JP6128075B2

JP6128075B2 - 排ガス濃度測定装置及び排ガス濃度測定方法

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Publication number: JP6128075B2
Application number: JP2014158028A
Authority: JP
Inventors: 賢治 ▲徳▼政
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: JP2016035408A

Description

本発明は、排ガス濃度測定装置及び排ガス濃度測定方法に関する。

従来、ボイラ等の排ガス中から窒素酸化物（ＮＯｘ）を脱硝するために、次のような脱硝装置が用いられてきた。すなわち、このような脱硝装置は、排ガス中にアンモニアガスを注入して排ガスとアンモニアガスとを混合し、その混合ガスを脱硝触媒に接触させることにより窒素ガスと水蒸気とに還元するものである。

このようなアンモニアガスの注入を過不足なく行うためには、例えば、脱硝装置の出口側の排ガス流路において排ガスの一部を採取し、これに含まれるアンモニア量（濃度）を精度よく測定する必要がある。また、排ガスに含まれるその他のガス成分の濃度を測定する場合がある。例えば、特許文献１には、排ガスの一部に赤外線レーザー光を照射して、排ガス中のガス濃度を測定する技術が開示されている。

特開２０１３−２３１６３８号公報

ところで、ボイラ等の排ガスには粉塵などの異物が多く含まれる場合がある。サンプルガスに粉塵が多く含まれている場合、赤外線レーザー光によるガス濃度の測定精度が低下する。従って、赤外線レーザー光によりガス濃度を測定する場合には、サンプルガス中に含まれる粉塵を低減することが求められる。

本発明は、排ガス中のガス濃度の測定精度を向上させる排ガス濃度測定装置及び排ガス濃度測定方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の排ガス濃度測定装置は、排ガス流路から排ガスの一部を導入する導入管と、前記導入管と接続されて前記排ガスを導入し、前記排ガスを内部で旋回させて前記排ガスと前記排ガス中の異物とを分離するサイクロン部と、筒状の部材であって、前記サイクロン部と接続されて前記排ガスを内部に導入するセル部と、前記セル部に設けられる光源部と、前記セル部に設けられ前記光源部からの光を受光して前記排ガスの成分の少なくとも一部のガス濃度を測定する受光部と、を有する。

この排ガス濃度測定装置は、排ガス中に含まれる異物をサイクロン部により除去することができるため、排ガス中のガス濃度の測定精度を向上させることができる。

前記排ガス濃度測定装置において、前記導入管と前記サイクロン部と前記セル部の少なくとも一部とは、前記排ガス流路内に設けられていることが好ましい。この排ガス濃度測定装置は、導入管とサイクロン部とセル部の少なくとも一部とが高温環境下の排ガス流路内に設けられているため、排ガス濃度測定装置内にアンモニア化合物が生成されることを抑制することができる。従って、この排ガス濃度測定装置は、排ガス中のガス濃度の測定精度を向上させることができる。

前記排ガス濃度測定装置において、前記セル部は、前記排ガス流路の延在方向と直交する断面内において隅部に設けられていることが好ましい。この排ガス濃度測定装置は、排ガス流路の断面積が大きい場合に、セル部を排ガス流路の隅に位置させることにより、セル部の長さを短くしつつ、排ガス流路に取付けることができる。セル部の長さが短くなることにより、光源の光路を短くすることができる。そのため、この排ガス濃度測定装置は、排ガス濃度を測定するための光路長を最適化することができる。従って、この排ガス濃度測定装置は、排ガス中のガス濃度の測定精度を向上させることができる。

前記排ガス濃度測定装置において、前記サイクロン部は、前記サイクロン部に接続された吸引部により少なくとも前記排ガス中の異物の一部を排出することが好ましい。この排ガス濃度測定装置は、吸引部により排ガス中の異物を排出するため、排ガス中の異物をより好適に除去することができる。

前記排ガス濃度測定装置において、前記導入管は複数設けられており、前記複数の導入管には、前記複数の導入管から前記サイクロン部への排ガスの流れを制御する弁が設けられていることが好ましい。この排ガス濃度測定装置は、弁により複数の導入管からの排ガスの流路を制御することができるため、排ガス流路内の適切な位置での排ガスのガス濃度を測定することができる。従って、この排ガス濃度測定装置は、排ガス中のガス濃度の測定精度を向上させることができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の排ガス濃度測定方法は、排ガス流路から排ガスの一部を導入し、導入した前記排ガスを旋回させて前記排ガスと前記排ガス中の異物とを分離し、前記排ガス中の異物と分離された前記排ガスに光を照射して前記排ガスの成分の少なくとも一部のガス濃度を測定する。この排ガス濃度測定方法によると、サンプルガス中に含まれる異物をサイクロン部により除去することができるため、排ガス中のガス濃度の測定精度を向上させることができる。

前記排ガス濃度測定方法において、前記排ガスの一部の導入と前記排ガス及び前記排ガス中の異物の分離と前記ガス濃度の測定とは、前記排ガス流路内部で行われることが好ましい。この排ガス濃度測定方法によると、排ガス濃度測定中にアンモニア化合物が生成されることを抑制することができるため、排ガス中のガス濃度の測定精度を向上させることができる。

本発明によれば、排ガス中のガス濃度の測定精度を向上させることができる。

図１は、排ガス流路に取付けた実施形態１に係る排ガス濃度測定装置を示す模式図である。図２は、排ガス流路に取付けた実施形態１に係る排ガス濃度測定装置を示す模式図である。図３は、実施形態１に係る排ガス濃度測定装置を示す模式図である。図４は、実施形態２に係る排ガス濃度測定装置を示す模式図である。

（実施形態１）
以下に、本発明の実施形態１について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、排ガス流路に取付けた実施形態１に係る排ガス濃度測定装置を示す模式図である。図２は、排ガス流路に取付けた実施形態１に係る排ガス濃度測定装置を示す模式図である。図３は、実施形態１に係る排ガス濃度測定装置を示す模式図である。図１は、排ガス流路１を平面視で見た図であり、図２は、排ガス流路１を断面視で見た図である。図３は、実施形態１に係る排ガス濃度測定装置１０の詳細な構造を示すものである。

図１及び図２に示されるように、実施形態１に係る排ガス濃度測定装置１０は、排ガス流路１内に設けられ、脱硝装置１６０よりも排ガスＧの下流側に設けられる。排ガス流路１は、流路壁２を有し、軸方向Ｚに沿って延在し、内部に排ガスＧを流通させる。排ガス流路１は、例えば石炭火力発電所に設けられ、石炭火力発電所からの排ガスを排出する。ただし、排ガス流路１は、石炭火力発電所に設けられることに限られない。脱硝装置１６０は、排ガス中にアンモニアガスを注入して排ガスとアンモニアガスとを混合し、その混合ガスを脱硝触媒に接触させることにより窒素ガスと水蒸気とに還元するものである。排ガス濃度測定装置１０は、排ガスＧ中の成分の少なくとも一部のガス濃度を測定する装置である。実施形態１において、排ガス濃度測定装置１０は、例えば排ガスＧ中のアンモニア濃度を測定する。

図１から図３に示されるように、実施形態１に係る排ガス濃度測定装置１０は、導入管１１と、サイクロン部１２と、セル部１３と、光源ユニット１４と、受光ユニット１５と、第１の排出管１６と、第２の排出管１７と、を有する。

導入管１１は、図１及び図２に示されるように、一方の端部に開口部３３を有し、他方の端部に接続部３４を有する。導入管１１は、開口部３３から排ガスＧの一部を内部に導入する。また、接続部３４は、サイクロン部１２と接続されており、接続部３４は、導入管１１内部の排ガスＧをサイクロン部１２に導出する。

導入管１１の開口部３３は、排ガスＧの流れの上流側から下流側に向かって開口している。従って、導入管１１は、排ガスＧ中の異物の導入を抑制することができる。また、開口部３３は、排ガス流路１の軸方向Ｚに直交する方向での断面視における排ガス流路１の中央部に位置する。従って、開口部３３は、排ガスＧの一部を効率的に導入することができる。ただし、開口部３３は、排ガスＧの一部を導入するものであれば、排ガスＧの流れの上流側から下流側に向かって開口していなくてもよく、排ガス流路１の断面視での位置は任意であってもよい。

導入管１１は、開口部３３から湾曲部３５へ、排ガス流路１の底面４０に向かって延在する。また、導入管１１は、湾曲部３５から接続部３４へ、排ガス流路１の一方の側面４１に向かって延在する。言い換えれば、導入管１１は、湾曲部３５において、その延在する向きを変える。また、湾曲部３５は、所定の曲率を有する。すなわち、導入管１１は、湾曲部３５において、所定の曲線をもってその延在する向きを変える。なお、導入管１１は、湾曲部３５に限られず、延在する向きを変える箇所において、所定の曲率を有してもよい。

サイクロン部１２は、図１から図３に示されるように、例えば円筒状の部材である。サイクロン部１２は、円筒状の部材の軸方向Ｔにおける一方の端部４２において、先端４４に向かって径が小さくなる円錐台形状となっている。サイクロン部１２は、側面において導入管１１の接続部３４と接続されている。図１に示されるように、導入管１１は、サイクロン部１２の外周の接線方向に沿って、サイクロン部１２に接続されている。サイクロン部１２は、接続部３４を介して、導入管１１内の排ガスＧを導入する。また、詳しくは後述するが、サイクロン部１２は、導入された排ガスＧを内部で旋回させて、排ガスＧと排ガスＧ中の異物とを分離する。

サイクロン部１２は、先端４４において、異物排出管２１を有する。異物排出管２１は、吸引部としての第１の吸引部１９と接続されている。詳しくは後述するが、第１の吸引部１９は、少なくとも排ガスＧから分離された排ガスＧ内の異物の一部を、異物排出管２１を介して排出する。第１の吸引部１９は、例えばポンプである。ただし、第１の吸引部１９は、サイクロン部１２内の気体を吸引するものであれば、ポンプに限られない。

セル部１３は、図１から図３に示されるように、両端が開口する筒状の部材である。例えば、セル部１３は、円筒状の部材である。図２に示されるように、セル部１３は、排ガス流路１の軸方向Ｚに対して直交する方向における断面内において、排ガス流路１の隅部に設けられている。すなわち、セル部１３は、排ガス流路１の中心軸Ｘよりも外側に設けられている。また、セル部１３は、流路壁２の開口部３０とセル部１３の一方の端部４５と、流路壁２の開口部３１とセル部１３の他方の端部４６とを固定することにより、流路壁２に固定されている。従って、セル部１３の軸方向Ｙに沿った長さ（セル部１３の一方の端部４５と他方の端部４６との間の長さ）は、排ガス流路１の断面視の幅よりも小さくなる。

実施形態１において、排ガス流路１の軸方向Ｚに対して直交する方向における断面形状は矩形であるが、これに限られず、例えば多角形又は円形等でもよい。例えば、排ガス流路１の断面形状が円形である場合、セル部１３は、中心軸Ｘよりも放射方向外側の排ガス流路１の弦に沿って設けられる。この場合、セル部１３が設けられる弦から中心軸Ｘまでの距離は、例えば、排ガス流路１の内周の半径の半分よりも大きく、排ガス流路１の内周の半径よりも小さい。ただし、セル部１３は、排ガス流路１の隅部に設けられていれば、その位置は任意に選択できる。

セル部１３の一方の端部４５には、光源ユニット１４が取り付けられている。セル部１３の他方の端部４６には、受光ユニット１５が取り付けられている。光源ユニット１４及び受光ユニット１５については後述する。

セル部１３は、一方の端部４５と他方の端部４６との間の側面に接続管２２を有している。接続管２２は、セル部１３とサイクロン部１２とを接続している。より詳しくは、接続管２２のセル部１３と接続されている側と反対側の先端である先端部４７は、サイクロン部１２の他方の端部４３に設けられる開口部４９に挿入されている。先端部４７は、サイクロン部１２の軸方向Ｔに直交する方向の断面視において、サイクロン部１２の中央部に位置している。また、先端部４７は、導入管１１の接続部３４よりもサイクロン部１２の先端４４側に位置している。セル部１３は、接続管２２を介して、異物と分離されたサイクロン部１２内の排ガスＧを導入する。

セル部１３は、一方の端部４５と接続管２２との間の側面において、第１の排出管１６に接続されている。また、セル部１３は、他方の端部４６と接続管２２との間の側面において、第２の排出管１７に接続されている。図２に示されるように、第１の排出管１６と第２の排出管１７とは、合流管１８で互いに合流し、第２の吸引部２０に接続されている。第１の排出管１６と第２の排出管１７とは、第２の吸引部２０により、セル部１３から排ガスＧを排出する。第２の吸引部２０は、例えばポンプである。ただし、第２の吸引部２０は、セル部１３内の排ガスＧを吸引するものであれば、ポンプに限られない。第１の排出管１６と第２の排出管１７とは、合流していなくてもよく、互いに別の吸引部を有していてもよい。また、実施形態１においては、排出管は２つであったが、排出管は１つでもよく、３つ以上であってもよい。また、第１の吸引部１９と第２の吸引部２０とは同じものであってもよい。

図３に示されるように、光源ユニット１４は、光源部２３と取付部２４とを有する。光源ユニット１４は、取付部２４において、セル部１３の一方の端部４５に着脱可能に取付けられる。光源部２３は、セル部１３の軸方向Ｙに沿って受光ユニット１５に向かう光を出射する。実施形態１において、光源部２３は、赤外線レーザーを出射する。

取付部２４は、収納部８１と、筒部８２とを有する。収納部８１は、例えば円筒状の中空部材であり、内部に光源部２３を収納する。収納部８１は、一方の端面である端面８３に、開口して筒部８２と接続される接続部８４を有する。また、収納部８１は、側面に開口部８５を有する。収納部８１は、端面８３をセル部１３の一方の端部４５に取付けることにより、光源ユニット１４をセル部１３に着脱可能に取り付ける。端面８３とセル部１３の一方の端部４５との取り付け方法は、任意である。なお、取付部２４は、筒部８２に接続される接続部８４と開口部８５とを有し、内部に光源部２３を収納するものであれば、任意の形状であってよい。

筒部８２は、両端が開口する筒状の部材である。筒部８２は、一方の端部８６において、収納部８１の接続部８４と接続されている。筒部８２は、一方の端部８６から他方の端部８７に向かって延在する。筒部８２は、取付部２４がセル部１３に取付けられることにより、セル部１３の内部に軸方向Ｙに沿って収納される。筒部８２の他方の端部８７は、セル部１３内において、セル部１３の一方の端部４５と他方の端部４６との間の第１の中間部８８に位置する。第１の中間部８８は、軸方向Ｙに沿って第１の接続管１６と同じ位置であることが望ましい。ただし、筒部８２がセル部１３の内部に収納されれば、第１の中間部８８の位置はこれに限られない。

収納部８１の内部には、開口部８５から気体Ｌが導入される。開口部８５から導入された気体Ｌは、筒部８２を通って、第１の排出管１６から導出される。気体Ｌは、例えばアンモニアを含まない空気である。ただし、気体Ｌは、測定対象であるガス成分を含まない気体であれば、これに限られない。

図３に示されるように、受光ユニット１５は、受光部２５と取付部２６とを有する。受光ユニット１５は、取付部２６において、セル部１３の他方の端部４６に着脱可能に取付けられる。受光部２５は、光源部２３からの光を受光して、セル部１３内の排ガスＧのアンモニア濃度を測定する。

取付部２６は、収納部９１と、筒部９２とを有する。収納部９１は、例えば円筒状の中空部材であり、内部に受光部２５を収納する。収納部９１は、一方の端面である端面９３に、開口して筒部９２と接続される接続部９４を有する。また、収納部９１は、側面に開口部９５を有する。収納部９１は、端面９３をセル部１３の他方の端部４６に取付けることにより、受光ユニット１５をセル部１３に着脱可能に取り付ける。端面９３とセル部１３の他方の端部４６との取り付け方法は、任意である。なお、取付部２６は、筒部９２に接続される接続部９４と、開口部９５とを有し、内部に受光部２５を収納するものであれば、任意の形状であってよい。

筒部９２は、両端が開口する筒状の部材である。筒部９２は、一方の端部９６において、収納部９１の接続部９４と接続されている。筒部９２は、一方の端部９６から他方の端部９７に向かって延在する。筒部９２は、取付部２６がセル部１３に取付けられることにより、セル部１３の内部に軸方向Ｙに沿って収納される。筒部９２の他方の端部９７は、
セル部１３内において、セル部１３の他方の端部４６と第１の中間部８８との間の第２の中間部９８に位置する。第２の中間部９８は、例えば、第２の排出管１７と軸方向Ｙに沿って同じ位置であることが望ましい。ただし、筒部９２がセル部１３の内部に収納されれば、第２の中間部９８の位置はこれに限られない。

収納部９１の内部には、開口部９５から気体Ｍが導入される。開口部９５から導入された気体Ｍは、筒部９２を通って、第２の排出管１７から導出される。気体Ｍは、例えばアンモニアを含まない空気である。ただし、気体Ｍは、測定対象であるガス成分を含まない気体であれば、これに限られない。

図２に示されるように、導入管１１とサイクロン部１２とセル部１３の一部とは、排ガス流路１内に設けられている。セル部１３は、少なくとも一部が排ガス流路１内に設けられていればよい。より詳しくは、セル部１３は、第１の中間部８８から第２の中間部９８まで間において、排ガス流路１内に設けられていればよい。例えば、セル部１３は、全てが排ガス流路１内に設けられていてもよい。この場合、排ガス濃度測定装置１０は、例えば光源ユニット１４の取付部２４と受光ユニット１５の取付部２６とにおいて、流路壁２に固定される。次に、排ガス濃度測定装置１０による排ガスＧのアンモニア濃度の測定について説明する。

排ガス流路１内の排ガスＧは、例えば粉塵等の異物を含有している。第１の吸引部１９及び第２の吸引部２０が駆動すると、サイクロン部１２及びセル部１３内の気体が吸引されるため、サイクロン部１２及びセル部１３は負圧になる。導入管１１は、開口部３３から排ガス流路１内の排ガスＧの一部を導入する。

導入管１１に導入された排ガスＧは、接続部３４からサイクロン部１２内に導入される。ここで、導入管１１は、サイクロン部１２の外周の接線方向に沿って、サイクロン部１２に接続されている。また、サイクロン部１２には、接続管２２が取り付けられている。接続管２２は、サイクロン部１２の断面視における中央部に位置する先端部４７から、サイクロン部１２内の空気を吸引する。従って、導入管１１からサイクロン部１２内に導入された排ガスＧは、サイクロン部１２の内部で旋回する。そして、排ガスＧ内の異物は、サイクロン部１２の内周の放射方向外側に遠心分離される。排ガスＧから分離された異物及び排ガスＧ内の一部は、第１の吸引部１９により、異物排出管２１から排出される。一方、異物から分離された排ガスＧは、接続管２２の先端部４７から吸引され、セル部１３に導出される。このようにして、サイクロン部１２は、排ガスＧとその内部の異物とを分離し、異物と分離された排ガスＧをセル部１３に導出する。

一方、光源ユニット１４内には、気体Ｌが導入されている。気体Ｌは、収納部８１の開口部８５から導入され、筒部８２の一方の端部８６から他方の端部８７に向かって流れる。そして、気体Ｌは、他方の端部８７からセル部１３の第１の中間部８８に導入され、第１の排出管１６から導出される。気体Ｌは、筒部８２の一方の端部８６から他方の端部８７に向かって流れているため、セル部１３内の排ガスＧは、筒部８２内には導入されない。

受光ユニット１５内には、気体Ｍが導入されている。気体Ｍは、収納部９１の開口部９５から導入され、筒部９２の一方の端部９６から他方の端部９７に向かって流れる。そして、気体Ｍは、他方の端部９７からセル部１３の第２の中間部９８に導入され、第２の排出管１７から導出される。気体Ｍは、筒部９２の一方の端部９６から他方の端部９７に向かって流れているため、セル部１３内の排ガスＧは、筒部９２内には導入されない。

セル部１３に導入された排ガスＧは、次の方法でアンモニア濃度を測定される。すなわち、赤外線は、試料ガス中を通過するときに、試料ガス中に含まれる測定対象物に特有の波長の赤外線が吸収される。赤外線の吸収量は、対象成分の濃度に応じたものになるため、その吸収量を測定することにより対象成分の濃度を測定することができる。

光源部２３からの赤外線レーザーは、セル部１３内の排ガスＧにより、特定の波長の赤外線が吸収された後、受光部２５に受光される。受光部２５には、例えば排ガスＧ内のアンモニアにより吸収された赤外線量を測定するセンサが設けられている。従って、受光部２５は、排ガスＧ内のアンモニア濃度を計測することができる。なお、受光部２５は、アンモニア以外のガス濃度を測定してもよい。

実施形態１において、光源部２３は、軸方向Ｙに沿って受光部２５に向かう光路Ａを形成する赤外線レーザーを発光する。光路Ａは、光路Ｂ、Ｃ及び測定光路Ｄを有する。光路Ｂは、光路Ａにおける、軸方向Ｙに沿って光源部２３から第１の中間部８８までの間の光路である。すなわち、光路Ｂは、光路Ａの筒部８２内における光路である。測定光路Ｄは、光路Ａにおける、軸方向Ｙに沿って第１の中間部８８から第２の中間部９８までの間の光路である。すなわち、測定光路Ｄは、光路Ａのセル部１３内における光路である。言い換えれば、第１の中間部８８から第２の中間部９８までの間とは、光源部２３からの光がセル部１３内に露出される部分である。光路Ｃは、光路Ａにおける、軸方向Ｙに沿って第２の中間部９８から受光部２５までの間の光路である。すなわち、光路Ｃは、光路Ａの筒部９２内における光路である。

上述のように、光路Ｂは、筒部８２内における光路である。筒部８２には、排ガスＧが導通されず、気体Ｌが導通されている。すなわち、光路Ｂは、気体Ｌ内を通る光路である。同様に、光路Ｃは、気体Ｍが導通される筒部９２内における光路である。すなわち、光路Ｃは、気体Ｍ内を通る光路である。一方、測定光路Ｄは、セル部１３内における光路であるため、測定光路Ｄは、排ガスＧ内を通る光路である。上述のように、気体Ｌ，Ｍには、測定対象ガスであるアンモニアが含まれない。従って、光源部２３からの赤外線レーザーは、測定光路Ｄにおいて、アンモニアに起因する波長の赤外線が吸収される。すなわち、光路Ａにおいて、第１の中間部８８から第２の中間部９８までの間の測定光路Ｄが、例えば排ガスＧに含まれるアンモニア等のガス濃度を測定する光路となる。

セル部１３内の排ガスＧは、第２の吸引部２０により、第１の排出管１６及び第２の排出管１７から排出される。

このようにして、実施形態１に係る排ガス濃度測定装置１０は、サイクロン部１２により排ガスＧと排ガスＧ内の異物とを分離する。そして、排ガス濃度測定装置１０は、セル部１３内において、異物と分離された排ガスＧのガス濃度を赤外線レーザーにより計測する。排ガス濃度測定装置１０は、排ガスＧ中に含まれる異物をサイクロン部１２により除去することができるため、排ガスＧ中のガス濃度の測定精度を向上させることができる。

サイクロン部１２は、遠心分離により異物と排ガスＧとを分離する。サイクロン部１２、例えばフィルタのように異物による目詰まり等を起こし難い。従って、排ガス濃度測定装置１０は、例えば排ガスＧ内に異物が多い場合においても、排ガス中のガス濃度が測定できなくなることを抑制する。また、サイクロン部１２は、目詰まり等を起こし難く、かつ、筒状部材であるため、メンテナンスが容易である。

また、実施形態１に係る排ガス濃度測定装置１０は、第１の吸引部１９によりサイクロン部１２内の異物を排出する。排ガス濃度測定装置１０は、第１の吸引部１９により強制的に異物を排出することができるため、例えば排ガスＧ内に異物が多く含まれる場合においても、効率的に異物を排出することができる。ただし、排ガス濃度測定装置１０は、第１の吸引部１９を有していなくてもよい。この場合、サイクロン部１２内の異物は、例えば自重などにより、サイクロン部１２から排出される。

このように、排ガス濃度測定装置１０は、サイクロン部１２により異物を分離するため、異物が多く含まれる排ガスの濃度測定に特に有効である。

また、排ガスＧ内に含まれているアンモニアは、温度が低下するとアンモニア化合物を生成し、アンモニア化合物が排ガス濃度測定装置１０内に付着する可能性がある。このアンモニア化合物が例えば排ガスＧに取り込まれた場合、計測されたアンモニア濃度が実際のアンモニア濃度よりも高くなり、測定精度が低下する可能性がある。

排ガス流路１内は、高温の排ガスＧが流通しているため、例えば２５０度以上の高温環境にある。排ガス濃度測定装置１０は、導入管１１とサイクロン部１２とセル部１３の一部とが、排ガス流路１内に設けられている。より詳しくは、セル部１３の一部とは、第１の中間部８８から第２の中間部９８までの間であり、アンモニア濃度を測定する測定光路Ｄを有する位置である。すなわち、排ガス濃度測定装置１０は、排ガスＧを排ガス流路１から導入して、排ガスＧから異物を分離して、排ガスＧのアンモニア濃度を測定する箇所において、排ガス流路１内に設けられている。従って、排ガス濃度測定装置１０は、排ガスＧ中のアンモニア濃度の測定箇所を例えば２５０度以上の高温環境下におくため、アンモニア化合物の生成を抑制することができる。そのため、実施形態１に係る排ガス濃度測定装置１０は、排ガス中のアンモニア濃度の測定精度の低下を抑制することができる。

また、上述のように、セル部１３は、軸方向Ｚと直交する方向において、排ガス流路１の隅部に設けられている。そのため、セル部１３の軸方向Ｙに沿った長さは、排ガス流路１の軸方向Ｚと直交する方向における断面視の幅よりも小さくなる。従って、セル部１３内の軸方向Ｙに沿って形成される光路Ａの長さも、排ガス流路１の断面視の幅よりも小さくなる。すなわち、実施形態１に係る排ガス濃度測定装置１０は、排ガス流路１の幅が大きい場合であっても、光路Ａの長さを短くすることができる。このように、実施形態１に係る排ガス濃度測定装置１０は、光路Ａの長さを最適化することができるため、排ガス中のガス濃度の測定精度を向上させることができる。また、排ガス濃度測定装置１０は、セル部１３が排ガス流路１の隅部に設けられているため、排ガス流路１内の排ガスＧの流れを阻害することを抑制する。

また、実施形態１に係るセル部１３は、両端部が開口する筒状部材である。また、セル部１３は、一方の端部４５と他方の端部４６において、排ガス流路１の流路壁２に取付けられている。従って、セル部１３は、例えば光源ユニット１４の取付部２４又は受光ユニット１５の取付部２６を取り外すことにより、排ガス流路１の外部からでも容易にメンテナンスを行うことができる。ただし、光源ユニット１４は取付部２４を有していなくてもよく、受光ユニット１５は取付部２６を有していなくてもよい。光源ユニット１４は、光源部２３のみを有していればよく、受光ユニット１５は、受光部２５のみを有していればよい。この場合、例えば光源ユニット１４及び受光ユニット１５は、セル部１３に対して着脱可能でなくてもよい。

また、実施形態１に係る導入管１１は、延在する向きを変える箇所において、所定の曲率を有している。従って、導入管１１は、延在する向きを変える箇所において、異物が詰まることを抑制することができ、また、容易にメンテナンスを行うことができる。

また、実施形態１に係る光源ユニット１４及び受光ユニット１５は、それぞれ筒部８２及び筒部９２を有する。筒部８２内には気体Ｌが導通され、排ガスＧは導入されない。同様に、筒部９２内には、気体Ｍが導通され、排ガスＧは導入されない。従って、筒部８２及び筒部９２は、光源部２３及び受光部２５の周囲に排ガス中の異物が侵入することを防止する。実施形態１に係る排ガス濃度測定装置１０は、排ガス中のアンモニア濃度の測定精度の低下をより好適に抑制することができる。

また、上述のように、光路Ｂ，Ｃは、それぞれ筒部８２，９２内の光路である。そして、測定光路Ｄは、セル部１３の第１の中間部８８と第２の中間部９８との間の光路であり、排ガスＧ中のガス濃度を測定するための光路である。第１の中間部８８は、筒部８２の他方の端部８７に対応する位置にあり、第２の中間部９８は、筒部９２の他方の端部９７に対応する位置にある。すなわち、測定光路Ｄは、筒部８２の他方の端部８７と筒部９２の他方の端部９７の間の光路であるといえる。従って、測定光路Ｄは、筒部８２の他方の端部８７と筒部９２の他方の端部９７との位置により定められる。そのため、実施形態１に係る排ガス濃度測定装置１０は、筒部８２及び筒部９２により、測定光路Ｄの光路長を最適にすることができる。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。図４は、実施形態２に係る排ガス濃度測定装置を示す模式図である。図４は、排ガス流路１Ａを平面視で見た図である。図４に示されるように、実施形態２に係る排ガス濃度測定装置１０Ａは、複数の導入管を有する。実施形態２に係る排ガス濃度測定装置１０Ａは、その他の点で実施形態１に係る排ガス濃度測定装置１０と構成が共通するため、共通する部分の説明を省略する。

図４に示されるように、排ガス流路１Ａは、脱硝装置１６１，１６２，１６３を有する。脱硝装置１６１，１６２，１６３は、排ガス流路１Ａ内の排ガスＧの流れの上流からこの順で取り付けられている。排ガス流路１Ａは、脱硝装置１６１と脱硝装置１６２との間に、第１の空間１７１を有する。また、排ガス流路１Ａは、脱硝装置１６２と脱硝装置１６３との間に、第２の空間１７２を有する。また、排ガス流路１Ａは、脱硝装置１６３よりも排ガスＧの流れの下流側に、第３の空間１７３を有する。排ガス濃度測定装置１０Ａは、例えば第３の空間１７３に取付けられている。実施形態２においては、排ガス流路１Ａには３つの脱硝装置が設けられているが、１つの脱硝装置でもよいなど、その数は限定されない。

図４に示されるように、導入管１１Ａは、合流導入管１１Ｘと、切替導入管５１，５２，５３，５４と、導入管６１，６２，６３，６４，６５，６６と、弁としての切替弁７１，７２，７３，７４，７５とを有する。以下、切替導入管５１，５２，５３，５４をそれぞれ区別する必要がない場合は、切替導入管５０と記載する。また、導入管６１，６２，６３，６４，６５，６６をそれぞれ区別する必要がない場合は、導入管６０と記載する。また、切替弁７１，７２，７３，７４，７５をそれぞれ区別する必要がない場合は、切替弁７０と記載する。

合流導入管１１Ｘは、実施形態１に係る排ガス濃度測定装置１０の導入管１１と同様に、サイクロン部１２と接続されて、排ガスＧをサイクロン部１２に導入する。詳しくは後述するが、切替弁７０は、複数の導入管６０から切替導入管５０への排ガスＧの流路を切り替えて制御する。

導入管６１，６２は、第１の空間１７１に設けられている。導入管６１，６２は、排ガスＧの流れの上流側から下流側に向かって開口している。また、導入管６１は、排ガス流路１Ａの幅方向Ｓにおいて、導入管６２よりも排ガス濃度測定装置１０Ａ側に開口している。導入管６１，６２は、第１の空間１７１において、排ガスＧの一部を導入する。ただし、導入管６１，６２は、第１の空間１７１においてそれぞれ異なった位置に開口していれば、任意の位置に開口してもよい。

導入管６１，６２は、切替弁７１を介して切替導入管５１で合流している。切替弁７１は、導入管６１から切替導入管５１への流路と、導入管６２から切替導入管５１への流路とを切り替える。従って、切替導入管５１は、導入管６１からの排ガスＧと、導入管６２からの排ガスＧとのいずれかを導入する。なお、切替弁７１は、導入管６１，６２の両方を切替導入管５１に接続することができ、導入管６１，６２の両方を切替導入管５１の接続から遮断することができる。切替導入管５１は、第１の空間１７１から第２の空間１７２に延在する。

導入管６３，６４は、第２の空間１７２に設けられている。導入管６３，６４は、排ガスＧの流れの上流側から下流側に向かって開口している。また、導入管６３は、排ガス流路１Ａの幅方向Ｓにおいて、導入管６４よりも排ガス濃度測定装置１０Ａ側に開口している。導入管６３，６４は、第２の空間１７２において、排ガスＧの一部を導入する。ただし、導入管６３，６４は、第２の空間１７２においてそれぞれ異なった位置に開口していれば、任意の位置に開口してもよい。

導入管６３，６４は、切替弁７４を介して切替導入管５３で合流している。切替弁７４は、導入管６３から切替導入管５３への流路と、導入管６４から切替導入管５３への流路とを切り替える。従って、切替導入管５３は、導入管６３からの排ガスＧと、導入管６４からの排ガスＧとのいずれかを導入する。なお、切替弁７４は、導入管６３，６４の両方を切替導入管５３に接続することができ、導入管６３，６４の両方を切替導入管５３の接続から遮断することができる。

切替導入管５１，５３は、第２の空間１７２において、切替弁７２を介して切替導入管５２で合流している。切替弁７２は、切替導入管５１から切替導入管５２への流路と、切替導入管５３から切替導入管５２への流路とを切り替える。すなわち、切替導入管５２は、切替導入管５１からの排ガスＧと、切替導入管５３からの排ガスＧとのいずれかを導入する。なお、切替弁７２は、切替導入管５１，５３の両方を切替導入管５２に接続することができ、切替導入管５１，５３の両方を切替導入管５２の接続から遮断することができる。切替導入管５２は、第２の空間１７２から第３の空間１７３に延在する。

導入管６５，６６は、第３の空間１７３に設けられている。導入管６５，６６は、排ガスＧの流れの上流側から下流側に向かって開口している。また、導入管６５は、排ガス流路１Ａの幅方向Ｓにおいて、導入管６６よりも排ガス濃度測定装置１０Ａ側に開口している。導入管６５，６６は、第３の空間１７３において、排ガスＧの一部を導入する。ただし、導入管６５，６６は、第３の空間１７３においてそれぞれ異なった位置に開口していれば、任意の位置に開口してもよい。

導入管６５，６６は、切替弁７５を介して切替導入管５４で合流している。切替弁７５は、導入管６５から切替導入管５４への流路と、導入管６６から切替導入管５４への流路とを切り替える。従って、切替導入管５４は、導入管６５からの排ガスＧと、導入管６６からの排ガスＧとのいずれかを導入する。なお、切替弁７５は、導入管６５，６６の両方を切替導入管５４に接続することができ、導入管６５，６６の両方を切替導入管５４の接続から遮断することができる。

切替導入管５２，５４は、第３の空間１７３において、切替弁７３を介して合流導入管１１Ｘで合流している。切替弁７３は、切替導入管５２から合流導入管１１Ｘへの流路と、切替導入管５４から合流導入管１１Ｘへの流路とを切り替える。すなわち、合流導入管１１Ｘは、切替導入管５２からの排ガスＧと、切替導入管５４からの排ガスＧとのいずれかを導入する。なお、切替弁７３は、切替導入管５２，５４の両方を合流導入管１１Ｘに接続することができ、切替導入管５２，５４の両方を合流導入管１１Ｘの接続から遮断することができる。

上述のように、合流導入管１１Ｘは、切替導入管５２，５４のいずれかからの排ガスＧを導入する。従って、合流導入管１１Ｘは、切替弁７０により、複数の導入管６０のうちのいずれか１つの導入管を選択して排ガスＧを導入し、サイクロン部１２へ導出することができる。なお、合流導入管１１Ｘは、複数の導入管６０のうちの複数からの排ガスＧを導入することもできる。

このように、実施形態２に係る排ガス濃度測定装置１０Ａは、複数の導入管６０のうちいずれかを選択して排ガスＧを導入して、排ガスＧのガス濃度を測定することができる。排ガス濃度測定装置１０Ａは、排ガス流路１Ａ中の適切な位置を選択して、その位置での排ガスＧのガス濃度を測定することができるため、排ガス中のガス濃度の測定精度を向上させることができる。例えば、実施形態２においては、排ガス流路１Ａは、３つの脱硝装置１６１，１６２，１６３を有する。排ガスＧ中のアンモニア濃度は、そのうちの最も下流に位置する脱硝装置１６３の下流である第３の空間１７３において、最も低くなる。従って、例えば、排ガス濃度測定装置１０Ａは、第３の空間１７３の導入管６５，６６からの排ガスＧのアンモニア濃度を測定した場合に、その測定誤差が小さくなる。従って、排ガス濃度測定装置１０Ａは、導入管６５，６６からの排ガスＧのアンモニア濃度を測定することが適切な場合がある。ただし、排ガスＧの濃度の測定位置は、その目的によって適宜選択することができる。

排ガス流路１Ａ内の異なる箇所での排ガスＧのガス濃度を計測する場合、導入管が１つしかないと、導入管の位置を変更する必要がある。しかし、実施形態２に係る排ガス濃度測定装置１０Ａは、複数の導入管６０を有し、その排ガスＧの流通を切替弁７０で制御することができる。従って、排ガス濃度測定装置１０Ａは、導入管の位置を変更することなく、切替弁７０を制御するだけで、排ガス流路１Ａ内の異なる箇所での排ガスＧのガス濃度を計測することができる。

また、合流導入管１１Ｘは、複数の導入管６０のうちの複数からの排ガスＧを導入することもできる。従って、実施形態２に係る排ガス濃度測定装置１０Ａは、排ガス流路１Ａ内の複数の位置からの排ガスＧの平均のガス濃度を測定することもできる。

実施形態２において、導入管６０は６つであったが、複数であれば数は任意である。また、複数の導入管６０の位置も、それぞれが異なる位置にあれば、任意に選択することができる。また、切替弁７０の代わりに複数の導入管６０にそれぞれ開閉弁を設けて、サイクロン部１２への排ガスＧの流通を制御してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これら実施形態の内容によりこの発明が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１排ガス流路
２流路壁
１０排ガス濃度測定装置
１１導入管
１２サイクロン部
１３セル部
１４光源ユニット
１５受光ユニット
１６第１の排出管
１７第２の排出管
１９第１の吸引部
２０第２の吸引部
２１異物排出管
２３光源部
２５受光部
４５一方の端部
４６他方の端部
１６０脱硝装置
Ａ光路
Ｇ排ガス
Ｘ中心軸
Ｙ軸方向
Ｚ軸方向

Claims

排ガス流路から排ガスの一部を導入する導入管と、
前記導入管と接続されて前記排ガスを導入し、前記排ガスを内部で旋回させて前記排ガスと前記排ガス中の異物とを分離するサイクロン部と、
筒状の部材であって、前記サイクロン部と接続されて前記排ガスを内部に導入するセル部と、
前記セル部に設けられる光源部と、
前記セル部に設けられ前記光源部からの光を受光して前記排ガスの成分の少なくとも一部のガス濃度を測定する受光部と、
を有し、
前記導入管と前記サイクロン部と前記セル部の少なくとも一部とは、前記排ガス流路内に設けられており、
前記導入管が前記排ガスを導入する開口部は、前記排ガス流路の延在方向と直交する断面内における中央部に設けられており、
前記セル部は、前記排ガス流路の延在方向と直交する断面内において前記開口部の外側であって、隅部に設けられている排ガス濃度測定装置。
前記サイクロン部は、前記排ガス流路の延在方向と直交する断面内において、前記セル部よりも外側に設けられている、請求項１に記載の排ガス濃度測定装置。
前記導入管は、前記開口部から前記サイクロン部との接続部までの間で、所定の曲線をもってその延在する向きを変化させる、請求項１又は請求項２に記載の排ガス濃度測定装置。
前記サイクロン部は、前記サイクロン部に接続された吸引部により少なくとも前記排ガス中の異物の一部を排出する、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の排ガス濃度測定装置。
前記導入管は複数設けられており、
前記複数の導入管には、前記複数の導入管から前記サイクロン部への排ガスの流れを制御する弁が設けられている、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の排ガス濃度測定装置。
排ガス流路から排ガスの一部を導入し、
導入した前記排ガスを旋回させて前記排ガスと前記排ガス中の異物とを分離し、
前記排ガス中の異物と分離された前記排ガスに光を照射して前記排ガスの成分の少なくとも一部のガス濃度を測定し、
前記排ガスの一部の導入と前記排ガス及び前記排ガス中の異物の分離と前記ガス濃度の測定とは、前記排ガス流路内部で行われ、
前記排ガスの一部を導入する位置は、前記排ガス流路の延在方向と直交する断面内における中央部であり、前記ガス濃度を測定する位置は、前記排ガス流路の延在方向と直交する断面内において前記排ガスの一部を導入する位置の外側であって、隅部である排ガス濃度測定方法。