JP2012053037A - エア駆動型シャッタ装置、及び、光分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力が不要であり爆発性の高い地点でも危険を伴うことなく使用でき、且つ、簡便な構成で安価とすることができるエア駆動型シャッタ装置を提供すること。
【解決手段】サンプルが供給される測定場と、測定場内のサンプルに測定光を出力する発光部と、サンプルを通過した測定光が入力される受光部と、パージエアを供給するパージエア供給部とを備えた光分析装置に用いられるエア駆動型シャッタ装置であって、発光部及び／又は受光部と測定場との間に設けられるシャッタと、パージエア供給部から供給されるガスの圧力により、シャッタを開放状態としており、パージエア供給部から供給されるガスの圧力が所定値以下となることに応じてシャッタを閉鎖状態にさせるシャッタ開閉機構とを備えるエア駆動型シャッタ装置。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、エア駆動型シャッタ装置、及び、光分析装置に関する。

従来、光分析装置等において、故障、操作ミス、設計上の不具合等の障害が発生することを予め想定し、障害が発生した際の被害を最小限に止めるための機構（フェイルセーフ機構）が設けられることがある。

このような装置として、従来、フェイルセーフシャッタが存在する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のフェイルセーフシャッタは、円形の穴と、スライドすることにより、この穴を塞ぐことが可能なゲートを有している。ゲートには、バネが設けられており、穴を塞ぐように付勢されている。また、このゲートには、モータからの動力が伝達されるクラッチが接続されており、電源が供給されている場合には、このゲートが開放状態となる。一方、電源供給に不具合があった場合には、クラッチが外れ、バネの付勢によりゲートが引き寄せられ、穴が閉鎖状態となる。

米国特許第７４６９７１７号明細書

特許文献１の従来のフェイルセーフシャッタでは、常にモータに電力を供給する必要があり、電力を供給する制御回路が取り付けられている。そのため、フェイルセーフシャッタとしての構成が複雑となるばかりか、モータや制御回路等が必須となるため、装置として高価なものとなるといった問題があった。また、常に電力を供給しておく必要があるため、省エネルギーの観点からも好ましいものとはいえない。

本発明は前記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、電力が不要であり、かつ、簡便な構成で安価とすることができるエア駆動型シャッタ装置、及び、当該エア駆動型シャッタ装置を備えた光分析装置を提供することにある。

本発明の第１見地に係るエア駆動型シャッタ装置は、サンプルが供給される測定場と、前記測定場内のサンプルに測定光を出力する発光部と、前記サンプルを通過した測定光が入力される受光部と、パージエアを供給するパージエア供給部とを備えた光分析装置に用いられるエア駆動型シャッタ装置である。エア駆動型シャッタ装置は、前記発光部及び前記受光部の少なくとも一方と前記測定場との間に設けられるシャッタと、前記パージエア供給部から供給されるガスの圧力により、前記シャッタを開放状態とし、かつ、前記パージエア供給部から供給されるガスの圧力が所定値以下となることにより、前記シャッタを閉鎖状態にするシャッタ開閉機構とを備える。

前記構成によれば、パージエア供給部から供給されるガスの圧力が、シャッタの動作を制御するための動力となる。よって、シャッタを駆動させる動力又は駆動させる契機となる動力を供給する動力源を別途に設ける必要がなくなる。従って、装置構成を簡便とすることができるとともに、コスト削減を図ることができる。また、シャッタを駆動させる動力又は駆動させる契機となる動力を供給する動力源を別途に設ける必要がないため、設置が容易となる。

また、上記構成によると、パージエア供給部から供給されるガスの圧力が所定量以下となった場合（例えば、パージエアの供給量が著しく少なくなる等の不具合が発生した場合）にシャッタが閉鎖する。よって、パージエアの不足によりサンプルが流れ込み、発光部及び／又は受光部に接触して汚染等が発生することを効果的に防止できる。その結果、光分析装置の高い測定精度の維持を図ることができる。よって、パージエアの不足により光分析装置の発光部及び／又は受光部側に流れ込んだサンプル（例えば、高温ガスや、有毒ガス）が例えば、前記発光部及び／又は前記受光部近辺でメンテナンス等の作業をしている作業者に接触することを抑制することができる。その結果、作業者を効果的に保護することができる。特に、サンプルガスが加圧条件にあるときは、作業者をより適切に保護することができる。

また、パージエア供給部から供給されるガスの圧力によってシャッタを閉鎖するため、電力を要しない。その結果、爆発性の高い地点でも危険を伴うことなく使用することが可能となる。

前記構成において、前記シャッタ開閉機構には、弾性体が設けられていてもよい。前記シャッタは、前記弾性体に力が加えられた状態で係止されることにより、開放状態となってもよい。前記シャッタ開閉機構は、前記パージエア供給部から供給されるガスの圧力が所定値以下となった場合に、前記パージエア供給部から供給されるガスの圧力が前記所定値以下となることに応じて前記弾性体の弾性力により前記係止を解除し、前記弾性体の応力により前記シャッタを閉鎖状態にしてもよい。

長年に渡ってシャッタが一度も閉鎖されることがなかった場合等、シャッタ開閉機構の駆動部分にダストが溜まっていたり、錆が発生しており、シャッタが開放状態のまま他の部材（例えば、筐体）に固着したり、可動部の摺動性が低下することが想定される。しかしながら、前記構成によれば、シャッタは、弾性体（例えば、バネ）により大きな応力を加えた状態で係止される。よって、パージエア供給部から供給されるガスの圧力が所定値以下となった場合に、係止が解除されると、シャッタは、より大きな力で閉鎖される。その結果、前記固着や前記摺動性の低下等により、シャッタを閉鎖することができないといった不具合の発生を抑制することができ、フェイルセーフ機能を効果的に発揮させることができる。
なお、フェイルセーフ用のシャッタ装置は、通常、発生し得ない不具合に備えて設置されるものであり、長年に渡って一度もシャッタが閉鎖されないことは、充分に起こり得ることである。そのため、前記のように、より大きな力でシャッタを閉鎖することを可能とする構成は、極めて優れた効果を奏するものである。

前記構成において、前記シャッタ開閉機構は、前記シャッタが閉鎖状態にあるときに、前記パージエア供給部から供給されるガスの圧力が前記所定値より大きくなった場合でも、前記弾性体の応力により閉鎖状態を維持してもよい。

シャッタが閉鎖された場合、通常、光分析装置においては異常が発生している。そのため、シャッタ開閉機構が、パージエアの流量が一定値より大きくなった場合に、シャッタを開放するように構成されている場合、パージエアの流量が一時的に一定値以下となった後に光分析装置が異常から復帰することで、シャッタが開放されることがある。この場合、シャッタが開放されたときには、根本的には、不具合が解消されていない場合がある。不具合が解消されないまま、シャッタが開放され、光分析装置が稼働し続けることとなると、さらに重大な不具合につながることにもなり得る。
しかしながら、弾性体の応力によってシャッタの閉鎖状態が維持される場合、シャッタは、閉鎖された後、パージエア供給部から供給されるガスの圧力が再び前記所定値より大きくなった場合も、シャッタの閉鎖状態が維持される。そのため、再び開放状態とするためには、例えば、作業員等の手動による操作等が必要である。すなわち、前記構成によれば、作業員等が直接に、パージエアの流量が一定値以下となった原因を確認し、その上で、作業員等の手動によりシャッタを開放状態とすることができる構成としたため、不具合の原因を逐一チェックすることができ、重大な不具合が発生することを効率的に抑制することが可能となる。

前記構成においては、前記シャッタ開閉機構は、前記シャッタが閉鎖状態にあるときに、前記パージエア供給部から供給されるガスの圧力が前記所定値より大きくなった場合、前記シャッタを開放状態にしてもよい。

また、前記構成においては前記シャッタ開閉機構には、前記パージエア供給部から供給されるガスが導入される空間と、弾性体が設けられており、前記シャッタ開閉機構は、前記空間に導入されるガスの圧力と、前記弾性体の弾性力とに応じて、前記シャッタを開閉動作させてもよい。

シャッタが閉鎖されたとき、場合によっては、その原因が特定されている等、作業員等が直接にパージエアの流量が一定値以下となった原因を確認しなくとも、シャッタを開放してもよい場合がある。前記構成によれば、前記空間に導入されるガスの圧力と、前記弾性体の弾性力とのバランスに応じて、シャッタを開閉動作させる。従って、パージエア供給部から供給されるガスの圧力を増加させることにより、作業員等が現地に赴かなくとも、シャッタを開放することができる。

また、前記構成によれば、自動で校正を行うことも可能となる。具体的には、まず、パージエア供給部から供給されるガスの圧力を低下させてシャッタを閉鎖し、サンプルの流入を停止する。そして、サンプルの存在しない状態で校正を行う。校正は、例えば、シャッタの発光部側にミラーを設けておき、発光部からの光をミラーで反射するとともに、この反射光を受光部で受光することにより行うことができる。そして、校正の後、再び、パージエア供給部から供給されるガスの圧力を増加させることにより、シャッタを開放し、サンプルの測定を行うことができる。

また、本発明の第２見地に係る光分析装置は、前記エア駆動型シャッタ装置を備えた光分析装置であって、サンプルが供給される測定場と、前記測定場内のサンプルに測定光を出力する発光部と、前記サンプルを通過した測定光が入力される受光部と、パージエアを供給するパージエア供給部と、前記パージエア供給部から供給されるガスを前記発光部及び／又は前記受光部方向に導出するための第１配管と、前記第１配管から分岐する第２配管とを備える。前記第２配管の他端は、前記エア駆動型シャッタ装置に接続されている。また、前記第２配管内のガスの圧力が前記パージエアの流量と連動する。

前記構成の光分析装置において、前記測定場は、サンプルが流れる配管に少なくとも交差するように設置され、かつ、内部を測定光が通過する筒状のガス分析用プローブ内にあり、前記ガス分析用プローブは、サンプルガスを採取するための開口を有していてもよい。光分析装置は、前記開口を開閉するカバーを備えてもよい。

前記構成によれば、測定場は、筒状のガス分析用プローブ内にあり、ガス分析用プローブは、サンプルガスを採取するための開口を備える。また、ガス分析用プローブは、前記開口を開閉するカバーを備えるため、前記開口を閉鎖した後、内部にスパンガス等を満たすことにより、測定光の校正を行うことが可能となる。従って、ガス分析用プローブを測定用としても校正用としても使用することができ、ガス分析用プローブの構成を簡略化することができる。

前記構成において、前記開口は、ガス分析用プローブにおける前記サンプルガスの流れの下流側側面に設けられていてもよい。
この構成によれば、測定場は、筒状のプローブ内にあり、ガス分析用プローブは、サンプルガスを採取するための開口をサンプルの流れの下流側側面に備えるため、サンプルガス（例えば、燃焼排ガス）は下流側のこの開口に回り込んで流入する。一方、ダストはある程度の質量を有しており、慣性の法則により運動方向に移動し続けるため、ガス分析用プローブの下流側に形成されている開口に回り込み難い。また、下流側にサンプルガスを採取するための開口が形成されており、上流側には、サンプルガスを採取するための開口が形成されていない。そのため、上流側からダストが流入することはない。従って、前記構成によれば、サンプルガスを下流側の開口から流入させることができるとともに、ダストの流入を抑制することができる。その結果、内部を通過する測定光の光量を確保することが可能となる。

なお、前記構成の光分析装置において、前記測定場は、サンプルが流れる配管に少なくとも交差するように設置され、かつ、内部を測定光が通過する筒状のガス分析用プローブ内にあり、前記サンプルガスの流れが回り込んで前記測定場にサンプルガスが採取されてもよい。
この構成によれば、ガス分析用プローブは、サンプルガスが回り込んで測定場にサンプルガスが採取される。一方、ダストはある程度の質量を有しており、慣性の法則により運動方向に移動し続けるため、ガス分析用プローブに回り込み難い。従って、前記構成によれば、ダストの流入を抑制することができる。その結果、内部を通過する測定光の光量を確保することが可能となる。また、ダストの流入を抑制することができるため、内部へのダストの付着量を低減でき、定期的な掃除を極力不要とすることができる。前記構成は、ダストを直接測定場に入らないようにサンプルガスを回り込ませて測定場にサンプルガスを供給するものである。例えば、一旦、サンプルガスをガス分析用プローブの外周面や、ガス分析用プローブを覆うカバー等に接触させてから測定場に供給する。
このような構成としては、例えば、側面にフィルタを有する筒に、ガス分析用プローブを内部に設置した二重管構造としてもよい。また、例えば、ガス分析用プローブのサンプルガスの流れの上流側側面に開口を設けるとともに、その開口を覆うカバーであって、サンプルガスがカバーに回り込んで測定場に入る程度の隙間を有するカバーを備えた構造であってもよい。また、例えば、ガス分析用プローブのサンプルガスの流れの左側及び／又は右側側面に開口を設けた構造であってもよい。

前記構成において、光分析装置は、さらに、光源と、サンプルを通過した前記光源からの光の強度を検出する光検出手段とを備え、前記光源と前記発光部との間、及び、前記受光部と前記光検出手段との間がそれぞれ電線、又は、光ファイバによって接続されていてもよい。

特許文献１のフェイルセーフシャッタを爆発性の高い地点において使用する場合には、供給される電力による火花や加熱による危険が伴うといった問題があった。そのため、火花や加熱が発生しても外部に漏洩しないように防爆型の装置とする必要がある。しかしながら、防爆型の装置とするには、例えば、装置の外側を強固な外装により取り囲む等の構成としなければならず、大掛かりとなってしまうといった問題があった。

前記構成によれば、電力が不要である発光部及び受光部のみを爆発性の高い地点に設置し、電力を必要とする光源や光検出手段等を爆発性の高い地点から遠ざけて設置することができる。発光部及び受光部が設置される箇所では、電力が一切不要であるため、大掛かりな防爆構造を要しない。従って、防爆機能を有する光分析装置を簡便な構成とすることができるとともに、安価とすることができる。また、電力を必要としないため、そもそも、火花や加熱が発生する可能性が極めて低く、防爆性に優れる。

本発明によれば、電力が不要であり、例えば、爆発性の高い地点でも危険を伴うことなく使用でき、且つ、簡便な構成で安価に提供できるエア駆動型シャッタ装置、及び、当該エア駆動型シャッタ装置を備えた光分析装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るエア駆動型シャッタ装置を備える光分析装置の発光部及びその周辺を模式的に示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るエア駆動型シャッタ装置を備える光分析装置の発光部及びその周辺を模式的に示す側面図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した光分析装置の発光部及びその周辺の斜視図である。 図１に示したエア駆動型シャッタ装置の正面図である。 図１に示したエア駆動型シャッタ装置の右側面断面図である。 図１に示したエア駆動型シャッタ装置の背面図である。 図１に示したエア駆動型シャッタ装置の裏面図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示したエア駆動型シャッタ装置の背面断面図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示したエア駆動型シャッタ装置を備える光分析装置の構成を模式的に示す構成図である。 他の実施形態に係る光分析装置を示す部分模式図である。 他の実施形態に係る光分析装置の発光部及びその周辺を模式的に示す側面図である。 エアー弁の動作を説明するための図である。 エアー弁の動作を説明するための図である。 他の実施形態に係るエア駆動型シャッタ装置を備える光分析装置の発光部及びその周辺を模式的に示す側面図である。 他の実施形態に係る光分析装置の模式図である。 他の実施形態に係るガス分析用プローブの縦断面図である。 他の実施形態に係るガス分析用プローブの縦断面図である。 他の実施形態に係るガス分析用プローブの縦断面図である。 他の実施形態に係るガス分析用プローブの縦断面図である。

１．第１実施形態
１−１．エア駆動型シャッタ装置
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
本実施形態に係るエア駆動型シャッタ装置は、サンプルガスが通過するガスセルと光分析装置（例えば、赤外線ガス分析装置）の発光部及び受光部とが連通する経路上に設けられるものである。ここでは、まず、エア駆動型シャッタ装置の動作の概略について説明することとする。

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の一実施形態に係るエア駆動型シャッタ装置を備える光分析装置の発光部及びその周辺を模式的に示す側面図であり、図２はその斜視図である。

分析部２（図５参照）を構成する発光側分析部２ａは、第１光ファイバ９１の端部が固定された発光部５０を有している。発光部５０には、第１光ファイバ９１から出力されるレーザ光が通過する中空の導光管５１（導光管５１ａ、導光管５１ｂ）の一端が接続されており、導光管５１の他端は、ガスセル９５（測定場に相当）の側面に設けられた開口に接続されている。なお、ガスセル９５の反対側の側面にも、発光側分析部２ａに対向するように受光側分析部２ｂ（図５参照）が接続されており、発光側分析部２ａからのレーザ光を受光することが可能である。

導光管５１における発光部５０の近傍には、第１配管５２が接続されている。パージエア供給部５６から供給されるパージエアＰＡは、第１配管５２を介して発光部５０方向に送出される。パージエアＰＡが発光部５０方向に送出されるため、発光部５０にダスト等が付着することを防止することができる。よって、発光部５０を常に清浄な状態に維持することができる。また、パージエアＰＡにより、導光管５１からガスセル９５方向へのガス流が形成されるため、ガスセル９５を流れるサンプルガスＳが導光管５１側に流れ込むことを抑制することができる。従って、発光部５０にサンプルガスＳが接触して汚染等が発生することを防止することができる。なお、発光部５０は、光透過窓を備えていてもよく、備えていなくてもよい。発光部５０が光透過窓を備えている場合、パージエアＰＡにより光透過窓の汚れを防止することができる。

第１配管５２の途中には、レギュレータ５３が設けられており、パージエアＰＡの圧力を制御することができる。

導光管５１の途中（つまり、導光管５１ａと導光管５１ｂとの間）には、エア駆動型シャッタ装置３０が設けられている。エア駆動型シャッタ装置３０は、筐体３１と、筐体３１に設けられ、導光管５１と同程度の径を有する開口３４（図３Ａ参照）と、筐体３１の内部を上下方向に移動可能であり、開口３４を閉鎖状態とすることが可能なシャッタ３２と、シリンダ４２とを備えている。シリンダ４２には、第１配管５２から分岐された第２配管５４が接続されており、パージエアＰＡから分岐されたエアＣＡの圧力が加えられる。エアＣＡは、シャッタ開閉用と使用することができるエアである。図１Ａにおいては、パージエアＰＡが一定量以上の流量を有しており、これに連動するエアＣＡの圧力が所定量より大きくなっているため、エアＣＡの圧力によりシリンダ４２内のピストン４４（図３Ｂ参照）が押し込まれている。そのため、ピストン４４によりシャッタ３２が開放状態で固定されている。ここで、シャッタ３２には、バネ３９（図４参照）が設けられており、バネ３９は、シャッタ３２が開口３４を塞ぐ方向に付勢されているが、エアＣＡの圧力が所定量より大きくなっており、ピストン４４による固定が解除されないため、シャッタ３２が閉鎖方向（図１Ａ中、上方向）に移動することはできない。

図１Ｂは、パージエアＰＡが一定量以下の流量となったときの様子を示している。パージエアＰＡが一定量以下になると、これに連動してエアＣＡの圧力は、所定量以下となる。その結果、ピストン４４を押し込む力が小さくなり、シャッタ３２の固定が解除される。これにより、シャッタ３２がバネ３９によって引き寄せられ、開口３４を閉じた閉鎖状態となる。

このように、エア駆動型シャッタ装置３０によれば、パージエアＰＡから分岐して供給されるエアＣＡが、シャッタ３２の動作を制御するための動力となるため、シャッタ３２を駆動させる動力又は駆動させる契機となる動力（例えば、電力）を別途に設ける必要がなくなり、フェイルセーフ機能を有するシャッタ装置としての構成を簡便とすることができるとともに、コスト削減を図ることができる。また、シャッタ３２を駆動させる動力又は駆動させる契機となる動力を別途に設ける必要がないため、設置が容易となる。

また、エアＣＡの圧力がパージエアＰＡの流量と連動しており、エアＣＡ圧力が、所定量以下となった場合にシャッタ３２が開口３４を閉鎖するため、パージエアＰＡの不足によりサンプルＳが流れ込み、発光部５０に接触して汚染等が発生することを防止することができる。その結果、光分析装置１００（図５参照）の高い測定精度の維持を図ることができる。また、エアＣＡの圧力が、所定量以下となった場合にシャッタ３２が閉鎖するため、パージエアＰＡの不足によりサンプルガス（例えば、高温ガスや、有毒ガス）が光分析装置１００の発光部５０側に流れ込み、このサンプルガスが、例えば、発光部５０近辺でメンテナンス等の作業をしている作業者に接触しないようにすることができ、作業者を保護することができる。

また、エアＣＡによってシャッタ３２を閉鎖するため、電力を要しない。その結果、爆発性の高い地点でも危険を伴うことなく使用することが可能となる。

また、パージエアＰＡにより形成される導光管５１からガスセル９５方向へのガス流により、シャッタ３２は、ダスト等が付着し難い。その結果、シャッタ３２の駆動部分の摺動性を高く維持することができる。

次に、エア駆動型シャッタ装置３０の構成について詳細に説明する。
図３Ａは、図１に示したエア駆動型シャッタ装置の正面図であり、図３Ｂは、その右側面断面図であり、図３Ｃは、その背面図であり、図３Ｄは、その裏面図である。図４は、図１に示したエア駆動型シャッタ装置の背面断面図である。

エア駆動型シャッタ装置３０は、正面視で中央上寄りに開口３４を有する板状体３１ａと板状体３１ｂとがネジ止めされることにより形成された筐体３１を有している。板状体３１ａと板状体３１ｂとの間には、空間３３が形成されており、この空間３３内には、上下方向に移動可能な板状のシャッタ３２が配置されている。

シャッタ３２は、図４に示すように、板状体３１ｂ側の中央に係合凹部３５が形成されるとともに、下側の２隅にバネ固定部３６が設けられている。また、シャッタ３２には、下側に棒状体３７が接続されており、例えば、手動によりシャッタ３２を上下方向に移動させることができる。

また、板状体３１ａの空間３３側における上側の２隅にもバネ固定部３８が設けられており、シャッタ３２のバネ固定部３６と、板状体３１ａのバネ固定部３８とがバネ３９により接続されている。なお、シャッタ３２は、外力が加えられていない場合には、バネ３９の応力により、開口３４を覆う位置に配置される。

図３Ｂに示すように、板状体３１ｂには、開口３４よりも下側に、中央部分に開口４０を有する凹部４１が形成されるとともに、凹部４１を覆うようにシリンダ４２が設けられており、凹部４１とシリンダ４２により形成された空間には、開口４０に嵌合し、かつ、開口４０の深さよりも長い凸部４３を有するピストン４４が配置されている。

シリンダ４２には、中央に貫通孔４５が設けられており、第２配管５４（図１Ａ参照）が接続される。従って、第２配管５４からのエアＣＡの圧力に応じて、ピストン４４は、板状体３１ａ側へと押し込まれることとなる。エアＣＡの圧力を所定量より大きい状態に保った状態で、例えば、棒状体３７を引っ張ってバネ３９に応力を加え、シャッタ３２の係合凹部３５が、ピストン４４の凸部４３に位置するように配置すると、エアＣＡの圧力により、シャッタ３２の係合凹部３５が、ピストン４４の凸部４３に係止された状態でシャッタ３２が固定される。

前記の状態において、エアＣＡの圧力が所定量以下になると、ピストン４４に設けられたバネ４６の応力によりピストン４４が押し戻されて凸部４３が係合凹部３５から脱落し、凸部４３の係合凹部３５への係止が解除される。その結果、シャッタ３２が開口３４を閉鎖することとなる。

このように、エア駆動型シャッタ装置３０では、エアＣＡの圧力をシャッタ３２の動力そのものとして使用するのではなく、シャッタ３２を閉鎖させる契機となる動力として使用するため、高圧力を要しない。一方で、バネ３９としてばね定数の大きいものを使用し、バネ３９に大きな応力を加えた状態で係止しておけば、エアＣＡの圧力が所定量以下となり、係止が解除されると、より大きな力でシャッタ３２を閉鎖することができる。その結果、シャッタ３２の筐体３１への固着や、ダスト等による摺動性の低下等により、シャッタ３２を閉鎖することができないといった不具合を防止することができ、フェイルセーフとしての機能を効果的に発揮させることができる。

また、シャッタ３２は、閉鎖された後、エアＣＡの圧力が再び所定量より大きくなった場合であっても、バネ３９の応力により閉鎖状態が維持される。そのため、再び開放状態とするためには、例えば、作業員等が直接に手動により操作する必要がある。すなわち、本実施形態に係るエア駆動型シャッタ装置３０によれば、作業員等が直接に、パージエアの流量が低くなった原因を確認し、その上で、作業員等の手動により棒状体３７を操作してシャッタ３２を開放状態とする構成としたため、不具合の原因を逐一チェックすることができ、重大な不具合が発生することを効率的に防止することが可能となる。

上述した実施形態では、バネ３９（弾性を有していない素材を、弾性を有するように形成又は加工した部材）を用いる場合について説明したが、本発明の弾性体は、これに限定されず、気体又は液体が内蔵されたシリンダのように、機構的に弾性を有するものであってもよく、ゴムのように素材そのものが弾性を有するものであってもよい。なお、構成の簡略化、及び、信頼性の観点から、バネを用いることが好ましい。

第２配管又はシリンダにエア抜き用の孔が形成されていてもよい。この場合、パージエアの流量が一定量より大きい状態では、シャッタ開閉用エアの圧力は、所定量より大きく維持されるが、パージエアの流量が一定量以下となると、シリンダ内の圧力が即座に低下し、係止が直ちに解除されることとなる。その結果、パージエアの流量が一定以下となると、いち早くシャッタを閉鎖状態とすることができる。

上述した実施形態では、バネ３９を用い、その応力によりシャッタ３２を閉鎖する場合について説明したが、本発明においては、自重によりシャッタを閉鎖することとしてもよい。このような例としては、例えば、図１に示したエア駆動型シャッタ装置３０のバネ３９を取り外すとともに、上下を反対にして設置する例が挙げられる。また、例えば、シャッタ開閉用エアの圧力により、直接にシャッタを押し上げて開放状態としておき、シャッタ開閉用エアの圧力が所定量以下となった場合に、自重によりシャッタが下降して閉鎖状態となる構成としてもよい。

１−２．光分析装置
次に、エア駆動型シャッタ装置３０を光分析装置に適用した場合について説明する。

図５は、図１に示したエア駆動型シャッタ装置を備える光分析装置の構成を模式的に示す構成図である。本実施形態に係る光分析装置１００は、測定装置１０、分析部２、及び、測定装置１０と分析部２とを光学的に接続する光ファイバ９１（光ファイバ９１ａ、光ファイバ９１ｂ）を備える。

測定装置１０は、測定光を出力する光源１１（例えば、レーザやＬＥＤ）、光検出手段１２（例えば、フォトダイオード）、及び、制御装置１３を有する一般的な測定装置である。制御装置１３は、光源１１や光検出手段１２の動作制御を行うとともに、光検出手段１２が受信する信号に基づいて、分析対象物の濃度を算出する。制御装置１３としては、例えば、アナログ回路や、ＣＰＵなどのデジタル回路を利用して構成することができる。

測定装置１０は、光を用いて分析対象物を測定するものであれば、特に限定されないが、例えば、吸光分光法（ＴＤＬＡＳ法）を利用するものを挙げることができる。ＴＤＬＡＳ法を利用する場合、測定装置１０は、測定吸収波長を選択することにより、赤外から近赤外域に吸収スペクトルを有するＯ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ、ＮＨ_３、ＨＣｌ等のガス濃度測定を行うことができる。また、測定装置１０は、光源に量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）を用いれば、中赤外域に吸収スペクトルを有するＳＯ_２、ＮＯ、ＮＯ_２等のガス濃度測定を行うことができる。また、可視項領域の光を照射し、その透過量を測定することでダスト量の測定を行うこともできる。

測定装置１０には、光ファイバ９１ａと光ファイバ９１ｂが接続されており、測定装置１０から出力される光は、光ファイバ９１ａを介して、発光側分析部２ａに導かれ、受光側分析部２ｂに入力される光は、光ファイバ９１ｂを介して、測定装置１０に入力される。

分析部２は、発光側分析部２ａと受光側分析部２ｂとを有しており、発光側分析部２ａがガスセル９５の一側面に設けられるとともに、受光側分析部２ｂが他側面に設けられている。発光側分析部２ａは、光ファイバ９１ａに接続されており、測定装置１０の光源１１からの光をガスセル９５内に導入することができる。発光側分析部２ａからガスセル９５内に導入される光は、サンプルガスＳ中の分析対象物（例えば、Ｏ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ、ＮＨ_３、ＨＣｌ）によって減衰された後、受光側分析部２ｂに出力されるように構成されている。ガスセル９５は、本発明の測定セルに相当する。

発光側分析部２ａについては、すでに図１及び図２を用いて説明済みであるので、ここでの詳細な説明は省略するが、発光側分析部２ａは、発光部５０とエア駆動型シャッタ装置３０とを備えており、発光部５０方向に送出されるパージエアＰＡの流量が一定以下となった場合には、発光部５０とサンプルガスＳとの接触を遮断するためのシャッタ３２が閉鎖状態となる。受光側分析部２ｂは、発光部５０の代わりに受光部５１（図示せず）を有する以外は、発光側分析部２ａと同様の構成を有している。

また、図示していないが、パージエアＰＡは、第２配管５４とは別の第２配管５５にも分岐されるとともに、受光側分析部２ｂが備えるエア駆動型シャッタ装置３０にも供給されており、パージエアの流量が一定量以下となると、発光側分析部２ａが備えるエア駆動型シャッタ装置３０が閉鎖状態となるとともに、受光側分析部２ｂが備えるエア駆動型シャッタ装置３０が閉鎖状態となる。なお、本実施形態では、発光側分析部２ａと受光側分析部２ｂとの両方にエア駆動型シャッタ装置３０が設けられている場合について説明するが、本発明においては、いずれか片方であってもよい。ただし、発光側分析部と受光側分析部との両方にエア駆動型シャッタ装置の両方に設けられていることが好ましい。

光分析装置１００によれば、光源と発光部５０との間、及び、受光部と光検出手段との間がそれぞれ光ファイバ９１によって接続されており、光路が全て光ファイバで構成されているため、配置のフレキシビリティ性が向上し、分析部２を自在な箇所に設置することができる。従って、例えば、光ファイバ９１の長さを１０００ｍ程度とする等して、分析部２を測定装置１０から遠ざけ、爆発性の高い危険な分析対象物を測定することができる。また、分析部２をチャンバ内に設置するとともに、測定装置１０をチャンバ外に設置してin-situ測定することが極めて容易となる。

上述した実施形態では、分析部２が発光側分析部２ａと受光側分析部２ｂとを有する場合について説明したが、本発明においてはこれに限定されず、例えば、受光側分析部２ｂに換えて反射鏡ＭＲを設け、光源から射出された光を反射鏡ＭＲにより光ファイバ９１（発光側分析部２ａ）に反射することとしてもよい。この場合、反射鏡ＭＲとガスセルとの間にエア駆動型シャッタ装置を設けることが好ましい。

２．第２実施形態
図６は、他の実施形態に係る光分析装置を示す部分模式図である。
受光側分析部２ｂに換えて反射鏡ＭＲを設ける場合、測定装置１０と発光側分析部２ａとをファイバ９１ｃにて接続すればよい。これにより、発光側分析部２ａから射出され、ガスセル９５を通過して戻ってくる光を、再びファイバ９１ｃに導き、光検出手段１２で戻り光の光強度を検出する。

本実施形態の光分析装置は、図１〜図６を用いて説明した光分析装置１００に対して、さらに、パージエアＰＡの圧力が所定値以下となった場合にパージエア供給部５６からの流路を外気に切り換えるエアー弁が、第１配管５２と第２配管５４との分岐よりも前に設けられていてもよい。このような構成は、サンプルガスの圧力が大気圧よりも小さく、かつ、大気圧が正常時のパージエアの圧力よりも高い場合に、特に有効に機能する。以下この例について説明する。

図７Ａは、他の実施形態に係る光分析装置の発光部及びその周辺を模式的に示す側面図である。図７Ａに示すように、光分析装置１３０には、第１配管５２と第２配管５４との分岐よりも前にエアー弁１３１が設けられている。エアー弁１３１は、パージエアＰＡの圧力が所定値以下となった場合にパージエア供給部５６からの流路を外気Ｆに切り換える。このようなエアー弁１３１としては、従来公知のものを採用することができる。なお、光分析装置１３０の他の構成については、図１〜図６を用いて説明した光分析装置１００と同様であるからここでの説明は省略する。

以下では、サンプルガスＳの圧力が大気圧よりも小さく、かつ、大気圧が正常時のパージエアＰＡの圧力よりも高い場合について説明する。パージエアＰＡの圧力が正常の場合、すなわち、パージエアＰＡの圧力が所定値より大きい場合、エアー弁１３１の流路は、パージエア供給部５６からのパージエアＰＡが通過する状態となっている（図７Ｂ参照）。

ここで、パージエアＰＡの圧力が所定値以下となると、エアー弁１３１の流路は、パージエア供給部５６からの流路を遮断し、外気Ｆが通過する状態となる（図７Ｃ参照）。サンプルガスＳの圧力は、大気圧（外気Ｆ）よりも小さいため、外気Ｆがパージエア供給部５６からのパージエアＰＡに代わって、第１配管５２及び第２配管５４に流入する。第１配管５２から流入した外気Ｆは、導光管５１を介してガスセル９５方向へ流れるため、発光部５０にダスト等が付着することを防止することができ、発光部５０を常に清浄な状態に維持することができる。また、第２配管５４から流入した外気Ｆの圧力は、正常時のパージエアＰＡの圧力よりも高いため、シャッタ３２は閉鎖されない。

次に、エアー弁１３１の流路が、外気Ｆが通過する状態（図７Ｃ参照）のときに、サンプルガスＳの圧力が上昇した場合（具体的には、（外気Ｆの圧力）−（サンプルガスＳの圧力）が所定値以下となった場合）について説明する。これは、例えば、突発的にサンプルガスＳの圧力が上昇した場合等を想定したものである。この場合、シリンダ４２内の圧力は所定値以下となる。その結果、シャッタ３２は閉鎖される。

このように、光分析装置１３０によれば、エアー弁１３１が設けられているため、パージエア供給部５６からのパージエアＰＡの供給が何らかの原因で停止又は減少した場合であっても、シャッタ３２が閉鎖されない。その結果、測定を継続して行うことができる。そして、さらに、突発的にサンプルガスＳの圧力が上昇した等の場合にのみ、シャッタ３２を閉鎖して、発光部５０にサンプルガスＳが接触して汚染等が発生することを防止することができる。なお、図７を用いて説明した例において、光分析装置には、エア駆動型シャッタ装置３０が備えられている場合について説明した。しかし、この例においては、エア駆動型シャッタ装置を備えておらず、パージエアの圧力が所定値以下となると、エアー弁の流路が図７Ｃの状態となるだけでも効果は充分発揮される。

３．第３実施形態
エア駆動型シャッタ装置は、以下のような構成であってもよい。
図８は、他の実施形態に係るエア駆動型シャッタ装置を備える光分析装置の発光部及びその周辺を模式的に示す側面図である。なお、説明のために、エア駆動型シャッタ装置については、部分的に断面図としている。

図８に示すエア駆動型シャッタ装置１２０は、筐体３１と、筐体３１に設けられ、導光管５１ａと同程度の径を有する開口３４と、筐体３１の内部を上下方向に移動可能であり、開口３４を閉鎖状態とすることが可能なシャッタ３２と、シャッタ３２の下側に設けられた棒状体３７と、棒状体３７の他端に設けられ、筐体３１内を摺動可能な可動部１２１と、可動１２１の他端と筐体３１内の下端との間に設けられたバネ１２２とを備える。シャッタ開閉機構１３２は、シャッタ３２を開いた状態にしたり、閉じた状態にしたり開閉状態を保つための機構であり、弾性体としてのバネ１２２や後述する空間１２５が含まれる。

また、筐体３１の側面には貫通孔１２３が設けられており、貫通孔１２３は、第１配管５２から分岐された第２配管５４が接続されている。貫通孔１２３は、筐体３１内中央付近に設けられた上壁１２４と可動部１２１とで囲まれた空間１２５につながっており、第２配管５４からのエアＣＡにより空間１２５が加圧される。そして、エアＣＡの圧力が所定値より大きくなると、可動部１２１が下側へと移動し、シャッタ３２は開放状態となる。一方、筐体３１の空間１２５に通じる配管１２９上には、ニードルバルブ１２６が設けられており、ニードルバルブ１２６を介して、空間１２５から一定の流量でエアＣＡが外部へと放出されている。通常測定時においては、ニードルバルブ１２６からエアＣＡが外部へと放出されているものの、貫通孔１２３から充分にエアＣＡが供給されているため、空間１２５は充分に加圧された状態となる。一方、パージエア供給部５６から供給されるガスの量が減少、又は、停止し、空間１２５内のエアＣＡの圧力が所定値以下となった場合、可動部１２１はバネ１２２の弾性により可動部１２１は上側へと移動し、シャッタ３２は閉鎖状態となる。なお、上壁１２４には、棒状体３７との当接部分にシール材１２８が設けられており、空間１２５の気密性が確保されている。

また、シャッタ３２には、受発光部５０ｃ側にミラー１２７が設けられており、シャッタ３２が閉鎖状態になると、受発光部５０ｃから出力される測定光Ｌを受発光部５０ａ側に反射する。一方、シャッタ３２が閉鎖状態となったとき、図示しない配管よりスパンガス等を導出管５１ａ内に満たす。これにより、測定光Ｌの校正を行うことが可能となる。このように、エア駆動型シャッタ装置１２０によれば、まず、パージエア供給部５６から供給されるガスの圧力（エアＣＡの圧力）を所定値以下にしてシャッタ３２を閉鎖し、導光管５１ａ内へのサンプルの流入を停止する。そして、導光管５１ａ内にサンプルの存在しない状態で測定光Ｌの校正を行うことができる。そして、校正の後、再び、パージエア供給部５６から供給されるガスの圧力を所定値より大きくすることにより、シャッタ３２を開放状態にし、サンプルの測定を行うことができる。従って、エア駆動型シャッタ装置１２０によれば、現地に作業員等が赴くことなく、自動で校正を行うことが可能となる。

上述した実施形態では、測定場がガスセル９５である場合について説明したが、本発明において、測定場は、サンプルが流れる配管にサンプルの流れに直交するように設置され、かつ、内部を測定光が通過する筒状のガス分析用プローブ内にあることとしてもよい。以下、光分析装置が上記ガス分析用プローブを搭載した場合について説明する。

４．第４実施形態
図９は、他の実施形態に係る光分析装置の模式図である。
本実施形態に係る光分析装置１４０は、測定装置１０と分析部２ｃとを備える。測定装置１０についてはすでに説明済みであるからここでの説明は省略する。

分析部２ｃは、ガス分析用プローブ６０と、光源１１から出力されるレーザ光Ｌをガス分析用プローブ６０に導く中空の導光管５１（５１ａ、５１ｂ）と、導光管５１の途中に設けられたエア駆動型シャッタ装置３０とを備える。ガス分析用プローブ６０は、筒状体６１と筒状体６１の端部に設けられたフランジ６２とから構成されており、筒状部材６１と導光管５１ｂとは、フランジ６２を介して接続されている。なお、エア駆動型シャッタ装置３０についてはすでに説明済みであるからここでの説明は省略する。

筒状体６１は、サンプルガスＳが流れる配管９６に、サンプルガスＳの流れに直交するように設置されている。また、筒状体６１には、サンプルガスＳの流れの下流側側面のみに筒状部材６１内の測定場６９の全長にわたる方向に開口６５が形成されており、この開口６５からサンプルガスＳをサンプリングすることができる。なお、本実施形態においては、筒状体６１は、サンプルガスＳが流れる配管９６に、サンプルガスＳの流れに直交するように設置されている場合について説明するが、本発明において、筒状体は、この例に限定されず、サンプルガスが流れる配管に、サンプルガスの流れに少なくとも交差するように設置されていればよく、例えば、筒状体の先端（フランジとは反対側）がフランジよりも下流側に傾斜するように設置されていてもよい。

筒状体６１には、サンプルガスの流れの下流側側面にサンプルガスを採取するための開口６５が形成されており、上流側にはサンプルガスを採取するための開口が形成されていない。従って、サンプルガスＳに混入しているダストが筒状体６１の上流側から内部に侵入することはない。また、筒状体６１には、下流側側面のみに測定場６９の全長にわたる開口６５が形成されているため、サンプルガスＳは下流側の開口６５に回り込んで、筒状体６１内に流入する。一方、サンプルガスＳに混入しているダストはある程度の質量を有しており、慣性の法則により運動方向（下流方向）に移動し続ける。そのため、下流側に形成されている開口６５に回り込み難い。なお、下流側側面とは、筒状体６１を横から見て周方向に分割したとき、最下流側から前後６０度未満の位置をいい、４５度未満が好ましい。

筒状体６１の他端側には、ミラー６３が設けられており、光源１１から出力されるレーザ光を光検出手段１２側に反射する。これにより、光検出手段１２では、戻り光の光強度が検出され、その減衰量によりサンプルガスＳ中の測定対象物を測定することができる。

ガス分析用プローブには、開口６５を開閉するカバーが取り付けられていてもよい。以下、この例について図１０及び図１１を用いて説明する。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、他の実施形態に係るガス分析用プローブの縦断面図である。図１０Ａ及び図１０Ｂに示すガス分析用プローブ７４は、図９に示したガス分析用プローブ６０の筒状体６１に内接するように、１の面全体にわたって開口７５を有する筒状体７６が設けられた構成を有している。筒状体７６は、上述のカバーに相当するものである。ガス分析用プローブ７４を有する光分析装置では、図１０Ａに示すように、筒状体７６の開口７５と筒状体６１の開口６５とが連通する位置関係となっている場合には、上述した光分析装置１４０と同様にしてサンプルガスＳの分析を行うことができる。

ここで、図１０Ａの状態から筒状体７６を回転させると、図１０Ｂに示すように、筒状体７６の開口７５と筒状体６１の開口６５とが連通しない位置関係とすることができる。この状態の場合、サンプルガスＳは、筒状体６１内に流入することができない。従って、この状態で筒状体６１内にスパンガス等を満たすことにより、測定光の校正を行うことが可能となる。このように、ガス分析用プローブ７４によれば、筒状体６１を測定用としても校正用としても使用することができ、ガス分析用プローブの構成を簡略化することができる。また、筒状体７６を回転させることにより、筒状体７６の開口７５のエッジで筒状体６１の内壁に付着したダストを取り除くこともできる。なお、筒状体７６の回転は、手動で行っても電動等により行ってもよい。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、他の実施形態に係るガス分析用プローブの横断面図である。図１１Ａ及び図１１Ｂに示すガス分析用プローブ７８では、筒状体６１には、幅が略同一となるようにリブ７９と開口８０とが形成されている。また、筒状体６１には、筒状体６１に内接し、開口８０と略同一の幅を有する複数の開口８１が筒状体６１のリブ７９及び開口８０側に形成された筒状体８２が設けられている。筒状体８２は、上述のカバーに相当するものである。ガス分析用プローブ７８を有する光分析装置では、図１１Ａに示すように、筒状体８２の開口８１と筒状体６１の開口８０とが連通する位置関係となっている場合には、上述した光分析装置１４０と同様にしてサンプルガスＳの分析を行うことができる。

ここで、図１１Ａの状態から筒状体８２を長さ方向（図１１中、左右方向）にスライドさせると、図１１Ｂに示すように、筒状体８２の開口８１と筒状体６１の開口８０とが連通しない位置関係とすることができる。この状態の場合、サンプルガスＳは、筒状体６１内に流入することができない。従って、この状態で筒状体６１内にスパンガス等を満たすことにより、測定光の校正を行うことが可能となる。このように、ガス分析用プローブ７８によれば、筒状体６１を測定用としても校正用としても使用することができ、ガス分析用プローブの構成を簡略化することができる。また、筒状体８２を長さ方向にスライドさせることにより、筒状体７８の開口８１のエッジで筒状体６１の内壁に付着したダストを取り除くこともできる。なお、筒状体７８のスライドは、手動で行っても電動等により行ってもよい。

上述した実施形態では、サンプルが気体（サンプルガスＳ）である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、液体であってもよい。

上述した実施形態では、ガス濃度を分析する場合について説明したが、本発明における光分析装置は、ＴＤＬＡＳ法を利用した温度計であってもよい。また、光分析装置１００のような構成であれば、ダストによる測定光の透過率減衰を測定してダスト濃度を測定するダスト計であってもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、各手段等の具体的構成は、適宜設計変更可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

２ 分析部
２ａ 発光側分析部
２ｂ 受光側分析部
１０ 測定装置
１１ 光源
１２ 光検出手段
１３ 制御装置
３０、１２０ エア駆動型シャッタ装置
３２ シャッタ
３９ バネ
４２ シリンダ
４４ ピストン
５０ 発光部
５２ 第１配管
５４ 第２配管
６０ プローブ
９１（９１ａ、９１ｂ、９１ｃ） 光ファイバ
９５ ガスセル
９６ 配管
１００、１４０ 光分析装置
Ｓ サンプルガス
ＰＡ パージエア
ＣＡ シャッタ開閉用エア

Claims (6)

1. サンプルが供給される測定場と、前記測定場内のサンプルに測定光を出力する発光部と、前記サンプルを通過した測定光が入力される受光部と、パージエアを供給するパージエア供給部とを備えた光分析装置に用いられるエア駆動型シャッタ装置であって、
   前記発光部及び前記受光部の少なくとも一方と前記測定場との間に設けられるシャッタと、
   前記パージエア供給部から供給されるガスの圧力により、前記シャッタを開放状態とし、前記パージエア供給部から供給されるガスの圧力が前記所定値以下となることにより、前記シャッタを閉鎖状態にするシャッタ開閉機構と
   を備えるエア駆動型シャッタ装置。
2. 請求項１に記載のエア駆動型シャッタ装置であって、
   前記シャッタ開閉機構には、弾性体が設けられており、
   前記シャッタは、前記弾性体に力が加えられた状態で係止されることにより、開放状態となっており、
   前記シャッタ開閉機構は、前記パージエア供給部から供給されるガスの圧力が前記所定値以下となった場合に、前記弾性体の弾性力により前記係止を解除し、前記シャッタを閉鎖状態にするエア駆動型シャッタ装置。
3. 請求項１に記載のエア駆動型シャッタ装置であって、
   前記シャッタ開閉機構には、前記パージエア供給部から供給されるガスが導入される空間と、弾性体とが設けられており、
   前記シャッタ開閉機構は、前記空間に導入されるガスの圧力と、前記弾性体の弾性力とに応じて、前記シャッタを開閉動作させる、エア駆動型シャッタ装置。
4. 請求項１に記載のエア駆動型シャッタ装置であって、
   前記シャッタ開閉機構は、
   前記シャッタを、閉鎖方向に付勢するように配置された弾性体と、
   前記パージエア供給部から供給されるガスの圧力によって前記シャッタを開放状態で固定し、かつ、前記ガスの圧力が所定量以下になると、前記シャッタの固定を解除するように配置されたシリンダと、
   を備える、エア駆動型シャッタ装置。
5. サンプルが供給される測定場と、
   前記測定場内のサンプルに測定光を出力する発光部と、
   前記サンプルを通過した測定光が入力される受光部と、
   パージエアを供給するパージエア供給部と、前記パージエア供給部から供給されるガスを前記発光部及び前記受光部の一方の方向に導出するための第１配管と、
   前記第１配管から分岐し、内部のガスの圧力が前記パージエアの流量と連動するように構成されている第２配管と、
   前記第２配管に接続された、請求項１〜４のいずれか１に記載のエア駆動型シャッタ装置と、を備える、光分析装置。
6. サンプルが流れる配管にサンプルの流れに少なくとも交差するように設置され、かつ、内部を測定光が通過する筒状のガス分析用プローブをさらに備え、
   前記測定場は、前記プローブ内に設けられ、
   前記プローブは、サンプルを採取するための開口を有し、前記開口を開閉するカバーをさらに備える、請求項５に記載の光分析装置。

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