JP5804255B2

JP5804255B2 - 透過部材

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Publication number: JP5804255B2
Application number: JP2011154467A
Authority: JP
Inventors: 手塚　英昭; 英昭手塚
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: JP2013019622A

Description

本発明は、可視光及び赤外光を透過可能な透過部材及び赤外光を測定する監視システムに関する。

従来、炉内の温度を監視する技術として、特許文献１に記載されたような技術がある。

特許文献１に記載された技術は、覗き窓とセラミック板との間のパージガス空間内に窒素ガス等のパージガスを流して冷却しながら、広角レンズにより窓材及びセラミック板の穴を通して炉内の必要監視個所を写し、広角レンズからの像を赤外線カメラにより撮影することによって、灰溶融炉内の溶融範囲及び側壁耐火物の広範囲を監視できるようにしたものである。

特開２０１０−２１５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、覗き窓とセラミック板の二重構造であると共に、該覗き窓とセラミック板との間のパージガス空間内に窒素ガス等のパージガスを流して冷却する必要がある。そのため、特許文献１に記載された技術は、部品点数が多く、構造が複雑であると共に、パージガスを供給するためのランニングコストが必要となり、高コストな技術であった。

また、特許文献１に記載された技術は、覗き窓の材料としてゲルマニウムを使用している。一般にゲルマニウムを使用した窓の場合、可視光は透過されず、赤外光のみを透過する。したがって、内部の様子を肉眼で監視することはできなかった。

本発明は、従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、可視光を透過して設備内を観察することが可能であると共に、赤外光を透過して設備内の温度を監視可能な透過部材を提供する。

透過部材は、基材と、マイカ材と、を有し、可視光を透過すると共に、赤外光を透過することを特徴とする。

また、前記マイカ材の小片を前記基材内に分散させて固めたことを特徴とする。

また、前記基材は、エポキシ樹脂からなることを特徴とする。

また、前記マイカ材をフィルム状とし、前記基材に層状に重ねたことを特徴とする。

また、前記基材は、高分子材料からなることを特徴とする。

また、前記基材と前記マイカ材とを複数の層状に重ねたことを特徴とする。

さらに、監視システムは、エポキシ樹脂からなる基材及びマイカ材を有し、前記マイカ材の小片を前記基材内に分散させて固め、可視光を透過すると共に、赤外光を透過するた透過部材と、前記透過部材を通して熱源から放射される赤外線を撮影する赤外線サーモグラフィカメラと、を備え、前記赤外線サーモグラフィカメラの測定波長が、以下の式（１）を満足することを特徴とする。
３．４μｍ ≦ λ ≦ ５．５μｍ（１）
ただし、λは、前記赤外線サーモグラフィカメラの測定波長である。

さらに、監視システムは、高分子材料からなる基材及びフィルム状のマイカ材を有し、可視光を透過すると共に、赤外光を透過する透過部材と、前記透過部材を通して熱源から放射される赤外線を撮影する赤外線サーモグラフィカメラと、を備え、前記赤外線サーモグラフィカメラの測定波長が、以下の式（２）を満足することを特徴とする。
８μｍ ≦ λ ≦ ８．５μｍ（２）
ただし、λは、前記赤外線サーモグラフィカメラの測定波長である。

以上の本発明においては、可視光を透過して設備内を観察することが可能であると共に赤外光を透過して設備内の温度を監視可能な透過部材、及び赤外光を測定する監視システムを提供することが可能となる。

実施形態の透過部材を用いた監視システムの概念図である。第１実施形態の透過部材を示す図である。第１実施形態の透過部材の波長と透過率を示す図である。第２実施形態の透過部材を示す図である。第２実施形態の透過部材の波長と透過率を示す図である。第３実施形態の透過部材を示す図である。第３実施形態の透過部材の波長と透過率を示す図である。赤外線サーモグラフィカメラのカメラ本体内部にフィルタを装着した状態を示す図である。赤外線サーモグラフィカメラのカメラ本体外部にフィルタを装着した状態を示す図である。赤外線サーモグラフィカメラの外部にフィルタを装着した状態を示す図である。実施形態の透過部材を用いた監視システムを電気機器に応用した例を示す図である。

以下、本実施形態の透過部材及び監視システムについて説明する。

図１は、実施形態の透過部材を用いた監視システムの概念図である。

監視システム１は、透過部材２を通して熱源Ｈから放射される赤外線を赤外線サーモグラフィカメラ３によって撮影し、撮影画像の解析を行うことにより、撮影部位の温度を計測して、異常の有無を診断する。

本実施形態の透過部材２は、可視光を透過して設備内を観察することが可能であると共に、赤外光を透過して設備内の温度を監視可能である。

一般に、可視光を透過して設備内を観察することが可能な透過部材としては、ガラス又はアクリル等が考えられる。しかしながら、ガラス及びアクリルは、赤外線を透過しづらいため、赤外線サーモグラフィカメラ３を使用して温度を計測することは困難である。

そこで、本実施形態では、透過部材２としてマイカ材２１、すなわち雲母を有する部材を使用する。

図２は、第１実施形態の透過部材を示す図である。

図２に示すように、第１実施形態の透過部材２は、マイカ材２１の小片をエポキシ樹脂等の基材２２に分散させ固めて厚さ約２００μｍの板状にしたものである。

基材２２としてのエポキシ樹脂及びマイカ材２１は、どちらも可視光を透過する。したがって、観察者は、透過部材２を通して設備の内部を観察することが可能である。

さらに、第１実施形態では、監視システム１の赤外線サーモグラフィカメラ３の測定波長λが、以下の式（１）を満足するように設定する。
３．４μｍ ≦ λ ≦ ５．５μｍ（１）

式（１）を満足するため、赤外線サーモグラフィカメラ３は、プラチナシリサイド（PtSi）、インジウムアンチモン（InSb）、又は水星カドミウムテルル化物（HgCdTe）等の素子を使用したカメラが好ましい。

また、赤外線サーモグラフィカメラ３は、マイクロボロメータ素子を使用したカメラにフィルタを用いて、式（１）を満足する測定波長に変更してもよい。フィルタとしては、サファイア単結晶、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、セレン化亜鉛、又はシリコンを使用することが好ましい。

図３は、第１実施形態の透過部材２の波長と透過率を示す図である。透過部材２は、マイカ材２１の小片をエポキシ樹脂の基材２２で固めて厚さ約２００μｍの板状にしたものである。

図３に示すように、第１実施形態の透過部材２は、式（１）の波長の範囲では、高い透過率を持つことがわかる。式（１）の上限を上回ったり、下限を下回った場合、透過率が低くなる。

したがって、第１実施形態の透過部材２を使用した監視システム１は、可視光を透過して設備内を観察することが可能であると共に、赤外光を透過して設備内の温度を監視可能である。

次に第２実施形態について説明する。

図４は、第２実施形態の透過部材を示す図である。

図４に示すように、第２実施形態の透過部材２は、フィルム状のマイカ材２１をシリコン、ポリエチレン等の高分子材料からなる基材２３の両面に、層状に重ねて厚さ約１０μｍのフィルム状にしたものである。

基材２３としての高分子フィルム及びマイカ材２１は、どちらも可視光を透過する。したがって、観察者は、透過部材２を通して設備の内部を観察することが可能である。

さらに、第２実施形態では、監視システム１の赤外線サーモグラフィカメラ３の測定中心波長λが、以下の式（２）を満足するように設定する。
８．０μｍ ≦ λ ≦ ８．５μｍ（２）

一般の赤外線サーモグラフィカメラ３の測定波長は、通常８μｍ〜１３μｍである。第２実施形態では、測定中心波長λを式（２）の範囲とするため、赤外線サーモグラフィカメラ３は、ナローバンドパスフィルタを使用する。フィルタとしては、例えば、ファブリペロー干渉計の狭帯域ＢＰＦ等の選択透過性の高いフィルタを使用することが好ましい。

図５は、第２実施形態の透過部材２の波長と透過率を示す図である。透過部材２は、フィルム状のマイカ材２１をポリエチレン等の高分子系フィルムの基材２３の両面に、層状に貼り付けて厚さ約１０μｍの板状にしたものである。

図５に示すように、第２実施形態の透過部材２は、一般の赤外線サーモグラフィカメラ３の測定波長である８μｍ〜１３μｍのうち、式（２）の範囲の波長では、高い透過率を持つことがわかる。８μｍ〜１３μｍの範囲内で、式（２）の上限を上回ったり、下限を下回った場合、透過率が低くなる。

したがって、第２実施形態の透過部材２を使用した監視システム１は、可視光を透過して設備内を観察することが可能であると共に、赤外光を透過して設備内の温度を監視可能である。

次に第３実施形態について説明する。

図６は、第３実施形態の透過部材を示す図である。

図６に示すように、第３実施形態の透過部材２は、フィルム状のマイカ材２１とシリコン、ポリエチレン等の高分子材料からなる基材２４とを層状に重ねて厚さ約２００μｍの板状にしたものである。

第３実施形態では、基材２４としてシリコンを使用した。基材２４としてのシリコン及びマイカ材２１は、どちらも可視光を透過する。したがって、観察者は、透過部材２を通して設備の内部を観察することが可能である。

さらに、第３実施形態では、監視システム１の赤外線サーモグラフィカメラ３の測定中心波長λが、式（２）を満足するように設定する。

一般の赤外線サーモグラフィカメラ３の測定波長は、通常８μｍ〜１３μｍである。測定中心波長λを式（２）の範囲とするため、赤外線サーモグラフィカメラ３は、ナローバンドパスフィルタを使用する。フィルタとしては、例えば、ファブリペロー干渉計の狭帯域ＢＰＦ等の選択透過性の高いフィルタを使用することが好ましい。

図７は、第３実施形態の透過部材２の波長と透過率を示す図である。透過部材２は、フィルム状のマイカ材２１とシリコンの基材２４とを層状に貼り付けて厚さ約２００μｍの板状にしたものである。

図７に示すように、第３実施形態の透過部材２は、一般の赤外線サーモグラフィカメラ３の測定波長である８μｍ〜１３μｍのうち、式（２）の範囲の波長では、高い透過率を持つことがわかる。８μｍ〜１３μｍの範囲内で、式（２）の上限を上回ったり、下限を下回った場合、透過率が低くなる。

したがって、第３実施形態の透過部材２を使用した監視システム１は、可視光を透過して設備内を観察することが可能であると共に、赤外光を透過して設備内の温度を監視可能である。

次に、赤外線サーモグラフィカメラ３について説明する。

図８は赤外線サーモグラフィカメラのカメラ本体内部にフィルタを装着した状態を示す図、図９は赤外線サーモグラフィカメラのカメラ本体外部にフィルタを装着した状態を示す図、図１０は赤外線サーモグラフィカメラの外部にフィルタを装着した状態を示す図である。

第１実施形態、第２実施形態、及び第３実施形態では、赤外線サーモグラフィカメラ３にフィルタ等を使用して測定波長を変更する場合がある。赤外線サーモグラフィカメラ３にフィルタを装着するには、図８に示すように赤外線サーモグラフィカメラ３のカメラ本体３１内部にフィルタ４を装着する例、図９に示すように赤外線サーモグラフィカメラ３のカメラ本体３１外部にフィルタ４を装着する例、又は図１０に示すように赤外線サーモグラフィカメラ３の外部にフィルタ４を装着する例等がある。

図８に示すように、赤外線サーモグラフィカメラ３の内部にフィルタ４を装着する例では、赤外線が検出部３１ａに入射する前のカメラ本体３１内にフィルタ４を配置するとよい。

また、図９に示すように、赤外線サーモグラフィカメラ３の内部にフィルタ４を装着する例では、赤外線がレンズ３２を射出し、カメラ本体３１に入射する前にフィルタ４を配置するとよい。

さらに、図１０に示すように、赤外線サーモグラフィカメラ３の外部にフィルタ４を装着する例では、赤外線がレンズ３２に入射する前にフィルタ４を配置するとよい。

なお、複数のフィルタ４を組み合わせて検出部３１ａに入射する前に測定波長を変更してもよい。

図１１は、実施形態の透過部材２を用いた監視システム１を電気機器４０に応用した例を示す図である。

図１１に示すように、電気機器４０は、透過部材２と、端子箱５０と、第１ケーブル群５１と、第２ケーブル群５２と、端子箱５０内で第１ケーブル群５１と第２ケーブル群５２を接続する圧縮端子５３と、圧縮端子５３を接続するボルト５４と、ボルト５４に締め付けられる図示しないナットと、を有する。

第１ケーブル群５１は、第１ケーブル導管５１ａと、第１ケーブル導管５１ａ内に収められた複数のケーブル５１₁，５１₂，５１₃等からなる。第２ケーブル群５２は、第２ケーブル導管５２ａと、第２ケーブル導管５２ａ内に収められた複数のケーブル５２₁，５２₂，５２₃等からなる。なお、本実施形態では、ケーブルは３本であるが、これに限らず、何本でもよい。

各ケーブル５１₁，５１₂，５１₃，５２₁，５２₂，５２₃の端部は、被覆が剥がされて、各導体５１_1a，５１_2a，５１_3a，５２_1a，５２_2a，５２_3aが剥き出ている。各導体５１_1a，５１_2a，５１_3a，５２_1a，５２_2a，５２_3aは、各圧縮端子５３に接続される。このような構成により、端子箱５０内で第１ケーブル群５１と第２ケーブル群５２は、接続されている。

また、端子箱５０は、第１ケーブル群５１、第２ケーブル群５２、及び圧縮端子５３等をカバーする透過部材２を有する。透過部材２は、ねじ２ａ等によって端子箱５０に取り付けられる。透過部材２によって、端子箱５０内の第１ケーブル群５１と第２ケーブル群５２を接続する部分に、人が接触して感電すること又は工具類等が接触して破損することを防止する。

第１ケーブル群５１と第２ケーブル群５２を接続する部分は、施工不良によるボルト５４の弛み、不適切な仕様の圧縮端子５３の使用、第１ケーブル群５１、第２ケーブル群５２、及び圧縮端子５３の経年劣化等により、通電部位が過熱して、破損したり、火災が発生する等の不具合が生じるおそれがある。

そこで、電気機器４０が過熱してしまい温度が上がった場合に放射される赤外線を利用して、監視システム１により、異常を診断する。

監視システム１は、透過部材２を通して電気機器４０から放射される赤外線を赤外線サーモグラフィカメラ３によって撮影し、撮影画像の解析を行うことにより、撮影部位の温度を計測して、異常の有無を診断する。

透過部材２は、第１実施形態、第２実施形態、及び第３実施形態で説明したように、マイカ材２１を有する部材である。したがって、可視光を透過して電気機器４０の端子箱５０内を観察することが可能であると共に、赤外光を透過して電気機器４０の端子箱５０内の温度を監視可能である。

このように、電気機器４０の端子箱５０内を目視可能であると共に、赤外線により温度を監視可能なので、異常の有無を的確に診断することが可能となる。

なお、本実施形態では、電気機器４０として端子箱５０について説明したが、制御盤等の各種電気機器４０に適用することが可能である。

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

１…監視システム
２…透過部材
２１…マイカ材
２２，２３，２４…基材
３…赤外線サーモグラフィカメラ
３１…カメラ本体
３１ａ…検出部
３２…レンズ
４…フィルタ
４０…電気機器
５０…端子箱
５１…第１ケーブル群
５２…第２ケーブル群
５３…圧縮端子
５４…ボルト

Claims

エポキシ樹脂からなる基材及びマイカ材を有し、前記マイカ材の小片を前記基材内に分散させて固め、可視光を透過すると共に、赤外光を透過する透過部材と、
前記透過部材を通して熱源から放射される赤外線を撮影する赤外線サーモグラフィカメラと、
を備え、
前記赤外線サーモグラフィカメラの測定波長が、以下の式（１）を満足することを特徴とする監視システム。
３．４μｍ ≦ λ ≦ ５．５μｍ（１）
ただし、λは、前記赤外線サーモグラフィカメラの測定波長である。
高分子材料からなる基材及びフィルム状のマイカ材を有し、可視光を透過すると共に、赤外光を透過する透過部材と、
前記透過部材を通して熱源から放射される赤外線を撮影する赤外線サーモグラフィカメラと、
を備え、
前記赤外線サーモグラフィカメラの測定波長が、以下の式（２）を満足することを特徴とする監視システム。
８μｍ ≦ λ ≦ ８．５μｍ（２）
ただし、λは、前記赤外線サーモグラフィカメラの測定波長である。