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JP7192583B2 - ガス分析装置 - Google Patents
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JP7192583B2 - ガス分析装置 - Google Patents

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Description

本開示は、ガス分析装置に関する。
従来より、所定の流路を流動する被測定ガスの濃度等の物性を分析するガス分析装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０－１８５６９４号公報
特許文献１に記載のガス分析装置としてのガス濃度測定装置は、プローブ部材と、分析部材としてのケーシングと、を備え、当該プローブ部材を所定の流路の流路壁に形成された孔に挿入した状態で、当該分析部材内の発光部からの測定光を当該プローブ部材の内部に導入された被測定ガスを通過させた後、当該分析部材内の受光部で検出することで、被測定ガスの物性としての濃度を分析することができる。
特許文献１に記載のガス分析装置では、仮に分析部材をプローブ部材から脱離させると、流路内の被測定ガスが、プローブ部材の内部を通じて流路の外部に漏出する虞があった。
本開示の目的は、分析部材をプローブ部材から脱離させても、流路内の被測定ガスが漏出することを抑制可能なガス分析装置を提供することである。
幾つかの実施形態に係るガス分析装置は、被測定ガスが流動する流路の流路壁に設けられた開口から一部が挿入された状態で前記流路壁に取り付け可能なプローブ部材と、前記プローブ部材の前記流路への挿入方向と反対側の基端に位置する第１接続部に着脱可能な第２接続部を有する分析部材と、を備え、前記プローブ部材は、反射部を有し、かつ、前記被測定ガスを導入可能な測定領域を内部に区画し、前記分析部材は、発光部と、受光部と、を有し、前記分析部材が前記プローブ部材に装着された状態で、前記発光部は測定光を前記測定領域に向けて照射し、前記反射部は前記測定領域に入射した前記測定光を反射させ、前記受光部は前記反射部で反射した前記測定光を受光し、前記プローブ部材は、前記測定領域を前記基端側の外部から隔離し、かつ、前記測定光を透過させる、窓部を有する。このように、プローブ部材が、窓部を有し、窓部が測定領域を基端側の外部から隔離し、かつ、測定光を透過させるので、被測定ガスの測定を妨げることなく、分析部材をプローブ部材から脱離させても流路内の被測定ガスが漏出することを抑制できる。
一実施形態において、ガス分析装置は、前記分析部材の前記第２接続部に着脱可能な第３接続部と、校正反射部と、を有し、かつ、校正ガスを導入可能な校正領域を内部に区画する、校正部材を更に備え、前記校正部材が前記分析部材に装着された状態で、前記発光部は前記測定光を前記校正領域に向けて照射し、前記校正反射部は前記校正領域に入射した前記測定光を反射させ、前記受光部は前記校正反射部で反射した前記測定光を受光してもよい。このように、ガス分析装置は、分析部材に着脱可能な校正部材を更に備えれば、校正を行うことが可能となる。また、校正部材が可搬性を有する場合、被測定ガスの測定のために分析部材に接続された配管や配線を取り外さなくても、校正を行うことができる。さらに、校正部材を分析部材と着脱可能な構成とすることで、被測定ガスの測定時には校正部材を脱離させることができるので、被測定ガスの測定時におけるガス分析装置のサイズを小さく抑えることができると共に、被測定ガスによる熱の影響を校正部材に与える虞を低減できる。
一実施形態のガス分析装置において、前記校正部材は、前記プローブ部材の前記第１接続部に着脱可能な第４接続部を更に有し、前記プローブ部材及び前記分析部材に同時に装着可能であってもよい。このように、校正部材がプローブ部材及び分析部材に同時に装着可能であれば、プローブ部材を流路壁に取り付けた状態のまま、校正を行うことが可能となる。すなわち、流路内に被測定ガスが流動している状態であっても、ガス分析装置の校正を行うことができる。
一実施形態のガス分析装置において、前記分析部材は、前記発光部及び前記受光部を前記第２接続部側の外部から隔離し、かつ、前記測定光を透過させる、分析窓部を有してもよい。このように分析部材が分析窓部を有し、分析窓部が発光部及び受光部を第２接続部側の外部から隔離し、かつ、測定光を透過させれば、ガスの測定を妨げることなく、発光部及び受光部を外部から保護することが可能となる。
一実施形態のガス分析装置において、前記分析窓部は、サファイアガラス又はボロシリケートガラスを含んでもよい。このように、分析窓部は、防爆の要求に応じて好適な材料を用いることができる。
一実施形態のガス分析装置において、前記校正部材が前記分析部材に装着された状態で、前記校正領域は、前記校正反射部から前記分析窓部までの領域に亘って延在してもよい。このように、校正領域が校正部材と分析部材とに跨って延在する場合、校正部材の内部に窓部を設ける必要がないため、製造工程を簡易とすることが可能となる。
一実施形態のガス分析装置において、前記分析部材は、前記校正領域と外部とを連通させる第１連通孔を区画し、前記校正部材は、前記校正領域と外部とを連通させる第２連通孔を区画してもよい。このように、第１連通孔及び第２連通孔を、校正領域の延在方向で互いに異なる位置に設けることで、校正領域に校正ガスを短時間で満たすことが可能となる。
一実施形態のガス分析装置において、前記校正部材は、前記校正反射部を前記第３接続部側の外部から隔離し、かつ、前記測定光を透過させる、校正窓部を有し、前記校正領域は、前記校正反射部から前記校正窓部までの領域に亘って延在してもよい。このように、校正窓部を設けることで、校正ガスにより光吸収される光路長が、校正部材の内部のみで規定されるので、校正部材と分析部材との接続状態によらず、当該光路長を一定に保つことができる。
一実施形態のガス分析装置において、前記校正部材は、前記校正領域と外部とを連通させる第１連通孔と、前記校正領域の延在方向における前記第１連通孔とは異なる位置で前記校正領域と外部とを連通させる第２連通孔と、を区画してもよい。このように第１連通孔及び第２連通孔を、校正領域の延在方向で互いに異なる位置に設けることで、校正領域に校正ガスを短時間で満たすことが可能となる。
本開示によれば、分析部材をプローブ部材から脱離させても、流路内の被測定ガスが漏出することを抑制可能なガス分析装置を提供することができる。
本発明の第１の実施形態に係るガス分析装置を上方から示す斜視図である。 図１のガス分析装置を下方から示す斜視図である。 図１のガス分析装置の測定時の使用態様を示す正面図である。 図１のガス分析装置を分解して示す上方からの斜視図である。 図１のガス分析装置が備える校正部材を上方から示す斜視図である。 校正部材をプローブ部材及び分析部材に接続する様子を上方から示す斜視図である。 図１のガス分析装置の校正時の使用態様を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るガス分析装置の校正時の使用態様を示す断面図である。
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照して説明する。以下の説明中の前後、左右、及び上下の方向は、図中の矢印の方向を基準とする。各矢印の方向は、異なる図面同士で互いに整合している。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガス分析装置１を上方から示す斜視図である。図２は、ガス分析装置１を下方から示す斜視図である。図３は、ガス分析装置１の測定時の使用態様を示す正面図である。図３は、一例として、流路Ｐ内を流動する被測定ガスＧの所定の物性値を測定するために、ガス分析装置１が流路壁Ｓに取り付けられている様子を示す。流路Ｐは、例えば、配管、煙道、又は燃焼炉等である。被測定ガスＧの所定の物性値は、例えば、対象成分の成分濃度を含む。図４は、ガス分析装置１を分解して示す上方からの斜視図である。図１～図３には、被測定ガスＧの所定の物性値を測定するために、後述する分析部材３０が後述するプローブ部材１０に装着された状態（以下、適宜「第１の組立状態」と称する。）のガス分析装置１を示す。
図１～図４を参照して、第１の実施形態に係るガス分析装置１の、第１の組立状態での機能及び構成について説明する。
図３に示すように、ガス分析装置１は、例えば被測定ガスＧが流動する流路Ｐの流路壁Ｓに直接取り付けられ、測定対象成分の成分濃度分析を行う。被測定ガスＧは、例えばＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣｎＨｍ（炭化水素）、ＮＨ３、及びＯ２等のガスを含む。
ガス分析装置１は、例えば防爆エリア内で使用され、耐圧防爆構造を有するプローブ型ＴＤＬＡＳ（Ｔｕｎａｂｌｅ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｓｅｒ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：波長可変ダイオードレーザ吸収分光)式ガス分析計を含む。ここで、プローブ型とは、例えば、光源、反射構造、及び光検出器を一体的に内蔵し、片側から流路に差し込む構造となるガス分析装置１の種類を意味する。ガス分析装置１は、例えばプロセスガス等を含む被測定ガスＧ中に測定光となるレーザ光を照射することで測定対象成分の成分濃度を分析する。
被測定ガスＧに含まれるガス分子は、赤外から近赤外域において、分子の振動及び回転エネルギー遷移に基づく光吸収スペクトルを示す。吸収スペクトルは、成分分子に固有である。測定光に関するガス分子の吸光度は、Ｌａｍｂｅｒｔ－Ｂｅｅｒの法則により、その成分濃度及び光路長に比例する。したがって、吸収スペクトル強度を測定することで測定対象成分の成分濃度が分析可能である。
ＴＤＬＡＳでは、ガス分子が有するエネルギー遷移の吸収線幅よりも十分に狭い線幅の半導体レーザ光を測定光として被測定ガスＧに照射する。半導体レーザの駆動電流を高速変調することで、測定光の波長を掃引する。被測定ガスＧを透過した測定光の光強度を測定して、１本の独立した吸収スペクトルを取得する。
レーザ光の掃引範囲は用途によって異なる。測定対象がＯ２の場合、レーザ光の線幅は例えば０．０００２ｎｍであり、掃引幅は例えば０．１～０．２ｎｍである。０．１～０．２ｎｍの掃引幅を掃引することで、吸収スペクトルの測定を行う。取得した１本の吸収スペクトルから濃度換算を行うことにより、測定対象成分の成分濃度が求められる。濃度換算の手法は、ピーク高さ法、スペクトル面積法、及び２ｆ法等の既知の方法を含む。
図１及び図２に示すように、ガス分析装置１は、プローブ部材１０と、分析部材３０と、を備える。図１～図３に示すように、第１の組立状態のガス分析装置１では、分析部材３０がプローブ部材１０に装着されている。
図３に示すように、プローブ部材１０は、被測定ガスＧが流動する流路Ｐの流路壁Ｓに設けられた開口Ｔから一部が挿入された状態で、流路壁Ｓに取り付け可能である。プローブ部材１０は、例えば、被測定ガスＧの流動方向に対して所定の向きで使用される。図３に、プローブ部材１０の流路Ｐへの挿入方向Ｅを示している。図３において、被測定ガスＧの流動方向は、白抜き矢印で示している。
本実施形態のプローブ部材１０は、図１及び図２に示すように、例えば、断面形状が略円形状の筒状物体である。プローブ部材１０は、任意の金属部材により形成されている。
図１に示すように、プローブ部材１０は、左右方向に亘って延在し、上方に向けて開口している開口１２を有する。プローブ部材１０は、プローブ部材１０の強度を維持するために開口１２に設けられている複数のリブ１３を有する。図２に示すように、プローブ部材１０は、その表面の一部を下方から内部に向けて切り欠いた切欠き１４を有する。切欠き１４は、開口１２の左右両端と略同一の左右位置にそれぞれ形成されている。
図３に示すように、プローブ部材１０は、内部空間の左端（以下、適宜「先端」とも記載する。）近傍に配置された反射部１５を有する。反射部１５は、コーナーキューブプリズム及びレトロリフレクター等の測定光に対する任意の反射構造を含む。反射部１５は、後述する発光部３１からの測定光を反射させる。
図３に示すように、プローブ部材１０は、その大部分が流路Ｐの内部に位置する状態で支持されている。具体的に、ガス分析装置１は、プローブ部材１０の一部に形成されたフランジ等の取り付け部１１を有し、取り付け部１１が流路壁Ｓの外面に取り付けられることで、流路壁Ｓによって支持されている。
図３に示すように、開口１２は、プローブ部材１０の対応する内部を流路Ｐ内に露出させる。切欠き１４は、開口１２によって流路Ｐ内に露出しているプローブ部材１０の内部と、当該内部よりも下側の流路Ｐ内の空間と、を連通する。プローブ部材１０の左端から、取り付け部１１の左端までの、プローブ部材１０の延在方向に沿う長さは、例えば、０．５～２メートル程度である。
図４に示すように、プローブ部材１０は、流路Ｐへの挿入方向Ｅと反対側の基端に、第１接続部１６を有する。また、図４に示すように、分析部材３０は、プローブ部材１０の第１接続部１６に着脱可能な第２接続部３５を有する。
図３に示すように、第１の組立状態における分析部材３０は、流路Ｐの外部で、プローブ部材１０の右端（反射部１５が設けられている先端に対して反対側の端部）に位置する第１接続部に接続された状態で、支持される。図３に示すように、分析部材３０は、被測定ガスＧに測定光を照射する発光部３１と、反射部１５で反射した測定光を受光する受光部３２と、表示部３３と、演算部３４と、を有する。発光部３１、受光部３２、表示部３３、及び演算部３４は、例えば複数枚の電子基板を介して、互いに電気的に接続されている。分析部材３０の筐体は、例えば、これらの各構成部を格納する耐圧防爆容器である。
発光部３１は、被測定ガスＧに対してＴＤＬＡＳによる測定が可能な任意の光源を有する。発光部３１は、例えば、半導体レーザを出射するレーザーダイオードを有する。受光部３２は、被測定ガスＧに対してＴＤＬＡＳによる測定が可能な任意の光検出器を有する。受光部３２は、例えば、フォトダイオードを有する。被測定ガスＧの所定の物性値に応じた信号を、演算部３４に出力する。表示部３３は、発光部３１、受光部３２、及び演算部３４を用いて測定された、例えば被測定ガスＧに含まれる対象成分の成分濃度等、被測定ガスＧの所定の物性値の情報等を表示可能である。表示部３３は、例えば液晶表示デバイスを有する。演算部３４は、発光部３１、受光部３２、及び表示部３３を含む、ガス分析装置１全体の動作を制御する。演算部３４は、例えば１つ以上のプロセッサを有する。演算部３４は、受光部３２から入力された信号を物性値に変換し、表示部３３に物性値の情報を表示させる。
図３に示す例では、流路Ｐは上下方向に延在しており、被測定ガスＧの流動方向は、下方から上方に向かう方向である。このような被測定ガスＧの流動方向に対して、プローブ部材１０は、図３に示すように、切欠き１４が下方、すなわち流動方向の上流側を向き、開口１２が上方、すなわち流動方向の下流側を向くような向きで使用されることで、後述するように、測定領域Ｒ１に被測定ガスＧを導入して満たしつつ、領域Ｒ２及び領域Ｒ３にパージガスを満たすことができる。ここで、測定領域Ｒ１、領域Ｒ２、及び領域Ｒ３は、プローブ部材１０の内部に区画された空間である。測定領域Ｒ１は、開口１２によって流路Ｐ内に露出する。領域Ｒ２は、測定領域Ｒ１の左側に形成された領域である。領域Ｒ３は、測定領域Ｒ１の右側に形成された領域である。
図３に示すように、本実施形態では、プローブ部材１０の流路Ｐへの挿入方向Ｅは、被測定ガスＧの流動方向と略直交する。そして、本実施形態のプローブ部材１０は、流路Ｐの内部において被測定ガスＧの流動方向と略直交する方向に延在する。そのため、流路Ｐ内を流れる被測定ガスＧの一部は、切欠き１４を介して下方からプローブ部材１０内の測定領域Ｒ１に流入する。被測定ガスＧの他の一部は、開口１２から回り込んで上方からプローブ部材１０内の測定領域Ｒ１に流入する。このように、流路Ｐを流れる被測定ガスＧは、プローブ部材１０の内部を流通する。プローブ部材１０の内部を流通した被測定ガスＧは、例えば開口１２から再度流路Ｐ内に流出する。このように、測定領域Ｒ１は、被測定ガスＧによって満たされる。
一方、領域Ｒ２及び領域Ｒ３には、任意の機構によりパージガスが供給されている。パージガスは、反射部１５、発光部３１、及び受光部３２等の光学部品に汚染及び腐食等の不具合が生じないよう、これらの構成部への被測定ガスＧの流入を抑制する。このように、領域Ｒ２及び領域Ｒ３は、パージガスによって満たされる。
切欠き１４は、測定領域Ｒ１と、領域Ｒ２及び領域Ｒ３と、において、被測定ガスＧとパージガスとの混合を抑制する。より具体的には、切欠き１４は、流路Ｐからプローブ部材１０内の測定領域Ｒ１に被測定ガスＧを導くことで、測定領域Ｒ１へのパージガスの混入を抑制する。同様に、切欠き１４は、領域Ｒ２及び領域Ｒ３への被測定ガスＧの混入を抑制する。
第１の組立状態で、発光部３１は、プローブ部材１０の測定領域Ｒ１に向けて測定光を照射する。測定領域Ｒ１に入射した測定光は、反射部１５に照射される。図３において、測定光のうちの反射部１５で反射する前の光は、出射光Ｌ１として示されている。出射光Ｌ１は、その光軸に沿って測定領域Ｒ１と重畳するように延在するプローブ部材１０の内部を通過し、反射部１５に入射する。反射部１５は、プローブ部材１０において発光部３１と反対側の先端近傍に位置し、測定領域Ｒ１を通過した出射光Ｌ１を反射させる。図３において、反射部１５で反射した後の測定光は、反射光Ｌ２として示されている。反射光Ｌ２は、測定領域Ｒ１を含むプローブ部材１０の内部を再度通過する。受光部３２は、反射部１５で反射し、測定領域Ｒ１を通過した反射光Ｌ２を受光する。
受光部３２は、検出された測定光に関する測定信号を任意の増幅回路によって電気的に増幅した後、測定光の光検出強度を、被測定ガスＧの所定の物性値に応じた信号として、演算部３４に出力する。出射光Ｌ１及び反射光Ｌ２それぞれの一部は、プローブ部材１０の内部を通過する際に、測定領域Ｒ１に流通する被測定ガスＧによって吸収される。受光部３２によって取得した測定信号に基づいてその吸収スペクトルを測定することで、被測定ガスＧ中の測定対象成分の成分濃度が求まる。
図３及び図４に示すように、プローブ部材１０は、プローブ窓部１７を有する。図３に示すように、プローブ窓部１７は、測定領域Ｒ１を、基端（図３の右端）側の外部から隔離する。詳細には、プローブ窓部１７は、測定領域Ｒ１内の被測定ガスＧが、プローブ部材１０の基端に区画された基端開口１８（図４参照）を通じて外部に流出することを妨げる。また、プローブ窓部１７は、基端開口１８を通じて、外部のガス等が測定領域Ｒ１内に流入することを妨げる。図３に示すように、プローブ窓部１７は、測定光、すなわち、出射光Ｌ１及び反射光Ｌ２を透過させる。
図４に示すように、本実施形態のプローブ窓部１７は、基端開口１８を隙間なく覆うように配置されている。プローブ窓部１７は、被測定ガスＧによる圧力に耐え得る程度の耐圧性を有することが好ましい。プローブ窓部１７は、例えば、ボロシリケートガラスを含む。
図３に示すように、分析部材３０は、分析窓部３６を有する。後述する図７に示すように、分析窓部３６は、発光部３１及び受光部３２を、第２接続部３５側の外部から隔離する。図３に示すように、分析窓部３６は、測定光、すなわち、出射光Ｌ１及び反射光Ｌ２を透過させる。このように、分析窓部３６は、発光部３１及び受光部３２を外部から保護しつつ、測定光を透過させることができる。
分析窓部３６は、例えば、サファイアガラス又はボロシリケートガラスを含む。詳細には、分析窓部３６は、ガス分析装置１が防爆エリア（ゾーン１）に設置される等、ガス分析装置１に防爆の要求がある場合、例えば、サファイアガラスで構成される。サファイアガラスは、透明度が高く曲げ強度が高いため、例えば防爆エリア（ゾーン１）での使用に好適である。また、分析窓部３６は、ガス分析装置１が防爆エリア（ゾーン２）に設置される場合、例えば、ボロシリケートガラスで構成される。ボロシリケートガラスは、サファイアガラスよりも強度が弱いが、サファイアガラスよりも安価で流通性が高いため、例えば防爆エリア（ゾーン２）での使用に好適である。
図４に示すように、本実施形態のプローブ部材１０の基端（図４の右端）に位置する第１接続部１６は、基端側に突出した拘束ねじ１９を有する。図４に示す例では、第１接続部１６は拘束ねじ１９を複数有し、当該複数の拘束ねじ１９それぞれは、第１接続部１６の基端面の中心から略等距離で、周方向の異なる位置に配置されている。また、図４に示すように、本実施形態の分析部材３０の先端（図４の左端）に位置する第２接続部３５は、分析部材３０の軸方向（図４の左右方向）に直交する平面（図４の上下前後平面）内で外側に突出した突起部３８を有する。突起部３８は、分析部材３０の軸方向に貫通したダルマ穴３９を区画している。ダルマ穴３９は、拘束ねじ１９の頭部の外径よりも大きい第１内径部と、拘束ねじ１９の頭部の外径よりも小さく拘束ねじ１９の円筒部の外径よりも大きい第２内径部と、を有する。図４に示す例では、第２接続部３５は、突起部３８及びダルマ穴３９をそれぞれ複数有し、当該複数のダルマ穴３９それぞれは、第２接続部３５の先端面の中心から略等距離で、周方向の異なる位置に配置されている。第１接続部１６の基端面の中心から拘束ねじ１９までの距離と、第２接続部３５の先端面の中心からダルマ穴３９までの距離とは、略等しい。
第１接続部１６と第２接続部３５とを左右方向に接近させて、拘束ねじ１９の頭部をダルマ穴３９の第１内径部から通過させた後、左右方向に沿う軸の周りで第２接続部３５を第１接続部１６に対して回転させることで、拘束ねじ１９が第２内径部の位置に移動して、第１接続部１６と第２接続部３５とが接続する。これにより、拘束ねじ１９を着脱しなくても、第１接続部１６と第２接続部３５との位置関係を変更するだけで、簡易にプローブ部材１０と分析部材３０とを着脱することができる。
図４に示すように、第１接続部１６の基端開口１８の周囲には、溝部２０が形成されている。溝部２０には、例えばＯリングを設置することができる。これにより、第１接続部１６と第２接続部３５とが接続された状態で、第１接続部１６と第２接続部３５との間の気密性を向上させることができる。また、第１接続部１６を後述する校正部材５０の第４接続部５２と接続する場合にも、第１接続部１６と第４接続部５２との間の気密性を向上させることができる。
上述したようなプローブ型のガス分析装置１では、第１の組立状態で設置現場に取り付けられている場合、発光部３１、反射部１５、及び受光部３２の各光学部品が、所定条件を満たす。所定条件は、発光部３１から照射された出射光Ｌ１が測定領域Ｒ１を通過して反射部１５で反射し、反射光Ｌ２が測定領域Ｒ１を再度通過して受光部３２に入射するような各構成部の位置関係を含む。反射部１５は、プローブ部材１０の周方向に対称に配置されていない場合がある。そのため、第１接続部１６と第２接続部３５とが接続された状態では、プローブ部材１０と、分析部材３０と、の互いの周方向の位置関係は固定されていることが好ましい。
ところで、上述したようなガス分析装置１は、定期的に、或いは、トラブル発生時等に、校正（ゼロ、スパン）を行う必要がある。通常の手法を用いて校正を行う場合、まず、現場作業員等の操作者は、ガス分析装置１に接続された各種配管・ケーブル類を全て取り外す。その後、取り付け部１１の流路壁Ｓへの固定を緩めて、プローブ部材１０を流路壁Ｓから引き抜き、ガス分析装置１全体を流路Ｐから取り外す。そして、ガス分析装置１を校正可能な環境に持っていき、プローブ部材１０に覆いをかけるなどしてプローブ部材１０周辺に密閉環境を作り出し、必要な配管、配線を取り付ける。その後、パージガスのラインから既知濃度の校正ガス（ゼロガス、スパンガス）を導入して、プローブ部材１０が校正ガスで満たされる状況を作り出して測定を行い、校正ガスの濃度と実際の測定値とを対比して、ゼロスパン校正作業を行う。校正作業が完了すると、再度、配管、配線を取り外し、ガス分析装置１をもとの設置現場に持っていき、取り付け部１１を介して流路壁Ｓに取り付け、外してあった配管・ケーブル類を配線する。
このように校正を行う場合、ケーブルの取り付け・取り外しや、プローブ部材１０の流路壁Ｓへの取り付け・取り外しを、校正を行うたびに実行する必要があり、作業者の負担となり得る。また、流路Ｐを流れる被測定ガスＧは、炉の稼働中は高温（約４００～５００°）であり、腐食性ガスや有毒ガスであることも多い。プローブ部材１０を流路壁Ｓから取り外したり、取り付けたりする際に、被測定ガスＧが流路壁Ｓの開口Ｔから漏れてしまう可能性があり、安全性に向上の余地がある。
そこで、本実施形態のガス分析装置１は、校正部材５０を更に備える。図５は、ガス分析装置１が備える校正部材５０を上方から示す斜視図である。図５に示すように、校正部材５０は、第３接続部５１と、第４接続部５２と、を有する。
図６は、校正部材５０をプローブ部材１０及び分析部材３０に接続する様子を上方から示す斜視図である。図６に示す例では、校正部材５０が、分析部材３０に装着され、プローブ部材１０には装着されていない状態を示す。しかし、校正部材５０は、プローブ部材１０及び分析部材３０に同時に装着可能である。図６に示すように、校正部材５０の第３接続部５１は、分析部材３０の第２接続部３５に着脱可能である。また、校正部材５０の第４接続部５２は、プローブ部材１０の第１接続部１６に着脱可能である。
校正部材５０は、ガス分析装置１の校正を行うときのみ装着され、通常の測定時は、上記の通り脱離される。ガス分析装置１を、図３に示した測定時の使用態様から校正時の使用態様に変化させる場合、プローブ部材１０を流路壁Ｓに取り付けた状態のまま、分析部材３０をプローブ部材１０から脱離させ、校正部材５０の第３接続部５１を分析部材３０の第２接続部３５に装着すると共に、校正部材５０の第４接続部５２をプローブ部材１０の第１接続部１６に装着する。このとき、分析部材３０への配管や配線を、予めある程度の距離範囲を移動可能に設置しておくことで、測定時の使用態様と校正時の使用態様との間で、配管や配線を着脱不要とすることができる。
図５及び図６に示すように、本実施形態の校正部材５０の基端（図５の右端）に位置する第３接続部５１は、基端側に突出した拘束ねじ５７を有する。図５及び図６に示す例では、第３接続部５１は、拘束ねじ５７を複数有し、当該複数の拘束ねじ５７それぞれは、第３接続部５１の基端面の中心から略等距離で、周方向の異なる位置に配置されている。拘束ねじ５７は、プローブ部材１０の第１接続部１６が有する拘束ねじ１９と同一の形状であってもよい。第３接続部５１の基端面の中心から拘束ねじ５７までの距離は、分析部材３０の第２接続部３５の先端面の中心からダルマ穴３９までの距離と、略等しい。
図６に示すように、第２接続部３５と第３接続部５１とを左右方向に接近させて、拘束ねじ５７の頭部をダルマ穴３９の第１内径部から通過させた後、左右方向に沿う軸の周りで第２接続部３５を第３接続部５１に対して回転させることで、拘束ねじ５７が第２内径部の位置に移動して、第２接続部３５と第３接続部５１とが接続する。これにより、拘束ねじ５７を着脱しなくても、第２接続部３５と第３接続部５１との位置関係を変更するだけで、簡易に分析部材３０と校正部材５０とを着脱することができる。
図５に示すように、第３接続部５１の基端面の開口の周囲には、溝部５８が形成されている。溝部５８には、例えばＯリングを設置することができる。これにより、第３接続部５１と第２接続部３５とが接続された状態で、第３接続部５１と第２接続部３５との間の気密性を向上させることができる。
図５及び図６に示すように、本実施形態の校正部材５０の先端（図５の左端）に位置する第４接続部５２は、校正部材５０の軸方向（図５の左右方向）に直交する平面（図５の上下前後平面）内で外側に突出した突起部５９を有する。突起部５９は、校正部材５０の軸方向に貫通したダルマ穴６０を区画している。ダルマ穴６０は、拘束ねじ１９の頭部の外径よりも大きい第１内径部と、拘束ねじ１９の頭部の外径よりも小さく拘束ねじ１９の円筒部の外径よりも大きい第２内径部と、を有する。図５に示す例では、第４接続部５２は、突起部５９及びダルマ穴６０をそれぞれ複数有し、当該複数のダルマ穴６０それぞれは、第４接続部５２の先端面の中心から略等距離で、周方向の異なる位置に配置されている。第４接続部５２の先端面の中心からダルマ穴６０までの距離は、第１接続部１６の基端面の中心から拘束ねじ１９までの距離と、略等しい。
図６に示すように、第１接続部１６と第４接続部５２とを左右方向に接近させて、拘束ねじ１９の頭部をダルマ穴６０の第１内径部から通過させた後、左右方向に沿う軸の周りで第４接続部５２を第１接続部１６に対して回転させることで、拘束ねじ１９が第２内径部の位置に移動して、第１接続部１６と第４接続部５２とが接続する。これにより、拘束ねじ１９を着脱しなくても、第１接続部１６と第４接続部５２との位置関係を変更するだけで、簡易にプローブ部材１０と校正部材５０とを着脱することができる。
図７は、ガス分析装置１の校正時の使用態様を示す断面図である。図７に示すように、第２の使用態様のガス分析装置１は、校正ガスを用いた校正を行うために、校正部材５０がプローブ部材１０及び分析部材３０に装着された状態（以下、適宜「第２の組立状態」と称する。）である。
図７に示すように、校正部材５０は、内部空間の左端近傍に配置された校正反射部５３を有する。校正反射部５３は、プローブ部材１０の反射部１５（図３参照）と同様に、コーナーキューブプリズム及びレトロリフレクター等の測定光に対する任意の反射構造を含む。校正反射部５３は、発光部３１からの測定光を反射させる。
図７に示すように、校正部材５０は、校正ガスを導入可能な、左右方向に延在した校正領域Ｒ４を内部に区画する。図７に示すように、校正部材５０が分析部材３０に装着された状態（図７に示す例では第２の組立状態）で、校正領域Ｒ４は、校正反射部５３から分析窓部３６までの領域に亘って延在する。図７に示すように、本実施形態では、分析部材３０は、校正領域Ｒ４と外部とを連通させる第１連通孔３７を区画し、校正部材５０は、校正領域Ｒ４と外部とを連通させる第２連通孔５６を区画する。第１連通孔３７及び第２連通孔５６のうち、一方は校正ガスを外部から校正領域Ｒ４内に導入するガス導入孔として使用され、他方は校正領域Ｒ４内の校正ガスを外部に導出するガス導出孔として使用される。このように、ガス導入孔及びガス導出孔を用いて、校正領域Ｒ４に校正ガスを満たすことができる。さらに、ガス導入孔及びガス導出孔が校正領域Ｒ４の延在方向で互いに異なる位置に設けられているため、校正領域Ｒ４に、校正ガスを短時間で満たすことができる。校正ガスとしては、ゼロ校正を行う場合にはゼロガス、スパン校正を行う場合にはスパンガスを用いることができる。
図７に示すように、校正部材５０が分析部材３０に装着された状態（図７に示す例では第２の組立状態）で、発光部３１は、測定光を校正領域Ｒ４に向けて照射する。校正領域Ｒ４に入射した測定光は、校正反射部５３に照射される。図７において、測定光のうちの校正反射部５３で反射する前の光は、出射光Ｌ３として示されている。出射光Ｌ３は、その光軸に沿って校正領域Ｒ４と重畳するように延在する校正部材５０の内部を通過し、校正反射部５３に入射する。校正反射部５３は、校正部材５０において発光部３１と反対側の左端近傍に位置し、校正領域Ｒ４に入射した出射光Ｌ３を反射させる。図７において、校正反射部５３で反射した後の測定光は、反射光Ｌ４として示されている。反射光Ｌ４は、校正領域Ｒ４を含む校正部材５０の内部を再度通過する。受光部３２は、校正反射部５３で反射し、校正領域Ｒ４を通過した反射光Ｌ４を受光する。
出射光Ｌ３及び反射光Ｌ４は、校正領域Ｒ４を通過する際、校正ガスによって一部が吸収される。校正領域Ｒ４内の校正ガスの濃度を既知濃度としておくことで、受光部３２が受光した反射光Ｌ４から得られる校正ガスの濃度の測定値と、校正ガスの濃度の計算値とを対比して、ゼロスパン校正を行うことができる。校正ガスにより光吸収される光路長は、校正領域Ｒ４の延在方向に沿う距離、すなわち校正反射部５３と分析窓部３６との間の距離、の２倍である。
図８は、本発明の第２の実施形態に係るガス分析装置２の校正時の使用態様を示す断面図である。図８に示すように、本実施形態に係るガス分析装置２は、第１の実施形態に係るガス分析装置１と同様に、プローブ部材１０と、分析部材３０と、校正部材５０と、を備える。本実施形態の校正部材５０は、校正窓部５４を有し、第１連通孔５５を区画する点で、第１実施形態の校正部材５０と異なり、その他の構成は第１実施形態の校正部材５０と同一である。また、本実施形態のプローブ部材１０及び分析部材３０は、第１実施形態のプローブ部材１０及び分析部材３０とそれぞれ同一である。
図８に示すように、校正窓部５４は、校正反射部５３を、第３接続部５１側の外部から隔離する。図８に示すように、校正窓部５４は、測定光、すなわち、出射光Ｌ３及び反射光Ｌ４を透過させる。このように、校正窓部５４は、校正反射部５３を外部から保護しつつ、測定光を透過させることができる。
校正窓部５４は、校正部材５０の第３接続部５１に区画された開口を隙間なく覆うように配置されている。校正窓部５４は、校正ガスによる圧力に耐え得る程度の耐圧性を有することが好ましい。校正窓部５４は、例えば、ボロシリケートガラスを含む。校正窓部５４には、測定光の反射防止のためのコーティングを施すことが好ましい。当該コーティングは、測定光の波長に応じて使い分けることが好ましい。
本実施形態では、校正部材５０が校正窓部５４を有するので、校正ガスが校正窓部５４よりも分析部材３０側には流動しない。従って、本実施形態の校正領域Ｒ５は、校正反射部５３から校正窓部５４までの領域に亘って延在する。この場合、校正ガスにより光吸収される光路長は、校正領域Ｒ５の延在方向に沿う距離、すなわち校正反射部５３と校正窓部５４との間の距離、の２倍である。従って、校正ガスにより光吸収される光路長が、校正部材５０の内部のみで規定されるので、校正部材５０と分析部材３０との接続状態によらず、当該光路長を一定に保つことができる。
図８に示すように、本実施形態の校正部材５０は、校正領域Ｒ５と外部とを連通させる第１連通孔５５と、校正領域Ｒ５の延在方向における第１連通孔５５とは異なる位置（図８では左側）で、校正領域Ｒ５と外部とを連通させる第２連通孔５６と、を区画する。第１連通孔５５及び第２連通孔５６のうち、一方は校正ガスを外部から校正領域Ｒ５内に導入するガス導入孔として使用され、他方は校正領域Ｒ５内の校正ガスを外部に導出するガス導出孔として使用される。このように、ガス導入孔及びガス導出孔を用いて、校正領域Ｒ５に校正ガスを満たすことができる。さらに、ガス導入孔及びガス導出孔が校正領域Ｒ５の延在方向で互いに異なる位置に設けられているため、校正領域Ｒ５に、校正ガスを短時間で満たすことができる。校正ガスとしては、ゼロ校正を行う場合にはゼロガス、スパン校正を行う場合にはスパンガスを用いることができる。
上述のように、第１及び第２の実施形態に係るガス分析装置１，２は、被測定ガスＧが流動する流路Ｐの流路壁Ｓに設けられた開口Ｔから一部が挿入された状態で流路壁Ｓに取り付け可能なプローブ部材１０と、プローブ部材１０の流路Ｐへの挿入方向Ｅと反対側の基端に位置する第１接続部１６に着脱可能な第２接続部３５を有する分析部材３０と、を備え、プローブ部材１０は、反射部１５を有し、かつ、被測定ガスＧを導入可能な測定領域Ｒ１を内部に区画し、分析部材３０は、発光部３１と、受光部３２と、を有し、分析部材３０がプローブ部材１０に装着された状態で、発光部３１は測定光Ｌ１を測定領域Ｒ１に向けて照射し、反射部１５は測定領域Ｒ１に入射した測定光Ｌ１を反射させ、受光部３２は反射部１５で反射した測定光Ｌ２を受光し、プローブ部材１０は、測定領域Ｒ１を基端側の外部から隔離し、かつ、測定光Ｌ１，Ｌ２を透過させる、プローブ窓部１７を有する。このように、プローブ部材１０が、プローブ窓部１７を有し、プローブ窓部１７が測定領域Ｒ１を基端側の外部から隔離し、かつ、測定光Ｌ１，Ｌ２を透過させるので、被測定ガスＧの測定を妨げることなく、分析部材３０をプローブ部材１０から脱離させても流路Ｐ内の被測定ガスＧが漏出することを抑制できる。
また、第１及び第２の実施形態に係るガス分析装置１，２は、分析部材３０の第２接続部３５に着脱可能な第３接続部５１と、校正反射部５３と、を有し、かつ、校正ガスを導入可能な校正領域Ｒ４，Ｒ５を内部に区画する、校正部材５０を更に備え、校正部材５０が分析部材３０に装着された状態で、発光部３１は測定光Ｌ３を校正領域Ｒ４，Ｒ５に向けて照射し、校正反射部５３は校正領域Ｒ４，Ｒ５に入射した測定光Ｌ３を反射させ、受光部３２は校正反射部５３で反射した測定光Ｌ４を受光する。このように、ガス分析装置１，２は、分析部材３０に着脱可能な校正部材５０を更に備えるので、校正を行うことが可能となる。また、校正部材５０が可搬性を有する場合、被測定ガスＧの測定のために分析部材３０に接続された配管や配線を取り外さなくても、校正を行うことができる。さらに、校正部材５０を分析部材３０と着脱可能な構成とすることで、被測定ガスＧの測定時には校正部材５０を脱離させることができるので、被測定ガスＧの測定時におけるガス分析装置１，２のサイズを小さく抑えることができると共に、被測定ガスＧによる熱の影響を校正部材５０に与える虞を低減できる。
第１及び第２の実施形態に係るガス分析装置１，２において、校正部材５０は、プローブ部材１０の第１接続部１６に着脱可能な第４接続部５２を更に有し、プローブ部材１０及び分析部材３０に同時に装着可能である。このように、校正部材５０がプローブ部材１０及び分析部材３０に同時に装着可能であるので、プローブ部材１０を流路壁Ｓに取り付けた状態のまま、校正を行うことが可能となる。すなわち、流路Ｐ内に被測定ガスＧが流動している状態であっても、ガス分析装置１の校正を行うことができる。
第１及び第２の実施形態に係るガス分析装置１，２において、分析部材３０は、発光部３１及び受光部３２を第２接続部３５側の外部から隔離し、かつ、測定光Ｌ１～Ｌ４を透過させる、分析窓部３６を有する。このように分析部材３０が分析窓部３６を有し、分析窓部３６が発光部３１及び受光部３２を第２接続部３５側の外部から隔離し、かつ、測定光Ｌ１～Ｌ４を透過させるので、ガスの測定を妨げることなく、発光部３１及び受光部３２を外部から保護することが可能となる。
第１及び第２の実施形態に係るガス分析装置１，２において、分析窓部３６は、サファイアガラス又はボロシリケートガラスを含む。このように、分析窓部３６は、防爆の要求に応じて好適な材料を用いることができる。
第１の実施形態のガス分析装置１において、校正部材５０が分析部材３０に装着された状態で、校正領域Ｒ４は、校正反射部５３から分析窓部３６までの領域に亘って延在する。このように、校正領域Ｒ４が校正部材５０と分析部材３０とに跨って延在する場合、校正部材５０の内部に窓部を設ける必要がないため、製造工程を簡易とすることが可能となる。
第１の実施形態のガス分析装置１において、分析部材３０は、校正領域Ｒ４と外部とを連通させる第１連通孔３７を区画し、校正部材５０は、校正領域Ｒ４と外部とを連通させる第２連通孔５６を区画する。このように、第１連通孔３７及び第２連通孔５６を、校正領域Ｒ４の延在方向で互いに異なる位置に設けることで、校正領域Ｒ４に校正ガスを短時間で満たすことが可能となる。
第２の実施形態のガス分析装置２において、校正部材５０は、校正反射部５３を第３接続部５１側の外部から隔離し、かつ、測定光Ｌ３，Ｌ４を透過させる、校正窓部５４を有し、校正領域Ｒ５は、校正反射部５３から校正窓部５４までの領域に亘って延在する。このように、校正窓部５４を設けることで、校正ガスにより光吸収される光路長が、校正部材５０の内部のみで規定されるので、校正部材５０と分析部材３０との接続状態によらず、当該光路長を一定に保つことができる。
第２の実施形態のガス分析装置２において、校正部材５０は、校正領域Ｒ５と外部とを連通させる第１連通孔５５と、校正領域Ｒ５の延在方向における第１連通孔５５とは異なる位置で校正領域Ｒ５と外部とを連通させる第２連通孔５６と、を区画する。このように第１連通孔５５及び第２連通孔５６を、校正領域Ｒ５の延在方向で互いに異なる位置に設けることで、校正領域Ｒ５に校正ガスを短時間で満たすことが可能となる。
本発明は、上述した各実施形態で特定された構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した内容を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
本開示は、ガス分析装置に関する。
１、２：ガス分析装置
１０：プローブ部材
１１：取り付け部
１２：開口
１３：リブ
１４：切欠き
１５：反射部
１６：第１接続部
１７：プローブ窓部
１８：基端開口
１９：拘束ねじ
２０：溝部
３０：分析部材
３１：発光部
３２：受光部
３３：表示部
３４：演算部
３５：第２接続部
３６：分析窓部
３７：第１連通孔
３８：突起部
３９：ダルマ穴
５０：校正部材
５１：第３接続部
５２：第４接続部
５３：校正反射部
５４：校正窓部
５５：第１連通孔
５６：第２連通孔
５７：拘束ねじ
５８：溝部
５９：突起部
６０：ダルマ穴
Ｅ：プローブ部材の挿入方向
Ｇ：被測定ガス
Ｌ１：出射光
Ｌ２：反射光
Ｌ３：出射光
Ｌ４：反射光
Ｐ：流路
Ｒ１：測定領域
Ｒ２、Ｒ３：領域
Ｒ４：校正領域
Ｒ５：校正領域
Ｓ：流路壁
Ｔ：流路壁の開口

Claims (7)

  1. 被測定ガスが流動する流路の流路壁に設けられた開口から一部が挿入された状態で前記流路壁に取り付け可能なプローブ部材と、
    前記プローブ部材の前記流路への挿入方向と反対側の基端に位置する第１接続部に着脱可能な第２接続部を有する分析部材と、を備え、
    前記プローブ部材は、反射部を有し、かつ、前記被測定ガスを導入可能な測定領域を内部に区画し、
    前記分析部材は、発光部と、受光部と、を有し、
    前記分析部材が前記プローブ部材に装着された状態で、前記発光部は測定光を前記測定領域に向けて照射し、前記反射部は前記測定領域に入射した前記測定光を反射させ、前記受光部は前記反射部で反射した前記測定光を受光し、
    前記プローブ部材は、前記測定領域を前記基端側の外部から隔離し、かつ、前記測定光を透過させる、窓部を有し、
    前記分析部材の前記第２接続部に着脱可能な第３接続部と、校正反射部と、を有し、かつ、校正ガスを導入可能な校正領域を内部に区画する、校正部材を更に備え、
    前記校正部材が前記分析部材に装着された状態で、前記発光部は前記測定光を前記校正領域に向けて照射し、前記校正反射部は前記校正領域に入射した前記測定光を反射させ、前記受光部は前記校正反射部で反射した前記測定光を受光し、
    前記校正部材は、前記プローブ部材の前記第１接続部に着脱可能な第４接続部を更に有し、前記プローブ部材及び前記分析部材に同時に装着可能である、ガス分析装置。
  2. 前記分析部材は、前記発光部及び前記受光部を前記第２接続部側の外部から隔離し、かつ、前記測定光を透過させる、分析窓部を有する、請求項１に記載のガス分析装置。
  3. 前記分析窓部は、サファイアガラス又はボロシリケートガラスを含む、請求項２に記載のガス分析装置。
  4. 前記校正部材が前記分析部材に装着された状態で、前記校正領域は、前記校正反射部から前記分析窓部までの領域に亘って延在する、請求項２に記載のガス分析装置。
  5. 前記分析部材は、前記校正領域と外部とを連通させる第１連通孔を区画し、
    前記校正部材は、前記校正領域と外部とを連通させる第２連通孔を区画する、請求項４に記載のガス分析装置。
  6. 前記校正部材は、前記校正反射部を前記第３接続部側の外部から隔離し、かつ、前記測定光を透過させる、校正窓部を有し、
    前記校正領域は、前記校正反射部から前記校正窓部までの領域に亘って延在する、請求項１に記載のガス分析装置。
  7. 前記校正部材は、前記校正領域と外部とを連通させる第１連通孔と、前記校正領域の延在方向における前記第１連通孔とは異なる位置で前記校正領域と外部とを連通させる第２連通孔と、を区画する、請求項６に記載のガス分析装置。
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