特許 7298640 ガス分析計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-19

(45)【発行日】2023-06-27

(54)【発明の名称】ガス分析計

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/3504 20140101AFI20230620BHJP

【ＦＩ】

G01N21/3504

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021058447

(22)【出願日】2021-03-30

(65)【公開番号】P2022155108

(43)【公開日】2022-10-13

【審査請求日】2022-04-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100149249

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(72)【発明者】

【氏名】松尾 純一

(72)【発明者】

【氏名】海野 裕作

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１８４３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８４５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１７１７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２８６９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－２２６３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３ー２２５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－５７６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９５４０８００（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７－Ｇ０１Ｎ ２１／６１

Ｇ０２Ｂ ６／２６－Ｇ０２Ｂ ６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０－Ｇ０２Ｂ ６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２－Ｇ０２Ｂ ６／４３

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光素子から測定ガスに光を照射するとともに前記測定ガスを通過した光を受光することにより前記測定ガス中の所定成分を測定するガス分析計であって、
前記発光素子の光軸に平行でない少なくとも１つの軸線に沿って位置調節可能なベース部材と、
前記光軸に平行でない少なくとも１つの軸線を中心に角度調節可能に前記ベース部材に保持されるとともに前記発光素子を保持する保持部材と、を有し、
前記保持部材が接触面を有し、
前記ベース部材が、前記保持部材の前記接触面が接触する被接触面を有する受容部材と、前記受容部材に一体に取り付けられる枠部材と、を有し、
前記接触面と前記被接触面との少なくとも一方が球面に沿う形状をなし、
前記枠部材が対向壁を有し、
前記対向壁には、前記軸線を中心に前記保持部材を角度調節可能な２つの調節ねじが進退可能に取り付けられ、当該２つの調節ねじの先端と前記被接触面とによって前記保持部材が挟持される、
ガス分析計。

【請求項2】

前記ベース部材、前記保持部材及び前記発光素子をそれぞれ備える複数の発光部を有する、請求項１に記載のガス分析計。

【請求項3】

前記発光素子から照射される前記光を反射することで前記光を前記測定ガス中を往復させる反射部を有する、請求項１又は２に記載のガス分析計。

【請求項4】

前記ベース部材、前記保持部材及び前記発光素子を備える発光部と、前記発光素子から照射される前記光を反射することで前記光を前記測定ガス中を往復させる反射部とが、前記測定ガスの流路を形成する流路壁に別個に取り付けられる、請求項１～３の何れか１項に記載のガス分析計。

【請求項5】

前記保持部材が、前記光軸に平行でない少なくとも２つの軸線を中心に角度調節可能に前記ベース部材に保持される、請求項１～４の何れか１項に記載のガス分析計。

【請求項6】

前記ベース部材が、前記光軸に平行でない少なくとも２つの軸線に沿って位置調節可能である、請求項１～５の何れか１項に記載のガス分析計。

【請求項7】

波長可変ダイオードレーザ吸収分光法を用いる、請求項１～６の何れか１項に記載のガス分析計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示はガス分析計に関する。

【背景技術】

【0002】

波長可変ダイオードレーザ吸収分光法を用いたレーザガス分析計などのガス分析計として、発光素子を保持する保持部材が、発光素子の光軸に平行でない少なくとも１つの軸線に沿って位置調節可能なものが知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１８４３６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような従来のガス分析計は、発光素子から照射される光を受光素子で受光できるように発光素子の光軸の位置と角度を合わせるアライメントの容易化を実現し易くするという点において、改善の余地がある。

【0005】

そこで本開示の目的は、アライメントの容易化を実現し易いガス分析計を提供することにある。

【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計は、発光素子から測定ガスに光を照射するとともに前記測定ガスを通過した光を受光することにより前記測定ガス中の所定成分を測定するガス分析計であって、前記発光素子の光軸に平行でない少なくとも１つの軸線に沿って位置調節可能なベース部材と、前記光軸に平行でない少なくとも１つの軸線を中心に角度調節可能に前記ベース部材に保持されるとともに前記発光素子を保持する保持部材と、を有する、ガス分析計である。このような構成によれば、アライメントの容易化を実現し易くすることができる。

【0007】

一実施形態において、前記ガス分析計は、前記ベース部材、前記保持部材及び前記発光素子をそれぞれ備える複数の発光部を有する、ガス分析計である。このような構成によれば、複数の発光部を用いて測定ガス中の複数の所定成分を測定することができる。また、複数の発光部について互いに独立してアライメントを行うことができるので、容易なアライメントを実現することができる。

【0008】

一実施形態において、前記ガス分析計は、前記発光素子から照射される前記光を反射することで前記光を前記測定ガス中を往復させる反射部を有する、ガス分析計である。このような構成によれば、測定ガス中の光路長を反射部によって倍増させることができるので、測定精度を高めることができる。

【0009】

一実施形態において、前記ガス分析計は、前記ベース部材、前記保持部材及び前記発光素子を備える発光部と、前記発光素子から照射される前記光を反射することで前記光を前記測定ガス中を往復させる反射部とが、前記測定ガスの流路を形成する流路壁に別個に取り付けられる、ガス分析計である。このような構成によれば、測定ガス中の長い光路長を確保することができるので、測定精度を高めることができる。

【0010】

一実施形態において、前記ガス分析計は、前記保持部材が、前記光軸に平行でない少なくとも２つの軸線を中心に角度調節可能に前記ベース部材に保持される、ガス分析計である。このような構成によれば、アライメントの容易化をより実現し易くすることができる。

【0011】

一実施形態において、前記ガス分析計は、前記ベース部材が、前記光軸に平行でない少なくとも２つの軸線に沿って位置調節可能である、ガス分析計である。このような構成によれば、アライメントの容易化をより実現し易くすることができる。

【0012】

一実施形態において、前記ガス分析計は、波長可変ダイオードレーザ吸収分光法を用いる、ガス分析計である。このような構成によれば、測定ガス中の所定成分を精度良く測定することができる。

【0013】

一実施形態において、前記ガス分析計は、前記保持部材が、前記光軸に交差する少なくとも１つの軸線を中心に角度調節可能に前記ベース部材に保持される、ガス分析計である。このような構成によれば、アライメントの容易化をより実現し易くすることができる。

【0014】

一実施形態において、前記ガス分析計は、前記保持部材が、前記光軸にそれぞれ交差するとともに互いに交差する２つの軸線を中心に角度調節可能に前記ベース部材に保持される、ガス分析計である。このような構成によれば、アライメントの容易化をより実現し易くすることができる。

【0015】

一実施形態において、前記ガス分析計は、前記ベース部材が、前記光軸に交差する少なくとも１つの軸線に沿って位置調節可能である、ガス分析計である。このような構成によれば、アライメントの容易化をより実現し易くすることができる。

【0016】

一実施形態において、前記ガス分析計は、前記ベース部材が、前記光軸にそれぞれ交差するとともに互いに交差する２つの軸線に沿って位置調節可能である、ガス分析計である。このような構成によれば、アライメントの容易化をより実現し易くすることができる。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、アライメントの容易化を実現し易いガス分析計を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】一実施形態に係るガス分析計を流路壁に取り付けた状態で示す一部断面側面図である。

【図2A】図１に示すガス分析計の発光部を示す平面図である。

【図2B】図２ＡのＡ－Ａ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照して、本開示に係る実施形態について詳細に例示説明する。

【0020】

図１に示すように、本実施形態に係るガス分析計１は、例えば波長可変ダイオードレーザ吸収分光法（TDLAS：Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）を用いて、複数の発光素子２からそれぞれ測定ガス３に光４を照射するとともに測定ガス３を通過した光４を受光することにより測定ガス３中の複数の所定成分を測定するように構成される。

【0021】

波長可変ダイオードレーザ吸収分光法は、測定ガス３中の光路長と、測定ガス３通過前後の光４の特定の波長成分の強度差、つまり吸光度と、に基づいて測定ガス３中の所定成分の例えば濃度を測定する方法である。所定成分としては、例えば、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｃ_nＨ_m、ＮＨ₃、Ｏ₂などが挙げられる。

【0022】

本実施形態では、ガス分析計１は、レーザダイオード等からなる発光素子２と発光素子２から照射される光４を受光するフォトダイオード等からなる受光素子５とをそれぞれ備える複数の光送受信部６と、複数の発光素子２から照射される光４をそれぞれ反射することで光４を測定ガス３中を往復させる反射部７と、を有する。複数の光送受信部６によれば、測定ガス３中の複数の所定成分を測定することができる。なお、光送受信部６の数は本実施形態では２つであるが、これに限らず適宜増減が可能である。

【0023】

各々の光送受信部６は第１ハウジング８に収納され、第１ハウジング８は測定ガス３の流路を形成する筒状の流路壁９にアライメントフランジ１０を介して取り付けられる。第１ハウジング８はアライメントフランジ１０を調節することで流路壁９に対して角度調節可能（図１中太線矢印参照）である。アライメントフランジ１０を角度調節することで、複数の発光素子２の光軸をまとめて角度調節することができる。

【0024】

反射部７は光４を反射するリトロリフレクターなどの光学素子からなる。反射部７は第２ハウジング１１に角度調節可能に収納され、第２ハウジング１１は流路壁９に第１ハウジング８とは別個に取り付けられる。測定ガス３中の光路長を反射部７によって倍増させることができるので、測定精度を高めることができる。

【0025】

上述のように本実施形態に係るガス分析計１は、流路を挟んで互いに対向する２つの取り付け部（第１ハウジング８と第２ハウジング１１）を有する対向型であり、また、反射部７を有する反射型であり、複数の発光素子２を有する複数光軸型である。対向型、反射型又は複数光軸型はアライメントの難易度が高くなる傾向があり、これら全てに該当する本実施形態に係るガス分析計１は特にアライメントの難易度が高くなる傾向がある。

【0026】

そこで本実施形態に係るガス分析計１は、アライメントの容易化を実現するために、複数の光軸の位置と角度（向き）を互いに独立して調節可能に構成される。より具体的に、ガス分析計１は、ベース部材１２、保持部材１３及び発光素子２をそれぞれ備える複数の発光部１４を有する。複数の発光部１４は互いに同様の構成であるため、１つの発光部１４について以下に詳細に例示説明する。

【0027】

図２Ａ～図２Ｂに示すように、保持部材１３は、発光素子２を保持する。発光素子２は光軸に沿って光４を出射する。以下、光軸に一致する軸線をＺ軸と称する。保持部材１３は、Ｚ軸を中心とする円環状をなし、その内周縁で発光素子２を一体に保持する。また、保持部材１３は、Ｚ軸を中心とする円環状をなし且つＺ軸上に球面中心Ｏを備える球面に沿う形状をなす接触面１３ａを有する。

【0028】

ベース部材１２は、保持部材１３が図２Ｂに示す中立位置にあるときにＺ軸を中心とする円環状をなす。なお、中立位置とは、Ｚ軸が後述するＸ方向と後述するＹ方向との両方に対して垂直となる位置を意味する。より具体的に、ベース部材１２は、保持部材１３の接触面１３ａが接触する被接触面１２ａを有する受容部材１２ｂと、受容部材１２ｂに一体に取り付けられる枠部材１２ｃと、を有する。被接触面１２ａは、保持部材１３が中立位置にあるときに、Ｚ軸を中心とする円環状をなし且つ接触面１３ａの形状を規定する球面に沿う形状をなす。枠部材１２ｃは、保持部材１３が中立位置にあるときに、Ｚ軸に沿うＺ方向において被接触面１２ａに対向するとともにＺ軸を中心とする円環状をなす対向壁１２ｄを有する。

【0029】

対向壁１２ｄには、保持部材１３が中立位置にあるときにＺ方向に見てＹ’軸上にＺ軸を挟んで設けられる２つのＸ’軸周り調節ねじ１５が、保持部材１３が中立位置にあるときにＺ方向に進退可能に取り付けられる。ここで、Ｘ’軸とＹ’軸は、球面中心Ｏをそれぞれ通り、保持部材１３が中立位置にあるときにＺ軸にそれぞれ直角に交差するとともに互いに直角に交差する。また、２つのＸ’軸周り調節ねじ１５の先端と被接触面１２ａとによって保持部材１３が挟持される。したがって、２つのＸ’軸周り調節ねじ１５のＺ方向の位置を調節する（つまり、一方のＸ’軸周り調節ねじ１５を後退させるとともに他方のＸ’軸周り調節ねじ１５を前進させる）ことで、保持部材１３とそれに保持される発光素子２をＸ’軸を中心に回動させ、それによりＸ’軸を中心に光軸の角度調節（中立位置での光軸に対する光軸の傾斜角度の調節）をすることができる。

【0030】

また、対向壁１２ｄには、保持部材１３が中立位置にあるときにＺ方向に見てＸ’軸上にＺ軸を挟んで設けられる２つのＹ’軸周り調節ねじ１６が、保持部材１３が中立位置にあるときにＺ方向に進退可能に取り付けられる。また、２つのＹ’軸周り調節ねじ１６の先端と被接触面１２ａとによって保持部材１３が挟持される。したがって、２つのＹ’軸周り調節ねじ１６のＺ方向の位置を調節する（つまり、一方のＹ’軸周り調節ねじ１６を後退させるとともに他方のＹ’軸周り調節ねじ１６を前進させる）ことで、保持部材１３とそれに保持される発光素子２をＹ’軸を中心に回動させ、それによりＹ’軸を中心に光軸の角度調節をすることができる。

【0031】

なお、接触面１３ａと被接触面１２ａの両方を球面に沿う形状とするのに変えて、接触面１３ａと被接触面１２ａの一方のみを球面に沿う形状としてもよい。また、図２Ｂにおいて発光素子２は左向き（左方向に光４を出射する向き）で保持部材１３に保持されている（つまり、発光素子２の表側にＸ’軸周り調節ねじ１５とＹ’軸周り調節ねじ１６がある）が、これに代えて、図２Ｂにおいて保持部材１３の向きはそのままで発光素子２を右向きにして保持部材１３に保持させる（つまり、発光素子２の裏側にＸ’軸周り調節ねじ１５とＹ’軸周り調節ねじ１６がある）構成としてもよい。

【0032】

ベース部材１２は、保持部材１３が中立位置にあるときにＺ軸にそれぞれ直角に交差するとともに互いに直角に交差する２つの軸線であるＸ軸とＹ軸に沿って位置調節可能に第１ハウジング８に保持される。例えば、ベース部材１２は、Ｘ軸に沿うＸ方向に進退可能なＸ方向調節ねじ１７を介してＸ方向に位置調節可能であり、Ｙ軸に沿うＹ方向に進退可能なＹ方向調節ねじ１８を介してＹ方向に位置調節可能である。なお、Ｘ軸とＸ’軸は互いに平行であり、Ｙ軸とＹ’軸は互いに平行である。

【0033】

このように、ベース部材１２の位置調節によって光軸を平行移動させることができ、保持部材１３の角度調節によって光軸を傾斜させることができる。

【0034】

上述のように、本実施形態に係る対向型、反射型及び複数光軸型のガス分析計１は、光軸の位置と角度を互いに独立して調節可能な複数の発光部１４を有するので、容易なアライメントを実現することができる。

【0035】

前述した実施形態は本開示の一例であり、種々変更可能であることはいうまでもない。

【0036】

例えば、前述した実施形態に係るガス分析計１は、以下に述べるような種々の変更が可能である。

【0037】

前述した実施形態に係るガス分析計１は、発光素子２から測定ガス３に光４を照射するとともに測定ガス３を通過した光４を受光することにより測定ガス３中の所定成分を測定するガス分析計１であって、発光素子２の光軸に平行でない少なくとも１つの軸線に沿って位置調節可能なベース部材１２と、光軸に平行でない少なくとも１つの軸線を中心に角度調節可能にベース部材１２に保持されるとともに発光素子２を保持する保持部材１３と、を有する、ガス分析計１である限り、種々の変更が可能である。

【0038】

例えば、前述した実施形態に係るガス分析計１は２つの発光素子２を有するが、これに限らず、１つの発光素子２を有してもよいし、３つ以上の２つの発光素子２を有してもよい。

【0039】

また、前述した実施形態に係るガス分析計１は、ベース部材１２が２つの軸線（Ｘ軸、Ｙ軸）に沿って位置調節可能であるが、ベース部材１２が１つの軸線に沿って位置調節可能であってもよいし、ベース部材１２が３つ以上の軸線に沿って位置調節可能であってもよい。また、前述した実施形態に係るガス分析計１は、Ｘ軸とＹ軸が直交しているが、これに限らず、Ｘ軸とＹ軸が直角以外の角度で交差してもよい。

【0040】

また、前述した実施形態に係るガス分析計１は、保持部材１３が２つの軸線（Ｘ’軸、Ｙ’軸）を中心に角度調節可能であるが、これに限らず、保持部材１３が１つの軸線を中心に角度調節可能であってもよいし、保持部材１３が３つ以上の軸線を中心に角度調節可能であってもよい。また、前述した実施形態に係るガス分析計１は、Ｘ’軸とＹ’軸が直交しているが、これに限らず、Ｘ’軸とＹ’軸が直角以外の角度で交差してもよい。また、前述した実施形態に係るガス分析計１は、Ｘ軸とＸ’軸が互いに平行であるがこれに限らない。また、前述した実施形態に係るガス分析計１は、Ｙ軸とＹ’軸が互いに平行であるがこれに限らない。

【0041】

また、前述した実施形態に係るガス分析計１は反射部７を有する反射型であるが、これに限らず、発光素子２と受光素子５が流路を挟んで互いに対向するように取り付けられる非反射型の対向型であってもよい。また、前述した実施形態に係るガス分析計１は対向型であるが、これに限らず、流路壁９への取り付け部が１つだけであり、反射部７が流路内に配置されるプローブ型であってもよい。

【0042】

なお、前述した実施形態に係るガス分析計１は、ベース部材１２、保持部材１３及び発光素子２をそれぞれ備える複数の発光部１４を有する、ガス分析計１であることが好ましい。

【0043】

また、前述した実施形態に係るガス分析計１は、発光素子２から照射される光４を反射することで光４を測定ガス３中を往復させる反射部７を有する、ガス分析計１であることが好ましい。

【0044】

また、前述した実施形態に係るガス分析計１は、ベース部材１２、保持部材１３及び発光素子２を備える発光部１４と、発光素子２から照射される光４を反射することで光４を測定ガス３中を往復させる反射部７とが、測定ガス３の流路を形成する流路壁９に別個に取り付けられる、ガス分析計１であることが好ましい。

【0045】

また、前述した実施形態に係るガス分析計１は、保持部材１３が、光軸に平行でない少なくとも２つの軸線を中心に角度調節可能にベース部材１２に保持される、ガス分析計１であることが好ましい。

【0046】

また、前述した実施形態に係るガス分析計１は、ベース部材１２が、光軸に平行でない少なくとも２つの軸線に沿って位置調節可能である、ガス分析計１であることが好ましい。

【0047】

また、前述した実施形態に係るガス分析計１は、波長可変ダイオードレーザ吸収分光法を用いる、ガス分析計１であることが好ましい。

【0048】

また、前述した実施形態に係るガス分析計１は、保持部材１３が、光軸に交差する少なくとも１つの軸線を中心に角度調節可能にベース部材１２に保持される、ガス分析計１であることが好ましい。

【0049】

また、前述した実施形態に係るガス分析計１は、保持部材１３が、光軸にそれぞれ交差するとともに互いに交差する２つの軸線を中心に角度調節可能にベース部材１２に保持される、ガス分析計１であることが好ましい。

【0050】

また、前述した実施形態に係るガス分析計１は、ベース部材１２が、光軸に交差する少なくとも１つの軸線に沿って位置調節可能である、ガス分析計１であることが好ましい。

【0051】

また、前述した実施形態に係るガス分析計１は、ベース部材１２が、光軸にそれぞれ交差するとともに互いに交差する２つの軸線に沿って位置調節可能である、ガス分析計１であることが好ましい。

【符号の説明】

【0052】

１ ガス分析計
２ 発光素子
３ 測定ガス
４ 光
５ 受光素子
６ 光送受信部
７ 反射部
８ 第１ハウジング
９ 流路壁
１０ アライメントフランジ
１１ 第２ハウジング
１２ ベース部材
１２ａ 被接触面
１２ｂ 受容部材
１２ｃ 枠部材
１２ｄ 対向壁
１３ 保持部材
１３ａ 接触面
１４ 発光部
１５ Ｘ’軸周り調節ねじ
１６ Ｙ’軸周り調節ねじ
１７ Ｘ方向調節ねじ
１８ Ｙ方向調節ねじ
Ｏ 球面中心

【図1】

【図2A】

【図2B】