JPWO2016059974A1 - ガス分析装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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(例えば、特許文献1を参照)。
プローブの基端部には、プローブ内に測定光を出射する発光部と、反射光を受光する受光部とが設けられている。プローブの先端部には、発光部からの測定光を受光部側に反射するリフレクタが設けられている。
この場合、プローブ及び環状フランジから熱が逃げにくい。したがって、ヒータによる加熱効率が向上する。
この場合、プローブ及び環状フランジから光学系部材側に熱が伝達されにくい。したがって、光学系部材が高温に晒されない。
本発明の一見地によれば、ヒータは環状フランジの外周面に形成された孔に配置されている。これにより、ヒータの装着が容易になる。
本発明の一見地によれば、ヒータは孔に脱着可能である。これにより、ヒータの交換作業が容易になる。
本発明の一見地によれば、ヒータは環状フランジに対して周方向に離れて複数配置されている。これにより、ヒータが環状フランジを全体的に加熱できる。
本発明の一見地によれば、プローブ管とフランジは溶接により固定されており、ヒータは溶接部を直接的に加熱している。これにより、溶接部が溶接時における組成比の変化によって耐腐食性を低下したとしても、溶接部を直接的に加熱することで腐食を生じにくくしている。
(1)全体構成
図1は、第1実施形態のガス分析装置の概略断面図である。図2は、図1の部分拡大図である。
ガス分析装置1は、煙道50を流れる試料ガスSが拡散により導入され、それを分析するための装置である。煙道50は、配管20によって構成されている。
ガス分析装置1は、主に、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とを有している。
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る。発光部15は、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。
プローブ管11の測定領域には、試料ガス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11aが設けられている。開口11aの、個数、位置、形状は特に限定されない。
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、コーナーキューブで構成できる。
ガス分析装置1は、配管側壁21の取付孔23に取り付けられる。具体的には、図2に示すように、取付孔23の分析ユニット12側には装着部27が設けられており、装着部27には前述のフランジ13がボルトで固定されている。以上の構成によって、取付孔23の内周面とプローブ管11の外周面43(特に、フランジ13が固定された根元部分)との間には環状の空間25が確保されており、環状の空間25内には煙道50からの試料ガスSが流入する。その結果、プローブ管11の外周面43(特に、フランジ13が固定された根元部分)と、フランジ13の内周側主面13aと、煙道側の溶接部41とは、試料ガスSに晒される。
従来技術であれば、煙道50内の試料ガスSは100℃〜400℃の温度であるが、空間25においては試料ガスの温度は下がり、それにより結露が発生する。結露した水分は、プローブ管11の外周面43と、フランジ13の内周側主面13aと、煙道側溶接部41とに付着する。煙道排ガス中は酸を含んでいるのでの、結露した各部分には腐食が生じる。なお、腐食の主な原因となるガスは、塩化水素(HCl)、硫黄酸化物(SOX)、窒素酸化物(NOX)である。
そこで、本実施形態では、ヒータ31を設けることで、空間25内の結露及び上記部分の腐食を防止している。ヒータ31は、フランジ13に直接取り付けられている。より具体的には、ヒータ31は、フランジ13の内部に装着されている。ヒータ31は、さらに具体的には、図2及び図3に示すように、フランジ13の外周面から中心側に延びる孔内に装着されている。ヒータ31の数は複数であり、この実施形態では4個である。また、ヒータ31は円周方向に等間隔で配置されている。この実施形態では、ヒータ31は、カートリッジヒータである。
また、空間25には、図1に示すように、煙道50内の温度を検出するための温度センサ39が設けられている。温調機19は、温度センサ39からの信号に基づいて制御動作を行ってもよい。
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。
ヒータ31は、フランジ13内に装着され、プローブ管11とフランジ13との固定部分を加熱する。ヒータ31はフランジ13内に装着されているので、上記の固定部分における加熱効果は高い。その結果、容易に所望の温度まで上げることができ、それによりプローブ管11とフランジ13との固定部分で結露が生じにくく、その結果、腐食も生じにくい。
このようにヒータ31が直接加熱する対象がフランジ13内部であるので、フランジが例えばステンレス等の熱伝導率の低い物質でできていたとしてもフランジ13近傍の温度を容易に上げることができる。つまり、消費電力が小さくなる。また、ヒータ31がフランジ13に直接取り付けられているので、加熱構造がガス分析装置1において大きなスペースを占有することがない。
以上の結果、プローブ管11内の光軸の直線性が維持され,長期間にわたって正確ガス分析が可能になる。
なお、例えば、煙道排ガス温度が低い場合、排ガス中に共存するHCl、SOX、NOXなどの酸成分の濃度が高く、露点上昇が大きくなる。場合、周囲温度が低い場合、対象ダクトにR部がある場合が特に問題を生じさせる。
ヒータの種類、個数、設置方法、及び設置位置は特に限定されない。ヒータは単数であってもよい。ヒータが複数の場合には、それら同士の配置位置関係、それぞれの制御条件は、適宜設定可能である。ただし、ヒータは、フランジの中心側に近い位置に設けられていることが好ましい。これは、溶接部41を十分に加熱するためである。
ヒータ31による上記空間25の目標温度は、上記効果が得られるのであれば特に限定されないが、例えば100℃以上である。
ヒータ31は、焼却炉の運転中のみ加熱を行うようにしてもよいし、焼却炉が運転を停止して試料ガスSが煙道50中を流れていないときにも加熱を行うようにしてもよい。
ガス分析装置1は、さらに、断熱部材33を有している。断熱部材33は、ヒータ31及びフランジ13を外気から遮断するように覆うための部材である。図1に示すように、断熱部材33は、ヒータ31及びフランジ13を覆っている。また、断熱部材33は、装着部27も覆っている。断熱部材33は、例えば、シリコンラバーである。断熱部材33は、カバー35によって覆われている。
断熱部材33によって、フランジ13における保温効果が高まっている。したがって、ヒータ31への供給電力を低く抑えながらもフランジ13を十分に加熱できる。
なお、断熱部材の材料、量、形状、配置位置は前記実施形態に限定されない。
また、断熱部材は、省略されてもよい。
ガス分析装置1は、さらに、断熱接続構造37を有している。断熱接続構造37は、プローブ管11においてフランジ13と発光部15及び受光部16との間に配置され、両側を断熱して接続する構造である。より具体的には、断熱接続構造37は、フランジ13と駆動機構41との間に配置されている。
断熱接続構造37は、例えば、筒状部材同士を連結する箇所において、金属同士を接触させない構造であり、例えばガラスエポキシ樹脂からなる部材やOリング等によって実現される。断熱接続構造37によって、ヒータ31で発生した熱が発光部15及び受光部16側に伝達されにくい。特に、発光部15及び受光部16は耐熱性が低いので、温調高温から熱的に遮断することが重要である。また、駆動機構41は熱膨張に弱いので、断熱接続構造37による断熱接続が効果的である。
本願出願人は上記のガス分析装置1を用いて数ヶ月以上にわたって、腐食の発生及び防止についての実験を行った。ヒータを用いていない従来のガス分析装置では、1ヶ月以内でプローブ管、フランジに腐食が発生し、表面の金属光沢が消滅した。それに対して、ヒータを用いたガス分析装置では、9ヶ月経過しても各部材に腐食は生じておらず、表面の金属光沢が維持された。
前記第1実施形態では、プローブ管に固定されたフランジは、配管側壁に直接固定されていたが、フランジの取付構造は特に限定されない。
図4及び図5を用いて、フランジの取付構造の他の実施形態を説明する。
ガス分析装置1は、煙道50を構成する配管側壁21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21の取付孔23に取り付けられた設置用パイプ54で構成される。
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101のフランジ113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101が間接的に配管側壁21に固定される。プローブ管111と設置用パイプ54の間には、空間56が確保される。
図示した例では、プローブ管111の長さ方向に沿って所定間隔で3つの遮蔽板30が配置されている。このように複数の遮蔽板30がプローブ管111の軸方向に隙間を空けて配置されているので、試料ガスSが空間56に流入しにくい。
なお、遮蔽板30に加えて、後述する第3実施形態のようにパージエアを空間56に供給することを行えば、試料ガスSが空間56に流入するのをさらに効果的に防止できる。
断熱部材133によって、フランジ113における保温効果が高まっている。したがって、ヒータ131への供給電力を低く抑えながらもフランジ113を十分に加熱できる。
他の実施形態として、第1実施形態及び第2実施形態の構成に加えて、パージガスをプローブ管と壁内周面との間の空間に供給することで、排ガスが前記空間内に入り込みにくくしてもよい。これにより、前述の腐食が生じにくくなる。
パージガスの供給は、ヒータに加熱と共に行ってもよいし、ガス分析装置の設置時などヒータによる加熱を行っていないときに行ってもよい。
また、パージガスによって希釈することで、試料ガスSの露点を下げることができる。
以上、本発明の複数の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。
例えば、管状部材は、プローブ管に限定されない。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/又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んでいればよい。
ガス分析装置は、反射型光学系測定を行うものに限定されず、透過型光学測定を行うものでもよい。
プローブ管の形状は、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、又はこれらの複合的な形状とすることもできる。
前記実施形態のガス分析装置は燃焼排ガスを分析対象としていたが、各種のプロセスガス等を対象にしてもよい。
11 :プローブ管
13 :フランジ
13a :内周側主面
19 :温調機
25 :空間
27 :装着部
31 :ヒータ
33 :断熱部材
37 :断熱接続構造
39 :温度センサ
41 :溶接部
43 :外周面
50 :煙道
101 :ガス分析装置
111 :プローブ管
113 :フランジ
131 :ヒータ
S :試料ガス
Claims (3)
- 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/又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む管状部材と、
前記管状部材の外周に固定され、配管側壁に装着される環状フランジと、
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/又は前記測定領域からの測定光を受光する光学系部材と、
前記環状フランジ内に設置され、前記管状部材と前記環状フランジとの固定部分を加熱するヒータと、
を備えたガス分析装置。 - 前記ヒータ及び前記環状フランジを外気から遮断するように覆う断熱部材をさらに備えている、請求項1に記載のガス分析装置。
- 前記管状部材において前記環状フランジと前記光学系部材との間に配置され、両側を断熱して接続する断熱接続構造をさらに備えている、請求項1又は2に記載のガス分析装置。
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Publications (2)
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