JP6292346B2 - 船舶用レーザ式ガス分析計 - Google Patents
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Description
本発明は、船舶に搭載されるディーゼルエンジンからの排ガスを分析する船舶用レーザ式ガス分析計に関する。
船舶用のディーゼルエンジンは、船舶用燃料油により駆動される。この船舶用燃料油は、重油であって硫黄分を多く含有する。したがって、ディーゼルエンジンの排ガスは、炭素が主成分の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）や硫黄酸化物（ＳＯＸ）などの有害物質を多く含む。そこで、環境への配慮のため、船舶用燃料油中の硫黄含有量の制限が強化されつつある。
国際海事機関（ＩＭＯ:International Maritime Organization）の海洋汚染防止条約（ＭＡＲＰＯＬ７３／７８条約）の「船舶からの大気汚染に関するＭＡＲＰＯＬ条約附属書VI」において、使用する船舶用燃料油中の最大硫黄分濃度が、一般海域と指定海域とに分けて制限された。この規定は、２００５年の５月に発効要件を満たし、強制規定として履行された。
上記の指定海域とは、硫黄排出規制区域（ＳＥＣＡｓ：Sulfur Emission Control Areas）とも呼ばれ、具体的にはバルト海、北海、イギリス海峡である。指定海域で使用される船舶用燃料油中の最大硫黄分濃度の上限値は１．５％と規定された。
また、上記の一般海域とは、上記の指定海域以外の海域である。この一般海域で使用される船舶用燃料油中の最大硫黄分濃度の上限値は４．５％と規定された。
この指定海域に進入する船舶は、硫黄分濃度を１．５％以下とする船舶用燃料油を用いるか、また、排ガスに含まれる硫黄酸化物（ＳＯＸ）の排出量が特定の制限値を満たすようにする代替手段を用いるか、を選択できる。この代替手段は、具体的には、硫黄分濃度が４．５％の船舶用燃料油を用いたときでも、硫黄分濃度が１．５％以下の船舶用燃料油を使用したときの排ガスと同程度となるように排ガスを浄化する排ガス浄化装置である。
さらに、２００８年４月には、海洋環境保護委員会（ＭＥＰＣ：Marine Environment Protection Committee）が会合を開き、ＭＡＲＰＯＬ条約付属書VIの改正案について合意した。この改正ＭＡＲＰＯＬ条約附属書VIによれば、上記の硫黄分濃度の上限値をさらに強化するものであり、図７に示すように、ＳＯＸ・ＰＭ規制の施行スケジュール（ＭＥＰＣ５８採択）が決定された。
一般海域では、船舶用燃料油の硫黄分濃度の上限値が２０１２年より４.５％から３.５％へ下げられており、さらに２０２０年（または２０２５年）より３.５％から０.５％へ下げられる予定である。また、指定海域では、船舶用燃料油の硫黄分濃度の上限値が２０１０年７月より１.５％から１.０％へ下げられており、さらに２０１５年より１.０％から０.１％へ下げられている。
さて、この規定を満たすため、２０１５年以降では、硫黄分濃度を０．１％以下とする低硫黄燃料油（ＭＧＯ：Marine Gas Oil）を全航海で用いることが考えられる。これにより、酸性雨の原因等である硫黄酸化物（ＳＯＸ）の排出が抑えられるとともに、船舶用燃料油中の硫黄分濃度と相関関係にある粒子状物質（ＰＭ）の排出も抑えられ、船舶に起因する大気環境への影響を軽減できる。
しかしながら、この低硫黄燃料油（ＭＧＯ）は高硫黄燃料油（ＨＦＯ：Heavy Fuel Oil）に比べて高価である。海運業界にとっては、全航程で低硫黄燃料油（ＭＧＯ）を使用することは、燃料費の増大により利益が減少する。また、石油精製業界にとっては、低硫黄燃料油（ＭＧＯ）の需要増大に対応するため莫大な設備投資が必要となり、さらに、精製時のＣＯ２排出量増大等の課題が発生する。また、造船業界にとっては、潤滑性に劣る低硫黄燃料油（ＭＧＯ）を使用することによる技術的リスクへの対策が新たに必要となる。全航程で低硫黄燃料油（ＭＧＯ）を使用することは現実的ではなかった。
他の対応策として、大陸間航路を運行する船舶が、海域によって低硫黄燃料油（ＭＧＯ）と高硫黄燃料油（ＨＦＯ）とを使い分けることが考えられる。例えば、外洋の一般海域では、安価である高硫黄燃料油（ＨＦＯ）をディーゼルエンジンに供給し、バルト海、北海、イギリス海峡という指定海域でのみ、高価である低硫黄燃料油（ＭＧＯ）をディーゼルエンジンに供給する。これにより船舶の運航コストが最適化されるが、それでも、低硫黄燃料油（ＭＧＯ）を用いるため、上記の設備増大のコスト発生や技術的リスクの問題が残る。
そこで、改正ＭＡＲＰＯＬ条約附属書VIでも認められている代替手段の採用が現実的である。これは、上記のように排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ：Exhaust Gas Cleaning Systems）を船舶に搭載する、というものである。この排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）は、排ガスに含まれる硫黄酸化物（ＳＯＸ）の排出量が特定の制限値を満たすように排ガスを浄化する。
これにより、低硫黄燃料油（ＭＧＯ）の使用時と同じ程度まで硫黄酸化物（ＳＯＸ）やＰＭの排出量を低減することができ、一般海域と指定海域の両方で、高硫黄燃料油（ＨＦＯ）の使用が可能となり、コスト低減を図る。
このような排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）を搭載する船舶について図８を参照しつつ説明する。図８は、特にディーゼルエンジンの排気ガス処理系統に焦点を当てた船舶の説明図である。船舶２００は、ディーゼルエンジン２０１、電気集塵機（ＥＳＰ）２０２、エコノマイザ２０３、脱硫スクラバ２０４、排ガスセンサ２０５、排ガスモニタ２０６、煙突２０７を備える。
船舶２００は、外洋を航行できる比較的大きな船舶である。このような大型の船舶２００が搭載する船舶用のディーゼルエンジン２０１は、スクリュープロペラを回転駆動する主機用ディーゼルエンジンや、船内の電源等を賄う補機用ディーゼルエンジンである。
このディーゼルエンジン２０１からは、高硫黄燃料油（ＨＦＯ）の燃焼による排ガスが排出される。この排ガスは、前述したように、炭素を主成分とする粒子状物質（ＰＭ）や硫黄酸化物（ＳＯＸ）を含有する。
この排ガスは、先ず、配管を介して電気集塵機（ＥＳＰ）２０２へ流れる。この電気集塵機（ＥＳＰ）２０２は、ＥＳＰ制御部２０２ａ、高圧発生部２０２ｂ、集塵機本体２０２ｃを備える。高圧発生部２０２ｂにより集塵機本体２０２ｃへ高圧電源が供給され、ＥＳＰ制御部２０２ａにより集塵機本体２０２ｃの動作が制御される。集塵機本体２０２ｃは、排ガスから効率的に粒子状物質（ＰＭ）を捕集し、粒子状物質（ＰＭ）が除去された排ガスをエコノマイザ２０３へ流す。
エコノマイザ２０３は、粒子状物質（ＰＭ）が除去された排ガスに対して熱交換を行い、熱交換後の排ガスを脱硫スクラバ２０４へ流す。
脱硫スクラバ２０４は、脱硫スクラバ制御部２０４ａ、海水スクラバ２０４ｂを備える。脱硫スクラバ制御部２０４ａにより海水スクラバ２０４ｂの動作が制御される。海水スクラバ２０４ｂで、排ガスに海水を噴射し、排ガス中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯＸ）を除去する。
排ガスセンサ２０５は、排ガスモニタ２０６と接続されている。脱硫スクラバ２０４の後段に排ガスセンサ２０５を配置し、煙道のガス流通部を流れ、浄化後であって水分を含む排ガスに対して監視を行う。
排ガスセンサ２０５からの検出信号を受信した排ガスモニタ２０６は、排ガスに含まれる硫黄酸化物（ＳＯＸ）の排出量が特定の制限値を満たすかを監視する。具体的には、二酸化硫黄ガス（ＳＯ２）と二酸化炭素ガス（ＣＯ２）の濃度の比が所定範囲内にあって適正な排ガスとなっているかを監視する。最後に排ガスは、煙突２０７から放出される。
この船舶２００の排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）は、電気集塵機（ＥＳＰ）２０２、エコノマイザ２０３、脱硫スクラバ２０４により構成される。従前の排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）の多くは、主要機器としての湿式スクラバのみで構成されていたが、大量の排ガスを処理するため非常に大型の装置となっていた。
一方、図８に示される排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）は、特に電気集塵機（ＥＳＰ）２０２を脱硫スクラバ２０４の前段に配置することで、脱硫スクラバ２０４においてスクラバ排水の粒子状物質（ＰＭ）による汚濁負荷を軽減し、粒子状物質（ＰＭ）も処理可能な大型の排水処理装置を不要としている。また、電気集塵機（ＥＳＰ）２０２をエコノマイザ２０３や脱硫スクラバ２０４の前段に配置することにより、エコノマイザ２０３や脱硫スクラバ２０４の保守頻度やスートファイア発生リスクを低減している。
図８に示される排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）は、船舶全体のシステムとしては構成が少なくなっており、『小型化』や『運用コスト低減』を実現する。このような排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）の採用により、機関艤装設計への自由度を増している。
なお、今後新たに造船される船舶では、窒素酸化物（ＮＯＸ）規制への対応も勘案する必要がある。図示しないが、ディーゼルエンジン２０１と電気集塵機２０２との間に周知の脱硝スクラバを接続する。そして、ディーゼルエンジン２０１から排気される排ガスに対し、脱硝スクラバで、尿素水を含む空気を噴射することにより、排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯＸ）と反応させて水と窒素とに分解し、窒素酸化物（ＮＯＸ）を除去してから排ガスを電気集塵機２０２に供給しても良い。排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）が脱硝スクラバも搭載するようにしても良い。排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）を搭載する船舶はこのようなものである。
さて、上記排ガスセンサ２０５として二酸化硫黄ガス（ＳＯ２）と二酸化炭素ガス（ＣＯ２）の検出が可能なレーザ式ガス分析計の適用が検討されている。レーザ式ガス分析計は、排ガス成分を高速に分析可能である。このようなレーザ式ガス分析計の従来技術が、例えば、特許文献１（特開２００９−４７６７７号公報）に開示されている。
この従来技術のレーザ式ガス分析計は、例えば、煙道の内部を通過する排ガスのガス分析を行う。煙道の配管の壁には２個のフランジが対向位置にて固定される。これらフランジに発光部と受光部とがそれぞれ固定される。発光部が煙道内にレーザ光を出射し、受光部が煙道内の排ガス中の測定対象ガス（例えば、二酸化硫黄ガス（ＳＯ２）または二酸化炭素ガス（ＣＯ２））により吸収されたレーザ光を受光する。そして、このレーザ光の強度変化に基づいて排ガス中の測定対象ガスの濃度を測定する。このようなレーザ式ガス分析計を採用することができる。
特許文献１に記載の従来技術のレーザ式ガス分析計を、船舶用のディーゼルエンジンからの排ガス分析に利用することを検討したが、本願発明者は、以下の（１）〜（６）の理由により、船舶用のディーゼルエンジンの排ガスの分析において、先行技術のレーザ式ガス分析計を単純に適用できないことを知見した。
（１）先行技術のレーザ式ガス分析計では、特許文献１の図１で示すように、煙道を挟んで対向させた発光部と受光部とを、それぞれ煙道に固定設置する。しかしながら、海上にある船舶は風雨や波による振動を受けており、煙道、発光部、受光部も常時大きい振動を受けている。この振動により、煙道の機械的歪みや、煙道に対する発光部と受光部の位置ずれが大きくなり、光軸ずれが起きるという問題があった。また、設置箇所によっては光軸ずれが起きてもレーザ式ガス分析計の位置決め調整ができないこともあり、航海中に正確なガス分析ができなくなるおそれがあった。
（２）レーザ式ガス分析計は、製品の設置使用として、煙道の直径（光路長）を０．５ｍ以上確保することが必要である。一方、船舶の煙道の直径は、例えば、発電用ディーゼルエンジンの排ガス煙道の場合、０．２ｍ程度であり、先行技術のレーザ式ガス分析計をそのまま採用すると、光路長が短いという問題があった。レーザ式ガス分析計では光路長が短いと低濃度ガスを精度良く計測できない（理由は後述）。硫黄酸化物（ＳＯＸ）の排出規制の強化により、特に低濃度ガスも計測可能とする必要があるが、煙道の直径の大きさによっては低濃度ガスの正確な分析ができないおそれがあった。
（３）先行技術の船舶用レーザ式ガス分析計では、特許文献１の図１で示すように、煙道の配管の壁に固定される２個のフランジに、発光部と受光部とを機械的に正確に取り付け、その後に光軸調整を行う必要があり、煙道への取り付けが容易ではないという問題があった。特に取り付け作業により発光部と受光部との光軸への影響を受ける事態を極力回避しつつ煙道へ容易に取り付けたいという要請があった。
（４）先行技術のレーザ式ガス分析計では、特許文献１の図１で示すように、煙道の配管の壁に固定される２個のフランジに、発光部と受光部が取り付けられる。これらの２個のフランジ部の取り付け面は、光軸調整の基準にもなるため、機械的な平行度をある程度まで高くする必要がある。しかしながら、機械的精度を確保しつつ煙道の配管へフランジを取り付けることは容易ではなく、製造コストが増加するという問題もあった。
（５）先に説明したように、改正ＭＡＲＰＯＬ条約附属書VIでは、指定海域において、二酸化硫黄（ＳＯ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）の濃度比が規制に従っていることを監視して証明する必要があった。
先に説明した図８の船舶２００を例に挙げると、排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）が稼働している時は、浄化された清浄な排ガスが、排ガスセンサ２０５のガス流通部内を流れることになり、排ガスセンサ２０５のガス流通部内が清浄に保たれる。しかしながら、排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）が稼働していない時は、浄化されていないダストの多い排ガス（生ガス）が、排ガスセンサ２０５内を流れることになり、排ガスセンサ２０５内のガス流通部内の壁面や透明窓にダストが堆積したりＳＯ２が付着したりする。これにより光量が低下し、長期間安定して正確にガスの計測を行うことが困難になる。
船舶は世界各国を周るため、陸上と異なり、作業員（主に計測機器メーカの保守点検作業員）が頻繁にメンテナンスすることが困難である。そのため、ガス計測の精度に関わるガス流通部を長期間清浄に保つことが望ましい。できるだけガス流通部に生ガスを流通させないことが望ましいが、特許文献１に記載の船舶用レーザ式ガス分析計では、ガスの流通を止めることはできなかった。
（６）船舶が指定海域にあって排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）が動作しているときは、排ガスが浄化される。したがって、排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）の動作や船舶の位置に応じて、船舶用レーザ式ガス分析計の動作をオンオフすれば、ガス流通部をより長期間に渡って清浄に保つことが可能になるが、この点については着目されていなかった。
そこで本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、光軸ずれが起こりにくい構造とし、かつ、一般海域では分析を行わず指定海域でのみ分析を行うことで一般海域での排ガスによる影響を排除して、排ガス中における低濃度の測定対象ガスのガス濃度を長期間にわたり正確に分析する船舶用レーザ式ガス分析計を提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、
排ガスが流れる流路に配置される開口部を有し、前記開口部を通じて流路中の排ガスを導入するガス導入部と、
前記ガス導入部と連通し、排ガスが内部の測定空間に導入される筒形状のガスセルと、
前記ガスセルと連通し、前記ガスセルの前記測定空間から排ガスを導出するガス導出部と、
前記ガス導入部を開閉する導入側バルブと、
前記ガス導出部を開閉する導出側バルブと、
前記導入側バルブおよび前記導出側バルブの開閉を制御する制御部と、
前記ガスセルの一端側に配置固定され、前記ガスセルの前記測定空間の排ガスにレーザ光を照射する発光部と、
前記ガスセルの他端側に配置固定され、排ガスを通過したレーザ光を受光して検出信号を出力する受光部と、
を少なくとも備え、
船舶の位置情報に基づいて前記船舶が指定海域にあることを検出したときに外部の排ガス浄化装置を動作させて低濃度の測定対象ガスを含む排ガスを生成すると共に、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記導出側バルブを開制御し、
前記位置情報に基づいて前記船舶が一般海域にあることを検出したときに前記排ガス浄化装置の動作を停止し、かつ、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記導出側バルブを閉制御することを特徴とする。
排ガスが流れる流路に配置される開口部を有し、前記開口部を通じて流路中の排ガスを導入するガス導入部と、
前記ガス導入部と連通し、排ガスが内部の測定空間に導入される筒形状のガスセルと、
前記ガスセルと連通し、前記ガスセルの前記測定空間から排ガスを導出するガス導出部と、
前記ガス導入部を開閉する導入側バルブと、
前記ガス導出部を開閉する導出側バルブと、
前記導入側バルブおよび前記導出側バルブの開閉を制御する制御部と、
前記ガスセルの一端側に配置固定され、前記ガスセルの前記測定空間の排ガスにレーザ光を照射する発光部と、
前記ガスセルの他端側に配置固定され、排ガスを通過したレーザ光を受光して検出信号を出力する受光部と、
を少なくとも備え、
船舶の位置情報に基づいて前記船舶が指定海域にあることを検出したときに外部の排ガス浄化装置を動作させて低濃度の測定対象ガスを含む排ガスを生成すると共に、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記導出側バルブを開制御し、
前記位置情報に基づいて前記船舶が一般海域にあることを検出したときに前記排ガス浄化装置の動作を停止し、かつ、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記導出側バルブを閉制御することを特徴とする。
請求項２に係る発明は、
排ガスが流れる流路に配置される開口部を有し、前記開口部を通じて流路中の排ガスを導入するガス導入部と、
前記ガス導入部と連通し、排ガスが内部の測定空間に導入される筒形状のガスセルと、
前記ガスセルと連通し、前記ガスセルの前記測定空間から排ガスを導出する複数のガス導出部と、
前記ガス導入部を開閉する導入側バルブと、
前記複数のガス導出部をそれぞれ開閉する複数の導出側バルブと、
前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブの開閉を制御する制御部と、
前記ガスセルの一端側に配置固定され、前記ガスセルの前記測定空間の排ガスにレーザ光を照射する発光部と、
前記ガスセルの他端側に配置固定され、排ガスを通過したレーザ光を受光して検出信号を出力する受光部と、
を少なくとも備え、
前記複数のガス導出部は、その一部が前記発光部と前記ガス導入部との間に位置するように前記ガスセルと連通し、残りが前記ガス導入部と前記受光部との間に位置するように前記ガスセルと連通するものであり、
船舶の位置情報に基づいて前記船舶が指定海域にあることを検出したときに外部の排ガス浄化装置を動作させて低濃度の測定対象ガスを含む排ガスを生成すると共に、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブを開制御し、
前記位置情報に基づいて前記船舶が一般海域にあることを検出したときに前記排ガス浄化装置の動作を停止し、かつ、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブを閉制御することを特徴とする。
排ガスが流れる流路に配置される開口部を有し、前記開口部を通じて流路中の排ガスを導入するガス導入部と、
前記ガス導入部と連通し、排ガスが内部の測定空間に導入される筒形状のガスセルと、
前記ガスセルと連通し、前記ガスセルの前記測定空間から排ガスを導出する複数のガス導出部と、
前記ガス導入部を開閉する導入側バルブと、
前記複数のガス導出部をそれぞれ開閉する複数の導出側バルブと、
前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブの開閉を制御する制御部と、
前記ガスセルの一端側に配置固定され、前記ガスセルの前記測定空間の排ガスにレーザ光を照射する発光部と、
前記ガスセルの他端側に配置固定され、排ガスを通過したレーザ光を受光して検出信号を出力する受光部と、
を少なくとも備え、
前記複数のガス導出部は、その一部が前記発光部と前記ガス導入部との間に位置するように前記ガスセルと連通し、残りが前記ガス導入部と前記受光部との間に位置するように前記ガスセルと連通するものであり、
船舶の位置情報に基づいて前記船舶が指定海域にあることを検出したときに外部の排ガス浄化装置を動作させて低濃度の測定対象ガスを含む排ガスを生成すると共に、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブを開制御し、
前記位置情報に基づいて前記船舶が一般海域にあることを検出したときに前記排ガス浄化装置の動作を停止し、かつ、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブを閉制御することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、
排ガスが流れる流路に配置される開口部を有し、前記開口部を通じて流路中の排ガスを導入するガス導入部と、
前記ガス導入部と連通し、排ガスが内部の測定空間に導入される筒形状のガスセルと、
前記ガスセルと連通し、前記ガスセルの前記測定空間から排ガスを導出する複数のガス導出部と、
前記ガスセルと連通し、前記ガスセルの前記測定空間にパージガスを導入する複数のパージガス導入部と、
前記ガス導入部を開閉する導入側バルブと、
前記複数のガス導出部をそれぞれ開閉する複数の導出側バルブと、
前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブの開閉を制御する制御部と、
前記ガスセルの一端側に配置固定され、前記ガスセルの前記測定空間の排ガスにレーザ光を照射する発光部と、
前記ガスセルの他端側に配置固定され、排ガスを通過したレーザ光を受光して検出信号を出力する受光部と、
を少なくとも備え、
前記複数のガス導出部は、その一部が前記発光部と前記ガス導入部との間に位置するように前記ガスセルと連通し、残りが前記ガス導入部と前記受光部との間に位置するように前記ガスセルと連通し、
前記複数のパージガス導入部は、その一部が前記発光部の近傍に位置するように前記ガスセルと連通し、残りが前記受光部の近傍に位置するように前記ガスセルと連通し、
船舶の位置情報に基づいて前記船舶が指定海域にあることを検出したときに外部の排ガス浄化装置を動作させて低濃度の測定対象ガスを含む排ガスを生成すると共に、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブを開制御し、
前記位置情報に基づいて前記船舶が一般海域にあることを検出したときに前記排ガス浄化装置の動作を停止し、かつ、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブを閉制御することを特徴とする。
排ガスが流れる流路に配置される開口部を有し、前記開口部を通じて流路中の排ガスを導入するガス導入部と、
前記ガス導入部と連通し、排ガスが内部の測定空間に導入される筒形状のガスセルと、
前記ガスセルと連通し、前記ガスセルの前記測定空間から排ガスを導出する複数のガス導出部と、
前記ガスセルと連通し、前記ガスセルの前記測定空間にパージガスを導入する複数のパージガス導入部と、
前記ガス導入部を開閉する導入側バルブと、
前記複数のガス導出部をそれぞれ開閉する複数の導出側バルブと、
前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブの開閉を制御する制御部と、
前記ガスセルの一端側に配置固定され、前記ガスセルの前記測定空間の排ガスにレーザ光を照射する発光部と、
前記ガスセルの他端側に配置固定され、排ガスを通過したレーザ光を受光して検出信号を出力する受光部と、
を少なくとも備え、
前記複数のガス導出部は、その一部が前記発光部と前記ガス導入部との間に位置するように前記ガスセルと連通し、残りが前記ガス導入部と前記受光部との間に位置するように前記ガスセルと連通し、
前記複数のパージガス導入部は、その一部が前記発光部の近傍に位置するように前記ガスセルと連通し、残りが前記受光部の近傍に位置するように前記ガスセルと連通し、
船舶の位置情報に基づいて前記船舶が指定海域にあることを検出したときに外部の排ガス浄化装置を動作させて低濃度の測定対象ガスを含む排ガスを生成すると共に、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブを開制御し、
前記位置情報に基づいて前記船舶が一般海域にあることを検出したときに前記排ガス浄化装置の動作を停止し、かつ、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブを閉制御することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の船舶用レーザ式ガス分析計において、
前記制御部が前記排ガス浄化装置の動作を制御することを特徴とする。
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の船舶用レーザ式ガス分析計において、
前記制御部が前記排ガス浄化装置の動作を制御することを特徴とする。
本発明によれば、光軸ずれが起こりにくい構造とし、かつ、一般海域では分析を行わず指定海域でのみ分析を行うことで一般海域での排ガスによる影響を排除して、排ガス中における低濃度の測定対象ガスのガス濃度を長期間にわたり正確に分析する船舶用レーザ式ガス分析計を提供することができる。
続いて、本発明を実施するための第１基本形態に係る船舶用レーザ式ガス分析計について、図を参照しつつ説明する。
図１は、本形態の船舶用レーザ式ガス分析計１の構成図である。図１において、太線の矢印は電気信号の経路を、細線の矢印は排ガスの流通経路を、破線はバルブの制御線を、それぞれ示す。これらの線については、図２〜図６においても同様に図示される。
図１は、本形態の船舶用レーザ式ガス分析計１の構成図である。図１において、太線の矢印は電気信号の経路を、細線の矢印は排ガスの流通経路を、破線はバルブの制御線を、それぞれ示す。これらの線については、図２〜図６においても同様に図示される。
まず、本形態の船舶用レーザ式ガス分析計１の構成要素とそれらの機能について説明する。船舶用レーザ式ガス分析計１は、図１で示すように、発光部１０、ガスセル２０、受光部３０、ダクト側ガス導入部４０、ダクト側ガス導出部５０、導入側バルブ６０、導出側バルブ７０、制御部８０を少なくとも備える。そして、受光部３０には分析処理部９０が接続され、また、導入側バルブ６０および導出側バルブ７０には制御部８０が接続される。分析処理部９０や制御部８０を、発光部１０や受光部３０の周囲に配置したり、また、通信ケーブルを介して遠隔箇所に配置したりしてもよい。
このような船舶用レーザ式ガス分析計１では、ダクト１００に固定されるダクト側ガス導入部４０、ダクト側ガス導出部５０によりガスセル２０が支持されており、船舶用レーザ式ガス分析計１とダクト１００とが一体に固定されている。
なお、図８の船舶２００に搭載した場合を想定すると、排ガスセンサ２０５に相当するものは、発光部１０、ガスセル２０、受光部３０、ダクト側ガス導入部４０、ダクト側ガス導出部５０、導入側バルブ６０、導出側バルブ７０、制御部８０であり、また、排ガスモニタ２０６に相当するものは分析処理部９０である。
発光部１０は、所定の波長のレーザ光を発光するレーザ素子を内包する。所定の波長とは、排ガスに含まれる測定対象ガスがレーザ光を吸光する波長である。先に説明したように、測定対象ガスである二酸化硫黄ガス（ＳＯ２）や二酸化炭素ガス（ＣＯ２）が吸光する二種の波長のレーザ光である。発光部１０は光透過窓を有し、排ガスが発光部１０内に進入しない。
ガスセル２０は、さらに測定空間２１、セル側ガス導入部２２、セル側ガス導出部２３を備える。ガスセル２０は筒体であってその内部に測定空間２１が形成されている。測定空間２１は、ガスセル２０の筒部内壁、発光部１０の光透過窓、および、受光部３０の光透過窓により区画された閉空間である。ガスセル２０の内壁は、例えば研磨されたステンレスの内面とすることができる。これにより排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）等の内壁への吸着を極力防ぐ。ガスセル２０は、セル側ガス導入部２２およびセル側ガス導出部２３が連通している。セル側ガス導入部２２を通じてガスセル２０の測定空間２１内に排ガスが導入される。また、セル側ガス導出部２３を通じてガスセル２０の測定空間２１内から排ガスが導出される。
受光部３０は、発光部１０のレーザ素子が発光するレーザ光の発光波長に対して感度を持つ受光素子を有する。ガスセル２０の測定空間２１の排ガスの中をレーザ光が通過するとき、排ガスに含まれる測定対象ガスで吸光がなされ、排ガス中に所定割合で含まれる測定対象ガスのガス濃度に応じて強度が減少したレーザ光が到達する。受光部３０は、そのレーザ光を受光して光強度に応じた検出信号を出力する。例えば、発光部１０が、二酸化硫黄ガス（ＳＯ２）が吸光する波長のレーザ光と二酸化炭素ガス（ＣＯ２）が吸光する波長のレーザ光を時分割で照射し、受光部３０で交互に検出信号を出力するなどの形態を採用できる。この受光部３０は光透過窓を有し、排ガスが受光部３０内に進入しない。
本発明ではガスセル２０、発光部１０、受光部３０は、何れもダクト１００の外側に配置され、機械的に設計の自由度が高い。したがって、ガスセル２０に対し、発光部１０と受光部３０とを機械的に強固に固定する構造を採用できるため、振動に強く、ダクト１００での振動の影響による光軸ずれを発生しにくくしている。また、ダクト１００に機械的な歪みが生じても、発光部１０、ガスセル２０、受光部３０からなる光学検出系にはダクト１００の歪みの影響を受けにくくしており、この点でも光軸ずれが発生しにくい。
また、ガスセル２０の両側の端部を基準として一方に発光部１０が、他方に受光部３０が取り付けられることから、光軸合わせも容易であり、高精度の検出が可能となっている。さらにまた、ガスセル２０単体で機械加工するため、ガスセル２０の端面の平行度などの機械的精度を高めることも容易であり、この点でも光軸合わせが容易な構造としている。
ダクト側ガス導入部４０は、一端に開口部４１が形成されている。この開口部４１は、排ガスが流れるダクト１００の流路１０１のほぼ中央付近に配置され、流路１０１中の排ガスを導入する。ダクト側ガス導入部４０はセル側ガス導入部２２と連通するように導入側バルブ６０を介して連結固定される。これらセル側ガス導入部２２とダクト側ガス導入部４０とで本発明のガス導入部を形成する。
ダクト側ガス導入部４０の開口部４１は、ノズル状であり、開口箇所では流路断面が最も小さく、ガスセル側へ行くに連れて流路断面が徐々に増加する広がり管であり、いわばディフューザとして機能する。ディフューザは、流体の運動エネルギを圧力エネルギに変換する。これにより、少ない圧力損失で排ガスを通過させ、流れを流路断面において一様に分布させた状態で下流側まで導く。
本発明では、この流路は、ノズル状の開口部４１、ダクト側ガス導入部４０、セル側ガス導入部２２、測定空間２１、セル側ガス導出部２３、ダクト側ガス導出部５０と、下流へ行くにつれて流路断面を大きくして圧力損失を少なくする。
ダクト側ガス導出部５０は、排ガスが流れるダクト１００の流路１０１と連通され、流路１０１へ排ガスを導出する。ダクト側ガス導出部５０はセル側ガス導出部２３と連通するように導出側バルブ７０を介して連結固定される。これらセル側ガス導出部２３とダクト側ガス導出部５０とで本発明のガス導出部を形成する。
導入側バルブ６０は、セル側ガス導入部２２とダクト側ガス導入部４０との間に配置される。そして、導入側バルブ６０は、制御部８０または手動により開閉制御される。測定時は導入側バルブ６０を開にしてガスセル２０の測定空間２１内に排ガスを導入するが、測定しない時は導入側バルブ６０を閉にして排ガスをガスセル２０の測定空間２１内に導入しない。
導出側バルブ７０は、セル側ガス導出部２３とダクト側ガス導出部５０との間に配置される。そして、導出側バルブ７０は、制御部８０または手動により開閉制御される。測定時は導出側バルブ７０を開にしてガスセル２０の測定空間２１内から排ガスを導出するが、測定しない時は導出側バルブ７０を閉にして排ガスをガスセル２０の測定空間２１内に進入させない。
制御部８０は、導入側バルブ６０および導出側バルブ７０の開閉を制御する。制御部８０は、低濃度の測定対象ガスを含む排ガスが流れるとき（具体的には二酸化炭素ガス（ＣＯ２）の濃度に対して二酸化硫黄ガス（ＳＯ２）の濃度が小さいとき）に導入側バルブ６０および導出側バルブ７０を開制御し、また、高濃度の測定対象ガスを含む排ガスが流れるとき（具体的には二酸化炭素ガス（ＣＯ２）の濃度に対して二酸化硫黄ガス（ＳＯ２）の濃度が大きいとき）に導入側バルブ６０および導出側バルブ７０を閉制御する。
例えば、図示しないが、高濃度の測定対象ガスを含む排ガスが流れると判断したオペレータが、操舵室から指令を制御部８０へ出力し、この指令に応じて制御部８０が導入側バルブ６０および導出側バルブ７０の開閉を制御するような形態としても良い。この他各種の制御を採用できる。
分析処理部９０は、受光部３０からレーザ光の出力強度を表す検出信号を入力する。分析処理部９０は、ガスセル２０の測定空間２１内における測定対象ガスのガス濃度を算出する。測定の原理は、下記の数１で表されるランベルト−ベールの法則に基づく吸光法である。
［数１］
Ｐ１＝Ｐ０・ｅｘｐ（−ε・ｃ・Ｌ）
Ｐ１＝Ｐ０・ｅｘｐ（−ε・ｃ・Ｌ）
ここで、Ｐ１は測定空間２１内を流通する測定対象ガスを透過したレーザ光の出力強度、Ｐ０は測定対象ガスを透過しないときのレーザ光の出力強度、εはモル吸光係数、ｃはガス濃度、Ｌは光路長を表す。モル吸光係数εはガスの種類と光源の波長とを決めると一意に決まり、また、光路長Ｌは一定であるため、出力強度Ｐ１とＰ０の比はガス濃度ｃの指数関数となる。出力強度Ｐ１とＰ０とを測定し、上記の数１によりガス濃度を検出する。
このような船舶用レーザ式ガス分析計１は、測定対象ガスによる吸光を検出する。すなわち、測定対象ガスによる吸光が無い場合と比較して、吸光がある場合は受光部３０で受光されるレーザ光の光強度が減少するために、その光強度の減少量とガス濃度との相関を利用してガス濃度を測定する。
さて、上記の数１からも明らかなように、光路長Ｌを長くするとガス検出時の出力強度Ｐ１が小さくなる。ダストの影響が十分に小さい条件を仮定すると、光路長Ｌを長くすると低濃度の測定対象ガスの検出が可能となる。そこで、充分に長い光路長の測定空間２１となるようなガスセル２０を採用する。特許文献１の従来技術では光路長は煙道の直径に影響されるものであったが、この船舶用レーザ式ガス分析計１では、ガスセル２０はダクト１００から独立しており、ガスセル２０の形状は任意に設計可能であるから、必要な精度に合わせてガスセル２０を長くし、必要な光路長を確保できる。
なお、近傍にある分析処理部９０が演算を行う形態に代えて、受光部３０が内蔵する演算部が演算を行い、演算した濃度をデジタルデータにして通信ケーブルを介して遠隔地にある分析処理部９０へ送信し、分析処理部９０が濃度データを用いて各種の分析を行うようにしても良い。受光部３０や分析処理部９０について各種の形態を採用することができる。
ダクト１００は、煙道の一部であり、鋼管等により形成され、内部に流路１０１が形成されている。この流路１０１内を流れる排ガスの流れ方向に対向してダクト側ガス導入部４０の開口部４１が面している。
この船舶用レーザ式ガス分析計１のダクト１００への取り付けについて、例えば、セル側ガス導入部２２に導入側バルブ６０とダクト側ガス導入部４０を予め固定し、かつ、セル側ガス導出部２３に導出側バルブ７０とダクト側ガス導出部５０を予め固定し、これらダクト側ガス導入部４０およびダクト側ガス導出部５０をダクト１００の孔へ挿通してもよい。
また、ダクト側ガス導入部４０およびダクト側ガス導出部５０のみをダクト１００に予め取り付けておき、その後に、ダクト側ガス導入部４０に導入側バルブ６０を介してセル側ガス導入部２２を固定し、かつ、ダクト側ガス導出部５０に導出側バルブ７０を介してセル側ガス導出部２３を固定しても良い。いずれであっても、最終的には本発明の船舶用レーザ式ガス分析計１となる。
続いて、船舶におけるバルブ５０の開閉制御について説明する。船舶では、高硫黄燃料油（ＨＦＯ）を船舶用ディーゼルエンジンに用いるものとする。
一般海域にあるときは、ガス分析を行わないため、制御部８０は、導入側バルブ６０および導出側バルブ７０を閉状態に維持する。ガスセル２０の測定空間２１内に排ガスは導入されない。
一般海域にあるときは、ガス分析を行わないため、制御部８０は、導入側バルブ６０および導出側バルブ７０を閉状態に維持する。ガスセル２０の測定空間２１内に排ガスは導入されない。
そして、指定海域に進入する場合、指定海域の直前で排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）を稼働するとともに、ガス分析を開始する。操舵室で排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）の稼働が指令され、これと同時に操舵室からの導入側バルブ６０および導出側バルブ７０の開指令を制御部８０が受信すると、制御部８０が導入側バルブ６０および導出側バルブ７０を開状態となるように制御する。
ダクト側ガス導入部４０、セル側ガス導入部２２を介してガスセル２０の測定空間２１へ排ガスが導入される。この際、開口部４１を介して導入された排ガスは、圧力損失を抑えつつ、ガスセル２０の測定空間２１内へ導入される。さらにセル側ガス導出部２３、ダクト側ガス導出部５０を介してガスセル２０の測定空間２１から排ガスが導出される。
このようにガスセル２０の測定空間２１内へ排ガスが流れるため、ガスセル２０内が排ガスにより汚れるおそれがある。しかしながら、この排ガスは、船舶用ディーゼルエンジンからの排ガスを排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）（例えば、図８の電気集塵機（ＥＳＰ）、エコノマイザ、脱硫スクラバ）を経て浄化済みの排ガスである。このような排ガスは、微量の粒子状物質（ＰＭ）や低濃度の測定対象ガス（ＳＯ２ガス）を含むが、比較的清浄なガスであり、測定空間２１内の汚れは極めて軽微である。
このような状況下で、船舶用レーザ式ガス分析計１はガス分析を開始し、発光部１０が発光して排ガスに対してレーザ光を照射し、受光部３０が吸光された後の検出光を受光して上記のような原理に基づいてガス濃度を検出する。これにより、指定海域の直前の一般海域と、進入後の指定海域と、における排ガスの監視結果を取得する。船舶用レーザ式ガス分析計１はこのような構成である。
以上説明した船舶用レーザ式ガス分析計１は以下のような利点を有する。
（１）本発明の船舶用レーザ式ガス分析計１では、ダクト１００の外側にガスセル２０を配置し、このガスセル２０の両端に発光部１０と受光部３０とを強固に固定することで、船舶の風雨や波により受ける振動に強く、ダクト１００を含む煙道の振動の影響による光軸ずれが発生しにくい構造としている。また、振動によりダクト１００も含む煙道の機械的な歪みが大きくなっても、ダクト１００の外側に配置されるガスセル２０へは、この歪みの影響が及ばないため、ダクト１００の機械的な歪みにより光軸がずれるという事態が回避される。これら効果により、光軸ずれにより航海中に正確な分析ができなくなるおそれを少なくしている。
（１）本発明の船舶用レーザ式ガス分析計１では、ダクト１００の外側にガスセル２０を配置し、このガスセル２０の両端に発光部１０と受光部３０とを強固に固定することで、船舶の風雨や波により受ける振動に強く、ダクト１００を含む煙道の振動の影響による光軸ずれが発生しにくい構造としている。また、振動によりダクト１００も含む煙道の機械的な歪みが大きくなっても、ダクト１００の外側に配置されるガスセル２０へは、この歪みの影響が及ばないため、ダクト１００の機械的な歪みにより光軸がずれるという事態が回避される。これら効果により、光軸ずれにより航海中に正確な分析ができなくなるおそれを少なくしている。
（２）本発明の船舶用レーザ式ガス分析計１では、ダクト１００の外側へガスセル２０を配置し、加えて、ダクト１００の流路１０１の延びる方向とほぼ平行にガスセル２０の測定空間２１が長くなる構造としたため、設計の自由度が高いことからガスセル２０の長さを自由に設定でき、計測するガス濃度に応じた光路長に設定可能であり、低濃度ガスを精度良く計測できる。
（３）光軸調整はガスセル２０の構造・機械的精度に大きく依拠する。換言すれば、ガスセル２０のダクト１００への取り付け作業により発光部１０から受光部３０への光軸は影響を受けない。従って、ダクト１００への船舶用レーザ式ガス分析計１の取り付けは容易である。
（４）光軸調整の基準をガスセル２０に持たせたため、ダクト１００の加工は容易になり、加工の手間の低減や製造コストの低下が見込めるという利点もある。
（５）船舶が指定海域に進入する直前で排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）を稼働するとともに導入側バルブ６０および導出側バルブ７０を開いてガス分析を開始する。操舵室で排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）の稼働が指令され、これと同時に操舵室からの導入側バルブ６０および導出側バルブ７０の開指令を制御部８０が受信すると、制御部８０が導入側バルブ６０および導出側バルブ７０を開状態となるように制御する。
このように制御すれば、一般海域での排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）の動作していないときは、船舶用レーザ式ガス分析計１へ排ガスが流れない。したがって、ガスセル２０の内部空間２１の壁面や、発光部１０や受光部３０の光透過窓に粒子状物質（ＰＭ）等が付着しにくくなり、長期間にわたり高精度の検出が可能となる。ガス濃度測定の精度や安定性を改善する効果がある。
（６）排ガスがガスセル２０の測定空間２１内に滞留しないで流れ、最終的にガスセル２０の外へ排出されるため、この点でも、ガスセル２０の測定空間２１の壁面や、発光部１０や受光部３０の光透過窓に粒子状物質（ＰＭ）等が付着しにくくなり、長期間にわたり高精度の検出が可能となる。
続いて第２基本形態について図２を参照しつつ説明する。船舶用レーザ式ガス分析計２は、図２で示すように、発光部１０、ガスセル２０、受光部３０、ダクト側ガス導入部４０、第１ダクト側ガス導出部５１、第２ダクト側ガス導出部５２、導入側バルブ６０、第１導出側バルブ７１、第２導出側バルブ７２、制御部８０、を少なくとも備える。ガスセル２０は、測定空間２１、セル側ガス導入部２２、第１セル側ガス導出部２４、第２セル側ガス導出部２５を備える。そして、受光部３０には分析処理部９０が接続され、また、導入側バルブ６０、第１導出側バルブ７１および第２導出側バルブ７２には制御部８０が接続される。分析処理部９０や制御部８０を、発光部１０や受光部３０の周囲に配置したり、また、通信ケーブルを介して遠隔箇所に配置したりしてもよい。
ここでは第１基本形態との相違点となる第１セル側ガス導出部２４、第２セル側ガス導出部２５、第１ダクト側ガス導出部５１、第２ダクト側ガス導出部５２、第１導出側バルブ７１、第２導出側バルブ７２について重点的に説明するとともに他の構成については同じ番号を付して重複する説明を省略する。
このような船舶用レーザ式ガス分析計２では、ダクト１００に固定されるダクト側ガス導入部４０、第１ダクト側ガス導出部５１、第２ダクト側ガス導出部５２によりガスセル２０が支持されており、船舶用レーザ式ガス分析計２とダクト１００とが一体に固定されている。
この船舶用レーザ式ガス分析計２のダクト１００への取り付けについて、例えば、セル側ガス導入部２２に導入側バルブ６０とダクト側ガス導入部４０を予め固定し、第１セル側ガス導出部２４に第１導出側バルブ７１と第１ダクト側ガス導出部５１を予め固定し、かつ、第２セル側ガス導出部２５に第２導出側バルブ７２と第２ダクト側ガス導出部５２を予め固定し、これらダクト側ガス導入部４０、第１ダクト側ガス導出部５１および第２ダクト側ガス導出部５２をダクト１００の孔へ挿通してもよい。
また、ダクト側ガス導入部４０、第１ダクト側ガス導出部５１および第２ダクト側ガス導出部５２のみをダクト１００に予め取り付けておき、その後に、ダクト側ガス導入部４０に導入側バルブ６０を介してセル側ガス導入部２２を固定し、第１ダクト側ガス導出部５１に第１導出側バルブ７１を介して第１セル側ガス導出部２４を固定し、かつ、第２ダクト側ガス導出部５２に第２導出側バルブ７２を介して第２セル側ガス導出部２５を固定しても良い。いずれであっても、最終的には本発明の船舶用レーザ式ガス分析計２となる。
このような船舶用レーザ式ガス分析計２は、先の図１を用いて説明した船舶用レーザ式ガス分析計１と比較すると、特にダクト側ガス導入部４０とセル側ガス導入部２２により本発明のガス導入部を形成し、第１セル側ガス導出部２４と第１ダクト側ガス導出部５１との流路が発光部１０とセル側ガス導入部２２との間に位置するようにガスセル２０と連通する第１のガス導出部を形成し、第２セル側ガス導出部２５と第２ダクト側ガス導出部５２との流路がセル側ガス導入部２２と受光部３０との間に位置するようにガスセル２０と連通する第２のガス導出部を形成して、本発明の複数のガス導出部を形成した点が相違する。
この流路は、ノズル状の開口部４１、ダクト側ガス導入部４０、セル側ガス導入部２２、測定空間２１と、下流へ行くにつれて流路断面を大きくして圧力損失を少なくする。そして、測定空間２１、第１セル側ガス導出部２４、第１ダクト側ガス導出部５１と、下流へ行くにつれて流路断面を大きくして圧力損失を少なくする。同様に、測定空間２１、第２セル側ガス導出部２５、第２ダクト側ガス導出部５２と、下流へ行くにつれて流路断面を大きくして圧力損失を少なくする。
そして、セル側ガス導入部２２とダクト側ガス導入部４０との間に導入側バルブ６０を、第１セル側ガス導出部２４と第１ダクト側ガス導出部５１との間に第１導出側バルブ７１を、また、第２セル側ガス導出部２５と第２ダクト側ガス導出部５２との間に第２導出側バルブ７２を配置している。そして、導入側バルブ６０、第１導出側バルブ７１および第２導出側バルブ７２は、制御部８０または手動により開閉制御される。
動作について、図１を用いて説明した第１基本形態の船舶用レーザ式ガス分析計１と比較すると、特に測定時は導入側バルブ６０、第１導出側バルブ７１、第２導出側バルブ７２を開にしてダクト側ガス導入部４０、セル側ガス導入部２２、ガスセル２０の測定空間２１と流路が形成され、分岐して第１セル側ガス導出部２４および第１ダクト側ガス導出部５１という第１の流路と、第２セル側ガス導出部２５および第２ダクト側ガス導出部５２という第２の流路と、が形成された点が相違する。
そして、ダクト側ガス導入部４０、セル側ガス導入部２２を介してガスセル２０の測定空間２１の中央付近へ排ガスが導入され、さらに分岐して第１セル側ガス導出部２４および第１ダクト側ガス導出部５１という第１の流路と第２セル側ガス導出部２５および第２ダクト側ガス導出部５２という第２の流路との２箇所から導出される。また、測定しない時は導入側バルブ６０、第１導出側バルブ７１、第２導出側バルブ７２を閉にして排ガスをガスセル２０の測定空間２１内に導入しない。
これにより、上記（１）〜（５）の効果に加え、排ガスがガスセル２０の測定空間２１内に滞留しないで流れ、最終的にガスセル２０の外へ２箇所から確実に排出されるため、ガスセル２０の測定空間２１の壁面や、発光部１０や受光部３０の光透過窓に粒子状物質（ＰＭ）等がさらに付着しにくくなり、長期間にわたり高精度の検出が可能となる。このような船舶用レーザ式ガス分析計２としても良い。
続いて第３基本形態について図３を参照しつつ説明する。船舶用レーザ式ガス分析計３は、図３で示すように、発光部１０、ガスセル２０、受光部３０、ダクト側ガス導入部４０、第１ダクト側ガス導出部５１、第２ダクト側ガス導出部５２、導入側バルブ６０、第１導出側バルブ７１、第２導出側バルブ７２、制御部８０、２本のパージガス導入部１１０を少なくとも備える。ガスセル２０は、測定空間２１、セル側ガス導入部２２、第１セル側ガス導出部２４、第２セル側ガス導出部２５を備える。そして、受光部３０には分析処理部９０が接続され、また、導入側バルブ６０、第１導出側バルブ７１および第２導出側バルブ７２には制御部８０が接続される。分析処理部９０や制御部８０を、発光部１０や受光部３０の周囲に配置したり、また、通信ケーブルを介して遠隔箇所に配置したりしてもよい。
ここでは第２基本形態との相違点となるパージガス導入部１１０について重点的に説明するとともに他の構成については同じ番号を付して重複する説明を省略する。また、この船舶用レーザ式ガス分析計３のダクト１００への取り付けについても、先の第２基本形態の船舶用レーザ式ガス分析計２と同様の取り付けであり重複する説明を省略する。
このような船舶用レーザ式ガス分析計３は、先の図２を用いて説明した船舶用レーザ式ガス分析計２と比較すると、少なくとも一のパージガス導入部１１０が、発光部１０の近傍であって発光部１０と第１セル側ガス導出部２４との間に位置するようにガスセル２０と連通し、また、少なくとも一のパージガス導入部１１０が、受光部３０の近傍であって受光部３０と第２セル側ガス導出部２５との間に位置するようにガスセル２０と連通し、発光部１０や受光部３０の付近でパージガスを導入する点が相違する。
図２を用いて説明した第２基本形態と比較すると、測定時では導入側バルブ６０、第１導出側バルブ７１、第２導出側バルブ７２を開にしてダクト側ガス導入部４０、セル側ガス導入部２２、ガスセル２０の測定空間２１と流路が形成され、分岐して第１セル側ガス導出部２４および第１ダクト側ガス導出部５１という第１の流路と、第２セル側ガス導出部２５および第２ダクト側ガス導出部５２という第２の流路と、が形成される。
さらに、発光部１０の周囲にパージガスを吹き付けて第１セル側ガス導出部２４、第１ダクト側ガス導出部５１からパージガスを導出することにより発光部１０付近でパージガスの流れを形成して排ガスを発光部１０の透明窓へ近づきにくくし、また、受光部３０の周囲にパージガスを吹き付けて第２セル側ガス導出部２５、第２ダクト側ガス導出部５２からパージガスを導出することにより受光部３０付近でパージガスの流れを形成して排ガスを受光部３０の透明窓へ近づきにくくした。なお、パージガスは空気または窒素ガスであり、パージガスが存在してもレーザ光は吸光されないため、測定に影響はない。
また、測定しない時では、導入側バルブ６０、第１導出側バルブ７１、第２導出側バルブ７２が閉になり、パージガス導入部１１０から導入される清浄なパージガスがガスセル２０の測定空間２１内を満たす。これにより、排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）が稼働していない時もガスセル２０の測定空間２１内は清浄に保たれ、浄化されていない排ガスがガスセル２０の測定空間２１内に流通することがなく、長期にわたって安定した計測が可能となる。
これにより、上記（１）〜（５）の効果に加え、測定時では、排ガスが、発光部１０や受光部３０の光透過窓まで到達しにくくなり、かつ排ガスがガスセル２０の測定空間２１内に滞留しないで流れ、最終的にガスセル２０の外へ２箇所から排出されるため、ガスセル２０の測定空間２１の壁面や、発光部１０や受光部３０の光透過窓に粒子状物質（ＰＭ）等が付着しにくくなり、長期間にわたり高精度の検出が可能となる。また、測定しない時も清浄なパージガスで満たされるためガスセル２０の測定空間２１内が清浄に保たれる。このような船舶用レーザ式ガス分析計３としても良い。
続いて、第１〜第３基本形態をそれぞれ改良する第４基本形態について説明する。第１〜第３基本形態では、操舵室から排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）を制御し、それと同時に操舵室から制御部８０を介してバルブを制御するものとして説明した。しかしながら、制御系統を簡単化し、排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）の稼働に連動してバルブを開けば良い。
そこで、図４に示すように、図８の脱硫スクラバ制御部２０４ａやＥＳＰ制御部２０２ａを統括して制御する排ガス浄化装置制御盤８１を制御部８０とし、排ガス浄化装置制御盤８１が、電気集塵機（ＥＳＰ）２０２や脱硫スクラバ２０４を動作させるときにバルブを開くようにする。
ここにバルブとは、第１基本形態では導入側バルブ６０および導出側バルブ７０であり、第２，第３基本形態では導入側バルブ６０、第１導出側バルブ７１および第２導出側バルブ７２である。
これにより、稼働する排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）で浄化された清浄な排ガスのみがガスセル２０の測定空間２１内に流通するため、ガスセル２０の測定空間２１内の清浄度が長期間保たれる。そのため、長期間にわたり、正確なガス濃度計測が可能となる。
続いて、上記の第１〜第３基本形態をそれぞれ改良する第１実施形態について説明する。第１〜第３基本形態では、操舵室から排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）を制御し、それと同時に操舵室から制御部８０を介してバルブを制御するものとして説明した。しかしながら、排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）が稼働するときとは船舶が指定海域に位置するときである点に着目する。そこで、図５に示すように、ＧＰＳ装置や船舶自動識別装置（ＡＩＳ：Automatic Identification System）を利用する位置情報取得部８２を制御駆動部８３に接続したものを制御部８０とし、位置情報取得部８２からの位置信号により指定海域に進入したと判断されるときや、指定海域に近い位置にあると判断されるときに、制御駆動部８３がバルブを開くようにする。
ここにバルブとは、第１基本形態では導入側バルブ６０および導出側バルブ７０であり、第２，第３基本形態では導入側バルブ６０、第１導出側バルブ７１および第２導出側バルブ７２である。
これにより、指定海域（ガスを清浄に保つべき海域）において稼働する排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）で浄化された清浄な排ガスのみがガスセル２０の測定空間２１内に流通するため、ガスセル２０の測定空間２１内の清浄度が長期間保たれる。そのため、長期間にわたり、正確なガス濃度計測が可能となる。
続いて、上記の第１〜第３基本形態をそれぞれ改良する第２実施形態について説明する。第１〜第３基本形態では、操舵室から排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）を制御し、それと同時に操舵室から制御部８０を介してバルブを制御するものとして説明した。しかしながら、指定海域に位置するときに排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）を稼働する点に着目する。
そこで、図６に示すように、脱硫スクラバ制御部２０４ａやＥＳＰ制御部２０２ａを制御する排ガス浄化装置制御盤８１に、ＧＰＳ装置や船舶自動識別装置（ＡＩＳ）を利用する位置情報取得部８２を接続したものを制御部８０とし、位置情報取得部８２からの位置信号により指定海域に進入したと判断されるときや、指定海域に近い位置にあると判断されるときに、排ガス浄化装置制御盤８１が脱硫スクラバ制御部２０４ａやＥＳＰ制御部２０２ａを制御して電気集塵機（ＥＳＰ）２０２や脱硫スクラバ２０４を動作させると同時にバルブを開くようにする。
ここにバルブとは、第１基本形態では導入側バルブ６０および導出側バルブ７０であり、第２，第３基本形態では導入側バルブ６０、第１導出側バルブ７１および第２導出側バルブ７２である。
これにより、指定海域（ガスを清浄に保つべき海域）において稼働する排ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）で浄化された清浄な排ガスのみがガスセル２０の測定空間２１内に流通するため、ガスセル２０の測定空間２１内の清浄度が長期間保たれる。そのため、長期間にわたり、正確なガス濃度計測が可能となる。
続いて、上記の各形態をそれぞれ改良する第３実施形態について説明する。上記の各形態では、図１〜図３に示すように、何れもガスセル２０の下側に発光部１０が、ガスセル２０の上側に受光部３０が配置されているものとして説明した。しかしながら、ガスセル２０の下側に受光部３０が、ガスセル２０の上側に発光部１０が配置され、下側へ向けてレーザ光を照射する形態でも良い。このような形態であっても本発明の実施が可能であり、同じ効果が得られる。
続いて、上記の各形態をそれぞれ改良する第４実施形態について説明する。上記の各形態では、図１〜図３に示すように、ダクト１００を含めない構成の船舶用レーザ式ガス分析計１〜３であるものとして説明した。しかしながら、船舶用レーザ式ガス分析計１〜３とダクト１００とを一体に構成したものを船舶用レーザ式ガス分析計１〜３としても良い。
この場合、第１基本形態のダクト側ガス導入部４０およびダクト側ガス導出部５０や、第２，第３基本形態のダクト側ガス導入部４０、第１ダクト側ガス導出部５１、第２ダクト側ガス導出部５２がダクト１００へ予め取り付けられ、光軸調整も工場にて予め行われた船舶用レーザ式ガス分析計１〜３を、煙道に取り付けるのみで設置が完了するため、測定の高精度化やコスト低減につながる。このように構成することも可能である。
続いて、上記の各形態をそれぞれ改良する第５実施形態について説明する。上記の各形態では、図１〜図３に示すように、開口部４１は、拡径するノズル状であって圧力損失が少ない形態が最も好ましいと説明したが、これに代えて、径が同じ直管状の開口部としたり、また、開口が縮径するラッパ状の開口部としたりしても、圧力損失が過大ではないため、採用が可能である。また、開口部４１の位置もダクト１００の流路１０１の中央付近にある形態が最も好ましいと説明したが、中央付近以外に位置するものであっても、排ガスが導入されるため、採用が可能である。これらの場合でも排ガスをガスセル２０内に導入することが可能である。
以上本発明の船舶用レーザ式ガス分析計について説明した。本明細書では測定対象ガスとしてＳＯ２ガスやＣＯ２ガスを例示して説明した。しかしこれらガスに限定するものではない。将来的には、船舶から排出される排気ガスは、窒素酸化物（ＮＯＸ）、硫黄酸化物（ＳＯＸ）および二酸化炭素（ＣＯ２）の全てが規制されると考えられる。これらの検出は、発光部の発光素子の発光波長、および、受光部の受光素子を対応させることで可能であり、このように構成しても良い。
このような本発明の船舶用レーザ式ガス分析計は、船舶の煙道を流れる排ガスの分析に好適である。
１，２，３：船舶用レーザ式ガス分析計
１０：発光部
２０：ガスセル
２１：測定空間
２２：セル側ガス導入部
２３：セル側ガス導出部
２４：第１セル側ガス導出部
２５：第２セル側ガス導出部
３０：受光部
４０：ダクト側ガス導入部
４１：開口部
５０：ダクト側ガス導出部
５１：第１ダクト側ガス導出部
５２：第２ダクト側ガス導出部
６０：導入側バルブ
７０：導出側バルブ
７１：第１導出側バルブ
７２：第２導出側バルブ
８０：制御部
８１：排ガス浄化装置制御盤
８２：位置情報取得部
８３：制御駆動部
９０：分析処理部
１００：ダクト
１０１：流路
１１０：パージガス導入部
１０：発光部
２０：ガスセル
２１：測定空間
２２：セル側ガス導入部
２３：セル側ガス導出部
２４：第１セル側ガス導出部
２５：第２セル側ガス導出部
３０：受光部
４０：ダクト側ガス導入部
４１：開口部
５０：ダクト側ガス導出部
５１：第１ダクト側ガス導出部
５２：第２ダクト側ガス導出部
６０：導入側バルブ
７０：導出側バルブ
７１：第１導出側バルブ
７２：第２導出側バルブ
８０：制御部
８１：排ガス浄化装置制御盤
８２：位置情報取得部
８３：制御駆動部
９０：分析処理部
１００：ダクト
１０１：流路
１１０：パージガス導入部
Claims (4)
- 排ガスが流れる流路に配置される開口部を有し、前記開口部を通じて流路中の排ガスを導入するガス導入部と、
前記ガス導入部と連通し、排ガスが内部の測定空間に導入される筒形状のガスセルと、
前記ガスセルと連通し、前記ガスセルの前記測定空間から排ガスを導出するガス導出部と、
前記ガス導入部を開閉する導入側バルブと、
前記ガス導出部を開閉する導出側バルブと、
前記導入側バルブおよび前記導出側バルブの開閉を制御する制御部と、
前記ガスセルの一端側に配置固定され、前記ガスセルの前記測定空間の排ガスにレーザ光を照射する発光部と、
前記ガスセルの他端側に配置固定され、排ガスを通過したレーザ光を受光して検出信号を出力する受光部と、
を少なくとも備え、
船舶の位置情報に基づいて前記船舶が指定海域にあることを検出したときに外部の排ガス浄化装置を動作させて低濃度の測定対象ガスを含む排ガスを生成すると共に、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記導出側バルブを開制御し、
前記位置情報に基づいて前記船舶が一般海域にあることを検出したときに前記排ガス浄化装置の動作を停止し、かつ、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記導出側バルブを閉制御することを特徴とする船舶用レーザ式ガス分析計。 - 排ガスが流れる流路に配置される開口部を有し、前記開口部を通じて流路中の排ガスを導入するガス導入部と、
前記ガス導入部と連通し、排ガスが内部の測定空間に導入される筒形状のガスセルと、
前記ガスセルと連通し、前記ガスセルの前記測定空間から排ガスを導出する複数のガス導出部と、
前記ガス導入部を開閉する導入側バルブと、
前記複数のガス導出部をそれぞれ開閉する複数の導出側バルブと、
前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブの開閉を制御する制御部と、
前記ガスセルの一端側に配置固定され、前記ガスセルの前記測定空間の排ガスにレーザ光を照射する発光部と、
前記ガスセルの他端側に配置固定され、排ガスを通過したレーザ光を受光して検出信号を出力する受光部と、
を少なくとも備え、
前記複数のガス導出部は、その一部が前記発光部と前記ガス導入部との間に位置するように前記ガスセルと連通し、残りが前記ガス導入部と前記受光部との間に位置するように前記ガスセルと連通するものであり、
船舶の位置情報に基づいて前記船舶が指定海域にあることを検出したときに外部の排ガス浄化装置を動作させて低濃度の測定対象ガスを含む排ガスを生成すると共に、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブを開制御し、
前記位置情報に基づいて前記船舶が一般海域にあることを検出したときに前記排ガス浄化装置の動作を停止し、かつ、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブを閉制御することを特徴とする船舶用レーザ式ガス分析計。 - 排ガスが流れる流路に配置される開口部を有し、前記開口部を通じて流路中の排ガスを導入するガス導入部と、
前記ガス導入部と連通し、排ガスが内部の測定空間に導入される筒形状のガスセルと、
前記ガスセルと連通し、前記ガスセルの前記測定空間から排ガスを導出する複数のガス導出部と、
前記ガスセルと連通し、前記ガスセルの前記測定空間にパージガスを導入する複数のパージガス導入部と、
前記ガス導入部を開閉する導入側バルブと、
前記複数のガス導出部をそれぞれ開閉する複数の導出側バルブと、
前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブの開閉を制御する制御部と、
前記ガスセルの一端側に配置固定され、前記ガスセルの前記測定空間の排ガスにレーザ光を照射する発光部と、
前記ガスセルの他端側に配置固定され、排ガスを通過したレーザ光を受光して検出信号を出力する受光部と、
を少なくとも備え、
前記複数のガス導出部は、その一部が前記発光部と前記ガス導入部との間に位置するように前記ガスセルと連通し、残りが前記ガス導入部と前記受光部との間に位置するように前記ガスセルと連通し、
前記複数のパージガス導入部は、その一部が前記発光部の近傍に位置するように前記ガスセルと連通し、残りが前記受光部の近傍に位置するように前記ガスセルと連通し、
船舶の位置情報に基づいて前記船舶が指定海域にあることを検出したときに外部の排ガス浄化装置を動作させて低濃度の測定対象ガスを含む排ガスを生成すると共に、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブを開制御し、
前記位置情報に基づいて前記船舶が一般海域にあることを検出したときに前記排ガス浄化装置の動作を停止し、かつ、前記制御部が前記導入側バルブおよび前記複数の導出側バルブを閉制御することを特徴とする船舶用レーザ式ガス分析計。 - 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の船舶用レーザ式ガス分析計において、
前記制御部が前記排ガス浄化装置の動作を制御することを特徴とする船舶用レーザ式ガス分析計。
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