CN112394046A

CN112394046A - 气体分析仪

Info

Publication number: CN112394046A
Application number: CN202010661392.1A
Authority: CN
Inventors: 海野裕作; 菲利普·普罗克特
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2020-07-10
Publication date: 2021-02-23
Also published as: EP3783337B1; JP2021032597A; EP3783337A1; US20210055214A1; JP7099416B2

Abstract

本公开提供了一种用于通过使用来自光发射器的光照射测量气体并使用光接收器接收穿过测量气体的光来对引入到测量室的测量气体中的预定成分进行测量的气体分析仪，该气体分析仪包括：双管，该双管包括作为测量室的一部分的内管以及围绕该内管的外管。测量气体从内管和外管之间被引入双管。

Description

气体分析仪

技术领域

本发明涉及一种气体分析仪。

背景技术

已知一种用于通过使用光照射被引入到测量室的测量气体并接收穿过该测量气体的光来对该测量气体中的预定成分进行测量的气体分析仪(例如，参见专利文献1)。这样的气体分析仪可以被配置为使得管道连接到测量气体入口(该入口伸入构成测量室的管)，并且使得测量气体通过管道被引入测量室。

[专利文献1]JP 2010-236877 A

然而，在如上述配置的情况下，当环境温度变化时，测量室内的测量气体的温度因环境温度变化的影响而变化。因此，存在测量气体中预定成分的测量精度受到影响的风险。

发明内容

本发明的一个或多个实施例提供了一种气体分析仪，其能够减轻环境温度变化对测量室内测量气体的温度的影响，并因此能够提高测量精度。

根据一个或多个实施例的气体分析仪是一种用于通过使用光照射被引入到测量室的测量气体并接收穿过该测量气体的光来对该测量气体中的预定成分进行测量的气体分析仪，该气体分析仪由构成所述测量室的内管和围绕该内管的外管构成并具有双管，所述测量气体通过该双管从所述内管和所述外管之间被引入到所述内管中。根据这种配置，在所述内管和所述外管之间的空间不仅可以用作将测量气体引入所述内管的流路，而且可以用作隔热层。因此，可以减轻环境温度变化对所述测量室内的测量气体的温度的影响，从而可以提高测量精度。

在一个或多个实施例中，所述气体分析仪可以具有用于调节所述双管的温度的温度调节器(即，加热器)。根据这种配置，由于可以在将测量气体引入所述内管之前高效地调节其温度，因此可以使所述内管内的测量气体的温度更加均匀，也因此可以进一步提高测量精度。

在一个或多个实施例中，所述气体分析仪的所述温度调节器可以具有设置在所述外管的外周表面上的隔热部件(即，隔热器)。根据这种配置，可以在将测量气体引入所述内管之前更高效地调节测量气体的温度。

在一个或多个实施例中，在上述配置中，所述气体分析仪可以具有以线圈状缠绕在所述外管的外周表面上的隔热部件。根据这种配置，可以在将测量气体引入所述内管之前更高效地调节测量气体的温度。

在一个或多个实施例中，在上述配置中，所述气体分析仪可以具有围绕所述外管的隔热部件。根据这种配置，可以减轻环境温度变化对所述测量室内的测量气体的温度的影响。

在一个或多个实施例中，在上述配置中，所述气体分析仪的测量室可以设置有用于对光进行反射的反射器，并且具有位于所述双管的一个轴向端部处的端部件(即，端件)。根据这种配置，由于配置简单，可以使所述气体分析仪的尺寸减小。

在一个或多个实施例中，在上述配置中，所述气体分析仪的端部件可以具有：流入口，该流入口用于使测量气体从所述内管和所述外管之间流入所述反射器的背面；流出口，该流出口用于使测量气体从所述反射器的背面流入所述内管；以及位于所述反射器的背面的温度传感器。根据这种配置，通过使用所述温度传感器，可以在不阻碍光路的情况下在所述测量室附近直接测量所述测量气体的温度，并且可以用于测量所述测量气体中的预定成分。此外，通过不仅设置流入口，还设置流出口，可以控制在所述端部件内的气体滞留，因此可以使所述测量室内的测量气体中的预定成分的分布更加均匀。因此，可以进一步提高测量精度。

在一个或多个实施例中，在上述配置中，所述气体分析仪的温度调节器可以被配置为基于由位于所述反射器的背面上的所述温度传感器测量的值来调节所述双管的温度。根据这种配置，通过调节所述双管的温度，可以精确地调节所述测量室内的测量气体的温度。

在一个或多个实施例中，在上述配置中，所述气体分析仪的所述双管的一个轴向端部可以形成引入口，该引入口用于将测量气体从所述内管和所述外管之间引入所述内管。根据这种配置，由于可以将测量气体从引入口顺畅地引入所述内管，所以可以使所述测量室内的测量气体的温度分布更加均匀，因此可以进一步提高测量精度。

在一个或多个实施例中，在上述配置中，所述气体分析仪可以是使用可调谐二极管激光吸收光谱技术的激光气体分析仪。根据这种配置，可以使用可调谐二极管激光吸收光谱技术进行高精度的测量。

根据本发明的一个或多个实施例，可以提供一种气体分析仪，其能够减轻环境温度变化对测量室内的测量气体的温度的影响，并因此能够提高测量精度。

附图说明

图1是示出根据一个或多个实施例的气体分析仪的平面图。

图2是示出图1所示的气体分析仪的一部分的横截面图。

具体实施方式

以下将参照附图详细地说明并描述本发明的实施例。

如图1和图2所示，根据一个或多个实施例的气体分析仪1例如被配置为通过使用光L照射被引入到测量室2中的测量气体G并接收穿过测量气体G的光L，使用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS：可调谐二极管激光吸收光谱技术)来测量测量气体G中的预定成分。

气体分析仪1由构成测量室2的内管3和围绕内管3的外管4构成。内管3和外管4形成双管5，测量气体G通过该双管5从内管3和外管4之间被引入到内管3。例如，内管3和外管4均为圆筒形。内管3和外管4同心设置。换句话说，内管3和外管4具有共同的中心轴线O。注意，内管3和外管4可以偏心设置。

此外，测量室2设置有用于反射光L的反射器6，并且具有位于双管5的一个轴向端部5a的端部件7。反射器6是后向反射器，但是不限于此。注意，在一个或多个实施例中，双管5的轴向(在下文中，也简称为轴向)是指沿着中心轴线O的方向。此外，在一个或多个实施例中，双管5的一个轴向端部5a相对于双管5的另一轴向端部5b所在的一侧(即，图2中的左侧)称为一个轴向端侧，与其相对的一侧称为另一轴向端侧。

在双管5的另一轴向端部5b中，内管法兰8例如通过焊接连接至内管3，外管法兰9例如通过焊接连接至外管4。外管法兰9通过连接器10连接至内管法兰8。注意，连接器10是螺栓，但不限于此，其可以是除螺栓以外的紧固件，也可以是除紧固件以外的连接器。此外，外管法兰9和内管法兰8可以通过除连接器10以外的其他方式进行连接，例如通过焊接等。然而，优选配置为通过将连接器10作为紧固件进行安装和拆卸使得外管4可以安装到内管3或从内管3拆卸。根据这种配置，当被灰尘、冷凝液等弄脏时，可以容易地维持内管3和外管4之间的流路。

在内管法兰8上安装用于使测量气体G流向测量室2的供应栓11和用于使从测量室2排出的测量气体G流经的排放栓12。此外，用于使测量气体G从供应栓11流向内管3与外管4之间的供应路径13由设置在内管法兰8中的中空部和设置在外管法兰9中的环形槽形成，并以中心轴线O为中心。另外，用于使测量气体G从内管3与外管4之间流向排放栓12的排放路径14由设置在内管法兰8中的中空部形成。注意，用于向内管3和外管4之间供应测量气体G的供应路径以及用于从内管3和外管4之间排放测量气体G的排放路径不限于上述配置，可以进行其他适当地设计。

在测量室2的另一轴向端侧的端部由安装在内管法兰8上的窗口15构成。窗口15由传输光L但不传输测量气体G的材料形成。此外，窗口15通过框架部件16连接至内管法兰8的另一轴向端侧上的端面，该框架部件16通过例如连接器连接至内管法兰8。注意，测量室2的另一轴向端侧上的端部的配置不限于此，可以进行其他适当地设计。如上所述，在一个或多个实施例中，测量室2由内管3、端部件7(更具体而言，反射器6、随后描述的框架26以及随后描述的中部件25)、内管法兰8和窗口15构成。注意，诸如O形环的密封材料适当地设置在构成测量室2的部件之间等，但是图示已省略。

气体分析仪1具有分析仪控制台19，该分析仪控制台19设置有用于照射光L的光发射部17(即，光发射器)和用于接收光L的光接收部18(即，光接收器)。例如，分析仪控制台19可以例如基于特定波长的成分在由光发射部17发射的光L与由光接收部17接收的光L之间的强度差(即吸光度)、光L在测量室2内的光路长度、测量室2内的测量气体G的温度等来测量测量气体G中的预定成分的浓度。预定成分的示例包括CO、CO₂、H₂O、C_nH_m、NH₃、O₂等。分析仪控制台19的一个轴向端侧的端部例如通过连接器连接至内管法兰8。

如图2中的轮廓箭头所示，从光发射部17发射的光L穿过窗口15，自另一轴向端侧穿过测量室2的内部到达一个轴向端侧，被反射器6反射，自一个轴向端侧穿过测量室2的内部到达另一轴向端侧，穿过窗口15，并且被光接收部18接收。

注意，气体分析仪1不限于具有如上所述的反射器6，例如，气体分析仪1可以配置为使得光发射部17和光接收部18被设置为在轴向上将测量室2夹在中间。

为了精确地测量例如测量气体G中预定成分的浓度，优选直接测量测量室2附近的测量气体G的温度。因此，在一个或多个实施例中，连同在反射器6的背面配置温度传感器20，在端部件7上设置有用于使测量气体G从内管3与外管4之间流入反射器6的背面的流入口21以及用于使测量气体G从反射器6的背面流入内管3的流出口22。温度传感器20例如可以由电阻温度检测器或热电偶构成。

端部件7具有：外部件23，该外部件23例如通过焊接连接至外管4的一个轴向端侧的端部；中部件25，该中部件25通过连接器24连接至外部件23；框架26，该框架26例如通过嵌合连接至中部件25；内部件28，该内部件28通过连接器27连接至中部件25。注意，端部件7不限于这种部件配置。

外部件23具有外筒23a以及从外筒23a的一个轴向端侧的端部径向向外延伸的外法兰23b。中部件25具有中筒25a以及从中筒25a的一个轴向端侧的端部径向向外延伸的中法兰25b。内部件28具有内筒28a、从内筒28a的一个轴向端侧的端部径向向外延伸的内法兰28b以及从另一轴向端侧的端部径向向内延伸的端部壁28c。中筒25a的外周表面与外筒23a的内周表面接触，并且内筒28a的外周表面与中筒25a的内周表面接触。外法兰23b和中法兰25b通过连接器24连接，并且中法兰25b和内法兰28b通过连接器27连接。注意，连接器24和27均为螺栓，但是不限于此。连接器24和27可以是除螺栓以外的紧固件，也可以是除紧固件以外的连接器。此外，这些法兰可以通过除连接器24和27之外的其他方式连接，例如，焊接等。但是，优选配置为，通过将连接器24作为紧固件进行安装和拆卸，使得由中部件25、内部件28、框架26、反射器6和温度传感器20构成的单元可以安装到外部件23或从外部件23拆卸。根据这样的配置，可以除去附着并堆积在反射器6上阻碍测量的尘埃等，容易进行维护。

框架26连接至反射器6并支撑反射器6。流入口21由沿轴向设置在框架26的外周表面上的槽口部21a和设置在中筒25a的另一轴向端侧的端部的槽口部21b形成。此外，流出口22由设置在框架26的一个轴向端侧的端部的槽口部22a形成。注意，流入口21和流出口22的配置不限于此。温度传感器20安装在穿透端部壁28c的安装口28d上。注意，温度传感器20的布置不限于此。例如，可以设置穿透外筒23a和中筒25a的孔部，并且温度传感器20可以设置在该孔部中。然而，在这种情况下，当为维护反射器6将由中部件25、内部件28、框架26和反射器6构成的单元安装到外部件23以及从外部件23拆卸时，必须经历将温度传感器20安装到端部件7以及从端部件7拆卸的过程。因此，优选将温度传感器20布置在设置在端部壁28c上的安装口28d上。

双管5的一个轴向端部5a形成用于将测量气体G从内管3和外管4之间引入内管3的引入口29。引入口29由在内管3和中筒25a的另一轴向端侧的端部之间的间隙构成，但是不限于此。此外，一个或多个实施例被配置为经由引入口29将测量气体G从内管3和外管4之间直接引入内管3中，但是不限于此。

测量气体G通过供应栓11流入供应路径13，在内管3与外管4之间通过，并且在双管5的一个轴向端部5a处分成经由引入口29流入内管3的流和经由端部件7的流入口21流入反射器6的背面的流。流入反射器6的背面的测量气体G经由流出口流入内管3。流入内管3的测量气体G自一个轴向端侧朝向另一轴向端侧流经内管3的内部，流入排放路径14，并通过排放栓12排出。

气体分析仪1具有用于调节双管5的温度的温度调节器30。温度调节器30由设置在外管4的外周表面上的加热部件31、上述用于直接测量测量气体G的温度的温度传感器20以及未示出的用于基于温度传感器20测量的值控制加热部件31的温度的控制器构成。加热部件31以线圈状缠绕外管4的外周表面。加热部件31例如由电热元件(如电热丝)或加热介质流经的热交换器(如流体管)构成。注意，在图2中省略了加热部件31的图示。温度调节器30例如可以使用加热部件31来调节双管5的温度，使得由温度传感器20测量的值变为期望的目标值。双管5的温度被调整到期望的温度，例如100℃或更高。

注意，温度传感器20的布置不限于如上所述的反射器6的背面。例如，可以配置为将温度传感器20设置在内管3中以直接地测量测量室2中的温度，并且可以配置为将温度传感器20设置在外管4的外周表面上以间接地测量测量室2中的温度。当将温度传感器20设置在内管3的内部时，可以配置为设置孔部径向穿透双管5并且将温度传感器20设置在孔中。然而，在这种情况下，双管5在设置有该孔的部分中不再具有双管结构，因此减轻环境温度影响的功能相应减弱，因此使用设置在外管4的外周表面上的加热部件31来预热被引入内管3之前在内管3和外管4之间流动的测量气体G的功能也相应减弱。此外，当配置为将温度传感器设置在上述孔部中时，在通过将外管4安装到内管3或从内管3拆卸来维持内管3和外管4之间的流路的情况下，有必要进行将温度传感器20安装到双管5或从双管5拆卸的过程。因此，优选将温度传感器20设置在反射器6的背面。

注意，可以配置为代替上述用于直接测量测量气体G的温度的温度传感器20或除了上述用于直接测量测量气体G的温度的温度传感器20以外，设置用于直接测量双管5的温度的温度传感器，并且温度调节器30由该温度传感器构成。加热部件31不限于线圈状。此外，加热部件31不限于设置在外管4的外周表面上。可以配置为不设置温度调节器30。

气体分析仪1具有围绕外管4的隔热部件32、加热部件31和端部件7。注意，在图2中省略了隔热部件32的图示。隔热部件32可以由期望的材料(例如无机纤维或塑料泡沫)构成。隔热部件32优选配置为围绕端部件7，但可以配置为不围绕端部件7。此外，可以配置为不设置隔热部件32。

尽管本公开仅针对有限数量的实施例进行了描述，但是本领域技术人员受益于本公开的情况下将认识到，在不脱离本发明范围的情况下可以设计各种其他实施例。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求来限定。

参考字符列表

1 气体分析仪

2 测量室

3 内管

4 外管

5 双管

5a 双管的一个轴向端部

5b 双管的另一轴向端部

6 反射器

7 端部件

8 内管法兰

9 外管法兰

10 连接器

11 供应栓

12 排放栓

13 供应路径

14 排放路径

15 窗口

16 框架部件

17 光发射部

18 光接收部

19 分析仪控制台

20 温度传感器

21 流入口

21a,21b 槽口部

22 流出口

22a 槽口部

23 外部件

23a 外筒

23b 外法兰

24 紧固件

25 中部件

25a 中筒

25b 中法兰

26 框架

27 连接器

28 内部件

28a 内筒

28b 内法兰

28c 端部壁

28d 安装口

29 引入口

30 温度调节器

31 加热部件

32 隔热部件

G 测量气体

L 光

O 中心轴线

Claims

1.一种用于通过使用来自光发射器的光照射测量气体并使用光接收器接收穿过所述测量气体的所述光来对引入到测量室的所述测量气体中的预定成分进行测量的气体分析仪，所述气体分析仪包括：

双管，该双管包括：

内管，该内管是所述测量室的一部分；以及

外管，该外管围绕所述内管，

其中，所述测量气体从所述内管和所述外管之间被引入所述双管。

2.根据权利要求1所述的气体分析仪，还包括：

加热器，该加热器调节所述双管的温度。

3.根据权利要求2所述的气体分析仪，其中，所述加热器位于所述外管的外周表面上。

4.根据权利要求3所述的气体分析仪，其中，所述加热器以线圈状缠绕所述外周表面。

5.根据权利要求1所述的气体分析仪，还包括：

隔热器，该隔热器围绕所述外管。

6.根据权利要求1所述的气体分析仪，其中，所述测量室还包括：

反射器，该反射器反射所述光；以及

端件，该端件位于所述双管的一个轴向端部。

7.根据权利要求6所述的气体分析仪，其中，所述端件还包括：

流入口，所述测量气体从所述内管和所述外管之间流入该流入口并流向所述反射器的背面；

流出口，所述测量气体流入该流出口以离开所述端件，从所述反射器的背面流入所述内管；以及

温度传感器，所述温度传感器位于所述反射器的背面。

8.根据权利要求6所述的气体分析仪，其中，所述双管的所述一个轴向端部是引入口，所述测量气体从所述内管和所述外管之间通过所述引入口被引入所述内管。

9.根据权利要求1所述的气体分析仪，其中，所述气体分析仪是使用可调谐二极管激光吸收光谱技术的激光气体分析仪。

10.根据权利要求2所述的气体分析仪，其中，所述加热器是加热丝。

11.根据权利要求2所述的气体分析仪，其中，所述加热器是加热介质流经的流体管。

12.根据权利要求6所述的气体分析仪，其中，所述反射器是后向反射器。

13.根据权利要求6所述的气体分析仪，其中，所述反射器位于所述端件中。

14.根据权利要求13所述的气体分析仪，其中，所述反射器位于所述温度传感器与所述流入口和所述流出口之间。

15.根据权利要求7所述的气体分析仪，其中，所述双管的所述一个轴向端部是引入口，所述测量气体从所述内管和所述外管之间通过所述引入口被引入所述内管。