JP2021193336A - ガス漏洩検知装置及びガス漏洩検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスの漏洩を検知できる検知範囲を広くする。【解決手段】ガス漏洩検知装置１０は、レーザを照射する照射部２０と、照射部２０から照射されたレーザを一方向へ拡張する拡張部３０と、拡張部３０で拡張されたレーザを受光する受光部４０と、照射部２０、拡張部３０及び受光部４０を、前記一方向に対する直交方向へ移動させる移動部５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス漏洩検知装置及びガス漏洩検知方法に関するものである。

ガス漏洩検知装置としては、車両にレーザ式ガスセンサを搭載し、車両で走行しながら路面上にレーザを照射して、路面上でのガス漏洩の有無を検知する検知装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−４２９６５号公報

特許文献１の検知装置では、車両を使ってガス漏洩検知を実施するが、レーザを路面上の一地点に照射するものであるため、ガスの漏洩を検知できる検知範囲が狭かった。

本発明は、ガスの漏洩を検知できる検知範囲を広くすることを目的とする。

第１態様に係るガス漏洩検知装置は、レーザを照射する照射部と、前記照射部から照射されたレーザを一方向へ拡張する拡張部と、前記拡張部で拡張されたレーザを受光する受光部と、前記照射部、前記拡張部及び前記受光部を、前記一方向に対する直交方向へ移動させる移動部と、を備える。

このように、第１態様の構成では、拡張部が、照射部から照射されたレーザを一方向へ拡張し、移動部が、照射部、拡張部及び受光部を一方向に対する直交方向へ移動させるので、検知範囲が帯状に形成される。このため、照射部から照射されたレーザを拡張せずに移動部が照射部、拡張部及び受光部を移動させる構成に比べ、ガスの漏洩を検知できる検知範囲を広くできる。また、第１態様の構成によれば、照射部から照射されたレーザを一方向へ拡張し、移動部が照射部、拡張部及び受光部を一方向へ移動させる構成に比べ、ガスの漏洩を検知できる検知範囲を広くできる。

第２態様に係るガス漏洩検知装置では、前記拡張部は、前記照射部からのレーザを前記一方向に沿って走査して、当該一方向へ拡張する走査部である。

このように、第２態様の構成では、走査部が、照射部からのレーザを一方向に沿って走査して、一方向へ拡張するので、走査する幅や角度を変えることで、拡張幅を調整できる。このため、検知範囲の調整が容易となる。

第２態様の走査部としては、第３態様に記載されるように、回転するポリゴンミラーを有する構成とすることができる。

第４態様に係るガス漏洩検知装置では、前記拡張部は、前記照射部から照射されたレーザを一方向へ拡張する光学素子である。

このように、第４態様の構成では、光学素子が、照射部から照射されたレーザを一方向へ拡張する。このため、拡張部を駆動しなくても、レーザを拡張できる。

第４態様の光学素子としては、第５態様に記載されるように、平凹シリンドリカルレンズを用いることができる。

第６態様に係るガス漏洩検知方法は、レーザを照射する照射部と、前記照射部から照射されたレーザを一方向へ拡張する拡張部と、前記拡張部で拡張されたレーザを受光する受光部と、を備えるガス漏洩検知器を、前記一方向に対する直交方向へ移動させてガスの漏洩を検知する。

このように、第６態様の方法では、照射部から照射されたレーザを一方向へ拡張する拡張部を有するガス漏洩検知器を、一方向に対する直交方向へ移動させるので、検知範囲が帯状に形成される。このため、拡張部を有さないガス漏洩検知器も用いて検知する場合に比べ、ガスの漏洩を検知できる検知範囲を広くできる。また、第６態様の方法によれば、ガス漏洩検知器を一方向へ移動させる構成に比べ、ガスの漏洩を検知できる検知範囲を広くできる。

本発明は、上記構成としたので、ガスの漏洩を検知できる検知範囲を広くできるという優れた効果を有する。

第１実施形態に係るガス漏洩検知装置の構成を示す概略図である。 メタンの光吸収スペクトルを示す線図である。 第１実施形態に係るガス漏洩検知装置において、照射対象へレーザが照射された状態を示す概略図である。 図３における４Ａ部分の拡大図である。 レーザ照射部から照射されたレーザを拡張しなかった場合の検知範囲を示す図である。 ガス漏洩検知器を走査方向へ移動させた場合の検知範囲を示す図である。 第１実施形態に係るガス漏洩検知装置の検知範囲を示す図である。 第２実施形態に係るガス漏洩検知装置の構成を示す概略図である。 第２実施形態に係るガス漏洩検知装置の平凹シリンドリカルレンズの構成を示す斜視図である。 第２実施形態に係るガス漏洩検知装置において、照射対象へレーザが照射された状態を示す概略図である。

以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
《第１実施形態》
（ガス漏洩検知装置１０）
まず、第１実施形態に係るガス漏洩検知装置１０の構成を説明する。図１は、第１実施形態に係るガス漏洩検知装置１０の構成を示す概略図である。なお、各図では、ガス漏洩検知装置１０の構成を模式的に示しており、各構成部同士の寸法比は、実際の寸法比と異なる場合がある。また、各図の「○」の中に「・」が記載された記号は、紙面に対して直交する方向へ向かう矢印を意味する。

図１に示されるガス漏洩検知装置１０は、ガスの漏洩を検知する装置である。具体的には、ガス漏洩検知装置１０は、ガスが収容されたガス収容部からのガスの漏洩を検知する。検知の対象となるガスとしては、メタン（具体的には、メタンを主成分とする都市ガス）が挙げられる。

なお、検知の対象となるガスとしては、メタンに限られず、メタン以外炭化水素（例えば、ブタン、プロパン等）を含むものであってもよい。さらに、ガスとしては、前述のものに限られず、一酸化炭素、硫化水素、塩化水素、その他の気体を含むものであってもよい。

前述の「ガス収容部」としては、ガスが流通するガス配管、及びガスが貯留されたガスタンクなどが挙げられる。なお、ガス収容部としては、前述のものに限られず、ガスが収容された収容部であればよい。

前述の「ガスの漏洩を検知する」とは、ガスの漏洩の有無を特定することであるが、「ガスの漏洩を検知する」には、ガスが漏洩している箇所、漏洩したガスの濃度、及び漏洩したガスの分布の広がり等を特定することが含まれていてもよい。

ガス漏洩検知装置１０は、具体的には、図１に示されるように、ガス漏洩検知器１１と、移動機構５０と、操作部６０と、を備えている。ガス漏洩検知器１１は、ガス漏洩検知装置１０において、ガス漏洩の検知を担う主要部である。具体的には、ガス漏洩検知器１１は、筐体１２と、レーザ照射部２０と、走査部３０と、レーザ受光部４０と、提示部８０と、を有している。

以下、ガス漏洩検知装置１０の各部（筐体１２、レーザ照射部２０、走査部３０、レーザ受光部４０、提示部８０、移動機構５０及び操作部６０）の構成を説明する。

（ガス漏洩検知器１１）
（筐体１２）
筐体１２は、図１に示されるように、レーザ照射部２０、走査部３０、及びレーザ受光部４０等の構成部を収容する箱体（ケーシング）である。筐体１２の内部には、各構成部を支持する支持体（図示省略）が設けられている。また、筐体１２は、レーザ照射部２０からのレーザ、及びレーザ受光部４０に向かう反射光を通過させる開口（図示省略）、又は、当該レーザ及び当該反射光を透過する透過部（図示省略）を有している。なお、各図では、レーザ照射部２０からのレーザが符号Ｌ１にて示され、レーザ受光部４０に向かう反射光が符号Ｌ２にて示されている。

（レーザ照射部２０）
図１に示されるレーザ照射部２０は、特許請求の範囲における照射部の一例である。このレーザ照射部２０は、レーザを照射する機能を有している。具体的には、レーザ照射部２０は、図３に示されるように、照射対象２８へ向けて赤外線レーザ（すなわち、赤外領域の波長を有するレーザ）を照射する。照射対象２８は、レーザ照射部２０がレーザを照射する対象である。例えば、ガス漏洩検知装置１０が、地中に埋められたガス配管からのガスの漏洩を検知する場合には、地面が照射対象２８となる。

レーザ照射部２０は、さらに具体的には、近赤外領域の波長（およそ０．７μｍ以上２．５μｍ未満）又は、中赤外領域の波長（およそ２．５μｍ以上４μｍ未満）を有するレーザを出射する。さらに言えば、レーザ照射部２０は、以下のように、検知対象であるメタンの光吸収スペクトルに応じた波長のレーザを照射する。

ここで、メタンの光吸収スペクトルは、図２に示されるように、１μｍから５μｍまでの波長の範囲において、波長３．３（μｍ）付近で吸収率が最も高い。そこで、レーザ照射部２０は、一例として、波長３．３（μｍ）付近の波長を有するレーザを照射する。なお、メタンの光吸収スペクトルは、波長１．６（μｍ）付近でも相対的に高くなっているため、レーザ照射部２０は、波長１．６（μｍ）付近の波長を有するレーザを照射する構成であってもよい。

このように、レーザ照射部２０は、検知対象であるガスの光吸収スペクトルに応じた波長のレーザを照射する。したがって、メタン以外のガスを検知対象とする場合には、当該ガスの光吸収スペクトルにおいて、吸収率が相対的に高い波長のレーザを照射するように構成される。

（走査部３０）
図３に示される走査部３０は、特許請求の範囲における拡張部の一例であり、特許請求の範囲における走査部の一例である。

走査部３０は、図３に示されるように、レーザ照射部２０から照射されたレーザを予め定められた走査方向（図中のＸ方向）に沿って走査して、当該走査方向へ拡張する。走査方向は、特許請求の範囲における一方向の一例である。

走査部３０は、具体的には、図３に示されるように、ポリゴンミラー３２（回転多面鏡）と、駆動部３４と、を有している。ポリゴンミラー３２は、平面視にて、正多角形状に形成されている。ポリゴンミラー３２の外周面（外側面）には、反射面３３が形成されている。

走査部３０では、ポリゴンミラー３２が駆動部３４によって、図３における反時計回り方向へ回転駆動される。これにより、ポリゴンミラー３２が、レーザ照射部２０から照射されたレーザを走査方向に沿って走査して、当該走査方向へ拡張する。

具体的には、図４に示されるように、ポリゴンミラー３２の接線に沿って、レーザ照射部２０からレーザが照射される。すなわち、平面視にて、ポリゴンミラー３２の特定の回転位置における反射面３３Ａに沿った方向に、レーザ照射部２０からレーザが照射される。このときのレーザは、符号Ｌ１Ａの位置に照射される。そして、ポリゴンミラー３２の回転により、反射面３３Ａが符号３３Ｂの位置に移動しながら、レーザが反射されることで、レーザは、符号Ｌ１Ａの位置から符号Ｌ１Ｂの位置までの範囲で照射される。このため、ポリゴンミラー３２の多角形の外角の２倍の角度の範囲でレーザが走査される。

（レーザ受光部４０及び提示部８０）
図３に示されるレーザ受光部４０は、特許請求の範囲における受光部の一例である。レーザ受光部４０は、図３に示されるように、走査部３０で拡張されたレーザを受光する。具体的には、レーザ受光部４０は、走査部３０で拡張された後、照射対象２８で反射し、筐体１２の開口（図示省略）又は透過部（図示省略）を通じて筐体１２内部に進入した反射光を受光する。

なお、本実施形態では、レーザ受光部４０がレーザ照射部２０と別体で設けられていたが、これに限られず、レーザ受光部４０とレーザ照射部２０とが一体で形成される構成であってもよい。

ガス漏洩検知装置１０では、前述のようにレーザ受光部４０が反射光を受光することで、レーザの吸収の有無を検知することで、ガスの存在を検知し、ガスの漏洩を検知する。このように、ガス漏洩検知装置１０では、所謂レーザ吸収分光法（ＬＡＳ）により、ガスの漏洩を検知する。

図１に示される提示部８０は、外部（ガス漏洩検知装置１０の使用者）に対して、検知結果を提示する。具体的には、提示部８０は、一例として、ガスの漏洩が有ることを検知した場合に、アラームを鳴らすことで、外部へ検知結果を提示してもよい。また、提示部８０は、筐体１２等に設けられた表示画面に、ガスの漏洩の有無を表示することで、外部へ検知結果を提示してもよい。なお、提示部８０は、表示画面への表示による提示と、アラームによる提示とを組み合わせてもよい。また、提示部８０は、他の提示手段により外部へ検知結果を提示してもよい。

（移動機構５０及び操作部６０）
図１に示される移動機構５０は、特許請求の範囲における移動部の一例である。移動機構５０は、レーザ照射部２０、走査部３０及びレーザ受光部４０を、走査方向（図中のＸ方向）に対する直交方向（図中のＹ方向）へ移動させる機構である。具体的には、移動機構５０は、ガス漏洩検知器１１を直交方向へ移動させることで、ガス漏洩検知器１１の筐体１２に収容された構成部を一体に直交方向へ移動させる。

移動機構５０は、具体的には、ガス漏洩検知器１１が搭載され、駆動源により直交方向へ移動する移動体で構成されている。当該移動体は、具体的には、一例として、操作部６０と通じて入力された移動指示に基づき、駆動源により直交方向へ自走する台車で構成されている。なお、当該移動体としては、運転者（操作者）によって運転操作がなされる車両又はモビリティロボット（例えば、セグウェイ（登録商標））であってもよい。なお、移動機構５０としては、ガス漏洩検知器１１を直交方向へ移動させる機構であれば、前述以外の機構を用いてもよい。

（ガス漏洩検知装置１０を用いたガス漏洩検知方法）
次に、ガス漏洩検知装置１０を用いたガス漏洩検知方法を説明する。

ガス漏洩検知方法は、一例として、配置工程と、移動工程と、提示工程と、を有している。配置工程では、レーザ照射部２０からのレーザが照射対象２８に照射される位置に、ガス漏洩検知装置１０を配置する。例えば、ガス漏洩検知装置１０が、地中に埋められたガス配管からのガスの漏洩を検知する場合には、照射対象２８としての地面の上に、ガス漏洩検知装置１０を配置する。

次に、移動工程では、レーザ照射部２０と、走査部３０と、レーザ受光部４０と、を有するガス漏洩検知器１１を、移動機構５０により、直交方向へ移動させる。具体的には、ガス漏洩検知装置１０の使用者が、操作部６０と通じて移動指示を入力する。これにより、ガス漏洩検知器１１を搭載した移動機構５０としての台車が、駆動源により直交方向へ自走する。

次に、提示工程では、ガス漏洩検知器１１の提示部８０が、外部（ガス漏洩検知装置１０の使用者）に対して、検知結果を提示する。具体的には、提示部８０は、一例として、ガスの漏洩が有ることを検知した場合に、アラームを鳴らすことで、外部へ検知結果を提示してもよい。また、提示部８０は、筐体１２等に設けられた表示画面に、ガスの漏洩の有無を表示することで、外部へ検知結果を提示してもよい。なお、提示部８０は、表示画面への表示による提示と、アラームによる提示とを組み合わせてもよい。

（移動工程の変形例）
前述の移動工程では、駆動源を有する移動機構５０により、ガス漏洩検知器１１を直交方向へ移動させていたが、これに限られない。移動工程では、例えば、ガス漏洩検知器１１が搭載された台車を、人力により直交方向へ押すことで、移動させてもよい。また、ガス漏洩検知器１１が搭載された自転車等の車両を人力により直交方向へ移動させてもよい。さらに、ガス漏洩検知器１１を使用者が、手で持ったり、身に着けたりして、直交方向へ移動させてもよい。

（ガス漏洩検知装置１０の作用効果）
ガス漏洩検知装置１０では、前述のように、走査部３０が、レーザ照射部２０から照射されたレーザを走査方向（図中のＸ方向）へ拡張し、移動機構５０がガス漏洩検知器１１を、走査方向に対する直交方向（図中のＹ方向）へ移動させる（図３参照）。

ここで、レーザ照射部２０から照射されたレーザを拡張せずに、移動機構５０がガス漏洩検知器１１を予め定められた移動方向（図中のＹ方向）へ移動させる構成（以下、「第１構成」という）では、図５に示されるように、レーザＬ１が点状とされ、検知範囲（図中の二点鎖線Ａ１部分）が線状に形成される。

また、レーザ照射部２０から照射されたレーザを走査方向（図中のＸ方向）へ拡張し、移動機構５０がガス漏洩検知器１１を走査方向へ移動させる構成（以下、「第２構成」という）においても、図６に示されるように、検知範囲（図中の二点鎖線Ａ２部分）が線状に形成される。

これに対して、ガス漏洩検知装置１０では、前述のように、レーザ照射部２０から照射されたレーザを走査方向（図中のＸ方向）へ拡張し、移動機構５０がガス漏洩検知器１１を直交方向（図中のＹ方向）へ移動させるので、図７に示されるように、検知範囲（図中の二点鎖線Ａ３部分）が帯状に形成される。このため、第１構成及び第２構成に比べ、ガスの漏洩を検知できる検知範囲を広くできる。

また、本実施形態では、走査部３０がポリゴンミラー３２を用いて、レーザ照射部２０から照射されたレーザを走査方向に沿って走査して、当該走査方向へ拡張するので、ポリゴンミラー３２によって、走査する幅や角度を変えることで、拡張幅を調整できる。このため、検知範囲の調整が容易となる。

《第２実施形態》
次に、第２実施形態に係るガス漏洩検知装置２００について説明する。図８は、第２実施形態に係るガス漏洩検知装置２００を示す概略図である。なお、各図では、ガス漏洩検知装置２００の構成を模式的に示しており、各構成部同士の寸法比は、実際の寸法比と異なる場合がある。また、第１実施形態と同一の機能を有する部分については、同一符号を付して、適宜、説明を省略する。

第１実施形態に係るガス漏洩検知装置１０では、走査部３０によってレーザを拡張していたのに対して、第２実施形態に係るガス漏洩検知装置２００では、光学素子を用いてレーザを拡張する。具体的には、ガス漏洩検知装置２００は、図８に示されるように、走査部３０に替えて、平凹シリンドリカルレンズ２３０（以下、「レンズ２３０」という）を備えている。レンズ２３０は、特許請求の範囲における光学素子の一例である。

レンズ２３０は、図９及び図１０に示されるように、凹面２３２と、平面２３４と、を有するシリンドリカルレンズである。具体的には、レンズ２３０では、凹面２３２は、レーザ照射部２０に対向しており、レーザ照射部２０からのレーザが入射される面となっている。平面２３４は、レーザ照射部２０の照射方向の下流側を向いており、凹面２３２から入射されたレーザを出射する面となっている。ガス漏洩検知装置２００では、レンズ２３０の作用により、凹面２３２から入射されたレーザが、平面２３４から拡張されて出射され、照射対象２８に照射される。

そして、レーザ受光部４０は、レンズ２３０で拡張された後、照射対象２８で反射し、筐体１２の開口（図示省略）又は透過部（図示省略）を通じて筐体１２内部に進入した反射光を受光する。なお、ガス漏洩検知装置２００では、レーザ受光部４０は、レーザ照射部２０と一体に構成されている。

ガス漏洩検知装置２００では、ガス漏洩検知装置１０と同様に、レンズ２３０が、レーザ照射部２０から照射されたレーザを予め定められた拡張方向（図中のＸ方向）へ拡張し、移動機構５０がガス漏洩検知器１１を、拡張方向に対する直交方向（図中のＹ方向）へ移動させる。

また、ガス漏洩検知装置２００においても、ガス漏洩検知装置１０と同様に、配置工程、移動工程及び提示工程を有するガス漏洩検知方法の実施に用いることができる。

ガス漏洩検知装置２００においても、前述のように、レーザ照射部２０から照射されたレーザを拡張方向（図中のＸ方向）へ拡張し、移動機構５０がガス漏洩検知器１１を直交方向（図中のＹ方向）へ移動させるので、検知範囲（図中の二点鎖線部分）が帯状に形成される（図７参照）。このため、第１構成（図５参照）及び第２構成（図６参照）に比べ、ガスの漏洩を検知できる検知範囲を広くできる。

また、本実施形態では、光学素子であるレンズ２３０によって、レーザを拡張するので、駆動しなくても、レーザを拡張できる。

本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更、改良が可能である。例えば、上記に示した変形例は、適宜、複数を組み合わせて構成してもよい。

１０ ガス漏洩検知装置
１１ ガス漏洩検知器
２０ レーザ照射部（照射部の一例）
３０ 走査部（拡張部の一例）
３２ ポリゴンミラー
４０ レーザ受光部（受光部の一例）
５０ 移動機構（移動部の一例）
２００ ガス漏洩検知装置
２３０ 平凹シリンドリカルレンズ（光学素子の一例）

Claims (6)

1. レーザを照射する照射部と、
   前記照射部から照射されたレーザを一方向へ拡張する拡張部と、
   前記拡張部で拡張されたレーザを受光する受光部と、
   前記照射部、前記拡張部及び前記受光部を、前記一方向に対する直交方向へ移動させる移動部と、
   を備えるガス漏洩検知装置。
2. 前記拡張部は、
   前記照射部からのレーザを前記一方向に沿って走査して、当該一方向へ拡張する走査部である
   請求項１に記載のガス漏洩検知装置。
3. 前記走査部は、回転するポリゴンミラーを有する
   請求項２に記載のガス漏洩検知装置。
4. 前記拡張部は、
   前記照射部から照射されたレーザを一方向へ拡張する光学素子である
   請求項１に記載のガス漏洩検知装置。
5. 前記光学素子は、
   平凹シリンドリカルレンズである
   請求項４に記載のガス漏洩検知装置。
6. レーザを照射する照射部と、
   前記照射部から照射されたレーザを一方向へ拡張する拡張部と、
   前記拡張部で拡張されたレーザを受光する受光部と、
   を備えるガス漏洩検知器を、
   前記一方向に対する直交方向へ移動させてガスの漏洩を検知する
   ガス漏洩検知方法。

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