特許 6203477 濃度測定装置及び脱硝装置

(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】6203477

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】濃度測定装置及び脱硝装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/39 20060101AFI20170914BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/39

【請求項の数】9

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2012-102934(P2012-102934)

(22)【出願日】2012年4月27日

(65)【公開番号】特開2013-231638(P2013-231638A)

(43)【公開日】2013年11月14日

【審査請求日】2015年2月10日

【審判番号】不服2016-17144(P2016-17144/J1)

【審判請求日】2016年11月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(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】100140914

【弁理士】

【氏名又は名称】三苫 貴織

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100172524

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】園田 圭介

(72)【発明者】

【氏名】高田 政治

(72)【発明者】

【氏名】宮▲崎▼ 翼

(72)【発明者】

【氏名】清澤 正志

(72)【発明者】

【氏名】桐原 雄一

(72)【発明者】

【氏名】海野 健二

(72)【発明者】

【氏名】土橋 晋作

【合議体】

【審判長】 伊藤 昌哉

【審判官】 松岡 智也

【審判官】 渡戸 正義

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００８７０２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 実開昭６４−４６７４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００７−０３３０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２７９４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０４２９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第４４３０３７８（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−２９０６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１４２１４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

G01N21/39

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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する濃度測定装置であって、
前記機器の壁面に貫通して設置され、前記測定点にそれぞれ位置するように形成された開口部を有する複数の筒状部材と、
前記機器の外部に設置される、一端部が前記複数の筒状部材の前記開口部の反対側の端部と接続された１本の測定管と、
前記測定管の他端部と接続され、前記筒状部材内部と前記測定管内部の前記ガスを吸引可能な吸引手段と、
前記複数の筒状部材に設置され、前記測定管への前記ガスの流通を制御する開閉弁と、
を備え、
前記測定管は、前記吸引手段によって前記筒状部材を介して前記測定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測定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し、
前記測定管の端部に前記送光手段又は前記受光手段が設置され、
前記送光手段又は前記受光手段の近傍からシールエアが吹き出され、
前記測定管の端部よりも中央側には、前記測定管の端部から中央へシールエアを通過させ、かつ、前記レーザ光が通過する貫通孔が中央部に形成された板状のスリット板が設置され、
前記スリット板よりも前記測定管の長手方向中央側に、前記シールエアを整流する整流板、又は、前記シールエアを拡散して噴出する第２のスリット板が設置されている濃度測定装置。

【請求項2】

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１に記載の濃度測定装置。

【請求項3】

前記測定管、前記吸引手段及び前記開閉弁は、一のケース内に収容され、
前記筒状部材は、前記ケースの内部から外部に貫通して延設される請求項１又は２に記載の濃度測定装置。

【請求項4】

前記複数の筒状部材と前記１本の測定管の組み合わせを１ユニットとし、前記機器に対して複数のユニットが設置されるとき、
前記測定管が備える各送光手段は、共通のレーザ光源からレーザ光が供給される請求項１から３のいずれか１項に記載の濃度測定装置。

【請求項5】

前記複数の筒状部材と前記１本の測定管の組み合わせを１ユニットとし、前記機器に対して複数のユニットが設置されるとき、
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１から４のいずれか１項に記載の濃度測定装置。

【請求項6】

前記筒状部材の内部断面積は、各前記筒状部材の長さに応じて決定され、複数の筒状部材の圧力損失はほぼ等しい請求項１から５いずれか１項に記載の濃度測定装置。

【請求項7】

前記測定管は、一端側に前記送光手段と前記受光手段が設置され、他端側に前記送光手段から照射されたレーザ光を前記受光手段へ反射する反射手段が設置される請求項１から６のいずれか１項に記載の濃度測定装置。

【請求項8】

前記測定管は、前記測定管の横断面の円周上の接線方向から前記ガスを導入し、前記測定管の横断面の円周上の接線方向へ前記ガスを排出する請求項１から７のいずれか１項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前記還元剤の還元剤濃度分布を測定する請求項１から８のいずれか１項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、濃度測定装置及び脱硝装置に関するものである。

【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】

下記特許文献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】

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際、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、測定対象の濃度分布を精度良くかつ短時間で取得することができ、機器に対して簡単に設置することが可能な濃度測定装置及び脱硝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、本発明の濃度測定装置及び脱硝装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る濃度測定装置は、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する濃度測定装置であって、前記機器の壁面に貫通して設置され、前記測定点にそれぞれ位置するように形成された開口部を有する複数の筒状部材と、前記機器の外部に設置される、一端部が前記複数の筒状部材の前記開口部の反対側の端部と接続された１本の測定管と、前記測定管の他端部と接続され、前記筒状部材内部と前記測定管内部の前記ガスを吸引可能な吸引手段と、前記複数の筒状部材に設置され、前記測定管への前記ガスの流通を制御する開閉弁とを備え、前記測定管は、前記吸引手段によって前記筒状部材を介して前記測定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測定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。

【0010】

この発明によれば、機器の内部空間に複数の測定点が仮想的に設定されるとき、筒状部材の開口部が測定点にそれぞれ位置するように、複数の筒状部材が機器の壁面に設置される。そして、１本の測定管が機器の外部に設置され、測定管の一端部が複数の筒状部材の一端と接続され、測定管の他端部が吸引手段と接続される。吸引手段は、筒状部材内部と測定管内部のガスを吸引でき、複数の筒状部材と測定管の間には、ガスの流通を制御する開閉弁が設けられる。また、測定管は、ガスに対してレーザ光を照射し、ガスを透過したレーザ光を検出することで、測定対象の濃度を測定できる。よって、開閉弁を調整することによって、複数の筒状部材のうち一の筒状部材を介して、測定管に機器の内部空間を流通する測定対象が含まれるガスを導入することにより、予め設定された複数の測定点のうち一箇所の測定点の測定対象の濃度を測定できる。

【0011】

また、複数の筒状部材に対して１本の測定管が、機器の外部に設置される。複数の筒状部材と１本の測定管を１ユニットとして扱うことができ、複数の筒状部材をまとめて機器の壁面１箇所で貫通させれば、簡素な構成で複数の測定点の濃度を容易に測定できるようになる。

【0012】

上記発明において、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ことが望ましい。

【0013】

この発明によれば、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、それぞれの筒状部材から順次測定管にガスを導入することによって、筒状部材の軸線方向において異なる測定点の濃度を測定できる。その結果、筒状部材の軸方向に沿って、機器の内部空間における測定対象の濃度分布を測定できる。

【0014】

上記発明において、前記測定管、前記吸引手段及び前記開閉弁は、一のケース内に収容され、前記筒状部材は、前記ケースの内部から外部に貫通して延設されてもよい。

【0015】

この発明によれば、測定管、吸引手段及び開閉弁がケース内に収容され、筒状部材がケースの内部から外部に貫通して延設されることから、測定管、吸引手段、開閉弁及び筒状部材を一つのパッケージ化された装置として扱うことができ、設置にかかる時間やコストを低減できる。

【0016】

上記発明において、前記複数の筒状部材と前記１本の測定管の組み合わせを１ユニットとし、前記機器に対して複数のユニットが設置されるとき、前記測定管が備える各送光手段は、共通のレーザ光源からレーザ光が供給されてもよい。

【0017】

この発明によれば、レーザ光源から供給されるレーザ光の供給先を、各送光手段に順次切り替えることによって、一つのレーザ光源で複数の測定管における測定対象の濃度を測定でき、測定にかかる時間を短縮化することが可能である。

【0018】

上記発明において、前記複数の筒状部材と前記１本の測定管の組み合わせを１ユニットとし、前記機器に対して複数のユニットが設置されるとき、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てもよい。

【0019】

この発明によれば、共通の光検出手段が、各受光手段から順次レーザ光を受光して、レーザ光の受光強度を検出することから、一つの光検出手段で複数の測定管における測定対象の濃度を測定でき、測定にかかる時間を短縮化することが可能である。

【0020】

上記発明において、前記測定管の端部よりも中央側には、前記測定管の端部から中央へシールエアを通過させる開口部が形成されたスリット板が設置されてもよい。

【0021】

この発明によれば、シールエアが送光手段側又は受光手段側から測定管の中央側へ流れ、送光手段又は受光手段への塵埃の付着を防止できる。

【0022】

上記発明において、前記筒状部材の内部断面積は、各前記筒状部材の長さに応じて決定され、複数の筒状部材の圧力損失はほぼ等しいことが望ましい。

【0023】

この発明によれば、筒状部材の長さに関わらず、筒状部材間の圧力損失がほぼ等しくなるため、各筒状部材におけるサンプリング流量を一定にすることができ、測定精度を向上させることができる。

【0024】

上記発明において、前記測定管は、一端側に前記送光手段と前記受光手段が設置され、他端側に前記送光手段から照射されたレーザ光を前記受光手段へ反射する反射手段が設置されてもよい。

【0025】

この発明によれば、一端側に送光手段を設置し他端側に受光手段を設置する場合に比べて、レーザ光の光路長を長くすることができ、測定対象の濃度が薄い場合でも測定可能とすることができる。

【0026】

上記発明において、前記測定管は、前記測定管の横断面の円周上の接線方向から前記ガスを導入し、前記測定管の横断面の円周上の接線方向へ前記ガスを排出してもよい。

【0027】

この発明によれば、測定管に導入されるガスに含まれる塵埃が、遠心力によって、測定管の内壁側へ流れるため、レーザ光の光路上に存在する塵埃を低減でき、測定精度を向上させることができる。

【0028】

また、本発明に係る脱硝装置は、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。

【発明の効果】

【0029】

本発明によれば、測定対象の濃度分布を精度良くかつ短時間で取得することができ、かつ、機器に対して簡単に設置することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の一実施形態に係る濃度分布測定装置を示す概略図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置を示す平面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置を示す側面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置の測定本体部を示す正面図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置の測定本体部を示す構成図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置のレーザ計測セルを示す縦断面図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置のシールエア噴出スリット板を示す正面図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置の整流用多孔板を示す正面図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置のサンプリング管の先端部分を示す底面図である。

【図10】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置のサンプリング管の先端部分を示す縦断面図である。

【図11】図３のXI−XI線で切断した断面図であり、サンプリング管を示す横断面図である。

【図12】図３のXI−XI線で切断した断面図であり、サンプリング管の変形例を示す横断面図である。

【図13】図３のXI−XI線で切断した断面図であり、サンプリング管と補強用芯材を示す横断面図である。

【図14】本発明の一実施形態に係る濃度分布測定装置の制御装置を示すブロック図である。

【図15】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置のレーザ計測セルの第１変形例を示す縦断面図である。

【図16】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置のレーザ計測セルの第１変形例を示す縦断面図であり、図１５に対して切断方向を９０°回転させたものである。

【図17】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置のシールエア噴出スリット板の第１変形例を示す正面図である。

【図18】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置のレーザ計測セルの第２変形例を示す縦断面図である。

【図19】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置のシールエア噴出スリット板の第２変形例を示す正面図である。

【図20】本発明の一実施形態に係る濃度測定装置のレーザ計測セルの第３変形例を示す縦断面図である。

【図21】図２０のXXI−XXI線で切断した断面図である。

【図22】図２０のXXII−XXII線で切断した断面図である。

【図23】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24】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】

【0031】

以下に、本発明の一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。
濃度分布測定装置１は、機器１０におけるガスに含まれる、予め測定対象として決められた特定物質（以下「測定物質」ともいう。）のガス濃度の分布を測定することができる。濃度分布測定装置１は、図１に示すように、複数の濃度測定装置２と、制御装置３などを備える。濃度測定装置２は、それぞれ、機器１０内に配置される３本のサンプリング管２０と、機器１０の外壁面に設置される１台の測定本体部２１を有する。各濃度測定装置２と制御装置３は、集束ケーブル２８によって結ばれる。集束ケーブル２８は、電源ケーブル、信号ケーブル、光ケーブルがまとめられた束状のケーブル群である。信号ケーブルには、電動バルブ用、ポンプ用、熱電対用が含まれる。これにより、ケーブルの配線をまとめることができ、濃度分布測定装置１の設置においてケーブルの引き回しが複雑になることを防止できる。

【0032】

機器１０は、図１〜図３に示すように、例えば角筒状の空間である。機器１０の横断面が図１及び図２に示すように四角形の場合、図２及び図３に示すように、機器１０は、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。

【0033】

機器１０の内部空間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。

【0034】

濃度分布測定装置１は、図１に示すように、２台の機器１０（すなわち、機器１０Ａと機器１０Ｂ）の内部のガス濃度分布を測定できる。図１及び図２における機器１０は、機器１０の横断面を示しており、機器１０内のガスは、図１及び図２の紙面を手前から奥へ貫通する方向に流れる。図３における機器１０は、機器１０の縦断面を示しており、機器１０内のガスは、図３の紙面の上から下の方向に流れる。

【0035】

図２及び図３を参照して、本実施形態に係る濃度測定領域Ｓについて説明する。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。機器１０の内部空間には、濃度測定領域Ｓが仮想的に設定されている。濃度測定装置２は、濃度測定領域Ｓに存在する測定物質のガス濃度を測定する。

【0036】

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。
機器１０内の濃度測定領域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、濃度測定領域Ｓには、仮想的に３９個の分割領域が形成される。

【0037】

各濃度測定装置２は、サンプリング管２０を介して、各分割領域から機器１０外部のレーザ計測セル２３（図５参照）へサンプリングガスを吸引して、レーザ計測セル２３内にサンプリングガスを収容する。サンプリングガスが収容された各レーザ計測セル２３に対してレーザ光を照射することによって、濃度測定装置２は、各分割領域の濃度を測定できる。

【0038】

濃度測定装置２は、分割領域の各列（Ａ列、Ｂ列……）に１台ずつ設置される。濃度測定領域Ｓが、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、１台の濃度測定装置２に対してサンプリング管２０が３本ずつ設置される。図２に示す例では、１台の機器１０に対して１３台の濃度測定装置２（１３個のレーザ計測セル２３）が設置され、各濃度測定装置２は３本のサンプリング管２０が設置される。よって、１台の機器１０に対して合計３９本のサンプリング管２０が、ほぼ同一面内に平行に設置される。

【0039】

なお、濃度測定領域Ｓにおける分割領域の形成方法は、上述した１３列×３行の３９個に限定されない。列数や行数、分割領域の数は、他の数でもよい。濃度測定領域ＳがＭ列×Ｎ行でＰ個の分割領域が形成される場合、濃度測定装置２はＭ台（レーザ計測セル２３はＭ個）設置され、各濃度測定装置２はＮ本のサンプリング管を有する。そして、機器１０には、合計Ｐ本のサンプリング管２０が設置される。

【0040】

濃度測定装置２は、図３及び図４に示すように、パッケージ化された装置である。図３に示すように、機器１０の第１壁部１１に既設の開口部１３が形成され、開口部１３の外部側にフランジ９が設置されている場合、機器１０に対して新たに開口部を形成することなく、濃度測定装置２を容易に機器１０に設置できる。すなわち、機器１０の改造が不要となり、工事費等を低減できる。なお、当然、機器１０に対して新たに開口部及びフランジを形成して、濃度測定装置２を新設してもよい。
図２に示す例では、開口部１３は、第１壁部１１に１３箇所形成されており、１３台の濃度測定装置２が１台の機器１０に設置される。

【0041】

濃度測定装置２は、３本のサンプリング管２０と、測定本体部２１などを備える。３本のサンプリング管２０は、機器１０の開口部１３を介して、第１壁部１１を貫通して機器１０の内部に設置される。

【0042】

測定本体部２１は、略直方体形状のケースを有しており、背面部がフランジ９に設置される。また、測定本体部２１の背面部からサンプリング管２０と排気管２２が貫通して延設されている。測定本体部２１の正面部には、開閉可能な蓋が設置されており、測定本体部２１の内部に設置された各構成部材の操作やメンテナンスが可能である。測定本体部２１の側面には、通気口、空気用配管口、電源ケーブル口、信号ケーブル口、光ケーブル口などの開口部が設けられる。

【0043】

測定本体部２１内部には、図５に示すように、サンプリング管系統と、レーザ計測セル２３と、シールエア配管系統と、パージエア配管系統と、排気管系統が設置される。このように、配管類が一つのケース内に納められることによって、濃度測定装置２の設置において配管の引き回しが複雑になることを防止できる。また、サンプリング管系統と、レーザ計測セル２３は、保温部２７内部に設置される。

【0044】

サンプリング管系統は、３本のサンプリング管２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ（以下、総称して「サンプリング管２０」ともいう。）と、電動バルブ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ（以下、総称して「電動バルブ２４」ともいう。）と、合流管２５などを備える。

【0045】

サンプリング管２０は、例えば金属製の筒状部材であり、一端部が機器１０内部に設置され、他端部が測定本体部２１の内部に位置して合流管２５と接続される。本実施形態では、３本のサンプリング管２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが１セットであり、サンプリング管２０Ａ、サンプリング管２０Ｂ、サンプリング管２０Ｃの順に長さが長くなっている。３本のサンプリング管２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのうち、サンプリング管２０Ａの先端部が、第１壁部１１から最も近い位置に配置され、サンプリング管２０Ｃの先端部が、第１壁部１１から最も離れた位置に配置される。

【0046】

サンプリング管２０には、電動バルブ２４が設けられる。本実施形態では、サンプリング管２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃそれぞれに、電動バルブ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃが設置される。電動バルブ２４は、開閉弁であって、サンプリング管２０内にサンプリングガスを流通させたり、サンプリングガスの流通を停止させたりする。電動バルブ２４は、信号ケーブル（図示せず。）と接続されて、電動バルブ制御部５２（図１４参照）からの信号によって、開閉が制御される。なお、図５に示す例では、１本のサンプリング管２０に一つの電動バルブ２４を設置する場合について説明したが、小型の電動多方バルブを利用する構成としてもよい。

【0047】

サンプリング管２０の先端には、図９及び図１０に示すように、開口部２０ａが形成されている。したがって、サンプリング管２０の測定本体部２１側からガスの吸引を行うことによって、サンプリング管２０の開口部２０ａを介して、機器１０内のガスがサンプリングガスとして測定本体部２１の方向へ吸引される。吸引されたガスは、サンプリング管２０及び合流管２５を流通して、レーザ計測セル２３へ導入される。

【0048】

サンプリング管２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの管長がそれぞれ異なるため、断面積を同一とした場合、測定点によって吸引流量が相違してしまう。そこで、管長に関わらず、サンプリング管２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ全ての圧力損失を同一とすることが望ましい。例えば、図１１〜図１３に示すように、サンプリング管２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃそれぞれの内径を異ならせる。管長の長いサンプリング管２０は、管長の短いサンプリング管２０よりも内径を大きくする。サンプリング管２０の内径は、直管、ベンド管等の圧損評価式を使用し、各サンプリング管２０のサンプリングガスの流量が等しくなるように決定される。これにより、サンプリング管２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの圧力損失をほぼ同一とすることができ、測定点の流量相違による測定精度の低下を防止できる。

【0049】

なお、サンプリング管２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの外径は、図１１及び図１３に示すように、それぞれ異なってもよいし、図１２に示すように、全て同一にしてもよい。また、サンプリング管２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを束ねることによって、全体の強度を高めることができる。その結果、サンプリング管２０が機器１０内で受けるガス流れの流体力による振動を低減でき、各サンプリング管２０における吸引流量を安定化させることができる。なお、図１３に示すように、補強用芯材２９をサンプリング管２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの軸線方向に沿って配置することで、更にサンプリング管２０全体の強度を向上させて、振動を低減させてもよい。

【0050】

サンプリング管２０の先端部分は、図３及び図１０に示すように、機器１０内のガス流れの下流側方向に屈折しており、機器１０内のガスに含まれるダスト等がサンプリングガスに含まれることを防止する。また、サンプリング管２０の先端部２０ａを囲むように、遮蔽器２６がサンプリング管２０の先端部分に設置される。遮蔽器２６は、例えば中空の円錐形状であり、上部の直径が小さく、下部の直径が大きい。これにより、開口部２０ａの周囲からダストを離隔させることができ、サンプリングガスへのダストの混入を防止できる。

【0051】

合流管２５は、一端が３本のサンプリング管２０と接続され、他端がレーザ計測セル２３と接続される。これにより、合流管２５を介して、サンプリング管２０からレーザ計測セル２３へサンプリングガスが流通する。また、合流管２５の途中では、パージエア配管４５と合流する。これにより、合流管２５を介して、パージエア配管４５からレーザ計測セル２３へパージエアが流通する。

【0052】

レーザ計測セル２３は、筒形状の部材であり、図６に示すように、レーザ計測セル２３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、レーザ計測セル２３の軸線方向に対して平行である。レーザ計測セル２３におけるレーザ光の測定光路長は、２枚のシールエア噴出スリット板３１間の内寸距離Ｌ０である。

【0053】

また、レーザ計測セル２３は、一端にサンプリング管系統の合流管２５が接続され、他端に排気管２２が接続される。本実施形態では、３本のサンプリング管２０に対して、１個のレーザ計測セル２３が設置される。サンプリングガスを導入する合流管２５が、レーザ計測セル２３の一端側に設けられ、サンプリングガスを排出する排気管２２が、レーザ計測セル２３の他端側に設けられることにより、レーザ計測セル２３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。

【0054】

また、レーザ計測セル２３の両端部には、シールエア配管系統の分岐管４２が１本ずつ接続される。これにより、シールエアが送光部６と受光部７に対して供給され、送光部６や受光部７の光学部品のガラス部分へのガスやダストの付着を防止できる。

【0055】

なお、機器１０の外部に位置しレーザ計測セル２３に接続するまでのサンプリング管２０及び合流管２５の配管長さは、可能な限り短いことが望ましい。これにより、サンプリング管系統の保温不良を防止し、管内ガスの入れ替わり（応答性）を向上化させることができる。

【0056】

レーザ計測セル２３内部には、シールエア噴出スリット板３１と、複数の整流用多孔板３３が軸線方向に設置される。本実施形態では、シールエア噴出スリット板３１と、複数の整流用多孔板３３は、送光部６側と受光部７側の両方に設置されるが、いずれか一方のみに設置されてもよい。

【0057】

シールエア噴出スリット板３１は、円板状の部材であり、図７に示すように、中央部分に貫通孔３１Ａが形成されている。貫通孔３１Ａは、シールエアが流通することができ、かつ、送光部６から受光部７へ照射されたレーザ光が通過する。

【0058】

シールエア噴出スリット板３１が、シールエア配管系統の分岐管４２よりもレーザ計測セル２３の内部側に設置されることによって、送光部６とシールエア噴出スリット板３１との間、又は受光部７とシールエア噴出スリット板３１との間にシールエアチャンバー３０が形成される。そして、貫通孔３１Ａからのシールエア量を調整することによって、シールエアチャンバー３０の圧力がレーザ計測セル２３の中央部分よりも高く設定される。その結果、送光部６又は受光部７からレーザ計測セル２３の内部方向へシールエアが流れることから、送光部６又は受光部７へのダスト等の付着を確実に防止できる。

【0059】

なお、貫通孔３１Ａにおけるシールエア量はサンプリングガス中の測定対象のガス濃度に影響しない程度とし、シールエア配管系統におけるシールエア量やレーザ計測セル２３内部の圧力を勘案して、貫通孔３１Ａの直径が決定される。

【0060】

上記のシールエアチャンバー３０にシールエアが流通することによって、シールエアチャンバー３０は、送光部６と受光部７の光学部品への熱遮蔽機能を有する。サンプリングガスは、機器１０内部のガス種によっては、高温（例えば200℃以上）である。一方、シールエアは、通常、大気温（約50℃以下）であるため、シールエアチャンバー３０は、サンプリングガスが導入されて高温化したレーザ計測セル２３の中央部分から受ける熱を遮蔽できる。更に、レーザ計測セル２３の円筒部分の肉厚を薄くすることによって、円筒部分から熱を逃がすことができ、送光部６と受光部７の光学部品への熱伝導を低減できる。

【0061】

なお、サンプリングガスが高温であり、シールエアが低温であるとき、レーザ計測セル２３内部では、ガスの温度成層化が生じる可能性がある。そこで、サンプリング管系統の合流管２５と排気管２２の接続位置をレーザ計測セル２３の底部とし、サンプリングガスをレーザ計測セル２３の底部から導入し、底部から抜き出す。また、シールエア配管系統の分岐管４２の接続位置をレーザ計測セル２３の上部とし、シールエアをレーザ計測セル２３の上部から導入する。これによって、レーザ計測セル２３内部におけるガスの温度成層化を回避できる。

【0062】

整流用多孔板３３は、円板状の部材であり、図８に示すように、中央部分に貫通孔３３Ａが形成され、その他の部分に複数の貫通孔３３Ｂが形成されている。貫通孔３３Ａは、シールエアやサンプリングガスが流通することができ、かつ、送光部６から受光部７へ照射されたレーザ光が通過する。複数の貫通孔３３Ｂは、円板上にほぼ均等に配置され、シールエアやサンプリングガスが流通する。送光部６側の整流用多孔板３３が、サンプリング管系統の合流管２５よりよりもレーザ計測セル２３の中央側に設置され、受光部７側の整流用多孔板３３が、排気管系統の排気管３３よりよりもレーザ計測セル２３の中央側に設置される。そして、複数枚の整流用多孔板３３が並べて配置されることによって、レーザ計測セル２３内部のサンプリングガスがプラグフローとなり、ガス流動を安定化させることができる。

【0063】

シールエア配管系統は、図５に示すように、シールエア配管３８と、フィルタ３９と、電動バルブ４０と、ポンプ４１と、分岐管４２と、手動調整弁４３などを備える。
シールエア配管３８は、一端部が測定本体部２１の外部に位置し、他端部が分岐管４２と接続される。これにより、測定本体部２１の外部からレーザ計測セル２３へシールエアが供給される。フィルタ３９は、シールエア配管３８内部を流通するシールエアに含まれる不純物を除去する。電動バルブ４０は、シールエア配管３８内にシールエアを流通させたり、シールエアの流通を停止させたりする。電動バルブ４０は、信号ケーブル（図示せず。）と接続されて、電動バルブ制御部５２からの信号によって、開閉が制御される。

【0064】

ポンプ４１は、シールエア配管３８に設置され、測定本体部２１の外部からレーザ計測セル２３へシールエアを供給する。ポンプ４１は、信号ケーブル（図示せず。）と接続されて、ポンプ制御部５３（図１４参照）からの信号によって、ＯＮ及びＯＦＦが制御される。

【0065】

分岐管４２は、シールエア配管３８から分岐して、他端が、レーザ計測セル２３の送光部６側と受光部７側にそれぞれ接続される。各分岐管４２には、手動調整弁４３が設置される。手動調整弁４３は、シールエア配管３８に設置され、レーザ計測セル２３の送光部６側と受光部７側に供給されるシールエアの流量を調整する。

【0066】

パージエア配管系統は、図５に示すように、パージエア配管４５と、フィルタ４６と、ポンプ４７と、電動バルブ４８などを備える。
パージエア配管４５は、一端部が測定本体部２１の外部に位置し、他端部が合流管２５と接続される。これにより、測定本体部２１の外部から、パージエア配管４５及び合流管２５を介して、レーザ計測セル２３へパージエアが供給される。フィルタ４６は、パージエア配管４５内部を流通するパージエアに含まれる不純物を除去する。

【0067】

ポンプ４７は、パージエア配管４５に設置され、測定本体部２１の外部からレーザ計測セル２３へパージエアを供給する。ポンプ４７は、信号ケーブル（図示せず。）と接続されて、ポンプ制御部５３からの信号によって、ＯＮ及びＯＦＦが制御される。

【0068】

電動バルブ４８は、パージエア配管４５内にパージエアを流通させたり、パージエアの流通を停止させたりする。電動バルブ４８は、信号ケーブル（図示せず。）と接続されて、電動バルブ制御部５２からの信号によって、開閉が制御される。

【0069】

なお、機器１０や濃度測定装置２が設置されるプラント等に高圧空気供給設備があれば、パージエア配管系統を高圧空気供給設備に接続し、高圧空気をパージエアとして利用してもよい。この場合、上述のパージエア配管系統におけるポンプ４７を省略することができる。

【0070】

排気管系統は、図５に示すように、排気管２２と、ポンプ５０と、電動バルブ５１などを備える。
排気管２２は、例えば金属製の筒状部材であり、一端部が測定本体部２１の内部に位置してレーザ計測セル２３と接続され、他端部が機器１０内部に設置される。これにより、測定の終了したサンプリングガスや、レーザ計測セル２３内部に導入されたシールエアやパージエアが、排気管２２を介して、レーザ計測セル２３から機器１０内部へ排出される。排気管２２の先端部分は、図３に示すように、機器１０内のガス流れの下流側方向に屈折しており、ガスの逆流を防止できる。

【0071】

ポンプ５０は、排気管２２に設置され、レーザ計測セル２３から機器１０内部へサンプリングガスを排出する。ポンプ５０は、信号ケーブル（図示せず。）と接続されて、ポンプ制御部５３からの信号によって、ＯＮ及びＯＦＦが制御される。

【0072】

電動バルブ５１は、排気管２２内にサンプリングガスを流通させたり、サンプリングガスの流通を停止させたりする。電動バルブ５１は、信号ケーブル（図示せず。）と接続されて、電動バルブ制御部５２からの信号によって、開閉が制御される。

【0073】

レーザ光によるガス濃度測定中において、サンプリング管系統を介して機器１０内部から吸引されたガスは、レーザ計測セル２３を通過して、ポンプ５０によって排気管２２を介して機器１０内へ戻される。したがって、サンプリングガスが流通するサンプリング管系統、レーザ計測セル２３及び排気管系統は、大気圧から隔絶されるため、サンプリングガスが流れる系統内において、ガス流動が安定化し、測定精度を向上させることができる。また、ガス流動の安定化は、測定時間の短縮化に寄与する。

【0074】

保温部２７は、測定本体部２１内部に設置され、サンプリング管系統と、レーザ計測セル２３を内部に収容し、一定温度に維持する。保温部２７内部では、例えばリボンヒータがサンプリング管系統の配管やレーザ計測セル２３の円筒部分に巻き付けることで、温度調整が行われる。温度調整は、ヒーター制御部５４（図１４参照）によって行われる。

【0075】

次に、図１４を参照して、濃度分布測定装置１の制御装置３について説明する。
制御装置３は、上述したとおり、集束ケーブル２８を介して複数台の測定本体部２１と接続されている。
送光側光セレクタ１８は、各測定本体部２１におけるレーザ計測セル２３の送光部６に対して、共通のレーザ光源１７からレーザ光を供給する。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。

【0076】

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光部６に供給され、レーザ計測セル２３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３６によって検出され、後述する濃度測定部３５に通知される。

【0077】

各測定本体部２１におけるレーザ計測セル２３の各受光部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７と受光側光セレクタ３７との接続チャネルは、その受光部７に対応する送光部６と送光側光セレクタ１８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６と受光部７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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

電動バルブ制御部５２は、測定制御部１５と接続され、電動バルブ２４，４０，４８，５１の開閉を制御する。電動バルブ制御部５２は、濃度測定装置２の動作に応じて、各電動バルブ２４，４０，４８，５１へ開閉に関する制御信号を送信する。
ポンプ制御部５３は、測定制御部１５と接続され、ポンプ４１，４７，５０のＯＮ及びＯＦＦを制御する。ポンプ制御部５３は、濃度測定装置２の動作に応じて、各ポンプ４１，４７，５０へＯＮ及びＯＦＦに関する制御信号を送信する。
ヒーター制御部５４は、測定制御部１５と接続され、ヒーターの温度を制御する。ヒーター制御部５４は、検出されたヒーターの温度に基づいて、ヒーターへ温度に関する制御信号を送信する。

【0082】

測定制御部１５、濃度測定部３５、電動バルブ制御部４２、ポンプ制御部５３及びヒーター制御部５４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。

【0083】

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。

【0084】

ターミナルボックス５５は、電源ケーブル、信号ケーブル、光ケーブルがまとめられている。信号ケーブルには、電動バルブ用、ポンプ用、熱電対用が含まれる。そして、これらの電源ケーブル、信号ケーブル、光ケーブルがまとめられた集束ケーブルがターミナルボックス５５から各濃度測定装置２（A-1〜A-13、B-1〜B-13）に配線される。

【0085】

上述のとおり、濃度測定装置２を構成する電動バルブ２４，４０，４８，５１、ポンプ４１，４７，５０、ヒーター及び送光側光セレクタ１８、受光側光セレクタ３７、レーザ制御部１６等が、測定制御部１５によって制御される。電動バルブ２４，４０，４８，５１、ポンプ４１，４７，５０、ヒーター及び送光側光セレクタ１８、受光側光セレクタ３７、レーザ制御部１６等は、各種ケーブルで結ばれており、有線での遠隔操作が可能である。そして、測定制御部１５において、ガス濃度の測定順番を適正化することによって、測定時間の短縮化を図ることができる。

【0086】

次に、本実施形態に係る濃度分布測定装置の動作について説明する。
まず、測定を開始するに当たり、保温部２７において、ヒーター（図示せず。）をＯＮとし、機器１０の外部に配置されているサンプリング管２０とレーザ計測セル２３を所定温度に維持する。保温部２７の温度は、例えば排気管２２、レーザ計測セル２３、合流管２５に設置した熱電対を用いて測定される。これにより、ヒーターの温度が調整されて、測定本体部２１の保温部２７におけるサンプリング管２０とレーザ計測セル２３の温度が維持される。なお、熱電対のケーブルは、集束ケーブル２８に含まれて、測定本体部２１の側面板を貫通して外部に配線されている。
測定開始の温度調整時において、電動バルブ２４，４０，４８，５１は、閉状態であり、ガスの流通や、パージエア、シールエアの流通は行われていない。

【0087】

次に、レーザ計測セル２３を準備状態にするため、まず、排気管系統の電動バルブ５１を開状態にする。その後、シールエア配管系統の電動バルブ４０を開状態にし、直ぐに、ポンプ４１を作動させ、排気管系統のポンプ５０を作動させる。これにより、レーザ計測セル２３内部にシールエアが導入されて、排気管２２を介してレーザ計測セル２３からシールエアが排出される。

【0088】

そして、上述の保温動作とレーザ計測セル２３の準備動作を全ての濃度測定装置２（図１のA-1〜A-13、B-1〜B-13）について実行し、測定スタンバイとする。これにより、濃度測定領域Ｓ全てにわたって、ほぼ同時期に測定対象の濃度を測定できるようになる。

【0089】

次に、レーザ光源１７において、レーザ光を発振させる。測定スタンバイの状態で、まず、１回目のサンプリング動作として、全ての濃度測定装置２（A-1〜A-13、B-1〜B-13）の電動バルブ２４Ａを全て同時に開状態とする。これにより、サンプリング管２０Ａを介して、機器１０内部の所定の測定点からガスがレーザ計測セル２３内部に導入される。

【0090】

そして、送光側光セレクタ１８と受光側光セレクタ３７を操作して、２６本のレーザ計測セル２３内部のガスに対して、１本ずつレーザ光を照射し、ガスを透過したレーザ光を検出することで、測定対象の濃度を測定する。これにより、２６個のガス濃度データを取得できる。１本のレーザ計測セル２３において測定にかかる時間は、１０秒程度である。したがって、２６本のレーザ計測セル２３内部へ同時にサンプリングしたガスについて、２６個のガス濃度データを取得するのにかかる時間は、１０秒／本×２６本で、２６０秒である。

【0091】

２６個のガス濃度データの取得が確認できた後、全ての濃度測定装置２の電動バルブ２４Ａを全て同時に閉状態にする。次に、全ての濃度測定装置２のパージエア配管系統の電動バルブ４８を全て同時に開状態にして、全てのポンプ４７を作動させる。これにより、サンプリングガスが充填されていたレーザ計測セル２３内部を清浄化することができる。レーザ計測セル２３内部の清浄化にかかる時間は、約１５分である。

【0092】

レーザ計測セル２３の清浄度合いは、送光側光セレクタ１８と受光側光セレクタ３７を操作して、２６本のレーザ計測セル２３に対して、１本ずつレーザ光を照射し、レーザ光を検出することで確認できる。レーザ計測セル２３内部にサンプリングガスが残留していないことを確認した後、パージ動作を完了する。すなわち、パージエア配管系統のポンプ４７を停止し、全ての電動バルブ４８を閉状態とする。これにより、パージエアの流通が停止する。そして、次のサンプリング動作へ移行する。

【0093】

２回目のサンプリング動作では、全ての濃度測定装置２（A-1〜A-13、B-1〜B-13）の電動バルブ２４Ｂを全て同時に開状態とする。これにより、サンプリング管２０Ｂを介して、機器１０内部の所定の測定点からガスがレーザ計測セル２３内部に導入される。

【0094】

そして、送光側光セレクタ１８と受光側光セレクタ３７を操作して、２６本のレーザ計測セル２３内部のガスに基づいて、２６個のガス濃度データを取得する。そして、上述と同様にレーザ計測セル２３を清浄化する。レーザ計測セル２３内部にサンプリングガスが残留していないことを確認、パージ動作を完了した後、次のサンプリング動作へ移行する。

【0095】

３回目のサンプリング動作では、全ての濃度測定装置２（A-1〜A-13、B-1〜B-13）の電動バルブ２４Ｃを全て同時に開状態とする。これにより、サンプリング管２０Ｃを介して、機器１０内部の所定の測定点からガスがレーザ計測セル２３内部に導入される。

【0096】

そして、送光側光セレクタ１８と受光側光セレクタ３７を操作して、２６本のレーザ計測セル２３内部のガスに基づいて、２６個のガス濃度データを取得する。そして、上述と同様にレーザ計測セル２３を清浄化する。レーザ計測セル２３内部にサンプリングガスが残留していないことを確認、パージ動作を完了する。

【0097】

以上で、図１に示す機器１０Ａと機器１０Ｂのガス濃度分布が測定される。図１に示す実施例では、機器１０Ａと機器１０Ｂそれぞれで39点の測定値（合計78点の測定値）が得られる。なお、必要に応じて、上述の動作を繰り返し、再度ガス濃度を測定してもよい。これにより、測定結果の精度を向上させることができる。

【0098】

ガス濃度の測定を終了する場合、濃度測定装置２（A-1〜A-13、B-1〜B-13）の全てのシールエア配管系統のポンプ４１と、全ての排気管系統のポンプ５０を停止して、全ての電動バルブ５１，５０を閉状態とする。また、全ての保温部２７内のヒーターの電源をＯＦＦとして、濃度分布測定装置１を停止する。

【0099】

次に、本実施形態の濃度測定装置２の変形例について説明する。
上記実施形態では、レーザ計測セル２３の一端側に送光部６を設置し、他端側に受光部７を設置するとしたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図１５及び図１６に示すように、レーザ計測セル２３の一端側に送光部６と受光部７を設置し、他端側に反射鏡３４を設置してもよい。反射鏡３４は、送光部６から照射されたレーザ光を反射して、反射したレーザ光を受光部７へ照射する。これにより、レーザ計測セル２３内部におけるレーザ光の光路長を長くすることができ、測定対象のガス濃度が薄い場合でも、測定可能となる。

【0100】

このとき、シールエア噴出スリット板３１は、図１７に示すように、二つの貫通孔３１Ａが形成される。これにより、往復計２本のレーザ光が通過可能となる。

【0101】

また、上記実施形態では、中央に貫通孔３１Ａが形成されたシールエア噴出スリット板３１がレーザ計測セル２３の両端に１枚ずつ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。例えば、図１８に示すように、シールエア噴出スリット板３１よりもレーザ計測セル２３の中央側に、別のシールエア噴出スリット板３２が設けられてもよい。

【0102】

シールエア噴出スリット板３２は、円板状の円板部３２Ａと、円板部３２Ａを支持する複数本の支持部３２Ｂを備える。円板部３２Ａは、図１９に示すように、中央部分に貫通孔３２Ｃが形成されている。貫通孔３２Ｃは、送光部６から受光部７へ照射されたレーザ光が通過する。円板部３２Ａとレーザ計測セル２３の内壁との間には、隙間３２Ｄが形成されている。そして、隙間３２Ｄに、シールエアが流通する。支持部３２Ｂは、円板部３２Ａとレーザ計測セル２３との間に設置される。

【0103】

シールエア噴出スリット板３１に追加してシールエア噴出スリット板３２が設けられることによって、シールエアを貫通孔３１Ａからではなく、隙間３２Ｄから噴出させることができるため、シールエアを拡散して噴出できる。なお、レーザ計測セル２３におけるレーザ光の測定光路長は、２枚のシールエア噴出スリット板３２間の内寸距離Ｌ０である。

【0104】

更に、上記実施形態では、サンプリング管系統の合流管２５と排気管２２の接続位置をレーザ計測セル２３の底部としたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図２０〜図２２に示すように、合流管２５又は排気管２２とレーザ計測セル２３との接続部分における開口方向をレーザ計測セル２３の横断面の円周上の接線方向とする。

【0105】

これにより、レーザ計測セル２３内部のサンプリングガスは、レーザ計測セル２３の内壁面に沿って流れる。したがって、サンプリングガスにダストが含まれるような場合、ガスに比べて比重の高いダストをレーザ計測セル２３の内壁面側へ強制的に流すことが可能になる。その結果、レーザ光の光路上に存在するダスト量を低減でき、測定精度を向上させることができる。

【0106】

次に、従来の濃度測定装置を用いた場合と本実施形態に係る濃度分布測定装置１を用いた場合における測定にかかる時間の比較について説明する。
機器１０が２台で、各機器１０の分割領域が３９個である場合、合計７８点を測定する必要がある。

【0107】

従来の濃度測定装置は、２台の機器１０Ａ，１０Ｂに対して、レーザ計測セルを１台又は２台設置し、サンプリング管を分割領域の分割数分、すなわち７８本設置する。各サンプリング管には電動バルブが１個ずつ設置される。従来の濃度測定装置では、１点のサンプリング、測定及び清浄化に１５分かかっていた。したがって、７８点を測定する場合、レーザ計測セルを１台設置するとき、１５分／点×７８点で、１１７０分（１９．５時間）かかり、レーザ計測セルを２台設置するとき、１５分／点×３９点で、５８５分（９．７５時間）かかる。

【0108】

一方、本実施形態では、２台の機器１０に対して、レーザ計測セル２３を２６台設置し、サンプリング管２０を分割領域の分割数分、すなわち７８本設置する。各レーザ計測セル２３へのレーザ光は、２６チャンネルを有する送光側光セレクタ１８によって切り替わる。レーザ計測セル２３が２６台設置されているため、２６点の測定点のサンプリングガスを同時に吸引できる。この場合、１回のサンプリング及び測定、すなわち、２６点同時に行うサンプリングガスの吸引と、レーザ光を切り替えることによる２６点の濃度測定は、各点１０秒程度あればよい。そのため、７８点のサンプリング及び測定は、サンプリング管２０を切り替えて、３回行うことで、合計７８点のサンプリングと測定が完了する。そして、サンプリング管２０の清浄化に要する時間が１５分であるとしても、サンプリング及び測定を３回行うためのサンプリング管２０の清浄化は２回でよい。したがって、１０秒／点×２６点×３回＋１５分×２回で、４３分（０．７２時間）あれば、７８点の測定が完了する。

【0109】

以上より、従来の濃度測定装置を用いた場合、１９．５時間又は９．７５時間かかっていたところ、本実施形態に係る濃度分布測定装置１を用いた場合、０．７２時間で測定を完了できる。よって、本実施形態によれば、測定時間を大幅に短縮することができる。

【0110】

［適用例］
次に、上述した本発明の一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２３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２３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。

【0111】

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。

【0112】

アンモニア注入装置７１は、たとえば図２４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。

【0113】

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。

【0114】

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。

【0115】

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。

【0116】

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。

【0117】

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。

【0118】

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。

【0119】

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。

【0120】

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。

【0121】

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。

【0122】

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。

【0123】

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、複数のサンプリング管２０の開口部２０ａがほぼ同一面内に設置される場合について説明したが、複数のサンプリング管２０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。

【0124】

また、上述した実施形態では、サンプリング管２０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サンプリング管２０が固定されてもよい。

【0125】

また、上述した実施形態では、シールエア配管系統にポンプ４１が設置され、パージエア配管系統にポンプ４７が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。例えば、ポンプ４１又はポンプ４７を設置せず、排気管系統のポンプ５０がシールエア又はパージエアをレーザ計測セル２３に吸引するとしてもよい。

【符号の説明】

【0126】

１ 濃度分布測定装置
２ 濃度測定装置
６ 送光部（送光手段）
７ 受光部（受光手段）
１０ 機器
２０ サンプリング管（筒状部材）
２１ 測定本体部
２２ 排気管
２３ レーザ計測セル（測定管）
２４ 電動バルブ（開閉弁）
２５ 合流管
２６ 遮蔽器
２７ 保温部
２８ 集束ケーブル
３０ シールエアチャンバー
３１，３２ シールエア噴出スリット板
３３ 整流用多孔板
３４ 反射鏡
３８ シールエア配管
３９，４６ フィルタ
４０，４８，５１ 電動バルブ
４１，４７ ポンプ
４２ 分岐管
４３ 手動調整弁
４５ パージエア配管
５０ ポンプ（吸引手段）

【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】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】