(57)【要約】【課題】透過光ではなく散乱光に基づき流れ場における粒子濃度を評価することが可能な濃度評価装置及び方法を提供する。【解決手段】流路を流れる気体によって搬送される粒子の濃度を評価するための粒子濃度評価装置は、光路長が異なる２本のレーザ光を前記流路に照射して、前記２本のレーザ光が交差する測定領域に前記レーザ光の干渉縞を形成するように構成されたレーザ光照射部と、前記測定領域を通過する粒子からの散乱光を検出するための光検出部と、前記光検出部で検出された前記散乱光の強度の経時変化の最大ピークの大きさ、又は、前記経時変化における２つのピークの大きさの差分に基づいて、前記粒子の濃度を評価するように構成された粒子濃度評価部と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を流れる気体によって搬送される粒子の濃度を評価するための粒子濃度評価装置であって、
光路長が異なる２本のレーザ光を前記流路に照射して、前記２本のレーザ光が交差する測定領域に前記レーザ光の干渉縞を形成するように構成されたレーザ光照射部と、
前記測定領域を通過する粒子からの散乱光を検出するための光検出部と、
前記光検出部で検出された前記散乱光の強度の経時変化の最大ピークの大きさ、又は、前記経時変化における２つのピークの大きさの差分に基づいて、前記粒子の濃度を評価するように構成された粒子濃度評価部と、を備える粒子濃度評価装置。
【請求項２】
前記粒子濃度評価部は、前記経時変化における２つのピークの大きさの前記差分に基づいて、前記粒子の濃度を評価するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の粒子濃度評価装置。
【請求項３】
前記粒子濃度評価部は、前記経時変化における複数のピークのうち隣り合う２つのピークの大きさの差分に基づき、前記粒子の濃度を評価するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の粒子濃度評価装置。
【請求項４】
前記最大ピークの大きさ又は前記差分と粒子濃度との相関関係を記憶するための記憶部をさらに備え、
前記粒子濃度評価部は、前記記憶部から読み出した前記相関関係に前記最大ピークの大きさ又は前記差分を当てはめて、前記粒子の濃度を算出するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の粒子濃度評価装置。
【請求項５】
前記経時変化におけるピークの発現周期および前記干渉縞の間隔に基づき、前記粒子の速度を算出するための粒子速度算出部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の粒子濃度評価装置。
【請求項６】
粒子を供給するための粒子供給部と、
前記粒子供給部から分岐して前記粒子供給部に接続される複数の配管と、
各々の前記配管を流れる気体の流量を調節するための流量調節部と、
前記配管の各々に設けられ、光路長が異なる２本のレーザ光を各々の前記配管内に照射して、前記２本のレーザ光が交差する測定領域に前記レーザ光の干渉縞を形成するように構成されたレーザ光照射部と、
前記配管の各々に設けられ、各々の前記配管の前記測定領域を通過する粒子からの散乱光を検出するための光検出部と、
前記光検出部で検出された各々の前記配管における前記散乱光の強度の経時変化の最大ピークの大きさ、又は、前記経時変化における２つのピークの大きさの差分に基づいて、各々の前記配管における前記粒子の濃度が均一化されるように各々の前記流量調節部を制御するためのコントローラと、を備えることを特徴とする紛体供給システム。
【請求項７】
請求項６に記載の紛体供給システムと、
前記紛体供給システムの前記複数の配管にそれぞれ接続され、前記粒子としての微粉炭を燃焼させるためのバーナと、を備えることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項８】
流路を流れる気体によって搬送される粒子の濃度を評価するための粒子濃度評価方法であって、
光路長が異なる２本のレーザ光を前記流路に照射して、前記２本のレーザ光が交差する測定領域に前記レーザ光の干渉縞を形成するレーザ光照射ステップと、
前記測定領域を通過する粒子からの散乱光を検出する光検出ステップと、
前記光検出ステップで検出された前記散乱光の強度の経時変化の最大ピークの大きさ、又は、前記経時変化における２つのピークの大きさ差分に基づいて、前記粒子の濃度を評価する粒子濃度評価ステップと、を備える粒子濃度評価方法。
【請求項９】
前記粒子濃度評価ステップでは、前記経時変化における２つのピークの大きさの差分に基づいて、前記粒子の濃度を評価することを特徴とする請求項８に記載の粒子濃度評価方法。
【請求項１０】
前記粒子濃度評価ステップでは、前記経時変化における複数のピークのうち隣り合う２つのピークの大きさの差分に基づき、前記粒子の濃度を評価することを特徴とする請求項９に記載の粒子濃度評価方法。
【請求項１１】
前記粒子濃度評価ステップでは、前記最大ピークの大きさ又は前記差分と粒子濃度との相関関係に前記最大ピークの大きさ又は前記差分を当てはめて、前記粒子の濃度を算出することを特徴とする請求項８乃至１０の何れか一項に記載の粒子濃度評価方法。
【請求項１２】
前記経時変化におけるピークの発現周期および前記干渉縞の間隔に基づき、前記粒子の速度を算出するための粒子速度算出ステップをさらに備えることを特徴とする請求項８乃至１１の何れか一項に記載の粒子濃度評価方法。
【請求項１３】
粒子供給部から分岐して前記粒子供給部に接続された複数の配管に対し、前記粒子供給部から粒子を気体搬送により供給する粒子供給ステップと、
光路長が異なる２本のレーザ光を各々の前記配管に照射して、前記２本のレーザ光が交差する測定領域に前記レーザ光の干渉縞を形成するレーザ光照射ステップと、
各々の前記配管の前記測定領域を通過する粒子からの散乱光を検出する光検出ステップと、
前記光検出ステップで検出された各々の前記配管における前記散乱光の強度の経時変化の最大ピークの大きさ、又は、前記経時変化における２つのピークの大きさ差分に基づいて、各々の前記配管における前記粒子の濃度が均一化されるように、各々の前記配管を流れる気体の流量を調節する流量調節ステップと、を備えることを特徴とする紛体供給方法。
【請求項１４】
前記粒子供給ステップでは、微粉炭焚きボイラの複数のバーナのそれぞれに対し、前記複数の配管を介して前記粒子としての微粉炭を供給し、
前記流量調節ステップでは、前記複数の配管における気体の流量の調節により、各々の前記バーナに供給される前記微粉炭の濃度を均一化することを特徴とする請求項１３に記載の紛体供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、濃度評価装置及び方法、紛体供給システム及び方法、並びに微粉炭ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、産業界において、気体によって粒子を搬送するようにした紛体供給システムが利用されている。
例えば、微粉炭焚きボイラに供給される微粉炭は、気体搬送によってバーナに供給されるようになっている。また、小麦粉等の紛体を扱う食品加工工場においても、気体により紛体を搬送する場合がある。
【０００３】
紛体供給システムを適切に運用するためには、粒子濃度の評価が必要になることがある。
【０００４】
粒子速度の評価手法として、粒子が気体搬送されている流れ場に対し、シート状の光（シート光）を照射し、シート光が形成する面に直交する方向から撮影した流れ場の画像を解析することで、粒子速度を算出する粒子追跡法（ＰＴＶ）が知られている。
ところが、ＰＴＶによる粒子速度評価手法は、シート光を照射するための光源及び光学系に加えて、高解像度の撮像装置が必要になり、高価である。また、シート光が形成する面に直交する方向から撮像する必要があるため、シート光の光源及び光学系と撮像装置とを同軸上に設置することができず、評価装置の設置場所の観点で制約がある。
【０００５】
流れ場における粒子濃度の別の評価手法として、流れ場に対して照射した光の透過量から、流れ場における粒子濃度を測定する技術が知られている。
例えば、特許文献１には、透過光の光量に基づいて、流動層容器内における粒子濃度の測定方法が開示されている。この測定方法では、流動層容器内のドラフトチューブに投光センサと受光センサを設け、受光センサで検出される光量に基づいて、投光センサと受光センサ間の光路内における粒子濃度を測定するものである。
【０００６】
なお、流れ場における粒子の濃度を測定するものではないが、特許文献２には、トレーサ粒子として燃料噴霧液滴を用いたレーザドップラ法により、内燃機関の点火プラグ近傍におけるガス流速を計測することが開示されている。また、特許文献２には、レーザドップラ法に用いられるＬＤＶ用レーザ光とは別途設けられた濃度測定用レーザ光により、内燃機関における混合気濃度を測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１３０１９４号公報
【特許文献２】特開２００３−５６３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のように、流れ場に照射した光の透過量により粒子濃度を測定する場合、流れ場を挟んで対向するように光源と光検出器とを配置したり、任意の位置に設置された光検出器まで透過光を導くための光学系を流れ場に設置したりする必要がある。このため、光検出器を含む機器の設置スペースの制約から、透過光を利用する特許文献１の測定方法を利用できない場合があり得る。
【０００９】
また、特許文献２に記載の濃度測定方法は、ガソリン燃料が吸収する波長のレーザ光の透過量に基づいて混合気濃度を計測するものであり、流れ場における粒子濃度を評価するものではない。
【００１０】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、透過光ではなく散乱光に基づき流れ場における粒子濃度を評価することが可能な濃度評価装置及び方法を提供することを目的とする。また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、透過光ではなく散乱光に基づく測定原理を利用して、複数の配管への粒子の均一分配を行うことが可能な紛体供給システム及び方法、並びに微粉炭ボイラ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】
【００１１】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る粒子濃度評価装置は、
流路を流れる気体によって搬送される粒子の濃度を評価するための粒子濃度評価装置であって、
光路長が異なる２本のレーザ光を前記流路に照射して、前記２本のレーザ光が交差する測定領域に前記レーザ光の干渉縞を形成するように構成されたレーザ光照射部と、
前記測定領域を通過する粒子からの散乱光を検出するための光検出部と、
前記光検出部で検出された前記散乱光の強度の経時変化の最大ピークの大きさ、又は、前記経時変化における２つのピークの大きさの差分に基づいて、前記粒子の濃度を評価するように構成された粒子濃度評価部と、を備える。
【００１２】
上記（１）の構成では、測定領域に形成されたレーザ光の干渉縞を粒子が通過する際、粒子からの散乱光の強度は、干渉縞の間隔と粒子速度に応じた周期で増減を繰り返す経時変化を示す。この散乱光の強度の経時変化における最大ピークの大きさ、又は、２つのピークの大きさの差分は、測定領域と光検出器との間に存在する粒子の濃度の影響を受ける。よって、上記（１）の構成により、散乱光に基づく粒子濃度の評価が可能になる。
【００１３】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記粒子濃度評価部は、前記経時変化における２つのピークの大きさの前記差分に基づいて、前記粒子の濃度を評価するように構成される。
光検出器で検出される散乱光は、２本のレーザ光が交差する測定領域を通過する粒子から発せられたものである。ここで、測定領域は干渉縞の幅方向だけでなく干渉縞の長手方向にも拡がりを有しており、干渉縞の長手方向における粒子の通過位置によって、粒子からの散乱光の信号強度が影響を受けてしまう。すなわち、干渉縞の長手方向における測定領域の中央を粒子が通過する場合、干渉縞の長手方向における測定領域の端を粒子が通過する場合に比べて、散乱光の信号強度は大きくなる。よって、散乱光の強度の経時変化の最大ピークの大きさに基づいて粒子濃度を評価すると、測定領域における粒子の通過位置の影響により、高い精度での粒子濃度評価が困難になる可能性がある。
この点、上記（２）の構成によれば、散乱光の強度の経時変化における２つのピークの大きさの差分に基づいて粒子濃度を評価するようにしたので、測定領域における粒子の通過位置が濃度評価精度に及ぼす影響を抑えることができる。
【００１４】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、前記粒子濃度評価部は、前記経時変化における複数のピークのうち隣り合う２つのピークの大きさの差分に基づき、前記粒子の濃度を評価するように構成される。
流路内における粒子の形状・性状は、粒子への異物（水分や塵埃）の吸着、粒子同士の凝集等により、気体搬送中に変化し得る。例えば、測定領域における気体流れ方向上流側に位置する何本かの干渉縞を通過した後、粒子への異物の吸着した場合について考える。この場合、粒子への異物吸着前後において粒子の形状・性状が異なっているため、異物吸着前後において粒子からの散乱光の強度が変化してしまう。そうすると、２つのピークの大きさの差分に基づく粒子濃度の評価結果も、粒子の形状・性状の変化の影響を受けてしまう。
この点、上記（３）の構成によれば、隣り合う２つのピークの検出時刻の時間差は短いため、この短い期間に粒子の形状・性状の変化が起きる可能性は小さい。よって、測定領域を通過中の粒子の形状・性状変化に起因した粒子濃度の評価精度の低下を抑制することができる。
【００１５】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れかの構成において、
前記粒子濃度評価装置は、前記最大ピークの大きさ又は前記差分と粒子濃度との相関関係を記憶するための記憶部をさらに備え、
前記粒子濃度評価部は、前記記憶部から読み出した前記相関関係に前記最大ピークの大きさ又は前記差分を当てはめて、前記粒子の濃度を算出するように構成される。
このように、散乱光の最大ピークの大きさ又は前記差分と粒子濃度との相関関係を予め記憶部に記憶しておけば、この相関関係を用いることで、粒子濃度の定量的な評価が可能になる。
【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の何れかの構成において、
前記粒子濃度評価装置は、前記経時変化におけるピークの発現周期および前記干渉縞の間隔に基づき、前記粒子の速度を算出するための粒子速度算出部をさらに備える。
これにより、測定領域を通過する粒子からの散乱光に基づき、流路内における粒子濃度と粒子速度との両方を評価することができる。よって、粒子濃度と粒子速度の評価装置を別々に設ける必要がなくなり、コストを低減できる。
なお、粒子の散乱光の強度ピークの発現周期については、散乱光の強度の経時変化を示すデータを周波数解析することで求めてもよいし、複数のピークの検出時刻の時間差から求めてもよい。
【００１７】
（６）本発明の少なくとも一実施形態に係る紛体供給システムは、
粒子を供給するための粒子供給部と、
前記粒子供給部から分岐して前記粒子供給部に接続される複数の配管と、
各々の前記配管を流れる気体の流量を調節するための流量調節部と、
前記配管の各々に設けられ、光路長が異なる２本のレーザ光を各々の前記配管内に照射して、前記２本のレーザ光が交差する測定領域に前記レーザ光の干渉縞を形成するように構成されたレーザ光照射部と、
前記配管の各々に設けられ、各々の前記配管の前記測定領域を通過する粒子からの散乱光を検出するための光検出部と、
前記光検出部で検出された各々の前記配管における前記散乱光の強度の経時変化の最大ピークの大きさ、又は、前記経時変化における２つのピークの大きさの差分に基づいて、各々の前記配管における前記粒子の濃度が均一化されるように各々の前記流量調節部を制御するためのコントローラと、を備える。
上記（６）の構成によれば、散乱光に基づく測定原理を利用して、各々の前記配管における前記紛体の濃度の均一化制御が可能になる。
なお、本明細書において、各配管における粒子濃度を「均一化」するとは、各配管における粒子濃度のバラつきを完全になくす場合はもとより、各配管における粒子濃度のバラつきを緩和する場合をも含む。
【００１８】
（６’）幾つかの実施形態では、前記紛体供給システムは、
前記配管の各々に設けられた上記（１）乃至（５）の何れかの構成の粒子濃度評価装置を備え、
前記粒子濃度評価装置は、前記光検出部で検出された各々の前記配管における前記散乱光の強度の経時変化の最大ピークの大きさ、又は、前記経時変化における２つのピークの大きさの差分に基づいて、各々の前記配管における粒子濃度を評価するように構成され、
前記コントローラは、前記粒子濃度評価装置の評価結果に基づき、各々の前記配管における前記粒子の濃度が均一化されるように各々の前記流量調節部を制御する。
上記（６’）の構成によれば、散乱光に基づく測定原理を利用して、各々の前記配管における前記紛体の濃度の均一化制御が可能になる。
【００１９】
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係る微粉炭焚きボイラは、
上記（６）又は（６’）の構成の紛体供給システムと、
前記紛体供給システムの前記複数の配管にそれぞれ接続され、前記粒子としての微粉炭を燃焼させるためのバーナと、を備える。
【００２０】
上記（７）の構成によれば、各バーナに供給される燃料（微粉炭）の量を均一化して、微粉炭焚きボイラ内における燃焼状態を適正化することができる。
【００２１】
（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る粒子濃度評価方法は、
流路を流れる気体によって搬送される粒子の濃度を評価するための粒子濃度評価方法であって、
光路長が異なる２本のレーザ光を前記流路に照射して、前記２本のレーザ光が交差する測定領域に前記レーザ光の干渉縞を形成するレーザ光照射ステップと、
前記測定領域を通過する粒子からの散乱光を検出する光検出ステップと、
前記光検出ステップで検出された前記散乱光の強度の経時変化の最大ピークの大きさ、又は、前記経時変化における２つのピークの大きさ差分に基づいて、前記粒子の濃度を評価する粒子濃度評価ステップと、を備える。
【００２２】
上記（８）の方法よれば、測定領域を通過する粒子からの散乱光に基づいて、粒子濃度の評価を行うことができる。
【００２３】
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の方法において、
前記粒子濃度評価ステップでは、前記経時変化における２つのピークの大きさの差分に基づいて、前記粒子の濃度を評価することを特徴とする。
この場合、散乱光の強度の経時変化における２つのピークの大きさの差分に基づいて粒子濃度を評価するようにしたので、測定領域における粒子の通過位置が濃度評価精度に及ぼす影響を抑えることができる。
【００２４】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の方法において、前記粒子濃度評価ステップでは、前記経時変化における複数のピークのうち隣り合う２つのピークの大きさの差分に基づき、前記粒子の濃度を評価することを特徴とする。
この場合、隣り合う２つのピークの検出時刻の時間差は短いため、この短い期間に粒子の形状・性状の変化が起きる可能性は小さい。よって、測定領域を通過中の粒子の形状・性状変化に起因した粒子濃度の評価精度の低下を抑制することができる。
【００２５】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（８）〜（１０）の何れかの方法において、
前記粒子濃度評価ステップでは、前記最大ピークの大きさ又は前記差分と粒子濃度との相関関係に前記最大ピークの大きさ又は前記差分を当てはめて、前記粒子の濃度を算出することを特徴とする。
このように、散乱光の最大ピークの大きさ又は前記差分と粒子濃度との相関関係を用いることで、粒子濃度の定量的な評価が可能になる。
【００２６】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（８）〜（１１）の何れかの方法において、
前記粒子濃度評価方法は、前記経時変化におけるピークの発現周期および前記干渉縞の間隔に基づき、前記粒子の速度を算出するための粒子速度算出ステップをさらに備える。
これにより、測定領域を通過する粒子からの散乱光に基づき、流路内における粒子濃度と粒子速度との両方を評価することができる。よって、粒子濃度と粒子速度の評価装置を別々に設ける必要がなくなり、コストを低減できる。
【００２７】
（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係る紛体供給方法は、
粒子供給部から分岐して前記粒子供給部に接続された複数の配管に対し、前記粒子供給部から粒子を気体搬送により供給する粒子供給ステップと、
光路長が異なる２本のレーザ光を各々の前記配管に照射して、前記２本のレーザ光が交差する測定領域に前記レーザ光の干渉縞を形成するレーザ光照射ステップと、
各々の前記配管の前記測定領域を通過する粒子からの散乱光を検出する光検出ステップと、
前記光検出ステップで検出された各々の前記配管における前記散乱光の強度の経時変化の最大ピークの大きさ、又は、前記経時変化における２つのピークの大きさ差分に基づいて、各々の前記配管における前記粒子の濃度が均一化されるように、各々の前記配管を流れる気体の流量を調節する流量調節ステップと、を備える。
上記（１３）の方法によれば、散乱光に基づく測定原理を利用して、各々の前記配管における前記紛体の濃度の均一化制御が可能になる。
【００２８】
（１３’）幾つかの実施形態では、前記紛体供給方法は、
上記（８）〜（１２）の何れかの方法により、前記光検出ステップで検出された各々の前記配管における前記散乱光の強度の経時変化の最大ピークの大きさ、又は、前記経時変化における２つのピークの大きさ差分に基づいて、各々の前記配管における前記粒子の濃度を評価する粒子濃度評価ステップを備え、
前記流量調節ステップでは、前記粒子濃度評価ステップの評価結果に基づいて、各々の前記配管における前記粒子の濃度が均一化されるように、各々の前記配管を流れる気体の流量を調節する。
上記（１３’）の方法によれば、散乱光に基づく測定原理を利用して、各々の前記配管における前記紛体の濃度の均一化制御が可能になる。
【００２９】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）又は（１３’）の方法において、
前記粒子供給ステップでは、微粉炭焚きボイラの複数のバーナのそれぞれに対し、前記複数の配管を介して前記粒子としての微粉炭を供給し、
前記流量調節ステップでは、前記複数の配管における気体の流量の調節により、各々の前記バーナに供給される前記微粉炭の濃度を均一化することを特徴とする。
これにより、各バーナに供給される燃料（微粉炭）の量を均一化して、微粉炭焚きボイラ内における燃焼状態を適正化することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、測定領域を通過する粒子からの散乱光に基づいて、粒子濃度の評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、一実施形態に係る粒子濃度評価装置の構成図である。
【図２】図１における測定領域Ａの拡大図である。
【図３】測定領域Ａ内の粒子からの散乱光の強度（光検出信号の強度）の経時変化の一例を示すグラフであり、（Ａ）は粒子濃度が低い場合の散乱光の強度を示しており、（Ｂ）は粒子濃度が高い場合の散乱光の強度を示している。
【図４】測定領域Ａにおける粒子Ｐの２種類の軌跡（第１の軌跡及び第２の軌跡）の例を示す図である。
【図５】測定領域Ａにおける粒子Ｐの軌跡がドップラ信号に与える影響を説明するための図であり、（Ａ）は粒子Ｐが第１の軌跡を通過する場合のドップラ信号を示しており、（Ｂ）は粒子Ｐが第２の軌跡を通過する場合のドップラ信号を示している。
【図６】測定領域Ａを通過中の粒子Ｐの形状・性状の変化が濃度評価結果に及ぼす影響を説明するためのグラフである。
【図７】最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘ又は２つのピークの大きさの差分ΔＩと粒子濃度との相関関係を取得するための実験装置の構成を示す図である。
【図８】散乱光の信号強度の２つのピークの大きさの差分ΔＩと粒子濃度との相関関係の一例を示すグラフである。
【図９】一実施形態に係る紛体供給システムの構成を示す図である。
【図１０】紛体供給システムの複数の配管における散乱光の強度（ドップラ信号）の２つのピークの大きさの差分ΔＩのバラつきの一例を示すグラフである。
【図１１】一実施形態に係る微粉炭焚きボイラの構成を示す図である。
【図１２】図１１に示す微粉炭焚きボイラのバーナへの微粉炭供給系統を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示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、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３３】
図１は、一実施形態に係る粒子濃度評価装置の構成図である。図２は、図１における測定領域Ａの拡大図である。図３は測定領域Ａ内の粒子からの散乱光の強度（光検出信号の強度）の経時変化の一例を示すグラフであり、図３（Ａ）は粒子濃度が低い場合の散乱光の強度を示しており、図３（Ｂ）は粒子濃度が高い場合の散乱光の強度を示している。
【００３４】
幾つかの実施形態では、粒子濃度評価装置１は、図１に示すように、２本のレーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射するためのレーザ光照射部１０と、測定領域Ａの粒子Ｐからの散乱光を検出するための光検出部２０と、光検出部２０の検出結果に基づいて粒子濃度を評価するための粒子濃度評価部３０と、を備える。
なお、図１に示す例示的な実施形態では、流路１００を構成する配管には、レーザ光Ｌ１，Ｌ２及び粒子Ｐからの散乱光が透過可能な計測窓１１０が設けられている。計測窓１１０は、ガラス、樹脂組成物（例えばアクリル樹脂）等のレーザ光を透過可能な材料により構成されている。
【００３５】
幾つかの実施形態では、レーザ光照射部１０は、図１に示すように、レーザ光Ｌを発生させるレーザ発振器１２と、光路長の異なる２本のレーザ光Ｌ１，Ｌ２をレーザ光Ｌから生成する光学系１３と、を有する。
図１に示す例示的な実施形態では、光学系１３は、ハーフミラー１４、ミラー１６及びレンズ１８を含む。ハーフミラー１４は、レーザ光Ｌのうち一部をレーザ光Ｌ１として反射し、レーザ光Ｌのうち残部をレーザ光Ｌ２として透過する。ハーフミラー１４で反射されたレーザ光Ｌ１は、ミラー１６によって反射される。レンズ１８は、ミラー１６からのレーザ光Ｌ１と、ハーフミラー１４からのレーザ光Ｌ２とを測定領域Ａに集光させて、２本のレーザ光Ｌ１，Ｌ２を測定領域Ａにて交差させるように構成されている。図１に示す光学系１３の場合、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２との間には、ハーフミラー１４とミラー１６との間の距離に相当する光路長差が存在する。
【００３６】
このように、レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、流路１００内の測定領域Ａにおいて交差する。また、レーザ光照射部１０から照射される２本のレーザ光Ｌ１，Ｌ２は、互いに光路長が異なっている。
このため、測定領域Ａには、図２に示すように、レーザ光の干渉縞Ｍが形成される。
【００３７】
なお、図１に示す例示的な実施形態では、レーザ光照射部１０は、流路１００内における気体流れ方向（粒子Ｐの移動方向）に対して側方からレーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射するように構成されている。
この場合、図２に示すように、測定領域Ａには、気体流れ方向の直交方向に沿う干渉縞Ｍが形成され、粒子Ｐは、流路１００内における気体流れに随伴されて気体流れ方向に沿って移動して、測定領域Ａの干渉縞Ｍを干渉縞Ｍの幅方向に横切る。このように、測定領域Ａ内における粒子Ｐの軌跡が干渉縞Ｍの長手方向に直交していれば、光検出部２０によって検出された散乱光のピークの検出時刻の時間差に対応する粒子Ｐの移動距離を干渉縞Ｍの間隔δの整数倍で単純に表すことができる。よって、後述する粒子濃度評価装置１の粒子速度算出部３６における粒子速度の算出を正確かつ簡単に行うことができる。
【００３８】
測定領域Ａの粒子Ｐからの散乱光は、光検出部２０によって検出される。
図１に示す例示的な実施形態では、光検出部２０は、レンズ１８を介して散乱光を受け取るようになっている。この場合、測定領域Ａとレンズ１８に対して適切な位置に光検出部２０を配置すれば、測定領域Ａの粒子Ｐからの散乱光を選択的に受光することができる。
なお、図１には、レーザ光照射部１０と光検出部２０とが同一の筐体に組み込まれた例が示されているが、粒子濃度評価装置１の構成はこの例に限定されない。例えば、レーザ光照射部１０の筐体から独立して光検出部２０を配置し、レンズ１８を介さずに、測定領域Ａ内の粒子Ｐからの散乱光を光検出部２０で受け取るようにしてもよい。
【００３９】
光検出部２０によって検出された散乱光の強度は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、干渉縞Ｍの間隔δと粒子Ｐの速度に応じた周期で増減を繰り返す経時変化を示す。光検出部２０によって検出された散乱光の信号は、ドップラ信号と称される。
ドップラ信号（散乱光の強度）が周期的に変化するのは、測定領域Ａに侵入した粒子Ｐが干渉縞Ｍを通過する際、レーザ光Ｌ１，Ｌ２が強め合って明るくなっている縞を通過するときに強い散乱光が生じるのに対し、レーザ光Ｌ１，Ｌ２が弱め合って暗くなっている縞を通過するときには強い散乱光が生じないためである。
また、散乱光の強度は、気体流れ方向における測定領域Ａの中央に粒子Ｐが近づくにつれて増加し、測定領域Ａの中央において最大値を迎えた後、測定領域Ａの中央から下流側に粒子Ｐが遠ざかっていくにしたがい減少する。
このため、光検出部２０によって検出された散乱光の強度は、周期的に発現する複数のピーク（ＰＫ１〜ＰＫ７，ＰＫ’１〜ＰＫ’７）を有し、且つ、複数のピーク（ＰＫ１〜ＰＫ７，ＰＫ’１〜ＰＫ’７）の頂点を結ぶ仮想曲線（２００，２００’）が凸状になり、かかる仮想曲線（２００，２００’）の中央に最大ピークＰＫｍａｘを有する。なお、図３（Ａ）に示す例では最大ピークＰＫｍａｘはピークＰＫ４であり、図３（Ｂ）に示す例では最大ピークＰＫｍａｘはピークＰＫ’４である。
【００４０】
光検出部２０で検出された散乱光の強度の経時変化（ドップラ信号）の最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘ、又は、前記経時変化（ドップラ信号）における２つのピークの大きさの差分ΔＩは、測定領域Ａと光検出部２０との間の散乱光の光路上に存在する粒子Ｐの濃度に依存して変化する。
例えば、測定領域Ａと光検出部２０との間の散乱光の光路上に存在する粒子Ｐの濃度が低い場合、図３（Ａ）に示すように、最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘおよび２つのピークの大きさの差分ΔＩは、比較的大きくなる。これに対し、測定領域Ａと光検出部２０との間の散乱光の光路上に存在する粒子Ｐの濃度が高い場合、図３（Ｂ）に示すように、最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘおよび２つのピークの大きさの差分ΔＩは、比較的小さくなる。
【００４１】
そこで、幾つかの実施形態では、光検出部２０で検出される散乱光の強度の上記性質を利用し、粒子濃度評価部３０による粒子濃度の評価を行う。
一実施形態では、粒子濃度評価部３０は、光検出部２０で検出された散乱光の強度の経時変化（ドップラ信号）の最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘに基づいて、流路１００内における粒子Ｐの濃度を評価する。
他の実施形態では、粒子濃度評価部３０は、光検出部２０で検出された散乱光の強度の経時変化（ドップラ信号）の２つのピークの大きさの差分ΔＩに基づいて、流路１００内における粒子Ｐの濃度を評価する。
【００４２】
ここで、図４〜図５を参照し、２つのピークの大きさの差分ΔＩに基づいて粒子濃度を評価する場合の利点について説明する。
【００４３】
図４は、測定領域Ａにおける粒子Ｐの２種類の軌跡（第１の軌跡及び第２の軌跡）の例を示す図である。図５は測定領域Ａにおける粒子Ｐの軌跡がドップラ信号に与える影響を説明するための図であり、図５（Ａ）は粒子Ｐが第１の軌跡を通過する場合のドップラ信号を示しており、図５（Ｂ）は粒子Ｐが第２の軌跡を通過する場合のドップラ信号を示している。
【００４４】
図４に示すように、測定領域Ａは干渉縞Ｍの幅方向だけでなく干渉縞Ｍの長手方向にも拡がりを有している。そして、第１の軌跡Ｔ１は干渉縞Ｍの長手方向における測定領域Ａの中央に位置する一方、第２の軌跡Ｔ２は干渉縞Ｍの長手方向における測定領域Ａの端に位置している。
【００４５】
粒子Ｐが測定領域Ａにおける第１の軌跡Ｔ１を通過した場合（図５（Ａ）の場合）、散乱光の信号強度は全体として大きく、最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘの値は比較的大きい。これに対し、粒子Ｐが測定領域Ａにおける第２の軌跡Ｔ２を通過した場合（図５（Ｂ）の場合）、粒子Ｐが第１の軌跡Ｔ１を通過した場合に比べて散乱光の信号強度は小さく、最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘの値は小さくなる。
一方、２つのピークの大きさの差分ΔＩは、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、粒子Ｐの軌跡（Ｔ１又はＴ２）の影響をあまり受けない。
【００４６】
よって、散乱光の強度の経時変化のＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘに基づいて粒子濃度を評価すると、測定領域Ａにおける粒子Ｐの通過位置の影響により、高い精度での粒子濃度評価が困難になる可能性がある。これに対し、２つのピークの大きさの差分ΔＩに基づいて粒子濃度を評価する場合、測定領域Ａにおける粒子Ｐの通過位置が濃度評価精度に及ぼす影響を抑えることができる。
したがって、２つのピークの大きさの差分ΔＩに基づいて粒子濃度を評価すれば、粒子Ｐの軌跡によらず、粒子Ｐの濃度を高精度に評価することができる。
【００４７】
また、幾つかの実施形態では、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、粒子濃度評価部３０は、光検出部２０で検出された散乱光の強度の経時変化（ドップラ信号）における複数のピークのうち隣り合う２つのピーク（図３（Ａ）の場合にはピークＰＫ３とピークＰＫ４、図３（Ｂ）の場合にはピークＰＫ’３とピークＰＫ’４）の大きさの差分ΔＩに基づいて、粒子Ｐの濃度を評価する。
【００４８】
ここで、図６を参照し、隣り合う２つのピークの大きさの差分ΔＩに基づいて粒子濃度を評価する場合の利点について説明する。
【００４９】
図６は、測定領域Ａを通過中の粒子Ｐの形状・性状の変化が濃度評価結果に及ぼす影響を説明するためのグラフである。
図６において、実線は、測定領域Ａを通過中に粒子Ｐの形状・性状の変化が起こらなかった場合を示しており、破線は、測定領域Ａを通過中に粒子Ｐの形状・性状の変化が起きた場合を示している。
【００５０】
ここでは、粒子Ｐが測定領域Ａに侵入した後、図６に示す時刻ｔ０において、粒子への異物（水分、塵埃等）の吸着や粒子同士の凝集等により、粒子Ｐの形状・性状が変化した場合について考える。
この場合、図６に示すように、時刻ｔ０以降において、散乱光の強度の経時変化（ドップラ信号）は、測定領域Ａ内における粒子Ｐの形状・性状の変化の有無の影響を受けて変化する。これは、時刻ｔ０以前と時刻ｔ０以降とでは、散乱光の検出強度を決定付ける粒子条件（粒子の形状・性状に関する条件）が異なるためである。
【００５１】
図６に示す例では、時刻ｔ０以降、粒子Ｐの形状・性状が変化しなかった場合に比べて、粒子Ｐの形状・性状が変化した場合の方が散乱光の強度のピークの大きさは小さくなっている。したがって、図６中の左端のピークＰＫ１と中央のピークＰＫ４（最大ピークＰＫｍａｘ）との差分の大きさは、粒子Ｐの形状・性状が変化せず適切な評価が可能な場合に比べて、粒子Ｐの形状・性状が変化した場合の方が小さい（ΔＩ１４＞ΔＩ’１４）。よって、ピークＰＫ１とピークＰＫ４（ＰＫｍａｘ）との差分ΔＩ’１４に基づいて粒子濃度を評価してしまうと、実際よりも粒子濃度を高く見積もってしまう。
ここで、隣り合わない２つのピークＰＫ１，ＰＫ４の検出時刻の時間差（＝ｔ４−ｔ１）に比べて、隣り合う２つのピークＰＫ３，ＰＫ４の検出時刻の時間差（＝ｔ４−ｔ３）は短い。このため、隣り合う２つのピークＰＫ３，ＰＫ４の大きさの差分ΔＩに基づいて粒子濃度を評価する場合、ピークＰＫ３，ＰＫ４の検出時刻の間の短い期間（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）に粒子Ｐの形状・性状の変化が起きる可能性は小さい。図６に示す例でも、ｔ３〜ｔ４の期間では、粒子Ｐの形状・性状の変化が起きていない。よって、図６に示す例では、隣り合う２つのピークＰＫ３，ＰＫ４の大きさの差分ΔＩに基づいて粒子濃度を評価すれば、測定領域Ａを通過中の粒子Ｐの形状・性状変化の影響を小さくすることができる。
このように、隣り合う２つのピークの大きさの差分ΔＩに基づいて粒子濃度を評価すれば、測定領域Ａを通過中の粒子Ｐの形状・性状変化に起因した粒子濃度の評価精度の低下を抑制することができる。
【００５２】
また、幾つかの実施形態では、図１に示すように、粒子濃度評価部３０は、記憶部３２と、粒子濃度算出部３４とを含む。記憶部３２には、最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘ又は２つのピークの大きさの差分ΔＩと粒子濃度との相関関係が記憶されている。粒子濃度算出部３４は、最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘ又は２つのピークの大きさの差分ΔＩの計測値を、記憶部３２から読み出した前記相関関係に当てはめる。これにより、流路１００における粒子濃度の定量的な評価が可能になる。
【００５３】
ここで、図７〜図８を参照し、最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘ又は２つのピークの大きさの差分ΔＩと粒子濃度との相関関係の取得手順について説明する。
図７は、最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘ又は２つのピークの大きさの差分ΔＩと粒子濃度との相関関係を取得するための実験装置の構成を示す図である。図８は、散乱光の信号強度の２つのピークの大きさの差分ΔＩと粒子濃度Ｃとの相関関係の一例を示すグラフである。
【００５４】
図７に示すように、実験装置３００は、空気入口３１２及び粒子投入口３１４を有する空気吸込管３１０と、計測窓を構成する光透過配管３２０と、紛体分離器３３０と、フィルタ３４０と、空気流を形成するためのファン３５０を備えている。ファン３５０を駆動することで、空気入口３１２から外気が空気吸込管３１０に取り込まれ、光透過配管３２０内には所望の風速の空気流が形成されるようになっている。光透過配管３２０は、ガラスやアクリル樹脂等のレーザ光を透過する材料により構成されている。実験装置３００のうち光透過配管３２０が設けられた箇所には、上述の粒子濃度評価装置１が設けられており、光透過配管３２０内に２本のレーザ光が交差する測定領域Ａを形成している。粒子濃度評価装置１は、測定領域Ａ内の粒子Ｐからの散乱光を光検出部２０（図７では不図示）によって検出するように構成されている。
なお、実験装置３００では、紛体分離器３３０が光透過配管３２０の下流側に設置され、紛体分離器３３０によって紛体（粒子Ｐ）と空気流とが分離されて紛体が回収されるようになっている。紛体分離器３３０により紛体が分離された空気流は、フィルタ３４０に導かれ、フィルタ３４０によって残留している紛体が空気流から除去される。こうして、ファン３５０に紛体が混入することがないようにしている。
なお、図７に示す例では、フィルタ３４０を清浄な空気にて逆洗するための逆洗ライン３６０が、ファン３５０とフィルタ３４０との間に設けられている。
【００５５】
図７に示す実験装置３００を用い、粒子投入口３１４からの粒子Ｐの投入量を変えて、光透過配管３２０内における粒子Ｐの濃度を変化させた複数の条件（例えば、粒子濃度＝Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の４つの条件）にて、光透過配管３２０内における測定領域Ａを通過する粒子Ｐからの散乱光を粒子濃度評価装置１の光検出部２０によって検出する。そして、各条件について、最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘ又は２つのピークの大きさの差分ΔＩを求める。
こうして、散乱光の信号強度の最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘ又は２つのピークの大きさの差分ΔＩと粒子濃度との相関関係を取得することができる。なお、図８には、差分ΔＩと粒子濃度との相関関係を示しているが、最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘと粒子濃度との相関関係を取得してもよい。
【００５６】
なお、前記相関関係は、差分ΔＩ又はＩｍａｘと粒子濃度Ｃとの相関を示す関数４００として取得し、この関数４００を記憶部３２に保存しておいてもよい。あるいは、各条件における粒子濃度Ｃ１〜Ｃ４とこれに対応する差分ΔＩ又はＩｍａｘの値とをテーブル形式で記憶部３２に保存しておいてもよい。
【００５７】
幾つかの実施形態では、図１に示すように、粒子濃度評価装置１は、レーザドップラ法の原理により、光検出部２０の検出結果から流路１００内における粒子Ｐの速度を算出するための粒子速度算出部３６をさらに備える。具体的には、粒子速度算出部３６は、光検出部２０で検出される散乱光の強度の経時変化（ドップラ信号）のピークの発現周期Δｔ（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）と、干渉縞Ｍの間隔δ（図２参照）とに基づき、以下に示す式（１）から粒子Ｐの速度Ｖを算出する。
Ｖ＝δ／Δｔ            （１）
なお、干渉縞Ｍの間隔δは、以下の式（２）により算出可能である。
δ＝λ／（２ｎ×ｓｉｎ（θ／２））          （２）
ここで、λはレーザ光の波長であり、θはレーザ光Ｌ１，Ｌ２との間の角度である。
また、ピークの発現周期Δｔについては、複数のピークの検出時刻の時間差から求めてもよいし、散乱光の強度の経時変化（ドップラ信号）を周波数解析することで求めてもよい。
【００５８】
このように、粒子濃度評価装置１が粒子濃度評価部３０に加えて粒子速度算出部３６を有する場合、測定領域Ａを通過する粒子Ｐからの散乱光に基づき、流路１００内における粒子濃度と粒子速度との両方を評価することができる。よって、粒子濃度と粒子速度の評価装置を別々に設ける必要がなくなり、コストを低減できる。
【００５９】
次に、上述の粒子濃度評価装置１の測定原理を紛体供給システムに適用した例について説明する。
【００６０】
図９は、一実施形態に係る紛体供給システムの構成を示す図である。図１０は、紛体供給システムの複数の配管における散乱光の強度（ドップラ信号）の２つのピークの大きさの差分ΔＩのバラつきの一例を示すグラフである。
【００６１】
図９に示すように、紛体供給システム５００は、粒子Ｐを供給するための粒子供給部５１０と、粒子供給部５１０から分岐して粒子供給部５１０に接続される複数の配管５２０Ａ〜５２０Ｄと、配管５２０Ａ〜５２０Ｄの各々に設けられるレーザ光照射部１０Ａ〜１０Ｄ及び光検出部２０Ａ〜２０Ｄと、配管５２０Ａ〜５２０Ｄの流量を調節するための流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄと、流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄを制御するためのコントローラ５４０と、を備えている。
【００６２】
流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄは、配管５２０Ａ〜５２０Ｄを流れる気体流量を独立して調節することが可能になっている。幾つかの実施形態では、流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄは、それぞれ、配管５２０Ａ〜５２０Ｄの分岐点または分岐点よりも下流側に設けられたダンパ又は流量調整弁である。
【００６３】
レーザ光照射部１０Ａ〜１０Ｄは、それぞれ、上述した粒子濃度評価装置１のレーザ光照射部１０と同様の構成を有している。レーザ光照射部１０Ａ〜１０Ｄは、配管５２０Ａ〜５２０Ｄの各々にレーザ光Ｌ１，Ｌ２（図１参照）を照射して、２本のレーザ光Ｌ１，Ｌ２が交差する測定領域Ａにレーザ光の干渉縞Ｍを形成するように構成されている。
また、光検出部２０Ａ〜２０Ｄは、それぞれ、上述した粒子濃度評価装置１の光検出部２０と同様の構成を有している。光検出部２０Ａ〜２０Ｄは、各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける測定領域Ａを通過する粒子Ｐからの散乱光を検出するように構成されている。
【００６４】
コントローラ５４０は、光検出部２０Ａ〜２０Ｄの検出結果に基づき、各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける粒子Ｐの濃度が均一化されるように各々の流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄを制御する。すなわち、コントローラ５４０は、光検出部２０Ａ〜２０Ｄによって各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄについて検出された散乱光の強度の経時変化の最大ピークの大きさＩｍａｘ、又は、前記経時変化における２つのピークの大きさの差分ΔＩに基づいて、流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄに与えるべき制御信号を決定する。
一実施形態では、コントローラ５４０は、最大ピークの大きさＩｍａｘ、又は、２つのピークの大きさの差分ΔＩが最も大きい配管（粒子Ｐの濃度が最も低いと考えられる配管）について、この配管に対応する流量調節部を制御し、この配管における気体流量を増大させる。また、コントローラ５４０は、最大ピークの大きさＩｍａｘ、又は、２つのピークの大きさの差分ΔＩが最も小さい配管（粒子Ｐの濃度が最も高いと考えられる配管）について、この配管に対応する流量調節部を制御し、この配管における気体流量を減少させる。
こうして、散乱光に基づく測定原理を利用して、各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける粒子Ｐの濃度の均一化制御が可能になる。
【００６５】
ここで、具体例として、図９に示すように、管５２０Ａ（配管Ａ）、配管５２０Ｂ（配管Ｂ）、配管５２０Ｃ（配管Ｃ）、配管５２０Ｄ（配管Ｄ）の間で、光検出部２０Ａ〜２０Ｄで検出した散乱光の強度の経時変化の２つのピークの大きさの差分ΔＩがばらついている場合を考える。
図９に示す例では、各配管の差分ΔＩＡ，ΔＩＢ，ΔＩＣ，ΔＩＤは、差分平均値ΔＩａｖｅ（＝（ΔＩＡ＋ΔＩＢ＋ΔＩＣ＋ΔＩＤ）／４）対して、ΔＩＢ＜ΔＩＣ＜ΔＩａｖｅ＜ΔＩＡ＜ΔＩＤの関係を満たす。すなわち、各配管における粒子濃度ＣＡ〜ＣＤは、粒子濃度平均値Ｃａｖｅ（＝（ＣＡ＋ＣＢ＋ＣＣ＋ＣＤ）／４）に対して、ＣＤ＜ＣＡ＜Ｃａｖｅ＜ＣＣ＜ＣＢの関係を満たす。
よって、この例の場合、コントローラ５４０は、流量調節部５３０Ｂ，５３０Ｄの制御により、差分ΔＩＤが最大であり粒子濃度が最も低いと考えられる配管５２０Ｄにおける気体流量を増加させるとともに、差分ΔＩＢが最小であり粒子濃度が最も高いと考えられる配管５２０Ｂにおける気体流量を減少させる。こうして、各配管における粒子濃度ＣＡ〜ＣＤが粒子濃度平均値Ｃａｖｅに近づき、配管５２０Ａ〜５２０Ｄの間における粒子濃度のバラつきを低減できる。
また、各配管における粒子濃度の均一化をさらに促進するため、コントローラ５４０は、流量調節部５３０Ａ，５３０Ｃの制御により、差分平均値ΔＩａｖｅよりも差分ΔＩＡが大きい配管（粒子濃度平均値Ｃａｖｅよりも若干濃度が低い配管）５２０Ａにおける気体流量を増大させる一方、差分平均値ΔＩａｖｅよりも差分ΔＩＣが小さい配管（粒子濃度平均値Ｃａｖｅよりも若干濃度が高い配管）５２０Ｃにおける気体流量を減少させてもよい。
【００６６】
なお、コントローラ５４０は、差分平均値ΔＩａｖｅに対する各配管の差分ΔＩＡ，ΔＩＢ，ΔＩＣ，ΔＩＤの偏差ＸＡ〜ＸＤに基づいて、流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄに与える制御信号を決定してもよい。
例えば、コントローラ５４０は、偏差ＸＡ〜ＸＤが正であるか負であるかに基づき、各配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける気体流量を増大させるべきか、減少させるべきかを決定し、制御信号を生成してもよい。あるいは、コントローラ５４０は、偏差ＸＡ〜ＸＤの絶対値の大きさに基づいて、各配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける気体流量をどの程度増減させるべきかを決定し、制御信号を生成してもよい。
【００６７】
また、幾つかの実施形態では、コントローラ５４０は、光検出部２０Ａ〜２０Ｄの検出結果に基づき、各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける粒子Ｐの速度（≒気体流速）が均一化されるように各々の流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄを制御する。
この場合、紛体供給システム５００のコントローラ５４０は、粒子濃度評価装置１の粒子速度算出部３６と同様に、レーザドップラ法の原理により、光検出部２０による各配管についての散乱光強度の検出結果から流路１００内における粒子Ｐの速度を算出するように構成されていてもよい。すなわち、コントローラ５４０は、上記式（１）を用いて、光検出部２０で検出される散乱光の強度の経時変化（ドップラ信号）のピークの発現周期Δｔおよび干渉縞Ｍの間隔δから、各配管における粒子Ｐの速度Ｖを算出するようになっていてもよい。そして、コントローラ５４０は、各配管について算出した粒子Ｐの速度Ｖに基づき、各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける粒子Ｐの速度（≒気体流速）が均一化されるように各々の流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄを制御してもよい。
これにより、散乱光に基づく測定原理を利用して、各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける粒子Ｐの速度の均一化制御が可能になる。
【００６８】
典型的な紛体供給システムでは、紛体供給部から分岐した複数の配管に紛体を供給するに際し、次のような方法で、各配管における紛体濃度及び紛体速度を均一化していた。
まず、各配管における紛体濃度及び紛体速度を計測する。具体的には、紛体濃度は、採取管を用いたサンプリング計測により求め、紛体速度は、風速計で計測した配管内における空気流量から推定する。ここで、風速計による空気流量の計測は、配管に紛体を供給しない状態で計測するため、紛体供給システムの運転は一旦停止する必要がある。こうして得られた各配管における紛体濃度及び紛体速度の計測結果に基づき、各配管の流量調節部を操作する。
これに対し、上述した実施形態に係る紛体供給システム５００では、紛体供給システム５００の運転中に、各配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける粒子Ｐ（紛体）の濃度及び速度をオンラインで調節することができる。
【００６９】
続いて、図１１及び図１２を参照し、本発明の実施形態に係る微粉炭焚きボイラについて説明する。
図１１は、一実施形態に係る微粉炭焚きボイラの構成を示す図である。図１２は、図１１に示す微粉炭焚きボイラのバーナへの微粉炭供給系統を示す図である。
【００７０】
幾つかの実施形態では、微粉炭焚きボイラ６００は、図１１に示すように、微粉炭を燃焼させる複数のバーナ６１０と、複数のバーナ６１０が周方向に配置された燃焼炉６２０と、燃焼炉６２０で生成された燃焼空気を案内する煙道６３０と、を備えている。煙道６３０には、熱エネルギー回収部６４０が設けられており、熱エネルギー回収部６４０により、燃焼空気から熱エネルギーが回収される。熱エネルギー回収部６４０は、燃焼空気から回収した熱エネルギーによって、蒸気タービンを駆動するための蒸気を生成する熱交換器であってもよい。
また、微粉炭焚きボイラ６００には上述した紛体供給システム５００が組み込まれており、この紛体供給システム５００によって微粉炭が各々のバーナ６１０に供給されるようになっている。
【００７１】
図１１及び図１２に示す例示的な実施形態では、微粉炭焚きボイラ６００は、送風機６５０，６６０を備えている。
送風機６５０は、燃焼炉６２０に設けられた複数のバーナ６１０に一次空気を供給するとともに、燃焼炉６２０に設けられた複数の空気噴出口６５２に二次空気を供給するように構成されている。なお、一次空気及び二次空気の供給量は、それぞれ、流量調節部６５４，６５６によって調節可能になっている。流量調節部６５４，６５６は、図１１に示すような流量調節弁であってもよいし、ダンパであってもよい。
一方、送風機６６０は、粒子供給部５１０から供給される微粉炭（紛体）を空気搬送するための空気をバーナ６１０に向けて送るようになっている。送風機６６０からの微粉炭を含む空気は、送風機６５０から流量調節部６５４を介して供給される空気と合流し、複数のバーナ６１０に導かれるようになっている。
【００７２】
図１１及び図１２に示す実施形態では、紛体供給システム５００の粒子供給部５１０は、石炭を粉砕して得られる微粉炭を複数のバーナ６１０に供給するように構成されている。各バーナ６１０には、図１２に示すように、配管５２０Ａ〜５２０Ｄが接続されている。また、各配管５２０Ａ〜５２０Ｄには、各配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける空気流量を調節するための流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄが設けられている。流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄは、例えば、流量調節弁やダンパである。
送風機６６０からの微粉炭を含む空気は、送風機６５０から流量調節部６５４を介して供給される空気と合流した後、複数の配管５２０Ａ〜５２０Ｄに分岐して、それぞれのバーナ６１０Ａ〜６１０Ｄに供給されるようになっている。なお、バーナ６１０Ａ〜６１０Ｄへの微粉炭及び空気の供給量の分配は、コントローラ５４０の制御下で動作する流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄによって制御されるようになっている。
【００７３】
紛体供給システム５００における気体流量制御のための構成は、上述したとおりであり、ここでは簡単に説明するにとどめる。
コントローラ５４０は、光検出部２０Ａ〜２０Ｄの検出結果に基づき、各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける微粉炭（粒子Ｐ）の濃度が均一化されるように各々の流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄを制御する。すなわち、コントローラ５４０は、光検出部２０Ａ〜２０Ｄによって各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄについて検出された散乱光の強度の経時変化の最大ピークの大きさＩｍａｘ、又は、前記経時変化における２つのピークの大きさの差分ΔＩに基づいて、流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄに与えるべき制御信号を決定する。
これにより、各バーナ６１０Ａ〜６１０Ｄに供給される燃料（微粉炭）の量を均一化して、微粉炭焚きボイラ６００内における燃焼状態を適正化することができる。
【００７４】
また、幾つかの実施形態では、コントローラ５４０は、光検出部２０Ａ〜２０Ｄの検出結果に基づき、各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける微粉炭（粒子Ｐ）の速度が均一化されるように各々の流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄを制御する。
【００７５】
また、コントローラ５４０は、光検出部２０Ａ〜２０Ｄの検出結果に基づき、各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける微粉炭（粒子Ｐ）の濃度及び速度を求め、これらの算出結果に基づき、紛体供給システム５００による微粉炭供給の不具合を検出してもよい。
【００７６】
微粉炭焚きボイラ６００では、燃焼状態の安定化を図るために微粉炭の供給量の制御が行われる。微粉炭は空気搬送されるため、微粉炭供給量の制御は空気流量を調節することで行われる。例えば、微粉炭焚きボイラの負荷を低下させたい場合、微粉炭供給量とともに空気流量を低減する必要がある。空気流量が低減されると、配管５２０Ａ〜５２０Ｄ内における微粉炭の濃度が下がるとともに、配管５２０Ａ〜５２０Ｄ内における空気の流速（≒微粉炭の流速）が低下するはずである。
【００７７】
よって、コントローラ５４０は、各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける微粉炭（粒子Ｐ）の濃度及び速度の変化を把握しておき、かかる変化が、流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄの操作の結果として予想される挙動に反する場合、紛体供給システム５００に何らかの不具合（例えば配管５２０Ａ〜５２０Ｄの閉塞）が起きたと判断することができる。
【００７８】
例えば、コントローラ５４０は、流量調節部５３０Ｂ，５３０Ｄの制御により、光検出部２０Ａ〜２０Ｄの検出結果に基づき、微粉炭濃度が最も高いと考えられる配管５２０Ｂにおける気体流量を減少させるとともに、微粉炭濃度が最も低いと考えられる配管５２０Ｄにおける気体流量を増加させる場合について考える。
この場合、流量調節部５３０Ｂ，５３０Ｄの操作によって、配管５２０Ｂでは微粉炭濃度及び微粉炭速度が低下し、配管５２０Ｄでは微粉炭濃度及び微粉炭速度が増加すると予想される。この予想結果に合致するように、配管５２０Ｂ，５２０Ｄにおける微粉炭濃度及び微粉炭速度が変化すれば、コントローラ５４０は、紛体供給システム５００は正常に稼働していると判断する。これに対し、例えば、予想結果に反して、配管５２０Ｄにおける微粉炭濃度及び微粉炭速度が増加しない場合、コントローラ５４０は、配管５２０Ｄの閉塞等の不具合が紛体供給システム５００に生じたと判断する。
【００７９】
以上説明した実施形態によれば、粒子濃度評価装置１により、透過光ではなく散乱光に基づき流路１００における粒子Ｐの濃度を評価することができる。また、紛体供給システム５００により、透過光ではなく散乱光に基づく測定原理を利用して、複数の配管５２０Ａ〜５２０Ｄへの粒子（微粉炭）の均一分配を行うことができる。
【００８０】
次に、本発明の実施形態に係る粒子濃度評価方法及び紛体供給方法について説明する。なお、以下では、必要に応じて、図１〜図１２に示した符号を用いることとする。
【００８１】
幾つかの実施形態における粒子濃度評価方法は、レーザ光照射ステップ、光検出ステップ及び粒子濃度評価ステップを備える。
レーザ光照射ステップでは、レーザ光照射部１０を用いて、光路長が異なる２本のレーザ光Ｌ１，Ｌ２を流路１００に照射して、２本のレーザ光Ｌ１，Ｌ２が交差する測定領域Ａにレーザ光の干渉縞Ｍを形成する。続けて、光検出ステップにおいて、測定領域Ａを通過する粒子Ｐからの散乱光を光検出部２０により検出する。そして、粒子濃度評価ステップにおいて、光検出ステップで検出された散乱光の強度の経時変化の最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘ、又は、前記経時変化における２つのピークの大きさ差分ΔＩに基づいて、流路１００における粒子Ｐの濃度を評価する。なお、粒子濃度評価ステップでは、前記経時変化における複数のピークのうち隣り合う２つのピークの大きさの差分ΔＩに基づき、粒子Ｐの濃度を評価してもよい。さらに、粒子濃度評価ステップでは、最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘまたは前記２つのピークの大きさ差分ΔＩと粒子濃度との相関関係を予め実験装置３００により求めておき、かかる相関関係に光検出部２０から得られたＩｍａｘまたはΔＩを当てはめて、粒子濃度を算出してもよい。
さらに、粒子濃度評価ステップに併せて、前記経時変化におけるピークの発現周期Δｔおよび干渉縞Ｍの間隔δに基づき、流路１００内における粒子速度を算出する粒子速度算出ステップを行ってもよい。
【００８２】
幾つかの実施形態に係る紛体供給方法は、粒子供給ステップ、レーザ光照射ステップ、光検出ステップおよび流量調節ステップを備える。
粒子供給ステップでは、粒子供給部５１０から分岐して粒子供給部５１０に接続された複数の配管５２０Ａ〜５２０Ｄに対し、粒子供給部５１０から粒子を気体搬送により供給する。レーザ光照射ステップにおいて、光路長が異なる２本のレーザ光Ｌ１，Ｌ２を各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄに照射して、２本のレーザ光Ｌ１，Ｌ２が交差する測定領域Ａにレーザ光の干渉縞Ｍを形成する。そして、光検出ステップにおいて、各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄの測定領域Ａを通過する粒子Ｐからの散乱光を検出する。こうして光検出ステップで検出された散乱光の強度に基づいて、流量調節ステップにおいて、各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄを流れる気体の流量を調節する。具体的には、流量調節ステップでは、光検出ステップで検出された散乱光の強度の経時変化の最大ピークＰＫｍａｘの大きさＩｍａｘ、又は、前記経時変化における２つのピークの大きさ差分ΔＩに基づいて、各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける粒子濃度が均一化されるように、各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄを流れる気体流量を調節する。
【００８３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００８４】
例えば、上記実施形態では、紛体供給システム５００は、光検出部２０Ａ〜２０Ｄの計測結果を直接コントローラ５４０に入力する例について説明したが、他の実施形態では、紛体供給システムに上述した粒子濃度評価装置１を設けておき、粒子濃度評価装置１による評価結果をコントローラ５４０に入力してもよい。
この場合、コントローラ５４０は、粒子濃度評価装置１によって得られた評価結果（各配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける粒子濃度（又は粒子速度））に基づいて、各々の配管５２０Ａ〜５２０Ｄにおける粒子濃度（又は粒子速度）が均一化されるように各々の流量調節部５３０Ａ〜５３０Ｄを制御してもよい。
【００８５】
また、本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００８６】
１  粒子濃度評価装置
１０，１０Ａ〜１０Ｄ  レーザ光照射部
１２  レーザ発振器
１３  光学系
１４  ハーフミラー
１６  ミラー
１８  レンズ
２０，２０Ａ〜２０Ｄ  光検出部
３０  粒子濃度評価部
３２  記憶部
３４  粒子濃度算出部
３６  粒子速度算出部
１００  流路
１１０  計測窓
３００  実験装置
３１０  空気吸込管
３１２  空気入口
３１４  粒子投入口
３２０  光透過配管
３３０  紛体分離器
３４０  フィルタ
３５０  ファン
３６０  逆洗ライン
４００  関数
５００  紛体供給システム
５１０  粒子供給部
５２０Ａ〜５２０Ｄ  配管
５３０Ａ〜５３０Ｄ  流量調節部
５３０Ａ〜５３０Ｄ  流量調節部
６１０Ａ〜６１０Ｄ  バーナ
５４０  コントローラ
６００  ボイラ
６２０  燃焼炉
６３０  煙道
６４０  熱エネルギー回収部
６５０，６６０  送風機
６５２  空気噴出口
Ａ  測定領域
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２  レーザ光
Ｍ  干渉縞
Ｐ  粒子
【図１】
2016075519.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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