(57)【要約】【課題】管内を流れる粉体の流速を、粉体の流通の障害にならずに性格に測定することを目的とする。【解決手段】管の所定距離（Ｄ）離れた位置にて、第１の検出波送受信手段と第２の検出波送受信手段とにより、それぞれ管の内径方向に沿って検出波の送受信を行って、第１の検出波送受信手段で検出して得た第１の位相の時系列変化と、第２の検出波送受信手段で検出して得た第２の位相の時系列変化との相関を計算する。そして、最も高い相関となる時間差を導き出し、時間差と、距離（Ｄ）とから粉体の流速を算出する。【選択図】図１
2016033472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内を流れる粉体の流速を測定する方法であって、
管の所定距離（Ｄ）離れた位置にて、第１の検出波送受信手段と第２の検出波送受信手段とにより、それぞれ管の内径方向に沿って検出波の送受信を行って、前記第１の検出波送受信手段で検出して得た第１の位相の時系列変化と、前記第２の検出波送受信手段で検出して得た第２の位相の時系列変化との相関を計算して最も高い相関となる時間差を導き出し、前記時間差と、前記距離（Ｄ）とから粉体の流速を算出することを特徴とする管内を流れる粉体の流速測定方法。
【請求項２】
前記第１の検出波送受信手段と前記第２の検出波送受信手段とで、検出波として、電界の向きが互いに９０°ずれた直線波を用いることを特徴とする請求項１記載の管内を流れる粉体の流速測定方法。
【請求項３】
前記第１の検出波送受信手段及び前記第２の検出波送受信手段と、検出波の送受信を制御する高周波発信ユニットとを同軸ケーブルで接続することを特徴とする請求項１または２記載の管内を流れる粉体の流速測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管内を流れている粉体の流速を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉設備では、高炉の補助燃料として羽口から微粉炭を吹き込み、鉄鉱石の還元用に使用している。羽口は通常数十程度あり、高炉の安定運転のために、各羽口に接続する微粉炭供給パイプ内を流れる微粉炭の流量の把握と、各パイプへの微粉炭の配分精度の高精度化が求められている。
【０００３】
管内を流れる粉体の流速を測定するために、従来からドップラー式流速計が広く使用されている（例えば、特許文献１、２参照）。このドップラー式流速計では、粉体が流れている管の外部から管の内部に検出波を送信し、粉体による反射波を受信して、そのときのドップラー効果による周波数のシフト量から流速を求めており、粉体の流通の妨げにならずに流速を測定することができる利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−９７７４２号公報
【特許文献２】特開２００７−２４５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ドップラー式流速計で得られた周波数がシフトした信号をフーリエ変換すると、図４に示すような分布の速度スペクトルとなる。尚、図４において、横軸が粉体の速度、縦軸が速度スペクトルである。図示されるように、速度０ｍ／ｓでの速度スペクトルが最も大きく、高速になるのに従って徐々に速度スペクトルが小さくなる分布となるため、実際の速度を正確に求めることができない。
【０００６】
そこで本発明は、管内を流れる粉体の流速を、粉体の流通の障害にならずに性格に測定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に本発明は、下記の管内を流れる粉体の流速測定方法を提供する。
（１）管内を流れる粉体の流速を測定する方法であって、
管の所定距離（Ｄ）離れた位置にて、第１の検出波送受信手段と第２の検出波送受信手段とにより、それぞれ管の内径方向に沿って検出波の送受信を行って、前記第１の検出波送受信手段で検出して得た第１の位相の時系列変化と、前記第２の検出波送受信手段で検出して得た第２の位相の時系列変化との相関を計算して最も高い相関となる時間差を導き出し、前記時間差と、前記距離（Ｄ）とから粉体の流速を算出することを特徴とする管内を流れる粉体の流速測定方法。
（２）前記第１の検出波送受信手段と前記第２の検出波送受信手段とで、検出波として、電界の向きが互いに９０°ずれた直線波を用いることを特徴とする上記（１）記載の管内を流れる粉体の流速測定方法。
（３）前記第１の検出波送受信手段及び前記第２の検出波送受信手段と、検出波の送受信を制御する高周波発信ユニットとを同軸ケーブルで接続することを特徴とする上記（１）または（２）記載の管内を流れる粉体の流速測定方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、管内を流れる粉体の速度を、粉体の流通を妨げることなく、正確に測定することができる。そのため、例えば、高炉設備において微粉炭供給パイプ内を流れる微粉炭の流量を正確に把握でき、より安全に高炉を稼働させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明方法を説明するための模式図である。
【図２】本発明方法の測定原理を説明するための図である。
【図３】実験で得られた位相の時系列変化Ｓ１と、位相の時系列変化Ｓ２を示す図である。
【図４】ドップラー式流速計で得られる速度スペクトルの分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の測定方法を説明するための模式図である。尚、ここでは、粉体として高炉に供給される微粉炭、検出波としてマイクロ波を例示するが、粉体及び検出波には制限はなく、例えば検出波として超音波やミリ波を用いることもできる。また、微粉炭（図示略）は、図中矢印で示すように、左側から右側に管１００の内部を流れているものとする。
【００１２】
測定装置１０は、管１００の適所に挿入される。この測定装置１０は、マイクロ波を透過可能な、例えばセラミックス等からなる内管１１と、金属製の外管１２との２重管に、距離Ｄだけ離れて上流側のａ地点に第１のマイクロ波送受信手段１、下流側のｂ地点に第２のマイクロ波送受信手段２を装着したものである。また、第１のマイクロ波送受信手段１及び第２のマイクロ波送受信手段２は、外部に設けた制御部２０に接続されており、制御部２０ではマイクロ波の送受信の制御や、後述する受信信号の演算処理を行う。
【００１３】
制御部２０には、送信器１Ａ及び受信器１Ｂの送受信を制御するＲＦユニット２１と、送信器２Ａ及び受信器２Ｂの送受信を制御するＲＦユニット２２が接続されている。接続には導波管を用いてもよいが、取り回しや長さの調整が容易であることから同軸ケーブル２３，２３´，２４，２４´を用いることが好ましい。同軸ケーブル２３，２３´，２４，２４´のケーブル長を長くすることにより、単位時間当たりのビート周波数が高まり、位相の測定精度が高まる。実際には、使用するマイクロ波及び掃引周波数幅に応じて設定されるが、例えば２４ＧＨｚ帯マイクロ波、掃引周波数幅２００ＭＨｚの場合は１ｍ以上のケーブル長にする。
【００１４】
外管１２のａ地点及びｂ地点には開口が対向して形成されており、ａ地点にマイクロ波の送信器１Ａと受信器１Ｂ、ｂ地点に送信器２Ａと受信器２Ｂが、それぞれ内管１１に接するアンテナ１Ｃ，１Ｄ，２Ｃ，２Ｄを介して装着されている。そして、ａ地点においてマイクロ波Ｍ１が、ｂ地点においてマイクロ波Ｍ２が、それぞれ管１００の径方向に沿って送受信される。
【００１５】
また、測定装置１０は、両端のフランジ１５，１５を管１００のフランジ１０１，１０１に取り付けることにより、管１００に連結される。
【００１６】
上記した測定装置１０において、送信器１Ａ及び受信器１Ｂによるマイクロ波Ｍ１の送受信と、送信器２Ａ及び受信器２Ｂによるマイクロ波Ｍ２の送受信とを同時に行う。送受信はＦＭ−ＣＷ方式で行うことができ、ビート周波数をＦＦＴ処理して複素スペクトルから位相を算出する。
【００１７】
このとき、マイクロ波Ｍ１，Ｍ２はａ地点またはｂ地点に存在する微粉炭を透過し、その受信信号は、微粉炭が存在せず、空気中を伝搬する場合の受信信号とは異なる位相を有する。図２に模式的に示すように、ａ地点において、送信器１Ａから送信されたマイクロ波Ｍ１は、微粉炭が存在しないときは、実線で示すように管内を伝搬する。しかし、管内を微粉炭が流れているときには、微粉炭を透過して点線で示すように位相が遅れた状態で管内を伝搬し、受信器１Ｂでは、微粉炭が存在しない場合に比べて、Δφａだけ位相が遅れた信号を受信する。ｂ地点でも同様であり、管内を微粉炭が流れているときには、微粉炭が存在しない場合に比べて、Δφｂだけ位相が遅れた信号が受信される。また、ａ地点またはｂ地点に存在する微粉炭の量に応じてマイクロ波Ｍ１，Ｍ２の位相差Δφａ，Δφｂも変化する。
【００１８】
ここで、微粉炭の管内での流れが一様であるとすると、ａ地点に存在する微粉炭が、ある時間遅れてｂ地点に到達すると見做せるため、ｂ地点では、ある時間遅れて、ａ地点と同じ位相差を持った信号が受信される。しかし、実際には、微粉炭の管内での流れが一様でないため、本発明では、ａ地点及びｂ地点とで同時に送受信を行って、それぞれの受信信号の位相の時系列変化を求める。そして、ａ地点における位相の時系列変化と、ｂ地点における位相の時系列変化との相関を求める。相関は、例えば下記式により求めることができる。式中、ｇ（ｔ）は時刻ｔ（ここではａ地点）における位相の時系列変化、ｆ（τ＋ｔ）は時刻（τ＋ｔ）（ここではｂ地点）における位相の時系列変化である。
【００１９】
【数１】
2016033472.tif 000003
【００２０】
そして、相関が最も高くなるτを求めることにより、このτが、微粉炭が距離Ｄだけ移動するのに要した時間Δｔに最も近いと見做し、この時間Δｔと距離Ｄとから、距離Ｄにおける微粉炭の流速を算出することができる。
【００２１】
上記を検証するために、下記の実験を行った。装置は図１に示す通りとし、直径３２ｍｍのセラミックス製の内管１１に、０．３ｍの間隔（距離Ｄ）で、ａ地点に第１の受信器１Ａと受信器１Ｂとを対向して装着し、ｂ地点に第２の送信器２Ａと受信器２Ｂとを対向して装着した。そして、検出波として２４ＧＨｚ帯マイクロ波を用い、掃引周波数幅２００ＭＨｚ、管１００に微粉炭を流しながら、ａ地点及びｂ地点で同時にマイクロ波の送受信を行った。
【００２２】
そして、受信器１Ｂ及び受信器２Ｂで受信された信号から、それぞれの位相の時系列変化を求めた。結果を図３に示すが、点線は受信器１Ｂによるａ地点における位相の時系列変化Ｓ１であり、実線は受信器２Ｂによるｂ地点における位相の時系列変化Ｓ２である。尚、図３において、縦軸が位相、横軸が時間である。
【００２３】
そして、位相の時系列変化Ｓ１，Ｓ２を基に、上記式を用いて相関が最も高くなるτ（＝Δｔ）を算出することにより、このτ（＝Δｔ）と、距離Ｄとから微粉炭の流速を求めることができる。結果は、ｔ（＝Δｔ）は０．２５秒であり、微粉炭の流速は０．３ｍ／０．２５ｓｅｃ＝１．２ｍ／ｓｅｃとなる。
【００２４】
また、位相の時系列変化Ｓ１，Ｓ２を比較すると、位相の時系列変化Ｓ２は位相の時系列変化Ｓ１が全体的に右側にシフトした、即ちある時間経過した後に現れたような分布を呈しており、相関が高いことを視覚的にも判断することができる。そこで、位相の時系列変化Ｓ１から大きなピーク、例えば出現時間が最も早いＳ１ａを抽出し、位相の時系列変化Ｓ２からも出現時間が最も早い大きなピークＳ２ａを抽出し、Ｓ１ａとＳ２ａの出現時間の差（Δｔ）をチャート上で読み取ると約０．２５秒となる。従って、微粉炭の流速は、０．３ｍ／０．２５ｓｅｃ＝１．２ｍ／ｓｅｃ付近であると判断することができ、上記相関の式を用いて計算した時間差とよく一致している。
【００２５】
先に述べたように、ドップラー式流速計では、流速がかなり広い範囲で測定されるのに対し、本発明方法によれば、管内を流れる微粉炭の流速を絶対値でより正確に測定することができる。
【００２６】
本発明は、種々の変更が可能である。例えば、マイクロ波として、電界の向きがある一方向を向いた状態で伝搬する「直線波」が使用されるが、図１に示すように、２つのマイクロ波Ｍ１，Ｍ２とで、電界の向き（図中矢印）を互いに９０°ずらすことにより、ａ地点とｂ地点とでマイクロ波同士の干渉がなくなり、距離Ｄが近い場合でも検出精度が低下することがなくなる。尚、距離Ｄが十分に長く、マイクロ波Ｍ１，Ｍ２が互いに干渉しない場合には、両マイクロ波Ｍ１，Ｍ２の電界の向きを同一にしてもかまわない。
【００２７】
また、上記の例では、第１のマイクロ波送受信手段１及び第２のマイクロ波送受信手段２として、送信器１Ａと受信器１Ｂ、送信器２Ａと受信器２Ｂをそれぞれ対向配置した場合を示したが、送信器１Ａ、２Ａに代えてそれぞれを送受信器にすることにより、受信器１Ｂ，２Ｂ、更にはアンテナ１Ｄ，２Ｄが不要になる。この場合、マイクロ波Ｍ１，Ｍ２は、外管１２の内壁で反射される。
【符号の説明】
【００２８】
１  第１のマイクロ波送受信手段
２  第２のマイクロ波送受信手段
１Ａ，２Ａ  送信器
１Ｂ，２Ｂ  受信器
１Ｃ，１Ｄ，２Ｃ，２Ｄ  アンテナ
１０  測定装置
１１  内管
１２  外管
２０  制御部
２１，２２  ＲＦユニット
２３，２４  同軸ケーブル
１００  管
【図１】
2016033472.tif 000004
【図２】
2016033472.tif 000005
【図３】
2016033472.tif 000006
【図４】
2016033472.tif 000007