(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラグ液面から放射される赤外光によりスラグ液面温度を計測するプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測方法において、
前記赤外光とともに炉外に導かれた可視光を含む光の光路上流側にて、遮光フードを設けて外乱光となるプラズマ光の入光を制限した後、赤外光を透過し可視光を不透過とする波長選択手段により可視光を分離し、一方可視光を分離した光路下流側にてビームスプリッタにより前記可視光を分離し前記波長選択手段を通過した光のうちの赤外光を複数の光路に分配し、
該分配した赤外光を異なる波長毎に複数の光検出素子に夫々導き、該複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出してスラグ液面温度を計測するとともに、前記遮光フードを遮光フード取り付け部下流との取り付け部で取り外し、該取付部に光路中心確認用部材を取り付けて、該部材と光路中心を一致させた後に、該光路中心確認用部材を取り外して遮光フードを再度取り付け、スラグ温度を計測することを特徴とするプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測方法。
【請求項２】
前記遮光フード先端部に光路中心確認用部材を取り付けて、該部材と光路中心を一致させた後に、該光路中心確認用部材を取り外し、スラグ温度を計測することを特徴とする請求項１記載のプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測方法。
【請求項３】
スラグ液面から放射される赤外光によりスラグ液面温度を計測するプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測方法において、
前記赤外光とともに炉外に導かれた可視光を含む光の光路上流側にて、遮光フードを設けて外乱光となるプラズマ光の入光を制限した後、赤外光を透過し可視光を不透過とする波長選択手段により可視光を分離し、一方可視光を分離した光路下流側にてビームスプリッタにより前記可視光を分離し前記波長選択手段を通過した光のうちの赤外光を複数の光路に分配し、
該分配した赤外光を異なる波長毎に複数の光検出素子に夫々導き、該複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出してスラグ液面温度を計測するとともに前記プラズマ溶融炉内の熱バランスからスラグ温度を計算し、該計算スラグ温度と前記複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出して計測したスラグ温度を比較することにより、光路の付着物の有無を検知することを特徴とするプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測方法。
【請求項４】
スラグ液面から放射される赤外光によりスラグ液面温度を計測するプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測方法において、
前記赤外光とともに炉外に導かれた可視光を含む光の光路上流側にて、遮光フードを設けて外乱光となるプラズマ光の入光を制限した後、赤外光を透過し可視光を不透過とする波長選択手段により可視光を分離し、一方可視光を分離した光路下流側にてビームスプリッタにより前記可視光を分離し前記波長選択手段を通過した光のうちの赤外光を複数の光路に分配し、
該分配した赤外光を異なる波長毎に複数の光検出素子に夫々導き、該複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出してスラグ液面温度を計測するとともに、１つの光検出素子の出力電圧からスラグ温度を算出し、該算出したスラグ温度と前記複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出して計測したスラグ温度を比較することにより、光路の付着物の有無を検知することを特徴とするプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測方法。
【請求項５】
炉内のスラグ液面から放射される赤外光によりスラグ液面温度を計測するスラグ温度計測装置において、
前記赤外光とともに可視光を含む光が導入される筐体を有し、
該筐体内には外乱光の入光を制限する遮光フードと、赤外光を透過し可視光を不透過とする波長選択手段と、が光路上流側に配置され、前記光路上に位置し前記光のうち赤外光を複数の光路に分配するビームスプリッタと、該分配された赤外光が異なる波長毎に夫々入射する複数の光検出素子と、が光路下流側に配置され、
前記複数の光検出素子の出力電圧に基づきスラグ液面温度が計測されるように構成するとともに、溶融炉内の熱バランスからスラグ温度を計算する手段と、該計算手段によって求めたスラグ温度と前記複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出して計測したスラグ温度を比較する手段と、該比較結果に基いて光路の付着物の有無を検知する検知手段と、を備えることを特徴とするプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測装置。
【請求項６】
炉内のスラグ液面から放射される赤外光によりスラグ液面温度を計測するスラグ温度計測装置において、
前記赤外光とともに可視光を含む光が導入される筐体を有し、
該筐体内には外乱光の入光を制限する遮光フードと、赤外光を透過し可視光を不透過とする波長選択手段と、が光路上流側に配置され、前記光路上に位置し前記光のうち赤外光を複数の光路に分配するビームスプリッタと、該分配された赤外光が異なる波長毎に夫々入射する複数の光検出素子と、が光路下流側に配置され、
前記複数の光検出素子の出力電圧に基づきスラグ液面温度が計測されるように構成するとともに、１つの光検出素子の出力電圧からスラグ温度を算出する手段と、該算出したスラグ温度と前記複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出して計測したスラグ温度を比較する手段と、該比較結果に基いて光路の付着物の有無を検知する検知手段と、を備えることを特徴とするプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測装置。
【請求項７】
前記波長選択手段が、赤外光を透過し可視光を不透過とする集光窓及び集光レンズからなることを特徴とする請求項１〜４何れか１記載のプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測方法。
【請求項８】
前記集光窓及び集光レンズの材質が、赤外光を透過し可視光を不透過とするＧｅ又はＳｉであることを特徴とする請求項７記載のプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測方法。
【請求項９】
前記波長選択手段、前記ビームスプリッタ、前記光検出素子を含むスラグ温度計測装置の内部の温度を、温調機能により４０℃以上且つ６０℃以下である一定の温度に調整することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のスラグ温度計測方法。
【請求項１０】
前記波長選択手段が、赤外光を透過し可視光を不透過とする集光窓及び集光レンズからなることを特徴とする請求項５又は６記載のプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測装置。
【請求項１１】
前記集光窓及び集光レンズの材質が、赤外光を透過し可視光を不透過とするＧｅ又はＳｉであることを特徴とする請求項１０記載のプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測装置。
【請求項１２】
前記光検出素子が、入射面側に波長選択手段を配したサーモパイルであることを特徴とする請求項５又は６記載のプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測装置。
【請求項１３】
前記集光窓、前記ビームスプリッタ、前記光検出素子を含むスラグ温度計測装置の内部の温度を４０℃以上且つ６０℃以下である一定の温度に調整する温度調整手段を備えることを特徴とする請求項５又は６記載のプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ溶融炉における溶融スラグ温度を計測する方法及び装置に関し、特に赤外光を用いた非接触温度計測法により誤差が小さく安定した計測を可能としたプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測方法及び該計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥や都市ごみ、産業廃棄物、及びこれらを焼却した際に発生する焼却灰は、資源化、減容化及び無害化を目的として灰溶融炉で溶融され、スラグ化して処理されている。生成されたスラグは、灰中に含まれる有害物質を封入するとともに有用な資源として回収され、地盤改良剤、路盤材、アスファルト用骨材等として再利用することができる。有害物質が溶出しない安全性の高いスラグを生成するためには、溶融炉でのスラグ溶融状態の管理が重要となり、このためスラグ液面の温度計測が行なわれている。
【０００３】
スラグ液面の温度を計測するには、液面から放射される赤外光を検出し温度を計測する放射温度計が広く用いられている。特に、溶融炉のように煤塵濃度の高い測定対象に対しては２色放射温度計が適している。これは、異なる波長を有する２種類以上の赤外光の強度比からスラグ液面温度を推定するものであり、２色放射温度計を利用した方法が特許文献１等に開示されている。
図１０に従来のスラグ温度計測装置を示す。かかるスラグ温度計測装置は、炉内に収容された溶融スラグ液面からの赤外光を、集光窓７１を介して集光レンズ７２に集光し、チョッパ７３で光路を開閉しながら任意に選択した異なる複数の波長毎に別個の焦電素子７４に導き、各焦電素子の出力電圧から得られた出力電圧値とプランクのエネルギ放射則からスラグ液面温度を計測するものである。
【０００４】
しかしながら、上記した温度計測装置には、検出電圧が不安定、早い温度変化に追随できない、光量の調整が困難である、スラグ上方のガスの影響を受ける、焦電素子に間欠的に入光せしめるチョッパの影響を受ける、異なる場所で計測すると温度が異なる、等の問題があり、安定して計測を行なうことは困難であった。
そこで、特許文献２では、２つの扇形切欠きを離間させて形成したチョッパを直列に配置して同期開閉し、複数の焦電素子に同時に入光させるようにした温度計測装置を提供している。
【０００５】
しかしながら、上記した従来の温度計測装置では、複数の焦電素子に入射する赤外光はスラグ面の夫々異なる箇所から放射したものであり、炉内に付着物等の光路を阻害する物質が存在する場合や、スラグ面に温度分布がある場合には複数の焦電素子間において同様の条件で計測を行なえないため計測誤差が生じてしまう。また、チョッパを用いた機構であるため、早い温度変化に追随できない。また、測定対象物の温度分布がある場合に焦電素子やチョッパの温度分布があると誤差となってしまう。さらに、従来は計測時にファイバー等を用いてスラグ面を視認していたが、計測箇所を正確に確認できないため、位置合わせが困難である、という問題を有していた。
そこで、特許文献３では、赤外光とともに炉外に導かれた可視光を含む光の光路上流側にて、穴部を有する可視光分離手段により可視光光路を屈折させて分離し、一方光路下流側にてビームスプリッタにより前記穴部を通過した光のうち赤外光を複数の光路に分配し、該分配した赤外光を異なる波長毎に複数の光検出素子に夫々導き、該複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出してスラグ液面温度を計測するとともに、前記分離した可視光により計測視野を視認可能としたことを特徴とする温度計測装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２４９０４９号公報
【特許文献２】特開２００３−２９４５３２号公報
【特許文献３】特開２００５−１９５４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３に開示された温度計測装置では、可視光及び赤外光の両方の光学系が必要であり、装置が複雑且つ高額であるという課題があった。また、視認により温度計測装置の位置を決定していたため、設置する人が異なると温度計測装置の位置が異なる可能性があるという課題もあった。さらに、炉立ち上げ前に温度計を設置する際は炉内が暗く視認できないため、視認用の光源も必要であり、このことも装置の高額化の原因となっていた。
従って、本発明は上記従来技術の課題に鑑み、正確な温度を安定して測定可能で、視認の必要もなく、また装置が複雑化及び高額化することのないプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測方法及び該計測装置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】
【０００８】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
スラグ液面から放射される赤外光によりスラグ液面温度を計測するプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測方法において、
前記赤外光とともに炉外に導かれた可視光を含む光の光路上流側にて、遮光フードを設けて外乱光となるプラズマ光の入光を制限した後、赤外光を透過し可視光を不透過とする波長選択手段により可視光を分離し、一方可視光を分離した光路下流側にてビームスプリッタにより前記可視光を分離し前記波長選択手段を通過した光のうちの赤外光を複数の光路に分配し、
該分配した赤外光を異なる波長毎に複数の光検出素子に夫々導き、該複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出してスラグ液面温度を計測することを第１の要旨とする。
このとき、前記波長選択手段は集光窓及び集光レンズであることが好ましく、集光窓及び集光レンズの材質はＧｅ又はＳｉであることがさらに好ましい。
このことによって、必要となる光学系は赤外光のみとなり、複雑化及び高額化することがなくなる。また、主にプラズマによる光が原因となる外乱光を遮光フードにより制限するため、正確な温度を安定して測定することができる。さらに、前記波長選択手段、前記ビームスプリッタ、前記光検出素子を含むスラグ温度計測装置内部がエネルギの強い可視光によって加熱されることを、可視光を分離することにより防止することができる。
【０００９】
そして請求項１記載の発明は、前記第１の要旨に加えて、前記遮光フードを遮光フード取り付け部下流との取り付け部で取り外し、該取付部に光路中心確認用部材を取り付けて、該部材と光路中心を一致させた後に、該光路中心確認用部材を取り外して遮光フードを再度取り付け、スラグ温度を計測することを特徴とする。また、前記遮光フード先端部に光路中心確認用部材を取り付けて、該部材と光路中心を一致させた後に、該光路中心確認用部材を取り外し、スラグ温度を計測するようにしてもよい。
このことにより、光路を正確に決めることが出来るため、スラグ液面の光を検知し、正確にスラグ温度の計測ができるようになる。
【００１０】
そして、請求項３記載の発明は、前記第１の要旨に加えて、溶融炉内の熱バランスからスラグ温度を計算し、該計算スラグ温度と前記複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出して計測したスラグ温度を比較することにより、光路の付着物の有無を検知することを特徴とする。
このことにより、運転中に前記窓や光路への付着物の有無を検知することができるようになるため、付着物が原因による誤計測を防ぐことができ、さらなるスラグ温度の正確で安定した計測ができるようになる。
さらに、前記計算スラグ温度と前記計測スラグ温度の差又は比が一定値以上となると警報を発して付着物の発生を運転員に知らせるようにすると好適である。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、前記第１の要旨に加えて、１つの光検出素子の出力電圧からスラグ温度を算出し、該算出したスラグ温度と前記複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出して計測したスラグ温度を比較することにより、光路の付着物の有無を検知することを特徴とする。
このことによっても、運転中に前記窓や光路への付着物の有無を検知することができるようになるため、付着物が原因による誤計測を防ぐことができ、さらなるスラグ温度の正確で安定した計測ができるようになる。
さらに、前記１つの光検出素子の出力電圧から算出したスラグ温度と前記複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出して計測したスラグ温度の差又は比が一定値以上となると警報を発して付着物の発生を運転員に知らせるようにすると好適である。
【００１２】
また、前記集光窓、前記ビームスプリッタ、前記光検出素子を含むスラグ温度計測装置の内部の温度を、温調機能により４０℃以上且つ６０℃以下である一定の温度に調整することを特徴とする。
例えば、光検出素子がサーモパイルである場合、サーモパイルは冷接点温度が変化すると出力が変化する。そのため、温調機能によって温度を一定に保つことにより、さらなるスラグ温度の正確で安定した計測ができるようになる。
なお、温調機能は加温のみで行うことが温調機能の簡略化のためには好ましい。また、４０℃未満ではスラグ光による加熱に影響を受け、６０℃を超えると温度計測装置の高温による故障、誤作動等の影響が懸念されるため、４０℃以上且つ６０℃以下の一定の温度に調節することが好ましく、夏場においても外気温の影響を受けない５５℃以上且つ６０℃以下とすることがさらに好ましい。
【００１３】
また、かかる発明を好適に実施する装置として、炉内のスラグ液面から放射される赤外光によりスラグ液面温度を計測するスラグ温度計測装置において、
前記赤外光とともに可視光を含む光が導入される筐体を有し、
該筐体内には外乱光の入光を制限する遮光フードと、赤外光を透過し可視光を不透過とする波長選択手段と、が光路上流側に配置され、前記光路上に位置し前記光のうち赤外光を複数の光路に分配するビームスプリッタと、該分配された赤外光が異なる波長毎に夫々入射する複数の光検出素子と、が光路下流側に配置され、
前記複数の光検出素子の出力電圧に基づきスラグ液面温度が計測されるように構成したことを第２の要旨とする。
このとき、前記波長選択手段は集光窓及び集光レンズであることが好ましく、集光窓及び集光レンズの材質はＧｅ又はＳｉであることがさらに好ましい。また、前記光検出素子は入射面側に波長選択手段を配したサーモパイルであることが好ましい。
【００１４】
請求項５記載の発明は、前記第２の要旨に加えて、溶融炉内の熱バランスからスラグ温度を計算する手段と、該計算手段によって求めたスラグ温度と前記複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出して計測したスラグ温度を比較する手段と、該比較結果に基いて光路の付着物の有無を検知する検知手段と、を備えることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、前記第２の要旨に加えて、１つの光検出素子の出力電圧からスラグ温度を算出する手段と、該算出したスラグ温度と前記複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出して計測したスラグ温度を比較する手段と、該比較結果に基いて光路の付着物の有無を検知する検知手段と、を備えることも好ましい。
【００１５】
さらに、前記集光窓、前記ビームスプリッタ、前記光検出素子を含むスラグ温度計測装置の内部の温度を４０℃以上且つ６０℃以下である一定の温度に調整する温度調整手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上記載のごとく本発明によれば、必要となる光学系は赤外光のみとなり、複雑化及び高額化することがなくなる。また、主にプラズマによる光が原因となる外乱光を遮光フードにより制限することができる。さらに、可視光を分離することによって、エネルギの強い可視光によりスラグ温度計測装置内部が加熱されることを防止することができる。
そのため、正確な温度を安定して測定可能で、視認の必要もなく、また装置が複雑化及び高額化することのないプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測方法及び該計測装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００１８】
まず、図２を参照してプラズマ溶融炉の概略を説明する。プラズマ溶融炉３０は、耐火材からなる炉壁を鉄皮で被覆した炉本体３１と、該炉本体３１の炉蓋に貫設した主電極３２と、該主電極３２に対向して炉底に配設された炉底電極３３と、を有している。かかるプラズマ溶融炉３０は、不図示の投入口より投入された焼却灰等の被溶融物を、前記主電極３２と炉底電極３３との間に直流電圧を印加して発生させたプラズマアーク３４により溶融し、溶融スラグ３５とする。溶融スラグ３５の下部には比重差によりメタル層３６が形成されている。
【００１９】
前記炉蓋の一部には炉外と通じる計測用開口３７が形成されており、集光窓３８により密閉されている。該集光窓３８は、赤外光を透過し可視光を不透過とする材質で形成され、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）又はケイ素（Ｓｉ）等を用いることができる。該集光窓３８は、スラグ上方のガスで汚れが付着するので容易に取り替え、または清掃ができる構造とすることが好ましい。また、該集光窓３８の上流には遮光フード３９を取り付ける。
該遮光フード３９及び該集光窓３８を介して炉外にはスラグ温度計測装置１０が配設されている。かかる温度計測装置１０の構成を図１に示す。図１において、スラグ温度計測装置１０は全体が筐体１１に収納されている。筐体１１の炉側端部には集光レンズ１２が配設されている。該集光レンズ１２は、前記集光窓３８と同様にＧｅ又はＳｉで形成されていることが好ましく、凸または平凸レンズとし、スラグ液面３５ａからの光を集光する。
【００２０】
前記筐体１１の光路下流側には、ビームスプリッタ１５が設けられている。該ビームスプリッタ１５は、例えばハーフミラーからなり、前記入光した光のうち赤外光を２以上の光束に分配する。本実施例では一の赤外光を透過させ、他の一の赤外光を入射光と直交する方向に反射するようにしている。前記ビームスプリッタ１５は前記例示したハーフミラーに限らず、例えば入射光を分配可能なプリズムユニット等を用いることもでき、使用する部品の形状及び数は特に限定されるものではない。
このようにして分配した赤外光の光路上には光検出素子である第１のサーモパイル１８、第２のサーモパイル１９が夫々配設されており、その光の進行方向前面には特定の波長域の赤外光のみを透過する第１のバンドパスフィルタ１６、第２のバンドパスフィルタ１７が夫々設置されている。
また、スラグ温度計測装置１０は断熱材で覆われており、内部にヒータ及びファン等の温調機能が設置され、常に４０℃以上且つ６０℃以下の一定の温度となるように温度調整されていることが好ましく、温調機能の簡略化のため夏場にも外気温の影響を受けず温調を加温のみで行うことのできる５５℃程度となるように温度調整されていることがさらに好ましい。
【００２１】
前記第１、第２のバンドパスフィルタ１６、１７は、異なる２つの波長域の赤外光のみを透過する。前記プラズマ溶融炉３０の炉内には様々なガスが存在し、これらのガスはスラグ液面３５ａから透過窓３８に達する赤外光のうち、所定の波長域を有する光を吸収して透過しない。従って、これらのガスが吸収しない波長域の赤外光を使用することが好ましい。赤外光を吸収するガスの種類は、水蒸気（H2O）、メタン（CH4）、一酸化炭素（CO）、二酸化炭素（CO2）等が挙げられ、図９に示した赤外光吸収帯の赤外光を吸収する。
従って、前記第１、第２のバンドパスフィルタ１６、１７で選択する波長域はこれらの吸収帯を回避するような異なる２の波長域とし、好適には８〜１４μｍとするとともに、前記複数の光検出素子に入射する赤外光の波長域のうち一の波長域を約７〜１１μｍ未満の範囲内とし、他の波長域を約１１〜１４μｍ未満の範囲内に設定されているのが良い。さらに好ましくは、図８に示すように、前記第１のバンドパスフィルタ１６で通過させる第１波長域を約８．０〜８．３μｍとし、前記第２のバンドパスフィルタ１７で通過させる第２波長域を約１１．０〜１２．５μｍに設定すると良い。
【００２２】
本実施例で使用する第１、第２のサーモパイル１８、１９は、複数の熱電対を直列に繋いだ構造となっており、受光面が温接点で、該温接点と熱絶縁を介して冷接点があり、温接点と冷接点の温度差に基づいた起電力を取り出す。即ち、前記バンドパスフィルタで選択された波長の赤外放射エネルギを電圧として計測することができる。尚、本実施例では光検出素子はサーモパイルに限らず、赤外光を利用して熱放射エネルギを検出して２色放射温度計測を行なうことが可能で、かつチョッパを必要としない非接触型温度検出センサであれば何れでも良い。
前記第１、第２のサーモパイル１８、１９は信号処理装置２０に接続されている。該信号処理装置２０は、信号増幅部、演算部等を具備している。前記各サーモパイルにて検出された電圧信号は信号処理装置２０に送信され、必要に応じて所定増幅率で増幅し、得られた２の電圧信号の出力比からスラグ温度を演算し、筐体１１の外部に設けられた２５に信号を送信する。
【００２３】
前記第１、第２のサーモパイル１８、１９は、前記冷接点の温度が変化すると出力が変化するため、前記のように温調機能によって、常に４０℃以上且つ６０℃以下の一定の温度となるように温度調整されていることが好ましく、５５℃程度となるように温度調整されていることがさらに好ましい。また、特に冷接点の温度を安定化するためには、図７に示したようにサーモパイルの足２１部分に絶縁型熱伝導接着剤２２を充填して保温することが特に有効である。
【００２４】
前記制御装置２５では、受信したスラグ温度信号を表示したり、該スラグ温度信号に基づき前記プラズマ溶融炉３０の電源供給量、被溶融物投入量、スラグ出滓量等を制御するようにしてもよい。
ここで、本実施例の信号処理装置２０における演算処理につき簡単に説明する。かかる演算は、プランクのエネルギ放射則において２つの波長域のエネルギ強度が温度ごとに一定であることを利用し、選択した２つの波長のエネルギ比から温度を推定するものである。
プランクのエネルギ放射則から放射エネルギの強度比を求めると、スラグ液面３５ａの単位面積から放射される単位波長当りの放射エネルギは次式のようになる。
【数１】
0004662360.tif 000002
ここで、ε・τは放射率×透過率、ｈはプランクの定数、ｋはボルツマン定数、Ｃは光速度、νは光の周波数である。ε・τ＝１とした場合の（Ｅλ／Ｃ）は図８のグラフのようになる。
【００２５】
前記図８の分布に基づき、前記第１波長域と第２波長域から夫々選択された２点（Ｅλ1／Ｅλ2）を第１のバンドパスフィルタ１６及び第２のバンドパスフィルタ１７にて設定する。
前記第１、第２のサーモパイル１８、１９は同じ受光面積を有するように設定するため、これらのサーモパイル１８、１９の出力電圧の比（ＥV1／ＥV2）は前記第１波長域のエネルギと第２波長域のエネルギに比例し、この出力電圧の比とプランクのエネルギ放射則からスラグ温度を算出する。このとき、スラグ面３５ａからの放射エネルギの煤塵による減衰、サーモパイルに入射する放射エネルギ、サーモパイルの出力電圧等を考慮に入れて演算を行なうことが好ましい。
このように、複数の波長のエネルギ比を用いることで、炉内の煤塵の影響で強度が低下したり、視野欠けが生じても計測が可能となる。理論的には上記のように算出できるが、様々の誤差要因が考えられるため電気炉を用いた実験を行い、各素子の電圧比と温度の関係を求めることが実用的である。
【００２６】
かかる実施例における作用を説明すると、まずプラズマ溶融炉３０内に収容されるスラグ３５のスラグ面３５ａから放射される赤外光を含む光（放射エネルギ）は、遮光フード３９にて外乱光の入光を制限した後、集光窓３８を介して集光レンズ１２に入射し、該集光レンズ１２にて集光された後に、ビームスプリッタ１５に導かれる。
遮光フード３９を設置することにより、外乱光となるプラズマ光の入光を制限することができる。図３（Ａ）に遮光フードを仮に設けなかった場合の外乱光の様子を、図３（Ｂ）に遮光フードを設けた場合の外乱光の様子を示した。図３（Ａ）に示したように、遮光フード３９を設けない場合、外乱光４０がビームスプリッタ１５に到達するが、図３（Ｂ）に示したように遮光フード３９を設けた場合は外乱光のビームスプリッタ１５への到達を制限することができる。
該ビームスプリッタ１５では、到達した光のうち赤外光の一部を透過し、他の一部を直交方向に反射して分配する。このように２の光路に分配された赤外光は、第１、第２のバンドパスフィルタ１６、１７を経て波長を選択され、夫々サーモパイル１８、１９に入射する。
前記サーモパイル１８、１９に入射した赤外光は、その熱放射エネルギを電圧に変換されてこの出力電圧信号が信号処理装置２０に送信される。該信号処理装置２０では、前記出力電圧の比から上記した演算によりスラグ面温度が算出される。
【００２７】
本実施例によれば、ビームスプリッタ１５を用いることにより１つの光軸を分離しているため、対象物の温度分布や付着物による測定誤差が殆ど生じない。さらに、焦電素子を用いない構成であるため、チョッピングモータの変動により不安定となることがなく、測定の安定性が向上し、またサーモパイルそのものの応答時間で計測が可能となり、早い温度変化に追随できる。さらに遮光フードを設けることにより、外乱光の入光を制限することができるため、外乱光による測定誤差の発生を抑え、測定精度を高めることができる。
【実施例２】
【００２８】
実施例１の構成のスラグ温度計測を行う前に、前記遮光フードを遮光フード取り付け部下流との取り付け部で取り外し、該取付部に光路中心確認用部材である位置決めパイプ５０を取り付けて、該部材と光路中心を一致させた後に、該光路中心確認用部材を取り外して遮光フードを再度取り付けるようにした。また、遮光フードを取り外さず、遮光フード先端に位置決めパイプ５０を取り付けられる構成としてもよい。
なお、位置決めパイプ５０が加熱されないように、溶融炉１０の外面の水冷ジャケット５４までの長さとすることが好適である。
図４に光路中心確認用部材の取り付けの様子の図を示した。通常、プラズマ溶融炉３０から炉外へ通じる計測用開口３７へ固定板５３を取り付け、さらに固定板５３へスラグ温度計測装置１０が取り付けられている。遮光フード３９はスラグ温度計測装置１０の取付部５１へ直接取り付けられている。計測用開口３７と固定板５３の取り付け、固定板５３とスラグ温度計測装置１０の取り付けは、取り付け取り外しが簡単にできる方法であれば何でもよいが、ボルト締めが好ましい。
【００２９】
まず、固定板５３から温度計測装置１０を取り外した後、スラグ温度計測装置１０（取付部５１）から遮光フード３９を取り外し、遮光フード取付部５１へ位置決めパイプ５０を取り付ける。位置決めパイプ５０を取り付けたスラグ温度計測装置１０を、位置決めパイプ５０の位置が光路中心と一致する位置に調整した後、再度固定板５３へ温度計測装置１０を取り付け固定する。このことで、位置決めパイプ５０によって、スラグ温度計測装置１０を光路中心に合わせることができる。
さらに、温度計測装置１０が取り付けられたままの状態で固定板５３を計測用開口３７から取り外す。その後、位置決めパイプ５０をスラグ温度計測装置１０から取り外して、遮光フード３９を取り付けた後、再度計測用開口３７へ固定板５３を取り付ける。このことにより、光路を正確に決めることが出来るようになり、さらに正確にスラグ温度の計測ができるようになる。
【実施例３】
【００３０】
実施例１に加えて、溶融炉内の熱バランスからスラグ温度を計算し、該計算スラグ温度と前記複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出して計測したスラグ温度を比較することができるようにした。
計算スラグ温度ＴＳは下記の式を用いて求めることができる。
Ｑｐ＝Ｃｐ×Ｔｓ×ｍ＋Ｑｒ
ここで、Ｑｐは溶融炉の電力、Ｃｐは被溶融物の比熱、ｍは被溶融物の処理量、Ｑｒは炉体放熱量である。
図５に溶融炉内の熱バランスから計算したスラグ温度と、該計算スラグ温度と前記複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出して計測したスラグ温度を比較したグラフを示した。縦左軸は温度（℃）、縦右軸は被溶融物である灰の処理量（ｔ／ｈ）、横軸は日時を参考的に示した。図５の両者の温度が異なる領域６０においては付着物があると判断することができる。さらに、前記計算スラグ温度と前記計測スラグ温度の差又は比が一定値以上となると警報を発して付着物の発生を運転員に知らせるようにすると好適である。
このことにより、運転中に前記窓や光路への付着物の有無を検知することができるようになるため、付着物が原因による誤計測を防ぐことができ、さらなるスラグ温度の正確で安定した計測ができるようになる。
【実施例４】
【００３１】
実施例１に加えて、１つの光検出素子の出力電圧からスラグ温度を算出し、該算出したスラグ温度と前記複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出して計測したスラグ温度と比較できるようにした。
図６に１つの光検出素子の出力電圧から算出したスラグ温度と、複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出して計測したスラグ温度を比較したグラフを示した。縦左軸は温度（℃）、縦右軸は被溶融物である灰の処理量（ｔ／ｈ）、横軸は日時を参考的に示した。図５の両者の温度が異なる領域６１においては付着物があると判断することができる。さらに、前記計算スラグ温度と前記計測スラグ温度の差又は比が一定値以上となると警報を発して付着物の発生を運転員に知らせるようにすると好適である。
このことにより、運転中に前記窓や光路への付着物の有無を検知することができるようになるため、付着物が原因による誤計測を防ぐことができ、さらなるスラグ温度の正確で安定した計測ができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、正確な温度を安定して測定可能で、視認の必要もなく、また装置が複雑化及び高額化することのないプラズマ溶融炉におけるスラグ温度計測方法及び該計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例に係るスラグ温度計測装置を配設した溶融炉を示す断面図である。
【図２】図１のスラグ温度計測装置の構成図である。
【図３】図３（Ａ）は遮光フードを仮に設けなかった場合の外乱光の様子を、図３（Ｂ）は遮光フードを設けた場合の外乱光の様子である。
【図４】光路中心確認用部材の取り付けの様子の図である。
【図５】溶融炉内の熱バランス計算したスラグ温度と、複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出して計測したスラグ温度を比較したグラフである。
【図６】１つの光検出素子の出力電圧から算出したスラグ温度と、複数の光検出素子の出力電圧からエネルギ比を算出して計測したスラグ温度を比較したグラフである。
【図７】サーモパイルの足２１部分に絶縁型熱伝導接着剤を充填して保温した図である。
【図８】各温度帯における放射エネルギの強度と波長の関係を示すグラフである。
【図９】各種ガスの放射エネルギ吸収帯を示すグラフである。
【図１０】従来のスラグ温度計測装置を配設した溶融炉を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０    スラグ温度計測装置
１２    集光レンズ
１５    ビームスプリッタ
１６    第１のバンドパスフィルタ
１７    第２のバンドパスフィルタ
１８    第１のサーモパイル
１９    第２のサーモパイル
２０    信号処理装置
２５    制御装置
３５    溶融スラグ
３５ａ  スラグ液面
３８    集光窓
３９    遮光フード
５０    位置決めパイプ（光路中心確認用部材）
【図１】
0004662360.tif 000003
【図２】
0004662360.tif 000004
【図３】
0004662360.tif 000005
【図４】
0004662360.tif 000006
【図５】
0004662360.tif 000007
【図６】
0004662360.tif 000008
【図７】
0004662360.tif 000009
【図８】
0004662360.tif 000010
【図９】
0004662360.tif 000011
【図１０】
0004662360.tif 000012