WO2019111953A1

WO2019111953A1 - ラマン散乱光取得装置、これを備える組成分析装置、及びガスタービンプラント

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Publication number: WO2019111953A1
Application number: PCT/JP2018/044736
Authority: WO
Inventors: 淳笹原; 陽介恵藤; 洋介北内; 力富山; 出口　祥啓
Original assignee: 三菱日立パワーシステムズ株式会社
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2018-12-05
Publication date: 2019-06-13
Also published as: US20210364440A1; EP3722789A4; CN111656167A; KR102390528B1; JP2021152555A; EP3722789A1; JP2019100984A; KR20200090891A; US11371942B2; JP6908511B2

Abstract

ラマン散乱光取得装置（１１）は、励起光を流体中に導く出射光学系（２１）と、流体の流路の一部を画定すると共に、励起光が照射させた流体からのラマン散乱光を通過させる散乱光窓（４２）と、散乱光窓（４２）を通過したラマン散乱光を受ける受光面（４６）を有する散乱光受光器（４４）と、を備える。散乱光窓（４２）及び散乱光受光器（４４）の受光面（４６）は、流体中における励起光の光軸である流体中光軸（Ａｗ）が延びる光軸方向（Ｄａ）で流体中の励起光の光路が存在する範囲（Ｒｗ）内であって、且つ流体中光軸（Ａｗ）から径方向（Ｄｒ）に離れた位置に配置されている。

Description

ラマン散乱光取得装置、これを備える組成分析装置、及びガスタービンプラント

　本発明は、流体からのラマン散乱光を取得するラマン散乱光取得装置、これを備える組成分析装置、及びガスタービンプラントに関する。
　本願は、２０１７年１２月７日に、日本国に出願された特願２０１７－２３５５２３号に基づき優先権を主張し、この内容をここに援用する。

　流体の組成を分析する方法として、流体に励起光を照射し、励起光が照射された流体からのラマン散乱光を分析する方法がある。この方法を実行する装置としては、例えば、以下の特許文献１に記載の組成分析装置がある。この組成分析装置は、流体が内部を流れる計測セルと、励起光であるレーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ発振器からのレーザ光を計測セル内の流体に照射する出射光学系と、レーザ光が照射された流体からのラマン散乱光を受光する受光光学系と、受光光学系で集光されたラマン散乱光を受光する光ファイバーと、光ファイバーで受光された光を分析する分析器と、を備えている。

　出射光学系の光軸は、計測セル内を流れる流体の主要な流れ方向に対して垂直な流れ垂直方向に延びている。この出射光学系は、計測セルを基準にして、流れ垂直方向の一方側に設けられている。受光光学系の光軸は、出射光学系の光軸と一致している。よって、受光光学系の光軸も、流れ垂直方向に延びている。この受光光学系は、計測セルを基準にして、流れ垂直方向の他方側に設けられている。

特開２０１５－０７２１７９号公報

　組成分析業界では、組成分析装置の小型化を望んでいる。

　そこで、本発明は、装置の小型化を図ることができる技術を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのラマン散乱光取得装置は、
　光出射部からの励起光を流体中に導く出射光学系と、前記流体の流路の一部を画定すると共に、前記励起光が照射させた前記流体からのラマン散乱光を通過させる散乱光窓と、前記散乱光窓を通過した前記ラマン散乱光を受ける受光面を有する散乱光受光器と、を備える。前記散乱光窓及び前記散乱光受光器の受光面は、前記流体中における前記励起光の光軸である流体中光軸が延びる光軸方向で前記流体中の前記励起光の光路が存在する範囲内であって、且つ前記流体中光軸に対して垂直な方向である径方向に前記流体中光軸から離れた位置に配置されている。前記受光面は、前記径方向で前記流体中光軸に近づく側である径方向内側を向いている。

　本態様では、散乱光受光器の受光面が、流体中の散乱光発生領域に対して、流体中光軸に垂直な方向に離れた位置に配置されることになる。このため、本態様では、流体中の散乱光発生領域に散乱光受光器の受光面を近づけることができる。よって、本態様では、ラマン散乱光取得装置の小型化を図ることができる。

　さらに、本態様では、流体中の散乱光発生領域に散乱光受光器の受光面を近づけることができるため、散乱光受光器の受光面が減衰の少ないラマン散乱光を受けることができる。このため、本態様では、散乱光窓を通過した散乱光を集光させるための集光光学系を省くことができる。よって、本態様では、この観点からも、ラマン散乱光取得装置の小型化を図ることができる。

　ここで、前記ラマン散乱光取得装置において、前記散乱光受光器の前記受光面における光軸である受光面光軸は、前記流体中光軸に対して垂直であってもよい。

　本態様では、流体中光軸に対して垂直な方向に進行するラマン散乱光を、短い光路長で効率的に受けることができる。

　また、以上のいずれかの前記ラマン散乱光取得装置において、前記散乱光窓で前記流体の流路を画定する内面及び前記内面とは反対側の外面は、いずれも、前記流体中光軸に対して平行であってもよい。

　本態様では、流体から発せられるラマン散乱光のうち、流体中光軸に対して垂直な方向に発せられたラマン散乱光を直進させることができる。このため、流体中光軸から散乱光受光器の受光面までの散乱光の光路長を短くすることができる。

　以上のいずれかの前記ラマン散乱光取得装置において、前記出射光学系は、前記光出射部からの前記励起光が通る出射光ファイバーケーブルと、前記出射光ファイバーケーブルから出射された前記励起光の向きを変える変更器と、を有してもよい。この場合、前記出射光ファイバーケーブルの前記励起光を出射する出射面における光軸である出射面光軸は、前記流体中光軸に対して交差する方向に延びているとよい。前記出射光ファイバーケーブルの前記出射面と前記変更器は、前記散乱光受光器の前記受光面を基準にして、前記光軸方向の一方側に配置され、前記変更器は、前記出射光ファイバーケーブルから出射された前記励起光の光軸を前記流体中光軸に一致させるとよい。

　本態様では、光軸方向におけるラマン散乱光取得装置の幅を小さくすることができる。

　また、前記出射光ファイバーケーブルを有する前記ラマン散乱光取得装置において、前記出射面光軸は、前記流体中光軸に対して垂直であってもよい。

　本態様では、光軸方向におけるラマン散乱光取得装置の幅をより小さくすることができる。

　以上のいずれかの前記ラマン散乱光取得装置において、前記励起光及び前記ラマン散乱光を通過させない光遮蔽部材と、前記光遮蔽部材に励起光を照射する加熱用光ファイバーケーブルと、を備えてもよい。この場合、前記光遮蔽部材は、前記散乱光窓における前記受光面側の外面に接しているとよい。

　本態様では、励起光のエネルギーにより散乱光窓を加熱することができる。このため、本態様では、散乱光窓の内面に付着した異物の除去、及び散乱光窓の内への異物の付着の抑制を図ることができる。

　さらに、本態様では、散乱光窓の加熱に電気を用いないので、散乱光窓を加熱するために必要な部品、つまり、加熱用光ファイバーケーブルや光遮熱部材に防爆処理を省くことができる。

　前記光遮蔽部材を備える前記ラマン散乱光取得装置において、前記光遮蔽部材の内部には、前記散乱光窓の前記外面に沿って広がる空洞が形成されており、前記加熱用光ファイバーケーブルは、前記光遮蔽部材の前記空洞内に励起光を出射してもよい。

　本態様では、励起光の全てを光遮蔽部材に照射することができるので、この励起光の光エネルギーを熱エネルギーに変換する効率を高めることができる。

　以上のいずれかの前記ラマン散乱光取得装置において、前記出射光学系からの前記励起光を受ける励起受光光学系と、前記光出射部からの前記励起光の光強度と前記励起受光光学系が受けた前記励起光の光強度との差に応じて、前記励起光が通過する複数の部材で構成される励起光光学系の異常を判定する判定部と、を備えてもよい。

　本態様では、励起光が通過する複数の部材で構成される励起光光学系の異常を認識することができる。

　前記励起受光光学系を備える前記ラマン散乱光取得装置において、前記励起受光光学系は、前記散乱光受光器の前記受光面を基準にして、前記光軸方向で前記出射光学系とは反対側に配置されていてもよい。

　以上のいずれかの前記ラマン散乱光取得装置において、前記光出射部を備えてもよい。

　上記目的を達成するための発明に係る一態様としての組成分析装置は、
　以上のいずれかの前記ラマン散乱光取得装置と、前記散乱光受光器からの出力に基づいて前記流体の組成を分析する分析器と、を備える。

　本態様では、流体の組成を分析することができる。

　ここで、前記組成分析装置において、前記流体中光軸から前記散乱光受光器の前記受光面までの前記径方向の距離は、前記散乱光受光器が受ける前記ラマン散乱光の光量が、前記分析器で前記流体の組成を分析できる最小光量になる距離以下であってもよい。

　上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービンプラントは、
　以上のいずれかの前記組成分析装置と、前記流体としての燃料ガスが流れる燃料ガスラインと、前記燃料ガスラインを流れる燃料ガスの流量を調節する燃料調節弁と、前記燃料ガスラインからの燃料ガスの燃焼により駆動するガスタービンと、前記燃料調節弁の開度を指示する制御装置と、を備える。前記ラマン散乱光取得装置は、前記燃料ガスラインに取り付けられている。前記分析器は、前記燃料ガスラインを流れる前記燃料ガスの組成を分析する。前記制御装置は、前記分析器での分析結果に応じて前記燃料調節弁の開度を定め、前記開度を前記燃料調節弁に対して指示する。

　本発明では、装置の小型化を図ることができる。

本発明に係る第一実施形態における組成分析装置の構成を示す模式図である。本発明に係る第一実施形態における光遮熱部材及び加熱用光ファイバーの斜視図である。流体に照射する励起光の波長に対する各成分から発せられるラマン散乱光の波長のシフト量、及び励起光が所定の波長のときの各成分から発せられるラマン散乱光の波長を示す説明図である。流体に励起光が照射されたときに各成分から発せられるラマン散乱光の波長と、各波長の強度との関係を示すグラフである。本発明に係る一実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。本発明に係る第二実施形態における組成分析装置の構成を示す模式図である。

　以下、本発明に係る組成分析装置の実施形態、及びこの組成分析装置を備えるガスタービンプラントの実施形態について、図面を参照して説明する。

　「第一実施形態」
　本発明に係る組成分析装置の第一実施形態、及びこの組成分析装置を備えるガスタービンプラントの実施形態について、図１～図５を参照して説明する。

　本実施形態の組成分析装置が分析する流体は、例えば、配管内を流れる燃料ガスである。具体的には、図５に示すように、ガスタービンプラントのガスタービンを駆動させるための燃料ガスである。

　ガスタービンプラントは、ガスタービン１１０と、ガスタービン１１０の駆動で発電する発電機１２０と、ガスタービン１１０の駆動で燃料ガスを圧縮するガス圧縮機１２１と、ガスタービン１１０に供給されるガスの組成を分析する組成分析装置１０と、ガスタービン１１０の状態等を制御する制御装置１４０と、を備えている。

　ガスタービン１１０は、空気Ａを圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機１１１と、圧縮空気中で燃料ガスを燃焼させ高温の燃焼ガスを生成する燃焼器１１５と、燃焼ガスにより駆動するタービン１１６と、を備えている。

　空気圧縮機１１１は、圧縮機ロータと、これを回転可能に覆う圧縮機ケーシングと、空気Ａの吸気量を調節する吸気量調節器１１２と、を有している。吸気量調節器１１２は、圧縮機ケーシングの吸込口側に設けられている入口案内翼１１３と、この入口案内翼１１３の開度を変える案内翼駆動機１１４と、を有している。

　タービン１１６は、燃焼ガスにより回転するタービンロータと、このタービンロータを回転可能に覆うタービンケーシングとを有している。圧縮機ロータとタービンロータとは互いに連結され、一体となってガスタービンロータ１１７を成している。

　発電機１２０は、発電機ロータと、この発電機ロータを回転可能に覆う発電機ケーシングと、を有している。発電機ロータは、ガスタービンロータ１１７に連結されている。このため、ガスタービンロータ１１７が回転すると、発電機ロータも、一体的に回転する。

　ガス圧縮機１２１は、圧縮機ロータと、これを回転可能に覆う圧縮機ケーシングと、燃料ガスの吸気量を調節する吸込ガス量調節器１２２と、を有している。吸込ガス量調節器１２２は、圧縮機ケーシングの吸込口側に設けられている入口案内翼１２３と、この入口案内翼１２３の開度を変える案内翼駆動機１２４と、を有している。ガス圧縮機１２１の圧縮機ロータは、減速機１２６を介して、発電機ロータ又はガスタービンロータ１１７と機械的に接続されている。このガス圧縮機１２１の吐出口と燃焼器１１５とは、高圧燃料ガスライン１３４で接続されている。

　このガスタービンプラントは、製鉄所１５１及びコークスプラント１５２から燃料ガスが供給される。製鉄所１５１は、製鉄所１５１の高炉から低カロリー燃料ガスとしてのＢＦＧ（Blast Furnace Gas）を発生する。この高炉には、ＢＦＧが流れるＢＦＧライン１３１が接続されている。コークスプラント１５２は、コークスプラント１５２のコークス炉から高カロリー燃料ガスとしてのＣＯＧ（Coke Oven Gas）を発生する。このコークス炉には、ＣＯＧが流れるＣＯＧライン１３２が接続されている。ＣＯＧライン１３２には、ＣＯＧの流量を調節するＣＯＧ調節弁１３６が設けられている。ＢＦＧライン１３１とＣＯＧライン１３２とは、合流して低圧燃料ガスライン１３３となる。この低圧燃料ガスライン１３３には、ＢＦＧ単味、ＣＯＧ単味、ＢＦＧとＣＯＧの混合物とのいずれかが流れる。低圧燃料ガスライン１３３は、ガス圧縮機１２１の吸込口に接続されている。低圧燃料ガスライン１３３には、この低圧燃料ガスライン１３３を通るガス中のダスト等を集塵する電気集塵器（ＥＰ（Electrostatic Precipitator））１２７が設けられている。なお、ＢＦＧライン１３１には、このＢＦＧライン１３１の途中で転炉での発生ガスであるＬＤＧ（Linz-Donawitz converter Gas）等のガスが混入される場合がある。

　ガスタービンプラントは、前述のＢＦＧライン１３１と、ＣＯＧライン１３２と、低圧燃料ガスライン１３３と、ＣＯＧ調節弁１３６と、電気集塵器１２７と、を備える。ガスタービンプラントは、さらに、燃料ガス循環ライン１３５と、循環量調節弁１３７と、ガス冷却器１３８と、を備える。燃料ガス循環ライン１３５の第一端は、高圧燃料ガスライン１３４に接続されている。また、この燃料ガス循環ライン１３５の第二端は、低圧燃料ガスライン１３３中で電気集塵器１２７よりも上流側の位置に接続されている。ガス冷却器１３８及び循環量調節弁１３７は、この燃料ガス循環ライン１３５に設けられている。
ガス冷却器１３８は、燃料ガス循環ライン１３５を流れるガスを冷却する。循環量調節弁１３７の開度が変更されて、燃料ガス循環ライン１３５を流れるガス流量が変わると、燃焼器１１５に供給されるガスの流量も変わる。このため、この循環量調節弁１３７は、燃焼器１１５に供給される燃料ガスの流量を調節する燃料調節弁として機能する。また、前述したガス圧縮機１２１の吸込ガス量調節器１２２も、燃料調節弁として機能する。組成分析装置１０は、ＢＦＧライン１３１に設けられている。この組成分析装置１０は、ＢＦＧライン１３１を流れるＢＦスＧの組成を分析する。なお、ここでは、ＢＦＧライン１３１に組成分析装置１０を設けたが、場合によっては、低圧燃料ガスライン１３３やＣＯＧライン１３２に設けてもよい。

　制御装置１４０は、外部からの負荷指令や組成分析装置１０が分析したガスＢＦＧの組成等に応じて、循環量調節弁１３７の開度や入口案内翼１１３の開度等を制御する。また、制御装置１４０は、場合よっては、外部からの負荷指令や組成分析装置１０が分析したガスＧ（ＢＦＧ）の組成等に応じて、ＣＯＧ調節弁１３６の開度も制御する。

　組成分析装置１０は、図１に示すように、励起光であるレーザ光が照射された流体Ｇからのラマン散乱光を取得するラマン散乱光取得装置１１と、このラマン散乱光取得装置１１が取得したラマン散乱光に基づいて流体Ｇの組成を分析する分析器７０と、を備える。
なお、以下では、ラマン散乱光を単に散乱光という場合もある。

　ラマン散乱光取得装置１１は、散乱光取得ヘッド１２と、分析用レーザ発振器（光出射部）６１と、加熱用レーザ発振器６２と、これらのレーザ発振器６１,６２を制御する制御部８１と、レーザ光の強度を検知する二つの検知器６５，６６と、二つの検知器６５，６６からの出力に応じて散乱光取得ヘッド１２の状態を判定する判定部８２と、を有する。

　分析用レーザ発振器６１は、流体Ｇに照射するレーザ光を発振する。加熱用レーザ発振器６２は、散乱光取得ヘッド１２の一部を加熱するレーザ光を発振する。

　散乱光取得ヘッド１２は、ヘッドケーシング１３と、光出射部である分析用レーザ発振器６１からのレーザ光を流体Ｇ中に導く出射光学系２１と、流体Ｇを通過したレーザ光を受光するレーザ受光光学系（励起受光光学系）３１と、流体Ｇの流路の一部を画定すると共に流体Ｇからのラマン散乱光を通過させる散乱光窓４２と、散乱光窓４２を通過したラマン散乱光を受ける散乱光受光器４４と、散乱光窓４２に接している光遮蔽部材５０と、加熱用レーザ光を光遮蔽部材５０に導く加熱用光ファイバーケーブル５５と、を備える。

　出射光学系２１は、分析用レーザ発振器６１からのレーザ光が通る出射光ファイバーケーブル２５と、出射光ファイバーケーブル２５から出射されたレーザ光の向きを変える出射プリズム（変更器）２３と、流体Ｇの流路の一部を画定すると共にレーザ光を通過させるレーザ出射窓２２と、を有する。

　出射光ファイバーケーブル２５は、光ファイバー（不図示）と、この光ファイバーの外周を覆う被覆材（不図示）と、光ファイバーの端の外周を覆うスリーブ２７と、を有する。この出射光ファイバーケーブル２５の出射側のスリーブ２７は、ヘッドケーシング１３に取り付けられている。

　出射プリズム２３は、出射光ファイバーケーブル２５から出射されたレーザ光の光軸を垂直に折り曲げる。言い換えると、出射プリズム２３は、出射光ファイバーケーブル２５の出射面光軸Ａｏに対して、出射プリズム２３を通過した後のレーザ光の光軸を垂直にする。なお、出射面光軸Ａｏとは、出射光ファイバーケーブル２５で、レーザ光を出射する出射面２６における光軸である。この出射プリズム２３は、ヘッドケーシング１３内に配置され、このヘッドケーシング１３に固定されている。

　レーザ出射窓２２は、出射プリズム２３により向きが替えられたレーザ光が通過する。
レーザ出射窓２２で流体Ｇの流路を画定する内面２２ｉと、レーザ出射窓２２で出射プリズム２３側の外面２２ｏとは、いずれも、出射プリズム２３を通過したレーザ光の光軸に対して垂直である。このため、出射プリズム２３を通過した後であってレーザ出射窓２２に至る前のレーザ光の光軸と、レーザ出射窓２２を通過して流体Ｇ中に至ったレーザ光の光軸である流体中光軸Ａｗとは、一致している。このレーザ出射窓２２は、ヘッドケーシング１３に固定されている。

　以上で説明した出射光学系２１は、集光光学系を有していない。しかしながら、出射光ファイバーケーブル２５から出射したレーザ光を流体Ｇ中で集光させる集光光学系を有していてもよい。

　レーザ受光光学系（励起受光光学系）３１は、流体Ｇの流路の一部を画定すると共にレーザ光を通過させるレーザ受光窓３２と、レーザ受光窓３２を通過したレーザ光の向きを変える受光プリズム３３と、受光プリズム３３を通過したレーザ光が入射するレーザ受光光ファイバーケーブル３５と、受光プリズム３３を通過したレーザ光をレーザ受光光ファイバーケーブル３５の受光面３６に集光させる集光光学系３４と、を有する。

　レーザ受光窓３２は、流体中光軸Ａｗ上に配置されている。レーザ受光窓３２で流体Ｇの流路を画定する内面３２ｉと、レーザ受光窓３２で受光プリズム３３側の外面３２ｏとは、いずれも、流体中光軸Ａｗに対して垂直である。このため、レーザ受光窓３２を通過したレーザ光の光軸は、流体中光軸Ａｗと一致している。このレーザ受光窓３２は、ヘッドケーシング１３に固定されている。

　受光プリズム３３は、レーザ受光窓３２を通過したレーザ光の光軸を垂直に曲げる。言い換えると、受光プリズム３３は、流体中光軸Ａｗに対して、受光プリズム３３を通過した後のレーザ光の光軸を垂直にする。この受光プリズム３３は、ヘッドケーシング１３内に配置され、このヘッドケーシング１３に固定されている。

　レーザ受光光ファイバーケーブル３５は、光ファイバー（不図示）と、この光ファイバーの外周を覆う被覆材（不図示）と、光ファイバーの端の外周を覆うスリーブ３７と、を有する。このレーザ受光光ファイバーケーブル３５の受光側のスリーブ３７は、ヘッドケーシング１３に取り付けられている。

　レーザ受光光ファイバーケーブル３５の受光面光軸Ａｉは、受光プリズム３３を通過した後のレーザ光の光軸と一致する。なお、受光面光軸Ａｉとは、レーザ受光光ファイバーケーブル３５で、受光プリズム３３からのレーザ光を受ける受光面３６における光軸である。

　なお、以下では、流体中光軸Ａｗが延びている方向を光軸方向Ｄａとする。また、流体中光軸Ａｗに垂直な方向のうち、この流体中光軸Ａｗに対してレーザ受光光ファイバーケーブル３５の受光面３６が存在する方向を径方向Ｄｒとする。この径方向Ｄｒで、流体中光軸Ａｗに近づく側を径方向内側Ｄｒｉとし、反対側を径方向外側Ｄｒｏとする。

　散乱光窓４２は、前述したように、散乱光を通過する一方で、レーザ光を反射する。この散乱光窓４２は、光軸方向Ｄａで流体Ｇ中のレーザ光の光路が存在する範囲Ｒｗ内であって、且つ流体中光軸Ａｗから径方向Ｄｒに離れた位置に配置されている。散乱光窓４２で流体Ｇの流路を画定する内面４２ｉと、散乱光窓４２で内面４２ｉと反対側の面である外面４２ｏとは、いずれも、流体中光軸Ａｗに対して平行である。なお、散乱光窓４２の内面４２ｉは径方向内側Ｄｒｉを向き、散乱光窓４２の外面４２ｏは径方向外側Ｄｒｏを向いている。

　散乱光受光器４４は、散乱光窓４２を通過した散乱光を受ける散乱光光ファイバーケーブル４５を有する。散乱光光ファイバーケーブル４５の受光面４６は、散乱光窓４２と同様に、光軸方向Ｄａで流体Ｇ中のレーザ光の光路が存在する範囲Ｒｗ内であって、且つ流体中光軸Ａｗから径方向Ｄｒに離れた位置に配置されている。但し、この受光面４６は、散乱光窓４２よりも径方向外側Ｄｒｏに位置し、径方向内側Ｄｒｉを向いている。散乱光光ファイバーケーブル４５は、光ファイバー（不図示）と、この光ファイバーの外周を覆う被覆材（不図示）と、光ファイバーの端の外周を覆うスリーブ４７と、を有する。この散乱光光ファイバーケーブル４５の受光側のスリーブ４７は、ヘッドケーシング１３に取り付けられている。

　出射光ファイバーケーブル２５の出射面２６、レーザ受光光ファイバーケーブル３５の受光面３６、及び散乱光光ファイバーケーブル４５の受光面４６は、いずれも、流体中光軸Ａｗから径方向Ｄｒに離れた位置に配置されている。また、出射光ファイバーケーブル２５の出射面２６、レーザ受光光ファイバーケーブル３５の受光面３６、及び散乱光光ファイバーケーブル４５の受光面４６は、いずれも、流体中光軸Ａｗに対して平行な面である。よって、出射光ファイバーケーブル２５の出射面光軸Ａｏ、レーザ受光光ファイバーケーブル３５の受光面光軸Ａｉ、及び散乱光光ファイバーケーブル４５の受光面光軸Ａｒｓは、いずれも、互いに平行で、且つ流体中光軸Ａｗに対して垂直である。

　光遮蔽部材５０は、散乱光窓４２の外面４２ｏに接着剤等で接着されている。この光遮蔽部材５０は、レーザ光やラマン散乱光を透過させず、これらの光のエネルギーを吸収し易く、且つ熱伝導性の良い部材で形成されている。具体的には、銅や真鍮、又はこれらを含む合金等で形成されている。この光遮蔽部材５０の外形状は、図１及び図２に示すように、環状である。この環状の内側は、散乱光が通過する光路になる。この光遮蔽部材５０の内部には、散乱光窓４２の外面４２ｏに沿って広がり、且つ光遮蔽部材５０の外形状に合った環状の空洞５１が形成されている。

　加熱用光ファイバーケーブル５５は、光ファイバー（不図示）と、この光ファイバーの外周を覆う被覆材（不図示）と、光ファイバーの端の外周を覆うスリーブ５７と、を有する。この加熱用光ファイバーケーブル５５の出射側のスリーブ５７は、光遮蔽部材５０に取り付けられている。具体的には、光遮蔽部材５０の空洞内面及び散乱光窓４２の外面４２ｏに対して傾斜した方向から、加熱用光ファイバーケーブル５５からのレーザ光が光遮蔽部材５０の空洞５１内に出射されるよう、加熱用光ファイバーケーブル５５のスリーブ５７が光遮蔽部材５０に取り付けられている。

　ヘッドケーシング１３は、本体部１４と二つの突出部１５，１６とを有する。本体部１４には、出射光ファイバーケーブル２５のスリーブ２７の一部、レーザ受光光ファイバーケーブル３５のスリーブ３７の一部、集光光学系３４、散乱光光ファイバーケーブル４５のスリーブ４７、光遮蔽部材５０、加熱用光ファイバーケーブル５５のスリーブ５７が収納され、これらが取り付けられている。本体部１４には、ヘッドケーシング１３を流体Ｇが流れる配管１３１ｐに取り付けるための取付フランジ１７が設けられている。この配管１３１ｐは、ＢＦＧが流れるＢＦＧライン１３１を構成する配管である。二つの突出部１５，１６は、取付フランジ１７から遠ざかる方向に本体部１４から突出している。二つの突出部１５，１６は、本体部１４に対して突出部１５，１６が突出している方向に対して垂直な方向に離間している。二つの突出部１５，１６のうち、第一突出部１５には、出射プリズム２３が収納され、この出射プリズム２３が取り付けられている。また、二つの突出部１５，１６のうち残りの突出部である第二突出部１６には、受光プリズム３３が収納され、この受光プリズム３３が取り付けられている。第一突出部１５で、第二突出部１６と対向する面には、レーザ出射窓２２が取り付けられている。また、第二突出部１６で、第一突出部１５と対向する面には、レーザ受光窓３２が取り付けられている。よって、二つの突出部１５，１６が離間している方向は、光軸方向Ｄａである。また、本体部１４に対して二つの突出部１５，１６が突出している方向は、径方向Ｄｒである。光軸方向Ｄａにおける二つの突出部１５，１６の間で、本体部１４の径方向内側Ｄｒｉの面には、散乱光窓４２が取り付けられている。

　取付フランジ１７によりヘッドケーシング１３が配管１３１ｐに取り付けられた状態では、第一突出部１５及び第二突出部１６、さらに、本体部１４の径方向内側Ｄｒｉの部分は、いずれも配管１３１ｐ内に位置することになる。

　二つの検知器６５，６６のうち、一方の検知器である出射光検知器６５は、分析用レーザ発振器６１から発振されたレーザ光、又は出射光ファイバーケーブル２５内を通るレーザ光の強度を検知する。二つの検知器６５，６６のうち、残りの検知器である受光検知器６６は、レーザ受光光ファイバーケーブル３５を通ってきたレーザ光の強度を検知する。
判定部８２は、前述したように、二つの検知器６５，６６からの出力に応じて散乱光取得ヘッド１２の状態を判定する。具体的には、例えば、出射光検知器６５が検知した光強度と受光検知器６６が検知した光強度との差が予め定められた値以上の場合、散乱光取得ヘッド１２が異常であると判定する。この判定部８２が判定する異常の形態としては、例えば、以下の形態がある。出射光光ファイバーケーブルの出射面光軸Ａｏの向き、レーザ受光光ファイバーケーブル３５の受光面光軸Ａｉの向きの異常形態がある。また、出射プリズム２３や受光プリズム３３の配置や向きの異常形態がある。さらに、分析用レーザ発振器６１の異常形態がある。レーザ出射窓２２やレーザ受光窓３２が汚れている形態もある。

　分析器７０は、散乱光光ファイバーケーブル４５が受光した散乱光を複数の波長域毎の光に分光する分光器７１と、分光器７１で分光された複数の波長域毎の光をデジタル信号で出力するカメラ７２と、複数の波長域毎の光に関するデジタル信号に基づいて流体Ｇ中の組成を分析する分析部８３と、を有する。

　コンピュータ８０は、機能構成として、以上で説明した制御部８１、判定部８２、及び分析部８３を有する。制御部８１、判定部８２、及び分析部８３は、いずれも、コンピュータ８０のメモリ等に記憶されているプログラムと、このプログラムを実行するＣＰＵとを有して構成される。

　図５に示すように、制御装置１４０は、コンピュータ８０と通信可能である。制御装置１４０は、判定部８２による判定結果を例えば出力（表示）する。さらに、制御装置１４０は、分析部８３による分析結果に応じて、循環量調節弁１３７の開度や入口案内翼１１３の開度、場合よっては、ＣＯＧ調節弁１３６の開度等を制御する。

　次に、以上で説明した組成分析装置１０の動作について説明する。

　分析用レーザ発振器６１から発振されたレーザ光は、出射光ファイバーケーブル２５に入射し、この出射光ファイバーケーブル２５内を通る。出射光ファイバーケーブル２５から出射したレーザ光の光軸は、出射プリズム２３により垂直に折り曲げられる。光軸が折り曲げられたレーザ光は、レーザ出射窓２２を経て、配管１３１ｐの流体Ｇ中に照射される。

　流体Ｇに励起光が照射されると、流体Ｇ中の成分毎に固有の波長のラマン散乱光が生じる。言い換えると、所定の波長のレーザ光を流体Ｇに照射した場合、図３に示すように、流体Ｇ中の成分毎に、レーザ光の波長から固有のシフト量分だけ波長がシフトしたラマン散乱光が生じる。

　散乱光は、散乱光窓４２を経て、散乱光光ファイバーケーブル４５に受光される。この散乱光は、散乱光光ファイバーケーブル４５を通って、分析器７０の分光器７１に導かれる。分光器７１は、入射した散乱光を複数の波長域毎に分光する。カメラ７２は、図４に示すように、分光器７１で分光された複数の波長域毎の光強度をデジタル信号に変換して、これをコンピュータ８０の分析部８３に出力する。分析部８３は、複数の波長域毎の光に関するデジタル信号に基づいて流体Ｇ中の組成を分析する。分析部８３には、流体Ｇに照射するレーザ光の波長と、このレーザ光が照射されたときの各成分から発する散乱光の波長のシフト量との関係が予め記憶されている。分析部８３は、この関係を用いて、流体Ｇ中の成分を分析する。さらに、分析部８３は、成分毎の散乱光の強度に基づいて、流体Ｇ中の成分濃度を求める。流体ＧがガスＢＦＧの場合、分析部８３は、必要に応じて、ＢＦＧの高位発熱量（ＨＨＶ）又は低位発熱量（ＬＨＶ）を求める。

　以下の式（１）は、ＢＦＧが、図４に示すように、二酸化炭素（ＣＯ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素（Ｎ_２）、メタン（ＣＨ_４）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、水素（Ｈ_２）を含む場合におけるＢＦＧの単位体積当たりの高位発熱量（ＨＨＶ）を求める式である。また、以下の式（２）は、同じ場合におけるＢＦＧの単位体積当たり低位発熱量（ＬＨＶ）を求める式である。

　なお、ＨＨＶは、ＢＦＧの燃焼によって生成された水分の凝縮熱を発熱量として含む発熱量（ｋｃａｌ／ｍ^３Ｎ）である。ＬＨＶは、ＢＦＧの燃焼によって生成された水分の凝縮熱を発熱量として含まない発熱量（ｋｃａｌ／ｍ^３Ｎ）である。また、式（１）～式（８）において、ＣＮ_２はＮ_２のモル分率で、ＣＣＯはＣＯのモル分率で、ＣＣＯ_２はＣＯ_２のモル分率で、ＣＨ_２ＯはＨ_２Ｏのモル分率で、ＣＨ_２はＨ_２のモル分率で、ＣＣＨ_４はＣＨ_４のモル分率である。各成分のモル分率は、以下の式（３）～式（８）で求めることができる。

　分析部８３は、ＢＦＧ中の成分毎の散乱光の強度から、窒素成分の光強度ＩＮ_２に対する一酸化炭素成分の相対強度ＩＣＯ／ＩＮ_２、窒素成分の光強度ＩＮ_２に対する二酸化炭素成分の相対強度ＩＣＯ_２／ＩＮ_２、窒素成分の光強度ＩＮ_２に対する水蒸気成分の相対強度ＩＨ_２Ｏ／ＩＮ_２、窒素成分の光強度ＩＮ_２に対する水素成分の相対強度ＩＨ_２／ＩＮ_２、窒素成分の光強度ＩＮ_２に対するメタン成分の相対強度ＩＣＨ_４／ＩＮ_２を求める。次に、分析部８３は、各成分の相対強度と、式（１）又は式（２）、及び式（３）～式（８）を用いて、ＢＦＧの高位発熱量（ＨＨＶ）又は低位発熱量（ＬＨＶ）を求める。なお、式（１）～式（８）は、Ｈ_２Ｏを考慮した体積割合に関する式であるが、Ｈ_２Ｏを除いたガスの体積割合に関する式で発熱量を求めてもよい。

　分析部８３で求められた流体Ｇ中の成分濃度又は低位発熱量（ＬＨＶ）等は、ガスタービンプラントの制御装置１４０に送られる。制御装置１４０は、前述したように、分析部８３から送られてきたデータ、つまり分析結果に基づいて、循環量調節弁１３７の開度や入口案内翼１１３の開度等を制御する。

　流体Ｇを通過したレーザ光は、レーザ受光窓３２を経て、受光プリズム３３に入射する。このレーザ光の光軸は、受光プリズム３３により垂直に折り曲げられる。光軸が折り曲げられたレーザ光は、集光光学系３４により、レーザ受光光ファイバーケーブル３５の受光面３６で集光する。レーザ受光光ファイバーケーブル３５に入射したレーザ光の強度は、受光検知器６６により検知される。

　出射光検知器６５で検知されたレーザ光の強度、及び受光検知器６６により検知されたレーザ光の強度は、コンピュータ８０の判定部８２に送られる。判定部８２は、前述したように、各検知器６５，６６で検知されたレーザ光の強度に応じて、散乱光取得ヘッド１２の状態を判定する。この判定部８２の判定結果は、ガスタービンプラントの制御装置１４０に送られる。制御装置１４０は、必要に応じて、判定部８２の判定結果を表示する。

　加熱用レーザ発振器６２から発振されたレーザ光は、加熱用光ファイバーケーブル５５を経て、光遮蔽部材５０の空洞５１内に導かれる。レーザ光は、光遮蔽部材５０の空洞５１内で、空洞内面で乱反射を繰り返す。この結果、レーザ光の光エネルギーは、光遮蔽部材５０及びこの光遮蔽部材５０と接している散乱光窓４２を加熱する熱エネルギーに変換される。すなわち、本実施形態では、散乱光窓４２がレーザ光のエネルギーにより加熱される。

　また、本実施形態では、加熱用光ファイバーケーブル５５からのレーザ光を光遮蔽部材５０の空洞５１内に導くので、レーザ光の全てを光遮蔽部材５０に照射することができ、このレーザ光の光エネルギーを熱エネルギーに変換する効率を高めることができる。

　ところで、ヘッドケーシング１３内と流体Ｇの流路とを仕切るレーザ出射窓２２の内面２２ｉ、レーザ受光窓３２の内面３２ｉ及び散乱光窓４２の内面４２ｉは、流体Ｇ中に異物が存在する場合、この異物により汚れる。例えば、流体Ｇが、ＢＦＧ（Blast Furnace Gas）とＣＯＧ（Coke Oven Gas）とのいずれか一方のガス、又は両者の混合ガスである場合、この流体Ｇ中には、灰等の異物が存在する。

　ラマン散乱光の強度は、流体Ｇに照射するレーザ光の強度よりも遥に小さい。このため、散乱光窓４２の内面４２ｉが汚れると、散乱光に基づく流体Ｇの組成分析に支障をきたす。そこで、本実施形態では、前述したように、散乱光窓４２を加熱して、散乱光窓４２の内面４２ｉに付着した異物の除去、及び散乱光窓４２の内面４２ｉへの異物の付着の抑制を図っている。

　散乱光窓４２を加熱する方法としては、散乱光窓４２に電熱線を接触又は近接させ、この電熱線に電流を流して、この電熱線を加熱する方法がある。このように、散乱光窓４２に電熱線を接触又は近接させる場合、流体ＧがＢＦＧやＣＯＧ等のように可燃性ガスの場合、電熱線や、この電熱線に電流を供給する電気ケーブルに防爆処理を施しておく必要がある。一方、本実施形態では、散乱光窓４２の加熱に電気を用いないので、散乱光窓４２を加熱するために必要な部品、具体的には、加熱用光ファイバーケーブル５５や光遮熱部材に防爆処理を施す必要がない。よって、本実施形態では、散乱光窓４２を加熱するために必要な部品に対する防爆処理のコストを省くことができる。

　本実施形態では、前述したように、散乱光受光器４４の受光面４６が、光軸方向Ｄａで流体Ｇ中のレーザ光の光路が存在する範囲Ｒｗ内であって、且つ流体中光軸Ａｗから径方向Ｄｒに離れた位置に配置されている。言い換えると、本実施形態では、散乱光受光器４４の受光面４６は、流体Ｇ中の散乱光発生領域Ｒｒｓに対して、流体中光軸Ａｗに垂直な方向に離れた位置に配置されている。このため、本実施形態では、流体Ｇ中の散乱光発生領域Ｒｒｓに散乱光受光器４４の受光面４６を近づけることができる。しかも、本実施形態では、散乱光窓４２の内面４２ｉ及び外面４２ｏ、さらに散乱光受光器４４の受光面４６が流体中光軸Ａｗに対して平行であるため、散乱光発生領域Ｒｒｓから散乱光受光器４４の受光面４６に至るまでの散乱光の光路長を短くすることができる。よって、本実施形態では、ラマン散乱光取得装置１１、及びこのラマン散乱光取得装置１１を含む組成分析装置１０の小型化を図ることができる。

　さらに、本実施形態では、流体Ｇ中の散乱光発生領域Ｒｒｓに散乱光受光器４４の受光面４６を近づけることができるため、散乱光受光器４４の受光面４６が減衰の少ないラマン散乱光を受けることができる。このため、本実施形態では、散乱光窓４２を通過した散乱光を集光させるための集光光学系を省くことができる。具体的に、本実施形態では、流体中光軸Ａｗから散乱光受光器４４の受光面４６までの径方向（流体中光軸に対して垂直な方向）の距離を、散乱光受光器４４が受けるラマン散乱光の光量が分析器７０で流体Ｇの組成を分析できる最小光量になる距離以下にすることで、集光光学系を省くことができる。よって、本実施形態では、この観点からも、ラマン散乱光取得装置１１、及びこのラマン散乱光取得装置１１を含む組成分析装置１０の小型化を図ることができる。

　さらに、本実施形態では、前述したように、出射光ファイバーケーブル２５の出射面光軸Ａｏ、レーザ受光光ファイバーケーブル３５の受光面光軸Ａｉ、及び散乱光光ファイバーケーブル４５の受光面光軸Ａｒｓが、いずれも、互いに平行で、且つ流体中光軸Ａｗに対して垂直である。よって、本実施形態では、ラマン散乱光取得装置１１、及びこのラマン散乱光取得装置１１を含む組成分析装置１０の光軸方向Ｄａの幅を抑えることができる。

　「第二実施形態」
　本発明に係る組成分析装置の第二実施形態について、図６を参照して説明する。

　本実施形態の組成分析装置は、出射プリズム２３及び受光プリズム３３が流体Ｇに接する点と、複数の光遮蔽部材５０ａを備える点で、第一実施形態の組成分析装置と異なり、その他の点は、基本的に第一実施形態の組成分析装置と同じである。

　本実施形態の散乱光窓４２ａは、第一実施形態の散乱光窓４２と同様に、流体中光軸Ａｗから径方向Ｄｒに離れた位置に配置されている。本実施形態の散乱光窓４２ａでも、流体Ｇの流路を画定する内面４２ｉと、散乱光窓４２で内面４２ｉと反対側の面である外面４２ｏとは、いずれも、流体中光軸Ａｗに対して平行である。但し、本実施形態の散乱光窓４２ａは、光軸方向Ｄａの長さが第一実施形態の散乱光窓４２よりも長い。具体的に、本実施形態の散乱光窓４２ａは、光軸方向Ｄａで、散乱光光ファイバーケーブル４５の受光面光軸Ａｒｓを基準にして、出射光ファイバーケーブル２５の出射面光軸Ａｏの位置より遠い位置まで延びている。さらに、本実施形態の散乱光窓４２ａは、光軸方向Ｄａで、散乱光光ファイバーケーブル４５の受光面光軸Ａｒｓを基準にして、レーザ受光光ファイバーケーブル３５の受光面光軸Ａｉの位置より遠い位置まで延びている。すなわち、本実施形態の散乱光窓４２ａは、光軸方向Ｄａで、出射光ファイバーケーブル２５の出射面光軸Ａｏの位置及びレーザ受光光ファイバーケーブル３５の受光面光軸Ａｉの位置にも存在する。このため、本実施形態の散乱光窓４２ａは、光軸方向Ｄａで流体Ｇ中のレーザ光の光路が存在する範囲Ｒｗ内では、散乱光を通過する一方で、レーザ光を反射する処理が施され、上記範囲Ｒｗ外では、レーザ光を反射する処理が施されておらず、レーザ光を通過する。

　本実施形態の出射光学系２１ａは、分析用レーザ発振器６１からのレーザ光が通る出射光ファイバーケーブル２５と、散乱光窓４２ａの一部と、出射光ファイバーケーブル２５から出射され散乱光窓４２ａを通過したレーザ光の向きを変える出射プリズム（変更器）２３と、を有する。出射プリズム２３の入射面２３ｉは散乱光窓４２ａの外面４２ｏに接している。一方、出射プリズム２３の出射面２３ｏは、流体Ｇの流路を画定する面を形成する。このため、本実施形態の出射光学系２１ａは、レーザ出射窓２２を有していない。

　レーザ受光光学系（励起受光光学系）３１ａは、レーザ光の向きを変える受光プリズム３３と、散乱光窓４２ａの一部と、レーザ受光光ファイバーケーブル３５と、受光プリズム３３及び散乱光窓４２ａを通過したレーザ光をレーザ受光光ファイバーケーブル３５の受光面３６に集光させる集光光学系３４と、を有する。受光プリズム３３の入射面２３ｉは、流体Ｇの流路を画定する面を形成する。このため、本実施形態のレーザ受光光学系３１ａは、レーザ受光窓３２を有していない。受光プリズム３３の出射面３３ｏは、散乱光窓４２ａの外面４２ｏに接している。

　以上のように、本実施形態では、第一実施形態におけるレーザ出射窓２２及びレーザ受光窓３２を有していないので、装置が簡略化し、製造コストを抑えることができる。

　第一実施形態では、光遮蔽部材５０が一つであり、その外形状は環状である。一方、本実施形態では、前述したように、複数の光遮蔽部材５０ａを備えている。複数の光遮蔽部材５０ａは、いずれも、散乱光窓４２ａの外面４２ｏに接着剤等で接着されている。この光遮蔽部材５０は、レーザ光やラマン散乱光を透過させず、これらの光のエネルギーを吸収し易く、且つ熱伝導性の良い部材で形成されている。複数の光遮蔽部材５０ａは、散乱光光ファイバーケーブル４５の受光面光軸Ａｒｓに対する周方向に互い離間している。複数の光遮蔽部材５０ａのそれぞれには、加熱用光ファイバーケーブル５５のスリーブ５７が第一実施形態と同様に取り付けられている。各加熱用光ファイバーケーブル５５には、加熱用レーザ発振器６２が接続されている。

　以上のように、光遮蔽部材は、一つであっても、複数で有ってもよい。

　また、本実施形態では、レーザ出射窓２２及びレーザ受光窓３２が散乱光窓４２ａに接しているため、加熱用レーザ発振器６２から発振されたレーザ光のエネルギーにより散乱光窓４２ａが加熱されると、出射プリズム２３及び受光プリズム３３も加熱される。このため、出射プリズム２３の出射面２３ｏ及び受光プリズム３３の入射面３３ｉに付着した流体Ｇ中の異物の除去、さらに、出射プリズム２３の出射面２３ｏ及び受光プリズム３３の入射面３３ｉへの異物の付着の抑制を図ることができる。

　「変形例等」
　以上で説明した実施形態において、Ａに対してＢが垂直であるとは、Ａに対するＢの角度が９０°である場合のみならず、Ａに対するＢの角度が８８°～９２°程度で、Ａに対してＢが実質的に垂直な場合も含まれる。また、ＡとＢとが互いに平行であるとは、Ａに対する角度が０°である場合のみならず、Ａに対するＢの角度が－２°～＋２°程度で、Ａに対してＢが実質的に平行な場合も含まれる。

　以上の実施形態では、レーザ受光光学系（励起受光光学系）３１，３１ａは、集光光学系３４を有している。しかしながら、レーザ受光光学系３１に入射するレーザ光の強度が、光出射部である分析用レーザ発振器６１からのレーザ光の強度に対して極めて小さい値でなければ、この集光光学系３４を省略してもよい。

　以上の実施形態のレーザ受光光学系（励起受光光学系）３１，３１ａは、散乱光取得ヘッド１２の異常を判定するために設けられている光学系である。よって、散乱光取得ヘッド１２の異常を判定する必要がない場合には、レーザ受光光学系（励起受光光学系）３１，３１ａを省略してもよい。

　以上の実施形態における変更器は、出射プリズム２３や受光プリズム３３である。しかしながら、変更器は、ミラーであってもよい。

　以上の実施形態の散乱光受光器４４は、集光光学系を有してない。しかしながら、この散乱光受光器４４は、集光光学系を有してもよい。

　以上の実施形態の分析対象である流体Ｇは、ＢＦＧ単味であるガスＧである。しかしながら、分析対象である流体Ｇは、ＣＯＧ単味、ＢＦＧとＣＯＧの混合物、ＢＦＧとＣＯＧとＬＤＧの混合物でもよい。さらに、分析対象の流体Ｇは、他の燃料ガス、例えば、天然ガスや、バイオガス等であってもよい。また、分析対象の流体Ｇは、燃料ガスでなくてもよい。

　本発明の一態様によれば、ラマン散乱光取得装置の小型化を図ることができる。

１０：組成分析装置
１１：ラマン散乱光取得装置
１２：散乱光取得ヘッド
１３：ヘッドケーシング
１４：本体部
１５：第一突出部
１６：第二突出部
１７：取付フランジ
２１，２１ａ：出射光学系
２２：レーザ出射窓
２２ｉ：内面
２２ｏ：外面
２３：出射プリズム（変更器）
２３ｉ：入射面
２３ｏ：出射面
２５：出射光ファイバーケーブル
２６：出射面
２７：スリーブ
３１，３１ａ：レーザ受光光学系（励起受光光学系）
３２：レーザ受光窓
３２ｉ：内面
３２ｏ：外面
３３：受光プリズム（変更器）
３３ｉ：入射面
３３ｏ：出射面
３４：集光光学系
３５：レーザ受光光ファイバーケーブル
３６：受光面
３７：スリーブ
４２，４２ａ：散乱光窓
４２ｉ：内面
４２ｏ：外面
４４：散乱光受光器
４５：散乱光光ファイバーケーブル
４６：受光面
４７：スリーブ
５０：光遮蔽部材
５１：空洞
５５：加熱用光ファイバーケーブル
５７：スリーブ
６１：分析用レーザ発振器（光出射部）
６２：加熱用レーザ発振器
６５：出射光検知器
６６：受光検知器
７０：分析器
７１：分光器
７２：カメラ
８０：コンピュータ
８１：制御部
８２：判定部
８３：分析部
１１０：ガスタービン
１１１：空気圧縮機
１１２：吸気量調節器
１１５：燃焼器
１１６：タービン
１２０：発電機
１２１：ガス圧縮機
１２２：吸込ガス量調節器（燃料調節弁）
１２６：減速機
１２７：電気集塵器
１３１：ＢＦＧライン
１３２：ＣＯＧライン
１３３：低圧燃料ガスライン
１３３ｐ：配管
１３４：高圧燃料ガスライン
１３５：燃料ガス循環ライン
１３６：ＣＯＧ調節弁
１３７：循環量調節弁（燃料調節弁）
１３８：ガス冷却器
１４０：制御装置
Ｇ：流体（燃料ガス）
Ｒｒｓ：散乱光発生領域
Ａｏ：出射光ファイバーケーブルの出射面光軸
Ａｉ：レーザ受光光ファイバーケーブルの受光面光軸
Ａｒｓ：散乱光光ファイバーケーブルの受光面光軸
Ａｗ：流体中光軸
Ｄａ：光軸方向
Ｄｒ；径方向
Ｄｒｉ：径方向内側
Ｄｒｏ：径方向外側

Claims

　光出射部からの励起光を流体中に導く出射光学系と、
　前記流体の流路の一部を画定すると共に、前記励起光が照射させた前記流体からのラマン散乱光を通過させる散乱光窓と、
　前記散乱光窓を通過した前記ラマン散乱光を受ける受光面を有する散乱光受光器と、
　を備え、
　前記散乱光窓及び前記散乱光受光器の受光面は、前記流体中における前記励起光の光軸である流体中光軸が延びる光軸方向で前記流体中の前記励起光の光路が存在する範囲内であって、且つ前記流体中光軸に対して垂直な方向である径方向に前記流体中光軸から離れた位置に配置され、
　前記受光面は、前記径方向で前記流体中光軸に近づく側である径方向内側を向いている、
　ラマン散乱光取得装置。
　請求項１に記載のラマン散乱光取得装置において、
　前記散乱光受光器の前記受光面における光軸である受光面光軸は、前記流体中光軸に対して垂直である、
　ラマン散乱光取得装置。
　請求項１又は２に記載のラマン散乱光取得装置において、
　前記散乱光窓で前記流体の流路を画定する内面及び前記内面とは反対側の外面は、いずれも、前記流体中光軸に対して平行である、
　ラマン散乱光取得装置。
　請求項１から３のいずれか一項に記載のラマン散乱光取得装置において、
　前記出射光学系は、前記光出射部からの前記励起光が通る出射光ファイバーケーブルと、前記出射光ファイバーケーブルから出射された前記励起光の向きを変える変更器と、を有し、
　前記出射光ファイバーケーブルの前記励起光を出射する出射面における光軸である出射面光軸は、前記流体中光軸に対して交差する方向に延び、
　前記出射光ファイバーケーブルの前記出射面と前記変更器は、前記散乱光受光器の前記受光面を基準にして、前記光軸方向の一方側に配置され、
　前記変更器は、前記出射光ファイバーケーブルから出射された前記励起光の光軸を前記流体中光軸に一致させる、
　ラマン散乱光取得装置。
　請求項４に記載のラマン散乱光取得装置において、
　前記出射面光軸は、前記流体中光軸に対して垂直である、
　ラマン散乱光取得装置。
　請求項１から５のいずれか一項に記載のラマン散乱光取得装置において、
　前記励起光及び前記ラマン散乱光を通過させない光遮蔽部材と、
　前記光遮蔽部材に励起光を照射する加熱用光ファイバーケーブルと、
　を備え、
　前記光遮蔽部材は、前記散乱光窓における前記受光面側の外面に接している、
　ラマン散乱光取得装置。
　請求項６に記載のラマン散乱光取得装置において、
　前記光遮蔽部材の内部には、前記散乱光窓の前記外面に沿って広がる空洞が形成されており、
　前記加熱用光ファイバーケーブルは、前記光遮蔽部材の前記空洞内に励起光を出射する、
　ラマン散乱光取得装置。
　請求項１から７のいずれか一項に記載のラマン散乱光取得装置において、
　前記出射光学系からの前記励起光を受ける励起受光光学系と、
　前記光出射部からの前記励起光の光強度と前記励起受光光学系が受けた前記励起光の光強度との差に応じて、前記励起光が通過する複数の部材で構成される励起光光学系の異常を判定する判定部と、
　を備える、
　ラマン散乱光取得装置。
　請求項８に記載のラマン散乱光取得装置において、
　前記励起受光光学系は、前記散乱光受光器の前記受光面を基準にして、前記光軸方向で前記出射光学系とは反対側に配置されている、
　ラマン散乱光取得装置。
　請求項１から９のいずれか一項に記載のラマン散乱光取得装置において、
　前記光出射部を備える、
　ラマン散乱光取得装置。
　請求項１から１０のいずれか一項に記載のラマン散乱光取得装置と、
　前記散乱光受光器からの出力に基づいて前記流体の組成を分析する分析器と、
　を備える組成分析装置。
　請求項１１に記載の組成分析装置において、
　前記流体中光軸から前記散乱光受光器の前記受光面までの前記径方向の距離は、前記散乱光受光器が受ける前記ラマン散乱光の光量が、前記分析器で前記流体の組成を分析できる最小光量になる距離以下である、
　組成分析装置。
　請求項１１又は１２に記載の組成分析装置と、
　前記流体としての燃料ガスが流れる燃料ガスラインと、
　前記燃料ガスラインを流れる燃料ガスの流量を調節する燃料調節弁と、
　前記燃料ガスラインからの燃料ガスの燃焼により駆動するガスタービンと、
　前記燃料調節弁の開度を指示する制御装置と、
　を備え、
　前記ラマン散乱光取得装置は、前記燃料ガスラインに取り付けられ、
　前記分析器は、前記燃料ガスラインを流れる前記燃料ガスの組成を分析し、
　前記制御装置は、前記分析器での分析結果に応じて前記燃料調節弁の開度を定め、前記開度を前記燃料調節弁に対して指示する、
　ガスタービンプラント。