特許 5943687 濃度測定装置

(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】5943687

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】濃度測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/27 20060101AFI20160621BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/27 Z

【請求項の数】9

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2012-92454(P2012-92454)

(22)【出願日】2012年4月13日

(65)【公開番号】特開2013-221804(P2013-221804A)

(43)【公開日】2013年10月28日

【審査請求日】2015年3月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(72)【発明者】

【氏名】宮▲崎▼ 翼

(72)【発明者】

【氏名】土橋 晋作

(72)【発明者】

【氏名】高田 政治

(72)【発明者】

【氏名】園田 圭介

(72)【発明者】

【氏名】清澤 正志

(72)【発明者】

【氏名】海野 健二

【審査官】 奥田 雄介

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−０６１１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５３８４６４０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−０７９５５０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−０７３１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０６３６７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象が含まれるガスにレーザ光を照射し、前記ガスを透過したレーザ光を検出し、前記測定対象が含まれる前記ガスが流通する機器の内部空間に仮想的に設定された複数の測定点における前記測定対象の濃度を測定して濃度分布を得る濃度測定装置において、
機器の内部空間を囲む第１壁部に設けられた第１透明板と、
前記内部空間を囲み前記第１壁部と異なる第２壁部に設けられた第２透明板と、
前記内部空間内に設けられ、一端が前記第１透明板であり他端が前記第２透明板であって、レーザ光が前記第１透明板から前記第２透明板にわたって軸線方向に対して平行に通過する筒状部材と、
を備え、
前記筒状部材は、透明な少なくとも一つの隔壁と前記第１透明板と前記第２透明板とによって、複数のセルに仕切られており、
各前記セルは、
外部の吸引装置及び逆洗部に接続される第１開口部と、
前記吸引装置によって前記セル内に吸入される前記内部空間の前記測定点のガスが通過する第２開口部と、
を有し、
各前記セルは、それぞれ前記第２開口部を介して、他の前記セルとは異なる前記測定点におけるガスが供給され、
前記吸引装置によって前記複数のセルのうち少なくとも一つの前記セル内に吸引された前記内部空間のガスに含まれる前記物質の濃度を測定するとき、前記複数のセルのうち他の前記セル内には、前記逆洗部によってパージガスが充満される濃度測定装置。

【請求項2】

測定対象とする物質が含まれるガスにレーザ光を照射し、ガスを透過したレーザ光を検出することで前記物質の濃度を測定する濃度測定装置において、
機器の内部空間内に設けられ、前記内部空間を囲む第１壁部と、前記内部空間を囲み前記第１壁部と異なる第２壁部の少なくともいずれか一方によって支持される筒状部材を備え、
前記筒状部材は、
外周面に形成された前記内部空間のガスが出入する開口部と、
互いに対向する二つの透明な隔壁の間に形成された前記開口部を含む測定空間と、
を有し、
レーザ光が、前記測定空間において、一の前記隔壁から他の前記隔壁にわたって前記筒状部材の軸線方向に対して平行に通過し、
前記筒状部材は、軸線方向に対して平行に移動可能である濃度測定装置。

【請求項3】

前記筒状部材は、前記内部空間を囲む第１壁部と、前記内部空間を囲み前記第１壁部と異なる第２壁部の少なくともいずれか一方によって支持され、
前記筒状部材と接続され、レーザ光が一端部から他端部にわたって軸線方向に対して平行に通過する測定管を更に備え、
前記筒状部材は、前記内部空間のガスが通過する開口部を有し、
前記測定管は、前記筒状部材から前記内部空間のガスが導入される請求項１または請求項２に記載の濃度測定装置。

【請求項4】

前記筒状部材が複数設けられ、前記筒状部材それぞれの前記開口部は、前記筒状部材の軸線方向において位置が異なる請求項２または請求項３に記載の濃度測定装置。

【請求項5】

前記筒状部材の他端に一端が接続され、他端が分岐管に接続される測定管と、
前記分岐管に設けられた吸引手段と、
前記機器の外部において前記筒状部材に設けられた流量調整弁と
を更に備え、
前記測定管は、管内に導入された前記ガスに対してレーザ光を照射する送光手段と、該レーザ光を受光する受光手段とを有し、前記レーザ光の強度情報に基づいて前記管内に導入された前記ガスに含まれる前記測定対象の濃度を測定する請求項１または請求項２に記載の濃度測定装置。

【請求項6】

複数の前記筒状部材のうちの一部の筒状部材の前記他端は、前記流量調整弁よりもガス流れ下流側において共通の接続管に接続され、
前記測定管の一端が前記接続管に接続されている請求項５に記載の濃度測定装置。

【請求項7】

前記測定管が備える各送光手段には、共通のレーザ光源からレーザ光が供給される請求項５または請求項６に記載の濃度測定装置。

【請求項8】

前記測定管が備える各受光手段は共通の光検出手段と接続され、前記光検出手段によってレーザ光の受光強度が検出される請求項５から請求項７のいずれかに記載の濃度測定装置。

【請求項9】

排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置であって、
還元剤主系統に設けた総流量制御弁の下流から分岐させた複数の還元剤供給系統が各々少なくとも１個の注入ノズルと該注入ノズルの上流側に位置する流量制御元弁とを備え、前記排ガスを流す流路内に設置されて前記注入ノズルから前記排ガス中に還元剤を注入する還元剤注入装置と、
前記還元剤と前記排ガスとを混合させる流体混合装置と、
前記窒素酸化物と前記還元剤とを反応させた後に主として水と窒素とに分解する脱硝触媒と、
前記脱硝触媒下流側の前記流路断面内における還元剤濃度分布を測定する請求項１から請求項８のいずれかに記載の濃度測定装置と、
窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計と、
前記還元剤濃度分布及び前記窒素酸化物濃度の計測値が入力され、前記窒素酸化物濃度に基づいて前記総流量制御弁の開度の設定を行うとともに、前記還元剤濃度分布に基づいて複数個所の前記流量制御元弁毎の開度の設定を行う開度設定部と
を具備する脱硝装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、濃度測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、配合ガスに含まれる特定物質の濃度測定を行う装置としてレーザ式ガス分析計が知られている。このレーザ式分析計は、気体状のガス分子がそれぞれ固有の光吸収スペクトルを有するという特性を利用し、特定物質が含まれるガスにレーザ光を照射し、その特定波長の吸光量から特定物質の濃度を測定するものである。

【0003】

特許文献１には、アンモニアを含むガスが流通する配管ユニットからガスを吸引し、吸引したガスをレーザ式ガス分光計に導いてガス中に含まれるアンモニア濃度を測定する技術が開示されている。
特許文献２には、煙道の内部に挿入されて排ガスを採取するサンプリング管と、サンプリング管に対して加熱導管を介して接続されるフローセルユニットと、フローセルユニットに接続されるレーザ式ガス分析計とを備えるアンモニア濃度測定装置が開示されている。特許文献２に開示されているアンモニア濃度測定装置では、サンプリング管の内部に三酸化硫黄（ＳＯ_３）を吸着するがアンモニアを通過させる吸着剤を装填し、排ガスから三酸化硫黄を除去したガスをレーザ式ガス分析計に導入させることで、アンモニアの測定精度を向上させている。

【0004】

下記特許文献１、２に開示されているサンプリング方式の濃度測定装置では、以下のような問題点があった。
ガスを吸引して測定用の配管に導く必要があることから、測定の高速化が困難である。
ガスを測定用の配管に引き込んだ後に濃度測定を行うことから、配管を流通しているガスと測定管に引き込まれたガスの状態（例えば、温度等）が異なってしまい、測定精度が低下する。
流通ガスを局所的に採取して濃度測定を行うため、局所的なガス濃度測定はできても、濃度分布を取得することができない。また、サンプリング箇所を逐次変えて濃度測定を行えば、濃度分布を取得することは可能であるが、位置毎にガスの吸引、排出が必要となり、作業が煩雑であるとともに時間がかかる。

【0005】

また、上記のように、ガスを測定用の配管に吸引するのではなく、ガスが流通する管そのものにレーザ式ガス分析計を配置する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３には、ガスが存在する内部空間に突出させた外筒と、外筒内にレーザを透過する光透過性部材によって閉塞された密閉空間を有する内筒とからなる二重管ノズルをレーザ光照射装置とレーザ光受光装置とにそれぞれ設け、この二重管ノズルの間の距離および突出位置を調節することにより、二重管ノズル間に存在する特定物質の濃度を測定する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２−００８００８号公報

【特許文献2】特開２０１０−２３６８７７号公報

【特許文献3】特開２０１１−０３８８７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献３には、濃度分布を取得することについては何ら開示されていない。また、特許文献３に開示されている装置を用いて濃度分布を取得する場合には、濃度測定位置に応じて二重管ノズルの位置を調節する必要があり、制御が煩雑となる上、相当な時間を要するという問題があった。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、測定対象物質が含まれるガスまたは液体を採取することなく、測定対象物質の濃度分布を取得することのできる濃度測定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】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係る濃度測定装置は、測定対象とする物質が含まれるガスにレーザ光を照射し、ガスを透過したレーザ光を検出することで前記物質の濃度を測定する濃度測定装置において、機器の内部空間を囲む第１壁部に設けられた第１透明板と、前記内部空間を囲み前記第１壁部と異なる第２壁部に設けられた第２透明板と、前記内部空間内に設けられ、一端が前記第１透明板であり他端が前記第２透明板であって、レーザ光が前記第１透明板から前記第２透明板にわたって軸線方向に対して平行に通過する筒状部材とを備え、前記筒状部材は、透明な少なくとも一つの隔壁と前記第１透明板と前記第２透明板とによって、複数のセルに仕切られており、前記セルは、外部の吸引装置及び逆洗部に接続される第１開口部と、前記吸引装置によって前記セル内に吸入される前記内部空間のガスが通過する第２開口部とを有し、前記吸引装置によって前記複数のセルのうち少なくとも一つの前記セル内に吸引された前記内部空間のガスに含まれる前記物質の濃度を測定するとき、前記複数のセルのうち他の前記セル内には、前記逆洗部によってパージガスが充満される。

【0010】

この発明によれば、機器の内部空間に筒状部材が設けられ、筒状部材の一端は第１壁部に設けられた第１透明板であり、筒状部材の他端は第２壁部に設けられた第２透明板である。そして、筒状部材は複数のセルに分けられる。各セルは、筒状部材が透明な少なくとも一つの隔壁と第１透明板と第２透明板のうちの二つによって仕切られることによって形成される。
筒状部材の軸線方向に配置される部材、すなわち、第１透明板と第２透明板と隔壁は、透明部材であることから、レーザ光が筒状部材内部を通過する。
各セルには、機器の内部空間のガスが吸入される。セルごとに内部空間のガスを順次吸入した場合、セルに吸入されたガスに含まれる物質の濃度をセル単位で測定できる。セルは、筒状部材の軸方向に配置されることから、筒状部材の軸方向に沿って内部空間の物質の濃度分布を測定できる。なお、一のセル内の濃度を測定するとき、他のセル内には、内部空間のガスは含まれず、例えばパージガスで充満しておく。

【0011】

また、本発明に係る濃度測定装置は、測定対象とする物質が含まれるガスにレーザ光を照射し、ガスを透過したレーザ光を検出することで前記物質の濃度を測定する濃度測定装置において、機器の内部空間内に設けられ、前記内部空間を囲む第１壁部と、前記内部空間を囲み前記第１壁部と異なる第２壁部の少なくともいずれか一方によって支持される筒状部材を備え、前記筒状部材は、外周面に形成された前記内部空間のガスが出入する開口部と、互いに対向する二つの透明な隔壁の間に形成された前記開口部を含む測定空間とを有し、レーザ光が、前記測定空間において、一の前記隔壁から他の前記隔壁にわたって前記筒状部材の軸線方向に対して平行に通過する。

【0012】

この発明によれば、機器の内部空間に筒状部材が設けられ、筒状部材は第１壁部と第２壁部の少なくともいずれか一方によって支持される。そして、筒状部材の外周面には、開口部が形成されており、筒状部材は、互いに対向する二つの透明な隔壁の間に挟まれた開口部を含む測定空間と、それ以外の空間に分けられる。
開口部を含む測定空間は、内部空間のガスが存在し、それ以外の空間は、隔壁によって仕切られていることから、内部空間のガスが存在しない。したがって、測定空間において、レーザ光が筒状部材の軸線方向に対して平行に通過することによって、測定空間におけるガスに含まれる物質の濃度を測定できる。

【0013】

また、本発明に係る濃度測定装置は、測定対象とする物質が含まれるガスにレーザ光を照射し、ガスを透過したレーザ光を検出することで前記物質の濃度を測定する濃度測定装置において、機器の内部空間内に設けられ、前記内部空間を囲む第１壁部と、前記内部空間を囲み前記第１壁部と異なる第２壁部の少なくともいずれか一方によって支持される筒状部材と、前記筒状部材と接続され、レーザ光が一端部から他端部にわたって軸線方向に対して平行に通過する測定管とを備え、前記筒状部材は、前記内部空間のガスが通過する開口部を有し、前記測定管は、前記筒状部材から前記内部空間のガスが導入される。

【0014】

この発明によれば、機器の内部空間に筒状部材が設けられ、筒状部材は第１壁部と第２壁部の少なくともいずれか一方によって支持される。そして、筒状部材の外周面には、開口部が形成されており、開口部を介して内部空間のガスが筒状部材内に導かれる。筒状部材は、測定管と接続されており、測定管は、筒状部材内部から内部空間のガスが導入される。測定管において、レーザ光が測定管の軸線方向に対して平行に通過することによって、測定管におけるガスに含まれる物質の濃度を測定できる。

【0015】

上記発明において、前記筒状部材が複数設けられ、前記筒状部材それぞれの前記開口部は、前記筒状部材の軸線方向において位置が異なるようにしてもよい。

【0016】

この発明によれば、複数の筒状部材が設けられ、それぞれの筒状部材に形成される開口部は、筒状部材の軸線方向において位置が異なることから、異なる。したがって、それぞれの測定空間について濃度を測定することによって、筒状部材の軸方向に沿って内部空間の物質の濃度分布を測定できる。

【0017】

上記発明において、前記筒状部材は、軸線方向に対して平行に移動可能であってもよい。

【0018】

この発明によれば、筒状部材が軸線方向に対して平行に移動することによって、筒状部材に形成される開口部は、筒状部材の軸線方向において位置が変化する。そして、測定空間についても、筒状部材の軸線方向において位置が変化する。したがって、異なる位置において測定空間の濃度を測定することによって、筒状部材の軸方向に沿って内部空間の物質の濃度分布を測定できる。

【0019】

本発明は、測定対象が含まれるガスが流通する機器の内部空間に仮想的に設定された複数の測定点における前記測定対象の濃度を測定して濃度分布を得る濃度測定装置であって、先端部に開口部を有し、前記機器の壁面を貫通して該開口部が前記測定点にそれぞれ位置するように配置された複数の筒状部材と、前記筒状部材の他端に一端が接続され、他端が分岐管に接続される測定管と、前記分岐管に設けられた吸引手段と、前記機器の外部において前記筒状部材に設けられた流量調整弁とをし、前記測定管は、管内に導入された前記ガスに対してレーザ光を照射する送光手段と、該レーザ光を受光する受光手段とを有し、前記レーザ光の強度情報に基づいて前記管内に導入された前記ガスに含まれる前記測定対象の濃度を測定する濃度測定装置を提供する。

【0020】

上記濃度測定装置において、複数の前記筒状部材のうちの一部の筒状部材の前記他端は、前記流量調整弁よりもガス流れ下流側において共通の接続管に接続され、前記測定管の一端が前記接続管に接続されていてもよい。

【0021】

上記濃度測定装置において、前記測定管が備える各送光手段には、共通のレーザ光源からレーザ光が供給されることとしてもよい。

【0022】

上記濃度測定装置において、前記測定管が備える各受光手段は共通の光検出手段と接続され、前記光検出手段によってレーザ光の受光強度が検出されることとしてもよい。

【0023】

本発明は、排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置であって、還元剤主系統に設けた総流量制御弁の下流から分岐させた複数の還元剤供給系統が各々少なくとも１個の注入ノズルと該注入ノズルの上流側に位置する流量制御元弁とを備え、前記排ガスを流す流路内に設置されて前記注入ノズルから前記排ガス中に前記還元剤を注入する還元剤注入装置と、前記還元剤と前記排ガスとを混合させる流体混合装置と、前記窒素酸化物と前記還元剤とを反応させた後に主として水と窒素とに分解する脱硝触媒と、前記脱硝触媒下流側の前記流路断面内における前記還元剤濃度分布を測定する上記いずれかの濃度測定装置と、窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計と、前記還元剤濃度分布及び前記窒素酸化物濃度の計測値が入力され、前記窒素酸化物濃度に基づいて前記総流量制御弁の開度の設定を行うとともに、前記還元剤濃度分布に基づいて複数個所の前記流量制御元弁毎の開度の設定を行う開度設定部とを具備する脱硝装置を提供する。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、測定対象物質が含まれるガスまたは液体を採取することなく、測定対象物質の濃度分布を取得することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の第１実施形態に係る濃度分布測定装置を示すブロック図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る濃度分布測定装置の筒を示す平面図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る濃度測定装置を示す縦断面図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る濃度分布測定装置を示す斜視図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る濃度分布測定装置の筒を示す平面図である。

【図6】本発明の第２実施形態に係る濃度測定装置を示す平面図である。

【図7】本発明の第２実施形態に係る濃度測定装置の筒を示す斜視図である。

【図8】図７のVIII−VIII線で切断した断面図である。

【図9】本発明の第２実施形態に係る濃度測定装置の第１変形例を示す縦断面図である。

【図10】本発明の第２実施形態に係る濃度測定装置の第１変形例の筒を示す斜視図である。

【図11】図１０のXI−XI線で切断した断面図である。

【図12】図１０のXII−XII線で切断した断面図である。

【図13】本発明の第２実施形態に係る濃度測定装置の第２変形例を示す縦断面図である。

【図14】本発明の第３実施形態に係る濃度分布測定装置を示す斜視図である。

【図15】本発明の第３実施形態に係る濃度分布測定装置の測定管を示す斜視図である。

【図16】本発明の第１実施形態の適用例に係る脱硝装置を示す概略構成図である。

【図17】本発明の第１実施形態の適用例に係るアンモニア注入装置を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る濃度分布測定装置１について図面を参照して説明する。
図４を参照して、本実施形態に係る濃度分布測定領域について説明する。図４に示すように、機器１０の内部空間５には測定対象を含むガスが流通している。機器１０の一例としては、事業用ボイラ、産業用ボイラ、工業炉などの排ガス口に接続された排気ダクトなどのガス配管、ガスが充填された容器等が挙げられる。

【0027】

内部空間５には、濃度測定領域Ｓが仮想的に設定されている。濃度測定領域Ｓは内部空間５内に任意に設定される領域である。図４では、濃度測定領域Ｓは２次元的に設定されているが、３次元的に設定されてもよい。

【0028】

図１は、本実施形態に係る濃度分布測定装置１の全体構成を概略的に示したブロック図である。図１に示すように、濃度分布測定装置１は、濃度測定領域Ｓに向けてレーザ光を照射する複数の送光部６と、各送光部６に対応して設けられるとともに、対応する送光部６から照射され、濃度測定領域Ｓを通過したレーザ光を受光する複数の受光部７とを有している。

【0029】

図３には、一対の送光部６及び受光部７の配置関係を概略的に示している。送光部６及び受光部７は、図３に示すように、フランジ９によって機器１０の外壁面にそれぞれ固定されている。送光部６から射出されたレーザ光は、機器１０の壁面に形成された透明板２１を介して筒２０内部に向けて照射される。レーザ光は、筒２０内に存在する測定対象のガスの影響を受けながら伝搬し、透明板２２を介して対応する受光部７により受光される。

【0030】

図１に示すように、各送光部６には共通のレーザ光源１７から送光側光セレクタ１８を介してレーザ光が供給される。送光側光セレクタ１８は、送光部６の設置数以上のチャネルを有しており、各チャネルと各送光部６とが光ファイバ８を介して接続されている。同様に、レーザ光源１７と送光側光セレクタ１８とは光ファイバ８を介して接続されている。レーザ光源１７はレーザ制御部１６によって制御される。レーザ光源１７としては、測定対象の吸光度の特性に応じた適切な波長を出力する光源が採用される。

【0031】

このような送光系においては、測定制御部１５によってレーザ制御部１６に起動・停止の信号が出力されることにより、レーザ制御部１６によるレーザ光源１７の起動・停止が制御される。更に、測定制御部１５によって送光側光セレクタ１８のチャネルが走査されることにより、レーザ光源１７から射出されたレーザ光が選択されたチャネルの送信部６に供給され、筒２０に向けて照射される。また、レーザ光源１７から照射されるレーザ光の照射強度が、例えば、光検出部（図示略）によって検出され、後述する濃度測定部３５に通知される。

【0032】

各受光部７は受光側光セレクタ３７を介して光検出部３６と接続されている。受光側光セレクタ３７は受光部７の設置数以上のチャネルを有しており、各チャネルと各受光部７とが光ファイバ８を介して接続されている。このとき、各受光部１２と受光側光セレクタ１８との接続チャネルは、その受光部１２に対応する送光部１１と送光側光セレクタ１７との接続チャネルと同じチャネルにされることが好ましい。換言すると、一対の送光部１１と受光部１２とは同じチャネルにそれぞれ接続されることが好ましい。
受光側セレクタ３７と光検出部３６とは光ファイバ８を介して接続されている。

【0033】

このような受光系においては、測定制御部１５が、送光側光セレクタ１８のチャネル走査と同期して、受光側光セレクタ３７のチャネルを走査することにより、送光部６から照射されたレーザ光が対応する受光部７によって受光され、受光された光の情報が受光側光セレクタ３７を介して光検出部３６に出力される。光検出部３６は、入力された光の情報を電気信号に変換して濃度測定部３５に出力する。
濃度測定部３５では、上述のように光検出部３６から各受光部７によって受光された光の情報が電気信号として入力されるとともに、測定制御部１５から受光側光セレクタ３７の受光タイミング信号が入力される。これにより、光検出部１６からの電気信号と各受光部７とが対応付けられる。

【0034】

上記のように、送光側光セレクタ１８を設けることで、レーザ光源１７を共有化でき、また、受光側光セレクタ３７を設けることで、光検出部３６を共有化できる。これにより、装置の更なる小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
なお、送光側光セレクタ１８に代えて、各送光部６に対応してそれぞれレーザ光源１７を設けてもよく、同様に、受光側光セレクタ３７に代えて、各受光部３７に対応して光検出部３６をそれぞれ設けることとしてもよい。

【0035】

測定制御部１５及び濃度測定部３５は、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ、ＣＰＵが実行するプログラム等を記憶するためのＲＯＭ（Read Only Memory）、各プログラム実行時のワーク領域として機能するＲＡＭ（Random Access Memory）、大容量記憶装置としてのハードディスクドライブ（HDD）、通信ネットワークに接続するための通信インターフェース、及び外部記憶装置が装着されるアクセス部を備えている。これら各部は、バスを介して接続されている。更に、測定制御部１５及び濃度測定部３５は、キーボードやマウス等からなる入力部およびデータを表示する液晶表示装置等からなる表示部などと接続されていてもよい。

【0036】

上記ＣＰＵが実行するプログラム等を記憶するための記憶媒体は、ＲＯＭに限られない。例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等の他の補助記憶装置であってもよい。また、測定制御部１５と濃度測定部３５とを個別のハードウェアによって実現してもよいし、これらを一体化し、一つのコンピュータによって実現する構成としてもよい。

【0037】

次に、本実施形態に係る濃度分布測定装置１の濃度測定装置２について説明する。濃度測定装置２は、上述した機器１０内の濃度測定領域Ｓに存在する予め対象として決められた特定物質（以下「測定物質」ともいう。）の濃度を測定する。濃度分布測定装置１は、複数の濃度測定装置２を備える。

【0038】

濃度測定領域Ｓが、図２に示すように、第１壁部１１又は第２壁部１２の面内方向に対して平行方向に１３列に分割され（Ａ列〜Ｍ列）、第１壁部１１から第２壁部１２にわたって３行に分割される場合、３９個の分割領域が形成される。

【0039】

機器１０は、図４に示すように、例えば角筒状の空間であって、断面が四角形の場合、互いに対向する第１壁部１１と第２壁部１２を有する。第１壁部１１と第２壁部１２は、板状部材であって、互いに平行に配置される。機器１０の内部には、ガスが一側から他側に流れる。濃度測定領域Ｓは、機器１０のガス流れに対して垂直方向に切断して形成される機器１０内の２次元面又は３次元空間である。

【0040】

濃度測定装置２は、図３に示すように筒２０を備えており、濃度測定装置２の筒２０は、図２及び図４に示すように複数本が平行に配置される。筒２０は、例えば金属製であって、中空の円筒形状である。図３に示すように、筒２０の一端には送光部６が設置され、他端には受光部７が設置される。送光部６から照射されるレーザ光の光路は、筒２０の軸線方向に対して平行である。

【0041】

図３に示すように、第１壁部１１には開口部１３が形成され、第２壁部１２には開口部１４が形成される。開口部１３は第１壁部１１を貫通しており、開口部１４は第２壁部１２を貫通している。開口部１３，１４の大きさは、送光部６から照射されるレーザ光が遮断されない大きさであればよい。

【0042】

開口部１３，１４それぞれに透明板２１，２２が設置される。透明板２１，２２は、レーザ光を透過させる。また、透明板２１，２２は、機器１０の外部から筒２０内部へ外部空気が流入することを防止する。

【0043】

筒２０は、一端部が機器１０の第１壁部１１の開口部１３に固定され、他端部が機器１０の第２壁部１２の開口部１４に固定される。したがって、筒２０の一端部には、透明板２１が配置され、他端部には、透明板２２が配置される。

【0044】

また、筒２０は、内部において、複数の隔壁２３によって仕切られる。図３に示す例では、隔壁２３は、筒２０の軸線方向に二つ設置される。隔壁２３は、レーザ光を透過させる透明の板状部材である。隔壁２３は、濃度測定領域Ｓから筒２０内部に充填されたガスが隣接するセルＣＥに漏れることを防止する。

【0045】

筒２０の内部は、透明板２１，２２と、２枚の隔壁２３によって、三つのセルＣＥ１，ＣＥ２，ＣＥ３（以下、総称して「セルＣＥ」ともいう。）が形成される。セルＣＥ１は、一端が透明板２１であり、他端が隔壁２３であって、レーザ光の測定光路長は、透明板２１と隔壁２３間の内寸距離Ｌ０である。セルＣＥ２は、２枚の隔壁２３によって挟まれた空間であり、セルＣＥ２におけるレーザ光の測定光路長は、２枚の隔壁２３間の内寸距離Ｌ０である。セルＣＥ３は、一端が隔壁２３であり、他端が透明板２２であって、レーザ光の測定光路長は、隔壁２３と透明板２２間の内寸距離Ｌ０である。

【0046】

各セルＣＥには、セルＣＥの一端側に開口部２４と、他端側に開口部２７が形成される。開口部２４は、濃度測定領域Ｓ内のガスが通過する。これにより、セルＣＥ内部に測定ガスが充満されたり、測定ガスが排出されたりする。開口部２７は、パージエアーが通過する。これにより、セルＣＥ内部にパージエアーが充満されたり、セルＣＥ内部からパージエアーが排出されたりする。開口部２４がセルＣＥの一端側に設けられ、開口部２７が他端側に設けられることにより、セルＣＥの軸線長さ方向にわたって、吸入されたガスを充満させることができる。

【0047】

開口部２４には、配管２５の一端部が接続され、配管２５の他端部は開口部２６が形成される。開口部２６は、例えば分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３……（図２及び図３参照）の中間に配置される。これにより、セルＣＥ内部には、分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３……の中間に存在するガスが吸入される。

【0048】

開口部２７は、配管２８の一端部が接続される。配管２８には、開閉弁２９が設置される。開閉弁２９は、配管２８内にガスを流通させたり、配管２８内のガスの流れを遮断したりする。図３に示す例では、セルＣＥ１に対応して開閉弁２９Ａが設置され、セルＣＥ２に対応して開閉弁２９Ｂが設置され、セルＣＥ３に対応して開閉弁２９Ｃが設置される。

【0049】

３本の配管２８は、配管３０と合流する。配管２８側に対して配管３０の反対側は、吸引装置（図示せず。）と接続される。配管３０には、開閉弁３１が設置される。開閉弁３１は、配管３０内にガスを流通させたり、配管３０内のガスの流れを遮断したりする。吸引装置が駆動し、開閉弁３１が開状態になったとき、セルＣＥ内の空気が配管２８及び配管３０を介して外部へ流れる。また、濃度測定領域Ｓ内のガスが開口部２４からセルＣＥ内部に流入する。

【0050】

配管３０には、開閉弁３１よりも配管２９側にて、逆洗管３２が接続される。配管３０側に対して逆洗管３２の反対側からパージエアーが供給される。パージエアーは、測定物質が含まれない空気又は窒素などである。逆洗管３２には、開閉弁３３が設置される。開閉弁３３は、逆洗管３２内にエアーを流通させたり、逆洗管３２内のパージエアーの流れを遮断したりする。機器１０内の圧力は、機器１０の外部に比べて負圧であることから、開閉弁３１が閉状態で、開閉弁３３が開状態になったとき、パージエアーが逆洗管３２、配管３０及び配管２８を介してセルＣＥ内部へ流れる。また、セルＣＥ内のガスが開口部２４から機器１０内部へ流出する。

【0051】

給気口３４は、筒２０の内周面にて、透明板２１，２２と、隔壁２３のそれぞれの近傍かつセルＣＥ側に設けられる。給気口３４からシールエアーが吹き出すことによって、透明板２１，２２表面と隔壁２３表面への物質の付着を防止できる。シールエアーは、例えば、筒２０の外部に設置された流通路（図示せず。）を通過して、機器１０の外部から透明板２１，２２表面と隔壁２３の表面へ供給される。

【0052】

次に、本実施形態に係る濃度測定装置２の動作について説明する。
濃度測定装置２は、筒２０の各セルＣＥ内部に測定物質を含むガス（以下「測定ガス」ともいう。）が充満され、各セルＣＥをレーザ光が通過することによって、測定物質の濃度が測定される。測定時、測定ガスが充満されるセルＣＥは１本の筒２０について一つのセルＣＥであり、他のセルＣＥはパージエアーが充満される。

【0053】

まず、セルＣＥ１内部に測定ガスを吸引するため、吸引装置を駆動し、開閉弁２９Ａと開閉弁３１を開状態、開閉弁２９Ｂと開閉弁２９Ｃと開閉弁３３を閉状態にする。これにより、セルＣＥ１内の空気が配管２８及び配管３０を介して外部へ流れる。また、濃度測定領域Ｓ内のガスが開口部２６を介して開口部２４からセルＣＥ１内部に流入する。

【0054】

そして、送光側セレクタ１８を調整して、測定ガスが導入されたセルＣＥ１を有する筒２０にレーザ光を照射する。このとき、その他のセルＣＥ２，ＣＥ３は、パージエアーが充満されている。筒２０にレーザ光が照射されることによって、光検出部３６で光の強度が検出される。光の強度は、測定物質の濃度に応じて変化することから、濃度測定装置２は、セルＣＥ１内の対象物質の濃度を測定できる。

【0055】

濃度測定が終了したとき、開閉弁３１を閉状態、開閉弁２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃと開閉弁３３を開状態にする。その結果、機器１０内は外部に比べて負圧であることから、セルＣＥ１，ＣＥ２，ＣＥ３内は、パージエアーで充満される。また、パージエアーの流通によって、配管２８やセルＣＥ１，ＣＥ２，ＣＥ３において測定ガスに含まれるダストによる詰まりを防止できる。

【0056】

次に、セルＣＥ２によって濃度を測定する場合は、吸引装置を駆動し、開閉弁２９Ｂと開閉弁３１を開状態、開閉弁２９Ａと開閉弁２９Ｃと開閉弁３３を閉状態にして、セルＣＥ２内部に測定ガスを吸引する。測定が終了したとき、同様に、セルＣＥ１，ＣＥ２，ＣＥ３をパージエアーで充満させる。そして、セルＣＥ３によって濃度を測定する場合も上述と同様の手順で行う。

【0057】

以上、本実施形態によれば、１本の筒２０で３箇所の分割領域の濃度を測定できる。そして、全ての筒２０で同様に測定を行うことで、濃度測定領域Ｓ全体の濃度分布を得ることができる。また、筒２０が機器１０に対して固定されており、レーザ光の測定光路長Ｌ０も一定であることから、測定光路長Ｌ０の設定するための時間が不要である。その結果、測定全体にかかる時間を短縮化できる。

【0058】

［第２実施形態］
次に、図５〜図８を参照して、本発明の第２実施形態に係る濃度分布測定装置１の濃度測定装置３について説明する。
濃度測定装置３では、濃度測定領域Ｓが、Ｎ個に分割されるとき、Ｎ本の筒４２が設置される。濃度測定領域Ｓが、図５に示すように、第１壁部１１又は第２壁部１２の面内方向に対して平行方向に１３列に分割され（Ａ列〜Ｍ列）、第１壁部１１から第２壁部１２にわたって３行に分割される場合、３９個の分割領域が形成される。各分割領域の濃度を測定する場合、各列（Ａ列、Ｂ列……）には、３本の筒４２が設置され、合計３９本の筒４２が同一面内に平行に設置される。

【0059】

筒４２は、例えば金属製であって、円筒形状である。機器１０の外部かつ各筒４２の一端側には送光部がそれぞれ設置され、他端側には受光部がそれぞれ設置される。各送光部から照射されるレーザ光の光路は、各筒４２の軸線方向に対して平行である。筒４２は、図６に示すように、第１壁部１１及び第２壁部１２を貫通して設けられ、機器１０に対して固定されている。

【0060】

筒４２の外周面には、図６に示すように、開口部４５が形成される。開口部４５は、平面視したときの形状が図６に示す例では長方形である。なお、開口部４５の形状は、長円形、楕円形等でもよく、長方形に限定されない。

【0061】

開口部４５は、例えば図７及び図８に示すように、互いに対向して２箇所に形成される。一の開口部４５は、ガス流れ上流に位置し、他の開口部４５はガス流れ下流側に位置する。

【0062】

開口部４５の一端部には、隔壁４６が配置され、他端部には隔壁４７が配置される。隔壁４６，４７は、レーザ光を透過させる透明の板状部材である。

【0063】

筒４２は、隔壁４６，４７との間に、測定空間４８が形成される。測定空間４８は、一端が隔壁４６であり、他端が隔壁４７であって、レーザ光の測定光路長は、隔壁４６と隔壁４７間の内寸距離Ｌ０である。測定空間４８には、濃度測定領域Ｓ内のガスが存在する。複数の筒４２の各測定空間４８は、例えば分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３……の中間に配置される。これにより、各測定空間４８内部には、分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３……の中間のガスがそれぞれ存在する。

【0064】

分割領域の各列（Ａ列、Ｂ列……）に配置された３本の筒４２のそれぞれの測定空間４８は、筒４２の軸線方向において位置が異なる。これにより、各列の３本の筒４２は、それぞれ異なる分割領域の濃度を測定できる。

【0065】

給気口３４は、筒４２の内周面にて、隔壁４６と隔壁４７のそれぞれの近傍かつ測定空間４８側に設けられる。給気口３４からシールエアーが吹き出すことによって、隔壁４６，７表面への物質の付着を防止できる。シールエアーは、例えば、図８に示すように、筒４２の壁部内部に形成された流通路を通過して、機器１０の外部から隔壁４６，４７の表面へ供給される。

【0066】

次に、本実施形態に係る濃度測定装置３の動作について説明する。
濃度測定装置３の測定空間４８は、濃度測定領域Ｓに対して開口している。したがって、測定空間４８には、測定ガスが常に存在した状態となる。そこで、まず、送光側セレクタ１８を調整して、レーザ光を照射する筒４２を選択する。筒４２にレーザ光が照射されることによって、光検出部３６で光の強度が検出される。光の強度は、測定物質の濃度に応じて変化することから、濃度測定装置３は、測定空間４８内の対象物質の濃度を測定できる。
そして、順次、送光側セレクタ１８を切り替えていくことによって、全ての筒４２での濃度測定が完了する。

【0067】

以上、本実施形態によれば、筒４２それぞれによって、各分割領域の濃度を測定できる。そして、全ての筒４２で同様に測定を行うことで、濃度測定領域Ｓ全体の濃度分布を得ることができる。また、筒４２が機器１０に対して固定されており、レーザ光の測定光路長Ｌ０も一定であることから、測定光路長Ｌ０の設定するための時間が不要である。その結果、測定全体にかかる時間を短縮化できる。
また、測定の際、測定ガスの吸引が不要であることから、濃度測定装置における構成部材の点数を低減したり、測定にかかる時間を短縮化したりすることができる。

【0068】

次に、図９及び図１０を参照して、濃度測定装置３の第１変形例について説明する。
図６〜図８に示した濃度測定装置３は、開口部４５が、筒４２の外周面に、それぞれ２箇所ずつ互いに対向して形成される場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。

【0069】

図９及び図１０に示す濃度測定装置３の第１変形例は、開口部４５が、筒４２の外周面に、それぞれ１箇所ずつ形成される。開口部４５の開口方向は、例えばガス流れの下流側である。これにより、開口部４５内部に位置する各部材、例えば隔壁４６，４７への測定ガスに含まれるダストの付着を防止できる。

【0070】

開口部４５の内部には、筒４２の軸線方向に対して平行に壁部４９が設置される。壁部４９の一端部には、隔壁４６が配置され、他端部には隔壁４７が配置される。壁部４９は、隔壁４６，４７と共に、機器１０の外部に存在するガスが、筒４２内部に流入し、機器１０内部へ流入することを防止する。

【0071】

筒４２は、隔壁４６，４７及び壁部４９との間に、測定空間５０が形成される。測定空間５０は、一端が隔壁４６であり、他端が隔壁４７であって、レーザ光の測定光路長は、隔壁４６と隔壁４７間の内寸距離Ｌ０である。測定空間５０には、濃度測定領域Ｓ内のガスが存在する。測定空間５０は、測定空間４８と同様に、例えば分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３……の中間に配置される。これにより、測定空間５０内部には、分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３……の中間のガスが存在する。

【0072】

分割領域の各列（Ａ列、Ｂ列……）に配置された３本の筒４２のそれぞれの測定空間５０は、筒４２の軸線方向において位置が異なる。これにより、各列の３本の筒４２は、それぞれ異なる分割領域の濃度を測定できる。

【0073】

給気口３４は、筒４２の内周面にて、隔壁４６と隔壁４７のそれぞれの近傍かつ測定空間５０側に設けられる。給気口３４からシールエアーが吹き出すことによって、隔壁４６，４７表面への物質の付着を防止できる。シールエアーは、例えば、図１０〜図１２に示すように、筒４２の内部に配置された流通路５６を通過して、機器１０の外部から隔壁４６，４７の表面へ供給される。

【0074】

また、図６〜図８に示した濃度測定装置３は、機器１０の外部に送光部と受光部がそれぞれ設置される場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。

【0075】

図９及び図１０に示す濃度測定装置３の第１変形例は、送光部６が筒４２の内部にそれぞれ設置され、受光部７が筒４２の内部にそれぞれ設置されてもよい。また、受光部７は、図９に示すように、レンズ５４を介してレーザ光を受光してもよい。

【0076】

次に、図１３を参照して、第２実施形態に係る濃度測定装置３の第２変形例について説明する。
図６〜図８に示した濃度測定装置３は、筒４２が第１壁部１１及び第２壁部１２を貫通して設けられ、両端で機器１０に対して固定されている場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。

【0077】

図１３に示す濃度測定装置３の第２変形例は、筒４２が第１壁部１１及び第２壁部１２のいずれか一方を貫通して設けられ、片持ち状態で機器１０に対して固定されている。これにより、図６〜図８に示した濃度測定装置３の筒４２よりも筒４２の軸線方向長さを短縮でき、機器１０の幅が広いときなどにおいて有利である。

【0078】

第２変形例では、筒４２は、第１変形例と同様に、隔壁４６，４７及び壁部４９との間に、測定空間５０が形成される。測定空間５０は、一端が隔壁４６であり、他端が隔壁４７であって、レーザ光の測定光路長は、隔壁４６と隔壁４７間の内寸距離Ｌ０である。測定空間５０には、濃度測定領域Ｓ内のガスが存在する。測定空間５０は、測定空間４８と同様に、例えば分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３……の中間に配置される。これにより、測定空間５０内部には、分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３……の中間のガスが存在する。

【0079】

分割領域の各列（Ａ列、Ｂ列……）に配置された３本の筒４２のそれぞれの測定空間５０は、筒４２の軸線方向において位置が異なる。これにより、各列の３本の筒４２は、それぞれ異なる分割領域の濃度を測定できる。

【0080】

また、図１３に示した濃度測定装置３の第２変形例は、送光部６が筒４２の内部にそれぞれ設置され、機器１０の外部に受光部がそれぞれ設置される。

【0081】

なお、濃度測定装置３の第２変形例において、筒４２を軸線方向に移動可能に設置するとしてもよい。分割領域の各列で筒４２が３本ずつ設置されるのではなく、各列において１本の筒４２のみが設置されればよい。これにより、筒４２の測定空間５０が筒４２の軸線方向において位置を変化させることができる。その結果、スライドする筒４２を用いて、濃度測定装置３は、それぞれ異なる分割領域の濃度を測定できる。

【0082】

［第３実施形態］
次に、図１４及び図１５を参照して、本発明の第３実施形態に係る濃度分布測定装置１の濃度測定装置４について説明する。
上述した第１、第２実施形態では、濃度測定領域Ｓ内にレーザ光を通過させるとしたが、第３実施形態では、各分割領域から機器１０外に測定ガスを吸引して、測定ガスが蓄積された筒内の濃度を測定する。

【0083】

濃度測定装置４では、濃度測定領域Ｓが、Ｎ個に分割されるとき、合計Ｎ本の筒６０，６１，６２が設置される。濃度測定領域Ｓが、第１壁部１１又は第２壁部１２の面内方向に対して平行方向に１３列に分割され（Ａ列〜Ｍ列）、第１壁部１１から第２壁部１２にわたって３行に分割される場合、３９個の分割領域が形成される（図５参照）。各分割領域の濃度を測定する場合、各列（Ａ列、Ｂ列……）には、筒６０，６１，６２が１本ずつ設置され、合計３９本の筒６０，６１，６２が同一面内に平行に設置される。

【0084】

筒６０，６１，６２は、例えば金属製であって、円筒形状である。筒６０，６１，６２は、例えば第１壁部１１を貫通して設けられ、機器１０に対して固定されている。

【0085】

筒６０，６１，６２の先端部には、図１４に示すように、開口部６３が形成される。筒６０，６１，６２には、機器１０の外部で流量調整弁６８が設置される。流量調整弁６８は、筒６０，６１，６２内に測定ガスを流通させたり、筒６０，６１，６２の測定ガスの流れを遮断したりする。

【0086】

測定管６４は、例えば金属製であって、円筒形状である。測定管６４は、機器１０の外部に設置される。測定管６４は、一端側にて、筒６０，６１，６２のいずれか１本と接続され、他端側にて、分岐管６５と接続される。複数の分岐管６５は、吸引管６６と合流する。吸引管６６には、吸引ポンプ６７と開閉弁６９が設置される。

【0087】

吸引ポンプ６７は、濃度測定領域Ｓ内の測定ガスを筒６０，６１，６２の先端部の開口部６３から吸入して、測定管６４内に測定ガスを導入する。どの分割領域の測定ガスを吸入し測定するかによって、流量調整弁６８の開閉が制御される。吸引管６６は、吸引ポンプ６７よりも下流側にて、機器１０の第１壁部１１に接続される。そして、測定管６４にて測定が終了した測定ガスは、機器１０内部に戻される。開閉弁６９は、機器１０内の測定ガスの逆流を防止する。

【0088】

図１５に示すように、複数の測定管６４の一端側には送光部６がそれぞれ設置され、他端側には受光部７がそれぞれ設置される。各送光部６から照射されるレーザ光の光路は、各測定管６４の軸線方向に対して平行である。測定管６４は、機器１０の外部に設けられるため、測定管６４に設置される送光部６及び受光部７のメンテナンスが容易である。

【0089】

測定管６４は、送光部６と受光部７との間に、測定空間が形成される。測定管６４内の測定空間は、一端が送光部６の端面６ａであり、他端が受光部７の端面７ａであって、レーザ光の測定光路長は、端面６ａと端面７ａ間の内寸距離Ｌ０である。測定管６４の測定空間には、濃度測定領域Ｓから吸入されたガスが充填される。筒６０，６１，６２の先端部の開口部６３は、例えば分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３……の中間に配置される。これにより、測定管６４の測定空間内部には、分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３……の中間のガスが充満する。

【0090】

分割領域の各列（Ａ列、Ｂ列……）に配置された筒６０，６１，６２のそれぞれの開口部６３は、筒６０，６１，６２の軸線方向において位置が異なる。これにより、各列の筒６０，６１，６２は、それぞれ異なる分割領域の濃度を測定できる。

【0091】

給気口３４は、測定管６４の内周面にて、端面６ａと端面７ａのそれぞれの近傍かつ測定空間側に設けられる。給気口３４からシールエアーが吹き出すことによって、端面６ａと端面７ａ表面への物質の付着を防止できる。シールエアーは、例えば、測定管６４の外部に配置された流通路（図示せず。）を通過して、機器１０の外部から端面６ａと端面７ａの表面へ供給される。

【0092】

本実施形態に係る濃度測定装置４の動作について説明する。
筒６０，６１，６２の先端部の開口部６３は、濃度測定領域Ｓに対して開口している。まず、吸引ポンプ６７を駆動して、測定したい分割領域に対応する筒６０，６１，６２の流量調整弁６８を開状態にする。そして、予め決められた一定の時間の間、先端部の開口部６３から測定ガスを吸引し、測定管６４内部に測定ガスを導入する。

【0093】

その後、送光側セレクタ１８を調整して、測定ガスが導入された測定管６４にレーザ光を照射する。測定管６４にレーザ光が照射されることによって、光検出部３６で光の強度が検出される。光の強度は、測定物質の濃度に応じて変化することから、濃度測定装置４は、測定管６４内の対象物質の濃度を測定できる。全ての分割領域から測定ガスを吸入し、全ての測定管６４で計測が行われることによって、機器１０内部の濃度測定領域Ｓ全体の対象物質の濃度分布を測定できる。
なお、流量調整弁６８を開状態にして測定ガスを吸入するタイミングは、分割領域毎に一つずつ行ってもよいし、全ての分割領域を同時に行ってもよい。

【0094】

以上、本実施形態によれば、機器１０内のダストが高濃度であって、第１、第２実施形態のように機器１０内の対象ガスに直接レーザ光を照射しても、適切な測定結果を得られない場合に有効である。
また、レーザ光の測定光路長Ｌ０が１ｍ弱程度であれば、測定管６４として既存のレーザ式濃度計測器を用いて、高ダスト濃度中の測定物質の濃度を測定できる。また、筒４２が機器１０に対して固定されており、測定対象とする領域の設定が不要であることから測定全体にかかる時間を短縮化できる。

【0095】

また、本実施形態では、各筒６０，６１，６２に対応して測定管６４を設けていたが、これに代えて、３本の筒６０，６１，６２に対して１つの測定管６４を設け、合計１３本の測定管６４としてもよい。この場合、例えば、各筒６０，６１，６２は、流量調整弁６８よりも測定ガス流れの下流側において共通の管に接続され、この管と測定管６４の一端とが接続される。そして、例えば、筒６０の設置位置における濃度測定を行う場合には、筒６０の流量調整弁６８を開くとともに、筒６１，６２の流量調整弁６８を全閉状態とする。これにより、筒６０に対応する分割領域の測定ガスのみを測定管６４に流通させることができ、その分割領域における測定物質の濃度を測定することができる。そして、この操作を筒６１，６２についても繰り返すことにより、１つの測定管６４によって３つの分割領域の濃度測定を行う。

【0096】

また、本実施形態では、それぞれの測定管６４にそれぞれレーザ光源および光検出部を設けた構成としてもよく、或いは、図１に示したように、送光側光セレクタ１８および受光側光セレクタ３７を設け、送光側光セレクタ１８を介して１つのレーザ光源と各測定管６４の送光部とを接続し、受光側光セレクタ３７を介して１つの光検出部と各測定管６４の受光部とを接続することとしてもよい。これにより、装置構成を簡素化することが可能となる。

【0097】

［適用例］
次に、上述した第１実施形態に係る濃度分布測定装置１を脱硝装置に適用する場合の一実施形態について説明する。
図１６は、本実施形態に係る脱硝装置の概略構成を示した図である。図１６において、脱硝装置７０は、たとえば石炭を燃料とするボイラ装置８５に設置され、石炭を燃焼させて生成された燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元剤のアンモニアと反応させた後、脱硝触媒を用いて主として水と窒素とに分解して除去する装置である。この脱硝装置７０は、ボイラ本体８６に接続されて燃焼排ガスを煙突８７に導く煙道８８に設置されており、煙道８８の出口には、燃焼排ガス中の排熱を回収する熱交換器の空気予熱器８９が設置されている。

【0098】

脱硝装置７０は、煙道８９の直管部に設置されてアンモニアを注入するアンモニア注入装置７１と、注入したアンモニアを燃焼排ガスと混合させる混合器（不図示）と、窒素酸化物とアンモニアとを反応させた後に水と窒素とに分解する脱硝触媒７２と、アンモニア注入量等の制御を行う開度設定部７３と、脱硝後のＮＯｘ濃度を監視（測定）する窒素酸化物濃度計（ＮＯｘ計）７４及び脱硝後のガス流路に仮想的に設けられた濃度測定領域における脱硝後のアンモニア濃度分布を測定する濃度分布測定装置１を備えている。

【0099】

アンモニア注入装置７１は、たとえば図１７に示すように、アンモニア供給源に接続された流路配管のアンモニア主系統７６に総流量制御弁７７を備えている。このアンモニア主系統７６は、総流量制御弁７７の下流において、ヘッダ７８から分岐させた複数本（図示の例では５本）のアンモニア供給系統８０を備えている。

【0100】

アンモニア供給系統８０は、各々が流量制御元弁７９及び複数個（図示の例では５個）の注入ノズル７５を備えており、排ガスを流す流路である煙道８８の内部に注入ノズル７５が格子状の配置となるように設置されている。注入ノズル７５は、流路配管のアンモニア主系統７６、ヘッダ７８及びアンモニア供給系統８０を通ってアンモニア供給源から供給されたアンモニアを煙道８８の内部に液滴またはガスの状態で流出させ、燃焼排ガス中に還元剤のアンモニアを注入するものである。なお、液滴の状態で注入されたアンモニアは、高温の燃焼排ガスから吸熱して気化する。

【0101】

こうして煙道８８の内部に注入されたアンモニアのガスは、混合器を通過することにより燃焼排ガスと撹拌混合される。この結果、アンモニアは窒素酸化物と反応して脱硝触媒７２を通過するので、水と窒素とに分解されることで窒素酸化物が燃焼排ガス中から除去される。

【0102】

開度設定部７３には、濃度分布測定装置１で測定したアンモニア濃度分布、及びＮＯｘ計７４で測定した窒素酸化物濃度の測定値が入力される。このようなアンモニア濃度及び窒素酸化物濃度の入力を受けた開度設定部７３は、窒素酸化物濃度に基づいて総流量制御弁７７の開度の設定（開度制御）を行うとともに、複数個所のアンモニア濃度に基づいて各流量制御元弁７９の開度の設定（開度制御）を行う。すなわち、開度設定部７３は、窒素酸化物濃度に基づく総流量制御弁７７や、濃度分布測定装置１で得られたアンモニア濃度分布に基づく流量制御元弁７９の開度制御信号を出力する。

【0103】

この場合、開度設定部７３による流量制御元弁７９の開度制御は、予め定めたアンモニア濃度と流量制御元弁７９毎の開度との相関関係を定めた制御マップに基づいて行われる。すなわち、脱硝装置７０は、ボイラ装置８５毎に諸条件（煙道８の流路系統や流路断面積、燃料の種類等）が異なるため、事前に相関関係のデータを実験等により入手して制作した制御マップを開度設定部７３に記憶しておく。なお、この制御マップでは、煙道８８内のアンモニア濃度を同一流路断面内で測定した複数位置のアンモニア濃度に対して、複数系統のアンモニア供給系統８０毎に異なる流量制御元弁７９の開度を個別に設定するものである。

【0104】

ＮＯｘ計７４は、煙道８８において脱硝触媒７２の下流側で脱硝後の窒素酸化物濃度を測定する。すなわち、ＮＯｘ計７４は、脱硝装置７０による脱硝効果を監視するセンサであり、所望の脱硝が行われるように、開度設定部７３からアンモニア供給量を増減するように総流量制御弁７７の開度信号を出力する。

【0105】

濃度分布測定装置１は、上述したように、脱硝触媒７２の下流側における煙道８８の流路断面内に仮想的に設定した濃度測定領域のアンモニア濃度分布を作成し、このアンモニア濃度分布を開度設定部７３に出力する。

【0106】

このような脱硝装置７０によれば、濃度分布測定装置１によって、煙道８８における脱硝触媒７２の下流側におけるアンモニア濃度分布が検出されるとともに、ＮＯｘ計７４によって窒素酸化物濃度が検出され、この検出結果がそれぞれ開度設定部７３に出力される。開度設定部７３では、窒素酸化物濃度に基づいて総流量制御弁７７の開度制御が行われ、かつ、濃度分布測定装置１によって得られたアンモニア濃度分布に基づいて流量制御元弁７９の開度制御が行われる。これにより、脱硝装置７０の運転を継続しながら、時定数の短いアンモニア濃度の測定値に応じ、複数のアンモニア供給系統８０毎に分配されるアンモニア注入量を自動的に調整することができる。

【0107】

このとき、流量制御元弁７９の開度制御は、予め定めたアンモニア濃度と流量制御元弁７９毎の開度とのマップに基づいて行われるので、窒素酸化物濃度により総供給量が規定されたアンモニアは、流量制御元弁７９の開度に応じてアンモニア供給系統８０に対するアンモニア分配量が調整される。
アンモニア濃度の検出値が高いことは、すなわち、リークアンモニア（未反応アンモニア）が増大したことは、脱硝触媒７２の触媒性能が劣化したことを意味するので、濃度分布測定装置１によって測定されたアンモニア濃度分布から、煙道８８の流路断面位置に対応した脱硝触媒７２の劣化状況を把握できる。

【0108】

このように、アンモニア濃度分布が脱硝触媒７２の性能劣化と関連しているので、アンモニア濃度分布に基づいてアンモニア注入装置７１によるアンモニア注入量の分布制御を実施すれば、リークアンモニアの分布をコントロールすることができる。また、リークアンモニアは、空気予熱器８９を閉塞させる原因でもあるから、アンモニア濃度検出に基づいてアンモニア注入装置７１によるアンモニア注入量の分布制御を実施すれば、空気予熱器８９の閉塞防止も可能になる。

【0109】

本実施形態に係る脱硝装置によれば、脱硝装置の運転を継続しながら、時定数の短い還元剤濃度の測定値に応じて、複数の還元剤供給系統毎に分配される還元剤注入量を自動的に調整することが可能になる。これにより、還元剤注入の分配最適化による脱硝触媒の寿命延長や脱硝触媒更新の効率化を達成することができる。この結果、脱硝装置においては、脱硝触媒の更新に伴うコストの低減やアンモニア消費量の最適化を実現できる。

【0110】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
例えば、上述した実施形態では、複数の筒２０、筒４２、筒６０，６１，６２が同一面内に設置される場合について説明したが、複数の筒２０、筒４２、筒６０，６１，６２の配置面は、厳密に同一面である必要はなく、測定結果に影響を及ぼさない範囲で異なる面に配置されてもよい。

【0111】

また、上述した実施形態では、筒２０、筒４２、筒６０，６１，６２が互いに平行な第１壁部１１と第２壁部１２との間に、一の壁部に対して直交方向に固定されるとしたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、一の壁部に対して斜め方向に筒２０、筒４２、筒６０，６１，６２が固定されてもよい。

【符号の説明】

【0112】

１ 濃度分布測定装置
２，３，４ 濃度測定装置
６ 送光部
７ 受光部
８ 光ファイバ
１０ 機器
１１ 第１壁部
１２ 第２壁部
２０，４２，６０，６１，６２ 筒（筒状部材）
２１ 透明板（第１透明板）
２２ 透明板（第２透明板）
２３，４６，４７ 隔壁
２４ 開口部（第２開口部）
２７ 開口部（第１開口部）
３４ 給気口
４５，６３ 開口部
４８，５０ 測定空間
６４ 測定管
ＣＥ，ＣＥ１，ＣＥ２，ＣＥ３ セル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】