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JP-2026077406-A - ガス検出装置

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Abstract

【課題】検出対象ガスの検出に用いる光の波長の調整を、検出対象ガスの検出を開始する前にのみ行う場合と比べて、検出対象ガスの検出精度の低下を抑制する。 【解決手段】ガス検出装置は、検出対象となる空間に光を照射する照射部と、照射部から照射され空間を通過した光の受光結果に基づいて、空間における検出対象ガスの存在を検出する検出部と、検出部が検出対象ガスの存在を検出する検出期間の間に、照射部から照射され吸収波長が既知の基準ガスが封入された封入部を通過した光の受光結果に基づいて、照射部から照射される光の波長を予め定められた波長範囲に調整する波長調整部とを備える。 【選択図】図５

Inventors

  • 原 毅
  • 長嶋 功一
  • 内山 翼
  • 斉藤 寿久

Assignees

  • 東京ガスエンジニアリングソリューションズ株式会社
  • 株式会社ガスター

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20241025

Claims (7)

  1. 検出対象となる空間に光を照射する照射部と、 前記照射部から照射され前記空間を通過した光の受光結果に基づいて、当該空間における検出対象ガスの存在を検出する検出部と、 前記検出部が前記検出対象ガスの存在を検出する検出期間の間に、前記照射部から照射され吸収波長が既知の基準ガスが封入された封入部を通過した光の受光結果に基づいて、当該照射部から照射される光の波長を予め定められた波長範囲に調整する波長調整部と を備えるガス検出装置。
  2. 前記照射部は、温度および供給される電流値に応じて照射する光の波長が変化する発光素子を含み、 前記波長調整部は、前記照射部から照射される光の波長が前記波長範囲となるように、前記発光素子の温度を制御する 請求項１に記載のガス検出装置。
  3. 前記波長調整部は、前記発光素子を予め定められた基準温度に制御し当該発光素子に供給する電流値を変化させて前記照射部から照射され前記封入部を通過した光の受光結果に基づいて、当該照射部から照射される光の波長を認識し、当該照射部から照射される光の波長が前記波長範囲となるように、当該発光素子の温度を当該基準温度から変化させる 請求項２に記載のガス検出装置。
  4. 前記波長調整部は、前記発光素子が第１の温度に制御された状態で前記検出部により前記検出対象ガスの存在を検出する前記検出期間が行われた後に、当該第１の温度を前記基準温度として、前記照射部から照射される光の波長を調整する 請求項３に記載のガス検出装置。
  5. 前記波長調整部は、前記発光素子に供給する電流を、少なくとも、予め定められた基準電流と、当該基準電流よりも大きい第１の電流と、当該基準電流よりも小さい第２の電流とに変化させて、前記照射部から照射される光の波長を認識する 請求項４に記載のガス検出装置。
  6. 前記波長調整部は、前記照射部から照射され前記封入部を通過した光の受光結果に基づいて当該照射部から照射される光の波長を認識し、認識した波長と前記波長範囲との差が予め定められた閾値よりも大きい場合にはエラー通知を行う 請求項１に記載のガス検出装置。
  7. 前記波長調整部が前記照射部から照射される光の波長を調整する波長調整期間は、当該波長調整期間の前後に前記検出部が行う前記検出期間よりも短い 請求項１に記載のガス検出装置。

Description

本発明は、ガス検出装置に関する。 特許文献１には、検出対象ガスによる吸収率が高い波長のレーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光が反射された反射光を受光する受光部とを備えるガス検出装置が開示されている。このガス検出装置では、受光した反射光の強度に基づいて検出外相ガスの漏洩を検出する。 特開２０２１－８９２０４号公報 本実施形態が適用される漏洩検出システムの全体構成を示した図である。本実施形態が適用される漏洩検出システムの使用態様を示した図である。本実施形態が適用される制御装置の機能構成の一例を示したブロック図である。検出対象ガスの一例であるメタンの光吸収スペクトルの一部を示した図である。本実施形態が適用されるガス検出装置の動作の概要を示した図である。検出対象ガスがメタンである場合に波長調整部が行う調整動作を説明する図である。検出対象ガスがメタンである場合に波長調整部が行う調整動作を説明する図である。検出対象ガスがメタンである場合に波長調整部が行う調整動作を説明する図である。 以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 図１は、本実施形態が適用されるガス検出装置１の全体構成を示した図である。 図２は、本実施形態が適用されるガス検出装置１の使用態様を示した図である。図２は、ガス検出装置１によるガスの検出を行う空間Ｓを鉛直上方から見た図である。 本実施形態のガス検出装置１は、検出対象となる空間Ｓに予め定められた波長範囲の光を照射する。また、ガス検出装置１は、検出対象となる空間Ｓにて反射した反射光の一部を受光する。そして、ガス検出装置１は、受光した反射光の強度等に基づいて、検出対象となる空間Ｓに、ガス検出装置１による検出対象であるガスが存在するか否かを判断する。以下では、ガス検出装置１による検出対象であるガスを、「検出対象ガス」と表記する場合がある。本実施形態では、ガス検出装置１から出射される赤外光の光路上の空間が、検出対象ガスの検出対象となる空間Ｓである。 詳細については後述するが、検出対象となる空間Ｓに検出対象ガスが存在する場合、ガス検出装置１により出射された光の一部が検出対象ガスにより吸収される。ガス検出装置１は、対象空間Ｓにて反射した光の受光結果から、検出対象ガスによる光の吸収があることを認識し、対象空間Ｓにおける検出対象ガスの漏洩を検出する。 ガス検出装置１により検出する検出対象ガスとしては、特に限定されるものではないが、例えば、フルオロカーボン類、一酸化炭素、二酸化炭素、エチレン、メタン、エタン、プロパン、イソブタン、ブタン、プロピレン、アンモニア、硫化水素、フッ化水素等のガスが挙げられる。また、フルオロカーボン類として具体的には、ジフルオロメタン（冷媒番号：Ｒ３２）、ペンタフルオロエタン（冷媒番号：Ｒ１２５）、１，１，１－トリフルオロエタン（冷媒番号：Ｒ１４３ａ）、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（冷媒番号：Ｒ１３４ａ）、１，１－ジフルオロエタン（冷媒番号：Ｒ１５２ａ）、２，３，３，３－テトラフルオロ－１－プロペン（冷媒番号：Ｒ１２３４ｙｆ）、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（冷媒番号：Ｒ１２３４ｚｅ）、トランス－１，２－ジフルオロエチレン（冷媒番号：ＨＦＯ１１３２（Ｅ））、トリフルオロエチレン（冷媒番号：ＨＦＯ１１２３）等が挙げられる。 ガス検出装置１による検出対象ガスの検出対象である空間Ｓとしては、検出対象ガスを含む気体が流通する配管９０が設置された屋外または屋内の空間を例示することができる。この場合、ガス検出装置１は、配管９０から漏洩した検出対象ガスを検出する。 この例では、対象空間Ｓは、配管９０が設置されている床面９１と、配管９０の周囲に設けられたフェンス９２とにより囲まれる空間である。対象空間Ｓは、上方から見た場合に、全体として長辺と短辺とを有する長方形状の形状を有している。そして、フェンス９２は、この長方形の長辺と短辺とに沿うように設けられている。 また、対象空間Ｓには、ガス検出装置１の後述する光出射部１１から出射された光を反射する反射体５０が設けられている。この例では、反射体５０は、対象空間Ｓの四辺に設けられたフェンス９２のうち、図２の下側および右側に位置するフェンス９２に取り付けられている。 反射体５０としては、例えば、入射した光が再び入射方向へ反射する性質を有する再帰反射シートを用いることができる。なお、反射体５０は、必要な反射率を得ることができれば、特に限定されるものではない。また、本実施形態では、シート状の反射体５０をフェンス９２に取り付けているが、フェンス９２自身が反射体５０の機能を有していてもよい。また、対象空間Ｓが屋外である場合、風による抵抗を低減させる観点から、反射体５０に孔を設けたり、反射体５０をルーバー状態にしたりしてもよい。 ガス検出装置１は、ガスの漏洩を検出する検出部１０と、検出部１０を回転させる回転台２０と、検出部１０および回転台２０の動作を制御する制御装置３０とを備えている。 ガス検出装置１では、回転台２０の上に検出部１０が載せられている。 検出部１０は、空間Ｓに向けて光を出射する光出射部１１を備えている。また、検出部１０は、光出射部１１から出射され空間Ｓで反射した光を受光する受光部１２を備えている。また、検出部１０は、空間Ｓで反射した光を受光部１２に集光させるレンズ１３を備えている。また、検出部１０は、光出射部１１から出射される光の波長を調整するためのテストを行うテスト部１５を備えている。 本実施形態のガス検出装置１は、光を出射する光出射部１１と、光出射部１１から出射され空間Ｓで反射された光を受光する受光部１２とが一体となっている。これにより、検出対象ガスを遠隔から検出することができる。 なお、ガス検出装置１は、光出射部１１と受光部１２とが別体であってもよい。この場合、検出対象となる空間Ｓを挟んで光出射部１１と受光部１２とが対向するように配置することで、検出対象ガスを検出することができる。 光出射部１１は、検出対象となる空間Ｓに光を照射する照射部の一例である。光出射部１１は、予め定められた波長範囲の光を出射するレーザダイオード（ＬＤ）チップを備えている。また、光出射部１１は、ＬＤチップの温度を検知する温度検知部と、ＬＤチップの温度を調整する温度調整部とを備えている。ＬＤチップが、温度および印加される電流値に応じて照射する光の波長が変化する発光素子の一例である。光出射部１１は、光ファイバを介さずにＬＤチップからの光を出射する、所謂空間出力タイプであってもよく、光ファイバを介してＬＤチップからの光を出射する、所謂ファイバ出力タイプであってもよい。ここでは、所謂空間出力タイプの光出射部１１である場合を例に挙げて説明する。 光出射部１１のＬＤチップは、予め定められた波長範囲の光を出射する。本実施形態の光出射部１１は、ＬＤチップからの光を、不図示のコリメータにより平行光にして出射する。詳細については後述するが、ＬＤチップから出射される光の波長は、ＬＤチップの温度およびＬＤチップに供給される電流値に応じて変化する。 光出射部１１のＬＤチップから出射された光は、その一部が、テスト部１５の後述するハーフミラー１５１を通過して、ガス検出装置１の外部へ照射される。また、光出射部１１から出射された赤外光は、その一部が、ハーフミラー１５１により反射され、テスト部１５の後述するテスト用セル１５２を通過して、後述するテスト用受光部１５３で受光される。 光出射部１１の温度検知部は、例えば、ＬＤチップの温度によって抵抗値が変化するサーミスタにより構成される。温度検知部は、抵抗値等のＬＤチップの温度に関する情報を、制御装置３０に出力する。 光出射部１１の温度調整部は、例えば、供給される電流の向きおよび大きさに応じてＬＤチップを加熱または冷却するペルチェ素子により構成される。温度調整部は、制御装置３０による制御に基づいて、ＬＤチップの温度が後述する目標温度となるように、ＬＤチップを加熱または冷却する。 受光部１２は、例えば、フォトダイオードにより構成される。受光部１２は、光出射部１１から出射されて、空間Ｓに存在する壁や地面等の反射面で反射した光（反射光）の一部を、レンズ１３を介して受光する。また、受光部１２は、受光した光の強度に応じた電気信号を、制御装置３０の後述する取得部３２に出力する。なお、受光部１２から出力される光の強度に応じた電気信号については、後段にて詳細に説明する。 レンズ１３は、例えばフレネルレンズにより構成され、光出射部１１から出射され空間Ｓで反射した光（反射光）を、受光部１２の受光面に集光する。 テスト部１５は、光出射部１１から出射される光の波長を調整するために用いられる。テスト部１５は、光出射部１１から出射された光の一部を透過するとともに一部を反射するハーフミラー１５１を備えている。また、テスト部１５は、内部に検出対象ガスが封入され、ハーフミラー１５１で反射された光が通過するテスト用セル１５２を備えている。また、テスト部１５は、テスト用セル１５２を通過した光を受光するテスト用受光部１５３を備えている。テスト用受光部１５３は、例えばフォトダイオードからなり、受光した光の強度に応じた電気信号を、後述する制御装置３０の波長調整部３４に出力する。 回転台２０は、検出部１０を、鉛直方向に延びる回転軸を中心として、予め定められた回転速度で水平方向に回転させる。例えば、回転台２０は、検出部１０を、予め定められた始点から終点まで右回りに３５０°回転させる往路動作を行う。また、回転台２０は、往路動作に引き続いて、検出部１０を、終点から始点まで左回りに３５０°回転させる復路動作を行う。 ガス検出装置１では、回転台２０により検出部１０が回転されることで、検出部１０の光出射部１１から出射された光が、空間Ｓの全域に順次照射される。また、ガス検出装置１では、光出射部１１から出射された光が空間Ｓに順次照射されるのに伴い、受光部１２が、空間Ｓにて反射した光を順次受光し、受光信号を出力する。これにより、ガス検出装置１では、空間Ｓの全域に亘って検出対象ガスの検出を行うことができる。 制御装置３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０Ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）３０Ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）３０Ｃにより構成されるコンピュータ装置である。ＣＰＵは、ＲＯＭ３０Ｂや不図示の記憶装置等に記憶された各種プログラムをＲＡＭ３０Ｃにロードして実行することにより、制御装置３０の後述する各機能を実現する。ＲＡＭ３０Ｃは、ＣＰＵの作業用メモリ等として用いられるメモリであり、ＲＯＭ３０Ｂは、ＣＰＵ３０Ａが実行する各種プログラム等を記憶するメモリである。 図３は、本実施形態が適用される制御装置３０の機能構成の一例を示したブロック図である。 制御装置３０は、光出射部１１による光の出射を制御する出射制御部３１を備えている。また、制御装置３０は、受光部１２から出力された受光信号に基づいて、空間Ｓにおける検出対象ガスの濃度を表す測定値を取得する取得部３２を備えている。また、制御装置３０は、取得部３２が取得した測定値に基づいて、空間Ｓにおいて検出対象ガスが漏洩しているか否かの判定を行う漏洩判定部３３を備えている。また、制御装置３０は、テスト部１５のテスト用受光部１５３から出力された電気信号に基づいて、光出射部１１から出射される光の波長を調整する波長調整部３４を備えている。また、制御装置３０は、漏洩判定部３３による判定結果に基づいて、空間Ｓにおいて検出対象ガスが漏洩した旨の情報等を出力する出力部３５を備えている。また、制御装置３０は、光出射部１１のＬＤチップについて予め定められた基準電流お