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公開番号2025161195
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-24
出願番号2024064178
出願日2024-04-11
発明の名称温度帯毎の濃度計測方法及び装置
出願人JFEエンジニアリング株式会社
代理人個人,個人
主分類G01N 21/39 20060101AFI20251017BHJP(測定;試験)
要約【課題】温度帯毎の濃度計測対象ガスの濃度を計測することができる温度帯毎の濃度計測方法を提供する。
【解決手段】温度計測対象ガスと濃度計測対象ガスを含む計測対象ガスを通るレーザビームの経路11に沿って、温度計測対象ガスが吸収する異なる温度依存性を持つ2以上の波長A1,A2,A3、及び濃度計測対象ガスが吸収する異なる温度依存性を持つ2以上の波長B1,B2における吸収情報を取得する。レーザビームの経路11を2以上のセクションに分割し、温度計測対象ガスに関する吸収情報に基づいて、セクション毎の温度を求める。そして、求めたセクション毎の温度、及び濃度計測対象ガスに関する吸収情報に基づいて、セクション毎の濃度計測対象ガスの濃度を求める。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
温度計測対象ガスと濃度計測対象ガスを含む計測対象ガスを通るレーザビームの経路に沿って、温度計測対象ガスが吸収する異なる温度依存性を持つ２以上の波長、及び濃度計測対象ガスが吸収する異なる温度依存性を持つ２以上の波長における吸収情報を取得する工程と、
レーザビームの経路を２以上のセクションに分割し、温度計測対象ガスに関する吸収情報に基づいて、セクション毎の温度を求める工程と、
求めたセクション毎の温度、及び濃度計測対象ガスに関する吸収情報に基づいて、セクション毎の濃度計測対象ガスの濃度を求める工程と、を備える温度帯毎の濃度計測方法。
続きを表示（約 670 文字）【請求項２】
温度計測対象ガスが吸収する異なる温度依存性を持つ３以上の波長における吸収情報を取得し、
温度ビニング（temperature binning）を用いて、セクション毎の温度を求めることを特徴とする請求項１に記載の温度帯毎の濃度計測方法。
【請求項３】
前記レーザビームの経路は、シングルの経路であることを特徴とする請求項２に記載の温度帯毎の濃度計測方法。
【請求項４】
温度計測対象ガスは、水蒸気であることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度帯毎の濃度計測方法。
【請求項５】
濃度計測対象ガスは、Ｏ
２
、ＣＯ、Ｎ
２
、ＮＨ
３
、ＮＯ、ＮＯｘの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度帯毎の濃度計測方法。
【請求項６】
温度計測対象ガスと濃度計測対象ガスを含む計測対象ガスを通るレーザビームの経路に沿って、温度計測対象ガスが吸収する異なる温度依存性を持つ２以上の波長、及び濃度計測対象ガスが吸収する異なる温度依存性を持つ２以上の波長における吸収情報を取得する手段と、
レーザビームの経路を２以上のセクションに分割し、温度計測対象ガスに関する吸収情報に基づいて、セクション毎の温度を求める手段と、
求めたセクション毎の温度、及び濃度計測対象ガスに関する吸収情報に基づいて、セクション毎の濃度計測対象ガスの濃度を求める手段と、を備える温度帯毎の濃度計測装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変波長ダイオードレーザ吸収分光法を用いて、温度帯毎の濃度計測対象ガスの濃度を計測する濃度計測方法及び装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
可変波長ダイオードレーザ吸収分光法（ＴＤＬＡＳ：Tunable Diode Laser absorption spectroscopy）は、ある波長のレーザビームを計測対象ガスに照射した際に、計測対象ガスがレーザビームを吸収する性質を利用する方法であり、計測対象ガスのレーザビームの吸収量から計測対象ガスの温度と濃度を計測する。
【０００３】
この吸収分光法を用いると、レーザビームの経路に沿った計測対象ガスの平均的な温度と濃度を求めることができる。しかし、この吸収分光法には、計測対象ガスの温度と濃度がどのように分布しているか、すなわち一様に分布しているのか、局在しているかがわからないという課題がある。
【０００４】
可変波長ダイオードレーザ吸収分光法の一種である温度ビニング（temperature binning）は、レーザビームの経路を２以上のセクションに分割し、セクション毎の温度を求める方法である（非特許文献１参照）。
【０００５】
この温度ビニングを用いると、レーザビームの経路上のセクション毎の温度とセクションの長さを求めることができ、高温のセクションがどれぐらいの長さがあるか低温のセクションがどれぐらいの長さがあるかを知ることができる。
【０００６】
しかし、温度ビニングを用いても、目的とする濃度計測対象ガス（例えばＯ
２
、ＣＯ等）のセクション毎（温度帯毎）の濃度を求めることができない。すなわち、濃度計測対象ガスが高温の温度帯に局在しているのか低温の温度帯に局在しているかの情報を知ることができない。この情報は、燃焼炉、燃焼装置等の制御においてとても有用な情報である。
【０００７】
温度ビニングにＣＴ（Computed Tomography）の手法を適用すれば、温度帯毎の温度と濃度計測対象ガスの濃度を求めることができる（特許文献１参照）。しかし、この方法には、ＣＴの手法を適用するがゆえに多くのレーザビームの経路数を必要とし、多大なコストがかかるという課題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
Nathan A Malarich, Gregory B Rieker、Resolving nonuniform temperature distributions with single-beam absorption spectroscopy. Part I: Theoretical capabilities and limitations、Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer、２０２１年２月、volume 260
【特許文献】
【０００９】
特表２０１０－５２８２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、温度帯毎の濃度計測対象ガスの濃度を計測することができる温度帯毎の濃度計測方法及び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】
（【００１１】以降は省略されています）

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