JPS59206741A - 固気混相流体の希釈方法および装置 - Google Patents

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】 置などの固気混相流体を取り扱うブラントの固気混相流
体中の粗粒子を除去した後の比較的微細な固体粒子の粒
子数濃度・粒径分布を泪測するために固気混相流体を希
釈する方法および装置に関するものである。

このような固気混相流体中における固体粒子の計測は、
環境保持，研究改善，装置性能把握及び連続状態監視な
どの観点から、正確な濃度・粒径分布の実体把握を行う
必要がある。高精度の粒子数濃度及び粒径分布の計測を
期するには、固体粒子の状態変化（濃度及び粒径分布の
変化ンをきせることなく固気混相流体本流から計測器捷
で固体粒子を導入することが必要である。

しかしながら粒子本来の特性であるブラウン拡散、衝突
により粒子間の凝集及び導入管内壁等の固気混相流体接
触面への沈着現象が生じ、これらの現象により計測精度
が著るしく低下する。

一部た、上記現象は一般に固体粒子数濃度が高くなる程
、粒子が微細化する程顕著となる傾向にあり、例えば石
炭焚ボイラ排ガス（濃度１０ｊＺ／ｍうのような高濃度
の場合や、環境計測の目的で大気浮遊粒子と呼ばれるよ
うな微粒粒子を対象とする場合には、特に対策が必要で
ある。

一方、固気混相流体中の固体粒子を計測する計測器の一
般的特性として （１）　　高濃度の固気混相流では、計測精度が著るし
く低下する。

（２）　　計測可能なサンプリングガス温度が大気温度
に近似していることが多く、サンプリングガス温度を低
下させる必要がある。

（３）　　水分、三酸化硫黄（５０３）ガスなどは、ガ
ス温度を大気温度捷で低下させた時に気体から液体へ相
変化をおこす。このようないわゆる凝縮性物質を含有し
ている場合、サンプリングガス温度をその１１低下させ
ると計測対象のね子はこの凝縮性物質を結合剤（バイン
ダー）として凝集し粒径分布及び粒子数濃度に変化を生
ずる。

などの問題がある。

本発明は、これらの問題点を解消し、言１測対象の固体
粒子が高温・高濃度かつ微粒子の場合でも高精度にその
粒径分布及び粒子数濃度の計測を行えるよう固気混相流
体を希釈する方法を提供するものであって、サンプリン
グガスに不活性・低湿かつ無塵な希釈ガスの温度を調整
して混合させるに際し、混合ガスの濃度と温度が泪測器
の泪測範囲内であって、混合ガス中に含有きれる凝縮成
分濃度がその温度における飽和濃度未満であって、かつ
、微細々固体粒子の個数濃度がこの粒子の凝集・沈着に
よる減少によって泪測精度の低下をきたさない程度に希
釈するようにしたものである。壕だ、この方法を具現化
するものとして本発明は、両端部の閉じた管状の混合室
と、この混合室の一方の端部中心に取り付けられサンプ
リングされた固気混相流体を軸芯方向に吐出させる入口
ノズルと、混合室の一方の端部に取り付けられ固気混相
流体の吐出方向に対して斜めに希釈ガスを吹き出す多数
の吹出管と、この吹出管の外周の混合室一方の端部に設
けられ軸芯と平行に希釈ガスを吹出す多数の吹出口と、
これら吹出管と吹出口とに不活性・低湿かつ無塵な希釈
ガスの温度と流量を調整して夫々供給する手段と、上記
混合室の他方の端部あるいはそのガ傍の胴部に開口され
る排出口とからなる固気混相流体の希釈装置を提供する
。

すなわち本発明は、固気混相流体の本流から計測の目的
で採取された固気混相流体に清浄・脱湿・不活性かつ温
度調節された希釈ガスを混ぜ、先に列記した問題点が生
じない所定の固体粒子数濃度、計測温度、凝縮成分濃度
以下となる迄所定の固気混相流体の滞留［積間、攪拌能
力。

容量を有する希釈容器内で希釈するものであるから、希
釈容器から固体粒子数濃度・温度・凝縮成分濃度の調整
された希釈後の固気混相流体の一部若しくは全部は固体
粒子数濃度にて詣測することが可能となる。

まず第１図に於いて本発明の希釈の方法原理を説明する
。

１はダクト内を流れる固気混相流の本流で、サンプリン
グ管２によりその一部が採取される。

３は希釈容器で、サンプリング管２で供給されたガスに
希釈ガス（後述）を混ぜて希釈し、排出管４より排出す
るものである。５および５°は希釈ガスを希釈容器３へ
供給する供給管で、夫々流量ｉｔ　６・調整弁７を介し
て希釈ガスタンク８・８゛へ接続されている。希釈ガス
タンク８・８゛は、低湿かつ無塵々不活性ガスを貯留す
るもので、適当な温度調節手段を有し希釈ガスを任意の
温度に設定することができる。

従って、調整弁７を操作することにより、採取きれたガ
スと希釈ガスとを希釈容器３内で混合し、任意の温度・
濃度を有する混合ガスを作ることができる。こパにより
、混合ガスの濃度と温度が計測器の言１測範囲内であっ
て、混合ガス中に含有される凝縮成分濃度がその温度に
おける飽和儂度未蒲りであって、かつ、微細な固体粒子
の個数濃度がこの粒子の凝集・沈着による減少によって
計測精度の低下をきたさない程度に希釈する。（詳細は
後述） なお、９は希釈容器３で混合された混合ガスを計測器１
０へ送るだめの採取管、１１は吸引ポンプである。

第２図および第３図には、本発明の装置の中心となる希
釈容器を示しである。

１２は混合室で両端部の閉じた管状をなし、その一方の
端部１２Ａ中心に入口ノズル１３が取す付けられている
。この入口ノズル１３は第１図に示しだサンプリング管
２に接続されるもので、サンプリングされた固気混相流
体を混合室１２内の軸芯方向に吐出するものである。１
４は混合室１２の端部１２Ａ側へ配設される多数の吹出
管で、希釈ガスの供給管５と連通されていて、固気混相
流体の吐出方向に対して斜めに希釈ガスを吹き出す。こ
の吹出管１４の外周の混合室１２の端部１２Ａには吹出
口１５が設けられていて、希釈ガスの供給管５′と接続
され軸芯と平行に希釈ガスを吹出すものである。なお、
これら吹出管１４と吹出口１５とは混合室１２内に漏斗
状のネ゛（面１Ｇに配設されていて、この斜面１６と混
合室１２内壁および仕切円筒１７との間で形成されるチ
ャンバ室Ｈ，、Ｈ２，に希釈ガスが供給され分配されて
いる。また、混合室１２の端部１２Ｂに開口きれた排出
口１７は、排出管４に接続される。

さて、吹出管１４および吹出口１５より吐出させる希釈
ガスの流量及び吹出し方法は、語測器１０および固体粒
子本来の特性に係る問題点を考慮して下記条件を満足す
るように設定する。

（１）　　高濃度固気混相流体下に於ける語測器１０自
体の精度の低下を防止するよう計測器１０の所定（最も
精度良く計測出来る）固気混相流体本流捷で希釈する。

つまり希釈ガスの流量の合羽流量Ｑ＋は（１）式にて求
める。

Ｃ１）＋＞　Ｑｓ　Ｎｓ／Ｎｍ　　　　　　　　　　　
ｔｌ）但しＱｌ；希釈ガスの合８１流量（７／　ｓｅｃ
　）Ｑｓ：固気混相流体本流からのサンプリング流量（
７７ｓｅｃ　） （入口ノズル１０より流入する固気 混相流体の流量） Ｎｓ：概略の固気混相流体濃度（個／７）Ｎｍ：泪測器
の上限固気混相流体濃度 （個／Ｃｄ） （２）　　高温の固気混相流体を大気温度附近１で冷却
する場合の凝縮成分の凝縮による濃度、粒径分布及び形
態の変化を防止するため、冷却後でも凝縮を起こさない
成分濃度１で希釈する。しかし、入口ノズル１３より流
入する固気混相流体を急激に冷却すると、局所的に冷却
され凝縮する可能性があるため、入口ノズル１３に近設
した希釈ガスの吹出管］４からは大気温度より高い温度
に調整した希釈ガスを吹き出す。更に、固気混相流体と
希釈ガスとを短時間内に均一混合きせるために吹出管】
４がら吹き出される希釈カスの吹き出し方向と入口ノズ
ル１３から流入する固気混相流体の吹き出し方向のなす
角が９０’以下となるよう、捷だ、吹出管１４から吹き
出される希釈ガスの吠き出し方向と吹出管１４から最も
近い入口ノズル１３の点における接線とのなす角度が９
０’以下となるように吹出管１４の吹出角度を設定し、
希釈ガスに旋回流を与えた。一方希釈ガス吹出管１４の
外側に位置する吹出口１５からは大気温度と同程度に温
度調節された希釈ガスを吹き出す。吹出口１５の吹出し
方向は入口ノズル１３がら出る固気混相流体の吹き出し
方向き平行として、混合室１２壁面と、前記固気混相流
体と吹出管１４がら吐出される希釈ガスとの混合ガスと
の間に清浄ガス空間を設け、固気混相流体中の粒子が混
合室１２壁面へ沈着（一般的には付着と言うが、固体粒
子の場合には％に本表現を用いる）するのを防止する。

以上希釈ガスの吹出方法について述べたが、本項の凝縮
防止に必要な希釈ガス流量Ｑ２は＋２ｊ式にて求められ
る。

Ｑ２　＞　ＱＳ　ＣＳ　／　Ｃｏ　　　　　　　　　　
　　　（２１但しＱ２二希釈ガスの合計流量（７７ｓｅ
ｃ　）Ｑｓ：固気混相流体からのサンプリング流量（７
７ｓｅｃ） Ｃ５：サンプリングする固気混相流体中の凝縮成分濃度
（ｖｏ１％） ｃｏ＝混合後の固気混相流体の温度における凝縮成分の
飽和濃度（ｖｏｌ係） Ｃｏは各種文献にて調査出来、例えば燃焼排ガス中によ
く含有される水分の場合湿度図表により求めることが出
来る。なお、吹出管１４と吹出口１５とから吐出させる
希釈ガスの流量比並びに温度は、入口ノズル１３から導
入される固気混相流体の温度、凝縮成分濃度などの固気
混相流体の性状に屯り決定する。

（３）　　ブラウン拡散及び衝突による固体粒子間凝集
、沈着を防止するように希釈ガス量を決定する。粒子の
凝集・沈着はフィック（Ｆｉｃｋ）の法則により理論解
として求められる。例えば凝集、沈着による粒子数の変
化は＋３１　、　＋４１式にて計算できる。

即＝　　　１＋３１ Ｎｏ　　ＫＮｏＬ’＋１ Ｎｔ 、、；、　＝　Ｅｘｐ　（−η）（４）但しＮｏ＝初期
状態（【−０）における粒子数濃度（個／ｃｎ） Ｎｔ：ｉ秒後における粒子数濃度（個／、ｄ）ｋ：凝集
定数（ｃｄ／個’　ｓｅｃ　）ｔ：経過時間（ｓｅｃ） η：定数（無次元） （３）式では右辺中Ｎｏが大きくなれば左辺のＮｔ／Ｎ
。

が小さくなり、丑だ（４）式では右辺中ηがＮＯの増大
にともない大きくなる傾向にあるため、Ｎｏが太きくな
ればＮＬ／Ｎｏは小さくなる（っ１り凝集・沈着により
粒子数濃度が減少する）。

これにより希釈ガス流量Ｑ３は（５）式により求められ
る。

Ｑ３　’：２　Ｑｓ　Ｎｓ／Ｎ５　　　　　　　　　　
　　＋５１但しＱ３；希釈ガス流ｆｉｔ　（ｃｎ／　ｓ
ｅｃ　）Ｑｓ：固気混相流体からのサンプリング流量（
ｃｎ／５ｅｃ） Ｎ５　：　＋３１及び（４）式中のＮｔ／Ｎｏが請訓精
度に影響を及ぼさない程度の希釈後 の固気混相流体濃度（個／、Ｉ＋） 以上ｔｌ＋　、　＋２１及び（５）式を満足するような
希釈ガス流量に設定する。

ところで（１）及び（５）式中の概略の固気混相流体濃
度Ｎｓは、固気混相流体を含有する流体の本流中の中間
ないし籾粒子の％ｌｉ度及び粒径分布をＪＩＳ等の公知
の計測法（例えばＪＩＳに規定されている「排ガス中の
ダスト濃度の測定方法Ｊ等）の計測値より、また従来頻
繁に用いられるサイクロン等の慣性法により中間ないし
籾粒子を除去後微細な粒子だけを戸紙フィルターに捕集
し、該フィルターに付着した粒子重量により前記の微細
な粒子の濃度を求める言１測法の３１測値等により予め
求める。

なお濃度の計測法に関しては上記に述べた２つの例以外
にも本Ｊ１測の目白＜４に適する方法であればいずれの
計測方法でも差し支えない。

一方希釈谷器３の構造に関しては （１）　　希釈ガスを吹き出す吹出管１４および吹出口
１５は、入口ノズル１３から流入する固気混相流体と混
合させるものであるから、混合室１２の一方の端部１２
Δ中心取り付けた入口ノズル１３の周囲から大気温度よ
シ所定温度高い希釈ガスを吹き出し、更にその外側から
大気温度と同程度の温度の希釈ガスを吹き出すようにし
である。また、固気混相流体と希釈ガスが短時間内に均
一に混合するよう （イ）　希釈ガス吹出管１４から吹き出る希釈ガスの吹
き出し方向と固気混相流体の吹き出し方向とのなす角度
を９０°以下とし く口）　吹出管１４から吹き出る希釈ガスの方向と最も
近い入口ノズル１３の点における接線とのなす角度が９
００以下とし 希釈ガスに旋回流を生じさせて固気混相流体と短時間内
に均一混合させる。一方、吹出口１５からの吹出し方向
は固気混相流体の吹出し方向と平行とする。なお、希釈
ガスの流速は混合性を考慮して約１〜２０ｍ１ｓｅｃと
し、この流速となるような吹出管ｉ′４・吹出口１５の
面積の設計を行う。

（２）　　混合室１２の内径は、その中を流れる固気混
相流体及び希釈ガスの混合性を考慮し固体粒子の位置的
濃度分布が生じない程度の乱流状態になるよう設計する
。

（３）　　混合室１２の長さは、希釈後の固気混相流体
の帯留時間、これは（３）式中の経過時間とほぼ比例し
ておりこれを長くすると、（３）式より明らかなように
ＮＬ／Ｎｏが小さくなり絹測精度に影響を及ぼす可能性
があるので（３）式を考慮して設計を行う。

（４）　　希釈後の固気混相流体を請訓器１０に供給す
る採取管９は基本的には後方に位置し、内径等の寸法は
、管内での凝集・沈着を考慮するため（３）及び（４）
式を参考にして設計するとよい。

また混合室１２内での固体粒子の位置的濃度分布が生じ
た場合の計測精度低下を防止するため、混合室１２の径
方向複数点で採取し、混合室１２内ガス流速とほぼ等し
くなるようにする。

（５）　　希釈後の固気混相流体の抽出口１７は、同部
分にて大きな圧力損失が生じない形状７寸法とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す概略説明図、第２図は本発
明希釈装置の１実施例を示す縦断面図、第３図は第２図
のＩＩＩ　−Ｉｎ線に沿う横断面図である。 １：固気混相流、２：サンプリ７り管、３：希釈容器、
５・５゛：供給管、８・８°、希釈ガスタンク、１２：
混合室、１３：入口ノズル、１４：吹出管、１５：吹出
口。 垢１区

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　サンプリングされた高温であって濃密な固気
   混相流体の濃度および粒径分布を計測するために希釈す
   る方法であって、サンプリングガスに不活性・低湿かつ
   無塵な希釈ガスの温度を調整して混合させるに際し、混
   合ガスの濃度と温度が計測器の計測範囲内であって、混
   合ガス中に含有きれる凝縮成分濃度がその温度における
   飽和濃度未満であって、かつ、微細な固体粒子の個数濃
   度がこの粒子の凝集・沈着による減少によって計測精度
   の低下をきたさなｌＡ程度に希釈するようにした希釈方
   法。
2. （２）　　両端部の閉じた管状の混合室と、この混合室
   の一方の端部中心に取り伺けられサンプリングされた固
   気混相流体を軸芯方向に吐出させる入口ノズルと、混合
   室の一方の端部に取り付けられ固気混相流体の吐出方向
   に対して斜めに希釈ガスを吹き出す多数の吹出管と、と
   の吹出管の外周の混合室一方の端部に設けられ軸芯と平
   行に希釈ガスを吹出す多数の吹出口と、これら吹出管と
   吹出口とに不活性・低湿かつ無塵な希釈ガスの温度と流
   量を調整して夫々供給する手段と、上記混合室の他方の
   端部あるいはその近傍の胴部に開口される排出口とから
   なることを特徴とする固気混相流体の希釈装置。