JP2021032597A - ガス分析計 - Google Patents

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Abstract

【課題】測定セル内の測定ガスの温度に対する雰囲気温度の変化の影響を緩和することができ、もって測定精度を向上することができるガス分析計を提供する。【解決手段】ガス分析計１は、測定セル２内に導入された測定ガスＧに光Ｌを照射するとともに測定ガスＧを通過した光Ｌを受光することにより測定ガスＧ中の所定成分を測定するガス分析計１であって、測定セル２を構成する内管３と内管３を囲繞する外管４とで構成されるとともに、内管３と外管４との間を通して内管３内に測定ガスＧが導入される二重管５を有する。【選択図】図２

Description

本開示は、ガス分析計に関する。
測定セル内に導入された測定ガスに光を照射するとともに測定ガスを通過した光を受光することにより測定ガス中の所定成分を測定するガス分析計が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなガス分析計は、測定セルを構成する管を貫通する測定ガス入口に配管を接続し、当該配管を通じて測定ガスを測定セル内に導入するように構成される場合がある。
特開２０１０−２３６８７７号公報
しかし、上記のような構成とした場合、雰囲気温度が変化した場合に、その影響で測定セル内の測定ガスの温度が変化し、その結果、測定ガス中の所定成分の測定精度に影響が生じる虞がある。
本開示の目的は、測定セル内の測定ガスの温度に対する雰囲気温度の変化の影響を緩和することができ、もって測定精度を向上することができるガス分析計を提供することにある。
幾つかの実施形態に係るガス分析計は、測定セル内に導入された測定ガスに光を照射するとともに測定ガスを通過した光を受光することにより測定ガス中の所定成分を測定するガス分析計であって、測定セルを構成する内管と内管を囲繞する外管とで構成されるとともに、内管と外管との間を通して内管内に測定ガスが導入される二重管を有する。このような構成によれば、内管と外管との間の空間を、内管内に測定ガスを導入するための流路として用いるだけでなく、断熱層として活用することもできる。したがって、測定セル内の測定ガスの温度に対する雰囲気温度の変化の影響を緩和することができ、もって測定精度を向上することができる。
一実施形態において、ガス分析計は、上記構成において、二重管の温度を調節する温度調節器を有してもよい。このような構成によれば、内管内に導入される前から測定ガスの温度を効率的に調節することができるので、内管内の測定ガスの温度をより均一にすることができ、もって、測定精度をより向上することができる。
一実施形態において、ガス分析計は、上記構成において、温度調節器が、外管の外周面に配置された加熱部材を有してもよい。このような構成によれば、内管内に導入される前から測定ガスの温度をより効率的に調節することができる。
一実施形態において、ガス分析計は、上記構成において、加熱部材が外管の外周面にコイル状に巻き付けられていてもよい。このような構成によれば、内管内に導入される前から測定ガスの温度をより一層、効率的に調節することができる。
一実施形態において、ガス分析計は、上記構成において、外管を囲繞する断熱部材を有してもよい。このような構成によれば、測定セル内の測定ガスの温度に対する雰囲気温度の変化の影響をより緩和することができる。
一実施形態において、ガス分析計は、上記構成において、測定セルが、光を反射する反射体を備えるとともに二重管の軸方向一端部に位置する端部材を有してもよい。このような構成によれば、簡単な構成によってガス分析計の小型化を可能にすることができる。
一実施形態において、ガス分析計は、上記構成において、端部材が、内管と外管との間から測定ガスを反射体の裏側に流入させる流入口と、反射体の裏側から測定ガスを内管内に流出させる流出口と、反射体の裏側に配置された温度センサとを有してもよい。このような構成によれば、温度センサにより、光の進路を妨げることなく測定セル近傍で測定ガスの温度を直接測定し、測定ガス中の所定成分の測定に用いることができる。また、流入口だけでなく流出口も設けたことにより、端部材内での測定ガスの滞留を抑制することができるので、測定セル内での測定ガス中の所定成分の分布をより均一にすることができる。したがって、測定精度をより向上することができる。
一実施形態において、ガス分析計は、上記構成において、温度調節器が、反射体の裏側に配置された温度センサによる測定値に基づいて二重管の温度を調節するように構成されてもよい。このような構成によれば、二重管の温度を調節することにより、測定セル内の測定ガスの温度を精度良く調節することができる。
一実施形態において、ガス分析計は、上記構成において、二重管の軸方向一端部が、内管と外管との間から内管内に測定ガスを導入する導入口を形成してもよい。このような構成によれば、導入口からスムーズに測定ガスを内管内に導入することができるので、測定セル内での測定ガスの温度分布をより均一にすることができ、もって測定精度をより向上することができる。
一実施形態において、ガス分析計は、上記構成において、波長可変ダイオードレーザ吸収分光法を用いたレーザガス分析計であってもよい。このような構成によれば、波長可変ダイオードレーザ吸収分光法による高精度な測定を可能にすることができる。
本開示によれば、測定セル内の測定ガスの温度に対する雰囲気温度の変化の影響を緩和することができ、もって測定精度を向上することができるガス分析計を提供することができる。
一実施形態に係るガス分析計を示す平面図である。 図１に示すガス分析計の一部を示す断面図である。
以下、図面を参照して、本開示に係る実施形態について詳細に例示説明する。
図１〜図２に示すように、本実施形態に係るガス分析計１は、例えば波長可変ダイオードレーザ吸収分光法（TDLAS：Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）を用いて、測定セル２内に導入された測定ガスＧに光Ｌを照射するとともに測定ガスＧを通過した光Ｌを受光することにより、測定ガスＧ中の所定成分を測定するように構成されている。
ガス分析計１は、測定セル２を構成する内管３と内管３を囲繞する外管４とで構成されるとともに、内管３と外管４との間を通して内管３内に測定ガスＧが導入される二重管５を有している。内管３と外管４とはそれぞれ、例えば円筒状である。内管３と外管４とは、同心状に配置されている。すなわち、内管３と外管４とは共通の中心軸線Ｏを有している。なお、内管３と外管４とは偏心状に配置されてもよい。
また、測定セル２は、光Ｌを反射する反射体６を備えるとともに二重管５の軸方向一端部５ａに位置する端部材７を有している。反射体６はリトロリフレクタであるが、これに限らない。なお、本実施形態において二重管５の軸方向（以下、単に軸方向ともいう）とは、中心軸線Ｏに沿う方向を意味している。また、本実施形態においては、二重管５の軸方向他端部５ｂに対して二重管５の軸方向一端部５ａが位置する側を軸方向一端側（つまり、図２における左側）といい、その反対側を軸方向他端側という。
二重管５の軸方向他端部５ｂにおいては、内管３に内管フランジ８が例えば溶接によって連結され、外管４に外管フランジ９が例えば溶接によって連結されている。外管フランジ９は内管フランジ８に連結具１０で連結されている。なお、連結具１０はボルトであるが、これに限らず、ボルト以外の締結具であってもよいし、締結具以外の連結具であってもよい。また、例えば溶接など、連結具１０以外の手段で連結してもよい。しかし、締結具としての連結具１０を着脱することにより、内管３に対して外管４を着脱できる構成とすることが好ましい。このような構成によれば、塵や結露等で汚れた内管３と外管４との間の流路を容易にメンテナンスすることができる。
内管フランジ８には、測定セル２に向けて測定ガスＧを通過させる供給プラグ１１と、測定セル２から排出された測定ガスＧを通過させる排出プラグ１２とが取付られている。また、供給プラグ１１から内管３と外管４との間まで測定ガスＧを流す供給路１３が、内管フランジ８に設けられた中空部と外管フランジ９に設けられた中心軸線Ｏを中心とする環状溝とによって形成されている。また、内管３と外管４との間から排出プラグ１２まで測定ガスＧを流す排出路１４が、内管フランジ８に設けられた中空部によって形成されている。なお、内管３と外管４との間に測定ガスＧを供給するための供給経路と、内管３と外管４との間から測定ガスＧを排出するための排出経路とは、上記構成に限らず、適宜設計可能である。
測定セル２の軸方向他端側の端部は、内管フランジ８に取付けられた窓１５によって構成されている。窓１５は、光Ｌを透過させるが測定ガスＧを透過させない材料で形成されている。また、窓１５は、内管フランジ８に例えば連結具によって連結される枠部材１６により、内管フランジ８の軸方向他端側の端面に連結されている。なお、測定セル２の軸方向他端側の端部の構成はこれに限らず、適宜設計可能である。上述したように測定セル２は、本実施形態では内管３、端部材７（より具体的には反射体６、後述する枠体２６及び後述する中部材２５）、内管フランジ８及び窓１５で構成されている。なお、測定セル２等を構成する部材間には適宜、例えばＯリング等のシール材が配置されているが、図示を省略している。
ガス分析計１は、光Ｌを出射する発光部１７と光Ｌを受光する受光部１８とを備える分析計本体１９を有している。例えば、分析計本体１９は、発光部１７で出射した光Ｌと受光部１８で受光した光Ｌとの特定の波長成分の強度差、つまり吸光度と、光Ｌの測定セル２内の光路長と、測定セル２内の測定ガスＧの温度等に基づき、測定ガスＧ中の所定成分の例えば濃度を測定することができる。所定成分としては、例えば、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、ＣnＨm、ＮＨ3、Ｏ2などが挙げられる。分析計本体１９の軸方向一端側の端部は、内管フランジ８に例えば連結具により連結されている。
図２中に白抜き矢印で示すように、発光部１７から出射された光Ｌは、窓１５を透過して、測定セル２内を軸方向他端側から軸方向一端側に進行し、反射体６で反射されて、測定セル２内を軸方向一端側から軸方向他端側に進行し、窓１５を透過して、受光部１８で受光される。
なお、ガス分析計１は、上記のように反射体６を有するものに限らず、例えば、発光部１７と受光部１８とが測定セル２を軸方向に挟むように配置される構成であってもよい。
測定ガスＧ中の所定成分の例えば濃度を精度良く測定するためには、測定セル２の近傍で測定ガスＧの温度を直接測定することが好ましい。このため、本実施形態では、温度センサ２０を反射体６の裏側に配置するとともに、端部材７に、内管３と外管４との間から測定ガスＧを反射体６の裏側に流入させる流入口２１と、反射体６の裏側から測定ガスＧを内管３内に流出させる流出口２２とを設けている。温度センサ２０は例えば測温抵抗体又は熱電対で構成することができる。
端部材７は、外管４の軸方向一端側の端部に例えば溶接によって連結された外部材２３と、外部材２３に連結具２４によって連結された中部材２５と、中部材２５に例えば嵌合によって連結された枠体２６と、中部材２５に連結具２７によって連結された内部材２８とを有している。なお、端部材７は、このような部材構成のものに限らない。
外部材２３は、外筒２３ａと、外筒２３ａの軸方向一端側の端部から径方向外側に延びる外フランジ２３ｂとを有している。中部材２５は、中筒２５ａと、中筒２５ａの軸方向一端側の端部から径方向外側に延びる中フランジ２５ｂとを有している。内部材２８は、内筒２８ａと、内筒２８ａの軸方向一端側の端部から径方向外側に延びる内フランジ２８ｂと、内筒２８ａの軸方向他端側の端部から径方向内側に延びる端部壁２８ｃとを有している。外筒２３ａの内周面に中筒２５ａの外周面が接し、中筒２５ａの内周面に内筒２８ａの外周面が接している。外フランジ２３ｂと中フランジ２５ｂとが連結具２４によって連結され、中フランジ２５ｂと内フランジ２８ｂとが連結具２７によって連結されている。なお、連結具２４、２７はそれぞれボルトであるが、これに限らず、ボルト以外の締結具であってもよいし、締結具以外の連結具であってもよい。また、例えば溶接など、連結具２４、２７以外の手段で連結してもよい。しかし、締結具としての連結具２４を着脱することにより、中部材２５、内部材２８、枠体２６、反射体６及び温度センサ２０で構成されるユニットを外部材２３に対して着脱できる構成とすることが好ましい。このような構成によれば、測定の妨げとなる反射体６に付着し堆積した塵等を除去するメンテナンスを容易に行うことができる。
枠体２６は、反射体６に連結し、反射体６を保持している。枠体２６の外周面に軸方向に亘って設けられた切欠き部２１ａと、中筒２５ａの軸方向他端側の端部に設けられた切欠き部２１ｂとにより、流入口２１が形成されている。また、枠体２６の軸方向一端側の端部に設けられた切欠き部２２ａにより、流出口２２が形成されている。なお、流入口２１及び流出口２２の構成はこれに限らない。温度センサ２０は、端部壁２８ｃを貫通する取付口２８ｄに取付られている。なお、温度センサ２０の配置はこれに限らない。例えば、外筒２３ａと中筒２５ａとを貫通する孔部を設け、当該孔部に温度センサ２０を配置してもよい。しかし、この場合には、中部材２５、内部材２８、枠体２６及び反射体６で構成されるユニットを、反射体６のメンテナンスのために外部材２３に対して着脱する際に、温度センサ２０を端部材７に対して着脱する工程を経る必要が生じてしまう。したがって、温度センサ２０は端部壁２８ｃに設けた取付口２８ｄに配置することが好ましい。
二重管５の軸方向一端部５ａは、内管３と外管４との間から内管３内に測定ガスＧを導入する導入口２９を形成している。導入口２９は、内管３と中筒２５ａの軸方向他端側の端部との間の隙間で構成されているが、これに限らない。また、本実施形態では内管３と外管４との間から導入口２９を介して直接内管３内に測定ガスＧを導入する構成としているが、これに限らない。
測定ガスＧは、供給プラグ１１を通って供給路１３に流入し、内管３と外管４との間を通り、二重管５の軸方向一端部５ａにおいて、導入口２９を介して内管３内に流入する流れと端部材７の流入口２１を介して反射体６の裏側に流入する流れとに分岐する。反射体６の裏側に流入した測定ガスＧは、流出口２２を通じて内管３内に流入する。内管３内に流入した測定ガスＧは、内管３内を軸方向一端側から軸方向他端側に向けて流れ、排出路１４に流入し、排出プラグ１２を通って排出される。
ガス分析計１は、二重管５の温度を調節する温度調節器３０を有している。温度調節器３０は、外管４の外周面に配置された加熱部材３１と、測定ガスＧの温度を直接測定する上述の温度センサ２０と、温度センサ２０による測定値に基づいて加熱部材３１の温度を制御する図示しない制御器とで構成されている。加熱部材３１は外管４の外周面にコイル状に巻き付けられている。加熱部材３１は例えば、電熱線等の電気式発熱体、又は加熱媒体が流れる流体管等の熱交換器で構成される。なお、図２では加熱部材３１の図示を省略している。温度調節器３０は、例えば温度センサ２０による測定値が所望の目標値となるように、加熱部材３１によって二重管５の温度を調節することができる。二重管５の温度は例えば１００℃以上の所望の温度に調節される。
なお、温度センサ２０の配置は、上述したような反射体６の裏側に限らない。例えば、温度センサ２０を内管３内に配置して測定セル２内の温度を直接測定する構成としてもよいし、温度センサ２０を外管４の外周面に配置して測定セル２内の温度を間接的に測定する構成としてもよい。温度センサ２０を内管３内に配置する場合、二重管５を径方向に貫通する孔部を設けて当該孔部に温度センサ２０を配置する構成としてもよい。しかし、この場合には、二重管５が当該孔部を設けた部分において二重管構造ではなくなることにより、雰囲気温度の影響を緩和する機能がその分低下することになる。また、二重管５が当該孔部を設けた部分において二重管構造ではなくなることにより、外管４の外周面に配置された加熱部材３１で内管３と外管４との間を流れる測定ガスＧを内管３内に導入される前に予備加熱する機能がその分低下することになる。また、温度センサ２０を上記孔部に配置する構成とした場合には、内管３に対して外管４を着脱することにより内管３と外管４との間の流路をメンテナンスする際に、二重管５に対して温度センサ２０を着脱する工程を経る必要が生じてしまう。したがって、温度センサ２０は、反射体６の裏側に配置することが好ましい。
なお、測定ガスＧの温度を直接測定する上述の温度センサ２０に代えて又は加えて、二重管５の温度を直接測定する温度センサを設け、当該温度センサで温度調節器３０を構成するようにしてもよい。加熱部材３１はコイル状のものに限らない。また、加熱部材３１は外管４の外周面に配置されるものに限らない。温度調節器３０を設けない構成としてもよい。
ガス分析計１は、外管４と加熱部材３１と端部材７とを囲繞する断熱部材３２を有している。なお、図２では断熱部材３２の図示を省略している。断熱部材３２は、無機繊維系又は発泡プラスチック系などの所望の材料によって構成することができる。断熱部材３２は、端部材７を囲繞する構成であることが好ましいが、端部材７を囲繞しない構成であってもよい。また、断熱部材３２を設けない構成としてもよい。
前述した実施形態は、本開示の一例にすぎず、種々変更可能であることはいうまでもない。
１ ガス分析計
２ 測定セル
３ 内管
４ 外管
５ 二重管
５ａ 二重管の軸方向一端部
５ｂ 二重管の軸方向他端部
６ 反射体
７ 端部材
８ 内管フランジ
９ 外管フランジ
１０ 連結具
１１ 供給プラグ
１２ 排出プラグ
１３ 供給路
１４ 排出路
１５ 窓
１６ 枠部材
１７ 発光部
１８ 受光部
１９ 分析計本体
２０ 温度センサ
２１ 流入口
２１ａ、２１ｂ 切欠き部
２２ 流出口
２２ａ 切欠き部
２３ 外部材
２３ａ 外筒
２３ｂ 外フランジ
２４ 締結具
２５ 中部材
２５ａ 中筒
２５ｂ 中フランジ
２６ 枠体
２７ 連結具
２８ 内部材
２８ａ 内筒
２８ｂ 内フランジ
２８ｃ 端部壁
２８ｄ 取付口
２９ 導入口
３０ 温度調節器
３１ 加熱部材
３２ 断熱部材
Ｇ 測定ガス
Ｌ 光
Ｏ 中心軸線

Claims (9)

  1. 測定セル内に導入された測定ガスに光を照射するとともに前記測定ガスを通過した光を受光することにより前記測定ガス中の所定成分を測定するガス分析計であって、
    前記測定セルを構成する内管と前記内管を囲繞する外管とで構成されるとともに、前記内管と前記外管との間を通して前記内管内に前記測定ガスが導入される二重管を有するガス分析計。
  2. 前記二重管の温度を調節する温度調節器を有する、請求項１に記載のガス分析計。
  3. 前記温度調節器が、前記外管の外周面に配置された加熱部材を有する、請求項２に記載のガス分析計。
  4. 前記加熱部材が前記外管の外周面にコイル状に巻き付けられている、請求項３に記載のガス分析計。
  5. 前記外管を囲繞する断熱部材を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガス分析計。
  6. 前記測定セルが、前記光を反射する反射体を備えるとともに前記二重管の軸方向一端部に位置する端部材を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス分析計。
  7. 前記端部材が、前記内管と前記外管との間から前記測定ガスを前記反射体の裏側に流入させる流入口と、前記反射体の前記裏側から前記測定ガスを前記内管内に流出させる流出口と、前記反射体の前記裏側に配置された温度センサとを有する、請求項６に記載のガス分析計。
  8. 前記二重管の前記軸方向一端部が、前記内管と前記外管との間から前記内管内に前記測定ガスを導入する導入口を形成する、請求項６又は７に記載のガス分析計。
  9. 波長可変ダイオードレーザ吸収分光法を用いたレーザガス分析計である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のガス分析計。
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