アンモニア化合物濃度計測装置及びアンモニア化合物濃度計測方法
【課題】アンモニア化合物の濃度を高い応答性で、簡単、かつ、高精度に計測することにある。
【解決手段】流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物を計測するアンモニア化合物濃度計測装置であって、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、アンモニア化合物をアンモニアに変換する変換手段と、配管ユニットを流れる流通ガスのうち、変換手段を通過する配管経路を流れた第１流通ガスに含まれるアンモニアの濃度である第１計測値と、変換手段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アンモニアの濃度である第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、第１計測値と第２計測値との差分から、流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物の濃度を算出する制御手段と、を有し、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。
【解決手段】流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物を計測するアンモニア化合物濃度計測装置であって、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、アンモニア化合物をアンモニアに変換する変換手段と、配管ユニットを流れる流通ガスのうち、変換手段を通過する配管経路を流れた第１流通ガスに含まれるアンモニアの濃度である第１計測値と、変換手段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アンモニアの濃度である第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、第１計測値と第２計測値との差分から、流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物の濃度を算出する制御手段と、を有し、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。
【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アンモニア化合物濃度を計測するアンモニア化合物濃度計測装置及びアンモニア化合物濃度計測方法に関する。
【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。このような排ガスは、管路内を流されて、所定の装置や、大気に供給（排出）される。ここで、排ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度を計測する方法としては、排ガスを湿式サンプリングし、溶液中にアンモニア成分を捕集し、捕集した溶液をインドフェノール吸光光度法、イオンクロマト分析法等で分析する方法、一例として、「ＪＩＳＫ００９９」に記載された「排ガス中のアンモニア分析方法」がある。
【０００３】
また、管路内を流れる混合ガス（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は、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１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】
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
ここで、湿式サンプリングによる計測は、アンモニア化合物のみならず、排ガス中のガス状のアンモニアも捕集してしまう。そのため、アンモニア化合物とガス状のアンモニアとを合計した濃度を計測することになり、アンモニア化合物の濃度を計測することが困難である。また、湿式サンプリングでは、アンモニア化合物を溶液に捕集し、捕集した溶液を分析する。そのため、測定開始から、計測値の算出までに時間がかかるという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１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１に記載の装置のように、近赤外のレーザ光を照射して、測定対象による吸収を計測する計測方法では、一部のアンモニア化合物を計測することができない。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アンモニア化合物の濃度を高い応答性で、簡単、かつ、高精度に計測することが可能であるアンモニア化合物濃度計測装置及びアンモニア化合物濃度計測方法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アンモニア化合物濃度を計測するアンモニア化合物濃度計測装置であって、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、通過する前記流通ガスに含まれるアンモニア化合物をアンモニアに変換する変換手段と、前記配管ユニットを流れる前記流通ガスのうち、前記変換手段を通過する配管経路を流れた第１流通ガスに含まれるアンモニアの濃度である第１計測値と、前記変換手段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アンモニアの濃度である第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アンモニア化合物濃度を算出する制御手段と、を有し、前記計測手段は、前記アンモニアの吸収波長を含み、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アンモニア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。
【０００９】
上記アンモニア化合物濃度計測装置によれば、高い応答性、かつ、高い精度で、アンモニア化合物の濃度を検出することができる。
【００１０】
さらに、前記変換手段よりも上流側に配置され、前記変換手段に流入する前記流通ガスの流量を計測する第１流量計と、前記変換手段よりも下流側に配置され、前記変換手段から排出された前記流通ガスの流量を計測する第２流量計と、を備え、前記制御手段は、前記第１流量計の計測結果と、前記第２流量計の計測結果に基づいて、前記流通ガスの前記アンモニアの計測値を補正して算出することが好ましい。これにより、流通ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度をより高い精度で計測することができる。
【００１１】
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、前記変換手段が配置された第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、前記変換手段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、前記制御手段は、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計測を行うことができる。
【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、前記変換手段が配置された第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、前記変換手段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変換手段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、アンモニア化合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、前記変換手段が配置された保持配管と、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、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、他方の前記計測ユニットは、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段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、連続して、アンモニア化合物を計測することができる。
【００１４】
また、前記変換手段は、アンモニア化合物を酸化反応させてアンモニアにする熱分解層であることが好ましい。これにより、簡単な構成でアンモニア化合物を測定可能な物質に変換することができる。
【００１５】
また、前記変換手段は、アンモニア化合物を熱分解させてアンモニアにする熱分解層であることが好ましい。これにより、アンモニア化合物をより確実にアンモニアに変換することができる。
【００１６】
また、前記変換手段は、前記熱分解層の温度を調整する温度調整部を備えることが好ましい。これにより、アンモニア化合物をより確実にアンモニアに変換することができる。
【００１７】
また、前記変換手段の変換動作の実行と停止とを切り換える切換機構をさらに有し、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、前記変換手段が配置された保持配管と、を備え、前記計測手段は、前記計測ユニットが、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、前記変換手段は、アンモニア化合物を熱分解させてアンモニアにする熱分解層であり、前記切換手段は、前記熱分解層の温度を調整する温度調整部であり、前記制御手段は、前記変換手段の変換動作を実行させている状態と、前記変換手段の変換動作を停止させている状態とを切り替え、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計測を行うことができる。
【００１８】
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、前記流通ガスが流れる配管と、を備え、前記変換手段は、前記配管ユニットに、オゾンを供給するオゾン供給手段と、前記流通ガスの流れ方向において前記配管の前記オゾン供給手段よりも下流側に形成され、前記流通ガスに含まれるアンモニア化合物と前記オゾン供給手段により供給されるオゾンとが反応する反応領域と、を備え、前記計測手段は、前記計測ユニットが、前記流通ガスの流れ方向において前記反応領域よりも下流側に配置され、前記制御手段は、前記オゾン供給手段から前記配管ユニットに前記オゾンを供給している状態と、前記オゾン供給手段から前記配管ユニットに前記オゾン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計測を行うことができる。
【００１９】
また、前記変換手段は、さらに、前記アンモニア化合物を捕集する捕集層を有することが好ましい。これにより、より確実にアンモニア化合物をアンモニアに変換することができる。
【００２０】
また、前記計測ユニットは、レーザ光が、前記変換手段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、計測セルの一部を配管とすることができ、流通ガスをより直接的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ことが好ましい。これにより、流通ガスをより高い精度で計測することができる。
【００２２】
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。
【００２３】
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のアンモニア化合物濃度を計測するアンモニア化合物濃度計測方法であって、前記配管を流れる流通ガスのうち、アンモニア化合物をアンモニアに変換する変換手段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、アンモニアの吸収波長を含み、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、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アンモニアの濃度を第１計測値として計測する第１計測ステップと、前記配管を流れる流通ガスのうち、アンモニア化合物をアンモニアに変換する変換手段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、アンモニアの吸収波長を含み、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アンモニアの濃度を第２計測値として計測する第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アンモニア化合物濃度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。
【００２４】
上記アンモニア化合物濃度計測方法によれば、高い応答性、かつ、高い精度で、アンモニア化合物の濃度を検出することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明にかかるアンモニア化合物濃度計測装置及びアンモニア化合物濃度計測方法は、高い精度かつ、高い応答性でアンモニア化合物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】
【００２６】
【図１】図１は、アンモニア化合物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に示すアンモニア化合物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、アンモニア化合物濃度計測装置の動作を説明するフロー図である。
【図４】図４は、アンモニア化合物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】図５は、アンモニア化合物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、アンモニア化合物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、アンモニア化合物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８−１】図８−１は、アンモニア化合物濃度計測装置の動作を説明するための説明図である。
【図８−２】図８−２は、アンモニア化合物濃度計測装置の動作を説明するための説明図である。
【図９】図９は、アンモニア化合物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】
【００２７】
以下に、本発明にかかるアンモニア化合物濃度計測装置及びアンモニア化合物濃度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。ここで、アンモニア化合物濃度計測装置及びアンモニア化合物濃度計測方法は、管路を流れる種々のガスについて、ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度を計測することができる。例えば、アンモニア化合物濃度計測装置及びアンモニア化合物濃度計測方法を排ガスが流れる管路に取付、排ガスに含まれるアンモニア化合物濃度を計測してもよい。また、排ガスが流れる管路を有する装置としては、各種燃焼機関、例えば、車両、船舶、発電機、焼却炉等が例示される。具体的には、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）、ゴミ焼却炉から排出される流通ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度を計測することができる。また、測定対象のガスは、燃焼機器から排出された排ガスに限定されず、各種の流通ガス、例えば、燃焼ガス、実験等により生成されたガスを測定対象とすることができる。なお、本実施形態では、配管内を流れる流通ガス（混合ガス）中に存在するアンモニア化合物が測定対象となる。なお、アンモニア化合物としては、硫安（硫酸アンモニウム、（ＮＨ４）２ＳＯ４）、酸性硫安（硫酸水素アンモニウム（ＮＨ４）ＨＳＯ４）等がある。また、アンモニア化合物には、塩安（塩化アンモニウム、ＮＨ４Ｃｌ）、過塩素酸アンモニウム（ＮＨ４ＣｌＯ４）、硝安（硝酸アンモニウム、ＮＨ４ＮＯ３）、炭安、（炭酸アンモニウム、（ＮＨ４）４ＣＯ３）等を含む場合もある。
【００２８】
［実施形態１］
図１は、本発明のアンモニア化合物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。アンモニア化合物濃度計測装置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、流通ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度を計測する計測装置である。アンモニア化合物濃度計測装置１０は、図１に示すように、配管ユニット１２と、変換手段１４と、計測手段１６と、制御手段１８とを有する。また、アンモニア化合物濃度計測装置１０は、流量計３６、３８を有する。
【００２９】
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、を有する。
【００３０】
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含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。
【００３１】
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、管路内に後述する変換手段１４が配置されている。また、第１配管２２の変換手段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、変換手段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。
【００３２】
また、第１配管２２は、流通ガスの流れ方向において変換手段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の下流に接続させたりすることが好ましい。
【００３３】
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、管路内に後述する変換手段１４が配置されていない。
【００３４】
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の下流に接続させたりすることが好ましい。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
変換手段１４は、流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物をアンモニアに変換する機構であり、第１配管２２の管路内に配置されている。変換手段１４は、第１配管２２の管路内に配置された熱分解層３９を有する。熱分解層３９は、通過する流通ガス、及び、流通ガスに含まれるアンモニア化合物を一定の温度以上とし、熱分解させて、アンモニアに変換する。なお、アンモニアと結合していた物質は、アンモニアと分離されて他の物質となる。熱分解層３９は、通過するアンモニア化合物を一定の温度以上にできればよく、その構成は限定されない。例えば、熱分解層３９としては、配管と、その配管及び配管を流れる流通ガスを加熱するイメージ炉の組み合わせを用いることができる。なお、加熱機構としては、イメージ炉に限定されず、種々の加熱機構を用いることができる。例えば、配管の外周で燃焼ガスを燃焼させ、配管を加熱することで、流通ガスを加熱する機構や、配管を二重配管とし、内管に流通ガスを流し、外管に加熱された流体を流すことで、流通ガスを加熱する機構も用いることができる。なお、熱分解層３９は、アンモニア化合物を適切に熱分解するために、アンモニア化合物を３００℃以上に加熱することが好ましい。なお、変換手段１４の熱分解層３９により、アンモニア化合物を加熱する温度は、アンモニア化合物をアンモニアと他の物質とに分解できればよく、その温度は特に限定されない。なお、変換手段１４の熱分解層３９は、アンモニアが他の物質に変換しない程度の温度範囲で流通ガス及びアンモニア化合物を加熱する。また、熱分解層３９は、流通ガスに流体を供給せずに、加熱することが好ましい。
【００３８】
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アンモニア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（レーザ）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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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５６から外部に排出する。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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に示すアンモニア化合物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。
【００４５】
発光部６２は、アンモニア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。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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、測定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（アンモニア、アンモニア化合物を変換（分解）することで生成される物質）の濃度を算出する。
【００４８】
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波長域のレーザ光は、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（アンモニア）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６４は、発光部６２から出力したレーザ光の強度を算出部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の測定対象の物質の濃度を算出する。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中の測定対象の物質の濃度を、算出及び／または計測する。また、計測手段１６は、連続的に測定対象の物質の濃度を、算出及び／または計測することができる。
【００４９】
ここで、流量計３６は、第１配管２２の変換手段１４よりも上流側に配置され、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は、第１配管２２を流れる第１流通ガスのうち、変換手段１４（熱分解層３９）を通過する前の流通ガス、つまり、アンモニア化合物が変換（熱分解）される前の流通ガスの流量を計測する。また、流量計３８は、第１配管２２の変換手段１４よりも下流側に配置され、第１配管２２を流れる流通ガスの流量を計測する。流量計３８は、第１配管２２を流れる第１流通ガスのうち、変換手段１４（熱分解層３９）を通過した流通ガス、つまり、アンモニア化合物が変換された後の流通ガスの流量を計測する。流量計３６、３８は、計測した流量を制御手段１８に送る。
【００５０】
制御手段１８は、配管ユニット１２、変換手段１４、計測手段１６、流量計３６、３８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１６で計測した計測結果（つまり、アンモニア濃度）、及び、各部で設定、検出した条件、また、流量計３６、３８で計測した流量に基づいて、測定対象のアンモニア化合物の濃度を算出及び／または計測する。
【００５１】
次に、アンモニア化合物濃度計測装置１０の動作を説明する。ここで、図３は、アンモニア化合物濃度計測装置の動作を説明するフロー図である。アンモニア化合物濃度計測装置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とが接続している状態と、計測ユニット４２と連結している配管と第２配管２４が接続している状態とを、交互に切り替えることが好ましい。
【００５２】
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、変換手段１４を通過した流通ガス（アンモニア化合物が変換された流通ガス、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。また、流量計３６、３８は、第１配管２２の測定位置を流れる第１流通ガスの流量を計測する。
【００５３】
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アンモニアの濃度（以下「第１計測値」ともいう。）を計測する。これにより、変換手段１４により、第１流通ガスに含まれるアンモニアの濃度を計測することができる。なお、第１流通ガスには、測定対象のアンモニア化合物を変換手段１４により変換したアンモニアと、変換前から含まれているアンモニア（共存ガス）とが含まれている。このため、第１計測値は、測定対象のアンモニア化合物を熱分解層３９で変換したアンモニア（流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物に由来するアンモニア）と、変換前から含まれているアンモニア（共存ガス）とを合計した濃度が計測される。
【００５４】
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（アンモニア化合物が変換されていない流通ガス、以下「第２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。
【００５５】
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アンモニアの濃度（以下「第２計測値」ともいう。）を計測する。これにより、変換手段１４により、第２流通ガスに含まれるアンモニアの濃度を計測することができる。なお、第２流通ガスには、変換前から含まれているアンモニア（共存ガス）が含まれている。このため、第２計測値は、変換前から含まれているアンモニア（共存ガス）の濃度が計測される。
【００５６】
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アンモニア化合物の濃度（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アンモニア化合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アンモニア化合物に由来するアンモニアと、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アンモニア化合物に由来するアンモニアの濃度を算出することができる。さらに、制御手段１８は、流量計３６、３８等から供給される情報に基づいて、流通ガスに含まれるアンモニア化合物に由来するアンモニアと流通ガスの流量の関係、また、アンモニア化合物からアンモニアへの反応の過程による各成分の増減を加味（補正）することで、流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物の濃度を算出することができる。制御手段１８は、アンモニア化合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、連続的にアンモニア化合物の濃度を計測するようにしてもよい。
【００５７】
アンモニア化合物濃度計測装置１０は、以上のように、測定対象のアンモニア化合物を変換手段１４により変換した第１流通ガスに含まれるアンモニアの濃度を計測手段１６により計測し、さらに、測定対象のアンモニア化合物を変換していない第２流通ガスに含まれるアンモニアの濃度を計測手段１６により計測し、差分をとることで、測定対象のアンモニア化合物の濃度を算出することができる。
【００５８】
また、アンモニア化合物濃度計測装置１０は、計測手段１６として、測定対象のアンモニア化合物の変換物（分解物、アンモニア化合物を変換したアンモニア）の吸収波長域の近赤外波長域のレーザ光を照射し、当該アンモニアにより吸収される強度を検出することで、短時間で、かつ、高い精度でアンモニア化合物の濃度を計測することができる。
【００５９】
また、測定対象のアンモニア化合物を変換し、変換した物質（アンモニア）として測定することで、近赤外波長域に吸収波長がないアンモニア化合物の濃度を、計測手段１６に示す半導体レーザ吸収分光法を用いて計測することが可能となる。また、本実施形態のように、測定対象の物質の近赤外域の波長の光を用いた計測ができることで、高精度での計測を行うことができる。また、アンモニア化合物が複数の化合物で構成される場合も、アンモニアを計測するのみで、流通ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度を計測することができる。
【００６０】
さらに、近赤外波長域のレーザ光を用いる計測では、測定対象の変換物（アンモニア）以外の成分が混在した状態であっても、測定対象の変換物の濃度を適切に測ることができる。つまり、測定対象の変換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。
【００６１】
また、アンモニア化合物濃度計測装置１０は、変換手段１４の前後の流量を算出し、その流量の変化に基づいて、変換（熱分解）によるマスバランスの変化、モル数の変化による影響を補正することで、流通ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度をより適切に算出することができる。なお、アンモニア化合物の濃度をより適切に補正できるため、本実施形態のように変換手段の前後での流量の変化を計測することが好ましいが、本発明はこれに限定されず、補正を行わないようにしてもよい。また、第１計測値と第２計測値との関係から、流量の変化量を推定し、その推定値に基づいて補正するようにしてもよい。
【００６２】
また、アンモニア化合物濃度計測装置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アンモニア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アンモニア化合物と、アンモニアとの比も算出することができる。
【００６３】
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。
【００６４】
ここで、アンモニア化合物濃度計測装置は、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４から図９を用いて、他の実施形態について説明する。
【００６５】
［実施形態２］
図４は、アンモニア化合物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４に示すアンモニア化合物濃度計測装置１００は、配管ユニット１１２と、変換手段１４と、計測手段１１６と、制御手段１１８と、流量計３６、３８とを有する。ここで、アンモニア化合物濃度計測装置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、変換手段１４、流量計３６、３８とは、図１に示す変換手段１４、流量計３６、３８と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００６６】
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、を有する。サンプリング配管２０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。
【００６７】
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、管路内に変換手段１４が配置されている。また、第１配管１２２の変換手段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。
【００６８】
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、管路内に変換手段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。
【００６９】
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、変換手段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。
【００７０】
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、変換手段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。
【００７１】
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。
【００７２】
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（アンモニア化合物が変換された流通ガス）に含まれるアンモニアの濃度を計測し、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（アンモニア化合物が変換されていない流通ガス）に含まれるアンモニアの濃度を計測する。計測手段本体１３４は、計測結果を制御手段１１８に送る。
【００７３】
制御手段１１８は、制御手段１８と同様に、配管ユニット１１２、変換手段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アンモニア化合物の濃度を計測（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。
【００７４】
アンモニア化合物濃度計測装置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アンモニア化合物の濃度を計測することができる。また、上述したアンモニア化合物濃度計測装置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、アンモニア化合物を変換した物質（アンモニア）の濃度を計測手段による計測対象とすることで、上述と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
アンモニア化合物濃度計測装置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アンモニアの濃度と、第２流通ガスに含まれるアンモニア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アンモニア化合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。
【００７６】
また、上述と同様にして、流量計３６と、流量計３８との計測結果に基づいて、アンモニア化合物の濃度を補正するようにしても良い。
【００７７】
［実施形態３］
図５は、アンモニア化合物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に示すアンモニア化合物濃度計測装置２００は、配管ユニット２１２と、変換手段１４と、計測手段２１６と、制御手段２１８と、流量計２２４、２２６を有する。ここで、アンモニア化合物濃度計測装置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、変換手段１４は、図１に示す変換手段１４と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００７８】
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。
【００７９】
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、管路内に変換手段１４が配置されている。また、配管２２２の変換手段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。
【００８０】
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、変換手段１４を通過する前の流通ガス（アンモニア化合物が変換されていない流通ガス、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。
【００８１】
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、変換手段１４を通過した流通ガス（アンモニア化合物が変換された流通ガス、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。
【００８２】
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。
【００８３】
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アンモニアの濃度を計測し、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アンモニアの濃度を計測する。計測手段本体２３４は、計測結果を制御手段２１８に送る。
【００８４】
また、流量計２２４は、サンプリング配管２２０の経路上に配置され、サンプリング配管２２０を流れる流通ガスの流量、つまり、変換手段１４を通過する前の流通ガス（第２流通ガス）の流量を計測する。また、流量計２２６は、配管２２２の変換手段１４と、下流側計測ユニット２３２との間に配置され、変換手段１４を通過した後の流通ガス（第１流通ガス）の流量を計測する。
【００８５】
制御手段２１８は、制御手段１８と同様に、配管ユニット２１２、変換手段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アンモニア化合物の濃度を計測（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。
【００８６】
アンモニア化合物濃度計測装置２００は、以上のような構成により、変換手段１４（熱分解層３９）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アンモニア化合物の濃度を計測することができる。また、上述したアンモニア化合物濃度計測装置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、測定対象のアンモニア化合物を変換（熱分解）した物質（アンモニア）の濃度を計測手段による計測対象とすることで、上述と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
アンモニア化合物濃度計測装置２００は、熱分解層３９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アンモニアの濃度と、第２流通ガスに含まれるアンモニア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、流通ガスのアンモニア化合物濃度（流通ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度）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変換（熱分解）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。また、流量計２２４と流量計２２６により、変換手段１４の通過前の流通ガス（第２流通ガス）と、変換手段１４の通過後の流通ガス（第１流通ガス）とのモル数のバランスの変化を検出することができる。これにより、算出したモル数から流通ガスのアンモニア化合物濃度の算出値を補正することができ、より正確なアンモニア化合物濃度を計測することができる。
【００８８】
［実施形態４］
図６は、アンモニア化合物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に示すアンモニア化合物濃度計測装置３００は、配管ユニット３１２と、変換手段１４と、計測手段３１６と、制御手段３１８と、流量計３２２、３２４と、を有する。ここで、アンモニア化合物濃度計測装置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、他の構成はアンモニア化合物濃度計測装置２００と同様の構成である。また、変換手段１４は、図１に示す変換手段１４と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００８９】
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、計測対象配管と接続し、計測対象配管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、管路内に変換手段１４が配置されている。また、サンプリング配管３２０の変換手段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。
【００９０】
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の変換手段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、変換手段１４を通過する前の流通ガス（アンモニア化合物が変換されていない流通ガス、第２流通ガス）のアンモニアの濃度を計測する。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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
入射管３４２ａは、図６に示すように、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。
【００９４】
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３４８ａ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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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、入光部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、変換手段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。
【００９９】
下流側計測ユニット３３２は、サンプリング配管３２０の変換手段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、変換手段１４を通過した後の流通ガス（アンモニア化合物が変換された流通ガス、第１流通ガス）のアンモニアの濃度を計測する。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３３０と同様であるので説明を省略する。
【０１００】
下流側計測ユニット３３２は、計測手段本体３３４から光ファイバ３５０ｂに供給されるレーザ光を、入光部３５２ｂ、窓３４６ｂ、入射管３４２ｂ、サンプリング配管３２０、出射管３４４ｂ、窓３４８ｂを通過して、受光部３５４ｂに入射する。これにより、下流側計測ユニット３３２は、変換手段１４を通過した流通ガス（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、下流側計測ユニット３３２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。
【０１０１】
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２３４と同様の構成である。
【０１０２】
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アンモニアの濃度を計測し、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アンモニアの濃度を計測する。計測手段本体３３４は、計測結果を制御手段３１８に送る。
【０１０３】
また、流量計３２２は、サンプリング配管３２０の経路上において、上流側計測ユニット３３０と変換手段１４との間に配置され、変換手段１４を通過する前の流通ガス（第２流通ガス）の流量を計測する。また、流量計３２４は、サンプリング配管３２０の経路上において下流側計測ユニット３３２よりも下流側に配置され、変換手段１４を通過した後の流通ガス（第１流通ガス）の流量を計測する。流量計３３２と流量計３２４は、流量の計測結果を制御手段３１８に送る。
【０１０４】
制御手段３１８は、制御手段１８と同様に、配管ユニット３１２、変換手段１４、計測手段３１６、流量計３２２、３２４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アンモニア化合物の濃度（流通ガスのアンモニア化合物濃度）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。
【０１０５】
アンモニア化合物濃度計測装置３００は、以上のような構成により、変換手段１４（熱分解層３９）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アンモニア化合物の濃度を計測することができる。また、上述したアンモニア化合物濃度計測装置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、流通ガス中のアンモニアの濃度を計測手段により計測することで、上述と同様の効果を得ることができる。また、アンモニア化合物濃度計測装置３００も、流量計３２２、３２４での計測結果に基づいて、流通ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度の算出値を補正することができ、より高い精度で算出することができる。
【０１０６】
また、アンモニア化合物濃度計測装置３００も、熱分解層３９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アンモニアの濃度と、第２流通ガスに含まれるアンモニア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アンモニア化合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変換させた後、下流側計測ユニット３３２で計測することができる。
【０１０７】
さらに、アンモニア化合物濃度計測装置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を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設置することもできる。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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
［実施形態５］
図７は、アンモニア化合物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に示すアンモニア化合物濃度計測装置５００は、配管ユニット５１２と、変換手段１４と、計測手段５１６と、制御手段５１８と、流量計５２２、５２４と、切換手段５５０とを有する。
【０１１１】
配管ユニット５１２は、サンプリング配管５２０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には、管路内に変換手段１４が配置されている。また、サンプリング配管５２０の変換手段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。
【０１１２】
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。計測ユニット５３２は、変換手段１４を通過した流通ガスが供給される。
【０１１３】
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、アンモニア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。
【０１１４】
切換手段５５０は、変換手段１４に接続して配置されている。切換手段５５０は、変換手段１４がアンモニア化合物を熱分解する状態と、アンモニア化合物を熱分解しない状態とを切り換える手段であり、加熱機構５５２と、温度調整部５５４と、を有する。加熱機構５５２は、変換手段１４の熱分解層３９を加熱する機構であり、各種加熱機構を用いることができる。なお、加熱機構５５２は、変換手段１４の熱分解層３９を構成する温度調整機構を用いるようにしてもよい。つまり、加熱機構５５２には、変換手段１４の温度調整機構（イメージ炉等）を用いることができる。
【０１１５】
温度調整部５５４は、加熱機構５５２の加熱動作を制御し、熱分解層３９の温度を調整する。例えば、温度調整部５５４は、加熱機構５５２による加熱の有無を制御することで、熱分解層３９を通過する流通ガスが１００℃前後になる状態と、３００℃前後になる状態とにする。なお、本実施形態の変換手段１４は、切換手段５５０によって、熱分解層３９の温度が調整される機構である。
【０１１６】
制御手段５１８は、制御手段１８と同様に、配管ユニット５１２、変換手段１４、計測手段５１６、流量計５２２、５２４の各部の動作を制御する。また、制御手段５１８は、切換手段５５０の温度調整部５５４により、加熱機構５５２を制御することで、変換手段１４を通過する流通ガスを３００℃以上に加熱する第１の状態と、変換手段１４を通過する流通ガスを１００℃程度で通過させる第２の状態とを切り替える。なお、本実施形態では、加熱機構５５２が熱分解層３９を加熱していない状態とすることで、流通ガスが１００℃程度を維持して熱分解層３９を通過する。
【０１１７】
以下、図８−１及び図８−２を用いて具体的に説明する。ここで、図８−１及び図８−２は、アンモニア化合物濃度計測装置の動作を説明するための説明図である。また、図８−１及び図８−２は、横軸をともに時間ｔとし、図８−１は、縦軸を開閉信号、図８−２は、縦軸をアンモニア濃度とした。また、図８−１は、ＯＮ信号を１、ＯＦＦ信号を０とした。ここで、ＯＮ信号が出力されている場合、切換手段５５０は、変換手段１４を第１の状態とし、ＯＦＦ信号が出力されている場合、切換手段５５０は、変換手段１４を第２の状態とする。また、図８−２のアンモニア（ＮＨ３）濃度は、変換手段１４の下流側のアンモニア濃度である。
【０１１８】
例えば、制御手段５１８は、図８−１に示すようにＯＦＦ信号を出力し加熱機構５５２で熱分解層３９を加熱していない状態から、時刻ｔ１でＯＮ信号を出力し、加熱機構５５２で熱分解層３９を加熱している状態とし、一定時間経過後の時刻ｔ２で再びＯＦＦ信号を出力し加熱機構５５２で熱分解層３９を加熱していない状態とする。これにより、時刻ｔ１以前は、変換手段１４が第２の状態となり、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、変換手段１４が第１の状態となり、時刻ｔ２以降は、再び、変換手段１４が第２の状態となる。
【０１１９】
これに対応して、変換手段１４では、時刻ｔ１以前は、アンモニア化合物をそのまま通過させている状態となり、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、アンモニア化合物をアンモニアに熱分解している状態となり、時刻ｔ２以降は、再び、アンモニア化合物をそのまま通過させている状態となる。これにより、時刻ｔ１以前及び時刻ｔ２以降は、基本的に、変換前から流通ガスに含まれるアンモニア（共存ガス、捕集時から流通ガスに含まれるアンモニア）のみが、変換手段１４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、変換手段１４でアンモニア化合物を熱分解することで、生成されたアンモニアも含まれる状態となる。これにより、図８−２に示すように、時刻ｔ１以前は、アンモニアの濃度が低く（濃度Ｘ１）、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、アンモニアの濃度が高くなり（濃度Ｘ２）、時刻ｔ２以降は、再び、アンモニアの濃度が低くなる（濃度Ｘ１）。
【０１２０】
制御手段５１８は、図８−２の関係を用いて、時刻ｔ１以前及び時刻ｔ２以降に変換手段１４を通過し、計測ユニットに供給された流通ガス（アンモニア化合物が変換されていない流通ガス、第２流通ガス）のアンモニア濃度を計測し、さらに、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に変換手段１４を通過し、計測ユニットに供給された流通ガス（アンモニア化合物が変換された流通ガス、第１流通ガス）のアンモニア濃度を計測することで、流通ガスに含まれるアンモニア化合物に由来するアンモニアの濃度を算出し、さらにその結果から、流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物の濃度を計測（算出）する。
【０１２１】
アンモニア化合物濃度計測装置５００は、以上のような構成により、切換手段５５０により変換手段１４による流通ガスの加熱状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を調整することで、アンモニア化合物の変換（熱分解）のＯＮ／ＯＦＦ（実行／停止）を繰り返すことでも、流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物の濃度を計測することができる。この場合も、上述したアンモニア化合物濃度計測装置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、測定対象のアンモニア化合物を変換したアンモニアを測定対象とすることで、上述と同様の効果を得ることができる。
【０１２２】
なお、本実施形態では、切り替えの時間が必要となるため、アンモニア化合物濃度計測装置１０と同様に間欠的な計測となるが、１つの計測ユニットで濃度を計測することができる。
【０１２３】
［実施形態６］
図９は、アンモニア化合物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に示すアンモニア化合物濃度計測装置６００は、配管ユニット５１２と、変換手段６１４と、計測手段５１６と、制御手段５１８と、流量計５２２、５２４と、切換手段５５０とを有する。なお、図９に示すアンモニア化合物濃度計測装置６００は、変換手段６１４の構成を除いて、他の構成は、図７に示すアンモニア化合物濃度計測装置５００と同様である。そこで、以下では、アンモニア化合物濃度計測装置６００に特有の点について説明する。
【０１２４】
変換手段６１４は、捕集層６３９を有する。捕集層６３９は、アンモニア化合物を吸着する物質であり、アンモニア化合物を熱分解させる領域、つまり、熱分解層が配置される領域に配置されている。捕集層６３９としては、ポーラス状物質を用いることができ、特に、アンモニア化合物を選択的に吸着させる物質を用いることが好ましい。捕集層６３９は、通過する流通ガスに含まれているアンモニア化合物を吸着する。したがって、捕集層６３９を通過した流通ガスは、アンモニア化合物が低減または取り除かれた状態となる。
【０１２５】
また、変換手段６１４の流通ガスを加熱する機構は、切換手段５５０の加熱機構５５２となる。つまり、変換手段６１４は、加熱機構５５２により捕集層６３９が配置されている領域を加熱することで、捕集層６３９に吸着されているアンモニア化合物をアンモニアに熱分解する。
【０１２６】
このように、アンモニア化合物濃度計測装置６００は、変換手段６１４として、アンモニア化合物を吸着する捕集層６３９を設けることで、切換手段５５０により、変換手段６１４でアンモニア化合物をアンモニアに熱分解するときには、通過する流通ガスに含まれるアンモニア化合物に加え、吸着させていたアンモニア化合物もアンモニアに熱分解する。
【０１２７】
なお、本実施形態のように、アンモニア化合物を捕集する場合は、第２の状態の流通ガスに基づいて、共存ガスの濃度を計測し、さらに、変換処理時に検出されるアンモニアの濃度と、変換処理前にアンモニア化合物を吸着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、吸着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アンモニア化合物に由来するアンモニアの濃度を算出し、さらにその結果から、流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物の濃度を計測（算出）する。
【０１２８】
アンモニア化合物濃度計測装置６００は、以上のような構成により、熱分解する領域に、アンモニア化合物を吸着する捕集層６３９を用い、アンモニア化合物の吸着、熱分解を繰り返すことでも、流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物の濃度を計測することができる。この場合も、上述したアンモニア化合物濃度計測装置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、測定対象のアンモニア化合物を変換したアンモニアを測定対象とすることで、上述と同様の効果を得ることができる。
【０１２９】
また、捕集層６３９でアンモニア化合物を捕集することで、熱分解時により多くのアンモニア化合物をアンモニアに分解できるため、流通ガスに含まれるアンモニア化合物の量が少ない場合も、アンモニア化合物に起因するアンモニア濃度の変化をより適切に検出することができる。また、捕集層６３９でアンモニア化合物を捕集することで、流通ガスに含まれるアンモニア化合物をより高い確率でアンモニアに熱分解することができる。これにより、計測精度をより高くすることができる。
【０１３０】
なお、本実施形態では、切り替えの時間が必要となるため、アンモニア化合物濃度計測装置１０と同様に間欠的な計測となるが、１つの計測ユニットで濃度を計測することができる。
【０１３１】
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から実施形態４に捕集層を加えてもよい。このように、熱分解層に捕集層を設けることで、アンモニア化合物をより高い確率でアンモニアに熱分解することができる。これにより、計測精度をより高くすることができる。
【０１３２】
また、実施形態１から実施形態４に変換手段（熱分解する領域）の温度を調整する温度調整機構（温度調整部、例えば加熱機構）を設けるようにしてもよい。このように温度調整機構を設けることで、アンモニア化合物を熱分解する領域（雰囲気）の温度をより適切な範囲にすることができる。これにより、アンモニア化合物をより適切に熱分解することができ、アンモニアにすることができる。これにより、計測精度をより高くすることができる。また、上記実施形態では、いずれも、変換手段の熱分解層や、温度調整機構として、加熱機構を例示したが、冷却機構を備えていてもよい。
【０１３３】
また、アンモニア化合物濃度計測装置は、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フィルタ（除塵装置）を設けてもよい。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、フィルタを設ける場合も、アンモニア化合物濃度計測装置は、煤塵に対する許容度が大きいので、他の計測方法を用いる場合よりも簡単なフィルタを用いることができる。これにより、フィルタを配置することにより発生する時間遅れを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。
【０１３４】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
以上のように、本発明にかかるアンモニア化合物濃度計測装置及びアンモニア化合物濃度計測方法は、管路内を流れる流通ガスに含まれるアンモニア化合物の計測に有用である。
【符号の説明】
【０１３６】
８ 計測対象配管
１０、１００、２００、３００、５００、６００ アンモニア化合物濃度計測装置
１２ 配管ユニット
１４ 変換手段
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 熱分解層
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管路内を流れるガスに含まれるアンモニア化合物濃度を計測するアンモニア化合物濃度計測装置及びアンモニア化合物濃度計測方法に関する。
【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。このような排ガスは、管路内を流されて、所定の装置や、大気に供給（排出）される。ここで、排ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度を計測する方法としては、排ガスを湿式サンプリングし、溶液中にアンモニア成分を捕集し、捕集した溶液をインドフェノール吸光光度法、イオンクロマト分析法等で分析する方法、一例として、「ＪＩＳＫ００９９」に記載された「排ガス中のアンモニア分析方法」がある。
【０００３】
また、管路内を流れる混合ガス（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は、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１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】
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
ここで、湿式サンプリングによる計測は、アンモニア化合物のみならず、排ガス中のガス状のアンモニアも捕集してしまう。そのため、アンモニア化合物とガス状のアンモニアとを合計した濃度を計測することになり、アンモニア化合物の濃度を計測することが困難である。また、湿式サンプリングでは、アンモニア化合物を溶液に捕集し、捕集した溶液を分析する。そのため、測定開始から、計測値の算出までに時間がかかるという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１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１に記載の装置のように、近赤外のレーザ光を照射して、測定対象による吸収を計測する計測方法では、一部のアンモニア化合物を計測することができない。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アンモニア化合物の濃度を高い応答性で、簡単、かつ、高精度に計測することが可能であるアンモニア化合物濃度計測装置及びアンモニア化合物濃度計測方法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アンモニア化合物濃度を計測するアンモニア化合物濃度計測装置であって、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、通過する前記流通ガスに含まれるアンモニア化合物をアンモニアに変換する変換手段と、前記配管ユニットを流れる前記流通ガスのうち、前記変換手段を通過する配管経路を流れた第１流通ガスに含まれるアンモニアの濃度である第１計測値と、前記変換手段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アンモニアの濃度である第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アンモニア化合物濃度を算出する制御手段と、を有し、前記計測手段は、前記アンモニアの吸収波長を含み、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アンモニア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。
【０００９】
上記アンモニア化合物濃度計測装置によれば、高い応答性、かつ、高い精度で、アンモニア化合物の濃度を検出することができる。
【００１０】
さらに、前記変換手段よりも上流側に配置され、前記変換手段に流入する前記流通ガスの流量を計測する第１流量計と、前記変換手段よりも下流側に配置され、前記変換手段から排出された前記流通ガスの流量を計測する第２流量計と、を備え、前記制御手段は、前記第１流量計の計測結果と、前記第２流量計の計測結果に基づいて、前記流通ガスの前記アンモニアの計測値を補正して算出することが好ましい。これにより、流通ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度をより高い精度で計測することができる。
【００１１】
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、前記変換手段が配置された第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、前記変換手段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、前記制御手段は、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計測を行うことができる。
【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、前記変換手段が配置された第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、前記変換手段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変換手段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、アンモニア化合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、前記変換手段が配置された保持配管と、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、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、他方の前記計測ユニットは、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段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、連続して、アンモニア化合物を計測することができる。
【００１４】
また、前記変換手段は、アンモニア化合物を酸化反応させてアンモニアにする熱分解層であることが好ましい。これにより、簡単な構成でアンモニア化合物を測定可能な物質に変換することができる。
【００１５】
また、前記変換手段は、アンモニア化合物を熱分解させてアンモニアにする熱分解層であることが好ましい。これにより、アンモニア化合物をより確実にアンモニアに変換することができる。
【００１６】
また、前記変換手段は、前記熱分解層の温度を調整する温度調整部を備えることが好ましい。これにより、アンモニア化合物をより確実にアンモニアに変換することができる。
【００１７】
また、前記変換手段の変換動作の実行と停止とを切り換える切換機構をさらに有し、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、前記変換手段が配置された保持配管と、を備え、前記計測手段は、前記計測ユニットが、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、前記変換手段は、アンモニア化合物を熱分解させてアンモニアにする熱分解層であり、前記切換手段は、前記熱分解層の温度を調整する温度調整部であり、前記制御手段は、前記変換手段の変換動作を実行させている状態と、前記変換手段の変換動作を停止させている状態とを切り替え、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計測を行うことができる。
【００１８】
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、前記流通ガスが流れる配管と、を備え、前記変換手段は、前記配管ユニットに、オゾンを供給するオゾン供給手段と、前記流通ガスの流れ方向において前記配管の前記オゾン供給手段よりも下流側に形成され、前記流通ガスに含まれるアンモニア化合物と前記オゾン供給手段により供給されるオゾンとが反応する反応領域と、を備え、前記計測手段は、前記計測ユニットが、前記流通ガスの流れ方向において前記反応領域よりも下流側に配置され、前記制御手段は、前記オゾン供給手段から前記配管ユニットに前記オゾンを供給している状態と、前記オゾン供給手段から前記配管ユニットに前記オゾン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計測を行うことができる。
【００１９】
また、前記変換手段は、さらに、前記アンモニア化合物を捕集する捕集層を有することが好ましい。これにより、より確実にアンモニア化合物をアンモニアに変換することができる。
【００２０】
また、前記計測ユニットは、レーザ光が、前記変換手段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、計測セルの一部を配管とすることができ、流通ガスをより直接的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ことが好ましい。これにより、流通ガスをより高い精度で計測することができる。
【００２２】
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。
【００２３】
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のアンモニア化合物濃度を計測するアンモニア化合物濃度計測方法であって、前記配管を流れる流通ガスのうち、アンモニア化合物をアンモニアに変換する変換手段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、アンモニアの吸収波長を含み、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、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アンモニアの濃度を第１計測値として計測する第１計測ステップと、前記配管を流れる流通ガスのうち、アンモニア化合物をアンモニアに変換する変換手段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、アンモニアの吸収波長を含み、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アンモニアの濃度を第２計測値として計測する第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アンモニア化合物濃度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。
【００２４】
上記アンモニア化合物濃度計測方法によれば、高い応答性、かつ、高い精度で、アンモニア化合物の濃度を検出することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明にかかるアンモニア化合物濃度計測装置及びアンモニア化合物濃度計測方法は、高い精度かつ、高い応答性でアンモニア化合物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】
【００２６】
【図１】図１は、アンモニア化合物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に示すアンモニア化合物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、アンモニア化合物濃度計測装置の動作を説明するフロー図である。
【図４】図４は、アンモニア化合物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】図５は、アンモニア化合物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、アンモニア化合物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、アンモニア化合物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８−１】図８−１は、アンモニア化合物濃度計測装置の動作を説明するための説明図である。
【図８−２】図８−２は、アンモニア化合物濃度計測装置の動作を説明するための説明図である。
【図９】図９は、アンモニア化合物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】
【００２７】
以下に、本発明にかかるアンモニア化合物濃度計測装置及びアンモニア化合物濃度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。ここで、アンモニア化合物濃度計測装置及びアンモニア化合物濃度計測方法は、管路を流れる種々のガスについて、ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度を計測することができる。例えば、アンモニア化合物濃度計測装置及びアンモニア化合物濃度計測方法を排ガスが流れる管路に取付、排ガスに含まれるアンモニア化合物濃度を計測してもよい。また、排ガスが流れる管路を有する装置としては、各種燃焼機関、例えば、車両、船舶、発電機、焼却炉等が例示される。具体的には、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）、ゴミ焼却炉から排出される流通ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度を計測することができる。また、測定対象のガスは、燃焼機器から排出された排ガスに限定されず、各種の流通ガス、例えば、燃焼ガス、実験等により生成されたガスを測定対象とすることができる。なお、本実施形態では、配管内を流れる流通ガス（混合ガス）中に存在するアンモニア化合物が測定対象となる。なお、アンモニア化合物としては、硫安（硫酸アンモニウム、（ＮＨ４）２ＳＯ４）、酸性硫安（硫酸水素アンモニウム（ＮＨ４）ＨＳＯ４）等がある。また、アンモニア化合物には、塩安（塩化アンモニウム、ＮＨ４Ｃｌ）、過塩素酸アンモニウム（ＮＨ４ＣｌＯ４）、硝安（硝酸アンモニウム、ＮＨ４ＮＯ３）、炭安、（炭酸アンモニウム、（ＮＨ４）４ＣＯ３）等を含む場合もある。
【００２８】
［実施形態１］
図１は、本発明のアンモニア化合物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。アンモニア化合物濃度計測装置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、流通ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度を計測する計測装置である。アンモニア化合物濃度計測装置１０は、図１に示すように、配管ユニット１２と、変換手段１４と、計測手段１６と、制御手段１８とを有する。また、アンモニア化合物濃度計測装置１０は、流量計３６、３８を有する。
【００２９】
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、を有する。
【００３０】
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含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。
【００３１】
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、管路内に後述する変換手段１４が配置されている。また、第１配管２２の変換手段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、変換手段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。
【００３２】
また、第１配管２２は、流通ガスの流れ方向において変換手段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の下流に接続させたりすることが好ましい。
【００３３】
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、管路内に後述する変換手段１４が配置されていない。
【００３４】
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の下流に接続させたりすることが好ましい。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
変換手段１４は、流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物をアンモニアに変換する機構であり、第１配管２２の管路内に配置されている。変換手段１４は、第１配管２２の管路内に配置された熱分解層３９を有する。熱分解層３９は、通過する流通ガス、及び、流通ガスに含まれるアンモニア化合物を一定の温度以上とし、熱分解させて、アンモニアに変換する。なお、アンモニアと結合していた物質は、アンモニアと分離されて他の物質となる。熱分解層３９は、通過するアンモニア化合物を一定の温度以上にできればよく、その構成は限定されない。例えば、熱分解層３９としては、配管と、その配管及び配管を流れる流通ガスを加熱するイメージ炉の組み合わせを用いることができる。なお、加熱機構としては、イメージ炉に限定されず、種々の加熱機構を用いることができる。例えば、配管の外周で燃焼ガスを燃焼させ、配管を加熱することで、流通ガスを加熱する機構や、配管を二重配管とし、内管に流通ガスを流し、外管に加熱された流体を流すことで、流通ガスを加熱する機構も用いることができる。なお、熱分解層３９は、アンモニア化合物を適切に熱分解するために、アンモニア化合物を３００℃以上に加熱することが好ましい。なお、変換手段１４の熱分解層３９により、アンモニア化合物を加熱する温度は、アンモニア化合物をアンモニアと他の物質とに分解できればよく、その温度は特に限定されない。なお、変換手段１４の熱分解層３９は、アンモニアが他の物質に変換しない程度の温度範囲で流通ガス及びアンモニア化合物を加熱する。また、熱分解層３９は、流通ガスに流体を供給せずに、加熱することが好ましい。
【００３８】
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アンモニア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（レーザ）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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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５６から外部に排出する。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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に示すアンモニア化合物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。
【００４５】
発光部６２は、アンモニア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。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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、測定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（アンモニア、アンモニア化合物を変換（分解）することで生成される物質）の濃度を算出する。
【００４８】
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波長域のレーザ光は、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（アンモニア）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６４は、発光部６２から出力したレーザ光の強度を算出部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の測定対象の物質の濃度を算出する。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中の測定対象の物質の濃度を、算出及び／または計測する。また、計測手段１６は、連続的に測定対象の物質の濃度を、算出及び／または計測することができる。
【００４９】
ここで、流量計３６は、第１配管２２の変換手段１４よりも上流側に配置され、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は、第１配管２２を流れる第１流通ガスのうち、変換手段１４（熱分解層３９）を通過する前の流通ガス、つまり、アンモニア化合物が変換（熱分解）される前の流通ガスの流量を計測する。また、流量計３８は、第１配管２２の変換手段１４よりも下流側に配置され、第１配管２２を流れる流通ガスの流量を計測する。流量計３８は、第１配管２２を流れる第１流通ガスのうち、変換手段１４（熱分解層３９）を通過した流通ガス、つまり、アンモニア化合物が変換された後の流通ガスの流量を計測する。流量計３６、３８は、計測した流量を制御手段１８に送る。
【００５０】
制御手段１８は、配管ユニット１２、変換手段１４、計測手段１６、流量計３６、３８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１６で計測した計測結果（つまり、アンモニア濃度）、及び、各部で設定、検出した条件、また、流量計３６、３８で計測した流量に基づいて、測定対象のアンモニア化合物の濃度を算出及び／または計測する。
【００５１】
次に、アンモニア化合物濃度計測装置１０の動作を説明する。ここで、図３は、アンモニア化合物濃度計測装置の動作を説明するフロー図である。アンモニア化合物濃度計測装置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とが接続している状態と、計測ユニット４２と連結している配管と第２配管２４が接続している状態とを、交互に切り替えることが好ましい。
【００５２】
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、変換手段１４を通過した流通ガス（アンモニア化合物が変換された流通ガス、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。また、流量計３６、３８は、第１配管２２の測定位置を流れる第１流通ガスの流量を計測する。
【００５３】
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アンモニアの濃度（以下「第１計測値」ともいう。）を計測する。これにより、変換手段１４により、第１流通ガスに含まれるアンモニアの濃度を計測することができる。なお、第１流通ガスには、測定対象のアンモニア化合物を変換手段１４により変換したアンモニアと、変換前から含まれているアンモニア（共存ガス）とが含まれている。このため、第１計測値は、測定対象のアンモニア化合物を熱分解層３９で変換したアンモニア（流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物に由来するアンモニア）と、変換前から含まれているアンモニア（共存ガス）とを合計した濃度が計測される。
【００５４】
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（アンモニア化合物が変換されていない流通ガス、以下「第２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。
【００５５】
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アンモニアの濃度（以下「第２計測値」ともいう。）を計測する。これにより、変換手段１４により、第２流通ガスに含まれるアンモニアの濃度を計測することができる。なお、第２流通ガスには、変換前から含まれているアンモニア（共存ガス）が含まれている。このため、第２計測値は、変換前から含まれているアンモニア（共存ガス）の濃度が計測される。
【００５６】
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アンモニア化合物の濃度（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アンモニア化合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アンモニア化合物に由来するアンモニアと、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アンモニア化合物に由来するアンモニアの濃度を算出することができる。さらに、制御手段１８は、流量計３６、３８等から供給される情報に基づいて、流通ガスに含まれるアンモニア化合物に由来するアンモニアと流通ガスの流量の関係、また、アンモニア化合物からアンモニアへの反応の過程による各成分の増減を加味（補正）することで、流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物の濃度を算出することができる。制御手段１８は、アンモニア化合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、連続的にアンモニア化合物の濃度を計測するようにしてもよい。
【００５７】
アンモニア化合物濃度計測装置１０は、以上のように、測定対象のアンモニア化合物を変換手段１４により変換した第１流通ガスに含まれるアンモニアの濃度を計測手段１６により計測し、さらに、測定対象のアンモニア化合物を変換していない第２流通ガスに含まれるアンモニアの濃度を計測手段１６により計測し、差分をとることで、測定対象のアンモニア化合物の濃度を算出することができる。
【００５８】
また、アンモニア化合物濃度計測装置１０は、計測手段１６として、測定対象のアンモニア化合物の変換物（分解物、アンモニア化合物を変換したアンモニア）の吸収波長域の近赤外波長域のレーザ光を照射し、当該アンモニアにより吸収される強度を検出することで、短時間で、かつ、高い精度でアンモニア化合物の濃度を計測することができる。
【００５９】
また、測定対象のアンモニア化合物を変換し、変換した物質（アンモニア）として測定することで、近赤外波長域に吸収波長がないアンモニア化合物の濃度を、計測手段１６に示す半導体レーザ吸収分光法を用いて計測することが可能となる。また、本実施形態のように、測定対象の物質の近赤外域の波長の光を用いた計測ができることで、高精度での計測を行うことができる。また、アンモニア化合物が複数の化合物で構成される場合も、アンモニアを計測するのみで、流通ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度を計測することができる。
【００６０】
さらに、近赤外波長域のレーザ光を用いる計測では、測定対象の変換物（アンモニア）以外の成分が混在した状態であっても、測定対象の変換物の濃度を適切に測ることができる。つまり、測定対象の変換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。
【００６１】
また、アンモニア化合物濃度計測装置１０は、変換手段１４の前後の流量を算出し、その流量の変化に基づいて、変換（熱分解）によるマスバランスの変化、モル数の変化による影響を補正することで、流通ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度をより適切に算出することができる。なお、アンモニア化合物の濃度をより適切に補正できるため、本実施形態のように変換手段の前後での流量の変化を計測することが好ましいが、本発明はこれに限定されず、補正を行わないようにしてもよい。また、第１計測値と第２計測値との関係から、流量の変化量を推定し、その推定値に基づいて補正するようにしてもよい。
【００６２】
また、アンモニア化合物濃度計測装置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アンモニア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アンモニア化合物と、アンモニアとの比も算出することができる。
【００６３】
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。
【００６４】
ここで、アンモニア化合物濃度計測装置は、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４から図９を用いて、他の実施形態について説明する。
【００６５】
［実施形態２］
図４は、アンモニア化合物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４に示すアンモニア化合物濃度計測装置１００は、配管ユニット１１２と、変換手段１４と、計測手段１１６と、制御手段１１８と、流量計３６、３８とを有する。ここで、アンモニア化合物濃度計測装置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、変換手段１４、流量計３６、３８とは、図１に示す変換手段１４、流量計３６、３８と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００６６】
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、を有する。サンプリング配管２０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。
【００６７】
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、管路内に変換手段１４が配置されている。また、第１配管１２２の変換手段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。
【００６８】
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、管路内に変換手段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。
【００６９】
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、変換手段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。
【００７０】
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、変換手段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。
【００７１】
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。
【００７２】
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（アンモニア化合物が変換された流通ガス）に含まれるアンモニアの濃度を計測し、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（アンモニア化合物が変換されていない流通ガス）に含まれるアンモニアの濃度を計測する。計測手段本体１３４は、計測結果を制御手段１１８に送る。
【００７３】
制御手段１１８は、制御手段１８と同様に、配管ユニット１１２、変換手段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アンモニア化合物の濃度を計測（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。
【００７４】
アンモニア化合物濃度計測装置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アンモニア化合物の濃度を計測することができる。また、上述したアンモニア化合物濃度計測装置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、アンモニア化合物を変換した物質（アンモニア）の濃度を計測手段による計測対象とすることで、上述と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
アンモニア化合物濃度計測装置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アンモニアの濃度と、第２流通ガスに含まれるアンモニア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アンモニア化合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。
【００７６】
また、上述と同様にして、流量計３６と、流量計３８との計測結果に基づいて、アンモニア化合物の濃度を補正するようにしても良い。
【００７７】
［実施形態３］
図５は、アンモニア化合物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に示すアンモニア化合物濃度計測装置２００は、配管ユニット２１２と、変換手段１４と、計測手段２１６と、制御手段２１８と、流量計２２４、２２６を有する。ここで、アンモニア化合物濃度計測装置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、変換手段１４は、図１に示す変換手段１４と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００７８】
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。
【００７９】
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、管路内に変換手段１４が配置されている。また、配管２２２の変換手段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。
【００８０】
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、変換手段１４を通過する前の流通ガス（アンモニア化合物が変換されていない流通ガス、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。
【００８１】
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、変換手段１４を通過した流通ガス（アンモニア化合物が変換された流通ガス、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。
【００８２】
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。
【００８３】
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アンモニアの濃度を計測し、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アンモニアの濃度を計測する。計測手段本体２３４は、計測結果を制御手段２１８に送る。
【００８４】
また、流量計２２４は、サンプリング配管２２０の経路上に配置され、サンプリング配管２２０を流れる流通ガスの流量、つまり、変換手段１４を通過する前の流通ガス（第２流通ガス）の流量を計測する。また、流量計２２６は、配管２２２の変換手段１４と、下流側計測ユニット２３２との間に配置され、変換手段１４を通過した後の流通ガス（第１流通ガス）の流量を計測する。
【００８５】
制御手段２１８は、制御手段１８と同様に、配管ユニット２１２、変換手段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アンモニア化合物の濃度を計測（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。
【００８６】
アンモニア化合物濃度計測装置２００は、以上のような構成により、変換手段１４（熱分解層３９）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アンモニア化合物の濃度を計測することができる。また、上述したアンモニア化合物濃度計測装置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、測定対象のアンモニア化合物を変換（熱分解）した物質（アンモニア）の濃度を計測手段による計測対象とすることで、上述と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
アンモニア化合物濃度計測装置２００は、熱分解層３９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アンモニアの濃度と、第２流通ガスに含まれるアンモニア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、流通ガスのアンモニア化合物濃度（流通ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度）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変換（熱分解）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。また、流量計２２４と流量計２２６により、変換手段１４の通過前の流通ガス（第２流通ガス）と、変換手段１４の通過後の流通ガス（第１流通ガス）とのモル数のバランスの変化を検出することができる。これにより、算出したモル数から流通ガスのアンモニア化合物濃度の算出値を補正することができ、より正確なアンモニア化合物濃度を計測することができる。
【００８８】
［実施形態４］
図６は、アンモニア化合物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に示すアンモニア化合物濃度計測装置３００は、配管ユニット３１２と、変換手段１４と、計測手段３１６と、制御手段３１８と、流量計３２２、３２４と、を有する。ここで、アンモニア化合物濃度計測装置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、他の構成はアンモニア化合物濃度計測装置２００と同様の構成である。また、変換手段１４は、図１に示す変換手段１４と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００８９】
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、計測対象配管と接続し、計測対象配管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、管路内に変換手段１４が配置されている。また、サンプリング配管３２０の変換手段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。
【００９０】
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の変換手段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、変換手段１４を通過する前の流通ガス（アンモニア化合物が変換されていない流通ガス、第２流通ガス）のアンモニアの濃度を計測する。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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
入射管３４２ａは、図６に示すように、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。
【００９４】
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３４８ａ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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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、入光部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、変換手段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。
【００９９】
下流側計測ユニット３３２は、サンプリング配管３２０の変換手段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、変換手段１４を通過した後の流通ガス（アンモニア化合物が変換された流通ガス、第１流通ガス）のアンモニアの濃度を計測する。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３３０と同様であるので説明を省略する。
【０１００】
下流側計測ユニット３３２は、計測手段本体３３４から光ファイバ３５０ｂに供給されるレーザ光を、入光部３５２ｂ、窓３４６ｂ、入射管３４２ｂ、サンプリング配管３２０、出射管３４４ｂ、窓３４８ｂを通過して、受光部３５４ｂに入射する。これにより、下流側計測ユニット３３２は、変換手段１４を通過した流通ガス（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、下流側計測ユニット３３２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。
【０１０１】
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２３４と同様の構成である。
【０１０２】
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アンモニアの濃度を計測し、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アンモニアの濃度を計測する。計測手段本体３３４は、計測結果を制御手段３１８に送る。
【０１０３】
また、流量計３２２は、サンプリング配管３２０の経路上において、上流側計測ユニット３３０と変換手段１４との間に配置され、変換手段１４を通過する前の流通ガス（第２流通ガス）の流量を計測する。また、流量計３２４は、サンプリング配管３２０の経路上において下流側計測ユニット３３２よりも下流側に配置され、変換手段１４を通過した後の流通ガス（第１流通ガス）の流量を計測する。流量計３３２と流量計３２４は、流量の計測結果を制御手段３１８に送る。
【０１０４】
制御手段３１８は、制御手段１８と同様に、配管ユニット３１２、変換手段１４、計測手段３１６、流量計３２２、３２４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アンモニア化合物の濃度（流通ガスのアンモニア化合物濃度）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。
【０１０５】
アンモニア化合物濃度計測装置３００は、以上のような構成により、変換手段１４（熱分解層３９）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アンモニア化合物の濃度を計測することができる。また、上述したアンモニア化合物濃度計測装置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、流通ガス中のアンモニアの濃度を計測手段により計測することで、上述と同様の効果を得ることができる。また、アンモニア化合物濃度計測装置３００も、流量計３２２、３２４での計測結果に基づいて、流通ガスに含まれるアンモニア化合物の濃度の算出値を補正することができ、より高い精度で算出することができる。
【０１０６】
また、アンモニア化合物濃度計測装置３００も、熱分解層３９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アンモニアの濃度と、第２流通ガスに含まれるアンモニア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アンモニア化合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変換させた後、下流側計測ユニット３３２で計測することができる。
【０１０７】
さらに、アンモニア化合物濃度計測装置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を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設置することもできる。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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
［実施形態５］
図７は、アンモニア化合物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に示すアンモニア化合物濃度計測装置５００は、配管ユニット５１２と、変換手段１４と、計測手段５１６と、制御手段５１８と、流量計５２２、５２４と、切換手段５５０とを有する。
【０１１１】
配管ユニット５１２は、サンプリング配管５２０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には、管路内に変換手段１４が配置されている。また、サンプリング配管５２０の変換手段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。
【０１１２】
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。計測ユニット５３２は、変換手段１４を通過した流通ガスが供給される。
【０１１３】
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、アンモニア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。
【０１１４】
切換手段５５０は、変換手段１４に接続して配置されている。切換手段５５０は、変換手段１４がアンモニア化合物を熱分解する状態と、アンモニア化合物を熱分解しない状態とを切り換える手段であり、加熱機構５５２と、温度調整部５５４と、を有する。加熱機構５５２は、変換手段１４の熱分解層３９を加熱する機構であり、各種加熱機構を用いることができる。なお、加熱機構５５２は、変換手段１４の熱分解層３９を構成する温度調整機構を用いるようにしてもよい。つまり、加熱機構５５２には、変換手段１４の温度調整機構（イメージ炉等）を用いることができる。
【０１１５】
温度調整部５５４は、加熱機構５５２の加熱動作を制御し、熱分解層３９の温度を調整する。例えば、温度調整部５５４は、加熱機構５５２による加熱の有無を制御することで、熱分解層３９を通過する流通ガスが１００℃前後になる状態と、３００℃前後になる状態とにする。なお、本実施形態の変換手段１４は、切換手段５５０によって、熱分解層３９の温度が調整される機構である。
【０１１６】
制御手段５１８は、制御手段１８と同様に、配管ユニット５１２、変換手段１４、計測手段５１６、流量計５２２、５２４の各部の動作を制御する。また、制御手段５１８は、切換手段５５０の温度調整部５５４により、加熱機構５５２を制御することで、変換手段１４を通過する流通ガスを３００℃以上に加熱する第１の状態と、変換手段１４を通過する流通ガスを１００℃程度で通過させる第２の状態とを切り替える。なお、本実施形態では、加熱機構５５２が熱分解層３９を加熱していない状態とすることで、流通ガスが１００℃程度を維持して熱分解層３９を通過する。
【０１１７】
以下、図８−１及び図８−２を用いて具体的に説明する。ここで、図８−１及び図８−２は、アンモニア化合物濃度計測装置の動作を説明するための説明図である。また、図８−１及び図８−２は、横軸をともに時間ｔとし、図８−１は、縦軸を開閉信号、図８−２は、縦軸をアンモニア濃度とした。また、図８−１は、ＯＮ信号を１、ＯＦＦ信号を０とした。ここで、ＯＮ信号が出力されている場合、切換手段５５０は、変換手段１４を第１の状態とし、ＯＦＦ信号が出力されている場合、切換手段５５０は、変換手段１４を第２の状態とする。また、図８−２のアンモニア（ＮＨ３）濃度は、変換手段１４の下流側のアンモニア濃度である。
【０１１８】
例えば、制御手段５１８は、図８−１に示すようにＯＦＦ信号を出力し加熱機構５５２で熱分解層３９を加熱していない状態から、時刻ｔ１でＯＮ信号を出力し、加熱機構５５２で熱分解層３９を加熱している状態とし、一定時間経過後の時刻ｔ２で再びＯＦＦ信号を出力し加熱機構５５２で熱分解層３９を加熱していない状態とする。これにより、時刻ｔ１以前は、変換手段１４が第２の状態となり、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、変換手段１４が第１の状態となり、時刻ｔ２以降は、再び、変換手段１４が第２の状態となる。
【０１１９】
これに対応して、変換手段１４では、時刻ｔ１以前は、アンモニア化合物をそのまま通過させている状態となり、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、アンモニア化合物をアンモニアに熱分解している状態となり、時刻ｔ２以降は、再び、アンモニア化合物をそのまま通過させている状態となる。これにより、時刻ｔ１以前及び時刻ｔ２以降は、基本的に、変換前から流通ガスに含まれるアンモニア（共存ガス、捕集時から流通ガスに含まれるアンモニア）のみが、変換手段１４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、変換手段１４でアンモニア化合物を熱分解することで、生成されたアンモニアも含まれる状態となる。これにより、図８−２に示すように、時刻ｔ１以前は、アンモニアの濃度が低く（濃度Ｘ１）、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、アンモニアの濃度が高くなり（濃度Ｘ２）、時刻ｔ２以降は、再び、アンモニアの濃度が低くなる（濃度Ｘ１）。
【０１２０】
制御手段５１８は、図８−２の関係を用いて、時刻ｔ１以前及び時刻ｔ２以降に変換手段１４を通過し、計測ユニットに供給された流通ガス（アンモニア化合物が変換されていない流通ガス、第２流通ガス）のアンモニア濃度を計測し、さらに、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に変換手段１４を通過し、計測ユニットに供給された流通ガス（アンモニア化合物が変換された流通ガス、第１流通ガス）のアンモニア濃度を計測することで、流通ガスに含まれるアンモニア化合物に由来するアンモニアの濃度を算出し、さらにその結果から、流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物の濃度を計測（算出）する。
【０１２１】
アンモニア化合物濃度計測装置５００は、以上のような構成により、切換手段５５０により変換手段１４による流通ガスの加熱状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を調整することで、アンモニア化合物の変換（熱分解）のＯＮ／ＯＦＦ（実行／停止）を繰り返すことでも、流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物の濃度を計測することができる。この場合も、上述したアンモニア化合物濃度計測装置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、測定対象のアンモニア化合物を変換したアンモニアを測定対象とすることで、上述と同様の効果を得ることができる。
【０１２２】
なお、本実施形態では、切り替えの時間が必要となるため、アンモニア化合物濃度計測装置１０と同様に間欠的な計測となるが、１つの計測ユニットで濃度を計測することができる。
【０１２３】
［実施形態６］
図９は、アンモニア化合物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に示すアンモニア化合物濃度計測装置６００は、配管ユニット５１２と、変換手段６１４と、計測手段５１６と、制御手段５１８と、流量計５２２、５２４と、切換手段５５０とを有する。なお、図９に示すアンモニア化合物濃度計測装置６００は、変換手段６１４の構成を除いて、他の構成は、図７に示すアンモニア化合物濃度計測装置５００と同様である。そこで、以下では、アンモニア化合物濃度計測装置６００に特有の点について説明する。
【０１２４】
変換手段６１４は、捕集層６３９を有する。捕集層６３９は、アンモニア化合物を吸着する物質であり、アンモニア化合物を熱分解させる領域、つまり、熱分解層が配置される領域に配置されている。捕集層６３９としては、ポーラス状物質を用いることができ、特に、アンモニア化合物を選択的に吸着させる物質を用いることが好ましい。捕集層６３９は、通過する流通ガスに含まれているアンモニア化合物を吸着する。したがって、捕集層６３９を通過した流通ガスは、アンモニア化合物が低減または取り除かれた状態となる。
【０１２５】
また、変換手段６１４の流通ガスを加熱する機構は、切換手段５５０の加熱機構５５２となる。つまり、変換手段６１４は、加熱機構５５２により捕集層６３９が配置されている領域を加熱することで、捕集層６３９に吸着されているアンモニア化合物をアンモニアに熱分解する。
【０１２６】
このように、アンモニア化合物濃度計測装置６００は、変換手段６１４として、アンモニア化合物を吸着する捕集層６３９を設けることで、切換手段５５０により、変換手段６１４でアンモニア化合物をアンモニアに熱分解するときには、通過する流通ガスに含まれるアンモニア化合物に加え、吸着させていたアンモニア化合物もアンモニアに熱分解する。
【０１２７】
なお、本実施形態のように、アンモニア化合物を捕集する場合は、第２の状態の流通ガスに基づいて、共存ガスの濃度を計測し、さらに、変換処理時に検出されるアンモニアの濃度と、変換処理前にアンモニア化合物を吸着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、吸着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アンモニア化合物に由来するアンモニアの濃度を算出し、さらにその結果から、流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物の濃度を計測（算出）する。
【０１２８】
アンモニア化合物濃度計測装置６００は、以上のような構成により、熱分解する領域に、アンモニア化合物を吸着する捕集層６３９を用い、アンモニア化合物の吸着、熱分解を繰り返すことでも、流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物の濃度を計測することができる。この場合も、上述したアンモニア化合物濃度計測装置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、測定対象のアンモニア化合物を変換したアンモニアを測定対象とすることで、上述と同様の効果を得ることができる。
【０１２９】
また、捕集層６３９でアンモニア化合物を捕集することで、熱分解時により多くのアンモニア化合物をアンモニアに分解できるため、流通ガスに含まれるアンモニア化合物の量が少ない場合も、アンモニア化合物に起因するアンモニア濃度の変化をより適切に検出することができる。また、捕集層６３９でアンモニア化合物を捕集することで、流通ガスに含まれるアンモニア化合物をより高い確率でアンモニアに熱分解することができる。これにより、計測精度をより高くすることができる。
【０１３０】
なお、本実施形態では、切り替えの時間が必要となるため、アンモニア化合物濃度計測装置１０と同様に間欠的な計測となるが、１つの計測ユニットで濃度を計測することができる。
【０１３１】
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から実施形態４に捕集層を加えてもよい。このように、熱分解層に捕集層を設けることで、アンモニア化合物をより高い確率でアンモニアに熱分解することができる。これにより、計測精度をより高くすることができる。
【０１３２】
また、実施形態１から実施形態４に変換手段（熱分解する領域）の温度を調整する温度調整機構（温度調整部、例えば加熱機構）を設けるようにしてもよい。このように温度調整機構を設けることで、アンモニア化合物を熱分解する領域（雰囲気）の温度をより適切な範囲にすることができる。これにより、アンモニア化合物をより適切に熱分解することができ、アンモニアにすることができる。これにより、計測精度をより高くすることができる。また、上記実施形態では、いずれも、変換手段の熱分解層や、温度調整機構として、加熱機構を例示したが、冷却機構を備えていてもよい。
【０１３３】
また、アンモニア化合物濃度計測装置は、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フィルタ（除塵装置）を設けてもよい。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、フィルタを設ける場合も、アンモニア化合物濃度計測装置は、煤塵に対する許容度が大きいので、他の計測方法を用いる場合よりも簡単なフィルタを用いることができる。これにより、フィルタを配置することにより発生する時間遅れを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。
【０１３４】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
以上のように、本発明にかかるアンモニア化合物濃度計測装置及びアンモニア化合物濃度計測方法は、管路内を流れる流通ガスに含まれるアンモニア化合物の計測に有用である。
【符号の説明】
【０１３６】
８ 計測対象配管
１０、１００、２００、３００、５００、６００ アンモニア化合物濃度計測装置
１２ 配管ユニット
１４ 変換手段
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 熱分解層
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
【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アンモニア化合物濃度を計測するアンモニア化合物濃度計測装置であって、
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、通過する前記流通ガスに含まれるアンモニア化合物をアンモニアに変換する変換手段と、
前記配管ユニットを流れる前記流通ガスのうち、前記変換手段を通過する配管経路を流れた第１流通ガスに含まれるアンモニアの濃度である第１計測値と、前記変換手段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アンモニアの濃度である第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アンモニア化合物濃度を算出する制御手段と、を有し、
前記計測手段は、
前記アンモニアの吸収波長を含み、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アンモニア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アンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項２】
さらに、前記変換手段よりも上流側に配置され、前記変換手段に流入する前記流通ガスの流量を計測する第１流量計と、前記変換手段よりも下流側に配置され、前記変換手段から排出された前記流通ガスの流量を計測する第２流量計と、を備え、
前記制御手段は、前記第１流量計の計測結果と、前記第２流量計の計測結果に基づいて、前記流通ガスの前記アンモニアの計測値を補正して算出することを特徴とする請求項１に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【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、前記変換手段が配置された第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、前記変換手段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、
前記制御手段は、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に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【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、前記変換手段が配置された第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、前記変換手段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変換手段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に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【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、前記変換手段が配置された保持配管と、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、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、
他方の前記計測ユニットは、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段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に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項６】
前記変換手段は、アンモニア化合物を熱分解させてアンモニアにする熱分解層であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項７】
前記変換手段は、前記熱分解層の温度を調整する温度調整部を備えることを特徴とする請求項６に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項８】
前記変換手段の変換動作の実行と停止とを切り換える切換機構をさらに有し、
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、前記変換手段が配置された保持配管と、を備え、
前記計測手段は、前記計測ユニットが、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、
前記変換手段は、アンモニア化合物を熱分解させてアンモニアにする熱分解層であり、
前記切換手段は、前記熱分解層の温度を調整する温度調整部であり、
前記制御手段は、前記変換手段の変換動作を実行させている状態と、前記変換手段の変換動作を停止させている状態とを切り替え、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に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項９】
前記切換手段は、前記温度調整部により、前記流通ガスをアンモニア化合物が分解する温度に加熱して、前記変換手段の変換動作を実行させている状態とし、前記流通ガスの加熱を停止して、前記変換手段の変換動作を停止させている状態とすることを特徴とする請求項８に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項１０】
前記変換手段は、さらに、前記アンモニア化合物を捕集する捕集層を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項１１】
前記計測ユニットは、レーザ光が、前記変換手段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１０のいずれか１項に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【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ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項１３】
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項に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項１４】
配管を流れる流通ガスのアンモニア化合物濃度を計測するアンモニア化合物濃度計測方法であって、
前記配管を流れる流通ガスのうち、アンモニア化合物をアンモニアに変換する変換手段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、アンモニアの吸収波長を含み、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、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アンモニアの濃度を第１計測値として計測する第１計測ステップと、
前記配管を流れる流通ガスのうち、アンモニア化合物をアンモニアに変換する変換手段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、アンモニアの吸収波長を含み、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アンモニアの濃度を第２計測値として計測する第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アンモニア化合物濃度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アンモニア化合物濃度計測方法。
【請求項１】
流通ガスに含まれる測定対象のアンモニア化合物濃度を計測するアンモニア化合物濃度計測装置であって、
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、通過する前記流通ガスに含まれるアンモニア化合物をアンモニアに変換する変換手段と、
前記配管ユニットを流れる前記流通ガスのうち、前記変換手段を通過する配管経路を流れた第１流通ガスに含まれるアンモニアの濃度である第１計測値と、前記変換手段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アンモニアの濃度である第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アンモニア化合物濃度を算出する制御手段と、を有し、
前記計測手段は、
前記アンモニアの吸収波長を含み、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アンモニア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アンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項２】
さらに、前記変換手段よりも上流側に配置され、前記変換手段に流入する前記流通ガスの流量を計測する第１流量計と、前記変換手段よりも下流側に配置され、前記変換手段から排出された前記流通ガスの流量を計測する第２流量計と、を備え、
前記制御手段は、前記第１流量計の計測結果と、前記第２流量計の計測結果に基づいて、前記流通ガスの前記アンモニアの計測値を補正して算出することを特徴とする請求項１に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【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、前記変換手段が配置された第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、前記変換手段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、
前記制御手段は、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に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【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、前記変換手段が配置された第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、前記変換手段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変換手段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に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【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、前記変換手段が配置された保持配管と、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、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、
他方の前記計測ユニットは、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段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に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項６】
前記変換手段は、アンモニア化合物を熱分解させてアンモニアにする熱分解層であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項７】
前記変換手段は、前記熱分解層の温度を調整する温度調整部を備えることを特徴とする請求項６に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項８】
前記変換手段の変換動作の実行と停止とを切り換える切換機構をさらに有し、
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、前記変換手段が配置された保持配管と、を備え、
前記計測手段は、前記計測ユニットが、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、
前記変換手段は、アンモニア化合物を熱分解させてアンモニアにする熱分解層であり、
前記切換手段は、前記熱分解層の温度を調整する温度調整部であり、
前記制御手段は、前記変換手段の変換動作を実行させている状態と、前記変換手段の変換動作を停止させている状態とを切り替え、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に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項９】
前記切換手段は、前記温度調整部により、前記流通ガスをアンモニア化合物が分解する温度に加熱して、前記変換手段の変換動作を実行させている状態とし、前記流通ガスの加熱を停止して、前記変換手段の変換動作を停止させている状態とすることを特徴とする請求項８に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項１０】
前記変換手段は、さらに、前記アンモニア化合物を捕集する捕集層を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項１１】
前記計測ユニットは、レーザ光が、前記変換手段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１０のいずれか１項に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【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ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項１３】
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項に記載のアンモニア化合物濃度計測装置。
【請求項１４】
配管を流れる流通ガスのアンモニア化合物濃度を計測するアンモニア化合物濃度計測方法であって、
前記配管を流れる流通ガスのうち、アンモニア化合物をアンモニアに変換する変換手段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、アンモニアの吸収波長を含み、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、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アンモニアの濃度を第１計測値として計測する第１計測ステップと、
前記配管を流れる流通ガスのうち、アンモニア化合物をアンモニアに変換する変換手段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、アンモニアの吸収波長を含み、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アンモニアの濃度を第２計測値として計測する第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アンモニア化合物濃度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アンモニア化合物濃度計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８−１】
【図８−２】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８−１】
【図８−２】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−８００８（Ｐ２０１２−８００８Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４４３００（Ｐ２０１０−１４４３００）
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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