特許 6307409 ガス成分測定装置

(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】6307409

(24)【登録日】2018年3月16日

(45)【発行日】2018年4月4日

(54)【発明の名称】ガス成分測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/359 20140101AFI20180326BHJP

   G01N 21/61 20060101ALI20180326BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/359

   G01N21/61

【請求項の数】12

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-210965(P2014-210965)

(22)【出願日】2014年10月15日

(65)【公開番号】特開2016-80480(P2016-80480A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2017年1月30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】安武 聡信

(72)【発明者】

【氏名】杉山 友章

(72)【発明者】

【氏名】宮▲崎▼ 翼

(72)【発明者】

【氏名】田上 光一

(72)【発明者】

【氏名】近藤 学

(72)【発明者】

【氏名】塚原 千幸人

【審査官】 立澤 正樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０９４３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９１１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−１１１２５６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００６−３４３２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３１５２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１８３３６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７−２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定ガスを分析するレーザ光を発光するレーザ発光部と、
前記レーザ光の光強度を検出するレーザ受光部と、
前記被測定ガスの流路内に配置され、前記レーザ発光部で発光したレーザ光を前記流路内に設けられた測定領域に向けて送光する送光側送光部材と、
前記被測定ガスの流路内に配置され、前記送光側送光部材から前記測定領域を介して送光された前記レーザ光を前記レーザ受光部に向けて送光する受光側送光部材と、
前記送光側送光部材及び前記受光側送光部材の少なくとも一方に設けられ、前記送光側送光部材内及び前記受光側送光部材内への被測定ガスの侵入を防ぐ透光板とを具備し、
前記透光板と前記送光側送光部材及び前記受光側送光部材との間に通気孔が設けられたことを特徴とする、ガス成分測定装置。

【請求項2】

前記透光板が、サファイアガラス又は石英ガラスである、請求項１に記載のガス成分測定装置。

【請求項3】

前記送光側送光部材及び前記受光側送光部材の少なくとも一方の内壁に、前記送光側送光部材内及び前記受光側送光部材内を流れる気体を前記透光板の表面に向けて導く整流部材が設けられた、請求項１又は請求項２に記載のガス成分測定装置。

【請求項4】

被測定ガスを分析するレーザ光を発光するレーザ発光部と、
前記レーザ光の光強度を検出するレーザ受光部と、
前記被測定ガスの流路内に配置され、前記レーザ発光部で発光したレーザ光を前記流路内に設けられた測定領域に向けて送光する送光側送光部材と、
前記被測定ガスの流路内に配置され、前記送光側送光部材から前記測定領域を介して送光された前記レーザ光を前記レーザ受光部に向けて送光する受光側送光部材と、
前記送光側送光部材及び前記受光側送光部材の少なくとも一方に設けられ、前記送光側送光部材内及び前記受光側送光部材内への被測定ガスの侵入を防ぐ透光板とを具備し、
前記送光側送光部材及び前記受光側送光部材の少なくとも一方の内壁に、前記送光側送光部材内及び前記受光側送光部材内を流れる気体を前記透光板の表面に向けて導く整流部材が設けられたことを特徴とする、ガス成分測定装置。

【請求項5】

前記透光板は、表面が帯電防止加工されてなる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガス成分測定装置。

【請求項6】

前記透光板は、表面が疎水加工されてなる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガス成分測定装置。

【請求項7】

さらに、前記透光板の表面にコロナ放電する集塵極を備えた、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガス成分測定装置。

【請求項8】

前記集塵極は、前記送光側送光部材及び前記受光側送光部材内における前記測定領域側に設けられた、請求項７に記載のガス成分測定装置。

【請求項9】

前記透光板の表面に紫外光を照射する紫外光照射部を備え、
前記透光板の表面に光触媒層が設けられた、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のガス成分測定装置。

【請求項10】

前記紫外光照射部による前記透光板への紫外光の照射と、前記レーザ発光部からの前記レーザ光の前記透光板への照射とを切替える制御部を備えた、請求項９に記載のガス成分測定装置。

【請求項11】

被測定ガスを分析するレーザ光を発光するレーザ発光部と、
前記レーザ光の光強度を検出するレーザ受光部と、
前記被測定ガスの流路内に配置され、前記レーザ発光部で発光したレーザ光を前記流路内に設けられた測定領域に向けて送光する送光側送光部材と、
前記被測定ガスの流路内に配置され、前記送光側送光部材から前記測定領域を介して送光された前記レーザ光を前記レーザ受光部に向けて送光する受光側送光部材と、
前記送光側送光部材及び前記受光側送光部材の少なくとも一方に設けられ、前記送光側送光部材内及び前記受光側送光部材内への被測定ガスの侵入を防ぐ透光板とを具備し、
前記測定領域内の前記被測定ガスを排気して前記測定領域内を負圧にする排気部と、前記送光側送光部材内及び前記受光側送光部材内に外気を供給する外気供給ラインが設けられたことを特徴とする、ガス成分測定装置。

【請求項12】

前記外気に含まれる水分及び煤塵を除去するフィルタを備えた、請求項１１に記載のガス成分測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス成分測定装置に関し、例えば、ボイラ装置の燃焼排ガスの分析に好適に用いられるガス成分測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電力施設などからの排ガスに脱硝用の還元剤として注入されるアンモニアガスを測定対象とするレーザ式ガス分析計が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このガス分析計は、コリメートレンズが設けられた発光部と、集光レンズが設けられた受光部とを備える。このガス分析計においては、発光部側及び受光部側から計装空気をそれぞれバージガスとして流すことにより、発光部のコリメートレンズの表面及び受光部の集光レンズの表面に付着した測定対象ガスに含まれる煤塵を吹き飛ばしてレンズの表面を清浄に保っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−１０２１５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載のレーザ式ガス分析においては、レンズ表面の清浄化のためにレーザ光の発光部側及び受光部側のそれぞれから常時一定の流速（例えば、１ｍ／ｓ）でパージガスとしての計装空気を流す必要があり、計装空気のユーティリティー確保がコスト的及び設備的な制約から困難な場合がある。

【0005】

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、パージガスを削減でき、計装空気のユーティリティー確保を容易にすることが可能なガス成分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】

【0006】

本発明のガス成分測定装置は、被測定ガスを分析するレーザ光を発光するレーザ発光部と、前記レーザ光の光強度を検出するレーザ受光部と、前記被測定ガスの流路内に配置され、前記レーザ発光部で発光したレーザ光を前記流路内に設けられた測定領域に向けて送光する送光側送光部材と、前記被測定ガスの流路内に配置され、前記送光側送光部材から前記測定領域を介して送光された前記レーザ光を前記レーザ受光部に向けて送光する受光側送光部材と、前記送光側送光部材及び前記受光側送光部材の少なくとも一方に設けられ、前記送光側送光部材内及び前記受光側送光部材内への被測定ガスの侵入を防ぐ透光板とを具備することを特徴とする。

【0007】

このガス成分測定装置によれば、送光側送光部材及び受光側送光部材に設けた透光板により送光側送光部材内及び受光側送光部材内への燃焼排ガス中の煤塵の侵入を防ぐことができる。これにより、ガス成分測定装置は、送光側送光部材内及び受光側送光部材内から測定領域に向けたパージガスの供給量を削減することができるので、計装空気のユーティリティー確保を容易にすることが可能なガス成分測定装置を実現することが可能となる。

【0008】

本発明のガス成分測定装置においては、前記透光板が、サファイアガラス又は石英であることが好ましい。この構成により、透光板へ燃焼ガス中の煤塵が付着しにくくなるので、より一層パージガスの送光側送光部材内及び受光側送光部材内から測定領域に向けたパージガスの供給量を削減することが可能となる。

【0009】

本発明のガス成分測定装置においては、前記透光板と前記送光側送光部材及び前記受光側送光部材との間に通気孔が設けられたことが好ましい。この構成により、通気孔を介して送光側送光部材内及び受光側送光部材内から測定領域に向けてパージガスが供給されるので、パージガスの供給量を削減することが可能となる。

【0010】

本発明のガス成分測定装置においては、前記送光側送光部材及び前記受光側送光部材の少なくとも一方の内壁に、前記送光側送光部材内及び前記受光側送光部材内を流れる気体を前記透光板の表面に向けて導く整流部材が設けられたことが好ましい。この構成により、透光板の表面に沿って送光側送光部材内及び受光側送光部材内から供給されるパージガスを流すことができるので、効率良く透光板の表面に対する燃焼排ガス中の煤塵の付着を防ぐことが可能となる。

【0011】

本発明のガス成分測定装置においては、前記透光板は、表面が帯電防止加工されてなることが好ましい。この構成により、燃焼排ガス中の煤塵の帯電による透光板の表面への付着を防ぐことができるので、より一層効率良く透光板の表面への煤塵の付着を防ぐことが可能となる。

【0012】

本発明のガス成分測定装置においては、前記透光板は、表面が疎水加工されてなることが好ましい。この構成により、燃焼排ガス中の水分を介した透光板の表面への煤塵の付着を防ぐことができるので、より一層効率良く透光板の表面への煤塵の付着を防ぐことが可能となる。

【0013】

本発明のガス成分測定装置においては、さらに、前記透光板の表面にコロナ放電する集塵極を備えたことが好ましい。この構成により、集塵極から放出された電子によってイオンを発生させて透光板の表面の静電気を中和させることができるので、より一層効率良く透光板の表面への煤塵の付着を防ぐことが可能となる。

【0014】

本発明のガス成分測定装置においては、前記集塵極は、前記送光側送光部材及び前記受光側送光部材内における前記測定領域側に設けられたことが好ましい。この構成により、透光板に付着した煤塵を自重により剥離落下させることが可能となる。

【0015】

本発明のガス成分測定装置においては、前記透光板の表面に紫外光を照射する紫外光照射部を備え、前記透光板の表面に光触媒層が設けられたことが好ましい。この構成により、透光板の表面に付着した燃焼排ガス中に含まれる煤塵を光触媒を介した酸化還元反応によって分解して除去することが可能となる。

【0016】

本発明のガス成分測定装置においては、前記紫外光照射部による前記透光板への紫外光の照射と、前記レーザ発光部からの前記レーザ光の前記透光板への照射とを切替える制御部を備えたことが好ましい。この構成により、レーザ光と紫外光との干渉を防ぐことができるので、ガス成分の分析と透光板に付着した煤塵の除去とを効率よく両立できる。

【0017】

本発明のガス成分測定装置においては、前記測定領域内の前記被測定ガスを排気して前記測定領域内を負圧にする排気部と、前記送光側送光部材内及び前記受光側送光部材内に外気を供給する外気供給ラインが設けられたことが好ましい。この構成により、送光側送光部材内及び受光側送光部材内に外気を供給して送光側送光部材内及び前記受光側送光部材内への燃焼排ガスの侵入を防ぐことができるので、パージガスの供給量を削減することが可能となる。

【0018】

本発明のガス成分測定装置においては、前記外気に含まれる水分及び煤塵を除去するフィルタを備えたことが好ましい。この構成により、外気中に含まれる粉塵、ミスト及び塩などを除去することができるので、送光側送光部材内及び受光側送光部材内を清浄に保つことが可能となる。

【0019】

本発明のガス成分測定装置は、被測定ガスを分析するレーザ光を発光するレーザ発光部と、前記レーザ光の光強度を検出するレーザ受光部と、前記被測定ガスの流路内に配置され、前記レーザ発光部で発光したレーザ光を前記流路内に設けられた測定領域に向けて送光する送光側送光部材と、前記被測定ガスの流路内に配置され、前記送光側送光部材から前記測定領域を介して送光された前記レーザ光を前記レーザ受光部に向けて送光する受光側送光部材と、前記測定領域内の前記被測定ガスを排気して前記測定領域内を負圧にする排気部と、前記送光側送光部材内及び前記受光側送光部材内に外気を供給する外気供給ラインとを具備することを特徴とする。

【0020】

このガス成分測定装置によれば、送光側送光部材内及び受光側送光部材内に外気を供給して送光側送光部材内及び前記受光側送光部材内への燃焼排ガスの侵入を防ぐことができる。これにより、ガス成分測定装置は、送光側送光部材内及び受光側送光部材内から測定領域に向けたパージガスの供給量を削減することができるので、計装空気のユーティリティー確保を容易にすることが可能なガス成分測定装置を実現することが可能となる。

【0021】

本発明のガス成分測定装置においては、前記外気に含まれる水分及び煤塵を除去するフィルタを備えたことが好ましい。この構成により、外気中に含まれる粉塵、ミスト及び塩などを除去することができるので、送光側送光部材内及び受光側送光部材内を清浄に保つことが可能となる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、パージガスを削減でき、計装空気のユーティリティー確保を容易にすることが可能なガス成分測定装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本発明の第１の実施の形態に係るボイラ装置の概略図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施の形態に係るガス成分測定装置の概略図である。

【図3】図３は、本発明の第１の実施の形態に係るガス成分測定装置のプローブの模式的な斜視図である。

【図4】図４は、本発明の第１の実施の形態に係るガス成分測定装置における測定原理の概念図である。

【図5】図５は、本発明の第１の実施の形態に係るガス成分測定装置における吸収分光計測の透過光強度と透過光の波長との関係の一例を示す。

【図6】図６は、本発明の第１の実施の形態に係るガス成分測定装置の送光筒の断面模式図である。

【図7A】図７Ａは、図６のＡ−Ａ線矢視断面図である。

【図7B】図７Ｂは、図６のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【図8A】図８Ａは、送光側送光筒の先端部の部分拡大図である。

【図8B】図８Ｂは、受光側送光筒の先端部の部分拡大図である。

【図9】図９は、本発明の第１の実施の形態に係るガス成分測定装置の送光筒の他の例を示す断面模式図である。

【図10】図１０は、本発明の第２の実施の形態に係るガス成分測定装置の送光筒の断面模式図である。

【図11A】図１１Ａは、本発明の第３の実施の形態に係る送光側送光筒の先端部の部分拡大図である。

【図11B】図１１Ｂは、本発明の第３の実施の形態に係る受光側送光筒の先端部の部分拡大図である。

【図12】図１２は、本発明の第４の実施の形態に係るガス成分測定装置の送光筒の断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。また、以下の各実施の形態は適宜組み合わせて実施可能である。また、各実施の形態において共通する構成要素には同一の符号を付し、説明の重複を避ける。

【0025】

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るボイラ装置１の概略図である。図１に示すように、本実施の形態に係るボイラ装置１は、ボイラ１１からの燃焼排ガスＧ_１に還元剤としてのアンモニア（ＮＨ_３）を供給して窒素酸化物（ＮＯｘ）を脱硫して煙突１２から排出する装置である。このボイラ装置１は、ボイラ１１からの燃焼排ガスＧ_１が流れる煙道１３のガス流れ方向におけるボイラ１１の後段に設けられたアンモニア注入装置１４と、このアンモニア注入装置１４の後段に設けられた脱硝装置１５と、この脱硝装置１５の後段に設けられたガス成分測定装置２と、このガス成分測定装置２の後段に設けられた空気予熱器１６とを備える。空気予熱器１６は、出口部分に図示しない吸込通風機（ＩＤＦ：Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ：排気部）が設けられている。これにより、空気予熱器１６は、後段に設けられた煙突１２に向けて煙道１３内の燃焼排ガスＧ_１を排気するので、煙道１３内は負圧となっている。

【0026】

アンモニア注入装置１４は、燃焼排ガスＧ_１中にアンモニア（ＮＨ_３）などの還元剤を供給する。脱硝装置１５は、煙道１３内に設置された区画された脱硝触媒１５１を備える。この脱硝触媒１５１を介して燃焼排ガスＧ_１に供給された還元剤によって燃焼排ガスＧ_１中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が還元されて燃焼排ガスＧ_１が脱硝される。

【0027】

ガス成分測定装置２は、脱硝触媒１５１の後段に配置された複数の送光筒（送光部材）２１を備える。ガス成分測定装置２は、送光筒２１を介して燃焼排ガスＧ_１にレーザ光を照射することにより燃焼排ガスＧ_１中のガス成分（ＮＨ₃、ＮＯｘ）濃度分布を計測する。ガス成分測定装置２によるガス成分濃度分布の測定結果は、制御装置２０に伝達される。制御装置２０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などを備えている。これら各部は、バスを介して接続されている。更に、制御装置２０は、キーボードやマウス等からなる入力部及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。制御装置２０は、ガス成分濃度分布の測定結果に基づいてアンモニア注入装置１４からのアンモニア注入量を制御する。

【0028】

図２は、ガス成分測定装置２の概略図である。なお、図２においては、煙道１３内の燃焼排ガスＧ_１の流れ方向に対する垂直断面を示している。図２に示すように、ガス成分測定装置２は、煙道１３の外部に設けられ、送光筒２１内にレーザ光Ｌを送光するレーザ発光部２２と、煙道１３の外部に設けられ、レーザ発光部２２から送光筒２１に送光されたレーザ光Ｌを受光するレーザ受光部２３とを備える。レーザ発光部２２は、燃焼排ガスＧ_１中のアンモニア（ＮＨ_３）濃度を計測する場合には、半導体レーザ（半導体素子：ＩｎＧａＡｓ、波長：１．５μｍ、出力：１ｍＷ程度）をレーザ光Ｌとして照射する。レーザ発光部２２から照射されたレーザ光Ｌは、送光筒２１内にレーザ光Ｌを送光する送光ユニット２４内に設けられた送光反射部２４１によって順次反射されて９本の送光筒２１内に送光される。送光筒２１内に送光されたレーザ光Ｌは、送光筒２１から送光されたレーザ光Ｌを受光する受光ユニット２５内の受光反射部２５１によって順次反射されてレーザ受光部２３に向けて送光される。送光ユニット２４内及び受光ユニット２５内にはそれぞれパージガスＧ_２が供給される。このパージガスＧ_２を供給することにより、送光筒２１内への燃焼排ガスＧ_１の侵入を防ぐことが可能となる。

【0029】

また、ガス成分測定装置２は、９つの区画Ｐ_１〜Ｐ_９に分割された煙道１３内に平行に配置された３つのプローブ２１Ａ〜２１Ｃを備える。３つのプローブ２１Ａ〜２１Ｃは、それぞれ３つの送光筒２１を備える。本実施の形態では、プローブ２１Ａは、区画Ｐ_１〜Ｐ_３に配置され、プローブ２１Ｂは、区画Ｐ_４〜Ｐ_６に配置され、プローブ２１Ｃは、区画Ｐ_７〜Ｐ_９に配置される。送光筒２１は、煙道１３内でそれぞれ送光側送光筒（送光側送光部材）２１１と受光側送光筒（受光側送光部材）２１２とに区切られ、この区切られた区間が測定領域Ｚとなる。プローブ２１Ａの３つの送光筒２１は、区画Ｐ_１〜Ｐ_３内の測定領域Ｚの燃焼排ガスＧ_１のガス成分をそれぞれ分析し、プローブ２１Ｂの３つの送光筒２１は、区画Ｐ_４〜Ｐ_６の測定領域Ｚの燃焼排ガスＧ_１のガス成分をそれぞれ分析し、プローブ２１Ｃの３つの送光筒２１は、区画Ｐ_７〜Ｐ_９の測定領域Ｚの燃焼排ガスＧ_１のガス成分をそれぞれ分析する。なお、図２においては，９区画であるが，これに捉われるものではなく、測定領域Ｚは、例えば、ダクトの大きさ、形状、及び煤塵濃度など排ガス性状によりフレキシブルに設定される。

【0030】

図３は、ガス成分測定装置のプローブ２１Ａの模式的な斜視図である。なお、図３においては、送光ユニット２４及び受光ユニット２５を省略して示している。なお、プローブ２１Ｂ及びプローブ２１Ｃも同様の構成を有する。

【0031】

図３に示すように、プローブ２１Ａは、レーザ光Ｌが通過する中空の送光筒２１を備える。この送光筒２１は、煙道１３内で送光側送光筒２１１と受光側送光筒２１２とに測定領域Ｚを介して区切られている。送光筒２１に送光されたレーザ光Ｌは、測定領域Ｚを介して送光側送光筒２１１から受光側送光筒２１２に送光される。このとき、レーザ光Ｌは、燃焼排ガスＧ_１が流れる測定領域Ｚを介して送光されるので、燃焼排ガスＧ_１中のアンモニアなどの成分をレーザ光Ｌによって測定することができる。この測定領域Ｚは、例えば、レーザ光路長を１ｍとした場合に１ｍの区間である。

【0032】

次に、本実施の形態に係る濃度分布測定の原理について説明する。図４は、本実施の形態に係るガス成分測定装置における測定原理の概念図である。本実施の形態に係るガス成分測定装置においては、レーザ光の光強度と測定対象物質の濃度との関係を示す関係式であるランベルト・ベール（Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ）の法則を用いた吸光分光分析により、燃焼排ガスＧ_１中の測定対象物質であるアンモニアなどの濃度を測定する。図５に、本実施の形態に係るガス成分測定装置における吸収分光計測の透過光強度と透過光の波長との関係の一例を示す。

【0033】

ランベルト・ベールの法則では、図４に示すように、送光ユニット２４側の送光点Ｐ１と受光ユニット２５側の受光点Ｐ２との間のレーザ光Ｌの経路の測定領域Ｚと、レーザ光の照射強度Ｉ_０と、レーザ光の受光強度Ｉ（Ｌ）と、距離Ｘ中に存在する測定対象（アンモニア）濃度Ｃ_０との間に下記式（１）の関係が成立する。
Ｉ（Ｌ）＝Ｉ_０ｅｘｐ（−ｋＣ_０Ｘ） ……（１）
（式（１）中、ｋは、測定対象物質の吸光度に応じて設定される比例係数である。）

【0034】

また、測定対象物質の濃度を測定する測定領域Ｚにおける濃度平均値Ｃ_１と、測定領域Ｚにおけるレーザ経路の距離Ｘ_１とすると、上記式（１）は、下記式（２）のように表すことができる。ここで、予め設定されたレーザ経路ごとにレーザ光を照射する際、測定領域Ｚにおけるレーザ経路の距離Ｘ_１、レーザ光の照射強度Ｉ_０及びレーザ光の受光強度Ｉ（Ｌ）は既知であるので、上記式（２）を用いることにより、測定領域における測定対象物質の濃度平均値Ｃ_１を算出できる。
Ｉ（Ｌ）＝Ｉ_０ｅｘｐ（−ｋＣ_１Ｘ_１） ……（２）

【0035】

次に、本実施の形態に係るガス成分測定装置２の送光筒２１の構成について詳細に説明する。図６は、本実施の形態に係るガス成分測定装置２の送光筒２１の断面模式図である。図６に示すように、送光側送光筒２１１は、概して一端部が竹槍状に尖った円筒形状を有しており、竹槍状に尖った一端側が測定領域Ｚとなる煙道１３内に向けて配置される。また、送光側送光筒２１１は、燃焼排ガスＧ_１のガス流れ方向における上流側である上端側２１１ａが下端側を覆うように配置される。このように配置することにより、燃焼排ガスＧ_１に含まれる煤塵の送光側送光筒２１１内への侵入を防ぐことができる。

【0036】

送光側送光筒２１１は、他端側がフランジ３１を介して煙道１３の壁面に固定されている。このフランジ３１には、概略円筒形状のレーザビーム窓３２が接続されている。このレーザビーム窓３２の内部には、レーザビーム窓３２の内部と外部との間のガスの出入りを遮断するシール用光学ガラス３３が配置されている。シール用光学ガラス３３の受光面は、レーザ光の反射を防止するため、レーザ光の光路に対して垂直ではなく斜めに形成されてもよい。

【0037】

レーザビーム窓３２には、シール用光学ガラス３３を挟んで一対の通気孔３４が設けられている。この一対の通気孔３４からパージガスＧ_２が送光側送光筒２１１内に吹き出すことによって、シール用光学ガラス３３への燃焼排ガスＧ_１中の煤塵などの物質の付着を防止できる。また、送光側送光筒２１１内にパージガスＧ_２が充満することで、測定領域Ｚ内から送光側送光筒２１１内への燃焼排ガスＧ_１の流入を防止できる。なお、通気孔３４は、必ずしもシール用光学ガラス３３を挟んで設ける必要はなく、シール用光学ガラス３３に対して測定領域Ｚ側に設ければよい。

【0038】

送光側送光筒２１１の一端部には、測定領域Ｚ内からの送光側送光筒２１１内部への燃焼排ガスＧ_１の侵入を防ぐ透光板２６が配置される。透光板２６は、レーザ光Ｌを透過する透光性を有すると共に、燃焼排ガスＧ_１に対する耐久性を有する部材であれば特に制限はなく、各種ガラス部材などを用いることができる。これらのガラス部材の中でも、表面への傷及び燃焼排ガスＧ_１中の煤塵の付着を防ぐ観点から、サファイアガラス又は石英を用いることが好ましく、サファイアガラスを用いることがより好ましい。

【0039】

透光板２６は、支持部材２７を介して送光側送光筒２１１内に固定される。この支持部材２７の測定領域Ｚ側の一端部には、送光側送光筒２１１内から測定領域Ｚ側に向けて流れるパージガスＧ_２を透光板２６の表面に向けて導いて流す整流部材２８が設けられている。

【0040】

受光側受光筒２１２は、概して一端部が竹槍状に尖った円筒形状を有しており、竹槍状に尖った一端側が測定領域Ｚとなる煙道１３内に向けて配置される。また、受光側送光筒２１２は、燃焼排ガスＧ_１のガス流れ方向における上流側である上端２１２ｂ側が下端側を覆うように配置される。このように配置することにより、燃焼排ガスＧ_１に含まれる煤塵の受光側送光筒２１２内への侵入を防ぐことができる。

【0041】

受光側送光筒２１２は、他端側がフランジ３１を介して煙道１３の壁面に固定されている。このフランジ３１には、概略円筒形状のレーザビーム窓３２が接続されている。このレーザビーム窓３２の内部には、レーザビーム窓３２の内部と外部との間のガスの出入りを遮断するシール用光学ガラス３３が配置されている。シール用光学ガラス３３の受光面は、レーザ光の反射を防止するため、レーザ光の光路に対して垂直ではなく斜めに形成されてもよい。

【0042】

レーザビーム窓３２には、シール用光学ガラス３３を挟んで一対の通気孔３４が設けられている。この一対の通気孔３４からパージガスＧ_２が受光側送光筒２１２内に吹き出すことによって、シール用光学ガラス３３への燃焼排ガスＧ_１中の煤塵などの物質の付着を防止できる。また、受光側送光筒２１２内にパージガスＧ_２が充満することで、測定領域Ｚ内から受光側送光筒２１２内への燃焼排ガスＧ_１の流入を防止できる。なお、通気孔３４は、必ずしもシール用光学ガラス３３を挟んで設ける必要はなく、シール用光学ガラス３３に対して測定領域Ｚ側に設ければよい。

【0043】

受光側送光筒２１２の一端部には、測定領域Ｚ内からの受光側送光筒２１２内部への燃焼排ガスＧ_１の侵入を防ぐ透光板２６が配置される。透光板２６は、レーザ光Ｌを透過する透光性を有すると共に、燃焼排ガスＧ_１に対する耐久性を有する部材であれば特に制限はなく、各種ガラス部材などを用いることができる。これらのガラス部材の中でも、表面への傷及び燃焼排ガスＧ_１中の煤塵の付着を防ぐ観点から、サファイアガラスを用いることが好ましい。

【0044】

透光板２６は、支持部材２７を介して受光側送光筒２１２内に固定される。この支持部材２７の測定領域Ｚ側の一端部には、受光側送光筒２１２内から測定領域Ｚ側に向けて流れるパージガスＧ_２を透光板２６の表面に向けて流す整流部材２８が設けられている。

【0045】

図７Ａは、図６のＡ−Ａ線矢視断面図であり、図７Ｂは、図６のＢ−Ｂ線矢視断面図である。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２内に配置される透光板２６は、平面視にて略円形形状を有しており、直径が送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２の内径に対して小さい。また、透光板２６は、支持部材２７によって互いに中心を通過する直交する直線上の外縁部で２箇所ずつ、合計４箇所で送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２内に固定されている。これにより、透光板２６の外縁部と送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２の内壁との間には所定の空間（スリット）Ｓが設けられる。この空間Ｓが送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２内からのパージガスＧ_２の通気孔となる。

【0046】

図８Ａは、送光側送光筒２１１の先端部の部分拡大図であり、図８Ｂは、受光側送光筒２１２の先端部の部分拡大図である。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２の先端部では、透光板２６の測定領域Ｚ側の表面との間で所定の間隔Ｄをとって整流部材２８が配置されている。このように整流部材２８を配置することにより、送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２内から供給されたパージガスＧ_２が、透光板２６と送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２との間の空間Ｓを介して透光板２６を通過し、整流部材２８によって透光板２６の表面に沿って流れる。これにより、透光板２６の測定領域Ｚ側の表面に燃焼排ガスＧ_１中の煤塵が付着した場合であっても、透光板２６の表面に沿って流れるパージガスＧ_２により、透光板２６の表面を清浄に保つことができる。

【0047】

以上説明したように、本実施の形態に係るガス成分測定装置２によれば、送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２に設けた透光板２６により送光側送光筒２１１内及び受光側送光筒２１２内への燃焼排ガスＧ_１中の煤塵の侵入を防ぐことができる。これにより、ガス成分測定装置２は、送光側送光筒２１１内及び受光側送光筒２１２内から測定領域Ｚに向けたパージガスＧ_２の供給量を削減することができるので、計装空気のユーティリティー確保を容易にすることが可能なガス成分測定装置２を実現することが可能となる。

【0048】

なお、上述した実施の形態においては、送光筒２１の送光側送光筒２１１と受光側送光筒２１２とが離間して設けられた例について説明したが、送光筒２１の構成は、この構成に限定されない。送光筒２１は、図９に示すように、送光側送光筒２１１の一端側の上端２１１ａと受光側送光筒２１２の上端２１２ｂとが接触して配置してもよい。このように配置することにより、送光側送光筒２１１の上端２１１ａと受光側送光筒２１２の上端２１２ｂによって燃焼排ガスＧ_１のガス流れ方向の下流側を覆うことができるので、より一層送光側送光筒２１１内及び受光側送光筒２１２内への燃焼排ガスＧ_１中の煤塵の侵入を防ぐことができる。さらに、送光筒２１の構成は、送光側送光筒２１１と受光側送光筒２１２とを一体として設けて所望の部分の送光筒２１のガス流れ方向における下方側を切り欠いて測定領域Ｚを設けた構成としてもよい。

【0049】

また、上述した実施の形態においては、送光筒２１、送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２が筒状部材である例について説明したが、送光筒２１、送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２は筒状部材に限定されず、レーザ光Ｌを送光できるものであれば形状は適宜変更可能である。

【0050】

さらに、上述した実施の形態においては、透光板２６の表面に帯電防止加工を施してもよい。これにより、透光板２６の表面に付着する煤塵の電荷を除去することができるので、より一層透光板２６の表面への煤塵の付着を防止できる。また、透光板２６は、表面が疎水加工を施してもよい。これにより、透光板２６への水分を介した煤塵の付着を防止することができる。

【0051】

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下においては、上述した第１の実施の形態との相違点を中心に説明し、説明の重複を避ける。

【0052】

図１０は、本発明の第２の実施の形態に係るガス成分測定装置２の送光筒２１の断面模式図である。本実施の形態に係るガス成分測定装置２は、上述した第１の実施の形態に係るガス成分測定装置２の構成に加えて、送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２に設けられた集塵極２９を備える。集塵極２９は、透光板２６の表面にコロナ放電を発生させて透光板２６の表面に付着した煤塵を剥離落下させる。その他の構成については、図６に示した送光筒２１と同一のため説明を省略する。

【0053】

本実施の形態においては、集塵極２９は、送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２の先端部における上端２１１ａ，２１２ｂ部の内壁側に設けられる。このように配置することにより、透光板２６に対するガス流れ方向の上流側からコロナ放電させて帯電した煤塵を効率良く捕集することができるので、透光板２６の表面に付着した煤塵を効率良く剥離落下させることが可能となる。その他の構成については、上述した第１の実施の形態に係るガス成分測定装置１と同様であるため説明を省略する。

【0054】

なお、集塵極２９は、送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２の先端部における上端２１１ａ，２１２ｂ部の内壁に設ける必要はなく、例えば、透光板２６よりレーザビーム窓３２側の送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２内に配置してもよい。

【0055】

このように、本実施の形態によれば、集塵極２９から放出された電子によってイオンを発生させて透光板２６の表面の静電気を中和させることができるので、より一層効率良く透光板２６の表面への煤塵の付着を防ぐことが可能となる。

【0056】

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、以下においては、上述した第１の実施の形態との相違点を中心に説明し、説明の重複を避ける。

【0057】

図１１Ａは、本発明の第３の実施の形態に係る送光側送光筒２１１の先端部の部分拡大図であり、図１１Ｂは、本発明の第３の実施の形態に係る受光側送光筒２１２の先端部の部分拡大図である。図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、本実施の形態に係るガス成分測定装置２は、上述した第１の実施の形態に係る送光筒２１の構成に加えて、透光板２６の測定領域Ｚ側の表面に設けられた光触媒層３０と、送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２の先端部における上端２１１ａ，２１２ｂ部に配置された紫外光照射部４１とを備える。その他の構成については、図８Ａ及び図８Ｂに示した送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２と同一のため説明を省略する。

【0058】

光触媒層３０は、酸化チタン（ＴｉＯ_２）などの光触媒を含有する。紫外光照射部４１は、透光板２６に向けて紫外線を照射する。また、紫外光照射部４１は、発光部２４がガス成分分析用のレーザ光Ｌを発光していないときに透光板２６に向けて紫外線の照射を開始し、発光ユニット２４がガス成分分析用のレーザ光Ｌを発光するときには、透光板２６に向けた紫外線の照射を停止する。これにより、光触媒層３０に含まれる光触媒による酸化還元反応により透光板２６に対する煤塵の付着を防ぐことができると共に、透光板２６に煤塵が付着した場合であっても、透光板２６に付着した炭化水素成分などの煤塵を効率良く除去することができる。

【0059】

このように、本実施の形態によれば、透光板２６の表面に付着した燃焼排ガスＧ_１中に含まれる煤塵を、光触媒を介した酸化還元反応によって分解して除去することが可能となる。

【0060】

（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、以下においては、上述した第１の実施の形態との相違点を中心に説明し、説明の重複を避ける。

【0061】

図１２は、本発明の第４の実施の形態に係るガス成分測定装置２の送光筒２１の断面模式図である。図１２に示すように、本実施の形態に係るガス成分測定装置２は、送光側送光筒２１１及び受光側送光筒２１２のそれぞれの通気孔３４に外気Ｇ_３を供給する外気供給ラインＬ_１を備える。この外気供給ラインＬ_１には、外気供給ラインＬ_１を流れる外気Ｇ_３に含まれる水分、ミスト、塩、粉塵、煤塵を除塵するフィルタ４２と、外気供給ラインＬ_１を流れる外気Ｇ_３の流量を調整する流量調整弁Ｖとが設けられている。フィルタ４２としては、外気Ｇ_３中の粉塵を除去できるものであれば特に制限はなく、例えば、ＨＥＰＡフィルタなどを用いることができる。その他の構成については、図６に示した送光筒２１と同一のため説明を省略する。

【0062】

ボイラ装置１においては、脱硝装置１５は、後段に設けられた空気予熱器１６の出口に設けられた吸込通風機（ＩＤＦ：Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ）により煙道１３の内部が負圧（例えば、０．１ｋＰａ〜０．２ｋＰａ）となる。そこで、本実施の形態においては、通気孔３４に外気供給ラインＬ_１を接続して外部から空気を供給することにより、パージガスＧ_２を用いることなく通気孔３４から導入される外気Ｇ_３によって透光板２６への粉塵の付着を防ぐことが可能となる。なお、本実施の形態においては、外気に加えてオゾンを供給してもよい。また、透光板２６は、必ずしも設ける必要はない。

【0063】

このように、本実施の形態によれば、送光側送光筒２１１内及び受光側送光筒２１２内に外気Ｇ_３を供給して送光側送光筒２１１内及び受光側送光筒２１２内への燃焼排ガスＧ_１の侵入を防ぐことができるので、パージガスＧ_２の供給量を削減することが可能となり、計装空気そのものの確保が困難な場合であってもガス成分を分析することが可能となる。

【符号の説明】

【0064】

１ ボイラ装置
１１ ボイラ
１２ 煙突
１３ 煙道
１４ アンモニア注入装置
１５ 脱硝装置
１５１ 脱硝触媒
１６ 空気予熱器
２ ガス成分測定装置
２０ 制御装置
２１ 送光筒（送光部材）
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ プローブ
２１１ 送光側送光筒（送光側送光部材）
２１２ 受光側送光筒（受光側送光部材）
２２ レーザ発光部
２３ レーザ受光部
２４ 送光ユニット
２４１ 送光反射部
２５ 受光ユニット
２５１ 受光反射部
２６ 透光板
２７ 支持部材
２８ 整流部材
２９ 集塵極
３０ 光触媒層
３１ フランジ
３２ レーザービーム窓
３３ シール用光学ガラス
３４ 通気孔
Ｇ_１ 燃焼排ガス（排ガス）
Ｇ_２ パージガス
Ｇ_３ 外気
Ｌ レーザ光
Ｌ_１ 外気供給ライン
Ｓ 空間（通気孔）
Ｖ 流量調整弁
Ｚ 測定領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12】