JPWO2017037899A1 - 分析装置および排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

煙道にレーザー光を照射して、煙道を通過するガスに含まれる成分を分析する分析装置であって、レーザー光の出射機能および受光機能を有する光学ユニットと、一端が光学ユニットに光学的に接続され、レーザー光を通過させる連結管とを備え、連結管は、光学ユニットとは逆側の挿入端領域における管壁に設けた貫通孔と、貫通孔と対向して配置され、管壁が設けられておらず、且つ、貫通孔よりも面積の大きい開放領域とを有する分析装置を提供する。

Description

本発明は、分析装置および排ガス処理装置に関する。

従来、煙道を通過する測定対象ガスに含まれる所定成分の濃度を分析する装置として、煙道に接続した連結管を介してレーザー光を測定対象ガスに照射する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。分析装置は、測定対象ガスによるレーザー光の吸光量に基づいて所定成分の濃度を分析する。
［先行技術文献］
［特許文献］
特許文献１ 特開２０１３−１０１０６７号公報

連結管には測定対象ガスができるだけ侵入しないことが好ましい。

［発明の一般的開示］
煙道にレーザー光を照射して、煙道を通過するガスに含まれる成分を分析する分析装置は、一端が光学ユニットに光学的に接続され、レーザー光を通過させる連結管を備えてよい。光学ユニットは、レーザー光の出射機能および受光機能を有してよい。連結管は、光学ユニットとは逆側の挿入端領域における管壁に設けた貫通孔を有してよい。連結管は、貫通孔と対向して配置され、管壁が設けられていない開放領域を有してよい。開放領域は、貫通孔よりも面積が大きくてよい。

光学ユニットは、レーザー光を煙道に出射する機能を有する第１の光学ユニットを有してよい。光学ユニットは、第１の光学ユニットから出射され、煙道を通過したレーザー光を受光する機能を有する第２の光学ユニットを有してよい。連結管は、第１の光学ユニットおよび第２の光学ユニット毎にそれぞれ設けられてよい。

光学ユニットは、レーザー光を煙道に出射する機能を有する第１の光学ユニットを有してよい。光学ユニットは、第１の光学ユニットから出射され、煙道の少なくとも一部を通過した後に反射されたレーザー光を受光する機能を有する第２の光学ユニットを有してよい。連結管は、第１の光学ユニットおよび第２の光学ユニットに共通に設けられてよい。

連結管は、貫通孔よりも光学ユニット側において、連結管内部にパージガスを導入する導入孔が設けられていてよい。連結管は、貫通孔と対向する側の管壁において、光学ユニットとは逆側の端部から、少なくとも貫通孔と対向する範囲を含んで切欠きが設けられていてよい。連結管は、貫通孔と対向する側の管壁において、貫通孔と対向する領域を含み、貫通孔よりも面積の大きい切抜きが設けられてよい。当該切抜きにより開放領域が形成されてよい。

連結管の長さ方向において、開放領域が形成された範囲の中央よりも光学ユニット側に少なくとも１つの貫通孔が設けられていてよい。連結管の長さ方向に沿って、複数の貫通孔が設けられていてよい。連結管の周方向に沿って、複数の貫通孔が設けられていてよい。

貫通孔の直径が、連結管の直径の１／１０以上であってよい。貫通孔の直径が、連結管の直径の１／２以下であってよい。貫通孔が管壁を貫通する貫通方向が、連結管の長さ方向と直交する方向に対して、連結管の煙道に挿入される挿入端側に傾きを有してよい。

分析装置は、導入孔から連結管内部にパージガスを導入するパージガス導入部を更に備えてよい。パージガス導入部は、予め定められた期間毎にパージガスの流量を増加させてよい。

連結管は、レーザー光の光軸方向から見た断面形状が流線型であってよい。レーザー光の光軸は、連結管の高さ方向における中心よりも、貫通孔側に設けられていてよい。貫通孔は、連結管の外側における開口よりも連結管の内側における開口のほうが大きいテーパー形状を有してよい。

排ガスを処理する排ガス処理装置は、排ガスが通過する煙道と、レーザー光により煙道を通過する排ガスの成分を分析する分析装置とを備えてよい。分析装置は、一端が光学ユニットに光学的に接続され、レーザー光を通過させる連結管を備えてよい。光学ユニットは、レーザー光の出射機能および受光機能を有してよい。連結管は、煙道の内部に露出する管壁のうち、排ガスの流れの上流側に設けた貫通孔を有してよい。連結管は、貫通孔と対向して配置され、管壁が設けられていない開放領域を有してよい。開放領域は、貫通孔よりも面積が大きくてよい。

なお、上記の発明の一般的開示は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明の一つの実施形態に係る分析装置１００の一例を示す模式図である。 貫通孔２４を有さない場合に、連結管２０に侵入する被測定ガスの濃度分布の解析結果を示す図である。 貫通孔２４を有する場合に、連結管２０に侵入する被測定ガスの濃度分布の解析結果を示す図である。 貫通孔２４を有さない場合における、連結管２０の周囲におけるガス流を模式的に示す図である。 貫通孔２４を有する場合における、連結管２０の周囲におけるガス流を模式的に示す図である。 端部４２近傍の構造例を示す図である。 端部４２近傍の構造例を示す図である。 端部４２近傍の構造例を示す図である。 端部４２近傍の構造例を示す図である。 管壁２２−１の構造例を示す平面図である。 管壁２２−１の他の構造例を示す平面図である。 複数の貫通孔２４の他の配置例を示す図である。 管壁２２−１の断面における貫通孔２４の形状の一例を示す図である。 管壁２２−１の断面における貫通孔２４の形状の他の例を示す図である。 連結管２０の形状例を示す図である。 レーザー光の光軸の位置の例を示す図である。 開放領域３０の長さＬと、連結管２０の直径Ｄとの比を変化させた場合の、連結管２０の内部への被測定ガスの侵入度合の変化を解析した図である。 開放領域３０の長さＬと、連結管２０の直径Ｄとの比を変化させた場合の、連結管２０の内部への被測定ガスの侵入度合の変化を解析した図である。 開放領域３０の長さＬと、連結管２０の直径Ｄとの比を変化させた場合の、連結管２０の内部への被測定ガスの侵入度合の変化を解析した図である。 開放領域３０の長さＬと、連結管２０の直径Ｄとの比を変化させた場合の、連結管２０の内部への被測定ガスの侵入度合の変化を解析した図である。 分析装置１００の構成例を示す図である。 分析装置１００の他の構成例を示す図である。 分析装置１００の他の構成例を示す図である。 本発明の一つの実施形態に係る排ガス処理システム２００の構成例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明の（一）側面を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る分析装置１００の一例を示す模式図である。分析装置１００は、煙道１１０にレーザー光を照射して、煙道１１０を通過する被測定ガスに含まれる成分の濃度を分析する。被測定ガスに含まれる成分とは、特定のガス成分であってよく、また、ダスト等の固体成分であってもよい。分析装置１００は、分析対象の成分における吸収度が大きい波長のレーザー光を照射して、当該レーザー光の吸収量に基づいて当該成分の濃度を検出する。また、分析装置１００は、特定の成分濃度が０または所定値以下の場合に、被測定ガスが流れていないと判定する装置であってもよい。

分析装置１００は、光学ユニット１０、筐体１２、パージガス導入部１６、および、連結管２０を備える。なお図１に示す構成は、分析装置１００の一部であってよい。分析装置１００は、レーザー光の出射機能および受光機能を提供する１以上の光学ユニット１０を有する。分析装置１００においては、２つの光学ユニット１０でレーザー光の出射機能および受光機能を提供してよい。２つの光学ユニット１０は、図１２に示すように別の場所に設けられてよく、図１３または図１４に示すように隣接して設けられてもよい。図１に示す光学ユニット１０は、レーザー光の出射機能および受光機能の少なくとも一方の機能を有する。例えば図１に示す光学ユニット１０が、レーザー光の出射機能を有する場合、分析装置１００は、図１に示す構成に加え、レーザー光を受光する側の構成を更に備える。レーザー光を受光する側の構成は、図１に示す光学ユニット１０、筐体１２、パージガス導入部１６、および、連結管２０と同一であってよい。

筐体１２は、光学ユニット１０を収納する。筐体１２の壁面の一部には、レーザー光を透過する窓部１４が設けられる。光学ユニット１０は、窓部１４を介してレーザー光を出射し、または、受光する。窓部１４は、レーザー光をコリメートあるいは集光する機能を有していてもよい。

窓部１４は、筐体１２の内部を、連結管２０の内部から遮蔽する。これにより、筐体１２の内部に設けた光学ユニット１０を被測定ガス等から保護することができる。筐体１２の内部には、光学ユニット１０における測定結果を処理する処理装置、および、光学ユニット１０を制御する制御装置等が設けられてよい。

連結管２０は、端部４４が光学ユニット１０に光学的に接続される。つまり、連結管２０の一端には光学ユニット１０が出射したレーザー光が入射してよく、連結管２０を通過したレーザー光を連結管２０の端部４４から出射して、光学ユニット１０に受光させてもよい。

連結管２０の光学ユニット１０とは逆側の端部４２は、煙道１１０の内部に挿入される。連結管２０は、煙道１１０の壁部１１２を貫通して設けられてよい。壁部１１２は、連結管２０が通過する領域に、連結管２０が固定されるフランジ等を有してよい。フランジは、壁部１１２に対する連結管２０の角度を調整する光軸調整部を有してよい。これにより、煙道１１０に対する光学ユニット１０の光軸を調整することができる。

本例では、連結管２０において煙道１１０の内部に挿入される端部４２から所定の範囲を挿入端領域４０と称する。挿入端領域４０は、連結管２０の全長の半分以下であってよく、１／４以下であってもよい。また、挿入端領域４０は、煙道１１０の内部に挿入される領域を指してもよい。

連結管２０は、両端の間でレーザー光を通過させる。つまり、光学ユニット１０と、煙道１１０の内部との間でレーザー光を伝搬させる。連結管２０は、円筒、角筒等の筒形状を有する。

分析装置１００は、レーザー光の吸収量に基づいてガス濃度を分析する。レーザー光の吸収量は、レーザー光が被測定ガス中を通過する光路長に依存する。このため、ガス濃度を精度よく分析するには、光路長が変動しないことが好ましい。一方で、連結管２０の端部４２は、煙道１１０の内部に挿入される。このため、端部４２から被測定ガスが連結管２０の内部に侵入すると、レーザー光が被測定ガス中を通過する光路長が変動してしまう。また、煙道１１０に流れるガスの流量または流速によって、連結管２０の内部に侵入するガスの量が変動するので、上述した光路長も変動してしまう。本例の分析装置１００は、連結管２０の挿入端領域４０が所定の構造を有することで、被測定ガスが連結管２０の内部に侵入することを抑制する。

連結管２０は、挿入端領域４０における管壁に貫通孔２４を有する。連結管２０は、被測定ガス流に対して上流側の管壁２２−１と、下流側の管壁２２−２とを有する。管壁２２−１は、連結管２０の管壁のうちガス流の上流側の半分を指し、管壁２２−２は下流側の半分を指してよい。貫通孔２４は、ガス流に対して上流側の管壁２２−１に設けられる。貫通孔２４は、管壁２２−１の領域のうち、ガス流に対して最も上流側の領域に形成されてよい。つまり、管壁２２−１の最も低い部分に貫通孔２４が設けられてよい。

連結管２０は、貫通孔２４と対向して配置された開放領域３０を有する。開放領域３０は、下流側の管壁２２−２に形成される。開放領域３０は、上流側の管壁２２−１に対向する領域であって、且つ、下流側の管壁２２−２が設けられていない領域を指す。開放領域３０は、貫通孔２４よりも面積が大きい。開放領域３０の面積とは、管壁２２−２に沿った面における面積を指す。つまり、管壁２２−２が延長して存在すると仮定した場合に、管壁２２−２において開放領域３０が占める面積を指す。開放領域３０は、管壁２２−２に形成された貫通孔であってよく、管壁２２−２に形成された切欠きであってもよい。

本例では、連結管２０の端部４２における管壁２２−１から、端部４４側における管壁２２−２まで、連結管２０の管壁を斜めに切り欠いた切欠き３２が形成される。つまり切欠き３２は、上流側の管壁２２−１のほうが、下流側の管壁２２−２よりも長くなるように形成される。切欠き３２は、端部４２から、少なくとも貫通孔２４と対向する位置よりも端部４４側まで形成される。

このような構成により、ガス流の上流側の連結管２０の管壁２２−１が突出する。このため、管壁２２−１により被測定ガスの流れが阻害され、被測定ガスが連結管２０を避けて通過する。これにより、被測定ガスが直接的に連結管２０の内部に流入することを防ぐことができる。

ただし、管壁２２−１により阻害されたガス流は、煙道１１０を通過する他のガス流から剥離する。他のガス流から剥離したガス流は、管壁２２−２側において流速が低下し、煙道１１０の下流側に通過せずに、開放領域３０の近傍から連結管２０の内部に侵入する場合がある。これに対して、上流側の管壁２２−１に貫通孔２４を設けることで、貫通孔２４を通過したガス流が、開放領域３０を通過して煙道１１０の下流側に流れる。貫通孔２４を通過したガス流により、管壁２２−１により阻害されたガス流が、開放領域３０の近傍から連結管２０の内部に回り込むことを防ぐことができる。

このような構成により、被測定ガスが連結管２０の内部に侵入する量を低減することができる。従って、煙道１１０に流れるガスの流量が変動しても、光路長への影響を低減することができ、レーザー光が被測定ガス中を通過する光路長のばらつきを低減することができる。このため、被測定ガスを精度よく分析することができる。

また、分析装置１００は、連結管２０内部にパージガスを導入するパージガス導入部１６を更に備えてよい。この場合、連結管２０は、貫通孔２４よりも光学ユニット１０側において、連結管２０内部にパージガスを導入する導入孔２６を有する。導入孔２６は、煙道１１０に挿入されない領域に設けられる。パージガスは、被測定ガスよりもダスト密度が小さい空気または窒素等であってよい。

連結管２０の内部に導入されたパージガスは、端部４２から煙道１１０の内部に排出される。導入孔２６から、連結管２０の内部を充填するのに十分な量のパージガスを連続して供給すれば、被測定ガスは連結管２０の内部に侵入しない。しかし、十分な量のパージガスを連続して供給するには、コンプレッサ等の設備規模が大きくなり設備コストが上昇してしまう。また、パージガスを大量に消費しなければならないので、ガス自体のコストも上昇してしまう。

これに対して本例の分析装置１００によれば、貫通孔２４および開放領域３０を設けることで、連結管２０の内部に被測定ガスが侵入することを阻害できる。このため、パージガスの流量を少なくしても、連結管２０内部への被測定ガスの侵入を防ぐことができる。従って、分析装置１００は、高精度な分析を低コストで実現できる。

図２Ａは、貫通孔２４を有さない場合に、連結管２０に侵入する被測定ガスの濃度分布の解析結果を示す図である。本例では、煙道１１０に流れる被測定ガスの流速を１５ｍ／ｓ、パージガス流量を１５Ｌ／ｍｉｎ、連結管２０の直径を５０ｍｍとした。また、連結管２０の長さ方向における切欠き３２の長さＬと、連結管２０の直径Ｄとの比をＬ／Ｄ＝１．７３とした。本例において連結管２０の長さ方向とは、レーザー光の光軸方向を指す。

図２Ａにおいては、被測定ガスの濃度が高い順に、領域９０、領域９２、領域９４、領域９６として示している。なお領域９６は、パージガスでほぼ満たされている領域である。なお図２Ａは、解析結果を模式的に示している。被測定ガスの濃度は４段階でステップ状に変化するのではなく、実際にはなだらかに変化する。

図２Ｂは、貫通孔２４を有する場合に、連結管２０に侵入する被測定ガスの濃度分布の解析結果を示す図である。本例では、貫通孔２４の直径を２０ｍｍとした。本例における貫通孔２４は円形である。また、貫通孔２４を、煙道１１０の壁部１１２の内面から６０ｍｍの位置に設けた。他の条件は図２Ａの場合と同一である。

図２Ａの例では、高濃度の領域９０が、連結管２０の内部にまで形成されている。これに対して図２Ｂの例では、高濃度の領域９０は、連結管２０の内部にほとんど侵入しない。また、図２Ａの例では、連結管２０の全体に被測定ガスが分布してしまう。これに対して図２Ｂの例では、被測定ガスは連結管２０の煙道１１０側の端部近傍にだけ分布しており、光学ユニット１０側の連結管２０の深い位置までは被測定ガスが侵入しない。

このように、貫通孔２４を設けることにより、被測定ガスが連結管２０の内部に侵入することを防ぐことができる。なお、被測定ガスの流速が５〜１５ｍ／ｓの範囲では、パージガス流量（ｍ／ｓ）／被測定ガス流速（Ｌ／ｍｉｎ）の比を１まで低下させても、被測定ガスが連結管２０の内部に侵入しなかった。貫通孔２４を設けない場合、上述した比が１０程度になるまでパージガスを流さないと、被測定ガスが連結管２０の内部に侵入してしまう。このため、貫通孔２４を設けることで、パージガスの流量を１／１０程度に低減できる。

なお、貫通孔２４の直径を１５ｍｍにしても、被測定ガスは連結管２０の内部に侵入しなかった。このため、貫通孔２４の直径は、１０ｍｍ以上、２５ｍｍ以下であってよい。貫通孔２４の直径の下限は、１５ｍｍであってもよい。貫通孔２４の直径の上限は、２０ｍｍであってもよい。また、貫通孔２４の直径の下限は、連結管２０の直径の１／１０以上であってよく、１／５以上であってよく、３／１０以上であってもよい。また貫通孔２４の直径の上限は、連結管２０の直径の１／２以下であってよく、２／５以下であってもよい。また、貫通孔２４が複数設けられる場合、最大の貫通孔２４−１の直径が、上述した条件を満たすことが好ましい。

図３Ａは、貫通孔２４を有さない場合における、連結管２０の周囲におけるガス流を模式的に示す図である。上述したように、連結管２０の底面に衝突したガス流は、連結管２０に沿って流れる。連結管２０に沿って流れるガス流は、他のガス流とは剥離した流れとなり、煙道１１０の下流方向に流れる力が弱まる。その結果、被測定ガスは、連結管２０において切欠き３２が形成された領域から、連結管２０の内部に侵入しやすくなる。

図３Ｂは、貫通孔２４を有する場合における、連結管２０の周囲におけるガス流を模式的に示す図である。上述したように、貫通孔２４を通過したガス流により、連結管２０の周囲に沿って流れるガス流が連結管２０の内部に侵入することを防ぐことができる。なお、図１に示した開放領域３０を十分広くすることで、貫通孔２４を通過した被測定ガスが、連結管２０の内部に侵入することを防ぐことができる。

図４Ａは、端部４２近傍の構造例を示す図である。本例の連結管２０は、切欠き３２を有さず、管壁２２−１および管壁２２−２が、端部４２まで平行して延伸している。管壁２２−１には貫通孔２４が形成されている。管壁２２−２には、貫通孔２４と対向する領域を含み、貫通孔２４よりも面積の大きい切抜きが形成されている。切抜きは、管壁２２−２を貫通して設けられる。管壁２２−２の切抜きが開放領域３０として機能する。このような構造によっても、連結管２０の内部に被測定ガスが侵入するのを防ぐことができる。管壁２２−２の切抜きの直径は、貫通孔２４の直径の２倍以上であってよく、３倍以上であってもよい。

図４Ｂは、端部４２近傍の構造例を示す図である。本例の連結管２０は、端部４２の高さ方向における中間地点から、管壁２２−２に向かって切欠き３２が形成される。つまり、本例の連結管２０は端部４２が尖っていない。このような構造によっても、連結管２０の内部に被測定ガスが侵入するのを防ぐことができる。

図４Ｃは、端部４２近傍の構造例を示す図である。本例の連結管２０は、角度の異なる第１の切欠き３２−１および第２の切欠き３２−２を有する。第１の切欠き３２−１は端部４２から形成され、第２の切欠き３２−２は第１の切欠き３２−１の端部から形成される。第２の切欠き３２−２は、管壁２２−２に対する角度が、第１の切欠き３２−１よりも大きくてよい。このような構造によっても、連結管２０の内部に被測定ガスが侵入するのを防ぐことができる。

図４Ｄは、端部４２近傍の構造例を示す図である。本例の連結管２０は、曲線状の切欠き３２を有する。切欠き３２は、貫通孔２４が形成される管壁２２−１側が凸の曲線形状を有してよい。また、切欠き３２は、管壁２２−２側が凸の曲線形状であってもよい。

図５は、管壁２２−１の構造例を示す平面図である。図５は、ガス流の上流側から連結管２０を見た図を示す。管壁２２−１には貫通孔２４が形成される。貫通孔２４は、連結管２０の長さ方向において、開放領域３０が形成された範囲の中央に設けられてよい。本例では開放領域３０は、端部４２から長さＬ２の範囲で設けられている。貫通孔２４は、端部４２からＬ１離れた位置に設けられている。Ｌ１は、Ｌ２の半分であってよい。

また、Ｌ１は、Ｌ２の半分よりも大きくてよい。例えば煙道１１０の壁部１１２から煙道１１０の内部に突出する挿入端領域４０の長さをＬ３とした場合に、Ｌ１は、Ｌ３の半分であってよい。また、Ｌ１は、Ｌ３の半分よりも大きくてよい。ただし、Ｌ１はＬ２よりも小さい。また、連結管２０の直径をＤ１、貫通孔２４の直径をＤ２とした場合に、上述したように、Ｄ２はＤ１の１／１０以上であり、且つ、１／２以下であってよい。

なお貫通孔２４の開口の形状は円形に限定されない。貫通孔２４の開口は、楕円形、長円形、多角形等の多様な形状を用いることができる。貫通孔２４の開口の形状が円形以外の場合、貫通孔２４の直径は、貫通孔２４の開口の幅のうちの最大幅を指す。

図６は、管壁２２−１の他の構造例を示す平面図である。本例における管壁２２−１には、複数の貫通孔２４が形成される。本例において複数の貫通孔２４は、連結管２０の長さ方向に沿って配列されている。ただし、複数の貫通孔２４は、いずれも開放領域３０と対向する領域内に形成される。少なくとも１つの貫通孔２４は、開放領域３０が形成された範囲の中央よりも、光学ユニット１０側に設けられている。

本例においては、開放領域３０が形成された範囲の中央を基準として、複数の貫通孔２４が対称となるように配置されている。開放領域３０が形成された範囲の中央には、直径が最も大きい貫通孔２４−１が形成されてよい。開放領域３０が形成された範囲の中央からの距離が大きくなるに従って、貫通孔２４の直径は小さくなってよい。図６の例では、貫通孔２４−２および貫通孔２４−３の直径は、貫通孔２４−１からの距離が大きくなるに従って小さくなっている。

貫通孔２４−２の直径は、貫通孔２４−１の直径の半分以下であってよい。貫通孔２４−３の直径は、貫通孔２４−２の直径の半分以下であってよい。また、それぞれの貫通孔２４の直径は、端部４２に近いほど大きくてもよい。

このように、複数の貫通孔２４を設けることで、連結管２０の内部に被測定ガスが侵入することを効率よく抑制できる。また、光学ユニット１０に最も近い貫通孔２４の直径を比較的に小さくするので、貫通孔２４を通過した被測定ガスが連結管２０の内部に侵入することを抑制できる。

図７は、複数の貫通孔２４の他の配置例を示す図である。図７は、光軸方向から連結管２０を見た断面図を示している。上述したように、連結管２０の側壁のうち、ガス流の上流側に設けられるべき半分を管壁２２−１と称し、下流側に設けられるべき半分を管壁２２−２と称する。

本例においては、連結管２０の周方向に沿って、管壁２２−１に複数の貫通孔２４が設けられる。連結管２０の周方向とは、連結管２０の長さ方向と垂直な面で連結管２０を切断した場合における断面形状に沿った方向を指す。

本例においても、複数の貫通孔２４は、いずれも開放領域３０と対向する領域内に形成される。例えば複数の貫通孔２４は、開放領域３０が形成された範囲の中央において、連結管２０の周方向に沿って配列される。

複数の貫通孔２４のうち、最もガス流の上流側に配置される貫通孔２４−１は、最も直径が大きくてよい。つまり、管壁２２−１の最も底部に配置される貫通孔２４−１は、最も直径が大きくてよい。複数の貫通孔２４は、貫通孔２４−１を中心に対称に配置されてよい。また、連結管２０の周方向における、貫通孔２４−１からの距離が大きいほど、貫通孔２４の直径は小さくなってよい。

また、図６および図７に示した複数の貫通孔２４の配置を組み合わせてもよい。つまり、連結管２０の長さ方向および周方向の両方において、複数の貫通孔２４が配置されてよい。

図８Ａは、管壁２２−１の断面における貫通孔２４の形状の一例を示す図である。図８Ａは、連結管２０の挿入端領域４０における断面を示している。本例の貫通孔２４の形状は、図１から図７において説明したいずれの例に適用してもよい。

貫通孔２４は、連結管２０の外側における開口３６よりも、連結管２０の内側における開口３４の面積が大きいテーパー形状を有する。連結管２０の外側とは、ガス流に面した側を指し、連結管２０の内側とはレーザー光が通過する側を指す。これにより、連結管２０の内部に付着した水分等を、連結管２０の外部に排出しやすくなる。

連結管２０の内側における開口３４は、開放領域３０と対向する領域内に設けられることが好ましい。また、連結管２０の管壁２２−１は、水分等が貫通孔２４の方向に流れるように傾斜を有していてもよい。管壁２２−１の傾斜は、貫通孔２４のテーパーよりも緩やかであってよい。管壁２２−１の傾斜は、挿入端領域４０よりも端部４４側まで形成されてよい。

また、貫通孔２４において、端部４４側の側壁のテーパー角度は、端部４２側の側壁のテーパー角度よりも小さくてよい。ここでテーパー角度は、管壁２２−１と直交する面に対する角度を指す。これにより、端部４４側に被測定ガスが流れにくくなり、連結管２０の内部への被測定ガスの侵入を抑制できる。

図８Ｂは、管壁２２−１の断面における貫通孔２４の形状の他の例を示す図である。本例の貫通孔２４の形状は、図１から図７において説明したいずれの例に適用してもよい。本例の貫通孔２４は、管壁２２−１を貫通する貫通方向が、連結管２０の長さ方向と直交する方向に対して傾きθを有する。なお貫通孔２４は、貫通方向において一定の直径を有してよい。貫通孔２４の貫通方向は、上述した直交方向に対して、端部４２側に傾きを有してよい。このような構造により、端部４４側に被測定ガスが流れにくくなり、連結管２０の内部への被測定ガスの侵入を抑制できる。

図９は、連結管２０の形状例を示す図である。本例の連結管２０の形状は、図１から図８Ｂにおいて説明したいずれの例に適用してもよい。本例の連結管２０は、レーザー光の光軸方向から見た断面形状が流線型である。なお、連結管２０の当該断面において、最も幅が大きい方向の軸を長軸と称する。また、長軸と直交する方向において最も幅が大きい位置の軸を短軸と称する。

連結管２０は、長軸において曲率の異なる２つの端部４６、４８を有する。本例では、端部４８の曲率が、端部４６の曲率より大きい。つまり、端部４８のほうが、端部４６よりも緩やかな曲線形状を有する。短軸は、長軸における連結管２０の中心よりも、端部４８よりに設けられる。連結管２０は、端部４８がガス流の上流側となるように配置される。

光軸は、長軸における連結管２０の中心に配置されてよい。また、光軸は、長軸における連結管２０の中心よりも端部４８よりに設けられてもよい。光軸は、長軸と短軸の交点に設けられてよく、短軸よりも端部４８よりに設けられてもよい。

本例によれば、連結管２０により流れが阻害されたガス流が、煙道１１０の下流側に流れやすくなる。このため、連結管２０の内部への被測定ガスの侵入を抑制することができる。

図１０は、レーザー光の光軸の位置の例を示す図である。本例において連結管２０は、光軸から見て円形の断面形状を有するが、連結管２０の断面形状は円形に限定されない。連結管２０の断面形状は、図９のような流線型であってよく、楕円形、長円形、多角形等であってもよい。

本例においてレーザー光の光軸は、連結管２０の高さ方向における中心よりも、貫通孔２４側に配置されている。連結管２０の高さ方向とは、煙道１１０におけるガス流の方向と同一方向を指す。また、連結管２０の高さ方向は、貫通孔２４と、連結管２０の当該断面における中心とを通る直線の方向によっても定義できる。

図２Ｂに示したように、連結管２０の下側は、比較的に被測定ガスが侵入しにくい。このため、レーザー光の光軸を、連結管２０の下側に配置することで、被測定ガスが侵入しにくい領域をレーザー光が通過できる。このため、被測定ガス中を通過するレーザー光の光路長のばらつきを低減することができる。

図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃおよび図１１Ｄは、開放領域３０の長さＬと、連結管２０の直径Ｄとの比を変化させた場合の、連結管２０の内部への被測定ガスの侵入度合の変化を解析した図である。各図において、被測定ガスが所定の濃度以上侵入した領域を、領域９８とする。Ｌ／Ｄ比以外の条件は、図２Ａおよび図２Ｂと同等である。

図１１ＡはＬ／Ｄ＝０．５７８、図１１ＢはＬ／Ｄ＝１．０、図１１ＣはＬ／Ｄ＝１．７３、図１１ＤはＬ／Ｄ＝２．５の場合を示す。図１１ＡからＣに示す例では、被測定ガスは連結管２０の内部にほとんど侵入していない。一方、図１１Ｄに示す例では、比較的に、被測定ガスが連結管２０の内部に侵入している。

開放領域３０の長さＬと、連結管２０の直径Ｄとの比Ｌ／Ｄは、０．５以上、２．０以下であってよい。Ｌ／Ｄは、０．５７８以上、１．７３以下であってもよい。このような形状により、被測定ガスの連結管２０の内部への侵入を抑制できる。

図１２は、分析装置１００の構成例を示す図である。本例の分析装置１００は、図１に示した構成を２組備える。ただし図１２においては、光学ユニット１０、筐体１２、連結管２０および貫通孔２４を２組ずつ示しており、パージガス導入部１６等のその他の構成を省略している。分析装置１００は、図１から図１１Ｄにおいて示した各構成要素を備えていてよい。

第１の光学ユニット１０−１は、第１の筐体１２−１に収納され、第１の連結管２０−１にレーザー光を照射する。第１の連結管２０−１を通過したレーザー光は、煙道１１０を通過する。レーザー光は被測定ガスによって吸収され、所定の波長成分の強度が低下する。

煙道１１０を通過したレーザー光は、第２の連結管２０−２に入射する。第２の連結管２０−２に入射した光は、第２の連結管２０−２を通過して、第２の筐体１２−２に収納されている第２の光学ユニット１０−２に到達する。第２の光学ユニット１０−２は、第２の連結管２０−２を通過したレーザー光を受光して、レーザー光の所定の波長成分の強度に応じた信号を生成する。これにより、被測定ガスに含まれる所定の成分の濃度を測定することができる。

本例の第１の連結管２０−１には第１の貫通孔２４−１が形成され、第２の連結管２０−２には第２の貫通孔２４−２が形成される。また、それぞれの貫通孔２４と対向する領域には図１等に示した開放領域３０が設けられる。このような構成により、第１の連結管２０−１および第２の連結管２０−２に被測定ガスが侵入することを抑制できる。従って、被測定ガスに含まれる所定の成分の濃度を精度よく測定できる。また、パージガスの流量を低下させても、被測定ガスに含まれる所定の成分の濃度を精度よく測定できる。

図１３は、分析装置１００の他の構成例を示す図である。本例の分析装置１００は、第１の筐体１２−１、第１の光学ユニット１０−１、第２の光学ユニット１０−２、第１の連結管２０−１、第２の連結管２０−２、第１の貫通孔２４−１、第２の貫通孔２４−２および反射部１１を備える。図１２と同様に、図１３においてはパージガス導入部１６等の構成の表示を省略している。分析装置１００は、図１から図１１Ｄにおいて示した各構成要素を備えていてよい。第１の連結管２０−１は、第１の光学ユニット１０−１および第２の光学ユニット１０−２に対して共通に設けられている。第１の光学ユニット１０−１および第２の光学ユニット１０−２は、隣接して設けられてよい。

第１の筐体１２−１は、第１の光学ユニット１０−１および第２の光学ユニット１０−２を収納する。第１の光学ユニット１０−１はレーザー光を出射し、第２の光学ユニット１０−２はレーザー光を受光する。

第１の光学ユニット１０−１は、第１の連結管２０−１にレーザー光を出射する。レーザー光は第１の連結管２０−１を通過して、煙道１１０内に入射する。煙道１１０を通過したレーザー光は、第２の連結管２０−２に入射する。第２の連結管２０−２の煙道１１０とは逆側の端部には、レーザー光を反射する反射部１１が設けられる。

反射部１１により反射したレーザー光は、第２の連結管２０−２、煙道１１０および第１の連結管２０−１を通過して、第２の光学ユニット１０−２に受光される。これにより、被測定ガスに含まれる所定の成分の濃度を測定することができる。なおレーザー光は煙道１１０を往復するので、図１２の例に比べて吸光量は概ね２倍になる。

第１の連結管２０−１には貫通孔２４−１が形成される。第２の連結管２０−２の構造は、筐体１２−１に代えて反射部１１が設けられる点を除き、第１の連結管２０−１の構造と同一であってよい。第１の連結管２０−１および第２の連結管２０−２の双方にパージガス導入部１６が設けられてよい。このような構成によっても、第１の連結管２０−１および第２の連結管２０−２に被測定ガスが侵入することを抑制できる。

図１４は、分析装置１００の他の構成例を示す図である。本例の分析装置１００は、筐体１２、第１の光学ユニット１０−１、第２の光学ユニット１０−２、および、連結管２０を備える。図１４においても、パージガス導入部１６等の構成の表示を省略している。分析装置１００は、図１から図１１Ｄにおいて示した各構成要素を備えていてよい。連結管２０は、第１の光学ユニット１０−１および第２の光学ユニット１０−２に対して共通に設けられている。第１の光学ユニット１０−１および第２の光学ユニット１０−２は、隣接して設けられてよい。

第１の筐体１２−１は、第１の光学ユニット１０−１および第２の光学ユニット１０−２を収納する。第１の光学ユニット１０−１はレーザー光を出射し、第２の光学ユニット１０−２はレーザー光を受光する。

第１の光学ユニット１０−１は、連結管２０にレーザー光を出射する。レーザー光は連結管２０を通過して、煙道１１０内に入射する。レーザー光は、煙道１１０の内部で散乱および反射して、一部のレーザー光が連結管２０に戻る。つまり、レーザー光の一部は、煙道１１０の一部を通過した後に、反射等により連結管２０に戻る。第２の光学ユニット１０−２は、煙道１１０内から戻ってきたレーザー光を受光する。

煙道１１０において光の吸収が無い場合の、レーザー光の所定の波長成分の減衰量は、予め測定しておくことが好ましい。当該減衰量と、被測定ガスの測定時におけるレーザー光の減衰量とを比較することで、被測定ガスに含まれる所定の成分の濃度を測定することができる。

連結管２０には貫通孔２４が形成される。このような構成によっても、第１の連結管２０−１および第２の連結管２０−２に被測定ガスが侵入することを抑制できる。なお、本例においては、連結管２０を煙道１１０に対して斜めに挿入してもよい。連結管２０を斜めに挿入しても、煙道１１０内で散乱したレーザー光を測定することができる。一例として、連結管２０の煙道１１０内の端部４２の位置が、光学ユニット１０側の端部４４よりも、ガス流の下流側となるように、連結管２０を設けてよい。これにより、連結管２０の開口が、ガス流の下流側を向くので、ガス流が連結管２０の内部に直接的に侵入することを抑制できる。

なお、図１から図１４において説明したそれぞれの分析装置１００において、パージガス導入部１６は、予め定められた期間毎に、パージガスの流量を増加させてよい。例えばパージガス導入部１６は、通常時の２倍以上の流量のパージガスを定期的に流してよい。パージガス導入部１６は、通常時の５倍以上の流量のパージガスを流してよく、１０倍以上の流量のパージガスを流してもよい。パージガスの流量を増加させて流す期間は、パージガスの流量を増加させない通常時の期間より短い。例えばパージガスの流量を増加させて流す期間は、１秒以下であってよく、１０秒以下であってもよい。瞬間的にパージガスの流量を増加させることで、連結管２０の内部における水分およびダスト等を効率よく除去することができる。

特に、開放領域３０を設けたことにより、開放領域３０に対向する管壁２２−１にはダスト等が付着しやすくなる。また、貫通孔２４を設けたことで、通常時にはパージガスの流量を低下させることができるが、パージガスの流量を低下させると、管壁２２−１にダスト等が付着しやすくなる。これに対して、パージガスの流量を定期的に増加させることで、管壁２２−１に付着したダスト等を除去することができる。

図１５は、本発明の一つの実施形態に係る排ガス処理システム２００の構成例を示す図である。排ガス処理システム２００は、分析装置１００、スクラバ装置２２０および煙道２１０を備え、１以上のガス源２３０が排出する排ガスを処理する。本例では、船舶に設けられた排ガス処理システム２００を説明するが、排ガス処理システム２００は他の用途に用いることもできる。

それぞれのガス源２３０は、船舶のエンジン用の主動力源、補助動力源、船内設備用の電力源等であり、機械的な動力または電力等を発生させて、硫黄酸化物等の有害物質を含む排ガスを発生させる。

スクラバ装置２２０は、それぞれのガス源２３０の排ガスに含まれる有害物質を除去する。スクラバ装置２２０は、排ガスに対して液体を噴霧して、液体に有害物質を吸着させてよい。船舶に用いる排ガス処理システム２００の場合、当該液体として船舶の周囲の海水等、または、予め準備した水を用いてよい。また、排ガス処理システム２００は、スクラバ装置２２０において使用した液体を薬品等で再使用可能な状態にして、再度スクラバ装置２２０で用いてもよい。

また、排ガス処理システム２００は、排ガスをスクラバ装置２２０に導入する前に、排ガスに含まれるダストを除去するダスト除去装置を更に設けてもよい。また、排ガス処理システム２００は、排ガスをスクラバ装置２２０に導入する前に、排ガスの熱を電気に変換する熱電変換装置を更に設けてもよい。

分析装置１００は、図１から図１４において説明した分析装置１００と同一である。分析装置１００を用いることで、排ガス中に含まれる所定の成分の濃度を高精度に測定し、または、低コストで測定することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

１０・・・光学ユニット、１１・・・反射部、１２・・・筐体、１４・・・窓部、１６・・・パージガス導入部、２０・・・連結管、２２・・・管壁、２４・・・貫通孔、２６・・・導入孔、３０・・・開放領域、３２・・・切欠き、３４、３６・・・開口、４０・・・挿入端領域、４２、４４、４６、４８・・・端部、９０、９２、９４、９６、９８・・・領域、１００・・・分析装置、１１０・・・煙道、１１２・・・壁部、２００・・・排ガス処理システム、２１０・・・煙道、２２０・・・スクラバ装置、２３０・・・ガス源

Claims (16)

1. 煙道にレーザー光を照射して、前記煙道を通過するガスに含まれる成分を分析する分析装置であって、
   前記レーザー光の出射機能および受光機能を有する光学ユニットと、
   一端が前記光学ユニットに光学的に接続され、他端が前記煙道に挿入されて前記レーザー光を通過させる連結管と
   を備え、
   前記連結管は、
   前記光学ユニットとは逆側の挿入端領域における管壁に設けた貫通孔と、
   前記貫通孔と対向して配置され、前記管壁が設けられておらず、且つ、前記貫通孔よりも面積の大きい開放領域と
   を有する分析装置。
2. 前記光学ユニットは、前記レーザー光を前記煙道に出射する機能を有する第１の光学ユニットと、前記第１の光学ユニットから出射され、前記煙道を通過した前記レーザー光を受光する機能を有する第２の光学ユニットとを有し、前記連結管は、第１の光学ユニットおよび前記第２の光学ユニット毎にそれぞれ設けられている
   請求項１に記載の分析装置。
3. 前記光学ユニットは、前記レーザー光を前記煙道に出射する機能を有する第１の光学ユニットと、前記第１の光学ユニットから出射され、前記煙道の少なくとも一部を通過した後に反射された前記レーザー光を受光する機能を有する第２の光学ユニットとを有し、前記連結管は、前記第１の光学ユニットおよび前記第２の光学ユニットに共通に設けられている
   請求項１に記載の分析装置。
4. 前記連結管は、前記貫通孔よりも前記光学ユニット側において、前記連結管内部にパージガスを導入する導入孔が設けられている
   請求項１から３のいずれか一項に記載の分析装置。
5. 前記連結管は、前記貫通孔と対向する側の前記管壁において、前記光学ユニットとは逆側の端部から、少なくとも前記貫通孔と対向する範囲を含んで切欠きが設けられ、該切欠きにより前記開放領域が形成されている
   請求項１から４のいずれか一項に記載の分析装置。
6. 前記連結管は、前記貫通孔と対向する側の前記管壁において、前記貫通孔と対向する領域を含み、前記貫通孔よりも面積の大きい切抜きが設けられ、該切抜きにより前記開放領域が形成されている
   請求項１から４のいずれか一項に記載の分析装置。
7. 前記連結管の長さ方向において、前記開放領域が形成された範囲の中央よりも前記光学ユニット側に少なくとも１つの前記貫通孔が設けられている
   請求項５または６に記載の分析装置。
8. 前記連結管の長さ方向に沿って、複数の前記貫通孔が設けられている
   請求項１から７のいずれか一項に記載の分析装置。
9. 前記連結管の周方向に沿って、複数の前記貫通孔が設けられている
   請求項１から８のいずれか一項に記載の分析装置。
10. 前記貫通孔の直径が、前記連結管の直径の１／１０以上、１／２以下である
    請求項１から８のいずれか一項に記載の分析装置。
11. 前記貫通孔が前記管壁を貫通する貫通方向が、前記連結管の長さ方向と直交する方向に対して、前記連結管の煙道に挿入される挿入端側に傾きを有する
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の分析装置。
12. 前記導入孔から前記連結管内部に前記パージガスを導入するパージガス導入部を更に備え、
    前記パージガス導入部は、予め定められた期間毎に前記パージガスの流量を増加させる
    請求項４に記載の分析装置。
13. 前記連結管は、前記レーザー光の光軸方向から見た断面形状が流線型である
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の分析装置。
14. 前記レーザー光の光軸は、前記連結管の高さ方向における中心よりも、前記貫通孔側に設けられている
    請求項１から１３のいずれか一項に記載の分析装置。
15. 前記貫通孔は、前記連結管の外側における開口よりも前記連結管の内側における開口のほうが大きいテーパー形状を有する
    請求項１から１４のいずれか一項に記載の分析装置。
16. 排ガスを処理する排ガス処理装置であって、
    前記排ガスが通過する煙道と、
    前記煙道にレーザー光を照射して、前記煙道を通過する前記排ガスに含まれる成分を分析する分析装置と
    を備え、
    前記分析装置は、
    前記レーザー光の出射機能および受光機能を有する光学ユニットと、
    一方の端部が前記光学ユニットに光学的に接続され、他方の端部が前記煙道に挿入され、前記レーザー光を通過させる連結管と
    を有し、
    前記連結管は、
    前記煙道の内部に露出する管壁のうち、前記排ガスの流れの上流側に設けた貫通孔と、
    前記貫通孔と対向して配置され、前記管壁が設けられておらず、且つ、前記貫通孔よりも面積の大きい開放領域と
    を含む排ガス処理装置。

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