JP5375209B2 - Ｃｏ含有ガス漏洩監視装置およびｃｏ含有ガスの漏洩監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＯ（一酸化炭素）を含んだガスの漏洩を監視する装置と方法に関する。

一般に、製鉄所で発生する高炉ガスや転炉ガスなどの副生ガスはＣＯガスを含んでいる。そのため、副生ガスなどのＣＯ含有ガスが漏洩すると人体に有害な影響を与える可能性があることから、ＣＯ含有ガスの漏洩を検知する技術として、漏洩ガスのＣＯ濃度を定電位電解式センサや接触燃焼式センサなどのＣＯセンサにより測定してガス漏洩を検知する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、特許文献１に開示された技術は、漏洩箇所がＣＯセンサの設置位置から離れている場合にはガスの漏洩を迅速に検知することが難しく、また、漏洩を検知できたとしてもＣＯ含有ガスがどの場所から漏洩しているのかを特定するためにはエアラインマスクなどを装備して漏洩箇所に接近しなければならない。さらに、漏洩箇所が高所である場合には足場を組むなどの必要があり、漏洩箇所の特定に時間がかかるなどの問題がある。

そこで、監視対象域に特定波長の赤外線を照射し、監視対象域から反射してくる赤外線の吸収量を検出してガス漏洩を検知する技術（特許文献２参照）や、監視対象箇所を撮像する二台の赤外線カメラの正面にバンドパスフィルタを配置し、これらのバンドパスフィルタのうち一方のバンドパスフィルタの透過帯域をＣＯガスにより吸収される赤外線の波長帯域とし、他方のバンドパスフィルタの透過帯域をＣＯガスにより吸収されない赤外線の波長帯域としたＣＯ含有ガス漏洩監視装置を用いてＣＯを含有するガスの漏洩を監視する技術（特許文献３参照）などが提案されている。

特許第３２８９１３７号公報 特公平７−１０１１９２号公報 特開２００７−２６３８２９号公報

しかしながら、特許文献２に開示された技術は、赤外線を一度に照射できる範囲が限られる。このため、ガスの漏洩が広範囲に及ぶ場合には漏洩箇所を特定するのに時間がかかるなどの問題がある。
一方、特許文献３に開示された技術は、特許文献２に開示されたもののように、特定波長の赤外線を監視対象域に照射する必要はない。しかしながら、図５に示すように、ＣＯガスは４．５μｍ〜５．０μｍ（ピーク値は４．６〜４．７μｍ）の赤外線吸収帯域を有しているのに対して、ＣＯ_２ガスは４．２μｍ〜４．５μｍの赤外線吸収帯域を有し、Ｈ_２Ｏガス（水蒸気）は５．０μｍ〜８．０μｍの赤外線吸収帯域を有しているため、ＣＯガス以外の他のガス（例えばＣＯ_２ガスや水蒸気など）の影響を受けやすいという問題があった。

また、同じ物体（黒体）から赤外線が放射されても例えば中心波長が３．５μｍ、半値幅が０．２μｍのバンドパスフィルタを通過する赤外線のエネルギーは中心波長が４．７μｍ、半値幅が０．２μｍのバンドパスフィルタを通過する赤外線のエネルギーに比較して約１／８倍であるため、このような二種類のバンドパスフィルタを用いるとＣＯ含有ガスの漏洩を高感度に監視することが難しくなる。

また、物体から放射される赤外線エネルギーを考慮して、ＣＯガスの吸収波長域の近傍でかつＣＯガスを透過するフィルタ（例えば中心波長４．３μｍ、半値幅０．２μｍ）では、ＣＯ_２ガスによる赤外線吸収の影響を受けてしまい、バンドパスフィルタを用いた画像の比較では感度の良い観測は難しかった。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、ＣＯを含んだガスの漏洩を迅速かつ高感度に監視することのできるＣＯ含有ガス漏洩監視装置およびＣＯ含有ガスの漏洩監視方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明者らは、特定波長の赤外線をＣＯガスと吸入大気とを通過させた場合の赤外線吸収量の違いから濃度を求めるガス相関法（Gas Correlation Method）に着目し、このガス相関法の原理を応用してＣＯを含有するガスの漏洩を監視することを考案した。
請求項１の発明に係るＣＯ含有ガス漏洩監視装置は、ＣＯを含有するガスの漏洩監視箇所を撮像する二台の赤外線カメラと、これらの赤外線カメラにより得られた赤外線画像を差分処理する画像差分処理装置と、この画像差分処理装置により差分処理された赤外線画像を前記漏洩監視箇所の監視画像として表示する画像表示装置とを有するＣＯ含有ガス漏洩監視装置において、前記漏洩監視箇所からの赤外線を取り込む赤外線取込窓と当該赤外線取込窓に密閉空間を介して対向する赤外線透過窓とを有するガスセルを前記赤外線カメラの正面にそれぞれ配置し、これらのガスセルのうち一方のガスセルにＣＯガスを封入すると共に他方にガスセルにＣＯを含まない赤外線非吸収ガスを封入し、前記ガスセルの正面または背面に、ＣＯ２ガスの影響を低減する、４．６μｍ〜４．８μｍを含む赤外線を透過し、半値幅が０．２μｍ〜２．０μｍのバンドパスフィルタをそれぞれ配置したことを特徴とする。

請求項２の発明に係るＣＯ含有ガス漏洩監視装置は、請求項１記載のＣＯ含有ガス漏洩監視装置において、前記一方のガスセルにＣＯガスを１ｖｏｌ％×ｍ以上の濃度で封入したことを特徴とする。

請求項３の発明に係るＣＯ含有ガスの漏洩監視方法は、請求項１〜２のいずれか一項記載のＣＯ含有ガス漏洩監視装置を用いてＣＯ含有ガスの漏洩を監視することを特徴とする。
請求項４の発明に係るＣＯ含有ガスの漏洩監視方法は、前記ＣＯ含有ガスを、製鉄所で発生するＣＯを含有する副生ガスとしたことを特徴とする。

請求項１及び請求項３の発明によると、漏洩監視箇所から漏洩したＣＯガスのみを画像表示装置に可視化して表示でき、これにより、漏洩監視箇所に特定波長の赤外線を照射したり、ＣＯガス以外の他のガスの影響を強く受けたりすることがないので、ＣＯを含んだガスの漏洩を迅速かつ高感度に監視することができる。特に、漏洩監視箇所から他方のガスセルに入射した赤外線が封入ガスによって吸収されてしまうことがないので、ＣＯを含んだガスの漏洩をより高感度に監視することができる。
請求項２の発明によると、一方の赤外線カメラに入射する赤外線の強度と他方の赤外線カメラに入射する赤外線の強度との間に大きな差が生じやすくなり、これにより、漏洩監視箇所から漏洩したＣＯガスを画像表示装置に鮮明に表示することが可能となるため、ＣＯを含んだガスの漏洩をより高感度に監視することができる。
請求項４の発明によると、人体に有害な影響を与える可能性がある、製鉄所で発生する高炉ガスや転炉ガスなどの副生ガスの漏洩を迅速かつ高感度に監視することができる。

本発明の第１の実施形態に係るＣＯ含有ガス漏洩監視装置の概略構成を模式的に示す図である。 本発明で用いられるガスセルの一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るＣＯ含有ガス漏洩監視装置の概略構成を模式的に示す図である。 本発明に係るＣＯ含有ガス漏洩監視装置の画像表示装置に表示されるＣＯガスの一例を示す図である。 ＣＯガス、ＣＯ_２ガス、Ｈ_２Ｏガスの赤外線吸収波長域と赤外線吸収度との関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明に係るＣＯ含有ガス漏洩監視装置とＣＯ含有ガスの漏洩監視方法について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るＣＯ含有ガス漏洩監視装置の概略構成を模式的に示す図、図２は本発明に用いられるガスセルの一例を示す図であり、図１に示されるように、本発明の第１の実施形態に係るＣＯ含有ガス漏洩監視装置は赤外線カメラ１，２、画像差分処理装置３、画像表示装置４、ガスセル５，６及びバンドパスフィルタ１０，１１を備えている。

赤外線カメラ１，２はＣＯ含有ガスの漏洩監視箇所１２を撮像するものであって、これらの赤外線カメラ１，２は例えば３μｍ〜５μｍの中赤外線を検出することが可能となっている。
画像差分処理装置３は赤外線カメラ１，２により得られた赤外線画像を差分処理するものであって、この画像差分処理装置３により差分処理された赤外線画像が漏洩監視箇所１２の監視画像としてモニタテレビ等の画像表示装置４により表示されるようになっている。

ガスセル５，６は、赤外線カメラ１，２の正面にそれぞれ配置されている。また、図２に示すように、ガスセル５，６は漏洩監視箇所１２からの赤外線を取り込む赤外線取込窓７と赤外線透過窓８とを有している。
ガスセル５，６の赤外線透過窓８は密閉空間９を介して赤外線取込窓７と対向しており、例えばガスセル５の密閉空間９にはＣＯガスが１ｖｏｌ％×ｍ以上の濃度で封入され、ガスセル６の密閉空間９にはＣＯを含まないガス、好ましくはＮ_２ガスなどの赤外線非吸収ガスが封入されている。
バンドパスフィルタ１０，１１は、本実施形態ではガスセル５，６の正面に配置されている。また、バンドパスフィルタ１０，１１は４．６μｍ〜４．８μｍを含む、０．２μｍ〜２．０μｍの半値幅の赤外線透過帯域を有しており、従って、ガスセル５，６にはＣＯガスにより吸収される波長の赤外線が多く入射するようになっている。

上述のように、赤外線カメラ１，２の正面に配置されたガスセル５，６のうち例えばガスセル５にＣＯガスを封入すると共にガスセル６にＣＯを含まないガスを封入すると、ガスセル５に入射した赤外線のうち４．６μｍ〜４．７μｍの赤外線はガスセル５に封入されたＣＯガスによって吸収される。これにより、赤外線カメラ１には例えば３．０μｍ〜４．６μｍと４．８μｍ〜５．０μｍの赤外線が入射するのに対し、赤外線カメラ２には３．０μｍ〜５．０μｍの赤外線が入射するため、赤外線カメラ１，２により得られた赤外線画像を画像差分処理装置３により差分処理することによって漏洩監視箇所１２から漏洩したＣＯガスのみを画像表示装置４に可視化して表示することが可能となる。

したがって、上述した第１の実施形態では、漏洩監視箇所１２に特定波長の赤外線を照射したり、ＣＯガス以外の他のガスの影響を強く受けたりすることがないので、ＣＯを含んだガスの漏洩を迅速かつ高感度に監視することができる。
また、上述した第１の実施形態では、ガスセル５にＣＯガスを１ｖｏｌ％×ｍ以上の濃度で封入したことで、ＣＯガスの封入濃度が１ｖｏｌ％×ｍ未満のものと比較して、赤外線カメラ１に入射する赤外線と赤外線カメラ２に入射する赤外線との間に大きさ強度差が生じやすくなるので、ＣＯを含んだガスの漏洩をより高感度に監視することができる。

また、上述した第１の実施形態では、ガスセル６にＮ_２ガスなどの赤外線非吸収ガスを封入したことで、ガスセル６に入射した赤外線が封入ガスによって吸収されてしまうことがないので、ＣＯを含んだガスの漏洩をより高感度に監視することができる。
また、上述した第１の実施形態では、ガスセル５，６の正面に、４．６μｍ〜４．８μｍの赤外線を通し、半値幅が０．２μｍ〜２．０μのバンドパスフィルタ１０，１１を配置したことで、ＣＯガス以外の他のガス（例えばＣＯ_２ガスやＨ_２Ｏなど）による影響を低減でき、ＣＯを含んだガスの漏洩をより高感度に監視することができる。

なお、バンドパスフィルタ１０，１１の半値幅を０．２μｍ以上とすると赤外線吸収度が低下することがないからである。例えば、赤外線透過帯域が４．６５μｍ〜４．７９μｍのバンドパスフィルタではＣＯガスによる赤外線吸収量が２割程度低下するという実験結果が得られている。また、半値幅を２．０μｍ以下とすると演算結果のＳ／Ｎ比が小さく、検出感度が低くなることがないからである。
図１に示した第１の実施形態では、ガスセル６に封入されるガスとしてＮ_２などの赤外線非吸収ガスを例示したが、これに限られるものではなく、赤外線非吸収ガスの代わりにＣＯを含まない１種以上のガスをガスセル６に封入してもよい。
また、図１に示した第１の実施形態では、バンドパスフィルタ１０，１１がガスセル５，６の正面に配置されたものを例示したが、これに限られるものではなく、図３に示す第２の実施形態のように、バンドパスフィルタ１０，１１をガスセル５，６の背面に配置してもよい。

図４は、プッシュ缶からＣＯガスを窓から屋外へ向けて試験的に放出させたときの状態を図１に示す本発明に係るＣＯ含有ガス漏洩監視装置の赤外線カメラにより撮像して画像表示装置に表示した試験例を示す図である。なお、このときの試験は、以下の条件で行った。
［試験条件］
・赤外線カメラ：中赤外線ＩｎＳｂカメラ
検出波長：３μｍ〜５μｍ
画素数：３２０×２５６
フレームレート：６０Ｈｚ
レンズ：２５ｍｍ
・バンドパスフィルタ：４．６μｍ〜４．９μｍ
・ガスセル５：５０ｖｏｌ％濃度ＣＯガスを封入（光路２５ｍｍ）としたので、ＣＯガスで１．２５ｖｏｌ％×ｍ
・ガスセル６：９０ｖｏｌ％濃度Ｎ_２ガスを封入（光路２５ｍｍ）としたので、Ｎ_２ガスで２．２５ｖｏｌ％×ｍ

図４において、（ａ）はプッシュ缶からＣＯガスを放出する前の赤外線画像、（ｂ）はプッシュ缶からＣＯガスを放出した直後の赤外線画像、（ｃ）はプッシュ缶からＣＯガスを放出中の赤外線画像、（ｄ）はプッシュ缶からＣＯガスの放出し終えたときの赤外線画像をそれぞれ示している。
図４に示されるように、プッシュ缶からＣＯガスを放出し、その状態を本発明に係るＣＯ含有ガス漏洩監視装置の赤外線カメラにより撮像すると、プッシュ缶から放出されるＣＯガスが白い影のように表示されることがわかる。したがって、赤外線カメラ１，２の正面に配置されたガスセル５，６のうち一方のガスセル５にＣＯガスを封入すると共に他方のガスセル６にＣＯを含まないガスを封入することにより、ＣＯを含んだガスの漏洩を迅速かつ高感度に監視することができる。

１，２…赤外線カメラ、３…画像差分処理装置、４…画像表示装置、５，６…ガスセル、７…赤外線入射窓、８…赤外線透過窓、９…密閉空間、１０，１１…バンドパスフィルタ、１２…漏洩監視箇所。

Claims (4)

1. ＣＯを含有するガスの漏洩監視箇所を撮像する二台の赤外線カメラと、これらの赤外線カメラにより得られた赤外線画像を差分処理する画像差分処理装置と、この画像差分処理装置により差分処理された赤外線画像を前記漏洩監視箇所の監視画像として表示する画像表示装置とを有するＣＯ含有ガス漏洩監視装置において、
   前記漏洩監視箇所からの赤外線を取り込む赤外線取込窓と当該赤外線取込窓に密閉空間を介して対向する赤外線透過窓とを有するガスセルを前記赤外線カメラの正面にそれぞれ配置し、これらのガスセルのうち一方のガスセルにＣＯガスを封入すると共に他方にガスセルにＣＯを含まない赤外線非吸収ガスを封入し、
   前記ガスセルの正面または背面に、ＣＯ２ガスの影響を低減する、４．６μｍ〜４．８μｍを含む赤外線を透過し、半値幅が０．２μｍ〜２．０μｍのバンドパスフィルタをそれぞれ配置したことを特徴とするＣＯ含有ガス漏洩監視装置。
2. 請求項１記載のＣＯ含有ガス漏洩監視装置において、前記一方のガスセルにＣＯガスを１ｖｏｌ％×ｍ以上の濃度で封入したことを特徴とするＣＯ含有ガス漏洩監視装置。
3. 請求項１〜２のいずれか一項記載のＣＯ含有ガス漏洩監視装置を用いてＣＯ含有ガスの漏洩を監視することを特徴とするＣＯ含有ガスの漏洩監視方法。
4. 前記ＣＯ含有ガスを、製鉄所で発生するＣＯを含有する副生ガスとしたことを特徴とする請求項３に記載のＣＯ含有ガスの漏洩監視方法。