JP6077743B2 - ガス分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス分析装置に関し、特に、配管内を流れる試料ガス中に測定光を投受光して所定成分の濃度を分析するガス分析装置に関する。

石炭や重油を燃焼させるボイラから排出される燃焼排ガスの中には、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）などの成分が含まれている。
ガス中に含まれる各成分の含有量を分析するためのガス分析装置として、たとえば、配管中のガス流路に交差するようにプローブを配置し、光源からガスに向けて出射された測定光をプローブの先端部に配置されたリフレクタで反射させ、反射された測定光の情報に基づいて試料ガスの成分濃度を分析するものがある。

図８は、従来のガス分析装置に用いられるプローブを模式的に示す断面図である。
図８に示すプローブＡは、内部を測定光が通過する中空のパイプ形状のプローブ管Ｂを備えており、このプローブ管Ｂが煙道Ｃ内のガス流路と交差するように配管側壁Ｄに取り付けられる。
配管側壁ＤはプローブＡを取り付けるための取付部Ｅを有しており、フランジＦを介してプローブＡが取付部Ｅに取り付けられる。
プローブＡの基端部には、プローブ管Ｂ内に測定光を出射する発光部Ｇと、反射光を受光する受光部Ｈとが設けられ、先端部には、発光部Ｇからの測定光を受光部Ｈ側に反射するリフレクタＩが設けられている。

このようにしたプローブＡを用いたガス分析装置では、プローブ管Ｂ内に煙道Ｃ中のガスを導入し、発光部Ｇから出射されリフレクタＩによって反射された測定光を受光部Ｇで受光し、この測定光の特性からガス中の各成分を分析することが可能となる。
また、発光部Ｇ及び受光部Ｈを含む光学系部材を保護するためのパージガスが、プローブＡの基端部側から先端部側へ流れている。このパージガスは、外気温でプローブＡ内に導入される。
このようなプローブＡの構造において、プローブ管Ｂと取付部Ｅとの間には煙道Ｃに直接通じる間隙Ｊが生じる場合がある。
煙道Ｃ中を流れるガスが燃焼排ガスであるような場合には、その温度が１００℃〜４００℃であり、ガス流速は５ｍ／ｓｅｃ〜２５ｍ／ｓｅｃとなる。したがって、煙道Ｃ内を流れるガスの一部が間隙Ｊに流入すると、プローブ管Ｂに外気温で導入されているパージガスによって間隙内において冷却され、その結果、間隙近傍の上流側のガス温度と下流側のガス温度とに差が生じる。

このように、周囲のガス温度の不均一が生じると、これに対応してプローブ管Ｂの温度が不均一となり、特に、内部中空を測定光が通過する光学系のプローブにおいては、熱レンズ効果現象が発生するおそれがある。
これにより、熱レンズ効果現象の影響により、測定光軸がふらつく、ずれるなどの問題が生じ、受光部における受光状態が不安定となり、測定精度が悪くなるという問題がある。
また、温度分布が不均一であるような状態では、光学測定系の光軸調整をプローブの設置直後に行ったとしてもずれが生じてしまうことから、温度が安定するまで待って光軸調整を行う必要がある。
さらに、予め取付部Ｅが設けられた配管側壁Ｄに異なる形状・寸法のプローブを取り付ける場合、取付部Ｅの形状をプローブの外形に合わせて変更する必要があり、工数や費用が増加するという問題がある。

光学測定系の温度分布に不均一が生じないようにヒーター及び温度コントロールシステムを使用することも考えられるが、安全性を確保したシステム構築が要求され、コストの上昇及び装置の大型化を招くという問題がある。

米国特許第５７８１３０６号明細書

本発明の課題は、配管内を流れるガス濃度を光学測定系により測定するガス分析装置において、温度分布の不均一に基づく熱レンズ効果現象の発生を防止し、測定精度を高めることにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係るガス分析装置は、管状部材と、光学系部材と、パージガス供給部と、遮蔽板とを備える。
管状部材は、配管内を流れる試料ガスの所定の測定領域に測定光を投光し及び／または測定領域からの測定光を受光するための光路を含み、配管側壁の外側に固定されたフランジを介して配管側壁の開口の中に配置されることで開口の内周面との間に間隙を形成する。光学系部材は、測定領域内の試料ガスに対して測定光を投光し及び／または測定領域からの測定光を受光する。パージガス供給部は、測定光の光路上であって光学系部材と測定領域との間に位置する領域にパージガスを供給する。遮蔽板は、試料ガスが配管から間隙に流入することを抑制する位置でありかつ配管側壁の内周面近傍に少なくとも１つ設けられる。
このガス分析装置では、遮蔽板を設けることによって、配管側壁内に位置する管状部材の周囲に試料ガスが流入しにくくなる。したがって、ヒーターや温度コントロールシステムなどの機能部を別途設けることなく、管状部材内に構成される測定光の光路上における温度勾配を連続的にすることができ、その結果、熱レンズ効果現象による測定精度の低下を防止できる。

少なくとも１つの遮蔽板は、管状部材に固定されている。
このガス分析装置では、遮蔽板が固定されているのは管状部材であり、管状部材の移動と共に遮蔽板も移動する。したがって、遮蔽板の設置及び取り外しのための特別な作業及び構造が不要になる。

開口の内周面は、配管側壁に取り付けられ、内周面が管状部材の外周面との間に間隙を形成する取付補助部材によって構成される。この場合、少なくとも１つの遮蔽板は、取付補助部材の内周面に固定されている。
この場合には、管状部材の外径に対応して取付補助部材に設けられる遮蔽板の形状や寸法を予め設計することが可能であり、配管側壁の状態に関係なく、管状部材の配管側壁内に位置する外周面に試料ガスが流入することを防止できる。したがって、取付作業が簡単になり、初期工数を省略することが可能となる。

ガス分析装置は、管状部材の軸方向に隙間を空けて配置された複数の遮蔽板を備えていてもよい。
このガス分析装置では、複数の遮蔽板が管状部材の軸方向に隙間を空けて配置されているので、試料ガスが配管側壁内に位置する管状部材の周囲に流入しにくい。

本発明に係るガス分析装置では、温度分布の不均一に基づく熱レンズ効果現象の発生を防止し、測定精度を高めることができる。

図１は、第１実施形態のガス分析装置の斜視図である。 図２は、第１実施形態のガス分析装置の側面図である。 図３は、第２実施形態のガス分析装置の斜視図である。 図４は、第２実施形態のガス分析装置の側面図である。 図５は、第３実施形態のガス分析装置の断側面図である。 図６は、第４実施形態のガス分析装置の要部断面図である。 図７は、第５実施形態のガス分析装置の要部断面図である。 図８は、従来例のガス分析装置の要部説明図である。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るガス分析装置１の構成を示す斜視図であり、図２は、その側面図である。
ガス分析装置１は、プローブ管１１（管状部材の一例）と、分析ユニット１２と、フランジ１３と、導光管１４とを有している。

分析ユニット１２は、発光部１５、受光部１６、制御部１７を備えている。
発光部１５は、測定対象となるガスに対して導光管１４及びプローブ管１１を通して測定光となるレーザビームを出射する光源であり、直進性の高い所定波長域の光を照射するための赤外線レーザ発振装置などで構成できる。
受光部１６は、煙道内の測定対象ガスを通して入射する測定光を受光する受光素子である。

制御部１７は、発光部１５からのレーザビームの出射を制御し、受光部１６により受光した測定光に基づいて測定対象であるガスの成分分析を行う。
分析ユニット１２は、導光管１４及びフランジ１３を介してプローブ管１１と接続されている。

プローブ管１１は、内部中空の円筒状に形成されており、配管側壁５１内部に構成される煙道５０内のガス流Ｓに直交するように配置される。
プローブ管１１の測定領域には、ガス流Ｓの下流側に位置して、プローブ管１１内にガスを導入するための開口１８が設けられている。図示した例では、開口１８に複数のリブ１９を設けてプローブ管１１の強度を維持するように構成している。このような開口１８の形状やリブ１９の個数は、図示した例に限定されない。

プローブ管１１の先端部には、分析ユニット１２の発光部１５から出射される測定光を反射するためのリフレクタ２０が設けられている。
リフレクタ２０は、発光部１５から出射された測定光を受光部１６側に反射するものであって、コーナーキューブ・プリズムで構成できる。

ガス分析装置１は、煙道５０を構成する配管側壁５１（配管側壁の一例）の取付部５２に取り付けられる。
取付部５２は、たとえば、配管側壁５１の開口５３に取り付けられた設置用パイプ５４（筒状内壁面の一例）で構成できる。

設置用パイプ５４は、ガス分析装置１のプローブ管１１の外径よりも大きな内径を有する円筒状の部材であって、溶接やビス止めなどによって配管側壁５１に固定される。
また、設置用パイプ５４は、ガス分析装置１を固定するための取付フランジ５５を備えており、ガス分析装置１のフランジ１３がこの取付フランジ５５に溶接またはビス止めされることにより、ガス分析装置１が間接的に配管側壁５１に固定される。
設置用パイプ５４の内径は、内部に受け入れるプローブ管１１の外径に合わせて、隙間が生じないように構成されることが好ましいが、規格の異なる機種に取り替える場合に既存の設置用パイプ５４を利用すると、プローブ管１１と設置用パイプ５４の間に間隙５６(間隙の一例）が生じることがある。

また、プローブ管１１を交換する場合やガス分析装置１そのものを交換する場合を考慮して、設置用パイプ５４として内径に余裕を持たせた大きめのものを予め設置しておくことが考えられる。このような場合にも、プローブ管１１と設置用パイプ５４との間に間隙５６が生じることとなる。

このようなプローブ管１１と設置用パイプ５４の間隙５６に煙道５０を流れるガス流Ｓの一部が流入しないように、遮蔽板２１（遮蔽板の一例）が設けられる。
遮蔽板２１は、配管側壁５１の内表面５７（配管側壁の内表面の一例）近傍に位置して設けられている。このように、遮蔽板２１が設けられているのが煙道５０側なので、試料ガスが間隙５６に流入するのが抑えられる。
遮蔽板２１は、プローブ管１１の外周面に固定された円板状の部材であり、外周縁（径方向の外周縁の一例）が設置用パイプ５４の内周面に近接又は当接している。近接の場合は試料ガスの遮断の観点からは隙間が小さいことが好ましい。また、当接の場合は、間隙５６が遮蔽されて、試料ガスの遮断効果が高くなる。
図示した例では、プローブ管１１の長さ方向に沿って所定間隔で３つの遮蔽板２１が配置されている。このように複数の遮蔽板２１がプローブ管１１の軸方向に隙間を空けて配置されているので、試料ガスが間隙５６に流入しにくい。

プローブ管１１と設置用パイプ５４との間の間隙５６は配管側壁５１の外表面近傍まで到達していることから、１００℃〜４００℃の温度である煙道５０内のガス流の一部が間隙５６に流入して配管側壁５１の外表面近傍まで到達してしまうと、外気温との温度差に応じて冷却されてしまう。しかし、この実施形態では、プローブ管１１の外表面に突出する遮蔽板２１を設けることによって、ガス流の一部が間隙５６に流入することを防止し、それによりプローブ管１１に温度分布の不均一を生じないようにしている。
図示した例では、配管側壁５１の内表面５７からわずかに離れた位置に遮蔽板２１を設けているが、配管側壁５１の内表面５７近傍であれば温度分布が不均一になることが少なくなる。

また、遮蔽板２１により配管側壁５１の厚さ方向の空気層の対流が抑制される。そのため、取付部５２近傍の温度変化を抑制できる。図示したように、配管側壁５１の厚さ方向に所定間隔で３つの遮蔽板２１を配置した場合には、３つの断熱層が形成されることから、より空気層の対流を抑制できる。
なお、この実施例において、３つの遮蔽板２１を設けることを例示したが、これに限定されるものではなく、１つまたは２つの遮蔽板２１を設けることで前述したような効果を得ることができ、さらに、４つ以上の遮蔽板２１を設けることも可能である。
さらに、遮蔽板２１は、配管側壁５１の厚さ方向に所定の厚さを有するブロック状のものであってもよい。

遮蔽板２１は、プローブ管１１と同一の耐熱性、耐腐食性の高い金属材料で構成することができ、たとえば、溶接やビス止めなどでプローブ管１１の外表面に取り付けることが可能である。
プローブ管１１は、フランジ１３に固定されることによって片持ち支持された状態であることから、遮蔽板２１の外径を設置用パイプ５４の内径とほぼ同一に設定する場合には、遮蔽板２１と設置用パイプ５４との接触によってプローブ管１１の中間部が安定的に支持されることとなる。したがって、プローブ管１１に遮蔽板２１を設けることによって、ガス流Ｓ中に配置されるプローブ管１１の振動を防止することも可能となる。

なお、実施例では、パージガス供給部２２，２３によりプローブ管１１の測定領域両端に位置してパージガスが供給されている。
パージガスは、発光部１５、受光部１６、リフレクタ２０などの光学部材が試料ガスに晒されないようにするためのものである。パージガス供給部２２から供給されるパージガスは、導光管１４を介してプローブ管１１に供給される。また、パージガス供給部２３から供給されるパージガスは、導光管１４及びプローブ管１１内に配置されるパージガス供給管（図示せず）によって、プローブ管１１の先端部に供給される。
プローブ管１１の測定領域両端に位置する上流側には、切欠孔２４，２５が設けられている。

パージガス供給部２２からプローブ管１１内に供給されたパージガスは、プローブ管１１の切欠孔２４から流入して下流側に流れるガス流Ｓによって、プローブ管１１内の測定領域側に流入することが防止され、測定領域においてパージガスによる測定誤差が生じることがなくなる。また、パージガス供給部２２から供給されるパージガスによって、切欠孔２４から流入したガス流Ｓが分析ユニット１２側に流れ込むことを防止でき、発光部１５及び受光部１６などの光学系の汚染及び腐食などを防止できる。

パージガス供給部２３からプローブ管１１先端側に供給されたパージガスは、プローブ管１１の切欠孔２５から流入して下流側に流れるガス流Ｓによって、プローブ管１１内の測定領域側に流入することが防止され、測定領域においてパージガスによる測定誤差が生じることがなくなる。また、パージガス供給部２３から供給されるパージガスによって、切欠孔２５から流入したガス流Ｓがリフレクタ２０側に流れ込むことを防止でき、リフレクタ２０の汚染及び腐食を防止できる。
以上、第１実施形態は、反射型光学系測定を行うガス分析装置に、本発明の構成を適用した場合を例示した。

反射光学系測定を行う場合には、発光部１５から出射し、プローブ管１１の内部を通過し、リフレクタ２０で反射して、再度プローブ管１１の内部を通過して、受光部１６において受光した測定光に基づいて、分析が実行される。
したがって、発光部１５から出射して受光部１６で受光される測定光は、取付部５２付近を２度通過するが、遮蔽板２１を設けることによって温度分布の不均一が生じないため、測定精度を高く維持することができ、設置時の光軸調整も短時間で容易に調整することが可能となる。

プローブ管１１の形状は、前述した構成に限定されるものではなく、測定光が通過可能な内部中空を有する構成であればよく、その断面が多角形、楕円形、またはこれらの複合的な形状とすることもできる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態のガス分析装置の斜視図であり、図４はその側面図である。
第２実施形態によるガス分析装置６１は、発光部と受光部とが対向位置に設置される透過型のガス分析装置であって、発光部ユニット６２と受光部ユニット７２とを備えている。

発光部ユニット６２は、発光部６３、第１導光管６４、第１フランジ６５、第１スリーブ６６（管状部材の一例）を備えている。
発光部６３は、測定対象となるガスに対して第１導光管６４及び第１スリーブ６６を通して測定光となるレーザビームを出射する光源であり、直進性の高い所定波長域の光を照射するための赤外線レーザ発振装置などで構成できる。

第１スリーブ６６は、内部中空の円筒状に形成されており、配管側壁８１内部に構成される煙道８０内のガス流Ｓに直交するように配置される。
発光部ユニット６２には、パージガス供給部６８が設けられており、このパージガス供給部６８を介して第１スリーブ６６にパージガスが供給される。
パージガスは、発光部６３の光学系部材が試料ガスに晒されないようにするためのものである。パージガス供給部６８から供給されるパージガスは、第１導光管６４を介して第１スリーブ６６に供給される。

第１スリーブ６６に供給されたパージガスは、第１スリーブ６６の先端部において、試料ガスとともに煙道８０内に流入する。このことにより、煙道８０内を流れる試料ガスが、発光部６３側に流入することを防止できる。
発光部ユニット６２は、煙道８０を構成する配管側壁８１（配管側壁の一例）の第１取付部８２に取り付けられる。
第１取付部８２は、たとえば、配管側壁８１の開口８３に取り付けられた第１設置用パイプ８４（筒状内壁面の一例）で構成することができる。
第１設置用パイプ８４は、第１スリーブ６６の外径よりも大きな内径を有する円筒状の部材であって、溶接やビス止めなどによって配管側壁８１に固定される。

また、第１設置用パイプ８４は、発光部ユニット６２を固定するための第１取付フランジ８５を備えており、発光部ユニット６２の第１フランジ６５がこの第１取付フランジ８５に溶接またはビス止めされることにより、発光部ユニット６２が間接的に配管側壁８１に固定される。
第１設置用パイプ８４の内径は、内部に受け入れる第１スリーブ６６の外径に合わせて、隙間が生じないように構成されることが好ましいが、規格の異なる機種に取り替える場合に既存の第１設置用パイプ８４を利用すると、第１スリーブ６６と第１設置用パイプ８４の間に間隙８６（間隙の一例）が生じることがある。

また、第１スリーブ６６を交換する場合や発光部ユニット６２そのものを交換する場合を考慮して、予め第１設置用パイプ８４の内径に余裕を持たせて大きめのものを設置しておくことが考えられる。このような場合にも、第１スリーブ６６と第１設置用パイプ８４との間に間隙８６が生じることとなる。
このような第１スリーブ６６と第１設置用パイプ８４の間隙８６に煙道８０を流れるガス流Ｓの一部が流入しないように、遮蔽板６７（遮蔽板の一例）が設けられる。

遮蔽板６７は、配管側壁８１の内表面８７（配管側壁の内表面の一例）近傍に位置して設けられている。このように、遮蔽板６７が設けられているのが煙道８０側なので、試料ガスが間隙８６に流入するのが抑えられる。
遮蔽板６７は、第１スリーブ６６の外周面に固定された円板状の部材であり、外周縁（径方向の外周縁の一例）が第１設置用パイプ８４の内周面に近接又は当接している。近接している場合は試料ガスの遮断の観点からは隙間が小さいことが好ましいが、遮蔽板６７の外周縁と第１設置用パイプ８４の内周面との間に隙間があることで、第１スリーブ６６を簡単に取り外すことができ、校正時の作業が容易になる。また、当接している場合は、間隙８６が遮蔽されて、試料ガスの遮断効果が高くなる。
図示した例では、第１スリーブ６６の長さ方向に沿って所定間隔で３つの遮蔽板６７が配置されている。このように複数の遮蔽板６７が第１スリーブ６６の軸方向に隙間を空けて配置されているので、試料ガスが間隙８６に流入しにくい。
受光部ユニット７２は、受光部７３、第２導光管７４、第２フランジ７５、第２スリーブ７６（管状部材の一例）を備えている。

受光部７３は、煙道内の測定対象ガスを通して入射する測定光を受光する受光素子である。
受光部７３は、受光素子で受光した測定光に基づいて、試料ガスの濃度の算出などのガス分析を行う分析部をさらに有する構成とすることも可能であり、発光部ユニット６２と無線または有線で接続されて、発光部６３，受光部７３を制御するための制御部をさらに備える構成とすることも可能である。

第２スリーブ７６は、内部中空の円筒状に形成されており、配管側壁８１内部に構成される煙道８０内のガス流Ｓに直交するように配置される。
受光部ユニット７２には、パージガス供給部７８が設けられており、第２スリーブ７６にパージガスが供給されている。

パージガスは、受光部７３の光学系部材が試料ガスに晒されないようにするためのものである。パージガス供給部７８から供給されるパージガスは、第２導光管７４を介して第２スリーブ７６に供給される。
第２スリーブ７６に供給されたパージガスは、第２スリーブ７６の先端部において、試料ガスとともに煙道８０内に流入する。このことにより、煙道８０内を流れる試料ガスが、受光部７３側に流入することを防止できる。

発光部ユニット７２は、煙道８０を構成する配管側壁８１（配管側壁の一例）の第２取付部９２に取り付けられる。
第２取付部９２は第１取付部８２に対向する位置に配置され、たとえば、配管側壁８１の開口９３に取り付けられた第２設置用パイプ９４（筒状内壁面の一例）で構成できる。
第２設置用パイプ９４は、第２スリーブ７６の外径よりも大きな内径を有する円筒状の部材であって、溶接やビス止めなどによって配管側壁８１に固定される。
また、第２設置用パイプ９４は、受光部ユニット７２を固定するための第２取付フランジ９５を備えており、受光部ユニット７２の第２フランジ７５がこの第２取付フランジ９５に溶接またはビス止めされることにより、受光部ユニット７２を間接的に配管側壁８１に固定される。

第２スリーブ７６と第２設置用パイプ９４との間には、発光部ユニット６２側と同様に、間隙９６（間隙の一例）を有しており、この間隙９６に煙道８０を流れるガス流Ｓの一部が流入しないように、第２スリーブ７６の外表面に遮蔽板７７が設けられている。
遮蔽板７７は、遮蔽板６７と同様であり、試料ガスが間隙９６へ流入するのを抑制している。
このガス分析装置６１では、第１スリーブ６６及び第２スリーブ７６にパージガスを供給することにより、発光部６３及び受光部７３の光学系部材が煙道８０を流れる試料ガスに晒されることを防止するとともに、測定対象領域を第１スリーブ６６及び第２スリーブ７６の先端間の領域に特定することができる。

以上の場合、第１スリーブ６６と第１設置用パイプ８４との間隙及び第２スリーブ７６と第２設置用パイプ９４との間隙に、煙道８０を流れる試料ガスの一部が流入することを防止するために、第１スリーブ６６及び第２スリーブ７６にそれぞれ遮蔽板６７，７７を設けている。
このことにより、試料ガスの上流側及び下流側における温度分布が均一になり、第１スリーブ６６及び第２スリーブ７６の温度分布も均一になる。したがって、熱レンズ効果現象を低減することができ、測定精度を向上することができるとともに、設置時における光軸調整が短時間に容易に行うことができる。

（第３実施形態）
図５は、本願発明の第３実施形態によるガス分析装置１００の断側面図である。
ガス分析装置１００は、配管側壁１５１の対向する位置に配置される第１ユニット１１０と第２ユニット１３０とを備えている。

第１ユニット１１０は、分析ユニット１１１、第１導光管１１５、第１フランジ１１６、第１スリーブ１１７（管状部材の一例）を備えている。
分析ユニット１１１は、発光部１１２、受光部１１３及び制御部１１４を備える。
発光部１１２は、測定対象となるガスに対して第１導光管１１５及び第１スリーブ１１７を通して測定光となるレーザビームを出射する光源であり、直進性の高い所定波長域の光を照射するための赤外線レーザ発振装置などで構成することができる。

受光部１１３は、煙道内の測定対象ガスを通して入射する測定光を受光する受光素子である。
制御部１１４は、発光部１１２からのレーザビームの出射を制御し、受光部１１３により受光した測定光に基づいて測定対象であるガスの成分分析を行う。
分析ユニット１１１は、第１導光管１１５及び第１フランジ１１６を介して第１スリーブ１１７と接続されている。

第１スリーブ１１７は、内部中空の円筒状に形成されており、発光部１１２から出射される測定光の経路を提供するとともに、パージガスの案内経路を兼ねる。
第１ユニット１１０の第１導光管１１５には、パージガス供給部１１８が設けられており、このパージガス供給部１１８を介して第１スリーブ１１７にパージガスが供給される。
パージガスは、発光部１１２及び受光部１１３の光学系部材が試料ガスに晒されないようにするためのものである。パージガス供給部１１８から供給されるパージガスは、第１導光管１１５を介して第１スリーブ１１７に供給される。

第１スリーブ１１７に供給されたパージガスは、第１スリーブ１１７の先端部において、試料ガスとともに煙道１５０内に流入する。このことにより、煙道１５０内を流れる試料ガスが、分析ユニット１１１側に流入することを防止できる。
第１ユニット１１０は、煙道１５０を構成する配管側壁１５１（配管側壁の一例）の第１取付部１５２に取り付けられる。

第１取付部１５２は、たとえば、配管側壁１５１の開口１５３（筒状内壁面の一例）に設けられる第１取付フランジ１５４を備えている。
第１取付部１５２の開口１５３と、第１スリーブ１１７との間隙１５５（間隙の一例）を遮蔽するように遮蔽板１１９（遮蔽板の一例）が取付けられる。
遮蔽板１１９は、配管側壁１５１の内表面１５６（配管側壁の内表面の一例）近傍に位置して設けられている。このように、遮蔽板１１９が設けられているのが煙道１５０側なので、試料ガスが間隙１５５に流入するのが抑えられる。
遮蔽板１１９は、第１スリーブ１１７の外周面に固定された円板状の部材であり、外周縁（径方向の外周縁の一例）が開口１５３の内周面に近接又は当接している。近接の場合は試料ガスの遮断の観点からは隙間が小さいことが好ましい。また、当接の場合は、間隙１５５が遮蔽されて、試料ガスの遮断効果が高くなる。
図示した例では、第１スリーブ１１７の長さ方向に沿って所定間隔で３つの遮蔽板１１９が配置されている。このように複数の遮蔽板１１９が第１スリーブ１１７の軸方向に隙間を空けて配置されているので、試料ガスが間隙１５５に流入しにくい。

第２ユニット１３０は、リフレクタ１３１、第２導光管１３２、第２フランジ１３３、第２スリーブ１３４を備えている。
リフレクタ１３１は、発光部１１２から出射された測定光を受光部１１３側に反射するものであって、コーナーキューブ・プリズムで構成することができる。
リフレクタ１３１は、第２導光管１３２及びフランジ１３３を介して第２スリーブ１３４と接続されている。

第２スリーブ１３４は、内部中空の円筒状に形成されており、発光部１１２から出射される測定光の経路を提供するとともに、パージガスの案内経路を兼ねる。
第２ユニット１３０の第２導光管１３２には、パージガス供給部１３６が設けられており、このパージガス供給部１３６を介して第２スリーブ１３４にパージガスが供給される。
パージガスは、リフレクタ１３１が試料ガスに晒されないようにするためのものである。パージガス供給部１３６から供給されるパージガスは、第２導光管１３２を介して第２スリーブ１３４に供給される。

第２スリーブ１３４に供給されたパージガスは、第２スリーブ１３４の先端部において、試料ガスとともに煙道１５０内に流入する。このことにより、煙道１５０内を流れる試料ガスが、リフレクタ１３１側に流入することを防止できる。
第２ユニット１３０は、煙道１５０を構成する配管側壁１５１の第２取付部１６０に取り付けられる。

第２取付部１６０は、たとえば、配管側壁１５１の開口１６１に設けられる第１取付フランジ１６２を備えている。
第２取付部１６０の開口１６１と、第２スリーブ１３４との間隙１６３を遮蔽するように遮蔽板１３５が取付けられる。
遮蔽板１３５は、遮蔽板１１９と同様であり、試料ガスが間隙１６３へ流入するのを抑制している。

このガス分析装置１００では、第１スリーブ１１７及び第２スリーブ１３４にパージガスを供給することにより、発光部１１２、受光部１１３及びリフレクタ１３１の光学系部材が煙道１５０を流れる試料ガスに晒されることを防止するとともに、測定対象領域を第１スリーブ１１７及び第２スリーブ１３４の先端間の領域に特定することができる。図示した例では、配管側壁１５１の内表面１５６とほぼ同一位置に、第１スリーブ１１７及び第２スリーブ１３４の先端が位置するように構成している。

第１スリーブ１１７と開口１５３との間隙及び第２スリーブ１３４と開口１６１との間隙に、煙道１５０を流れる試料ガスの一部が流入することを防止するために、第１スリーブ１１７及び第２スリーブ１３４にそれぞれ遮蔽板１１９，１３５を設けている。
このことにより、試料ガスの上流側及び下流側における温度分布が均一になり、熱レンズ効果現象を低減して、測定精度を向上することができるとともに、設置時における光軸調整が短時間に容易に行うことができる。

（第４実施形態）
図６は、第４実施形態に係るガス分析装置２００の要部を示す断面図である。
ガス分析装置２００は、第１実施形態と同様のプローブ管１１、分析ユニット（図示せず）、フランジ１３、導光管１４を有するものであり、その詳細な説明は省略する。
配管側壁５１は、ガス分析装置２００を固定するための取付フランジ５５を備えている。
取付フランジ５５には、取付補助部材２１０（取付補助部材の一例）が取り付けられている。
取付補助部材２１０は、配管側壁５１の開口５３内に配置され、プローブ管１１を一部を取り囲む管状の本体部２１１と、取付フランジ５５に溶接またはビス止めなどにより固定されるフランジ部２１２を含む。

取付補助部材２１０の本体部２１１は、プローブ管１１の外周面との間に間隙２１３（間隙の一例）を構成する内周面を備える中空パイプ形状である。
また、取付補助部材２１０は、その内周面に取り付けられた遮蔽板２１４（遮蔽板の一例）を備えている。遮蔽板２１４は、中央部分にプローブ管１１が挿入される開口２１５を備えている。
遮蔽板２１４の内周縁とプローブ管１１の外周面とは、当接するか、あるいは近接していることが好ましい。
取付補助部材２１０は、プローブ管１１のサイズに合わせて予め設計することができることから、開口２１５の内径をプローブ管１１の外径とほぼ同一にすることができ、この場合は、遮蔽板２１４の内周縁とプローブ管１１の外周面が当接することとなる。したがって、遮蔽板２１４によって煙道５０と間隙２１３とを遮断することが可能となり、断熱効果を高めることが可能である。
校正時においては、取付補助部材２１０の取付位置を変更することで、調整作業を行うことが可能であり、プローブ管１１を取り外すことなく、作業工程を簡単化することができる。

少なくとも１つの遮蔽板２１４は、配管側壁５１の内表面５７近傍に位置して設けられる。図示した例では、３つの遮蔽板２１４が、プローブ管１１の軸方向に隙間を空けて配置されている。
このようにした第４実施形態では、取付補助部材２１０の本体部２１１に遮蔽板２１４が設けられていることから、配管側壁５１内に位置する領域のプローブ管１１の周囲に、煙道５０内を流れる試料ガスの一部が流入することを防止できる。
したがって、プローブ管１１の内部にパージガスを流す場合であっても、配管側壁５１内に位置するプローブ管１１の周囲温度が安定していることから、測定光の光路上における温度分布が安定し、軸方向の温度勾配が連続的になって熱レンズ効果現象が発生することを防止できる。

取付補助部材２１０の遮蔽板２１４は、プローブ管１１の外径に対応した開口２１５を設けることができる。したがって、取付補助部材２１０を挿入可能な形状・寸法の開口５３を有していれば、どのような配管側壁５１にも取付補助部材２１０を介してプローブ管１１を取り付けることが可能となる。
図示した例では、取付補助部材２１０の本体部２１１が、配管側壁５１の内周面との間に隙間を有している。この場合、取付補助部材２１０の本体部２１１と、配管側壁の開口５３との間に、試料ガスの一部が流入する可能性があるが、取付補助部材２１０とプローブ管１１との間の間隙２１３が断熱層となって、プローブ管１１内部を流れるパージガスに熱伝達されることを抑制できる。

前述した第２実施形態における第１スリーブ６６と配管側壁８１の開口８３との間、第２スリーブ７６と配管側壁８１の開口９３との間に、それぞれ前述したような遮蔽板を備える取付補助部材を取り付けることが可能である。
また、第３実施形態における第１スリーブ１１７と配管側壁１５１の開口１５３との間、第２スリーブ１３４と配管側壁８１の開口１６１との間に、それぞれ前述したような遮蔽板を備える取付補助部材を取り付けることが可能である。

（第５実施形態）
図７は、第５実施形態に係るガス分析装置３００の要部を示す断面図である。
ガス分析装置３００は、第１実施形態と同様のプローブ管１１、分析ユニット（図示せず）、フランジ１３、導光管１４を有するものであり、その詳細な説明は省略する。
配管側壁５１は、ガス分析装置２００を固定するための取付フランジ５５を備えている。
プローブ管１１は、フランジ１３を介して取付フランジ５５に取り付けられる。

プローブ管１１及び導光管１４の内壁面に間隙３１１を空けて、パージガス供給管３１１が配置されている。パージガス供給管３１１は、プローブ管１１内に配置される部分と導光管１４内に配置される部分が一体に形成されていてもよく、フランジ１３部分においてプローブ管１１側と導光管１４側に分割されていてもよい。

パージガス供給管３１０は、中空部を有するパイプ形状であり、パージガス供給部２２が接続される接続口３１２が設けられている。パージガス供給部３１２から供給されるパージガスは、接続口３１２を介してパージガス供給管３１０の中空部に供給され、先端部方向に流れる。
また、パージガス供給管３１０の中空部は、発光部（図示せず）から出射される測定光がリフレクタ（図示せず）側に通過し、リフレクタで反射してプローブ管１１の測定領域を通過した測定光が受光部（図示せず）側に通過する光路を構成する。

パージガス供給管３１０は、パージガス供給部２２との接続口３１２から、プローブ管１１の測定領域端部の近傍に位置する先端部まで、ほぼ均一の内径を有する。
パージガス供給管３１０の内径は、内部を通過するパージガスの流速との関係により、パージガスの流れが層流となるようにすることが好ましく、レイノルズ数が２３００未満になるように設定することが好ましい。

パージガス供給管３１０の先端部は、プローブ管１１の測定領域の一端に位置し、プローブ管１１内に導入された試料ガスと衝突して煙道５０内に流入するように構成される。
このことにより、パージガス供給管３１０を介してプローブ管１１の内部に導入されるパージガスは、光学系部材が試料ガスによって汚染されることを防止し、光学系部材による測定の測定領域を定義する。

プローブ管１１には、配管側壁５１の開口５３との間隙５６を遮蔽する遮蔽板３１３が設けられている。
遮蔽板３１３は、配管側壁５１の内表面５７近傍に設けられており、煙道５０内を通過する試料ガスの一部が、プローブ管１１と配管側壁５１の開口５３との間の間隙５６に流入することを防止する。
遮蔽板３１３の径方向の外周縁は、開口５３の内周面に当接していることが好ましいが、多少の隙間があっても、試料ガスの流入を防止する効果がある。

このように、遮蔽板３１３をプローブ管３１０の外表面に設けることにより、配管側壁５１内に位置するプローブ管１１の周囲に試料ガスが流入することを防止できる。
この第５実施形態では、パージガス供給管３１０の内部中空が測定光の光路となっていることから、パージガス供給管３１０とプローブ管１１の間隙３１１による断熱効果で、光路上における温度勾配を連続的にし、温度分布の不均一による熱レンズ効果現象の発生を防止できる。
また、遮蔽板３１３により、配管側壁５１内に位置するプローブ管１１の周囲に試料ガスが流入することを防止できるため、パージガス供給管３１０内部のパージガスの温度分布を均一にし、光学系部材による測定精度を高めることが可能となる。

プローブ管１１の先端にリフレクタなどの第２光学系部材を取り付ける場合には、第２光学系部材を試料ガスから保護するために、パージガスを先端部に供給する。
プローブ管１１の先端部にパージガスを供給する場合には、プローブ管１１とパージガス供給管３１０の間の間隙３１１を利用して測定領域の一端までパージガスを案内し、別途設けられる先端部パージガス供給管（図示せず）を用いて、プローブ管１１の先端までパージガスを案内するように構成できる。
その場合、導光管１４には、第２パージガス供給部２３と接続される接続口３１４を設け、第２パージガス供給部２３から供給されるパージガスをプローブ管１１とパージガス供給管３１０の間の間隙３１１を介してプローブ管１１の先端部方向に案内する。
この時、パージガス供給管３１０の外表面に、１または複数の仕切板３１５を設けることができる。
仕切板３１５は、その外周縁がプローブ管１１の内周面と所定の隙間を有するような円板状の部材で構成できる。この仕切板３１５により、プローブ管１１とパージガス供給管３１０の間の間隙３１１が複数の空洞部に分割されるとともに、各空洞部が仕切板３１５の外周縁とプローブ管１１の内周面との隙間により連通している。

第２パージガス供給部２３から供給されるパージガスは、プローブ管１１とパージガス供給管３１０の間の間隙３１１を通過する際に、仕切板３１５とプローブ管１１との隙間により流路が急激に狭くなり、空洞部で急激に流路が広くなって乱流を生じ、攪拌されて温度分布が均一化される。
したがって、パージガス供給管３１０の内部を通過するパージガスの温度分布に影響を与えることなく、測定光の光路上の温度勾配を連続的に維持することができる。
また、先端部パージガス供給管内を通過するパージガスが、予め攪拌された温度分布が均一化されていることから、プローブ管１１の先端部に設けられた光学系部材に到達する間に、測定領域内の試料ガスの温度に影響を与えることが少なくなる。

前述した第２実施形態における第１スリーブ６６、第２スリーブ７６にそれぞれパージガス供給管を設けた場合にも、遮蔽板の構成を適用することが可能である。
また、第３実施形態における第１スリーブ１１７、第２スリーブ１３４にそれぞれパージガス供給管を設けた場合にも、遮蔽板の構成を適用することが可能である。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
たとえば、プローブの種類、ガスの種類、遮蔽板の位置、遮蔽板の枚数、遮蔽板の形状、遮蔽板のサイズ、遮蔽板の取付構造は、それぞれの変形同士の組合せが可能である。

本発明は、配管内を流れる試料ガス中の所定成分の濃度を分析するために配管内に配置されるガス分析装置に広く適用できる。

１ ガス分析装置
１１ プローブ管
１２ 分析ユニット
２１ 遮蔽板
５０ 煙道
５１ 配管側壁
５２ 取付部
５６ 間隙

Claims (4)

1. 配管内を流れる試料ガスの所定の測定領域に測定光を投光し及び／または前記測定領域からの測定光を受光するための光路を含み、配管側壁の外側に固定されたフランジを介して前記配管側壁の開口の中に配置されることで前記開口の内周面との間に間隙を形成する管状部材と、
   前記測定領域内の試料ガスに対して前記測定光を投光し及び／または前記測定領域からの測定光を受光する光学系部材と、
   前記測定光の光路上であって前記光学系部材と前記測定領域との間に位置する領域にパージガスを供給するためのパージガス供給部と、
   前記試料ガスが前記配管から前記間隙に流入することを抑制する位置でありかつ前記配管側壁の内周面近傍に設けられた少なくとも１つの遮蔽板と、
   を備えたガス分析装置。
2. 前記少なくとも１つの遮蔽板は、前記管状部材に固定されている、請求項１に記載のガス分析装置。
3. 前記開口の前記内周面は、前記配管側壁に取り付けられ、内周面が前記管状部材の外周面との間に前記間隙を形成する取付補助部材によって構成され、
   前記少なくとも１つの遮蔽板は、前記取付補助部材の内周面に固定されている、請求項１に記載のガス分析装置。
4. 前記管状部材の軸方向に隙間を空けて配置された複数の遮蔽板を備えている、請求項１〜３のいずれかに記載のガス分析装置。

Images