特許 6076800 レーザ計測装置及びレーザ計測方法

(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】6076800

(24)【登録日】2017年1月20日

(45)【発行日】2017年2月8日

(54)【発明の名称】レーザ計測装置及びレーザ計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/59 20060101AFI20170130BHJP

   G01N 21/15 20060101ALI20170130BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/59 Z

   G01N21/15

【請求項の数】4

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2013-72710(P2013-72710)

(22)【出願日】2013年3月29日

(65)【公開番号】特開2014-196950(P2014-196950A)

(43)【公開日】2014年10月16日

【審査請求日】2014年12月26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】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】土橋 晋作

(72)【発明者】

【氏名】塚原 千幸人

(72)【発明者】

【氏名】杉山 友章

(72)【発明者】

【氏名】宮▲崎▼ 翼

【審査官】 比嘉 翔一

(56)【参考文献】

【文献】 実公昭５４−０１９９０２（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 実開平０２−１２４５３５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００４−２６４１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−１８４４５８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６０−００７０５７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０５４２４８４２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１１１４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２０００６５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／６１

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ送光部からのレーザ光を測定場に導入するレーザ導入手段と、
導入された前記レーザ光を前記測定場より、レーザ受光部側へ導出するレーザ導出手段とを具備してなり、
前記測定場内が負圧であると共に、
前記レーザ導入手段及び前記レーザ導出手段が、
前記レーザ光を通過する通過孔を有するレーザ光通過窓と、
前記レーザ光通過窓を支持する窓枠と、
前記窓枠を前記測定場の壁面に取付手段を用いて取付ける取付フランジと、
前記通過孔の間隔を調整して前記通過孔内への外気の流入量を調整する絞り機構とを有し、
前記通過孔は、孔径が２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である
ことを特徴とするレーザ計測装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記レーザ導入手段及びレーザ導出手段を各々覆うと共に、一部にフィルタを有するカバーを有することを特徴とするレーザ計測装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２において、
前記負圧が、５０〜５００ｍｍＡｑの範囲内である
ことを特徴とするレーザ計測装置。

【請求項4】

レーザ送光部からのレーザ光を測定場に導入するレーザ導入手段と、
導入された前記レーザ光を前記測定場より、レーザ受光部側へ導出するレーザ導出手段とを具備してなり、
前記測定場内が負圧であると共に、
前記レーザ導入手段及び前記レーザ導出手段が、
前記レーザ光を通過する通過孔を有するレーザ光通過窓と、
前記レーザ光通過窓を支持する窓枠と、
前記窓枠を前記測定場の壁面に取付手段を用いて取付ける取付フランジと、
前記通過孔の間隔を調整して前記通過孔内への外気の流入量を調整する絞り機構とを有するレーザー計測装置を用いたレーザ計測方法であって、
前記窓枠に煤塵が堆積した場合に、前記通気孔の間隔を大きくして外気の流入量を増大して前記煤塵を除去する工程を含むことを特徴とするレーザ計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ計測装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、例えばボイラプラント内のガス配管内のガス濃度を計測する方法として、半導体レーザ吸収法による方法が確立され、ＪＩＳ化されている（ＪＩＳＢ７９９３：非特許文献１）。

【0003】

この半導体レーザ吸収法によるレーザ装置では、ガス配管（主煙道）からガスの一部を分岐したガスを導入するサンプル配管に対し、レーザ装置からレーザ光を照射し、被測定ガス（例えばアンモニア）の成分・濃度等を分析している。
例えば第１の検出器では、参照光（Ｉ₀）を求め、第２の検出器ではサンプル配管内の透過した光の強度（Ｉ）を求め、透過率Ｔ＝（Ｉ／Ｉ₀）を求めており、この分析手法により、様々なガス成分濃度のオンライン分析が可能となってきている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】ＪＩＳＢ７９９３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、レーザ手段は、レーザ発振部とレーザ受光部とを用いているので、レーザ光を計測場に導入する場合、例えば石英等のレーザ導入及び導出用の石英窓を用いている。

【0006】

また、計測対象であるボイラプラントのガス環境が煤塵等が存在して劣悪であるので、石英窓の内側から、例えば窒素ガス等を吹き付けるパージ手段が設置されている。しかしながら、このパージ手段は、煤塵が多く堆積する箇所では、大型のコンプレッサ等の設備がさらに必要となり、また計測箇所が多くなる場合には、計測に伴う副次的なコストが嵩む、という問題がある。

【0007】

本発明は、前記問題に鑑み、パージ手段を用いることなくレーザの導入及び導出ができるレーザ計測装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、レーザ送光部からのレーザ光を測定場に導入するレーザ導入手段と、導入された前記レーザ光を前記測定場より、レーザ受光部側へ導出するレーザ導出手段とを具備してなり、前記測定場内が負圧であると共に、前記レーザ導入手段及び前記レーザ導出手段が、前記レーザ光を通過する通過孔を有するレーザ光通過窓と、前記レーザ光通過窓を支持する窓枠と、前記窓枠を前記測定場の壁面に取付手段を用いて取付ける取付フランジと、前記通過孔の間隔を調整して前記通過孔内への外気の流入量を調整する絞り機構とを有し、前記通過孔は、孔径が２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることを特徴とするレーザ計測装置にある。

【0009】

第２の発明は、第１の発明において、前記レーザ導入手段及びレーザ導出手段を各々覆うと共に、一部にフィルタを有するカバーを有することを特徴とするレーザ計測装置にある。
第３の発明は、第１の発明又は第２の発明において、前記負圧が、５０〜５００ｍｍＡｑの範囲内であることを特徴とするレーザ計測装置にある。
第４の発明は、レーザ送光部からのレーザ光を測定場に導入するレーザ導入手段と、導入された前記レーザ光を前記測定場より、レーザ受光部側へ導出するレーザ導出手段とを具備してなり、前記測定場内が負圧であると共に、前記レーザ導入手段及び前記レーザ導出手段が、前記レーザ光を通過する通過孔を有するレーザ光通過窓と、前記レーザ光通過窓を支持する窓枠と、前記窓枠を前記測定場の壁面に取付手段を用いて取付ける取付フランジと、前記通過孔の間隔を調整して前記通過孔内への外気の流入量を調整する絞り機構とを有するレーザー計測装置を用いたレーザ計測方法であって、前記窓枠に煤塵が堆積した場合に、前記通気孔の間隔を大きくして外気の流入量を増大して前記煤塵を除去する工程を含むことを特徴とするレーザ計測方法にある。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、レーザ光を通過する通過孔を有するレーザ光通過窓を設けることにより、負圧状態の測定場内に、通過孔を介して外部から外気が流入する。この結果、外気が通過孔を通過する流入流れを形成し、この流入流れにより、排ガスが石英窓の内面側へ流入することが妨げられ、この結果石英窓の内面汚れが発生することが解消される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施例１に係るレーザ計測装置の概略図である。

【図2】図２は、実施例２に係るレーザ計測装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

【実施例1】

【0013】

図１は、実施例１に係るレーザ計測装置の概略図である。
図１に示すように、本実施例に係るレーザ計測装置１０Ａは、レーザ走光部１１からのレーザ光１２を測定場である煙道１３に導入するレーザ導入手段１４と、導入されたレーザ光１２を煙道１３より、レーザ受光部１５側へ導出するレーザ導出手段１６とを具備してなり、煙道１３内が負圧であると共に、レーザ導入手段１４及びレーザ導出手段１６が、レーザ光１２を通過する通過孔２１ａを有するレーザ光通過窓２１と、前記レーザ光通過窓２１を支持する窓枠２２と、窓枠２２を測定場である煙道１３の壁面に取付手段であるボルト２５を用いて取付ける取付フランジ２４とを有するものである。

【0014】

窓枠２２内にレーザ光１２を通過する通過孔２１ａを有するレーザ光通過窓２１を設けることにより、通過孔２１ａを介して煙道内部が負圧状態であるので、外気２６は外部から煙道１３内に流入する。この結果、外気２６が通過孔２１ａを通過する流入流れを形成する。この流入流れにより、排ガス１９がレーザ光通過窓２１の内面側への流入が妨げられ、この結果レーザ光通過窓２１の内面汚れが発生することが解消される。

【0015】

レーザ光通過窓２１は、従来のようにレーザ光１２を通過する部分を通過孔２１ａとしているので、その材質は石英ガラスに限定されず、ステンレス等であってもよい。

【0016】

ここで、レーザ光通過窓２１に形成される通過孔２１ａの孔径は、２０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の径とすることが望ましい。

【0017】

ここで、煙道１３内の内圧が負圧（例えば２００ｍｍＡｑ）の場合における、外気が隙間２３を通過する流速は、５〜３０ｍ／ｓ程度（好適には１０〜１５ｍ／ｓ）となる。また、計測場である煙道１３内の負圧の範囲として、５０〜５００ｍｍＡｑ程度とするのが好ましい。

【0018】

この結果、本発明によれば、これによりレーザ光通過窓２１の窓汚れが防止される。従来は、窓汚れ防止のために、大量の窒素パージを行うために大型のコンプレッサ等を有するガスパージ手段の設置が必要であったが、この設置を省略することができ、計測コストの低減を図ることができる。

【0019】

また、長期間に亙る計測では、パージ手段による窒素パージを行っても、微細な粉塵の付着により窓の透過率の低下があったが、本発明によれば、この透過率の低下も防止することができる。

【0020】

ここで、外気２６の流入量の調整は、通過孔２１ａの間隔を調整することで適宜変更することができる。この調整は、光学部品のアイリスのように、金属の羽根で出来た絞り機構を開閉して調節するようにすればよい。

【0021】

例えば通過孔２１ａの間隔を大きくすると、外気２６の流入量が大となる。これに対し、通過孔２１ａの間隔を小さくすると、外気２６の流入量が小となる。
特に、レーザ光通過窓２１の内側の窓枠のコーナ部２２ａに、煤塵が堆積した場合には、通過孔２１ａの間隔を大きくして、外気２６の流入量を大として、堆積した煤塵を除去するようにしてもよい。

【0022】

本発明のレーザ計測装置１０Ａの設置は、例えば脱硝装置の煙道の後流側において、リークアンモニアを計測する際のレーザ計測に適用することができるが、脱硝装置のみならず、負圧環境下のガス成分のレーザ計測一般に適用することができる。

【0023】

ここで、レーザ計測において、例えばアンモニア（ＮＨ₃）濃度を計測するには、半導体レーザ（半導体素子：ＩｎＧａＡｓを例示することができる。波長：１．５μｍ、出力：１ｍＷ程度のものを例示することができる。）を用いることができる。
また、窒素酸化物（ＮＯｘ）を計測する場合には、量子カスケードレーザ（半導体素子：ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓを例示することができる。波長：５〜６μｍ、出力：１ｍＷ程度のものを例示することができる。）を用いることができる。

【0024】

また、アンモニア以外のガス成分として、ＳＯ₂（酸化硫黄）を計測する場合には、量子カスケードレーザ（波長：７．０〜７．５μｍを例示することができる。）を用いることができる。さらに、ガス成分として、メタン（ＣＨ₄）を計測する場合には、半導体レーザ（半導体素子：ＩｎＧａＡｓを例示することができる。波長：１．６μｍ、出力：１ｍＷ程度のものを例示することができる。）を用いることができる。

【0025】

また、赤外分光領域で計測しているが、本発明はこれに限定されず、可視・紫外領域での分光計測にも適用できる。

【実施例2】

【0026】

図２は、実施例２に係るレーザ計測装置の概略図である。なお、実施例１のレーザ計測装置の構成と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図２に示すように、本実施例に係るレーザ計測装置１０Ｂは、図１に示す実施例１のレーザ計測装置１０Ａにおいて、さらにレーザ導入手段１４と、レーザ導出手段１６とを、各々覆うと共に、一部にフィルタ３１を有するカバー３２を設置するようにしている。なお、図中、符号３３はカバー３２を固定する固定ボルトを図示する。

【0027】

このカバー３２を設置し、カバー３２の一部に設けたフィルタ３１を介して外気２６を導入するので、外気２６の汚れを除去し、清浄な外気２６を煙道１３内に導入することができる。

【0028】

また、複数のレーザ導入手段１４を一つのカバー３２で覆うようにしてもよい。

【符号の説明】

【0029】

１０Ａ、１０Ｂ レーザ計測装置
１１ レーザ走光部
１２ レーザ光
１３ 煙道
１４ レーザ導入手段
１５ レーザ受光部
１６ レーザ導出手段
２１ レーザ光通過窓
２１ａ 通過孔
２２ 窓枠
２４ 取付フランジ

【図1】

【図2】