JP5330978B2 - ガス成分計測装置及び方法 - Google Patents
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しかしながら、独立の装置構成は大掛かりとなり、コンパクトなガス成分分析と、煤塵濃度分析とを同時にできる分析手法の確立が要望されている。
特に、単一の検知手段のみを使用することにより、複数の分析(ガス組成、煤塵濃度、炭化水素濃度)が実現することができれば、装置内部品点数を減少でき、コンパクトな分析装置が提供できることとなる。すなわち、複数の分析装置を用いる場合には、各々の装置のメンテナンスが必要となり、コストと手間がかかるという問題もある。
図1は、実施例1に係るガス成分計測装置の概略図である。
図1に示すように、ガス成分計測装置10Aは、基本レーザ光(YAGレーザ光:1064nm)11Aを発振するレーザ装置13と、発振された基本レーザ光11Aを532nmのYAG第2高調波の第1の波長変換レーザ光11Bに波長変換する第1の波長変換部12Aと、532nmの第1の波長変換レーザ光11Bを導入し、被測定ガスGに照射してラマン散乱光15を発生させる測定チャンバ20と、発生した第1のラマン散乱光15Aを計測するラマン散乱光検出器18とを具備し、波長532nmの第1の波長変換レーザ光11Bの計測結果により、被測定ガスGのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めるようにしたものである。
図4はバイオマスガス化ガスを第1の波長変換レーザ光(532nm)で計測したラマン散乱光のピーク信号スペクトルチャートである。
ここで、図4中、そのピーク信号スペクトルを除いたベースラインが煤塵起因のミー散乱光による濃度である。
ここで、図1において、符号14は被測定ガスGが導入され、第1の波長変換レーザ光11Bを照射してガス成分を計測する測定チャンバ20内の測定領域、21aは第1の波長変換レーザ光11Bを反射する反射ミラー、22は第1の波長変換レーザ光11Bを集光する集光レンズ、23はデータ処理手段(CPU)を各々図示する。
なお、測定チャンバ20は被測定バスGを内部に導入、保持又は排出させる機能を有するものであり、この導入は、生成ガスを送球する送給管の一部を又は送給管から分枝させて導入するようにしてもよい。
前記ICCDカメラ17からの計測データは、データ処理手段(CPU)23に送られ、ここで計測データの処理がなされる。
また、同時に発生する煤塵起因のミー散乱光も同様に計測され、計測データの処理がなされる。
本発明では、特定の532nmのYAGレーザの第2高調波の第1の波長変換レーザ光11Bを用いてラマン散乱光のピーク信号スペクトルからガス組成を求めると共に、そのピーク信号スペクトルを除いたベースラインから煤塵濃度を求めることができ、一度の計測でガス成分と煤塵濃度とを同時に測定が可能となる。
これにより、レーザ光の位置検出精度が向上し、光軸修正を迅速に行うことが可能となる。ただし、劣悪環境では不向きである。
図2に示すように、ガス成分計測装置10Bは、基本レーザ光(1064nm)11Aを発振するレーザ装置13と、発振された基本レーザ光11Aを532nmの第2高調波の第1の波長変換レーザ光11Bに波長変換する第1の波長変換部12Aと、基本レーザ光(1064nm)11Aを第1の波長変換部12Aの後流側に迂回させる迂回光路と、1064のnmの基本レーザ光11Aと532nmの第1高調波のレーザ光11Bとの合波光11Cを第3高調波(355nm)の第2波長変換レーザ光11Dに波長変換する第2の波長変換部12Bと、355nmの第2の波長変換レーザ光11Dを導入し、被測定ガスGに照射して第2のラマン散乱光15Bを発生させる測定チャンバ20と、発生した第2のラマン散乱光15Bを計測するラマン散乱光検出器18とを具備し、波長355nmの第2の波長変換レーザ光11Dの計測結果により、被測定ガスGのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵及び炭化水素(HC)濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めるようにしたものである。
ここで、21b、21c、21dは反射ミラーであり、第1の波長変換部12Aを迂回する迂回光路を形成している。
図3に示すように、ガス成分計測装置10Cは、基本レーザ光(1064nm)11Aを発振するレーザ装置13と、発振された基本レーザ光11Aを532nmの第2高調波の第1の波長変換レーザ光11Bに波長変換する第1の波長変換部12Aと、基本レーザ光(1064nm)を第1の波長変換部12Aの後流側に迂回させる迂回光路と、1064のnmの基本レーザ光11Aと532nmの第1の波長変換レーザ光11Bとの合波光11Cを、第3高調波(355nm)の第2の波長変換レーザ光11Dに波長変換する第2の波長変換部12Bと、532nmの第1の波長変換レーザ光11Bと、355nmの第2の波長変換レーザ光11Dとを時間遅れで導入し、被測定ガスGに照射して第1及び第2のラマン散乱光15A、15Bを発生させる測定チャンバ20と、発生した第1及び第2のラマン散乱光15A、15Bを計測するラマン散乱光検出器18とを具備し、波長532nmの第1の波長変換レーザ光11Bの計測結果により、被測定ガスGのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ波長355nmの第2の波長変換レーザ光11Dの計測結果により、被測定ガスGのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵及び炭化水素(HC)濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定するようにしたものである。なお、図3中、符号22a、22bはレンズ、21e〜21gは反射ミラーを図示する。
図6−1は、波長532nmにおけるミー散乱光強度と煤塵濃度との関係の検量線である。図6−2は、波長355nmにおけるミー散乱光強度と煤塵濃度との関係の検量線である。
工程2) 次に、波長355nmの第2の波長変換レーザ光11Dの計測結果により、煤塵濃度(1.0mg/m3N)から、ミー散乱光強度(例えば15A.U)を、第2の検量線(図6−2)により求める。
工程3) そして、波長355nmの第2の波長変換レーザ光11Dでの実際の計測値から、工程2)により求めたミー散乱光強度(例えば15A.U)を除して、炭化水素(HC)の濃度を求める。
さらには、特定のHC(例えばアントラセンやナフタレン等)を予め検量線を作成しておき、その検量線にHC濃度を当てはめて、大凡のアントラセンやナフタレン等濃度を求めるようにしてもよい。
また、発電プラントのみならず、化学プラントから得られる有用ガス(例えばGTL)のガス組成を計測することができる。
11A 基本レーザ光(1064nm)
11B 第1の波長変換レーザ光(532nm)
11C 合波光
11D 第2の波長変換レーザ光(355nm)
12A 第1の波長変換部
12B 第2の波長変換部
G 被測定ガス
13 レーザ装置
14 測定領域
15A 第1のラマン散乱光
15B 第2のラマン散乱光
18 ラマン散乱光検出器
20 測定チャンバ
Claims (7)
- 基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、
発振された基本レーザ光を第1の波長変換レーザ光に波長変換する第1の波長変換部と、
基本レーザ光と第1の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波光を第2の波長変換レーザ光に波長変換する第2の波長変換部と、
第2の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第2のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、
発生した第2のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、
第2のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素との濃度をベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測装置。 - 基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、
発振された基本レーザ光を第1の波長変換レーザ光に波長変換する第1の波長変換部と、
第1の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第1のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、
基本レーザ光と第1の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波光を第2の波長変換レーザ光に波長変換する第2の波長変換部と、
第2の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第2のラマン散乱光を発生させる測定チャンバと、
発生した第1又は第2のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出器とを具備し、
第1のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ、
第2のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素との濃度をベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定することを特徴とするガス成分計測装置。 - 請求項1又は2において、
基本レーザ光が1064nmのYAGレーザ光であり、
第1の波長変換レーザ光が532nmのYAGレーザ光の第2高調波であり、
第2の波長変換レーザ光が355nmのYAGレーザ光の第3高調波であることを特徴とするガス成分計測装置。 - 基本レーザ光を発振するレーザ照射工程と、
発振された基本レーザ光を第1の波長変換レーザ光に波長変換する第1の波長変換工程と、
基本レーザ光と第1の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波光を第2の波長変換レーザ光に波長変換する第2の波長変換工程と、
第2の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第2のラマン散乱光を発生させる測定チャンバ照射工程と、
発生した第2のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出工程とを具備し、
第2のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素との濃度をベースラインより求めることを特徴とするガス成分計測方法。 - 基本レーザ光を発振するレーザ照射工程と、
発振された基本レーザ光を第1の波長変換レーザ光に波長変換する第1の波長変換工程と、
第1の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第1のラマン散乱光を発生させる測定チャンバ照射工程と、
基本レーザ光と第1の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波光を第2の波長変換レーザ光に波長変換する第2の波長変換工程と、
第2の波長変換レーザ光を導入し、被測定ガスに照射して第2のラマン散乱光を発生させる測定チャンバ照射工程と、
発生した第1又は第2のラマン散乱光を計測するラマン散乱光検出工程とを具備し、
第1のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ、
第2のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素との濃度をベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定することを特徴とするガス成分計測方法。 - 400nm〜1,100nmのレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第1のラマン散乱光を発生させ、
400nm以下のレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第2のラマン散乱光を発生させ、
第1のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ、
第2のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素との濃度をベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定することを特徴とするガス成分計測方法。 - 400nm〜1,100nmのレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第1のラマン散乱光を発生させる手段と、
400nm以下のレーザ光を測定チャンバ内に導入し、被測定ガスに照射して第2のラマン散乱光を発生させる手段と、を具備し、
第1のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ、
第2のラマン散乱光の計測結果により、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス中の煤塵と炭化水素との濃度をベースラインより求め、両者の差分から煤塵濃度を推定することを特徴とするガス成分計測装置。
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