JP3281876B2 - ダイオキシン類分析装置及び燃焼制御システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば都市ゴミ焼
却炉，産業廃棄物焼却炉，汚泥焼却炉等の各種焼却炉、
熱分解炉、溶融炉等から排出される排ガス中のダイオキ
シン類を時間遅れなくリアルタイムで直接分析するダイ
オキシン類分析装置及び該分析装置の分析結果を基にし
て炉内の燃焼を制御する燃焼制御システムに関する。

【０００２】

【背景技術】ダイオキシンは微量で高い毒性を有してお
り、高感度の分析法の開発が望まれている。そこで、高
感度分析が可能であるレーザ分析法の適用が考えられ、
近年超音速ジェット法と共鳴増感多光子イオン化法とを
組み合わせることにより、ダイオキシン類の一種である
塩素置換体のスペクトルを測定することが可能であると
の提案がなされている（C.Weickhardt,R.Zimmermann,U.
Bosel,E.W.Schlag,Papid Commun,Mass Spectron,7,198
(1993))。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た提案では、気体試料を真空中にジェット噴出させ、瞬
時に絶対零度近傍まで冷却することで、スペクトルを単
純にする気体の分析方法であるが、ダイオキシン及びそ
の誘導体（以下「ダイオキシン類」という。）の検出限
界はｐｐｂ程度としており、実際のダイオキシン分析を
行うには５〜６桁の濃縮が必要となり、検出に時間及び
手間がかかるという問題がある。

【０００４】また、旧来の手作業による分析では、分析
結果がでるまでには、１乃至２ヵ月を要し、日々の焼却
炉のダイオキシン類の発生を測定し、随時燃焼制御をす
ることで常に適正な規制値を満たす運転をすることが困
難である。

【０００５】さらに、上述したダイオキシン類の分析方
法は選択的なイオン化のためにパルス幅がナノ秒（１０
^-9秒）程度のレーザ光を用いたものが提案されている
が、塩素原子の数が多くなるについれて、いわゆる重原
子効果により、三重項系へ系間交差が起こり励起寿命が
短くなる結果、イオン信号が観察されないという問題が
ある。

【０００６】また、レーザ光をサンプル分子に照射し、
選択的にイオン化させることでサンプル分子を検出する
方法が先に提案されている（特開平８−２２２１８１号
公報参照）が、サンプル分子を選択的にイオン化させる
場合には、目的とするサンプル以外は検出することがで
きず、排ガス中の現在のダイオキシン類の同族体のリア
ルタイル分析を行うことはできないという問題がある。
また、選択的イオン化の場合には検出感度良好なナノ秒
のレーザ光を利用しているが、上述したように、ダイオ
キシン類のリアルタイム分析は不可能である。すなわ
ち、当該提案では特定の一の異性体しか測定できないの
で、他の物質を測定するときには、波長掃引を行う必要
があり、この波長掃引を行って測定する場合には、その
度に波長を可変させる調整が必要となり、この調整に時
間を要する結果、排ガス中のリアルタイムのダイオキシ
ン類の同族体の分析ができないという問題がある。ま
た、当該提案では選択イオン化は波長が数ｐｍ（ピコメ
ートル）のズレの変化で検出ピークが発現しないので、
常に波長の校正が必要となり、実装業している焼却炉に
隣接してダイオキシン類の検出を行う場合には、振動等
を防止するために大がかりな耐震手段が必要となると共
に、波長校正の度にダイオキシン類の計測が中断される
という問題がある。

【０００７】一方、従来においてＣＯ濃度を測定するこ
とにより、ダイオキシン類の濃度を推定し、焼却炉等の
燃焼制御することが提案されているが、ＣＯ濃度が１０
０ｐｐｍと高い場合には、ＣＯ濃度とダイオキシン類濃
度との相関関係があることは確認されている。しかしな
がら、図１４に示すように、ＣＯ濃度が５０ｐｐｍ以下
の低い濃度の領域になると、ダイオキシン類濃度とＣＯ
濃度とに濃度相関がなくなり、ＣＯ濃度の測定のみで
は、ダイオキシン類の発生を防止した有効な燃焼制御が
できないという問題がある。特に、近年においては低Ｃ
Ｏ濃度の燃焼制御が確立した結果、ダイオキシン類を直
接測定した瞬時の計測により、ダイオキシン類の発生を
適格に防止することが要望されている。

【０００８】さらに、従来よりダイオキシン類との濃度
相関があるとされているクロロベンゼン（ＣＢ）やジク
ロロベンゼン（ＤＣＢ）等のダイオキシン類の分解生成
物であるダイオキシン類前駆体を測定する場合では、ダ
イオキシン類を直接測定するものではないので、焼却炉
内状態を適格に判定することができず、排ガス中におけ
るリアルタイム分析が要望され、その結果を燃焼制御に
利用することが要望されている。すなわち、ダイオキシ
ン類の分解生成物が減少したことがダイオキシン類の発
生が抑制された結果生じたのか、ダイオキシン類は未だ
発生しているがダイオキシン類の分解が抑制された結果
なのかの判定が不可能であった。また、ダイオキシン類
の濃度相関物質を測定する場合には、上述したように、
選択イオン化では特定の一種類の物質を測定しているの
で、レーザ光の光軸のズレやサンプリング配管の目詰ま
り等の他の要因で実際にはダイオキシン類が発生してい
るにもかかわらず検出できない場合には、適格にダイオ
キシン類の濃度を測定することはできないという問題が
ある。また、これを解消するためには、測定装置を２台
設け参照しつつ分析することが必要となるが、分析装置
が大がかりとなるという問題がある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する［請
求項１］の発明は、排ガス中のダイオキシン類を含む燃
焼ガスを直接採取する採取手段と、該ダイオキシン類を
含む採取ガスを超音速ジェット流を形成するパルスバル
ブを有するノズルを用いて真空チャンバ中に噴出する噴
出手段と、該噴出された超音速ジェット流中に２〜５０
０フェムト秒のフェムト秒のレーザ光を照射し、共鳴増
感イオン化過程にてダイオキシン類の同族体及び前駆体
の 全てを同時に分子イオン化するレーザ照射手段と、生
成した分子イオンのダイオキシン類の分析を行う飛行時
間型質量分析装置とを備えてなり、燃焼ガス中のダイオ
キシン類の同族体を直接分析することを特徴とする。

【００１０】［請求項２］の発明は、請求項１におい
て、上記レーザ光の波長が２４０〜３５０ｎｍの範囲の
いずれかの固定波長であることを特徴とする。

【００１１】［請求項３］の発明は、請求項１におい
て、上記噴出手段がイオンの飛行方向と同軸方向に採取
ガスを噴出するパルスバルブを備えてなり、該パルスバ
ルブから噴出する噴流と直交する方向からレーザ光を照
射することを特徴とする。

【００１２】［請求項４］の発明は、請求項１におい
て、上記噴出手段のノズルがスリットノズルであること
を特徴とする。

【００１３】［請求項５］の発明は、請求項１におい
て、上記採取手段が排ガス中の灰を除去するフィルタを
備えた採取管であることを特徴とする。

【００１４】［請求項６］の発明は、請求項５におい
て、上記採取手段が逆洗浄手段を備えてなることを特徴
とする。

【００１５】［請求項７］の発明は、請求項１におい
て、上記採取管の先端が焼却炉，熱分解炉，溶融炉等の
炉内又は排ガス煙道内の少なくとも１箇所に設けてなる
ことを特徴とする。

【００１６】［請求項８］の発明は、請求項１におい
て、上記飛行時間型質量分析装置がリフレクトロン型の
質量分析装置であることを特徴とする。

【００１７】［請求項９］の発明は、排ガス中のダイオ
キシン類を２〜５００フェムト秒の フェムト秒のレーザ
光を照射し、共鳴増感イオン化過程にてダイオキシン類
の同族体及び前駆体の全てを同時に分子イオン化し、ダ
イオキシン類同族体及び前駆体の全てを同時に分析する
ことを特徴とする。

【００１８】［請求項１０］の発明は、焼却炉，熱分解
炉，溶融炉の炉内に燃焼物を投入し、燃焼による発生熱
量を一定に維持するとともに、ダイオキシン類などの有
害ガスの発生を抑制する焼却炉における燃焼制御システ
ムにおいて、焼却炉，熱分解炉，溶融炉等からの排ガス
中のダイオキシン類を瞬時に計測可能な請求項１乃至８
のいずれか一項のダイオキシン類分析装置と燃焼用空気
制御手段とを具備し、ダイオキシン類濃度を時間遅れな
く検出し、検出したダイオキシン類濃度に応じて燃焼空
気量を変化させることを特徴とする。

【００１９】［請求項１１］の発明は、請求項１０にお
いて、燃焼用空気の制御手段が一次燃焼空気又は二次燃
焼空気のいずれか一方又は両方の空気量及び酸素濃度を
制御することを特徴とする。

【００２０】［請求項１２］の発明は、焼却炉，熱分解
炉，溶融炉の炉内に燃焼物を投入し、燃焼による発生熱
量を一定に維持するとともに、ダイオキシン類などの有
害ガスの発生を抑制する焼却炉における燃焼制御システ
ムにおいて、焼却炉，熱分解炉，溶融炉からの排ガス中
のダイオキシン類を瞬時に計測可能な請求項１乃至８の
いずれか一項のダイオキシン類分析装置と、排ガス中の
煤塵を除去する除塵除去手段とを具備し、ダイオキシン
類濃度を時間遅れなく検出し、検出したダイオキシン類
濃度に応じて上記除塵除去手段にダイオキシン類を吸着
する吸着剤の吹付け量を変化させることを特徴とする。

【００２１】［請求項１３］の発明は、焼却炉，熱分解
炉，溶融炉の炉内に燃焼物を投入し、燃焼による発生熱
量を一定に維持するとともに、ダイオキシン類などの有
害ガスの発生を抑制する焼却炉における燃焼制御システ
ムにおいて、焼却炉，熱分解炉，溶融炉からの排ガス中
のダイオキシン類を瞬時に計測可能な請求項１乃至８の
いずれか一項のダイオキシン類分析装置と燃焼用空気制
御手段と排ガス中の煤塵を除去する除塵除去手段とを具
備し、ダイオキシン類濃度を時間遅れなく検出し、検出
したダイオキシン類濃度に応じて燃焼空気量を変化させ
ると共に、検出したダイオキシン類濃度に応じて上記除
塵除去手段にダイオキシン類を吸着する吸着剤の吹付け
量を変化させることを特徴とする。

【００２２】［請求項１４］の発明は、焼却炉，熱分解
炉，溶融炉の炉内に燃焼物を投入し、燃焼による発生熱
量を一定に維持するとともに、ダイオキシン類などの有
害ガスの発生を抑制する焼却炉における燃焼制御システ
ムにおいて、焼却炉，熱分解炉，溶融炉からの排ガス中
のダイオキシン類を瞬時に計測可能な請求項１乃至１０
のいずれか一項のダイオキシン類分析装置を具備し、ダ
イオキシン類濃度を時間遅れなく検出し、検出したダイ
オキシン類濃度に応じて排ガス中に助燃ガスを送給し、
排ガス中のダイオキシン類を燃焼させることを特徴とす
る。

【００２３】［請求項１５］の発明によれば、焼却炉，
熱分解炉，溶融炉の炉内に燃焼物を投入し、燃焼による
発生熱量を一定に維持するとともに、ダイオキシン類な
どの有害ガスの発生を抑制する焼却炉における燃焼制御
システムにおいて、焼却炉，熱分解炉，溶融炉からの排
ガス中のダイオキシン類を瞬時に計測可能な請求項１乃
至８のいずれか一項のダイオキシン類分析装置と燃焼用
空気制御手段と排ガス中の煤塵を除去する除塵除去手段
とを具備し、ダイオキシン類濃度を時間遅れなく検出
し、検出したダイオキシン類濃度に応じて燃焼空気量を
変化させると共に、検出したダイオキシン類濃度に応じ
て排ガス中に助燃ガスを送給し、排ガス中のダイオキシ
ン類を燃焼させることを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に説明
するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもの
ではない。

【００２５】図１は本実施の形態にかかるダイオキシン
類分析装置の概略図である。

【００２６】図１に示すように、本実施の形態にかかる
ダイオキシン類分析装置は、焼却炉，熱分解炉，溶融炉
等（以下単に「炉」ともいう）から排出されるダイオキ
シン類を含む燃焼ガス１０を炉内の煙道１１から直接採
取する先端にフィルタ１２を備えた採取管１３からなる
採取手段１４と、該ダイオキシン類を含む採取ガス１５
を超音速ジェット流１６を形成するパルスバルブを有す
るノズル１７を用いて真空チャンバ１８中に噴出する噴
出手段１９と、該噴出された超音速ジェット流１６中に
スペクトル幅の広いレーザ光２０を照射し、共鳴増感イ
オン化過程にてダイオキシン類の同族体の分子イオン２
１を形成するレーザ照射手段２２と、生成した分子イオ
ン２１のダイオキシン類の分析を行うイオン検出器２３
を備えた飛行時間型質量分析装置２４とを備えてなり、
燃焼ガス１１中のダイオキシン類の同族体を直接分析す
るようにしたものである。また、図１中、符号２５はパ
ルス発生器，２６はパルスドライバ，２８はデジタルオ
シロスコープ，２９は情報処理装置，３０は光検出器，
３１〜３４は電極，３５はミラー，３６は集光レンズ及
び３７はレーザ導入窓を各々図示する。

【００２７】上記装置において、レーザ照射手段２２か
らのレーザ光は反射ミラー３５を介して反射されたレー
ザ光は集光レンズレンズ３６にて集光レンズし、レーザ
導入窓３７から真空チャンバー１８内に導入する。一
方、炉中からの採取ガス１５は噴出手段１９であるパル
スノズル１７に送られる。パルス発生器２５にてＴＴＬ
信号を生成し、パルスドライバー２６を制御し、パスル
ノズルを一定時間（２００〜５００μｓ）だけ、開放す
ることで、超音速ジェット流１６を形成する。該超音速
ジェット中の分析対象分子が電極３１と電極３２との間
に到達した時点でレーザ光が照射されるように、パルス
発生器２５よりディレイ信号を生成し、スペクトル幅の
広いレーザ光２０を制御するようにしてある。レーザ光
はパルス状であるので、レーザが発振していない時間に
試料を導入することは、真空系の負担を増加させると共
に、分析に必要な試料量を徒に増加させることとなり、
好ましくない。そこで、レーザ発振している時間に同期
させて試料をパルス状に導入可能のようにしている。

【００２８】生成した分子イオン２１は、電極３１，３
２，３３，３４にて形成される電子レンズにて電場を印
加し、イオン検出器２３にて検出する。本システムで
は、飛行時間型質量分析装置を構成しているので、イオ
ン化ポテンシャルの低い分子が混在し、非共鳴イオン化
過程で仮にイオンを発生しても、質量数の差から、目的
分子と区別することが可能となる。上記イオン検出器２
３においてイオン数に比例した電気信号を得ることがで
きるので、プリアンプ２７にて増幅し、デジタルオシロ
ースコープ２８にて質量スペクトルが観測できる。質量
スペクトルの処理をおこなうために、情報処理装置２９
に送られ、ここで信号処理が行われる。

【００２９】このように本発明では共鳴多光子イオン化
法（Resonance Enhanced Multiphoton Ionization :REM
PI) と飛行時間型質量分析装置(Time of Flight Mass S
pectroscopy:TOFMAS) の併用すると共に、レーザ光とし
てスペクトル幅の広いもの(フェムト秒レーザ) を使用
することにより、ダイオキシン類の同族体を同時に測定
することができる。

【００３０】本発明では飛行時間型質量分析計２４で質
量スペクトルを計測するものであるが、例えば長期間の
計測において、レーザ強度が変化するとパターンが変化
するので、レーザ光の強度を検出する光検出器３８を設
け、該光検出器３８においてレーザ強度をモニターし、
必要があればレーザ強度にて規格化し、強度補正を行い
質量スペクトルデータの精度を向上させるようにしても
よい。

【００３１】本発明では、レーザ光２０として波長の長
いレーザ光を用いているので、燃焼ガス中のダイオキシ
ン類の同族体のイオン化が同時に可能である。なお、仮
にイオン化ポテンシャルの低い分子が混在して非共鳴イ
オン化過程にてイオンが生成する場合でも、本発明では
飛行時間型質量分析装置を用いてイオンを検出している
ので、飛行時間の差により正確な分析が可能となる。

【００３２】ここで、本発明では、上記採取手段１４の
採取管１３の先端に設けられたフィルタ１２は高温に耐
えられる金属製のフィルタが好適であり、採取管１３の
目詰まりを防止するために、フィルタのダスト除去率が
９９％以上のものを用いることが好ましい。

【００３３】また、上記採取手段１４の採取管１３のフ
ィルタ１２の目詰まりを防止するために、例えば窒素ガ
スパージ等による逆洗浄を行う逆洗浄手段を設けるよう
にしている。この目詰まりの状態はスペクトル幅の広い
レーザ光を用いているので、ダイオキシン類以外の複数
の有機分子も同時にイオン化することとなるので、当該
ダイオキシン類以外の有機分子（例えばベンゼン等）を
指標とし、該有機分子の信号強度変化を監視することに
より、目詰まりを監視することができる。或いは信号強
度の変化に関係なく、一定時間の経過毎に窒素ガスのパ
ージを行って逆洗浄を行うようにしてもよい。

【００３４】また、採取管１３の先端は炉内又は煙道内
の燃焼排ガスの高温に晒されているので、当該部分では
ダイオキシン類の再合成のおそれはない。よって、炉内
又は煙道内のダイオキシン類の同族体の分布そのものを
直接採取できることになる。

【００３５】なお、本実施の形態では上記フィルタ１２
を煙道内に設けたが、採取管１３の途中に介在させるよ
うにしてもよい。

【００３６】上記採取手管１３の周囲には保護手段１３
ａにより覆われており、配管温度が１２０〜２００℃と
なるように保持している。これは１２０℃未満である
と、燃焼ガス１１中には水分が多く含まれているので、
その凝集を防止するためであり、一方２００℃以上の高
温となるとダイオキシン類の再合成が開始するのでこれ
を防ぐためである。

【００３７】また、排気ガスの吸引速度は0.５〜1.０リ
ットル／分程度とするのがよい。これは排気ガス中のサ
ブミクロン単位のダストが配管に付着することがないよ
うにするためである。

【００３８】また、上記採取管１３は、その内部は例え
ばシリカ等のコーティング材料等によりコーティングさ
れた配管（例えばシリコスチール）を用いることが好ま
しい。これは採取管１３内にダイオキシン類が付着する
のを防止するためである。

【００３９】上記波長の長いレーザ光としては、励起レ
ーザにはフェムト秒パルスレーザ（１ｆｓ＝１０
^-15 ｓ）を使用するのが好ましい。上記スペクトル幅の
広いレーザ光としては、具体的には計測対象とする分子
の電子励起状態の寿命よりも短いパルス幅のレーザ光で
ある。特に好適には、レーザ光が２〜５００フェムト秒
のフェムト秒レーザ光（更に好適には１５０〜３００フ
ェムト秒）である。

【００４０】上記フェムト秒のレーザ種類は半導体レー
ザ、エキシマレーザ、チタンサファイヤレーザの３倍波
が使用可能である。

【００４１】また、測定波長は、ダイオキシン類及びダ
イオキシン類の前駆体等が励起・イオン化する波長であ
れば特に限定されるものではないが、２４０〜３５０ｎ
ｍの範囲のいずれかの固定波長である。これは、フェム
ト秒のレーザのスペクトル幅は広いでの、分析対象の種
類に応じた厳密な波長を選択する必要がないからであ
る。

【００４２】すなわち、図５（Ａ）に示すように、任意
の固定波長（２４８ｎｍ）のパルス幅５００ｆｓのパル
スレーザ光を、トルエンとモノクロロベンゼンとの混合
物に照射した場合でも、両者のピークが観測され、イオ
ン化分析が可能となった。一方、図５（Ｂ）に示すよう
に、パルス幅１５ｎｓのパルスレーザ光を照射する場合
には、トルエンとモノクロロベンゼンとの混合物にナノ
秒のレーザ光を照射しても、モノクロロベンゼンのイオ
ン化ができず、トルエンのみのピークが観測された。こ
れはナノ秒レーザ光の場合では、モノクロロベンゼンは
レーザ光の照射により励起されるものの、塩素基がある
ので、イオン化の効率が悪くなることに起因するもので
ある。

【００４３】ハイゼンベルグの不確定性の原理からレー
ザのパルス幅を短くした場合、波長分解能は悪くなる。
例えば３００フェムト秒のパルスの場合、図６（Ｂ）に
示すように、分解能は８ｎｍ程度に広がり、複数のダイ
オキシン類を同時に励起，イオン化（黒ピーク）が可能
となる。一方、従来のようなナノ秒パルスレーザでは、
図６（Ａ）に示すように、0.６ｐｍの高分解能の場合に
は、選択的にしかイオン化ができない。更に、ダイオキ
シン類の塩素原子の重原子効果により、イオン化効率が
低下するため感度不足になり、検出できないものとな
る。よって、本発明のような電子励起状態の寿命以下の
超短パルスレーザ（フェムト秒レーザ）を使用すること
で、ダイオキシン類の同族体の検出が可能となる。

【００４４】なお、ダイオキシン類の同族体に分析にお
いて、分子量が異なる試料の場合には、質量スペクトル
より直ちに識別が可能であり、同一分子量の場合におい
ても、目的質量数のイオン信号の波長依存性を予め検出
することで、異性体の識別が可能となる。

【００４５】ここで、排ガス中のダイオキシン類の規制
値として0.１ｎｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ³（ダイオキシン類の
実濃度では５ｎｇ／Ｎｍに相当）に相当するダイオキシ
ン類の特定異性体及び前駆体を検出する場合の検出感度
は、ダイオキシン類の特定異性体とした例えば５塩素の
ジベンゾフランの総濃度は0.５ｎｇ／Ｎｍ（0.０３ｐｐ
ｔＶ），ダイオキシン類の前駆体の一例であるクロロベ
ンゼン総濃度は２０００ｎｇ／Ｎｍ（４ｐｐｔＶ）、モ
ノクロロベンゼンは２００ｎｇ／Ｎｍ（２０ｐｐｔ）が
要求されるが、本発明では選択的にイオン化するもので
はなく、ダイオキシン類の同族体及び前駆体をすべてイ
オン化するので、総量を測定することができる。また、
図７及び図８に示すように、炉からの排ガス中のダイオ
キシン類の分布状態を測定すると、ガス状のダイオキシ
ン類同族体の分布は毒性が強いとされている四塩化ジベ
ンゾ−ｐ−ダイオキシン（Ｔ₄ ＣＤＤ）、五塩化ジベン
ゾ−ｐ−ダイオキシン（Ｔ₅ ＣＤＤ）等のダイオキシン
同族体よりも四塩化ジベンゾ−ｐ−フラン（Ｔ₄ ＣＤ
Ｆ）〜七塩化ジベンゾ−ｐ−フラン（Ｔ₇ ＣＤＦ）のフ
ラン同族体の濃度が高く、これらのフラン同族体を測定
することでダイオキシン類の相対的な量を測定すること
ができる。

【００４６】図９及び図１０は四塩化ジベンゾ−ｐ−フ
ラン（Ｔ₄ ＣＤＦ）及び五塩化ジベンゾ−ｐ−フラン
（Ｔ₅ ＣＤＦ）の各々のスペクトルの理論計算結果を示
すが、検出ピークが２６０ｎｍ近傍にあり、四塩素のも
のよりも５塩素のものが２７０ｎｍ側に移動している
が、八塩化ジベンゾ−ｐ−フラン（Ｔ₈ ＣＤＦ）も２７
５ｎｍ近傍にピークを有しており、例えば２６０ｎｍの
波長域でのレーザ光を照射することでイオン化され、測
定が可能であることが実証されている。

【００４７】本発明のレーザ光２０を採取ガス１５に照
射し、イオン化させる位置は従来の分子線分光法で用い
られているノズル径（Ｄ）とノズル位置とレーザ光の照
射位置との距離（ｘ）との関係式であるｘ／Ｄ＝１０〜
７０の範囲（好適には１５＜ｘ／Ｄ＜５０）とするのが
よく、更に好適にはｘ／Ｄ＝３１前後である。具体的に
はノズル径が0.８ｍｍの場合、ノズル穴から２５ｍｍ程
度の位置でレーザ光を照射するようにしている。なお、
フェムト秒レーザ光を用いた場合には、ノズルから噴出
した直後では未だ分子衝突が起こり、冷却が十分でない
が、試料が並進状態となった以降であれば、十分に励起
・イオン化が可能となる。これは、選択的にイオン化す
る場合には、感度選択性を向上させるために絶対零度近
傍まで十分に冷却することが必要となるが、本発明では
選択的イオン化が不要であるので、十分に冷却する必要
がないからである。

【００４８】次に、本発明のフェムト秒レーザ光を用い
たダイオキシン類の同族体の計測の向上を図るには、上
記噴出手段１９が分子イオン２１の飛行方向と同軸方向
に採取ガス１５を噴出するパルスバルブを有するノズル
１７を備えてなり、該ノズル１７のパルスバルブから噴
出する超音速ジェット流１６の噴流と直交する方向から
レーザ光２０を照射するようにすればよい。

【００４９】本発明では超音速ジェット噴流１６を形成
する分子ビームの噴出する方向がイオンの飛行方向と同
軸方向［Ｘ軸方向］としているので、図２（Ａ）に示す
ように、噴出された採取ガス中のダイオキシン類のイオ
ン化された全てのイオン（軽いイオン〜重たいイオン）
がイオン検出器２３に到達することになる。一方、ナノ
秒レーザ光を用いた選択的なイオン化の場合において
は、図２（Ｂ）に示すように、超音速ジェット噴流１６
を形成する分子ビームの噴出方向［Ｙ軸方向］とイオン
飛行方向［Ｘ軸方向］とが直交するようにしており、イ
オンの重さにより、電場を付加することで、所望のイオ
ンをイオン検出器へ導入するようにしているので、全て
のイオンをイオン検出器に導くことは困難である。よっ
て、ダイオキシン類の同族体並びに分解生成物等のダイ
オキシン類前駆体を計測するためには、分子ビーム方向
と、イオン飛行方向とが同一方向であることが肝要とな
る。例えば、軽いイオンがベンゼンであり、重いイオン
がダイオキシン類であり、中間の重さのイオンがダイオ
キシン類の前駆体であるような場合には、図２（Ａ）の
場合では、イオン化されたもの全てが検出器に到達する
が、図２（Ｂ）の場合には、特定の１種類のみしか到達
できず、同族体分布の同時測定精度が低下するものとな
る。また、図２（Ｂ）のような場合では、電極の電場の
関係により電極の一側面からレーザを照射するので電場
を乱し、ノズルと電極との距離を近接することができな
かったが、図２（Ａ）のようにすることで電場を乱すこ
とがなくなり、ノズル１７と電極３１との距離を近接す
ることができ、試料密度の高い状態でレーザ光を照射す
ることができ、検出感度を向上させることができる。

【００５０】図３はダイオキシン類のイオン雲が検出器
に飛行する状態を示す概略図である。図３では、電極３
１〜３４が配され、電極３１にはＶ_s 電極３２にはＶ_d
の電圧がかけられている。ここで、電極３１と電極３２
との間にイオン雲３９が形成され、この間の電極３１と
電極３２との距離は例えば0.８ｃｍであり、電極３２と
電極３３との距離は例えば0.５ｃｍとしている。形成さ
れたイオン雲３９は長さＬの飛行管内（図示せず）を飛
行して、イオン検出器２３より検出される。ここで、レ
ーザによりイオン化された領域は有限の広がりを持って
おり、イオンの生成位置によって加速のされ方が異な
り、同じ質量数でも異なった時間にイオン検出器２３に
到達することになり、分解能の低下が生ずる。このた
め、電極３１と電極３２との２段加速によりイオンを加
速し、イオン検出器２３に到達する際にはイオンの形状
を偏平とさせ、同時にイオン化されたものを時間遅れな
く同時に検出することで、検出感度の向上を図ってい
る。

【００５１】次に、本発明にかかるスリットノズルから
の真空チャンバ中への試料の噴出形態を改良し、濃縮等
の工程を施すことなく高感度に直接且つ迅速にダイオキ
シンを検出する手段について説明する。

【００５２】従来より、検出感度を向上させる方法とし
て、レーザ光の集光レンズの集光度を高くすることが知
られているが、このような方法によっては十分な検出感
度の向上を図ることができないので、本発明では、スリ
ットノズルからの噴出形状を矩形状とすることで、さら
に検出感度の向上を図ることとした。

【００５３】図４に示すように、スリットノズル１７は
矩形状の噴出孔１７ａを有しており、ヘリウムガスに随
伴されたダイオキシン類は真空チャンバ（図示せず）中
にジェット流１６を形成している。本発明では、スリッ
トノズル１７の噴出孔１７ａの形状を、矩形状としてい
るので、噴出されるジェット流１６は照射されるレーザ
光２０の進行方向に矩形状となり、この領域で有効にイ
オン化されることとなる。なお、図３中ではレーザ光２
０は、紙面に直交する方向に照射される。図４中、符号
斜線部分Ａはその実際にイオン検出できるイオンが存在
する領域であるイオン化有効体積（斜線部分）を示す。

【００５４】これにより、ピンホール型のノズルのもの
より、十分が感度を得ることが可能となった。本実施の
形態においては、ダイオキシン含有率（Ｃ）＝１０^-14
＝0.０１ｐｐｔであれば濃縮をすることなく、検出が可
能となった。よって、超音速ジェットで生成した分子ビ
ーム１６と、レーザ光２０が照射できる領域が重なる部
分が大きくなることにより、検出感度が更に向上するこ
ととなる。

【００５５】さらに、図４に示すように、本発明の矩形
状の噴出孔１７ａを有するスリットノズル１７のガス噴
出側に気流抑制部材１７ｂを設けることにより、分子ビ
ーム１６はさらに矩形状の短軸方向の拡がりを抑制する
ことができる。この結果、気流抑制部材１７ｂを設けな
い場合に較べてレーザが照射されない分子の個数が激減
し、更なる感度の向上を図ることができる。

【００５６】また、図３に示すメッシュ電極３１，３
２，３３の形状、イオン検出器２３であるイオン検出用
ＭＣＰ（Microchannel plate: マイクロチャンネルプレ
ート）の形状を矩形状とすることで、イオンを無駄なく
捕集することが可能となり、さらに、感度の向上を達成
することが可能となる。

【００５７】次に本発明の測定装置の具体的な他の実施
の形態について説明する。

【００５８】図１１はレーザ発光装置と分子ビーム流を
形成する真空チャンバとを一体としたダイオキシン類分
析装置の概略図である。図１１に示すように、本実施の
形態のダイオキシン類分析装置は、焼却炉，熱分解炉，
溶融炉等から排出されるダイオキシン類を含む燃焼ガス
１１を炉内から直接採取する先端にフィルタ（図示せ
ず）を備えた採取管１３と、該ダイオキシン類を含む採
取ガス１５を超音速ジェット流１６を形成するパルスバ
ルブ１７ａを有するノズル１７を用いて真空チャンバ１
８中に噴出する噴出手段１９と、該噴出された超音速ジ
ェット流１６中にスペクトル幅の広いレーザ光２０を照
射し、共鳴増感イオン化過程にてダイオキシン類の同族
体の分子イオン２１を形成する光学ベンチ４０の上に搭
載されたレーザ照射手段２２と、生成した分子イオン２
１が飛行する飛行管４１内のダイオキシン類の分析を行
うイオン検出器２３を備えたリフレクトロン４２を備え
たリフレクトロン型の飛行時間型質量分析装置２４と、
イオン検出器での検出情報の処理を行う情報処理装置２
９とを一体に構成してなるものである。具体的には、例
えば高さ２ｍ×幅１．５ｍ×長さ２ｍにコンパクト化し
たものを提供することができ、炉内の近傍に設置して燃
焼ガス１１中のダイオキシン類の同族体を瞬時に直接分
析するようにしたものである。また、図１中、符号４３
はゲートバルブ，４４，４５は真空チャンバ１８及び飛
行管４１内を減圧する排気手段，４６は真空排気系電源
制御盤及び４７はレーザシステム電源を各々図示する。

【００５９】ここで、上記光学台４０上のレーザ照射手
段２２と分析装置２４とを同一架台に配置しているの
で、別配置にする場合に比べ、架台毎の固有の振動によ
る波長校正が不要となり、感度の向上を図ることができ
る。

【００６０】本発明では質量分析装置２４はリフレクト
ロン型のものを使用しており、顕出感度の向上を図って
いる。これは、同一質量のイオンのうち、より大きな
（小さな）並進エネルギーをもつものは折り返しの際に
電場により深く（浅く）入り込むことによって実効的に
長い（短い）距離を飛行する。このため、エネルギーの
異なるイオンを同時刻に検出器に収束させることができ
ることによるからである。なお、試料中の有機ガスによ
るイオン検出器（ＭＣＰ）２３の劣化を防止するために
は、十分な排気手段とすることでこれを防止することが
できる。ここで、上記装置構成においては、真空チャン
バ１８内は１０^-5ｔｏｒｒ（1.３３×１０^-3Ｐａ）、飛
行管４１内は１０^-7ｔｏｒｒ（1.３３×１０^-5Ｐａ）と
している。

【００６１】このように、本発明のダイオキシン類分析
装置を用いることにより、レーザ波長を掃引することな
くダイオキシン類の同族体を同時にイオン化して計測す
ることが可能となる。よって、従来のような選択的なイ
オン化による単一物質のみの計測では炉内における対象
物質の濃度が低下した場合と、サンプリング時における
以上で計測装置に導入された対象分子の濃度が見掛け上
低下した場合の区別を行うことは困難であるが、本発明
によればダイオキシン類を直接分析することによりその
ようなことが解消される。

【００６２】また、従来の計測法においては、特定の一
の異性体しか測定できないので、他の物質を測定すると
きには、波長掃引を行う必要があり、この波長掃引を行
って測定する場合には、その度に波長を可変させる調整
が必要となり、この調整に時間を要する結果、排ガス中
のリアルタイムのダイオキシン類の同族体の分析ができ
ないが、本発明によればダイオキシン類の同族体の分析
が可能となり、波長掃引及び波長校正が不要となり、連
続的な長期間の計測におけるランニングコストの大幅な
低下を図ることができる。

【００６３】また、従来ではダイオキシン類の分解生成
物が減少したことがダイオキシン類の発生が抑制された
結果生じたのか、ダイオキシン類は以前発生しているが
ダイオキシン類の分解が抑制されたの結果なのかの判定
が不可能であったが、本発明によれば、ダイオキシン類
の直接計測ができるので、燃焼制御に正確な情報を提供
することができる。

【００６４】また、従来の選択イオン化においてダイオ
キシン類の濃度相関物質を測定する場合には、特定の一
種類の物質を測定しているので、レーザ光の光軸のズレ
やサンプリング配管の目詰まり等の他の要因で実際には
ダイオキシン類が発生しているにもかかわらず検出でき
ない場合には、確実にダイオキシン類の濃度を測定する
ことはできないという問題があったが、ダイオキシン類
以外の有機分子も同時に計測することができるので、当
該有機分子の挙動を監視することで、目詰まり等の不具
合が瞬時に判定でき、従来のような測定装置と参照装置
とを２台設けつつ分析することが不要となり、測定設備
の簡略化を図ることができる。

【００６５】次に本発明の測定装置を用いた炉の制御方
法の実施の形態について説明する。

【００６６】図１２は燃焼制御システムの概略図であ
る。図１２に示すように、本実施の形態の制御システム
は、炉５１内に燃焼物５２を投入し、燃焼による発生熱
量を一定に維持するとともに、ダイオキシン類などの有
害ガスの発生を抑制する焼却炉における燃焼制御システ
ムにおいて、焼却炉，熱分解炉，溶融炉等の炉５１内の
ダイオキシン類を瞬時に計測可能なダイオキシン類分析
装置５３と燃焼用空気制御手段５４とを具備し、ダイオ
キシン類濃度を時間遅れなく検出し、検出したダイオキ
シン類濃度に応じて燃焼空気量を変化させるシステムで
ある。ここで、本実施の形態での焼却炉５１は流動床炉
であり、底部に流動層５５を有した構成となっている。
前記流動層５５の下流側には、燃焼物５２を燃焼した後
の灰を所定の位置に搬送する灰シュート５６が配置され
ている。前記流動層５５には、一次燃焼空気量制御弁５
７を介在させた配管５８を介して押込送風機５９が接続
されている。

【００６７】一次燃焼空気は、流動層５５の下部から任
意の箇所に供給されるようになっている。また、流動床
炉５１の下部側寄りには、二次燃焼空気量制御弁６０を
介在させた配管６１を介して押込送風機６２が接続され
ている。ここで、二次燃焼空気は、一次燃焼にて発生し
た燃焼ガスを流動床炉５１の上部にて燃焼させる働きを
する。

【００６８】前記流動床炉５１の下部側壁には、都市ご
み等の燃焼物を流動層５５内に投入する燃焼物供給ホッ
パ６３が設けられている。このホッパ６３の下部側に
は、モータにより駆動して燃焼物５２を流動層５５に押
し出すフィーダ６４が設けられている。このフィーダ６
４により送られてきた燃焼物５２は、流動層５５内でガ
ス化され、流動層５５の上部の流動床炉５１内で燃焼す
る。

【００６９】前記流動床炉５１の上段には、流動床炉５
１で燃焼して得られた高温の燃焼ガスを冷却するボイラ
６５、有毒ガス，粒子状物を除去する排ガス処理設備６
６、排ガスを誘引する誘引送風機６７、及び排ガスを大
気中に放出する煙突６８が順次接続されている。また、
前記排ガス処理設備６６の上部付近には、該設備６６内
に消石灰，活性炭等を必要に応じて噴霧する噴霧装置６
９が配置されている。

【００７０】前記流動床炉５１の上部には、炉内の燃焼
ガス中のダイオキシン類濃度を瞬時に計測可能な計測手
段としてのダイオキシン類分析装置５３が設けられてい
る。この分析装置５３は、図１又は図１１に示す構成か
らなり、測定情報はコントローラ７１に電気的に接続さ
れている。前記コントローラ７１は、前記一次燃焼空気
量制御弁５７及び二次燃焼空気量制御弁６０及び酸素量
調整弁７３及び助燃バーナ７２にそれぞれ電気的に接続
されている。

【００７１】燃焼制御はダイオキシン類の濃度に応じ
て、前記一次燃焼空気量制御又は二次燃焼空気量制御、
燃焼空気の酸素濃度制御、若しくはこれらの全てを必要
に応じて行うようにすればよい。

【００７２】また、前記前記コントローラ７１には予測
制御手段を内在された場合には、ダイオキシン類分析装
置５３による計測結果に基づく時系列データからダイオ
キシン類濃度の変動を予測することができる。予測制御
手段は、ベースライン（平均値）の制御を行うファジー
制御器と、ダイオキシン類濃度の発生を抑制するカオス
制御器とを有している。

【００７３】ここで、カオス制御器は、ダイオキシン類
分析装置５３による計測結果に基づく時系列データから
ある一定時刻先のダイオキシン類濃度を予測し、ピーク
が発生すると予測した場合に、二次燃焼空気量を増やす
ような操作量を算出する。ファジー制御器は、排ガスに
よる計測結果とダイオキシン類濃度設定値の偏差から、
それを０とするような操作量を算出する。カオス制御器
で求めた操作量と、ファジー制御器２９による操作量と
を合わせた操作量により、一次燃焼空気量制御弁５７及
び二次空気量制御弁６０を操作し、プラントのダイオキ
シン類濃度を制御する。

【００７４】こうした構成の燃焼制御装置のカオス理論
を用いた燃焼制御操作の一例を以下に示すが、本発明の
燃焼制御は以下に限定されるものではない。まず、燃焼
物供給ホッパ６３から都市ごみ等の燃焼物５２を流動床
炉５１の流動層５５に投入する。投入された燃焼物は流
動層５５内でガス化され、流動床炉５１内で燃焼する。
そして、その排ガスは、ボイラ６５で冷却され、ろ過式
集塵機等の排ガス処理設備６６で有害ガス，粒子状物を
除去され、誘引送風機６７により誘引され、煙突６８よ
り大気中に放出される。一方、流動床炉５１の上部では
ダイオキシン類分析装置５３によりダイオキシン類濃度
が瞬時に計測され、その計測結果による信号を予測制御
装置（図示せず）へ送り、この予測制御装置でダイオキ
シン類濃度の変動予測をカオス理論で行った後、予測制
御装置による信号をコントローラ７１に送り、一次燃焼
空気量制御弁５７，二次燃料空気量制御弁６０の夫々の
開度を調節して一次燃焼空気量，二次燃焼空気量の調整
を行う。

【００７５】このように、流動床炉５１の上部にダイオ
キシン類分析装置５３を取り付け、炉内の燃焼ガス中の
ダイオキシン類濃度をリアルタイムで計測し、その時系
列データからカオス理論を用いた予測制御装置により一
酸化炭素の濃度の変動を予測し、これに基づいて流動床
炉５１の下部側での一次燃焼空気量，二次燃焼空気量を
調整するため、ダイオキシン類濃度のピークを所定値以
下に抑制し、ダイオキシン類の発生量を低減することが
できる。

【００７６】今後新設する炉の炉出口におけるダイオキ
シン類濃度は0.５ｎｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ² を目標としてお
り、当該濃度を計測することが必要となる。0.１ｎｇ−
ＴＥＱ／Ｎｍ² に想到するダイオキシン類濃度に相当す
るモノクロロベンゼン（ダイオキシン類の前駆体）及び
５塩素ジベンゾフラン（Ｐ₅ ＣＤＦ）の濃度はそれぞれ
２０ｎｇ／Ｎｍ³ と0.５ｎｇ／Ｎｍ³ であり、本発明の
装置を用いることによりこの濃度の検出が可能となる。

【００７７】本発明のダイオキシン類分析装置を用いる
ことにより、炉内及び排ガス煙道のダイオキシン類の濃
度を５〜２０秒程度の時間的な遅れでリアルタイムの検
出が可能となる。よって、図１３に示すように、炉内の
ダイオキシン類（ＤＸＮ）のピークＡに引き続き計測器
で検出される信号Ｂが追従する形で計測がなされるの
で、ダイオキシン類の濃度が向上したことを計測するこ
とにより、直ちに上述した制御を行うことにより、ダイ
オキシン類の発生が制御されたピークＣを検出すること
となる。

【００７８】排ガスを採取する場所は上述したように炉
内の限定されるものではなく、炉からボイラ６５への煙
道、ボイラ６５から排ガス処理設備６６の煙道内に必要
に応じて配置することができる。

【００７９】特に、ボイラ６５と排ガス処理設備６６と
の間にダイオキシン類分析装置５３を設置することによ
り、炉内ではダイオキシン類の発生がない場合、炉の後
流でダイオキシン類前駆体の再合成によりダイオキシン
類が発生したことが判定でき、噴霧装置６９から吸着剤
である活性炭を噴霧することで排ガス中のダイオキシン
類を吸着することができ、外部へ排出することを防止す
ることができる。

【００８０】また、活性炭を噴霧する代わりに副燃焼手
段である助燃バーナ７２を煙道に設置し、発生したダイ
オキシン類を燃焼処理することもできる。

【００８１】

【発明の効果】以上述べたように、［請求項１］の発明
によれば、排ガス中のダイオキシン類を含む燃焼ガスを
直接採取する採取手段と、該ダイオキシン類を含む採取
ガスを超音速ジェット流を形成するパルスバルブを有す
るノズルを用いて真空チャンバ中に噴出する噴出手段
と、該噴出された超音速ジェット流中に２〜５００フェ
ムト秒のフェムト秒のレーザ光を照射し、共鳴増感イオ
ン化過程にてダイオキシン類の同族体及び前駆体の全て
を同時に分子イオン化するレーザ照射手段と、生成した
分子イオンのダイオキシン類の分析を行う飛行時間型質
量分析装置とを備えてなるので、従来のようなＣＯを測
定してり、ダイオキシン類の代替物質のような濃度相関
により、ダイオキシン類を分析するという手間が省け、
燃焼ガス中のダイオキシン類の同族体を直接分析するこ
とができる。また、選択的なイオン化と異なり、面倒な
波長の調整が不要となり、簡便な分析により、高感度で
ダイオキシン類を分析することができる。

【００８２】［請求項２］の発明によれば、請求項１に
おいて、上記レーザ光の波長が２４０〜３５０ｎｍの範
囲のいずれかの固定波長であるので、ダイオキシン類の
同族体を同時に分析することができる。

【００８３】［請求項３］の発明によれば、請求項１に
おいて、上記噴出手段がイオンの飛行方向と同軸方向に
採取ガスを噴出するパルスバルブを備えてなり、該パル
スバルブから噴出する噴流と直交する方向からレーザ光
を照射するので、噴出された採取ガス中のダイオキシン
類のイオン化された全てのイオンをイオン検出器で顕出
することができる。

【００８４】［請求項４］の発明によれば、請求項１に
おいて、上記噴出手段のノズルがスリットノズルである
ので、噴出形状を矩形状とするができ、さらに検出感度
の向上を図ることとした。

【００８５】［請求項５］の発明によれば、請求項１に
おいて、上記採取手段が排ガス中の灰を除去するフィル
タを備えた採取管であるので、採取管内の目詰まりが防
止できる。

【００８６】［請求項６］の発明によれば、請求項５に
おいて、上記採取手段が逆洗浄手段を備えてなるので、
目詰まり等が生じた場合には直ちに洗浄でき、分析の中
断をすることがない。

【００８７】［請求項７］の発明によれば、請求項１に
おいて、上記採取管の先端が焼却炉，熱分解炉，溶融炉
の炉内又は排ガス煙道内の少なくとも１箇所に設けてな
るので、必要に応じてダイオキシン類の分析箇所を設定
できる。

【００８８】［請求項８］の発明によれば、請求項１に
おいて、上記飛行時間型質量分析装置がリフレクトロン
型の質量分析装置であるので、分析感度が向上する。

【００８９】［請求項９］の発明によれば、排ガス中の
ダイオキシン類を２〜５００フェムト秒のフェムト秒の
レーザ光を照射し、共鳴増感イオン化過程にてダイオキ
シン類の同族体及び前駆体の全てを同時に分子イオン化
するので、ダイオキシン類の同族体を同時に分析するこ
とができる。

【００９０】［請求項１０］の発明によれば、焼却炉，
熱分解炉，溶融炉の炉内に燃焼物を投入し、燃焼による
発生熱量を一定に維持するとともに、ダイオキシン類な
どの有害ガスの発生を抑制する焼却炉における燃焼制御
システムにおいて、焼却炉，熱分解炉，溶融炉からの排
ガス中のダイオキシン類を瞬時に計測可能な請求項１乃
至８のいずれか一項のダイオキシン類分析装置と燃焼用
空気制御手段とを具備し、ダイオキシン類濃度を時間遅
れなく検出し、検出したダイオキシン類濃度に応じて燃
焼空気量を変化させるので、ダイオキシン類の発生を防
止した燃焼を行うことができる。

【００９１】［請求項１１］の発明によれば、請求項１
０において、燃焼用空気の制御手段が一次燃焼空気又は
二次燃焼空気のいずれか一方又は両方の空気量及び酸素
濃度を制御するので、燃焼状況に応じたダイオキシン類
の発生がない燃焼を行うことができる。

【００９２】［請求項１２］の発明によれば、焼却炉，
熱分解炉，溶融炉の炉内に燃焼物を投入し、燃焼による
発生熱量を一定に維持するとともに、ダイオキシン類な
どの有害ガスの発生を抑制する焼却炉における燃焼制御
システムにおいて、焼却炉，熱分解炉，溶融炉からの排
ガス中のダイオキシン類を瞬時に計測可能な請求項１乃
至８のいずれか一項のダイオキシン類分析装置と、排ガ
ス中の煤塵を除去する除塵除去手段とを具備し、ダイオ
キシン類濃度を時間遅れなく検出し、検出したダイオキ
シン類濃度に応じて上記除塵除去手段にダイオキシン類
を吸着する吸着剤の吹付け量を変化させるので、必要に
応じて吸着剤を吹付けることができ、適切な吹付け量に
制御することができる。

【００９３】［請求項１３］の発明によれば、焼却炉，
熱分解炉，溶融炉の炉内に燃焼物を投入し、燃焼による
発生熱量を一定に維持するとともに、ダイオキシン類な
どの有害ガスの発生を抑制する焼却炉における燃焼制御
システムにおいて、焼却炉，熱分解炉，溶融炉からの排
ガス中のダイオキシン類を瞬時に計測可能な請求項１乃
至８のいずれか一項のダイオキシン類分析装置と燃焼用
空気制御手段と排ガス中の煤塵を除去する除塵除去手段
とを具備し、ダイオキシン類濃度を時間遅れなく検出
し、検出したダイオキシン類濃度に応じて燃焼空気量を
変化させると共に、検出したダイオキシン類濃度に応じ
て上記除塵除去手段にダイオキシン類を吸着する吸着剤
の吹付け量を変化させるので、ダイオキシン類の発生を
防止した効率的な燃焼を行うことができると共に、必要
に応じて吸着剤を吹付けることができ、適切な吹付け量
に制御することができる。

【００９４】［請求項１４］の発明によれば、焼却炉，
熱分解炉，溶融炉の炉内に燃焼物を投入し、燃焼による
発生熱量を一定に維持するとともに、ダイオキシン類な
どの有害ガスの発生を抑制する焼却炉における燃焼制御
システムにおいて、焼却炉，熱分解炉，溶融炉からの排
ガス中のダイオキシン類を瞬時に計測可能な請求項１乃
至１０のいずれか一項のダイオキシン類分析装置を具備
し、ダイオキシン類濃度を時間遅れなく検出し、検出し
たダイオキシン類濃度に応じて排ガス中に助燃ガスを送
給し、排ガス中のダイオキシン類を燃焼させるので、ダ
イオキシン類の外部への抑制できる。

【００９５】［請求項１５］の発明によれば、焼却炉，
熱分解炉，溶融炉の炉内に燃焼物を投入し、燃焼による
発生熱量を一定に維持するとともに、ダイオキシン類な
どの有害ガスの発生を抑制する焼却炉における燃焼制御
システムにおいて、焼却炉，熱分解炉，溶融炉からの排
ガス中のダイオキシン類を瞬時に計測可能な請求項１乃
至８のいずれか一項のダイオキシン類分析装置と燃焼用
空気制御手段と排ガス中の煤塵を除去する除塵除去手段
とを具備し、ダイオキシン類濃度を時間遅れなく検出
し、検出したダイオキシン類濃度に応じて燃焼空気量を
変化させると共に、検出したダイオキシン類濃度に応じ
て排ガス中に助燃ガスを送給し、排ガス中のダイオキシ
ン類を燃焼させるので、ダイオキシン類の発生を防止し
た効率的な燃焼を行うことができると共に、煙道内での
ダイオキシン類の再合成があってもダイオキシン類の外
部への抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態にかかるダイオキシン類分析装置
の概略図である。

【図２】イオン飛行方向を示す概念図である。

【図３】ダイオキシン類のイオン雲が検出器に飛行する
状態を示す概略図である。

【図４】スリットノズルを設けた噴出手段の概略図であ
る。

【図５】パルス幅５００ｆｓのパルスレーザ光（Ａ）と
パルス幅１５ｎｓのパルスレーザ光（Ｂ）を用いてトル
エンとモノクロロベンゼンとの混合物を分析した結果図
である。

【図６】パルス幅５００ｆｓのパルスレーザ光（Ａ）と
パルス幅１５ｎｓのパルスレーザ光（Ｂ）のスペクトル
幅を示す図である。

【図７】低濃度ダイオキシン類同族体分布図である。

【図８】高濃度ダイオキシン類同族体分布図である。

【図９】四塩化ジベンゾ−ｐ−フラン（Ｔ₄ ＣＤＦ）の
スペクトル測定結果図である。

【図１０】五塩化ジベンゾ−ｐ−フラン（Ｔ₅ ＣＤＦ）
の各々のスペクトル測定結果図である。

【図１１】レーザ発光装置と分子ビーム流を形成する真
空チャンバとを一体としたダイオキシン類分析装置の概
略図である。

【図１２】燃焼制御システムの概略図である。

【図１３】燃焼制御の前後を示す図である。

【図１４】ＣＯとダイオキシン類との相関図である。

【符号の説明】

１０ 燃焼ガス １１ 煙道 １２ フィルタ １３ 採取管 １４ 採取手段 １５ 採取ガス １６ 超音速ジェット流 １７ ノズル １８ 真空チャンバ １９ 噴出手段 ２０ レーザ光 ２１ 分子イオン ２２ レーザ照射手段 ２３ イオン検出器 ２４ 飛行時間型質量分析装置 ２５ パルス発生器 ２６ パルスドライバ ２７ プリアンプ ２８ デジタルオシロスコープ ２９ 情報処理装置 ３０ 光検出器 ３１〜３４ 電極 ４０ 光学ベンチ ４１ 飛行管 ４２ リフレクトロン ４３ ゲートバルブ ４４，４５ 排気手段 ４６ 真空排気系電源制御盤 ４７ レーザシステム電源 ５１ 炉 ５２ 燃焼物 ５３ ダイオキシン類分析装置 ５４ 燃焼用空気制御手段 ５５ 流動層 ５６ 灰シュート ５７ 一次燃焼空気量制御弁 ５８ 配管 ５９ 押込送風機 ６０ 二次燃焼空気量制御弁 ６１ 配管 ６２ 押込送風機 ６３ 燃焼物供給ホッパ ６４ 押し出すフィーダ ６５ ボイラ ６６ 排ガス処理設備 ６７ 誘引送風機 ６８ 煙突 ６９ 噴霧装置 ７１ コントローラ ７２ 助燃バーナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 1/00 １０１ Ｇ０１Ｎ 1/00 １０１Ｗ 1/22 1/22 Ｄ 27/64 27/64 Ｂ 31/00 31/00 Ｖ 33/00 33/00 Ｄ (56)参考文献 特開 平11−218521（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−14596（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−185135（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−72220（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−132425（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−237023（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/62 - 27/70 F23G 5/44 - 5/50

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排ガス中のダイオキシン類を含む燃焼ガ
   スを直接採取する採取手段と、 該ダイオキシン類を含む採取ガスを超音速ジェット流を
   形成するパルスバルブを有するノズルを用いて真空チャ
   ンバ中に噴出する噴出手段と、 該噴出された超音速ジェット流中に２〜５００フェムト
   秒のフェムト秒のレーザ光を照射し、共鳴増感イオン化
   過程にてダイオキシン類の同族体及び前駆体の全てを同
   時に分子イオン化するレーザ照射手段と、 生成した分子イオンのダイオキシン類の分析を行う飛行
   時間型質量分析装置とを備えてなり、燃焼ガス中のダイ
   オキシン類の同族体を直接分析することを特徴とするダ
   イオキシン類分析装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 上記レーザ光の波長が２４０〜３５０ｎｍの範囲のいず
   れかの固定波長であることを特徴とするダイオキシン類
   分析装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、 上記噴出手段がイオンの飛行方向と同軸方向に採取ガス
   を噴出するパルスバルブを備えてなり、該パルスバルブ
   から噴出する噴流と直交する方向からレーザ光を照射す
   ることを特徴とするダイオキシン類分析装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、 上記噴出手段のノズルがスリットノズルであることを特
   徴とするダイオキシン類分析装置。
5. 【請求項５】 請求項１において、 上記採取手段が排ガス中の灰を除去するフィルタを備え
   た採取管であることを特徴とするダイオキシン類分析装
   置。
6. 【請求項６】 請求項５において、 上記採取手段が逆洗浄手段を備えてなることを特徴とす
   るダイオキシン類分析装置。
7. 【請求項７】 請求項１において、 上記採取管の先端が焼却炉，熱分解炉，溶融炉の炉内又
   は排ガス煙道内の少なくとも１箇所に設けてなることを
   特徴とするダイオキシン類分析装置。
8. 【請求項８】 請求項１において、 上記飛行時間型質量分析装置がリフレクトロン型の質量
   分析装置であることを特徴とするダイオキシン類分析装
   置。
9. 【請求項９】 排ガス中のダイオキシン類を２〜５００
   フェムト秒のフェムト秒のレーザ光を照射し、共鳴増感
   イオン化過程にてダイオキシン類の同族体及び前駆体の
   全てを同時に分子イオン化し、ダイオキシン類同族体及
   び前駆体の全てを同時に分析することを特徴とするダイ
   オキシン類分析方法。
10. 【請求項１０】 焼却炉，熱分解炉，溶融炉の炉内に燃
    焼物を投入し、燃焼による発生熱量を一定に維持すると
    ともに、ダイオキシン類などの有害ガスの発生を抑制す
    る焼却炉における燃焼制御システムにおいて、 焼却炉，熱分解炉，溶融炉からの排ガス中のダイオキシ
    ン類を瞬時に計測可能な請求項１乃至８のいずれか一項
    のダイオキシン類分析装置と燃焼用空気制御手段とを具
    備し、ダイオキシン類濃度を時間遅れなく検出し、検出
    したダイオキシン類濃度に応じて燃焼空気量を変化させ
    ることを特徴とする焼却炉における燃焼制御システム。
11. 【請求項１１】 請求項１０において、 燃焼用空気の制御手段が一次燃焼空気又は二次燃焼空気
    のいずれか一方又は両方の空気量及び酸素濃度を制御す
    ることを特徴とする焼却炉における燃焼制御システム。
12. 【請求項１２】 焼却炉，熱分解炉，溶融炉の炉内に燃
    焼物を投入し、燃焼による発生熱量を一定に維持すると
    ともに、ダイオキシン類などの有害ガスの発生を抑制す
    る焼却炉における燃焼制御システムにおいて、 焼却炉，熱分解炉，溶融炉からの排ガス中のダイオキシ
    ン類を瞬時に計測可能な請求項１乃至８のいずれか一項
    のダイオキシン類分析装置と、排ガス中の煤塵を除去す
    る除塵除去手段とを具備し、ダイオキシン類濃度を時間
    遅れなく検出し、検出したダイオキシン類濃度に応じて
    上記除塵除去手段にダイオキシン類を吸着する吸着剤の
    吹付け量を変化させることを特徴とする燃焼制御システ
    ム。
13. 【請求項１３】 焼却炉，熱分解炉，溶融炉の炉内に燃
    焼物を投入し、燃焼による発生熱量を一定に維持すると
    ともに、ダイオキシン類などの有害ガスの発生を抑制す
    る焼却炉における燃焼制御システムにおいて、 焼却炉，熱分解炉，溶融炉からの排ガス中のダイオキシ
    ン類を瞬時に計測可能な請求項１乃至８のいずれか一項
    のダイオキシン類分析装置と燃焼用空気制御手段と排ガ
    ス中の煤塵を除去する除塵除去手段とを具備し、ダイオ
    キシン類濃度を時間遅れなく検出し、検出したダイオキ
    シン類濃度に応じて燃焼空気量を変化させると共に、検
    出したダイオキシン類濃度に応じて上記除塵除去手段に
    ダイオキシン類を吸着する吸着剤の吹付け量を変化させ
    ることを特徴とする燃焼制御システム。
14. 【請求項１４】 焼却炉，熱分解炉，溶融炉の炉内に燃
    焼物を投入し、燃焼による発生熱量を一定に維持すると
    ともに、ダイオキシン類などの有害ガスの発生を抑制す
    る焼却炉における燃焼制御システムにおいて、 焼却炉，熱分解炉，溶融炉からの排ガス中のダイオキシ
    ン類を瞬時に計測可能な請求項１乃至１０のいずれか一
    項のダイオキシン類分析装置を具備し、ダイオキシン類
    濃度を時間遅れなく検出し、検出したダイオキシン類濃
    度に応じて排ガス中に助燃ガスを送給し、排ガス中のダ
    イオキシン類を燃焼させることを特徴とする燃焼制御シ
    ステム。
15. 【請求項１５】 焼却炉，熱分解炉，溶融炉の炉内に燃
    焼物を投入し、燃焼による発生熱量を一定に維持すると
    ともに、ダイオキシン類などの有害ガスの発生を抑制す
    る焼却炉における燃焼制御システムにおいて、焼却炉，
    熱分解炉，溶融炉からの排ガス中のダイオキシン類を瞬
    時に計測可能な請求項１乃至８のいずれか一項のダイオ
    キシン類分析装置と燃焼用空気制御手段と排ガス中の煤
    塵を除去する除塵除去手段とを具備し、ダイオキシン類
    濃度を時間遅れなく検出し、検出したダイオキシン類濃
    度に応じて燃焼空気量を変化させると共に、検出したダ
    イオキシン類濃度に応じて排ガス中に助燃ガスを送給
    し、排ガス中のダイオキシン類を燃焼させることを特徴
    とする燃焼制御システム。