特開 2024-167631 火炎可視化装置、火炎可視化システム及び火炎可視化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024167631

(43)【公開日】2024-12-04

(54)【発明の名称】火炎可視化装置、火炎可視化システム及び火炎可視化方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/33 20060101AFI20241127BHJP

   F23N 5/00 20060101ALI20241127BHJP

【ＦＩ】

G01N21/33

F23N5/00 H

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023083841

(22)【出願日】2023-05-22

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(71)【出願人】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100170575

【弁理士】

【氏名又は名称】森 太士

(72)【発明者】

【氏名】藤森 俊郎

(72)【発明者】

【氏名】小林 秀昭

【テーマコード（参考）】

2G059

3K003

【Ｆターム（参考）】

2G059AA05

2G059FF01

2G059HH03

2G059JJ03

2G059KK04

3K003EA07

3K003EA10

3K003FA02

3K003GA01

(57)【要約】

【課題】アンモニアを燃焼することによって生成された火炎を可視化することが可能な火炎可視化装置及び火炎可視化方法を提供する。
【解決手段】火炎可視化装置１０は、アンモニアを含む燃料の燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する紫外域の光を選択的に検知する撮像部２０と、撮像部２０で撮像した映像を出力する出力部３０とを備える。火炎可視化方法は、アンモニアを含む燃料の燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する紫外域の光を選択的に検知する撮像工程と、撮像工程で撮像した映像を出力する出力工程とを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンモニアを含む燃料の燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する紫外域の光を選択的に検知する撮像部と、
前記撮像部で撮像した映像を出力する出力部と、
を備える、火炎可視化装置。

【請求項2】

前記燃料は有機物をさらに含む、請求項１に記載の火炎可視化装置。

【請求項3】

前記燃料は炭化水素をさらに含む、請求項１又は２に記載の火炎可視化装置。

【請求項4】

前記燃料は水素分子をさらに含む、請求項１又は２に記載の火炎可視化装置。

【請求項5】

前記燃焼によって生成されたＯＨラジカルが発する紫外域の光の波長の少なくとも一部を遮蔽し、前記燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する紫外域の光を透過するバンドパスフィルタを備え、
前記撮像部は、前記バンドパスフィルタを介して前記燃料が燃焼して生成された火炎を撮像する、請求項１又は２に記載の火炎可視化装置。

【請求項6】

前記バンドパスフィルタは、波長３００ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９０％以上遮蔽する、請求項５に記載の火炎可視化装置。

【請求項7】

前記バンドパスフィルタは、波長３２０ｎｍ超３５０ｎｍ以下の範囲内の少なくともいずれかの光を９０％以上透過する、請求項５に記載の火炎可視化装置。

【請求項8】

前記バンドパスフィルタは、波長３８０ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９０％以上遮蔽する、請求項５に記載の火炎可視化装置。

【請求項9】

波長７８０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９０％以上遮蔽する赤外遮蔽フィルタをさらに備え、
前記撮像部は、前記赤外遮蔽フィルタを介して前記燃料が燃焼して生成された火炎を撮像する、請求項１又は２に記載の火炎可視化装置。

【請求項10】

アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼部と、
請求項１又は２に記載の火炎可視化装置と、
を備える、火炎可視化システム。

【請求項11】

アンモニアを含む燃料の燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する紫外域の光を選択的に検知する撮像工程と、
前記撮像工程で撮像した映像を出力する出力工程と、
を含む、火炎可視化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、火炎可視化装置、火炎可視化システム及び火炎可視化方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、撮像ユニットを用いて炉内の燃焼状態を監視する炉内監視装置が知られている。撮像ユニットで火炎の形状などを確認することにより、炉内の異常をリアルタイムで察知することができ、異常に対して迅速に対応することができる。特許文献１には、炉内監視口に設けられた撮像ユニットが開示されており、炉内の状態を撮像するために、可視光を撮像ユニットに導いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－１３８９８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、重油などのような炭化水素含有燃料を燃焼した場合、可視光を撮像する撮像ユニットで火炎を確認することができる。しかしながら、例えば、燃焼炉又はボイラ内部などのように、背景放射が大きい場所においては、炉壁輻射と見分けがつかなくなるため、アンモニアの燃焼火炎を可視化することが困難である。また、アンモニアと炭化水素とを混合燃焼した場合も、炭化水素の燃焼によって生成されたすすから、アンモニア火炎と同色であるオレンジ色の強い輻射光が発せられるため、アンモニアの燃焼火炎を可視化することが困難である。したがって、このような環境でアンモニアを燃焼して生成された火炎の燃焼状態を監視することは困難であった。

【0005】

そこで、本開示は、アンモニアを燃焼することによって生成された火炎を可視化することが可能な火炎可視化装置、火炎可視化システム及び火炎可視化方法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】

【0006】

本開示に係る火炎可視化装置は、アンモニアを含む燃料の燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する紫外域の光を選択的に検知する撮像部と、撮像部で撮像した映像を出力する出力部とを備える。

【0007】

燃料は有機物をさらに含んでいてもよい。

【0008】

燃料は炭化水素をさらに含んでいてもよい。

【0009】

燃料は水素分子をさらに含んでいてもよい。

【0010】

火炎可視化装置は、燃焼によって生成されたＯＨラジカルが発する紫外域の光の波長の少なくとも一部を遮蔽し、燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する紫外域の光を透過するバンドパスフィルタを備えていてもよい。撮像部は、バンドパスフィルタを介して燃料が燃焼して生成された火炎を撮像してもよい。

【0011】

バンドパスフィルタは、波長３００ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９０％以上遮蔽してもよい。

【0012】

バンドパスフィルタは、波長３２０ｎｍ超３５０ｎｍ以下の範囲内の少なくともいずれかの光を９０％以上透過してもよい。

【0013】

バンドパスフィルタは、波長３８０ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９０％以上遮蔽してもよい。

【0014】

火炎可視化装置は、波長７８０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９０％以上遮蔽する赤外遮蔽フィルタをさらに備えていてもよい。撮像部は、赤外遮蔽フィルタを介して燃料が燃焼して生成された火炎を撮像してもよい。

【0015】

本開示に係る火炎可視化システムは、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼部と、火炎可視化装置とを備える。

【0016】

本開示に係る火炎可視化方法は、アンモニアを含む燃料の燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する紫外域の光を選択的に検知する撮像工程と、撮像工程で撮像した映像を出力する出力工程とを含む。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、アンモニアを燃焼することによって生成された火炎を可視化することが可能な火炎可視化装置、火炎可視化システム及び火炎可視化方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】一実施形態に係る火炎可視化システムを示す概略図である。

【図2】実施例に係る撮像部の分光感度特性のスペクトルである。

【図3】実施例に係るバンドパスフィルタの透過スペクトルである。

【図4】実施例に係る赤外遮蔽フィルタの透過スペクトルである。

【図5】アンモニアを専焼して生成された火炎を正面から撮像した画像である。

【図6】アンモニアとＡ重油とを混焼して生成された火炎を正面から撮像した画像である。

【図7】アンモニアを専焼して生成された火炎を側面から撮像した画像である。

【図8】アンモニアとＡ重油とを混焼して生成された火炎を側面から撮像した画像である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、いくつかの例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0020】

本実施形態に係る火炎可視化システム１は、アンモニアが燃焼して生成された火炎を可視化するシステムである。火炎可視化システム１は、後述するように、アンモニアの燃焼によって生成されたＮＨラジカルを観測することによってアンモニア燃焼火炎を可視化している。図１に示すように、本実施形態に係る火炎可視化システム１は、燃焼部５と、火炎可視化装置１０とを含んでいる。

【0021】

燃焼部５は、アンモニアを含む燃料を燃焼する。燃焼部５は、バーナ６を含んでいてもよく、バーナ６でアンモニアを含む燃料を燃焼することによって火炎７が生成される。アンモニアは、分子中に炭素を含まないため、燃焼しても二酸化炭素を生成しない。そのため、燃料にアンモニアが含まれることにより、大気中への二酸化炭素の排出量を低減することができる。燃焼部５で燃焼される燃料には、アンモニアに加え、他の燃料が含まれていてもよい。すなわち、燃料の燃焼は、アンモニアの専焼であってもよく、アンモニアの混焼であってもよい。

【0022】

燃料は、アンモニアに加え、有機物をさらに含んでいてもよい。燃料は、具体的には、炭素含有燃料を含んでいてもよい。燃料は、炭素粒子、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）、軽油、重油及びバイオマスからなる群より選択される少なくとも１つの炭素含有燃料を含んでいてもよい。燃料は、具体的には、アンモニアに加え、炭化水素をさらに含んでいてもよい。燃料は、アルカン及びアルケンの少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。燃料は、炭素数が１から１００の炭化水素のうち１種以上の炭化水素を含んでいてもよい。燃料は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン又はプロピレンなどを含んでいてもよい。燃料は、２５℃のような室温で液体である液体燃料を含んでいてもよく、２５℃のような室温で固体である固体燃料を含んでいてもよい。

【0023】

燃料は、アンモニアに加え、水素分子をさらに含んでいてもよい。水素は、アンモニアと同様に、分子中に炭素を含まないため、大気中への二酸化炭素の排出量を低減することができる。また、水素は、太陽光、風力及び水力などの再生可能エネルギを利用し、水を電気分解して得られたものを使用することができるため、大気中への二酸化炭素の排出量を低減することができる。

【0024】

火炎可視化装置１０は、アンモニアが燃焼して生成された火炎を可視化する装置である。火炎可視化装置１０は、撮像部２０と、バンドパスフィルタ２１と、赤外遮蔽フィルタ２２と、出力部３０とを備えている。

【0025】

撮像部２０は、ＮＨラジカルが発する紫外域の光を選択的に検知する。ＮＨラジカルは、アンモニアを含む燃料の燃焼によって生成される。アンモニアを燃焼して生成された火炎は、背景放射が大きい場合や、すすの輻射光が強い場合などには、相対的に輝度が小さく、可視光を撮像するような通常のカメラでは可視化することが困難である。特に、有機物などのように、炭素を含む物質を燃焼した場合、生成された火炎には、ＯＨラジカル、ＣＨラジカル、Ｃ_２ラジカルなどが存在している。これらのラジカルは、励起状態から安定な状態に戻る際に発光する。例えば、ＯＨラジカルは、約３０９ｎｍをピークトップとして３００ｎｍ～３２７ｎｍの波長範囲内に光強度を有する光を放つ。また、ＣＨラジカル及びＣ_２ラジカルは、可視域にバンドスペクトルを有する光を放つ。また、燃焼炉のような場所では、熱輻射によって、可視域及び赤外域の光も発せられる。したがって、従来の方法では、アンモニアの燃焼によって生成された炎の状態を可視化することは困難であり、エネルギー分野の脱炭素化に向けたアンモニア燃焼の技術開発において大きな課題であった。

【0026】

一方、ＮＨラジカルは、ＮＨ（０，０）バンド遷移により、約３３６ｎｍに化学発光のピークを有する光を放つ。また、ＮＨラジカルは、ＮＨ（１，１）バンド遷移により、３３７ｎｍに化学発光のピークを有し、ＮＨ（０，０）バンド遷移による化学発光ピークよりも小さい光を放つ。撮像部２０は、ＮＨラジカルが発する紫外域の光を選択的に検知するため、火炎中のＯＨラジカル、Ｈ_２Ｏ及び煤などのような物質からの発光と分離が可能である。そのため、アンモニアの燃焼によって生成された火炎を可視化することができる。すなわち、火炎可視化装置１０は、例えば、ＯＨラジカルなどに由来する光を遮蔽し、ＮＨラジカルが発する光のみを選択的に検知することにより、アンモニアを燃焼することによって生成された火炎を可視化することができる。なお、撮像部２０は、可視域及び赤外域の光を遮蔽して撮像してもよい。

【0027】

撮像部２０は、紫外域に感度を有するイメージセンサを含んでいる。イメージセンサは、ＮＨラジカルが発する紫外域の光を選択的に検知することができる。イメージセンサは、集光レンズと、光透過フィルタと、フォトダイオードなどのような光電変換部とを含んでいてもよい。集光レンズは、フォトダイオードに光を集めることができる。光透過フィルタは、特定の光を透過し、特定の光を遮蔽し、所望の波長を有する光を選択的に透過することができる。光電変換部は、光を受光し、受光した光を、その強度に応じた電流又は電圧などの電気信号に変換する。

【0028】

イメージセンサは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）であってもよい。イメージセンサは、紫外域に波長特性を有している。イメージセンサは、ＮＨラジカルが発する紫外域の光に感度を有していればよい。具体的には、イメージセンサは、約３３６ｎｍ及び約３３７ｎｍの少なくともいずれか一方を含む波長範囲内の光に感度を有していればよい。

【0029】

撮像部２０は、焦点距離を調整する可動レンズを含んでいてもよい。このような可動レンズにより、立体的な火炎像を撮像することができ、火炎を３次元で可視化することができる。

【0030】

撮像部２０は、本実施形態において、バンドパスフィルタ２１及び赤外遮蔽フィルタ２２を介して燃料が燃焼して生成された火炎を撮像している。したがって、撮像部２０は、本実施形態において、バンドパスフィルタ２１及び赤外遮蔽フィルタ２２を介し、ＮＨラジカルが発する紫外域の光を選択的に検知している。なお、本明細書において、可視域の波長は３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満、赤外域の波長は７８０ｎｍ以上である。

【0031】

バンドパスフィルタ２１は、燃焼によって生成されたＯＨラジカルが発する紫外域の光の波長の少なくとも一部を遮蔽してもよい。ＯＨラジカルが発する光は、約３０９ｎｍをピークトップとして３００ｎｍ～３２７ｎｍの波長範囲内に強度を有している。ＯＨラジカルは、例えば、有機物又は水素の燃焼によって生成される。そのため、ＯＨラジカルが発する光の一部を遮蔽することにより、アンモニア以外の燃料の燃焼によって発せられる光が撮像部２０で検知されるのを抑制することができる。

【0032】

なお、ＯＨラジカルが発する光は、３００ｎｍ～３２７ｎｍの波長範囲内に強度を有しているが、ピークの裾の部分は強度が弱い。そのため、バンドパスフィルタ２１は、ＯＨラジカルが発する紫外域の光の波長の少なくとも一部を遮蔽していればよい。例えば、バンドパスフィルタ２１は、波長３００ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９０％以上遮蔽してもよい。なお、上記波長範囲は、３００ｎｍ以上に代えて、２５０ｎｍ以上であってもよく、２００ｎｍ以上であってもよい。また、上記波長範囲は、３２０ｎｍ以下に代えて、３２４ｎｍ以下であってもよく、３２７ｎｍ以下であってもよい。また、バンドパスフィルタ２１は、上記範囲内の光を、全波長範囲に亘って９５％以上遮蔽してもよく、９９％以上遮蔽してもよく、９９．９％以上遮蔽してもよい。

【0033】

バンドパスフィルタ２１は、燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する紫外域の光を透過する。ＮＨラジカルは、３３６ｎｍ及び３３７ｎｍをピークとする光を放つ。そのため、バンドパスフィルタ２１は、波長３２０ｎｍ超３５０ｎｍ以下の範囲内の少なくともいずれかの光を９０％以上透過してもよい。バンドパスフィルタ２１がこのような波長範囲内の光を透過することにより、ＮＨラジカルが放つ光を撮像部２０が十分に検知することができる。

【0034】

なお、上記波長範囲を３２０ｎｍ超としたが、波長は、３２８ｎｍ以上であってもよく、３３５ｎｍ以上であってもよい。また、上記波長範囲を３５０ｎｍ以下としたが、波長は、３４７ｎｍ以下であってもよく、３４３ｎｍ以下であってもよく、３３９ｎｍ以下であってもよい。バンドパスフィルタ２１は、例えば、ＮＨ（０，０）バンド遷移による化学発光のピークである波長約３３６ｎｍの光、及び、ＮＨ（１，１）バンド遷移による化学発光のピークである波長約３３７ｎｍの光の少なくともいずれか一方の光を、９０％以上透過してもよい。また、バンドパスフィルタ２１は、波長３３２ｎｍ以上３４２ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って４０％以上透過してもよく、４５％以上透過してもよい。

【0035】

バンドパスフィルタ２１は、波長３８０ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９０％以上遮蔽してもよい。炭素含有燃料を燃焼した場合には、ＣＨラジカル及びＣ_２ラジカルが生成され、可視域にスペクトルを有する光を放つ。また、燃焼によって高温となった物体からは、熱輻射によって、可視域及び赤外域の光も発せられる。そのため、３８０ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９０％以上遮蔽することにより、これらの光が撮像部２０で検知されるのを抑制することができる。なお、バンドパスフィルタ２１は、３８０ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９５％以上遮蔽してもよく、９９％以上遮蔽してもよく、９９．９％以上遮蔽してもよい。

【0036】

赤外遮蔽フィルタ２２は、バンドパスフィルタ２１と同様に、ＮＨラジカルが発する光を透過する。すなわち、赤外遮蔽フィルタ２２は、波長３２０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲内の少なくともいずれかの光を７０％以上透過してもよい。赤外遮蔽フィルタ２２がこのような波長範囲内の光を透過することにより、ＮＨラジカルが放つ光を撮像部２０が十分に検知することができる。赤外遮蔽フィルタ２２は、波長３２０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って７０％以上透過してもよい。なお、赤外遮蔽フィルタ２２の上記波長範囲を３２０ｎｍ以上としたが、波長は、３２８ｎｍ以上であってもよく、３３５ｎｍ以上であってもよい。また、赤外遮蔽フィルタ２２の上記波長範囲を３５０ｎｍ以下としたが、波長は、３４７ｎｍ以下であってもよく、３４３ｎｍ以下であってもよく、３３９ｎｍ以下であってもよい。

【0037】

赤外遮蔽フィルタ２２は、３８０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９０％以上遮蔽してもよい。このような赤外遮蔽フィルタ２２は、熱の影響を抑制するとともに、可視域及び赤外域の光を遮蔽し、このような光が撮像部２０で検知されるのを抑制することができる。なお、赤外遮蔽フィルタ２２は、３９０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９５％以上遮蔽してもよい。

【0038】

赤外遮蔽フィルタ２２は、波長７８０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９０％以上遮蔽してもよい。このような波長範囲の光が物体に吸収されると、分子振動によって物体が加熱する。そのため、赤外遮蔽フィルタ２２によって、赤外域の光を遮蔽し、熱の影響を抑制することができる。また、燃焼によって高温となった物体からは、熱輻射によって、赤外域の光が発せられる。そのため、赤外遮蔽フィルタ２２によって、このような光が撮像部２０で検知されるのを抑制することができる。なお、赤外遮蔽フィルタ２２は、波長７８０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９５％以上遮蔽してもよく、９８％以上遮蔽してもよい。また、赤外遮蔽フィルタ２２は、波長７８０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の光と同様に、５０００ｎｍ超１ｍｍ以下の波長の光を遮蔽してもよい。

【0039】

出力部３０は、撮像部２０で撮像された映像を出力する。出力部３０は、電気的に撮像部２０と接続されている。出力部３０は、例えば、液晶又はＣＲＴなどであってもよい。なお、図１では、撮像部２０と出力部３０は、分離された異なるユニットとして記載されているが、撮像部２０と出力部３０とは一体化したユニットであってもよい。

【0040】

図１では、バンドパスフィルタ２１が赤外遮蔽フィルタ２２よりも撮像部２０に近い位置に配置されている。しかしながら、赤外遮蔽フィルタ２２がバンドパスフィルタ２１よりも撮像部２０に近い位置に配置されていてもよい。

【0041】

また、本実施形態では、火炎可視化装置１０が、１枚のバンドパスフィルタ２１と、１枚の赤外遮蔽フィルタ２２とを含む例について説明した。しかしながら、火炎可視化装置１０は、複数のバンドパスフィルタ２１を含んでいてもよい。複数のバンドパスフィルタ２１は、それぞれ同じ種類のフィルタを組み合わせてもよく、異なる種類のフィルタを組み合わせてもよい。また、火炎可視化装置１０は、複数の赤外遮蔽フィルタ２２を含んでいてもよい。複数の赤外遮蔽フィルタ２２は、それぞれ同じ種類のフィルタを組み合わせてもよく、異なる種類のフィルタを組み合わせてもよい。同じ種類のフィルタを組み合わせることにより、そのフィルタが遮蔽する波長の光をさらに強力に遮蔽することができる。また、異なる種類のフィルタを組み合わせることにより、所望の波長を透過したり、遮蔽したりすることができる。

【0042】

また、本実施形態では、火炎可視化装置１０が、撮像部２０とバンドパスフィルタ２１と赤外遮蔽フィルタ２２とを備えている例について説明した。しかしながら、撮像部２０は、ＮＨラジカルが発する紫外域の光を選択的に検知することができれば、アンモニアの燃焼火炎を可視化することができる。そのため、バンドパスフィルタ２１と赤外遮蔽フィルタ２２とは必須の構成ではない。例えば、撮像部２０のイメージセンサが、ＮＨラジカルが発する波長の光を検知し、それ以外の波長の感度が、ＮＨラジカルが発する波長の光の感度よりも低ければ、アンモニアの燃焼火炎を可視化することができる。

【0043】

また、火炎可視化装置１０は、バンドパスフィルタ２１及び赤外遮蔽フィルタ２２の少なくともいずれか一方を備えていてもよい。例えば、火炎可視化装置１０は、燃焼によって生成されたＯＨラジカルが発する紫外域の光の波長の少なくとも一部を遮蔽し、燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する紫外域の光を透過するバンドパスフィルタ２１を備えていてもよい。そして、撮像部２０は、バンドパスフィルタ２１を介して燃料が燃焼して生成された火炎を撮像してもよい。また、火炎可視化装置１０は、波長７８０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９０％以上遮蔽する赤外遮蔽フィルタ２２を備えていてもよい。そして、撮像部２０は、赤外遮蔽フィルタ２２を介して燃料が燃焼して生成された火炎を撮像してもよい。

【0044】

以上説明したように、本実施形態に係る火炎可視化装置１０は、アンモニアを含む燃料の燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する紫外域の光を選択的に検知する撮像部２０と、撮像部２０で撮像した映像を出力する出力部３０とを備えている。

【0045】

また、本実施形態に係る火炎可視化方法は、アンモニアを含む燃料の燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する紫外域の光を選択的に検知する撮像工程と、撮像工程で撮像した映像を出力する出力工程とを含んでいる。

【0046】

アンモニアを燃焼して生成された火炎は、背景放射が大きい場合や、すすの輻射光が強い場合などには、相対的に輝度が小さく、可視光を撮像するような通常のカメラでは可視化することが困難である。しかしながら、本実施形態に係る火炎可視化装置１０及び火炎可視化方法では、アンモニアの燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する光を選択的に検知する。そのため、本実施形態に係る火炎可視化装置１０及び火炎可視化方法によれば、アンモニアを燃焼することによって生成された火炎を可視化することができる。

【0047】

本実施形態に係る火炎可視化装置１０及び火炎可視化方法によれば、アンモニア燃焼火炎を可視化することができる。そのため、アンモニア燃焼火炎の拡がり及び揺らぎなどを確認することにより、炉内の異常をリアルタイムで察知することができ、異常に対して迅速に対応することができる。

【実施例0048】

以下、本実施形態を以下の例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0049】

まず、以下の撮像部、バンドパスフィルタ、及び、赤外遮蔽フィルタを準備した。

【0050】

（撮像部）
販売元：株式会社アートレイ
商品名：ＡＲＴＣＡＭ－４８７ＵＶ
検出波長帯：２００ｎｍ～１０００ｎｍ
センサ：紫外域に感度を有するＣＭＯＳ（ソニー製）
分光感度特性：撮像部は、３２８ｎｍ～３４７ｎｍの波長範囲内の光を検出し、２００ｎｍ～１０００ｎｍの波長範囲における、３２８ｎｍ～３４７ｎｍの波長範囲内の相対感度は、５０％～６０％である（図２参照）。なお、図２は、株式会社アートレイが公開しているＡＲＴＣＡＭ－４８７ＵＶの分光感度特性のスペクトルをトレースして作成した図である。

【0051】

（バンドパスフィルタ）
販売元：エドモンド・オプティクス社
商品名：ＴＳ ＯＤ ４．０ １０ｎｍ バンドパスフィルタ ３３７ｎｍ ２５ｍｍ
中心波長：３３７．００ｎｍ±２．０ｎｍ
ＦＷＨＭ：１０．００ｎｍ±２．０ｎｍ
ブロッキング領域：２００ｎｍ～１２００ｎｍ
材料：ハードコートされた３．５ｍｍ±０．５ｍｍ厚の光学ガラス基板

【0052】

図３は、エドモンド・オプティクス社公開している上記バンドパスフィルタの透過スペクトルをトレースして作成した図である。図３に示すように、バンドパスフィルタの透過スペクトルは、中心波長を３３７ｎｍとする単一のピークを有している。バンドパスフィルタは、波長３３２ｎｍ以上３４２ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って４５％以上透過する。また、バンドパスフィルタは、波長３３７ｎｍの光を、９０％以上透過する。また、上記スペクトルは、２００ｎｍ以上３２７ｎｍ以下及び３４７ｎｍ超１２００ｎｍ以下の領域の透過率はいずれの波長も０．１％以下である。

【0053】

（赤外遮蔽フィルタ）
販売元：ＨＯＹＡ株式会社
商品名：紫外透過・可視吸収フィルタＵ３４０
厚さ：２．５０ｍｍ

【0054】

図４は、ＨＯＹＡ株式会社が公開しているＵ３４０の透過率である。図４に示すように、赤外遮蔽フィルタは、波長３２０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って７０％以上透過する。赤外遮蔽フィルタは、波長２００ｎｍ～２６０ｎｍ及び波長３９０ｎｍ～５０００ｎｍの範囲内の光を全波長範囲に亘って９７％以上遮蔽する。また、赤外遮蔽フィルタは、波長２００ｎｍ～２６０ｎｍ、波長３９０ｎｍ～６９０ｎｍ、波長７４０ｎｍ～２５５０ｎｍ及び波長２８００ｎｍ～５０００ｎｍの範囲内の光を全波長範囲に亘って９９％以上遮蔽する。

【0055】

次に、撮像部に、１枚のバンドパスフィルタと、２枚の赤外遮蔽フィルタとを取り付け、これらのバンドパスフィルタ及び赤外遮蔽フィルタを通して火炎を撮像した。図５は、アンモニアを専焼して生成された火炎を正面から撮像した画像である。図６は、アンモニアとＡ重油とを混焼して生成された火炎を正面から撮像した画像である。図７は、アンモニアを専焼して生成された火炎を側面から撮像した画像である。図８は、アンモニアとＡ重油とを混焼して生成された火炎を側面から撮像した画像である。

【0056】

図５において、中央部にバーナが配置されており、中心から外側に向かって６方向にアンモニアが噴射されている。図５に示すように、実施例に係る火炎可視化装置は、ＮＨラジカルが発する光を選択的に検知している。そのため、燃焼前のアンモニアは黒色であるが、アンモニアの燃焼によって生成されたＮＨラジカルは白色で出力されている。

【0057】

また、図６に示すように、アンモニアとＡ重油との混焼によって生成された火炎においても、アンモニアの燃焼によって生成された火炎を可視化することができた。なお、図６中、中央部の放射状の筋は、Ａ重油が噴霧された状態を示している。Ａ重油はＮＨラジカルを生成しないため、黒色に写っている。さらに、図７及び図８に示すように、火炎の側面を撮像することにより、アンモニアの燃焼によって生成された火炎を可視化できることも確認できた。

【0058】

以上の結果から、本実施例に係る火炎可視化装置及び火炎可視化方法によれば、アンモニアを燃焼することによって生成された火炎を可視化できることが確認できた。

【0059】

いくつかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正または変形をすることが可能である。上記実施形態のすべての構成要素、及び請求の範囲に記載されたすべての特徴は、それらが互いに矛盾しない限り、個々に抜き出して組み合わせてもよい。

【0060】

本開示は、例えば、国際連合が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７「手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギへのアクセスを確保する」に貢献することができる。

【符号の説明】

【0061】

１ 火炎可視化システム
５ 燃焼部
１０ 火炎可視化装置
２０ 撮像部
２１ バンドパスフィルタ
２２ 赤外遮蔽フィルタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-09

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項1】

アンモニアと有機物及び水素分子の少なくともいずれか一方とを含む燃料を燃焼する燃焼部と、
火炎可視化装置と、
を備える火炎可視化システムであって、
前記火炎可視化装置は、
前記燃料の燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する紫外域の光を選択的に検知する撮像部と、
前記撮像部で撮像した映像を出力する出力部と、
を備える、火炎可視化システム。

【請求項2】

前記燃料は炭化水素をさらに含む、請求項１に記載の火炎可視化システム。

【請求項3】

前記燃焼によって生成されたＯＨラジカルが発する紫外域の光の波長の少なくとも一部を遮蔽し、前記燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する紫外域の光を透過するバンドパスフィルタを備え、
前記撮像部は、前記バンドパスフィルタを介して前記燃料が燃焼して生成された火炎を撮像する、請求項１又は２に記載の火炎可視化システム。

【請求項4】

前記バンドパスフィルタは、波長３００ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９０％以上遮蔽する、請求項３に記載の火炎可視化システム。

【請求項5】

前記バンドパスフィルタは、波長３２０ｎｍ超３５０ｎｍ以下の範囲内の少なくともいずれかの光を９０％以上透過する、請求項３に記載の火炎可視化システム。

【請求項6】

前記バンドパスフィルタは、波長３８０ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９０％以上遮蔽する、請求項３に記載の火炎可視化システム。

【請求項7】

波長７８０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の光を全波長範囲に亘って９０％以上遮蔽する赤外遮蔽フィルタをさらに備え、
前記撮像部は、前記赤外遮蔽フィルタを介して前記燃料が燃焼して生成された火炎を撮像する、請求項１又は２に記載の火炎可視化システム。

【請求項8】

アンモニアと有機物及び水素分子の少なくともいずれか一方とを含む燃料を燃焼する工程と、
前記燃料の燃焼によって生成されたＮＨラジカルが発する紫外域の光を選択的に検知する撮像工程と、
前記撮像工程で撮像した映像を出力する出力工程と、
を含む、火炎可視化方法。