JP2013101067A - ガス濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウィンドウの表面を清浄に保持することでガス濃度の測定精度を長期的に安定して得ることができるガス濃度測定装置。
【解決手段】レーザ光を発光する光源部２００と、レーザ光を受光する受光部３００と、光源部と受光部との間で且つレーザ光が通過する位置に配置された光学素子６と、光源部と受光部と光学素子とを連結する連結管５ａ，５ｂと、光源部と受光部との間で且つ連結管に接続され、測定対象ガスが存在する煙道１と、連結管の内の煙道付近に取り付けられ、パージガスを導入するための第１パージガス導入口７ｃと、連結管の内の光学素子付近に取り付けられ、パージガスを導入するための第２パージガス導入口７ｂとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザを用いて煙道排ガスの濃度を測定するガス濃度測定装置に関する。

図２は、従来のガス濃度測定装置の一例を示す図である。このガス濃度測定装置１００は、煙道１内の排ガスにレーザ光４を透過させ、レーザ光の強度を測定することによって煙道１内の排ガスの濃度を測定する。

光源部２００は、レーザ光４を発光する光源２を有し、レーザ光４が煙道１内を通過するように煙道１の側壁部に設置されている。受光部３００は、レーザ光４を受光する受光素子３を有し、光源部２００に対向するように煙道１の側壁部に設置される。

制御演算部４００は、光源部２００と受光部３００とに電気的に接続され、光源２を制御するとともに、受光素子３で検知したレーザ光４の強度に基づいて排ガス中のガス濃度を演算する。

光源部２００と受光部３００とは、円筒状の連結管５を通して煙道１の側壁面に接続されている。光源部２００と受光部３００とは、排ガスが侵入しないように連結管５内に設けられた赤外透過ウィンドウ６により煙道１と隔離されている。

連結管５には、赤外透過ウィンドウ６の煙道１側の近傍にパージガス導入口７ａが設けられており、このパージガス導入口７ａから清浄なパージガス８ａを導入することにより、煙道１内に含まれるダストが赤外透過ウィンドウ６に付着することを抑制している。なお、パージガス導入口７ａは、連結管５に同心円上に複数個設けられる場合もある。

また、この種の従来技術として、例えば、特許文献１、特許文献２に記載された技術が知られている。

特許文献１は、セルに導入されたサンプルガスに対して吸光分光測定を実行し、光学部品光である透過性ウィンドウの重要表面を横切るように、重要表面に隣接して配置された浄化ガス取り入れパイプから重要表面への付着物の付着を防止する効果的な速度で浄化ガスの流れを導入する方法が記載されている。

特許文献２は、排気経路中の排ガスにレーザ光を照射し、排ガスを透過したレーザ光を検出することで排ガス中の成分濃度を測定する測定部を有し、測定部は、排気経路中の排ガスが通過する排ガス通過孔が設けられ、排ガス通過孔内に向けて照射されたレーザ光を多重反射させる反射鏡が設けられる本体部と、排ガス通過孔を通過する排ガスとは別に排気経路から排ガスを分流し、分流した排ガスを反射鏡の表面に向けて吹き付けるパージ経路とを備え、フィルタ部材により排ガス中の排ガスの汚れを除去している。

特開２００１−１５３７９３号公報 特開２００９−１７５０５８号公報

しかしながら、図２に示す従来のガス濃度測定装置では、ダストを完全に排除することができない場合があるため、ダストが赤外透過ウィンドウ６に付着してしまうことがある。このため、ガス濃度の測定精度を長期的に安定して得ることができないという問題がある。

また、特許文献１では、ウィンドウ径を大きしなければならず、特許文献２では、フィルタを定期的に交換しなければならない。

本発明の課題は、ウィンドウの表面を清浄に保持することで、ガス濃度の測定精度を長期的に安定して得ることができるガス濃度測定装置を提供する。

本発明に係るガス濃度測定装置は、上記課題を解決するために、レーザ光を発光する光源部と、前記レーザ光を受光する受光部と、前記光源部と前記受光部との間で且つ前記レーザ光が通過する位置に配置された光学素子と、前記光源部と前記受光部と前記光学素子とを連結する連結管と、前記光源部と前記受光部との間で且つ前記連結管に接続され、測定対象ガスが存在する煙道と、前記連結管の内の前記煙道付近に取り付けられ、パージガスを導入するための第１パージガス導入口と、前記連結管の内の前記光学素子付近に取り付けられ、パージガスを導入するための第２パージガス導入口とを有することを特徴とする。

本発明によれば、連結管の内の光学素子付近に取り付けられた第２パージガス導入口は、パージガスを導入して、パージガスを光学素子に供給するので、光学素子の表面が清浄に保持されて、ガス濃度の測定精度を長期的に安定して得ることができる。

本発明の実施例１のガス濃度測定装置の構成図である。 従来のガス濃度測定装置の一例を示す図である。

以下、本発明のガス濃度測定装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の施例１のガス濃度測定装置の構成図である。実施例１のガス濃度測定装置は、光源２からのレーザ光４に対して略直角方向に配置された煙道１に測定対象ガスが流れる場合に測定対象ガスを通過したレーザ光４を受光素子で受光して、測定対象ガスの濃度を測定するものである。

測定対象ガスは、ＮＨ３、ＮＯ、ＮＯ２、ＳＯ２、ＨＣＬ、Ｈ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２、ＨＦなどである。光源２はレーザ光を発光するＤＦＢ−ＬＤ（半導体レーザ）やＤＦＢ−ＱＣＬ（量子カスケードレーザ）である。受光素子は、ＰＤ（フォトダイオード）などである。

なお、図１では、連結管５００を含む光源部２００側のみが図示されるが、連結管５００を含む受光部３００側についても煙道１を中心として光源部２００側と対称の構造をなしている。ここでは、光源部２００側のみを説明するものとし、受光部３００側については説明を省略する。

以下、図１における構成について、従来の図２に示す構成とは異なる部分について説明する。

光源部２００と受光部３００とは、連結管５００で接続されており、連結管５００の内の、赤外透過ウィンドウ６（光学素子）と煙道１との間で且つ煙道１付近には、パージガス８ｃを導入するためのパージガス導入口７ｃ（第１パージガス導入口）が設けられている。

また、連結管５００の内の、赤外透過ウィンドウ６とパージガス導入口７ｃとの間で且つ赤外透過ウィンドウ６付近には、スリット１２が形成されている。このスリット１２は、連結管５ａと連結管５ｂとの隙間により連結管５ａ，５ｂの全周に形成されている。スリット１２は、パージガス８ｂを赤外透過ウィンドウ６の全外周から吹き付けるものである。

また、連結管５ａ，５ｂの外側には、スリット１２を覆うように前室９が形成されている。この前室９は、スリット１２の隙間により連結管５ａと連結管５ｂとが分離しないように、連結管５ａと連結管５ｂとを連結している。

また、前室９にはパージガス８ｂを前室９内に導入するためのパージガス導入口（第２パージガス導入口）が取り付けられており、前室９内で且つスリット１２と対向する位置に、調整機構１０が全周に亙って形成されている。また、調整機構１０は、図示しないが、前室９を２つに分割するように連結管５ａの全周に亙って形成されてもよい。

この調整機構１０は、パージガス導入口７ｂから前室９に導入されたパージガス８ｂの流速を調整し、調整されたパージガス８ｂをスリット１２を通して赤外透過ウィンドウ６に供給する。

調整機構１０は、パージガス８ｂの流速のムラを少なくし、赤外透過ウィンドウ６のレーザ光透過部に吹き付けるパージガス８ｂの流速が、ダストが除去できる速度以上となるように調整する。調整機構１０は、例えば、整流板、メッシュ、ハニカム、多孔板などが用いられる。

なお、パージガス８ｂ，８ｃにはダストを含まないガスが用いられる。パージガス８ｂ，８ｃのガス種は、測定対象ガスが赤外透過ウィンドウ６に吸着することによってレーザ光４の強度が低下し、測定精度の安定性が低下することを防止するため、測定対象ガスが含まれないガスが用いられる。パージガス８ｂ，８ｃの総流量は、測定精度に影響しない流量とする。

このように構成された実施例１のガス濃度測定装置によれば、連結管５ｂの内の赤外透過ウィンドウ６付近に取り付けられたパージガス導入口７ｂは、パージガス８ｂを導入して、パージガス８ｂを赤外透過ウィンドウ６に供給するので、赤外透過ウィンドウ６の表面が清浄に保持されて、ガス濃度の測定精度を長期的に安定して得ることができる。

また、ガス濃度測定装置のメンテナンス作業を軽減することができ、赤外透過ウィンドウ６の径を大きくすることなく、フィルタを定期的に交換する必要もなくなる。

また、パージガス導入口７ｂから前室９に導入されたパージガス８ｂは、調整機構１０により連結管５ｂの全周に亙ってダストを除去できる流速となり、流速が調整されたパージガス８ｂは、スリット１２を通して赤外透過ウィンドウ６の全外周から吹き付けられる。このため、さらに、赤外透過ウィンドウ６の表面が清浄に保持されて、ガス濃度の測定精度を長期的に安定して得ることができる。

なお、本発明は、実施例のガス濃度測定装置に限定されるものではない。パージガス導入口７ｂ，７ｃのそれぞれは、複数個設けても良い。この場合には、上記効果はさらに大となる。

また、赤外透過ウィンドウ６のレーザ光透過部に吹き付けるパージガス８ｂの流速が、全周に亙ってダストを除去できる速度以上になっている場合には、調整機構１０を設けなくても良い。

また、実施例では、光源部側及び受光部側のそれぞれに、パージガス導入口８ｂ、前室９、調整機構１０、及びスリット１２を設けたが、例えば、光源部側及び受光部側の一方のみに、パージガス導入口８ｂ、前室９、調整機構１０、及びスリット１２を設けても良い。

本発明に係るガス濃度測定装置は、ガス分析装置に利用可能である。

１‥煙道、２‥光源、３‥受光素子、４‥レーザ光、５，５ａ，５ｂ‥連結管、６‥赤外透過ウィンドウ、７ａ，７ｂ，７ｃ‥パージガス導入口、８ａ，８ｂ，８ｃ‥パージガス、９‥前室、１０‥調整機構、１２‥スリット、１００‥ガス濃度測定装置、２００‥光源部、３００‥受光部、４００‥制御演算部、５００‥連結部。

Claims (3)

1. レーザ光を発光する光源部と、
   前記レーザ光を受光する受光部と、
   前記光源部と前記受光部との間で且つ前記レーザ光が通過する位置に配置された光学素子と、
   前記光源部と前記受光部と前記光学素子とを連結する連結管と、
   前記光源部と前記受光部との間で且つ前記連結管に接続され、測定対象ガスが存在する煙道と、
   前記連結管の内の前記煙道付近に取り付けられ、パージガスを導入するための第１パージガス導入口と、
   前記連結管の内の前記光学素子付近に取り付けられ、パージガスを導入するための第２パージガス導入口と、
   を有することを特徴とするガス濃度測定装置。
2. 前記光学素子付近の前記連結管には、該連結管の全周に亙ってスリットが形成されていることを特徴とする請求項１記載のガス濃度測定装置。
3. 前記第２パージガス導入口から導入されたパージガスの流速を調整し、調整されたパージガスを前記スリットを介して前記光学素子に供給する調整機構を備えることを特徴とする請求項２記載のガス濃度測定装置。
   
   

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