JPH01162118A

JPH01162118A - 採光用プローブ

Info

Publication number: JPH01162118A
Application number: JP62322459A
Authority: JP
Inventors: Kouichirou Shibata; 柴田　耕一朗; Mikiro Deguchi; 幹郎出口; Mitsuhiro Fukuda; 光弘福田; Masayoshi Fukuoka; 福岡　正能; Masashi Maeda; 正史前田; Yoshiichi Kuwano; 桑野　芳一
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-12-18
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1989-06-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、高炉、燃焼炉及びコークス炉などの反応炉
内のように溶融金属やスラグやダストなどの飛散物が多
い空間において、ガスの定性・定石分析や気相・固相物
の温度測定、それに装入物の挙動観察などの各種分析を
光学的に行なう際に使用される採光用プローブに関する
。

（従来の技術とその問題点）近年、種々の計測センサが開発され、ブラックボックス
とされていた反応炉内現象が次第に解明されつつある。

反応炉内現象の解明は、単に学問的興味を満足させるの
みならず、反応炉内の状況を安定化し燃料費を低減させ
る反応炉操業法の確立を可能にするという点で重要であ
る。

しかし、特に反応炉下部の高温域での各種分析は困難を
極めているのが現状である。これは、■反応炉内の下部
高温域では飛散した溶融金属やスラグなどが計測センサ
（熱雷対など）にダメージを与えやすく、計測センサを
安定化して機能させることができず、また、■ガス分析
においても、反応炉下部（高温強還元性雰囲気下）のみ
に存在するガス（Ｓｉ　Ｏガスなど）をガスサンプリン
グ法で分析する場合には、炉外ヘガスを取出すときにガ
スの温度が高温から室温まで急激に降下するためにガス
が変質してしまうことになり、本来の分析結果を得るこ
とができないためである。

このような事情から現在では、装入物の輻射光からその
温度を計測する光応用温度計測や、反応炉下部に存在す
るガスなどからの輻射光を利用して炉内ガスの定量・定
性分析を行なう光応用ガス分析などが注目されている。

これらの光学的分析法では、光伝送媒体を内蔵したプロ
ーブ（例えば、特公昭６１−１０００３号）を反応炉内
に挿入して、炉内で被分析物からの輻射光を採光する。

そして、採光した輻射光をプローブ内の光伝送媒体を介
して炉外に導き、この輻射光を炉外に設置した分析器に
与えて炉内の装入物の温度測定やガス分析などの各種分
析が行なわれる。このため、このような光学的分析法に
よれば、計測センサなどを反応炉内に配置しなくてもよ
く、また、炉内のガスを炉外を取出す必要もなくなり、
反応炉下部に存在する物質の各種分析が可能となる。

ところで、上記光学的分析法によって各種分析を精度よ
く行なうためには、被分析物からの輻射光をできるだけ
効率よく採光して光伝送媒体（たとえば光ファイバーや
リレーレンズ等）に導入し分析器に伝送することが必要
である。このため、通常では光ファイバーの前方にレン
ズなどの集光光学系を設けたプＯ−プを使用し、被分析
物からの輻射光をこのレンズで集光して光ファイバーに
導入するという手法が用いられている。

しかしながら、前述のように、特に反応炉下部では溶融
金属やスラグなどが多量に飛散しており、これらがレン
ズ表面に付着して輻射光の透過を妨げることになる。こ
のため、各種分析を長時間連続的に行なう場合には、輻
射光を十分に分析器に伝送することができなくなり、分
析精度が低下するという問題点があった。

（発明の目的）この発明は、従来の技術における上述の問題の克服を意
図しており、溶融金属やスラグやダストなどが多量に飛
散している空間において長時間連続的に分析を行なう場
合でも、被分析物からの輻射光を十分に分析器へ伝送す
ることができ、安定して高い分析精度を得ることの可能
な採光用プローブを提供することを目的とする。

（目的を達成するための手段）上述の目的を達成するため、この発明の採光用プローブ
では、集光光学系や光伝送路などを収容して光学系本体
部を構成する第１の中空管の側壁面のうち前記集光光学
系の前方に位置する部分に′透孔を設けるとともに、プ
ローブの外部から前記第１の中空管の内部に流入するガ
スを前記透孔へと案内するテーバ面を持ったガス案内部
材を、そのテーバ面の径が前記集光光学系に向って開く
ように、前記第１の中空管の前記透孔付近の内壁に設け
る。また、このような改良を施した光学系本体部を先端
に開口を有する第２の中空管の内部に収容するとともに
、前記透孔を通して前記第１の中空管の側壁外部へ導か
れたガスを前記プローブ内を通して前記プローブの後方
側外部へと排出するガス排出路を、前記光学系本体部を
前記第２の中空管内部との間隙を用いて形成している。

（実施例）第１図はこの発明の一実施例である採光用プローブ１の
部分断面図である。以下、同図を参照して採光用プロー
ブ１の構成を説明する。

この採光用プローブ１は円筒状の光学系本体部２を中空
管状の胴体部３に挿通収容して形成されている。そして
、光学系本体部２は、集光部１０と光伝送部２０とを螺
合して形成されている。

このうち、集光部１０は、中空管状のレンズ支持体１０
ａを備えており、レンズ支持体１０ａの内部には、集光
光学系としてのレンズ１１が収容されて支持されている
、また、レンズ支持体１０ａの内壁面には溝１２が形成
されており、この溝１２によってレンズ１１の前方と後
方とが連通されている。さらに、レンズ支持体１０ａの
内壁のうち、レンズ１１の前方には、透孔１６が設けら
れており、この透孔１６を前後にはさむような近傍位置
には、二個のガス案内部材１３．１４がそれぞれレンズ
支持体１０ａの内壁に取付けられている。このガス案内
部材１３．１４は外壁と内壁とがともに円錐台状のテー
パ面１３ａ、１３ｂ。

１４ａ、１４ｂとされた中空体であって、レンズ１１に
向ッテ各テーパ面１３ａ、１３ｂ、１４ａ。

１４ｂの径が次第に広がっている。そして、ガス案内部
材１４の開口部１５はレンズ支持体１０ａ自体の開口１
０ｂより突出して、集光部１０の開口部１５を形成して
いる。

また、光伝送部２０は、中空管状の光フアイバー支持体
２０ａを外殻としており、この光フアイバー支持体２０
ａの内部には、ファイバー固定具２１によって光ファイ
バー２２が内部に固定されている。この光ファイバー２
２は光伝送路を形成するが、光伝送路としては光ファイ
バー２２の他リレーレンズなどでもよい。そして、ファ
イバー固定具２１には、後述するクリーニングガスの通
気孔２３が設けられている。

このようなレンズ支持体１０ａと光フアイバー支持体２
０ａとを螺合して一体化することによって第１の中空管
４０が形成されるとともに、この第１の中空管４０の内
部にレンズ１１や光ファイバー２２が収容された形とな
る。また、このような螺合によってレンズ１１の後方に
気室２４が形成される。なお、このようにして組立てた
状態でのレンズ１１から光ファイバー２２の受光端面２
２ａまでの距離がレンズ１１の焦点距離と一致するよう
にレンズ１１と光ファイバー２２とが予め位置決めされ
ている。

一方、肩体部（第２の中空管）３は開口３ａを有する三
重の円筒構造をなしており、最内円筒４゜中間円筒５及
び最外円筒６の間の各間隙７は、冷却水循環路として使
用される。

そして、集光部１０と光伝送部２０とで構成される光学
系本体部２を肩体部３に挿通することによって、光学系
本体部２と肩体部３の最内円筒４との間に間隙８が形成
される。また、その間隙端部開口８ａを通じて、この間
隙８はプローブ前方の外部空管へと連通している。

次に、この採光用プローブ１を使用して炉内コークス３
０からの輻射光を採光する場合の採光用プローブ１の機
能について説明する。

まず、採光用プローブ１の肩体部３に形成された冷却水
循環路（間隙７）に炉外の冷却水供給装置（図示せず）
から冷却水を供給する。これにより、採光用プローブ１
を高温のコークス炉内に挿入した場合でも採光用プロー
ブ１が高温に耐えることができる。さらに、レンズ１１
の後方の気室２４には、光フアイバー支持体２０ａと光
ファイバー２２との間隙９及び通気孔２３を介して熱反
応性の低いクリーニングガス（例えば、Ｎ２ガスなどの
不活性ガス）が炉外から供給される。こうして気室２４
に充填されたクリーニングガスは、レンズ支持体１０ａ
の溝１２を通ってレンズ１１の前面（図では下面）へと
吹付けられる。ただし、分析精度を＾めるためには、ク
リーニングガスの流動は少ない方が好ましい。このため
クリーニングガスは比較的ゆるやかに吹出される。以上
かられかるようにこの実施例では、クリーニングガスを
間隙９からレンズ１１の前面へと導く経路がガス供給路
である。

次に、冷却水とクリーニングガスとの供給を維持しつつ
、採光用プローブ１をコークス炉内へ挿入する。そして
、採光用プローブ１の先端開口部１ａをコークス３０と
対向させて配置すれば、コークス３０からの輻射光が先
端開口部１ａ及びガス案内部部材１４の開口部１５を介
してレンズ１１に入射する。この輻射光はレンズ１１で
集光されて光ファイバー２２に導入され、光ファイバー
２２の内部を通ってコークス炉の外部に配置した分析器
（図示せず）に至る。そして、この分析器では導入した
輻射光に基いて所定の分析が行なわれる。

一方、炉内ではスラグなどを多量に含む炉内ガスが炉の
下部から上部に向けて上昇しているため、採光用プロー
ブ１を炉内に挿入すると先端開口部１ａからの採光用プ
ローブ１の内部に炉内ガスが導入されることになる。

しかし、この採光用プローブ１では、クリーニングガス
がレンズ１１の前面付近に存在するために炉外ガスがレ
ンズ１１に接近しにくくなっている。さらに、レンズ１
１の前方にガス案内部材１３．１４が設けられているた
め、レンズ支持体１０ａの内部に侵入した炉内ガスはガ
ス案内部材１３．１４のテーパ面１３ａ、１４ｂ傾斜に
沿って案内されつつ上昇することになる。このため、ガ
スの大部分は透孔１６から間隙８へと排出される。

そして、透孔１６からレンズ支持体２０ａの側壁外部へ
と導かれたガスは、間隙端部開口８ａから図の上方へ流
入してきた炉内ガスとともに、間隙８によって形成され
たガス排出路を通り、プローブ１内を経由してプローブ
１の後方（図では上方）側外部へと排出される。ただし
、透孔１６を通して排出されるガスは、炉内ガスのほか
クリーニングガスも含んでいる。

このようにして、レンズ支持体１０ａの内部に侵入した
炉内ガスの大部分は、プローブ１を通して外部に排出さ
れるため、レンズ１１の前面へのクリーニングガスの吹
付けをゆるやかに行なった場合でも、クリーニングガス
が十分にレンズ１１の前面を保護し、炉内ガスがレンズ
１１に直接接触することを防止することができる。なお
、間隙８を通った炉内ガスは、自然排気されてもよく、
吸引排気されてもよい。

このようにすれば、スラグなどがレンズ１１の前面に付
着せず、コークス３０からの輻射光がレンズ１１を透過
するのを妨げられないため、長時間安定して分析に十分
な強度の輻射光を光ファイバー２２に導入することがで
きる。

第２図は、実施例の採光用プローブ１と、ガス案内部材
１３．１４を設けていないプローブ（図示せず）とをコ
ークス充填竪型燃焼炉内へ挿入して、炉内コークスの温
度を光学的に測定した際のそれぞれの輻射光のレンズ透
過強度を、所定の基準光の強度との比率で示したグラフ
である。

同図かられかるように、実施例の採光用プローブ１では
炉内挿入時間が長時間化した場合でも透過強度の減少は
わずかであるが、ガス案内部材１３．１４がないプロー
ブでは炉内挿入後数分間の間に透過強度が著しく低下し
ている。これは、ガス案内部材１３．１４のないプロー
ブでは、レンズ支持体１０ａの内部に侵入した炉内ガス
を外部へ十分に排出することができず、レンズ１１の前
面にスラグなどが付着してしまうためである。

ところで、上記実施例では、炉内のコークスの温度測定
の場合を説明したが、ガス分析など他の分析に対しても
この発明の採光用プローブは有効である。高温雰囲気の
みではなく、有毒ガスが充満する空間などでの分析用に
も使用できる。高温雰囲気でないときには冷却機構は省
略可能であり、クリーニングガスも、使用する空間内で
低反応性のものとなっていればよい。また、ガス案内部
材として円錐台形状テーバ面を持った中空体を使用した
が、レンズ方向に向って径が広がっているテーパ面を持
つものであればよく、レンズ支持体１０ａの内壁周方向
に部分的に取付けられた複数枚の金属板などによって、
ガス案内部材を構成してもかまわない。テーパ面は滑ら
かであることが望ましいが、ある程度の段差があっても
よい。さらに、ガス案内部材は３個以上設けてもよい。

この場合には、各ガス案内部材のそれぞれの間にはレン
ズ支持体１０ａの内部を外部と連通ずる透孔をそれぞれ
設けることが望ましい。効果上はある程度劣るが、ガス
案内部材を１個設けただけでも、従来のプローブよりは
望ましい結果が得られる。

（発明の効果）以上説明したように、この発明の採光用プローブによれ
ば、炉内ガスの排出が有効に行なわれるため、溶融金属
やスラグやダストなどが多量に飛敗している空間におい
ても、長時間安定して、かつ、高い精度で各種分析を行
なうことが可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である採光用プローブを示
す部分断面図、第２図はプローブの炉内挿入時間と輻射
光のレンズ透過強度との関係を示すグラフである。１・・・採光用プローブ、３・・・胴体部（第２の中空管）、８．９・・・間隙、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被分析物からの輻射光を集光する集光光学系と、
集光後の前記輻射光を所定の分析器へと伝送する光伝送
路と、前記集光光学系の前面へと低反応性ガスを導くガ
ス供給路とが先端に開口を有する第１の中空管内部に収
容された光学系本体部を備え、前記被分析物の存在する
空間に挿入されて前記被分析物からの前記輻射光を採光
するためのプローブにおいて、前記第１の中空管の側壁面のうち前記集光光学系の前方
に位置する部分に透孔を設けるとともに、前記プローブ
の外部から前記第１の中空管の内部に流入するガスを前
記透孔へと案内するテーパ面を持つたガス案内部材を、
そのテーパ面の径が前記集光光学系に向って広がるよう
に、前記第１の中空管の前記透孔付近の内壁に設け、前記光学系本体部を先端に開口を有する第２の中空管の
内部に収容するとともに、前記透孔を通して前記第１の
中空管の側壁外部へ導かれたガスを前記プローブ内を通
して前記プローブの後方側外部へと排出するガス排出路
を、前記光学系本体部と前記第２の中空間内部との間隙
を用いて形成したことを特徴とする採光用プローブ。
（２）前記ガス案内部材が前記透孔をはさんで前後にそ
れぞれ設けられた、特許請求の範囲第１項記載の採光用
プローブ。