JP7114832B2 - ガス検出装置および漏洩ガス検出システム - Google Patents
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Description
ガス検出装置および漏洩ガス検出システムに関する。
特許文献１（特開平１０－１３２７３７号公報）に、検出すべきガスを収容する検出用ガスセルおよび基準用のガスを収容する基準用ガスセルを備えるガス濃度測定装置が示されている。この装置では、各ガスセルを透過したレーザー光を受光する光検出器を用いて、検出用ガスセルの中にあるメタンガスの濃度を測定している。
空気調和機などの冷凍装置では、冷媒を循環させることが多いが、冷媒回路から冷媒が漏洩することがある。冷媒としてジフルオロメタンが使われている冷凍装置も存在しており、冷媒漏洩を検知するために、ジフルオロメタンのガス濃度を検出する装置が求められている。
そして、従来は、装置内にジフルオロメタンのガスを誘引してガス濃度を測定する、赤外線吸収分光式の装置や半導体式の装置が用いられている。
しかし、このような装置では、例えば、部屋の天井付近のジフルオロメタンを検出することは難しい。可搬式の装置であれば、装置を天井付近に持っていくことができるが、天井付近の空間の多数の箇所においてジフルオロメタンを検出したい場合、検出作業に長い時間を要することになる。
また、離れた場所にあるメタンガスを検出する装置は存在しているが、ジフルオロメタンについては、装置内にガスを誘引する方式の装置が存在するだけである。
第１観点のガス検出装置は、離れた対象空間に存在するジフルオロメタンを検出するガス検出装置であって、検出部とを備えている。検出部は、所定波長の光が吸収されることを利用して、ジフルオロメタンを検出する。所定波長は、
1659～1673（ｎｍ）の第１波長範囲、
1724～1726（ｎｍ）の第２波長範囲
2218～2221（ｎｍ）の第３波長範囲、
2463～2466（ｎｍ）の第４波長範囲、
3316～3318（ｎｍ）の第５波長範囲、および
9034～9130（ｎｍ）の第６波長範囲、
のいずれかの波長範囲にある。
1659～1673（ｎｍ）の第１波長範囲、
1724～1726（ｎｍ）の第２波長範囲
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3316～3318（ｎｍ）の第５波長範囲、および
9034～9130（ｎｍ）の第６波長範囲、
のいずれかの波長範囲にある。
第２観点のガス検出装置は、第１観点のガス検出装置であって、照射部と、受光部と、をさらに備えている。照射部は、第１光と、第２光とを、対象空間に対して照射する。第１光は、上記の所定波長の赤外線を含む。第２光は、第１光とは異なる光である。受光部は、対象空間を通過した第１光および第２光を、受光する。検出部は、受光部が受光した第１光および第２光に基づいて、対象空間に存在するジフルオロメタンを検出する。
本願の発明者は、これまで詳細がわかっていなかった波長範囲におけるジフルオロメタンの吸収波長帯の存在を、最新の高い分解能を持つ機器によって試験を繰り返すことによって認識するに至っている。この認識に鑑み、上記の第１～第５波長範囲のいずれかの波長の赤外線を含む第１光を対象空間に照射し、対象空間を通過した第１光および第２光を受光部で受光することで、ジフルオロメタンの検出ができることを、本願の発明者は見出している。
第３観点のガス検出装置は、第２観点のガス検出装置であって、検出部は、演算部を有する。演算部は、対象空間に存在するジフルオロメタンの濃度を演算する。このジフルオロメタンの濃度の演算は、受光部が受光した第１光および第２光の差分に基づいて行われる。
ここでは、対象空間に存在するジフルオロメタンの検出だけではなく、そのジフルオロメタンの濃度も測定することができる。
第４観点のガス検出装置は、離れた対象空間に存在するジフルオロメタンを検出するガス検出装置であって、照射部と、受光部と、検出部とを備えている。照射部は、電流変調によって所定波長の赤外線を含んで発信波長を変調した第１光を、対象空間に対して照射する。受光部は、対象空間を通過した第１光を受光する。検出部は、受光部が受光した第１光に基づいて、対象空間に存在するジフルオロメタンを検出する。第１光に含まれる赤外線の所定波長は、
1659～1673（ｎｍ）の第１波長範囲、
1724～1726（ｎｍ）の第２波長範囲
2218～2221（ｎｍ）の第３波長範囲、
2463～2466（ｎｍ）の第４波長範囲、
3316～3318（ｎｍ）の第５波長範囲、および
9034～9130（ｎｍ）の第６波長範囲、
のいずれかの波長範囲にある。検出部は、
第１光の所定波長の基本波位相敏感検波信号と、
第１光の所定波長の２倍波位相敏感検波信号、又は、第１光の所定波長の４倍波位相敏感検波信号、と、
に基づいて、対象空間に存在するジフルオロメタンを検出する。
1659～1673（ｎｍ）の第１波長範囲、
1724～1726（ｎｍ）の第２波長範囲
2218～2221（ｎｍ）の第３波長範囲、
2463～2466（ｎｍ）の第４波長範囲、
3316～3318（ｎｍ）の第５波長範囲、および
9034～9130（ｎｍ）の第６波長範囲、
のいずれかの波長範囲にある。検出部は、
第１光の所定波長の基本波位相敏感検波信号と、
第１光の所定波長の２倍波位相敏感検波信号、又は、第１光の所定波長の４倍波位相敏感検波信号、と、
に基づいて、対象空間に存在するジフルオロメタンを検出する。
本願の発明者は、これまで詳細がわかっていなかった波長範囲におけるジフルオロメタンの吸収波長の存在を、最新の高い分解能を持つ機器によって試験を繰り返すことによって認識するに至っている。この認識に鑑み、上記の第１～第５波長範囲のいずれかの波長の赤外線を含む第１光を対象空間に照射し、対象空間を通過した第１光を受光部で受光することで、ジフルオロメタンの検出ができることを、本願の発明者は見出している。
第５観点のガス検出装置は、第４観点のガス検出装置であって、検出部は、演算部を有している。演算部は、
第１光の所定波長の基本波位相敏感検波信号と、第１光の所定波長の２倍波位相敏感検波信号との比、
又は、
第１光の所定波長の基本波位相敏感検波信号と、第１光の所定波長の４倍波位相敏感検波信号との比、
に基づいて、対象空間に存在するジフルオロメタンの濃度を演算する。
第１光の所定波長の基本波位相敏感検波信号と、第１光の所定波長の２倍波位相敏感検波信号との比、
又は、
第１光の所定波長の基本波位相敏感検波信号と、第１光の所定波長の４倍波位相敏感検波信号との比、
に基づいて、対象空間に存在するジフルオロメタンの濃度を演算する。
ここでは、対象空間に存在するジフルオロメタンの検出だけではなく、そのジフルオロメタンの濃度も測定することができる。
第６観点のガス検出装置は、第２観点から第５観点のいずれかのガス検出装置であって、第１光の赤外線の所定波長は、第１波長範囲、第２波長範囲、第３波長範囲、および第４波長範囲、のいずれかの波長範囲にある。受光部は、対象空間を挟んで照射部と反対側にある物体によって反射又は散乱した光、を受光する。
ここでは、反射又は散乱した光を受光部で受光するが、第１光の所定波長が上記の範囲にあるため、物体への吸収が小さくなり、精度の良いジフルオロメタンの検出ができる。
第７観点のガス検出装置は、第２観点から第５観点のいずれかのガス検出装置であって、第１光の赤外線の所定波長は、第４波長範囲、又は、第５波長範囲、の波長範囲にある。第６観点のガス検出装置は、受光部に受光される光を短波長に波長変換する波長変換部、をさらに備えている。
ここでは、波長変換部を備えているため、受光部における熱ノイズも小さくなり、その熱ノイズ除去のための冷却装置の簡易化や省略を図ることができる。
第８観点のガス検出装置は、第２観点から第５観点のいずれかのガス検出装置であって、第１光の赤外線の所定波長は、第１波長範囲、第２波長範囲、および第３波長範囲、のいずれかの波長範囲にある。
ここでは、波長が比較的小さい第１光を利用するため、受光部における熱ノイズも小さくなり、その熱ノイズ除去のための冷却装置の簡易化や省略を図ることができる。
なお、一般に、冷却装置の起動には時間が必要で、冷却装置が大型化するとガス検出装置の利便性が悪くなる。
第９観点のガス検出装置は、第２観点から第８観点のいずれかのガス検出装置であって、集光レンズ又は望遠鏡をさらに備えている。集光レンズ又は望遠鏡は、受光部に受光される光を通す。
ここでは、光が微量であっても、受光部によって光が受光される。
なお、集光レンズ又は望遠鏡として、例えば、カセグレン式の望遠鏡を用いることができる。
第１０観点の漏洩ガス検出システムは、空気調和機と、第１観点から第９観点のいずれかのガス検出装置と、を備えている。空気調和機は、冷媒としてジフルオロメタンが流れる熱交換器と、その熱交換器を収容するケーシングと、を有する。ガス検出装置は、空気調和機から対象空間に漏洩するジフルオロメタンを検出する。空気調和機のケーシングの外面のうち、少なくとも対象空間に面する部分は、ジフルオロメタンよりも赤外線の吸収率が低い。
ここでは、空気調和機から対象空間に漏洩したジフルオロメタンを検出するときに、ガス検出装置を用いるが、上述のとおり、ガス検出装置の照射部は、第１光および第２光を対象空間に対して照射する。その後、対象空間を通過した第１光および第２光を受光部で受光する。したがって、仮に、空気調和機のケーシングの外面の赤外線吸収率が大きいと、第１光の多くが空気調和機のケーシングに吸収されてしまい、受光部における第１光の受光量が減ってしまう。
しかし、第１０観点の漏洩ガス検出システムでは、空気調和機のケーシングの外面のうち、少なくとも対象空間に面する部分は、ジフルオロメタンよりも赤外線の吸収率が低い。このため、第１光の受光部における受光量が増え、ジフルオロメタンの検出の精度が上がる。
（１）可搬で遠隔のジフルオロメタンを検出できるガス検出装置の必要性
オフィスやホテル、商業施設などの建物では、天井設置型の空調室内機が配備されることが多い。この空調室内機の本体は、天井裏に設置され、空調室内機の吹出口や吸込口は、天井に形成された開口に配置される。すると、空調室内機の熱交換器や冷媒配管の亀裂箇所や緩んだ接続箇所から冷媒であるジフルオロメタンが漏洩した場合には、空調室内機の内部から吹出口や吸込口を通って室内の上部空間にジフルオロメタンが拡散する。室内の上部空間で且つ空調室内機の下方の空間に漏洩したジフルオロメタンが拡散した状態として、例えば、冷媒漏洩時には、その空間におけるジフルオロメタンの濃度が高くなっている状態が想定される。
オフィスやホテル、商業施設などの建物では、天井設置型の空調室内機が配備されることが多い。この空調室内機の本体は、天井裏に設置され、空調室内機の吹出口や吸込口は、天井に形成された開口に配置される。すると、空調室内機の熱交換器や冷媒配管の亀裂箇所や緩んだ接続箇所から冷媒であるジフルオロメタンが漏洩した場合には、空調室内機の内部から吹出口や吸込口を通って室内の上部空間にジフルオロメタンが拡散する。室内の上部空間で且つ空調室内機の下方の空間に漏洩したジフルオロメタンが拡散した状態として、例えば、冷媒漏洩時には、その空間におけるジフルオロメタンの濃度が高くなっている状態が想定される。
このため、空気調和機などのジフルオロメタンを冷媒として使用する機器から冷媒漏洩に関して、漏洩箇所を精度よく遠隔から検出できるガス検出装置が求められている。
なお、従来から、フルオロカーボンのガス雰囲気にプローブを近づけることでガスを誘引し、赤外線吸収分光法式や半導体式でフルオロカーボンの有無と濃度を判定する装置、が存在している。しかしながら、そのガス検出装置は、遠隔のガスを検出できるものではなかった。
（２）漏洩ガス検出システム
図１に、漏洩ガス検出システムを示す。漏洩ガス検出システムは、天井設置型の空気調和機９０と、ガス検出装置１０と、を備えている。空気調和機９０は、冷媒としてジフルオロメタン（Ｒ３２）が流れる熱交換器９１と、その熱交換器９１を収容するケーシング９２と、を有する。ガス検出装置１０は、空気調和機９０から対象空間ＲＭに漏洩するジフルオロメタンを検出する。対象空間ＲＭは、空気調和機９０が設置される部屋の室内空間であり、天井ＣＥ、側壁、床ＦＬに囲まれた空間である。
図１に、漏洩ガス検出システムを示す。漏洩ガス検出システムは、天井設置型の空気調和機９０と、ガス検出装置１０と、を備えている。空気調和機９０は、冷媒としてジフルオロメタン（Ｒ３２）が流れる熱交換器９１と、その熱交換器９１を収容するケーシング９２と、を有する。ガス検出装置１０は、空気調和機９０から対象空間ＲＭに漏洩するジフルオロメタンを検出する。対象空間ＲＭは、空気調和機９０が設置される部屋の室内空間であり、天井ＣＥ、側壁、床ＦＬに囲まれた空間である。
空気調和機９０のケーシング９２の外面のうち、少なくとも対象空間ＲＭに面する部分は、ジフルオロメタンよりも赤外線の吸収率が低くなっている。具体的には、ケーシング９２の室内に露出するパネルを、金属粉を含む材料から成形する、あるいは、そのパネルの表面にメッキ処理を施すことで、赤外線の吸収率を低く抑えている。但し、金属粉の使用やメッキ処理を行わなくても、ケーシング９２の外面が固体であるため、ケーシング９２の赤外線の吸収率は小さい。
後述するガス検出装置１０は、ポータブルの装置であって、冷媒漏洩を検知するためのサービスパーソンが携帯している。ガス検出装置１０は、自身から離れた空気調和機９０の下方の対象空間ＲＭに対して赤外線の照射を行い、空気調和機９０のケーシング９２や天井ＣＥからの反射又は散乱した光を受光して演算を行うことによって、対象空間ＲＭにおけるジフルオロメタンの存在およびその濃度を検出する。
（３）ガス検出装置の構成
図２に示すガス検出装置１０は、レーザーセンシング技術を基礎としたガス検出装置であって、本体１２と、照射部１３と、集光筒１４と、を備えている。
図２に示すガス検出装置１０は、レーザーセンシング技術を基礎としたガス検出装置であって、本体１２と、照射部１３と、集光筒１４と、を備えている。
照射部１３は、レーザー光である第１光ＩＲ１１および第２光ＩＲ１２を、対象空間ＲＭに対して照射する。第１光ＩＲ１１は、所定波長の赤外線を含む。第２光ＩＲ１２は、第１光ＩＲ１１とは異なる光である。
第１光ＩＲ１１に含まれる赤外線の所定波長は、1659～1673（ｎｍ）の波長範囲にある。
第２光ＩＲ１２は、近赤外線であり、
1659～1673（ｎｍ）の第１波長範囲、
1724～1726（ｎｍ）の第２波長範囲
2218～2221（ｎｍ）の第３波長範囲、および
2463～2466（ｎｍ）の第４波長範囲
以外の波長帯域の、近赤外線（700～2500（ｎｍ））である。
1659～1673（ｎｍ）の第１波長範囲、
1724～1726（ｎｍ）の第２波長範囲
2218～2221（ｎｍ）の第３波長範囲、および
2463～2466（ｎｍ）の第４波長範囲
以外の波長帯域の、近赤外線（700～2500（ｎｍ））である。
後述するように、対象空間ＲＭにジフルオロメタンが存在する場合、第１光ＩＲ１１の一部は吸収され、第２光ＩＲ１２は吸収されない。
集光筒１４は、集光レンズ又は望遠鏡であり、後述する受光部２１に受光される光を通す。ここでは、集光筒１４として、カセグレン式の望遠鏡を採用している。
本体１２には、受光部２１や検出部２２が配置されている。
受光部２１は、対象空間ＲＭを通過して空気調和機９０のケーシング９２や天井ＣＥで反射又は散乱した第１光および第２光（以下、反射光ＩＲ２１，ＩＲ２２という）を、集光筒１４を介して受光する。受光部２１は、赤外線を受光して電気信号に変換する赤外線検出素子である。ここでは、赤外線検出素子として、ＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ）赤外線検出素子を採用している。
検出部２２は、受光部２１が受光した反射光ＩＲ２１，ＩＲ２２に基づいて、対象空間ＲＭに存在するジフルオロメタンを検出する。検出部２２は、信号増幅器や演算部２２ａを有する。
演算部２２ａは、コンピュータにより実現されるものである。演算部２２ａは、制御演算装置と記憶装置とを備える。制御演算装置には、ＣＰＵ又はＧＰＵといったプロセッサを使用できる。制御演算装置は、記憶装置に記憶されているプログラムを読み出し、このプログラムに従って所定の画像処理や演算処理を行う。さらに、制御演算装置は、プログラムに従って、演算結果を記憶装置に書き込んだり、記憶装置に記憶されている情報を読み出したりすることができる。
演算部２２ａは、受光部２１からの電気信号を受け、対象空間ＲＭに存在するジフルオロメタンの濃度を演算する。このジフルオロメタンの濃度の演算は、受光部２１が受光した反射光（第１光および第２光）ＩＲ２１，ＩＲ２２の差分に基づいて行われる。
（４）ガス検出装置の動作
漏洩ガス検出システムでは、オフィス等の建物内の部屋の天井ＣＥに設置された空気調和機９０から冷媒（ジフルオロメタン）が漏れていないかどうか、サービスパーソンが携帯する可搬のガス検出装置１０によって調べる。サービスパーソンは、天井ＣＥ付近の空気調和機９０の下方空間をガス検出の対象空間ＲＭ（図１参照）と判断し、その対象空間ＲＭに向けてレーザー光（第１光ＩＲ１１および第２光ＩＲ１２）を照射する。
漏洩ガス検出システムでは、オフィス等の建物内の部屋の天井ＣＥに設置された空気調和機９０から冷媒（ジフルオロメタン）が漏れていないかどうか、サービスパーソンが携帯する可搬のガス検出装置１０によって調べる。サービスパーソンは、天井ＣＥ付近の空気調和機９０の下方空間をガス検出の対象空間ＲＭ（図１参照）と判断し、その対象空間ＲＭに向けてレーザー光（第１光ＩＲ１１および第２光ＩＲ１２）を照射する。
図１に示すように、仮に、ジフルオロメタン（Ｒ３２）が空気調和機９０の熱交換器９１や冷媒配管の亀裂箇所９０ａから漏れているとすると、対象空間ＲＭには、所定の濃度のジフルオロメタンが存在することになる。すると、レーザー光のうち、第１光ＩＲ１１は一部がジフルオロメタンに吸収され、第２光ＩＲ１２はジフルオロメタンに吸収されない。したがって、空気調和機９０のケーシング９２や天井ＣＥからの反射光（第１光および第２光）ＩＲ２１，ＩＲ２２は、受光部２１における検出レベルに差が生じる。この差分に基づいて、演算部２２ａは、対象空間ＲＭにおけるジフルオロメタンの濃度を演算する。
なお、図２に示すように、反射光（第１光および第２光）ＩＲ２１，ＩＲ２２は、集光筒１４を介して受光部２１に入る。集光筒１４は、反射又は散乱した光を広く集光する。したがって、受光部２１では、吸収されて微量となっている反射光（第１光）ＩＲ２１であっても、検出が可能となっている。
（５）ジフルオロメタンの赤外線吸収の特性
本願の発明者は、これまで詳細がわかっていなかった波長範囲におけるジフルオロメタンの吸収波長帯の存在を、最新の高い分解能を持つ機器によって試験を繰り返すことによって認識するに至っている。
本願の発明者は、これまで詳細がわかっていなかった波長範囲におけるジフルオロメタンの吸収波長帯の存在を、最新の高い分解能を持つ機器によって試験を繰り返すことによって認識するに至っている。
図３および図４は、横軸に、赤外線の波長、縦軸に、所定濃度のジフルオロメタンが存在する空間を通過するときの各波長の赤外線の透過率をプロットしたグラフである。図５は、横軸に、赤外線の波長、縦軸に、メタンおよびジフルオロメタンの吸収断面積をプロットしたグラフである。これらのグラフにも表れているように、試験の結果、特に、近赤外線、中赤外線の帯域におけるジフルオロメタンの吸収波長の存在と、それらの透過率や吸収断面積の知見が得られた。具体的には、以下の５つの吸収波長帯の存在と、それぞれのピークにおける吸収断面積の知見が得られた。
1659～1673（ｎｍ）の第１波長範囲では、吸収断面積が、５．５×１０－２２ｃｍ２、
1724～1726（ｎｍ）の第２波長範囲では、吸収断面積が、１．４×１０－２１ｃｍ２、
2218～2221（ｎｍ）の第３波長範囲では、吸収断面積が、９．８×１０－２１ｃｍ２、
2463～2466（ｎｍ）の第４波長範囲では、吸収断面積が、３．２×１０－２１ｃｍ２、
3316～3318（ｎｍ）の第５波長範囲では、吸収断面積が、７．５×１０－１９ｃｍ２、
9034～9130（ｎｍ）の第６波長範囲では、吸収断面積が、２．０×１０－１８ｃｍ２。
1659～1673（ｎｍ）の第１波長範囲では、吸収断面積が、５．５×１０－２２ｃｍ２、
1724～1726（ｎｍ）の第２波長範囲では、吸収断面積が、１．４×１０－２１ｃｍ２、
2218～2221（ｎｍ）の第３波長範囲では、吸収断面積が、９．８×１０－２１ｃｍ２、
2463～2466（ｎｍ）の第４波長範囲では、吸収断面積が、３．２×１０－２１ｃｍ２、
3316～3318（ｎｍ）の第５波長範囲では、吸収断面積が、７．５×１０－１９ｃｍ２、
9034～9130（ｎｍ）の第６波長範囲では、吸収断面積が、２．０×１０－１８ｃｍ２。
このような新たな知見に基づき、上記のガス検出装置１０では、第１光ＩＲ１１として、1659～1673（ｎｍ）の波長範囲にある赤外線を採用し、照射部１３から対象空間ＲＭに向けて照射を行うようにしている。
なお、図５のグラフから明らかなように、メタン（ＣＨ４）に比べて、ジフルオロメタン（Ｒ３２）の１．６～２．５μｍ帯域の吸収断面積が非常に小さい、ことがわかる。しかし、ある程度以上の濃度であれば、遠隔の対象空間ＲＭに存在するジフルオロメタンをガス検出装置１０で検出することは可能である。
また、図３～図５において「水蒸気」と記載がある赤外線波長域は、ガスセル等の測定装置の系内での水蒸気の存在を除去するのが困難な赤外線波長域である。図３～図５に示す測定結果には、水蒸気の特性が混在する。図３～図５において、ジフルオロメタンやメタンの特性との混同を避けるために、「水蒸気」と記載している。
（６）特徴
（６－１）
上述のように、本願の発明者は、試験を繰り返し行うことによって、今まで認識されていなかった波長範囲（１６００ｎｍ～２５００ｎｍ）においてもジフルオロメタンの吸収波長が存在することを見出した。そして、上記の実施形態に係るガス検出装置１０では、第１光ＩＲ１１の波長を1659～1673（ｎｍ）にセットし、遠隔の対象空間ＲＭに存在するジフルオロメタンの検出を可能にしている。
（６－１）
上述のように、本願の発明者は、試験を繰り返し行うことによって、今まで認識されていなかった波長範囲（１６００ｎｍ～２５００ｎｍ）においてもジフルオロメタンの吸収波長が存在することを見出した。そして、上記の実施形態に係るガス検出装置１０では、第１光ＩＲ１１の波長を1659～1673（ｎｍ）にセットし、遠隔の対象空間ＲＭに存在するジフルオロメタンの検出を可能にしている。
なお、これまで認識されていなかったジフルオロメタンの吸収波長を見つけることは、以前の分解能が低い測定機器を使った試験では不可能であった。最新の高い分解能を持つ測定機器を使って試験を繰り返した結果、図３～図５に示すような知見を得ることができた。
（６－２）
ガス検出装置１０では、第１光ＩＲ１１の波長を、近赤外線（波長が700～2500（ｎｍ）の電磁波）の波長領域に含まれる1659～1673（ｎｍ）にセットしている。このため、中赤外線（2500～4000（ｎｍ））や遠赤外線（4000（ｎｍ）以上）を選択する場合に比べて、熱ノイズ除去のための冷却を省略あるいは簡略化することができる。これにより、製造コストが下がり、また、冷却装置の起動から安定に至るまでの時間による利便性の悪化を抑制することができる。
ガス検出装置１０では、第１光ＩＲ１１の波長を、近赤外線（波長が700～2500（ｎｍ）の電磁波）の波長領域に含まれる1659～1673（ｎｍ）にセットしている。このため、中赤外線（2500～4000（ｎｍ））や遠赤外線（4000（ｎｍ）以上）を選択する場合に比べて、熱ノイズ除去のための冷却を省略あるいは簡略化することができる。これにより、製造コストが下がり、また、冷却装置の起動から安定に至るまでの時間による利便性の悪化を抑制することができる。
なお、必要最小限の冷却を行うために、例えば、赤外線検出素子の冷却装置としてペルチェ素子を用いることができる。
（６－３）
ガス検出装置１０では、対象空間ＲＭを挟んで照射部１３と反対側にある物体（空気調和機９０や天井ＣＥなど）によって反射又は散乱した光、を受光部２１で受光する。このため、照射部１３と受光部２１とを近接させることができ、ガス検出装置１０が持ち運びやすいものになっている。
ガス検出装置１０では、対象空間ＲＭを挟んで照射部１３と反対側にある物体（空気調和機９０や天井ＣＥなど）によって反射又は散乱した光、を受光部２１で受光する。このため、照射部１３と受光部２１とを近接させることができ、ガス検出装置１０が持ち運びやすいものになっている。
（６－４）
一般に、建物の建材や構造物の吸光波長は、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ＡＳ（アクリロニトリル・スチレン）などの場合には３μｍ近傍の帯域等にあり、ＰＳ（ポリスチレン）や天井面の紙、木材などの場合には９μｍ近傍の帯域等にある。仮に、ガス検出装置から照射する赤外線の波長を、３μｍ近傍あるいは９μｍ近傍の帯域等から選択したとすれば、建材や構造物の吸収波長と一致、又は、吸収断面積がジフルオロメタンのガスと比較して十分小さくないと、建材や構造物による吸光によってジフルオロメタンのガスが存在すると誤って認識してしまう恐れがある。
一般に、建物の建材や構造物の吸光波長は、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ＡＳ（アクリロニトリル・スチレン）などの場合には３μｍ近傍の帯域等にあり、ＰＳ（ポリスチレン）や天井面の紙、木材などの場合には９μｍ近傍の帯域等にある。仮に、ガス検出装置から照射する赤外線の波長を、３μｍ近傍あるいは９μｍ近傍の帯域等から選択したとすれば、建材や構造物の吸収波長と一致、又は、吸収断面積がジフルオロメタンのガスと比較して十分小さくないと、建材や構造物による吸光によってジフルオロメタンのガスが存在すると誤って認識してしまう恐れがある。
しかし、ガス検出装置１０では、第１光ＩＲ１１の波長を、1659～1673（ｎｍ）にセットしている。このため、建材や構造物による吸光の影響を受けにくい。
（６－５）
上記の漏洩ガス検出システムでは、空気調和機９０から対象空間ＲＭに漏洩したジフルオロメタンを検出するときに、ガス検出装置１０を用いるが、上述のとおり、ガス検出装置１０の照射部１３は、第１光ＩＲ１１および第２光ＩＲ１２を対象空間ＲＭに対して照射する。その後、対象空間ＲＭを通過した第１光（反射光ＩＲ２１）および第２光（反射光ＩＲ２２）を受光部２１で受光する。したがって、仮に、空気調和機９０のケーシング９２の外面の赤外線吸収率が大きいと、第１光ＩＲ１１の多くが空気調和機９０のケーシング９２に吸収されてしまい、受光部２１における受光量が減ってしまう。
上記の漏洩ガス検出システムでは、空気調和機９０から対象空間ＲＭに漏洩したジフルオロメタンを検出するときに、ガス検出装置１０を用いるが、上述のとおり、ガス検出装置１０の照射部１３は、第１光ＩＲ１１および第２光ＩＲ１２を対象空間ＲＭに対して照射する。その後、対象空間ＲＭを通過した第１光（反射光ＩＲ２１）および第２光（反射光ＩＲ２２）を受光部２１で受光する。したがって、仮に、空気調和機９０のケーシング９２の外面の赤外線吸収率が大きいと、第１光ＩＲ１１の多くが空気調和機９０のケーシング９２に吸収されてしまい、受光部２１における受光量が減ってしまう。
しかし、上記の漏洩ガス検出システムでは、空気調和機９０のケーシング９２の外面のうち、少なくとも対象空間ＲＭに面する部分は、ジフルオロメタンよりも赤外線の吸収率が低い。具体的には、ケーシング９２の室内に露出するパネルを、金属粉を含む材料から成形する、あるいは、そのパネルの表面にメッキ処理を施すという対策を採れる。
このため、ガス検出装置１０における反射又は散乱した光の受光量が増え、ジフルオロメタンの検出の精度が上がっている。
なお、金属粉を含む材料から成形する、あるいは、そのパネルの表面にメッキ処理を施すという対策を採らない場合であっても、ケーシング９２の外面は固体であるため、ケーシング９２の赤外線の吸収率は小さい。
（７）変形例
（７－１）変形例１Ａ
上記のガス検出装置１０では、第１光ＩＲ１１に含まれる赤外線の所定波長を、1659～1673（ｎｍ）の波長範囲にセットしている。
（７－１）変形例１Ａ
上記のガス検出装置１０では、第１光ＩＲ１１に含まれる赤外線の所定波長を、1659～1673（ｎｍ）の波長範囲にセットしている。
これに代えて、第１光の波長を、1724～1726（ｎｍ）や2218～2221（ｎｍ）あるいは2463～2466（ｎｍ）の波長範囲にセットしてもよい。上述のように、これらの波長範囲の赤外線も、ジフルオロメタンの吸収波長に一致し、ジフルオロメタンに吸収されやすい。このため、良好なジフルオロメタンの検出精度が期待できる。
また、1724～1726（ｎｍ）や2218～2221（ｎｍ）あるいは2463～2466（ｎｍ）の波長範囲も、近赤外線の波長領域にあり、熱ノイズ除去のための冷却を省略あるいは簡略化することができる。
（７－２）変形例１Ｂ
上記のガス検出装置１０では、第１光ＩＲ１１に含まれる赤外線の所定波長を、1659～1673（ｎｍ）の波長範囲にセットしている。
上記のガス検出装置１０では、第１光ＩＲ１１に含まれる赤外線の所定波長を、1659～1673（ｎｍ）の波長範囲にセットしている。
これに代えて、第１光の波長を、3316～3318（ｎｍ）の波長範囲にセットしてもよい。この場合、熱ノイズ除去のための冷却が必要になる等、幾つかのデメリットが出るけれども、上述のように、ジフルオロメタンの吸収断面積が大きい（７．５×１０－１９ｃｍ２）。したがって、近赤外線を第１光として採用する場合に比べて、より低い濃度のジフルオロメタンの検出が可能になる。
（７－３）変形例１Ｃ
上記のガス検出装置１０では、第１光ＩＲ１１に含まれる赤外線の所定波長を、1659～1673（ｎｍ）の波長範囲にセットしている。
上記のガス検出装置１０では、第１光ＩＲ１１に含まれる赤外線の所定波長を、1659～1673（ｎｍ）の波長範囲にセットしている。
これに代えて、第１光の波長を、9034～9130（ｎｍ）の波長範囲にセットしてもよい。この場合も、変形例１Ｂと同様に、熱ノイズ除去のための冷却が必要になる等、幾つかのデメリットが出るけれども、上述のように、ジフルオロメタンの吸収断面積が更に大きい（２．０×１０－１８ｃｍ２）。したがって、近赤外線を第１光として採用する場合に比べて、より低い濃度のジフルオロメタンの検出が可能になる。
（７－４）変形例１Ｄ
上記のガス検出装置１０では、照射部１３が第１光ＩＲ１１および第２光ＩＲ１２を照射する構成を採っている。
上記のガス検出装置１０では、照射部１３が第１光ＩＲ１１および第２光ＩＲ１２を照射する構成を採っている。
これに代えて、照射部から第１光のみを照射する構成を採ることもできる。この場合には、照射部は、電流変調によって所定波長の赤外線を含んで発信波長を変調した第１光を、対象空間に対して照射する。検出部は、第１光の所定波長の基本波位相敏感検波信号と、第１光の所定波長の２倍波位相敏感検波信号とに基づいて、対象空間に存在するジフルオロメタンを検出する。
なお、第１光の所定波長を、1659～1673（ｎｍ）の波長範囲にセットする場合には、第１光の所定波長の２倍波位相敏感検波信号の代わりに、第１光の所定波長の４倍波位相敏感検波信号を用いることが好ましい。具体的には、検出部は、第１光の所定波長の基本波位相敏感検波信号と、第１光の所定波長の４倍波位相敏感検波信号との比、に基づいてジフルオロメタンの濃度を演算することになる。この理由は、他の1724～1726（ｎｍ）や2218～2221（ｎｍ）や2463～2466（ｎｍ）といったジフルオロメタンの吸収波長の範囲とは異なり、1659～1673（ｎｍ）の波長範囲にはピークが２つ存在するためである。1659～1673（ｎｍ）の波長範囲全体で基本波位相敏感検波振動を照射すると、４倍波を検出することになるため、２倍波位相敏感検波信号ではなく４倍波位相敏感検波信号を用いることになる。
（７－５）変形例１Ｅ
上述の変形例１Ｂや変形例１Ｃのように、第１光として照射部から中赤外線あるいは遠赤外線を照射する場合には、ガス検出装置に波長変換部を更に配備することが好ましい。波長変換部によって反射又は散乱した光を波長変換し、波長変換された光を受光部で受光するように構成すれば、熱ノイズ対策を簡易化することができる。
上述の変形例１Ｂや変形例１Ｃのように、第１光として照射部から中赤外線あるいは遠赤外線を照射する場合には、ガス検出装置に波長変換部を更に配備することが好ましい。波長変換部によって反射又は散乱した光を波長変換し、波長変換された光を受光部で受光するように構成すれば、熱ノイズ対策を簡易化することができる。
波長変換部としては、非線形光学結晶などの波長変換デバイスを採用することができる。
（７－６）変形例１Ｆ
上記のガス検出装置１０では、照射部１３が第１光ＩＲ１１および第２光ＩＲ１２を照射する構成を採っている。
上記のガス検出装置１０では、照射部１３が第１光ＩＲ１１および第２光ＩＲ１２を照射する構成を採っている。
これに代えて、照射部からのレーザーの出力を変えることで波長を変化させ、波長選択膜を抜き挿しすることによって２波長の光を検出してもよい。波長選択膜は、検出器の手前において、抜いたり挿したりする。
また、波長選択膜を抜き挿しするのではなく、ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）などの波長変換結晶を用いてもよい。波長変換結晶を使って、例えば中赤外線から可視光や近赤外線へと波長変換できれば、液体窒素などを用いた冷却処理が不要となり、室温において熱ノイズを伴うことなくジフルオロメタンの検出を行うことができる。
さらに、照射部の光源として、レーザーではなくＬＥＤを採用してもよい。この場合には、照射部から発振されたＬＥＤ光の多波長を利用して、ハーフミラーで分光し、２波長差分を行ってジフルオロメタンを検出することができる。
（７－７）変形例１Ｇ
上記の漏洩ガス検出システムでは、空気調和機９０の周辺の空間を対象空間ＲＭとして、そこにガス検出装置１０の照射部１３からの照射を行っている。
上記の漏洩ガス検出システムでは、空気調和機９０の周辺の空間を対象空間ＲＭとして、そこにガス検出装置１０の照射部１３からの照射を行っている。
もし、建物内の部屋の側壁に空気調和機が設置されていれば、空気調和機から漏洩する冷媒（ジフルオロメタン）は側壁の近傍の空間に拡散するため、対象空間は、天井付近ではなく側壁に沿った空間になる。もし、空気調和機が床置き型のものであれば、対象空間は、床面の近くの空間になる。
（付記）
以上、ガス検出装置および漏洩ガス検出システムの実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
以上、ガス検出装置および漏洩ガス検出システムの実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
１０ ガス検出装置
１３ 照射部
１４ 集光筒（集光レンズ、望遠鏡）
２１ 受光部
２２ 検出部
２２ａ 演算部
９０ 空気調和機
９１ 熱交換器
９２ ケーシング
ＩＲ１１ 第１光
ＩＲ１２ 第２光
ＩＲ２１ 反射光（物体によって反射又は散乱した光）
ＩＲ２２ 反射光（物体によって反射又は散乱した光）
ＲＭ 対象空間
１３ 照射部
１４ 集光筒（集光レンズ、望遠鏡）
２１ 受光部
２２ 検出部
２２ａ 演算部
９０ 空気調和機
９１ 熱交換器
９２ ケーシング
ＩＲ１１ 第１光
ＩＲ１２ 第２光
ＩＲ２１ 反射光（物体によって反射又は散乱した光）
ＩＲ２２ 反射光（物体によって反射又は散乱した光）
ＲＭ 対象空間
Claims (10)
- 離れた対象空間に存在するジフルオロメタンを検出するガス検出装置（１０）であって、
所定波長の光が吸収されることを利用して、前記ジフルオロメタンを検出する検出部（２２）、
を備え、
前記所定波長は、
1659～1673（ｎｍ）の第１波長範囲、
1724～1726（ｎｍ）の第２波長範囲、
2218～2221（ｎｍ）の第３波長範囲、および
2463～2466（ｎｍ）の第４波長範囲、
のいずれかの波長範囲にある、ガス検出装置。 - 前記所定波長の赤外線を含む第１光（ＩＲ１１）と、前記第１光とは異なる第２光（ＩＲ１２）と、を前記対象空間に対して照射する、照射部（１３）と、
前記第１光（ＩＲ１１）が前記対象空間を通過した光（ＩＲ２１）および前記第２光（ＩＲ１２）が前記対象空間を通過した光（ＩＲ２２）を受光する、受光部（２１）と、
をさらに備え、
前記検出部は、前記受光部が受光した前記光（ＩＲ２１、ＩＲ２２）に基づいて、前記対象空間に存在する前記ジフルオロメタンを検出する、
請求項１に記載のガス検出装置。 - 前記検出部は、演算部を有し、
前記演算部は、
前記受光部が受光した前記第１光および前記第２光の差分、
に基づいて、前記対象空間に存在する前記ジフルオロメタンの濃度を演算する、
請求項２に記載のガス検出装置。 - 離れた対象空間に存在するジフルオロメタンを検出するガス検出装置であって、
電流変調によって所定波長の赤外線を含んで発信波長を変調した第１光を、対象空間に対して照射する、照射部と、
前記対象空間を通過した前記第１光を受光する、受光部と、
前記受光部が受光した前記第１光に基づいて、前記対象空間に存在する前記ジフルオロメタンを検出する、検出部と、
を備え、
前記所定波長は、
1659～1673（ｎｍ）の第１波長範囲、
1724～1726（ｎｍ）の第２波長範囲、
2218～2221（ｎｍ）の第３波長範囲、および
2463～2466（ｎｍ）の第４波長範囲、
のいずれかの波長範囲にあり、
前記検出部は、
前記第１光の前記所定波長の基本波位相敏感検波信号、
および、
前記第１光の前記所定波長の２倍波位相敏感検波信号、又は、前記第１光の前記所定波長の４倍波位相敏感検波信号、
に基づいて、前記対象空間に存在する前記ジフルオロメタンを検出する、
ガス検出装置。 - 前記検出部は、演算部を有し、
前記演算部は、
前記第１光の所定波長の基本波位相敏感検波信号と、前記第１光の所定波長の２倍波位相敏感検波信号との比、
又は、
前記第１光の所定波長の基本波位相敏感検波信号と、前記第１光の所定波長の４倍波位相敏感検波信号との比、
に基づいて、前記対象空間に存在する前記ジフルオロメタンの濃度を演算する、
請求項４に記載のガス検出装置。 - 前記受光部は、前記対象空間を挟んで前記照射部と反対側にある物体によって反射又は散乱した光を受光する、
請求項２から５のいずれか１項に記載のガス検出装置。 - 前記所定波長は、前記第４波長範囲の波長範囲にあり、
前記受光部に受光される光を波長変換する、波長変換部、
をさらに備える、請求項２から５のいずれか１項に記載のガス検出装置。 - 前記所定波長は、前記第１波長範囲、前記第２波長範囲、および前記第３波長範囲、のいずれかの波長範囲にある、
請求項２から５のいずれか１項に記載のガス検出装置。 - 前記受光部に受光される光を通す、集光レンズ又は望遠鏡（１４）、
をさらに備える、請求項２から８のいずれか１項に記載のガス検出装置。 - 冷媒として前記ジフルオロメタンが流れる熱交換器（９１）と、前記熱交換器を収容するケーシング（９２）とを有する、空気調和機（９０）と、
前記空気調和機から前記対象空間に漏洩する前記ジフルオロメタンを検出する、請求項２から９のいずれか１項に記載のガス検出装置と、
を備え、
前記ケーシングの外面のうち、少なくとも前記対象空間に面する部分は、前記ジフルオロメタンよりも前記赤外線の吸収率が低い、
漏洩ガス検出システム。
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