JP2013217757A - ガス検出装置とガス検出方法 - Google Patents

Abstract

【構成】
サンプリングしたガス中の可燃性ガスを検出するサーチモードと、サーチモードで可燃性ガスを検出した際に、サンプリングしたガスを所定量、キャリアガスと共にカラムへ供給して、カラムを通過したガスからメタンを検出するメタン検出モードと、メタン検出モードでメタンを検出した後に、カラムに逆方向からキャリアガスを供給して、カラムから戻ったガスを検出するノンメタン検出モード、とを実行する。メタン検出モードでメタンを検出し、かつノンメタン検出モードでメタン以外の可燃性ガスを検出した際に、天然ガスのリークが生じているものとする。
【効果】 天然ガスと土中メタンとを短時間で識別できる。
【選択図】 図３

Description

この発明は、燃料としての天然ガスと土中で生成したメタンとを識別できる、ガス検出装置とガス検出方法に関する。

都市ガスの配管等からの天然ガスの洩れと土中で生成したメタンとを識別して検出することが必要とされている。このことに関して特許文献１（特開平１０−９６７１７）はガスクロマトグラフにより、天然ガスをメタンと、エタン等の他の成分とに分離して検出することを提案している。土中で自然に生成したメタン（以下「土中メタン」）には、エタン等の成分は含まれないので、エタン等のピークの有無から天然ガスと土中メタンとを識別できる。しかし特許文献１の技術では、エタン等のガスへのリテンションタイムだけ待つ必要がある。

特開平１０−９６７１７

この発明の課題は、天然ガスと土中メタンとを短時間で識別できるガス検出装置とガス検出方法を提供することにある。

この発明は、ガスの検出手段と、ガスを分離するカラムと、キャリアガスの供給手段とを備え、土中で発生したメタンから識別して、天然ガスのリークを検出する装置において、
サンプリングしたガス中の可燃性ガスをガスの検出手段により検出するサーチモードと、サーチモードで可燃性ガスを検出した際に、サンプリングしたガスを所定量、キャリアガスと共にカラムへ供給して、カラムを通過したガスからメタンをガス検出手段で検出するメタン検出モードと、メタン検出モードでメタンを検出した後に、カラムに逆方向からキャリアガスを供給して、カラムから戻ったガスをガス検出手段で検出するノンメタン検出モードとの間で、サンプリングしたガスとキャリアガスとの流路を切り替える流路制御手段と、
メタン検出モードでメタンを検出し、かつノンメタン検出モードでメタン以外の可燃性ガスを検出した際に、天然ガスのリークが生じているものとする識別手段、とを備えていることを特徴とする。

この発明はまた、サンプリングしたガスをキャリアガスと共にカラムを通し、メタンとメタン以外のガスとを分離して検出することにより、土中で発生したメタンから識別して、天然ガスのリークを検出する方法において、
サンプリングしたガス中の可燃性ガスを検出するサーチモードと、
サーチモードで可燃性ガスを検出した際に、サンプリングしたガスを所定量、キャリアガスと共にカラムへ供給して、カラムを通過したガスからメタンを検出するメタン検出モードと、
メタン検出モードでメタンを検出した後に、カラムに逆方向からキャリアガスを供給して、カラムから戻ったガスを検出するノンメタン検出モード、
とを実行するようにサンプリングしたガスとキャリアガスとの流路を切り替え、
メタン検出モードでメタンを検出し、かつノンメタン検出モードでメタン以外の可燃性ガスを検出した際に、天然ガスのリークが生じているものとすることを特徴とする。

この発明では、メタンを検出するとカラムに逆方向にキャリアガスを流すので、メタンの保持時間とほぼ同時間でメタン以外のガスがカラムから排出される。このためメタン以外の可燃性ガスを検出するまでの時間を短くでき、かつカラムに高沸点の化合物が蓄積されることがない。

台車の速度を例えば秒速１ｍ、サンプリングからガスセンサで検出するまでの時間を例えば３秒とすると、可燃性ガスを検出した時に台車は３ｍ行き過ぎている。そこで台車の車輪の回転数をエンコーダで検出し、サーチモードで可燃性ガスを検出した際に、ガス検出手段で可燃性ガスを検出するまでの遅れ時間分の台車の移動距離をエンコーダの信号から求めてモニタに表示すると、可燃性ガスをサンプリングした場所まで確実に戻ることが出来る。

またサンプリング用のガスの吸引口を複数個所に並列に設けると、天然ガスの配管からずれた位置を移動しても、リークを検出しやすい。さらに風等によりリークした天然ガスが配管の直上部よりもずれた位置にあっても検出しやすい。

実施例のガス検出装置の平面図 実施例でのガス検出部の構造を示す図 サーチモードでのガスの流路を示す図 メタン検出モードでのガスの流路を示す図 ノンメタン検出モードでのガスの流路を示す図 実施例でのガス検出アルゴリズムを示すフローチャート 変形でのプローブの配置を示す図

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。

図１〜図７に実施例とその変形とを示す。図１に示すように、実施例のガス検出装置は台車２と台車２に搭載されたガス検出部８とからなり、台車２の車輪３にはエンコーダ４が設けられてその回転数を検出し、単位時間毎に回転数をメモリ１０に記憶する。５はハンドルで、台車２を操作し、台車２はハンドル５からの力で移動しても、あるいは内蔵のモータ等で自走しても良い。ハンドル５にタッチパネル兼用のモニタ６が取り付けられ、ガス検出装置の状態、天然ガス等の検出結果を表示すると共に、ガス検出装置への作業者の指示を受け付ける。CPU９はガスセンサ１２の信号の処理、モニタ６への表示と作業者からの入力の解釈、ガス検出部８での流路の切り替え等の処理を実行し、そのためのデータをメモリ１０に記憶させる。

図２に、キャリアガスとサンプリングしたガスの流路を中心に、ガス検出部８を示す。図２の実線はパイプから成る流路で、ガスセンサ１２は、例えば半導体式あるいは接触燃焼式のガスセンサであるが、FID（フレームアイオニゼーションディテクタ）等の検出器でも良い。１４は清浄空気等のキャリアガスを供給するボンベで、活性炭等により周囲の空気を処理してキャリアガスとしても良い。１６はプローブで、道路の表面等からポンプ８により空気を吸引し、吸引された空気をサンプリングガスと呼ぶ。なおガスセンサ１２とは別のガスセンサをポンプ８の前後に設けて、サーチモードでの検出遅れを短縮しても良い。１８はリストリクタで、サンプリングガスの流量を制限し、２０は計量管で周囲のパイプと共に所定量のサンプリングガスを蓄積する。２２はカラムで、サンプリングしたガスをメタンとそれ以外の可燃性ガスへ分離し、例えば常温で動作しユニビーズ等の吸着剤が充填されている。カラム２２は、室温でメタンの保持時間が１分弱で、エタンの保持時間は４分程度、プロパンの保持時間は８分程度である。なお寒冷地での使用に備えて、カラム２２にヒータを内蔵させても良い。

２４は流路の継手でガスの合流と分岐とが行われ、V0〜V7はバルブで、バルブV0はキャリアガスの流量を一定にするための定流量バルブ、バルブV6はガスのサンプリング量を一定にするための定流量バルブ、バルブV7はガスセンサ１２へ過剰のサンプリングガスが供給されないようにするためのニードルバルブである。バルブV1〜V5は電磁弁を用いた３方向バルブである。

図３は、道路等に埋設したガス管からの天然ガスのリークを検出するサーチモードでの、ガスの流れを示す。なお天然ガスはメタンを主成分とする燃料ガスで、都市ガス等と呼ばれることもあり、数％以下のエタン、プロパン等のメタン以外の成分を含んでいる。図３の配管に２重線を付した流路に沿ってサンプリングガスが流れ、ガスセンサ１２でメタン等の可燃性ガスを検出する。この時、バルブV0は閉じており、検出を速めるためポンプPの付近に別のガスセンサを設けても良い。ガスセンサ１２から所定の閾値以上の信号が生じる、あるいはガスセンサ１２の信号の微分値が所定値以上に達するなどの場合、図１のCPU９は可燃性ガスを検出したものとして、メモリ１０のデータから検出までの遅れ時間分前の距離を求めて、モニタにリークを検出したことと、リークの発生個所からの距離とを表示する。作業者は表示された距離だけ台車２を後退させ、モニタ６からメタン検出モードへ移行することを入力する。メタン検出モードへ移行する直前に、計量管２０には所定量のサンプリングガスが蓄えられている。また作業者は、台車２を後退させながらガスセンサ１２からの信号をモニタ６で監視し、センサ信号が最大の場所で、メタン検出モードへ移行させる。

図４の２重線はメタン検出モードでのガスの流路を示し、ポンプPは停止し、ボンベ１４からのキャリアガスがバルブV0-V5を経由してガスセンサ１２へ流れる。この時、計量管２０のサンプリングガスがカラム２２を図の左から右へ流れ、ガスセンサ１２へ達する。ガスセンサ１２からメタンに対応するピークの信号が生じると、CPU９はピークの面積等からメタン濃度を求めて、メモリ１０に記憶し、ノンメタン検出モードに流路を切り替える。なおメタン検出モードへ切り替えた後に、ガスセンサ１２がメタンのピークを検出するまでの時間は周囲温度によって定まり、この時間内にメタンのピークを検出しない場合も、ノンメタン検出モードに流路を切り替える。

図５の２重線はノンメタン検出モードでのガスの流路を示し、キャリアガスがバルブV1から継手２４を介してカラム２２を図の右から左へ逆流して、カラム２２をバックフラッシュし、ガスセンサ１２へ流れる。メタン検出モードでカラム２２をキャリアガスが流れたのと等しい時間で、カラム２２内のエタン、プロパンその他の高沸点ガスはカラム２２から排出されて、ガスセンサ１２へ達する。この時、エタン、プロパン及び他の高沸点ガスは分離できない１つのピークとしてガスセンサ１２により検出され、CPU９はメタン以外の可燃性ガスの合計濃度をピーク面積等から検出する。

図６にガスの検出アルゴリズムを示す。作業者は道路等に沿って台車２を押して天然ガスのリークを探し、ガス検出装置は最初サーチモードで動作する。可燃性ガスを検出すると、検出遅れ分の時間×エンコーダで求めた速度から行き過ぎた距離を求めて、モニタに表示する。プローブ１６でサンプリングした後、ガスセンサ１２で検出するまでの時間を３秒、作業者の歩行速度を毎秒１ｍとすると、ガスを検出した場所から３ｍ程度台車２は行き過ぎている。作業者は台車を後退させ、後退した距離をエンコーダで求めて残距離を表示すると共に、サーチモードでのガスの検出を続けて、ガスセンサ１２からの信号波形をモニタ６に表示する。作業者はガスの発生個所の付近で、モニタからメタン検出モードへ移行することを指示する。

メタン検出モードに切り替えると、所定時間後にメタンのピークがガスセンサ１２により検出され、メタンの濃度をメモリに記憶する。なお仮にメタンのピークを検出しない場合、即ちメタン以外の可燃性ガスを検出していた場合、メタン濃度を０と記憶する。メタンのピークの検出後、あるいはメタン検出モードへの切替から所定時間後に、ノンメタン検出モードへ切り替える。サンプリングしたガス中のメタン以外の可燃性ガスが含まれていれば、一定の時間後にメタン以外のガスのピークを検出できる。従ってメタン以外の成分の有無と濃度が判明し、メタンのみを検出した場合は土中メタン、メタンと他の可燃性ガスとを検出した場合は天然ガスのリーク、メタン以外の可燃性ガスのみを検出した場合は雑ガスもしくは誤検出と識別できる。

メタンの検出までの時間＋αの間、カラム２２をバックフラッシュすることにより、カラム２２に吸着した成分を追い出すことが出来、カラム２２の汚染を防止できる。またメタンのピークの検出終了までの時間が例えば１分とすると、その後約１分でメタン以外の可燃性ガスの検出を終了できるので、合計の検出時間は約２分で、バックフラッシュ時間は１分＋αとする。これに対してバックフラッシュせずに、カラム２２をプロパン等が通過し終わるのを待つと、所要時間は例えば８分程度となる。

図７は変形例を示し、特に指摘する点以外は実施例と同様である。道路等に埋設されたガス管の直上部から台車２が外れ、あるいは風等によりガス管からの天然ガスをサンプリングできる場所が変動することがある。なおガスセンサ１２からの信号が小さすぎることは少ないので、サンプリングしたガス中のメタン濃度が低下すること自体は許容できる。そこで図７のように例えばプローブ１６を前後左右の４個所等の複数個所に設けると、台車２の位置が配管から左右にシフトしても検出でき、かつ風等の影響を受けにくい。

２ 台車
３ 車輪
４ エンコーダ
５ ハンドル
６ モニタ
８ ガス検出部
９ CPU
１０ メモリ
１２ ガスセンサ
１４ ボンベ
１６ プローブ
１８ リストリクタ
２０ 計量管
２２ カラム
２４ 継手
P ポンプ
V0〜V7 バルブ

Claims (4)

1. ガスの検出手段と、ガスを分離するカラムと、キャリアガスの供給手段とを備え、土中で発生したメタンから識別して、天然ガスのリークを検出する装置において、
   サンプリングしたガス中の可燃性ガスをガスの検出手段により検出するサーチモードと、サーチモードで可燃性ガスを検出した際に、サンプリングしたガスを所定量、キャリアガスと共にカラムへ供給して、カラムを通過したガスからメタンをガス検出手段で検出するメタン検出モードと、メタン検出モードでメタンを検出した後に、カラムに逆方向からキャリアガスを供給して、カラムから戻ったガスをガス検出手段で検出するノンメタン検出モードとの間で、サンプリングしたガスとキャリアガスとの流路を切り替える流路制御手段と、
   メタン検出モードでメタンを検出し、かつノンメタン検出モードでメタン以外の可燃性ガスを検出した際に、天然ガスのリークが生じているものとする識別手段、とを備えていることを特徴とする、ガス検出装置。
2. ガス検出装置はモニタを備えるとともに台車に搭載され、
   さらに、台車の車輪の回転数を検出するエンコーダと、サーチモードで可燃性ガスを検出した際に、ガス検出手段で可燃性ガスを検出するまでの遅れ時間分の台車の移動距離をエンコーダの信号から求めてモニタに表示するための手段、とを備えていることを特徴とする、請求項１のガス検出装置。
3. サンプリング用のガスの吸引口を複数個所に並列に備えていることを特徴とする、請求項１または２のガス検出装置。
4. サンプリングしたガスをキャリアガスと共にカラムを通し、メタンとメタン以外のガスとを分離して検出することにより、土中で発生したメタンから識別して、天然ガスのリークを検出する方法において、
   サンプリングしたガス中の可燃性ガスを検出するサーチモードと、
   サーチモードで可燃性ガスを検出した際に、サンプリングしたガスを所定量、キャリアガスと共にカラムへ供給して、カラムを通過したガスからメタンを検出するメタン検出モードと、
   メタン検出モードでメタンを検出した後に、カラムに逆方向からキャリアガスを供給して、カラムから戻ったガスを検出するノンメタン検出モード、
   とを実行するようにサンプリングしたガスとキャリアガスとの流路を切り替え、
   メタン検出モードでメタンを検出し、かつノンメタン検出モードでメタン以外の可燃性ガスを検出した際に、天然ガスのリークが生じているものとすることを特徴とする、ガス検出方法。

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