JPH0412821B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明はサンプルガスの赤外線の吸収性を利用
した赤外線ガス分析計、特に光源からの赤外線を
分散することなくそのまま導く非分散形赤外線ガ
ス分析計に関するものである。

（従来技術およびその問題点） 燃焼排ガス、雰囲気炉の雰囲気ガスなどに含ま
れるガス、たとえばCO、CO₂、SO₂などのガス
濃度を知ることは、環境保護や省エネルギー製品
の品質管理上からも重要なことであり、従来から
種々の計測装置が提案されてきた。物理的ガス分
析の１つである赤外線ガス分析法もこの中の１つ
であり、サンプルガスの赤外線の吸収性を利用
し、ガス濃度を測定するものである。赤外線ガス
分析法はプリズムを用いて赤外線を分散させて入
射させる分散形と、光源からの赤外線をそのまま
導く非分散形とがあり、構造が簡単であるとの理
由により工業用には非分散形が主に利用されてい
る。

しかしながら、従来既知の非分散形ガス分析計
は、たとえば第５図に模式的に示すように、吸引
用のポンプ２を用いてサンプルガスを吸引しドレ
ンポツト３，４にてサンプルガス中の水分とガス
とを分離しフイルタ５，６を通過させてサンプル
ガス中のダストを除去した後ポンプ７を経て分析
部８に導いてガス濃度を検出する構成をしてい
る。また分析部８に一定量のガスを導入するため
に流量計９も必要としていた。このようないわゆ
るガスサンプリング装置を別途必要としたため、
従来既知の非分散形ガス分析計では、分析部８に
到るまでのサンプルガスの導管長が必然的に長く
なり、分析部におけるガス置換が遅くなり、ある
時点での実際のガス濃度と分析計の測定結果との
間に遅れが生じ、雰囲気ガスなどのガス濃度のコ
ントロールを行なうのが困難であると言う問題が
あつた。また種々の構成要素よりなるサンプリン
グ装置を必要としたため、分析計自体の寸法が大
きく分析計の設置場所が限定されるだけでなく、
価格的にも高価なものとなり、その使用分野が限
定されてしまうと言う問題もあつた。さらにフイ
ルタが目詰りしないようにするためには頻繁にフ
イルタを点検、清掃しなければならず、点検作業
を行なう上でも改善すべき問題が数多く存在し
た。

（問題点を解決するための手段） これら上述した種々の問題点を解決するため、
本発明の分析計は、サンプルガスに含まれる固有
のガス分子により吸収される赤外線の変化を検出
して固有のガスのガス濃度を測定する非分散形ガ
ス分析計において、サンプルガス導入口を有する
プローブに接続された主導管と、この主導管に横
設されたサンプルガスの少なくとも一部が流入す
るサンプルガスセルと、このサンプルガスセルよ
り下流に位置しサンプルガスを吸引するガスエゼ
クタとを具え、前記サンプルガスセルは、赤外線
をサンプルガスセル内に入光および出光するため
の少なくとも１個の透過窓と、サンプルガスセル
内に入光した赤外線を多重反射させるための少な
くとも１個の反射鏡とを具えてなる。

（作用） 従つて本発明の赤外線ガス分析計では、圧縮空
気などのエゼクタ駆動ガスをガスエゼクタのノズ
ルより主導管内に噴出させることによつて、たと
えば燃焼排ガスが通過する煙道内に突出させたプ
ローブ先端のサンプルガス導入口よりサンプルガ
スをガスサンプリング装置などの特別な装置を必
要とすることなく主導管に直接導き、エゼクタ駆
動ガスととも主導管の他端部に設けたサンプルガ
ス戻し口より煙道内に放出する。この時、主導管
に導かれたサンプルガスの一部は、フイルタを介
してサンプルガスセル内に侵入し、再び主導管に
戻る。ところでサンプルガスセルには、光源より
放射された赤外線がガス相関フイルタによつて基
準光および試料光に分かれ一定周期で交互に入光
するが、基準光は測定すべきガスの特定の赤外線
波長の光が吸収されたものであるのでサンプルガ
スセル内の測定すべきガスにより吸収されること
なくサンプルガスセルより出光する。これに対し
試料光はサンプルガスセル内の測定ガスにより特
定の赤外線波長の光がガス濃度に応じて吸収され
る。従つて基準光とサンプルガスセル内を通過し
た試料光との光強度の差を比較することによりガ
ス濃度を知ることができる。またサンプルガスセ
ル内には互に離間して対向する凹面鏡を配設し多
重反射することによつてサンプルガスセルの長さ
を増加することなくサンプルガスと赤外線との接
触距離が増加し測定感度が向上する。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の実施例を詳述す
る。

第１図は、本発明分析計の第１の実施例を示す
図であり、分析計２０をたとえば燃焼排ガスが流
れる煙道１０の煙道壁１２に直接取り付ける。分
析計２０は、煙道内のガスの１部をサンプルガス
セル内に導くガス導入手段と、光源より放射され
サンプルガスセル内を通過した赤外線を赤外線検
出器３９に導く光学手段とを具える。

ガス導入手段は、略コの字形状をした主導管３
０と、主導管３０に横設したサンプルガスセル室
２４と、このサンプルガスセルより下流に位置す
るガスエゼクタとを具える。主導管３０の一端
は、煙道１０内に突出したサンプルガス導入口を
有するプローブ３２に接続し、他端はプロープ３
２の下流の煙道に開口したサンプルガス戻し口３
３に接続されている。それゆえ、たとえば圧縮空
気をエゼクタ駆動ガスとしてガスエゼクタノズル
２９より主導管３０内に噴出させると、図中矢印
Ａで示す流れが生じ、燃焼排ガスの一部がサンプ
ルガスとして主導管３０内に導かれる。導入され
たサンプルガスの一部は、フイルタ２５を介して
図中矢印Ｂで示すごとくサンプルガスセル２４内
に侵入し、再び主導管に戻るので導入したサンプ
ルガスの処理を別途溝じる必要がない。

光学手段は、赤外線を放射する光源３４と、放
射された赤外線を基準光と試料光とに分けるガス
相関フイルタ３６と、このガス相関フイルタ３６
を一定速度で回転する同期モータ３５と、サンプ
ルガスセルより出光した赤外線を集光する集光器
３８と、集光した赤外線を検出する赤外線検出器
３９とを具える。なお主導管、サンプルガスセル
等の配置、あるいは分析計自体をコンパクトにす
るため、赤外線の光路を変更した場合には反射鏡
を用いればよく、本実施例では反射鏡３７を用い
てサンプルガスセル２４より出光した光路を90°
変更している。

ここでサンプルガスセル２４は、セル内に入光
した赤外線を多重反射、すなわち繰返して反射さ
せセル内のサンプルガスと赤外線との接触する距
離を増加させるため、互いに対向して配置された
凹状の反射鏡２２，２３と、相関フイルタ３６を
通過した赤外線をサンプルガスセル内に入光およ
び出光させるための透過窓２１，２１とを具え
る。従つて相関フイルタ３６を通過した赤外線は
図中矢印Ｃで示すように一方の透過窓２１を通過
してセル内に入り、反射鏡２３および２２の間で
繰返し反射された後他方の透過窓２１を経てセル
２４から出光し、反射鏡３７、集光器３８を経て
赤外線検出器３９に達する。そして検出器３９は
入光する赤外線エネルギーを電気エネルギーに変
換する。これを演算処理し指示計に表示する。そ
れゆえ、本発明の分析計によればサンプルガスと
赤外線との接触する距離を増加させ、サンプルガ
スセル２４の全長を短かくすると言う相反する条
件が同時に解決されることになる。

さらに本実施例ではサンプルガスが流れる通路
が結露するのを防止するため、主導管３０および
サンプルガスセル２４の周囲に加熱ヒータ３１を
設けたが、結露の恐れがない場合には、この加熱
ヒータ３１を配設しなくともよい。

符号４０で示したのは、分析計を校正する際に
必要な標準ガスをサンプルガスセル２４内に導く
ための校正ガス管であり、校正時にはこのガス管
を介してサンプルガスセル内に標準ガスを導き、
セル２４内を標準ガスで充満して指示を校正す
る。

第２図および第４図に本発明の好適な他の実施
例を示す。なお、簡略のため第１図と同一又は同
等な働きをするものには同一符号を付す。

第２図に示した実施例では、主導管３０よりサ
ンプルガスセル２４内に侵入するサンプルガスの
置換を容易にするため、サンプルガス分岐管２６
ａの一端を、主導管３０に離間してサンプルガス
セル２４に接続し、サンプルガス分岐管２６の他
端をサンプルガスセル２４の下流の主導管３０に
接続する構成とした。なお、簡略のためサンプル
ガス分岐管の一部のみ図示するサンプルガス分岐
管２６の他端は、本実施例の如くサンプルガスセ
ル２４の下流でガスエゼクタ２９の上流の主導管
３０に連通させることに限定されるものではない
が、サンプルガスセル内でのサンプルガスの流れ
が一定であること、分岐管２６の長さが増加する
ことによるサンプルガスセル２４内へのサンプル
ガスの流入効率が低下することなどを考慮したな
らば、本実施例の如く連通させるのがよい。

さらに本実施例では、サンプルガスセル２４近
くのサンプルガス分岐管２６内にサンプルガスの
流量調整を行なうガス量調整器２７を配設する。
本実施例では、このガス量調整器２７は分岐管２
６に合致することのできる弁体よりなり、機械的
あるいは電気的に弁開度を調整することができ
る。

従つて本実施例ではサンプルガスセル内に侵入
するガスの置換が迅速に行なわれるので応答性の
速い非分散赤外線ガス分析計を得ることができ
る。この様子を第３図に示す。ここでサンプルガ
ス流量とはプローブ３２から主導管３０に流入す
るガス流量をいい、応答時間とはプローブ３２の
サンプルガス導入口４１でガスを切替た場合、分
析計２０の出力が安定した状態に達するまでの90
％応答時間をいう。第３図から明らかなように従
来装置の如く別個にサンプリング装置を必要とす
るものに比べ、本発明装置の分析計は、応答時間
が1/2以下であることがわかる。特に、分岐管を
設けた装置であつてガス量調整器２７を全開した
場合には従来の分析計の約1/5となり応答性が格
段に向上することがわかる。

なお、第２図に示した実施例では、ガスエゼク
タノズル２９より上流の主導管、サンプルガスセ
ル、フイルタ等に付着した付着ダストを除去する
ためのパージ口２８を、ガスエゼクタノズル２９
より上流の主導管３０に設ける。このパージ口２
８を介して圧縮空気などの加圧流体を主導管３０
内に噴出することにより付着ダストわ分析計内よ
り除去する。更に、分析計異常時にはパージ口よ
り加圧流体を噴出して分析計内へのサンプルガス
の侵入を阻止すると共に、サンプルガス中の水分
が分析計内で結露するのを阻止することもでき
る。なお、好適にはパージ口２８とサンプルガス
導入口４１とを直線上に配置することにより付着
ダストの除去効率を一段と向上させることができ
る。

従つてこのようなパージ口を有する分析計で
は、通常の保守作業に際しては上述したように、
パージ口２８から加圧流体を噴出して付着ダスト
を除去し、年に１回程度機械的な清掃を行なえば
よいので、保守点検作業を従来の分析計に比べ大
幅に簡素化することができる。

第４図に示す本発明の他の好適な実施例は、サ
ンプルガスセル２４を主導管３０に横設するに際
し、互いに離間する分岐管２６ｂ，２６ｂを介し
て主導管３０とサンプルガスセル２４とを接続連
通したものである。従つてプローブ３２を通り主
導管３０に流入したサンプルガスの一部は図中矢
印Ｂで示すごとく、フイルタ２５を介して上流側
の分岐管２６ｂを通りサンプルガスセル内に流入
し下流側の分岐管２６ｂを通り主導管３０に致
る。なお、上流側の分岐管２６ｂのフイルタ２５
近くにガス量調整器２７を配設し、サンプルガス
セル２４内に流入するサンプルガスの流量を調整
できるようにするのがよい。

さらに第２図に示した実施例と同様にパージ口
２８をサンプルガス導入口４１に整列させて設け
付着ダストの除去効率を向上させることは勿論で
ある。

（効果） 以上詳述したように本発明の直結非分散赤外線
ガス分析計によれば、サンプルガス吸引装置とし
てのガスエゼクタ、サンプルガスセル、サンプル
ガス流路を煙道に直結する一体構造としたので、
従来の非分散形赤外線ガス分析計に欠くことので
きない、サンプルガス吸引用のポンプ、水分除去
用のドレンポンプ等の前処理装置を省くことがで
きる。しかも煙道に直結する構造であるのでサン
プルガス流路が短かくなり、サンプルガスセルで
のガス置換が容易となるから分析計の応答性が向
上する。さらにサンプルガスセルにガス量調整器
を具えた分岐管を接続することにより応答性を一
段と向上させることができ、しかもガス量調整器
を調整することにより分析計の応答時間を変更す
ることができる。従つてダスト付着によるフイル
タの圧力損失が大きくなつた場合にも応答時間を
補正することができ、常にほぼ一定の応答性を得
ることができるフレキシビリテイに富んだ分析計
である。

また、サンプルガスセル内に凹面状の反射鏡を
互いに対向し離間して配置し、これら反射鏡の間
で光源から放射された赤外線を多重反射させた後
に赤外線検出器に入光させる構成としたので、サ
ンプルガスセルの長さを短かくすることができ、
分析計を小型軽量なものとすることができる。し
かもサンプルガスと赤外線との接触距離は充分確
保できるので測定感度が損なわれることはない。

さらにパージ口より圧縮空気などの加圧気体を
噴出させることによりサンプルガスセル、フイル
タ、主導管に付着した付着ダストを容易に除去す
ることができるので保守点検作業を簡略化でき
る。サンプルガス流路の周囲に加熱ヒータを設け
ればサンプルガス中の水分が結露するのを確実に
防止することができる。分析計異常時には圧縮空
気等をパージ口より噴出することにより分析計内
へのサンプルガスの侵入を阻止しサンプルガスに
含まれる水分が分析計内で結露するのを防止する
ことができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではなく、種々の変更が可能であり、たとえば
パージ口より噴出する加圧気体を供給する管路に
電磁弁を介装し、この電磁弁をサンプルガスセル
の温度信号、分析計の異常信号、あるいは分析計
点検信号などに応じて開閉する構成とすることも
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明直結形非分散赤外線ガス分析
計の実施例を示す略断面図、第２図は、本発明の
分析計の好適な他の実施例を示す略断面図、第３
図は、本発明の分析計と従来の分析計との応答時
間を比較して示す図、第４図は、本発明の分析計
の好適な別の実施例を示す略断面図、第５図は、
従来既知の分析計の構成を模式的に示した図であ
る。 ２，７……吸引ポンプ、３，４……ドレインポ
ツト、５，６……フイルタ、８……分析部、２０
……分析計、２１……透過窓、２２，２３，２７
……反射鏡、２４……サンプルガスセル、２５…
…フイルタ、２６ａ，２６ｂ……分岐管、２７…
…ガス量調整器、２８……パージ口、２９……ガ
スエゼクタノズル、３０……主導管、３１……加
熱ヒータ、３２……プローブ、３３……サンプル
ガス戻し口、３４……赤外線光源、３５……同期
モータ、３６……ガス相関フイルタ、３８……集
光器、３９……赤外線検出器、４０……校正ガス
管、４１……サンプルガス導入口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ サンプルガスに含まれる固有のガス分子によ
   り吸収される赤外線の変化を検出して固有のガス
   のガス濃度を測定する非分散形ガス分析計におい
   て、 サンプルガス導入口を有するプローブに接続さ
   れた主導管と、この主導管に横設されサンプルガ
   スの少なくとも一部が流入するサンプルガスセル
   と、このサンプルガスセルより下流に位置し加圧
   流体を噴出することによりサンプルガスを吸引す
   るガスエゼクタとを具え、前記サンプルガスセル
   は、赤外線をサンプルセル内に入光および出光す
   るための少なくとも１個の透過窓と、サンプルガ
   スセル内に入光した赤外線を多重反射させるため
   の少なくとも１個の反射鏡とを具えてなることを
   特徴とする直結形非分散赤外線ガス分析計。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の赤外線ガス分
   析計において、前記サンプルガスセルと前記サン
   プルガスセルより下流の前記主導管とをサンプル
   ガス分岐管を介して連通させた直結形非分散赤外
   線ガス分析計。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の赤外線ガス分
   析計において、前記サンプルガスセルを、互いに
   離間する分岐管を介して前記主導管に連通させた
   直結形非分散赤外線ガス分析計。 ４ 特許請求の範囲第２項又は第３項に記載の赤
   外線ガス分析計において、前記分岐管およびサン
   プルガス分岐管はガス流量を調整するガス量調整
   器を具える直結形非分散赤外線ガス分析計。 ５ 特許請求の範囲第１〜第４項のいずれか１項
   に記載の赤外線ガス分析計において、前記エゼク
   タより上流側の前記主導管にパージ口を設け、こ
   のパージ口よりパージガスを噴出して前記主導管
   およびサンプルガスセル等に付着したダストを除
   去する直結形非分散赤外線ガス分析計。 ６ 特許請求の範囲第１〜第５項のいずれか１項
   に記載の赤外線ガス分析計において、前記ガス分
   析計内のサンプルガスの流路をサンプルガスの露
   点温度以上に保持するための加熱手段を前記流路
   の少なくとも一部に設けた直結形非分散ガス赤外
   線分析計。