(57)【要約】  第１のガス成分と、第１のガス成分から還元または酸化によって得られる第２のガス成分とを含む燃焼ガス中における第１のガス成分の量を測定するのに用いられるプローブであって、このプローブは、ガスの第１の試料を採取して、第１の試料中に存在する第１のガス成分を第２のガス成分に変換する第１の成分プローブを備え、第１の成分プローブは第１の試料を輸送するための第１の通路を有し、第１の試料に接触する第１の通路壁が、第１のガス成分を第２のガス成分に変換する材料から作られており、ガスの第２の試料を採取する第２の成分プローブを備え、第２の成分プローブは第２の試料を輸送するための第２の通路を有し、第２の試料に接触する第２の通路壁が、第１のガス成分から第２のガス成分への変換に関して不活性な材料から作られており、変換後の第１の試料中に存在する第２のガス成分の総量と、第２の試料中に存在する第２のガス成分の総量との差が、ガス中に存在する第１のガス成分の量の測定値を形成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のガス成分と、第１のガス成分から還元または酸化によって得られる第２のガス成分とを含む燃焼ガス中における第１のガス成分の量を測定するのに用いられるプローブであって、
ガスの第１の試料を採取して、第１の試料中に存在する第１のガス成分を第２のガス成分に変換する第１の成分プローブを備え、第１の成分プローブは第１の試料を輸送するための第１の通路を有し、第１の試料に接触する第１の通路壁が、第１のガス成分を第２のガス成分に変換する材料から作られており、
ガスの第２の試料を採取する第２の成分プローブを備え、第２の成分プローブは第２の試料を輸送するための第２の通路を有し、第２の試料に接触する第２の通路壁が、第１のガス成分から第２のガス成分への変換に関して不活性な材料から作られており、
変換後の第１の試料中に存在する第２のガス成分の総量と、第２の試料中に存在する第２のガス成分の総量との差が、ガス中に存在する第１のガス成分の量の測定値を形成する
ことを特徴とするプローブ。
【請求項２】
第１のガス成分がＮＯ2であり、第２のガス成分がＮＯであることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
第１の成分プローブは、さらに、ＮＯ2をＮＯに変換するための変換装置を含み、変換装置は、前記第１の通路壁と同じ材料で作られており、第１の試料が第１の通路に沿って輸送される際に変換装置を通過するように第１の通路内に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のプローブ。
【請求項４】
前記第１の通路壁はＮＯ2をＮＯへ変換する際に特に効率の良いニッケル合金から成り、前記第２の通路壁はガラスのようなセラミック材料から成ることを特徴とする請求項２または３に記載のプローブ。
【請求項５】
前記第１の成分プローブは前記ニッケル合金から成る第１の管を含み、前記第２の成分プローブは前記セラミック材料から成る第２の管を含み、前記第１の管と第２の管とは平行に隣接して配置され、前記第１の管と第２の管とは、第１の管が第２の管を支持するように互いに固定されていることを特徴とする請求項４に記載のプローブ。
【請求項６】
第１の管はその全長に沿って間隔をおいた位置に第１の複数の穴を含み、第１の成分プローブは第１の複数の穴を介して第１の試料を採取し、第２の管はその全長に沿って間隔をおいた位置に第２の複数の穴を含み、第２の成分プローブは第２の複数の穴を介して第２の試料を採取することを特徴とする請求項５に記載のプローブ。
【請求項７】
第１の複数の穴及び第２の複数の穴が、第１の管および第２の管の同じ側で、管の全長に沿った対応する位置に形成されることを特徴とする請求項６に記載のプローブ。
【請求項８】
ガスタービンエンジンによって生じる排気ガス中に存在するＮＯ2の量を測定するのに用いられる請求項２乃至７の１つに記載のプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス中における第１のガス成分の量を測定するのに用いられるプローブに関する。
【０００２】
とりわけ、本発明は、第１のガス成分と、第１のガス成分から還元または酸化によって得られる第２のガス成分とを含むガス中における第１のガス成分の量を測定するのに用いられるプローブに関する。
【０００３】
本発明は、ＮＯ2とＮＯとを含むガス中におけるＮＯ2の量の測定に特定用途を見出すものである。
【０００４】
環境基準を満たすことを確認するには、燃焼プラントによって生じるＮＯX（窒素酸化物）の放出を測定することが必要になる。ＮＯXの２つの最も重要な成分はＮＯ（一酸化窒素）およびＮＯ2（二酸化窒素）である。ＮＯは通常、主要種であるが、ＮＯ2ははるかに毒性及び反応性が強い。現在、低レベルで正確にＮＯXを測定するには抽出ガス分析を利用しなければならない。プローブによって、放出物の試料が抽出され、搬送ラインによって、ＮＯ及びＮＯ2含有量を測定する計測器まで輸送される。プローブおよび搬送ラインを構成している材料によって、放出試料が変化し、計測器によってＮＯ／ＮＯ2含有量の正確な測定値が得られなくなる可能性のあることが分っている。金属プローブによって、ＮＯ2がＮＯに変換され、その結果ＮＯ2の測定値が人為的に少なくなる可能性がある。これは、例えばガスタービンエンジンの排気ガスに見受けられるように、とりわけ高温すなわち５００℃以上の温度で生じる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で作られた搬送ラインの場合、搬送ラインの材料によってＮＯ2が吸収される可能性がある。ＮＯ2と比較すると、ＮＯは極めて安定している。要するに、ＮＯXを測定する現在のアプローチは、ＮＯX全体、及びとりわけＮＯ2を過少に測定する傾向がある。
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、第１のガス成分と、第１のガス成分から還元または酸化によって得られる第２のガス成分とを含むガス中における第１のガス成分の量を測定するのに用いられるプローブが提供される。このプローブは、ガスの第１の試料を採取して、第１の試料中に存在する第１のガス成分を第２のガス成分に変換する第１の成分プローブと、ガスの第２の試料を採取する第２の成分プローブとを備え、変換後の第１の試料中に存在する第２のガス成分の総量と、第２の試料中に存在する第２のガス成分の総量との差が、そのガスに存在する第１のガス成分の量の測定値を形成する。
【０００６】
第１のガス成分はＮＯ2であり、第２のガス成分はＮＯであってよい。
【０００７】
第１の成分プローブは第１の試料を輸送するための第１の通路を有し、第１の試料に接触する第１の通路壁が、ＮＯ2をＮＯに変換する材料から作られており、第２の成分プローブは第２の試料を輸送するための第２の通路を有し、第２の試料に接触する第２の通路壁が、ＮＯ2からＮＯへの変換に関して不活性な材料から作られていると望ましい。
【０００８】
第１の成分プローブは、さらに、ＮＯ2をＮＯへ変換する変換装置を含んでいてもよい。変換装置は、第１の通路壁と同じ材料で作られており、第１の試料が第１の通路に沿って輸送される際に変換装置を通過するように第１の通路内に配置されている。
【０００９】
第１の通路壁はＮＯ2をＮＯへ変換する際に特に効率の良いニッケル合金から適切に構成され、第２の通路壁はガラスのようなセラミック材料から適切に構成されている。
【００１０】
第１の成分プローブはニッケル合金から成る第１の管を含み、第２の成分プローブはセラミック材料から成る第２の管を含み、第１の管と第２の管とが平行に隣接して配置され、第１の管と第２の管とは第１の管が第２の管を支持するように互いに固定されると望ましい。
【００１１】
第１の管はその全長に沿って間隔をあけた位置に第１の複数の穴を含み、第１の成分プローブは第１の複数の穴によって第１の試料を採取し、第２の管はその全長に沿って間隔をあけた位置に第２の複数の穴を含み、第２の成分プローブは第２の複数の穴によって第２の試料を採取すると望ましい。
【００１２】
第１の複数の穴及び第２の複数の穴は、第１の管および第２の管の同じ側で、管の全長に沿って対応する位置に適切に形成されている。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、第１のガス成分と、第１のガス成分から還元または酸化によって得られる第２のガス成分とを含むガス中における第１のガス成分の量を測定する方法が提供される。この方法は、ガスの第１の試料を採取して、第１の試料中に存在する第１のガス成分を第２のガス成分に変換し、変換後の第１のガス試料中に存在する第２のガス成分の総量を測定するステップと、ガスの第２の試料を採取して、第２の試料中に存在する第２のガス成分の総量を測定するステップと、第１の試料中に存在する第２のガス成分の総量から第２の試料中に存在する第２のガス成分の総量を引いて、そのガス中に存在する第１のガス成分の量を求めるステップとを含む。
【００１４】
第１のガス成分はＮＯ2であり、第２のガス成分はＮＯであってもよい。
【００１５】
次に、例証として、添付の図面に関連して、本発明の説明を行う。
【００１６】
図面を参照すると、プローブ１は第１の成分プローブ３と第２の成分プローブ５とを備えている。成分プローブ３はＮＯ2をＮＯへ変換する際に特に効率の良いニッケル合金から成る管７を含んでいる。成分プローブ３は、さらに、やはりニッケル合金から成る多孔板１１の間に保持され、管７と同じニッケル合金の薄片を含むＮＯ2−ＮＯ変換装置９を含んでいる。成分プローブ５は例えばガラス管のようなセラミック管１３を含んでいる。
【００１７】
管７，１３は平行に隣接して配置されている。管は、一方の端部近くで、取付け板１５によって保持されている。管に沿って、この一方の端部からほぼ３／５の距離のところで、これらの管は、クランプ１７を用いて互いに固定されている。クランプ１７は、ナット２１、ボルト２３、及び、ワッシャ２５を用いて互いに固定された２つの半部分１９を含んでいる。前述のように管７，１３を互いに固定することによって、より強いニッケル合金から成る成分プローブ３が、より弱いセラミックスから成る成分プローブ５を支持している。管７，１３の同じ側で、管の全長に沿って対応する位置に、穴２７が設けられている。
【００１８】
プローブ１は、ガスタービンエンジンの排気ガス流を横切って延びて、穴２７がガス流を直接取り入れるように取り付けられている。このため、取付け板１５は固定具２９を含んでいる。このようにプローブを取り付けることによって、排気ガス流の幅にわたって、効率の良い試料採取が行われる。ガス流の幅に渡る試料採取によって、ガス流の正確な特性が明らかになる。
【００１９】
プローブ１の使用時、例えば、不活性材料製の加熱電磁弁のような加熱切換え装置が、成分プローブ３，５間における定期的切換えのため、プローブに接続される。加熱試料ポンプを含む加熱試料搬送ラインが、ＮＯの測定に適した計測器に試料を搬送するために、加熱切換え装置からの共通出口に接続されている。試料の完全性（保全）は加熱要素を用いることによって計測器内で保たれる。
【００２０】
成分プローブ３が計測器に接続されると、試料ポンプが、ガスタービンエンジンから排出される排気ガスをニッケル合金管７の穴２７を介して吸引する。ガスは管７に沿って進み変換装置９を通る。管７及び変換装置９のニッケル合金が、排気ガス中に存在する全てのＮＯ2をＮＯに変換する働きをする。この変換は排気ガスの温度によって支援されるという点に留意されたい。排気ガス中に元々存在するＮＯつまり原ＮＯは、ＮＯ2を変換することによって得られたＮＯつまり変換ＮＯと共に、計測器によって測定される。これによって、ＮＯ総量は原ＮＯ＋変換ＮＯに等しいという測定値が得られる。
【００２１】
成分プローブ５が計測器に接続されると、排気ガスがセラミック管１３の穴２７を介して吸引される。セラミックはＮＯ2からＮＯへの変換に関して不活性であるので、成分プローブ５においてＮＯ2はＮＯに変換されない。従って、成分プローブ５の場合、計測器は、排気ガス中に元々存在するＮＯつまり原ＮＯだけを測定する。
【００２２】
存在するＮＯ2の量と変換ＮＯの量との間に直接的関係があるので、成分プローブ３，５の測定値の差は、排気ガス中に存在するＮＯ2の測定量である。成分プローブ３の測定値つまり（原ＮＯ＋変換ＮＯ）量から、成分プローブ５の測定値つまり原ＮＯ量を引くと、変換ＮＯ量が得られる。
【００２３】
先行技術の場合、プローブによるＮＯ2からＮＯへの変換は、結果として、ＮＯ2の測定値が人為的に少なくなる問題を有する。本発明による上述のプローブの場合、成分プローブ３において、この特性が利点に変わり、存在する全ＮＯ2をＮＯに変換するのに利用される。先行技術においては、搬送ラインの材料によるＮＯ2の吸収が問題になる。本発明による上述のプローブにおいて、成分プローブ３の場合には、全ＮＯ2がＮＯに変換され、従ってＮＯ2が搬送ラインによって吸収されることはなく、そして成分プローブ５の場合には、プローブ５の目的が原ＮＯの測定に限られるので、搬送ラインによるＮＯ2の吸収は重要ではない。
【００２４】
本発明による上述のプローブは、ガスタービンエンジンの排気ガスに用いられ、このような排気ガスに生じる高温を利用して、成分プローブ３における全ＮＯ2からＮＯへの変換を支援する。プローブを利用して、こうした高温ではないガス中のＮＯ2量を測定する場合、成分プローブ３における全ＮＯ2からＮＯへの変換を確実にするためにヒータを追加すると望ましい。
【００２５】
極端な場合、本発明による上述のプローブを利用して、ＮＯを含まないガス中のＮＯ2量、すなわちガス中にＮＯが存在せずＮＯ2だけが存在する場合のＮＯ2量を測定することが可能である。この場合、成分プローブ５の測定値つまり原ＮＯ量はゼロになり、成分プローブ３の測定値つまり（原ＮＯ＋変換ＮＯ）量は変換ＮＯ量すなわちガス中に存在するＮＯ2の測定値に等しくなる。
【００２６】
本発明の上記説明は、ＮＯ2とＮＯとを含むガス中におけるＮＯ2量の測定に関して行われた。理解すべきことは、本発明は、ガスが、測定されるガス成分と、測定されるガス成分から還元によって得られる別のガス成分とが含まれる場合、ＮＯ2（測定されるガス成分）以外のガス成分量の測定に利用することも可能であることである。例えば、本発明を利用して、ＳＯ3（三酸化硫黄）とＳＯ2（二酸化硫黄）とを含むガス中のＳＯ3量を測定することが可能である。
【００２７】
本発明の上記説明は、第１のガス成分と、第１のガス成分から還元によって得られる第２のガス成分とを含むガス中における第１のガス成分量の測定に関して行われた。理解すべきことは、本発明が、第１のガス成分と、第１のガス成分から還元とは逆の酸化によって得られる第２のガス成分とを含むガス中における第１のガス成分量の測定に利用することも可能であることである。もちろん、触媒は、酸化によって第２のガス成分を第１のガス成分に変換するように選択される。本発明のこの用途例はＣＯ（一酸化炭素）とＣＯ2（二酸化炭素）とを含むガス中のＣＯ量の測定である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によるプローブを例示した図
【図２】図１のプローブを右から見た、図１のプローブの端面図
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図
【符号の説明】
【００２９】
１  プローブ
３  第１の成分プローブ
５  第２の成分プローブ
７  ニッケル合金製の管
９  変換装置
１１  多孔板
１３  セラミック管
１５  取付け板
１７  クランプ
１９  半部分
２１  ナット
２３  ボルト
２５  ワッシャ
２７  穴
２９  固定具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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