JP2014185914A

JP2014185914A - 燃料漏洩検出装置及び方法

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Publication number: JP2014185914A
Application number: JP2013060279A
Authority: JP
Inventors: Kohei Kawazoe; 浩平川添; Shinsaku Dobashi; 晋作土橋; Kenji Nakamichi; 憲治中道; Yuichiro Hirano; 雄一郎平野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2014-10-02

Abstract

【課題】例えば液化天然ガス（ＬＮＧ）等の燃料の漏洩を検出する燃料漏洩検出装置及び方法を提供する。
【解決手段】燃料（ＬＮＧ）の漏洩を検出する漏洩検出装置であって、検知対象箇所（タンク）１１に対して面領域Ｘで照射され、燃料成分中の特定成分（ＣＨ₄）を吸収する第１の波長（λ₁）のレーザ光１３−１と、前記燃料成分中の特定成分を吸収しない第２の波長（λ₂）のレーザ光１３−２とを照射するレーザ照射手段１４と、前記レーザ光の照射による光二次元情報を取得する二次元光センサ１５とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば液化天然ガス等の燃料の漏洩を検出する燃料漏洩検出装置及び方法に関するものである。

従来、液化天然ガス（ｌｉｑｕｉｄｎａｔｕｒａｌｇａｓ:ＬＮＧ、以下、「ＬＮＧ」と略称する。）は、ＬＮＧ原産国で採取され、ＬＮＧタンカによってＬＮＧ消費国に運搬されている。このＬＮＧは、メタン（ＣＨ₄）を主成分とする天然ガスを水分、硫黄化合物、二酸化炭素などの不純物を除去した後、超低温に冷却、液化したものである。ＬＮＧタンクは、液化天然ガスを−１６３℃以下に保持して貯蔵するための装置であって、地上式ＬＮＧタンクや地下式ＬＮＧタンクが知られており、ＬＮＧの貯蔵タンク群からなるＬＮＧ基地に貯蔵され、保管されている。

このＬＮＧ基地において、ＬＮＧの漏洩を検知する手段として、従来より光ファイバをＬＮＧの導液管及び集液ます等に沿って敷設してなるＬＮＧ漏洩監視装置の提案がある（特許文献１）。

特開平１０−２０６２４０号公報

しかしながら、特許文献１の提案に係る光ファイバでのＬＮＧ漏洩監視装置は、光ファイバによる線センサであり、この線センサ領域から外れた箇所での漏洩検知は困難である、という問題がある。
また、漏洩が線センサ以外の領域で発生した場合、この漏洩領域からセンサ領域に漏れ出た燃料が流入するまで、検知ができず、漏洩検知の迅速性に欠ける、という問題がある。

よって、ＬＮＧ基地やＬＮＧタンカ等における複数のタンクにおいてＬＮＧ等の燃料の漏れを二次元の面領域で検知できる燃料漏洩検出装置の出現が切望されている。

本発明は、前記問題に鑑み、例えば液化天然ガス（ＬＮＧ）等の燃料の漏洩を検出する燃料漏洩検出装置及び方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、燃料の漏洩を検出する燃料漏洩検出装置であって、計測対象箇所に照射され、前記燃料成分の特定成分を吸収する波長と、前記燃料成分の特定成分を吸収しない波長との二種類のレーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記レーザ光の照射による光二次元情報を取得する二次元光センサとを具備することを特徴とする燃料漏洩検出装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記レーザ照射手段が、波長を非連続的に変化させながら、波長的に離散させて前記レーザ光を照射することを特徴とする燃料漏洩検出装置にある。

第３の発明は、第１の発明において、前記レーザ照射手段が、波長を連続的に変化させながら、波長変調しつつ前記レーザ光を照射することを特徴とする燃料漏洩検出装置にある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの燃料漏洩検出装置を用い、前記レーザ照射手段からの前記レーザ光を、燃料保管箇所に照射させ、漏洩の有無を判断することを特徴とする燃料漏洩検出方法にある。

本発明によれば、計測対象箇所に面領域で照射され、燃料成分の特定成分（ＣＨ₄）を吸収する波長（第１の波長）と吸収しない波長（第２の波長）とのレーザ光を照射するレーザ手段と、レーザ光の照射による光二次元情報を取得する二次元光センサとを具備するので、計測対象における燃料の漏洩を面領域で検知することができる。

図１は、実施例１に係る燃料漏洩検出装置の概略図である。図２は、実施例１に係る燃料漏洩検出装置の検知対象のＬＮＧタンクの模式図である。図３は、実施例１に係る燃料漏洩検出装置の検知対象のＬＮＧタンクを備えたタンカの模式図である。図４は、ＬＮＧの主成分のメタンの吸収線の一例を示すチャートである。図５は、実施例１に係る２種類のレーザ光を用いて面領域を撮像するレーザ光照射及び撮像パターンの一例を示す図である。図６−１は、実施例１に係る２種類のレーザ光を用いて面領域を撮像した結果を示す図である。図６−２は、実施例１に係る２種類のレーザ光を用いて面領域を撮像した結果に基づく監視モニタの一例を示す図である。図７−１は、実施例１に係る２種類のレーザ光を用いて面領域を撮像した結果を示す図である。図７−２は、実施例１に係る２種類のレーザ光を用いて面領域を撮像した結果に基づく監視モニタの一例を示す図である。図８は、実施例２に係る燃料漏洩検出装置の概略図である。図９は、実施例２に係る２種類のレーザ光を用いて面領域を撮像するレーザ光照射及び撮像パターンの一例を示す図である。図１０は、実施例３に係る燃料漏洩検出装置の概略図である。図１１は、ＬＮＧの主成分のメタンの吸収線の一例及び波長変調のパターンを示すチャートである。図１２はセンサアレイの出力結果を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、実施例１に係る燃料漏洩検出装置の概略図である。図２は、実施例１に係る燃料漏洩検出装置の検知対象のＬＮＧタンクの模式図である。図３は、実施例１に係る燃料漏洩検出装置の検知対象のＬＮＧタンクを備えたタンカの模式図である。図４は、ＬＮＧの主成分のメタンの吸収線の一例を示すチャートである。
図１に示すように、本実施例に係る燃料漏洩検出装置１０Ａは、燃料（ＬＮＧ）の漏洩を検出する漏洩検出装置であって、検知対象箇所（例えばＬＮＧタンク１１）に対して面領域Ｘで照射され、燃料成分中の特定成分（ＣＨ₄）を吸収する第１の波長（λ₁）のレーザ光１３−１と、前記燃料成分中の特定成分を吸収しない第２の波長（λ₂）のレーザ光１３−２とを照射するレーザ照射手段１４と、前記レーザ光の照射による光二次元情報を取得する二次元光センサ１５とを具備する。

本実施例では、燃料としてＬＮＧを漏洩対象燃料とし、図２に示すようにＬＮＧを保管する複数のＬＮＧタンク１１(本実施例では２つのタンク１１−１、１１−２)を面領域Ｘで監視するようにしている。図２中、符号１１ａはＬＮＧタンクへＬＮＧを供給又は抜出しを行う配管を図示する。
また、図３に示すようにＬＮＧタンク２１のブリッジ２２に、レーザ照射手段１４及び二次元光センサ１５を設け、複数のＬＮＧタンク１１における漏洩を面領域で検知するようにしている。

レーザ照射手段１４からのレーザ光としては、ＬＮＧ中の特定成分であるメタン（ＣＨ₄）を吸収する第１の波長（λ₁）のレーザ光１３−１と、ＬＮＧ中の特定成分であるメタンを吸収しない第２の波長（λ₂）のレーザ光１３−２とを用い、これらを交互にレーザ照射手段１４から照射している。

図４に示すように、波長１．６５３７μｍにおいて、メタンの吸収極大（透過率が大）を有しているので、この波長を第１の波長（λ₁）とし、この波長のレーザ光１３−１をレーザ照射手段１４から照射している。
また、図４に示すように、波長１．６５３７μｍにおいて、メタンの吸収曲線の透過率が小さい部分（非吸収部分）の波長（波長１．５８〜１．６０μｍ）を第２の波長（λ₂）とし、この波長のレーザ光１３−２をレーザ照射手段１４から照射している。

図５は、２種類のレーザ光を用いて面領域を撮像するレーザ光照射及び撮像パターンの一例を示す図である。
図５に示すパターンにおいて、二次元光センサ１５である撮像手段（例えばＣＣＤカメラ）による撮像は、所定間隔をもって行うようにしている（例えば３０Ｈｚ（１／３０秒毎）とするのが好ましい。）。
ここで、二次元光センサ１５である撮像手段としては、光情報蓄積型の近赤外領域カメラ（ＣＣＤカメラ等）を用いている。
この撮像画像は画素の集合による輝度であるので、その画像情報より、漏れの場所を特定することができる。
また、撮像間隔は、例えば３０Ｈｚ（１／３０秒毎）としているが、適宜変更することができる。

そして、第１の波長（λ₁）の第１のレーザ光１３−１と、第２の波長（λ₂）の第２のレーザ光１３−２との照射を、レーザ照射手段１４から、二次元光センサ１５の撮像間隔ごとに交互に行うようにしている。

そして、第１の波長（λ₁）の第１のレーザ光１３−１による照射により得られた第１の画像（Ａ-１）と、第２の波長（λ₂）の第２のレーザ光１３−２による照射により得られた第２の画像（Ｂ-１）との撮像画像を取得する。
そして取得した第１の画像（Ａ−１）の輝度と第２の画像（Ｂ−１）の輝度との差分を求める（Ｃ−１）。
そして、輝度の差分が、燃料漏れに起因する所定の閾値（α）であるか否かを判断する。

ここで、本実施例では、第１のレーザ光１３−１での照射として、二次元光センサ１５における露光を奇数回毎に行うようにすると共に、第２のレーザ光１３−２での照射として、二次元光センサ１５における露光を偶数回毎に行うようにしている。

そして、ＬＮＧタンク１１の背景の画像をキャンセルさせるために、１回目の画像（Ａ−１）と２回目の画像（Ｂ−１）との差分を求める。
この結果、ＬＮＧの漏洩が無い場合には、ＬＮＧに起因するメタンの光吸収がないので、その差分においては、変化はない。

しかし、ＬＮＧに起因するメタンの光吸収がある場合、メタン特有の第１の波長による光吸収により第１のレーザ光の照射における撮像結果において、光強度が低下する。そして、その低下した光強度が燃料の漏れに起因する所定の閾値（α）であるか否かを判断する。

図６−１は、例えば第ｎ回目の計測結果であり、二次元光センサ１５における（Ａ−１）及び（Ａ−２）の画像情報は何も変化が無い状態である。この場合には、第１の波長の第１のレーザ光１３−１による照射により得られた第１の画像（Ａ−１）と、第２の波長の第２のレーザ光１３−２による照射により得られた第２の画像（Ｂ−１）とを、求め、求めた第１の画像の輝度と第２の画像の輝度との差分（（Ａ−１）−（Ｂ−１））を求める。
この結果、（Ａ−１）−（Ｂ−１）＝（Ｃ−１）となり、タンク１１−１、１１−２及び配管に異常がない状態（漏洩：無）が表示される。

この漏洩が無いような場合には、図６−２に示すように、監視モニタ１６には、タンク１１−１、１１−２及び配管に異常がない状態（漏洩：無）が表示される。

図７−１は、第ｎ＋１回目の計測結果であり、第１の波長の第１のレーザ光１３−１による照射により得られた第１の画像（Ａ−２）の配管部分に漏洩による光吸収による強度低下が確認される。次いで（Ｂ−２）のバックグランドを差し引き、
（Ａ−２）−（Ｂ−２）＝（Ｃ−３）の画像情報を取得する。この場合には、図７−２に示すように、監視モニタ１６には、タンク１１−１、１１−２及び配管に異常が有る状態（漏洩：有）が表示される。

この画像情報を判断手段で判断した結果、予め設定した所定の閾値（α）を超える場合（或いは下回る場合）には、「漏れが有る：漏洩有」と判定する。
そして、この判定結果を、図６−２、図７−２に示す監視モニタ１６上に「異常あり」の表示及び／又は警報を発する(図示省略)。

これに対し、予め設定した閾値（α）を超えない場合（或いは下回らない場合）、「漏れがない：漏洩無」との判断をくだし、監視モニタ１６上に「異常なし」の表示をする(図示省略)。そして、引き続き検知を継続する。

本実施例では、レーザ光として第１のレーザ光１３−１と第２のレーザ光１３−２を用い、撮像手段としてＣＣＤカメラ等の二次元光センサ１５を用いており、レーザ照射手段１４が波長を非連続的に変化させながら、波長的に離散させてレーザ光を照射し、光二次元情報をＣＣＤカメラ等で取得するようにしている。
また、検出感度を向上させるために、レーザ光１３−１、１３−２の波長の切替毎に、二次元光センサ１５の前に、計測対象のレーザ光の波長のみを通過するフィルタを出し入れするようにしている。

このように、本実施例では、検知対象のＬＮＧ成分の吸収波長に合わせた波長である第１の波長（λ₁）の第１のレーザ光１３−１と、非吸収波長域の第２の波長（λ₂）の第２のレーザ光１３−２とを照射し、二次元光センサ１５で撮像し、異なる２つの波長の画像の輝度の差分から漏洩ガスの存在を判断するようにしている。

次に、本発明の実施例２について説明する。なお、実施例１の構成部材と同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図８は、実施例２に係る燃料漏洩検出装置の概略図である。図９は、実施例２に係る２種類のレーザ光を用いて面領域を撮像するレーザ光照射及び撮像パターンの一例を示す図である。
図８に示すように、実施例２に係る燃料漏洩検出装置１０Ｂは、実施例１に係る燃料漏洩検出装置１０Ａにおいて、撮像手段である二次元光センサ１５を２台（１５−１、１５−２）設けている。
そして、第１の波長（λ₁）の第１のレーザ光１３−１のみを通過するフィルタを備えた第１のレーザ照射手段１４−１と、第２の波長（λ₂）の第２レーザ光１３−２のみを通過するフィルタを備えた第２のレーザ照射手段１４−２とを設けている。

図９に示すように、第１の波長の第１のレーザ光１３−１による照射により得られた第１の画像（Ａ−１）の撮像と、第２の波長の第２のレーザ光１３−２による照射により得られた第２の画像（Ｂ−１）の撮像とを、各々独立して求め、同時刻で求めた第１の画像の輝度と第２の画像の輝度との差分（（Ａ−１）−（Ｂ−１））の画像情報（Ｄ−１）を求め、輝度の差分の画像情報（Ｄ−１）が、燃料漏れに起因する所定の閾値（α）であるか否かを判断する。

そして、この画像情報を判断手段で判断した結果、予め設定した所定の閾値（α）を超える場合（或いは下回る場合）には、「漏れが有る：漏洩有」と判定する。
この判定結果を、監視モニタ上に「異常あり」の表示及び／又は警報を発する(図示省略)。

本実施例では、実施例１と異なり、２つの二次元光センサ１５−１、１５−２を用いて、同時性を加味しているので、実施例１において、撮像フレームの間隔が長い場合等に、例えば風が吹いた場合、漏れがあるときとないときの判断が不確実となることを解消することができる。
特に、燃料漏れのような迅速性が要求される場合には、検知が有効となり、漏れの予兆をも把握することができる。

フィルタは検出感度を向上させ、Ｓ／Ｎ比の向上を図っている。

次に、本発明の実施例３について説明する。なお、実施例１の構成部材と同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図１０は、実施例３に係る燃料漏洩検出装置の概略図である。図１１は、ＬＮＧの主成分のメタンの吸収線の一例及び波長変調のパターンを示すチャートである。図１２はセンサアレイの出力結果を示す図である。
図１０に示すように、実施例３に係る燃料漏洩検出装置１０Ｃでは、レーザ照射手段１４として、実施例１と異なり半導体レーザを用いて、ＬＮＧのメタンの吸収波長帯における波長変調を行うように、メタンの吸収波長帯と、メタンの非吸収波長帯とにおいて、波長変調（掃引）を行うようにしている。

この波長の変調は、図１１に示すように、メタンの吸収波長帯と、非吸収波長帯とを変調するように、波長掃引するようにしている。
ここで、図１２の左欄のセンサアレイの出力結果は、燃料漏洩が有る場合であり、時間経過につれて波形が波打っている。また、図１２の右欄のセンサアレイの出力結果は、燃料漏洩が無い場合であり、フラットな波形となる。

この波長変調により、検知時間をより細分化して確認することができ、時間変化の画像情報を得ることができる。

本実施例においては、二次元光センサとしてセンサアレイ（フォトダイオード）３１を用いており、受光する光の強弱により出力電圧の変化を時間的に把握し、各センサアレイ３１に対応した処理回路３２により漏れの有無を確認する。なお、符号３３は各センサアレイ３１には結像する結像レンズを図示する。

本実施例では、面領域Ｘを細分化し、各細分化した領域をセンサアレイが受け持つこととなるので、実施例１及び２よりも、検知感度が高くなる。

本実施例では、漏洩対象として、ＬＮＧを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、計測対象として、例えば石油、ガス等の燃料の漏洩を計測することに適用することができる。

１０Ａ〜１０Ｃ燃料漏洩検出装置
１１（１１−１，１１−２）ＬＮＧタンク
１３−１第１の波長（λ₁）のレーザ光
１３−２第２の波長（λ₂）のレーザ光
１４レーザ照射手段
１５二次元光センサ

Claims

燃料の漏洩を検出する燃料漏洩検出装置であって、
計測対象箇所に照射され、前記燃料成分の特定成分を吸収する波長と、前記燃料成分の特定成分を吸収しない波長との二種類のレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
前記レーザ光の照射による光二次元情報を取得する二次元光センサとを具備することを特徴とする燃料漏洩検出装置。
請求項１において、
前記レーザ照射手段が、波長を非連続的に変化させながら、波長的に離散させて前記レーザ光を照射することを特徴とする燃料漏洩検出装置。
請求項１において、
前記レーザ照射手段が、波長を連続的に変化させながら、波長変調しつつ前記レーザ光を照射することを特徴とする燃料漏洩検出装置。
請求項１乃至３のいずれか一つの燃料漏洩検出装置を用い、
前記レーザ照射手段からの前記レーザ光を、燃料保管箇所に照射させ、漏洩の有無を判断することを特徴とする燃料漏洩検出方法。