WO2016174759A1 - レーザ式ガス分析計 - Google Patents

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WO2016174759A1
WO2016174759A1 PCT/JP2015/062948 JP2015062948W WO2016174759A1 WO 2016174759 A1 WO2016174759 A1 WO 2016174759A1 JP 2015062948 W JP2015062948 W JP 2015062948W WO 2016174759 A1 WO2016174759 A1 WO 2016174759A1
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WO
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gas
cell
analysis target
gas cell
unit
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Application number
PCT/JP2015/062948
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Inventor
雅哉 田原
亮一 東
和裕 小泉
貴誌 乾
Original Assignee
富士電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers

Definitions

  • the present invention relates to a laser gas analyzer that measures the gas concentration of a measurement target gas contained in an analysis target gas such as exhaust gas.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2009-47677.
  • This conventional laser gas analyzer performs, for example, gas analysis of exhaust gas passing through the inside of a flue.
  • Two flanges are fixed at opposite positions on the wall of the flue pipe.
  • the light emitting part and the light receiving part are respectively fixed to the flanges.
  • the light emitting unit emits laser light into the flue, and the light receiving unit receives the laser light absorbed by the measurement target gas in the exhaust gas in the flue.
  • concentration of the measuring object gas in exhaust gas is measured based on the intensity
  • the laser gas analyzer needs to secure a flue diameter (optical path length) of 0.5 m or more as a product installation specification.
  • the diameter of the ship's flue is, for example, about 0.2 m in the case of the exhaust gas flue of a diesel engine for power generation. If a prior art laser gas analyzer is directly adopted for a small-diameter flue, the optical path length is There was a problem of being short. In a laser gas analyzer, if the optical path length is short, it is difficult to accurately measure a low-concentration gas for reasons described later. It is necessary to measure particularly low-concentration gas due to the strict emission regulations of harmful substances, but it is difficult to accurately analyze low-concentration gas depending on the size of the flue diameter.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and the object thereof is to adopt a structure in which the optical axis is unlikely to be easily installed, and to be measured in an analysis target gas.
  • An object of the present invention is to provide a laser type gas analyzer that accurately analyzes the gas concentration of a gas over a long period of time.
  • the first invention is A gas introduction part having an opening disposed in a flow path through which the analysis target gas flows, and introducing the analysis target gas in the flow path through the opening;
  • a cylindrical gas cell that communicates with the gas introduction unit and into which an analysis target gas is introduced into an internal measurement space;
  • a gas deriving unit communicating with the gas cell and deriving an analysis target gas from the measurement space of the gas cell;
  • a light emitting unit that is arranged and fixed on one end side of the gas cell, and irradiates the analysis target gas in the measurement space of the gas cell with a laser beam;
  • a light receiving unit that is arranged and fixed on the other end side of the gas cell, receives a laser beam that has passed through the gas to be analyzed, and outputs a detection signal; It was set as the laser type gas analyzer provided with.
  • a gas introduction part having an opening disposed in a flow path through which the analysis target gas flows, and introducing the analysis target gas in the flow path through the opening;
  • a cylindrical gas cell that communicates with the gas introduction unit and into which an analysis target gas is introduced into an internal measurement space;
  • a plurality of gas deriving portions communicating with the gas cell and deriving an analysis target gas from the measurement space of the gas cell;
  • a light emitting unit that is arranged and fixed on one end side of the gas cell, and irradiates the analysis target gas in the measurement space of the gas cell with a laser beam;
  • a light receiving unit that is arranged and fixed on the other end side of the gas cell, receives a laser beam that has passed through the gas to be analyzed, and outputs a detection signal;
  • the plurality of gas outlets communicate with the gas cell such that a part thereof is located between the light emitting part and the gas introducing part, and the rest is located between the gas introducing part and the light receiving part.
  • a gas introduction part having an opening disposed in a flow path through which the analysis target gas flows, and introducing the analysis target gas in the flow path through the opening;
  • a cylindrical gas cell that communicates with the gas introduction unit and into which an analysis target gas is introduced into an internal measurement space;
  • a plurality of gas deriving portions communicating with the gas cell and deriving an analysis target gas from the measurement space of the gas cell;
  • a plurality of purge gas introduction portions that communicate with the gas cell and introduce purge gas into the measurement space of the gas cell;
  • a light emitting unit that is arranged and fixed on one end side of the gas cell, and irradiates the analysis target gas in the measurement space of the gas cell with a laser beam;
  • a light receiving unit that is arranged and fixed on the other end side of the gas cell, receives a laser beam that has passed through the gas to be analyzed, and outputs a detection signal;
  • the plurality of gas outlets communicate with the gas cell such that a part thereof is located between the light emitting part and the gas
  • the fourth invention is A gas introduction part having an opening disposed in a flow path through which the analysis target gas flows, and introducing the analysis target gas in the flow path through the opening;
  • a cylindrical gas cell that communicates with the gas introduction unit and into which an analysis target gas is introduced into an internal measurement space;
  • a gas deriving unit communicating with the gas cell and deriving an analysis target gas from the measurement space of the gas cell;
  • An introduction side valve for opening and closing the gas introduction part;
  • a lead-out side valve for opening and closing the gas lead-out part;
  • a light emitting unit that is arranged and fixed on one end side of the gas cell, and irradiates the analysis target gas in the measurement space of the gas cell with a laser beam;
  • a light receiving unit that is arranged and fixed on the other end side of the gas cell, receives a laser beam that has passed through the gas to be analyzed, and outputs a detection signal; It was set as the laser type gas analyzer provided with.
  • a gas introduction part having an opening disposed in a flow path through which the analysis target gas flows, and introducing the analysis target gas in the flow path through the opening;
  • a cylindrical gas cell that communicates with the gas introduction unit and into which an analysis target gas is introduced into an internal measurement space;
  • a plurality of gas deriving portions communicating with the gas cell and deriving an analysis target gas from the measurement space of the gas cell;
  • An introduction side valve for opening and closing the gas introduction part;
  • a plurality of outlet side valves that respectively open and close the plurality of gas outlet parts;
  • a light emitting unit that is arranged and fixed on one end side of the gas cell, and irradiates the analysis target gas in the measurement space of the gas cell with a laser beam;
  • a light receiving unit that is arranged and fixed on the other end side of the gas cell, receives a laser beam that has passed through the gas to be analyzed, and outputs a detection signal;
  • the plurality of gas outlets communicate with the gas cell such that a part thereof is located between the light
  • a gas introduction part having an opening disposed in a flow path through which the analysis target gas flows, and introducing the analysis target gas in the flow path through the opening;
  • a cylindrical gas cell that communicates with the gas introduction unit and into which an analysis target gas is introduced into an internal measurement space;
  • a plurality of gas deriving portions communicating with the gas cell and deriving an analysis target gas from the measurement space of the gas cell;
  • a plurality of purge gas introduction portions that communicate with the gas cell and introduce purge gas into the measurement space of the gas cell;
  • An introduction side valve for opening and closing the gas introduction part;
  • a plurality of outlet side valves that respectively open and close the plurality of gas outlet parts;
  • a light emitting unit that is arranged and fixed on one end side of the gas cell, and irradiates the analysis target gas in the measurement space of the gas cell with a laser beam;
  • a light receiving unit that is arranged and fixed on the other end side of the gas cell, receives a laser beam that has passed through the gas to be analyzed, and
  • a laser type gas analyzer that is easy to install and that accurately analyzes the gas concentration of a measurement target gas over a long period of time by adopting a structure in which the optical axis is unlikely to occur. it can.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a laser type gas analyzer 1 of the present embodiment.
  • the thick arrow indicates the electric signal path
  • the thin arrow indicates the flow path of the analysis target gas. This arrow is also illustrated in FIGS. 2 to 6.
  • the laser gas analyzer 1 includes a light emitting unit 10, a gas cell 20, a light receiving unit 30, a duct side gas introducing unit 40, and a duct side gas deriving unit 80.
  • An analysis processing unit 50 is connected to the light receiving unit 30.
  • the analysis processing unit 50 may be disposed around the light receiving unit 30 or may be disposed at a remote location via a communication cable.
  • the gas cell 20 is supported by the duct side gas introduction part 40 and the duct side gas outlet part 80 fixed to the duct 70, and the laser type gas analyzer 1 and the duct 70 are fixed integrally. Has been.
  • This laser type gas analyzer 1 forms the gas introduction part of the present invention by the duct side gas introduction part 40 and the cell side gas introduction part 22, and the cell side gas lead part 23 and the duct side gas lead part 80 of the present invention.
  • a gas outlet is formed.
  • the light emitting unit 10 includes a laser element that emits laser light having a predetermined wavelength.
  • the predetermined wavelength is a wavelength at which the measurement target gas included in the analysis target gas absorbs the laser light.
  • the laser light has a wavelength at which SO gas or SO 2 gas absorbs light.
  • the light emitting unit 10 has a light transmission window, and the analysis target gas does not enter the light emitting unit 10.
  • the gas cell 20 further includes a measurement space 21 and a cell-side gas introduction unit 22.
  • the gas cell 20 is a cylindrical body, and a measurement space 21 is formed therein.
  • the measurement space 21 is a closed space defined by the inner wall of the gas cell 20, the light transmission window of the light emitting unit 10, and the light transmission window of the light receiving unit 30.
  • the inner wall of the gas cell 20 can be, for example, a polished stainless steel inner surface. This prevents adsorption of particulate matter (PM) contained in the analysis target gas as much as possible.
  • a cell-side gas introduction unit 22 communicates, and the analysis target gas is introduced into the measurement space 21 of the gas cell 20 through the cell-side gas introduction unit 22.
  • the light receiving unit 30 includes a light receiving element having sensitivity to the emission wavelength of the laser light emitted from the laser element of the light emitting unit 10.
  • the measurement target gas contained in the analysis target gas absorbs light, and the gas concentration of the measurement target gas included in the analysis target gas at a predetermined ratio. Accordingly, the laser beam having a reduced intensity arrives.
  • the light receiving unit 30 receives the laser light and outputs a detection signal corresponding to the light intensity.
  • the light receiving unit 30 has a light transmission window, and the analysis target gas does not enter the light receiving unit 30.
  • the optical detection system including the gas cell 20, the light emitting unit 10, and the light receiving unit 30 is all disposed outside the duct 70, and has a high degree of freedom in mechanical design. Therefore, a structure in which the light emitting unit 10 and the light receiving unit 30 are mechanically firmly fixed to the highly rigid gas cell 20 can be employed, which is strong against vibration and can hardly cause an optical axis shift due to the vibration. it can. Even if mechanical distortion occurs in the duct 70 due to temperature fluctuations of the analysis target gas or vibration due to wave winds, the optical detection system including the light emitting unit 10, the gas cell 20, and the light receiving unit 30 has the distortion of the duct 70. Since it is not easily affected, optical axis misalignment does not occur.
  • the optical axis can be easily aligned, and high-precision detection is possible. Furthermore, since processing is performed with the gas cell 20 alone, it is easy to increase the mechanical accuracy such as the parallelism of the end face of the gas cell 20, and the optical axis alignment is also easy in this respect.
  • the duct-side gas introduction unit 40 is provided with an opening 41 near the center of the flow path 71 of the duct 70 through which the analysis target gas flows, and introduces the analysis target gas in the flow path 71 into the gas cell 20.
  • the duct side gas introduction part 40 is connected and fixed so as to communicate with the cell side gas introduction part 22. At the connection location, the gas to be analyzed does not leak due to a seal or the like that enhances airtightness.
  • the analysis processing unit 50 inputs a detection signal indicating the output intensity of the laser light from the light receiving unit 30.
  • the analysis processing unit 40 calculates the gas concentration of the measurement target gas in the measurement space 21 of the gas cell 20.
  • the principle of measurement is an absorption method based on the Lambert-Beer law expressed by the following equation (1).
  • P 1 is the output intensity of the laser light that has passed through the measurement target gas flowing in the measurement space 21
  • P 0 is the output intensity of the laser light that does not pass through the measurement target gas
  • ⁇ is the molar extinction coefficient
  • c is The gas concentration, L, represents the optical path length.
  • the molar extinction coefficient ⁇ is uniquely determined by determining the type of gas and the wavelength of the light source, and since the optical path length L is constant, the ratio between the output intensities P 1 and P 0 is an exponential function of the gas concentration c.
  • the output intensities P 1 and P 0 are measured, and the gas concentration is detected by the above equation ( 1).
  • Such a laser gas analyzer 1 detects light absorption by the measurement target gas. That is, compared with the case where there is no light absorption by the measurement target gas, the light intensity of the laser light received by the light receiving unit 30 decreases when there is light absorption, and therefore, the correlation between the light intensity decrease amount and the gas concentration. Use to measure the gas concentration.
  • the gas cell 20 is employed so that the measurement space 21 has a sufficiently long optical path length.
  • the optical path length is affected by the flue diameter.
  • the gas cell 20 is independent of the duct 70, and the shape of the gas cell 20 is arbitrary. Therefore, the gas cell 20 can be lengthened in accordance with the required accuracy, and the required optical path length can be ensured.
  • the light receiving unit 30 performs the calculation, and the calculated concentration is converted into digital data and transmitted to the analysis processing unit 50 at a remote location via a communication cable.
  • the analysis processing unit 50 may perform various types of analysis using the density data.
  • Various forms of the light receiving unit 30 and the analysis processing unit 50 can be employed.
  • the duct 70 is a part of a flue and is formed of a steel pipe or the like, and a flow path 71 is formed therein.
  • the opening 41 of the duct side gas introduction part 40 faces the flow direction of the analysis target gas flowing in the flow channel 71.
  • the analysis target gas introduced through the opening 41 is introduced into the measurement space 21 while suppressing pressure loss. Since the analysis target gas is introduced into the measurement space 21 of the gas cell 20, it is necessary to consider that the gas cell 20 is contaminated with the analysis target gas.
  • the analysis target gas is, for example, gas after purifying exhaust gas from a marine diesel engine through an electric dust collector, an economizer, and a scrubber.
  • Such an analysis target gas includes a very small amount of particulate matter (PM) and a low concentration measurement target gas, but is a relatively clean gas, and even if it stays in the measurement space 21, there is little influence.
  • Such an analysis target gas is irradiated with a laser beam, and the detection light after being absorbed is received to detect the gas concentration based on the principle as described above.
  • the duct side gas introduction unit 40 is fixed to the cell side gas introduction unit 22 in advance, and the duct side gas extraction unit 80 is fixed to the cell side gas extraction unit 23 in advance.
  • the gas outlet 80 is inserted through the hole of the duct 70.
  • the duct-side gas introduction part 40 and the dust-side gas lead-out part 80 are previously attached to the duct 70, and then the cell-side gas introduction part 22 is fixed to the duct-side gas introduction part 40 and the duct-side gas lead-out part
  • the cell side gas outlet 23 may be fixed to 80.
  • the laser gas analyzer 1 described above has the following advantages. (1) In the laser gas analyzer 1 of the present invention, the gas cell 20 is disposed outside the duct 70, and the light emitting unit 10 and the light receiving unit 30 are firmly fixed to both ends of the gas cell 20, thereby allowing wind and rain of the ship.
  • the structure is strong against vibrations caused by waves and waves, and is less likely to cause optical axis misalignment due to the effects of flue vibration including the duct 70. Further, even if the mechanical distortion of the flue including the duct 70 increases due to the vibration, the gas cell 20 arranged outside the duct 70 is not affected by this distortion. This avoids a situation where the optical axis is shifted. These effects reduce the possibility that accurate analysis cannot be performed during voyage due to optical axis misalignment.
  • the gas cell 20 is disposed outside the duct 70, and in addition, the measurement space 21 of the gas cell 20 becomes substantially parallel to the direction in which the flow path 71 of the duct 70 extends. Because of the structure, even with a minimum 0.2m flue on a ship, the design flexibility is high, so the length of the gas cell 20 can be set freely, and the optical path length is sufficient to match the required accuracy. Low concentration gas can be accurately measured as a length. Accurate analysis of low-concentration gas is possible regardless of the size of the flue.
  • the optical axis adjustment largely depends on the structure and mechanical accuracy of the gas cell 20. In other words, the optical axis from the light emitting unit 10 to the light receiving unit 30 is not affected by the work of attaching the gas cell 20 to the duct 70. Therefore, the laser gas analyzer 1 can be easily attached to the duct 70.
  • the laser gas analyzer 2 includes a light emitting unit 10, a gas cell 20, a light receiving unit 30, a duct side gas introducing unit 40, a first duct side gas deriving unit 81, and a second duct side gas deriving unit 82. At least.
  • the gas cell 20 includes a cell side gas introduction unit 22, a first cell side gas derivation unit 24, and a second cell side gas derivation unit 25.
  • An analysis processing unit 50 is connected to the light receiving unit 30.
  • the gas cell 20 is supported by a duct side gas introduction part 40, a first duct side gas lead part 81, and a second duct side gas lead part 82 fixed to the duct 70.
  • the gas analyzer 2 and the duct 70 are fixed integrally.
  • the duct side gas introduction part 40 is fixed in advance to the cell side gas introduction part 22, the first duct side gas lead part 81 is fixed in advance to the first cell side gas lead part 24, and the second cell side gas lead part 25, the second duct side gas outlet 82 is fixed in advance, and the duct side gas inlet 40, the first duct side gas outlet 81, and the second duct side gas outlet 82 are inserted into the holes of the duct 70. .
  • the duct side gas introduction part 40, the first duct side gas lead part 81, and the second duct side gas lead part 82 are previously attached to the duct 70, and then the cell side gas introduction part is connected to the duct side gas introduction part 40. 22 is fixed, the first cell side gas outlet 24 is fixed to the first duct side gas outlet 81, and the second cell side gas outlet 25 is fixed to the second duct side gas outlet 82. May be.
  • such a laser gas analyzer 2 has a gas introduction according to the present invention particularly by the duct side gas introduction part 40 and the cell side gas introduction part 22. And communicates with the gas cell 20 so that the flow path between the first cell side gas outlet 24 and the first duct side gas outlet 81 is located between the light emitting unit 10 and the cell side gas inlet 22. A first gas outlet part is formed, and a flow path between the second cell side gas outlet part 25 and the second duct side gas outlet part 82 is positioned between the cell side gas inlet part 22 and the light receiving part 30. The difference is that a second gas lead-out portion communicating with the gas cell 20 is formed.
  • the measurement space 21 and flow path of the duct side gas introduction part 40, the cell side gas introduction part 22, and the gas cell 20 are formed, and are branched to be referred to as a first cell side gas lead part 24 and a first duct side gas lead part 81.
  • the difference is that the first flow path and the second flow path, that is, the second cell-side gas outlet 25 and the second duct-side gas outlet 82 are formed.
  • the gas to be analyzed is introduced into the vicinity of the center of the measurement space 21 of the gas cell 20, particularly via the duct side gas introduction part 40 and the cell side gas introduction part 22, and further branches to the first cell. Derived in two places from the first flow path called the side gas lead-out part 24 and the first duct side gas lead-out part 81 and the second flow path as the second cell-side gas lead-out part 25 and the second duct side gas lead-out part 82 Is done.
  • the laser gas analyzer 3 includes a light emitting unit 10, a gas cell 20, a light receiving unit 30, a duct side gas introducing unit 40, a first duct side gas deriving unit 81, and a second duct side gas deriving unit 82.
  • Two purge gas introduction units 90 are provided at least.
  • the gas cell 20 includes a cell side gas introduction unit 22, a first cell side gas derivation unit 24, and a second cell side gas derivation unit 25.
  • An analysis processing unit 50 is connected to the light receiving unit 30.
  • the gas cell 20 is supported by the duct side gas introduction part 40, the first duct side gas lead part 81, and the second duct side gas lead part 82 fixed to the duct 70,
  • the laser gas analyzer 3 and the duct 70 are fixed integrally.
  • such a laser gas analyzer 3 has a single purge gas introduction unit 90 in the vicinity of the light emitting unit 10 and the light emitting unit 10.
  • the purge cell introduction unit 90 communicates with the gas cell 20 so as to be positioned between the first cell side gas deriving unit 24, and one purge gas introduction unit 90 is in the vicinity of the light receiving unit 30 and the light receiving unit 30 and the second cell side gas deriving unit 25.
  • the purge gas is introduced in the vicinity of the light emitting unit 10 and the light receiving unit 30 in communication with the gas cell 20 so as to be positioned between the light emitting unit 10 and the light receiving unit 30.
  • a purge gas is blown around the light emitting unit 10, and the purge gas is derived from the first cell side gas deriving unit 24 and the first duct side gas deriving unit 81, thereby causing the purge gas in the vicinity of the light emitting unit 10.
  • the gas to be analyzed is less likely to approach the transparent window of the light emitting unit 10, and the purge gas is blown around the light receiving unit 30 to generate the second cell side gas deriving unit 25 and the second duct side gas deriving unit 82.
  • the purge gas By deriving the purge gas from the gas, the flow of the purge gas is formed in the vicinity of the light emitting unit 10 to make it difficult for the analysis target gas to approach the transparent window of the light receiving unit 30. Note that the laser light is not absorbed even in the presence of the purge gas, so that the measurement is not affected.
  • the measurement target gas is introduced into the vicinity of the center of the measurement space 21 of the gas cell 20 via the duct side gas introduction part 40 and the cell side gas introduction part 22, and further branches to the first cell. Derived in two places from the first flow path called the side gas lead-out part 24 and the first duct side gas lead-out part 81 and the second flow path as the second cell-side gas lead-out part 25 and the second duct side gas lead-out part 82.
  • the measurement target gas does not easily reach the light transmission window of the light emitting unit 10 or the light receiving unit 30 and does not stay in the measurement space 21 of the gas cell 20. Therefore, particulate matter (PM) or the like is less likely to adhere to the wall surface of the measurement space 21 of the gas cell 20 and the light transmission windows of the light emitting unit 10 and the light receiving unit 30, and high-precision detection is possible over a long period of time. This has the effect of improving the accuracy and stability of gas concentration measurement.
  • PM particulate matter
  • the laser gas analyzer 4 includes at least a light emitting unit 10, a gas cell 20, a light receiving unit 30, a duct side gas introducing unit 40, a duct side gas deriving unit 80, an introducing side valve 101, a deriving side valve 102, and a control unit 110.
  • the gas cell 20 includes a cell side gas introduction part 22 and a cell side gas lead-out part 23.
  • An analysis processing unit 50 is connected to the light receiving unit 30, and a control unit 110 is connected to the introduction side valve 101 and the outlet side valve 102.
  • the analysis processing unit 50 and the control unit 110 may be arranged around the light receiving unit 30 or may be arranged at a remote location via a communication cable.
  • the gas cell 20 is supported by the duct side gas introduction part 40 and the duct side gas outlet part 80 fixed to the duct 70, and the laser type gas analyzer 4 and the duct 70 are connected. It is fixed integrally.
  • This laser type gas analyzer 4 includes an introduction side valve 101 between the cell side gas introduction part 22 and the duct side gas introduction part 40 in addition to the configuration of the laser type gas analyzer 1 of the first embodiment of FIG.
  • a derivation side valve 102 is additionally arranged between the cell side gas derivation unit 23 and the duct side gas derivation unit 80.
  • the inlet side valve 101 and the outlet side valve 102 can be controlled to open and close by the control unit 110 or manually.
  • the inlet side valve 101 and the outlet side valve 102 are opened and the gas to be analyzed is introduced into the measurement space 21 of the gas cell 20.
  • the inlet side valve 101 and the outlet side valve 102 are closed.
  • the gas to be analyzed is not introduced into the measurement space 21 of the gas cell 20.
  • the laser gas analyzer 5 includes a light emitting unit 10, a gas cell 20, a light receiving unit 30, a duct side gas introducing unit 40, a first duct side gas deriving unit 81, a second duct side gas deriving unit 82, an introduction side valve 101, a first side.
  • a first outlet side valve 103, a second outlet side valve 104, and a control unit 110 are provided.
  • the gas cell 20 includes a cell side gas introduction unit 22, a first cell side gas derivation unit 24, and a second cell side gas derivation unit 25.
  • An analysis processing unit 50 is connected to the light receiving unit 30, and a control unit 110 is connected to the introduction side valve 101, the first derivation side valve 103, and the second derivation side valve 104.
  • a laser type gas analyzer 5 the gas cell 20 is supported by the duct side gas introduction part 40, the first duct side gas lead part 81, and the second duct side gas lead part 82 fixed to the duct 70, The laser type gas analyzer 5 and the duct 70 are fixed integrally.
  • This laser type gas analyzer 5 includes an introduction side valve 101 between the cell side gas introduction part 22 and the duct side gas introduction part 40 in addition to the configuration of the laser type gas analyzer 2 of the second embodiment of FIG.
  • the first derivation side valve 103 is provided between the first cell side gas derivation unit 24 and the first duct side gas derivation unit 81, and the second cell side gas derivation unit 25 and the second duct side gas derivation unit 82
  • the second outlet side valve 104 is additionally arranged between the two.
  • the introduction side valve 101, the first derivation side valve 103, and the second derivation side valve 104 can be controlled to open and close by the control unit 110 or manually.
  • the introduction side valve 101, the first derivation side valve 103 and the second derivation side valve 104 are opened to introduce the gas to be analyzed into the measurement space 21 of the gas cell 20, but at the time other than the measurement, the introduction side valve 101, the first derivation side valve 103 and the second derivation side valve 104 are closed, and the analysis target gas is not introduced into the measurement space 21 of the gas cell 20.
  • the laser gas analyzer 6 includes a light emitting unit 10, a gas cell 20, a light receiving unit 30, a duct side gas introducing unit 40, a first duct side gas deriving unit 81, a second duct side gas deriving unit 82, and two purge gas introducing units. 90, at least an introduction side valve 101, a first derivation side valve 103, a second derivation side valve 104, and a control unit 110.
  • the gas cell 20 includes a cell side gas introduction unit 22, a first cell side gas derivation unit 24, and a second cell side gas derivation unit 25.
  • An analysis processing unit 50 is connected to the light receiving unit 30, and a control unit 110 is connected to the introduction side valve 101, the first derivation side valve 103, and the second derivation side valve 104.
  • a laser type gas analyzer 6 the gas cell 20 is supported by the duct side gas introduction part 40, the first duct side gas lead part 81, and the second duct side gas lead part 82 fixed to the duct 70, The laser type gas analyzer 6 and the duct 70 are fixed integrally.
  • This laser type gas analyzer 6 includes an introduction side valve 101 between the cell side gas introduction part 22 and the duct side gas introduction part 40 in addition to the configuration of the laser type gas analyzer 3 of the third embodiment of FIG.
  • the first derivation side valve 103 is provided between the first cell side gas derivation unit 24 and the first duct side gas derivation unit 81, and the second cell side gas derivation unit 25 and the second duct side gas derivation unit 82
  • the second outlet side valve 104 is additionally arranged between the two.
  • the introduction side valve 101, the first derivation side valve 103, and the second derivation side valve 104 can be controlled to open and close by the control unit 110 or manually.
  • the introduction side valve 101, the first derivation side valve 103 and the second derivation side valve 104 are opened to introduce the gas to be analyzed into the measurement space 21 of the gas cell 20, but at the time other than the measurement, the introduction side valve 101, the first derivation side valve 103 and the second derivation side valve 104 are closed, and the analysis target gas is not introduced into the measurement space 21 of the gas cell 20.
  • the light emitting unit 10 is disposed below the gas cell 20, and the light receiving unit 30 is disposed above the gas cell 20.
  • the light receiving unit 30 may be disposed below the gas cell 20 and the light emitting unit 10 may be disposed above the gas cell 20 to irradiate the laser beam downward. Even if it is such a form, implementation of this invention is possible and the same effect is acquired.
  • the shape of the opening 41 is a nozzle shape in which the diameter of the gas to be analyzed expands along the flow direction of the analysis target gas. Or a straight tubular opening having the same diameter. Further, it has been described that the position of the opening 41 is most preferably in the vicinity of the center of the flow path 71 of the duct 70. However, depending on the size of the diameter of the duct 70, the flow rate of the analysis target gas, and the like You may do it.
  • the laser gas analyzer of the present invention is suitable for use in a place with a lot of vibration in a narrow place such as a ship. In addition, it is not intended to be limited to such applications, and is optimal for measuring flue gas such as boilers and garbage incineration.
  • gas analysis for steel [blast furnace, converter, heat treatment furnace, sintering (pellet equipment), coke oven], fruit and vegetable storage and ripening, biochemistry (microorganism) [fermentation], air pollution [incinerator, flue gas desulfurization / Denitration], exhaust gas from internal combustion engines (removal tester), disaster prevention [explosive gas detection, toxic gas detection, new building material combustion gas analysis], plant growth, chemical analysis [oil refinery plant, petrochemical plant, gas generation plant ], It is also useful as an analyzer for the environment [landing concentration, concentration in tunnel, parking lot, building management], various physics and chemistry experiments.
  • Laser gas analyzer 10 Light emitting unit 20: Gas cell 21: Measurement space 22: Cell side gas introducing unit 23: Cell side gas deriving unit 24: First cell side gas deriving Unit 25: second cell side gas deriving unit 30: light receiving unit 40: duct side gas introducing unit 41: opening 50: analysis processing unit 70: duct 71: flow path 80: duct side gas deriving unit 81: first duct side Gas outlet 82: second duct side gas outlet 90: purge gas inlet 100: valve 101: inlet side valve 102: outlet side valve 103: first outlet side valve 104: second outlet side valve 110: controller

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Abstract

　光軸ずれが起こりにくい構造を採用することで、設置容易であり、かつ、分析対象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レーザ式ガス分析計を提供する。　筒形状のガスセル２０をダクト７０の外側に配置するとともに、ダクト側ガス導入部４０の開口部４１を測定対象ガスが流れるダクト７０の流路に配置し、測定対象ガスをガスセル２０の測定空間２１内に導入して検出するレーザ式ガス分析計１とした。

Description

レーザ式ガス分析計
　本発明は、排ガスなどの分析対象ガスに含まれる測定対象ガスのガス濃度を測定するレーザ式ガス分析計に関する。
　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計測する。
特開２００９－４７６７７号公報（発明の名称「レーザ式ガス分析計」，段落番号［００２９］～［００３１］，図１）
　上記のような排ガスを排出する装置として、例えば、船舶用ディーゼルエンジンがある。この船舶用ディーゼルエンジンから排出される排ガスには、硫黄酸化物ＳＯｘや、炭素を主成分とする粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）などの有害物質が含まれている。近年では、陸上と同様にこれら有害物質を極力排出しないようにするため、海上の排ガスの排出規制が強化されている。そこで、硫黄酸化物ＳＯｘの検出が可能な先行技術のレーザ式ガス分析計を、船舶用ディーゼルエンジンからの排ガスの分析に利用したいという要請があった。しかしながら、本願発明者は、以下の（１）～（４）の理由により、船舶用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、煙道を挟んで発光部と受光部とを対向させた状態で、発光部と受光部とを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、煙道も常時大きい振動を受けている。この振動により煙道が変形すると、発光部と受光部の位置関係が変わり、レーザ光の光軸ずれが起きて測定精度に影響を及ぼすことが想定される。また、レーザ式ガス分析計の設置箇所によっては、光軸ずれが起きても光軸の調整作業が困難な場合もあると考えられる。
（２）レーザ式ガス分析計は、製品の設置仕様として、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、小径の煙道に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、光路長が短いと後述の理由により低濃度ガスを精度良く計測することが難しい。有害物質の排出規制の強化により、特に低濃度ガスも計測する必要があるが、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困難である。
（３）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。
（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。
　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を採用することで、設置容易であり、かつ、分析対象ガス中における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レーザ式ガス分析計を提供することにある。
　第１の発明は、
　分析対象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分析対象ガスを導入するガス導入部と、
　前記ガス導入部と連通し、分析対象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分析対象ガスを導出するガス導出部と、
　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分析対象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、分析対象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、
　を備えるレーザ式ガス分析計とした。
　また、第２の発明は、
　分析対象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分析対象ガスを導入するガス導入部と、
　前記ガス導入部と連通し、分析対象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分析対象ガスを導出する複数のガス導出部と、
　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分析対象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、分析対象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レーザ式ガス分析計とした。
　また、第３の発明は、
　分析対象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分析対象ガスを導入するガス導入部と、
　前記ガス導入部と連通し、分析対象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分析対象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分析対象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、分析対象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するレーザ式ガス分析計とした。
　また、第４の発明は、
　分析対象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分析対象ガスを導入するガス導入部と、
　前記ガス導入部と連通し、分析対象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分析対象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分析対象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、分析対象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、
　を備えるレーザ式ガス分析計とした。
　また、第５の発明は、
　分析対象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分析対象ガスを導入するガス導入部と、
　前記ガス導入部と連通し、分析対象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分析対象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分析対象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、分析対象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レーザ式ガス分析計とした。
　また、第６の発明は、
　分析対象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分析対象ガスを導入するガス導入部と、
　前記ガス導入部と連通し、分析対象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分析対象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分析対象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、分析対象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するレーザ式ガス分析計とした。
　本発明によれば、光軸ずれが起こりにくい構造を採用することで、設置容易であり、かつ、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レーザ式ガス分析計を提供することができる。
本発明を実施するための第１の形態に係るレーザ式ガス分析計の構成図である。 本発明を実施するための第２の形態に係るレーザ式ガス分析計の構成図である。 本発明を実施するための第３の形態に係るレーザ式ガス分析計の構成図である。 本発明を実施するための第４の形態に係るレーザ式ガス分析計の構成図である。 本発明を実施するための第５の形態に係るレーザ式ガス分析計の構成図である。 本発明を実施するための第６の形態に係るレーザ式ガス分析計の構成図である。
　続いて、本発明を実施するための第１の形態に係る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、細線の矢印は分析対象ガスの流通経路を、それぞれ示す。この矢印については、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。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８０を備える。そして、受光部３０には分析処理部５０が接続される。この分析処理部５０を、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。レーザ式ガス分析計１では、ダクト７０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８０によりガスセル２０が支持されており、レーザ式ガス分析計１とダクト７０とが一体に固定されている。
　このレーザ式ガス分析計１は、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、セル側ガス導出部２３とダクト側ガス導出部８０により本発明のガス導出部を形成したものである。そして、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、セル側ガス導出部２３、ダクト側ガス導出部８０という一連の流路によって、ダクト７０内を流れる分析対象ガスの一部を取り込んで分析した後、再びダクト７０内へ戻すためのバイパス流路が構成されている。
　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、分析対象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。船舶分野ではＳＯガスやＳＯ２ガスが吸光する波長のレーザ光である。発光部１０は光透過窓を有し、分析対象ガスが発光部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。これにより分析対象ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）等の吸着を極力防ぐ。ガスセル２０は、セル側ガス導入部２２が連通しており、セル側ガス導入部２２を通じてガスセル２０の測定空間２１内に分析対象ガスが導入される。
　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の分析対象ガスの中をレーザ光が通過するとき、分析対象ガスに含まれる測定対象ガスで吸光がなされ、分析対象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。この受光部３０は光透過窓を有し、分析対象ガスが受光部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からなる光学検出系は、何れもダクト７０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、剛性の高いガスセル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、振動の影響による光軸ずれを発生しにくくすることができる。また、分析対象ガスの温度変動や波風による振動に起因してダクト７０に機械的な歪みが生じたとしても、発光部１０、ガスセル２０、受光部３０からなる光学検出系はダクト７０の歪みの影響を受けにくいので、光軸ずれが発生しない。
　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、分析対象ガスが流れるダクト７０の流路７１のほぼ中央付近に開口部４１が配置され、流路７１中の分析対象ガスをガスセル２０の内部へ導入する。ダクト側ガス導入部４０はセル側ガス導入部２２と連通するように連結固定される。連結箇所では、気密性を高めるシール等により分析対象ガスが漏れない。
　分析処理部５０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４０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）
　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が小さくなり、換言すれば、より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、このレーザ式ガス分析計１では、ガスセル２０はダクト７０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。ガスセル２０をダクト７０から外側に配置することで、上記の光軸ずれの抑制に加え、光路長を長くすることも可能であり、これら理由により低濃度ガスに対して高精度のガス分析を可能とする。
　なお、近傍にある分析処理部５０が演算を行う形態に代えて、演算を受光部３０が行い、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５０へ送信し、分析処理部５０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５０について各種の形態を採用することができる。
　ダクト７０は、煙道の一部であり、鋼管等により形成され、内部に流路７１が形成されている。この流路７１内を流れる分析対象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。
　続いて、分析対象ガスの導入について説明する。
　開口部４１を介して導入された分析対象ガスは、圧力損失を抑えつつ、測定空間２１内へ導入される。なお、ガスセル２０の測定空間２１内へ分析対象ガスが導入されるため、ガスセル２０内が分析対象ガスにより汚れることも考慮する必要がある。しかしながら、この分析対象ガスは、例えば、船舶用ディーゼルエンジンからの排ガスを電気集塵機、エコノマイザ、スクラバを経て浄化した後のガスである。このような分析対象ガスは、微量の粒子状物質（ＰＭ）や低濃度の測定対象ガスを含むが、比較的清浄なガスであり、測定空間２１内に滞留しても影響は少ない。このような分析対象ガスに対してレーザ光を照射し、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。
　このレーザ式ガス分析計１のダクト７０への取り付けについて説明する。例えば、セル側ガス導入部２２にダクト側ガス導入部４０を予め固定すると共に、セル側ガス導出部２３にダクト側ガス導出部８０を予め固定しておき、ダクト側ガス導入部４０およびダクト側ガス導出部８０をダクト７０の孔へ挿通する。または、ダクト側ガス導入部４０およびダスト側ガス導出部８０をダクト７０に予め取り付けておき、その後に、ダクト側ガス導入部４０にセル側ガス導入部２２を固定すると共に、ダクト側ガス導出部８０にセル側ガス導出部２３を固定するようにしても良い。
　以上説明したレーザ式ガス分析計１は以下のような利点を有する。
（１）本発明のレーザ式ガス分析計１では、ダクト７０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７０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７０も含む煙道の機械的な歪みが大きくなっても、ダクト７０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７０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）本発明のレーザ式ガス分析計１では、ダクト７０の外側へガスセル２０を配置し、加えて、ダクト７０の流路７１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、船舶での最小で０．２ｍの煙道であっても、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、必要な精度に合わせて光路長を充分な長さとして低濃度ガスを精度良く計測できる。煙道の大きさによらず低濃度ガスの正確な分析が可能である。
（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７０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７０への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７０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。
　続いて、他の形態について説明する。なお、以下では説明を簡潔にするため、上記の第１の形態と同一の構成要素については同じ番号を付して説明を省略する。まず、第２の形態について図２を参照しつつ説明する。
　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８１、第２ダクト側ガス導出部８２を少なくとも備える。ガスセル２０は、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５０が接続される。このレーザ式ガス分析計２では、ダクト７０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８１、第２ダクト側ガス導出部８２にガスセル２０が支持されており、レーザ式ガス分析計２とダクト７０とが一体に固定されている。
　このレーザ式ガス分析計２のダクト７０への取り付けについて説明する。例えば、セル側ガス導入部２２に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ダクト側ガス導出部８１を予め固定し、かつ第２セル側ガス導出部２５に第２ダクト側ガス導出部８２を予め固定しておき、これらダクト側ガス導入部４０、第１ダクト側ガス導出部８１および第２ダクト側ガス導出部８２をダクト７０の孔へ挿通する。
　または、ダクト側ガス導入部４０、第１ダクト側ガス導出部８１および第２ダクト側ガス導出部８２をダクト７０に予め取り付けておき、その後に、ダクト側ガス導入部４０にセル側ガス導入部２２を固定し、第１ダクト側ガス導出部８１に第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８２に第２セル側ガス導出部２５を固定するようにしても良い。
　このようなレーザ式ガス分析計２は、先の図１を用いて説明した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８１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８２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、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８１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８２という第２の流路と、が形成された点が相違する。
　このレーザ式ガス分析計２では、特に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の中央付近へ分析対象ガスが導入され、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８１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８２という第２の流路とから２箇所で導出される。
　続いて第３の形態について図３を参照しつつ説明する。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８１、第２ダクト側ガス導出部８２、２本のパージガス導入部９０を少なくとも備える。ガスセル２０は、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５０が接続される。このようなレーザ式ガス分析計３では、ダクト７０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８１、第２ダクト側ガス導出部８２にガスセル２０が支持されており、レーザ式ガス分析計３とダクト７０とが一体に固定されている。
　このようなレーザ式ガス分析計３は、先の図２を用いて説明したレーザ式ガス分析計２と比較すると、一のパージガス導入部９０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、一のパージガス導入部９０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。
　このレーザ式ガス分析計３では、特に発光部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８１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分析対象ガスを発光部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８２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分析対象ガスを受光部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。
　そして、分析対象ガスについてであるが、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の中央付近へ測定対象ガスが導入され、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８１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８２という第２の流路から２箇所で導出される。
　これにより、上記（１）～（４）の効果に加え、測定対象ガスが、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、ガスセル２０の測定空間２１内に滞留しないため、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。ガス濃度測定の精度や安定性を改善する効果がある。
　続いて第４の形態について図４を参照しつつ説明する。レーザ式ガス分析計４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８０、導入側バルブ１０１、導出側バルブ１０２、制御部１１０を少なくとも備える。ガスセル２０は、セル側ガス導入部２２、セル側ガス導出部２３を備える。そして、受光部３０には分析処理部５０が接続され、また、導入側バルブ１０１および導出側バルブ１０２には制御部１１０が接続される。分析処理部５０や制御部１１０を、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。このようなレーザ式ガス分析計４では、ダクト７０に固定されるダクト側ガス導入部４０およびダクト側ガス導出部８０によりガスセル２０が支持されており、レーザ式ガス分析計４とダクト７０とが一体に固定されている。
　このレーザ式ガス分析計４は、図１の第１の形態のレーザ式ガス分析計１の構成に加え、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１０１を、また、セル側ガス導出部２３とダクト側ガス導出部８０との間に導出側バルブ１０２を追加配置したものである。そして、導入側バルブ１０１および導出側バルブ１０２は、制御部１１０または手動により開閉制御できるようにした。測定時は導入側バルブ１０１および導出側バルブ１０２を開にしてガスセル２０の測定空間２１内に分析対象ガスを導入するが、測定時以外の時は導入側バルブ１０１および導出側バルブ１０２を閉にして分析対象ガスをガスセル２０の測定空間２１内に導入しない。
　続いて第５の形態について図５を参照しつつ説明する。レーザ式ガス分析計５は、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８１、第２ダクト側ガス導出部８２、導入側バルブ１０１、第１導出側バルブ１０３、第２導出側バルブ１０４、制御部１１０を備える。ガスセル２０は、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５０が接続され、また、導入側バルブ１０１、第１導出側バルブ１０３および第２導出側バルブ１０４には制御部１１０が接続される。このようなレーザ式ガス分析計５では、ダクト７０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８１、第２ダクト側ガス導出部８２によりガスセル２０が支持されており、レーザ式ガス分析計５とダクト７０とが一体に固定されている。
　このレーザ式ガス分析計５は、図２の第２の形態のレーザ式ガス分析計２の構成に加え、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１０１を、第１セル側ガス導出部２４と第１ダクト側ガス導出部８１との間に第１導出側バルブ１０３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８２との間に第２導出側バルブ１０４を追加配置したものである。そして、導入側バルブ１０１、第１導出側バルブ１０３および第２導出側バルブ１０４は、制御部１１０または手動により開閉制御できるようにした。測定時は導入側バルブ１０１、第１導出側バルブ１０３および第２導出側バルブ１０４を開にしてガスセル２０の測定空間２１内に分析対象ガスを導入するが、測定時以外の時は導入側バルブ１０１、第１導出側バルブ１０３および第２導出側バルブ１０４を閉にして分析対象ガスをガスセル２０の測定空間２１内に導入しない。
　続いて第６の形態について図６を参照しつつ説明する。レーザ式ガス分析計６は、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８１、第２ダクト側ガス導出部８２、２本のパージガス導入部９０、導入側バルブ１０１、第１導出側バルブ１０３、第２導出側バルブ１０４、制御部１１０を少なくとも備える。ガスセル２０は、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５０が接続され、また、導入側バルブ１０１、第１導出側バルブ１０３および第２導出側バルブ１０４には制御部１１０が接続される。このようなレーザ式ガス分析計６では、ダクト７０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８１、第２ダクト側ガス導出部８２にガスセル２０が支持されており、レーザ式ガス分析計６とダクト７０とが一体に固定されている。
　このレーザ式ガス分析計６は、図３の第３の形態のレーザ式ガス分析計３の構成に加え、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１０１を、第１セル側ガス導出部２４と第１ダクト側ガス導出部８１との間に第１導出側バルブ１０３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８２との間に第２導出側バルブ１０４を追加配置したものである。そして、導入側バルブ１０１、第１導出側バルブ１０３および第２導出側バルブ１０４は、制御部１１０または手動により開閉制御できるようにした。測定時は導入側バルブ１０１、第１導出側バルブ１０３および第２導出側バルブ１０４を開にしてガスセル２０の測定空間２１内に分析対象ガスを導入するが、測定時以外の時は導入側バルブ１０１、第１導出側バルブ１０３および第２導出側バルブ１０４を閉にして分析対象ガスをガスセル２０の測定空間２１内に導入しない。
　これにより、第３の形態が有する効果に加え、測定時以外の時間では分析対象ガスがガスセル２０の測定空間２１内に滞留しないため、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。
　上記の図１～図６の各形態では、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。
　また、上記の各形態では、開口部４１の形状を、分析対象ガスの流れ方向に沿って拡径するノズル状として圧力損失が少ない形態にするの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してもよい。また、開口部４１の位置もダクト７０の流路７１の中央付近にある形態が最も好ましいと説明したが、ダクト７０の径の大きさや分析対象ガスの流量等に応じ、中央付近以外に配置するようにしても良い。
　本発明のレーザ式ガス分析計は、船舶のような狭所にて振動が多い箇所での使用に好適である。また、このような用途に限定する趣旨ではなく、例えば、ボイラ、ゴミ焼却等の燃焼排ガス測定用として最適である。その他、鉄鋼用ガス分析［高炉、転炉、熱処理炉、焼結（ペレット設備）、コークス炉］、青果貯蔵及び熟成、生化学（微生物）［発酵］、大気汚染［焼却炉、排煙脱硫・脱硝］、内燃機関の排ガス（除テスタ）、防災［爆発性ガス検知、有毒ガス検知、新建築材燃焼ガス分析］、植物育成用、化学用分析［石油精製プラント、石油化学プラント、ガス発生プラント］、環境用［着地濃度、トンネル内濃度、駐車場、ビル管理］、理化学各種実験用などの分析計としても有用である。
１，２，３，４，５，６：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：分析処理部
７０：ダクト
７１：流路
８０：ダクト側ガス導出部
８１：第１ダクト側ガス導出部
８２：第２ダクト側ガス導出部
９０：パージガス導入部
１００：バルブ
１０１：導入側バルブ
１０２：導出側バルブ
１０３：第１導出側バルブ
１０４：第２導出側バルブ
１１０：制御部

Claims (6)

  1. 　分析対象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分析対象ガスを導入するガス導入部と、
    　前記ガス導入部と連通し、分析対象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分析対象ガスを導出するガス導出部と、
    　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分析対象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、分析対象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、
    　を備えることを特徴とするレーザ式ガス分析計。
  2. 　分析対象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分析対象ガスを導入するガス導入部と、
    　前記ガス導入部と連通し、分析対象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分析対象ガスを導出する複数のガス導出部と、
    　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分析対象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、分析対象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ことを特徴とするレーザ式ガス分析計。
  3. 　分析対象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分析対象ガスを導入するガス導入部と、
    　前記ガス導入部と連通し、分析対象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分析対象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分析対象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、分析対象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することを特徴とするレーザ式ガス分析計。
  4. 　分析対象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分析対象ガスを導入するガス導入部と、
    　前記ガス導入部と連通し、分析対象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分析対象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分析対象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、分析対象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、
    　を備えることを特徴とするレーザ式ガス分析計。
  5. 　分析対象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分析対象ガスを導入するガス導入部と、
    　前記ガス導入部と連通し、分析対象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分析対象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分析対象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、分析対象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ことを特徴とするレーザ式ガス分析計。
  6. 　分析対象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分析対象ガスを導入するガス導入部と、
    　前記ガス導入部と連通し、分析対象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分析対象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分析対象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、分析対象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することを特徴とするレーザ式ガス分析計。
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