JP2010531458A5

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Publication number: JP2010531458A5
Application number: JP2010514718A
Authority: JP
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2027-06-28

Description

たとえ適切なフィルタ及びセパレータが使用されるにしても、流体システム内の汚染物質が適切に制御されることを確かなものとするためには、更なる確証ステップ（step）が必要とされるかも知れない。今日では、エネルギ産業の配管ライン内の流体フロー汚染物質の殆どの試験は、その後に行う離れた場所での分析（offsite analysis）のために、流体フローの試料（サンプル：sample）を収集することによって達成される。
しかしながら、多くの場合、特に、サンプルが流れと同様の動力学的状態で（isokinetically）採取できないときには、実質的に的確なサンプルは手に入らないかも知れない。換言すれば、もし、採取システム（サンプリング・システム：sampling system）内への流体の流入が、加圧された処理流体フロー内の流体フローと同様の速度および運動エネルギを呈さなければ、流体フロー内の汚染物質の正確な代表（レプリゼンテーション：representation）が収集できないことになる。更に、現在では、収集されたサンプルは、第三者研究機関へ郵送されるか移送され、そこで、サンプルは測定および分析されるのを待つことになる。この間に、サンプルが変化し、汚染物質はサンプル容器に紛れてしまうことがしばしばである。

更なる実施形態において、本発明は、配管ライン中の液体エーロゾル汚染物質を遠隔で監視するために、配管ライン汚染物質モニタ装置を提供している。この配管ライン汚染物質モニタ装置は、配管ライン内に伸長する探針子（プローブ：prove）を含むことができ、このプローブは、配管ライン中の流体を流れと同様の動力学的状態でサンプリング（isokinetically sampling）し、配管ライン内の汚染物質の代表的な量（representative amount）がその後に計測され得ることを確かなものとする。
配管ライン汚染物質モニタ装置は、また、サンプルとして採取された流体（サンプル流体：sampled fluid）をプローブから受け取り、このサンプル流体を光源で照射し、照射されたサンプル流体中の汚染物質粒子からの散乱光を集光することができる、分析装置（アナライザ：analyzer）を含むことができる。
配管ライン汚染物質モニタ装置は、また、前記散乱光を分析装置から受け取り、この散乱光を電気信号、或る実施形態では汚染物質の粒子サイズ（particle size）に比例した電気信号、に変換することができる、少なくとも一つの検出器（ディテクタ：detector）を含むこともできる。配管ライン汚染物質モニタ装置は、更に、前記検出器から電気信号を受け取り、この電気信号を、例えば粒子分布や粒子サイズなど、汚染物質粒子に関係したデジタルデータに変換する、処理装置（プロセッサ：processor）を含むことができる。この処理装置は、その後、デジタルデータを通信ネットワークに伝送し、表示および評価のために、少なくとも一つのデジタルデータ処理装置に配信することができる。

今一つの実施形態においては、本発明は、配管ライン内の汚染物質を監視する方法を提供している。この方法は、１）配管ライン中の流体を流れと同様の動力学的状態でサンプリングし、配管ライン内の汚染物質の代表的な量がその後に計測され得ることを確かなものとするために、配管ライン内にプローブを挿入すること、２）配管ライン中の流体を流れと同様の動力学的状態でサンプリングすること、３）採取された流体を光源で照射すること、４）照射されたサンプル流体内の粒子からの散乱光を集光すること、５）この散乱光を、汚染物質の粒子サイズに比例し得る電気信号に変換すること、６）この電気信号を、汚染物質粒子に関係したデジタルデータに変換すること、及び７）このデジタルデータを、表示および評価のために、通信ネットワークを介して少なくとも一つのデジタルデータ処理装置に配信すること、を含んでいる。

別の実施形態においては、本発明は、配管ラインの汚染物質モニタ装置を提供しており、このモニタ装置は、１）配管ライン中の流体を流れと同様の動力学的状態でサンプリングし、配管ライン内のエーロゾル汚染物質の代表的な量がその後に計測され得ることを確かなものとするために、配管ライン内に伸長するプローブと、２）入口部と出口部と両者間の通路とを有する石英製のフローセルであって、サンプル流体が、入口部で受け取られ、前記通路を通って出口部から出るように指向させられるフローセルと、３）サンプル流体を容れた前記通路の一部分に集束した光ビームを伝播させ、その結果、汚染物質の粒子が集束したビームと触れるときに、散乱光が発生することができるために、レーザ・ダイオードなどの光源と、４）散乱光を集光し、その散乱光を、更なる処理のために検出器に伝送する集光レンズと、を含むことができる。

また、更に別の実施形態においては、本発明は、配管ライン内の流体を流れと異なる動力学的状態で（non-isokinetically）サンプリングすることができる配管ラインの汚染物質モニタ装置を提供している。配管ライン内の流体の一定した流れと異なる動力学的状態でのサンプリングは、ある種の流体の流れ（ストリーム：stream）をモニタする必要がある場合に用いることができる。

或る実施形態では、システム１０は、流体フロー１２を有する配管ライン１１内に、例えば弁（バルブ：valve）などのアクセスポイント（access point）を通して挿入することができるプローブ１３を含んでいる。或る実施形態では、プローブ１３は、例えばエーロゾル粒子のような、流体フロー１２中の気体要素（gaseous element）を流れと同様の動力学的状態でサンプリングするように、設計することができる。
換言すれば、プローブ１３は、配管ライン１１内の流体フローが呈する流体の速度および圧力と実質的に同様の速度および圧力で、流体サンプルを収集する。流れと同様の動力学的状態で収集するサンプリング法は、配管ライン１１に沿った汚染レベルを代表する汚染レベルで、サンプルが収集されることを確かなものとする。一旦収集されると、流体サンプルは、プローブ１３によって汚染物質モニタ装置１０１内へ指向させられる。

別の実施形態では、プローブ１３は、配管ライン１１内の流体フロー１２の気体要素を、流れと異なる動力学的状態でサンプリングするように設計することができる。例えば、プローブ１３は、配管ライン１１内の流体フローが呈する流体の速度および圧力とは異なった速度および圧力で、流体サンプルを収集することができる。
配管ライン内の流体の定常的な流れと異なる動力学的状態でのサンプリング（constant non-isokinetic sampling）は、様々なタイプの流体ストリームをモニタする必要がある場合、或いは、相対的なデータの比較を行うために利用されることができる。利用されるサンプリング法に拘わらず、流体サンプルは、プローブ１３によって汚染物質モニタ装置１０１内へ指向させられる。

或る実施形態では、光源３１は、集光された光ビーム２０１を発生させることができる、レーザシステム若しくは他の光源とすることができる。光源３１は、集光された光ビーム２０１を、フローセル２７内のサンプル流体２６を容れた通路２９の一部分に向かって伝播させるように、設計することができ、その結果、サンプル流体２６内の汚染物質の粒子が集光された光ビーム２０１と触れたときに、散乱光が発生させられる。
図３に示された実施形態では、光源３１は、例えば、約６５８ナノメータ（nanometers）の波長および約５０ｍｗのパワー（power）で赤外線を放射することができる赤外線レーザ・ダイオード（infrared laser diode）４８を含むことができる。レーザ放射線（laser radiation）の波長および出力パワーは、異なる用途（アプリケーション）に対して、チューニング又は調整を許容するように設計できることが理解されるべきである。光源３１は、更に、レーザ・ダイオード４８から放射されたビーム２０１を集束させ、実質的にフローセル２７の中心部に指向させる、焦点レンズ（focus lens）４９を含むことができる。
ノイズ（noise）を低減するために、集束したレーザビーム２０１上に空間的なフィルタ（spatial filter）５１を備えることができる。或る実施形態では、光源３１は、また、１）光源アッセンブリを一緒に保持する鏡筒（レンズチューブ：lens tube）４４，２）焦点レンズ４９をレンズチューブ４４に結合するアダプタ（adaptor）４５，及び３）焦点レンズ４９を保持するための焦点レンズチューブ４６も、含むことができる。

図１及び図２を再び参照すれば、操作（オペレーション：operation）に際して、配管ライン１１内の流体フロー１２は、プローブ１３により、継続的に若しくは周期的に、流れと同様の動力学的状態で（isokinetically）サンプル採取することができる。その後、プローブ１３は、汚染物質モニタ装置１０１内の分析装置１５にサンプル流体２６を指向させることができる。サンプル流体２６は、分析装置１５に入ると直ぐに、フローセル２７を通って指向させられる。サンプル流体２６は、入口部２８からフローセル２７内に入ることができる。サンプル流体２６は、フローセル２７内の通路２９を通って進行するときに、光源３１によって発生させられたレーザビーム２０１を横切り、このレーザビームによって照射される。或る実施形態では、レーザビーム２０１は、フローセル２７の略中心に向けられる。

Claims

配管ラインからのサンプル流体を光源を用いて照射し、照射されたサンプル流体中の汚染物質粒子からの散乱光を集光する分析装置であって、前記配管ライン内の圧力および温度でサンプル流体の流れを受け取り、後に続く測定のために、内部に含まれる汚染物質粒子のサイズ，分布および汚染物質濃度を正確に維持するように、前記サンプル流体の流れを前記配管ライン内の圧力および温度で貯える、ように構成されたフローセルを有する、分析装置と、
前記分析装置からの散乱光から電気信号を生成する少なくとも１つの検出器と、
ａ）前記検出器からの電気信号を、評価のために、汚染物質粒子に関連したデジタルデータに変換し、ｂ）該デジタルデータを、更なる処理のために、通信ネットワークを介して、少なくとも１つのデジタルデータ処理装置に配信する、処理装置と、
を備える、ことを特徴とする配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記配管ライン中の流体を流れと同様の動力学的状態でサンプリングして、配管ライン内の汚染物質の代表的な量がその後に計測できることを確かなものとするために、配管ライン内に伸長するプローブを更に備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記プローブは、前記配管ライン中の流体を流れと同様の動力学的状態でサンプリングするために、実質的に均一な直径を有している、ことを特徴とする請求項２に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記サンプル流体を配管ライン内へ再注入するポンプを更に備えている、ことを特徴とする請求項２に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記配管ライン内の流体は高圧のガスフローである、ことを特徴とする請求項２に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記配管ライン中の流体を流れと異なる動力学的状態でサンプリングするために配管ライン内に伸長するプローブを更に備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記配管ラインの内面に沿って位置する流体をサンプルとして採取するために、当該配管ライン内へ最小限に伸長するプローブを更に備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記フローセルは、入口部と出口部と両者間の通路とを有し、該フローセルは、入口部でサンプル流体を受け取り、該流体が前記光源によって照射されることを許容するために前記通路を通って出口部へ、前記サンプル流体を指向させる、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記分析装置は、前記散乱光を集光し、この散乱光を、更なる処理のために検出器に送る、集光レンズを更に備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記配管ライン内の流体は高圧の流体フローである、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記配管ライン内の流体は低圧の流体フローである、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記光源はレーザ・ダイオードである、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記検出器は、光電子倍増管，光ダイオード若しくは電荷結合素子である、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記デジタルデータは、粒子分布，粒子サイズデータ及び汚染物質濃度を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記分析装置は、約０．１ミクロンから約１０ミクロンのサイズを有する液体エーロゾルの汚染物質粒子からの散乱光を集光するように設計されている、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記分析装置は、約１１ミクロンから約１００ミクロンのサイズを有する液体ミストの汚染物質粒子からの散乱光を集光するように設計されている、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記分析装置は、液体，エーロゾル及び固体の汚染物質粒子からの散乱光を集光するように設計されている、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記処理装置は、デジタルデータを、イーサネット接続上で通信ネットワークに伝達するように設計されている、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記処理装置は、デジタルデータを、ワイヤレス通信ネットワークにのせて伝達するように設計されている、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記散乱光を検出器３４に向かわせる光ファイバケーブルを更に備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記光ファイバケーブルは、最適の感度と検出器の作動のためのレベルに、散乱光を低減するように働く、ことを特徴とする請求項２０に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記モニタ装置は流体に含まれる固体粒子をモニタするように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記モニタ装置は流体に含まれる水滴の存在をモニタするように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記モニタ装置は、配管ライン内のメインテナンスが必要であるかどうかを決定するために、汚染物質レベルを特定するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
配管ラインからのサンプル流体を光源を用いて照射し、照射されたサンプル流体中の汚染物質粒子からの散乱光を集光する分析装置であって、前記配管ライン内の圧力および温度でサンプル流体の流れを受け取り、後に続く測定のために、内部に含まれる汚染物質粒子のサイズ，分布および汚染物質濃度を正確に維持するように、前記サンプル流体の流れを前記配管ライン内の圧力および温度で貯える、ように構成されたフローセルを有する、分析装置と、
前記光源からの直接光は遮蔽する一方、前記汚染物質粒子からの散乱光は透過させるように設定されたフィルタと、
前記分析装置からの散乱光から電気信号を生成する少なくとも１つの検出器と、
ａ）前記検出器からの電気信号を、評価のために、汚染物質粒子に関連したデジタルデータに変換し、ｂ）該デジタルデータを、更なる処理のために、通信ネットワークを介して、少なくとも１つのデジタルデータ処理装置に配信する、処理装置と、
を備える、ことを特徴とする配管ラインの汚染物質モニタ装置。
配管ラインから取り出された流体フローのサンプルを、汚染物質粒子をモニタするための装置内へ指向させ、後に続く測定のために、内部に含まれる汚染物質粒子のサイズ，分布および汚染物質濃度を正確に維持するように、汚染物質粒子を伴ったサンプル流体を前記配管ライン内に存在する状態での圧力および温度で貯える、ステップと、
前記装置内で、サンプル内の汚染物質粒子から散乱光を生じさせるように、光源を用いて配管ラインからのサンプル流体を照射するステップと、
前記散乱光を、汚染物質粒子のサイズ，分布および汚染物質濃度を表す電気信号に変換するステップと、
この電気信号を、汚染物質粒子に関連したデジタルデータに処理するステップと、
このデジタルデータを、評価のために、遠隔に位置するデジタルデータ処理装置へ通信ネットワークを介して伝達するステップと、
を備える、ことを特徴とする配管ライン内の汚染物質モニタ方法。
配管ライン内の流体を流れと異なる動力学的状態でサンプリングするステップを更に備える、ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
配管ライン内の流体を流れと同様の動力学的状態でサンプリングするステップを更に備える、ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
サンプル流体を配管ライン内へ再注入するステップを更に備えている、ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
サンプル流体を大気中へ放出するステップを更に備えている、ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
参照および比較のために、汚染物質粒子に関連したデータを蓄えるステップを更に備えている、ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
前記照射のステップは、前記配管ライン中の流体を流れと同様の動力学的状態でサンプリングして、配管ライン内の汚染物質の代表的な量がその後に計測できることを確かなものとするために、配管ライン内にプローブを挿入することを含んでいる、ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
前記照射のステップは、サンプル流体中の少なくとも１つの汚染物質粒子が、光源からの光に触れて散乱光を生じさせることができるように、前記サンプル流体を、フローセルを通るように指向させることを含んでいる、ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
配信のステップは、デジタルデータを、イーサネット接続上で通信ネットワークへ伝達することを含んでいる、ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
配信のステップは、デジタルデータを、ワイヤレス通信ネットワーク若しくは放送信号にのせて伝達することを含んでいる、ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
入口部と出口部と両者間の通路とを有するフローセルであって、配管ラインから取り出された流体フローのサンプルを、前記配管ライン内の圧力および温度で入口部から受け取り、汚染物質粒子のサイズ，分布および汚染物質濃度を前記配管ライン内に存在する状態で正確に維持するために、前記汚染物質粒子を伴ったサンプル流体を前記配管ライン内の圧力および温度で貯え、前記サンプル流体を、前記通路を通って出口部へ向かうように指向させるフローセルと、
前記サンプル流体を容れた前記通路を横切って光ビームを伝播させ、汚染物質の粒子が集束したビームと触れたときに、該汚染物質粒子のサイズ，分布および汚染物質濃度により、散乱光を発生させる、光源と、
前記散乱光を集光し、その散乱光を、更なる処理のために検出器に伝送する、集光レンズと、
を備える、ことを特徴とする配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記配管ライン中の流体を流れと同様の動力学的状態でサンプリングして、配管ライン内の汚染物質の代表的な量がその後に計測できることを確かなものとするために、配管ライン内に伸長するプローブを更に備えている、ことを特徴とする請求項３６に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記光源はレーザ・ダイオードである、ことを特徴とする請求項３６に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記集光レンズから受け取った散乱光を、汚染物質の粒子サイズに比例した電気信号に変換する、少なくとも一つの検出器と、
前記検出器から受け取った電気信号からデジタルデータを生成し、このデジタルデータを、表示および評価のために、通信ネットワークを介して少なくとも一つのデジタルデータ処理装置に配信する処理装置と、
を更に備えている、ことを特徴とする請求項３６に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記処理装置は、前記デジタルデータを、イーサネット接続上で通信ネットワークへ伝達する、ことを特徴とする請求項３９に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
前記処理装置は、前記デジタルデータを、ワイヤレス通信ネットワーク若しくは放送信号にのせて伝達する、ことを特徴とする請求項３９に記載の配管ラインの汚染物質モニタ装置。
配管ラインから取り出された流体フローのサンプルを、汚染物質粒子をモニタするための装置内へ指向させ、後に続く測定のために、内部に含まれる汚染物質粒子のサイズ，分布および汚染物質濃度を正確に維持するように、汚染物質粒子を伴ったサンプル流体を前記配管ライン内に存在する状態での圧力および温度で貯える、ステップと、
前記装置内で、サンプル内の汚染物質粒子から散乱光を生じさせるように、光源を用いて配管ラインからのサンプル流体を照射するステップと、
前記光源からの直接光は遮蔽する一方、前記汚染物質粒子からの散乱光は透過させるステップと、
前記散乱光を、汚染物質粒子のサイズ，分布および汚染物質濃度を表す電気信号に変換するステップと、
この電気信号を、汚染物質粒子に関連したデジタルデータに処理するステップと、
このデジタルデータを、評価のために、遠隔に位置するデジタルデータ処理装置へ通信ネットワークを介して伝達するステップと、
を備える、ことを特徴とする配管ライン内の汚染物質モニタ方法。
入口部と出口部と両者間の通路とを有するフローセルであって、配管ラインから取り出された流体フローのサンプルを、前記配管ライン内の圧力および温度で入口部から受け取り、汚染物質粒子のサイズ，分布および汚染物質濃度を前記配管ライン内に存在する状態で正確に維持するために、前記汚染物質粒子を伴ったサンプル流体を前記配管ライン内の圧力および温度で貯え、前記サンプル流体を、前記通路を通って出口部へ向かうように指向させるフローセルと、
前記サンプル流体を容れた前記通路を横切って光ビームを伝播させ、汚染物質の粒子が集束したビームと触れたときに、該汚染物質粒子のサイズ，分布および汚染物質濃度により、散乱光を発生させる、光源と、
前記光源からの直接光は遮蔽する一方、前記汚染物質粒子からの散乱光は透過させるように設定されたフィルタと、
前記散乱光を集光し、その散乱光を、更なる処理のために検出器に伝送する、集光レンズと、
を備える、ことを特徴とする配管ラインの汚染物質モニタ装置。