(57)【要約】【課題】光学窓やセルの内壁を簡単に清掃することができ、しかも、ガス入口からセル本体内に導入されたガスが滞留することなくスムーズにガス出口に流れるようにして、ガスの置換を速やかに行うことのできるガス分析計用試料セルを提供することを目的とする。【解決手段】セルの一端に設けられたガス入口から、他端に設けられたガス出口に向けて試料ガスを流通させるガス分析計用試料セルにおいて、両側の端部にネジ部が形成された円筒形状のセル本体（１１）と、赤外線透過材料よりなる光学窓（１３a、１３ｂ）を保持すると共に、セル本体のねじ部（１６a、１６ｂ）と螺合して、ガス入口側の端部、ガス出口側の端部を封止するように取り付けられる入口側、出口側の窓ホルダー（１４a、１４ｂ）とを備えてなり、入口側の窓ホルダー（１４a）にガス入口管（１２a)を、出口側の窓ホルダー（１４ｂ）にガス出口管(１２ｂ）を設けるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルの一端に設けられたガス入口から、他端に設けられたガス出口に向けて試料ガスを流通させるガス分析計用試料セルにおいて、
両側の端部にねじ部が形成された円筒形状のセル本体と、
測定光を透過する材料よりなる光学窓を保持すると共に、前記セル本体のねじ部と螺合して、ガス入口側の端部、ガス出口側の端部を封止するように取り付けられる入口側、出口側の窓ホルダーとを備えてなり、
前記入口側の窓ホルダーに前記光学窓と近接させてガス入口管を設け、さらに、前記出口側の窓ホルダーに前記光学窓と近接させてガス出口管を設けるようにしたことを特徴とするガス分析計用試料セル。
【請求項２】
請求項１に記載のガス分析計用試料セルにおいて、
前記ガス入口管は、当該ガス入口管の中心軸がセル本体の長手方向の軸心を通らないように配置されている、ことを特徴とするガス分析計用試料セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線がガス中を透過する際、種々のガスに固有な特定波長の光が吸収されることを利用し、ガス中に含まれる所望のガス成分の濃度を計測する赤外線ガス分析計に用いられるガス分析計用試料セルに関する。
【０００２】
従来の赤外線ガス分析計３０は、図４に示す様に、赤外線光源３１、光チョッパ３２、試料セル２０（以下、「セル」ともいう）、赤外線検出器３３等から構成されている。赤外線光源３１から発せられた赤外光は、光チョッパ３２により断続光となり試料セル２０に入射する。そして、赤外光は、試料セル２０内を反射し、赤外線検出器３３に入射する。その際、試料セル２０内に存在する測定対象成分の濃度に応じ、試料セル２０内での赤外線吸収量が変化するので、その変化をマスフローセンサなどの赤外線検出器３３により検出し、濃度信号(Ｖ)として出力するようにしている。
【０００３】
図５に、上述のシングルビーム方式の赤外線ガス分析計３０に組み込まれている試料セル２０の詳細な構成を示す。
試料セル２０は、赤外線などの光線を透過させるとともに、セル本体２１に設けたガス入口管２２aからサンプルガスを導入し、ガス出口管２２ｂに向けてサンプルガスを流通させるものである。
【０００４】
円筒形状を呈するセル本体２１は、例えばステンレス鋼などの金属からなり、その両端には窓ホルダー２４ａ，２４ｂが嵌め込まれている。この窓ホルダー２４ａ，２４ｂには、赤外線透過材料で形成された光学窓２３ａ，２３ｂが接着されている。また、セル本体２１の両側端部外周面と窓ホルダー２４ａ，２４ｂとの間には、Ｏリング２５ａ，２５ｂが設けられており、気密を確保している。
【０００５】
このように、試料セル２０は、長期間使用した場合にサンプルガス中に含まれるダストやミストなどによりセル本体２１の内壁が汚れても、窓ホルダー２４ａ，２４ｂを取り外し、簡単に清掃することができる構造となっている。
【０００６】
また、その他の赤外線ガス分析計としては、例えば、特許文献１に記載されているダブルビーム方式のものが知られている。この赤外線ガス分析計は、２つのセルを有し、第１セル及び第２セルに対し、測定対象ガスを含むサンプルガス（試料ガス）とリファレンスガス（基準ガス）とを一定の周期で交互に供給し、ガスの切換周期に対応した周波数の交流信号として出力される測定信号を演算処理することにより、セルの汚れに起因するドリフトの影響をキャンセルできるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭５３−１６６６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、赤外線ガス分析計では、赤外線検出器３３の受光量が分析計の検出器感度に大きく影響するので、十分な受光量を確保できるようにセル２０の内径を比較的太く(φ25程度)設定するようにしていた。このために、セル２０内へのガスの導入や置換に時間が掛かり、１００％応答時間も約３０秒以上を要していた。
【０００９】
特に、ダブルビーム方式の赤外線ガス分析計にあっては、サンプルガス中に含まれるダストやミスト、および腐食成分等によるセル内面の反射率変化の影響を低減することができるという優れた特徴をもち、ガス濃度測定における長期安定性を確保できるにも関わらず、２つのセルに対してガスの置換を速やかに行うことが困難であることから、高速応答を必要とするアプリケーションには使用できず、限定的な用途にしか用いることが出来ないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、光学窓やセルの内壁を簡単に清掃することができ、しかも、ガス入口からセル本体内に導入されたガスが滞留することなくスムーズにガス出口に流れるようにして、ガスの置換を速やかに行うことのできるガス分析計用試料セル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】
【００１１】
請求項１の発明は、セルの一端に設けられたガス入口から、他端に設けられたガス出口に向けて試料ガスを流通させるガス分析計用試料セルにおいて、両側の端部にねじ部が形成された円筒形状のセル本体と、測定光を透過する材料よりなる光学窓を保持すると共に、前記セル本体のねじ部と螺合して、ガス入口側の端部、ガス出口側の端部を封止するように取り付けられる入口側、出口側の窓ホルダーとを備えてなり、前記入口側の窓ホルダーに前記光学窓と近接させてガス入口管を設け、さらに、前記出口側の窓ホルダーに前記光学窓と近接させてガス出口管を設けるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載のガス分析計用試料セルにおいて、前記ガス入口管が、当該ガス入口管の中心軸がセル本体の長手方向の軸心を通らないように配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、入口側の窓ホルダーに光学窓と近接させてガス入口管を設け、さらに、出口側の窓ホルダーに光学窓と近接させてガス出口管を設けるようにし、ガス入口管およびガス出口管をセル本体の端面（光学窓の内面）に近接させ、ガスが滞留する原因となっていたデッドスペースを削減するようにしたので、ガスの置換を速やかに行うことが可能となり、これを組み込んだガス分析計の応答速度を向上させることが可能となる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、ガス入口管から導入されたガスが、セル内壁に沿って渦流を生じさせ、セル内に残存するガスを効率よく押し出すので、さらに応答性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明によるガス分析計用試料セルの一例を示す図で、（Ａ）は一部を断面にして示す縦断面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の動作原理を説明するための主要部について示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は側面図である。
【図３】本発明による試料セルを組み込んだ赤外線ガス分析計の応答特性を示す図である。
【図４】従来の赤外ガス分析計の概要を示す図である。
【図５】従来のガス分析計用試料セルの構成を示す図で、（Ａ）は一部を断面にして示す縦断面図、（Ｂ）は側面図である。
【図６】従来のガス分析計用試料セルの主要部について示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明によるガス分析計用試料セルの一例を示す図である。
図に示すように、円筒形状のセル本体１１の両側端部には、第１（入口側）の窓ホルダー１４a、第２(出口側）の窓ホルダー１４bが設けられている。第１の窓ホルダー１４aは、測定光である赤外線を透過するCaF2 （フッ化カルシウム）などの材料よりなる光学窓２３aを保持すると共に、その枠部内周面にはセル本体１１の赤外線光源側の端部外周面に形成されたおねじ部１６aと螺合するめねじ部１４１aが形成されており、セル本体１１のガス入口側の端部を封止する。同様に、第２の窓ホルダー１４ｂも、CaF2などの赤外線透過材料よりなる光学窓２３ｂを保持すると共に、その枠部内周面にはセル本体１１の赤外線検出器側の端部外周面に形成されたおねじ部１６ｂと螺合するめねじ部１４１ｂが形成されており、セル本体１１のガス出口側の端部を封止する。
【００１７】
１５a、１５ｂは、気密を確保するためのＯリングであり、それぞれ、第１の窓ホルダー１４aの内周面とセル本体１１の端部外周面との間、第２の窓ホルダー１４aの内周面とセル本体１１の端部外周面との間、に介挿されている。
【００１８】
そして、第１、第２の窓ホルダー１４a、１４bの周壁には、貫通孔１７a、１７bが設けられており、それぞれ、ガス入口管１２a、ガス出口管１２bが嵌め込まれている。サンプルガスＳあるいはリファレンスガスＲ(例えばN2やAir等)は、ガス入口管１２aから導入され、他端に設けられたガス出口管１２ｂに向けて流通する。
【００１９】
従来のセルでは、図６に示すように、ガス入口管２２aがセル本体に設けられ、セルの端面となる光学窓２３aから離れて取り付けられていたので、光学窓２３aの近傍部分ににデッドスペースが生じやすい。すなわち、ガス入口管２２aからセル本体２１内に導入されたサンプルガスＳあるいはリファレンスガスＲは、図６中で示すように、矢印５２のようにガス出口側に向かうものもあるが、矢印５１で示すように光学窓側に向かって流れるものもある。その結果、セル本体２１に導入されたガスがデッドスペースに滞留してしまい、サンプルガスＳとリファレンスガスＲとの置換が速やかに行われなくなり、所謂ガスの置換効率の低下が生じ、ガス分析の応答速度が遅くなっていた。
【００２０】
これに対し、本発明による試料セル１０では、図２に示すように、ガス入口管１２a を窓ホルダー１４aに設け、ガス入口管１２aを出来るだけセル本体１１の端面側に近づけ、赤外線光源側の光学窓２３aの近傍部分に生じていたデッドスペースを削減するようにしている。同様に、ガス出口管１２ｂ も、窓ホルダー１４bに設けるようにし、赤外線検出器側の光学窓２３ｂの近傍部分に生じていたデッドスペースについても削減するようにしている。従って、セル本体１１内に導入されたガスは、セル本体１１内に滞留することなく、矢印６１のようにガス出口管１２ｂへ向けてスムーズに流れるようになる。
【００２１】
本実施形態では、内径１４ｍｍ、長さ２５０ｍｍの本体セル１１を用いている。また、ガス入口管１２a、ガス出口管１２ｂの内径は２．５ｍｍである。この場合、ガス入口管１２aの中心軸と光学窓１３a内面との距離、及びガス出口管１２ｂの中心軸と光学窓１３ｂとの距離は３ｍｍ以下となるように設定するのが望ましい。
【００２２】
さらに、本発明による試料セル１０では、特に、セル本体１１と直交するガス入口管１２aが、セル本体１１の長手方向の軸心を含む平面Z1と所定の距離をおいた平行平面Z２内にガス入口管１２aの中心軸が位置するように配置されている。このように、ガス入口管１２aを、その中心軸がセル本体１１の長手方向の軸心を通らないように配置することにより、ガス入口管１２aから導入されたガスが、断面円形状を呈するセルの内壁面に沿って螺旋状に移動する渦流６１を生じさせ、ガス置換前のセル本体内１１に残存するサンプルガスＳまたはリファレンスガスＲを効率的に押し出すこととなり、より一層応答性が改善される。
【００２３】
図３は、本実施形態に係る試料セル１０を組み込んだ赤外線ガス分析計と、従来セルを組み込んだ赤外線ガス分析計との応答特性に関する比較データを示す図である。図３に示すように、本実施形態によれば、従来セルと比較した場合、１００％応答時間が約１/２に短縮され応答特性に著しい効果があることが確認されている。セル径やセル長を好適に選定することで、従来数十秒の応答時間を要していたサンプルガスの置換が数秒程度まで大幅に短縮することが可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１０：試料セル
１１：セル本体
１２a：ガス入口管
１２ｂ：ガス出口管
１３a、１３ｂ：光学窓（赤外線透過窓）
１４a：第１(入口側）の窓ホルダー
１４ｂ：第２（出口側）の窓ホルダー
１６a、１６ｂ：ねじ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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