７２は、活動度のベースラインレベル４４２を少なくとも２００％実質的に超えている波形の第２セット４３３を含む。また他の例示的な実施態様において、波形の第２セット４３３における１つ又はそれ以上の振幅ピーク４６１は流入前フィンガープリント３７２をさらに含む。また他の例示的な実施態様において、流入前フィンガープリント３７２は、活動度のベースラインレベル４４２を実質的に超えている波形の第２セット４３３における３つ又はそれ以上の振幅ピーク４６１を含む。また他の例示的な実施態様において、流入前フィンガープリント３７２は、活動度のベースラインレベル４４２を実質的に超えている波形の第２セット４３３における少なくとも５つの振幅ピーク４６１を含む。
【００５４】
スメルト流入に至るまでの条件において、アコースティックエミッション１６７の周波数は、１つ又はそれ以上のスメルト流路１１０において、活動度のベースラインレベル４４２より低いことがある。すなわち、前処理及び処理されると、出力シグナルＯは、活動度のベースラインレベル４４２の平均振幅より低い振幅を有する処理済み波形の第３セット４４１をさらに含む。ディスプレー３３９又はユーザーインターフェースを含むシステムにおいて、処理済み波形の第３セット４４１は示されないか、又は処理済み波形の第３セット４４１は処理済み波形の第１セット４３２におけるギャップとして示される。アコースティックエミッション１６７のより低い量はプロセス条件に依存するものではないが、プロセス条件がアコースティックエミッション１６７のより低い量の主要因となり得る。例示的なシステム３０５は、分断装置１４０及びスメルト流路１１０の近傍に配置されたアコースティックエミッションセンサー１５０’に由来する処理済みシグナル３６８を、溶解タンク１６０中にわたって配置されたアコースティックエミッションセンサー１５０に由来する処理済みシグナル３６８と比較し、アコースティックエミッション１６７のより低い量が、溶解タンク又は回収ボイラーの現在の条件の予期される結果であるか否かを決定する。アコースティックエミッション１６７のより低い量（及び生ずる処理済み波形の第３セット４４１）が溶解タンク又は回収ボイラーの現在の条件の予期される結果でなければ、アコースティックエミッション１６７の低い量は、スメルト流路の遮断を示すものであるか、あるいは、回収ボイラー１００における変動するスメルト流を示すものであり、流入前フィンガープリント３７２をさらに含む。
【００５５】
図４に見られるように、流入前フィンガープリント３７２は、プロセス条件の期待された結果でない、アコースティックエミッション１６７のより低い量を有する処理済み波形の第３セット４４１によって特徴づけられた最初の流入前フィンガープリント３７２ａと、処理済み波形の第１セット４３２を２００％より大きく超える１つ又はそれ以上の振幅ピーク４６１を有する処理済み波形の第２セット４３３によって特徴づけられた差し迫った流入前フィンガープリント３７２ｂとを含む。ある例示的なシステムにおいて、データプロセッサー３３６は、応答、例えばアラーム又はプロセス条件の変更を開始するか、又は最初の流入前フィンガープリント３７２ａの検出をすると、スメルト抑制を開始する。他の例示的なシステムにおいて、データプロセッサー３３６は、最初の流入前フィンガープリント３７２ａを検出することに応じて第１アラームを始動させる。
【００５６】
他の例示的な実施態様において、ディスプレー３３９は、処理済み波形の第１セット４３２の平均振幅によって規定された第１浮遊閾値４７９、及び処理済み波形の第２セット４３３によって規定された第２浮遊閾値４８０を表示する。流入前フィンガープリント３７２は、第１浮遊閾値４７９から第２浮遊閾値４８０までの遷移（３７２ｂ参照）をさらに含み、第２浮遊閾値４８０は、少なくとも１００％、第１持続閾値４７９を超えている。すなわち、流入前フィンガープリント３７２は、浮動閾値Ｆが１００%よりも大きい増加分を含む。
【００５７】
２０ＫＨｚを超える、溶解タンクにおけるバンギングから発生するアコースティックエミッションシグナルを任意のシグナル処理式で変換し、スメルト流入を予測することは本開示の範囲内であると考えられることが理解される。２０ＫＨｚの周波数は、人間の聴覚の上限を示す。１００ＫＨｚを超える、溶解タンクにおけるバンギングから発生するアコースティックエミッションシグナルを任意のシグナル処理式で変換し、スメルト流入を予測することは、本開示の範囲内であると考えられることがさらに理解される。
【００５８】
他の例示的な実施態様において、流入前フィンガープリント３７２は、２つ又はそれ以上の振幅ピーク４６１が、時間のセット単位内で閾値４８３を上回っている振幅減衰−流入前フィンガープリント３７２ｃを含む。閾値４８３は電圧閾値、浮遊閾値、システム検査閾値、又は使用者若しくは機器によって設定された他の閾値であり、これらの閾値に対して、流入前フィンガープリント３７２が比較される。例えば、ディスプレー３３９が１秒の分解能で出力シグナルＯを表示するとき、振幅減衰−流入前フィンガープリント３７２ｃは、１秒毎に閾値４８３を上回る２つ又はそれ以上の振幅ピーク４６１を含む。ディスプレー３３９が出力シグナルＯを１０ｍｓで表示する実施態様において、 振幅減衰−流入前フィンガープリント３７２ｃは、１０ミリ秒毎に閾値４８３を上回る２つ又はそれ以上の振幅ピーク４６１を含む。振幅ピーク４６１が閾値４８３をより長く上回ると、スメルト流入が溶解タンクを爆発させることをより引き起こしやすくする（図５Ｂの５３１参照）。
【００５９】
図２は、アコースティック波１６７（図１）がウェーブガイド２２５を振動させるアコースティックエミッションセンサー２５０を示す。アコースティックエミッションセンサー２５０は、アコースティックエミッション１６７を連続的に検出するように構成されている。アコースティックエミッションセンサー２５０は、トランスデューサー２８５に係合したウェーブガイド２２５を有する。図示された実施態様において、トランスデューサー２８５は圧電性結晶であるが、当該技術分野で知られている他のトランスデューサーが使用されることがあることを理解されたい。ウェーブガイド２２５は、トランスデューサー２８５から読み取り端２２２まで延びている長さＬ１を有する。
【００６０】
保護スリーブ２２７が、ウェーブガイドの長さＬ３の部分を、スメルト飛沫、薬液飛沫、並びに溶解タンク２６０の内部の温度及び圧力からシールドしている。ウェーブガイドのむき出しの部分Ｌ２は、溶解タンク２６５内の緑液１６５に直接晒される。運転員は、ウェーブガイド２２５を、溶解タンク２６０の壁２６２又は頂部１６４内に配置された入口スリーブ２２９に挿入する。絶縁材２２８が入口スリーブ２２９における開口をシールし、ウェーブガイド２２５を溶解タンク壁２６２及びスリーブ２２９から隔離させ、バンギング検出と無関係のバックグラウンドシグナルを最小化する。
【００６１】
図２及び図３に示すように、アコースティック波１６７はウェーブガイド２２５に接触し、ウェーブガイド２２５は振動し、アコースティック波１６７をトランスデューサー２８５に機械的に伝達する。アコースティックエミッションセンサー２５０は閾値レベルを有する。この閾値レベルは、アコースティックエミッション１６７の振幅が比較される閾値振幅である。アコースティックエミッションセンサー２５０は、閾値レベルより大きいか又は閾値レベルより小さい振幅を有するアコースティックエミッション１６７を記録するように構成されている。トランスデューサー２８５は、次に、閾値レベルを超えるアコースティックエミッション１６７を最初の電気シグナル３０７に変換する。トランスデューサー２８５及び関連する電子機器はハウジング２２０内で一般に保護されている。
【００６２】
プレアンプリファイヤー２２１は、次に、シグナル３０７を増幅する。後続のアンプリファイヤー（３１３参照）は、データプロセッサー３３６が前処理済みシグナル３１８を受け取る前に、シグナル３０７をさらに増幅することがある。典型的なアコースティックエミッションセンサー２５０は、予め取り付けられたプレアンプリファイヤー２２１を一般に有するが、本開示は、アコースティックエミッションセンサー２５０が予め取り付けられたプレアンプリファイヤー２２１を有するものと限定するものではない。プレアンプリファイヤー２２１は、一般に４０〜６０デシベル（「ｄＢ」）だけシグナル３０７を増幅する。次に、フィルター３１６、例えばハイパスフィルター、ローパスフィルター又はバンドパスフィルターは、シグナルを２０ＫＨｚを超えるプログラムされた周波数範囲にフィルターする。他の例示的な実施態様において、フィルター３１６はシグナルを１００Ｈｚ超のプログラムされた周波数範囲にフィルターする。次に、Ａ／Ｄコンバーター３２６が、アナログシグナル３０７をデジタルシグナル３１２に変換する。データプロセッサー３６６は、増幅され、フィルターされたデジタルシグナル３１１、３１７、３１２（すなわち、前処理済みシグナル３１８）を受け取り、処理又はシグナル変換法３５６を行い、処理済みシグナル３６８を発生させる。データプロセッサー３６６は、流入前フィンガープリント３７２を検出するようにさらに構成されている。アコースティックエミッションセンサー２５０は、完全なシグナル処理のための電子機器を含み、これらの電子機器にはアンプリファイヤー３１３、フィルター３１６、Ａ／Ｄコンバーター３２６、データプロセッサー３６６及びディスプレー３３９が含まれる。アコースティックエミッションセンサー２５０がすべての処理エレメントを含まない他の例示的な実施態様において、ケーブル２２３がシグナルを次のシグナルプロセッサーに伝達する。また他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサー２５０はシグナルをワイヤレスで伝達する。
【００６３】
アコースティックエミッションセンサー２５０は、ある範囲のアコースティックエミッションを検出するように構成されているが、アコースティックエミッションセンサー２５０は、典型的には共鳴周波数を有する。すなわち、アコースティックエミッションセンサー２５０は、共鳴周波数において高度に規定された電気シグナルを提供するように一般に構成されている。アコースティックエミッションセンサー２５０は、アコースティック波１６７を検出し、共鳴周波数を超えるか又は共鳴周波数より低いシグナル３０７を伝達するが、これらの非共鳴シグナルのディーテイル（detail）は、共鳴周波数において検出されたディーテイルよりも比較的に少ない。圧電センサーにおいて、圧電結晶の厚さがセンサーの共鳴周波数を規定する。ある例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサー２５０は、２０ＫＨｚを超える共鳴周波数を有し、そして望ましくは１００ＫＨｚを超える共鳴周波数を有する。
【００６４】
圧電センサーは、圧電結晶がその圧電特性を失う温度を典型的には有するのが通常である。アコースティックエミッションセンサー２５０が圧電センサーである実施態様において、溶解タンク２６０に典型的な温度で機能するように構成された圧電センサーを選択することが望ましい。
【００６５】
図３は、溶解タンク２６０におけるバンギングのパターンを検出するための例示的なアコースティックエミッションシステム３０５を示すフローチャートである。１つ又はそれ以上のアコースティックエミッションセンサー２５０が、アコースティックエミッション３６７を連続的に検出する。シグナルトランスデューサー３８５は、アコースティックエミッション３６７を電気アナログシグナル３０７に変換する。次に、プレプロセッサー３３５が、シグナル３０７を前処理する。シグナル３０７が、シグナル変換法３５６の適用に先立って前処理を受ける順序は重要ではない。プレプロセッサー３３５は、フィルター３１６、アンプリファイヤー３１３、Ａ／Ｄコンバーター３２６又はコンピューター３３８を含む。シグナル前処理は、図中リストされたすべてのプレプロセッサー３３５より少ない、１つ又はそれ以上のプレプロセッサー３３５を含むか、又はマルチプルタイプのセレクトプレ-プロセッサー３３５を含む。例えば、前処理は、アコースティックエミッションセンサー２５０において４０ｄＢ〜６０ｄＢだけシグナルを前置増幅すること及びアコースティックエミッションセンサー２５０の外部に配置されたアンプリファイヤーにおいてシグナルをさらに増幅することの両方を含むが、アコースティックエミッションセンサー２５０の内部に配置されたプレアンプリファイヤー及びアコースティックエミッションセンサー２５０の外部に配置されたアンプリファイヤーの両方が、前処理及びプレプロセッサー３３５の目的のためのアンプリファイヤー３１３であると考えられる。
【００６６】
フィルター３１６は、フィルターされたシグナル３１７を発生させる。フィルター３１６は、アナログフィルター、ハイパスフィルター、ローパスフィルター、バンドパスフィルター、デジタルフィルター又はシグナル処理において使用される他のフィルターである。フィルター３１６は、望ましくない低周波数をフィルター除去し（ハイパスフィルター）、望ましくない高周波数をフィルター除去し（ローパスフィルター）、又は望ましくない高周波数及び低周波数の両方をフィルター除去する（バンドパスフィルター）。運転員は所望のフィルター３１６を手動で選択する。本明細書において開示された例示的なシステムにおいて、運転員は１００ＫＨｚと３００ＫＨｚとの間のシグナル周波数を単離する。この範囲は、ほとんどのメカニカルノイズを免れるために十分に高いが、発生源から十分に遠いアコースティックエミッション１６７を検出するために十分に低くもある。これは、運転者がアコースティックエミッションセンサー１５０を溶解タンク壁２６２に設置するか又は溶解タンク２６０に近接して設置することを可能にする。他の例示的な実施態様において、フィルター３１６は自動的にセットされる。２０ＫＨｚより低い望ましくない周波数（例えば、突然のスメルト流入を予測するために無関係な周波数）は、このようにしてフィルター除去される。他の例示的な実施態様において、１００ＫＨｚより低い望ましくない周波数が、このようにしてフィルター除去される。
【００６７】
理論に拘束されるものではないが、ハイパスフィルターは、流体の乱流、流体の沸騰及び漏洩から生じることがある液圧ノイズ（hydraulic noise）をフィルター除去するために望ましい。ハイパスフィルターは、システムに接触しているメカニカルパーツから生じるメカニカルノイズをさらにフィルター除去する。周期的なノイズ、例えば、往復運動するか又は回転する機械からの繰り返しノイズもハイパスフィルターでフィルター除去される。ローパスフィルターは、電磁気ノイズをフィルタリング除去するために役に立つ。出願人は、メカニカルノイズの周波数が溶解タンク２６０におけるバンギングの最も高い周波数範囲からのアコースティックエミッションバーストより通常低いことを見出した。
【００６８】
アンプリファイヤー３１３は、シグナルの振幅を増幅させ、増幅されたシグナル３１１を生成する。 アンプリファイヤー３１３は、アナログアンプリファイヤー、プレアンプリファイヤー、デジタルアンプリファイヤー、又はシグナル処理において使用される他のアンプリファイヤーである。アンプリファイヤーは、シグナルトランスデューサー３８５から生成されたシグナル３０７を前置増幅する。シグナル３０７は、フィルタリング後にさらに増幅され、次いで、Ａ／Ｄコンバーター３２６が、アナログシグナルをデジタルシグナル３１２に変換する。前処理の順序を変更することは、本開示の範囲内であると考えられる。
【００６９】
プレプロセッサー３３５のいくつか又はすべては、アコースティックエミッションセンサー２５０（例えば、単一のハウジング２５１内、単一の回路基板上等）に存在することを理解されたい。他の例示的な実施態様において、プレプロセッサー３３５は、アコースティックエミッションセンサー２５０の外部の分離した装置としてシステムに存在する。
【００７０】
プレプロセッサー３３５は前処理済みシグナル３１８を生成する。データプロセッサー３６６は、前処理済みシグナルを受け取り、シグナル変換法３５６を適用し、処理済みシグナル３６８を発生させる。処理済みシグナル３６８は、データプロセッサーから出力シグナルＯとして出力される。データプロセッサー３６６は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＧＰＡ」）である。また他の例示的な実施態様において、データプロセッサー３６６は特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）である。データプロセッサー３６６は処理済みシグナル３１８を受け取り、シグナル変換法３５６として連続カウント分析（continuous counting analysis）を行う。
【００７１】
他の例示的な実施態様において、データプロセッサー３６６は、シグナル変換法３５６として高速フーリエ変換（「ＦＦＴ」） を行う。他の例示的なシステムにおいて、シグナル変換法３５６は、二乗平均平方根（「ＲＭＳ」）法、標準偏差法、歪度法、尖度法、平均法、分散法を含み、またはシグナル変換法は、ファジー理論、ニューラルネットワーク及び他のシグナル処理法を使用して、処理済みシグナル３６８を生成する。データプロセッサー３６６は、出力シグナルＯを出力する前に、流入前フィンガープリント３７２を検出するようにさらに構成されている。
【００７２】
出力シグナルＯは、次に、コンピューター３３８に送られるが、コンピューターは流入前フィンガープリント３７２を確認し、ディスプレー３３９又は他のユーザーインターフェース上に出力シグナルＯを表示するように構成されている。例として、出力シグナルＯは、連続周波数スペクトルディスプレー、長時間エンベロープとして表示されるか、又は所定の閾値を超えるシグナルの部分（例えば、処理済み波形の第１セット４３２を超える部分）を単に表示することによって表示される。
【００７３】
ある例示的な実施態様において、ディスプレー３３９は、均等目盛り（linear scale）で示され、電位で報告された、整流され、時間平均されたアコースティックエミッションシグナルである処理済みシグナルを表示する。ディスプレー３３９は、処理済みシグナルのエネルギーをさらに表示し、処理済みシグナルのエネルギーは、時間経過に対する電位平方関数の積分として評価される。シグナル強度も、ボルト-秒に比例する単位において、整流されたアコースティックエミッションシグナルのエリアとして測定され、表示される。また他の例示的な実施態様において、ディスプレー３３９は閾値を超える処理済みシグナルのみを表示する。
【００７４】
閾値は、使用者が調節可能であるか、固定であるか、又は浮遊閾値である。浮遊閾値は、ノイズ出力の関数として時間と共に変動する。浮遊閾値は、バックグラウンドノイズが高く且つ変動している条件において、バックグラウンドノイズとアコースティックエミッション事象との間を区別するために使用される。電圧閾値は、電子コンパレーター上の電圧レベルであり、このレベルより大きい振幅を有するシグナルが認識される。
【００７５】
ディスプレー３３９は、１０ミリ秒（「ｍｓ」）、１秒、６０秒、又は運転員によって選択された任意の他の時間間隔におけるカウントトレンド分解能を表示する。すべての他のトレンド（高速フーリエ変換、二乗平均平方根など）は、１秒の分解能で望ましく表示される。アコースティックエミッションセンサー１５０はアコースティックエミッション１６７を連続的に検出するので、総時間トレンドは、アコースティックエミッションセンサー１５０が機能し続ける限り、例えば何年もの間続き得る。
【００７６】
さらなる例示的な実施態様において、コンピューター３３８が流入前フィンガープリント３７２を認識するとき、コンピューター３３８が応答３５３を開始する。応答３５３は、プロセス条件を変化させること、例えば、米国特許第９，２０６，５４８号明細書に開示されたもののような、制限部材プレートでスメルト流を制限又は遮断することを含む。他の実施態様において、応答３５３は、回収ボイラー内のプロセス条件を調節することを含む。回収ボイラー内のプロセス条件を変化させることは、燃焼率、黒液流の量、エアーフローの量、エアーフロー路、黒液流路、温度、圧力、及び反応物の濃度を調節することを含む。プロセス条件を変化させることは、スメルト流入を示すスメルト流の第２の量を、活動度のベースラインレベル４４２を示すスメルト流の第１の量へ変化させることを含むが、これは、スメルト流路１１０におけるスメルト流の量を制限するか又はスメルト流路１１０におけるスメルト１１５が溶解タンク１６０に入ることを防ぐことによる。ソフトウェアは、応答３５３を開始するように構成されている。また他の実施態様において、応答３５３は、分断装置１４０を出る流体の量を増加させることを含む。また他の例示的な実施態様において、応答３５３は、１つ又はそれ以上のアラームを始動させることを含む。開示された応答３５３を、スメルト流を調節するための他の通常の方法と組み合わせることは、本開示の範囲内であると考えられる。
【００７７】
ある例示的な実施態様において、データプロセッサー３６６はコンピューター３３８内に存在する。他の例示的な実施態様において、コンピューター３３８の外部に配置されたデータプロセッサーは、例えば、シグナルを変換するためのシグナル変換法３５６を使用することによって、前処理済みシグナル３１８を処理し始め、次に、変換したシグナルを流入前フィンガープリント検出のためにコンピューター３３８に伝達する。また他の例示的な実施態様において、コンピューター３３８はプレプロセッサー３３５を含み、シグナル前処理のいくらか又はすべてを行う。また他の例示的な実施態様において、コンピューター３３８はシグナル変換法３５６を適用する。
【００７８】
図５Ａは、ディスプレー３３９上で見られ得るＦＦＴ出力シグナルＯを示す。出力シグナルＯは、溶解タンク１６０における活動度のベースラインレベル４４２（図４）を示す処理済み波形の第１セット５３２である。図示された実施態様において、前処理済みシグナル３１８は１００ＫＨｚ超にフィルターされている。これは人間の聴覚の範囲及び空気中を伝達されるオーディオ波を検出するマイクロホンの範囲を優に超えている。使用者は、閾値５８３を例えば２０にセットする。図示されたスケールにおいて、処理済み波形の第１セット５３２は、時折の、ランダムに分布した、閾値を上回るピーク５７８を有する。これらの時折の閾値超ピーク５７８´が閾値５８３を一般に上回る回数の総量は、閾値がどこにセットされるか及び特定された時間間隔に依存する。例えば、ディスプレー３３９が振幅ピーク５７８を１秒毎に表示しているとき、時折の閾値超ピーク５７８’は１分につき数回より多くは閾値５８３を上回らない。図示された実施態様において、閾値５８３は２０にセットされ、ディスプレー分解能は１秒にセットされている。一般に、時折の閾値超ピーク５７８’は、連続して３秒で閾値５８３を上回らない。処理済みシグナル３６８（図３）は２０ＫＨｚを超えるシグナルであり、バックグラウンドノイズは前処理３３５の間にフィルター除去されるので、時折の閾値超ピーク５７８’は通常のスメルトバンギングを示すか、又は溶解タンクの構造的完全性を損なわない、周期的で小規模なスメルト流入を示す。処理済み波形の第１セット５３２及び活動度のベースラインレベル４４２は、これらの時折の閾値超ピーク５７８’を含む。時折の閾値超ピークは、通常のスメルトバンギング活動を示すことが理解される。これらの時折の閾値超ピークの図示は、特定の溶解タンク環境、並びに使用者が出力Ｏを表示するために選択した量及びスケールに依存して変化する。ディスプレー３３９は浮遊閾値Ｆ（図４）をさらに表示し、これは特定の時間間隔中における出力シグナルＯの平均振幅を示す。
【００７９】
図５Ｂにおいて、ＦＦＴ出力シグナルＯは、処理済み波形の第２セット５３３に遷移する処理済み波形の第１セット５３２を含む。図示された実施態様において、前処理済みシグナル３１８は１００ＫＨｚ超にフィルターされている。処理済み波形の第２セット５３３は、特定された時間間隔にわたって閾値５８３を一貫して上回っている振幅ピークのパターン５６１を含む。例えば、図５Ｂにおいて、閾値５８３は２０にセットされ、ディスプレー３３９は1秒毎に振幅ピークを表示する。
【００８０】
流入前フィンガープリント３７２は、振幅ピークのパターン５６１を含む。さらに流入前フィンガープリント３７２は、ある時間間隔にわたって、振幅減衰−流入前フィンガープリント（図４、３７２ｃ参照）を繰り返すことによって特徴づけられる周期的な流入前フィンガープリント３７２ｄを含む。図示された実施態様において、周期的な流入前フィンガープリント３７２ｄは、少なくとも５つの振幅減衰−流入前フィンガープリントＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４及びＣ５を含む。図示された実施態様において、周期的な流入前フィンガープリント３７２ｄは約３時間の期間にわたって起こっている。しかしながら、周期的な流入前フィンガープリント３７２ｄは、少なくとも２つの振幅減衰−流入前フィンガープリント３７２ｃを含み得ることが理解される。本明細書に記載されたシステムは、任意の流入前フィンガープリント３７２を検出すると、プロセス条件を変化させることを開始する。図示された実施態様において、システムは、周期的な流入前フィンガープリント３７２ｄを検出すると、第１アラーム又はプロセス条件を変化させることを始動させ、長期の流入前フィンガープリント３７２ｅを検出すると、第２アラーム又はプロセス条件を変化させることを始動させる。
【００８１】
流入前フィンガープリント３７２は、長期の流入前フィンガープリント３７２ｅを含むことがある。長期の流入前フィンガープリント３７２ｅは、図５Ｂにおいて、時間間隔Ｅにわたって示されている。長期の流入前フィンガープリント３７２ｅは、分解能間隔にわたって複数の振幅ピーク５６１を有し、振幅崩壊−流入前フィンガープリント３７２ｃ又は周期的な流入前フィンガープリント３７２ｄを直ちに示さない。時間間隔Ｅは、特定の溶解タンク１６０の構造及び条件並びにアコースティックエミッションセンサー１５０のサンプリング周波数、データプロセッサー３６６及び出力シグナルＯの分解能に依存して変化することがあることが理解される。図示された出力シグナルＯにおいて、例えば、時間間隔Ｅは約1時間４５分にわたって起こっている。長期の流入前フィンガープリント３７２ｅがどのように図示又は表示されるかに拘らず、長期の流入前フィンガープリント３７２ｅは、スメルト流入が差し迫っているか又は現在起こっていることを示す。システム又はシステムにおけるコンピューターは、長期の流入前フィンガープリント３７２ｅを検出することに応答して、プロセス条件を直ちに変化させることを開始するか又はスメルトを抑制する。長期の流入前フィンガープリント３７２ｅを検出してもスメルト流が抑制されなければ、爆発５３１が差し迫ることがある。プロセス条件の調節又はスメルト流入の抑制をすれば、処理済み波形の第２セット５３３は、活動度のベースラインレベル４４２を示す処理済み波形の第１セット５３２に遷移して戻る。
【００８２】
流入前フィンガープリント３７２は、カウントトレンド及び高速フーリエ変換トレンドをさらに含むことがあり、このカウントトレンドは、処理済み波形の第１セット４３２を３００％より大きく上回る高速フーリエ変換トレンドにおける周波数バンドに先立つ、溶解タンク１６０における減少するバンギング強度を示す。
【００８３】
さらに、溶解タンクにおけるスメルト流入を予測する例示的な方法は、
溶解タンク内のスメルトバンギングから生じるアコースティックエミッションをアコースティックセンサーで検出すること；
アコースティックエミッションを最初の電気シグナルに変換すること；
最初の電気シグナルを増幅し、増幅されたシグナルを生成すること；
増幅されたシグナルを２０ＫＨｚより大きい、プログラムされた周波数範囲にフィルターすること；
プログラムされた周波数範囲にある第１出力シグナルを出力すること；
第１出力シグナルを２００％より大きく実質的に超えている第２出力シグナルを出力すること；
溶解タンクへのスメルト流を流入前フィンガープリントに応答して減少させること
を含み、
前記第１出力は、スメルト流入がないときの溶解タンク内の活動度のベースラインレベル４４２を示し、
前記第２出力シグナルはシグナルピークを含み、第２シグナル出力における３つ又はそれ以上のシグナルピークは、流入前フィンガープリントを含むものである。
【００８４】
例示的なシステムは、
回収ボイラーに隣接する溶解タンク；
スメルト流路に配置されたスメルト；
溶解タンクから生じるアコースティックエミッションを検出するように配向された読み取り端を有するアコースティックエミッションセンサー；
最初の電気シグナルを増幅、フィルター及びデジタル化し、２０ＫＨｚより大きい周波数を有する前処理済みシグナルを生成するように構成されたプレプロセッサー；
プレプロセッサーとシグナル連通状態にあるデータプロセッサー
を含み、
前記スメルト流路は回収ボイラー及び溶解タンクと流体連通状態にあり、
前記スメルトは、回収ボイラーからスメルト流路を通って溶解タンクへ第１の量で流れ、
前記スメルトは溶解タンクにおける液体に接触し、それによってアコースティックエミッションを発生させ、
前記アコースティックエミッションセンサーは、読み取り端とシグナル連通状態にあるトランスデューサーを有し、
該トランスデューサーは、アコースティックエミッションを最初の電気シグナルに変換するように構成されており、
前記プレプロセッサーはトランスデューサーの下流に配置されており、
前記データプロセッサーは、前処理済みシグナルを変換法で変換し、出力シグナルを生成するように構成されており、
該出力シグナルは、第１の量を代表する処理済み波形の第１セット及びスメルト流の第２の量を代表する波形の第２セットを含み、
処理済み波形の第２セットは、処理済み波形の第１セットを２００％より大きく超える振幅ピークを有し、流入前フィンガープリントを含むものである。
【００８５】
さらなる例示的なシステムは、
回収ボイラーに隣接する溶解タンク、
回収ボイラーに近接する第１端と、溶解タンクに近接する、第１端と反対の第２端とを有するスメルト流路、
溶解タンクにおいて液体と接触するスメルトから生じるアコースティックエミッションを検出するように構成された読み取り端を有するアコースティックエミッションセンサー、
最初の電気シグナルを増幅、フィルター及びデジタル化し、２０ＫＨｚより大きい周波数を有する前処理済みシグナルを生成するように構成されたプレプロセッサー、
プレプロセッサーとシグナル連通状態にあるデータプロセッサー
を含み、
前記スメルト流路はスメルトを回収ボイラーから受け入れ、スメルトを溶解タンクに運ぶように構成されており、
前記アコースティックエミッションセンサーは、読み取り端とシグナル連通状態にあるトランスデューサーを有しており、
該トランスデューサーは、アコースティックエミッションを最初の電気シグナルに変換するように構成されており、
前記プレプロセッサーは、トランスデューサーの下流に配置されており、
前記データプロセッサーは、前処理済みシグナルを変換法で変換し、出力シグナルを生成するように構成されており、
該出力シグナルは、スメルト流の第１の量を代表する処理済み波形の第１セット及びスメルト流の第２の量を代表する波形の第２セットを含み、
処理済み波形の第２セットは、処理済み波形の第１セットを２００％以上も超える振幅ピークを有し、流入前フィンガープリントを含むものである。
【００８６】
本発明は、それらの例示的な実施態様を参照して特に示され説明されたが、当業者は、外形及び細部における種々の変更が添付の特許請求の範囲によって示された発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることを理解するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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