(57)【要約】【課題】各構成部の耐熱温度よりも被測定ガスの温度が高いときでも、パージガスによる被測定ガスの冷却を抑制可能なガス分析装置を提供する。【解決手段】本開示に係るガス分析装置１は、流路Ｆを流れる被測定ガスＧに対して照射した照射光Ｌ１に基づく被測定光Ｌ２を用いて被測定ガスＧ中の分析対象成分を分析するガス分析装置であって、少なくとも１つの光学系を有する光学部２と、光学部２と流路Ｆとの間に形成されている領域に臨む排出口が配置され、光学部２の耐熱温度よりも高い温度を有する第１パージガスが流通する第１配管と、第１配管よりも光学部２側に位置して領域に臨む排出口が配置され、耐熱温度以下の温度を有する第２パージガスが流通する第２配管と、を備える。【選択図】図１
2020183869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を流れる被測定ガスに対して照射した照射光に基づく被測定光を用いて前記被測定ガス中の分析対象成分を分析するガス分析装置であって、
少なくとも１つの光学系を有する光学部と、
前記光学部と前記流路との間に形成されている領域に臨む排出口が配置され、前記光学部の耐熱温度よりも高い温度を有する第１パージガスが流通する第１配管と、
前記第１配管よりも前記光学部側に位置して前記領域に臨む排出口が配置され、前記耐熱温度以下の温度を有する第２パージガスが流通する第２配管と、
を備える、
ガス分析装置。
【請求項２】
前記第１配管は、前記被測定ガスに含まれる液化成分の凝縮温度が前記耐熱温度よりも高いときに、前記凝縮温度よりもさらに高い温度を有する前記第１パージガスを流通させる、
請求項１に記載のガス分析装置。
【請求項３】
各配管から対応するパージガスを定常的に放出させる、
請求項１又は２に記載のガス分析装置。
【請求項４】
前記被測定ガスの温度を測定する温度測定部を備え、
前記第２パージガスを前記第２配管から定常的に放出させ、
前記温度測定部によって測定された前記被測定ガスの温度が前記凝縮温度よりも高いと、前記第１配管からの前記第１パージガスの放出を停止させ、
前記温度測定部によって測定された前記被測定ガスの温度が前記凝縮温度以下になると、前記第１パージガスを前記第１配管から放出させる、
請求項２に記載のガス分析装置。
【請求項５】
前記光学部は、
前記流路を流れる前記被測定ガスに対して前記照射光を照射する第１光学部と、
前記被測定光に基づく受光信号を取得して前記分析対象成分を分析する第２光学部と、
を有し、
前記第１光学部と前記第２光学部とは、前記流路の延設方向又は該延設方向に直交する方向に沿って、別体として互いに離間した状態で配置され、
一対の前記第１配管及び前記第２配管は、前記第１光学部及び前記第２光学部のそれぞれに対して設けられている、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガス分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定ガスの成分濃度等の分析対象に関する情報を光吸収スペクトル等の分光スペクトルに基づいて分光学的に取得する技術が知られている。例えば、特許文献１には、所定の流路を流れる被測定ガスの成分濃度を分光学的に算出するガス濃度測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８５６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなガス分析装置では、光学部品に汚染及び腐食等の不具合が生じないように、流路を流れる被測定ガスと光学部品との接触を抑制するパージガスが装置内から流路に向けて放出される。このとき、パージガスによって被測定ガスが必要以上に冷却されないように、パージガスの温度を高くする。しかしながら、パージガスが流れる経路の近傍に配置されているガス分析装置の各構成部の耐熱温度によってパージガスの温度が制限され、耐熱温度よりも高温の被測定ガスの冷却を十分に抑制することは困難であった。
【０００５】
本開示は、各構成部の耐熱温度よりも被測定ガスの温度が高いときでも、パージガスによる被測定ガスの冷却を抑制可能なガス分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
幾つかの実施形態に係るガス分析装置は、流路を流れる被測定ガスに対して照射した照射光に基づく被測定光を用いて前記被測定ガス中の分析対象成分を分析するガス分析装置であって、少なくとも１つの光学系を有する光学部と、前記光学部と前記流路との間に形成されている領域に臨む排出口が配置され、前記光学部の耐熱温度よりも高い温度を有する第１パージガスが流通する第１配管と、前記第１配管よりも前記光学部側に位置して前記領域に臨む排出口が配置され、前記耐熱温度以下の温度を有する第２パージガスが流通する第２配管と、を備える。このようなガス分析装置によれば、各構成部の耐熱温度よりも被測定ガスの温度が高いときでも、パージガスによる被測定ガスの冷却を抑制可能である。より具体的には、ガス分析装置は、光学部の耐熱温度よりも高い温度を有する第１パージガスを、流路側に配置されている第１配管から流路へと放出させることで、被測定ガスと高温の第１パージガスとを直接接触させ、被測定ガスの冷却を抑制可能である。加えて、ガス分析装置は、光学部の耐熱温度以下の温度を有する第２パージガスを、当該光学部側に配置されている第２配管から流路へと放出させることで、当該光学部を耐熱温度以下で動作させることが可能である。
【０００７】
一実施形態に係るガス分析装置において、前記第１配管は、前記被測定ガスに含まれる液化成分の凝縮温度が前記耐熱温度よりも高いときに、前記凝縮温度よりもさらに高い温度を有する前記第１パージガスを流通させてもよい。これにより、被測定ガスの冷却が効果的に抑制される。すなわち、被測定ガスに含まれる液化成分の凝縮が抑制される。したがって、流路の内部空間とガス分析装置内部とを隔てる境界部分への液化成分の付着が抑制される。結果として、照射光及び被測定光の散乱も抑制されるので、ガス分析装置は、成分濃度に関する分析を正確に実行可能である。
【０００８】
一実施形態に係るガス分析装置は、各配管から対応するパージガスを定常的に放出させてもよい。これにより、ガス分析装置は、パージガスの放出に関して複雑なタイミング制御等を実行する必要なく、簡便な制御によってパージガスを放出させることができる。加えて、ガス分析装置内部から流路へとパージガスが定常的に放出されているので、ガス分析装置は、光学部品に汚染及び腐食等の不具合が生じないように、流路を流れる被測定ガスと光学部品との接触をより効果的に抑制することができる。
【０００９】
一実施形態に係るガス分析装置は、前記被測定ガスの温度を測定する温度測定部を備え、前記第２パージガスを前記第２配管から定常的に放出させ、前記温度測定部によって測定された前記被測定ガスの温度が前記凝縮温度よりも高いと、前記第１配管からの前記第１パージガスの放出を停止させ、前記温度測定部によって測定された前記被測定ガスの温度が前記凝縮温度以下になると、前記第１パージガスを前記第１配管から放出させてもよい。これにより、ガス分析装置は、第１パージガスを必要に応じて流路に放出させることができ、第１パージガスの消費を抑制可能である。すなわち、第１パージガスが有効に利用され、コストが低減する。
【００１０】
一実施形態に係るガス分析装置において、前記光学部は、前記流路を流れる前記被測定ガスに対して前記照射光を照射する第１光学部と、前記被測定光に基づく受光信号を取得して前記分析対象成分を分析する第２光学部と、を有し、前記第１光学部と前記第２光学部とは、前記流路の延設方向又は該延設方向に直交する方向に沿って、別体として互いに離間した状態で配置され、一対の前記第１配管及び前記第２配管は、前記第１光学部及び前記第２光学部のそれぞれに対して設けられていてもよい。これにより、ガス分析装置は、例えば、光源と光検出器とが被測定ガスを挟んで分離した対向型として構成され得る。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、各構成部の耐熱温度よりも被測定ガスの温度が高いときでも、パージガスによる被測定ガスの冷却を抑制可能なガス分析装置を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係るガス分析装置の光学部に関する構成の一例を主に示す模式図である。
【図２】一実施形態に係るガス分析装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図１の第２光学部側に配置されているパージガス供給系の構成の一例を示す模式図である。
【図４】図１のガス分析装置の光学部に関する構成の変形例を主に示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
初めに、従来技術の背景及び問題点について主に説明する。
【００１４】
例えば、プロセスガス等の被測定ガスが流れる流路にガス分析装置が直接取り付けられ、分析対象成分の濃度分析が行われる。被測定ガスは、例えばＣＯ（一酸化炭素）、ＣＯ2（二酸化炭素）、Ｈ2Ｏ（水）、ＣnＨm（炭化水素）、ＮＨ3（アンモニア）、及びＯ2（酸素）等のガス分子を含む。流路は、配管、煙道、及び燃焼炉等を含む。
【００１５】
このようなガス分析装置は、例えばＴＤＬＡＳ（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy：波長可変ダイオードレーザ吸収分光)式レーザガス分析計を含む。ＴＤＬＡＳ式レーザガス分析計は、例えば被測定ガスに対してレーザ光を照射することで分析対象成分の濃度を分析する。
【００１６】
被測定ガスに含まれるガス分子は、赤外から近赤外域において、分子の振動及び回転エネルギー遷移に基づく光吸収スペクトルを示す。光吸収スペクトルは、成分分子に固有である。Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則により、レーザ光に関するガス分子の吸光度がその成分濃度及び光路長に比例する。したがって、光吸収スペクトルの強度を測定することで分析対象成分の濃度が分析可能である。
【００１７】
ＴＤＬＡＳでは、ガス分子が有するエネルギー遷移の吸収線幅よりも十分に狭い線幅の半導体レーザ光を被測定ガスに対して照射する。半導体レーザの注入電流を高速変調することで、その発振波長を掃引する。被測定ガスを透過した半導体レーザ光の光強度を測定して、１本の独立した光吸収スペクトルを測定する。
【００１８】
半導体レーザ光の掃引範囲は用途によって異なる。分析対象成分がＯ2の場合、半導体レーザ光の線幅は例えば０．０００２ｎｍであり、掃引幅は例えば０．１〜０．２ｎｍである。０．１〜０．２ｎｍの掃引幅を掃引することで、光吸収スペクトルの測定を行う。取得した１本の光吸収スペクトルから濃度換算を行うことにより、分析対象成分の濃度が算出される。濃度換算の方法は、ピーク高さ法、スペクトル面積法、及び２ｆ法等の既知の方法を含む。
【００１９】
以上のようなガス分析装置では、光学部品に汚染及び腐食等の不具合が生じないように、流路を流れる被測定ガスと光学部品との接触を抑制するパージガスが装置内から流路に向けて放出される。このとき、仮にパージガスによって被測定ガスが冷却されると、いくつかの不都合が生じる。
【００２０】
例えば、パージガスによって被測定ガス中の液化成分が冷却されると、当該液化成分は凝縮して流路の内部空間と装置内部とを隔てる境界部分に付着する。ここで、液化成分は、被測定ガス中に含まれ、被測定ガスの温度及び圧力等によってプロセス中に液化し得る成分を含む。例えば、液化成分は、被測定ガス中に存在している場合に、当該被測定ガスの温度が液化成分の凝縮温度等を含む所定の温度よりも高いときには、液化せずに気体又は微粒子の状態で被測定ガス中に存在する。一方で、液化成分は、被測定ガス中に存在している場合に、当該被測定ガスの温度が所定の温度以下になったときには、凝縮（液化又は凝集）して上記の境界部分に付着する。以上のような液化成分に関する説明は、後述する本開示の一実施形態に対しても当てはまる。
【００２１】
光吸収スペクトルの測定用に発光部から照射される照射光は、上記の境界部分に付着した液化成分によって、装置内部から流路の内部空間へと出射するときに散乱する。同様に、被測定ガスに対して照射された照射光に基づく被測定光としての透過光は、上記の境界部分に付着した液化成分によって、流路の内部空間から装置内部へと入射するときに散乱する。以上により、成分濃度に関する分析が正確に行われない恐れがある。
【００２２】
例えば、プロセスガスとしての被測定ガスが有する熱エネルギーを熱交換器で用いる場合、パージガスによって被測定ガス自体が冷却されると、流路を流れた先に配置されている熱交換器によって交換可能な熱エネルギーが低減してしまう。
【００２３】
以上のような不都合を解消するために、パージガスによって被測定ガスが必要以上に冷却されないように、パージガスの温度が所定の閾値よりも高く設定される。所定の閾値は、例えば、被測定ガスに含まれる液化成分の凝縮温度を含む。所定の閾値は、例えば、熱交換器における利用に最低限必要となる被測定ガスの要求温度を含む。しかしながら、パージガスが流れる経路の近傍に配置されているガス分析装置の各構成部の耐熱温度によってパージガスの温度は制限される。結果として、被測定ガスが耐熱温度よりも高温であり、所定の閾値が耐熱温度よりも高い場合、耐熱温度以下に制限されているパージガスでは被測定ガスの冷却を十分に抑制することは困難であった。
【００２４】
本開示は、各構成部の耐熱温度よりも被測定ガスの温度が高いときでも、パージガスによる被測定ガスの冷却を抑制可能なガス分析装置を提供することを目的とする。以下では、添付図面を参照しながら本開示の一実施形態について主に説明する。
【００２５】
図１は、一実施形態に係るガス分析装置１の光学部２に関する構成の一例を主に示す模式図である。図１における一点鎖線は、照射光Ｌ１及び被測定光Ｌ２を含む光の光軸を示す。図１における破線の矢印は、被測定ガスＧ及び各パージガスを含むガスの流れを示す。図１を参照しながら、一実施形態に係るガス分析装置１の光学部２に関する構成及び機能について主に説明する。
【００２６】
ガス分析装置１は、例えば流路Ｆを流れる被測定ガスＧに対して照射光Ｌ１を照射し、被測定光Ｌ２の受光信号に基づいて被測定ガスＧ中の分析対象成分の濃度を分析する。ガス分析装置１は、例えばＴＤＬＡＳ式レーザガス分析計を含む。この場合、被測定光Ｌ２は、被測定ガスＧに対して照射された照射光Ｌ１に基づく透過光を含む。
【００２７】
被測定ガスＧは、例えばＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、ＣnＨm、ＮＨ3、及びＯ2等のガス分子を含む。図１に示すとおり、被測定ガスＧは、例えば下方から上方に向けて一方向に流路Ｆ内を流れる。
【００２８】
ガス分析装置１は、少なくとも１つの光学系を有する光学部２を有する。例えば、光学部２は、流路Ｆの延設方向に直交する方向に沿って別体として互いに離間した状態で配置されている第１光学部１０及び第２光学部２０を有する。ここで、延設方向は、例えば被測定ガスＧが流路Ｆを流れる方向であり、図１の上下方向に対応する。延設方向に直交する方向は、例えば被測定ガスＧが流路Ｆを流れる方向に直交する方向であり、図１の左右方向に対応する。
【００２９】
より具体的には、光学部２は、発光側を構成する第１光学部１０を有する。第１光学部１０には、発光部１１が含まれる。光学部２は、受光側を構成する第２光学部２０を有する。第２光学部２０には、受光部２１ａ及び演算部２１ｂが含まれる。例えば、ガス分析装置１では、発光部１１を含む第１光学部１０は、被測定ガスＧが流れている流路Ｆを挟んで、受光部２１ａを含む第２光学部２０と対向するように配置されている。
【００３０】
第１光学部１０に含まれる発光部１１は、例えば、被測定ガスＧに対してＴＤＬＡＳによる測定が可能な任意の光源を含む。発光部１１は、例えば、半導体レーザを含む。発光部１１は、流路Ｆを流れる被測定ガスＧに対して照射光Ｌ１を照射する。より具体的には、発光部１１は、波長掃引信号としての注入電流に基づいて、発振波長が掃引された照射光Ｌ１を被測定ガスＧに対して照射する。発光部１１の発振波長は、被測定ガスＧに含まれる分析対象成分の分析波長に対応して決定される。
【００３１】
ガス分析装置１は、第１光学部１０を流路Ｆの壁Ｗに取り付ける第１固定管１２を有する。ガス分析装置１は、第１光学部１０側に取り付けられている第１配管１３及び第２配管１４を有する。第１配管１３の排出口は、照射光Ｌ１の光軸に沿って第１光学部１０と流路Ｆとの間に形成されている第１領域Ｒ１に臨むように配置されている。第２配管１４の排出口は、第１配管１３よりも第１光学部１０側に位置して第１領域Ｒ１に臨むように配置されている。
【００３２】
ガス分析装置１は、第１光学部１０の耐熱温度よりも高い温度を有する第１パージガスＧ１１を第１配管１３において流通させ、第１配管１３から流路Ｆへと流入するように放出させる。例えば、第１配管１３は、所定の閾値が第１光学部１０の耐熱温度よりも高いときに、当該所定の閾値よりもさらに高い温度を有する第１パージガスＧ１１を流通させる。所定の閾値は、例えば、被測定ガスＧに含まれる液化成分の凝縮温度を含む。所定の閾値は、例えば、熱交換器における利用に最低限必要となる被測定ガスＧの要求温度を含む。ガス分析装置１は、第１光学部１０の耐熱温度以下の温度を有する第２パージガスＧ１２を第２配管１４において流通させ、第２配管１４から流路Ｆへと流入するように放出させる。第１パージガスＧ１１及び第２パージガスＧ１２は、発光部１１等を構成する光学部品の配置領域への被測定ガスＧの混入を抑制する。より具体的には、第１パージガスＧ１１及び第２パージガスＧ１２は、当該光学部品に汚染及び腐食等の不具合が生じないよう、当該光学部品への被測定ガスＧの接触を抑制する。
【００３３】
ガス分析装置１は、第１固定管１２の内部に配置され、第１配管１３及び第２配管１４のそれぞれの排出口が形成されている第１挿入管１５を有してもよい。第１挿入管１５において、第１配管１３の排出口は、第２配管１４の排出口よりも流路Ｆ側に配置されている。第１挿入管１５の流路Ｆ側の先端は、流路Ｆ内部に位置する。第１挿入管１５は、発光部１１から照射された照射光Ｌ１を流路Ｆの内部まで伝搬させつつ、第１配管１３及び第２配管１４からそれぞれ放出された第１パージガスＧ１１及び第２パージガスＧ１２を流路Ｆの内部まで導く。
【００３４】
第１挿入管１５は、排出口から流路Ｆまでの第１パージガスＧ１１及び第２パージガスＧ１２の経路の幅を狭めるために配置されている。これにより、各パージガスの圧力が増加して、流路Ｆを流れる被測定ガスＧとガス分析装置１内の光学部品との接触が効率良く抑制される。
【００３５】
ガス分析装置１は、第１挿入管１５を有するとして説明したが、これに限定されない。ガス分析装置１は、流路Ｆを流れる被測定ガスＧとガス分析装置１内の光学部品との接触を十分に抑制可能であれば、第１挿入管１５を有さなくてもよい。このとき、第１配管１３及び第２配管１４のそれぞれの排出口は、第１固定管１２に直接形成されていてもよい。
【００３６】
第２光学部２０に含まれる受光部２１ａは、例えば、被測定ガスＧに対してＴＤＬＡＳによる測定が可能な任意の光検出器を含む。受光部２１ａは、例えば、フォトダイオードを含む。受光部２１ａは、照射光Ｌ１に基づく被測定光Ｌ２の受光信号を出力する。当該受光信号は、被測定ガスＧに含まれる分析対象成分の分光スペクトルに関する情報を含む。分光スペクトルは、例えば光吸収スペクトルを含む。
【００３７】
第２光学部２０に含まれる演算部２１ｂは、１つ以上のプロセッサを含む。例えば、演算部２１ｂは、第２光学部２０に関する処理を可能にするプロセッサを含む。より具体的には、演算部２１ｂは、受光部２１ａによって出力された被測定光Ｌ２の受光信号を受光部２１ａから取得する。演算部２１ｂは、受光部２１ａから取得した受光信号に基づいて、被測定ガスＧ中の分析対象成分の濃度を分析する。
【００３８】
ガス分析装置１は、第２光学部２０を流路Ｆの壁Ｗに取り付ける第２固定管２２を有する。ガス分析装置１は、第２光学部２０側に取り付けられている第１配管２３及び第２配管２４を有する。第１配管２３の排出口は、被測定光Ｌ２の光軸に沿って第２光学部２０と流路Ｆとの間に形成されている第２領域Ｒ２に臨むように配置されている。第２配管２４の排出口は、第１配管２３よりも第２光学部２０側に位置して第２領域Ｒ２に臨むように配置されている。
【００３９】
ガス分析装置１は、第２光学部２０の耐熱温度よりも高い温度を有する第１パージガスＧ２１を第１配管２３において流通させ、第１配管２３から流路Ｆへと流入するように放出させる。例えば、第１配管２３は、所定の閾値が第２光学部２０の耐熱温度よりも高いときに、当該所定の閾値よりもさらに高い温度を有する第１パージガスＧ２１を流通させる。ガス分析装置１は、第２光学部２０の耐熱温度以下の温度を有する第２パージガスＧ２２を第２配管２４において流通させ、第２配管２４から流路Ｆへと流入するように放出させる。第１パージガスＧ２１及び第２パージガスＧ２２は、受光部２１ａ等を構成する光学部品の配置領域への被測定ガスＧの混入を抑制する。より具体的には、第１パージガスＧ２１及び第２パージガスＧ２２は、当該光学部品に汚染及び腐食等の不具合が生じないよう、当該光学部品への被測定ガスＧの接触を抑制する。
【００４０】
以上のように、一対の第１配管及び第２配管は、第１光学部１０及び第２光学部２０のそれぞれに対して設けられている。第１光学部１０側及び第２光学部２０側で放出される各パージガスは、例えば空気及び窒素等のガス分子を含む。各パージガスは、互いに同一成分により構成されてもよいし、互いに異なる成分により構成されてもよい。
【００４１】
ガス分析装置１は、第２固定管２２の内部に配置され、第１配管２３及び第２配管２４のそれぞれの排出口が形成されている第２挿入管２５を有してもよい。第２挿入管２５において、第１配管２３の排出口は、第２配管２４の排出口よりも流路Ｆ側に配置されている。第２挿入管２５の流路Ｆ側の先端は、流路Ｆ内部に位置する。第２挿入管２５は、照射光Ｌ１に基づく被測定光Ｌ２を受光部２１ａに向けて伝搬させつつ、第１配管２３及び第２配管２４からそれぞれ放出された第１パージガスＧ２１及び第２パージガスＧ２２を流路Ｆの内部まで導く。
【００４２】
第２挿入管２５は、排出口から流路Ｆまでの第１パージガスＧ２１及び第２パージガスＧ２２の経路の幅を狭めるために配置されている。これにより、各パージガスの圧力が増加して、流路Ｆを流れる被測定ガスＧとガス分析装置１内の光学部品との接触が効率良く抑制される。
【００４３】
ガス分析装置１は、第２挿入管２５を有するとして説明したが、これに限定されない。ガス分析装置１は、流路Ｆを流れる被測定ガスＧとガス分析装置１内の光学部品との接触を十分に抑制可能であれば、第２挿入管２５を有さなくてもよい。このとき、第１配管２３及び第２配管２４のそれぞれの排出口は、第２固定管２２に直接形成されていてもよい。
【００４４】
図２は、一実施形態に係るガス分析装置１の構成の一例を示すブロック図である。図２では簡便な図示を目的として、パージガス供給系４０の構成を簡略化している。パージガス供給系４０の詳細な構成については、図３を参照しながら後述する。図２を参照しながら、図１を用いて説明した光学部２以外のガス分析装置１の構成部に関する構成及び機能について主に説明する。
【００４５】
ガス分析装置１は、第１光学部１０及び第２光学部２０に加えて、制御装置３０と、パージガス供給系４０と、温度測定部５０と、を有する。制御装置３０は、制御部３１と、記憶部３２と、表示部３３と、入力部３４と、を有する。
【００４６】
制御部３１は、１つ以上のプロセッサを含む。例えば、制御部３１は、ガス分析装置１に関する処理を可能にするプロセッサを含む。制御部３１は、ガス分析装置１を構成する各構成部に接続され、各構成部をはじめとしてガス分析装置１全体を制御及び管理する。例えば、制御部３１は、第１光学部１０に制御信号を出力して、発光部１１の発光動作を制御してもよい。例えば、制御部３１は、第２光学部２０から被測定ガスＧ中の分析対象成分の濃度分析に関するデータを取得して、当該データを記憶部３２に格納してもよい。制御部３１は、濃度分析の結果として、被測定ガスＧ中の分析対象成分の濃度を表示部３３に表示してもよい。例えば、制御部３１は、温度測定部５０から被測定ガスＧの温度に関する情報を取得して、被測定ガスＧの温度に基づいてパージガス供給系４０を制御してもよい。
【００４７】
記憶部３２は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等の任意の記憶装置を含む。記憶部３２は、例えば主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能してもよい。記憶部３２は、ガス分析装置１に内蔵されるものに限定されず、ＵＳＢ等のデジタル入出力ポート等によって接続された外付け型の記憶装置であってもよい。例えば、記憶部３２は、被測定ガスＧ中の分析対象成分の濃度分析に関するデータを記憶してもよい。
【００４８】
表示部３３は、ユーザの視覚に作用する任意の出力インタフェースを含む。表示部３３は、例えば、液晶ディスプレイ等の任意の表示機器を含む。表示部３３は、例えば、タッチパネルを含んでもよい。表示部３３は、例えば、濃度分析の結果として、被測定ガスＧ中の分析対象成分の濃度を表示してもよい。
【００４９】
入力部３４は、タッチパネル、タッチパッド、キーボード、マウス、及び音声により各種の指示が入力されるマイクロホン等の任意の入力インタフェースを含む。入力部３４は、例えば、タッチパネルとして、表示部３３を構成する液晶ディスプレイと一体に構成されてもよい。入力部３４は、例えば、表示部３３に表示された画面に対するユーザの入力を受け付け、取得した入力情報を制御部３１に出力する。
【００５０】
パージガス供給系４０は、第１光学部１０側に第１パージガスＧ１１及び第２パージガスＧ１２を供給する。パージガス供給系４０は、第２光学部２０側に第１パージガスＧ２１及び第２パージガスＧ２２を供給する。パージガス供給系４０は、ガスボンベ４１と、減圧弁４２と、流量計４３と、温調器４４と、バルブ４５と、を有する。ガスボンベ４１から流出したパージガスは、減圧弁４２によって所定の圧力まで減圧される。減圧されたパージガスは、流量計４３を通過する。パージガスの流量は、流量計４３によって測定される。流量計４３を通過したパージガスは、温調器４４を通過する。パージガスの温度は、温調器４４によって調整される。例えば、パージガスは、温調器４４に含まれるヒータによって加熱される。温調器４４によって温度が調整されたパージガスは、バルブ４５を通過して第１光学部１０側及び第２光学部２０側のそれぞれに供給される。
【００５１】
温度測定部５０は、例えば少なくとも１つの温度センサを含む。温度測定部５０は、図２に示すとおり、例えば第２光学部２０よりも被測定ガスＧの下流側に配置され、被測定ガスＧの温度を測定する１つの温度センサを含む。この他にも、温度測定部５０は、図１に示す第１挿入管１５内に配置され、第１パージガスＧ１１及び第２パージガスＧ１２の温度をそれぞれ測定する複数の温度センサを含んでもよい。同様に、温度測定部５０は、図１に示す第２挿入管２５内に配置され、第１パージガスＧ２１及び第２パージガスＧ２２の温度をそれぞれ測定する複数の温度センサを含んでもよい。
【００５２】
図３は、図１の第２光学部２０側に配置されているパージガス供給系４０の構成の一例を示す模式図である。図３では、簡便な図示を目的として、第２挿入管２５の図示は省略している。図３では、パージガス供給系４０について、第２光学部２０側の構成のみを図示しているが、同様の構成が第１光学部１０側にも配置されている。
【００５３】
図３に示すように、第２光学部２０側のパージガス供給系４０では、第１パージガスＧ２１が流れる第１配管２３及び第２パージガスＧ２２が流れる第２配管２４のそれぞれに対して、上述した複数の配管部品が取り付けられている。より具体的には、パージガス供給系４０は、第１配管２３に取り付けられている、ガスボンベ４１ａと、減圧弁４２ａと、流量計４３ａと、温調器４４ａと、バルブ４５ａと、を有する。同様に、パージガス供給系４０は、第２配管２４に取り付けられている、ガスボンベ４１ｂと、減圧弁４２ｂと、流量計４３ｂと、温調器４４ｂと、バルブ４５ｂと、を有する。
【００５４】
図３では、第１配管２３及び第２配管２４に対して、異なるガスボンベ４１ａ及びガスボンベ４１ｂがそれぞれ配置されているが、これに限定されない。第１配管２３及び第２配管２４に対して、共通の一のガスボンベ４１のみが配置されていてもよい。同様に、第１光学部１０側及び第２光学部２０側で、異なる複数のガスボンベ４１がそれぞれ配置されていてもよいし、共通の一のガスボンベ４１のみが配置されていてもよい。
【００５５】
以下では、第２光学部２０側のパージガス供給系４０を用いた第１パージガスＧ２１及び第２パージガスＧ２２の放出に関する制御について主に説明する。以下と同様の説明が、第１光学部１０側のパージガス供給系４０に対しても当てはまる。以下では、例えば、所定の閾値が第２光学部２０の耐熱温度よりも高い場合を考える。
【００５６】
第１の制御の例では、ガス分析装置１は、減圧弁４２ａ及び減圧弁４２ｂを含む減圧弁４２、温調器４４ａ及び温調器４４ｂを含む温調器４４、並びにバルブ４５ａ及びバルブ４５ｂを含むバルブ４５を定常的に動作させる。
【００５７】
より具体的には、ガス分析装置１は、対応するパージガスを一定の温度及び流量で各配管から定常的に放出させる。例えば、ガス分析装置１は、温調器４４ａによって加熱されて、第２光学部２０の耐熱温度よりも高い温度を有する第１パージガスＧ２１を第１配管２３から定常的に放出させる。例えば、ガス分析装置１は、所定の閾値よりも高い温度を有する第１パージガスＧ２１を第１配管２３から定常的に放出させる。例えば、ガス分析装置１は、温調器４４ｂによって加熱されて、第２光学部２０の耐熱温度以下の温度を有する第２パージガスＧ２２を第２配管２４から定常的に放出させる。
【００５８】
第１の制御の例では、バルブ４５は、手動により、又は図２に示す制御部３１による制御により常時開放されていてもよい。これに限定されず、パージガス供給系４０は、バルブ４５を有さずに、温調器４４を通過した各パージガスを直接放出してもよい。制御部３１は、第１パージガスＧ２１及び第２パージガスＧ２２が上述した温度を定常的に有するように温調器４４ａ及び温調器４４ｂをそれぞれ制御する。制御部３１は、第１パージガスＧ２１及び第２パージガスＧ２２が一定の流量を有するように減圧弁４２ａ及び減圧弁４２ｂをそれぞれ制御する。
【００５９】
第２の制御の例では、ガス分析装置１は、減圧弁４２、温調器４４、及びバルブ４５のうちバルブ４５ａのみを非定常的に動作させる。
【００６０】
より具体的には、ガス分析装置１は、温調器４４ｂによって加熱されて、第２光学部２０の耐熱温度以下の温度を有する第２パージガスＧ２２を一定の流量で第２配管２４から定常的に放出させる。一方で、ガス分析装置１は、図２に示す温度測定部５０によって測定された被測定ガスＧの温度が所定の閾値よりも高いと、第１配管２３からの第１パージガスＧ２１の放出を停止させる。ガス分析装置１は、例えば、第２光学部２０の耐熱温度以下の温度を有する第２パージガスＧ２２によって被測定ガスＧの温度が所定の閾値以下になると、温調器４４ａによって加熱されて、所定の閾値よりも高い温度を有する第１パージガスＧ２１を一定の流量で第１配管２３から放出させる。
【００６１】
第２の制御の例では、バルブ４５ｂは、手動により、又は制御部３１による制御により常時開放されていてもよい。これに限定されず、パージガス供給系４０は、バルブ４５ｂを有さずに、温調器４４ｂを通過した第２パージガスＧ２２を直接放出してもよい。制御部３１は、第２パージガスＧ２２が第２光学部２０の耐熱温度以下の温度を定常的に有するように温調器４４ｂを制御する。制御部３１は、第２パージガスＧ２２が一定の流量を有するように減圧弁４２ｂを制御する。
【００６２】
一方で、制御部３１は、温度測定部５０から取得した被測定ガスＧの温度に関する情報に基づいて、被測定ガスＧの温度が所定の閾値よりも高いか否かを判定する。制御部３１は、被測定ガスＧの温度が所定の閾値よりも高いと判定すると、バルブ４５ａを閉じて第１配管２３からの第１パージガスＧ２１の放出を停止させる。制御部３１は、被測定ガスＧの温度が所定の閾値以下であると判定すると、バルブ４５ａを開いて第１パージガスＧ２１を第１配管２３から放出させる。制御部３１は、第１パージガスＧ２１が所定の閾値よりも高い温度を定常的に有するように温調器４４ａを制御する。制御部３１は、バルブ４５ａの開放後に第１パージガスＧ２１が一定の流量を有するように減圧弁４２ａを制御する。
【００６３】
第３の制御の例では、ガス分析装置１は、減圧弁４２、温調器４４、及びバルブ４５のうち温調器４４のみを非定常的に動作させる。
【００６４】
より具体的には、ガス分析装置１は、温度測定部５０によって測定された被測定ガスＧの温度が所定の閾値よりも高いと、温調器４４ａ及び温調器４４ｂを停止させる。ガス分析装置１は、温調器４４ａ及び温調器４４ｂによって加熱されていない第１パージガスＧ２１及び第２パージガスＧ２２を一定の流量で第１配管２３及び第２配管２４からそれぞれ定常的に放出させる。
【００６５】
一方で、ガス分析装置１は、例えば、温調器４４によって加熱されていない各パージガスによって被測定ガスＧの温度が所定の閾値以下になると、温調器４４ａ及び温調器４４ｂを動作させる。ガス分析装置１は、温調器４４ｂによって加熱されて、第２光学部２０の耐熱温度以下の温度を有する第２パージガスＧ２２を一定の流量で第２配管２４から定常的に放出させる。ガス分析装置１は、温調器４４ａによって加熱されて、所定の閾値よりも高い温度を有する第１パージガスＧ２１を一定の流量で第１配管２３から定常的に放出させる。
【００６６】
第３の制御の例では、バルブ４５は、手動により、又は制御部３１による制御により常時開放されていてもよい。これに限定されず、パージガス供給系４０は、バルブ４５を有さずに、温調器４４を通過した各パージガスを直接放出してもよい。制御部３１は、第１パージガスＧ２１及び第２パージガスＧ２２が一定の流量を有するように減圧弁４２ａ及び減圧弁４２ｂをそれぞれ制御する。
【００６７】
一方で、制御部３１は、温度測定部５０から取得した被測定ガスＧの温度に関する情報に基づいて、被測定ガスＧの温度が所定の閾値よりも高いか否かを判定する。制御部３１は、被測定ガスＧの温度が所定の閾値よりも高いと判定すると、温調器４４を停止させる。制御部３１は、被測定ガスＧの温度が所定の閾値以下であると判定すると、温調器４４を動作させる。このとき、制御部３１は、温調器４４ａ及び温調器４４ｂを同時に動作させてもよい。これに限定されず、制御部３１は、一方のパージガスが所望の温度を有するように対応するいずれか一方の温調器４４を動作させた後、他方のパージガスが所望の温度を有するように対応する他方の温調器４４を動作させてもよい。
【００６８】
上記の第１乃至第３の制御の例に限定されずに、ガス分析装置１は、パージガスによる被測定ガスＧの冷却を抑制可能であり、かつ第２光学部２０を耐熱温度よりも高い温度環境下にさらすことがないような任意の制御を実行してもよい。例えば、ガス分析装置１は、温度測定部５０によって測定された被測定ガスＧの温度に基づいて、減圧弁４２を非定常的に動作させてもよい。
【００６９】
例えば、ガス分析装置１は、減圧弁４２、温調器４４、及びバルブ４５のうち、任意の組み合わせの配管部品を非定常的に動作させてもよい。例えば、ガス分析装置１は、温調器４４及びバルブ４５ａを非定常的に動作させてもよい。この場合、ガス分析装置１は、被測定ガスＧの温度が所定の閾値よりも高いと、温調器４４を停止させ、かつバルブ４５ａを閉じる。ガス分析装置１は、被測定ガスＧの温度が所定の閾値以下になると、例えば温調器４４ｂを初めに動作させる。続いて、ガス分析装置１は、バルブ４５ａを開放する。続いて、ガス分析装置１は、温調器４４ａを動作させる。
【００７０】
以上のような一実施形態に係るガス分析装置１によれば、各構成部の耐熱温度よりも被測定ガスＧの温度が高いときでも、パージガスによる被測定ガスＧの冷却を抑制可能である。より具体的には、ガス分析装置１は、光学部２の耐熱温度よりも高い温度を有する第１パージガスを、流路Ｆ側に配置されている第１配管から流路Ｆへと放出させることで、被測定ガスＧと高温の第１パージガスとを直接接触させ、被測定ガスＧの冷却を抑制可能である。
【００７１】
ガス分析装置１は、光学部２の耐熱温度以下で第２パージガスを加熱することで、光学部２の耐熱温度よりも高い温度を有する第１パージガスとの温度差を低減することができる。これにより、第１パージガスと第２パージガスとが混合して流路Ｆへと流入するときでも、第１パージガスの温度低下が抑制される。結果として、被測定ガスＧの冷却が抑制可能である。
【００７２】
例えば、被測定ガスＧに含まれる液化成分の凝縮温度が光学部２の耐熱温度よりも高く、第１パージガスの温度が当該凝縮温度よりも高いことで、被測定ガスＧの冷却が効果的に抑制される。これにより、被測定ガスＧに含まれる液化成分の凝縮が抑制される。したがって、流路Ｆの内部空間とガス分析装置１内部とを隔てる境界部分への液化成分の付着が抑制される。ここで、ガス分析装置１内部は、例えば第１固定管１２及び第１挿入管１５の内部、並びに第２固定管２２及び第２挿入管２５の内部を含む。境界部分は、例えば第１挿入管１５及び第２挿入管２５のそれぞれにおいて被測定ガスＧにさらされている流路Ｆ側の開口部を含む先端部分を含む。その他にも、境界部分は、流路Ｆの内部空間とガス分析装置１内部とを隔てる任意の光学窓等を含んでもよい。結果として、照射光Ｌ１及び被測定光Ｌ２の散乱も抑制されるので、ガス分析装置１は、成分濃度に関する分析を正確に実行可能である。
【００７３】
例えば、熱交換器における利用に最低限必要となる被測定ガスＧの要求温度が光学部２の耐熱温度よりも高く、当該要求温度よりも第１パージガスの温度が高いことで、被測定ガスＧの冷却が効果的に抑制される。すなわち、プロセスガスとしての被測定ガスＧが有する熱エネルギーを熱交換器で用いる場合にも、被測定ガスＧ自体の冷却が抑制可能である。これにより、流路Ｆを流れた先に配置されている熱交換器によって交換可能な熱エネルギーが維持される。
【００７４】
ガス分析装置１は、光学部２の耐熱温度以下の温度を有する第２パージガスを、光学部２側に配置されている第２配管から流路Ｆへと放出させることで、光学部２を耐熱温度以下で動作させることが可能である。より具体的には、ガス分析装置１は、第２パージガスを光学部２側から第１パージガスに向けて放出させることで、第１パージガスの光学部２側への流入を抑制可能である。したがって、ガス分析装置１は、光学部２を耐熱温度よりも高い温度環境下にさらすことがなく、熱による不具合を抑制して適切に保護可能である。
【００７５】
本開示は、その精神又はその本質的な特徴から離れることなく、上述した実施形態以外の他の所定の形態で実現できることは当業者にとって明白である。したがって、先の記述は例示的であり、これに限定されない。開示の範囲は、先の記述によってではなく、付加した請求項によって定義される。あらゆる変更のうちその均等の範囲内にあるいくつかの変更は、その中に包含される。
【００７６】
例えば、上述した各構成部の形状、配置、向き、及び個数等は、上記の説明及び図面における図示の内容に限定されない。各構成部の形状、配置、向き、及び個数等は、その機能を実現できるのであれば、任意に構成されてもよい。
【００７７】
例えば、上述したパージガス供給系４０に関する制御における各ステップ及び各ステップに含まれる機能等は、論理的に矛盾しないように再配置可能であり、ステップの順序を変更したり、複数のステップを１つに組み合わせたり、又は分割したりすることが可能である。
【００７８】
上記では、パージガス供給系４０は、互いに異なる温度を有する第１パージガス及び第２パージガスのみを放出するとして説明したが、これに限定されない。パージガス供給系４０は、第１パージガス及び第２パージガスに加えて、これらのパージガスよりも十分に高圧で流路Ｆに向けて放出される第３パージガスを供給してもよい。このとき、パージガス供給系４０は、所定の時間間隔で定期的に第３パージガスを放出してもよい。所定の時間間隔は、例えば、最後に第３パージガスを放出してから、照射光Ｌ１及び被測定光Ｌ２の光強度が境界部分に付着した液化成分によって分析対象成分の正確な濃度分析に支障をきたす程度の光強度に到達するまでの時間に基づいて決定されてもよい。
【００７９】
パージガス供給系４０は、第１配管及び第２配管に加えてこのような第３パージガスを流す新たな配管を有してもよいし、第１配管及び第２配管のいずれか一方を第３パージガス用の配管として兼用してもよい。パージガス供給系４０は、第３パージガスを加熱せずに流路Ｆに向けて放出してもよいし、例えば第３パージガスが流れる配管に取り付けられている温調器によって加熱された第３パージガスを流路Ｆに向けて放出してもよい。ガス分析装置１は、このような高圧の第３パージガスによって、第１パージガス及び第２パージガスの放出のみでは除去しきれなった境界部分に付着している液化成分をより効果的に吹き飛ばすことが可能である。
【００８０】
上記では、ガス分析装置１は、温度測定部５０から取得した被測定ガスＧの温度に関する情報に基づいてパージガス供給系４０を制御するとして説明したが、これに限定されない。ガス分析装置１は、温度測定部５０に加えて、又は代えて、被測定ガスＧの圧力を測定する圧力センサを含む圧力測定部を有してもよい。ガス分析装置１は、温度測定部５０から取得した被測定ガスＧの温度に関する情報に加えて、又は代えて、圧力測定部から取得した被測定ガスＧの圧力に関する情報に基づいてパージガス供給系４０を上記と同様に制御してもよい。
【００８１】
図１では、発光部１１を含む第１光学部１０は、被測定ガスＧが流れている流路Ｆを挟んで、受光部２１ａを含む第２光学部２０と対向するように配置されていると説明した。ガス分析装置１は、これに限定されず、第１光学部１０と第２光学部２０とが流路Ｆの延設方向又は当該延設方向に直交する方向に沿って、別体として互いに離間した状態で配置されている任意の構成を有してもよい。
【００８２】
例えば、第１光学部１０と第２光学部２０とは、流路Ｆの延設方向に沿って、別体として互いに離間した状態で配置されていてもよい。例えば、照射光Ｌ１の光軸と被測定光Ｌ２の光軸とが流路Ｆの延設方向に対して所定の角度で傾いた状態で、第１光学部１０と第２光学部２０とが流路Ｆに対して延設方向に直交する方向の同一側に配置されていてもよい。このとき、被測定光Ｌ２は、被測定ガスＧに対して照射された照射光Ｌ１に基づいて所定の散乱角度で散乱した散乱光を含む。
【００８３】
図４は、図１のガス分析装置１の光学部２に関する構成の変形例を主に示す模式図である。上記のガス分析装置１では、第１光学部１０と第２光学部２０とが流路Ｆの延設方向又は当該延設方向に直交する方向に沿って、別体として互いに離間した状態で配置されていると説明した。ガス分析装置１は、これに限定されず、第１光学部１０と第２光学部２０とが一体化して、発光部１１及び受光部２１ａが流路Ｆに対して延設方向に直交する方向の同一側に配置されている構成を有してもよい。例えば、ガス分析装置１は、発光部１１、受光部２１ａ、及び演算部２１ｂが光学部２にまとめて含まれるように構成されてもよい。
【００８４】
より具体的には、ガス分析装置１は、照射光Ｌ１及び被測定光Ｌ２の光軸に沿って被測定ガスＧと重畳するように延在するプローブ部６０と、被測定ガスＧを挟んで発光部１１と対向するようにプローブ部６０の先端に位置する反射部７０と、をさらに有してもよい。このとき、受光部２１ａは、被測定ガスＧを挟んで反射部７０と対向するように、発光部１１と同一側に配置されている。
【００８５】
図４に示すようなガス分析装置１では、下方から上方に向けて流路Ｆ内を流れる被測定ガスＧの一部は、切り欠き６１を介して下方からプローブ部６０内の測定領域Ｒ３に流入する。被測定ガスＧの他の一部は、開口６２から回り込んで上方からプローブ部６０内の測定領域Ｒ３に流入する。このように、流路Ｆを流れる被測定ガスＧは、プローブ部６０の内部を流通する。プローブ部６０の内部を流通した被測定ガスＧは、例えば開口６２から再度流路Ｆ内に流出する。ここで、測定領域Ｒ３は、開口６２によって流路Ｆ内に露出しているプローブ部６０の内部空間を含む。このように、測定領域Ｒ３は、被測定ガスＧによって満たされている。
【００８６】
一方で、プローブ部６０の内部において測定領域Ｒ３の左右両側にそれぞれ形成されている領域Ｒ４及び領域Ｒ５には、上記と同様の構成のパージガスが供給されている。図４において、測定領域Ｒ３と領域Ｒ４との境界、及び測定領域Ｒ３と領域Ｒ５との境界のそれぞれは、点線によって示されている。パージガスは、反射部７０、発光部１１、及び受光部２１ａ等を構成する光学部品に汚染及び腐食等の不具合が生じないよう、これらの光学部品への被測定ガスＧの接触を抑制する。このように、領域Ｒ４及び領域Ｒ５は、パージガスによって満たされている。
【００８７】
上記実施形態では、ＴＤＬＡＳに限定して説明したが、ガス分析装置１は、任意の分析対象の分光分析を行う任意の分析計に対して応用可能である。
【００８８】
上記実施形態では、分光スペクトルは光吸収スペクトルを含むとして説明したが、これに限定されない。ガス分析装置１は、このような吸収分光法以外にも任意の分光法を用いて分析対象成分を分析してもよい。分光法は、例えば、蛍光分光法及びラマン分光法等を含んでもよい。例えば、蛍光分光法では、分光スペクトルは蛍光スペクトルを含む。例えば、ラマン分光法では、分光スペクトルはラマンスペクトルを含む。
【符号の説明】
【００８９】
１      ガス分析装置
２      光学部
１０    第１光学部
１１    発光部
１２    第１固定管
１３    第１配管
１４    第２配管
１５    第１挿入管
２０    第２光学部
２１ａ  受光部
２１ｂ  演算部
２２    第２固定管
２３    第１配管
２４    第２配管
２５    第２挿入管
３０    制御装置
３１    制御部
３２    記憶部
３３    表示部
３４    入力部
４０    パージガス供給系
４１、４１ａ、４１ｂ  ガスボンベ
４２、４２ａ、４２ｂ  減圧弁
４３、４３ａ、４３ｂ  流量計
４４、４４ａ、４４ｂ  温調器
４５、４５ａ、４５ｂ  バルブ
５０    温度測定部
６０    プローブ部
６１    切り欠き
６２    開口
７０    反射部
Ｆ      流路
Ｇ      被測定ガス
Ｇ１１、Ｇ２１  第１パージガス
Ｇ１２、Ｇ２２  第２パージガス
Ｌ１    照射光
Ｌ２    被測定光
Ｒ１    第１領域
Ｒ２    第２領域
Ｒ３    測定領域
Ｒ４    領域
Ｒ５    領域
Ｗ      壁
【図１】
2020183869.tif 000003
【図２】
2020183869.tif 000004
【図３】
2020183869.tif 000005
【図４】
2020183869.tif 000006