JP2006153815A

JP2006153815A - ガス成分・濃度測定方法及び装置

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Publication number: JP2006153815A
Application number: JP2004348748A
Authority: JP
Inventors: Gyokushu Shu; 玉秀朱; Shuji Yamada; 秀志山田; Shigeru Hayashi; 茂林
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Current assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2006-06-15
Anticipated expiration: 2024-12-01
Also published as: JP4214526B2

Abstract

【課題】本発明が解決しようとする課題は、稼働中の動力機の高温排気ガスを熱損失に伴う成分変化のおそれのあるサンプル測定では無く、リアルタイム測定が可能で、濃度分布のある排気であっても偏ることなく、微量成分でも高精度かつ迅速的に測定できる分析装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のガス成分濃度分析方法は、ガス通過可能に両端が解放している円筒状ガス流路体の環状内周壁面に沿って真円形状の反射鏡を配置し、前記環状内周壁外方から前記円筒状ガス流路を横切る角度θからビーム光を入射させて前記反射鏡で反射させ、該ビーム光を反射光路が円筒状ガス流路体内で互いに交差すると共に、異なる位置でＮ回反射させた後、該反射光を光センサーで受光することにより、前記環状ガス流路体内を流れるガス成分濃度を測定することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービン、エンジンの排気ジェット、工業煙突、焼却炉の排気口の高温または常温排気流れ場に存在するガスの成分濃度を高精度に測定する成分濃度測定方法及び装置に関する。

窒素酸化物ＮＯxは、オゾン生成の前躯体として働く上、酸性雨をもたらす硝酸の原料物質でもあり、特にガスタービンやエンジンの燃焼後排出ガス中に含まれる微量ＮＯxは、大気汚染の原因物質として大気汚染防止法によって規制の対象物質とされている。この窒素酸化物の濃度を検出する方法としては、発色試薬溶液を用いある波長における発色を吸光光度法によって測定して窒素酸化物ＮＯの濃度を算出する方法や、ＮＯとオゾンとの化学反応により生成された励起状態の二酸化窒素が、基底状態に戻るときに発光する強度を測定することによってＮＯ濃度を求める自動計測法化学発光法、赤外線や紫外線を光源とし窒素酸化物の吸収特性を利用して濃度を測定する光吸収法が知られている。しかし、これらの排気ガス検査は、稼働状態の排気路に直接装置を取り付けた実地試験がなされることはまずない。殆どの場合、一定量の排気をサンプルとして採取したサンプリング法での計測しか行われていない。従来のサンプリングによる光吸収法ではサンプリングプローブを通して排気ガスを排気ダクトから採取し、測定試料セルに導き、赤外吸収法や光散乱法、ベータ線吸収法などの手法で、その減衰量を検知することによって排気ガス中に含まれるＮＯx等成分の濃度を決めている。このような計測では、排気ガス温度が高いため、殆どの場合サンプリングプローブの冷却が必要となり、冷却しながら排気ガスを採取し、配管を通して測定試料セルに導くことになる。このような採取したガスはサンプリングプローブの冷却、配送する間に、熱損失に伴って排気ガスの凝縮、凝集、またはガス成分構成の変化を起こすという重大な問題がある。特にＮＯの場合、温度の変化によってＮＯ_２成分に変わる可能性が非常に大きい。この様に排気ガス成分の物理学的／化学的変化が生じ、このサンプリングプローブ法では実際の稼働時の排気成分を正確に測定することがなかなか困難である。

そのような事情の中で、試料ガスのサンプリングや前処理を必要とせず、共存ガスの干渉を受けずに、試料ガス中の窒素酸化物濃度を迅速に測定することが可能な窒素酸化物濃度測定装置を提供することを目的とした特許文献１が提示されている。この装置は図６に示すように光源からの光がビームスプリッタと可動鏡と固定鏡とから構成されているマイケルソン干渉計に入射され、該マイケルソン干渉計から出射した光が、鏡を介して、吸収セルに入射されている。この吸収セル内には圧力計によって所定圧力で試料ガスが導入され、真空ポンプによって排気が行われる。吸収セル内を透過した光が、光強度を検出する光検出器に入射され、検出された信号が演算器に入力されている。該演算器は、マイケルソン干渉計内の可動鏡の位置を逐次変えたときに得られる干渉パターンの変動成分（インタフェログラム）に、フーリエ変換を施すことによって強度スペクトルを得る。そして、強度スペクトルから吸収スペクトルを求め、特定の窒素酸化物による吸収波長の吸収から窒素酸化物濃度を求める。特許文献１に提示のものは排気ガスを吸収セルに導入して測定するものであり、サンプリングや前処理を必要とせず、且つ測定時間が短いので連続して窒素酸化物濃度を測定することができる効果を奏すると記載されているが、提示されている装置はサンプルガスを吸収セル内に導入して測定するものであり、サンプリング測定を行うものに他ならない。また、測定感度を確保するためには相当長さのセルを必要とするものである。

また、この種の光吸収型の分析装置において長光路長を必要とし時系列で光強度を測定するガス分析装置の光学系として、長いボックスの試料室を必要としない小型のもので、光ビームの大きさが集束された光学系を提供することを目的とした特許文献２が提示されている。この分析装置は図５に示されるように、光源からの光は、ガス相関フィルタとチョッパーを透過しレンズで集束されて、試料ガスセル内に設けられた閉軌道光学系の窓に導入される。導入された光は内部の反射鏡１Ｒ、反射鏡２Ｒ、反射鏡３Ｒ、反射鏡４Ｒ、反射鏡５Ｒの順で反射を繰り返し、反射鏡の窓で一部透過してセンサに検出される。残りの光は反射されて、また反射鏡から順に反射を繰り返し前記と同じ作用を行ない、時系列で光の検出が行なわれる。内部の各反射鏡１Ｒ、２Ｒ、３Ｒ、４Ｒ、５Ｒ、６Ｒは集束作用を有し、ビームサイズも初めと変わることなく、定量的な測定が可能となる。この装置は測定すべきガス試料を介在させる試料セルボックス内に、円周上に配置した複数個の集束作用を有する反射鏡が設けられ、外部から窓を通して内部に測定光が導入され、複数回反射してｎ周する光学系の長光路を通過して、時系列で光の強度を測定することができるため、外形をコンパクトな形状にし、小型化することができる。しかし、この装置も基本的に試料ガスセル内にサンプリングガスを導入して測定するものであり、この光路はセルボックス内の中央部分を通らず、円周壁近辺だけを経由するため、セル内にガス分布があるようなときは局部情報だけを検出してしまうという重大な欠陥があった。
特開平１０−１４２１４７号公報「窒素酸化物濃度測定装置」平成１０年５月２９日公開特開２００１−１８８０３７号公報「ガス分析装置」平成１３年７月１０日公開

本発明が解決しようとする課題は、動力機をはじめとした実稼動中の装置の高温排気ガスを熱損失に伴う成分変化のおそれのあるサンプル測定では無く、リアルタイム測定が可能で、濃度分布のある排気であっても偏ることなく、微量成分でも高精度かつ迅速的に測定できる分析装置を提供することを目的とする。

本発明のガス成分濃度分析方法は、ガス通過可能に両端が解放している筒状ガス流路体の内周壁面に反射鏡を備え、前記内周壁外方から前記筒状ガス流路を横切る角度(θ)からビーム光を入射させて、該ビーム光の光路が筒状ガス流路断面内を偏りなく経由するように前記反射鏡で複数(Ｎ)回反射させた後、該反射光を光センサーで受光することにより、前記筒状ガス流路体内を流れるガス成分濃度を測定することを特徴とする。なお、偏りなく経由するとは筒状ガス流路内を全域にわたり経由させることで、ガス濃度に分布が存在する際にも平均濃度が検出できるようにするためである。
また、本発明のガス成分濃度分析方法は、前記反射鏡の面に沿って測定に影響のないガスを噴出させてエアカーテンを形成させることにより、測定対象ガス流による前記反射鏡の反射率低下を防止するようにしたことを特徴とする。

本発明のガス成分濃度分析装置は、光源と光透過部と光センサーと信号処理手段とを備え、前記光透過部は両端が解放された筒形状であって内周壁面には反射鏡が配置されると共に、前記内周壁にはビーム光入射窓とビーム光出射窓が配置され、前記光源はビーム光を前記入射窓に入射し、前記光センサーは前記出射窓からの透過ビーム光を受光する位置に配置されており、前記光透過部を横切るように角度θで入射されたビーム光は、該ビーム光の光路が前記光透過部断面内を偏りなく経由するように前記反射鏡で複数(Ｎ)回反射させた後、前記出射窓から透過光ビームを出射させ前記光センサーで受光することにより、前記光透過部内を流れるガス成分濃度を測定することを特徴とする。
また、本発明のガス成分濃度分析装置は、前記光透過部は円筒形状、前記反射鏡は真円形状であって、前記ビーム光入射角θを前記光透過部の円筒壁の法線方向に対して±４５°以内(但し、０°は除く)とする構成を採用した。
また、本発明のガス成分濃度分析装置では、ビーム光の集束機能を持たせるため、前記真円形状の反射鏡は軸方向に凹面形状とした。なお、この凹面形状は軸方向全体でなく光路反射面となる部分的構造であってもよい。また、前記出射窓から出射した透過光ビームは放物面鏡又は凹面鏡を介して前記光センサーで受光するようにした。
更に本発明のガス成分濃度分析装置は、前記環状内周壁のビーム光入射窓とビーム光出射窓が前記円筒壁の複数の異なる軸方向、又は異なる周面位置に配置され、それぞれ異なる波長のビーム光を入射させるようにした。
また、本発明のガス成分濃度分析装置は、前記ビーム光には異なる波長のビーム光が含まれたものを用い、前記光センサーの出力は周波数分離手段を介して異なる波長ごとに分離して、前記円筒状ガス流路体を流れるガスに含まれる複数の成分濃度を同時に測定可能にした。
また、前記反射鏡端部近傍の前記内周壁には環状のガス吹き出しスリットが配置され、測定に影響のないガスを噴出させてエアカーテンを形成させる機能を備えるようにした。
また、前記光透過部をエンジンの排気ノズルに配置して、該排気ノズルを通過する排気ガス中の成分濃度を測定したり、前記光透過部を煙突または焼却炉の排気口に配置して、該煙突または焼却炉の排気口からの排煙成分濃度を測定する。

本発明のガス成分濃度分析方法は、ガス通過可能に両端が解放している筒状ガス流路体の内周壁面に反射鏡を備え、前記内周壁外方から前記筒状ガス流路を横切る角度(θ)からビーム光を入射させて、該ビーム光の光路が筒状ガス流路断面内を偏りなく経由するように前記反射鏡で複数(Ｎ)回反射させることにより、狭い試料ガス空間にもかかわらず長い透過光路長を得ることが出来るものであるから、稼働する動力機等の装置排気路への直接設置が可能であり、高温排気ガスをサンプル採取することが無く、熱損失に伴うガスの凝縮や成分変化のない稼働状態におけるリアルタイム測定が可能で、しかも濃度分布のある排気であっても偏ることなく、微量成分でも高精度かつ迅速的に測定できる。
また、前記反射鏡の面に沿って測定に影響のないガスを噴出させてエアカーテンを形成させる機能を備えた本発明のガス成分濃度分析方法は、測定対象ガス流に含まれる汚染物質の付着を防止し、検出感度に悪影響を及ぼす前記反射鏡の反射率低下を効果的に防止することができる。このことにより、分解掃除のメンテナンス負担が軽減され、長期連続測定を可能にする。

本発明のガス成分濃度分析装置は、光源と光透過部と光センサーと信号処理手段とを備え、前記光透過部は両端が解放された筒形状であって内周壁面には反射鏡が配置されると共に、前記筒状内周壁にはビーム光入射窓とビーム光出射窓が配置され、前記光源はビーム光を前記入射窓に入射し、前記光センサーは前記出射窓からの透過ビーム光を受光する位置に配置されたものであるから、被測定ガスの流体抵抗となることも流れの状態を乱すこともなく、筒形状をエンジンの排気ノズルや煙突または焼却炉の排気口に直接接続して稼働状態でのリアルタイム測定が可能である。
さらに、前記光透過部が円筒形状、前記反射鏡が真円形状としたものは、鏡面が真円形状であるから光路決定のための鏡の位置合わせを必要としない。
また、ガス通過可能に両端が解放している筒状ガス流路体の内周壁面に反射鏡を備え、前記内周壁外方から前記筒状ガス流路を横切る角度(θ)からビーム光を入射させて、該ビーム光の光路が筒状ガス流路断面内を偏りなく経由するように前記反射鏡で複数(Ｎ)回反射させることにより、流路内でガスの分布があっても精度の良い測定ができる。また、前記ビーム光入射角θを前記光透過部の円筒壁の法線方向に対して±４５°以内(但し、０°は除く)とすることにより、コンパクトな装置でありながら長い透過光路長を確保して検出感度を高めることが出来る。そして、その入射角θを設計変更することにより、光路長を適当な長さに調整することが出来る。

また、本発明のガス成分濃度分析装置において、前記真円形状の反射鏡は軸方向に凹面形状とすることにより、ビーム光の集束機能を持たせるようにした。また、前記出射窓から出射した透過光ビームが放物面鏡又は凹面鏡を介して前記光センサーで受光する構成を採用することにより、ビーム光の集束機能と共に、排気ガスの温度変動に起因するビーム光の位置揺れ現象に対しても光センサーの安定受光を確保することが出来る。
また、本発明のガス成分濃度分析装置は、前記環状内周壁のビーム光入射窓とビーム光出射窓が前記円筒壁の複数の異なる軸方向位置又は周面位置に配置され、それぞれ異なる波長のビーム光を入射させる構成を採用することにより、前記円筒状ガス流路体を流れるガスに含まれる複数の成分濃度を同時に測定することができる。
また、前記ビーム光には異なる波長のビーム光が含まれたものを用い、前記光センサーの出力は周波数分離手段を介して異なる波長ごとに分離して、前記円筒状ガス流路体を流れるガスに含まれる複数の成分濃度を同時に測定可能にした本発明のガス成分濃度分析装置は、１つの光ビーム経路を形成させる単純な構成で複数の成分濃度を同時に測定できる効果を奏する。

本発明に係るガス成分濃度分析装置は図１のＡに示すようにガス流路の一部に配置され、測定対象ガスの吸収スペクトルを利用するものであるから、その基本構成として図１のＢに示すように光源１と被検査ガス雰囲気の光透過部２と光センサー３と信号処理手段４とが必要である。そしてその光源１に用いる光は測定対象ガスの吸収波長帯域を含んだものを用いる必要があり、測定対象ガスがガスタービンやエンジンの燃焼後排出ガス中に含まれる微量ＮＯxを想定した本発明では、窒素酸化物ＮＯを測定対象ガスとして波長1.8μｍ近傍を含む赤外線が用いられる。光透過部２は円筒形状に形成され、ガス通過可能に両端が解放されており、ガスタービンやエンジンの排気路に直接接続することが可能でその場合には環状ガス流路体の一部を構成することになる。円筒形状の光透過部２はその壁内周面に沿って軸を中心とした真円環状の反射鏡５を配置し、円筒状の壁には前記反射鏡５を貫通してビーム光入射窓２ａとビーム光出射窓２ｂが配置される。測定対象ガスの吸収スペクトルに応じた波長の光線は図中６で示される制御・信号処理部内に設置された光源１より発光され、光ファイバー８を介して光透過部２の入射窓２ａに導かれる。この光ファイバー８の端部には、光を平行光線にするコリメーターとビーム状に集束させる集束レンズから成る光学素子９が配置される。入射窓２ａを通して光透過部２内に入射されたビーム光７は該光透過部２内を横切り、前記反射鏡５で反射され、またこの光透過部２内を横切って前記反射鏡５で反射されるという動作を繰り返す。該ビーム光７が少なくとも３回目の反射では入射ビームと交差するような深い角度で入射させるようにする。それは、中央部分を含む光透過部２の内部を万遍なくビーム光７が透過するための条件である。Ｎ回反射させた後、該ビーム光７を前記光透過部２の出射窓２ｂから射出させ、放物面鏡或いは平面鏡などの光学素子１０を介して光センサー３で受光する。光センサー３の検出信号は信号ケーブル１１によって制御・信号処理部６に送られ、吸収スペクトルが解析されることにより、ガス成分濃度を測定する。

また、本発明の測定対象ガス中には汚れ成分が含まれており、その付着によって反射鏡５の反射率を低下させるという現象を伴う。この反射率低下はＮ回の反射を繰り返す本発明においてその影響は大きい。汚れた鏡面は分解して付着物の拭き取りをしなければならないが、そのメンテナンスは厄介で負担が多い。そこで本発明では反射鏡への汚れ成分付着が検出感度を悪化させることに鑑み、汚れ成分の付着を防ぐために反射鏡５の面に沿って空気の薄膜、即ち、エアカーテンを形成させるべく測定に影響を及ぼさないガスを噴出させる方法を提示する。

上記の説明では円筒形状の光透過部２は円筒形状で、その壁内周面に沿って軸を中心とした真円環状の反射鏡５を配置した構造として説明したが、被測定ガスの通路は断面が円形である必要はなく、方形のものであっても良い。その場合、本測定装置は図２に示すように反射鏡５も壁内周面に沿って軸を中心とした方形筒状として形成すると良い。光透過部２となるガス流路の内周壁には先の例と同様にビーム光入射窓2aとビーム光出射窓2bが配置される。図２のＡに示すように、対向する内壁面に反射鏡５を配置して光入射窓2aから入射されたビーム光７がジグザグとＮ回反射を繰り返し、流路断面を偏りなく経由して光出射窓2bから出射する光路をとるようにするとよい。また、図２のＢに示すように、四方の内壁面に反射鏡５を配置して光入射窓2aから入射されたビーム光７が対向する反射鏡５間でジグザグとＮ回反射を繰り返し、更に反射鏡Ｍで隣接壁面の反射鏡５へビーム光７を偏向させ、対向する反射鏡５間でジグザグとＮ回反射を繰り返し、流路を偏りなく経由して光出射窓2bから出射する光路をとるようにするとよい。この構成により更に長い光路長を採ることができる。
なお、本発明のガス分析装置はガス流路に取り付ける形態や、ガス通路の途中に間挿する形態或いは排気口に配置する形態を採ることができる。また、反射鏡５は上述の例のようにガス流路の壁面に配置する他、ガス通路の内周壁面そのものを鏡面としても良い。

次ぎに、本発明を具体化した１実施例を示す。ガス通過可能に両端が解放している円筒形状の光透過部２の壁内周面に沿って直径Ｄがφ300ｍｍの反射鏡５を配置する。この反射鏡５はビーム光７の光束が広がらないように軸方向に凹面となるように形成されると共に、軸方向に位置を変えて２系統のビーム光７反射平面を形成する。図３のＩに示されるように光透過部２の軸方向の異なる位置に入射窓2a_１,2a_２と出射窓2b_１,2b_２が設けられている。２つの入射窓からは異なる測定対象ガス用に異なる波長の光が入射される。解放された両端部は測定すべき装置の排気路に接続される。光源１にはＤＦＢレーザ（又は、ＦＢレーザ）を用い、測定対象ガス（この場合ＮＯとＮＯ_２）の吸収スペクトルに応じた波長1.8μｍと676ｎｍを中心とした光を発光させるべく制御・信号処理部６内に備えられた発振機によって発振制御する。光ファイバー８、コリメーターと集束レンズを含む光学素子９を通してビーム光７を前記光透過部２の入射窓2a_１,2a_２から深い入射角度θ(この実施例では3.50°)で該ガス流路の一部となる光透過部２を横切るように入射させて、前記反射鏡５で反射させ、該ビーム光７の反射光路が前記光透過部２内で互いに交差し、且つ異なる位置で反射するようにＮ回（この実施例では135回）反射させた後、該反射ビーム光７を前記光透過部２の出射窓2b_１,2b_２からから射出し、放物面鏡１０で反射させて光センサー３で受光する。ここで光学素子として放物面鏡１０を採用した理由はビーム光７が光透過部２をＮ回反射して横切る中で、試験ガスの揺らぎの影響を受け出射ビームの位置が振れるという現象が生じ、その現象にも関わらず、光センサー３で安定して受光するために有効であるためである。なお、この放物面鏡は凹面鏡に換えてもそれなりの効果を実現できる。上記２系統の反射経路を経由した波長1.8μｍと676ｎｍのビーム光７はそれぞれの光センサー３で受光され、その受光信号は信号ケーブル１１を介して信号処理手段４に送られ、解析されることにより、前記測定すべき装置の排気路内を流れるＮＯガスとＮＯ_２ガスなど異なるガスの成分・濃度を測定する。光透過部２内の吸収パスの長さはＮＤCOS(θ)で算出されるところ、この実施例では反射鏡面直径Ｄが300ｍｍ，入射角度θが3.50°であるので、反射回数Ｎは135回となり、吸収パス長さは40.5ｍとなる。本実施例では直径わずか300ｍｍの光透過部で40ｍを越える透過光路が得られたことになる。

この例では光透過部２の軸方向の異なる位置に入射窓2a_１,2a_２と出射窓2b_１,2b_２が設けられる構成をとったが、光透過部２の軸方向には同じ位置で、周面方向に異なる位置に入射窓2a_１,2a_２と出射窓2b_１,2b_２が設けるようにしても良い。
また、異なるガスを同時に濃度測定する他の手法として図４に示す形態を採ることができる。これは、ブロードバンドの光源１によってビーム光７には異なる波長のビーム光が含まれたものを用い、周波数多重化された形態のビーム光７が入射窓2aから光透過部２に入射され、該光透過部２内を反復反射して経由する過程で吸収特性に対応した波長の光成分がそれぞれのガスの吸収を受け、出射窓2bを経て出射されたビーム光７は受光センサー３に受光され、該受光センサー３の出力は周波数分離手段16に送られる。この周波数分離手段16において異なる波長ごとに検出信号を分離して、信号処理手段４に出力する。筒状ガス流路体を流れるガスに含まれる複数の成分濃度をそれぞれの波長成分ごとに測定することもできる。この形態の利点は光透過部２を経由する光路を１つで賄うことができるため、周波数分離手段16を備えるだけで、光源１，光ファイバー５，光学素子８，入射窓2a，出射窓2b，受光センサー３を対象ガス毎に備える必要が無く１つ備えれば足り、構造を単純にすることが出来る利点がある。

この実施例は汚れ成分の付着を防ぐために反射鏡５の面に沿って空気の薄膜、即ち、エアカーテンを形成させるべく空気を噴出させる機構を備えるものとした。その機構は図３のＩに全体構成を、図３のIIに図３のＩの破線円内Ｂ部分の拡大図で示すように円筒状の光透過部の一端にガス導入路１２とガス室１３及びスリット部１４を備えた環状部材１５を嵌合し、該環状のスリット部１４から反射鏡５の面に沿ってガスを噴射させる。これによって反射鏡５の面に沿ってガスの薄い層が形成され、被検査ガスが直接鏡面に触れることを回避するようにしている。なお、噴射させるガスは吸収スペクトルが試験対象ガスのそれとは異なるものを用い、検出ノイズとならないようにする。なお、ビーム光７を集束させるように光透過部２に内の反射鏡５を軸方向に凸形状にする場合、エアーカーテンを乱さないようにするため鏡面の高さは環状スリット部１４の径より出ないように設計するとよい。

以上の説明では本発明は、ガスタービン、エンジンの排気ジェット、工業煙突、焼却炉の排気口の高温または常温排気流れ場に存在するガスの成分濃度を高精度に測定する成分濃度測定方法及び装置に関するものとしてきたが、本発明はこれに限らず、大気ガス成分測定にもそのまま適用できるし、解放した両端部を閉塞して光透過部をセル形態としてサンプル試験用に応用することも出来ることは当業者にはご理解いただけるであろう。

ガス流路断面が円形のものに設置された本発明の測定装置を示す図である。ガス流路断面が方形のものに設置された本発明の測定装置を示す図である。Ｉは図１におけるＡ−Ａ部断面図であり、IIはＩの破線部分Ｂの拡大図である。本発明の信号多重形態を説明するブロック図である。従来のガス分析装置における透過光路を長くする構成を説明する図である。従来の窒素酸化物濃度測定装置の構成を説明する図である。

符号の説明

１光源２光透過部
2a 入射窓 2b 出射窓
３受光センサー４信号処理手段
５反射鏡６制御・信号処理部
７ビーム光８光ファイバー
９光学素子（コリメーター） 10 光学素子（反射鏡）
11 信号ケーブル 12 ガス導入路
13 ガス室 14 スリット部
15 環状部材 16 周波数分離手段
Ｍ偏向反射鏡

Claims

ガス通過可能に両端が解放している筒状ガス流路体の内周壁面に反射鏡を備え、前記内周壁外方から前記筒状ガス流路を横切る角度(θ)からビーム光を入射させて、該ビーム光の光路が筒状ガス流路断面内を偏りなく経由するように前記反射鏡で複数(Ｎ)回反射させた後、該反射光を光センサーで受光することにより、前記筒状ガス流路体内を流れるガス成分濃度を測定することを特徴とするガス成分濃度分析方法。
前記反射鏡の面に沿って測定に影響のないガスを噴出させてエアカーテンを形成させることにより、測定対象ガス流による前記反射鏡の反射率低下を防止するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のガス成分濃度分析方法。
光源と光透過部と光センサーと信号処理手段とを備え、前記光透過部は両端が解放された筒形状であって内周壁面には反射鏡が配置されると共に、前記内周壁にはビーム光入射窓とビーム光出射窓が配置され、前記光源はビーム光を前記入射窓に入射し、前記光センサーは前記出射窓からの透過ビーム光を受光する位置に配置されたものであって、前記光透過部を横切るように角度θで入射されたビーム光は、該ビーム光の光路が前記光透過部断面内を偏りなく経由するように前記反射鏡で複数(Ｎ)回反射させた後、前記出射窓から透過光ビームを出射させ前記光センサーで受光することにより、前記光透過部内を流れるガス成分濃度を測定することを特徴とするガス成分濃度分析装置。
前記光透過部は円筒形状、前記反射鏡は真円形状であって、前記ビーム光入射角θを前記光透過部の円筒壁の法線方向に対して±４５°以内(但し、０°は除く）とする請求項３に記載のガス成分濃度分析装置。
前記真円形状の反射鏡は軸方向に凹面形状を備えるものとし、ビーム光の集束機能を持たせたことを特徴とする請求項４に記載のガス成分濃度分析装置。
前記出射窓から出射した透過光ビームは放物面鏡又は凹面鏡を介して前記光センサーで受光するようにした請求項３乃至５のいずれかに記載のガス成分濃度分析装置。
前記筒状内周壁のビーム光入射窓とビーム光出射窓が前記内周壁の複数の異なる軸方向、又は異なる周面位置に配置され、それぞれ異なる波長のビーム光を入射させて、前記円筒状ガス流路体を流れるガスに含まれる複数の成分濃度を同時に測定可能にしたことを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載のガス成分濃度分析装置。
前記ビーム光には異なる波長のビーム光が含まれたものを用い、前記光センサーの出力は周波数分離手段を介して異なる波長ごとに分離して、前記円筒状ガス流路体を流れるガスに含まれる複数の成分濃度を同時に測定可能にしたことを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載のガス成分濃度分析装置。
前記反射鏡端部近傍の前記内周壁にはガス吹き出しスリットが配置され、測定に影響のないガスを噴出させて鏡面前にエアカーテンを形成させる機能を備えたことを特徴とする請求項３乃至８のいずれかに記載のガス成分濃度分析装置。
前記光透過部がエンジンの排気ノズルに配置されたものであり、該排気ノズルを通過する排気ガス中の成分濃度を測定する請求項３乃至９のいずれかに記載のガス成分濃度分析装置。
前記光透過部が煙突または焼却炉の排気口に配置されたものであり、該煙突または焼却炉の排気口からの排煙成分濃度を測定する請求項３乃至９のいずれかに記載のガス成分濃度分析装置。