(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液中に含まれる堆積物の量を超音波を利用して監視する装置であって、
液中に超音波を送信し、液中で生じた反射波を受信する超音波センサを含む送受信手段と、
この送受信手段が受信した反射波に含まれる所定値以上の振幅を時間軸上の所定の範囲にわたって加算する加算手段と、
この加算手段が得た加算値の大小に基づき堆積物の量を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記判定手段の判定結果を表示する表示手段を更に備えたことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記判定手段の判定結果が所定値を越えたときに警報を発生する警報発生手段を更に備えたことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記超音波センサは、前記液を収容する液槽の周辺部に設置されることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記超音波センサは、前記液槽の中央部分に向けて超音波を斜めに送受信することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項４または５のいずれかにおいて、
前記超音波センサは、前記液槽のほぼ全体を見込む指向角を有することを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかにおいて、
前記超音波センサは、前記液槽の中央部分を挟んで設置されることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記液槽は、火力発電所の煙突の下方に設置される冷却水槽であり、前記堆積物はこの煙突の上方からこの冷却水槽内に落下するナフサを主体とする化合物であることを特徴とする装置。
【請求項９】
液中に含まれる堆積物の量を超音波を利用して監視する方法であって
液中に超音波を送信し、液中で生じた反射波を受信する超音波センサを含む送受信する処理と、
この送受信する処理が受信した反射波に含まれる所定値以上の振幅を時間軸上の所定の範囲にわたって加算する処理と、
この加算する処理が得た加算値の大小に基づき堆積物の量を判定する処理とを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電所の冷却水槽内などの堆積物の量を超音波を利用して監視する液中堆積物の量を監視する装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
重油を燃焼させる火力発電所では、煙突の内部下方に冷却水槽を設置し、この冷却水槽から蒸発させた水蒸気を煙道の内部上方に供給することによって、煙突内壁の加熱を防止している。排煙に含まれるナフサ等の化学物質が煙道の下方に設置された冷却水槽内に落下して底に堆積してゆく。このナフサは煙突内部では高温になっているので、これが冷却水中に落下すると冷却水の温度を上昇させる。この冷却水槽内の冷却水の温度を均一に保つために、冷却水の攪拌が行われる。
【０００３】
冷却水槽の典型的な寸法は、10メートル×２メートル、深さ1.5 メートルほどである。冷却水槽の水位は一定に保持されているため、ナフサの堆積量が増加して槽内の冷却水量が減少してくると、煙道から落下してくるナフサが運ぶ熱量によって槽内の水温が急上昇しはじめる。この水温の急上昇に伴い煙突の内壁面が過熱して危険な状態になると、煙突の熱的破損を回避するため、火力発電システム全体の運転停止という重大事態に到る。
【０００４】
従来、火力発電システム全体の停止という重大事態を防止するため、作業員が冷却水槽内のナフサの堆積層を監視し、これが厚くなると熊手で掻き取っている。煙に含まれるナフサの量は、燃料とする重油などの種類に依存する一方、燃焼させる重油の種類も頻繁に変更される。この結果、冷却水槽内へのナフサの堆積の速さが変動し、掻き取りを周期的に行っていたのでは不測の事態に対処できなくなるおそれがある。すなわち、堆積層の厚みの連続的な監視が必要になり、その自動化が望まれている。
【０００５】
従来、下水処理システムや浄水システムなどの沈殿池などの底に堆積する汚泥の量の分布を超音波センサを用いて自動的に計測するシステムが知られている( 特許文献１，２，３）。これらの計測システムでは、タンクや、導水路や、沈殿池の底の既知の深さから、実測した堆積層の表面までの深さを引き算することにより、堆積層の厚みが自動的に計測される。
【特許文献１】特開平９−１９２４１１号公報
【特許文献２】特開平９−１９２４１２号公報
【特許文献３】特開２００１−１４１４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記下水処理システムなどの土砂の堆積層の厚みの計測に関する技術を、上述の火力発電所の冷却水槽内に形成されるナフサなどの化学物質の堆積層の厚みの計測に適用しようとすると、次のような問題が生ずる。まず、ナフサは形状が概ね針状で不規則なため散乱成分が増加し、その反射率は下水処理システムの沈殿池に堆積する土砂などに比べると極端に小さい。このため、ＳＮを確保するために大電力の超音波を送信する必要がある。
【０００７】
また、ナフサの反射率が小さいため、放射された超音波のかなりの部分が堆積層の表面を通過して内部に浸透し、この内部で生じた反射波が受信される。このため、超音波の放射から反射波の受信までの経過時間によって決定される堆積層の表面の位置がぼやけてしまい、堆積層の厚みを正確に検出することが困難になる。
【０００８】
さらに、冷却水槽内の水温を均一化するために冷却水の攪拌が行われるので、堆積されたナフサが冷却水中に舞い上がって浮遊し、堆積層の表面の位置が変動する。この結果、堆積層の表面の位置が一層ぼやけるという問題がある。また、浮遊中のナフサからの反射波によって堆積層まで到達する超音波のレベルが低下し、一層の大出力化が必要になるという問題がある。
【０００９】
さらに、厚みの分布の測定精度を向上させるには、超音波を鉛直下方に放射する必要がある。しかしながら、冷却水槽の中央部分では上から高温のナフサが落下してくるため、超音波センサの保持機構やケーブルなどを熱的に保護する機構が付加する必要が生じ、コスト高になるという問題もある。
【００１０】
従って、本発明の一つの目的は、超音波の大出力化を必要としない液中堆積物の量を監視する装置を提供することにある。本発明の他の目的は、堆積槽の表面の深度を高精度で測定する必要のない液中堆積物の量を監視する装置を提供することにある。本発明の更に他の目的は、監視作業の能率の向上や自動化に適した液中堆積物の量を監視する装置を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、超音波センサを冷却水槽の中央に設置する必要のない液中堆積物の量を監視する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記従来技術の課題を解決する本発明に係わる液中堆積物の量を監視する装置は、火力発電所の冷却水槽中に堆積されるナフサなど、液中に含まれる堆積物の量を超音波を利用して監視する。そして、この液中堆積物の量を監視する装置は、液中に超音波を送信し、液中で生じた反射波を受信する超音波センサを含む送受信手段と、この送受信手段が受信した反射波に含まれる所定値以上の振幅を時間軸上の所定の範囲にわたって加算する加算手段と、この加算手段が得た加算値の大小に基づき堆積物の量を判定する判定手段とを備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係わる液中堆積物の量を監視する装置によれば、土砂などの堆積層の厚みを計測するのではなく、液中からの反射波の総量を堆積の進行状況を示す指標として検出する構成であるから、超音波の出力レベルを過大にすることなく、また、堆積層の表面の検出精度を気にすることなく、堆積の進行状況を監視できるという効果が奏される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一つの好適な実施の形態によれば、判定手段の判定結果を表示する表示手段を更に備えることにより、監視作業の能率を一層高めることができる。
【００１４】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、判定手段の判定結果が所定値を越えたときに警報を発生する警報発生手段を更に備えることにより、監視作業の自動化を図ることができる。
【００１５】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、超音波センサが液槽の周辺部に設置し、液槽の中央部分に向けて超音波を斜めに送受信することにより、高温のナフサなどから超音波センサを保護する熱的保護機構を簡易・低コスト化することができる。
【００１６】
前記超音波センサが液槽のほぼ全体を見込む指向角を有することにより、設置個数の節減や走査機構の省略による低コスト化を実現できる。
【実施例】
【００１７】
図２は、本発明の一実施例に係わる水中堆積物の量を監視する装置の構成を示す機能ブロック図である。この水中堆積物の量を監視する装置は、送受波器１、送信部２，受信部３、制御部４、Ａ／Ｄ変換部５、メモリ部６、比較・加算・判定部７、設定部８、表示部９、警報発生部１０を備えている。
【００１８】
図１は、図２の監視する装置の監視対象となる冷却水槽と、送受波器１とを示す概念図である。この冷却水槽Ｐは、火力発電所の煙突内部の下方に設置されており、その寸法は、１０メートル×２メートル、深さ１．５メートルである。この冷却水槽Ｐの上方に存在する煙道から高温のナフサを主体とする化合物が落下し、冷却水槽Ｐの底部に堆積物の堆積層Ｑを形成する。冷却水槽内の水位は図示しない液面計や給水装置などによって一定に保持されている。冷却水槽Ｐには攪拌装置（図示せず）が取付けられており、冷却水の水温を均一化するために槽内の攪拌が行われる。
【００１９】
冷却水槽Ｐの短辺側の周辺部分には、超音波の送受波器１が中央部分の下方に向けて取付けられている。この超音波の送受波器１は、図示の取付け状態において冷却水槽Ｐの短辺のほぼ全域をカバー可能な広い指向角を有している。この送受波器１は、冷却水槽Ｐの長辺の中央部分に１個だけ取付けられている。
【００２０】
図２の機能ブロック図を参照すると、制御部４は送信部２にトリガパルスを供給することにより、送信部２に送信動作を開始させる。このトリガパルスは比較・加算・判定部７にも供給され、その動作を開始させる。動作を開始した送信部２から送受波器１に電気信号の送信パルスが供給され、送受波器１から冷却水中に超音波パルスが放射される。冷却水で発生した反射波は、受信部３に受信される。
【００２１】
図３は、上記受信部３に受信された反射波の典型的な一例を示す波形図である。送信直後に送信パルスの回り込みによる大振幅の受信信号Ｔが出現する。続いて、水中を浮遊中の堆積物Ｑ1 ，Ｑ2 で生じた反射波ｑ1 ，ｑ2 と、堆積層Ｑで生じた反射波ｑが出現し、最後に冷却水槽Ｐの底面で生じた比較的大振幅の反射波Ｒが出現する。
【００２２】
この受信反射波は、Ａ／Ｄ変換部５においてディジタル信号に変換されて比較・加算・判定部７に供給される。比較・加算・判定部７は、Ａ／Ｄ変換部５から供給されたディジタル受信反射波の振幅を、メモリ部６に記憶されている閾値Ｌthと比較し、Lth 以上の振幅については加算を継続する。この加算は、図３の波形図に示す時点ｔ1 からｔ2 にわたって行われる。加算の開始時点ｔ1 は、送信パルスの回り込みによる大振幅の受信信号Ｔが消滅した直後の時点であり、加算の終了時点ｔ2 は冷却水槽Ｐの底面で生じた比較的大振幅の反射波Ｒが出現する直前の時点である。加算の開始と終了の時点ｔ1 ，ｔ2 はメモリ部６に記憶されている。
【００２３】
比較・加算・判定部７は、時点ｔ1 からｔ2 までの比較・加算が終了すると、この新たな加算値によって表示部９に表示中の加算値を更新する。さらに、比較・加算・判定部７は、新たな加算値をメモリ６に記憶されている判定閾値Ｄｔｈと比較し、判定閾値未満であれば、処理を終了する。比較・加算・判定部７は、新たな加算値が判定閾値Ｄth以上であれば、堆積層３の掻き取りが必要と判定し、警報発生部１０を起動する。起動された警報発生部１０は、内蔵のブザーを鳴らしたり、あるいは図示しない通信路を介して遠隔の作業員に通知する。上記判定のための各パラメータＬth, Ｄth, ｔ1 , ｔ2 は、設定部８からメモリ部６に書き込まれる。
【００２４】
図３の波形図中のｑ1 とｑ2 に例示するうように、攪拌によって冷却水中に浮遊中のナフサの量も判定基準の加算値に繰り入れられる。堆積層の表面の水深を検出する従来方法では、波形図中のｑ1 とｑ2 は、不要成分として廃棄されるため、この廃棄される損失分を補うために、超音波の一層の大出力化が必要になる。また、この廃棄される不要成分は雑音として作用するため、必要な信号のＳＮを高めるために、超音波のさらに一層の大出力化が必要となる。
【００２５】
さらに、堆積層の厚みの空間的分布を測定する従来装置と異なり、堆積層に対して真上から超音波を放射する必要がなくなり、設置の機構が簡易になる。これは、大型の導水路や沈殿層などとは異なり、たかだか１０メートル程度の大きさの冷却水層であり、しかも液が汚濁していないので、空間分布によって厚い層の箇所を特定しなくとも、これを作業者が目視で知ることができる。
【００２６】
以上、一回の加算値が判定閾値Ｄthを越えた場合に、警報を発生する構成を例示した。しかしながら、この加算値が判定閾値Ｄthを越える状態が所定回数連続して発生した場合に警報を発生する構成とすることもできる。
【００２７】
また、超音波センサが送受共用の場合を例示した。しかしながら、送信専用と受信専用の超音波センサを使用することもできる。この場合、両者を冷却水槽を跨いで左右に離した設置することもできる。
【００２８】
また、超音波の送受波器１を冷却水槽Ｐの長辺の中間部分に１個だけ設置する構成を例示した。しかしながら、これを長辺に周辺部に沿って複数個設置したり、長辺方向に走査し、それぞれの受信反射波について上述の比較・加算・判定を行ったり、各センサの受信反射波を合成したものに対して共通の比較・加算・判定部において比較・加算・判定を行う構成とすることができる。
【００２９】
さらに、堆積物がナフサの場合を例示した。しかしながら、ヘドロのような低密度で反射率が小さな堆積物に対しても本発明を適用することができる。また、液として水の場合を例示した。しかしながら、燃料や化学薬品など水以外の適宜な液体中の堆積物に対して本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明が適用される冷却水槽内の堆積物の状況（量）を示す概念図である。
【図２】本発明の一実施例に係わる液中堆積物の量を監視する装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図１に示した冷却水槽内の堆積物から生じる反射波の例を示す波形図である。
【符号の説明】
【００３１】
１        送受波器
２        送信部
３        受信部
４        制御部
５        Ａ／Ｄ変換部
６        メモリ部
７        比較・加算・判定部
８        設定部
９        表示部
10        警報発生部
Ｐ        冷却水槽
Ｑ        堆積物の堆積層
Ｑ1 ，Ｑ2 浮遊中の堆積物
【図１】
0004836630.tif 000002
【図２】
0004836630.tif 000003
【図３】
0004836630.tif 000004