(57)【要約】【課題】ガス状酸化物またはガス状物質の濃度、量等を高い応答性で高精度に計測すること。【解決手段】流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物を計測するガス状酸化物計測装置であって、流通ガスが流れる配管ユニットと、配管ユニットに配置され、ガス状酸化物を還元する還元触媒と、配管ユニットを流れる流通ガスのうち、還元触媒を通過する配管経路を流れた第１流通ガスに含まれるガス状酸化物を還元した物質の第１計測値と、還元触媒を通過しない配管経路を流れた第２流通ガスに含まれるガス状酸化物を還元した物質の第２計測値とを計測する計測手段と、配管ユニット、計測手段の動作を制御し、前記第１計測値と前記第２計測値との差分から、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の計測値を算出する制御手段と、有し、近赤外域のレーザ光により計測を行うことで、上記課題を解決する。【選択図】図１
2011252843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物を計測するガス状酸化物計測装置であって、
前記流通ガスが流れる配管ユニットと、
前記配管ユニットに配置され、前記ガス状酸化物を還元する還元触媒と、
前記配管ユニットを流れる前記流通ガスのうち、前記還元触媒を通過する配管経路を流れた第１流通ガスに含まれる前記ガス状酸化物を還元した物質の第１計測値と、前記還元触媒を通過しない配管経路を流れた第２流通ガスに含まれる前記ガス状酸化物を還元した物質の第２計測値とを計測する計測手段と、
前記配管ユニット、前記計測手段の動作を制御し、前記第１計測値と前記第２計測値との差分から、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の計測値を算出する制御手段と、を有し、
前記計測手段は、
前記ガス状酸化物を還元した物質の吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力する発光部と、
前記流通ガスが流れるガス計測セル、前記ガス計測セルにレーザ光を入射させる光学系、前記発光部から入射され、前記ガス計測セルを通過したレーザ光を受光する受光部を含む少なくとも１つの計測ユニットと、
前記発光部から出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記ガス計測セルを流れる前記流通ガスの前記ガス状酸化物を還元した物質の計測値を算出する算出部とを有することを特徴とするガス状酸化物計測装置。
【請求項２】
前記計測値は、濃度であることを特徴とする請求項１に記載のガス状酸化物計測装置。
【請求項３】
前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、
前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記還元触媒が配置された第１配管と、
前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に前記第１配管と共に接続され、前記還元触媒が配置されていない第２配管と、
前記第１配管の下流側の端部と、前記第２配管の下流側の端部と、前記ガス計測セルの前記流通ガスの流れ方向の上流側の端部とを接続する三方弁と、を有し、
前記制御部は、前記三方弁により前記第１配管の下流側の端部と前記ガス計測セルの前記流通ガスの流れ方向の上流側の端部とを連結させ、前記計測手段に前記第１流通ガスを流入させて、前記第１計測値を計測し、
前記三方弁により、前記第２配管の下流側の端部と前記ガス計測セルの前記流通ガスの流れ方向の上流側の端部とを連結させ、前記計測手段に前記第２流通ガスを流入させて、前記第２計測値を計測することを特徴とする請求項１または２に記載のガス状酸化物計測装置。
【請求項４】
前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、
前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記還元触媒が配置された第１配管と、
前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に前記第１配管と共に接続され、前記還元触媒が配置されていない第２配管とを備え、
前記計測手段は、前記計測ユニットを２つ備え、一方の前記計測ユニットは、前記第１配管の前記流通ガスの流れ方向において前記還元触媒よりも下流側に配置され、
他方の前記計測ユニットは、前記第１配管に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス状酸化物計測装置。
【請求項５】
前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、
前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記還元触媒が配置された触媒保持配管と、を備え、
前記計測手段は、前記計測ユニットを２つ備え、一方の前記計測ユニットは、前記触媒保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記還元触媒よりも下流側に配置され、
他方の前記計測ユニットは、前記触媒保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記還元触媒よりも上流側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス状酸化物計測装置。
【請求項６】
前記流通ガスの流れ方向において、前記還元触媒よりも上流側に配置され、前記配管ユニットに、前記ガス状酸化物を還元する還元剤を供給する還元剤供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のガス状酸化物計測装置。
【請求項７】
前記流通ガスの流れ方向において、前記還元触媒の上流に配置され、前記流通ガスに含まれる一酸化炭素と水を、二酸化炭素と水素にシフトさせる水性シフト触媒を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のガス状酸化物計測装置。
【請求項８】
前記還元触媒は、前記ガス状酸化物を捕集し、前記ガス状酸化物と前記還元剤との反応を促進する吸蔵型還元触媒であることを特徴とする請求項６または７に記載のガス状酸化物計測装置。
【請求項９】
前記流通ガスの流れ方向において、前記還元触媒よりも上流側に配置され、前記配管ユニットに、前記ガス状酸化物を還元する還元剤を供給する還元剤供給手段を備え
前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、
前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記還元触媒が配置された触媒保持配管と、を備え、
前記計測手段は、前記計測ユニットが、前記触媒保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記還元触媒よりも下流側に配置され、
前記還元触媒は、吸蔵型還元触媒であり、
前記制御手段は、前記還元剤供給手段から前記配管ユニットに前記還元剤を供給している状態と、前記還元剤供給手段から前記配管ユニットに前記還元剤を供給していない状態とを切り替え、前記計測ユニットに、前記第１流通ガスが流入している状態と、前記第２流通ガスが流入している状態とを切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載のガス状酸化物計測装置。
【請求項１０】
前記計測ユニットは、レーザ光が、前記還元触媒を保持する配管の内部を通過することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のガス状酸化物計測装置。
【請求項１１】
前記配管ユニットは、測定対象の装置から排出される前記流通ガスの全量が流れることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のガス状酸化物計測装置。
【請求項１２】
前記配管ユニットは、測定対象の装置から排出される前記流通ガスの全量が流れる測定対象配管から、一部の前記流通ガスを捕集していることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のガス状酸化物計測装置。
【請求項１３】
前記流通ガスの流れ方向において、前記還元触媒よりも上流側に配置され、前記流通ガスに混在する固形物を除去する除塵フィルタを有することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のガス状酸化物計測装置。
【請求項１４】
前記流通ガスの流れ方向において、前記還元触媒よりも下流側に配置され、前記流通ガスの残存するガス状酸化物を検出するガス状酸化物検出手段をさらに有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のガス状酸化物計測装置。
【請求項１５】
前記ガス状酸化物は、硫黄酸化物であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のガス状酸化物計測装置。
【請求項１６】
前記ガス状酸化物は、窒素酸化物であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のガス状酸化物計測装置。
【請求項１７】
流通ガスに酸化された物質、還元された物質で含まれる測定対象の物質を計測するガス状物質計測装置であって、
前記流通ガスが流れる配管ユニットと、
前記配管ユニットに配置され、測定対象の物質が酸化されたガスを還元する還元触媒と、
前記配管ユニットを流れる前記流通ガスのうち、前記還元触媒を通過する配管経路を流れた流通ガスに含まれる測定対象を還元した物質を計測する計測手段と、
前記計測手段で計測した測定対象を還元した物質の計測値に基づいて、前記流通ガス中に含まれる前記測定対象の物質を計測する制御手段と、を有し、
前記計測手段は、
前記測定対象の物質を還元した物質の吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力する発光部と、
前記流通ガスが流れるガス計測セル、前記ガス計測セルにレーザ光を入射させる光学系、前記発光部から入射され、前記ガス計測セルを通過したレーザ光を受光する受光部を含む少なくとも１つの計測ユニットと、
前記発光部から出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記ガス計測セルを流れる測定対象の物質を還元した物質の計測値を算出する算出部とを有することを特徴とするガス状物質計測装置。
【請求項１８】
配管を流れる流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物を計測するガス状酸化物計測方法であって、
前記配管を流れる流通ガスのうち、ガス状酸化物を還元する還元触媒が配置されている領域を通過した第１流通ガスに対して、前記ガス状酸化物を還元した物質の吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力させ、第１流通ガスが流れる管路内を通過した前記レーザ光を受光し、出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記第１流通ガスに含まれるガス状酸化物を還元した物質の第１計測値を算出する第１計測ステップと、
前記配管を流れる流通ガスのうち、ガス状酸化物を還元する還元触媒が配置されている領域を通過していない第２流通ガスに対して、前記ガス状酸化物を還元した物質の吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力させ、第２流通ガスが流れる管路内を通過した前記レーザ光を受光し、出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記流通ガスに含まれるガス状酸化物を還元した物質の第２計測値を算出する第２計測ステップと、
前記第１計測値と前記第２計測値との差分から、前記流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の計測値を算出する算出ステップとを有することを特徴とするガス状酸化物計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管路内を流れるガスに含まれるガス状酸化物を計測するガス状酸化物計測装置、管路内を流れるガスに含まれる特定成分を含むガス状物質を計測するガス状物質計測装置及びガス状酸化物計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、内燃機関、焼却炉等の燃焼機関から排出されるガスは、種々のガス状物質が混合した混合ガスとなっている。このような混合ガスに含まれるガス状物質には、有毒なガス状物質であるため、含まれているかを検知したい場合がある。また、試験、評価等のために、混合ガスに含まれる特定物質の濃度、量を検出したい場合もある。これに対して、複数のガス状物質で構成されている混合ガスの中から特定の物質の濃度、量を計測する種々の装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ガス中に含まれるガス状酸化物のうちＳＯ２の濃度を算出する装置として、ＳＯ２とＨ２Ｓを含む試料ガスをガス導入路に導入し、前記ガス導入路の終端部でＨ２Ｏ２ミストを発現させて試料ガスと接触させることにより、試料ガス中のＳＯ２をＨ２Ｏ２に反応・吸収させ、その反応成分を含むＨ２Ｏ２を液相として回収すると共に、これによってＳＯ２を除去した後の試料ガスを硫黄感応型検出器で測定することにより、Ｈ２Ｓ成分量を特定する成分測定法を含むことを特徴とするＳＯ２／Ｈ２Ｓ連続分離測定法が記載されている。また、特許文献１には、ＳＯ２の濃度とＨ２Ｓ濃度を計測するために、非分散形赤外線吸収法（ＮＤＩＲ法）や、紫外線吸収法を用いるものもある。
【０００４】
また、管路内を流れるガス（主に流通ガス）に含まれる特定物質の濃度計測方法として、管路の所定経路に、レーザ光を通過させ、その入出力から測定対象の特定物質の濃度を計測する方法がある。例えば、本件出願人が出願した特許文献２には、測定対象とされるガス状物質に固有な吸収波長のレーザ光を発振する光源と、この光源から発振されるレーザ光の発振波長を少なくとも２つの異なる周波数で変調する手段と、この変調手段により変調されたレーザ光を前記ガス状物質が存在する測定領域に導く手段と、この測定領域において透過または反射または散乱したレーザ光を受光する受光手段と、この受光手段で受光した信号の中から変調された信号を周波数毎に順次それぞれ復調する複数の位相敏感検波器と、を具備することを特徴とするガス濃度計測装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０４９２８７号公報
【特許文献２】特許第３３４２４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、測定対象の物質の中に、ＳＯ２や、ＮＯｘ、燐酸等のガス状酸化物がある。これらのガス状酸化物は、上述した非分散形赤外線吸収法（ＮＤＩＲ法）や、紫外線吸収法を用いた方法で計測することができる。しかしながら、非分散形赤外線吸収法（ＮＤＩＲ法）や、紫外線吸収法を用いた方法では、測定前の前処理として、水分や、煤塵等を除去する必要がある。混合ガスから、水分や、煤塵を除去するには、一定の時間が必要であるため、測定対象のガスを取得してから、成分の解析が終了するまでに一定の時間がかかり、応答性が低くなる。また、特許文献１に記載されている装置も同様である。また、Ｈ２Ｏ２は、酸化性物質、急性毒性物質であり、皮膚・粘膜に対し刺激性があり、眼に入ると失明の恐れがあるなど、取り扱いや保管に注意が必要である。また、廃棄する場合には、亜硫酸ナトリウム等の還元剤、あるいは金属類等と徐々に反応させて分解させ、排水の排出基準（ＰＨ，ＣＯＤ他）に適合している事を確認の上廃棄する必要がある。また、Ｈ２Ｏ２に反応・吸収させるためには、一定の滞留時間を確保する必要があり、応答性が低くなる。
【０００７】
また、特許文献２に記載の装置は、高い応答性で測定対象の物質を計測することができる。しかしながら、特許文献２に記載の装置は、測定対象の物質が近赤外域に吸収波長が必要であり、また、測定対象の物質の吸収波長のレーザ光を出力する光源が必要となる。そのため、測定対象とすることができる物質が限られてしまう。そのため、ガス状酸化物の中には、測定することが困難な物質がある。例えば、ＳＯ２は、特許文献２に記載の装置では、測定することが困難である。また、特許文献２に記載の装置では、物質によって高い感度で測定できる物質と、感度が低い物質とがある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ガス状酸化物の濃度、量等を高い応答性で高精度に計測することが可能であるガス状酸化物計測装置及びガス状酸化物計測方法を提供することを目的とする。また、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、特定成分を含むガス状物質の濃度、量等を高い応答性で高精度に計測することが可能であるガス状酸化物計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物を計測するガス状酸化物計測装置であって、前記流通ガスが流れる配管ユニットと、前記配管ユニットに配置され、前記ガス状酸化物を還元する還元触媒と、前記配管ユニットを流れる前記流通ガスのうち、前記還元触媒を通過する配管経路を流れた第１流通ガスに含まれる前記ガス状酸化物を還元した物質の第１計測値と、前記還元触媒を通過しない配管経路を流れた第２流通ガスに含まれる前記ガス状酸化物を還元した物質の第２計測値とを計測する計測手段と、前記配管ユニット、前記計測手段の動作を制御し、前記第１計測値と前記第２計測値との差分から、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の計測値を算出する制御手段と、を有し、前記計測手段は、前記ガス状酸化物を還元した物質の吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力する発光部と、前記流通ガスが流れるガス計測セル、前記ガス計測セルにレーザ光を入射させる光学系、前記発光部から入射され、前記ガス計測セルを通過したレーザ光を受光する受光部を含む少なくとも１つの計測ユニットと、前記発光部から出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記ガス計測セルを流れる前記流通ガスの前記ガス状酸化物を還元した物質の計測値を算出する算出部とを有することを特徴とする。
【００１０】
上記ガス状酸化物計測装置によれば、高い応答性、かつ、高い精度で、ガス状酸化物を検出することができる。
【００１１】
ここで、前記計測値は、濃度であることが好ましい。濃度を高精度に計測することができる。
【００１２】
また、前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記還元触媒が配置された第１配管と、前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に前記第１配管と共に接続され、前記還元触媒が配置されていない第２配管と、前記第１配管の下流側の端部と、前記第２配管の下流側の端部と、前記ガス計測セルの前記流通ガスの流れ方向の上流側の端部とを接続する三方弁と、を有し、前記制御部は、前記三方弁により前記第１配管の下流側の端部と前記ガス計測セルの前記流通ガスの流れ方向の上流側の端部とを連結させ、前記計測手段に前記第１流通ガスを流入させて、前記第１計測値を計測し、前記三方弁により、前記第２配管の下流側の端部と前記ガス計測セルの前記流通ガスの流れ方向の上流側の端部とを連結させ、前記計測手段に前記第２流通ガスを流入させて、前記第２計測値を計測することが好ましい。これにより、１つの計測ユニットでガス状酸化物を計測することができる。
【００１３】
また、前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記還元触媒が配置された第１配管と、前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に前記第１配管と共に接続され、前記還元触媒が配置されていない第２配管とを備え、前記計測手段は、前記計測ユニットを２つ備え、一方の前記計測ユニットは、前記第１配管の前記流通ガスの流れ方向において前記還元触媒よりも下流側に配置され、他方の前記計測ユニットは、前記第１配管に配置されていることが好ましい。これにより、連続して、ガス状酸化物を計測することができる
【００１４】
また、前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記還元触媒が配置された触媒保持配管と、を備え、前記計測手段は、前記計測ユニットを２つ備え、一方の前記計測ユニットは、前記触媒保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記還元触媒よりも下流側に配置され、他方の前記計測ユニットは、前記触媒保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記還元触媒よりも上流側に配置されていることが好ましい。これにより、連続したガス状酸化物を計測することができる。
【００１５】
また、前記流通ガスの流れ方向において、前記還元触媒よりも上流側に配置され、前記配管ユニットに、前記ガス状酸化物を還元する還元剤を供給する還元剤供給手段をさらに備えることが好ましい。これにより、ガス状酸化物をより確実に還元することができ、ガス状酸化物をより高い精度で計測することができる。
【００１６】
また、前記流通ガスの流れ方向において、前記還元触媒の上流に配置され、前記流通ガスに含まれる一酸化炭素と水を、二酸化炭素と水素にシフトさせる水性シフト触媒を有することが好ましい。これにより、ガス状酸化物をより確実に還元することができ、ガス状酸化物をより高い精度で計測することができる。
【００１７】
また、前記還元触媒は、前記ガス状酸化物を捕集し、前記ガス状酸化物と前記還元剤との反応を促進する吸蔵型還元触媒であることが好ましい。これにより、ガス状酸化物をより確実に還元することができ、ガス状酸化物をより高い精度で計測することができる。
【００１８】
また、前記流通ガスの流れ方向において、前記還元触媒よりも上流側に配置され、前記配管ユニットに、前記ガス状酸化物を還元する還元剤を供給する還元剤供給手段を備え
前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記還元触媒が配置された触媒保持配管と、を備え、前記計測手段は、前記計測ユニットが、前記触媒保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記還元触媒よりも下流側に配置され、前記還元触媒は、吸蔵型還元触媒であり、前記制御手段は、前記還元剤供給手段から前記配管ユニットに前記還元剤を供給している状態と、前記還元剤供給手段から前記配管ユニットに前記還元剤を供給していない状態とを切り替え、前記計測ユニットに、前記第１流通ガスが流入している状態と、前記第２流通ガスが流入している状態とを切り替えることが好ましい。これにより、１つの計測ユニットで、ガス状酸化物を計測することができる。
【００１９】
また、前記計測ユニットは、レーザ光が、前記還元触媒を保持する配管の内部を通過することが好ましい。これにより、計測セルを設けることなく、計測を行うことができ、装置構成を簡単にすることができる。
【００２０】
また、前記配管ユニットは、測定対象の装置から排出される前記流通ガスの全量が流れることが好ましい。このように、計測ユニットを配管上に直接設けることで、測定対象の装置を流れる流通ガスの成分をより高精度に計測することができる。
【００２１】
また、前記配管ユニットは、測定対象の装置から排出される前記流通ガスの全量が流れる測定対象配管から、一部の前記流通ガスを捕集していることが好ましい。このように、サンプリングで計測を行うことで、計測ユニットを適正な大きさにすることができる。
【００２２】
また、前記流通ガスの流れ方向において、前記還元触媒よりも上流側に配置され、前記流通ガスに混在する固形物を除去する除塵フィルタを有することが好ましい。これにより、計測誤差の発生を抑制することができる。
【００２３】
また、前記流通ガスの流れ方向において、前記還元触媒よりも下流側に配置され、前記流通ガスの残存するガス状酸化物を検出するガス状酸化物検出手段をさらに有することが好ましい。これにより、還元触媒で適切に還元が行われているかを判定することができる。
【００２４】
また、前記ガス状酸化物は、硫黄酸化物であることが好ましい。また、前記ガス状酸化物は、窒素酸化物であることも好ましい。これにより、より有益な物質を計測することができる。
【００２５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、流通ガスに酸化された物質、還元された物質で含まれる測定対象の物質を計測するガス状物質計測装置であって、前記流通ガスが流れる配管ユニットと、前記配管ユニットに配置され、測定対象の物質が酸化されたガスを還元する還元触媒と、前記配管ユニットを流れる前記流通ガスのうち、前記還元触媒を通過する配管経路を流れた流通ガスに含まれる測定対象を還元した物質を計測する計測手段と、前記計測手段で計測した測定対象を還元した物質の計測値に基づいて、前記流通ガス中に含まれる前記測定対象の物質を計測する制御手段と、を有し、前記計測手段は、前記測定対象の物質を還元した物質の吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力する発光部と、前記流通ガスが流れるガス計測セル、前記ガス計測セルにレーザ光を入射させる光学系、前記発光部から入射され、前記ガス計測セルを通過したレーザ光を受光する受光部を含む少なくとも１つの計測ユニットと、前記発光部から出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記ガス計測セルを流れる測定対象の物質を還元した物質の計測値を算出する算出部とを有することを特徴とする。
【００２６】
上記ガス状物質計測装置によれば、高い応答性、かつ、高い精度で、酸化物、還元物の両方の化合物となるガス状物質を計測することができる。
【００２７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、配管を流れる流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物を計測するガス状酸化物計測方法であって、前記配管を流れる流通ガスのうち、ガス状酸化物を還元する還元触媒が配置されている領域を通過した第１流通ガスに対して、前記ガス状酸化物を還元した物質の吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力させ、第１流通ガスが流れる管路内を通過した前記レーザ光を受光し、出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記第１流通ガスに含まれるガス状酸化物を還元した物質の第１計測値を算出する第１計測ステップと、前記配管を流れる流通ガスのうち、ガス状酸化物を還元する還元触媒が配置されている領域を通過していない第２流通ガスに対して、前記ガス状酸化物を還元した物質の吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力させ、第２流通ガスが流れる管路内を通過した前記レーザ光を受光し、出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記流通ガスに含まれるガス状酸化物を還元した物質の第２計測値を算出する第２計測ステップと、前記第１計測値と前記第２計測値との差分から、前記流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の計測値を算出する算出ステップとを有することを特徴とする。
【００２８】
上記ガス状酸化物計測方法によれば、高い応答性、かつ、高い精度で、ガス状酸化物を検出することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明にかかるガス状酸化物計測装置、ガス状物質計測装置及びガス状酸化物計測方法は、高い精度かつ、高い応答性で測定対象の物質の濃度を計測することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、ガス濃度計測装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示すガス濃度計測装置の計測手段本体の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、ガス濃度計測装置の動作を説明するフロー図である。
【図４−１】図４−１は、レーザ光の波長と物質の吸収特性を示すグラフである。
【図４−２】図４−２は、レーザ光の波長と物質の吸収特性を示すグラフである。
【図４−３】図４−３は、レーザ光の波長と物質の吸収特性を示すグラフである。
【図５】図５は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図７】図７は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図８】図８は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図９】図９は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図１０−１】図１０−１は、ガス濃度計測装置の動作を説明するための説明図である。
【図１０−２】図１０−２は、ガス濃度計測装置の動作を説明するための説明図である。
【図１１】図１１は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図１２】図１２は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、本発明にかかるガス状酸化物計測装置、ガス状物質計測装置及びガス状酸化物計測方法の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。例えば、本実施形態では、ガス状酸化物計測装置またはガス状物質計測装置として、ガスに含まれる測定対象物質の濃度を計測するが、本発明はこれに限定されず、ガスに含まれる測定対象物質の量を計測してもよい。なお、ガス状酸化物計測装置、ガス状物質計測装置及びガス状酸化物計測方法は、管路を流れる種々のガスについて特定の物質を計測することができる。例えば、ガガス状酸化物計測装置、ガス状物質計測装置及びガス状酸化物計測方法をディーゼルエンジンに取付、ディーゼルエンジンから排出される排ガス（流通ガス）に含まれる物質を計測してもよい。なお、排ガスを排出する機関、つまり測定対象のガスを排出（供給）する装置は、これに限定されず、ガソリンエンジンや、ガスタービン等種々の内燃機関に用いることができる。また、内燃機関を有する装置としては、車両、船舶、発電機等種々の装置が例示される。さらに、ゴミ焼却炉から排出される流通ガスに含まれる所定物質を計測することもできる。また、ガス濃度計測装置は、装置を調整することで、流通ガスに含まれる種々の物質を計測することができる。また、ガス状酸化物計測装置の場合、測定対象としては種々の物質としては、窒素酸化物、硫黄酸化物、燐酸、砒素の酸化物、水銀の酸化物、セレンの酸化物等、種々の酸化物が例示される。なお、本実施形態では、配管内を流れる混合ガス中でガス状物質として存在する物質が測定対象となる。なお、ガス状物質計測装置の場合は、測定対象物質として、窒素、硫黄等、ガス中で、酸化物、還元物として存在する物質が例示される。ガス状物質計測装置は、種々の化合物として存在する測定対象物質のトータルの濃度、量を計測することができる。以下、まず、ガス状酸化物計測装置及びガス状酸化物計測方法について説明する。なお、以下の実施例では、ガス状酸化物計測装置をガス濃度計測装置として用いる場合の例として説明する。
【００３２】
［実施形態１］
図１は、本発明のガス濃度計測装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。ガス濃度計測装置１０は、計測対象配管８を流れる流通ガスの一部を採取（サンプリング）して、流通ガス含まれるガス状酸化物の濃度を計測する計測装置である。ガス濃度計測装置１０は、図１に示すように、配管ユニット１２と、還元触媒１４と、計測手段１６と、制御手段１８とを有する。
【００３３】
配管ユニット１２は、計測対象配管８と接続されており流通ガスを案内する経路を構成する。配管ユニット１２は、サンプリング配管（流入配管）２０と、第１配管２２と、第２配管２４と、分岐管２６、２８と、三方弁３０と、ポンプ３１と、開閉弁３２、３４と、流量計３６、３８と、ガス状酸化物検出手段３９と、を有する。
【００３４】
サンプリング配管（流入配管）２０は、計測対象配管８と接続し、計測対象配管８を流れる流通ガスの一部を捕集する配管である。サンプリング配管２０は、一方の端部（流通ガスの流れ方向において上流側の端部）が計測対象配管８の内部に配置されており、他方の端部（流通ガスの流れ方向において下流側の端部）が、計測対象配管８の外に配置されている。また、サンプリング配管２０は、捕集した流通ガスにふくまれる煤塵等を少なくすることができるため、一方の端部の開口面が流通ガスの流れ方向に対して、直交または、直交方向よりも下流側に向けた向きで配置されている。また、サンプリング配管２０は、他方の端部が第１配管２２、第２配管２４の２つの配管と連結されている。なお、本実施形態では、計測対象配管８からサンプリング配管２０に流入する位置が流通ガスの流れ方向において、最も上流となる。また、配管ユニット１２に流入した流通ガスは、サンプリング配管２０の一方の端部から他方の端部に向けて流れる。計測対象配管８から流入した流通ガスが流れる方向が流通ガスの流れ方向となる。
【００３５】
第１配管２２は、一方の端部がサンプリング配管２０と接続され、他方の端部が三方弁３０と接続されている。また、第１配管２２には、管路内に後述する還元触媒１４が配置されている。また、第１配管２２の還元触媒１４が配置されている領域は、他の領域よりも管路の径が大きくなっている。なお、本実施形態では、還元触媒１４が配置されている領域の管路の径を大きくしたが、管路の径は一定としてもよい。
【００３６】
また、第１配管２２は、流通ガスの流れ方向において還元触媒１４よりも下流に、分岐管２６が設けられている。また、分岐管２６には、開閉弁３２が設けられている。なお、分岐管２６の流通ガスの流れ方向の下流側は、外気に開放してもよいが、流通ガスに有毒な成分等が含まれている場合は、流通ガスを処理する処理装置に接続させたり、計測対象配管８の下流と接続させたりすることが好ましい。また、第１配管２２の上流側の端部近傍には、第１配管２２を流れる流通ガスの流量を計測する流量計３６が配置されている。
【００３７】
第２配管２４は、基本的に第１配管２２と並列に形成された配管であり、一方の端部がサンプリング配管２０と接続され、他方の端部が三方弁３０と接続されている。また、第２配管２４には、管路内に後述する還元触媒１４が配置されていない。
【００３８】
また、第２配管２４も、分岐管２８が設けられている。なお、分岐管２８は、流通ガスの流れ方向において、分岐管２６に対応する位置に設けることが好ましい。また、分岐管２８には、開閉弁３４が設けられている。なお、分岐管２８の流通ガスの流れ方向の下流側も、外気に開放してもよいが、流通ガスに有毒な成分等が含まれている場合は、流通ガスを処理する処理装置に接続させたり、計測対象配管８の下流と接続させたりすることが好ましい。また、第２配管２４の上流側の端部近傍にも、第２配管２４を流れる流通ガスの流量を計測する流量計３８が配置されている。
【００３９】
三方弁３０は、第１配管２２の下流側の端部と、第２配管２４の下流側の端部と、計測手段１６の上流側の端部とを連結させている。三方弁３０は、第１配管２２と計測手段１６とを連結させた状態と、第２配管２４と計測手段１６とを連結させた状態とを切り替える。三方弁３０は、第１配管２２と計測手段１６とを連結させた場合、サンプリング配管２０から第１配管２２を通過した流通ガスが計測手段１６に流れる。また、三方弁３０は、第２配管２４と計測手段１６とを連結させた場合、サンプリング配管２０から第２配管２４を通過した流通ガスが計測手段１６に流れる。このように、三方弁３０は、計測手段１６を流れる流通ガスを切り替える。
【００４０】
ポンプ３１は、流通ガスの流れ方向において、計測手段１６の下流側に配置されている。ポンプ３１は、流通ガスがサンプリング配管２０から計測手段１６に向けて流れる向きに、空気を吸引する。
【００４１】
また、ガス状酸化物検出手段３９は、流通ガス中に含まれる測定対象のガス状酸化物を検出する検出手段であり、分岐管２６の開閉弁３２よりも下流側に配置されている。ガス状酸化物検出手段３９は、流通ガス中に測定対象のガス状酸化物が含まれていると、そのガス状酸化物を検出する。これにより、還元触媒１４を通過した流通ガスに含まれるガス状酸化物が還元されているかの判定に用いることができる。なお、ガス状酸化物検出手段３９としては、例えば、測定対象のガス状酸化物が二酸化硫黄の場合、ＪＩＳの大気環境の腐食性を評価するための環境汚染因子の測定（Ｚ  ２３８２）に記載されている各種計測方法の装置を用いることができる。具体的には、分岐管２６内に二酸化鉛プレートを配置し、二酸化鉛の質量変化により、ガス状酸化物の有無を検出する方法、アルカリろ紙による二酸硫黄の測定等を用いることができる。なお、ガス状酸化物検出手段３９は、後述する計測手段１６に比べて計測に時間がかかるため、計測に用いることは困難であるが、還元触媒１４が有効に機能しているかを判定することができ、還元触媒１４の交換時期や、計測の信頼性を判定することができる。
【００４２】
還元触媒１４は、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物を還元する触媒であり、第１配管２２の管路内に配置されている。還元触媒１４は、通過する流通ガスに含まれるガス状酸化物を還元する。還元触媒１４としては、ガス状酸化物を還元する各種触媒を用いることができ、また、還元触媒としては、ガス状酸化物が硫黄酸化物（ＳＯｘ）である場合、硫黄酸化物を硫化水素に還元する触媒を用いることができ、ガス状酸化物が窒素酸化物（ＮＯｘ）である場合、窒素酸化物をアンモニアに還元する触媒を用いることができる。具体的には、ステンレス鋼、金属コーティングした炭素、グラファイトカーボン、タングステンカーバイトなどをもちいることができる。なお、ステンレス鋼、金属コーティングした炭素を還元触媒とする場合は、還元雰囲気を６００℃以上とすることで効率よく還元を行うことができ、グラファイトカーボンを還元触媒とする場合は、還元雰囲気を３００℃付近とすることで効率よく還元を行うことができ、タングステンカーバイトを還元触媒とする場合は、還元雰囲気を１００℃付近とすることで効率よく還元を行うことができる。
【００４３】
また、還元触媒１４は、測定対象のガス状酸化物が硫黄酸化物であり、還元触媒１４を流れる流通ガスの流量が０．１〜１Ｌ／ｍｉｎである場合、体積を１０〜１００ｃｍ３とすることで、測定対象の硫黄酸化物を硫化水素に好適に還元することができる。
【００４４】
計測手段１６は、管路内を流れる（三方弁３０から流入した）流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物を還元した物質の濃度を計測する計測手段であり、流通ガスを所定の管路に流し、レーザ光を通過させる計測ユニット４２と、計測ユニット４２にレーザ光を供給し、受光したレーザ光の強度から計測値を算出する計測手段本体４４とを有する。
【００４５】
計測ユニット４２は、計測セル４５と、光ファイバ４６と、入光部４８と、受光部５０と、を有する。
【００４６】
計測セル４５は、基本的に主管５２と、流入管５４と、排出管５６とを有する。主管５２は、筒形状の部材であり、内部に流通ガスが流れる。主管５２の筒形状の一方の端部（上面）には窓５８が配置され、他方の端部（下面）には窓５９が配置されている。つまり、主管５２は、筒形状の上面と下面が、それぞれ窓５８、窓５９に塞がれた形状となっている。なお、窓５８、５９は、光を透過する部材、例えば、透明なガラス、樹脂等で構成されている。これにより、主管５２は、窓５８、５９が設けられている両端部が、空気が流通しない状態で、かつ、光が透過できる状態となる。つまり、主管５２の外部から内部に光を入射させ、主管５２の内部から外部に光を射出させることができる。
【００４７】
流入管５４は、一方の端部が三方弁３０に接続されており、他方の端部が、主管５２の側面（周面）の窓５８側に接続されている。排出管５６は、一方の端部が、主管５２の側面（周面）の窓５９側に接続され、他方の端部が、より下流側の配管（ポンプ３１が配置されている配管）と接続されている。計測セル４５は、三方弁３０を介して第１配管２２または第２配管２４から供給される流通ガスを流入管５４から主管５２に供給する。また、計測セル４５は、主管５２を流れた流通ガスを排出管５５から外部に排出する。
【００４８】
次に、光ファイバ４６は、計測手段本体４４から出力されるレーザ光を入光部４８に案内する。つまり、計測手段本体４４から出力されたレーザ光を入光部４８に入射させる。入光部４８は、窓５８に配置された光学系（ミラー、レンズ等）であり、光ファイバ４６により案内されたレーザ光を窓５８から主管５２の内部に入射させる。
【００４９】
受光部５０は、計測セル４５の主管５２の内部を通過し、窓５９から出力されたレーザ光を受光する受光部である。なお、受光部５０は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ、Photodiode）等の光検出器を備え、光検出器によってレーザ光を受光し、その光の強度を検出する。受光部５０は、受光したレーザ光の強度を受光信号として、計測手段本体４４に送る。
【００５０】
次に、図１及び図２を用いて計測手段本体４４について説明する。ここで、図２は、図１に示すガス濃度計測装置の計測手段本体の概略構成を示すブロック図である。計測手段本体４４は、発光部６２と、光源ドライバ６４と、算出部６６とを有する。
【００５１】
発光部６２は、測定対象の物質が吸収する近赤外波長域のレーザ光を発光させる発光素子である。例えば、計測対象が、ガス状酸化物が硫黄酸化物を還元した硫化水素（Ｈ２Ｓ）の場合、発光部６２は、硫化水素を吸収する近赤外波長域のレーザ光を発光させる発光素子を有する。また、計測対象が、ガス状酸化物が窒素酸化物を還元したアンモニア（ＮＨ３）の場合、発光部６２は、アンモニアを吸収する近赤外波長域のレーザ光を発光させる発光素子を有する。発光素子としては、例えばレーザータイオード（ＬＤ）を用いることができる。発光部６２は、発光させた光を光ファイバ４６に入射させる。
【００５２】
光源ドライバ６４は、発光部６２の駆動を制御する機能を有し、発光部６２に供給する電流、電圧を調整することで、発光部６２から出力されるレーザ光の波長、強度を調整する。
【００５３】
算出部６６は、受光部５０で受光したレーザ光の強度の信号と、光源ドライバ６４を駆動させている条件とに基づいて、計測対象の物質の濃度を算出する。具体的には、算出部６６は、光源ドライバ６４を駆動させている条件に基づいて、発光部６２から出力され、主管５２に入射するレーザ光の強度を算出し、受光部５０で受光したレーザ光の強度と比較し、主管５２を流れる流通ガスに含まれる測定対象の物質の濃度を算出する。
【００５４】
計測手段１６は、以上のような構成であり、発光部６２から出力された近赤外の波長域のレーザ光Ｌは、光ファイバ４６から計測セル４５の所定経路、具体的には、窓５８、主管５２、窓５９を通過した後、受光部５０に到達する。このとき、計測セル４５内の流通ガス中に測定対象の物質が含まれていると、計測セル４５を通過するレーザ光が吸収される。そのため、レーザ光は、流通ガス中の測定対象の物質の濃度によって、受光部５０に到達するレーザ光の出力が変化する。受光部５０は、受光したレーザ光を受光信号に変換し、算出部６６に出力する。また、光源ドライバ４６は、発光部６２から出力したレーザ光Ｌの強度を算出部６６に出力する。算出部６６は、発光部６２から出力した光の強度と、受光信号から算出される強度とを比較し、その減少割合から計測セル４５内を流れる流通ガスＡの測定対象物の濃度を算出する。このように計測手段１６は、いわゆるＴＤＬＡＳ方式（Tunable  Diode  Laser  Absorption  Spectroscopy：可変波長ダイオードレーザー分光法）を用い、出力したレーザ光の強度と、受光部５０で検出した受光信号とに基づいて主管５２内の所定位置、つまり、測定位置を通過する流通ガスＡ中の測定対象物質の濃度を、算出及び／または計測する。また、計測手段１６は、連続的に測定対象物質の濃度を、算出及び／または計測することができる。
【００５５】
制御手段１８は、配管ユニット１２、還元触媒１４、計測手段１６の動作を制御する制御機能を有し、必要に応じて、各部の動作を制御する。具体的には、計測手段１６による計測条件（光源ドライバ６４の駆動条件、受光部５０の受光動作）、配管ユニット１２の三方弁３０の経路選択動作、開閉弁３２、３４の開閉動作を制御する。また、制御手段１８は、計測手段で計測した計測結果、及び、各部で設定、検出した条件、必要に応じて流量計３６、３８で計測した流量に基づいて、測定対象のガス状酸化物の濃度を算出及び／または計測する。
【００５６】
次に、ガス濃度計測装置１０の動作を説明する。ここで、図３は、ガス濃度計測装置の動作を説明するフロー図である。また、図４−１から図４−３は、それぞれ、レーザ光の波長と物質の吸収特性を示すグラフである。なお、図４−１は、二酸化硫黄（ＳＯ２）の吸収特性であり、図４−２は、亜硫酸（ＳＯ３）の吸収特性であり、図４−３は、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の吸収特性である。
【００５７】
ガス濃度計測装置１０の制御手段１８は、計測対象配管８に流通ガスが流れている状態で、測定が開始の指示が入力されると、ポンプ３１を駆動させ、計測対象配管８に流れている流通ガスをサンプリング配管２０から吸引する。なお、この時、開閉弁３２、３４は、開状態としておくことが好ましい。また、三方弁３０は、いずれの管路を連結させていてもよいが、計測ユニット４２と連結している配管と、第１配管２２、第２配管２４で交互に切り替えることが好ましい。
【００５８】
その後、配管ユニット１２内に流通ガスが流れている状態となり、流通ガスが配管ユニット１２内に充満したら、制御手段１８は、ステップＳ１２として、三方弁３０により第１配管２２と計測ユニット４２とを連結させ、第１配管２２を流れる流通ガス、つまり、還元触媒１４を通過した流通ガス（以下「第１流通ガス」ともいう。）が計測ユニット４２に流れる状態とする。なおこのとき、開閉弁３２は、閉状態とし、第１配管２２を流れる流通ガスは、全量が計測ユニット４２に供給される状態とする。また、開閉弁３４は、開閉のいずれの状態でもよい。
【００５９】
制御手段１８は、第１流通ガスが計測セル４５を流れる状態としたら、ステップＳ１４として、計測手段１６により計測ユニット４２の計測セル４５の主管５２内を流れる第１流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度（以下「第１計測値」ともいう。）を計測する。これにより、還元触媒１４により、第１流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度を計測することができる。なお、第１流通ガスには、測定対象のガス状酸化物が還元触媒１４により還元された還元物と、還元前から含まれている測定対象のガス状酸化物の還元物（共存ガス）とが含まれている。このため、第１計測値は、測定対象のガス状酸化物を還元触媒で還元した還元物（流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物に由来する還元物）と、還元前から含まれている測定対象のガス状酸化物の還元物（共存ガス）とを合計した濃度が計測される。
【００６０】
制御手段１８は、第１流通ガスの濃度を計測したら、ステップＳ１６として、三方弁３０により第２配管２４と計測ユニット４２とを連結させ、第２配管２４を流れる流通ガス（第２流通ガス）が計測ユニット４２に流れる状態とする。なおこのとき、開閉弁３４は、閉状態とし、第２配管２４を流れる流通ガスは、全量が計測ユニット４２に供給される状態とする。また、開閉弁３２は、開閉のいずれの状態でもよい。
【００６１】
制御手段１８は、第２流通ガスが計測セル４５を流れる状態としたら、ステップＳ１８として、計測手段１６により計測ユニット４２の計測セル４５の主管５２内を流れる第２流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度（以下「第２計測値」ともいう。）を計測する。これにより、還元触媒１４により、第２流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度を計測することができる。なお、第２流通ガスには、還元前から含まれている測定対象のガス状酸化物の還元物（共存ガス）が含まれている。このため、第２計測値は、還元前から含まれている測定対象のガス状酸化物の還元物（共存ガス）の濃度が計測される。
【００６２】
制御手段１８は、第２流通ガスの濃度を計測したら、ステップＳ２０として、流通ガスに含まれるガス状酸化物の計測値を算出する。具体的には、ステップＳ１４で計測した第１計測値と、ステップＳ１８で計測した第２計測値との差分により、流通ガスに含まれるガス状酸化物の計測値を算出する。つまり、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物に由来する還元物と、共存ガスとを合計した濃度から、共存ガスの濃度を引くことで、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物に由来する還元物を算出することができる。さらに、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物に由来する還元物と流通ガスの流量の関係、また、ガス状酸化物から還元物への反応の過程による各成分の増減を加味することで、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の濃度を算出することができる。制御手段１８は、ガス状酸化物の計測値を算出したら、本処理を終了する。なお、制御手段１８は、上記処理を繰り返すことで、連続的にガス状酸化物の濃度を計測するようにしてもよい。
【００６３】
ガス濃度計測装置１０は、以上のように、測定対象のガス状酸化物を還元触媒１４により還元した第１流通ガスに含まれる還元物の濃度を計測手段１６により計測し、さらに、測定対象のガス状酸化物を還元していない第２流通ガスに含まれる還元物の濃度を計測手段１６により計測し、差分をとることで、測定対象のガス状酸化物の濃度を算出することができる。
【００６４】
また、計測手段１６として、測定対象のガス状酸化物の還元物の吸収波長域の近赤外波長域のレーザ光を照射し、当該還元物により吸収される強度を検出することで、短時間で、かつ、高い精度で濃度を計測することができる。
【００６５】
また、測定対象のガス状酸化物を還元し、還元物として測定することで、近赤外波長域に吸収波長がないガス状酸化物や、近赤外波長域での計測感度の低いガス状酸化物であっても高精度での計測を行うことができる。
【００６６】
例えば、測定対象のガス状酸化物が、硫黄酸化物である場合、二酸化硫黄（ＳＯ２）は、図４−１に示すように、７μｍ付近の赤外領域では、強い光吸収を示すが、波長２μｍ以下の近赤外領域には、強い吸収がない。同様に、亜硫酸（ＳＯ３）も、図４−２に示すように、７μｍ付近の赤外領域では、強い光吸収を示すが、波長２μｍ以下の近赤外領域には、強い吸収がない。これに対して、硫黄酸化物の還元物である、硫化水素（Ｈ２Ｓ）は、図４−３に示すように、近赤外域に吸収が大きくなる波長帯（１．５６μｍから１．６２μｍ、１．９０μｍから２．００μｍ）がある。したがって、測定対象のガス状酸化物が、硫黄酸化物である場合は、硫化水素とすることで、計測手段１６による計測が可能となる。なお、ここでは、硫黄酸化物の場合として説明したが、これに限定されず、化合物として酸素を有し分子量が重いガス状酸化物を、水素を有する還元物として分子量を軽くすることで、近赤外の波長域に吸収波長がある化合物とすることができる。また近赤外に波長域があるガス状酸化物の場合も、還元物とすることで、より検出感度が高い化合物とすることができ、高い精度で計測することができる。
【００６７】
さらに、近赤外波長域のレーザ光を用いる計測では、測定対象の還元物以外の成分が混在した状態であっても、測定対象の還元物の濃度を適切に測ることができる。つまり、測定対象の還元物以外の成分がノイズとなりにくくすることができる。これにより、フィルタや、除湿の工程をなくすまたは少なくすることができ、計測対象配管８から流通ガスを吸引してから、計測を行い、計測結果を算出するまでの時間を短時間にすることができる。つまり、計測の時間遅れを少なくすることができる。これにより、応答性を高くすることができる。
【００６８】
また、ガス濃度計測装置１０は、流通ガスに含まれる共存ガス、つまり、流通ガスに元々含まれている測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度も計測することができる。これにより、流通ガスに含まれるガス状酸化物と、ガス状酸化物の還元物との比も算出することができる。
【００６９】
また、ポンプ３１を設けることで、計測対象配管８を流れる流通ガスを適切にサンプリング配管２０から吸引することができる。なお、ポンプ３１は設けることが好ましいが、配管ユニット１２の構成や、計測対象配管８を流れる流通ガスの圧力等により、配管ユニット１２に一定流量以上の流通ガスが流れる場合は、ポンプ３１は設けなくてもよい。
【００７０】
ここで、ガス濃度計測装置は、上記実施形態に限定されず、種々の実施形態とすることができる。以下、図５から図１１を用いて、他の実施形態について説明する。
【００７１】
［実施形態２］
図５は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図５に示すガス濃度計測装置１００は、配管ユニット１１２と、還元触媒１４と、計測手段１１６と、制御手段１１８とを有する。ここで、ガス濃度計測装置１００は、計測ユニットが２つ設けられており、第１配管１２２、第２配管１２４のそれぞれに計測ユニットが配置されている。なお、還元触媒１４は、図１に示す還元触媒１４と同様の構成であるので、説明を省略する。また、本実施形態では、ポンプ３１及びガス状酸化物検出手段３９を設けない構成としたが、設けてもよい。なお、ポンプ３１及びガス状酸化物検出手段３９は、下記の実施形態のいずれにもおいても同様である。
【００７２】
配管ユニット１１２は、サンプリング配管２０と、第１配管１２２と、第２配管１２４と、流量計３６、３８とを有する。サンプリング配管２０、流量計３６、３８とは、配管ユニット１２の各部と同様の構成なので、説明は省略する。
【００７３】
第１配管１２２は、一方の端部がサンプリング配管２０と接続され、他方の端部が計測手段１１６の第１計測ユニット１３０と接続されている。また、第１配管１２２には、管路内に後述する還元触媒１４が配置されている。また、第１配管１２２の還元触媒１４が配置されている領域は、他の領域よりも管路の径が大きくなっている。また、第１配管１２２の上流側の端部近傍には、第１配管１２２を流れる流通ガスの流量を計測する流量計３６が配置されている。
【００７４】
第２配管１２４は、基本的に第１配管１２２と並列に形成された配管であり、一方の端部がサンプリング配管２０と接続され、他方の端部が計測手段１１６の第２計測ユニット１３２と接続されている。また、第２配管１２４には、管路内に後述する還元触媒１４が配置されていない。このように、配管ユニット１１２は、第１配管１２２の他方の端部と第２配管１２４の他方の端部とを接続する三方弁が設けられておらず、別々の計測ユニットに接続されている。
【００７５】
計測手段１１６は、第１計測ユニット１３０と、第２計測ユニット１３２と、計測手段本体１３４とを有する。第１計測ユニット１３０は、第１配管１２２の他方の端部に接続されており、第１配管１２２を流れた流通ガス、つまり、還元触媒１４を通過した流通ガス（第１流通ガス）が供給される。なお、第１計測ユニット１３０の各部の構成は、上述した計測ユニット４２と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００７６】
第２計測ユニット１３２は、第２配管１２４の他方の端部に接続されており、第２配管１２４を流れた流通ガス、つまり、還元触媒１４を通過していない流通ガス（第２流通ガス）が供給される。なお、第２計測ユニット１３２の各部の構成も、上述した計測ユニット４２と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００７７】
計測手段本体１３４は、第１計測ユニット１３０、第２計測ユニット１３２の２つの計測ユニットにレーザ光を出力し、２つの計測ユニットから受光信号を受光する以外は、基本的に計測手段本体４４と同様の構成である。なお計測手段本体１３４は、２つの発光部を設け、それぞれの計測ユニットにレーザ光を出力するようにしてもよいが、１つの発光部から出力したレーザ光を２つに分波し、それぞれの計測ユニットにレーザ光を出力することが好ましい。発光部を１つにすることで、２つの計測ユニットに入射するレーザ光の波長を同じにすることができ、計測精度をより高くすることができる。
【００７８】
計測手段本体１３４は、第１計測ユニット１３０に出力したレーザ光の強度、第１計測ユニット１３０から送られる受光信号に基づいて、第１流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度を計測し、第２計測ユニット１３２に出力したレーザ光の強度、第２計測ユニット１３２から送られる受光信号に基づいて、第２流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度を計測する。計測手段本体１３４は、計測結果を制御手段１１８に送る。
【００７９】
制御手段１１８は、制御手段１８と同様に、配管ユニット１１２、還元触媒１４、計測手段１１６の各部の動作を制御する。また、制御手段１１８は、計測手段１１６から送られる計測結果に基づいて、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の濃度を計測（算出）する。なお、算出方法は、上述した制御手段１８の算出方法と同様の方法である。
【００８０】
ガス濃度計測装置１００は、以上のような構成により、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の濃度を計測することができる。また、上述したガス濃度計測装置１０と同様に、計測手段として、いわゆるＴＤＬＡＳ方式の計測手段を用い、かつ、測定対象のガス状酸化物を還元した還元物を用いることで、上述と同様の効果をえることができる。
【００８１】
ガス濃度計測装置１００は、第１計測ユニット１３０、第２計測ユニット１３２の２つの計測ユニットを設けることで、第１流通ガスと第２流通ガスとを別々に計測することができる。これにより、第１流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度と、第２流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度とを同時に計測することができる。これにより、流路の切り替えが必要なくなり、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の濃度をより連続的に計測することができる。また、流路を切り替えることなく、計測ができるため、計測の応答性もより高くすることができる。
【００８２】
［実施形態３］
図６は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図６に示すガス濃度計測装置２００は、配管ユニット２１２と、還元触媒１４と、計測手段２１６と、制御手段２１８とを有する。ここで、ガス濃度計測装置２００は、配管ユニットが１本の配管で設けられており、計測ユニットが２つ設けられている。なお、還元触媒１４は、図１に示す還元触媒１４と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００８３】
配管ユニット２１２は、サンプリング配管２２０と、配管２２２と、流量計２２４とを有する。サンプリング配管２２０は、計測対象配管８と接続し、計測対象配管８を流れる流通ガスの一部を捕集する配管であり、一方の端部が計測対象配管８の内部に配置されており、他方の端部が計測手段２１６の上流側計測ユニット２３０と連結されている。また、サンプリング配管２２０の経路上には、サンプリング配管２２０を流れる流通ガスの流量を計測する流量計２２４が配置されている。
【００８４】
配管２２２は、一方の端部が上流側計測ユニット２３０と接続され、他方の端部が計測手段２１６の下流側計測ユニット２３２と接続されている。また、配管２２２には、管路内に後述する還元触媒１４が配置されている。また、配管２２２の還元触媒１４が配置されている領域は、他の領域よりも管路の径が大きくなっている。
【００８５】
計測手段２１６は、上流側計測ユニット２３０と、下流側計測ユニット２３２と、計測手段本体２３４とを有する。上流側計測ユニット２３０は、上流側の端部が、サンプリング配管２２０の他方の端部と連結され、下流側の端部が、配管２２２の一方の端部（上流側の端部）とに連結されており、サンプリング配管２２０を流れ、還元触媒１４を通過する前の流通ガス（第２流通ガス）が供給される。なお、上流側計測ユニット２３０は、上述した計測ユニット４２と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００８６】
下流側計測ユニット２３２は、上流側の端部が、配管２２２の一方の端部（下流側の端部）と連結され、下流側の端部が、さらに下流側の配管（排気配管等）とに連結されており、配管２２２を流れ、還元触媒１４を通過した流通ガス（第１流通ガス）が供給される。なお、下流側計測ユニット２３２も、上述した計測ユニット４２と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００８７】
計測手段本体２３４は、上流側計測ユニット２３０、下流側計測ユニット２３２の２つの計測ユニットにレーザ光を出力し、２つの計測ユニットから受光信号を受光する以外は、基本的に計測手段本体４４と同様の構成である。つまり、計測手段本体１３４と同様の構成である。
【００８８】
計測手段本体２３４は、下流側計測ユニット２３２に出力したレーザ光の強度、下流側計測ユニット２３２から送られる受光信号に基づいて、第１流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度を計測し、上流側計測ユニット２３０に出力したレーザ光の強度、上流側計測ユニット２３０から送られる受光信号に基づいて、第２流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度を計測する。計測手段本体２３４は、計測結果を制御手段２１８に送る。
【００８９】
制御手段２１８は、制御手段１８と同様に、配管ユニット２１２、還元触媒１４、計測手段２１６の各部の動作を制御する。また、制御手段２１８は、計測手段２１６から送られる計測結果に基づいて、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の濃度を計測（算出）する。なお、算出方法は、上述した制御手段１８の算出方法と同様の方法である。
【００９０】
ガス濃度計測装置２００は、以上のような構成により、還元触媒が配置されている領域よりも上流側と、下流側のそれぞれに計測ユニットを設けることでも、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の濃度を計測することができる。また、上述したガス濃度計測装置１０と同様に、計測手段として、いわゆるＴＤＬＡＳ方式の計測手段を用い、かつ、測定対象のガス状酸化物を還元した還元物を用いることで、上述と同様の効果をえることができる。
【００９１】
ガス濃度計測装置２００は、還元触媒が配置されている領域よりも上流側と、下流側のそれぞれに計測ユニット２３０、２３２の２つの計測ユニットを設けることで、流通ガスを案内する配管を２つに分離することなく、第１流通ガスと第２流通ガスとを別々に計測することができる。また、この場合も、第１流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度と、第２流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度とを同時に計測することができる。これにより、流路の切り替えが必要なくなり、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の濃度をより連続的に計測することができる。また、流路を切り替えることなく、計測ができるため、計測の応答性もより高くすることができる。また、計測対象のガスを同じ流通ガスとすることができる。つまり、上流側計測ユニット２３０で計測した流通ガスを還元させた後、下流側計測ユニット２３２で計測することができる。
【００９２】
［実施形態４］
図７は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図７に示すガス濃度計測装置３００は、配管ユニット３１２と、還元触媒１４と、計測手段３１６と、制御手段３１８とを有する。ここで、ガス濃度計測装置３００は、配管ユニット３１２の構成と、計測ユニットの配置位置、構成を除いて、他の構成はガス濃度計測装置２００と同様の構成である。また、還元触媒１４は、図１に示す還元触媒１４と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００９３】
配管ユニット３１２は、サンプリング配管３２０と、流量計３２２とを有する。サンプリング配管３２０は、計測対象配管８と接続し、計測対象配管８を流れる流通ガスの一部を捕集する配管であり、一方の端部が計測対象配管８の内部に配置されており、他方の端部が下流の配管（排気配管）と連結されている。また、サンプリング配管３２０の経路上には、サンプリング配管３２０を流れる流通ガスの流量を計測する流量計３２２が配置されている。また、サンプリング配管３２０には、管路内に還元触媒１４が配置されている。また、サンプリング配管３２０の還元触媒１４が配置されている領域は、他の領域よりも管路の径が大きくなっている。つまり、本実施形態の配管ユニットは、１本の配管で構成されている。
【００９４】
計測手段３１６は、上流側計測ユニット３３０と、下流側計測ユニット３３２と、計測手段本体３３４とを有する。上流側計測ユニット３３０は、サンプリング配管３２０の還元触媒１４の配置位置よりも上流側に設けられており、サンプリング配管３２０を流れ、還元触媒１４を通過する前の流通ガス（第２流通ガス）の測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度を計測する。なお、上流側計測ユニット３３０は、測定光であるレーザ光をサンプリング配管３２０内に入射させ、サンプリング配管３２０を通過したレーザ光を受光することで、ガス濃度を計測する。
【００９５】
上流側計測ユニット３３０は、入射管３４２ａと、出射管３４４ａと、窓３４６ａ、３４８ａと、光ファイバ３５０ａと、入光部３５２ａと、受光部３５４ａを有する。
【００９６】
入射管３４２ａは、管状部材であり、一方の端部がサンプリング配管３２０に連結されている。また、サンプリング配管３２０は、入射管３４２ａとの連結部が、入射管３４２ａの開口（端部の開口）と略同一形状の開口となっている。つまり、入射管３４２ａは、サンプリング配管３２０と、空気の流通が可能な状態で連結されている。また、入射管３４２ａの他方の端部には、窓３４６ａが設けられており、窓３４６ａにより封止されている。なお、窓３４６ａは、光を透過する部材、例えば、透明なガラス、樹脂等で構成されている。これにより、入射管３４２ａは、窓３４６ａが設けられている端部が、空気が流通しない状態で、かつ、光が透過できる状態となる。
【００９７】
入射管３４２ａは、図７、窓３４６ａ側の端部の開口（つまり、窓３４６ａにより塞がれている開口）の面積と、サンプリング配管３２０側の端部（つまり、サンプリング配管３２０と連結している部分の開口）の面積とが実質的に同一の円筒形状である。なお、入射管３４２ａの形状は円筒形状に限定されず、空気及び光を通過させる筒型の形状であればよく、種々の形状とすることができる。例えば、断面が四角、多角形、楕円、非対称曲面となる形状としてもよい。また筒形状の断面の形状、径が位置によって変化する形状でもよい。
【００９８】
出射管３４４ａは、入射管３４２ａと略同一形状の管状部材であり、一方の端部がサンプリング配管３２０に連結され、出射管３４４ａの他方の端部には、窓３４８ａが設けられている。出射管３４４ａも、サンプリング配管３２０と空気が流通可能な状態で、窓３２８ａが設けられている端部が、空気が流通しない状態で、かつ、光が透過できる状態となる。また、出射管３４４ａは、中心軸が入射管３４２ａの中心軸と略同一となる位置に配置されている。つまり、入射管３４２ａと出射管３４４ａとは、サンプリング配管３２０の対向する位置に配置されている。
【００９９】
また、出射管３４４ａも、窓３４８ａ側の端部の開口（つまり、窓３４８ａにより塞がれている開口）の面積と、サンプリング配管３２０側の端部（つまり、サンプリング配管３２０と連結している部分の開口）の面積とが実質的に同一の円筒形状である。なお、出射管３４４ａも形状は円筒形状に限定されず、空気及び光を通過させる筒型の形状であればよく、種々の形状とすることができる。例えば、断面が四角、多角形、楕円、非対称曲面となる形状としてもよい。また筒形状の断面の形状、径が位置によって変化する形状でもよい。
【０１００】
次に、光ファイバ３５０ａは、計測手段本体３３４から出力されるレーザ光を入光部３５２ａに案内する。つまり、計測手段本体３３４から出力されたレーザ光を入光部３５２ａに入射させる。入光部３５２ａは、窓３４６ａに配置された光学系（ミラー、レンズ等）であり、光ファイバ３５０ａにより案内されたレーザ光を窓３４６ａから入射管３４２ａの内部に入射させる。入射管３４２ａに入射したレーザ光は、入射管３４２ａからサンプリング配管３２０を通過して、出射管３４４ａに到達する。
【０１０１】
受光部３５４ａは、サンプリング配管３２０の内部を通過し、窓３４８ａから出力されたレーザ光を受光する受光部である。受光部３５４ａは、受光したレーザ光の強度を受光信号として、計測手段本体３３４に送る。
【０１０２】
上流側計測ユニット３３０は、計測手段本体３３４から光ファイバ３５０ａに供給されるレーザ光を、入射部３５２ａ、窓３４６ａ、入射管３４２ａ、サンプリング配管３２０、出射管３４４ａ、窓３４８ａを通過して、受光部３５４ａに入射する。これにより、上流側計測ユニット３３０は、還元触媒１４を通過する前の流通ガス（第２流通ガス）が流れている領域を通過させたレーザ光の出力を検出することができる。これにより、上流側計測ユニット３３０は、上流側計測ユニット２３０と同様に、第２計測値を計測することができる。
【０１０３】
下流側計測ユニット３３２は、サンプリング配管３２０の還元触媒１４の配置位置よりも下流側に設けられており、サンプリング配管３２０を流れ、還元触媒１４を通過した後の流通ガス（第１流通ガス）の測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度を計測する。なお、下流側計測ユニット３３２も、測定光であるレーザ光をサンプリング配管３２０内に入射させ、サンプリング配管３２０を通過したレーザ光を受光することで、ガス濃度を計測する。下流側計測ユニット３３２は、入射管３４２ｂと、出射管３４４ｂと、窓３４６ｂ、３４８ｂと、光ファイバ３５０ｂと、入光部３５２ｂと、受光部３５４ｂを有する。なお、下流側計測ユニット３３２は、計測ユニットの配置位置を除いて、基本的構成は、上流側計測ユニット２３２と同様であるので説明を省略する。
【０１０４】
上流側計測ユニット３３０は、計測手段本体３３４から光ファイバ３５０ａに供給されるレーザ光を、入射部３５２ａ、窓３４６ａ、入射管３４２ａ、サンプリング配管３２０、出射管３４４ａ、窓３４８ａを通過して、受光部３５４ａに入射する。これにより、上流側計測ユニット３３０は、還元触媒１４を通過する前の流通ガス（第１流通ガス）が流れている領域を通過させたレーザ光の出力を検出することができる。これにより、上流側計測ユニット３３０は、下流側計測ユニット２３２と同様に、第１計測値を計測することができる。
【０１０５】
計測手段本体３３４は、上流側計測ユニット３３０、下流側計測ユニット３３２の２つの計測ユニットにレーザ光を出力し、２つの計測ユニットから受光信号を受光する以外は、基本的に計測手段本体４４と同様の構成である。つまり、計測手段本体１３４と同様の構成である。
【０１０６】
計測手段本体３３４は、下流側計測ユニット３３２に出力したレーザ光の強度、下流側計測ユニット３３２から送られる受光信号に基づいて、第１流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度を計測し、上流側計測ユニット３３０に出力したレーザ光の強度、上流側計測ユニット３３０から送られる受光信号に基づいて、第２流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度を計測する。計測手段本体３３４は、計測結果を制御手段３１８に送る。
【０１０７】
制御手段３１８は、制御手段１８と同様に、配管ユニット３１２、還元触媒１４、計測手段３１６の各部の動作を制御する。また、制御手段３１８は、計測手段３１６から送られる計測結果に基づいて、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の濃度を計測（算出）する。なお、算出方法は、上述した制御手段１８の算出方法と同様の方法である。
【０１０８】
ガス濃度計測装置３００は、以上のような構成により、還元触媒が配置されている領域よりも上流側と、下流側のそれぞれに計測ユニットを設けることでも、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の濃度を計測することができる。また、上述したガス濃度計測装置１０と同様に、計測手段として、いわゆるＴＤＬＡＳ方式の計測手段を用い、かつ、測定対象のガス状酸化物を還元した還元物を用いることで、上述と同様の効果をえることができる。
【０１０９】
ガス濃度計測装置３００も、還元触媒が配置されている領域よりも上流側と、下流側のそれぞれに計測ユニット３３０、３３２の２つの計測ユニットを設けることで、流通ガスを案内する配管を２つに分離することなく、第１流通ガスと第２流通ガスとを別々に計測することができる。また、この場合も、第１流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度と、第２流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度とを同時に計測することができる。これにより、流路の切り替えが必要なくなり、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の濃度をより連続的に計測することができる。また、流路を切り替えることなく、計測ができるため、計測の応答性もより高くすることができる。また、計測対象のガスを同じ流通ガスとすることができる。つまり、上流側計測ユニット３３０で計測した流通ガスを還元させた後、下流側計測ユニット３３２で計測することができる。
【０１１０】
さらに、ガス濃度計測装置３００は、サンプリング配管３２０を流れる流通ガスを直接計測することができる。これにより、計測セルを設けることなく、サンプリング配管３２０に開口を形成するのみで設置することができる。また、上記実施形態では、サンプリング配管３２０に設けた場合として説明したが、これに限定されず、計測対象配管に直接接地することもできる。計測対象配管に直接設ける場合でも、専用の計測セルが必要ないため、計測対象配管を流れる流通ガスの流量、流速を変化させずに、計測することができる。
【０１１１】
また、上記実施形態では、入射管と出射管を同軸上に設けたがこれには限定されない。例えば、サンプリング配管内に光学ミラーを設け、入射管の窓から入射されたレーザ光を測定セル内の光学ミラーで多重反射させた後、出射管の窓に到達させるようにしてもよい。このようにレーザ光を多重反射させることで、サンプリング配管内のより多くの領域を通過させることができる。これにより、サンプリング配管内を流れる流通ガスの濃度の分布（流通ガスの流量や密度のばらつき、流通ガス内の濃度分布のばらつき）の影響を小さくすることができ、正確に濃度を検出することができる。
【０１１２】
また、上記実施形態では、入射管と出射管をサンプリング配管に直接設けたが、サンプリング配管と同径の管に、入射管と出射管を設置し、その管をサンプリング配管の一部にはめ込むようにしても良い。つまり、サンプリング配管の一部を切断し、その切断部に入射管と出射管を設置した管をはめ込むようにしてもよい。
【０１１３】
［実施形態５］
図８は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。ここで、ガス濃度計測装置４００は、還元剤供給主段４５０で設けられている点を除いて、他の構成は、基本的にガス濃度計測装置２００と同様である。そこで、ガス濃度計測装置２００と同様の構成には、同様の符号を付して説明を省略し、ガス濃度計測装置４００に特有の点について説明する。ここで、図８に示すガス濃度計測装置４００は、配管ユニット２１２と、還元触媒１４と、計測手段２１６と、制御手段４１８と、還元剤供給手段４５０とを有する。配管ユニット２１２と、還元触媒１４と、計測手段２１６と、は、図６に示すガス濃度計測装置２００の各手段と同様の構成であるので、説明を省略する。
【０１１４】
還元剤供給手段４５０は、流通ガスの流れ方向において、配管２２２の計測ユニット２３０よりも下流側で、かつ、還元触媒１４よりも上流側に配置されている。つまり、還元剤供給手段４５０は、濃度の計測が終了し、還元処理が行われる前の流通ガス（第２流通ガス）が流れている配管に接続されている。還元剤供給手段４５０は、配管４５２と、還元剤供給装置４５４と、流量計４５６とを有する。配管４５２は、一方の端部が、配管２２２の還元触媒１４よりも上流側に接続されており、他方の端部が、還元剤供給装置４５４と接続されている。還元剤供給装置４５４は、配管４５２を介して配管２２２に還元剤を投入する装置である。還元剤供給装置４５４は、還元剤を貯留する貯留機構や、貯留している還元剤を配管４５２に投入する投入機構を有する。なお、投入機構としては、還元剤を空気搬送する機構、例えば、ファン（送風機）を用いることができる。流量計４５６は、配管４５２を流れる空気の流量を計測する計測器であり、還元剤供給装置４５４から配管２２２に投入される空気の量を計測し、計測結果を制御手段４１８に送る。
【０１１５】
制御手段４１８は、配管ユニット４１２、還元触媒１４、計測手段４１６と、の各部の動作を制御する。また、制御手段４１８は、制御手段１８と同様に、計測手段２１６から送られる計測結果に基づいて、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の濃度を計測（算出）する。なお、算出方法は、上述した制御手段１８の算出方法と同様の方法である。さらに、制御手段４１８は、還元剤供給手段４５０から配管２２２に投入する還元剤の量を制御する。
【０１１６】
ガス濃度計測装置４００は、以上のような構成により、還元触媒が配置されている領域よりも上流側と、下流側のそれぞれに計測ユニットを設けることでも、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の濃度を計測することができる。また、上述したガス濃度計測装置１０と同様に、計測手段として、いわゆるＴＤＬＡＳ方式の計測手段を用い、かつ、測定対象のガス状酸化物を還元した還元物を用いることで、上述と同様の効果をえることができる。
【０１１７】
また、ガス濃度計測装置４００は、還元触媒１４の上流側で流通ガスに、測定対象のガス酸化物を還元する（還元反応する）還元剤を投入することで、好適にガス酸化物を還元物にすることができる。これにより、下流側計測ユニット２３２を通過する流通ガスに測定対象のガス状酸化物の残存量をより少なくすることができ、測定対象のガス状酸化物の濃度をより高い精度で算出することができる。
【０１１８】
［実施形態６］
図９は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図９に示すガス濃度計測装置５００は、配管ユニット５１２と、還元触媒５１４と、計測手段５１６と、制御手段５１８と、還元剤供給手段５５０とを有する。
【０１１９】
配管ユニット５１２は、サンプリング配管５２０と、流量計５２２とを有する。サンプリング配管５２０は、計測対象配管８と接続し、計測対象配管８を流れる流通ガスの一部を捕集する配管であり、一方の端部が計測対象配管８の内部に配置されており、他方の端部が計測手段５１６の計測ユニット５３２と連結されている。また、サンプリング配管５２０の経路上の還元剤供給手段５５０との接続部よりも上流側には、サンプリング配管５２０を流れる流通ガスの流量を計測する流量計５２２が配置されている。また、サンプリング配管５２０には、管路内に還元触媒５１４が配置されている。また、サンプリング配５２０の還元触媒５１４が配置されている領域は、他の領域よりも管路の径が大きくなっている。つまり、本実施形態の配管ユニットは、１本の配管で構成されている。
【０１２０】
次に、還元触媒５１４は、測定対象のガス酸化物を選択的に吸蔵し、還元剤との反応を促進させて還元物とする吸蔵型還元触媒（ＳＣＲ触媒）で構成されている。還元触媒５１４は、測定対象のガス酸化物を飽和するまで吸蔵する。また、還元触媒５１４は、還元剤が供給されると吸着させているガス酸化物と還元剤との反応を促進させ、反応され還元物として生成されるガス酸化物の還元物を流通ガスとともに下流側に流す。なお、還元触媒５１４に用いることができる吸蔵触媒としては、従来の三元触媒にガス状酸化物の吸蔵材としてＢａなどのアルカリ性の物質を加えたもので、ハニカム担体にアルミナをコートして、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、種々のアルカリ類、アルカリ土類、希土類酸化物を担持したものを用いることができる。
【０１２１】
還元触媒５１４は、例えば、ガス状酸化物が硫黄酸化物（ＳＯｘ）の場合、硫黄酸化物をＢａＳＯ４のような金属硫酸塩とすることで吸蔵する。また、還元剤５１４は、還元雰囲気（例えば、一定温度５００℃以上）で還元触媒５１４に還元剤を注入することにより、ＢａＳＯ４をＨ２Ｓとし、還元触媒５１４から流通ガスと共に下流側に排出する。
【０１２２】
計測手段５１６は、計測ユニット５３２と、計測手段本体５３４とを有する。計測ユニット５３２は、上流側の端部が、サンプリング配管５２０の一方の端部（下流側の端部）と連結され、下流側の端部が、さらに下流側の配管（排気配管等）とに連結されている。計ユニット５３２は、還元触媒５１４を通過した流通ガスが供給される。
【０１２３】
計測手段本体５３４は、計測ユニット５３２にレーザ光を出力し、計測ユニット５３２から受光信号を受光して、測定対象のガス状酸化物の還元物の濃度を計測するものであり、基本的に計測手段本体４４と同様の構成である。
【０１２４】
還元剤供給手段５５０は、流通ガスの流れ方向において、流量計５２２よりも下流側で、かつ、サンプリング配管５２０の還元触媒５１４よりも上流側に配置されている。つまり、  還元剤供給手段５５０は、流通ガスの流量の計測が終了し、還元触媒５１４に到達する前の流通ガスが流れている配管に接続されている。
【０１２５】
還元剤供給手段５５０は、配管５５２と、還元剤供給装置５５４と、開閉弁５５６と、流量計５５８とを有する。配管５５２は、一方の端部が、サンプリング配管５２０の還元触媒５１４よりも上流側に接続されており、他方の端部が、還元剤供給装置５５４と接続されている。還元剤供給装置５５４は、配管５５２を介してサンプリング配管５２０に還元剤を投入する装置である。還元剤供給装置５５４は、還元剤を貯留する貯留機構や、貯留している還元剤を配管５５２に投入する投入機構を有する。なお、投入機構としては、還元剤を空気搬送する機構、例えば、ファン（送風機）を用いることができる。開閉弁５５６は、還元剤供給装置５５４から供給された還元剤をサンプリング配管５２０に供給する状態と、供給しない状態とを切り替える弁である。開閉弁５５６は、制御手段５１８により開閉が制御される。流量計５５８は、配管５５２を流れる空気の流量を計測する計測器であり、還元剤供給装置５５４からサンプリング配管５２０に投入される空気の量を計測し、計測結果を制御手段５１８に送る。
【０１２６】
制御手段５１８は、制御手段１８と同様に、配管ユニット５１２、還元触媒５１４、計測手段５１６の各部の動作を制御する。また、制御手段５１８は、還元剤供給手段５５０の開閉弁５５６の開閉を制御することで、還元触媒５１４に還元剤を供給し、還元触媒５１４で還元剤と測定対象のガス状酸化物とが反応させ、ガス状酸化物を還元剤にする第１の状態と、還元触媒５１４に還元剤を供給せず、還元触媒５１４でガス状酸化物を吸蔵し、ガス状酸化物を還元触媒５１４に溜める第２の状態とを切り替える。
【０１２７】
以下、図１０−１及び図１０−２を用いて具体的に説明する。ここで、図１０−１及び図１０−２は、ガス濃度計測装置の動作を説明するための説明図である。なお、図１０−１及び図１０−２は、測定対象のガス状酸化物が硫黄酸化物であり、計測ユニットで濃度を計測するのが硫化水素の場合としている。また、図１０−１及び図１０−２は、横軸をともに時間ｔとし、図１０−１は、縦軸を開閉信号、図１０−２は、縦軸をＨ２Ｓ濃度とした。また、図１０−１は、開信号を１、閉信号を０とした。また、図１０−２のＨ２Ｓ濃度は、還元触媒５１４の下流側のＨ２Ｓ濃度である。
【０１２８】
例えば、制御部５１８は、図１０−１に示すように閉信号を出力し開閉弁５５６を閉じた状態から、時刻ｔ１で開信号を出力し、開閉弁５５６を開状態とし、一定時間経過後の時刻ｔ２で再び閉信号を出力し開閉弁５５６を閉じた状態とする。これにより、これにより、時刻ｔ１以前は、還元触媒５１４に還元剤が供給されていない状態となり、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、還元触媒５１４に還元剤が供給される状態となり、時刻ｔ２以降は、再び、還元触媒５１４に還元剤が供給されない状態となる。
【０１２９】
これに対応して、還元触媒５１４では、時刻ｔ１以前は、還元触媒５１４でガス状酸化物を吸蔵している状態となり、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、還元触媒５１４でガス状酸化物を還元している状態となり、時刻ｔ２以降は、再び、還元触媒５１４でガス状酸化物を吸蔵している状態となる。これにより、時刻ｔ１以前及び時刻ｔ２以降は、基本的に、還元前から流通ガスに含まれるガス状酸化物の還元物（共存ガス、捕集時から流通ガスに含まれるガス状酸化物の還元物）のみが、還元触媒５１４を通過した流通ガスに含まれ、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、共存ガスに加え、還元触媒５１４に吸蔵されているガス状酸化物が還元剤と反応し、生成されたガス状酸化物の還元物も含まれる状態となる。これにより、図１０−２に示すように、時刻ｔ１以前は、硫化水素の濃度が低く（濃度ｘ１）、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、硫化水素の濃度が高くなり（濃度ｘ２）、時刻ｔ２以降は、再び、硫化水素の濃度が低くなる（濃度ｘ１）。なお、上記実施形態では、硫黄酸化物及び硫化水素の場合としたが、窒素酸化物及びアンモニアの場合も同様の処理ができる。
【０１３０】
制御手段５１８は、図１０−２の関係を用いて、共存ガスの濃度を計測し、さらに、還元処理時に検出されるガス状酸化物の還元物の濃度と、還元処理前にガス状酸化物を吸蔵していた時間との関係に基づいて、演算を行うことで（例えば、吸蔵していた時間と反応させた時間との合計で濃度を平均化することで）、流通ガスに含まれるガス状酸化物に由来するガス状酸化物の還元物の濃度を算出し、さらにその結果から、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の濃度を計測（算出）する。
【０１３１】
ガス濃度計測装置５００は、以上のような構成により、還元触媒として、ガス状酸化物を吸蔵する吸蔵型還元触媒を用い、還元剤の供給を調整することで、ガス状酸化物の吸蔵、還元を繰り返すことでも、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の濃度を計測することができる。この場合も、上述したガス濃度計測装置１０と同様に、計測手段として、いわゆるＴＤＬＡＳ方式の計測手段を用い、かつ、測定対象のガス状酸化物を還元した還元物を用いることで、上述と同様の効果を得ることができる。
【０１３２】
なお、本実施形態では、切り替えの時間が必要となるため、ガス濃度計測手段１０と同様に完結的な計測となるが、計測ユニットを１つで濃度を計測することができる。
【０１３３】
なお、本実施形態の場合は、予め、飽和するために必要なガス状酸化物の量を、例えば、濃度と流量と流通時間との関係で算出し、還元剤供給時は、還元触媒５１４のガス状酸化物の飽和量、つまり、還元触媒５１４に吸蔵されたガス状酸化物を還元するために必要な還元剤の最大量）の１から１０倍の量をサンプリング配管５５０に供給することが好ましい。また、制御手段５１８は、還元触媒５１４に吸蔵させるガス状酸化物の量を、飽和吸蔵量の１／１０以上１／２以下とすることが好ましい。還元触媒５１４に吸蔵させるガス状酸化物の量が上記範囲以下の状態で還元処理を行うことで、ガス状酸化物の濃度を好適に算出することができる。
【０１３４】
また、制御手段５１８は、計測値に基づいて、上記範囲を満たすように開閉を制御することが好ましい。例えば、測定対象のガス状酸化物の還元物を硫化水素とし、硫化水素の計測レンジを、０から１０００ｐｐｍとして計測を行う場合（なお、装置内部では、１５００ｐｐｍまで計測可能な設定とする。）、まず、開閉弁５５６を閉状態として硫黄酸化物を還元触媒に２５秒間吸蔵させ、その後、５秒間、開閉弁５５６を開状態として、還元剤を還元触媒に供給し、硫黄酸化物を還元し、その時の硫化水素濃度から吸蔵時間を増減させる。例えば、計測値が、５００ｐｐｍ以下の場合、開閉弁５５６の閉状態（吸蔵時間）を５０秒間、開閉弁５５６の開状態（還元時間）を５秒間に変更する。また、計測値が、１０００ｐｐｍ以上の場合、吸蔵時間を１２．５秒間に、還元時間を２．５秒間変更する。このように、開閉を調整することで、計即時の還元剤の濃度を適切な範囲にすることができ、ガス状酸化物の濃度を正確に計測することができる。
【０１３５】
［実施形態７］
図１１は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。ここで、ガス濃度計測装置６００は、水性シフト触媒６５０を設けている点を除いて、他の構成は、基本的にガス濃度計測装置２００と同様である。そこで、ガス濃度計測装置２００と同様の構成には、同様の符号を付して説明を省略し、ガス濃度計測装置６００に特有の点について説明する。ここで、図１１に示すガス濃度計測装置６００は、配管ユニット２１２と、還元触媒１４と、計測手段２１６と、制御手段６１８と、水性シフト触媒６５０とを有する。配管ユニット２１２と、還元触媒１４と、計測手段２１６と、は、図６に示すガス濃度計測装置２００の各手段と同様の構成であるので、説明を省略する。
【０１３６】
水性シフト触媒６５０は、流通ガスの流れ方向において、配管２２２の計測ユニット２３０よりも下流側で、かつ、還元触媒１４よりも上流側に配置されている。つまり、水性シフト触媒６５０は、濃度の計測が終了し、還元処理が行われる前の流通ガス（第２流通ガス）が流れている配管に接続されている。水性シフト触媒６５０は、流通ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）と水（Ｈ２Ｏ）とを反応させて、水素（Ｈ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）を生成する。水性シフト触媒６５０で生成された水素は、還元触媒でガス状酸化物と反応する。
【０１３７】
制御手段６１８は、配管ユニット２１２、還元触媒１４、計測手段２１６と、の各部の動作を制御する。また、制御手段４１８は、制御手段６１８と同様に、計測手段２１６から送られる計測結果に基づいて、流通ガスに含まれる測定対象のガス状酸化物の濃度を計測（算出）する。なお、算出方法は、上述した制御手段１８の算出方法と同様の方法である。なお、制御手段６１８は水性シフト触媒６５０の温度等を制御する機構を備えている場合は、水素を高い効率で生成できるように温度を調整する。
【０１３８】
ガス濃度計測装置６００は、以上のような構成により、水性シフト触媒を設けた場合でも、上述と同様の効果をえることができる。さらに、水性シフト触媒６５０で、還元触媒の上流側で水素を生成することで、還元触媒１４でのガス状酸化物の還元反応を促進することができる。これにより、ガス状酸化物をより確実に還元することができ、ガス状酸化物の計測精度をより向上させることができる。
【０１３９】
また、ガス濃度計測手段６００は、還元触媒１４の上流側で流通ガスに、測定対象のガス酸化物を還元する（還元反応する）水素を生成することで、好適にガス酸化物を還元物にすることができる。これにより、下流側計測ユニット２３２を通過する流通ガスに測定対象のガス状酸化物の残存量をより少なくすることができ、測定対象のガス状酸化物の濃度をより高い精度で算出することができる。また、本実施形態では、流通ガスに含まれる成分から、還元剤を生成することができる。これより、新たな物質を投入することなく、還元をより円滑に行うことができる。
【０１４０】
ここで、本発明は上記実施形態にも限定されず、種々の形態とすることができる。例えば、各実施形態を組み合わせてもよい。例えば、実施形態１に還元剤供給手段を加えても良い。また、１つの装置に還元剤供給手段と、水性シフト触媒の両方を備えるようにしてもよい。
【０１４１】
また、ガス濃度計測装置は、流通ガスに煤塵が多く含まれている場合は、サンプリング配管の上流側の端部付近に除塵フィルタを設けてもよい。除塵フィルタを設けることで、流通ガスに含まれる煤塵を除去することができる。なお、除塵フィルタを設ける場合も、ガス濃度計測装置は、煤塵に対する許容度が大きいので、例えば、他の計測方法を用いる場合は、１μｍ以上の粒子を９９％以上捕集可能な円筒ろ紙やセラミックフィルタを使用する必要があるが、本発明によるガス濃度計測装置は、例えば、１００μｍ以上の粒子を捕集する金網フィルタなどの簡単な除塵フィルタ（つまり、性能が低く、流通ガスが通りやすいフィルタ）を用いることができる。これにより、除塵フィルタを配置することにより発生する時間遅れは、少なくすることができ、応答性を高く維持することができる。
【０１４２】
また、計測ユニットは、計測セルの窓に窓から離れる方向に空気を噴射するパージガス供給部を設けてもよい。パージガスを噴射させることで、窓に異物が付着し、レーザ光による計測に誤差が発生することを抑制することができる。
【０１４３】
また、上記実施形態では、いずれも流通ガスに含まれるガス酸化物濃度を計測したが、本発明はこれに限定されず、酸化物と還元物の両方で流通ガス状に混在する対象物質の濃度を、量を算出することもできる。つまり、流通ガスに含まれる硫黄成分の量も知ることができる。つまり、硫黄酸化物を硫化水素とし、この硫黄酸化物を還元した硫化水素と還元反応前から流通ガスに含まれる硫化水素とを、一度に計測することで、流通ガスに含まれる硫黄成分のトータル量を検出することができる。なお、この場合は、共存ガスの成分を検出する必要がないため、還元触媒の下流側のみに計測ユニットを設ければよい。
【０１４４】
図１２は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。ここで、ガス濃度計測装置７００は、計測手段７１６が１つの計測ユニットで構成されている点を除いて、他の構成は、基本的にガス濃度計測装置２００と同様である。そこで、ガス濃度計測装置２００と同様の構成には、同様の符号を付して説明を省略し、ガス濃度計測装置７００に特有の点について説明する。ここで、図１２に示すガス濃度計測装置７００は、配管ユニット２１２と、還元触媒１４と、制御手段７１８と、を有する。還元触媒１４と、計測手段２１６と、は、図６に示すガス濃度計測装置２００の各手段と同様の構成であるので、説明を省略する。なお、配管ユニット２１２は、還元触媒１４の上流側に計測ユニットが配置されていないことにより、サンプリング配管２２０の他方の端部（下流側の端部）と、配管２２２の一方の端部（上流側の端部）とが連通している以外は、同様の構成である。
【０１４５】
計測手段７１６は、計測ユニット７３２と、計測手段本体７３４とを有する。計測ユニット７３２は、上流側の端部が、配管２２２の一方の端部（下流側の端部）と連結され、下流側の端部が、さらに下流側の配管（排気配管等）とに連結されており、配管２２２を流れ、還元触媒１４を通過した流通ガス（第１流通ガス）が供給される。なお、計測ユニット７３２も、上述した計測ユニット４２と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１４６】
制御手段７１８は、制御手段１８と同様に、配管ユニット２１２、還元触媒１４、計測手段７１６の各部の動作を制御する。また、制御手段７１８は、計測手段７１６から送られる計測結果に基づいて、流通ガスに含まれる測定対象物質（還元物、酸化物となる成分）のトータルの濃度を計測（算出）する。
【０１４７】
このように、ガス濃度計測装置７００は、測定対象物質のトータル濃度を計測することができる。また、酸化物を還元して計測を行うことで、測定対象物質が、近赤外域では検出できない化合物（酸化物）を含む場合でも検出することができる。また、上述と同様に、高い精度、かつ、高い応答性で濃度、トータル量を検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
以上のように、本発明にかかるガス状酸化物計測装置及びガス状酸化物計測方法は、管路内を流れる流通ガスに含まれるガス状酸化物の計測に有用である。
【符号の説明】
【０１４９】
８  計測対象配管
１０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００  ガス濃度計測装置
１２  配管ユニット
１４  還元触媒
１６  計測手段
１８  制御手段
２０  サンプリング配管（流入配管）
２２  第１配管
２４  第２配管
２６、２８  分岐管
３０  三方弁
３１  ポンプ
３２、３４  開閉弁
３６、３８  流量計
３９  ガス状酸化物検出手段
４２  計測ユニット
４４  計測手段本体
４５  計測セル
４６  光ファイバ
４８  入光部
５０  受光部
５２  主管
５４  流入管
５６  排出管
５８、５９  窓
６２  発光部
６４  光源ドライバ
６６  算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
2011252843.tif 000007
【図４−３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011252843.tif 000011
【図８】
2011252843.tif 000012
【図９】
2011252843.tif 000013
【図１０−１】
2011252843.tif 000014
【図１０−２】
2011252843.tif 000015
【図１１】
2011252843.tif 000016
【図１２】
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