JP2015068766A - サンプリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異物の影響を抑制できるサンプリング装置を提供する。【解決手段】サンプリング装置は、吸引部を有し、高温高圧空間に配置された吸引部から高温高圧空間のガスを吸引可能なプローブノズルと、吸引部が高温高圧空間に配置される状態及び高温高圧空間の外に配置される状態の一方から他方に変化するように、プローブノズルを第１軸と平行な方向に移動可能に支持する支持部材と、プローブノズルと支持部材との間をシールするシール装置と、第１軸と平行な方向に関して支持部材よりも高温高圧空間側でプローブノズルを囲むように配置される筒部材と、プローブノズルと筒部材との間の空間においてプローブノズルの外面の異物を除去する除去装置と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、サンプリング装置に関する。

火力発電システムの分野において、石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）方式が案出されている。ＩＧＣＣは、ガス化炉内で石炭をガス化して燃焼ガスを発生させ、その燃焼ガスをガスタービンに導いてガスタービンを作動させるとともに、ガスタービンからの高温の排ガスをボイラに導いて蒸気を発生させて蒸気タービンを作動させる。例えば、ガス化炉で発生する燃焼ガスの微量成分の挙動を把握することは、火力発電システムの適切な稼働のために重要である。そのため、例えば特許文献１に開示されているように、ガス化炉のような高温高圧空間のガスをサンプリング装置でサンプリングすることが行われる。

特開平０９−２１８１４１号公報

ガスのサンプリングのためにプローブノズルを高温高圧空間に配置することにより、そのプローブノズルに異物（ダスト）が付着する可能性がある。プローブノズルに異物が付着した状態を放置しておくと、その異物の影響により、例えば、サンプリングしたガスの分析値にばらつきが生じる可能性がある。また、その異物の影響により、サンプリング装置の少なくとも一部が劣化して、サンプリング装置の性能が低下する可能性がある。

本発明は、異物の影響を抑制できるサンプリング装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明に係るサンプリング装置は、吸引部を有し、高温高圧空間に配置された前記吸引部から前記高温高圧空間のガスを吸引可能なプローブノズルと、前記吸引部が前記高温高圧空間に配置される状態及び前記高温高圧空間の外に配置される状態の一方から他方に変化するように、前記プローブノズルを第１軸と平行な方向に移動可能に支持する支持部材と、前記プローブノズルと前記支持部材との間をシールするシール装置と、前記第１軸と平行な方向に関して前記支持部材よりも前記高温高圧空間側で前記プローブノズルを囲むように配置される筒部材と、前記プローブノズルと前記筒部材との間の空間において前記プローブノズルの外面の異物を除去する除去装置と、を備える。

本発明によれば、支持部材により、高温高圧空間にプローブノズルの吸引部を挿入する動作、及び高温高圧空間からプローブノズルの吸引部を抜去する動作を円滑に行うことができる。また、シール装置により、高温高圧空間のガスがプローブノズルと支持部材との間から漏出することが抑制される。また、筒部材により、プローブノズルと筒部材との間に空間を形成してその空間の圧力を調整することができる。そして、本発明によれば、プローブノズルと筒部材との間の空間においてプローブノズルの外面の異物を除去する除去装置を設けたので、プローブノズルが支持部材に支持された状態で、そのプローブノズルの異物除去動作を円滑に行うことができる。また、除去装置は、支持部材よりも高温高圧空間側に設けられているため、少なくとも支持部材よりも外側に異物が運び出されてしまうことが抑制される。これにより、例えば、サンプリングしたガスの分析値にばらつきが生じることが抑制される。また、除去装置は、支持部材よりも高温高圧空間側に設けられているため、シール装置に異物が付着することが抑制される。これにより、シール装置の劣化やガスの漏出が抑制されるので、サンプリング装置の性能が低下することが抑制される。

本発明に係るサンプリング装置において、前記除去装置は、前記プローブノズルの外面と接触して前記異物を除去するクリーニング部材を有してもよい。例えば、ブラシ部材やワイプ部材のような、プローブノズルの外面と接触可能なクリーニング部材が設けられることにより、プローブノズルの外面に付着している異物を円滑に除去することができる。

本発明に係るサンプリング装置において、前記吸引部が前記高温高圧空間に挿入されるように前記プローブノズルが移動するときに前記プローブノズルから前記クリーニング部材が離れ、前記吸引部が前記高温高圧空間から抜去されるように前記プローブノズルが移動するときに前記プローブノズルに前記クリーニング部材が接触するように前記クリーニング部材を移動可能な移動機構を備えてもよい。吸引部を高温高圧空間に挿入するときにプローブノズルからクリーニング部材を離すことで、高温高圧空間にプローブノズルを挿入する動作を円滑に行うことができる。また、吸引部を高温高圧空間から抜去するときにプローブノズルにクリーニング部材を接触させることにより、高温高圧空間においてプローブノズルに付着した異物を、そのプローブノズルから除去することができる。

本発明に係るサンプリング装置において、前記除去装置は、前記プローブノズルの外面にクリーニング用ガスを供給する噴射口を有してもよい。噴射口から供給されるクリーニング用ガスによって、プローブノズルの外面に付着している異物を、そのクリーニング用ガスの力で除去することができる。また、高温高圧空間に配置されることによって温度上昇したプローブノズルにクリーニング用ガスが吹き付けられることによって、そのプローブノズルを冷却することができる。

本発明に係るサンプリング装置において、前記噴射口は、前記プローブノズルの周囲に複数配置されてもよい。複数の方向からプローブノズルにクリーニング用ガスが吹き付けられることにより、プローブノズルの外面に付着している異物を十分に除去することができるとともに、プローブノズルの冷却効果を高めることができる。

本発明に係るサンプリング装置によれば、高温高圧空間にプローブノズルが配置されることによりそのプローブノズルに異物が付着しても、サンプリングしたガスの分析値やサンプリング装置の性能に対する異物の影響を抑制できる。

図１は、本実施形態に係るサンプリング装置の一例を示す概略構成図である。 図２は、本実施形態に係るサンプリング装置の要部を示す断面図である。 図３は、本実施形態に係るクリーニング部材を含むサンプリング装置の一部を＋Ｚ側から見た模式図である。 図４は、本実施形態に係るクリーニング部材の動作の一例を示す図である。 図５は、本実施形態に係るクリーニング部材の動作の一例を示す図である。 図６は、本実施形態に係るガス供給部材を含むサンプリング装置の一部を示すＹＺ平面と平行な断面図である。 図７は、本実施形態に係るプローブノズルが除去装置を通過する状態の一例を示す模式図である。 図８は、本実施形態に係るプローブノズルを移動する駆動装置の一例を示す模式図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内の一方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

図１は、本実施形態に係るサンプリング装置１の一例を示す概略構成図である。図２は、本実施形態に係るサンプリング装置１の要部を示す断面図である。

サンプリング装置１は、高温高圧ガスを生成する機器及びその機器に接続される配管の一方又は両方から高温高圧ガスをサンプリング可能である。高温高圧ガスを生成する機器は、例えば、加圧型石炭ガス化炉及び加圧流動床ボイラの少なくとも一方を含み、高温高圧ガスは、石炭化ガス及び燃焼排ガスの少なくとも一方を含む。なお、機器及び高温高圧ガスは、これらに限定されない。機器の内部空間及び配管の内部空間は、高温高圧空間である。サンプリング装置１は、その高温高圧空間のガス（高温高圧ガス）をサンプリング対象として作動する。サンプリング装置１でサンプリングされたガスは、分析装置に送られる。分析装置は、サンプリングされたガスに含まれる微量成分に関する情報を抽出する。以下の説明においては、ガス化炉の配管Ｐの内部空間がサンプリング対象の空間（対象空間）ＳＰである例について説明する。

図１及び図２に示すように、サンプリング装置１は、吸引部２を有し、空間（高温高圧空間）ＳＰに配置された吸引部２から空間ＳＰのガス（高温高圧ガス）Ｇを吸引可能なプローブノズル３と、吸引部２が空間ＳＰに配置される状態及び空間ＳＰの外に配置される状態の一方から他方に変化するように、プローブノズル３をＸ軸方向に移動可能に支持するグランドボックスフランジ（支持部材）４と、プローブノズル３とグランドボックスフランジ４との間をシールするシール装置５と、Ｘ軸方向に関してグランドボックスフランジ４よりも空間ＳＰ側（−Ｘ側）でプローブノズル３を囲むように配置される均圧筒（筒部材）６と、プローブノズル３と均圧筒６との間の空間ＡＳにおいてプローブノズル３の外面の異物を除去する除去装置７と、を備えている。

本実施形態において、配管Ｐとサンプリング装置１との間には、ボールバルブ１６を含む配管システム２２が配置される。配管システム２２は、配管Ｐに設けられたフランジ２３と固定されるフランジ２４と、サンプリング装置１に設けられたフランジ１５と固定されるフランジ２５とを有する。配管システム２２は、サンプリング装置１の一部とみなされてもよいし、サンプリング装置１とは異なる装置とみなされてもよい。

プローブノズル３は、プローブノズル３の少なくとも一部が空間ＳＰに配置された状態で、その空間ＳＰからガスＧを採取する。プローブノズル３は、Ｘ軸方向に長い内筒８と、内筒８の周囲に配置される外筒９と、内筒８の−Ｘ側の端部に配置されたセラミックスフィルタ１０と、を有する。内筒８及び外筒９のそれぞれは、ステンレス製である。内筒８の内面は、ステンレスとは異なる材料の膜で形成されている。すなわち、本実施形態において、内筒８の内面は、ライニングされている。内筒８の内面は、石英でライニングされてもよいし、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）でライニングされてもよい。ライニングのための材料は、内筒８が使用される温度に基づいて選択される。内筒８が使用される温度が高温である場合、石英が選択され、内筒８が使用される温度が低温である場合、ＰＦＡが選択されてもよい。

また、プローブノズル３は、セラミックスフィルタ１０に配置され、セラミックスフィルタ１０を加熱可能なヒータ１１と、内筒８に配置され、内筒８を加熱可能なヒータ１２と、ヒータ１１の温度を検出する温度センサ１１Ａと、ヒータ１２の温度を検出する温度センサ１２Ａと、を有する。

セラミックスフィルタ１０は、内筒８の−Ｘ側の開口を覆うように配置される。セラミックスフィルタ１０は、フィルタ固定部材１３により、内筒８に対して固定される。吸引部２は、セラミックスフィルタ１０の開口を含む。空間ＳＰのガスＧは、セラミックスフィルタ１０の開口（吸引部２）を介して、内筒８の内部流路Ｒに流入する。内筒８と外筒９との間の空間ＢＳには、冷却用ガス供給源（不図示）から冷却用ガスが供給される。

グランドボックスフランジ４は、プローブノズル３（外筒９）の周囲に配置される。グランドボックスフランジ４は、プローブノズル３を摺動可能に支持する。プローブノズル３は、グランドボックスフランジ４に支持された状態で、Ｘ軸方向に移動可能である。

シール装置５は、プローブノズル３（外筒９）の外面とグランドボックスフランジ４の内面（摺動面）との間隙をシールする。シール装置５は、グランドボックスフランジ４の内面に配置されたカーボン製のグランドパッキン５Ｇと、そのグランドパッキン５Ｇを固定する固定用フランジ５Ｈと、プローブノズル３の外面とグランドボックスフランジ４の内面との間隙にシール用ガスを供給する供給流路５Ｊと、を有する。供給流路５Ｊは、供給ライン１４を介して、シール用ガス供給源（不図示）と接続されている。シール用ガスとして、シール用ガス供給源から不活性ガス（例えば窒素ガス）が供給される。シール装置５により、空間ＡＳのガスの漏出が抑制される。

均圧筒６は、プローブノズル３の周囲に配置され、プローブノズル３との間で空間ＡＳを形成する。均圧筒６の＋Ｘ側の端部は、グランドボックスフランジ４と接続される。均圧筒６の−Ｘ側の端部は、フランジ１５と接続される。フランジ１５は、サンプリング座として機能するフランジ２５と固定される。

均圧筒６は、空間ＡＳに圧力調整用ガスを供給するための供給口１８０を有する。供給口１８０は、供給ライン１９０を介して、圧力調整用ガス供給源（不図示）と接続されている。圧力調整用ガスとして、圧力調整用ガス供給源から不活性ガス（例えば窒素ガス）が供給される。空間ＡＳに圧力調整用ガスが供給されることにより、空間ＡＳの圧力が高くなる。本実施形態においては、空間ＳＰの圧力と空間ＡＳの圧力とが等しくなるように、空間ＡＳの圧力が高められる。

また、サンプリング装置１は、空間ＡＳの圧力を検出する圧力センサ８０と、均圧筒６の少なくとも一部に設けられ、空間ＡＳのガスを排出可能な排出口９０と、排出口９０と接続された排出流路９１を開閉可能な排出バルブ９２と、を備えている。

プローブノズル３は、駆動装置（図１及び図２において不図示）によりＸ軸方向に移動する。駆動装置の作動によりプローブノズル３が＋Ｘ方向に移動すると、吸引部２を含むプローブノズル３の先端部（−Ｘ側の端部）が、空間ＳＰに挿入される。駆動装置の作動によりプローブノズル３が−Ｘ方向に移動すると、吸引部２を含むプローブノズル３の先端部（−Ｘ側の端部）が、空間ＳＰから抜去される。

内筒８の＋Ｘ側の端部は、チューブ２０と接続される。吸引部２を介して空間ＳＰからサンプリングされ、内部流路Ｒを流れたガスＧは、チューブ２０を介して、円筒濾紙２６Ａを含むダスト捕集ホルダ２６に供給される。ダスト捕集ホルダ２６は、ヒータ２６Ｂで加温される。

ダスト捕集ホルダ２６からのガスＧは、チューブ２７を介して、ドレンポット２８及びガス吸収瓶２９に供給される。チューブ２７の少なくとも一部は、供給ライン３３を介して、圧力調整用ガス供給源（不図示）と接続されている。圧力調整用ガスとして、圧力調整用ガス供給源から不活性ガス（例えば窒素ガス）が供給される。チューブ２７に圧力調整用ガスが供給されることにより、チューブ２７の流路の圧力が高くなる。

ドレンポット２８及びガス吸収瓶２９は、冷却槽３１に配置される。チューブ２７には、減圧バルブ３０が配置されている。ガスＧは、減圧バルブ３０で減圧された後、ドレンポッド２８及びガス吸引瓶２９に供給される。本実施形態において、ガス吸引瓶２９は、複数設けられている。それらガス吸引瓶２９のそれぞれには異なる吸収液が収容されている。ガス吸引瓶２９は、ガスメータ３２と接続される。

次に、除去装置７について説明する。空間ＳＰのガスＧは異物（ダスト）を含んでいる可能性が高い。プローブノズル３の少なくとも一部が空間ＳＰに配置されることにより、そのプローブノズル３（外筒９）の外面に異物が付着する可能性がある。例えば、図１に示すように、空間ＳＰのガスＧのサンプリングにおいて、先端部（吸引部２）を含むプローブノズル３の部分３Ｔが空間ＳＰに配置され、部分３Ｔの外面に異物が付着する可能性がある。除去装置７は、そのプローブノズル３の外面の異物の少なくとも一部を除去する。

図２において、除去装置７は、プローブノズル３の外面と接触することにより、そのプローブノズル３の外面の異物を除去するクリーニング部材４０と、プローブノズル３の外面にクリーニング用ガスを供給する噴射口５１を有し、その噴射口５１から供給されたクリーニング用ガスにより、そのプローブノズル３の外面の異物を除去するガス供給部材５０と、を備えている。

図３は、クリーニング部材４０を含むサンプリング装置１の一部を＋Ｚ側から見た模式図である。図２及び図３に示すように、クリーニング部材４０は、ロールブラシ４１を含む。除去装置７は、ロールブラシ４１と、そのロールブラシ４１を移動可能に支持する移動機構４２とを有する。移動機構４２は、ロールブラシ４１を回転可能に支持する軸部材４３と、軸部材４３を支持する支持部材４４を、支持部材４４を回転可能に支持する軸受部材４５とを有する。

図２に示すように、本実施形態において、ロールブラシ４１及び移動機構４２は、プローブノズル３の＋Ｚ側（プローブノズル３の上面側）及びプローブノズル３の−Ｚ側（プローブノズル３の下面側）のそれぞれに配置される。プローブノズル３の＋Ｚ側のロールブラシ４１及び移動機構４２と、プローブノズル３の−Ｚ側のロールブラシ４１及び移動機構４２とは、同等の構造である。以下、プローブノズル３の＋Ｚ側のロールブラシ４１及び移動機構４２について主に説明する。

ロールブラシ４１は、Ｙ軸方向に長い。Ｙ軸方向に関して、ロールブラシ４１の寸法は、プローブノズル３の寸法よりも大きい。ロールブラシ４１は、空間ＡＳに配置される。 ロールブラシ４１のブラシは、例えばフッ素系樹脂で形成されてもよいし、アラミド系樹脂で形成されてもよい。フッ素系樹脂は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）でもよい。アラミド系樹脂は、例えば、コーネックス（帝人株式会社製）でもよい。ロールブラシ４１は、２００℃以上の高温環境下で使用されるため、上述の材料で形成されることが好ましい。なお、ロールブラシ４１は、ステンレス製でもよい。

軸部材４３は、空間ＡＳに配置され、ロールブラシ４１を回転可能に支持する。軸部材４３は、ロールブラシ４１を、θＹ方向に回転可能に支持する。ロールブラシ４１は、軸部材４３が配置される貫通孔を有する。軸部材４３の両端は、接続部材４３Ｃを介して、支持部材４４と接続される。支持部材４４は、Ｙ軸方向に長い軸部材であり、空間ＡＳに配置される。軸部材４３と支持部材４４とは平行に配置される。支持部材４４とロールブラシ４１とが接触しないように、軸部材４３と支持部材４４との位置関係が定められている。

支持部材４４の両端は、軸受部材４５により、θＹ方向に回転可能（傾斜可能）に支持される。本実施形態において、軸受部材４５は、均圧筒６に設けられる。支持部材４４は、軸受部材４５を介して、均圧筒６に回転可能（傾斜可能）に支持される。

支持部材４４の少なくとも一部は、均圧筒６の外側に配置される。均圧筒６の外側に配置された支持部材４４の一部分に操作ハンドル４６が接続される。操作ハンドル４６が操作されることにより、支持部材４４がθＹ方向に回転する。支持部材４４がθＹ方向に回転することにより、ロールブラシ４１（軸部材４３）が、支持部材４４の周囲の少なくとも一部において旋回する。

図４及び図５は、プローブノズル３の＋Ｚ側のロールブラシ４１及び移動機構４２の動作の一例を示す図である。移動機構４２の操作ハンドル４６が操作されることにより、ロールブラシ４１は、図４に示す位置及び図５に示す位置の一方から他方に移動可能である。すなわち、図４に示すように、移動機構４２は、プローブノズル３から離れるようにロールブラシ４１を移動可能である。また、図５に示すように、移動機構４２は、プローブノズル３の上面と接触するようにロールブラシ４１を移動可能である。

操作ハンドル４６が操作され、支持部材４４がθＹ方向に関して一方向に回転することにより、ロールブラシ４１は上昇するように、支持部材４４の周囲の少なくとも一部において旋回する。これにより、ロールブラシ４１は、プローブノズル３から離れる。操作ハンドル４６が操作され、支持部材４４がθＹ方向に関して逆方向に回転することにより、ロールブラシ４１は下降するように、支持部材４４の周囲の少なくとも一部において旋回する。これにより、ロールブラシ４１は、プローブノズル３の上面と接触する。

以上、プローブノズル３の＋Ｚ側のロールブラシ４１及び移動機構４２について説明した。プローブノズル３の−Ｚ側の移動機構４２により、プローブノズル３の−Ｚ側のロールブラシ４１は、プローブノズル３から離れるように移動可能であり、プローブノズル３の下面に接触するように移動可能である。

次に、ガス供給部材５０について説明する。図６は、ガス供給部材５０を含むサンプリング装置１の一部を示すＹＺ平面と平行な断面図である。図２及び図６に示すように、ガス供給部材５０は、空間ＡＳに配置される。ガス供給部材５０は、プローブノズル３を囲む環状の部材である。

均圧筒６は、ガス供給部材５０にクリーニング用ガスを供給するための供給口１８を有する。供給口１８は、供給ライン１９を介して、クリーニング用ガス供給源（不図示）と接続されている。クリーニング用ガスとして、クリーニング用ガス供給源から不活性ガス（例えば窒素ガス）が供給される。

ガス供給部材５０は、供給ライン１９（供給口１８）からのクリーニング用ガスが供給される流入口５２と、流入口５２からのクリーニング用ガスが流れる内部流路５３とを備えている。内部流路５３は、プローブノズル３を囲むように形成される。

ガス供給部材５０は、内部流路５３のクリーニング用ガスの少なくとも一部をプローブノズル３の外面に供給（噴射）する噴射口５１を有する。噴射口５１は、プローブノズル３の外面と対向するように配置される。図６に示すように、本実施形態において、噴射口５１は、プローブノズル３の周囲に複数配置される。すなわち、本実施形態においては、１つの流入口５２から内部流路５３に流入したクリーニング用ガスが、複数の噴射口５１から噴射される。本実施形態において、噴射口５１は、プローブノズル３の周囲において等間隔で複数配置される。

本実施形態においては、供給ライン１９から供給口１８に供給されたクリーニング用ガスは、ガス供給部材５０（噴射口５１）を介して、空間ＡＳに供給される。

なお、本実施形態においては、空間ＡＳの圧力を高めるために空間ＡＳに圧力調整用ガスを供給するための供給ライン１９０（供給口１８０）と、ガス供給部材５０にクリーニング用ガスを供給するための供給ライン１９（供給口１８）とは、別であるが、供給ライン１９０（供給口１８０）が省略され、供給ライン１９（供給口１８）からガス供給部材５０に供給され、噴射口５１から空間ＡＳに供給されたクリーニング用ガスで、空間ＡＳの圧力が調整されてもよい。例えば、噴射口５１から供給されたクリーニング用ガスで、空間ＳＰの圧力と空間ＡＳの圧力とが等しくなるように、空間ＡＳの圧力が高められてもよい。

なお、ガス供給部材５０は、均圧筒６の内面に固定されてもよいし、グランドボックスフランジ４に固定されてもよい。図６に示すように、本実施形態において、均圧筒６及びガス供給部材５０は、円筒状であり、ガス供給部材５０の外面は、均圧筒６の内面と接触する。ガス供給部材５０の内面は、間隙を介して、プローブノズル３の外面と対向する。ＹＺ平面内において、プローブノズル３の中心（内筒８の中心、外筒９の中心）と、ガス供給部材５０の中心と、均圧筒６の中心とは、実質的に一致する。すなわち、プローブノズル３と、ガス供給部材５０と、均圧筒６とは、同軸に配置される。

次に、サンプリング装置１の動作の一例について説明する。まず、空間ＳＰのガスＧをサンプリングするためにプローブノズル３を空間ＳＰに挿入する手順について説明する。プローブノズル３を空間ＳＰに挿入する前に、ロールブラシ４１が図４に示した位置に配置される。すなわち、空間ＳＰに対するプローブノズル３の挿入において、プローブノズルからロールブラシ４１（クリーニング部材４０）が離れるように、ロールブラシ４１が移動する。このように、本実施形態においては、吸引部２が空間ＳＰに挿入されるようにプローブノズル３が移動するときに、プローブノズル３からロールブラシ４１が離れるように、移動機構４２によりロールブラシ４１が移動される。

次に、排出バルブ９２の作動により排気流路９１が閉じられた状態で、供給ライン１９０から空間ＡＳに圧力調整用ガスが供給される。空間ＡＳの圧力と空間ＳＰの圧力とが等しくなるように、空間ＡＳに圧力調整用ガスが供給される。本実施形態においては、空間ＡＳの圧力を検出する圧力センサ８０が設けられており、その圧力センサ８０の検出結果に基づいて、空間ＡＳの圧力と空間ＳＰの圧力とが等しくなるように、空間ＡＳに対する圧力調整用ガスの供給動作が制御される。

空間ＡＳの圧力と空間ＳＰの圧力とが等しくなった後、ボールバルブ１６が開けられる。その後、駆動装置（不図示）によりプローブノズル３が−Ｘ方向に移動する。プローブノズル３の先端部は、ボールバルブ１６を含む配管システム２２を介して、空間ＳＰに進入する。プローブノズル３は、吸引部２が空間ＳＰの所定位置まで挿入されるように、−Ｘ方向に移動される。

空間ＳＰのガスＧは、セラミックスフィルタ１０の開口を含む吸引部２を介して、内部流路Ｒに流入する。空間ＢＳには、内筒８を冷却するための冷却用ガスが供給され、その冷却用ガスにより、内筒８の温度が調整される。内部流路Ｒを通過したガスＧは、ガス吸収瓶２９に送られる。ガス吸収瓶２９は、吸収液の温度及び流量を、ガスＧの吸収に最適な温度及び流量に調整しながら、湿式吸収を行う。

空間ＳＰのガスＧには、異物（ダスト）が含まれている可能性がある。異物は、例えば、空間ＳＰにおいて十分に燃焼されなかった炭素などを含む。なお、異物は、湿気を含まない粒子状である場合が多い。

空間ＳＰのガスＧのサンプリング後、プローブノズル３を空間ＳＰから抜去する手順について説明する。プローブノズル３（吸引部２）を空間ＳＰから抜去する前に、ロールブラシ４１が図５に示した位置に配置される。すなわち、空間ＳＰからのプローブノズル３の抜去において、プローブノズル３にロールブラシ４１（クリーニング部材４０）が接触するように、ロールブラシ４１が移動する。このように、本実施形態においては、吸引部２が空間ＳＰから抜去されるようにプローブノズル３が移動するときに、プローブノズル３にロールブラシ４１が接触するように、移動機構４２によりロールブラシ４１が移動される。

また、ガス供給部材５０の内部流路５３にクリーニング用ガスが供給される。これにより、複数の噴射口５１からガスが噴射される。

プローブノズル３とロールブラシ４１とが接触し、噴射口５１からクリーニング用ガスが噴射されている状態で、駆動装置（不図示）によりプローブノズル３が＋Ｘ方向に移動する。

図７は、プローブノズル３の部分３Ｔが除去装置７を通過する状態の一例を示す模式図である。本実施形態においては、ロールブラシ４１は、ガス供給部材５０よりも空間ＳＰ側（−Ｘ側）に配置されている。プローブノズル３が＋Ｘ方向に移動するとき、部分３Ｔは、ロール部材４１を通過した後、ガス供給部材５０を通過する。

プローブノズル３とロールブラシ４１とが接触している状態で、プローブノズル３が＋Ｘ方向に移動することにより、プローブノズル３の外面は、ロールブラシ４１で擦られる。これにより、プローブノズル３の外面の異物が除去される。ロールブラシ４１は軸部材４３に回転可能に支持されており、プローブノズル３とロールブラシ４１とが接触している状態でプローブノズル３が＋Ｘ方向に移動することにより、ロールブラシ４１は回転する。

また、プローブノズル３が＋Ｘ方向に移動している状態で、噴射口５１からガスが供給されることにより、プローブノズル３の外面の異物は、そのガスによりプローブノズル３の外面から吹き飛ばされる。これにより、プローブノズル３の外面の異物が除去される。

本実施形態において、除去装置７は、ロールブラシ４１を使って部分３Ｔを擦るため、部分３Ｔの外面に異物が固着していても、その固着している異物を部分３Ｔの外面から剥がすことができる。また、部分３Ｔは、ロールブラシ４１で擦られた後、噴射口５１からのクリーニング用ガスを吹き付けられるため、除去装置７は、ロールブラシ４１で部分３Ｔの外面から剥がした異物を、噴射口５１からのクリーニング用ガスで吹き飛ばすことができる。

シール装置５においては、除去装置７により異物が除去されたプローブノズル３（部分３Ｔ）の外面が通過する。これにより、シール装置５の劣化が抑制される。

また、噴射口５１からプローブノズル３にクリーニング用ガスが供給されることにより、加熱されているプローブノズル３の温度を低下させることができる。

プローブノズル３が空間ＳＰからボールバルブ１６の手前まで引き抜かれた後、ボールバルブ１６が閉じられる。その後、排出バルブ９２の作動により、排気流路９１が開けられる。プローブノズル３から除去された異物（空間ＡＳに存在する異物）は、排気口９０から排出される。また、供給ライン１９からのクリーニング用ガスの供給が停止され、噴射口５１からのクリーニング用ガスの供給が停止されるとともに、供給口１８０からの圧力調整用ガスの供給も停止される。これにより、空間ＡＳの圧力が低下する。圧力センサ８０の検出結果に基づいて、空間ＡＳの圧力が大気圧になったことが確認された後、排出バルブ９２の作動により排気流路９１が閉じられる。

抜去されたプローブノズル３は、室温まで冷却される。また、セラミックスフィルタ１０、内筒８の内面、ダスト捕集ホルダ２６、チューブ２７の内面、及び減圧バルブ３０等に付着凝縮した微量成分が吸収液で洗浄抽出（回収）される。微量成分ガス濃度は、湿式吸収で捕集した吸収液と洗浄抽出液を分析した合計値となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、グランドボックスフランジ４にプローブノズル３が移動可能に支持されるため、例えば、空間ＳＰにプローブノズル３を挿入する動作、及び空間ＳＰからプローブノズル３を抜去する動作が円滑に行われる。また、シール装置５により、空間ＳＰのガスＧや空間ＡＳがプローブノズル３とグランドボックスフランジ４との間から漏出することが抑制される。そして、本実施形態によれば、プローブノズル３の外面の異物を除去可能な除去装置７の少なくとも一部がプローブノズル３と均圧筒６との間の空間ＡＳに配置されているので、グランドボックスフランジ４でプローブノズル３を移動可能に支持した状態で、その除去装置７に対してプローブノズル３を相対移動させることにより、そのプローブノズル３の異物除去動作を円滑に行うことができる。

また、除去装置７は、グランドボックスフランジ４よりも空間ＳＰ側に設けられているため、少なくともグランドボックスフランジ４よりも外側に異物が運び出されてしまうことが抑制される。これにより、例えば、サンプリングしたガスＧの分析値にばらつきが生じることが抑制される。

また、除去装置７は、グランドボックスフランジ４よりも空間ＳＰ側に設けられているため、シール装置５に異物が付着することが抑制される。これにより、異物に起因するシール装置５の劣化や損傷が抑制される。その結果、ガスＧの漏出が抑制され、サンプリング装置１の性能が低下することが抑制される。また、シール装置５の劣化が抑制されるので、シール装置５の交換及びメンテナンスを含む保守コストの増大を抑制できる。

本実施形態において、除去装置７は、プローブノズル３の外面と接触して異物を除去するクリーニング部材４０を有する。これにより、プローブノズル３の外面に付着している異物を円滑に除去することができる。

本実施形態において、プローブノズル３を空間ＳＰに挿入するとき、クリーニング部材４０はプローブノズル３から離れるように移動するため、空間ＳＰにプローブノズル３を挿入する動作を円滑に行うことができる。また、プローブノズル３を空間ＳＰから抜去するとき、クリーニング部材４０はプローブノズル３から接触するように移動するため、空間ＳＰにおいてプローブノズル３に付着した異物を、そのプローブノズル３から除去することができる。

また、本実施形態において、除去装置７は、プローブノズル３の外面にクリーニング用ガスを供給する噴射口５１を有するため、噴射口５１から供給されるクリーニング用ガスによって、プローブノズル３の外面に付着している異物を、吹き飛ばして除去することができる。また、空間ＳＰに配置されることによって温度上昇したプローブノズル３にクリーニング用ガスが吹き付けられることによって、そのプローブノズル３を冷却することができる。プローブノズル３が冷却されることにより、プローブノズル３の熱によってシール装置５の少なくとも一部が劣化したり損傷したりすることが抑制される。

また、本実施形態において、噴射口５１は、プローブノズル３の周囲に複数配置されているため、複数の方向からプローブノズル３にクリーニング用ガスが吹き付けることができる。これにより、プローブノズル３の外面に付着している異物を十分に除去することができるとともに、プローブノズル３の冷却効果を高めることができる。

また、本実施形態においては、空間ＡＳのガスを排出可能な排気口９０と、その排気口９０に接続される排気流路９１を開閉可能な排出バルブ９２とが設けられているため、プローブノズル３の異物除去動作において、噴射口５１からのクリーニング用ガスの供給により空間ＡＳの圧力が高まっても、空間ＡＳの圧力が過剰に高まる前に（例えば、空間ＡＳの圧力が空間ＳＰの圧力よりも過剰に高まる前）に、排出バルブ９２を作動して、空間ＡＳのガスの一部を排出することができる。これにより、空間ＡＳの圧力が過剰に高まることが抑制される。

なお、本実施形態において、プローブノズル３を空間ＳＰから抜去するとき、プローブノズル３をθＸ方向に回転させながら、プローブノズル３を＋Ｘ方向に移動してもよい。こうすることにより、プローブノズル３の外面の広い範囲がクリーニング部材４０に接触するとともに、噴射口５１からのクリーニング用ガスがプローブノズル３の外面の広い範囲に吹き付けられる。

なお、本実施形態においては、クリーニング部材４０がガス供給部材５０よりも空間ＳＰ側（−Ｘ側）に配置されることとした。ガス供給部材５０がクリーニング部材４０よりも空間ＳＰ側に配置されてもよい。また、空間ＳＰに最も近い位置に第１のガス供給部材５０が配置され、第１のガス供給部材５０に次いで空間ＳＰに近い位置にクリーニング部材４０が配置され、クリーニング部材４０に次いで空間ＳＰに近い位置に第２のガス供給部材５０が配置されてもよい。

なお、本実施形態においては、クリーニング部材４０が操作ハンドル４６の操作により移動することとした。移動機構４２がアクチュエータ（モータ）を含み、そのアクチュエータの駆動力によってクリーニング部材４０が移動してもよい。

なお、本実施形態においては、クリーニング部材４０として、回転可能なロールブラシ４１を例にして説明した。クリーニング部材４０が、回転しないブラシ部材を含んでもよい。また、クリーニング部材４０が、プローブノズル３の外面を拭くことができるワイプ部材を含んでもよい。ワイプ部材は、例えば、フェルトのような不織布を含んでもよい。ワイプ部材は、回転可能に支持されていてもよいし、回転しなくてもよい。

なお、上述の実施形態において、クリーニング部材４０が、プローブノズル３の周囲に配置された複数のブレード部材と、複数のブレード部材をプローブノズル３の周囲において移動して、複数のブレード部材によって形成される開口を拡大及び縮小させる駆動装置と、を有する絞り機構を備えてもよい。その絞り機構を用いてプローブノズル３をクリーニングする場合、開口にプローブノズル３が配置された状態で、ブレード部材とプローブノズル３とが接触するように開口を縮小させる。開口を縮小させてブレード部材とプローブノズル３とを接触させた状態でプローブノズル３を移動することにより、プローブノズル３をクリーニングすることができる。また、開口を拡大させてブレード部材とプローブノズル３とを離すことにより、プローブノズル３を円滑に移動することができる。

なお、本実施形態において、プローブノズル３をＸ軸方向に移動可能な駆動装置は、アクチュエータを有し、そのアクチュエータの駆動力によってプローブノズル３を移動してもよい。なお、駆動装置が操作ハンドルを有し、その操作ハンドルの操作によりプローブノズル３がＸ軸方向に移動されてもよい。

図８は、駆動装置２００の一例を示す模式図である。駆動装置２００は、ボールねじ機構２０１を含む。駆動装置２００は、ねじ軸２０２と、ねじ軸２０２の周囲に配置されるナット２０３と、ねじ軸２０２を回転可能に支持する軸受部材２０４と、を備えている。ねじ軸２０２とナット２０３との間にはボールが配置される。ねじ軸２０２がθＸ方向に回転することにより、ナット２０３がＸ軸方向に移動する。ナット２０３とプローブノズル３とは、連結部材２０５を介して連結される。プローブノズル３は、グランドボックスフランジ４によりＸ軸方向に移動可能に支持される。ナット２０３がＸ軸方向に移動することにより、プローブノズル３がナット２０３と一緒にＸ軸方向に移動する。

図８に示す例において、ねじ軸２０２の一端部に操作ハンドル２０６が接続される。操作ハンドル２０６が操作されてねじ軸２０２が回転することにより、プローブノズル３がＸ軸方向に移動する。なお、ねじ軸２０２がアクチュエータ（モータ）により回転してもよい。

なお、図８に示す例においては、ガス供給部材５０に供給ライン１９からクリーニング用ガスが供給される。均圧筒６とプローブノズル３との間の空間ＡＳの圧力は、供給ライン１９から噴射口５１を介して空間ＡＳに供給されるクリーニング用ガスによって調整される。

なお、上述の各実施形態において、サンプリング対象の空間ＳＰは、火力発電システムにおける高温高圧空間でもよいし、バイオマスガス化プラントにおける高温高圧空間でもよいし、化学プラントにおける高温高圧空間でもよい。

１ サンプリング装置
２ 吸引部
３ プローブノズル
４ グランドボックスフランジ
５ シール装置
６ 均圧筒
７ 除去装置
４０ クリーニング部材
４１ ロールブラシ
４２ 移動機構
５０ ガス供給部材
５１ 噴射口
ＡＳ 空間
Ｇ ガス
ＳＰ 空間

Claims (5)

1. 吸引部を有し、高温高圧空間に配置された前記吸引部から前記高温高圧空間のガスを吸引可能なプローブノズルと、
   前記吸引部が前記高温高圧空間に配置される状態及び前記高温高圧空間の外に配置される状態の一方から他方に変化するように、前記プローブノズルを第１軸と平行な方向に移動可能に支持する支持部材と、
   前記プローブノズルと前記支持部材との間をシールするシール装置と、
   前記第１軸と平行な方向に関して前記支持部材よりも前記高温高圧空間側で前記プローブノズルを囲むように配置される筒部材と、
   前記プローブノズルと前記筒部材との間の空間において前記プローブノズルの外面の異物を除去する除去装置と、を備えるサンプリング装置。
2. 前記除去装置は、前記プローブノズルの外面と接触して前記異物を除去するクリーニング部材を有する請求項１に記載のサンプリング装置。
3. 前記吸引部が前記高温高圧空間に挿入されるように前記プローブノズルが移動するときに前記プローブノズルから前記クリーニング部材が離れ、前記吸引部が前記高温高圧空間から抜去されるように前記プローブノズルが移動するときに前記プローブノズルに前記クリーニング部材が接触するように前記クリーニング部材を移動可能な移動機構を備える請求項２に記載のサンプリング装置。
4. 前記除去装置は、前記プローブノズルの外面にクリーニング用ガスを供給する噴射口を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のサンプリング装置。
5. 前記噴射口は、前記プローブノズルの周囲に複数配置される請求項４に記載のサンプリング装置。

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