特許 7599649 可視化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-06

(45)【発行日】2024-12-16

(54)【発明の名称】可視化装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/02 20060101AFI20241209BHJP

   G01N 27/06 20060101ALI20241209BHJP

   G01N 27/22 20060101ALI20241209BHJP

【ＦＩ】

G01N27/02 Z

G01N27/06 Z

G01N27/22 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020213863

(22)【出願日】2020-12-23

(65)【公開番号】P2022099837

(43)【公開日】2022-07-05

【審査請求日】2023-12-22

(73)【特許権者】

【識別番号】504145342

【氏名又は名称】国立大学法人九州大学

(73)【特許権者】

【識別番号】304021831

【氏名又は名称】国立大学法人千葉大学

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124800

【弁理士】

【氏名又は名称】諏澤 勇司

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 敬高

(72)【発明者】

【氏名】中島 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】江頭 誉志幸

(72)【発明者】

【氏名】武居 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】田中 光二

【審査官】吉田 将志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１９５３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２０２９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１７８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２５２７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０７７４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０５２９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２４１６３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／００ － Ｇ０１Ｎ ２７／１０

Ｇ０１Ｎ ２７／１４ － Ｇ０１Ｎ ２７／２４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高温の液相である第一相内に配置される複数の電極棒と、
前記複数の電極棒に対し電流又は電圧を印加する電源と、
前記電源からの電流又は電圧を印加する前記複数の電極棒の組合せを切り替えて、前記複数の電極棒の選択された組合せについて電圧測定又は電流測定を実行して、インピーダンス値を取得する制御部と、
前記インピーダンス値に基づいて、前記第一相内における第二相の出現前後において、導電率分布、誘電率分布、又は位相分布のうちの１つを示す電気的特性分布を算出して、前記電気的特性分布から再構成した画像を出力する算出部と、
を備える、可視化装置。

【請求項2】

前記第二相は固相、液相、又は気相である、請求項１に記載の可視化装置。

【請求項3】

前記複数の電極棒は、延伸方向に複数の小電極を有する、請求項１又は２に記載の可視化装置。

【請求項4】

前記複数の電極棒を三次元的に移動させる移動機構部をさらに備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の可視化装置。

【請求項5】

前記移動機構部は、前記複数の電極棒の互いの間隔を変更するようにさらに構成される、請求項４に記載の可視化装置。

【請求項6】

前記移動機構部は、前記複数の電極棒を前記第一相の液面に平行な方向である水平方向に回転させるようにさらに構成される、請求項４又は５に記載の可視化装置。

【請求項7】

前記電気的特性分布は、前記第二相の体積率、組成、温度、又は周波数のうちの少なくとも１つを示す、請求項１～５のいずれか一項に記載の可視化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、高温炉内の相の時間変化を可視化する可視化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

高温炉内の相において様々な化学変化が起こることにより、固相、液相、又は気相の状態をとり得る異物が出現する。このような高温炉内の異物を検出する技術の例として、特許文献１には、電気インピーダンス・トモグラフィ法を用いて、ガラス溶融炉内の測定電圧から電気インピーダンス分布画像を再構成するトモグラフィ装置が開示されている。特許文献１に記載の技術は、電気インピーダンス分布画像から不純物が残留している箇所を特定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－１９５３４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の技術は、不純物（異物）が残留している箇所を特定するものであり、異物の空間分布の時間変化を計測するものではない。このような異物の空間分布の時間変化を計測可能とするように、高温炉内の相の時間変化を可視化する技術が望まれている。

【0005】

そこで本開示は、高温炉内の相の時間変化を可視化する可視化装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一側面に係る可視化装置は、高温の液相である第一相内に配置される複数の電極棒と、複数の電極棒に対し電流又は電圧を印加する電源と、電源からの電流又は電圧を印加する複数の電極棒の組合せを切り替えて、複数の電極棒の選択された組合せについて電圧測定又は電流測定を実行して、インピーダンス値を取得する制御部と、インピーダンス値に基づいて、第一相内における第二相の出現前後において、導電率分布、誘電率分布、又は位相分布のうちの１つを示す電気的特性分布を算出して、電気的特性分布から再構成した画像を出力する算出部と、を備える。

【0007】

本開示の一側面に係る可視化装置では、高温の第一相内に配置される複数の電極棒に対し、選択された組合せを切り替えながら電流又は電圧が印加されることにより、電圧測定又は電流測定が実行され、インピーダンス値が取得される。また、インピーダンス値に基づいて、第一相内に第二相が出現する前後における電気的特性分布（導電率、誘電率、又は位相のうちの１つの分布）が算出され、さらに電気的特性分布から再構成された画像が出力される。このような構成によれば、高温炉内に存在する第一相とは異なる第二相が出現する前後における電気的特性分布を画像化することによって、第二相の出現前後における第二相の空間分布の時間変化が画像に現れる。このような画像により、高温炉内の相の時間変化を可視化することができる。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、高温炉内の相の時間変化を可視化する可視化装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】可視化装置の一例を示す概略図である。

【図2】電極棒の構造の一例を示す図である。

【図3】電極棒の構造の一例を示す図である。

【図4】電極棒の構造の一例を示す図である。

【図5】電極棒の構造の一例を示す図である。

【図6】導電線の構造の一例を示す図である。

【図7】電極棒の指向性を示す概念図である。

【図8】移動機構部の構成の一例を示す図である。

【図9】制御部及び算出部のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図10】高温炉内の可視化方法の一例を示すフローチャートである。

【図11】再構成画像の一例を示す概念図である。

【図12】スラグの導電率の組成及び温度に対する依存性を示す図である。

【図13】結晶晶出によるキャパシタンス変化を示す図である。

【図14】実施例１における可視化装置を示す概略図である。

【図15】実施例１における再構成画像を示す図である。

【図16】実施例２における第二相の配置パターンを示す図である。

【図17】実施例２における第二相の配置パターンを示す図である。

【図18】実施例２における画像再構成の精度を示すグラフである。

【図19】実施例３における仮想の高温炉を示す概略図である。

【図20】実施例３における再構成画像を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して一実施形態について説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0011】

［高温炉内の可視化装置］
図１は、可視化装置１の一例を示す概略図である。可視化装置１は、電気インピーダンス・トモグラフィ法を用いて、高温炉内の電気的特性分布を画像化して出力することによって、高温炉内の相の時間変化を可視化する装置である。具体的には、可視化装置１は、高温炉内に存在する第一相とは異なる第二相が出現する前後における電気的特性分布を画像化することによって、第二相の空間分布の時間変化の計測を支援する。以下、可視化装置１が鉄鋼業界の製銑・製鋼工程に適用される例を説明するが、これに限られない。

【0012】

可視化装置１のユーザとしては、例えば、製銑・製鋼工程の作業者が挙げられる。製銑・製鋼工程には、例えば溶鉱炉、転炉、及び電気炉等の高温炉が用いられる。高温炉内は、例えば８００℃～２２００℃の温度範囲となり得る。第一相としては、例えば溶融金属が挙げられる。第二相としては、例えばスラグが挙げられる。ここでの相とは、マクロ的にみて均質な状態のことである。マクロ的とは０．００１モル程度（気体分子６×１０^１９個存在）の十分に多い分子が存在する規模を示す。作業者は、製銑・製鋼工程の一つである連続鋳造工程において、高温炉内の溶融金属を流出させる。このとき、作業者はスラグが溶融金属と共に流出しないように溶融金属の流出制御を行う必要がある。しかしながら、従来は、溶融金属内にスラグがどのような状態で、いつ、どこに、どれだけ存在するか等を計測することが困難であり、作業者にとって溶融金属の流出制御が困難であった。可視化装置１は、高温炉内の相の時間変化を可視化することにより、スラグの空間分布の時間変化の計測を支援する。図１に示されるように、可視化装置１は、高温炉１０と、複数の電極棒２０と、電極支持部２１と、電源２２と、パワーリレー２３と、制御部２４と、算出部２５と、を備える。

【0013】

高温炉１０は、耐火レンガ等により構成される耐熱容器である。高温炉１０には、例えば、鉄鉱石と石炭とを原料にして銑鉄をつくる溶鉱炉、その後工程で精錬し鉄鋼をつくる転炉、電気ジュール熱により鉄スクラップを溶かし鉄鋼をつくる電気炉、及び製品である溶鋼を半製品に凝固させる連続鋳造機等が含まれる。高温炉１０は、投入された原料を融解させるように加熱される。

【0014】

融解された原料は、高温の液相である第一相１１となる。第一相１１には、例えば溶融鋼鉄、溶融スラグ、溶融ガラス等が含まれるが、これらに限られない。また、高温炉１０内の第一相１１において様々な化学変化が起こることにより、第一相１１とは異なる物質の第二相１２が出現する。第二相１２には、例えば二酸化ケイ素、酸化カルシウム、五酸化二リン、酸化鉄、酸化マグネシウム等を成分とするスラグ、及び反応生成物が含まれるが、これらに限られない。第二相１２は、固相、液相、又は気相の状態をとり得る。すなわち、第二相１２の出現後において、高温炉１０内では、高温の液相である第一相１１、並びに、固相、液相、又は気相の状態をとり得る第二相１２が混在し、相全体が絶えず変化している。

【0015】

電極棒２０は、高温環境下（例えば１６００℃程度）で使用可能な耐熱性を有する棒状の電極である。電極棒２０は、例えば円柱、四角柱等の形状を有するが、これらに限られない。以下、電極棒２０は円柱形状であるとして説明する。電極棒２０は、例えば一端（基端）側から他端（先端）側に向けて延伸している。基端とは、電極棒２０の使用状態において、他部品により保持される側の端部をいう。先端とは、電極棒２０の使用状態において、他部品により保持されない側の端部をいう。電極棒２０は、一つ又は複数の小電極（導電体）を有する。電極棒２０は、例えば延伸方向に複数の小電極を有する。

【0016】

小電極は、例えば白金－ロジウム系合金、タングステン－レニウム系合金、遷移金属系の消耗電極、又は導電性が鉄族元素と同様の第ＩＶ族元素の炭化物およびホウ化物セラミックス系の材料により構成される。また、電極棒２０には、電極棒２０を固定するための電極支持器（不図示）が基端側に取り付けられる。電極支持器は、小電極と同様に、高温環境下で使用可能な耐熱性を有する材料（例えば、再結晶質の高純度アルミナ等）により構成される。電極棒２０は、外界からのノイズを除去するガード電極が配置されてもよく、静電遮蔽が施されてもよい。

【0017】

図２の（ａ）部～（ｅ）部は、電極棒２０の一例である電極棒２０Ａの構造を示す図である。図２の（ａ）部に示されるように、電極棒２０Ａは、円柱形状の小電極２０１と、円柱形状の誘電体２０２と、導電線２０３と、を有する。電極棒２０Ａは、基端側から先端側に向けてＥＸ方向（以下、単に「ＥＸ方向」という。）に延伸している。小電極２０１は、例えばＥＸ方向に沿った順に３つの小電極２０１Ａ、２０１Ｂ、及び２０１Ｃを含んで構成される。誘電体２０２は、電極棒２０Ａの両端、並びに、３つの小電極２０１Ａ、２０１Ｂ、及び２０１Ｃのそれぞれの間に配置される。３つの小電極２０１Ａ、２０１Ｂ、及び２０１Ｃのそれぞれの端面と、隣り合う誘電体２０２の端面とが接する。導電線２０３は、３つの導電線２０３Ａ、２０３Ｂ、及び２０３Ｃを含んで構成される。３つの導電線２０３Ａ、２０３Ｂ、及び２０３Ｃは、それぞれ誘電体２０２の内方をＥＸ方向に延伸する。

【0018】

図２の（ｃ）部は、図２の（ｂ）部のＡ－Ａ線に沿う断面図である。小電極２０１Ａは、一方の端面から他方の端面にかけて貫通した２つの貫通孔２０１Ａｂ及び２０１Ａｃを有する。誘電体２０２は、小電極２０１Ａの２つの貫通孔２０１Ａｂ及び２０１Ａｃをそれぞれ閉塞するように形成された閉塞部２０２Ａｂ及び２０２Ａｃを有する。導電線２０３Ａは、小電極２０１Ａと電気的に接続される。導電線２０３Ｂ及び２０３Ｃは、それぞれ閉塞部２０２Ａｂ及び２０２Ａｃの内方をＥＸ方向に延伸し、小電極２０１Ａを通過する。

【0019】

図２の（ｄ）部は、図２の（ｂ）部のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。小電極２０１Ｂは、一方の端面から他方の端面にかけて貫通した１つの貫通孔２０１Ｂｃを有する。誘電体２０２は、小電極２０１Ｂの貫通孔２０１Ｂｃを閉塞するように形成された閉塞部２０２Ｂｃを有する。導電線２０３Ｂは、小電極２０１Ｂと電気的に接続される。導電線２０３Ｃは、閉塞部２０２Ｂｃの内方をＥＸ方向に延伸し、小電極２０１Ｂを通過する。

【0020】

図２の（ｅ）部は、図２の（ｂ）部のＣ－Ｃ線に沿う断面図である。導電線２０３Ｃは、小電極２０１Ｃと電気的に接続される。

【0021】

図３の（ａ）部～（ｃ）部は、電極棒２０の一例である電極棒２０Ａの構造を示す図である。図３の（ａ）部に示されるように、電極棒２０Ａは、ＥＸ方向の先端側に誘電体２０２が設けられなくてもよい。図３の（ｂ）部に示されるように、電極棒２０Ａは、ＥＸ方向の基端側に誘電体２０２が設けられなくてもよい。図３の（ｃ）部に示されるように、電極棒２０Ａは、ＥＸ方向の基端側及び先端側に誘電体２０２が設けられなくてもよい。

【0022】

図４の（ａ）部～（ｅ）部は、電極棒２０の一例である電極棒２０Ｂの構造を示す図である。図４の（ａ）部に示されるように、電極棒２０Ｂは、小電極２０１と、円柱形状の誘電体２０２と、導電線２０３と、を有する。電極棒２０Ｂは、ＥＸ方向に延伸している。小電極２０１は、例えばＥＸ方向に沿った順に３つの小電極２０１Ｄ、２０１Ｅ、及び２０１Ｆを含んで構成される。３つの小電極２０１Ｄ、２０１Ｅ、及び２０１Ｆは、円柱形状の誘電体２０２に対してその側面の全周を囲んで接着された状態で、所定の間隔でそれぞれが離間して配置される。３つの小電極２０１Ｄ、２０１Ｅ、及び２０１Ｆは、ＥＸ方向に垂直な方向から見たときそれぞれ矩形状である。導電線２０３は、３つの導電線２０３Ｄ、２０３Ｅ、及び２０３Ｆを含んで構成される。３つの導電線２０３Ｄ、２０３Ｅ、及び２０３Ｆは、それぞれ誘電体２０２の内方をＥＸ方向に延伸する。

【0023】

図４の（ｃ）部は、図４の（ｂ）部のＤ－Ｄ線に沿う断面図である。導電線２０３Ｄは、誘電体２０２の内方から誘電体２０２の側面に向けて延伸し、小電極２０１Ｄと電気的に接続される。導電線２０３Ｅ及び２０３Ｆは、それぞれ誘電体２０２の内方をＥＸ方向に延伸し、小電極２０１Ｄを通過する。

【0024】

図４の（ｄ）部は、図４の（ｂ）部のＥ－Ｅ線に沿う断面図である。導電線２０３Ｅは、誘電体２０２の内方から誘電体２０２の側面に向けて延伸し、小電極２０１Ｅと電気的に接続される。導電線２０３Ｆは、それぞれ誘電体２０２の内方をＥＸ方向に延伸し、小電極２０１Ｅを通過する。

【0025】

図４の（ｅ）部は、図４の（ｂ）部のＦ－Ｆ線に沿う断面図である。導電線２０３Ｆは、誘電体２０２の内方から誘電体２０２の側面に向けて延伸し、小電極２０１Ｆと電気的に接続される。

【0026】

図５の（ａ）部～（ｅ）部は、電極棒２０の一例である電極棒２０Ｃの構造を示す図である。図５の（ａ）部に示されるように、電極棒２０Ｃは、小電極２０１と、円柱形状の誘電体２０２と、導電線２０３と、を有する。電極棒２０Ｃは、ＥＸ方向に延伸している。小電極２０１は、例えばＥＸ方向に沿った順に３つの小電極２０１Ｋ、２０１Ｌ、及び２０１Ｍを含んで構成される。３つの小電極２０１Ｋ、２０１Ｌ、及び２０１Ｍは、円柱形状の誘電体２０２に対してその側面の半周に接着された状態で、所定の間隔でそれぞれが離間して配置される。３つの小電極２０１Ｋ、２０１Ｌ、及び２０１Ｍは、ＥＸ方向に垂直な方向から見たときそれぞれ矩形状である。３つの小電極２０１Ｋ、２０１Ｌ、及び２０１Ｍは、それぞれが配置された側面側に指向性を有してもよい。導電線２０３は、３つの導電線２０３Ｋ、２０３Ｌ、及び２０３Ｍを含んで構成される。３つの導電線２０３Ｋ、２０３Ｌ、及び２０３Ｍは、それぞれ誘電体２０２の内方をＥＸ方向に延伸する。

【0027】

図５の（ｃ）部は、図５の（ｂ）部のＫ－Ｋ線に沿う断面図である。導電線２０３Ｋは、誘電体２０２の内方から、小電極２０１Ｋが接している誘電体２０２の側面に向けて延伸し、小電極２０１Ｋと電気的に接続される。導電線２０３Ｌ及び２０３Ｍは、それぞれ誘電体２０２の内方をＥＸ方向に延伸し、小電極２０１Ｋを通過する。

【0028】

図５の（ｄ）部は、図５の（ｂ）部のＬ－Ｌ線に沿う断面図である。導電線２０３Ｌは、誘電体２０２の内方から、小電極２０１Ｌが接している誘電体２０２の側面に向けて延伸し、小電極２０１Ｌと電気的に接続される。導電線２０３Ｍは、それぞれ誘電体２０２の内方をＥＸ方向に延伸し、小電極２０１Ｌを通過する。

【0029】

図５の（ｅ）部は、図５の（ｂ）部のＭ－Ｍ線に沿う断面図である。導電線２０３Ｍは、誘電体２０２の内方から、小電極２０１Ｍが接している誘電体２０２の側面に向けて延伸し、小電極２０１Ｍと電気的に接続される。

【0030】

図６は、導電線２０３の構造の一例を示す図である。図６の（ａ）部に示されるように、導電線２０３は、心線２０３１と、誘電体２０３２と、外部導体２０３３と、保護誘電体２０３４と、を有する。心線２０３１は、小電極２０１と電気的に接続される。誘電体２０３２及び保護誘電体２０３４は、例えば耐熱性のセラミックス等により構成される。外部導体２０３３は、内部からの信号の漏洩を防止すると共に、外部からのノイズを遮断する。図６の（ｂ）部は、図６の（ａ）部のＮ－Ｎ線に沿う断面図である。図６の（ｂ）部に示されるように、導電線２０３は、心線２０３１を中心とし、誘電体２０３２、外部導体２０３３、保護誘電体２０３４の順に周囲を被覆する同軸構造である。導電線２０３のそれぞれが互いに電気的に接続されることはない。

【0031】

図１に戻り、電極棒２０は、高温の液相である第一相１１内に配置される。電極棒２０は、例えば延伸方向に沿って高温炉１０内に挿入され、第一相１１に浸漬するように配置される。一例では、電極棒２０のすべての小電極２０１が第一相１１に浸漬するように配置される。電極棒２０は、高温炉１０内の第一相１１に浸漬した状態で、電源２２から電流又は電圧が印加される。電極棒２０は、電流が印加されると小電極２０１における電圧値を制御部２４に出力し、電圧が印加されると小電極２０１を流れる電流値を制御部２４に出力する。

【0032】

電極棒２０は、複数の電極棒２０を含んで構成される。電極棒２０の構成数は、例えば４、６、８、１２、１６、３２、又は６４等の偶数である。複数の電極棒２０は、高温炉１０内において等間隔、又は等円周間隔に配置されてもよい。以下、複数の電極棒２０が等円周間隔に配置される例を説明する。

【0033】

図７は、電極棒２０の指向性を示す概念図である。電極棒２０は、センサ領域として指向性を有してもよいし、無指向性（全指向性）であってもよい。電極棒２０が無指向性である場合、電極棒２０は、それらが配置される円周の径方向における内側だけでなく外側もセンサ領域ＡＲ１として電圧値又は電流値の計測を行うことができる。電極棒２０が指向性を有する場合、電極棒２０は、特定の位置（例えばそれらが配置される円周の径方向における内側）をセンサ領域ＡＲ２として電圧値又は電流値の計測を行うことができる。指向性を有する電極棒２０は、該特定の位置に対しセンサの感度を向上させることができる。

【0034】

再び図１に戻り、電極支持部２１は、１つ又は複数の電極棒２０を固定する部材である。電極支持部２１は、例えば高温炉１０の鉛直線上において上方に配置される。電極支持部２１は、電極棒２０の基端側を保持し、電極棒２０の先端側が鉛直下向きとなるように固定する。電極支持部２１は、すべての電極棒２０を保持するように一つの電極支持部２１により構成されてもよく、電極棒２０を個別に保持するように複数の電極支持部２１により構成されてもよい。以下、電極支持部２１は、すべての電極棒２０を保持する例を説明する。

【0035】

電源２２は、予め設定された電圧または電流を供給可能な電源回路である。電源２２は、パワーリレー２３を介して電極棒２０に接続されている。電源２２は、複数の電極棒２０に対し電流又は電圧を印加する。電源２２は、例えば交流電流を電極棒２０に印加する。一例では、高温炉１０の炉容量が２０～１２０トンの場合、電源２２は、１５，０００～４５，０００Ａの電流、又は３００～７００Ｖの電圧を供給可能なように構成される。

【0036】

パワーリレー２３は、制御部２４の制御信号に応答して、電流又は電圧を印加する対象を切り替える回路である。パワーリレー２３は、例えば複数の電極棒２０のうち、選択された組合せの電極棒２０にのみ電流又は電圧が印加されるように負荷開閉（スイッチング）を行う。パワーリレー２３は、選択された組合せの電極棒２０を連続して高速に切り替える。

【0037】

制御部２４は、電源２２からの電流又は電圧を印加する複数の電極棒２０の組合せを切り替えて、複数の電極棒２０の選択された組合せについて電圧測定又は電流測定を実行して、インピーダンス値を取得する。制御部２４は、電流又は電圧を印加する複数の電極棒２０の組合せを示す制御信号をパワーリレー２３に出力して、電流又は電圧の負荷対象を切り替えさせる。制御部２４は、例えば印加する電流の周波数、振幅の大きさ、印加する時間を制御してもよい。また、制御部２４は、複数の電極棒２０が有する複数の小電極２０１の選択された組合せを切り替えるように構成されてもよい。複数の小電極２０１は、それぞれのセンサ領域を組み合わせて、より精緻な電圧測定又は電流測定を行うことができる。

【0038】

制御部２４は、複数の電極棒２０が出力した電圧値又は電流値を基に、電圧測定又は電流測定を実行してインピーダンス値を取得する。制御部２４は、例えば印加電流及び測定電圧から複数の電極棒２０間のインピーダンス値を測定し、算出部２５に出力する。

【0039】

算出部２５は、インピーダンス値に基づいて、第一相１１内における第二相１２の出現前後において、導電率分布、誘電率分布、又は位相分布のうちの１つを示す電気的特性分布を算出して、電気的特性分布から再構成した画像を出力する。

【0040】

算出部２５は、制御部２４が出力したインピーダンス値を基に、電気インピーダンス・トモグラフィ法を用いて画像を再構成する。電気インピーダンス・トモグラフィ法による画像再構成アルゴリズムとしては、従来の常温環境下における画像再構成と同様に、順問題及び逆問題を解く手法を用いることができる。

【0041】

順問題とは、印加電流Ｉと導電率分布σが既知である場合の電圧ベクトルＶをあらかじめ計算することである。順問題は、次式（１）に示されるように、支配方程式を計算する。

【0042】

【数1】

【0043】

ここで、σは導電率、Ｖは電圧、σ_ｎはn番目メッシュの導電率、Φ_ｎはn番目メッシュの電位、Ωはセンサ領域である。境界条件は、次式（２）に示す境界条件である。

【0044】

【数2】

【0045】

Ｌは電極番号、Ｓは電極面積、nは境界上の外向き法線単位ベクトル、ｚ_ｌは、ｌ番目電極の接触抵抗(インピーダンス)、ｅ_ｌは、ｌ番目の電極、Ｕ_ｌは、電極lの電位である。式（１）を解くには、シミュレーション上で有限要素法（ＦＥＭ）を使用する。

【0046】

メッシュ数Ｎにおける導電率分布ベクトルの変動Δσ∈Ｒ^Ｎ（Ｒはベクトル）、及びそれに伴う測定電圧ベクトルの変動ΔＶ関係を線形近似と仮定すると、次式（３）に示す連立一次方程式が表される。

【0047】

【数3】

【0048】

以降の式（３）は、表記の便宜上、次式（４）のように簡略化する。

【0049】

【数4】

【0050】

ここでベクトルＪ∈Ｒ^Ｍ×Ｎ（Ｒはベクトル）は、次式（５）に示されるヤコビ行列である。

【0051】

【数5】

【0052】

Ｊは、メッシュ一つの導電率変化による電圧の感度を意味する。Ｊは、電流印加パターン、電圧測定パターン、センサ形状、電極数によって異なる為、有限要素法などの数値解析により計算する。Jの要素であるＪ_ｍｎは、次式（６）を用いて計算される。

【0053】

【数6】

【0054】

ここで、Ａ_ｎはｎ番目のメッシュ面積を示す。Ｖ_ｍ（ｅ、ｄ）は、測定パターンｍにおける測定電圧Ｖを示す。ｅは、測定パターンｍにおける電流印加電極ペアを示し、ｄは、測定パターンｍにおける電圧測定電極ペアを意味する。Φ（ｉ^ｅ）は、電流印加電極ペアｅへの電流印加により誘発された、電圧測定電極ペアｄ間の電位を示す。Φ（ｉ^ｄ）は電圧測定電極ペアｄへの電流印加により誘発された、電流印加電極ペアｅ間の電位である。

【0055】

逆問題とは、測定電圧ベクトルＶから導電率分布σを求めることである。式（３）は、式の数より解の数が多い不適切逆問題であり、一意の解が得ることができないため、次式（７）により逐次計算により近似解σ＾を計算する。

【0056】

【数7】

【0057】

ここで、λ｜σ｜^２は正規化項である。

【0058】

図８は、移動機構部２６の一例を示す図である。可視化装置１は、複数の電極棒２０を三次元的に移動させる移動機構部２６をさらに備えてもよい。移動機構部２６は、例えばアクチュエータ等により構成される。移動機構部２６は、電極支持部２１を介して複数の電極棒２０を移動させる。移動機構部２６は、自律的に複数の電極棒２０の移動を制御してもよいし、制御部２４等からの制御信号に応答して、複数の電極棒２０の移動を制御してもよい。

【0059】

移動機構部２６は、複数の電極棒２０をＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に移動させるように構成される。移動機構部２６は、例えばＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の少なくとも一方向に複数の電極棒２０を移動させることにより、第一相１１内における複数の電極棒２０の位置を三次元的に調整する。このような調整により、移動機構部２６は、例えば電極棒２０のセンサ領域を第一相１１内の浅い領域とするか、又は深い領域とするか、あるいはＸ方向若しくはＹ方向に偏りを持たせる領域とするか、又は均一な領域とするか、等の所定の計測条件に応じて電極棒２０の位置を変更することができる。

【0060】

移動機構部２６は、複数の電極棒２０の互いの間隔を変更するようにさらに構成されてもよい。移動機構部２６は、例えば複数の電極棒２０が配置された円の径方向に対し、複数の電極棒２０を移動させることにより、第一相１１内における複数の電極棒２０の位置を調整してもよい。この場合、複数の電極棒２０が配置された円の径が拡大するか、又は縮小する。このような調整により、移動機構部２６は、例えば電極棒２０のセンサ領域を局所的な領域とするか、又は全体的な領域とするか等の所定の計測条件に応じて電極棒２０の位置を変更することができる。

【0061】

移動機構部２６は、複数の電極棒２０を第一相１１の液面に平行な方向である水平方向に回転させるようにさらに構成されてもよい。液面に平行な方向とは、Ｘ方向及びＹ方向に平行な方向をいう。移動機構部２６は、例えば複数の電極棒２０が配置された円の中心を回転軸として、一定の角速度で複数の電極棒２０を回転させる。複数の電極棒２０は、回転中に電流又は電圧が印加され、電圧値又は電流値を出力する。複数の電極棒２０を回転させることにより、電極棒２０のそれぞれの測定位置が増加するため、電極棒２０の数をより少ない構成とすることができる。このように電極棒２０の数が少ない構成としても、可視化装置１は高解像度の画像を出力することができる。

【0062】

［ハードウェア構成］
可視化装置１の各機能は、物理的又は論理的に結合した１つの装置により実現されてもよいし、物理的又は論理的に分離した２つ以上の装置を直接的又は間接的に接続し、これら複数の装置により実現されてもよい。

【0063】

図９は、制御部２４及び算出部２５のハードウェア構成の一例を示す図である。制御部２４及び算出部２５は、プロセッサ１００１、メモリ１００２、ストレージ１００３、通信装置１００４、入力装置１００５、出力装置１００６、バス１００７などを含むコンピュータ装置として構成されてもよい。

【0064】

制御部２４及び算出部２５における各機能は、プロセッサ１００１、メモリ１００２などのハードウェア上に所定のソフトウェア（プログラム）を読み込ませることで、プロセッサ１００１が演算を行い、通信装置１００４による通信や、メモリ１００２及びストレージ１００３におけるデータの読み出し又は書き込みを制御することで実現される。

【0065】

プロセッサ１００１は、例えば、オペレーティング装置を動作させてコンピュータ全体を制御する。プロセッサ１００１は、中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）で構成されてもよい。例えば、制御部２４及び算出部２５の各種処理等は、プロセッサ１００１で実現されてもよい。また、プロセッサ１００１は、プログラム（プログラムコード）、ソフトウェアモジュールやデータを、ストレージ１００３又は通信装置１００４からメモリ１００２に読み出し、これらに従って各種の処理を実行する。制御部２４及び算出部２５の各種処理を実行する機能は、メモリ１００２に格納され、プロセッサ１００１で動作する制御プログラムによって実現されてもよく、他の機能ブロックについても同様に実現されてもよい。なお、制御部２４及び算出部２５における各種処理は、１つのプロセッサ１００１で実行されてもよいが、２以上のプロセッサ１００１により同時又は逐次に実行されてもよい。

【0066】

メモリ１００２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの少なくとも１つで構成されてもよい。

【0067】

ストレージ１００３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体である。ストレージ１００３は、例えば、ハードディスクドライブ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc ROM）などの光ディスク等の少なくとも１つで構成されてもよい。上述の記憶媒体は、例えば、メモリ１００２又はストレージ１００３を含むデータベース、サーバその他の適切な媒体であってもよい。

【0068】

通信装置１００４は、有線又は無線ネットワークを介して、コンピュータ間、あるいはパワーリレー２３、移動機構部２６等のデバイスとコンピュータとの間の通信を行うためのデバイスである。例えば、制御部２４及び算出部２５の各種処理の一部は、通信装置１００４で実現されてもよい。

【0069】

入力装置１００５は、外部からの入力を受け付ける入力デバイス（例えば、キーボード等）である。出力装置１００６は、外部への出力を実施する出力デバイス（例えば、ディスプレイ等）である。

【0070】

上記の各装置は、情報を通信するためのバス１００７で接続される。バス１００７は、単一のバスで構成されてもよいし、装置間で異なるバスで構成されてもよい。

【0071】

［高温炉内の可視化方法］
図１０は、高温炉１０内の可視化方法の一例を示すフローチャートである。可視化方法には、第二相１２の出現前の手順（ステップＳ１～Ｓ２）、及び第二相１２の出現後の手順（ステップＳ３～Ｓ５）が含まれる。可視化方法は、可視化装置１によって実施される。

【0072】

ステップＳ１において、可視化装置１は、ヤコビ行列の計算を行う。可視化装置１は、例えば上述した式（６）の計算を行う。

【0073】

ステップＳ２において、可視化装置１は、第二相１２出現前の第一相１１の導電率分布σ_０における参照電圧ベクトルＶ_０∈Ｒ^Ｍ（Ｒはベクトル、Ｍは測定パターン数）を各電極棒２０の小電極２０１間で測定する。

【0074】

ステップＳ３において、可視化装置１は、第二相１２出現後の第一相１１の導電率分布σにおける電圧ベクトルＶ∈Ｒ^Ｍを各電極棒２０の小電極２０１間で測定する。

【0075】

ステップＳ４において、可視化装置１は、第二相１２出現前後の電圧ベクトルの差分ΔＶ＝Ｖ－Ｖ_０から、参照導電率分布σ_０と導電率分布σとの差分Δσを求める。ここで、ＶはステップＳ３で測定した電圧ベクトル、Ｖ_０はステップＳ２で測定した参照電圧ベクトルである。測定パターンの種類として、例えば隣接法、順隣接法が挙げられるが、これに限られない。

【0076】

ステップＳ５において、可視化装置１は、例えばステップＳ１で予め計算されたヤコビ行列を基に、上述した式（７）を用いて画像再構成アルゴリズムの逐次計算を行い、メッシュごとの電気特性分布から再構成した画像を出力する。

【0077】

なお、上述した可視化装置１において実行される可視化方法は一例であり、適宜変更可能である。例えば、上述したステップ（処理）の一部が省略されてもよいし、別の順序で各ステップが実行されてもよい。また、上述したステップのうちの任意の２以上のステップが組み合わされてもよいし、ステップの一部が修正または削除されてもよい。あるいは、上記の各ステップに加えて他のステップが実行されてもよい。

【0078】

上述した式（１）～（７）は、導電率分布σの可視化方法であるが、電圧の代わりにリアクタンス又は位相差(電流と電圧の時間的な差)を用いて同様の処理を行うことにより、誘電率分布又は位相分布についても可視化することができる。

【0079】

図１１は、再構成画像の一例を示す概念図である。図１１の再構成画像は、第一相１１及び第二相１２の電気的特性分布の時間変化を示す。図１１は、時間の経過（０分後、３０分後、及び６０分後）に伴って、第二相１２の体積率φが増加していることを示す。可視化装置１は、導電率分布σ、誘電率分布ε、又は位相分布θについて、印加周波数ｆごとに画像化することができる。このような再構成画像により、どのような状態の第二相１２が、いつ（時間）、どこに（３Ｄ空間）、どれだけ（色相、濃淡等）出現したかを表現することができる。再構成画像において、電気的特性分布の値は、例えば色相、濃淡等により表されてよい。

【0080】

上述の可視化方法によれば、可視化装置１は、電気インピーダンス・トモグラフィ法を用いて、高温炉内の電気的特性分布を画像化して出力することによって、高温炉１０内の相の時間変化を可視化することができる。具体的には、可視化装置１は、高温炉１０内に存在する第一相１１とは異なる第二相１２が出現する前後における電気的特性分布（導電率分布σ、誘電率分布ε、又は位相分布θ)を画像化することによって、第二相１２の出現前後における第二相１２の体積率φの空間分布の計測を支援することができる。

【0081】

電気的特性分布（導電率分布σ、誘電率分布ε、又は位相分布θ)は、第二相１２の体積率φだけでなく、第二相１２の組成、温度Ｔ、及び印加する周波数ｆに依存する。すなわち、電気的特性分布は、第二相１２の体積率、組成、温度、又は周波数のうちの少なくとも１つを示す。本実施形態では、電気的特性分布として第二相１２の体積率を画像化することを説明するが、電気的特性分布が組成、温度、又は周波数のうちの少なくとも１つを示してもよい。可視化装置１は、これらの依存性に対応して、電気的特性分布を補正してもよい。

【0082】

図１２は、スラグの導電率の組成及び温度に対する依存性を示す図である。図１２の表は、ＣａＯ－ＳｉＯ_２－Ａｌ_２Ｏ_３系スラグの一定の印加周波数fにおける導電率σと組成と温度との関係を示す。温度Ｔを一定としたとき、導電率σの高温融体の組成変化による影響は多くて４倍程度である（例えば１５５０℃のとき、σ＝０．６７１～０．１７５）。その一方、スラグにおける酸化物結晶のσは、その出現過程において高温融体のσよりも急激に減少することが知られている。一例では、ＣａＯ－ＳｉＯ_２－ＴｉＯ_２系スラグの導電率σは、その出現過程において、高温融体の導電率σよりも数百倍減少する。従って、高温融体の電気的特性分布が組成に対する依存性を有していてもその影響は少なく、導電率σから酸化物結晶体積率φの線形的検出が可能である。一方、図１２において高温融体の組成と印加周波数fを一定としたとき、温度Ｔによる電気的特性分布への影響に比べ、酸化物結晶の晶出による導電率σへの影響の方が圧倒的に大きいため、高温融体の電気的特性分布が温度Ｔに対する依存性を有していても、導電率σから酸化物結晶体積率φの線形的検出が可能である。さらに、高温融体の温度と電気的特徴量には次式（８）に示すＡｒｒｈｅｎｉｕｓの式が成り立つことを利用して補正を行ってもよい。温度補正を行う場合は、高温融体の温度と電気的特徴量との間に成り立つＡｒｒｈｅｎｉｕｓの式を利用することができる。

【0083】

【数8】

【0084】

ここで、Ｑは物体固有の活性化エネルギーであり、スラグなどの酸化物高温融体の場合、１０～５０ｋｃａｌ／ｇ・ｍｏｌである。Ｒは気体定数、Ｂは温度に依存しない定数である。この式の正確なＱやＢは実験より、回帰的に求めることができる。参照電圧値Ｖ_０を、結晶晶出状態で測定した電圧値Ｖと等しい温度で測定した参照電圧値Ｖ_０と同等の補正参照電圧Ｖ_０~にＡｒｒｈｅｎｉｕｓの式により変換することで、電気的特徴の温度依存性を補正できる。

【0085】

図１３は、結晶晶出によるキャパシタンス変化を示す図である。具体的には、図１３は、高温融体（５０ＣａＯ－５０ＳｉＯ_２）をＴ＝１６００℃からＴ＝１２５０℃まで冷却する過程のキャパシタンス測定値を示している。測定は、定電流Ｉ＝１０ｍＡ、周波数ｆ＝１０ｋＨｚにより行われている。図１３に示されるように、Ｔ＝１６００～１３６０℃の間は、高温融体に組成変化が起こっておらず、温度によるキャパシタンスの変化も数ｎＦ程度である。一方、Ｔ＝１３５０℃において、高温融体内に酸化物結晶の晶出が起こったことにより、急激なキャパシタンスの減少（１００ｎＦ程度）がみられる。

【0086】

高温冶金プロセスにおいて生成される酸化物高温融体は、重合したシリケートイオンと金属イオンおよび酸素イオンで構成されているため、それらのイオンの配向分極や界面分極が生じる非常に分極能が高い液体である。一方、晶出した酸化物結晶は、それらのイオンが結晶格子に固定されているため、一般的に分極能が低い。すなわち、高温融体内の酸化物結晶の検出には、温度変化による誘電率εへの影響は問題とならないと考えることができる。

【0087】

以下、実施例を具体的に説明するが、本開示はそれらに何ら限定されるものではない。

【0088】

［実施例１］
図１４は、実施例１における可視化装置１を示す概略図である。実施例１では、実験室に適用可能な小型の可視化装置１を用いて、二次元の再構成画像を出力する例を示す。図１４の（ａ）部に示すように、底付き円筒形状の高温炉１０内には、第一相１１である高温融体（６０ＺｎＯ－４０Ｂ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）、温度Ｔ＝１２００℃）が存在する。電極棒２０は、プラチナ製（Ｐｔ－２０ｍａｓｓ％Ｒｈ）であり、外界からのノイズを除去するためにセラミックス被膜により保護されている。電極棒２０は、先端に小電極２０１を有する。電極棒２０は、第一相１１内に小電極２０１が浸漬するように、等円周間隔に８本配置されている。高温炉１０内には、第二相１２として円柱形状のＡｌ_２Ｏ_３が配置されている。第二相１２はまた、第一相１１の液面から露出するように配置されている。この第二相１２は、晶出した酸化物結晶を模擬したものである。図１４の（ｂ）部は、図１４の（ａ）部のＮ－Ｎ線に沿う断面図である。

【0089】

制御部２４は、例えばマイクロコントローラユニット、アナログマルチプレクサ等の組合せにより構成されている。制御部２４は、電流（ｆ＝１０．４８５ｋＨｚ）を印加する電極棒２０の組合せを切り替えながら、電圧測定を行う。制御部２４はまた、算出部２５とデータの送受信が可能なように、無線通信により接続されている。算出部２５は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）により構成されている。

【0090】

図１５は、実施例１における再構成画像を示す図である。図１５は、高温炉１０内のＸ方向及びＹ方向における二次元の断面について、導電率分布をハッチングによって示した再構成画像である。第二相１２（Ａｌ_２Ｏ_３）の導電率は、第一相１１（６０ＺｎＯ－４０Ｂ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）、温度Ｔ＝１２００℃）の導電率よりも低いため、再構成画像内にその差が現れる。図１５では、導電率の値が－０．２程度に対応するハッチング箇所が第二相１２の導電率分布であることを示す。また、再構成画像内における当該ハッチングの位置、大きさが高温炉１０内における第二相１２の位置、大きさに対応する。このように、可視化装置１は、高温炉１０内における第二相１２の存在位置及び第二相１２の大きさ（体積率φの空間分布）を可視化することができる。

【0091】

［実施例２］
実施例２では、第二相１２の個数及び大きさの精度を評価する例を示す。高温炉１０にはＡｌ_２Ｏ_３製の坩堝が内部に配置され、坩堝内に底付き円筒形状の試験炉がさらに配置される。高温炉１０内には、第一相１１である高温融体（６０ＺｎＯ－４０Ｂ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）、温度Ｔ＝１２００℃）が存在する。電極棒２０は、プラチナ製（Ｐｔ－２０ｍａｓｓ％Ｒｈ）であり、直径２ｍｍの円柱形状を有する。電極棒２０は、先端に小電極２０１を有する。電極棒２０は、第一相１１内に小電極２０１が浸漬するように、内径２４ｍｍとなる等円周間隔に８本配置されている。高温炉１０内には、第二相１２として円柱形状のＡｌ_２Ｏ_３が配置されている。第二相１２は、第一相１１の液面から露出するように配置されている。この第二相１２は、晶出した酸化物結晶を模擬したものである。

【0092】

制御部２４は、例えばマイクロコントローラユニット、アナログマルチプレクサ、インピーダンスアナライザ等の組合せにより構成されている。制御部２４は、電流を印加する電極棒２０の組合せを切り替えながら、電圧測定を行う。制御部２４はまた、算出部２５とデータの送受信が可能なように接続されている。算出部２５は、ＰＣにより構成されている。

【0093】

図１６の（ａ）部～（ｄ）部は、実施例２における第二相１２の配置パターンを示す図である。実施例２では、大きさ及び個数の異なる４つの配置パターンを用いて第二相１２を高温炉１０内に配置した。具体的には、円柱形状の第二相１２は、図１６の（ａ）部に示す直径３ｍｍ×１本、図１６の（ｂ）部に示す直径３ｍｍ×２本、図１６の（ｃ）部に示す直径８ｍｍ×１本、図１６の（ｄ）部に示す直径３ｍｍ×１本＋直径８ｍｍ×１本、の４パターンを用いて配置した。実施例２では、当該４パターンのそれぞれについて、高温炉１０内の電圧を計測し、画像再構成を行った。

【0094】

図１７の（ａ）部～（ｄ）部は、実施例２における再構成画像を示す図である。図１７は、実施例２における導電率分布について、２値化した二次元の再構成画像である。図１７の（ａ）部～（ｄ）部は、図１６の（ａ）部～（ｄ）部の４つの配置パターンとそれぞれ対応している。図１７の（ａ）部～（ｄ）部に示されるように、いずれの配置パターンにおいても、第二相１２の位置及び大きさが可視化できているが、図１７の（ｄ）部のように直径３ｍｍ×１本＋直径８ｍｍ×１本を配置した場合、第二相１２の互いの間隔における感度が低い。画像再構成の精度を評価するため、次式（９）のように面積相対誤差Ｅを定義する。

【0095】

【数9】

【0096】

ここで、Ａ^ｔｒｕｅは面積の真値、Ａ^ｃａｌは再構成画像内のピクセル値０（黒）のピクセル数を基に算出された面積である。

【0097】

図１８は、実施例２における画像再構成の精度を示すグラフである。図１８において、横軸が第二相１２であるＡｌ_２Ｏ_３の４つの配置パターンを示し、棒グラフがＡ^ｔｒｕｅ、及びＡ^ｃａｌのそれぞれの面積を示し、折れ線グラフが面積相対誤差Ｅを示している。図１６の（ａ）部に示す直径３ｍｍ×１本、図１６の（ｂ）部に示す直径３ｍｍ×２本、図１６の（ｃ）部に示す直径８ｍｍ×１本、図１６の（ｄ）部に示す直径３ｍｍ×１本＋直径８ｍｍ×１本、の４パターンについて、それぞれＥ＝９．４８、Ｅ＝２７．４４、Ｅ＝７．０２、Ｅ＝３．０９［％］、平均（Ｅ）＝１１．７６［％］であった。いずれの配置パターンにおける面積相対誤差Ｅは、許容範囲である。

【0098】

［実施例３］
実施例３では、電極棒２０の構造を仮定し、電磁気シミュレーションによって、高温炉１０内の三次元導電率分布の再構成を行った例を示す。図１９は、実施例３における仮想の高温炉１０を示す概略図である。図１９の（ａ）部は仮想の高温炉１０の構造図であり、図１９の（ｂ）部はそのメッシュ分割図である。

【0099】

実施例３では、高導電率の物質で満たされた円柱容器（半径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍ）である高温炉１０内に、電極棒２０（半径１ｃｍ、高さ１８ｃｍ）が円柱の端面に垂直となるように等円周間隔で６本配置されている。それぞれの電極棒２０には、延伸方向に３個並んだ小電極２０１（半径１ｃｍ、高さ２ｃｍ）が配置され、それぞれの小電極２０１の間には、誘電体２０２（半径１ｃｍ、高さ４ｃｍ）が配置される。また、高温炉１０の中央には、第二相１２として酸化物結晶を想定した低伝導率の球（半径１ｃｍ）が配置されている。実施例３では、電流印加パターンと電圧測定パターンとを切り替えながら、各小電極２０１を用いて多点で測定を行う。電極棒２０の切り替え方法は隣接法を用いた。

【0100】

図２０は、実施例３における再構成画像を示す図である。図２０に示されるように、円柱の中央に導電率の低い部分が三次元画像に現れている。このように、導電率分布から三次元画像を再構成した場合においても、三次元の存在位置及びその体積量が再構成画像に現れる。

【0101】

［作用効果］
次に、本実施形態に係る可視化装置１の作用効果について説明する。

【0102】

本実施形態に係る可視化装置１は、高温の液相である第一相１１内に配置される複数の電極棒２０と、複数の電極棒２０に対し電流又は電圧を印加する電源２２と、電源２２からの電流又は電圧を印加する複数の電極棒２０の組合せを切り替えて、複数の電極棒２０の選択された組合せについて電圧測定又は電流測定を実行して、インピーダンス値を取得する制御部２４と、インピーダンス値に基づいて、第一相１１内における第二相１２の出現前後において、導電率分布、誘電率分布、又は位相分布のうちの１つを示す電気的特性分布を算出して、電気的特性分布から再構成した画像を出力する算出部２５と、を備える。

【0103】

本実施形態に係る可視化装置１では、高温の第一相１１内に配置される複数の電極棒２０に対し、選択された組合せを切り替えながら電流又は電圧が印加されることにより、電圧測定又は電流測定が実行され、インピーダンス値が取得される。また、インピーダンス値に基づいて、第一相１１内に第二相１２が出現する前後における電気的特性分布（導電率、誘電率、又は位相のうちの１つの分布）が算出され、さらに電気的特性分布から再構成された画像が出力される。このような構成によれば、高温炉１０内に存在する第一相１１とは異なる第二相１２が出現する前後における電気的特性分布を画像化することによって、第二相１２の出現前後における第二相１２の空間分布の時間変化が画像に現れる。このような画像により、高温炉１０内の相の時間変化を可視化することができる。

【0104】

本実施形態に係る可視化装置１において、第二相は固相、液相、又は気相であってもよい。一般的に、液相又は気相の状態の第二相について、空間分布の時間変化を計測することは非常に困難である。一方、本実施形態に係る可視化装置１では、第二相の出現前後における第二相の空間分布の時間変化が画像に現れるため、第二相の状態にかかわらず、高温炉内の相の時間変化を可視化することができる。

【0105】

本実施形態に係る可視化装置１において、複数の電極棒２０は、延伸方向に複数の小電極２０１を有してもよい。このような構成によれば、複数の小電極２０１のそれぞれのセンサ領域を組み合わせて、より精緻な計測を三次元的に行うことができる。

【0106】

本実施形態に係る可視化装置１は、複数の電極棒２０を三次元的に移動させる移動機構部２６をさらに備えてもよい。このような構成によれば、電極棒２０のセンサ領域を第一相１１内の浅い領域とするか、又は深い領域とするか、あるいはＸ方向若しくはＹ方向に偏りを持たせる領域とするか、又は均一な領域とするか、等の所定の計測条件に応じて電極棒２０の位置を変更することができる。これにより、高温炉１０内の相の計測精度を向上させることができる。

【0107】

本実施形態に係る可視化装置１において、移動機構部２６は、複数の電極棒２０の互いの間隔を変更するようにさらに構成されてもよい。このような構成によれば、センサ領域を局所的な領域とするか、又は全体的な領域とするか等の所定の計測条件に応じて電極棒２０の位置を変更することができる。これにより、高温炉１０内の相の計測精度を向上させることができる。

【0108】

本実施形態に係る可視化装置１において、移動機構部２６は、複数の電極棒２０を第一相１１の液面に平行な方向である水平方向に回転させるようにさらに構成されてもよい。このような構成によれば、電極棒２０のそれぞれの測定位置が増加するため、電極棒２０の数をより少ない構成とすることができる。このように電極棒２０の数が少ない構成としても、可視化装置１は高解像度の画像を出力することができる。

【0109】

本実施形態に係る可視化装置１において、電気的特性分布は、第二相の体積率、組成、温度、又は周波数のうちの少なくとも１つを示してもよい。このような構成によっても、電気的特性分布から再構成した画像には、第二相の出現前後における第二相の電気的特性分布が現れる。

【0110】

［変形例］
本開示は上記実施形態に限定されるものではない。本開示は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

【0111】

実施形態において、複数の電極棒２０に対して電流を印加して、電圧測定を実行する例を記載したが、複数の電極棒２０に対して電圧を印加して、電流測定を実行してもよい。この場合であっても、可視化装置１は、インピーダンス値を取得して後続の処理を実行することができる。

【0112】

実施形態において、電気的特性分布について導電率分布を算出する例を記載したが、誘電率分布、又は位相分布を算出してもよい。この場合であっても、可視化装置１は、誘電率分布、又は位相分布から再構成した画像を出力することができる。

【0113】

実施形態において、複数の電極棒２０は、高温炉１０内の第一相１１に浸漬するように配置されると説明したが、高温炉１０の側面（外周面）に当接するように配置されてもよい。複数の電極棒２０は、例えば高温炉１０の側面に垂直、且つ互いに等間隔となるように配置されてもよい。

【0114】

可視化装置１の各機能モジュールは、プロセッサ１００１又はメモリ１００２の上に高温炉内の可視化プログラムを読み込ませてプロセッサ１００１にそのプログラムを実行させることで実現される。可視化プログラムは、可視化装置１の各機能モジュールを実現するためのコードを含む。プロセッサ１００１は可視化プログラムに従って入出力ポート３８を動作させ、メモリ１００２又はストレージ１００３におけるデータの読み出し及び書き込みを実行する。このような処理により可視化装置１の各機能モジュールが実現される。

【0115】

可視化プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、及び半導体メモリなどの非一時的な記録媒体に固定的に記録された上で提供されてもよい。あるいは、可視化プログラムは、搬送波に重畳されたデータ信号として通信ネットワークを介して提供されてもよい。

【符号の説明】

【0116】

１…可視化装置、１０…高温炉、１１…第一相、１２…第二相、２０…電極棒、２１…電極支持部、２２…電源、２３…パワーリレー、２４…制御部、２５…算出部、２６…移動機構部、２０１…小電極、２０２…誘電体、２０３…導電線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】