(57)【要約】【課題】装置構成を複雑とせずにホーンアンテナの内側に揮発物が付着するのを確実に防止することができるホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計及びホーンアンテナへの揮発物の付着防止方法を提供する。【解決手段】ホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計１は、揮発物が含まれる貯蔵物４を貯蔵する貯蔵タンク２の屋根板３に設置され、マイクロ波を貯蔵物４の測定面４ａに発射するとともに測定面４ａから反射されたマイクロ波を受信するアンテナ部１０と、アンテナ部１０から発射されるマイクロ波を単一の方向へ放射する中空の円錐台形状のアンテナホーン部１１とを有するホーンアンテナ１２と、アンテナホーン部１１の出口近傍の複数箇所に設けられた複数のガスパージ孔１６と、複数のガスパージ孔１６の各々に取付られた、パージ用ガスを各ガスパージ孔１６からアンテナホーン部１１内に流入させて衝突、滞留させる複数のパージ用ガス流入部材１７とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発物が含まれる貯蔵物を貯蔵する貯蔵タンクの屋根板に設置されるホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計であって、
前記屋根板に設置した際に前記貯蔵タンク内に位置するホーンアンテナであって、マイクロ波を前記貯蔵物の測定面に発射するとともに前記測定面から反射されたマイクロ波を受信するアンテナ部と、該アンテナ部から発射されるマイクロ波を単一の方向へ放射する中空の円錐台形状のアンテナホーン部とを有するホーンアンテナと、
前記アンテナホーン部の出口近傍の複数箇所に設けられた複数のガスパージ孔と、
該複数のガスパージ孔の各々に取付られた、パージ用ガスを各ガスパージ孔から前記アンテナホーン部内に流入させて衝突、滞留させる複数のパージ用ガス流入部材とを備えていることを特徴とするホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計。
【請求項２】
前記アンテナホーン部の出口近傍の、前記アンテナホーン部の中心線を通る対角線上の２箇所に、２つの前記ガスパージ孔を設け、２つの前記ガスパージ孔の各々に前記パージ用ガス流入部材を取り付けたことを特徴とする請求項１に記載のホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計。
【請求項３】
前記パージ用ガスは、窒素ガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載のホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計。
【請求項４】
揮発物が含まれる貯蔵物を貯蔵する貯蔵タンクの屋根板に設置されるホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計のホーンアンテナへの揮発物の付着防止方法であって、
前記ホーナンテナが、前記屋根板に設置した際に前記貯蔵タンク内に位置するとともに、マイクロ波を前記貯蔵物の測定面に発射するとともに前記測定面から反射されたマイクロ波を受信するアンテナ部と、該アンテナ部から発射されるマイクロ波を単一の方向へ放射する中空の円錐台形状のアンテナホーン部とを有し、
前記アンテナホーン部の出口近傍の複数箇所に設けられた複数のガスパージ孔から前記アンテナホーン部内にパージ用ガスを流入させて衝突、滞留させることを特徴とするホーナンテナ付マイクロ波レベル計のホーンアンテナへの揮発物の付着防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発物が含まれる貯蔵物の貯蔵タンクに取り付けられたホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計及びホーンアンテナへの揮発物の付着防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にコークス炉で石炭を乾留した際に得られるコールタールなどの貯蔵物は、貯蔵タンクに貯蔵される。この貯蔵タンクにおいては、貯蔵されている貯蔵物のレベル（貯蔵量）を測定するために、例えばホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計などのマイクロ波レベル計が貯蔵タンクに設置されるのが一般的である。マイクロ波レベル計は、超音波レベル計と異なり、気体を伝播媒体とせず、測定経路上の気体の温度、圧力、流速等の影響をほとんど受けずに測定可能であるため、貯蔵されている貯蔵物のレベルを測定するのに一般的に使用される。
【０００３】
従来、転炉、高炉、溶融還元炉などにおける炉内のスラグレベル、溶鋼レベル、原料レベル等の原料のレベルをマイクロ波を利用して計測する炉内レベル計としては、例えば、特許文献１に示すものが知られている。
特許文献１に示す炉内レベル計は、炉内に挿入される送信アンテナ及び受信アンテナと、送信アンテナに対してマイクロ波信号を出力し、炉内のスラグ面で反射され、受信アンテナによって受信されたマイクロ波信号からこれらアンテナとスラグ面との距離を算出してレーダ計測信号として出力するマイクロ波レーダとを備えている。
【０００４】
そして、送信及び受信アンテナは、内側全体が導波管として機能し、先端に内側がホーンアンテナとして機能する拡径部を有する金属製の内管と、内管を取り囲む金属製の外管とからなる水冷ホーンアンテナであり、内管の基端側にパージ用ガスを流入させるガスパージ口を設けている。
また、従来、コークス炉内に投入された石炭の実際のレベルを正確に検知することができるコークス炉の装炭レベル測定装置として、例えば、特許文献２に示すものが知られている。
【０００５】
特許文献２に示すコークス炉の装炭レベル測定装置においては、コークス炉上を走行する装炭車の給炭ホッパーの上部に、ガラス、陶磁器、耐熱性樹脂などからなる保護板を介してマイクロ波レベル計を取付ける。そして、マイクロ波レベル計は射出角度収束用のパラボラ状のアンテナを備えたもので、射出角度の小さいビームを給炭ホッパーの内部を通じて装炭口から炉内に射出し、石炭表面からの反射波によって装炭レベルを測定するものであり、保護板の下面には炭塵の付着を防止するワイパーが設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２５７０８８６号公報
【特許文献２】特開２００５−３０６９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計を貯蔵タンクに設置して貯蔵物の貯蔵レベルを測定する場合、通常、貯蔵タンクの屋根板などにホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計が設置され、ホーンアンテナを屋根板より下の貯蔵タンクの内側に位置させることが行われる。しかし、長い間、かかるホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計を使用し続けると、揮発物がホーンアンテナの内側に固着し、貯蔵されている貯蔵物のレベル測定が不可能となることがある。例えば、貯蔵物がコールタールの場合には、ナフタリンやタールの結晶物がホーンアンテナの内側に固着する。
【０００８】
この場合、定期的にホーンアンテナの清掃が必要となるが、貯蔵タンクの保有台数が増えるほど、清掃作業員の負荷が大きくなり清掃費用が大幅に増加する。
ここで、ホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計として、特許文献１に示す炉内レベル計を用いた場合には、内管の基端側に設けられたガスパージ口よりパージ用ガスを流入させて、ホーンアンテナの内側に固着した揮発物を除去することも考えられる。
【０００９】
しかし、内管の基端側に設けられたガスパージ口よりパージ用ガスを流入させるだけでは、ホーンアンテナの内側に固着した揮発物を確実に除去することができない。
また、ホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計として、特許文献２に示すマイクロ波レベル計を用いることを考慮した場合、装炭車がない場合には適切に取り付けることができない。また、仮に、マイクロ波レベル計を貯蔵タンクに取り付けたとしても、保護板やワイパーが必要となり、装置構成が複雑となる。
【００１０】
従って、本発明はこれら従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、装置構成を複雑とせずにホーンアンテナの内側に揮発物が付着するのを確実に防止することができるホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計及びホーンアンテナへの揮発物の付着防止方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題点を解決するために、本発明の一態様に係るホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計は、揮発物が含まれる貯蔵物を貯蔵する貯蔵タンクの屋根板に設置されるホーナンテナ付マイクロ波レベル計であって、前記屋根板に設置した際に前記貯蔵タンク内に位置するホーンアンテナであって、マイクロ波を前記貯蔵物の測定面に発射するとともに前記測定面から反射されたマイクロ波を受信するアンテナ部と、該アンテナ部から発射されるマイクロ波を単一の方向へ放射する中空の円錐台形状のアンテナホーン部とを有するホーンアンテナと、前記アンテナホーン部の出口近傍の複数箇所に設けられた複数のガスパージ孔と、該複数のガスパージ孔の各々に取付られた、パージ用ガスを各ガスパージ孔から前記アンテナホーン部内に流入させて衝突、滞留させる複数のパージ用ガス流入部材とを備えていることを要旨とする。
【００１２】
また、本発明の別の態様に係るホーンアンテナへの揮発物の付着防止方法は、揮発物が含まれる貯蔵物を貯蔵する貯蔵タンクの屋根板に設置されるホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計のホーンアンテナへの揮発物の付着防止方法であって、前記ホーナンテナが、前記屋根板に設置した際に前記貯蔵タンク内に位置するとともに、マイクロ波を前記貯蔵物の測定面に発射するとともに前記測定面から反射されたマイクロ波を受信するアンテナ部と、該アンテナ部から発射されるマイクロ波を単一の方向へ放射する中空の円錐台形状のアンテナホーン部とを有し、前記アンテナホーン部の出口近傍の複数箇所に設けられた複数のガスパージ孔から前記アンテナホーン部内にパージ用ガスを流入させて衝突、滞留させることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計及びホーンアンテナへの揮発物の付着防止方法によれば、装置構成を複雑とせずにホーンアンテナの内側に揮発物が付着するのを確実に防止することができるホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計及びホーンアンテナへの揮発物の付着防止方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計を揮発物が含まれる貯蔵物を貯蔵する貯蔵タンクの屋根板に設置した状態の模式図である。
【図２】ホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計を貯蔵タンクの屋根板に設置した際の測定原理を説明するための模式図である。
【図３】ホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計を貯蔵タンクの屋根板に設置した際の問題点を説明するための模式図である。
【図４】図１に示す本発明の一実施形態に係るホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計の構造を説明するための図である。
【図５】図４に示すホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計において、ガスパージ孔周辺の構造を説明するための部分断面図である。
【図６】比較例に係るホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計において、パージ用ガスを流入させた状態の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態に係るホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計について図１乃至図４を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係るホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計１を貯蔵物４、例えばコールタールを貯蔵する貯蔵タンク２の屋根板３に設置した状態が示されている。このホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計１は、ホーンアンテナ１２と、導波管部１３と、マイクロ波を信号処理する信号処理部１４とを備えている。
【００１６】
ここで、ホーンアンテナ１２は、図１に示すように、ホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計１を屋根板３に設置した際に貯蔵タンク２内に位置する。そして、ホーンアンテナ１２は、図１、図２及び図４に示すように、マイクロ波を貯蔵物４の測定面４ａに発射するとともに測定面４ａから反射されたマイクロ波を受信するアンテナ部１０と、アンテナ部１０から発射されるマイクロ波を単一の方向へ放射する中空の円錐台形状のアンテナホーン部１１とを有している。
【００１７】
そして、ホーンアンテナ１２は、図４に示すように、アンテナ部１０を基端側として取付板１５に複数の取付ねじにより取り付けられる。取付板１５は、図示はしないが貯蔵タンク２の屋根板３に取り付けられる。
また、導波管部１３は、アンテナ部１０と信号処理部１４とを接続するものであり、信号処理部１４により導波管部１３、アンテナ部１０およびアンテナホーン部１１を介して送信された電磁波からなるマイクロ波が、貯蔵物４の測定面４ａより反射され、アンテナホーン部１１、アンテナ部１０及び導波管部１３を介して信号処理部１４に受信される。
【００１８】
信号処理部１４は、マイクロ波を導波管部１３に送信するとともに受信されたマイクロ波を信号処理し、マイクロ波を発射してから帰ってくるまでの時間を測定して、貯蔵物４の測定面４ａまでの距離を算出する。
このホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計１の測定原理は、図２に示されており、電磁波からなるマイクロ波を、ホーンアンテナ１２のアンテナ部１０及びアンテナホーン部１１を介して貯蔵物４の測定面４ａ、即ち矢印Ａ方向（下方向）に向けて発射する。そして、マイクロ波は、貯蔵物４の測定面４ａより矢印Ｂ方向（上方向）に反射され、アンテナホーン部１１、アンテナ部１０及び導波管部１３を介して信号処理部１４に受信される。そして、信号処理部１４が、マイクロ波を発射してから帰ってくるまでの時間を測定して、貯蔵物４の測定面４ａまでの距離を算出する。
【００１９】
ここで、アンテナホーン部１１は、アンテナ部１０から発射されるマイクロ波を、拡散させずに単一方向に放射する機能を有し、図２に示すように、アンテナ部１０がある側の基端部から先端部までの長さＬが長いほど、マイクロ波の指向性がよくなり、より正確な貯蔵物４のレベル測定が可能となる。
このホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計１が貯蔵物４の貯蔵タンク２におけるレベル測定に用いられる理由は次の通りである。
【００２０】
タンク内の液面レベルの測定には、超音波レベル計を用いる場合と、マイクロ波レベル計を用いる場合とが考えられる。ここで、超音波レベル計は、気体を伝播媒体とするのに対し、マイクロ波レベル計は、マイクロ波が真空中でも伝播するため、気体を伝播媒体とはしていない。そして、マイクロ波レベル計は、測定経路上の気体の温度、圧力、流速等にはほとんど影響を受けずに測定可能である。コークス炉で石炭を乾留した際に得られるコールタールは常温で固体となるために、常に、加熱保温しているため、コールタールを貯蔵した貯蔵タンクの内部には、ナフタリンやタールの蒸気が充満しており、気体を伝播媒体としないマイクロ波レベル計が好適である。このため、ホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計１が貯蔵物４の貯蔵タンク２におけるレベル測定に用いられる。
【００２１】
ここで、ホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計１を、ホーンアンテナ１２が貯蔵タンク２内に位置するように、貯蔵タンク２の屋根板３に設置し、数か月程度使用し続けると、図３に示すように、ホーンアンテナ１２の内側、つまりアンテナホーン部１１の内側に揮発物（例えば、ナフタリンやタール等の結晶物）Ｃが固着する。これにより、貯蔵されている貯蔵物４のレベル測定が不可能となる。
【００２２】
この問題を解決するために、本実施形態に係るホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計１においては、図４及び図５に示すように、アンテナホーン部１１の出口近傍の、アンテナホーン部１１の中心線ＣＬを通る対角線上の２箇所に、２つのガスパージ孔１６を設けている。そして、この２つのガスパージ孔１６の各々に、パージ用ガスを各ガスパージ孔１６からアンテナホーン部１１内に流入させて衝突、滞留させる２つのパージ用ガス流入部材１７を取り付けている。
【００２３】
ここで、２つのガスパージ孔１６を設けるアンテナホーン部１１の出口近傍とは、アンテナホーン部１１の先端部（開口部のあるところ）から１８ｍｍ以上７２ｍｍ以下の範囲を意味する。アンテナホーン部１１の先端部から１８ｍｍ未満であると、パージ用ガス滞留部がアンテナホーン先端より下部に発生し、揮発物がアンテナホーン内部へ侵入し固着するという不都合があり、また、アンテナホーン部１１の先端部から７２ｍｍよりも大きいと、アンテナホーン先端での滞留効果が薄れ、アンテナホーン先端で揮発物が固着するという不都合がある。
【００２４】
また、各ガスパージ孔１６の直径は、２ｍｍ以上６ｍｍ以下が好適である。
また、各パージ用ガス流入部材１７は、一端が金属製ブロック１９を介してアンテナホーン部１１のガスパージ孔１６に連通するようにして取り付けられ、他端が継手２０を介して取付板１５に取り付けられた第１取付部材２１に接続された配管１８と、第１取付部材２１に対向するように取付板１５に取り付けられた第２取付部材２３に接続された入口形成部材２２とを備えている。配管１８の一端は、図５に示すように、金属製ブロック１９に固定される。そして、金属製ブロック１９には、図５に示すように、配管１８の管内の流路をアンテナホーン部１１のガスパージ孔１６に連通させる貫通孔１９ａが形成されている。そして、入口形成部材２２は、継手により構成され、入口形成部材２２に入口が形成されている。
【００２５】
そして、ホーンアンテナ１２への揮発物の付着を防止するに際し、入口形成部材２２に形成された入口から矢印Ｄで示す方向（下方向）にパージ用ガスが流入さる。入口に流入されたパージ用ガスは、入口形成部材２２、第２取付部材２３、第１取付部材２１、配管１８、及び金属製ブロック１９の貫通孔１９ａを通ってガスパージ孔１６に到る。そして、パージ用ガスは、ガスパージ孔１６からアンテナホーン部１１の内部に図４における矢印Ｅ１で示す方向に流入し、対角線上に設けられたガスパージ孔１６からアンテナホーン部１１の内部に図４における矢印Ｅ２で示す方向に流入したパージ用ガスとアンテナホーン部１１の中心線ＣＬ近傍で衝突し、その近傍で滞留することになる。
【００２６】
これにより、装置構成を複雑とせずにアンテナホーン部１１の内側に揮発物（例えば、ナフタリンやタール等の結晶物）Ｃが付着するのを確実に防止することができる。このため、揮発物の付着を原因とするホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計１の計器不良が解消されるとともに、揮発物が付着した際の清掃作業が不要となり、計器保全負荷を大幅に軽減することができる。
【００２７】
ここで、パージ用ガスとしては、貯蔵タンク２内の貯蔵物４と反応しない窒素ガスが用いられ、パージ用ガスのパージは、常時、最低１０ｍ３／ｈの流量で行われる。
なお、ホーンアンテナ１２への揮発物の付着を防止する別の方法としては、窒素ガスをアンテナホーン部１１内に流入させて、揮発物の融点（例えば、ナフタリンの場合は８０℃）以上の温度まで加熱することも考えられる。しかし、この方法では、窒素ガスを加熱する加熱装置の設置費及び維持費が膨大で、設置場所を確保することが困難なことから、その方法を利用する現実性は乏しい。
【００２８】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、ガスパージ孔１６は、アンテナホーン部１１の出口近傍の、アンテナホーン部１１の中心線ＣＬを通る対角線上の２箇所に、２つ設けられているが、３箇所以上の複数箇所に複数個設けられてもよい。この場合、複数個のガスパージ孔１６の各々に、パージ用ガスを各ガスパージ孔１６からアンテナホーン部１１内に流入させて衝突、滞留させる複数のパージ用ガス流入部材１７を設ける。
【００２９】
また、２つのガスパージ孔２６が、アンテナホーン部１１の出口近傍の、アンテナホーン部１１の中心線ＣＬを通る対角線上の２箇所に設けられているが、必ずしも対角線上でなくてもよい。例えば、２つのガスパージ孔２６を、アンテナホーン部１１の出口近傍の周方向に９０度ずれた２箇所に設けたり、周方向に１８０度ずれた２箇所から少しずれた位置に設けてもよい。各ガスパージ孔１６からアンテナホーン部１１の内部に流入させたパージ用ガスをアンテナホーン部１１の中心線ＣＬ近傍で衝突させるためには、２つのガスパージ孔１６の設置位置のずれができるだけ１８０度に近いことが好ましい。
【００３０】
更に、パージ用ガスは、貯蔵タンク２内の貯蔵物４や揮発物と反応しなければ窒素ガス以外であってもよい。
また、貯蔵タンク２に貯蔵される貯蔵物４は、コールタール以外の貯蔵物であってもよい。
【実施例】
【００３１】
本発明の効果を検証すべく、図４に示すホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計１をコールタールを貯蔵した貯蔵タンク２の屋根板３に設置し、窒素ガスを各入口形成部材２２に形成された入口から流入させ、各ガスパージ孔１６からアンテナホーン部１１の内部に流入させた。
ここで、アンテナホーン部１１のホーン長さ（図２における符号Ｌ参照）を２０５ｍｍ、アンテナホーン部１１の先端の開口部の直径をφ１４５ｍｍとし、アンテナホーン部１１において、この先端の開口部から４５ｍｍの位置の中心線ＣＬを通る対角線上の２箇所に２つのガスパージ孔１６を設けた。各ガスパージ孔１６の直径はφ４ｍｍである。また、パージ用ガス流入部材１７を構成するφ６ｍｍのステンレス製の配管１８を金属製ブロック１９を介して各ガスパージ孔１６に連通するように取り付けた。配管１８の端部を金属製ブロック１９に固定するともに、金属製ブロック１９をアンテナホーン部１１に溶接により固定する。そして、各ガスパージ孔１６からアンテナホーン部１１の内部に流入させる窒素ガスのパージにおける窒素ガスの流量は１０ｍ３／ｈとした。
【００３２】
この結果、長期にわたり、アンテナホーン部１１の内側にナフタリンやタール等の結晶物が付着するのを防止できた。
一方、比較例として図６に示すホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計１をコールタールを貯蔵した貯蔵タンク２の屋根板３に設置した。この図６に示すホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計１は、ホーンアンテナ１２のアンテナホーン部１１のアンテナ部１０近傍に２箇所のガスパージ孔を設けたものである。そして、窒素ガスを各ガスパージ孔からコールタールの測定面に向けて矢印Ｆで示す垂直下方に流入させた。この窒素ガスのパージにおける窒素ガスの流量を、３ｍ３／ｈ、５ｍ３／ｈ、７ｍ３／ｈ、１０ｍ３／ｈと変化させた。
【００３３】
この結果、窒素ガスの流量がいずれの場合であっても、アンテナホーン部１１の内側にナフタリンやタール等の結晶物が付着した。この理由は、アンテナホーン部１１の形状が下方に行くにしたがって広がる円錐台形状をしており、アンテナホーン部１１の開口部で窒素ガスの流速が下がり、十分にパージ効果が表れなかったのが原因と考えられる。
【符号の説明】
【００３４】
１  ホーンアンテナ付きマイクロ波レベル計
２  貯蔵タンク
３  屋根板
４  貯蔵物
１０  アンテナ部
１１  アンテナホーン部
１２  ホーンアンテナ
１６  ガスパージ孔
１７  パージ用ガス流入部材
【図１】
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【図２】
2017161410.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2017161410.tif 000008