JP2016183985A - ガス測定用配管及びガス測定用配管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実プラントがある工場にて、該実プラントの被測定配管に、レーザ光照射用の種類に応じた光学窓を設けるための面倒な加工工事を必要とせず、実プラントにおいて高精度に分光計測を行うための光学窓を容易に設置することを可能とする。
【解決手段】測定対象となる実配管１の所定箇所に配置される管部材１１と、この管部材１１を横断する方向に貫通する孔１２及び出射孔１３と、これら入射孔１２及び出射孔１３の周囲の管部材１１に基端部１４Ｂ・１５Ｂが取り付けられて、入射孔１２、出射孔１３の中心軸線Ｃ１をそれぞれ囲む入射管１４及び出射管１５と、これら入射管１４、出射管１５の先端を閉塞するフランジ１６と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建設された実プラントにおいて容易かつ高精度に分光計測を行うことを可能とするガス測定用配管及びガス測定用配管の製造方法に関する。

従来、実プラントにおいて配管内のガス等の分光計測を行う場合は、配管内にサンプリング管を挿入して管内の試料ガスを外部に取り出し、分析装置に導いて分析する必要があったが、サンプリング管の挿入は困難であり、サンプリングされた試料が分析装置へ導く間に変質（低沸点成分の液化など）して正確な測定が難しいという問題があった。

そこで、管内ガスが外部から分析する方法が試みられている。例えば、特許文献１に示されるガス化プラントでは、ガス化炉からの配管途中に計測窓を設け、この計測窓からレーザ光を照射してガス中の成分を測定するようにしている。
ここで、配管内でのガスの濃度分布を計測する場合には、配管に複数の光学窓を取り付ける必要があるが、分光計測用に適切なフランジが設置された実プラントは殆ど無く、新たに光学窓を取り付ける為の追加工事が必要となる。

特開２００５−２４２５１号公報

ところで、分光計測には種々の手法があるが、例えば吸収法を採用する場合、入射用の光学窓と出射用の光学窓の２つが必要となる。
実プラントでの工事では、工場内で行うような加工精度を求めることは困難であり、光学窓を取り付けるフランジの加工精度が十分ではない。そのため、分光計測の光源としてレーザを使用する場合、レーザ口径はｍｍ程度であるが、光学窓の径は数ｃｍ程度にする必要があった。配管中試料の空間分布を計測使用とする場合、複数の光学窓を設ける必要があるので、必要な数の光学窓を設けることが困難である。
また、光学窓の加工工事中はプラントを停止する必要があるので、工事は短期間で終了させることが望ましいが、加工精度を要求する作業を実プラント上で実施することは困難である。光源としてレーザを使用する計測手法は、吸収法以外にレーザ誘起蛍光法（ＬＩＦ）、レーザラマン散乱法等の種々の方法があるが、最適な光学窓の設置条件は異なるため、計測手法を変更する毎に、光学窓の加工工事を行う必要があり、レーザ計測技術を実プラントに適用する場合の障害となっていた。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、実プラントがある工場にて、該実プラントの被測定配管に、レーザ光照射用の種類に応じた光学窓を設けるための面倒な加工工事を必要とせず、実プラントにおいて高精度に分光計測を行うための光学窓を容易に設置することを可能とするガス測定用配管及びガス測定用配管の製造方法に関する。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のガス測定用配管は、測定対象となる配管の所定箇所に配置される管部材と、この管部材を横断する方向に貫通する入射孔及び出射孔と、これら入射孔及び出射孔の周囲の管部材に基端部が取り付けられて、入射孔、出射孔の中心軸線をそれぞれ囲む入射管及び出射管と、これら入射管、出射管の先端に設けられた管側フランジに取り付けられてそれぞれ閉塞する閉塞用フランジと、を有することを特徴とする。

また、本発明では、前記閉塞用フランジは、前記測定対象となる配管と前記管部材とを連結する連結用フランジより前記配管の半径方向外方の位置に設けられるとともに、前記管部材の入射孔、出射孔と軸線を共通にして設けられた光学窓をさらに有することを特徴とする。

以上のように構成されたガス測定用配管を用いることで、例えば、入射管、出射管の先端を閉塞する閉塞用フランジに、入射孔及び出射孔と軸線を共通にするレーザ光照射用の光学窓を事前に（実プラントでない他の専用の加工工場などで）設けることができる。そして、この光学窓を設けたガス測定用配管を、実プラントにおける配管途中に設置する、例えば、既に設置されている配管を、本発明のガス測定用配管に付け替えるようにすれば、実プラントがある現場で、光学窓を加工して設置するなどの精度が要求される面倒な作業を行なうことなく、実プラントの配管途中に容易かつ高精度に分光計測を行うための光学窓を有するガス測定用配管を設置することが可能となる。

また、本発明では、前記閉塞用フランジの光学窓がそれぞれ一つ設けられることを特徴とする。

また、本発明では、前記閉塞用フランジの光学窓がそれぞれスリット状に設けられることを特徴とする。

また、本発明では、前記閉塞用フランジの光学窓がそれぞれ所定方向に並べて複数個設けられることを特徴とする。

そして、上記のように構成されたガス測定用配管では、測定の状態に対応して、閉塞用フランジの光学窓をそれぞれ一つ設ける、又は閉塞用フランジの光学窓をそれぞれスリット状に設ける、又は閉塞用フランジの光学窓をそれぞれ所定方向に並べて複数個設ける等により、管部材を通過する被測定ガスの濃度分布を計測することが可能となり、どの測定点の濃度に異常があるかを知ることができる。

また、本発明では、前記管部材の少なくとも一方の端部には、ベローズ配管を設けることを特徴とする。

そして、上記のように構成されたガス測定用配管では、管部材の少なくとも一方の端部にベローズ配管を設けた場合には、プラントの実配管の振動が該ベローズ配管に吸収されて、管部材に伝達されず、その結果、該管部材でのレーザ光を用いた被測定ガスの濃度測定を正確に行うことができる。

また、本発明のガス測定用配管の製造方法では、管部材を横断する方向へ加工用レーザ光を照射して該管部材の管壁を貫通する入射孔、出射孔を形成する工程、前記管部材とレーザ光の照射方向とを相対的に移動しながら前記入射光、出射光を拡大する工程、前記管部材表面の前記入射孔、出射孔の中心軸線を囲む位置にそれぞれ入射管、出射管を取り付ける工程と、前記入射孔、出射孔の中心軸線と軸線を共通にする光学窓を備えた閉塞用フランジで、前記入射管、出射管の端部を塞ぐ工程と、を有し、前記管部材は、測定対象となる配管の途中に連結用フランジによって同軸上に連結されており、前記閉塞用フランジは、前記連結用フランジより前記配管の半径方向外方の位置に設けられたことを特徴とする。

以上のようにガス測定用配管の製造方法を採用することで、例えば、入射管、出射管の先端を閉塞する閉塞用フランジに、入射孔及び出射孔と軸線を共通にするレーザ光照射用の光学窓を事前に（実プラントでない他の専用の加工工場などで）設けることができる。そして、この光学窓を設けたガス測定用配管を、実プラントにおける配管途中に設置する、例えば、既に設置されている配管を、本発明のガス測定用配管に付け替えるようにすれば、実プラントがある現場で、光学窓を加工して設置するなどの精度が要求される面倒な作業を行なうことなく、実プラントの配管途中に容易かつ高精度に分光計測を行うための光学窓を有するガス測定用配管を設置することができる。

また、本発明のガス測定用配管の製造方法では、前記加工用レーザ光により入射孔、出射孔を形成する前に、前記加工用レーザ光と光軸を同じくする低出力の測定レーザ光で加工位置を決定する工程を有することを特徴とする。

そして、このようなガス測定用配管の製造方法を採用することで、管部材表面における入射孔、出射孔の形成、さらにはこれら入射孔、出射孔の中心軸線を囲む位置への入射管、出射管の取り付けを正確に行うことができる。

本発明は、測定対象となる実配管の所定箇所に配置される管部材に、該管部材を横断する方向に貫通する入射孔及び出射孔と、これら入射孔及び出射孔の周囲の管部材に基端部が取り付けられて、入射孔、出射孔の中心軸線をそれぞれ囲む入射管及び出射管と、これら入射管、出射管の先端を閉塞するフランジと、を有してなるガス測定用配管である。
そして、このようなガス測定用配管を用いることで、例えば、入射管、出射管の先端を閉塞するフランジに、入射孔及び出射孔と軸線を共通にするレーザ光照射用の光学窓を事前に（実プラントでない他の専用の加工工場などで）設けることができる。そして、この光学窓を設けたガス測定用配管を、実プラントにおける配管途中に設置する、例えば、既に設置されている配管を、本発明のガス測定用配管に付け替えるようにすれば、実プラントがある現場で、光学窓を加工して設置するなどの精度が要求される面倒な作業を行なうことなく、実プラントの配管途中に容易かつ高精度に分光計測を行うための光学窓を有するガス測定用配管を設置することが可能となる。

また、測定の状態に対応して、レーザ光を照射するための光学窓をスリット状に１つ設け、かつ該スリット状の光学窓にレーザ光の発光素子又は受光素子を一定間隔で配置する、又は光学窓をマトリックス状に複数設け、かつ該マトリックス状の光学窓にレーザ光の発光素子又は受光素子を配置する等により、管部材を通過する被測定ガスの濃度分布を計測することが可能となり、どの測定点の濃度に異常があるかを知ることができる。
前記管部材の少なくとも一方の端部にベローズ配管を設けた場合には、プラントの実配管の振動が該ベローズ配管に吸収されて、管部材に伝達されず、その結果、該管部材でのレーザ光を用いた被測定ガスの濃度測定を正確に行うことができる。

本発明の第１実施形態に係るガス測定用配管がプラントの実配管に設置された状態を示す概略構成図であって、（Ａ）は全体図、（Ｂ）はフランジの平面図である。 （Ａ）は図１のガス測定用配管を示す斜視図、（Ｂ）はガス測定用配管の穴加工の工程を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るガス測定用配管がプラントの実配管に設置された状態を示す概略構成図であって、（Ａ）は全体図、（Ｂ）はフランジの平面図である。 図３のガス測定用配管を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係るガス測定用配管がプラントの実配管に設置された状態を示す概略構成図であって、（Ａ）は全体図、（Ｂ）はフランジの平面図である。 図５のガス測定用配管を示す斜視図である。 第３実施形態の他の形態を示す図であって、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ線で切断した断面図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１及び図２（Ａ）（Ｂ）を参照して説明する。
これらの図において符号１で示すものは、プラントに設置されている実配管であって、この実配管１の途中にあるガス検査用機器の設置区間Ｍは、実配管１が取り除かれている。
そして、この実配管１が取り除かれたガス検査用機器の設置区間Ｍには、本発明の第１実施形態に係るガス測定用配管１０が取り付けられている。すなわち、実配管１におけるガス検査用機器の設置区間Ｍは、本発明の第１実施形態に係るガス測定用配管１０に置き換えられている。

ガス測定用配管１０は、測定対象となる実配管１の所定箇所の設置区間Ｍに配置される管部材１１と、管部材１１を横断する方向に貫通する入射孔１２及び出射孔１３と、入射孔１２及び出射孔１３にそれぞれ固定された入射管１４及び出射管１５と、これら入射管１４及び出射管１５の先端のフランジ継手１４Ａ・１５Ａをそれぞれ閉塞するフランジ１６と、から構成されている。
管部材１１は、実配管１の径に合わせた大きさに設定されており、その両端部には実配管１に接続するためのフランジ継手１１Ａが設けられている。
入射管１４及び出射管１５は、同径の配管が使用されたものであって、入射孔１２及び出射孔１３の周囲の管部材１１に、基端部１４Ｂ・１５Ｂが取り付けられ、かつこれら入射孔１２及び出射孔１３の中心軸線Ｃ１を軸心としかつ該中心軸線Ｃ１を囲むようにそれぞれ配置されている。
なお、この入射孔１２及び出射孔１３は、その中心軸線Ｃ１が管部材１１の中心軸線Ｃ２に対して直交する位置関係に配置されている。

また、フランジ１６の中央部にはガラス窓を設置するための丸形状の光学窓１７が形成されている。この光学窓１７は、入射孔１２及び出射孔１３の中心軸線Ｃ１に一致した軸線を有するように形成されており、フランジ１６の光学窓１７に面する箇所に、半導体レーザ装置５０（図２（Ａ）参照）が配置されている。
この半導体レーザ装置５０は、管部材１１内を通過する被測定ガス成分を測定するためのレーザ光を照射するものであって、入射管１４側のフランジ１６にレーザ光の発光素子５１が設置され、かつ出射管１５側のフランジ１６にレーザ光の受光素子５２が設置されている。

また、管部材１１のフランジ継手１１Ａと実配管１のフランジ継手１Ａとの間には、フランジ継手２０Ａを介してフレキシブル管であるベローズ配管２０が取り付けられている。このベローズ配管２０は、管部材１１と実配管１とを連結する際の寸法誤差の吸収及び熱収縮の影響の緩和、さらには管部材１１を介して実プラント起因の振動伝達を緩和させる役割がある。なお、このベローズ配管２０は、管部材１１の両側ではなく、いずれか一方に配置しても良い。

そして、以上のように構成されたガス測定用配管１０は、矢印Ｇで示すように実配管１から管部材１１に入った被測定ガス中の成分濃度が、入射管１４及び出射管１５を介してフランジ１６の光学窓１７に取り付けられた半導体レーザ装置５０によって測定される。

ここで、上記で作成したガス測定用配管１０では、半導体レーザ吸収法を用いた半導体レーザ装置５０により、例えば管部材１１を流れる被測定ガス中のアンモニア（ＮＨ３）の空間分布を計測する。
現状の脱硝触媒では、ＮＨ３を添加しているが、脱硝触媒が劣化すると添加したＮＨ３がそのまま後段に流れてくるので、ＨＮ３の濃度を計測することで脱硝触媒の寿命の評価が可能となる。さらに、触媒直後のＮＨ３の濃度を計測することで、触媒を交換すべきか否かの指針を得ることができる。

半導体レーザ吸収法では、ＮＨ３分子の振動回転線を計測することになるが、ＮＨ３の振動回準位はボルツマン分布をしており、温度による信号強度を補正するために、最低２本の振動回転線を計測する必要がある。この為には、半導体レーザに印加する電流値を周期的に変調し、レーザ光波長を変更する。ＮＨ３の吸収がない波長の場合は、リファレンス光Ｉ０として使用することができる。このようにして、ＮＨ３の濃度変化の経時変化を求めることができる。

また、上記例では、フランジ１６の光学窓１７に直接、半導体レーザ装置５０の本体を含め取り付けているが、これに限定されず、レーザ光の発光素子５１及び受光素子５２のみを取り付け、光ファイバを介して半導体レーザ装置５０本体は計測場から離れた位置に設置することも可能である。実プラントの環境は通常レーザ装置にとって好ましい状態ではないので、レーザを設置する場所と実プラントでの計測場所は離れた位置にあることが好ましい。光ファイバを使用することで、レーザ装置本体には実プラントの振動の影響を受け難くすることができるので、安定した計測が可能となる。また、光ファイバを介して半導体レーザ装置５０本体を、レーザ光の発光素子５１及び受光素子５２から隔離した状態に配置する場合には、レーザ装置本体への実プラントの振動の影響が軽減されることから、上述したベローズ配管２０の設置を省略することもできる。

以上のような構成のガス測定用配管１０を組み立てる手順について工程毎に説明する。

（工程１）
まず、実プラントでない他の専用の加工工場などにおいて、図２（Ｂ）に示すように、加工用レーザ光装置１００のステージＳ上に被加工物となる管部材１１を設置した上で、管部材１１を軸線Ｃ２に対して直交するように横断する方向（図２に矢印（イ）‐（ロ）方向で示す）へ加工用レーザ光（符号Ｌ１で示す）を照射して、対向する管部材１１の管壁を貫通する入射孔１２、出射孔１３を形成する。
具体的には、光軸調整用のＨｅ−Ｎｅレーザ光（符号Ｌ２で示す）と、加工用のレーザＬ１（たとえば、ＣＯレーザ、ＣＯ２レーザ等）の中心軸を同一光軸（本例の場合は、入射孔１２及び出射孔１３の中心軸線Ｃ１となる光軸）とするように、レーザ光Ｌ１、Ｌ２のレーザ光発振器１０１・１０２を調整した上で、加工対象の管部材１１をステージＳ上に固定する。ステージＳは、上下方向、左右方向（ｘ−ｙ−ｚ方向）、及び回転（ｒ方向）が可能なものとし、加工用レーザＬ１によって、管部材１１に穴あけ作業を行なう。穴径が十分でない場合には、穴を拡げる加工を行うが、これにはステージを適切に動作させて行うようにする。なお、このようなレーザＬ１による穴開け加工は、既知の加工技術が全て使用可能である。

（工程２）
加工用レーザ光装置１００のステージＳを操作することにより、加工用レーザ光装置１００におけるレーザ光Ｌ１、Ｌ２の照射方向を管部材１１に対して相対的に移動させながら、入射孔１２、出射孔１３を拡大させる穴開け加工を行う。

（工程３）
管部材１１表面の入射孔１２、出射孔１３の中心軸線Ｃ１を囲む位置に、それぞれ入射管１４、出射管１５を溶接により取り付ける。ここで、入射管１４及び出射管１５は、入射孔１２及び出射孔１３の中心軸線Ｃ１を軸心としかつ該中心軸線Ｃ１を囲むように一直線となるように配置する。
このとき、入射管１４、出射管１５が管部材１１に対して傾くとレーザ光Ｌ１を照射する場合の障害となるので、光軸調整用のＨｅ−ＮｅレーザＬ２を補助的に照射しつつ、入射管１４、出射管１５を取り付ける。

（工程４）
入射孔１２、出射孔１３の中心軸線Ｃ１と軸線を共通にする光学窓１７を備えたフランジ１６の周縁部を溶接して、入射管１４及び出射管１５の端部を塞ぐ。
また、フランジ１６の光学窓１７は、前述した加工用レーザ光装置１００のステージＳ上に被加工物となるフランジ１６を設置した上で、フランジ１６を加工用レーザ光Ｌ１と直交する方向（つまり、フランジ１６の面方向）に移動させることにより、該フランジ１６を貫通する光学窓１７を形成する。
穴開け作業が終了した後、フランジ１６を溶接するが、この際にフランジ１６が管部材１１に対して傾くとレーザ光を照射する場合の障害となるので、光軸調整用のＨｅ−ＮｅレーザＬ２を適宜照射しつつ、フランジ１６を取り付ける。以上のような工程により、ガス測定用配管１０を組み立てる。
そして、以上のように製造した光学窓１７を有するガス測定用配管１０は、実プラントにおける実配管１途中（設置区間Ｍ）に配置する、例えば、既に設置されている実配管１中の配管の一部に付け替えるようにし、これによって、現場において加工用レーザ光Ｌ１による光学窓を設けるための面倒な加工工事を必要とせず、実プラントの実配管１中に、高精度に分光計測を行うための光学窓１７を設置することができる。

以上詳細に説明したように本発明の第１実施形態は、測定対象となる実配管１の所定箇所に配置される管部材１１に、該管部材１１を横断する方向に貫通する入射孔１２及び出射孔１３と、これら入射孔１２及び出射孔１３の周囲の管部材１１に基端部１４Ｂ・１５Ｂが取り付けられて、入射孔１２、出射孔１３の中心軸線Ｃ１をそれぞれ囲む入射管１４及び出射管１５と、これら入射管１４、出射管１５の先端を閉塞するフランジ１６と、を有してなるガス測定用配管１０を示すものである。
そして、このようなガス測定用配管１０を用いることで、例えば、入射管１４、出射管１５の先端を閉塞するフランジ１６に、入射孔１２及び出射孔１３と軸線を共通にするレーザ光照射用の光学窓１７を事前に（実プラントでない他の専用の加工工場などで）設けることができる。そして、この光学窓１７を設けたガス測定用配管１０を、実プラントにおける実配管１途中に設置する、例えば、既に設置されている実配管１を、ガス測定用配管１０に付け替えるようにすれば、実プラントがある現場で、光学窓１７を加工して設置するなどの精度が要求される面倒な作業を行なうことなく、実プラントの実配管１途中に容易かつ高精度に分光計測を行うための光学窓１７を設けたガス測定用配管１０を設置することが可能となる。

また、管部材１１の少なくとも一方の端部にベローズ配管２０を設けた場合には、プラントの実配管１の振動が該ベローズ配管２０に吸収されて、管部材１１に伝達されず、その結果、寸法誤差の吸収、熱収縮の影響の緩和、実プラント起因の振動の緩和が期待でき、該管部材１１でのレーザ光を用いた被測定ガスの濃度測定を正確に行うことができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、図３及び図４について参照して説明する。
図３のガス測定用配管１０が、図１及び図２のガス測定用配管１０と異なるのは、フランジ１６に形成された光学窓３０の形状である。
すなわち、第１実施形態では、フランジ１６に、入射孔１２及び出射孔１３の中心軸線Ｃ１に一致する光学窓１７を設けたが、本例では、中心軸線Ｃ１が中心部を通過しかつ該中心軸線Ｃ１に対して直交するＸ方向にスリット状の光学窓３０を設けている。
この光学窓３０は細長のスリットを有し、そのスリット内の長さ方向に沿うように、半導体レーザ装置５０のレーザ発光素子５１又は受光素子５２が一定間隔で配置されている。また、このスリット状の光学窓３０は、レーザ光の発光側又は受光側との間に位置する管部材１１を介して、互いに対向する位置関係に設けられているものであって、レーザ光の発光側又は受光側で同一の形状及び配置とされている。
このような光学窓３０には、スリットの長さ方向に沿うように複数個のレーザ発光素子５１又は受光素子５２が一定間隔で配置されることにより、実配管１内の半径方向に沿う被測定ガスの濃度分布を計測することが可能となる。

なお、本実施形態では、上記で作成したガス測定用配管１０により、半導体レーザ吸収法を用いた半導体レーザ装置５０により、例えば管部材１１を流れる被測定ガス中のアンモニア（ＮＨ３）の状態を計測することができるが、このとき、実配管１中の半径方向に沿うアンモニアの空間分布を計測することで、どの部分の触媒を交換すべきかの指針を得ることができる。
このような目的でＮＨ３濃度の空間分布を計測する場合、第１実施形態に示されるようなスポット状の光学窓１７より、本実施形態２に示されるスリット状の光学窓３０を備えたガス測定用配管１０を使用することが好ましい。

以上詳細に説明したように本発明の第２実施形態は、上記構成のガス測定用配管１０を、実配管１の途中に介在させることで、例えば、入射管１４、出射管１５の先端を閉塞するフランジ１６に、スリット状に形成されたレーザ光照射用の光学窓３０を事前に（実プラントでない他の専用の加工工場などで）設けることができる。
そして、この光学窓３０を設けたガス測定用配管１０を、実プラントにおける実配管１途中に設置する、例えば、既に設置されている実配管１を、ガス測定用配管１０に付け替えるようにすれば、実プラントがある現場で、光学窓３０を加工して設置するなどの精度が要求される面倒な作業を行なうことなく、実プラントの実配管１途中に容易かつ高精度に分光計測を行うための光学窓３０を設けたガス測定用配管１０を設置することが可能となる。
また、スリット状の光学窓３０には、該スリットの長さ方向に沿うように複数個のレーザ発光素子５１又は受光素子５２が一定間隔で配置されることにより、実配管１内の半径方向に沿う被測定ガスの濃度分布を計測することが可能となり、ＮＨ３の空間分布が正確に計測でき、どの部分の脱硝触媒が寿命であるかを高精度に評価することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について、図５〜図７について参照して説明する。
図５のガス測定用配管１０が、図１〜図４のガス測定用配管１０と異なるのは、フランジ１６に形成された光学窓４０の形状である。
すなわち、第１実施形態では、フランジ１６に入射孔１２及び出射孔１３の中心軸線Ｃ１に一致する光学窓１７を設け、第２実施形態ではスリット状の光学窓３０を設けたが、本例では、図５及び図６に示すように、フランジ１６にＸ方向に沿うように複数の円形の光学窓４０を設けている。
これら光学窓４０は、レーザ光の発光側又は受光側との間に位置する管部材１１を介して、互いに対向する位置関係に設けられているものであって、レーザ光の発光側又は受光側で同一の配置とされている。
また、これら円形の光学窓４０は、入射孔１２及び出射孔１３の中心軸線Ｃ１に沿いかつ一致する又は平行となる軸心の開口を有している。

また、これら光学窓４０はＸ方向に一定の間隔をおいて配置されており、出射側に半導体レーザ装置５０のレーザ発光素子５１が配置され、入射側に該半導体レーザ装置５０のレーザ受光素子５２が配置されている。
そして、これら光学窓４０はＸ方向に一定の間隔をおいて配置されているので、第２実施形態で示すスリット状の光学窓３０のように、半導体レーザ装置５０のレーザ発光素子５１又はレーザ受光素子５２の設置間隔を逐一設定する必要がなく、各光学窓４０にレーザ発光素子５１又はレーザ受光素子５２を取り付けさえすれば良く、素子間隔が設定されることから、素子取り付け時の作業性を向上させることができる。

そして、以上のように構成された光学窓４０では、第２実施形態と同様に、出射側又は入射側のそれぞれに、複数個のレーザ発光素子５１又は受光素子５２がＸ方向に一定間隔で配置されることにより、実配管１内の半径方向に沿う被測定ガスの濃度分布を計測することが可能となる。

なお、第３実施形態では、フランジ１７にＸ方向に複数の光学窓４０を一定間隔で配置したが、図７に示すようにこの光学窓４０はフランジ１７にＸ−Ｙ方向となるようにマトリックス状に配置しても良い。そして、このようなマトリックス状に配置した光学窓４０によって、例えば、管部材１１を流れる被測定ガス中のアンモニア（ＮＨ３）の状態を、管部材１１の広い領域で計測することができる。その結果、実配管１内のＸ−Ｙ方向に沿う被測定ガス濃度分布を計測することが可能となる。例えば、実配管１内におけるＮＨ３のＸ−Ｙ方向に沿う空間分布を正確に計測でき、どの部分の脱硝触媒が寿命であるかを高精度に評価することができる。

また、第３実施形態では、フランジ１７にマトリックス状の光学窓４０を設置したが、図７に示すようにこのような光学窓４０を有する入射管１４及び出射管１５を一方向（中心軸線Ｃ１に沿う方向）だけではなく、該入射管１４及び出射管１５の中心軸線Ｃ１と、管部材１１の中心軸線Ｃ２との双方に対して共に直交する他方向（図７にＣ３で示す）に設け、他方向側の入射管１４及び出射管１５末端のフランジ１７にも、同様にマトリックス状の光学窓４０を形成しても良い。
そして、このような中心軸線Ｃ１がある側及び中心軸線Ｃ３がある側の双方に、マトリックス状の光学窓４０を配置し、実配管１１の両側からレーザ光を照射すれば、実配管１内の被測定ガスの濃度分布を極めて高い精度で計測することが可能となり、被測定ガスがＮＨ３である場合に、どの部分の脱硝触媒が寿命であるかを高精度に評価することができる。
なお、上記各実施形態では、入射管、出射管として円形の横断面の管を用いる例を説明したが、例えば光学窓の形状や配列に応じて長方形、正方形等の横断面の管を用い、さらに、この管の形状に対応した形状のフランジを用いるようにしても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明は、建設された実プラントにおいて容易かつ高精度に分光計測を行うことを可能とするガス測定用配管及びガス測定用配管の製造方法に関する。

１ 実配管
１０ ガス測定用配管
１１ 管部材
１２ 入射孔
１３ 出射孔
１４ 入射管
１４Ｂ 基端部
１５ 出射管
１５Ｂ 基端部
１６ フランジ
１７ 光学窓
２０ ベローズ配管
３０ 光学窓
４０ 光学窓
５０ 半導体レーザ装置
Ｃ１ 中心軸線
Ｃ２ 中心軸線
Ｍ 設置区間

Claims (7)

1. 測定対象となる配管の所定箇所に配置される管部材と、
   この管部材を横断する方向に貫通する入射孔及び出射孔と、
   これら入射孔及び出射孔の周囲の管部材に基端部が取り付けられて、入射孔、出射孔の中心軸線をそれぞれ囲む入射管及び出射管と、
   これら入射管、出射管の先端に設けられた管側フランジに取り付けられてそれぞれ閉塞する閉塞用フランジと、を有し、
   前記閉塞用フランジには、前記管部材の入射孔、出射孔と軸線を共通にして設けられた光学窓をさらに有し、
   前記閉塞用フランジは、前記測定対象となる配管と前記管部材とを連結する連結用フランジより前記配管の半径方向外方の位置に設けられた
   ことを特徴とするガス測定用配管。
2. 前記閉塞用フランジの光学窓はそれぞれ一つ設けられることを特徴とする請求項１に記載のガス測定用配管。
3. 前記閉塞用フランジの光学窓はそれぞれスリット状に設けられることを特徴とする請求項１に記載のガス測定用配管。
4. 前記閉塞用フランジの光学窓は、それぞれ所定方向に並べて複数個設けられることを特徴とする請求項１に記載のガス測定用配管。
5. 前記管部材の少なくとも一方の端部には、ベローズ配管が設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のガス測定用配管。
6. 管部材を横断する方向へ加工用レーザ光を照射して該管部材の管壁を貫通する入射孔、出射孔を形成する工程、
   前記管部材とレーザ光の照射方向とを相対的に移動しながら前記入射光、出射光を拡大する工程、
   前記管部材表面の前記入射孔、出射孔の中心軸線を囲む位置にそれぞれ先端に管側フランジを有する入射管、出射管を取り付ける工程と、
   前記入射孔、出射孔の中心軸線と軸線を共通にする光学窓を備えた閉塞用フランジを前記管側フランジに取り付けて前記入射管、出射管の端部を塞ぐ工程と、を有し、
   前記管部材は、測定対象となる配管の途中に連結用フランジによって同軸上に連結されており、
   前記閉塞用フランジは、前記連結用フランジより前記配管の半径方向外方の位置に設けられたことを特徴とするガス測定用配管の製造方法。
7. 前記加工用レーザ光により入射孔、出射孔を形成する前に、前記加工用レーザ光と光軸を同じくする低出力の測定レーザ光で加工位置を決定する工程を有することを特徴とする請求項６に記載のガス測定用配管の製造方法。

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