(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスエンジンの主燃焼室と副室とに燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、
前記燃料ガス供給管中の燃料ガスにレーザ光を照射して前記燃料ガスのガス組成と煤塵濃度とを計測するレーザ分析装置と、
燃料ガス配管に分岐され、第１のフィルタを有する第１のバイパス管と、
レーザ分析装置の煤塵濃度の結果より、煤塵量が閾値を超えている際に、第１のバイパス管に燃料ガスを導入する制御を行う制御手段とを具備することを特徴とするガスエンジンシステム。 
【請求項２】
請求項１において、
第２のフィルタを有する第２のバイパス管を有し、
レーザ装置により炭化水素濃度を求めると共に、レーザ装置の炭化水素濃度の結果より、炭化水素濃度が閾値を超えている際に、第２のフィルタを有する第２のバイパス管に燃料ガスを導入する制御を行う制御手段とを具備することを特徴とするガスエンジンシステム。 
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記レーザ分析装置が、
レーザ基本波を発振するレーザ照射装置と、
発振されたレーザ基本波を第１の波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換器と、
波長変換された第１の波長変換レーザ光を導入し、燃料ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させる測定部と、
発生した第１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、燃料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、燃料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ことを特徴とするガスエンジンシステム。 
【請求項４】
請求項２において、
前記レーザ分析装置が、
レーザ基本波を発振するレーザ照射装置と、
発振されたレーザ基本波を第１の波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換器と、
レーザ基本波と第１の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波レーザ光を第２の波長変換レーザ光に波長変換する第２の波長変換器と、
第２の波長変換レーザ光を導入し、燃料ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させる測定領域と、
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、燃料ガスのガス組成を第２の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、燃料排ガス中の煤塵と炭化水素との濃度を、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ことを特徴とするガスエンジンシステム。 
【請求項５】
請求項２において、
前記レーザ分析装置が、
レーザ基本波を発振するレーザ照射装置と、
発振されたレーザ基本波を第１の波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換器と、
第１の波長変換レーザ光を導入し、燃料ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させる測定領域と、
レーザ基本波と第１の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波レーザ光を第２の波長変換レーザ光に波長変換する第２の波長変換器と、
第２の波長変換レーザ光を導入し、排ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させる測定領域と、
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、燃料ガスのガス組成を第１の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、燃料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、排ガスのガス組成を第２の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、燃料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エンジンシステム。 
【請求項６】
請求項３乃至請求項５のいずれか一つにおいて、
予め、燃料ガス中に存在する基準ガスのラマン散乱光の信号強度（Ｒ0）を計測しておき、
計測を行う都度、測定領域に存在する基準ガスのラマン散乱光の信号強度（Ｒ1）を計測し、
得られたＲ0／Ｒ1を校正定数（Ｋ）とし、前記ピーク信号スペクトルの各検出信号強度（Ｘ1）に、校正係数（Ｋ＝Ｒ0／Ｒ1）を乗じて真の信号強度を求め、真の信号強度からガス組成と煤塵の濃度（Ｍ2）を算出することを特徴とするガスエンジンシステム。 
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一つにおいて、
照射するレーザ光がシート状であることを特徴とするガスエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オンラインでガスエンジンの燃料ガス中の煤塵や炭化水素の割合を把握することができ、安定した燃焼を継続するガスエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気薄混合ガス燃料をエンジンの主室に導入し、主室に隣接して設けられた副室内に、ガス燃料及び主室内の気薄混合ガス燃料を着火しやすい濃度になるように導入して混合し、副室内で混合ガス燃料を着火し、複数の噴孔から噴出する火炎により主室に向けてトーチを形成して、主室内の気薄混合ガス燃料を燃焼させる副室式ガスエンジンが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０３９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガスエンジンにおいては、副室に導入されるガス燃料のカロリーが変動した場合、副室内の安定燃焼が実現されず、ガスエンジン全体の燃焼が不安定化する、という問題がある。筒内温度、回転数、内筒圧変動に伴い、ガス燃料のカロリーを制御する必要になった場合においても、カロリーが把握できないため、制御できないという問題がある。
【０００５】
また、燃料ガスのカロリーを安定化するために、ガス濃度の均質化するバッファタンクを設けるようにしているが、オンラインで迅速に燃料ガスのカロリーをガス燃料が燃焼されてしまう前に把握し、この把握したカロリーに応じて燃料ガスを調整する技術の出現が求められている。
【０００６】
異物によって、燃料ガス供給弁の閉まり状態が悪くなり、燃料ガスが大量に流入してしまうことで、ガスエンジンの安定燃焼が実現できない、おそれがある。
しかしながら、異物を迅速に連続で測定するガスエンジンシステムが存在しないことが、問題となっていた。
【０００７】
本発明は、前記問題に鑑み、ガス組成、煤塵、炭化水素（ＨＣ）類を単一の装置にて把握し、その結果を踏まえた対策を講じることによって安定燃焼を達成することができるガスエンジンシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ガスエンジンの主燃焼室と副室とに燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、前記燃料ガス供給管中の燃料ガスにレーザ光を照射して前記燃料ガスのガス組成と煤塵濃度とを計測するレーザ分析装置と、燃料ガス配管に分岐され、第１のフィルタを有する第１のバイパス管と、レーザ分析装置の煤塵濃度の結果より、煤塵量が閾値を超えている際に、第１のバイパス管に燃料ガスを導入する制御を行う制御手段とを具備することを特徴とするガスエンジンシステムにある。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、第２のフィルタを有する第２のバイパス管を有し、レーザ装置により炭化水素濃度を求めると共に、レーザ装置の炭化水素濃度の結果より、炭化水素濃度が閾値を超えている際に、第２のフィルタを有する第２のバイパス管に燃料ガスを導入する制御を行う制御手段とを具備することを特徴とするガスエンジンシステムにある。 
【００１１】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記レーザ分析装置が、レーザ基本波を発振するレーザ照射装置と、発振されたレーザ基本波を第１の波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換器と、波長変換された第１の波長変換レーザ光を導入し、燃料ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させる測定部と、発生した第１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、燃料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、燃料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ことを特徴とするガスエンジンシステムにある。 
【００１２】
第４の発明は、第２の発明において、前記レーザ分析装置が、レーザ基本波を発振するレーザ照射装置と、発振されたレーザ基本波を第１の波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換器と、レーザ基本波と第１の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波レーザ光を第２の波長変換レーザ光に波長変換する第２の波長変換器と、第２の波長変換レーザ光を導入し、燃料ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させる測定領域と、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、燃料ガスのガス組成を第２の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、燃料排ガス中の煤塵と炭化水素との濃度を、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ことを特徴とするガスエンジンシステムにある。 
【００１３】
第５の発明は、第２の発明において、前記レーザ分析装置が、レーザ基本波を発振するレーザ照射装置と、発振されたレーザ基本波を第１の波長変換レーザ光に波長変換する第１の波長変換器と、第１の波長変換レーザ光を導入し、燃料ガスに照射して第１のラマン散乱光を発生させる測定領域と、レーザ基本波と第１の波長変換レーザ光とを合波させ、その合波レーザ光を第２の波長変換レーザ光に波長変換する第２の波長変換器と、第２の波長変換レーザ光を導入し、排ガスに照射して第２のラマン散乱光を発生させる測定領域と、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、燃料ガスのガス組成を第１の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、燃料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、排ガスのガス組成を第２の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、燃料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エンジンシステムにある。 
【００１４】
第６の発明は、第３乃至５のいずれか一つの発明において、予め、燃料ガス中に存在する基準ガスのラマン散乱光の信号強度（Ｒ0）を計測しておき、計測を行う都度、測定領域に存在する基準ガスのラマン散乱光の信号強度（Ｒ1）を計測し、得られたＲ0／Ｒ1を校正定数（Ｋ）とし、前記ピーク信号スペクトルの各検出信号強度（Ｘ1）に、校正係数（Ｋ＝Ｒ0／Ｒ1）を乗じて真の信号強度を求め、真の信号強度からガス組成と煤塵の濃度（Ｍ2）を算出することを特徴とするガスエンジンシステムにある。 
【００１５】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、照射するレーザ光がシート状であることを特徴とするガスエンジンシステムにある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、特定の波長のレーザ光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を煤塵濃度として求めることができ、単一の検知装置でガス成分と煤塵濃度と炭化水素濃度とを同時に測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施例１に係るガスエンジンシステムの概略図である。
【図２】図２は、実施例２に係るガスエンジンシステムの概略図である。
【図３】図３は、実施例３に係るガスエンジンシステムの概略図である。
【図４】図４は、実施例１に係るガスエンジンシステムの排ガス計測チャートである。
【図５】図５は、実施例２に係るガスエンジンシステムの排ガス計測チャートである。
【図６】図６は、実施例２に係るガスエンジンシステムの排ガス計測チャートである。
【図７−１】図７−１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７−２】図７−２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。
【図８】図８は、低カロリーガスを燃料とするガスエンジンの構成を示す燃焼室周りの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１９】
例えばガス化炉からのガス化ガス等のメタン濃度が低い低カロリーガスを燃料とするガスエンジンは、該低カロリーガスを副室内に噴射し点火プラグにて着火させて、かかる副室の着火燃焼により発生した着火火炎を、前記副室と主燃焼室を接続する連絡孔を通して該主燃焼室に噴出させて、該噴出火炎により、前記副室側と分離して給気ポートを通して吸入した低カロリーガスにより形成した主燃焼室の混合気を燃焼させるように構成されている。
【００２０】
図８は、低カロリーガスを燃料とするガスエンジンの構成を示す燃焼室周りの構成図である。図８において、符号１００で示されるエンジン（ガスエンジン）は、点火プラグを用いた副室点火式４サイクルガスエンジンであり、シリンダライナ１０２ａ内に往復摺動自在に嵌合されたピストン１０２、シリンダヘッド１０５の下面と前記ピストン１０２の上面とシリンダライナ１０２ａの内面との間に区画形成される主燃焼室（以下、「主室」ともいう）１０１を備えている。
【００２１】
また、前記エンジン１００は、前記主燃焼室１０１に接続される給気ポート１０３、該給気ポート１０３を開閉する給気弁１０４、該主燃焼室１０１に接続される排気ポート１０６、該排気ポート１０６を開閉する排気弁１０７等を備えている。
前記排気ポート１０６は、排気管１０８を経て排気ターボ過給機１０９のタービン１０９ａに接続される。該タービン１０９ａを駆動した後の排ガスは排気管１０８を通って、触媒層等からなる排ガス浄化装置１１０に入り、該排ガス浄化装置１１０で浄化されてから、排ガス管１１１から大気中に排出される。
一方、該タービン１０９ａに同軸駆動されるコンプレッサ１０９ｂは、空気１１２を圧縮し、圧縮空気は空気管１１３を通ってガスミキサー１１４に入る。
【００２２】
燃料ガス１１は、例えば炭鉱メタン等のメタン濃度が低い低カロリーガスを使用し、該低カロリーガスが燃料ガス供給源１１５に収納されている。
また、燃料ガス１１は燃料ガス供給管１２から分岐された主室用燃料ガス管１２Ａを通して、ガス量調整弁１１６Ａに至り、該ガス量調整弁１１６Ａにてガス量及び開閉期間を調整されて、ガスミキサー１１４に入る。
該ガスミキサー１１４では、前記空気管１１３からの空気１１２と前記主室用燃料ガス管１２Ａからの低カロリーの燃料ガス１１とを予混合して予混合ガスを生成して、この予混合ガスをエンジンの給気ポート１０３に投入する。
そして、この予混合ガスは給気ポート１０３を経て給気弁１０４に達し、該給気弁１０４の開弁によって前記主燃焼室１０１内に供給されている。
【００２３】
副室口金１１７は、口金押え１１８によりシリンダヘッド１０５に上面から固定されている。前記副室口金１１７内には、一定容積を有する副室１１９が形成されている。該副室１１９の上部には点火プラグ１２０が固定され、該点火プラグ１２０によって副室１１９内のガスに点火するようになっている。また、前記口金押え１１８には継手１２１がねじ込まれ、該継手１２１は、一端側が前記燃料ガス供給管１２から分離した副室用燃料ガス管１２Ｂに接続され、他端側が副室１１９に開孔する燃料通路１２２に接続している。なお、符号１１６Ｂは副室１１９へ供給する燃料ガスのガス量調整弁である。
【００２４】
燃焼時においては、前記のように、低カロリーガス供給源１１５からの低カロリーの燃料ガス１１は、前記燃料ガス供給管１２を通って、副室用燃料ガス管１２Ｂを介して燃料通路１２２に入り、該燃料通路１２２から副室１１９内に噴出される。この際に所定の時期に前記点火プラグ１２０によって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、連絡孔１２３を通して該主燃焼室１０１に噴出される。
一方、前記主室用燃料ガス管１２Ａを通った分岐後の低カロリーガスは、ガス量調整弁１１６Ａにてガス量及び開閉期間を調整されて、ガスミキサー１１４に入る。
【００２５】
前記ガスミキサー１１４では、前記のようにして、低カロリーガスと空気との予混合ガスが生成されて、この予混合ガスをガスエンジン１００の給気ポート１０３に投入する。この予混合ガスは給気ポート１０３を経て給気弁１０４に達し、該給気弁１０４の開弁によって前記主燃焼室１０１内に供給される。
一方、前記点火プラグ１２０によって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、前記連絡孔１２３を通して該主燃焼室１０１中の予混合ガスに噴出され、主燃焼室１０１のガスが燃焼される。
主燃焼室１０１にて燃焼した燃焼後の排ガス１２４は排気ポート１０６を通り、排気管１０８を経て排気ターボ過給機１０９のタービン１０９ａに送られる。
【００２６】
本発明では、このようなガスエンジンに供給する燃料ガスの組成及び煤塵濃度を分析して適切な運転となるように制御するものである。
【００２７】
図１は、実施例１に係るガスエンジンシステムの概略図である。
図１に示すように、本実施例に係るガスエンジンシステム１０Ａは、ガスエンジンの主燃焼室１０１と副室１１９とに燃料ガス１１を供給する燃料ガス供給管１２と、前記燃料ガス供給管１２中の燃料ガス１１にレーザ光１４Ｂを照射して前記燃料ガスのガス組成と煤塵濃度とを計測するレーザ分析装置１３とを具備するものである。
【００２８】
また、本実施例では、燃料ガス配管１２の分岐部３１から分岐され、第１のフィルタ３２を有する第１のバイパス管３３Ａを設けており、レーザ分析装置１３の煤塵濃度の結果より、煤塵量が閾値を超えている際に、第１のバイパス管３３Ａに燃料ガス１１を導入する制御を行う制御手段２１とを具備する。
【００２９】
前記レーザ分析装置１３は、レーザ基本波（ＹＡＧレーザ光：１０６４ｎｍ）１４Ａを発振するレーザ照射装置１５と、発振されたレーザ基本波１４Ａを５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波の第１の波長変換レーザ光１４Ｂに波長変換する第１の波長変換器１６Ａと、５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１４Ｂを導入し、燃料ガス１１に照射して第１のラマン散乱光１７Ａを発生させる測定領域１８と、発生した第１のラマン散乱光１７Ａを計測するレーザ受光手段１９とを具備し、波長５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１４Ｂの計測結果により、燃料ガス１１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、燃料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。
【００３０】
本発明では、測定領域１８に照射するレーザ光として、特定の第１の波長変換レーザ光（ＹＡＧレーザの第２高調波：５３２ｎｍ）１４Ｂを用いることで、燃料ガス１１のガス組成成分と煤塵成分とを同時に把握することができる。
【００３１】
一般にはベースラインは静電ノイズや迷光などのノイズ情報でしかないが、５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１４Ｂを用いる場合には、このベースラインの情報には煤塵に起因するミー散乱光が含まれているので、煤塵濃度情報として価値がある。
【００３２】
ラマン散乱は微小な光であることから、ラマン散乱の測定系では、静電ノイズが抑制された状況にある。さらに波長域は５００ｎｍ以上とすればよく、好適には５００〜８００ｎｍ程度とするのが良い。この波長域であると蛍光が発生せず、ベースラインに成分が検出されるのもとなる。ミー散乱成分は分光器で取り除くことができるが、ラマン散乱光との強度の相違から、完全に取り除くことは難しく、ベースとして残る。本発明では、これを利用している。
【００３３】
また、波長５３２ｎｍについては、ＹＡＧレーザの基本波の第二高調波である５３２ｎｍを例示したが、これに限らず、上記波長域のレーザ光であればよい。
なお、本実施例では第二高調波を例示して説明したが、本発明ではこれに限定されず、様々な非線形光学現象（和周波発生等）を利用するようにしてもよい。
【００３４】
本発明では、波長としてＹＡＧレーザ光の第２高調波である５３２ｎｍを用いているが、本発明はこれに限定されず、４００ｎｍ以上のレーザ光、さらに好適には５００ｎｍ以上のレーザ光とするのが好ましい。なお、波長が長くなるにつれてミー散乱強度が減少するので、４００〜１，１００ｎｍの範囲、より好適には４００〜７００ｎｍの範囲のレーザ光を用いることが好ましい。
【００３５】
ここで、本実施例では、ラマン散乱光を検出するレーザ受光手段１９は、第１の波長変換レーザ光１４Ｂの照射により発生する第１のラマン散乱光１７Ａを計測する分光部１９ａとＩＣＣＤ（Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ１９ｂから構成されている。
ここで、図１において、符号Ｍは第１の波長変換レーザ光１４Ｂを反射する反射ミラー、Ｌは第１の波長変換レーザ光１４Ｂを集光する集光レンズ、２０はデータ処理手段（ＣＰＵ）を各々図示する。
【００３６】
ここで、レーザ照射装置１５からのレーザ基本波１４Ａは、第１の波長変換器１６Ａにより、レーザ基本波（ＹＡＧ：１０６４ｎｍ）１４Ａを５３２ｎｍのＹＡＧレーザの第２高調波の第１の波長変換レーザ光１４Ｂに波長変換させ、反射ミラーＭを介して測定領域１８側へ反射させて、集光手段である集光レンズＬにより集光し、次いで測定領域１８内へ送られ、測定領域１８内に第１の波長変換レーザ光１４Ｂを入射させ、測定領域１８を通過する燃料ガス１１へ照射している。
【００３７】
なお、燃料ガス１１の導入の際に燃料ガス供給管１２の全領域にレーザ光を照射するように、例えばシリンドリカルレンズを用いて光コリメトリによりシート状のレーザ光を発振させるようにしてもよい。
この場合、レーザ受光手段１９はシート状に照射された全体を計測できるように位相を異なるようにするのが好ましい。
【００３８】
ここで、測定領域１８で散乱された第１のラマン散乱光１７Ａは、例えば偏光子、集光レンズ及びフィルタ等の光学群（図示せず）を介して分光部１９ａで分光され、該分光部１９ａに接続されたＩＣＣＤカメラ１９ｂにより各波長の光の強度を計測する。
前記ＩＣＣＤカメラ１９ｂからの計測データは、データ処理手段（ＣＰＵ）２０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。
【００３９】
図４はガスエンジンの燃料ガスのラマン散乱光計測結果のチャートである。図４に示すように、メタン（ＣＨ4）が７５％、二酸化炭素（ＣＯ2）が１２％、窒素（Ｎ2）が１２％、水分（Ｈ2Ｏ）が５％、その他燃料ガスが３％である。なお割合はチャートからの計算による。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。
【００４０】
図５は煤塵が含まれ、ベースラインが上昇した場合であり、このベースラインから下の領域が煤塵濃度となる。
【００４１】
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１４Ｂ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。
【００４２】
本実施例によれば、レーザ分析装置１３において、データ処理手段２０において、燃料ガス１１のガス組成から燃料カロリーを求めることができる共に、煤塵濃度が所定の閾値を超えていると判断した場合には、制御手段２１により分岐部（例えばダンパ等）３１の流路切替操作して、燃料ガス１１を第１のバイパス管３３Ａに導入し、この第１のバイパス管３３に介装されたフィルタにより煤塵を除去するようにしている。
第１のフィルタ３２は煤塵の除去効率が良好な例えばセラミック焼結フィルタを用いることができる。
【００４３】
これにより、過渡的に煤塵が燃料ガス１１に含まれていたとしても、適切に対応することができる。
また、例えばフィルタ３２等の異物除去手段も必要となったときのみに使用することができ、異物除去手段の耐久性も向上する。
この結果、安定して清浄な燃料ガス１１が導入されることとなり、燃料ガス供給弁であるガス量調整弁に異物が詰まることもなく、副室１１９の清浄度が保持されると共に、安定した燃焼を確保することができる。
【実施例２】
【００４４】
図２は、実施例２に係るガスエンジンシステムの概略図である。
図２に示すように、本実施例に係るガスエンジンシステム１０Ｂは、レーザ基本波（１０６４ｎｍ）１４Ａを発振するレーザ照射装置１５と、発振されたレーザ基本波１４Ａを５３２ｎｍの第２高調波の第１の波長変換レーザ光１４Ｂに波長変換する第１の波長変換器１６Ａと、レーザ基本波（１０６４ｎｍ）１４Ａを第１の波長変換器１６Ａの後流側に迂回させる迂回光路と、１０６４のｎｍのレーザ基本波１４Ａと５３２ｎｍの第１高調波のレーザ光１４Ｂとを合波した合波レーザ光１４Ｃを第３高調波（３５５ｎｍ）の第２波長変換レーザ光１４Ｄに波長変換する第２の波長変換器１６Ｂと、３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１４Ｄを導入し、燃料ガス１１に照射して第２のラマン散乱光１７Ｂを発生させる測定領域１８と、発生した第２のラマン散乱光１７Ｂを計測するレーザ受光手段１９とを具備し、波長３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１４Ｄの計測結果により、燃料１１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、燃料ガス１１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、Ｍ1及びＭ2は反射ミラーであり、第１の波長変換器１６Ａを迂回する迂回光路を形成している。
【００４５】
実施例２では、１０６４ｎｍのレーザ基本波１４Ａと５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１４Ｂとを合波させて合波レーザ光１４Ｃとし、この合波レーザ光１４Ｃを第２の波長変換器１６Ｂにより３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１４Ｄとし、この第２の波長変換レーザ光１４Ｄを用いて、３５５ｎｍ以下の波長をカットしてレーザ受光手段１９で検出することで、ガス組成と、煤塵濃度（ミー散乱光）とＨＣ（蛍光）濃度とを併せたものを計測できる。
【００４６】
図６がその結果を示すチャートである。ここで、図６中、ベースラインから下の領域が煤塵濃度（ミー散乱光）と炭化水素（ＨＣ）濃度（蛍光）とを併せたものである。
【００４７】
一般にはベースラインは静電ノイズや迷光などのノイズ情報でしかないが、３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１４Ｄを用いる場合には、このベースラインの情報には煤塵に起因するミー散乱光と炭化水素（ＨＣ）に起因する蛍光とが含まれているので、煤塵濃度情報及び炭化水素濃度情報として価値がある。
【００４８】
ラマン散乱は微小な光であることから、ラマン散乱の測定系では、静電ノイズが抑制された状況にある。さらに波長域は５００ｎｍ以下とすればよく、好適には２５０〜４００ｎｍ程度とするのが良い。この波長域であると蛍光による炭化水素（ＨＣ）と、ミー散乱光による煤塵成分とが検出されるのもとなる。ミー散乱成分は分光器で取り除くことができるが、ラマン散乱光との強度の相違から、完全に取り除くことは難しく、ベースとして残る。本発明では、これを利用している。
【００４９】
また、本実施例では、燃料ガス配管１２の分岐部３１から分岐され、第１のフィルタ３２を有する第１のバイパス管３３と、このバイパス管３３に分岐部３４を設け、さらに活性炭フィルタ３５を有する第２のバイパス管３３Ｂが設けられている。
【００５０】
本実施例によれば、レーザ分析装置１３において、データ処理手段２０において、燃料ガス１１のガス組成から燃料カロリーを求めることができる共に、煤塵濃度が所定の閾値を超えていると判断した場合には、制御手段２１により分岐部（例えばダンパ等）３１、３４の流路切替操作して、燃料ガス１１を第２のバイパス管３３Ｂに導入し、この第２のバイパス管３３Ｂに介装された活性炭フィルタ３５により煤塵及び炭化水素（ＨＣ）を除去するようにしている。
【００５１】
また、ガスエンジン状態を監視するエンジン状態監視装置を適用すれば、内筒温度、回転数、内筒圧等の変動に伴う、カロリの自動設定（制御）ができ、且つ煤塵、ＨＣが過渡的に導入されたとしてもそれを迅速に除去できるロバスト性のあるガスエンジンシステムを提供することができる。
【００５２】
これにより、副室１１９に清浄な燃料ガス１１が導入されることとなり、副室１１９の清浄度が保持されると共に、安定した燃焼を確保することができる。
【実施例３】
【００５３】
図３は、実施例３に係るガス成分計測装置の概略図である。
図３に示すように、ガス成分計測装置１０Ｃは、レーザ基本波（１０６４ｎｍ）１１Ａを発振するレーザ照射装置１５と、発振されたレーザ基本波１４Ａを５３２ｎｍの第２高調波の第１の波長変換レーザ光１４Ｂに波長変換する第１の波長変換器１６Ａと、レーザ基本波（１０６４ｎｍ）１４Ａを第１の波長変換器１６Ａの後流側に迂回させる迂回光路と、１０６４のｎｍのレーザ基本波１４Ａと５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１４Ｂとの合波レーザ光１４Ｃを、第３高調波（３５５ｎｍ）の第２の波長変換レーザ光１４Ｄに波長変換する第２の波長変換器１６Ｂと、５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１４Ｂと、３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１４Ｄとを時間遅れで導入し、燃料ガス１１に照射して第１及び第２のラマン散乱光１７Ａ、１７Ｂを発生させる測定領域１８と、発生した第１及び第２のラマン散乱光１７Ａ、１７Ｂを測定するレーザ受光手段１９とを具備し、波長５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１４Ｂの計測結果により、燃料ガス１１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。
これと同時に、波長３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１４Ｄの計測結果により、燃料ガス１１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Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3及びＭ4は反射ミラー、Ｌ1、Ｌ2はレンズを図示する。
【００５４】
ここで、両者の差分から煤塵濃度を推定する工程を説明する。
図７−１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７−２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。
【００５５】
工程１）  実施例３では、実施例１と実施例２とを組合せた構成であり、波長５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１４Ｂの計測結果により、計測値（例えば１．８Ａ．Ｕ）から煤塵濃度（１．０ｍｇ／ｍ３Ｎ）を、第１の検量線（図７−１）により求める。
工程２）  次に、波長３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１４Ｄ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７−２）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４１Ｄ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。
【００５６】
ここで、炭化水素（ＨＣ）は、アントラセンやナフタレンといった炭化水素類の集合物であり、その濃度の傾向により燃焼状況を推定することができる。
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。
【００５７】
これによりガス組成、煤塵、炭化水素（ＨＣ）類を単一の装置にて把握し、その結果を踏まえた対策を講じることによって安定燃焼を達成することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０Ａ〜１０Ｃ  ガスエンジンシステム
１００  ガスエンジン
１０１  主燃焼室
１１９  副室
１１  燃料ガス
１２  燃料ガス供給管
１３  レーザ分析装置
１４Ａ  レーザ基本波
１４Ｂ  第１の波長変換レーザ光
１４Ｃ  合波レーザ光
１４Ｄ  第２の波長変換レーザ光
１５  レーザ照射装置
１６Ａ  第１の波長変換器
１６Ｂ  第２の波長変換器
１７Ａ  第１のラマン散乱光
１７Ｂ  第２のラマン散乱光
１８  測定領域
１９  レーザ受光手段
２１  制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図８】
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