TWI676019B - 氣體成分測定裝置 - Google Patents
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Abstract
具備有旋風裝置及雷射氣體分析裝置,前述旋風裝置設置有氣體導入口,前述雷射氣體分析裝置,係將從前述氣體導入口導入前述旋風裝置內之含有粒狀物的對象氣體的成分在前述旋風裝置內進行測定。
Description
本發明是關於氣體成分測定裝置。
已知的氣體成分測定裝置,是對從電爐排出之排氣等的測定對象氣體(以下稱為對象氣體)照射對應於該對象氣體的特性之雷射光,藉此測定對象氣體的成分,其是從發光部朝向受光部照射雷射光,利用受光部檢測出藉由位於發光部和受光部間的對象氣體使哪個波長的光衰減多少,藉此測定對象氣體的成分。
然而,在該對象氣體含有粉塵(dust)、液滴等的粒狀物,當該粒狀物濃度高的情況,雷射光可能無法適切地到達受光部,造成測定無法精度良好地進行。因此,習知例中所採用的方法,是使用旋風裝置從對象氣體將該粒狀物事先除去,將粒狀物被除去後的對象氣體藉由氣體成分測定裝置進行測定。
[專利文獻1] 日本特開2016-35408號公報
[專利文獻2] 日本特開2014-240806號公報
然而,在習知例中,在測定對象氣體之前,必須另外進行從對象氣體將粒狀物除去的步驟,因此有耗費時間的問題存在。
本發明是有鑑於上述問題而開發完成的,其目的是為了實現一種能夠迅速測定對象氣體的成分之氣體成分測定裝置。
用於達成上述目的之主要發明,是一種氣體成分測定裝置,其特徵在於,係具備旋風裝置及雷射氣體分析裝置,前述旋風裝置設置有氣體導入口,前述雷射氣體分析裝置,係將從前述氣體導入口導入前述旋風裝置內之含有粒狀物的對象氣體的成分在前述旋風裝置內進行測定,前述旋風裝置,係在側面具備互相對向之一對的開口部,前述雷射氣體分析裝置之發光部配置成,讓雷射光從前述一對的開口部當中之一方射入前述旋風裝置內,且前述雷射氣體分析裝置之受光部配置成,接收從前述一對的開口部當中之另一方往外部射出之前述雷射光,且具備排除裝置,該排除裝置構成為,在前述旋風裝
置的內部側阻礙前述一對的開口部的附近之前述粒狀物的通過,而讓前述雷射光的光路上之前述粒狀物減少。
關於本發明的其他特徵,根據本說明書及所附圖式的記載可明白。
依據本發明,可實現能夠迅速測定對象氣體的成分之氣體成分測定裝置。
10‧‧‧氣體成分測定裝置
20‧‧‧旋風裝置
20a‧‧‧側面
20b‧‧‧底部
20c‧‧‧頂部
22‧‧‧氣體導入口
24‧‧‧氣體出口
26‧‧‧開口部
26a‧‧‧入射開口部
26b‧‧‧出射開口部
28‧‧‧凸部
40‧‧‧雷射氣體分析裝置
42‧‧‧發光部
44‧‧‧受光部
50‧‧‧排除裝置
52‧‧‧中空管
54‧‧‧氣體噴射裝置
60‧‧‧導入管
T‧‧‧中心軸
圖1係本實施形態的氣體成分測定裝置10之俯視圖。
圖2係本實施形態的氣體成分測定裝置10之側視圖。
圖3係用於說明第二實施形態的氣體成分測定裝置10之說明圖。
根據本說明書及所附圖式的記載,至少可明白以下的事項。
一種氣體成分測定裝置,其特徵在於,係具備旋風裝置及雷射氣體分析裝置,前述旋風裝置設置有氣體導入口,前述雷射氣體分析裝置,係將從前述氣體導入口導入前述旋風裝置內之含有粒狀物的對象氣體的成分在前述旋
風裝置內進行測定。
依據這樣的氣體成分測定裝置,可實現能夠迅速測定對象氣體的成分之氣體成分測定裝置。
該氣體成分測定裝置較佳為,前述雷射氣體分析裝置,係測定位於前述旋風裝置內之離心部分除外的中央部分之前述對象氣體的成分。
依據這樣的氣體成分測定裝置,可適切地解決粒狀物所造成之雷射光無法到達受光部的問題。
該氣體成分測定裝置較佳為,前述旋風裝置,係在側面具備互相對向之一對的開口部,前述雷射氣體分析裝置之發光部配置成,讓雷射光從前述一對的開口部當中之一方射入前述旋風裝置內,且前述雷射氣體分析裝置之受光部配置成,接收從前述一對的開口部當中之另一方往外部射出之前述雷射光。
依據這樣的氣體成分測定裝置,能夠以簡便的方法實現用於將對象氣體的成分在旋風裝置內進行測定的構造。
該氣體成分測定裝置較佳為具備排除裝置,該排除裝置構成為,在前述旋風裝置的內部側阻礙前述一對的開口部的附近之前述粒狀物的通過,而讓前述雷射光的光路上之前述粒狀物減少。
依據這樣的氣體成分測定裝置能夠適切地實現:在讓對象氣體和粒狀物離心分離之旋風裝置內以粒狀物比例較少的部分(範圍)為目標(選擇)而進行測定的構
造。
該氣體成分測定裝置較佳為,前述排除裝置係含有氣體噴射裝置,該氣體噴射裝置構成為從前述一對的開口部朝向內側噴射沖洗氣體(purge gas)。
依據這樣的氣體成分測定裝置能夠適切地實現:在讓對象氣體和粒狀物離心分離之旋風裝置內以粒狀物比例較少的部分(範圍)為目標(選擇)而進行測定的構造。
該氣體成分測定裝置較佳為,前述排除裝置係含有:設置成從前述一對的開口部朝向內側突出之中空管。
依據這樣的氣體成分測定裝置能夠適切地實現:在讓對象氣體和粒狀物離心分離之旋風裝置內以粒狀物比例較少的部分(範圍)為目標(選擇)而進行測定的構造。
該氣體成分測定裝置較佳為,前述旋風裝置,其上方是被頂部封閉,在側面設置前述氣體導入口,且在下端設置用於將前述對象氣體和前述粒狀物一起排出之氣體出口。
依據這樣的氣體成分測定裝置,能夠使旋風裝置的構造簡單化。
該氣體成分測定裝置較佳為,前述旋風裝置具有凸部,該凸部是從前述頂部往下方延伸,且外形成為以前述旋風裝置之鉛直中心軸為軸的旋轉面。
依據這樣的氣體成分測定裝置,可適切地生成對象氣體的渦流(旋轉的氣流),而能夠抑制對象氣體的逆流。
該氣體成分測定裝置較佳為,前述凸部係具有下方成為小徑之倒圓錐狀的形狀。
依據這樣的氣體成分測定裝置,可適切地生成對象氣體的渦流(旋轉的氣流),而能夠抑制對象氣體的逆流。
該氣體成分測定裝置較佳為,前述氣體導入口及將前述對象氣體和前述粒狀物一起排出之氣體出口雙方,是連接於讓從製鋼用的電爐排出之排氣通過的排氣導管,而測定前述排氣的成分。
依據這樣的氣體成分測定裝置,能使本發明的效果更有效地發揮。
接下來,針對本實施形態的氣體成分測定裝置10,使用圖1及圖2做說明。圖1係氣體成分測定裝置10的俯視圖。圖2係氣體成分測定裝置10的側視圖。
本實施形態的氣體成分測定裝置10,係用於測定從製鋼用的電爐排出之排氣的成分。亦即,該排氣成為氣體成分測定裝置10之(測定)對象氣體。
從電爐排出的排氣,是通過排氣導管而往例如袋濾器、電集塵器等的集塵器移動,氣體成分測定裝置
10是以旁通的形態連接於該排氣導管。亦即,氣體成分測定裝置10之後述氣體導入口22及氣體出口24雙方,是連接於讓從製鋼用的電爐排出之排氣通過的排氣導管,基於掌握電爐內的狀況等的目的而測定排氣的成分。
氣體成分測定裝置10係具備旋風裝置20及雷射氣體分析裝置40,雷射氣體分析裝置40構成為,在旋風裝置20內測定排氣的成分。亦即,雷射氣體分析裝置40,是對在旋風裝置20內移動的排氣照射對應於該排氣的特性之雷射光,藉此進行排氣的分析而測定排氣的成分。
旋風裝置20,其中心軸T的軸方向上之一端側具有圓筒形狀,另一端側具有大致圓錐台形狀。亦即,該軸方向是沿著鉛直方向,旋風裝置20之比大致中央更上側具有圓筒形狀,比大致中央更下側則具有越朝向下方直徑越小的圓錐台形狀。
在旋風裝置20的側面20a且在軸方向(鉛直方向)之一端部(上端部),設置氣體導入口22,該氣體導入口22是透過導入管60而連接於前述排氣導管,導入管60是用於連結旋風裝置20和排氣導管。此外,氣體導入口22及導入管60設置成,使通過氣體導入口22之排氣的進行方向沿著旋風裝置20的圓周之切線方向(換言之,使導入管60的長度方向沿著該切線方向)。
此外,在旋風裝置20的底部20b,亦即在旋風裝置20之軸方向(鉛直方向)的另一他端(下端),設置氣體出口24,該氣體出口24是透過未圖示的出口管而連接於
前述排氣導管,出口管是用於連結旋風裝置20和排氣導管。
在出口管具備有吸引裝置,藉此將排氣導管內的排氣導入旋風裝置20內,並使從旋風裝置20之氣體出口24排出的排氣再度返回排氣導管內。吸引裝置,只要是可將含有粉塵、液滴等的粒狀物之氣體進行吸引、吐出的裝置即可,沒有特別的限定,較佳為使用噴射泵等之不具有可動部的泵。
一般的旋風裝置(例如專利文獻1、專利文獻2所記載的旋風裝置)構成為,將粉塵、液滴等的粒狀物和排氣等的氣體分離後,讓粒狀物(粉塵、液滴)從位於底部(下端)之出口排出,讓氣體(排氣)從位於頂部(上端)之出口排出。這是因為,一般的旋風裝置的使用目的,是為了從含有粒狀物(粉塵、液滴)的氣體(排氣)將粒狀物(粉塵、液滴)除去。
相對於此,本實施形態的旋風裝置20的使用方式,並不是作為一般的粒狀物排除機。亦即,並不是用於從含有粒狀物(粉塵、液滴)的排氣將粒狀物(粉塵、液滴)除去。因此,出口是在底部20b(下端)僅設置有一個,該出口成為氣體(排氣)及粒狀物(粉塵、液滴)的共同出口。亦即,從氣體出口24,不僅將排氣排出,連粉塵、液滴也排出。旋風裝置20的上方,是被頂部20c封閉,並未設置開口。
雷射氣體分析裝置40,是將從氣體導入口22
導入旋風裝置20內之含有粒狀物的排氣的成分在旋風裝置20內進行測定。如前述般,該雷射氣體分析裝置40,是對在旋風裝置20內移動的排氣照射對應於該排氣的特性之雷射光,藉此進行排氣的分析而進行排氣成分的測定。
雷射氣體分析裝置40係具備發光部42及受光部44。
發光部42,是朝向受光部44發射雷射光的部分,是設置在旋風裝置20的外部且在水平方向上與旋風裝置20相鄰的位置。旋風裝置20,是在側面20a具有互相對向之一對的開口部26,發光部42配置成,從該一對的開口部26當中之一方(稱為入射開口部26a)讓雷射光射入旋風裝置20內。
受光部44,是接收從發光部42發射出之雷射光的部分,是設置在旋風裝置20的外部且在水平方向上在發光部42的相反側與旋風裝置20相鄰的位置。受光部44配置成,接收從前述一對的開口部26當中之另一方(稱為出射開口部26b)往外部射出的雷射光。
又在本實施形態中,受光部44(出射開口部26b)在鉛直方向上的位置,是與發光部42(入射開口部26a)在鉛直方向上的位置一致。因此,雷射光是沿著與前述軸方向正交的方向(亦即,水平方向)移動。此外,出射開口部26b及入射開口部26a是設置在:位於旋風裝置20的一端側之圓筒形狀部分的下部。
而且,從發光部42發射出的雷射光,通過入
射開口部26a進入旋風裝置20的內部,並通過旋風裝置20內。通過旋風裝置20內的雷射光,經由與旋風裝置20內的排氣接觸而被衰減。衰減後的雷射光,通過出射開口部26b到達旋風裝置20的外部,而被受光部44接收。針對所接收的雷射光,檢測出(分析)雷射光之哪個波長的光衰減多少,而測定排氣的成分。
然而,在排氣中含有粒狀物(粉塵、液滴),當該粒狀物的濃度高的情況,雷射光可能無法適切地到達受光部44,而使測定無法精度良好地進行。另一方面,在旋風裝置20中,當含有粒狀物的排氣從氣體導入口22導入時,會一邊在旋風裝置20內迴旋一邊下降。這時,排氣和粒狀物被離心分離,使粒狀物分布於離心部分(旋風裝置20的徑向外側,亦即旋風裝置20之側面20a的附近),且使排氣分布於中央部分(旋風裝置20的徑向內側)。
於是,在本實施形態的氣體成分測定裝置10,為了儘量避免粒狀物阻礙雷射光的行進,雷射氣體分析裝置40構成為,測定位於旋風裝置20內之離心部分除外的中央部分之排氣的成分。為了實現該測定,氣體成分測定裝置10係具備排除裝置50,排除裝置50構成為,在旋風裝置20的內部側阻礙前述一對的開口部26的附近之粒狀物的通過,而讓雷射光的光路上之粒狀物減少。而且,本實施形態的排除裝置50具有:設置成從前述一對的開口部26朝向內側突出之中空管52。
因此,含有粒狀物的排氣,可用中空管52物
理性地阻擋,而在中空管52內避免含有粒狀物的排氣和雷射光相交。因此,能夠將含有粒狀物的排氣和雷射光相交的範圍限定在粒狀物的比例較小之前述中央部分。此外,縱使從中空管52的前端讓在該前端附近漂流(浮游)的氣體稍微進入中空管52中,因為粒狀物的進入被適切地避免,在中空管52內之粒狀物的比例非常小。基於以上說明,藉由設置這樣的中空管52,能夠解決粒狀物造成雷射光無法到達受光部44的問題。
中空管52的內徑,是設定為雷射光的寬度(半值寬度)之相同程度以上,而避免遮蔽雷射光。此外,中空管52之從開口部26突出的突出量,較佳為在開口部26之旋風裝置20的直徑的10分之1以上,因為雙方的中空管52之前端間的距離(排氣被雷射光照射的區間之距離)較佳為中空管的內徑之2倍以上,突出量的上限較佳為可確保該距離的程度的量。
此外,旋風裝置20具有凸部28,凸部28是從頂部20c朝下方延伸,且外形成為以旋風裝置20的(鉛直)中心軸T為軸之旋轉面。本實施形態的凸部28,係具有下方成為小徑之倒圓錐狀的形狀。而且,該凸部28發揮:作為逆流防止用突起的作用。亦即,假使沒有凸部28存在的情況,在旋風裝置20的上部不容易發生排氣的渦流(旋轉的氣流),排氣有滯留的可能性。而且,當排氣滯留的情況,旋風裝置20內的排氣有可能發生從氣體導入口22返回導入管60之逆流現象。相對於此,在本實施形態中,因為
設置有凸部28,可適切地生成排氣的渦流(旋轉的氣流),而能夠抑制排氣的逆流。
如上述般,本實施形態的氣體成分測定裝置10係具備:設置有氣體導入口22之旋風裝置20、以及將從氣體導入口22導入旋風裝置20內之含有粒狀物的排氣的成分在旋風裝置20內進行測定之雷射氣體分析裝置40。因此,能夠實現可迅速測定排氣的成分之氣體成分測定裝置10。
排氣中含有粉塵、液滴等的粒狀物,當該粒狀物的濃度高的情況,雷射光可能無法適切地到達受光部,而使測定無法精度良好地進行。因此,習知例所採用的方法,是使用旋風裝置從排氣將該粒狀物事先除去,將粒狀物被除去後的排氣藉由氣體成分測定裝置進行測定。
然而,在習知例,是在測定排氣之前,必須另外進行從排氣將粒狀物除去的步驟,而有耗費時間的問題存在。
相對於此,本實施形態的氣體成分測定裝置10,因為在旋風裝置20內測定排氣的成分,可在排氣和粒狀物被離心分離的旋風裝置20內以粒狀物的比例較少的部分(範圍)為目標(選擇)進行測定,能夠解決粒狀物所造成之雷射光無法到達受光部44的問題。而且,這時,因為不存在從排氣將粒狀物除去的步驟,而能夠迅速測定排氣的成分。
亦即,在本實施形態中,旋風裝置20並不是用於作為從排氣將粒狀物除去之粒狀物排除機(刻意不使用旋風裝置20的粒狀物除去功能),而僅利用旋風裝置20的離心分離功能。而且,基於該構思(工夫),可解決粒狀物所造成之雷射光無法到達受光部44的問題,並能夠比習知例更迅速地測定排氣的成分。
此外,在習知例中,是分成從排氣將粒狀物除去的步驟、將粒狀物被除去後的排氣用雷射氣體分析裝置進行測定的步驟,而必須有對應於各個步驟的設備,但在本實施形態中,並不存在從排氣將粒狀物除去的步驟,因此能夠使氣體成分測定裝置10的設備簡便化。
此外,在本實施形態中,雷射氣體分析裝置40是測定位於旋風裝置20內的離心部分除外之中央部分之排氣的成分。
因此,如前述般,可適切地解決粒狀物所造成之雷射光無法到達受光部44的問題。
此外,在本實施形態中,旋風裝置20,係在側面20a具備互相對向之一對的開口部26,雷射氣體分析裝置40之發光部42配置成,讓雷射光從一對的開口部26當中之一方射入旋風裝置20內,且雷射氣體分析裝置40之受光部44配置成,接收從一對的開口部26當中之另一方往外部射出之雷射光。
因此,能夠以簡便的方法實現用於將排氣的成分在旋風裝置20內進行測定的構造。
此外,在本實施形態中係具備排除裝置50,排除裝置50構成為,在旋風裝置20的內部側阻礙一對的開口部26的附近之粒狀物的通過,而讓雷射光的光路上之粒狀物減少。此外,排除裝置50係含有:設置成從一對的開口部26朝向內側突出之中空管52。
因此,能夠適切地實現:在讓排氣和粒狀物離心分離之旋風裝置20內以粒狀物比例較少的部分(範圍)為目標(選擇)而進行測定的構造。
此外,本實施形態的旋風裝置20,不同於一般的旋風裝置,其上方是被頂部20c封閉,在側面20a設置有氣體導入口22,在下端設置有將排氣和粒狀物一起排出之氣體出口24。
因此,不須像一般的旋風裝置那樣分別形成粒狀物用的底部出口和排氣用的頂部出口,能夠使旋風裝置20的構造簡單化。
此外,旋風裝置20並不是構成為將粒狀物和排氣分開排出,因此含有粒狀物的排氣僅經過旋風裝置20內(亦即,不論導入時或排出時,粒狀物和排氣都成為混合狀態)。因此,為了處理被除去的粒狀物之設備中習知所必需的維修要素、可動構件等變成完全不需要。
此外,在本實施形態具有凸部28,凸部28是從頂部20c往下方延伸,且外形成為以旋風裝置20的(鉛直)中心軸T為軸之旋轉面。此外,凸部28具有:下方成為小徑之倒圓錐狀的形狀。
因此,如前述般,可適切地生成排氣的渦流(旋轉的氣流),而能夠抑制排氣的逆流。
以上,是根據上述實施形態來說明本發明的氣體成分測定裝置,上述發明的實施形態是為了使本發明的理解較容易,本發明並不限定於上述實施形態。本發明,在不脫離其趣旨的範圍內,當然可進行變更、改良,且本發明包含其等效物。
例如,在上述實施形態構成為,使氣體導入口22和氣體出口24雙方,連接於讓從製鋼用的電爐排出之排氣通過的排氣導管,藉此測定前述排氣的成分。亦即,對象氣體雖是從製鋼用的電爐排出的排氣,但並不限定於此,亦可為其他的燃燒氣體、程序氣體(process gas)。
然而,從製鋼用的電爐排出之排氣,因為粒狀物的濃度比其他的燃燒氣體、程序氣體高非常多,容易發生粒狀物所造成之雷射光無法到達受光部44的問題。因此,在測定從製鋼用的電爐排出之排氣的成分的情況,本發明的效果可更有效發揮。
此外,如圖3所示般,排除裝置50,除了前述中空管52外,亦可含有氣體噴射裝置54,氣體噴射裝置54構成為從一對的開口部26朝向內側噴射沖洗氣體(例如氮氣)。圖3係用於說明第二實施形態的氣體成分測定裝置10之說明圖。在第二實施形態的氣體成分測定裝置10中,
氣體噴射裝置54所噴射的沖洗氣體,是通過一對的開口部26(圖3中,基於方便,僅顯示一方的開口部26)及中空管52而進入旋風裝置20內。
因此,利用進入旋風裝置20內之沖洗氣體的作用,不僅中空管52內連中空管52的出口附近(圖3中用符號P表示的部分)也是,含有粒狀物的排氣不會和雷射光相交。因此,能夠將含有粒狀物的排氣和雷射光相交的範圍更適切地限定在粒狀物的比例較小之前述中央部分。因此,藉由設置這樣的氣體噴射裝置54,能夠更適切地解決粒狀物所造成之雷射光無法到達受光部44的問題。
在第二實施形態(圖3)中,雖是以在中空管52追加的形態來設置氣體噴射裝置54,但亦可為不設置中空管52而設置氣體噴射裝置54的例子。在該例子中,能夠在開口部26的出口附近避免含有粒狀物的排氣和雷射光相交,因此在該例子也是,能夠解決粒狀物所造成之雷射光無法到達受光部44的問題。又在該例子(不設置中空管52的構造)較佳為,相較於在設置中空管52的構造中追加氣體噴射裝置54的形態,將沖洗氣體的流量增大。
Claims (10)
- 一種氣體成分測定裝置,其特徵在於,係具備旋風裝置及雷射氣體分析裝置,前述旋風裝置設置有氣體導入口,前述雷射氣體分析裝置,係將從前述氣體導入口導入前述旋風裝置內之含有粒狀物的對象氣體的成分在前述旋風裝置內進行測定,前述旋風裝置,係在側面具備互相對向之一對的開口部,前述雷射氣體分析裝置之發光部配置成,讓雷射光從前述一對的開口部當中之一方射入前述旋風裝置內,且前述雷射氣體分析裝置之受光部配置成,接收從前述一對的開口部當中之另一方往外部射出之前述雷射光,且具備排除裝置,該排除裝置構成為,在前述旋風裝置的內部側阻礙前述一對的開口部的附近之前述粒狀物的通過,而讓前述雷射光的光路上之前述粒狀物減少。
- 如請求項1所述之氣體成分測定裝置,其中,前述雷射氣體分析裝置,係測定位於前述旋風裝置內的離心部分除外之中央部分之前述對象氣體的成分。
- 如請求項1所述之氣體成分測定裝置,其中,前述排除裝置係含有氣體噴射裝置,該氣體噴射裝置構成為從前述一對的開口部朝向內側噴射沖洗氣體。
- 如請求項1所述之氣體成分測定裝置,其中,前述排除裝置係含有:設置成從前述一對的開口部朝向內側突出之中空管。
- 如請求項1至4中任一項所述之氣體成分測定裝置,其中,前述旋風裝置,其上方是被頂部封閉,在側面設置前述氣體導入口,且在下端設置用於將前述對象氣體和前述粒狀物一起排出之氣體出口。
- 如請求項5所述之氣體成分測定裝置,其中,前述旋風裝置具有凸部,該凸部是從前述頂部往下方延伸,且外形成為以前述旋風裝置之鉛直中心軸為軸的旋轉面。
- 如請求項6所述之氣體成分測定裝置,其中,前述凸部係具有下方成為小徑之倒圓錐狀的形狀。
- 如請求項1至4中任一項所述之氣體成分測定裝置,其中,前述氣體導入口及將前述對象氣體和前述粒狀物一起排出之氣體出口雙方,是連接於讓從製鋼用的電爐排出之排氣通過的排氣導管,而測定前述排氣的成分。
- 如請求項5所述之氣體成分測定裝置,其中,前述氣體導入口及將前述對象氣體和前述粒狀物一起排出之氣體出口雙方,是連接於讓從製鋼用的電爐排出之排氣通過的排氣導管,而測定前述排氣的成分。
- 如請求項6所述之氣體成分測定裝置,其中,前述氣體導入口及將前述對象氣體和前述粒狀物一起排出之氣體出口雙方,是連接於讓從製鋼用的電爐排出之排氣通過的排氣導管,而測定前述排氣的成分。
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