JP6820731B2

JP6820731B2 - ガス検知装置

Info

Publication number: JP6820731B2
Application number: JP2016236076A
Authority: JP
Inventors: 健安部; 安彦浦辺; 収中山; 崇原部; 啓一曽根; 睦志野本
Original assignee: Tokyo Metropolitan Sewerage Service Corp
Current assignee: Tokyo Metropolitan Sewerage Service Corp
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2016-12-05
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2036-12-05
Also published as: JP2018091757A

Description

本発明は、装置から離れた箇所でのガスの検知が可能なガス検知装置に関するものである。

従来のガス検知装置として、検出光を放射する検出光放射部と、前記検出光が物体に照射された場合に前記物体から反射される反射光を受光する受光部と、前記受光部が受光した前記反射光から、被検知ガスのコラム密度を測定するコラム密度測定部と、前記検出光放射部から前記物体に至る前記検出光の光路長を測定する光路長測定部と、前記コラム密度および前記光路長に基づき、前記被検知ガスの濃度を計算する濃度計算部と、を有するガス濃度検知装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

これによれば、空間的に分布する被検知ガスの濃度を、平均としてまたは局所的に測定することができる。

特開２０１４−０５５８５８号公報

しかしながら、上記のように検出光を放射して、その反射光を受光する装置では、放射部と反射物体との間、および反射物体と受光部との間を直線的に結ぶ空間に存在するガスを検知することはできるが、そのような空間から離れた領域におけるガスを検知することはできない。

本発明は、上記の点に鑑み、装置の配置に対して、比較的柔軟な位置の領域におけるガスを検知できるようにすることを目的としている。

上記の目的を達成するために、
第１の発明は、
ガス検知装置であって、
検出光を発する発光部と、
検知ガス領域を通過した検出光を受光する受光部と、
発光部から発せられた検出光を検知ガス領域に導く発光側導光体と、
検知ガス領域を通過した検出光を受光部に導く受光側導光体と、
受光部で受光された検出光に基づいて、ガスを検知する計測処理部と、
を備えたことを特徴とする。

これにより、受光部および発光部で受発光される光は導光体を介して導くことができるので、受光部および発光部等を含む装置の配置に対して、遠隔で、比較的柔軟な位置の領域におけるガスを検知できるようにすることができる。

第２の発明は、
第１の発明のガス検知装置であって、
上記発光部、受光部、および計測処理部が収容された計測部と、
上記計測部に着脱可能に設けられ、上記発光側導光体、および受光側導光体を接続可能な接続部を有するアタッチメント部と、
を備え、
上記計測部は、上記アタッチメント部が装着されていない状態で、上記発光部から発せられた検出光が物体に照射された場合に上記物体から反射されて上記受光部に受光される検出光に基づいて、検知ガスのコラム密度を求め得るように構成されていることを特徴とする。

これにより、単体で上記のような検知ガスのコラム密度を求め得る装置を用い、これに上記アタッチメント部を装着することによって、容易にガス検知装置を構成することができる。

第３の発明は、
第２の発明のガス検知装置であって、
上記アタッチメント部は、さらに、上記発光部から発せられた検出光、および上記受光部に受光される検出光の少なくとも一方を減衰させる減衰フィルタを備えたことを特徴とする。

これにより、検知感度を設定することなどが容易にできる。

第４の発明は、
第１から第３のうち何れか１つの発明のガス検知装置であって、さらに、
上記発光側導光体から出射した検出光を、検知ガス領域を通過させて上記受光側導光体に入射させる検知ガス領域ユニットを備えたことを特徴とする。

これにより、ガスを検知しようとする場所に検知ガス領域ユニットを設置すれば、計測部の設置位置を柔軟に設定しても遠隔で検知を行うことが容易にできる。

第５の発明は、
第４の発明のガス検知装置であって、
上記検知ガス領域ユニットは、
上記発光側導光体から出射した検出光を反射して上記受光側導光体に入射させるリトロリフレクタ、または
上記発光側導光体から出射した検出光を乱反射して上記受光側導光体に入射させる乱反射体を備え、
上記発光側導光体、および受光側導光体と、上記リトロリフレクタまたは乱反射体との間に、上記検知ガス領域が設けられるように構成されていることを特徴とする。

第６の発明は、
第１から第５のうち何れか１つの発明のガス検知装置であって、
上記発光側導光体はシングルモード光ファイバを用いて構成され、
上記受光側導光体はマルチモード光ファイバを用いて構成されていることを特徴とする。

これらにより、高感度な検知を行うことなどが容易にできる。

本発明によれば、装置の配置に対して、比較的柔軟な位置の領域におけるガスを検知できる。

計測ユニットの構成を模式的に示す部分断面正面図である。検知ガス領域ユニットの構成を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施形態として、図１に示すような計測ユニット１００と、図２に示すような検知ガス領域ユニット２００とを備えたガス検知装置の例を説明する。

計測ユニット１００は、計測部１１０にアタッチメント部１２０が装着されて構成されている。

上記計測部１１０は、例えば電源スイッチ１１１ａや計測開始スイッチ１１１ｂ等を含む操作部１１１と、計測結果等を表示する表示部１１２と、例えば出射ビーム径が約１．２ｍｍ、波長が１．６５μｍのレーザ光などの検出光を発する発光部１１３と、検知ガス領域（検知対象ガスの存在が想定される領域）を通過した検出光を受光する受光部１１４と、受光部１１４で受光された検出光に基づいて、ガスを検知する計測処理部１１６とが、筐体１１５に収容されて構成されている。上記のような計測部１１０としては、例えば発光部１１３から発せられるレーザ光を検査箇所に照射することでメタンガスの発生源や漏洩箇所を離れた場所から検知し得るいわゆる携帯型の小型ガス検知器などを適用することができる。

上記計測部１１０に装着されるアタッチメント部１２０は、計測部１１０の筐体１１５に着脱可能なハウジング１２１を有している。このハウジング１２１には、それぞれ発光側導光体１３１、または受光側導光体１３２が接続可能なＦＣレセプタクル１２２・１２３が設けられている。上記発光側導光体１３１としては、例えばシングルモード光ファイバを用い、受光側導光体１３２としては、例えばマルチモード光ファイバを用いることなどができる。また、必要に応じて、発光部１１３とＦＣレセプタクル１２２との間に非球面レンズ１２２ａ等のコリメートレンズなどが設けられたり、ＦＣレセプタクル１２３と受光部１１４との間に、例えば、２枚以内で着脱可能な減衰フィルタ１２４が設けられたりしてもよい。

一方、検知ガス領域ユニット２００は、ハウジング２１０に導光体１３１・１３２が接続されるとともに、ハウジング２１０の内部に検知ガスが流通し得るようになっている。より具体的には、例えば、ハウジング２１０は、ベースプレート２１１、胴部２１２、およびカバープレート２１４が組み付けられて構成されている。カバープレート２１４には導光体１３１・１３２が接続され、レンズ１３１ａ・１３２ａ、および窓ガラス２３１を介してレーザ光が入射、出射し得るようになっている。上記胴部２１２には、例えば図示しないポンプ等により、矢印Ａで示す方向に検知ガスが流入するガス入口２１２ａ、および矢印Ｂで示す方向に検知ガスが流出するガス出口２１２ｂが設けられている。ベースプレート２１１と２１２との接続部には、Ｏリング２１３が設けられる一方、カバープレート２１４と２３１との間にはＯリング２３２およびリテーナ２３４が設けられて、これらの箇所での検知ガスの漏洩等が防止されるようになっている。ハウジング２１０の内部には、ホルダ２２１を介してリトロリフレクタ２２２が設けられ、発光側導光体１３１からハウジング２１０内に入射したレーザ光が受光側導光体１３２に向けて反射されるようになっている。

上記のように構成されたガス検知装置では、計測部１１０の発光部１１３から発せられたレーザ光は、非球面レンズ１２２ａでコリメートされた後、発光側導光体１３１を介して検知ガス領域ユニット２００に導かれ、レンズ１３１ａで例えばビーム径を１．６ｍｍ程度にされて、検知ガス領域ユニット２００内の空間（検知ガス領域）に導入される。検知ガス領域を通過した光はリトロリフレクタ２２２により反射され、再度検知ガス領域を通過し、受光側導光体１３２、および減衰フィルタ１２４を介して計測部１１０の受光部１１４により受光される。上記レーザ光の光路中において、検知ガス領域ユニット２００内の検知ガス領域を１往復、一定の距離だけ通過する際に、例えばメタンガスが存在したとすると、その濃度に応じて吸光される。そこで、受光部１１４に受光されたレーザ光に基づいて計測処理部１１６で所定の演算が行われることにより、検知ガス領域ユニット２００内に流通するガスが検知される。すなわち、例えば、検知ガスの濃度を計測して、検知ガスの濃度が爆発下限界に達しているかどうかを検出することなどができる。

上記のように検知ガス領域ユニット２００と計測ユニット１００とが導光体１３１・１３２によって接続されていることによって、ガスを検知しようとする場所に検知ガス領域ユニット２００を設置すれば、計測ユニット１００の設置位置を柔軟に設定しても遠隔で検知を行うことが容易にできる。すなわち、例えば吸引式のガス濃度分析計などのようにガスを検知したい場所に装置を運んだりすることなく、検知を行うことができ、装置や検知に必要なコストも低減することが容易にできる。

しかも、検知ガス領域ユニット２００の部分には電気的な回路を設ける必要がないので、計測ユニット１００を防爆性の必要がない場所や制約が少ない場所などに設置すれば、ガス検知装置全体としての防爆性を高めることも容易にできる。

また、計測ユニット１００を恒温槽内に設けたり、防振対策を施したりすることなども容易にできるので、検知精度を向上させることも容易にできる。

ここで、検知ガス領域ユニット２００内の空間には、ガス入口２１２ａおよびガス出口２１２ｂを介してガスが流入、流出するのに限らず、自然に流通する雰囲気中にレーザ光の光路が位置するようにしてもよい。また、所定のガス配管に検知ガス領域ユニット２００を接続して、上記ガス配管内のガスを検知し得るようにしてもよい。また、検知ガス領域ユニット２００を複数箇所に設置するとともに、導光体を順次チェーン状に接続し、その両端を１台の計測ユニット１００に接続して、複数箇所の何れか、または合計でガス濃度が増大したことを検知可能にすることなどもできる。また、検知ガス領域ユニット２００を例えば釣り竿のようなジグなどに固定して、天井などの手の届かない場所の局所的なガスを検知可能にすることなども容易にできる。

なお、上記の例では、光学系の部品として、非球面レンズ１２２ａや、レンズ１３１ａ・１３２ａ、減衰フィルタ１２４などが用いられている例を示したが、これらの有無や設置箇所は特に限定されず、必要とする受発光強度やガスの検知感度などに応じて設定すればよい。例えば、上記のように、計測部１１０として、携帯型の小型ガス検知器、すなわち発光部１１３から発せられるレーザ光を検査箇所に照射することでメタンガスの発生源や漏洩箇所を離れた場所から検知し得る検知器などを適用する場合には、通常、そのような検知器は比較的大きな発光強度を有する一方、微弱な光を受光し得るように設定されている場合が多いので、適宜減衰フィルタ１２４を設けることによって受光部１１４による受光感度を調整することなどが容易にできる。

もっとも、上記のように計測部１１０に着脱可能なアタッチメント部１２０を用いることによって、計測部１１０として携帯型の小型ガス検知器などを適用することが容易にできるが、計測ユニット１００としては、これに限らず、計測部１１０とアタッチメント部１２０とが一体的に設けられたようなものを用いる場合でも、導光体１３１・１３２を介して検知ガス領域ユニット２００を接続することにより遠隔の検知を容易に行える効果は、同様に得られる。

また、上記の例では、リトロリフレクタ２２２を用いてレーザ光を反射させる例を示したが、これに限らず、十分な受光感度が得られる場合には、リトロリフレクタ２２２に代えてレーザ光を粗面で乱反射させるなどしてもよい。この場合には、減衰フィルタ１２４の省略が容易になる場合もあり得る。また、例えば発光側導光体１３１の出射部と受光側導光体１３２の入射部とを光軸を合わせて対向させ、導光体１３１・１３２間の雰囲気中をレーザ光が通過するようにしたりしてもよい。

また、上記のようなガス検知装置の用途は特に限定されず、例えばバイオガス発生プラントなどにおけるメタンガスの検知による運転状態監視に適用してもよい。ここで、このようなプラントに適用される場合などに、光学系部品の汚れを低減または防止するためには、流通するガス中の不純物を除去するフィルタを設置するなどしてもよい。また、例えば舶用天然ガスエンジンのガス漏れ等の異常検知などにおいても、上記のような遠隔で計測し得るガス検知装置を適用することは有用である。また、検知されるガスの種類は、メタンに限らず、レーザ光の波長を適宜選択することによって、種々設定することができる。

１００計測ユニット
１１０計測部
１１１操作部
１１１ａ電源スイッチ
１１１ｂ計測開始スイッチ
１１２表示部
１１３発光部
１１４受光部
１１５筐体
１１６計測処理部
１２０アタッチメント部
１２１ハウジング
１２２ＦＣレセプタクル
１２２ａ非球面レンズ
１２３ＦＣレセプタクル
１２４減衰フィルタ
１３１発光側導光体
１３１ａレンズ
１３２受光側導光体
１３１ｂレンズ
２００検知ガス領域ユニット
２１０ハウジング
２１１ベースプレート
２１２胴部
２１２ａガス入口
２１２ｂガス出口
２１３Ｏリング
２１４カバープレート
２２１ホルダ
２２２リトロリフレクタ
２３１窓ガラス
２３２Ｏリング
２３４リテーナ

Claims

検出光を発する発光部と、
検知ガス領域を通過した検出光を受光する受光部と、
発光部から発せられた検出光を検知ガス領域に導く発光側導光体と、
検知ガス領域を通過した検出光を受光部に導く受光側導光体と、
受光部で受光された検出光に基づいて、ガスを検知する計測処理部と、
を備えるとともに、
上記発光部、受光部、および計測処理部が収容された計測部と、
上記計測部に着脱可能に設けられ、上記発光側導光体、および受光側導光体を接続可能な接続部を有するアタッチメント部と、
を備え、
上記計測部は、上記アタッチメント部が装着されていない状態で、上記発光部から発せられた検出光が物体に照射された場合に上記物体から反射されて上記受光部に受光される検出光に基づいて、検知ガスのコラム密度を求め得るように構成されていることを特徴とするガス検知装置。
請求項１のガス検知装置であって、
上記アタッチメント部は、さらに、上記発光部から発せられた検出光、および上記受光部に受光される検出光の少なくとも一方を減衰させる減衰フィルタを備えたことを特徴とするガス検知装置。
請求項１から請求項２のうち何れか１項のガス検知装置であって、さらに、
上記発光側導光体から出射した検出光を、検知ガス領域を通過させて上記受光側導光体に入射させる検知ガス領域ユニットを備えたことを特徴とするガス検知装置。
請求項３のガス検知装置であって、
上記検知ガス領域ユニットは、
上記発光側導光体から出射した検出光を反射して上記受光側導光体に入射させるリトロリフレクタ、または
上記発光側導光体から出射した検出光を乱反射して上記受光側導光体に入射させる乱反射体を備え、
上記発光側導光体、および受光側導光体と、上記リトロリフレクタまたは乱反射体との間に、上記検知ガス領域が設けられるように構成されていることを特徴とするガス検知装置。
請求項１から請求項４のうち何れか１項のガス検知装置であって、
上記発光側導光体はシングルモード光ファイバを用いて構成され、
上記受光側導光体はマルチモード光ファイバを用いて構成されていることを特徴とするガス検知装置。