(57)【要約】【課題】放射エネルギーを計測する際に、輝炎のゆらぎ、ちり等の異物により生じる計測誤差を除去し得る放射エネルギーの計測装置を提供する。【解決手段】被燃焼物の燃焼表面から放出される放射エネルギー量を、所定間隔でもって計測し得る二次元センサ部11と、この二次元センサ部により検出された計測データを、所定の計測周期分だけ記憶するデータ記憶部13と、このデータ記憶部で記憶された計測データを入力するとともに、この計測データを時系列データとして取り出すとともにこの時系列データにＦＦＴ処理を施して周波数領域に変換するＦＦＴ処理部14と、このＦＦＴ処理部で得られた周波数領域から、輝炎の存在およびちり等の異物の存在により影響を受ける例えば１Ｈｚ以上の周波数成分を除去する異物等影響除去部15と、この異物等影響除去部で得られた残りの周波数信号を時間領域に戻すための逆ＦＦＴ処理を施す逆ＦＦＴ処理部16とを具備したもの。【選択図】      図２
2007078431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被燃焼物の燃焼表面から放出される放射エネルギー量を、センサにより所定間隔でもって計測する計測ステップと、
この計測ステップで計測された計測データを、所定の計測周期分だけ記憶するデータ記憶ステップと、
このデータ記憶ステップで記憶された計測データを上記計測周期分入力するとともに、この計測周期分に係る計測データから、周波数で弁別することにより、輝炎の存在およびちり等の異物の存在に起因して発生する異物等の影響を除去する異物等影響除去ステップと
を具備したことを特徴とする被燃焼物における放射エネルギーの計測方法。
【請求項２】
被燃焼物の燃焼表面から放出される放射エネルギー量を、センサにより所定間隔でもって計測する計測ステップと、
この計測ステップで計測された計測データを、所定の計測周期分だけ記憶するデータ記憶ステップと、
このデータ記憶ステップで記憶された計測データを上記計測周期分入力して時系列データを得るとともにこの時系列データにＦＦＴ処理を施して時間領域から周波数領域に変換するＦＦＴステップと、
このＦＦＴステップで変換された周波数領域での計測データから輝炎の存在およびちり等の異物の存在に起因して発生する周波数成分を除去する異物等影響除去ステップと、
この異物等響除去ステップで異物等の影響が除去された周波数領域における計測データに、逆ＦＦＴ処理を施して周波数領域から時間領域に戻すための逆ＦＦＴステップと
を具備したことを特徴とする被燃焼物における放射エネルギーの計測方法。
【請求項３】
除去する周波数成分を１Ｈｚ以上とすることを特徴とする請求項２に記載の被燃焼物における放射エネルギーの計測方法。
【請求項４】
被燃焼物の燃焼表面から放出される放射エネルギー量を、所定間隔でもって計測し得るセンサ部と、
このセンサ部により計測された計測データを、所定の計測周期分だけ記憶するデータ記憶部と、
このデータ記憶部で記憶された計測データを入力するとともに、この計測周期分に係る計測データから、周波数で弁別することにより、輝炎の存在およびちり等の異物の存在に起因して発生する異物等の影響を除去する異物等影響除去手段と
を具備したことを特徴とする被燃焼物における放射エネルギーの計測装置。
【請求項５】
被燃焼物の燃焼表面から放出される放射エネルギー量を、所定間隔でもって計測し得るセンサ部と、
このセンサ部により計測された計測データを、所定の計測周期分だけ記憶するデータ記憶部と、
このデータ記憶部に記憶された計測データを入力するとともに、この計測データを時系列データとして取り出し、この時系列データにＦＦＴ処理を施して時間領域から周波数領域に変換するＦＦＴ処理部と、
このＦＦＴ処理部で得られた周波数領域から、輝炎の存在およびちり等の異物の存在により影響を受ける周波数成分を除去する異物等影響除去部と、
この異物等影響除去部で得られた残りの周波数信号に逆ＦＦＴ処理を施して周波数領域から時間領域に戻すための逆ＦＦＴ処理部と
を具備したことを特徴とする被燃焼物における放射エネルギーの計測装置。
【請求項６】
除去する周波数成分を１Ｈｚ以上とすることを特徴とする請求項５に記載の被燃焼物における放射エネルギーの計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被燃焼物が燃焼する際の放射エネルギーの計測方法および計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被燃焼物の燃焼を行う設備、例えば廃棄物の焼却炉などにおいては、適切な燃焼を行わせるために、現在の燃焼状態をできるだけ正確に把握することが好ましい。
ところで、燃焼状態を把握するための技術としては、廃棄物が燃焼している表面から放出される放射エネルギーを、例えば赤外線カメラを用いて計測することにより、その表面温度を検出するものがある。
【０００３】
しかし、この計測方法によると、その計測値が赤外線カメラと燃焼床の間にある火炎、すなわち輝炎により正確に計測することができないという問題がある。
このような問題を解消するものとして、既に、輝炎の影響を除くようにした放射エネルギーの計測方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この計測方法においては、被燃焼物の表面から放出される放射エネルギー量を所定の検出周期でもって連続的に検出するとともに、当該検出値と前回の検出値とを比較してそのエネルギー量が小さい方を選択することにより、言い換えれば、計測周期内での最小値を計測値とすることにより、被燃焼物の表面に立ち上がる輝炎の影響を除去するようにしたものである。
【特許文献１】特開２００５−４９４２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示された計測方法によると、小さい方の計測値を選択することにより、確かに、輝炎については除去することができる。
しかし、ストーカ炉などにおいては、供給されたごみには、ちり、煤など（以下、ちり等という）の小さく且つ軽い成分が混入しており、火格子の下方から供給される燃焼用空気により舞い上がり、また火格子の各燃焼段間には段差が設けられており、この部分でごみが落下した際には、ちり等が舞い上がり放射エネルギーが遮られるため、計測値が低くなってしまい、正確な計測データが得られないという問題があった。
【０００６】
そこで、上記課題を解決するため、本発明は、放射エネルギーを計測する際に、ちり等の異物により生じる計測誤差を除去し得る放射エネルギーの計測方法および放射エネルギーの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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る被燃焼物における放射エネルギーの計測方法は、被燃焼物の燃焼表面から放出される放射エネルギー量を、センサにより所定間隔でもって計測する計測ステップと、この計測ステップで計測された計測データを、所定の計測周期分だけ記憶するデータ記憶ステップと、このデータ記憶ステップで記憶された計測データを上記計測周期分入力するとともに、この計測周期分に係る計測データから、周波数で弁別することにより、輝炎の存在およびちり等の異物の存在に起因して発生する異物等の影響を除去する異物等影響除去ステップとを具備した方法である。
【０００８】
また、請求項２に係る被燃焼物における放射エネルギーの計測方法は、被燃焼物の燃焼表面から放出される放射エネルギー量を、センサにより所定間隔でもって計測する計測ステップと、この計測ステップで計測された計測データを、所定の計測周期分だけ記憶するデータ記憶ステップと、このデータ記憶ステップで記憶された計測データを上記計測周期分入力して時系列データを得るとともにこの時系列データにＦＦＴ処理を施して時間領域から周波数領域に変換するＦＦＴステップと、このＦＦＴステップで変換された周波数領域での計測データから輝炎の存在およびちり等の異物の存在に起因して発生する周波数成分を除去する異物等影響除去ステップと、この異物等響除去ステップで異物等の影響が除去された周波数領域における計測データに、逆ＦＦＴ処理を施して周波数領域から時間領域に戻すための逆ＦＦＴステップとを具備した方法である。
【０００９】
また、請求項３に係る被燃焼物における放射エネルギーの計測方法は、請求項２に記載の計測方法において、除去する周波数成分を１Ｈｚ以上とする方法である。
さらに、本発明の請求項４に係る被燃焼物における放射エネルギーの計測装置は、被燃焼物の燃焼表面から放出される放射エネルギー量を、所定間隔でもって計測し得るセンサ部と、このセンサ部により計測された計測データを、所定の計測周期分だけ記憶するデータ記憶部と、このデータ記憶部で記憶された計測データを入力するとともに、この計測データから、周波数で弁別することにより、輝炎の存在およびちり等の異物の存在に起因して発生する異物等の影響を除去する異物等影響除去手段とを具備したものである。
【００１０】
また、請求項５に係る被燃焼物における放射エネルギーの計測装置は、被燃焼物の燃焼表面から放出される放射エネルギー量を、所定間隔でもって計測し得るセンサ部と、このセンサ部により計測された計測データを、所定の計測周期分だけ記憶するデータ記憶部と、このデータ記憶部に記憶された計測データを入力するとともに、この計測データを時系列データとして取り出し、この時系列データにＦＦＴ処理を施して時間領域から周波数領域に変換するＦＦＴ処理部と、このＦＦＴ処理部で得られた周波数領域から、輝炎の存在およびちり等の異物の存在により影響を受ける周波数成分を除去する異物等影響除去部と、この異物等影響除去部で得られた残りの周波数信号に逆ＦＦＴ処理を施して周波数領域から時間領域に戻すための逆ＦＦＴ処理部とを具備したものである。
【００１１】
また、請求項６に係る被燃焼物における放射エネルギーの計測装置は、請求項５に記載の計測装置において、除去する周波数成分を１Ｈｚ以上としたものである。
【発明の効果】
【００１２】
上記の放射エネルギーの計測方法および計測装置によると、燃焼する所定範囲の被燃焼物における放射エネルギー量を、センサ部により、時系列でもって多数計測するとともに、これら計測周期毎に計測された放射エネルギー量を時系列データとして得るとともに、計測誤差の原因となる所定の周波数成分を除去するようにしたので、輝炎の存在およびちり等の異物の影響を除去することができ、したがって被燃焼物の放射エネルギーを精度良く計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係る被燃焼物における放射エネルギーの計測方法および計測装置について説明する。
【００１４】
本実施の形態においては、被燃焼物における放射エネルギーの計測方法および計測装置を用いて、被燃焼物、例えばごみを焼却するためのごみ焼却炉内にて、ごみの燃焼温度を計測する場合について説明する。
【００１５】
まず、ごみ焼却炉の概略構成を図１に基づき説明する。
このごみ焼却炉１は例えばストーカ炉であり、その炉本体２内には、火格子３が燃焼段および後燃焼段に亘って配置されてなる燃焼床４が設けられた燃焼室５が具備されるとともに、炉本体２の一端側には、ごみ投入ホッパ６が接続されたごみ投入口２ａが形成され、またその他端側には焼却残渣の排出口２ｂが形成されたものである。
【００１６】
そして、このごみ焼却炉１には、燃焼室５内でのごみの燃焼状態、すなわちごみの燃焼温度を、その放射エネルギーを計測（検出）することにより、求め得る温度計測装置７が具備されている。
【００１７】
この温度計測装置７は、図２に示すように、炉本体２の燃焼段から後燃焼段にかけての傾斜上壁部２ｃに設けられるとともに、燃焼ごみの表面から放出される放射エネルギーを入力して電気エネルギーに変換する有指向性のセンサ（画素であり、具体的には、赤外線センサが用いられる）が縦横に複数個ずつ配置されてなる二次元センサ部（面状センサ部である）１１と、この二次元センサ部１１にて検出された検出信号（計測データであり、具体的には、電気信号である）を所定間隔置きに入力して（所謂、サンプリングである）Ａ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換部１２と、このＡ／Ｄ変換部１２で変換されてなる計測データ（放射エネルギー量に対応するセンサ出力値である）を一時的に時系列でもって少なくとも所定の計測周期分（複数回分（ｎ回分））を記憶するデータ記憶部１３と、このデータ記憶部１３に記憶された同一のセンサ（画素に相当）で且つ同一計測周期内での計測データを時系列データ［この時系列データには、ごみ表面の温度変化、輝炎の揺らぎ、また、ちり、煤など（以下、ちり等という）の異物の浮遊（ごみ表面からの放射エネルギーを遮る）による放射エネルギー変化の周波数成分（信号変動の要因）が含まれる］として取り出し、この時系列データにＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を施して周波数領域に変換するＦＦＴ処理部１４と、このＦＦＴ処理部１４で得られた周波数領域から、輝炎の存在およびちり等の異物の存在により影響を受ける周波数成分［例えば、少なくとも１Ｈｚ以上の周波数（より具体的には、１Ｈｚ以上または２Ｈｚ以上の周波数）］を除去（弁別）する異物等影響除去部１５と、この異物等影響除去部１５で得られた残りの周波数成分を時間領域に戻すための逆ＦＦＴ処理を施す逆ＦＦＴ処理部１６と、この逆ＦＦＴ処理部１６で時間領域に戻された時系列データ（周波数データ）を放射エネルギー量に対応する計測データ（センサ出力値である）として入力し且つ公知の変換式（例えば、変換テーブルを用いることもできる）に基づきこの放射量エネルギー量に対応する計測データを温度に変換するための温度変換手段１７と、この温度変換手段１７で得られた温度データを入力して所定の温度幅に対応付けされた色情報を参照し当該温度変換手段１７より入力された温度データを変換して二次元の温度分布画像を作成する温度分布画像作成手段１８と、上記温度変換手段１７および温度分布画像作成手段１８にて得られた温度などのデータを、例えば外部からの要求に応じて（必要に応じて）入力し、表示装置、計測結果蓄積装置または出力データ線（以下、表示装置等という）に対して出力するための出力手段１９とから構成されている。
【００１８】
なお、上記二次元センサ部１１、Ａ／Ｄ変換部１２、データ記憶部１３、ＦＦＴ処理部１４、異物等影響除去部１５および逆ＦＦＴ処理部１６により、放射エネルギー計測装置が構成され、またＦＦＴ処理部１４、異物等影響除去部１５および逆ＦＦＴ処理部１６により、異物等影響除去手段が構成される。
【００１９】
ところで、本発明の目的とするところは、ごみの燃焼温度を計測する際に、その輝炎の影響に加えてちり等の異物の存在による影響を除去することであり、輝炎についてはその揺らぎ、およびちり等の異物については、その通過を、周波数成分として検出するようにしたものである。
【００２０】
言い換えれば、計測対象のごみ表面とセンサとの間に、輝炎が揺らぎにより進入した場合には放射エネルギー値が上昇し、ちり等の異物が浮遊し計測領域を横切った場合は、その計測した放射エネルギー値が低下するため、所定間隔おきに計測して得られた時系列データ（周波数信号）の成分の内、このちり等が横切ることにより変化する低い周波数成分（例えば、１または２Ｈｚ）を除去すれば、輝炎を含めたちり等の異物の存在により計測に与える悪影響を取り除くことができる。なお、輝炎の影響については、ちり等の異物による周波数成分よりも高いため、異物に係る周波数成分を取り除くことにより、自然に、取り除くことができる。すなわち、少なくとも、異物に係る周波数成分を取り除くようにすればよい。
【００２１】
次に、上記構成に基づき、ごみ焼却炉１内でごみが燃焼する際の放射エネルギー量を計測することにより、ごみの燃焼温度を計測する方法についてステップごとに基づき説明する。
（ステップ１）
所定時間間隔おきに、ごみの燃焼表面から放出される放射エネルギー量を、二次元センサ部１１により計測（検出）する（計測ステップ）。
（ステップ２）
上記計測ステップで検出された検出信号をＡ／Ｄ変換部１２に入力して、Ａ／Ｄ変換を行う（Ａ／Ｄ変換ステップ）。
（ステップ３）
上記Ａ／Ｄ変換ステップで得られた計測データをデータ記憶部１３に入力して、所定の計測周期分（例えば、２５６回分）だけ記憶させる（データ記憶ステップ）。
（ステップ４）
上記データ記憶ステップで記憶された計測データをＦＦＴ処理部１４に入力して、同一のセンサ（画素）における上記計測周期分（例えば、２５６回分）の計測データを時系列化して時系列データを作成するとともに、ＦＦＴ処理を施して時間領域から周波数領域に変換する（ＦＦＴステップ）。なお、このステップ４から後述するステップ６については、全センサ（全画素）に対して行われる。
（ステップ５）
上記ＦＦＴステップで変換されてなる周波数領域での計測データを異物等影響除去部１５に入力して、当該周波数領域での計測データから輝炎の存在およびちり等の異物の存在に起因して発生し計測に悪影響を与える（誤差の原因となる）所定の周波数成分、例えば１Ｈｚ以上（または２Ｈｚ以上）の周波数成分を除去する（異物等影響除去ステップ）。
（ステップ６）
上記異物等影響除去ステップで異物等の影響（当然に、輝炎による影響も含まれる）が除去された周波数成分を逆ＦＦＴ処理部１６に入力して、当該周波数成分に逆ＦＦＴ処理を施し、周波数領域から時間領域に戻す（逆ＦＦＴステップ）。
（ステップ７）
上記逆ＦＦＴステップで得られた時間領域上での計測データについて、同一計測タイミングにおける全画素の計測データ（二次元計測データ）を温度変換手段１７に入力して、当該計測データを放射エネルギー値と温度に換算する（温度変換ステップ）。
（ステップ８）
上記温度変換ステップで得られた温度データを温度分布画像作成手段１８に入力して、予め定められた温度幅と対応付けられた色データの情報を参照し各センサで検出された温度データを、そのセンサの配置（座標）とその座標における色データに変換して温度分布画像データを作成する（温度分布画像作成ステップ）。
（ステップ９）
上記温度変換ステップで得られた温度データ、および温度分布画像作成ステップで得られた温度分布画像データを出力手段１９に入力して、必要（要求）に応じて表示装置等に対して出力する（出力ステップ）。
【００２２】
なお、図３に赤外線カメラにより検出された放射エネルギー量に対応した値を示すセンサ出力値のグラフを示し、その検出周期（横軸）は１秒間に３０回である。
また、図４に、図３のセンサ出力値にＦＦＴ処理を施したパワースペクトルを示し、さらに図５に、図４のパワースペクトルから２Ｈｚ以上の周波数成分を除去した後、逆ＦＦＴ処理を施したセンサ出力値のグラフを示す。
【００２３】
このように、燃焼する所定範囲のごみ表面（二次元領域）における放射エネルギー量を、二次元センサ部の各センサ毎（座標毎）に且つ時系列でもって多数計測するとともに、これら計測周期毎に計測された放射エネルギー量を各センサ毎（座標毎）に時系列データとして得るとともに、計測誤差の原因となる少なくとも１Ｈｚ以上の周波数成分を除去するようにしたので、輝炎の影響およびちり等の異物の影響を除去することができ、したがってごみ表面の比較的安定した温度に対して速く変化する輝炎の影響を除去することができるとともに、計測周期はごみ自体の移動速度の影響がない程度の長い範囲とされるため、比較的、精度が良い温度分布を得ることができる。
【００２４】
この温度分布を把握することで、ストーカ炉においてはその着火点や燃え切り点がどのようになっているのか把握でき、それを制御に活用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る放射エネルギーの計測装置が具備された焼却炉の概略構成を示す断面図である。
【図２】同放射エネルギーの計測装置を有する温度計測装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】同放射エネルギーの計測方法を説明するための信号波形のグラフである。
【図４】同放射エネルギーの計測方法を説明するための信号波形のグラフである。
【図５】同放射エネルギーの計測方法を説明するための信号波形のグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１      ごみ焼却炉
３      火格子
５      燃焼室
７      温度計測装置
１１      二次元センサ部
１２      Ａ／Ｄ変換部
１３      データ記憶部
１４      ＦＦＴ処理部
１５      異物等影響除去部
１６      逆ＦＦＴ処理部
１７      温度変換手段
１８      温度分布画像作成手段
１９      出力手段
【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５】
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