(57)【要約】【課題】  太陽光が多い環境下でも、発光強度が少ない小さな水素火炎を高精度で検知して可視化できる水素火炎監視装置と、かかる水素火炎監視装置を設置した水素取扱施設を提案する。【解決手段】  １３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で設定された波長を含む近赤外線画像を撮像する近赤外線画像撮像手段、および可視光線画像を撮像する可視光線画像撮像手段を備え、さらに、撮像した近赤外線画像と可視光線画像との差分を取り、二値化し、着色して火炎画像とし、これを可視光線画像からなる背景画像に重畳した合成画像を作成する演算装置と、得られた合成画像を画面に表示する表示装置を備える。かかる構成によれば、水素火炎に多く含まれるが、太陽光にはわずかしか含まれない１３４０〜１５００ｎｍの波長領域の近赤外線を使って火炎画像を作成できるため、発光強度が低い小さな水素火炎であっても可視化できる水素火炎監視装置を提供できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素火炎を可視化する水素火炎監視装置であって、
１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で設定された波長を含む近赤外線画像を撮像する近赤外線画像撮像手段、
および可視光線画像を撮像する可視光線画像撮像手段を備える撮像部と、
該撮像部で撮像した監視対象領域の近赤外線画像および可視光線画像を記録する記憶装置、
上記近赤外線画像と上記可視光線画像との差分画像を抽出し、設定した閾値を基準に二値化して二値画像とし、さらに着色して火炎画像とし、該火炎画像を上記可視光線画像からなる背景画像に重畳した合成画像を作成する演算装置、
および上記合成画像を画面に表示する表示装置を備える情報処理部を具備することを特徴とする水素火炎監視装置。
【請求項２】
演算装置は、上記二値画像に基づき水素火炎の有無を判別する判別手段を有することを特徴とする請求項１に記載の水素火炎監視装置。
【請求項３】
撮像部は単一の集光手段と、該集光手段に入射した光を近赤外線と可視光線とに分ける分光手段を備え、
該分光手段によって分けられた近赤外線が近赤外線画像撮像手段に導かれ、可視光線が可視光線画像撮像手段へ導かれるように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素火炎監視装置。
【請求項４】
集光手段は発火源を有しておらず、該集光手段と分光手段とは光伝送ケーブルを介して接続されていることを特徴とする請求項３に記載の水素火炎監視装置。
【請求項５】
水素火炎の発する紫外線の波長領域内で設定された波長を含む紫外線を検知する紫外線検知手段、
および水素火炎の発する遠赤外線の波長領域内で設定された波長を含む遠赤外線を検知する遠赤外線検知手段を備える検知部を具備し、
情報処理部の演算装置は、検知部において上記の設定された波長を含む紫外線および上記の設定された波長を含む遠赤外線が同時に検知された場合に、水素火炎の発生と判定する判定手段を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の水素火炎監視装置。
【請求項６】
遠赤外線検知手段には集光手段が光伝送ケーブルを介して接続されており、該集光手段は発火源を有しないことを特徴とする請求項５に記載の水素火炎監視装置。
【請求項７】
遠赤外線検知手段は、遠赤外線画像を撮像する遠赤外線画像撮像機からなることを特徴とする請求項５に記載の水素火炎監視装置。
【請求項８】
紫外線検知手段には集光手段が光伝送ケーブルを介して接続されており、該集光手段は発火源を有しないことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の水素火炎監視装置。
【請求項９】
集光手段は紫外線を可視光線に変換する波長変換器を備えることを特徴とする請求項８に記載の水素火炎監視装置。
【請求項１０】
防爆区域と非防爆区域が設けられた水素取扱施設であって、
請求項４、請求項６、請求項８または請求項９のいずれかに記載の水素火炎監視装置が設置されており、
これらの水素火炎監視装置の構成要素のうち、各集光手段が防爆区域内に配置され、
該集光手段と光伝送ケーブルを介して接続された分光手段、遠赤外線検知手段または紫外線検知手段を含む他の構成要素が非防爆区域内に配置されていることを特徴とする水素取扱施設。
【請求項１１】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の水素火炎監視装置と侵入者監視装置とが設置された水素取扱施設であって、
上記水素火炎監視装置の監視対象領域と上記侵入者監視装置の監視対象領域の少なくとも一部が重複しており、
上記侵入者監視装置は、１３４０ｎｍ未満の波長領域内で設定された波長を含む近赤外線であって、かつ上記水素火炎監視装置の近赤外線画像撮像手段によって撮像される近赤外線画像の波長領域と実質的に重ならない波長領域の近赤外線を照射する近赤外線照射機を備えることを特徴とする水素取扱施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肉眼で見えない水素火炎を可視化して火炎の発生を監視する技術に関し、より詳しくは、燃料電池自動車に水素ガスを供給する水素供給ステーションや、水素ガスを製造・利用する化学工場などの水素取扱施設における火炎の発生の監視に適している水素火炎監視装置と、かかる水素火炎監視装置を設置した水素取扱施設に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な物質の燃焼時においては、成分中の炭素が燃えて可視光線を発するため、その火炎を肉眼で視認することができるが、水素ガスは燃焼してもほぼ無色透明であり、肉眼で視認することはできない。したがって、例えば水素取扱施設において水素ガスの漏出を伴う火災が生じた場合に、消火作業を的確かつ安全に進めるためには、水素火炎を可視化して、火炎の大きさや位置を確認できる技術が必要である。
かかる要請に応じ、本発明の出願人は、無色透明の水素火炎を画像処理によって可視化する技術の研究開発に努め、例えば、特許文献１（特開２０１３−３６９７４号公報）および特許文献２（特開２００６−２６７０９７号公報）に記載された水素火炎可視化装置を提案した。
【０００３】
特許文献１に記載の水素火炎可視化装置は、９３０〜９５０ｎｍの範囲で設定された波長を含む近赤外線画像および熱線（遠赤外線）画像に、同時に同位置に近赤外線波長および熱線波長が検出された領域を水素火炎領域と判定し、水素火炎の画像を作成し、可視光線画像からなる背景画像に重畳させて表示することで、水素火炎を可視化するものである。
【０００４】
また、特許文献２に記載の水素火炎可視化装置は、水素火炎の発する紫外線（３０９ｎｍ）や近赤外線（９５０ｎｍ）をＣＣＤカメラで撮像し、これらの特定波長の画像と近接する波長の画像との差分画像を抽出することで水素火炎の画像を作成し、紫外線背景画像や近赤外線背景画像と重畳させて表示することで、水素火炎を可視化するものである。
【０００５】
しかし、これら特許文献１および２に記載された水素火炎可視化措置には、次の（ａ）〜（ｃ）に示すような問題がある。
【０００６】
（ａ）  特許文献１および２に記載に記載された水素火炎可視化装置は、いずれも９３０〜９５０ｎｍの波長領域の近赤外線画像を撮像するものであるが、水素火炎が発する光に含まれる９３０〜９５０ｎｍの近赤外線の光量は少ない。しかも、水素火炎が発する同波長領域の近赤外線だけを検知するには、太陽光に多く含まれる同波長領域に近接する波長の近赤外線を取り除く必要があるが、そのために、水素火炎の発する近赤外線だけを透過させる光学バンドパスフィルターを使用すると、そのバンド幅（透過波長の範囲）は極めて狭いものとなるため、太陽光の近赤外線の光量だけでなく、水素火炎の近赤外線の光量までもが減少してしまい、小さな水素火炎など発光強度が低い火炎を検知することが難しくなるという問題がある。
【０００７】
（ｂ）  水素火炎可視化装置が使用される水素取扱施設では、水素ガスの漏出事故に備えて、水素供給装置、水素輸送配管あるいは水素貯蔵タンクなどが存在する一定の区域について、発火源となり得るものを設置することができない「防爆区域」が設けてある。
したがって、例えば、特許文献１および２に記載の水素火炎可視化装置では、電源を使用する水素火炎撮像用のＣＣＤカメラなどは発火源となり得るので、防爆区域内に設置することができず、監視対象領域から相当に離れた非防爆区域内に設置せざるを得なかった。そのため、小さな水素火炎の検知が難しく、また火災などによって煙が生じた場合には、水素火炎の発する光が煙で遮られ検知できなくなるといった問題がある。
【０００８】
また逆に、電源を使用するＣＣＤカメラなどを防爆区域内に設置したい場合には、ＣＣＤカメラなどに厚い金属製のフードを取り付けたりして防爆仕様にする必要があり、装置が大型化して価格が高くなるという問題がある。
【０００９】
（ｃ）  水素火炎可視化装置が使用される水素取扱施設は、事故の発生を未然に防ぐために、水素火炎の発生のみならず、不審者の侵入などの異常を検知するための連続監視手段が必要とされている。
不審者の侵入を連続監視する汎用の侵入者監視装置は、その多くの機種において概ね８００〜９５０ｎｍの波長領域を含む近赤外線画像を撮像する近赤外線画像撮像機と、同波長領域の近赤外線を照射する近赤外線照射機を備えている。その理由は、８００〜９５０ｎｍの比較的波長が短い近赤外線であれば、近赤外線検知機として汎用の安価なＣＣＤカメラを用いることができるため、侵入者監視装置の価格を低く抑えることができるからである。
【００１０】
ここで、特許文献１および２に記載の水素火炎可視化装置は、９３０〜９５０ｎｍの波長領域の近赤外線画像を撮像するものであるから、上記の汎用の侵入者監視装置の近赤外線照射機による照射光やその反射光を、水素火炎による近赤外線と誤検知する恐れがある。したがって、このような水素火炎可視化装置は、汎用の侵入者監視装置と併用することができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１３−３６９７４号公報
【特許文献２】特開２００６−２６７０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、太陽光が多い環境下でも、発光強度が低い小さな水素火炎を高精度で検知して可視化できる水素火炎監視装置を提供することを課題とする。
また、水素ガスが漏出する恐れのある防爆区域内において、監視対象領域を間近で監視でき、しかも小型でコスト性に優れた水素火炎監視装置を提供することを課題とする。
さらに、汎用の近赤外線照射機を備えた侵入者監視装置から照射される近赤外線を誤検知することなく、かかる侵入者監視装置と併用することができる水素火炎監視装置を提供することを課題とする。
【００１３】
また、本発明は、水素ガスが漏出する恐れのある防爆区域内において監視対象領域を監視できる水素火炎監視装置が設置された水素取扱施設を提供することを課題とする。
さらに、汎用の近赤外線照射機を備えた侵入者監視装置と、水素火炎監視装置の両方が設置された水素取扱施設を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題は以下の手段により解決された。
［１］  水素火炎を可視化する水素火炎監視装置であって、
１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で設定された波長を含む近赤外線画像を撮像する近赤外線画像撮像手段、
および可視光線画像を撮像する可視光線画像撮像手段を備える撮像部と、
該撮像部で撮像した監視対象領域の近赤外線画像および可視光線画像を記録する記憶装置、
上記近赤外線画像と上記可視光線画像との差分画像を抽出し、設定した閾値を基準に二値化して二値画像とし、さらに着色して火炎画像とし、該火炎画像を上記可視光線画像からなる背景画像に重畳した合成画像を作成する演算装置、
および上記合成画像を画面に表示する表示装置を備える情報処理部を具備することを特徴とする水素火炎監視装置。
【００１５】
［２］  演算装置は、上記二値画像に基づき水素火炎の有無を判別する判別手段を有することを特徴とする上記［１］に記載の水素火炎監視装置。
【００１６】
［３］  撮像部は単一の集光手段と、該集光手段に入射した光を近赤外線と可視光線に分配する分光手段を備え、
該分光手段によって分配された近赤外線が近赤外線画像撮像手段に導かれ、可視光線が可視光線画像撮像手段へ導かれるように構成されていることを特徴とする上記［１］または［２］に記載の水素火炎監視装置。
【００１７】
［４］  集光手段は発火源を有しておらず、該集光手段と分光手段とは光伝送ケーブルを介して接続されていることを特徴とする上記［３］に記載の水素火炎監視装置。
【００１８】
［５］  水素火炎の発する紫外線の波長領域内で設定された波長を含む紫外線を検知する紫外線検知手段、
および水素火炎の発する遠赤外線の波長領域内で設定された波長を含む遠赤外線を検知する遠赤外線検知手段を備える検知部を具備し、
情報処理部の演算装置は、検知部において上記の設定された波長を含む紫外線および上記の設定された波長を含む遠赤外線が同時に検知された場合に、水素火炎の発生と判定する判定手段を有することを特徴とする上記［１］から［４］のいずれかに記載の水素火炎監視装置。
【００１９】
［６］  遠赤外線検知手段には集光手段が光伝送ケーブルを介して接続されており、該集光手段は発火源を有しないことを特徴とする上記［５］に記載の水素火炎監視装置。
【００２０】
［７］  遠赤外線検知手段は、遠赤外線画像を撮像する遠赤外線画像撮像機からなることを特徴とする上記［５］に記載の水素火炎監視装置。
【００２１】
［８］  紫外線検知手段には集光手段が光伝送ケーブルを介して接続されており、該集光手段は発火源を有しないことを特徴とする上記［５］から［７］のいずれかに記載の水素火炎監視装置。
【００２２】
［９］  集光手段は紫外線を可視光線に変換する波長変換器を備えることを特徴とする請求項８に記載の水素火炎監視装置。
【００２３】
［１０］  防爆区域と非防爆区域が設けられた水素取扱施設であって、
上記［４］、［６］、［８］または［９］のいずれかに記載の水素火炎監視装置が設置されており、
これらの水素火炎監視装置の構成要素のうち、各集光手段が防爆区域内に配置され、
該集光手段と光伝送ケーブルを介して接続された分光手段、遠赤外線検知手段または紫外線検知手段を含む他の構成要素が非防爆区域内に配置されていることを特徴とする水素取扱施設。
【００２４】
［１１］  上記［１］から［９］のいずれかに記載の水素火炎監視装置と侵入者監視装置とが設置された水素取扱施設であって、
上記水素火炎監視装置の監視対象領域と上記侵入者監視装置の監視対象領域の少なくとも一部が重複しており、
上記侵入者監視装置は、１３４０ｎｍ未満の波長領域内で設定された波長を含む近赤外線であって、かつ上記水素火炎監視装置の近赤外線画像撮像手段によって撮像される近赤外線画像の波長領域と実質的に重ならない波長領域の近赤外線を照射する近赤外線照射機を備えることを特徴とする水素取扱施設。
【発明の効果】
【００２５】
本発明における上記［１］に記載の水素火炎監視装置は、近赤外線画像撮像手段と可視光線画像撮像手段を備える撮像部を具備するため、その近赤外線画像撮像手段によって、水素火炎の発光がある近赤外線の波長領域の近赤外線画像を撮像することができ、可視光線画像撮像手段によって、水素火炎の発光がない可視光線の波長領域の可視光線画像を撮像することができる。
【００２６】
そして、記憶装置、演算装置および表示装置を備える情報処理部を具備するため、その記憶装置によって、上記撮像部により撮像された近赤外線画像と可視光線画像を記録することができる。
また、演算装置によって、上記近赤外線画像と上記可視光線画像との差分を求めることで、両画像に写り込んだ各種照明機器から発せられる照明光などの外乱光の成分を差し引いて消去した差分画像を抽出し、かかる差分画像を設定した閾値を基準に二値化して二値画像とし、さらに着色することで火炎画像とし、得られた火炎画像を上記可視光線画像による背景画像上に重畳して合成画像を作成することができる。
そして、表示装置によって上記合成画像を画面に表示することで、水素火炎を可視化して、その火炎の大きさや発生位置を特定することができる。
【００２７】
さらに、本発明の水素火炎監視装置によれば、その近赤外線画像撮像手段は、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で設定された波長を含む近赤外線画像を撮像するものであるところ、水素火炎には、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域の近赤外線が非常に多く含まれているため、発光強度が低い小さな水素火炎であっても鮮明に画像化して可視化することができる。また、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域の近赤外線は、太陽光にはわずかしか含まれていないため、太陽光を水素火炎と誤検知するという誤作動を防ぐことができる。
【００２８】
さらに、近赤外線を検知するタイプの汎用の侵入者監視装置は、その多くの機種において概ね８００〜９５０ｎｍの波長領域の近赤外線を照射する近赤外線照射機を備えているが、本発明の水素火炎監視装置の近赤外線画像撮像手段は、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で設定された波長を含む近赤外線画像を撮像するものであるから、８００〜９５０ｎｍの波長領域の近赤外線は撮像しない。したがって、本発明の水素火炎監視装置によれば、上記の汎用の侵入者監視装置の近赤外線照射機から照射される近赤外線やその反射光を、水素火炎の発光と誤検知する恐れがないため、上記の汎用の侵入者監視装置と併用することが可能であり便利である。
【００２９】
また、本発明における上記［２］に記載の水素火炎監視装置は、上記［１］に記載の水素火炎監視装置において、演算装置が上記二値画像に基づき水素火炎の有無を判別する判別手段を有する。上記二値画像は、設定した閾値以上の値を示す領域を水素火炎が存在する領域と判断し、二値化処理して画像作成されるものであるため、かかる二値画像によれば水素火炎の有無を容易かつ高精度に判別することができる。
したがって、本発明の水素火炎監視装置によれば、判別手段によって水素火炎が検知された場合に、水素火炎発生の警報を発報するように構成することができる。また、判別手段による水素火炎の検知をトリガーとして、記憶装置に水素火炎発生の前後にわたる所定時間の近赤外線画像および可視光線画像を保存するように構成することができる。
【００３０】
また、本発明における上記［３］に記載の水素火炎監視装置は、上記［１］または［２］に記載の水素火炎監視装置において、撮像部に単一の集光手段と、その集光手段に入射した光を近赤外線と可視光線に分ける分光手段を備えるため、近赤外線画像と可視光線画像の画角を同一にすることができる。したがって、上記火炎画像を背景画像に重畳した合成画像において、水素火炎の発生位置を正確に表示することができる。
【００３１】
さらに、本発明における上記［４］に記載の水素火炎監視装置は、上記［３］に記載の水素火炎監視装置において、集光手段は発火源を有しておらず、その集光手段と分光手段とが光伝送ケーブルを介して接続されているため、水素火炎監視装置から集光手段だけを離して、発火源となり得るものを配置できないような場所に配置することができる。
したがって、例えば、防爆区域と非防爆区域が設けられた水素取扱施設に本発明の水素火炎監視装置を設置する場合には、集光手段を防爆区域内に配置することができるため、水素ガスが漏出する恐れのある箇所の近傍に集光手段を配置することによって、水素火炎の検知を高精度で行うことができる。
【００３２】
さらに、防爆区域内に配置された集光手段と光伝送ケーブルを介して接続された分光手段を含む他の構成要素を非防爆区域内に配置することができるため、水素火炎監視装置の構成要素のうち、電源を使用するため発火源となり得る近赤外画像撮像手段や可視画像撮像手段などを防爆仕様とする必要がなく、水素火炎監視装置を小型でコスト性に優れたものとすることができる。
【００３３】
また、集光手段は、例えば集光のためのレンズと、そのレンズと光伝送ケーブルを繋ぐ部材だけで構成することができるため、その場合には、集光手段を極めて小さく形成することができ、狭い場所に設置することが可能となる。
【００３４】
また、本発明における上記［５］に記載の水素火炎監視装置は、上記［１］から［４］のいずれかに記載の水素火炎監視装置において、水素火炎の発する紫外線の波長領域内で設定された波長を含む紫外線を検知する紫外線検知手段、および水素火炎の発する遠赤外線の波長領域内で設定された波長を含む遠赤外線を検知する遠赤外線検知手段を備える検知部を具備するため、かかる紫外線検知手段によって、水素火炎の発する紫外線を検知することができ、また、遠赤外線検知手段によって、水素火炎の発する遠赤外線を検知することができる。
【００３５】
そして、情報処理部の演算装置は、上記検知部において上記の設定された波長を含む紫外線および上記の設定された波長を含む遠赤外線が同時に検知された場合に水素火炎の発生と判定する判定手段を有するため、水素火炎の発生を高精度で検知することができる。例えば、紫外線検知手段が太陽光に含まれる紫外線を水素火炎から発せられた紫外線と誤検知した場合や、あるいは、遠赤外線検知手段が水素火炎以外の原因による監視対象領域の温度上昇を水素火炎によるものと誤検知した場合においても、両検知手段による検知が同時に行われない限りは水素火炎の発生と判定されないため、本発明の水素火炎監視装置は、水素火炎の発生を高精度で検知することができるものである。
【００３６】
したがって、本発明の水素火炎監視装置によれば、演算装置の判定手段によって水素火炎の発生が検知された場合に警報を発報するようにできる。また、判定手段による水素火炎発生の検知をトリガーとして、記憶装置への水素火炎発生の前後にわたる所定時間の近赤外線画像および可視光線画像の保存を開始するようにし、あるいは、演算装置による一連の画像処理を開始するようにできる。
【００３７】
さらに、水素火炎発生の検知精度をより高めるために、かかる演算装置の「判定手段」と、上記の二値画像に基づき水素火炎の有無を判別する「判別手段」とを組み合わせてもよい。例えば、「判定手段」によって水素火炎の発生が検知された場合であって、かつ「判別手段」によって水素火炎の存在が検知された場合に、水素火炎が発生したものと判断して、上記のように警報を発報したり、記憶装置への画像の保存を開始したりしてもよい。
【００３８】
また、本発明における上記［６］に記載の水素火炎監視装置は、上記［５］に記載の水素火炎監視装置において、遠赤外線検知手段には集光手段が光伝送ケーブルを介して接続されており、該集光手段は発火源を有しないため、水素火炎監視装置から集光手段だけを離して、発火源となり得るものを配置できないような場所に配置することができる。
したがって、例えば、防爆区域と非防爆区域が設けられた水素取扱施設に本発明の水素火炎監視装置を設置する場合には、集光手段を防爆区域内に配置することができるため、水素ガスが漏出する恐れのある箇所の近傍に集光手段を配置することによって、水素火炎の検知を高精度で行うことができる。
【００３９】
さらに、防爆区域内に配置された集光手段と光伝送ケーブルを介して接続された遠赤外線検知手段を含む他の構成要素を非防爆区域内に配置することができるため、水素火炎監視装置の構成要素のうち、電源を使用するため発火源となり得る遠赤外線検知手段などを防爆仕様とする必要がなく、水素火炎監視装置を小型でコスト性に優れたものにすることができる。
【００４０】
また、集光手段は、例えば集光のためのレンズと、そのレンズと光伝送ケーブルを繋ぐ部材だけで構成することができるため、その場合には、集光手段を極めて小さく形成することができ、狭い場所にも設置することが可能となる。
【００４１】
また、本発明における上記［７］に記載の水素火炎監視装置は、上記［５］に記載の水素火炎監視装置において、遠赤外線検知手段が、遠赤外線画像を撮像する遠赤外線画像撮像機からなるので、遠赤外線検知手段を、水素火炎の発生の検知用のみならず、夜間の侵入者監視用の撮影機として使用することができる。
さらに、かかる遠赤外線画像撮像機によって取得した遠赤外線画像に基づいて、監視対象領域内の最高温度の位置表示と温度表示を行うことや、機器の温度上昇を検知し電気的に温度を出力するサーモグラフィーとして使用するなど、監視対象領域における温度監視を行うことも可能である。
なお、遠赤外線画像撮像機を防爆仕様にして発火源にならないようにした場合には、水素ガスが漏出する恐れのある箇所の近傍に設置することが可能となり、より水素火炎や侵入者の検知精度を高めることができる。
【００４２】
さらに、本発明における上記［８］に記載の水素火炎監視装置は、上記［５］から［７］のいずれかに記載の水素火炎監視装置において、集光手段が光伝送ケーブルを介して紫外線検知手段に接続されており、該集光手段は発火源を有しないため、水素火炎監視装置から集光手段だけを離して、発火源となり得るものを配置できないような場所に配置することができる。
したがって、水素ガスが漏出する恐れのある箇所の近傍に集光手段を配置することによって、水素火炎の検知を高精度で行うことができる。さらに、集光手段以外の構成要素を非防爆区域内に配置することができるため、それらを防爆仕様とする必要がなく水素火炎監視装置を小型でコスト性に優れたものにすることができる。
【００４３】
また、集光手段は、例えば集光のためのレンズと、そのレンズと光伝送ケーブルを繋ぐ部材だけで構成することができるため、その場合には、集光手段を相当に小さく形成することができ、狭い場所にも設置することが可能となる。
【００４４】
さらに、本発明における上記［９］に記載の水素火炎監視装置は、上記［８］に記載の水素火炎監視装置において、その集光手段が紫外線を可視光線に変換する波長変換器を備えるため、集光手段に入射した監視対象領域からの紫外線を、可視光線に変換することができる。したがって、集光手段と紫外線検知手段とを接続する光伝送ケーブルとして、高価な紫外線伝送用の専用品ではなく、安価な可視光線伝送用の汎用品を使用することが可能となり、水素火炎監視装置をコスト性に優れたものにすることができる。
【００４５】
本発明における上記［１０］に記載の水素取扱施設は、上記［４］、［６］、［８］または［９］のいずれかに記載の水素火炎監視装置が設置されており、これらの水素火炎監視装置の構成要素のうち、各集光手段が防爆区域内に配置され、該集光手段と光伝送ケーブルを介して接続された分光手段、遠赤外線検知手段または紫外線検知手段を含む他の構成要素が非防爆区域内に配置されているので、防爆区域内に配置された各集光手段によって、水素ガスの漏出の恐れがある箇所の近傍において水素火炎の検知を行うことができる。
したがって、本発明の水素取扱施設では、小さな水素火炎であっても検知でき、また、水素火炎の大きさや位置を正確に特定できるので、水素ガスの漏出を伴う火災が発生した場合には、消火作業を的確かつ安全に行うことが可能となる。
【００４６】
また、本発明の水素取扱施設は、水素火炎監視装置の構成要素のうち、電源を使用するなど発火源となり得る構成要素を非防爆区域に配置してあるので、かかる構成要素を防爆仕様にする必要がないためコスト性に優れており、また、漏出した水素ガスへの着火による火災が生じ難く安全性に優れている。
【００４７】
さらに、本発明における上記［１１］に記載の水素取扱施設は、上記［１］から［９］のいずれかに記載の水素火炎監視装置と侵入者監視装置とが設置された水素取扱施設であって、上記水素火炎監視装置の監視対象領域と上記侵入者監視装置の監視対象領域の少なくとも一部が重複しており、上記侵入者監視装置は、１３４０ｎｍ未満の波長領域内で設定された波長を含む近赤外線であって、かつ、上記水素火炎監視装置の近赤外線画像撮像手段によって撮像される近赤外線画像の波長領域と実質的に重ならない波長領域の近赤外線を照射する近赤外線照射機を備えるので、本発明の水素火炎監視装置は、汎用の侵入者監視装置の近赤外線照射機から照射される近赤外線やその反射光を、水素火炎の発する近赤外線であると誤検知することはない。
したがって、本発明の水素火炎監視装置と共に汎用の安価な侵入者監視装置を設置して、両装置によって同時に同じ監視対象区域を監視することができるため、便利でありコスト性にも優れている。
【００４８】
なお、水素火炎監視装置の近赤外線画像撮像手段が検知する近赤外線の波長領域と、侵入者監視装置の近赤外線照射機が照射する近赤外線の波長領域とが「実質的に重ならない」とは、たとえ両者に一部重なる波長領域があったとしても、それが、侵入者監視装置の近赤外線照射機から発せられた近赤外線を、火炎監視装置が水素火炎から発せられた近赤外線であると誤検知しない範囲内であれば、両波長領域は「実質的に重ならない」状態と解する趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる水素火炎監視装置の全体システム図である。
【図２】本発明の第２実施形態にかかる水素火炎監視装置の全体システム図である。
【図３】本発明の水素取扱施設の説明図である。
【図４】近赤外線の波長領域における水素火炎と太陽光の発光強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
≪水素火炎監視装置の第１実施形態≫
まず、本発明の水素火炎監視装置の第１実施形態を説明する。
図１に示す水素火炎監視装置１は、撮像部２と情報処理部３を具備する。
撮像部２は、主に、監視対象領域からの光を受け取る集光手段２３と、集光手段２３で受け取った光を近赤外線と可視光線に分ける分光手段２４と、分光手段２４から導かれた近赤外線による画像を撮像する近赤外線画像撮像手段２１と、分光手段２４から導かれた可視光線による画像を撮像する可視光線画像撮像手段２２とからなる。
【００５１】
情報処理部３は、撮像部２から伝送されてきた近赤外線画像と可視光線画像とを記録する記憶装置３１と、かかる近赤外線画像と可視光線画像とを用いて火炎画像が背景画像に重畳して表される合成画像を作成する演算装置３２と、その合成画像を画面に表示する表示装置３３とからなる。
【００５２】
情報処理部３の基本的な動作は、水素火炎の発する特定波長の近赤外線画像と可視光線画像との差分を求めることで、両画像に写り込んだ照明光などの外乱光の成分を差し引いて消去した差分画像を抽出し、かかる差分画像を設定した閾値を基準に二値化して二値画像とし、さらに着色して火炎画像とし、得られた火炎画像を上記可視光線画像による背景画像上に重畳した合成画像として画面に表示することで、水素火炎を可視化するものである。
【００５３】
＜撮像部＞
集光手段２３は、分光手段２４と光伝送ケーブル２５を介して接続されており、集光手段２３に備えられたレンズ（図示せず）に入射した監視対象領域からの光が、光伝送ケーブル２５を通過して分光手段２４へ導かれるように構成されている。
【００５４】
集光手段２３は、レンズおよびレンズと光伝送ケーブル２５とを繋ぐ部材だけで構成できるため、発火源にならないものであり、また極めて小さく形成することができる。したがって、通常の電源を利用するＣＣＤカメラなどの設置が困難な、発火源となり得るものを設置できない場所や、極めて狭い場所にも設置することができ、例えば、水素供給ステーションの防爆区域内の蓄圧器室や圧縮機室などの狭隘部にも設置することができる。
【００５５】
分光手段２４は、公知の分光鏡を使用することができる。分光鏡は、可視光線線（概ね４００〜７００ｎｍ）を反射し、近赤外線（概ね８００〜１８００ｎｍ）を透過する鏡であり、あるいは、逆に可視光線線を透過し近赤外線を反射する鏡であってもよい。かかる分光鏡は、例えば、板ガラスに屈折率の異なる誘電体物質を多層状にコーティングすることにより製造することができる。
【００５６】
また、分光手段２４には、外乱光の影響を減らすために、後述する光学バンドパスフィルターとしての機能を付与してもよい。その場合には、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で任意に設定された波長を含む近赤外線を透過または反射する分光鏡を使用すればよい。
このような分光手段２４の具体例としては、透過波長の中心が１３５０〜１４５０ｎｍであって、バンド幅が半値全幅７０〜９０ｎｍである光学バンドパスフィルターとして機能する分光鏡を好適に使用することができる。
【００５７】
光伝送ケーブル２５は、一本の光ファイバー素線からなるケーブル、複数本の光ファイバー素線を束ねた光ファイバーバンドルケーブル、または、複数本の光ファイバー素線を束ねて溶着させたイメージファイバーケーブルなどを使用することができるが、画素度の高い鮮明な近赤外画像や可視光線画像を得るためには、イメージファイバーケーブルを使用することが望ましい。
かかる光伝送ケーブル２５により集光手段２３から分光手段２４に導かれた光は、分光手段２４によって近赤外線と可視光線に分光され、それぞれ近赤外線画像撮像手段２１と可視光線画像撮像手段２２へと導かれる。
【００５８】
近赤外線画像撮像手段２１は、分光手段２４から導かれた近赤外線によって、監視対象領域の水素が燃焼する際に生じるＨ２Ｏの発光スペクトルによる近赤外線画像を撮像するための手段であり、例えば、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で任意に設定された波長を含む近赤外線画像を、静止画撮像または動画撮像することができる撮像素子を備えたＣＣＤカメラを使用することができる。
かかるＣＣＤカメラが静止画を撮像するものである場合には、例えば、自動的に数秒毎に撮像できるものであれば連続監視が可能となるため好ましい。さらに、多様な監視用画像を取得するために、広角から望遠まで幅広い画角をカバーできるものであることが好ましい。
【００５９】
また、近赤外線画像撮像手段２１には、外乱光の影響を減らすために、特定波長の近赤外線だけを透過させる光学バンドパスフィルターを装着してもよい。この光学バンドパスフィルターは、照明光などの外乱光の影響を減らし、しかも水素火炎の輝度値を低下させないように、バンド幅が半値全幅１０〜１００ｎｍのものが好適であり、さらには半値全幅５０〜９０ｎｍのものがより好ましい。
なお、上記の分光手段２４に光学バンドパスフィルターの機能を付与する場合には、別途に光学バンドパスフィルターを設ける必要はない。
【００６０】
かかる近赤外線画像撮像手段２１の具体例としては、浜松ホトニクス社製のＩｎＧａＡｓカメラ（型番Ｃ１０６３３−１３）を好適に使用することができる。
【００６１】
このように、近赤外線画像撮像手段２１は、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で設定された波長を含む近赤外線画像を撮像するものであるが、図４のグラフに示すとおり、水素火炎には、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域の近赤外線が非常に多く含まれている。例えば、水素火炎が発する同波長領域の近赤外線の発光強度は、８００〜９５０ｎｍの波長領域の発光強度よりも数倍も強い。したがって、水素火炎監視装置１によれば、発光強度が低い小さな水素火炎であっても精度よく撮像して鮮明に可視化することができる。
【００６２】
また、図４のグラフに示すとおり、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域の近赤外線は、太陽光にはわずかしか含まれていない。したがって、水素火炎監視装置１は、太陽光を水素火炎と誤検知するという不具合がほとんど発生しないものである。
【００６３】
図４は、本発明者らの実験によって得られた、近赤外線の波長領域における水素火炎と太陽光の発光強度を示すグラフである。
折れ線Ｑ１は、晴天の野外において、１分間あたり１Ｌ量で噴出する水素ガスを燃焼させ、直近位置から近赤外線の発光強度を測定した結果を示しており、水素火炎の発する近赤外線の発光強度と、太陽光に含まれる近赤外線の発光強度との合算値を表している。
また、折れ線Ｑ２は、水素ガスを遮断して水素火炎が存在しない状態とし、その他はＱ１の測定と同じ条件で近赤外線の発光強度を測定した結果を示しており、太陽光に含まれる近赤外線の発光強度のみを表している。
なお、グラフの横軸（Ｘ軸）は波長（単位：ｎｍ）を示しており、縦軸（Ｙ軸）は、相対的な発光強度（任意単位）を示している。
【００６４】
水素火炎監視装置１が使用される水素供給ステーションなどの水素取扱施設は、事故の発生を未然に防ぐために、水素火炎の発生のみならず、不審者の侵入などの異常を検知するための連続監視手段が必要とされている。
不審者の侵入を連続監視する汎用の侵入者監視装置は、その多くの機種において概ね８００〜９５０ｎｍの波長領域の近赤外線を検知する近赤外線検知機と、同波長領域の近赤外線を照射する近赤外線照射機を備えている。このように８００〜９５０ｎｍの比較的波長が短い近赤外線であれば、近赤外線検知機として汎用の安価なＣＣＤカメラを用いることができるため、侵入者監視装置のコストを低く抑えることができるからである。
【００６５】
ここで、水素火炎監視装置１の近赤外線画像撮像手段２１は、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で設定された波長を含む近赤外線画像を撮像するものであるから、８００〜９５０ｎｍの波長領域の近赤外線は撮像しない。したがって、水素火炎監視装置１によれば、上記の汎用の侵入者監視装置の近赤外線照射機から照射される近赤外線やその反射光を水素火炎の発光と誤検知することがないため、上記の汎用の侵入者監視装置と併用することが可能であり便利である。
【００６６】
次に、可視光線画像撮像手段２２は、分光手段２４から導かれた可視光線によって、監視対象領域の可視光線画像を撮像するための手段であり、例えば、可視光線領域（４００〜７００ｎｍ）の波長を含む可視光線画像を、静止画撮像または動画撮像することができる撮像素子を備えた汎用的なＣＣＤカメラを使用することができる。静止画を撮像するＣＣＤカメラである場合には、例えば、自動的に数秒毎に撮像できるものであれば連続監視が可能となるため好ましい。さらに、多様な監視用画像を取得するために、広角から望遠まで幅広い画角をカバーできることが好ましい。
【００６７】
また、可視光線画像撮像用のカメラは、カラー画像撮像用またはモノクロ画像撮像用のいずれのタイプでも使用できるが、一般にカラー画像は見易く、水素火炎の発生位置の特定もし易いため、カラー画像撮像用のカメラを使用することが望ましい。
【００６８】
可視光線画像撮像用のカメラがカラーＣＣＤカメラの場合は、ＲＧＢフィルターを備えたものを使用することができる。ＲＧＢフィルターについては、赤色の波長領域が近赤外線の波長領域と近いため、赤色の信号を差分画像の抽出のために使用することが好ましい。また、植物は近赤外線を強く散乱するため、植物の多い環境では葉の反射率の高い波長領域である緑色の信号を利用することが好ましい。画像処理ソフトに、用途に応じて抽出する単色成分（赤色、緑色または青色）を選択できるよう色選択機能を持たせてもよい。
【００６９】
かかる可視光線画像撮像手段２２の具体例としては、ワテック社製のカラーＣＣＤカメラ（型番ＷＴ−２５０Ｄ）を好適に使用することができる。
なお、可視光線画像撮像手段２２は、昼間の侵入者監視用の撮像機としても利用することが可能である。
【００７０】
＜情報処理部＞
情報処理部３はハードディスクなどの記憶装置３１と、ＣＰＵなどの演算装置３２と、ディスプレイ画面などの表示装置３３を備えており、例えば、パーソナルコンピュータにより構成することができる。
【００７１】
撮像部２によって同じ監視対象領域を同時に撮像された近赤外線画像と可視光線画像は、情報処理部３に伝送されて記憶装置３１に記録される。
記憶装置３１は、平常時には、近赤外線画像と可視光線画像を時系列で連続的に記録し、新しい画像を取り込む度に過去の古い画像を消去するようにしてある。ただし、水素火炎が検知された場合には、火炎検知の前後にわたる所定時間の画像（例えば、火炎発生前後の２４時間の画像）を保存する。そうすることで、ガス遮断を行った後に火炎発生箇所（水素ガスの漏出箇所）を特定したり、火炎発生の原因究明に役立てたりすることができるため便宜である。そのためには、水素火炎の検知後から所定時間の画像を取得し画像更新を停止するか、火炎検知前後の所定時間の画像を別領域に移動し上書き不可とした上で画像更新を継続するようにすればよい。
【００７２】
演算装置３２は、記憶装置３１に保存された画像処理ソフトウェアに基づいて、近赤外線画像と可視光線画像との差分画像を抽出し、二値化し、着色して火炎画像とし、それを可視光線画像からなる背景画像に重畳して合成画像を作成するといった一連の画像処理を行うように構成されている。
【００７３】
かかる画像処理の手順としては、まず、近赤外線画像と可視光線画像との差分画像を抽出する。
ここで、近赤外線画像と可視光線画像との差分を取る理由は、水素火炎の発する近赤外線を捉えるときにその波長領域において照明光などの外乱光が存在するので、この外乱光の成分を可視光線の波長で検知して、近赤外線画像から外乱光の成分を差し引いて消去するためである。
なお、可視光線画像がカラー画像である場合には、そのカラー画像から単色成分画像を抽出して、近赤外線画像と単色成分画像との差分を取ればよい。
【００７４】
次に、得られた差分画像を設定した閾値と比較し、閾値以上の値を示す領域を水素火炎が存在する領域と判断して二値化処理することで二値画像を取得する。
二値化処理に用いる閾値は、演算装置３２によって、差分画像の濃度ヒストグラムを作成し、そのヒストグラムから公知の閾値自動決定方法によって自動的に算出する。
なお、閾値の設定は、上記のように演算装置が自動的に算出して設定する方法に限られず、例えば、現場でユーザーが差分画像の表示を見ながら手動で調整して適宜に値を入力設定する方法であってもよい。
【００７５】
次に、得られた二値画像の高輝度部分を圧縮し、続いて膨張させて細かいノイズ（高輝度面積の少ない部分）を除去した後に着色することで火炎画像を取得する。そして、かかる火炎画像を上記可視光線画像による背景画像上に重畳して合成画像を作成する。
【００７６】
また、演算装置３２は、上記二値画像に基づき水素火炎の有無を判別する判別手段を有する。上記二値画像は、設定した閾値以上の値を示す領域を水素火炎が存在する領域と判断して作成されるため、かかる二値画像によれば水素火炎の有無を容易かつ確実に判別することができる。
かかる判別手段によって水素火炎が検知された場合、情報処理部３は、水素火炎発生の警報を発報すると共に、記憶装置３１に水素火炎発生の前後にわたる所定時間の近赤外線画像および可視光線画像を保存するように作動する。
【００７７】
表示装置３３はディスプレイ画面であり、上記合成画像をほぼリアルタイムで表示することができるため、迅速かつ適切な消火作業に資することができる。
【００７８】
≪水素火炎監視装置の第２実施形態≫
次に、本発明の水素火炎監視装置の第２実施形態を説明する。
図２に示す水素火炎監視装置１０は、上記の水素火炎監視装置１に検知部４を付加して構成されており、検知部４は、監視対象領域からの紫外線を受け取り可視光線に変換する集光手段４３と、集光手段４３から導かれた可視光線から特定波長の紫外線を検知する紫外線検知手段４１を備える。また、検知部４は、監視対象領域からの遠赤外線を受け取る集光手段４４と、集光手段４４から導かれた特定波長の遠赤外線を検知する遠赤外線検知手段４２を備える。
以下、検知部４および情報処理部３について説明するが、撮像部２は上記第１実施形態の撮像部２と同じものなので、ここでは説明を省略する。
【００７９】
＜検知部＞
集光手段４３は、監視対象領域からの光を受け取るレンズ（図示せず）と、２００〜４００ｎｍの波長領域の紫外線を可視光線に変換する波長変換器（図示せず）を備えており、紫外線検知手段４１と光伝送ケーブル４５を介して接続されている。かかる構成により、水素火炎が発する上記波長領域の紫外線がレンズに入射すると、波長変換器によって可視光線に変換されて光伝送ケーブル４５を通過して紫外線検知手段４１へと導かれる。
なお、光伝送ケーブル４５で伝送された可視光線が微弱である場合には、増幅器（図示せず）によって増幅した後に紫外線検知手段４１へと導くようにすればよい。
【００８０】
ここで、紫外線を可視光線に変換する理由は、紫外線をそのまま光伝送ケーブルで伝送するには、紫外線伝送用の専用品が必要であるが、可視光線に変換すれば、可視光線伝送用の安価な汎用品を使用することができるからである。
【００８１】
また、波長変換器は、例えば、蛍光物質を分散させたガラスからなり、その樹脂に入射した紫外線が蛍光物質を励起させて可視光線を生じさせることで、紫外線から可視光線への波長変換が行われるようになっている。
かかる可視光線変換器の具体例としては、住田光学ガラス社製の機能性蛍光ガラス「ルミラス」（型番ルミラス−Ｇ９）を好適に使用することができる。
【００８２】
集光手段４３は、レンズ、波長変換器、およびこれらと光伝送ケーブル４５とを繋ぐ部材だけで構成できるため、発火源にならないものであり、また小さく形成することができる。したがって、通常の電源を利用するＣＣＤカメラなどの設置が困難な、発火源となり得るものを設置できない場所や、極めて狭い場所にも設置することができ、例えば、水素供給ステーションの防爆区域内の狭い蓄圧器室や圧縮機室などにも設置することができる。
【００８３】
紫外線検知手段４１は、水素火炎が発する２００〜４００ｎｍの波長領域の紫外線を検知するセンサであるが、かかる紫外線は、集光手段４３に備えられた波長変換器によって特定波長領域の可視光線に変換されるので、紫外線検知手段４１に使用するセンサとしては、その特定波長領域の可視光線を検知できるものである必要がある。
したがって、紫外線検知手段４１のセンサは、特定波長領域の可視光線にのみ感度を有する受光素子により構成することができ、また、特定領域の可視光線のみを透過させる光学バンドパスフィルターとフォトダイオードの組み合わせにより構成してもよい。
【００８４】
水素火炎の発する紫外線は、２８５ｎｍ、３０６ｎｍおよび３０９ｎｍの波長に発光強度のピークが存在するため、これらのピークを示す波長のいずれかを含む波長領域を検知するように構成することが好ましい。例えば、３０９ｎｍの波長の紫外線を検知したい場合には、かかる紫外線は集光手段４３の波長変換器によって可視光線に変換されるので、かかる可視光線を紫外線検知手段４１のセンサで検知できるようにすればよい。
かかる紫外線検知手段４１の具体例としては、住田光学ガラス社製の紫外センサ（型番ＵＶ−２００）を好適に使用することができる。
【００８５】
次に、集光手段４４は、監視対象領域からの光を受け取るレンズ（図示せず）を備えており、遠赤外線検知手段４２と光伝送ケーブル４６を介して接続されている。かかる構成により、レンズに入射した水素火炎が発する遠赤外線は、光伝送ケーブル４６を通過して遠赤外線検知手段４２へ導かれる。
【００８６】
集光手段４４は、レンズおよびレンズと光伝送ケーブル４６とを繋ぐ部材だけで構成できるため、発火源にならないものであり、また、極めて小さく形成することができる。したがって、防爆区域や極めて狭い場所にも設置することができる。
【００８７】
遠赤外線検知手段４２は、水素火炎の熱に起因する遠赤外線を検知する手段であり、概ね７〜１４μｍの波長領域内で設定された波長を含む遠赤外線を検知できる遠赤外センサなどを使用することができる。
かかる遠赤外線検知手段４２（遠赤外線センサ）の具体例としては、ニッタン社製の赤外線式炎検知器（型番：１ＲＢ−ＥＷ）を好適に使用することができる。
【００８８】
また、遠赤外線検知手段４２として遠赤外線画像撮像機を使用する場合、水素火炎と水素火炎によって加熱された周辺部から発せられる遠赤外線画像を撮像できると共に、人の体温に起因する遠赤外線画像を撮像できるので、夜間の侵入者監視用の撮像機として利用することができる。
さらに、かかる遠赤外線画像撮像機によって取得した遠赤外線画像に基づいて、監視対象領域中の最高温度の位置表示と温度表示を行うことや、機器の温度上昇を検知し電気的に温度を出力するサーモグラフィーとして使用するなど、監視対象領域における温度監視を行うことも可能である。
【００８９】
かかる遠赤外線検知手段４２（線赤外線画像撮像機）の具体例としては、フレアシステム社製長波赤外線カメラ（型番ＱＵＡＲＫ２，透過波長７．５〜１３．５μｍ）を好適に使用することができる。
【００９０】
＜情報処理部＞
水素火炎監視装置１０の情報処理部３は、上記第１実施形態の水素火炎監視装置１の情報処理部３と同様に、記憶装置３１と演算装置３２と表示装置３３を備えており、例えばパーソナルコンピュータによって構成することができる。
かかる演算装置３２には、上記第１実施形態の演算装置３２の構成要素に加えて、検知部４において、水素火炎の発する波長の紫外線と、水素火炎の熱に起因する波長の遠赤外線とを同時に検知した場合に水素火炎が発生したものと判定する判定手段が設けられている。
【００９１】
そのため、水素火炎監視装置１０は、水素火炎の発生を高精度で検知することができるものである。その理由は、例えば、紫外線検知手段４１が太陽光に含まれる紫外線を水素火炎から発せられた紫外線と誤検知した場合や、遠赤外線検知手段４２が水素火炎以外の原因による監視対象領域の温度上昇を水素火炎によるものと誤検知した場合においても、両検知手段４１、４２による検知が同時に行われない限りは水素火炎の発生と判定しないからである。
【００９２】
水素火炎監視装置１０は、演算装置３２の判定手段によって水素火炎の発生が検知された場合に警報を発報するようになっている。
さらに、かかる水素火炎発生の検知をトリガーとして、記憶装置３１への水素火炎発生の前後における所定時間の近赤外線画像および可視光線画像の保存を開始すると共に、演算装置３２による近赤外線画像と可視光線画像との差分画像抽出から水素火炎画像と背景画像との合成画像作成までの一連の画像処理を開始するようになっている。
【００９３】
また、水素火炎の検知精度をより高めるために、演算装置３２の「判定手段」と、上記の二値画像に基づき水素火炎の有無を判別する「判別手段」の両方を組み合わせることができる。
例えば、「判定手段」によって水素火炎の発生が検知された場合であって、かつ「判別手段」によって水素火炎の存在が検知された場合に、水素火炎が発生したものと判断して、警報を発報したり、記憶装置３１への近赤外線画像および可視光線画像の保存を開始したりすることができる。
【００９４】
また、水素火炎監視装置１０は、その遠赤外線検知手段４２が遠赤外線画像撮像機である場合には、夜間の侵入者監視用の撮像機として使用することができるため、昼間の侵入者監視用の撮像機として使用できる可視光線画像撮像手段２２と相まって、防犯用の監視装置として使用できるものである。例えば、移動物体の検出を行わない水素火炎監視モードと、移動物体の検出を行う侵入者検知モードを設け、後者においては可視光線画像または遠赤外線画像に基づき、あるいは両画像に基づいて、移動物体（侵入者）を検知した場合に発報するようにしてもよい。
このように、水素火炎監視装置１０を防犯用の監視装置として利用する場合には、同じ監視対象領域について別の防犯用の監視装置を設けることが不要となり便宜である。
【００９５】
≪水素取扱施設≫
次に、本発明の水素取扱施設を説明する。
図３に示す水素取扱施設５は、燃料電池自動車Ｃに水素ガスを充填するための水素供給ステーションであり、水素供給装置５３とその周辺に配置された図示しない水素輸送配管や水素貯蔵タンクなどの水素取扱機器を備え、さらに管理棟５１とこれらを覆うキャノピー（屋根）５２が設置されている。
水素取扱施設５の水素供給装置５３の付近には、発火源となり得るものの設置が禁止されている防爆区域Ｅ１が設けられており、かかる防爆区域Ｅ１以外の区域は非防爆区域Ｅ２とされている。
【００９６】
キャノピー５２の下面側の防爆区域Ｅ１内には、水素火炎監視装置１０の集光ユニット５４が設置されており、集光ユニット５４は光伝送ケーブルユニット５５によって、非防爆区域Ｅ２内の管理棟１の中に配置された水素火炎監視装置１０の本体部分と接続されている。
なお、集光ユニット５４は、図２に示す３つの集光手段２３、４３および４４を、まとめて１つの小さな筐体内に配置したものであり、また、光伝送ケーブルユニット５５は、図２に示す３本の光伝送ケーブル２５、４５および４６を一体に束ねて形成したケーブルである。
【００９７】
また、キャノピー５２の下面側の非防爆区域Ｅ２内には、近赤外線照射機を備えた侵入者監視装置５６が設置されており、その侵入者監視装置５６による監視対象領域（図示せず）は、水素火炎監視装置１０の集光ユニット５４による監視対象領域Ｓと、多くの範囲において重複している。
【００９８】
水素取扱施設５の監視対象領域Ｓにおいて水素火炎Ｆが発生した場合には、集光ユニット５４が水素火炎Ｆからの光を捉え、光伝送ケーブルユニット５５によって、撮像部２の分光手段２４と、検知部４の紫外線検知手段４１および遠赤外線検知手段４２に伝送される。すると、紫外線検知手段４１が水素火炎の発する特定波長の紫外線を検知し、遠赤外線検知手段４２が水素火炎の熱に起因する特定波長の遠赤外線を検知することで、演算手段３２の判定手段によって水素火炎が発生したものと判定され、警報が発報される。また、分光手段２４によって分光された特定波長の近赤外線による近赤外線画像と可視光線による可視光線画像とが、記憶装置３１に水素火炎Ｆの発生の前後にわたって２４時間保存されると共に、演算手段３２により近赤外線画像と可視光線画像を用いて水素火炎を可視化する一連の画像処理が開始される。
【００９９】
ここで、集光ユニット５４は、発火源となり得るものを有しないので、防爆区域Ｅ１内に配置されて、監視対象領域Ｓの全体を、ほぼ５ｍ以内の近距離から監視できるようにしてある。したがって、発光強度が低い小さな水素火炎であっても検知でき、鮮明な火炎画像を作成することができる。
また、水素火炎監視装置１０のうち、集光ユニット５４と光伝送ケーブルユニット５５以外の本体部分は、非防爆区域Ｅ２にある管理棟５１内に配置されているので、かかる本体部分を防爆仕様にする必要がなく、水素取扱施設５をコスト性に優れたものとすることができる。
【０１００】
水素取扱施設５の非防爆区域Ｅ２に設置された侵入者監視装置５６は、概ね８００〜９５０ｎｍの波長領域を含む近赤外線画像を撮像する近赤外線画像撮像機と、同波長領域の近赤外線を照射する近赤外線照射機を備えている。
この侵入者監視装置５６は、一般に普及している侵入者監視装置であり、侵入者を近赤外線画像撮像機で捉えて監視するものであるが、夜間は近赤外線照射機から概ね８００〜９５０ｎｍの波長領域の近赤外線を照射して、その反射光を近赤外線画像撮像機で捉えるようになっている。
【０１０１】
水素取扱施設５に設置されている水素火炎監視装置１０は、近赤外線画像撮像手段２１を備えているが、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内の近赤外線画像を撮像するものなので、侵入者監視装置５６の近赤外線照射機から照射される８００〜９５０ｎｍの近赤外線は撮像しない。
したがって、侵入者監視装置５６の近赤外線照射機による照射光やその反射光を、水素火炎による近赤外線であると誤検知する恐れがないため、水素火炎監視装置１０は、汎用の侵入者監視装置５６と併用することができるものであり便利である。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、燃焼時に火炎が見えない水素を扱う水素取扱施設における火災の監視に適しており、特に水素火炎を可視化することで、消火作業の的確性と安全性を確保する場合に好適である。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１０  ・・水素火炎監視装置
２    ・・撮像部
２１  ・・近赤外線画像撮像手段
２２  ・・可視光線画像撮像手段
２３  ・・集光手段
２４  ・・分光手段
２５  ・・光伝送ケーブル
３    ・・情報処理部
３１  ・・記憶装置
３２  ・・演算装置
３３  ・・表示装置
４    ・・検知部
４１  ・・紫外線検知手段
４２  ・・遠赤外線検知手段
４３，４４  ・・集光手段
４５，４６  ・・光伝送ケーブル
５    ・・水素取扱施設（水素供給ステーション）
５１  ・・管理棟
５２  ・・キャノピー
５３  ・・水素供給装置
５４  ・・集光ユニット
５５  ・・光伝送ケーブルユニット
５６  ・・侵入者監視装置
Ｃ    ・・燃料電池自動車
Ｆ    ・・水素火炎
Ｅ１  ・・防爆区域
Ｅ２  ・・非防爆区域
Ｓ    ・・監視対象領域
【図１】
2019205180.tif 000003
【図２】
2019205180.tif 000004
【図３】
2019205180.tif 000005
【図４】
2019205180.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月30日(2019.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素火炎を可視化する水素火炎監視装置であって、
１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で設定された波長を含む近赤外線画像を撮像する近赤外線画像撮像手段、
および可視光線画像を撮像する可視光線画像撮像手段を備える撮像部と、
水素火炎の発する紫外線の波長領域内で設定された波長を含む紫外線を検知する紫外線検知手段、
および水素火炎の発する遠赤外線の波長領域内で設定された波長を含む遠赤外線を検知する遠赤外線検知手段を備える検知部と、
上記撮像部で撮像した監視対象領域の近赤外線画像および可視光線画像を記録する記憶装置、
上記検知部において上記の設定された波長を含む紫外線および上記の設定された波長を含む遠赤外線が同時に検知された場合に、水素火炎の発生と判定する判定手段を有するとともに、上記近赤外線画像と上記可視光線画像との差分画像を抽出し、設定した閾値を基準に二値化して二値画像とし、さらに着色して火炎画像とし、該火炎画像を上記可視光線画像からなる背景画像に重畳した合成画像を作成する演算装置、
および上記合成画像を画面に表示する表示装置を備える情報処理部を具備することを特徴とする水素火炎監視装置。
【請求項２】
演算装置は、上記二値画像に基づき水素火炎の有無を判別する判別手段を有することを特徴とする請求項１に記載の水素火炎監視装置。
【請求項３】
遠赤外線検知手段は、遠赤外線画像を撮像する遠赤外線画像撮像機からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素火炎監視装置。
【請求項４】
撮像部は単一の集光手段と、該集光手段に入射した光を近赤外線と可視光線とに分ける分光手段を備え、
該分光手段によって分けられた近赤外線が近赤外線画像撮像手段に導かれ、可視光線が可視光線画像撮像手段へ導かれるように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の水素火炎監視装置。
【請求項５】
上記集光手段は発火源を有しておらず、該集光手段と分光手段とは光伝送ケーブルを介して接続されていることを特徴とする請求項４に記載の水素火炎監視装置。
【請求項６】
遠赤外線検知手段および紫外線検知手段には、それぞれ集光手段が光伝送ケーブルを介して接続されており、該集光手段は発火源を有しないことを特徴とする請求項５に記載の水素火炎監視装置。
【請求項７】
防爆区域と非防爆区域が設けられた水素取扱施設であって、
請求項６に記載の水素火炎監視装置が設置されており、
これらの水素火炎監視装置の構成要素のうち、各集光手段が防爆区域内に配置され、
該集光手段と光伝送ケーブルを介して接続された分光手段、遠赤外線検知手段および紫外線検知手段を含む他の構成要素が非防爆区域内に配置されていることを特徴とする水素取扱施設。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肉眼で見えない水素火炎を可視化して火炎の発生を監視する技術に関し、より詳しくは、燃料電池自動車に水素ガスを供給する水素供給ステーションや、水素ガスを製造・利用する化学工場などの水素取扱施設における火炎の発生の監視に適している水素火炎監視装置と、かかる水素火炎監視装置を設置した水素取扱施設に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な物質の燃焼時においては、成分中の炭素が燃えて可視光線を発するため、その火炎を肉眼で視認することができるが、水素ガスは燃焼してもほぼ無色透明であり、肉眼で視認することはできない。したがって、例えば水素取扱施設において水素ガスの漏出を伴う火災が生じた場合に、消火作業を的確かつ安全に進めるためには、水素火炎を可視化して、火炎の大きさや位置を確認できる技術が必要である。
かかる要請に応じ、本発明の出願人は、無色透明の水素火炎を画像処理によって可視化する技術の研究開発に努め、例えば、特許文献１（特開２０１３−３６９７４号公報）および特許文献２（特開２００６−２６７０９７号公報）に記載された水素火炎可視化装置を提案した。
【０００３】
特許文献１に記載の水素火炎可視化装置は、９３０〜９５０ｎｍの範囲で設定された波長を含む近赤外線画像および熱線（遠赤外線）画像に、同時に同位置に近赤外線波長および熱線波長が検出された領域を水素火炎領域と判定し、水素火炎の画像を作成し、可視光線画像からなる背景画像に重畳させて表示することで、水素火炎を可視化するものである。
【０００４】
また、特許文献２に記載の水素火炎可視化装置は、水素火炎の発する紫外線（３０９ｎｍ）や近赤外線（９５０ｎｍ）をＣＣＤカメラで撮像し、これらの特定波長の画像と近接する波長の画像との差分画像を抽出することで水素火炎の画像を作成し、紫外線背景画像や近赤外線背景画像と重畳させて表示することで、水素火炎を可視化するものである。
【０００５】
しかし、これら特許文献１および２に記載された水素火炎可視化措置には、次の（ａ）〜（ｃ）に示すような問題がある。
【０００６】
（ａ）  特許文献１および２に記載に記載された水素火炎可視化装置は、いずれも９３０〜９５０ｎｍの波長領域の近赤外線画像を撮像するものであるが、水素火炎が発する光に含まれる９３０〜９５０ｎｍの近赤外線の光量は少ない。しかも、水素火炎が発する同波長領域の近赤外線だけを検知するには、太陽光に多く含まれる同波長領域に近接する波長の近赤外線を取り除く必要があるが、そのために、水素火炎の発する近赤外線だけを透過させる光学バンドパスフィルターを使用すると、そのバンド幅（透過波長の範囲）は極めて狭いものとなるため、太陽光の近赤外線の光量だけでなく、水素火炎の近赤外線の光量までもが減少してしまい、小さな水素火炎など発光強度が低い火炎を検知することが難しくなるという問題がある。
【０００７】
（ｂ）  水素火炎可視化装置が使用される水素取扱施設では、水素ガスの漏出事故に備えて、水素供給装置、水素輸送配管あるいは水素貯蔵タンクなどが存在する一定の区域について、発火源となり得るものを設置することができない「防爆区域」が設けてある。
したがって、例えば、特許文献１および２に記載の水素火炎可視化装置では、電源を使用する水素火炎撮像用のＣＣＤカメラなどは発火源となり得るので、防爆区域内に設置することができず、監視対象領域から相当に離れた非防爆区域内に設置せざるを得なかった。そのため、小さな水素火炎の検知が難しく、また火災などによって煙が生じた場合には、水素火炎の発する光が煙で遮られ検知できなくなるといった問題がある。
【０００８】
また逆に、電源を使用するＣＣＤカメラなどを防爆区域内に設置したい場合には、ＣＣＤカメラなどに厚い金属製のフードを取り付けたりして防爆仕様にする必要があり、装置が大型化して価格が高くなるという問題がある。
【０００９】
（ｃ）  水素火炎可視化装置が使用される水素取扱施設は、事故の発生を未然に防ぐために、水素火炎の発生のみならず、不審者の侵入などの異常を検知するための連続監視手段が必要とされている。
不審者の侵入を連続監視する汎用の侵入者監視装置は、その多くの機種において概ね８００〜９５０ｎｍの波長領域を含む近赤外線画像を撮像する近赤外線画像撮像機と、同波長領域の近赤外線を照射する近赤外線照射機を備えている。その理由は、８００〜９５０ｎｍの比較的波長が短い近赤外線であれば、近赤外線検知機として汎用の安価なＣＣＤカメラを用いることができるため、侵入者監視装置の価格を低く抑えることができるからである。
【００１０】
ここで、特許文献１および２に記載の水素火炎可視化装置は、９３０〜９５０ｎｍの波長領域の近赤外線画像を撮像するものであるから、上記の汎用の侵入者監視装置の近赤外線照射機による照射光やその反射光を、水素火炎による近赤外線と誤検知する恐れがある。したがって、このような水素火炎可視化装置は、汎用の侵入者監視装置と併用することができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１３−３６９７４号公報
【特許文献２】特開２００６−２６７０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、太陽光が多い環境下でも、発光強度が低い小さな水素火炎を高精度で検知して可視化できる水素火炎監視装置を提供することを課題とする。
また、水素ガスが漏出する恐れのある防爆区域内において、監視対象領域を間近で監視でき、しかも小型でコスト性に優れた水素火炎監視装置を提供することを課題とする。
さらに、汎用の近赤外線照射機を備えた侵入者監視装置から照射される近赤外線を誤検知することなく、かかる侵入者監視装置と併用することができる水素火炎監視装置を提供することを課題とする。
【００１３】
また、本発明は、水素ガスが漏出する恐れのある防爆区域内において監視対象領域を監視できる水素火炎監視装置が設置された水素取扱施設を提供することを課題とする。
さらに、汎用の近赤外線照射機を備えた侵入者監視装置と、水素火炎監視装置の両方が設置された水素取扱施設を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題は以下の手段により解決された。
［１］  水素火炎を可視化する水素火炎監視装置であって、
１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で設定された波長を含む近赤外線画像を撮像する近赤外線画像撮像手段、
および可視光線画像を撮像する可視光線画像撮像手段を備える撮像部と、
水素火炎の発する紫外線の波長領域内で設定された波長を含む紫外線を検知する紫外線検知手段、
および水素火炎の発する遠赤外線の波長領域内で設定された波長を含む遠赤外線を検知する遠赤外線検知手段を備える検知部と、
上記撮像部で撮像した監視対象領域の近赤外線画像および可視光線画像を記録する記憶装置、
上記検知部において上記の設定された波長を含む紫外線および上記の設定された波長を含む遠赤外線が同時に検知された場合に、水素火炎の発生と判定する判定手段を有するとともに、上記近赤外線画像と上記可視光線画像との差分画像を抽出し、設定した閾値を基準に二値化して二値画像とし、さらに着色して火炎画像とし、該火炎画像を上記可視光線画像からなる背景画像に重畳した合成画像を作成する演算装置、
および上記合成画像を画面に表示する表示装置を備える情報処理部を具備することを特徴とする水素火炎監視装置。
【００１５】
［２］  演算装置は、上記二値画像に基づき水素火炎の有無を判別する判別手段を有することを特徴とする上記［１］に記載の水素火炎監視装置。
【００１６】
［３］  遠赤外線検知手段は、遠赤外線画像を撮像する遠赤外線画像撮像機からなることを特徴とする上記［１］または［２］に記載の水素火炎監視装置。
【００１７】
［４］  撮像部は単一の集光手段と、該集光手段に入射した光を近赤外線と可視光線とに分ける分光手段を備え、
該分光手段によって分けられた近赤外線が近赤外線画像撮像手段に導かれ、可視光線が可視光線画像撮像手段へ導かれるように構成されていることを特徴とする上記［１］から［３］のいずれかに記載の水素火炎監視装置。
【００１８】
［５］ 上記集光手段は発火源を有しておらず、該集光手段と分光手段とは光伝送ケーブルを介して接続されていることを特徴とする上記［４］に記載の水素火炎監視装置。
【００１９】
［６］  遠赤外線検知手段および紫外線検知手段には、それぞれ集光手段が光伝送ケーブルを介して接続されており、該集光手段は発火源を有しないことを特徴とする上記［５］に記載の水素火炎監視装置。
【００２０】
［７］  防爆区域と非防爆区域が設けられた水素取扱施設であって、
上記［６］に記載の水素火炎監視装置が設置されており、
これらの水素火炎監視装置の構成要素のうち、各集光手段が防爆区域内に配置され、
該集光手段と光伝送ケーブルを介して接続された分光手段、遠赤外線検知手段および紫外線検知手段を含む他の構成要素が非防爆区域内に配置されていることを特徴とする水素取扱施設。
【発明の効果】
【００２１】
本発明における上記［１］に記載の水素火炎監視装置は、近赤外線画像撮像手段と可視光線画像撮像手段を備える撮像部を具備するため、その近赤外線画像撮像手段によって、水素火炎の発光がある近赤外線の波長領域の近赤外線画像を撮像することができ、可視光線画像撮像手段によって、水素火炎の発光がない可視光線の波長領域の可視光線画像を撮像することができる。
【００２２】
そして、記憶装置、演算装置および表示装置を備える情報処理部を具備するため、その記憶装置によって、上記撮像部により撮像された近赤外線画像と可視光線画像を記録することができる。
また、演算装置によって、上記近赤外線画像と上記可視光線画像との差分を求めることで、両画像に写り込んだ各種照明機器から発せられる照明光などの外乱光の成分を差し引いて消去した差分画像を抽出し、かかる差分画像を設定した閾値を基準に二値化して二値画像とし、さらに着色することで火炎画像とし、得られた火炎画像を上記可視光線画像による背景画像上に重畳して合成画像を作成することができる。
そして、表示装置によって上記合成画像を画面に表示することで、水素火炎を可視化して、その火炎の大きさや発生位置を特定することができる。
【００２３】
さらに、本発明の水素火炎監視装置によれば、その近赤外線画像撮像手段は、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で設定された波長を含む近赤外線画像を撮像するものであるところ、水素火炎には、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域の近赤外線が非常に多く含まれているため、発光強度が低い小さな水素火炎であっても鮮明に画像化して可視化することができる。また、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域の近赤外線は、太陽光にはわずかしか含まれていないため、太陽光を水素火炎と誤検知するという誤作動を防ぐことができる。
【００２４】
さらに、近赤外線を検知するタイプの汎用の侵入者監視装置は、その多くの機種において概ね８００〜９５０ｎｍの波長領域の近赤外線を照射する近赤外線照射機を備えているが、本発明の水素火炎監視装置の近赤外線画像撮像手段は、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で設定された波長を含む近赤外線画像を撮像するものであるから、８００〜９５０ｎｍの波長領域の近赤外線は撮像しない。したがって、本発明の水素火炎監視装置によれば、上記の汎用の侵入者監視装置の近赤外線照射機から照射される近赤外線やその反射光を、水素火炎の発光と誤検知する恐れがないため、上記の汎用の侵入者監視装置と併用することが可能であり便利である。
【００２５】
また、本発明における上記［１］に記載の水素火炎監視装置は、水素火炎の発する紫外線の波長領域内で設定された波長を含む紫外線を検知する紫外線検知手段、および水素火炎の発する遠赤外線の波長領域内で設定された波長を含む遠赤外線を検知する遠赤外線検知手段を備える検知部を具備するため、かかる紫外線検知手段によって、水素火炎の発する紫外線を検知することができ、また、遠赤外線検知手段によって、水素火炎の発する遠赤外線を検知することができる。
【００２６】
そして、情報処理部の演算装置は、上記検知部において上記の設定された波長を含む紫外線および上記の設定された波長を含む遠赤外線が同時に検知された場合に水素火炎の発生と判定する判定手段を有するため、水素火炎の発生を高精度で検知することができる。例えば、紫外線検知手段が太陽光に含まれる紫外線を水素火炎から発せられた紫外線と誤検知した場合や、あるいは、遠赤外線検知手段が水素火炎以外の原因による監視対象領域の温度上昇を水素火炎によるものと誤検知した場合においても、両検知手段による検知が同時に行われない限りは水素火炎の発生と判定されないため、本発明の水素火炎監視装置は、水素火炎の発生を高精度で検知することができるものである。
【００２７】
したがって、本発明の水素火炎監視装置によれば、演算装置の判定手段によって水素火炎の発生が検知された場合に警報を発報するようにできる。また、判定手段による水素火炎発生の検知をトリガーとして、記憶装置への水素火炎発生の前後にわたる所定時間の近赤外線画像および可視光線画像の保存を開始するようにし、あるいは、演算装置による一連の画像処理を開始するようにできる。
【００２８】
また、本発明における上記［２］に記載の水素火炎監視装置は、上記［１］に記載の水素火炎監視装置において、演算装置が上記二値画像に基づき水素火炎の有無を判別する判別手段を有する。上記二値画像は、設定した閾値以上の値を示す領域を水素火炎が存在する領域と判断し、二値化処理して画像作成されるものであるため、かかる二値画像によれば水素火炎の有無を容易かつ高精度に判別することができる。
したがって、本発明の水素火炎監視装置によれば、かかる演算装置の「判別手段」と、上記の「判定手段」とを組み合わせることで、水素火炎発生の検知精度をより高めることができる。例えば、「判定手段」によって水素火炎の発生が検知された場合であって、かつ「判別手段」によって水素火炎の存在が検知された場合に、水素火炎が発生したものと判断して、上記のように警報を発報したり、記憶装置への画像の保存を開始したりしてもよい。
【００２９】
また、本発明における上記［３］に記載の水素火炎監視装置は、上記［１］または［２］に記載の水素火炎監視装置において、遠赤外線検知手段が、遠赤外線画像を撮像する遠赤外線画像撮像機からなるので、遠赤外線検知手段を、水素火炎の発生の検知用のみならず、夜間の侵入者監視用の撮影機として使用することができる。
さらに、かかる遠赤外線画像撮像機によって取得した遠赤外線画像に基づいて、監視対象領域内の最高温度の位置表示と温度表示を行うことや、機器の温度上昇を検知し電気的に温度を出力するサーモグラフィーとして使用するなど、監視対象領域における温度監視を行うことも可能である。
なお、遠赤外線画像撮像機を防爆仕様にして発火源にならないようにした場合には、水素ガスが漏出する恐れのある箇所の近傍に設置することが可能となり、より水素火炎や侵入者の検知精度を高めることができる。
【００３０】
また、本発明における上記［４］に記載の水素火炎監視装置は、上記［１］から［３］のいずれかに記載の水素火炎監視装置において、撮像部に単一の集光手段と、その集光手段に入射した光を近赤外線と可視光線に分ける分光手段を備えるため、近赤外線画像と可視光線画像の画角を同一にすることができる。したがって、上記火炎画像を背景画像に重畳した合成画像において、水素火炎の発生位置を正確に表示することができる。
【００３１】
さらに、本発明における上記［５］に記載の水素火炎監視装置は、上記［４］に記載の水素火炎監視装置において、集光手段は発火源を有しておらず、その集光手段と分光手段とが光伝送ケーブルを介して接続されているため、水素火炎監視装置から集光手段だけを離して、発火源となり得るものを配置できないような場所に配置することができる。
したがって、例えば、防爆区域と非防爆区域が設けられた水素取扱施設に本発明の水素火炎監視装置を設置する場合には、集光手段を防爆区域内に配置することができるため、水素ガスが漏出する恐れのある箇所の近傍に集光手段を配置することによって、水素火炎の検知を高精度で行うことができる。
【００３２】
さらに、防爆区域内に配置された集光手段と光伝送ケーブルを介して接続された分光手段を含む他の構成要素を非防爆区域内に配置することができるため、水素火炎監視装置の構成要素のうち、電源を使用するため発火源となり得る近赤外画像撮像手段や可視画像撮像手段などを防爆仕様とする必要がなく、水素火炎監視装置を小型でコスト性に優れたものとすることができる。
【００３３】
また、集光手段は、例えば集光のためのレンズと、そのレンズと光伝送ケーブルを繋ぐ部材だけで構成することができるため、その場合には、集光手段を極めて小さく形成することができ、狭い場所に設置することが可能となる。
【００３４】
また、本発明における上記［６］に記載の水素火炎監視装置は、上記［５］に記載の水素火炎監視装置において、遠赤外線検知手段および紫外線検知手段には、それぞれ集光手段が光伝送ケーブルを介して接続されており、該集光手段は発火源を有しないため、水素火炎監視装置から集光手段だけを離して、発火源となり得るものを配置できないような場所に配置することができる。
したがって、例えば、防爆区域と非防爆区域が設けられた水素取扱施設に本発明の水素火炎監視装置を設置する場合には、集光手段を防爆区域内に配置することができるため、水素ガスが漏出する恐れのある箇所の近傍に集光手段を配置することによって、水素火炎の検知を高精度で行うことができる。
【００３５】
さらに、防爆区域内に配置された集光手段と光伝送ケーブルを介して接続された遠赤外線検知手段および紫外線検知手段を含む他の構成要素を非防爆区域内に配置することができるため、水素火炎監視装置の構成要素のうち、電源を使用するため発火源となり得る遠赤外線検知手段や紫外線検知手段などを防爆仕様とする必要がなく、水素火炎監視装置を小型でコスト性に優れたものにすることができる。
【００３６】
また、集光手段は、例えば集光のためのレンズと、そのレンズと光伝送ケーブルを繋ぐ部材だけで構成することができるため、その場合には、集光手段を極めて小さく形成することができ、狭い場所にも設置することが可能となる。
【００３７】
さらに、上記［６］に記載の水素火炎監視装置において、上記の紫外線の集光手段が紫外線を可視光線に変換する波長変換器を備えるものであれば、集光手段に入射した監視対象領域からの紫外線を、可視光線に変換することができるため好ましい。そのようにすると、集光手段と紫外線検知手段とを接続する光伝送ケーブルとして、高価な紫外線伝送用の専用品ではなく、安価な可視光線伝送用の汎用品を使用することが可能となり、水素火炎監視装置をコスト性に優れたものにすることができる。
【００３８】
本発明における上記［７］に記載の水素取扱施設は、上記［６］に記載の水素火炎監視装置が設置されており、これらの水素火炎監視装置の構成要素のうち、各集光手段が防爆区域内に配置され、該集光手段と光伝送ケーブルを介して接続された分光手段、遠赤外線検知手段および紫外線検知手段紫外線検知手段を含む他の構成要素が非防爆区域内に配置されているので、防爆区域内に配置された各集光手段によって、水素ガスの漏出の恐れがある箇所の近傍において水素火炎の検知を行うことができる。
したがって、本発明の水素取扱施設では、小さな水素火炎であっても検知でき、また、水素火炎の大きさや位置を正確に特定できるので、水素ガスの漏出を伴う火災が発生した場合には、消火作業を的確かつ安全に行うことが可能となる。
【００３９】
また、本発明の水素取扱施設は、水素火炎監視装置の構成要素のうち、電源を使用するなど発火源となり得る構成要素を非防爆区域に配置してあるので、かかる構成要素を防爆仕様にする必要がないためコスト性に優れており、また、漏出した水素ガスへの着火による火災が生じ難く安全性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】参考形態にかかる水素火炎監視装置の全体システム図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる水素火炎監視装置の全体システム図である。
【図３】本発明の水素取扱施設の説明図である。
【図４】近赤外線の波長領域における水素火炎と太陽光の発光強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
≪水素火炎監視装置の参考形態≫
まず、水素火炎監視装置の参考形態を説明する。
図１に示す水素火炎監視装置１は、撮像部２と情報処理部３を具備する。
撮像部２は、主に、監視対象領域からの光を受け取る集光手段２３と、集光手段２３で受け取った光を近赤外線と可視光線に分ける分光手段２４と、分光手段２４から導かれた近赤外線による画像を撮像する近赤外線画像撮像手段２１と、分光手段２４から導かれた可視光線による画像を撮像する可視光線画像撮像手段２２とからなる。
【００４２】
情報処理部３は、撮像部２から伝送されてきた近赤外線画像と可視光線画像とを記録する記憶装置３１と、かかる近赤外線画像と可視光線画像とを用いて火炎画像が背景画像に重畳して表される合成画像を作成する演算装置３２と、その合成画像を画面に表示する表示装置３３とからなる。
【００４３】
情報処理部３の基本的な動作は、水素火炎の発する特定波長の近赤外線画像と可視光線画像との差分を求めることで、両画像に写り込んだ照明光などの外乱光の成分を差し引いて消去した差分画像を抽出し、かかる差分画像を設定した閾値を基準に二値化して二値画像とし、さらに着色して火炎画像とし、得られた火炎画像を上記可視光線画像による背景画像上に重畳した合成画像として画面に表示することで、水素火炎を可視化するものである。
【００４４】
＜撮像部＞
集光手段２３は、分光手段２４と光伝送ケーブル２５を介して接続されており、集光手段２３に備えられたレンズ（図示せず）に入射した監視対象領域からの光が、光伝送ケーブル２５を通過して分光手段２４へ導かれるように構成されている。
【００４５】
集光手段２３は、レンズおよびレンズと光伝送ケーブル２５とを繋ぐ部材だけで構成できるため、発火源にならないものであり、また極めて小さく形成することができる。したがって、通常の電源を利用するＣＣＤカメラなどの設置が困難な、発火源となり得るものを設置できない場所や、極めて狭い場所にも設置することができ、例えば、水素供給ステーションの防爆区域内の蓄圧器室や圧縮機室などの狭隘部にも設置することができる。
【００４６】
分光手段２４は、公知の分光鏡を使用することができる。分光鏡は、可視光線線（概ね４００〜７００ｎｍ）を反射し、近赤外線（概ね８００〜１８００ｎｍ）を透過する鏡であり、あるいは、逆に可視光線線を透過し近赤外線を反射する鏡であってもよい。かかる分光鏡は、例えば、板ガラスに屈折率の異なる誘電体物質を多層状にコーティングすることにより製造することができる。
【００４７】
また、分光手段２４には、外乱光の影響を減らすために、後述する光学バンドパスフィルターとしての機能を付与してもよい。その場合には、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で任意に設定された波長を含む近赤外線を透過または反射する分光鏡を使用すればよい。
このような分光手段２４の具体例としては、透過波長の中心が１３５０〜１４５０ｎｍであって、バンド幅が半値全幅７０〜９０ｎｍである光学バンドパスフィルターとして機能する分光鏡を好適に使用することができる。
【００４８】
光伝送ケーブル２５は、一本の光ファイバー素線からなるケーブル、複数本の光ファイバー素線を束ねた光ファイバーバンドルケーブル、または、複数本の光ファイバー素線を束ねて溶着させたイメージファイバーケーブルなどを使用することができるが、画素度の高い鮮明な近赤外画像や可視光線画像を得るためには、イメージファイバーケーブルを使用することが望ましい。
かかる光伝送ケーブル２５により集光手段２３から分光手段２４に導かれた光は、分光手段２４によって近赤外線と可視光線に分光され、それぞれ近赤外線画像撮像手段２１と可視光線画像撮像手段２２へと導かれる。
【００４９】
近赤外線画像撮像手段２１は、分光手段２４から導かれた近赤外線によって、監視対象領域の水素が燃焼する際に生じるＨ２Ｏの発光スペクトルによる近赤外線画像を撮像するための手段であり、例えば、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で任意に設定された波長を含む近赤外線画像を、静止画撮像または動画撮像することができる撮像素子を備えたＣＣＤカメラを使用することができる。
かかるＣＣＤカメラが静止画を撮像するものである場合には、例えば、自動的に数秒毎に撮像できるものであれば連続監視が可能となるため好ましい。さらに、多様な監視用画像を取得するために、広角から望遠まで幅広い画角をカバーできるものであることが好ましい。
【００５０】
また、近赤外線画像撮像手段２１には、外乱光の影響を減らすために、特定波長の近赤外線だけを透過させる光学バンドパスフィルターを装着してもよい。この光学バンドパスフィルターは、照明光などの外乱光の影響を減らし、しかも水素火炎の輝度値を低下させないように、バンド幅が半値全幅１０〜１００ｎｍのものが好適であり、さらには半値全幅５０〜９０ｎｍのものがより好ましい。
なお、上記の分光手段２４に光学バンドパスフィルターの機能を付与する場合には、別途に光学バンドパスフィルターを設ける必要はない。
【００５１】
かかる近赤外線画像撮像手段２１の具体例としては、浜松ホトニクス社製のＩｎＧａＡｓカメラ（型番Ｃ１０６３３−１３）を好適に使用することができる。
【００５２】
このように、近赤外線画像撮像手段２１は、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で設定された波長を含む近赤外線画像を撮像するものであるが、図４のグラフに示すとおり、水素火炎には、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域の近赤外線が非常に多く含まれている。例えば、水素火炎が発する同波長領域の近赤外線の発光強度は、８００〜９５０ｎｍの波長領域の発光強度よりも数倍も強い。したがって、水素火炎監視装置１によれば、発光強度が低い小さな水素火炎であっても精度よく撮像して鮮明に可視化することができる。
【００５３】
また、図４のグラフに示すとおり、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域の近赤外線は、太陽光にはわずかしか含まれていない。したがって、水素火炎監視装置１は、太陽光を水素火炎と誤検知するという不具合がほとんど発生しないものである。
【００５４】
図４は、本発明者らの実験によって得られた、近赤外線の波長領域における水素火炎と太陽光の発光強度を示すグラフである。
折れ線Ｑ１は、晴天の野外において、１分間あたり１Ｌ量で噴出する水素ガスを燃焼させ、直近位置から近赤外線の発光強度を測定した結果を示しており、水素火炎の発する近赤外線の発光強度と、太陽光に含まれる近赤外線の発光強度との合算値を表している。
また、折れ線Ｑ２は、水素ガスを遮断して水素火炎が存在しない状態とし、その他はＱ１の測定と同じ条件で近赤外線の発光強度を測定した結果を示しており、太陽光に含まれる近赤外線の発光強度のみを表している。
なお、グラフの横軸（Ｘ軸）は波長（単位：ｎｍ）を示しており、縦軸（Ｙ軸）は、相対的な発光強度（任意単位）を示している。
【００５５】
水素火炎監視装置１が使用される水素供給ステーションなどの水素取扱施設は、事故の発生を未然に防ぐために、水素火炎の発生のみならず、不審者の侵入などの異常を検知するための連続監視手段が必要とされている。
不審者の侵入を連続監視する汎用の侵入者監視装置は、その多くの機種において概ね８００〜９５０ｎｍの波長領域の近赤外線を検知する近赤外線検知機と、同波長領域の近赤外線を照射する近赤外線照射機を備えている。このように８００〜９５０ｎｍの比較的波長が短い近赤外線であれば、近赤外線検知機として汎用の安価なＣＣＤカメラを用いることができるため、侵入者監視装置のコストを低く抑えることができるからである。
【００５６】
ここで、水素火炎監視装置１の近赤外線画像撮像手段２１は、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内で設定された波長を含む近赤外線画像を撮像するものであるから、８００〜９５０ｎｍの波長領域の近赤外線は撮像しない。したがって、水素火炎監視装置１によれば、上記の汎用の侵入者監視装置の近赤外線照射機から照射される近赤外線やその反射光を水素火炎の発光と誤検知することがないため、上記の汎用の侵入者監視装置と併用することが可能であり便利である。
【００５７】
次に、可視光線画像撮像手段２２は、分光手段２４から導かれた可視光線によって、監視対象領域の可視光線画像を撮像するための手段であり、例えば、可視光線領域（４００〜７００ｎｍ）の波長を含む可視光線画像を、静止画撮像または動画撮像することができる撮像素子を備えた汎用的なＣＣＤカメラを使用することができる。静止画を撮像するＣＣＤカメラである場合には、例えば、自動的に数秒毎に撮像できるものであれば連続監視が可能となるため好ましい。さらに、多様な監視用画像を取得するために、広角から望遠まで幅広い画角をカバーできることが好ましい。
【００５８】
また、可視光線画像撮像用のカメラは、カラー画像撮像用またはモノクロ画像撮像用のいずれのタイプでも使用できるが、一般にカラー画像は見易く、水素火炎の発生位置の特定もし易いため、カラー画像撮像用のカメラを使用することが望ましい。
【００５９】
可視光線画像撮像用のカメラがカラーＣＣＤカメラの場合は、ＲＧＢフィルターを備えたものを使用することができる。ＲＧＢフィルターについては、赤色の波長領域が近赤外線の波長領域と近いため、赤色の信号を差分画像の抽出のために使用することが好ましい。また、植物は近赤外線を強く散乱するため、植物の多い環境では葉の反射率の高い波長領域である緑色の信号を利用することが好ましい。画像処理ソフトに、用途に応じて抽出する単色成分（赤色、緑色または青色）を選択できるよう色選択機能を持たせてもよい。
【００６０】
かかる可視光線画像撮像手段２２の具体例としては、ワテック社製のカラーＣＣＤカメラ（型番ＷＴ−２５０Ｄ）を好適に使用することができる。
なお、可視光線画像撮像手段２２は、昼間の侵入者監視用の撮像機としても利用することが可能である。
【００６１】
＜情報処理部＞
情報処理部３はハードディスクなどの記憶装置３１と、ＣＰＵなどの演算装置３２と、ディスプレイ画面などの表示装置３３を備えており、例えば、パーソナルコンピュータにより構成することができる。
【００６２】
撮像部２によって同じ監視対象領域を同時に撮像された近赤外線画像と可視光線画像は、情報処理部３に伝送されて記憶装置３１に記録される。
記憶装置３１は、平常時には、近赤外線画像と可視光線画像を時系列で連続的に記録し、新しい画像を取り込む度に過去の古い画像を消去するようにしてある。ただし、水素火炎が検知された場合には、火炎検知の前後にわたる所定時間の画像（例えば、火炎発生前後の２４時間の画像）を保存する。そうすることで、ガス遮断を行った後に火炎発生箇所（水素ガスの漏出箇所）を特定したり、火炎発生の原因究明に役立てたりすることができるため便宜である。そのためには、水素火炎の検知後から所定時間の画像を取得し画像更新を停止するか、火炎検知前後の所定時間の画像を別領域に移動し上書き不可とした上で画像更新を継続するようにすればよい。
【００６３】
演算装置３２は、記憶装置３１に保存された画像処理ソフトウェアに基づいて、近赤外線画像と可視光線画像との差分画像を抽出し、二値化し、着色して火炎画像とし、それを可視光線画像からなる背景画像に重畳して合成画像を作成するといった一連の画像処理を行うように構成されている。
【００６４】
かかる画像処理の手順としては、まず、近赤外線画像と可視光線画像との差分画像を抽出する。
ここで、近赤外線画像と可視光線画像との差分を取る理由は、水素火炎の発する近赤外線を捉えるときにその波長領域において照明光などの外乱光が存在するので、この外乱光の成分を可視光線の波長で検知して、近赤外線画像から外乱光の成分を差し引いて消去するためである。
なお、可視光線画像がカラー画像である場合には、そのカラー画像から単色成分画像を抽出して、近赤外線画像と単色成分画像との差分を取ればよい。
【００６５】
次に、得られた差分画像を設定した閾値と比較し、閾値以上の値を示す領域を水素火炎が存在する領域と判断して二値化処理することで二値画像を取得する。
二値化処理に用いる閾値は、演算装置３２によって、差分画像の濃度ヒストグラムを作成し、そのヒストグラムから公知の閾値自動決定方法によって自動的に算出する。
なお、閾値の設定は、上記のように演算装置が自動的に算出して設定する方法に限られず、例えば、現場でユーザーが差分画像の表示を見ながら手動で調整して適宜に値を入力設定する方法であってもよい。
【００６６】
次に、得られた二値画像の高輝度部分を圧縮し、続いて膨張させて細かいノイズ（高輝度面積の少ない部分）を除去した後に着色することで火炎画像を取得する。そして、かかる火炎画像を上記可視光線画像による背景画像上に重畳して合成画像を作成する。
【００６７】
また、演算装置３２は、上記二値画像に基づき水素火炎の有無を判別する判別手段を有する。上記二値画像は、設定した閾値以上の値を示す領域を水素火炎が存在する領域と判断して作成されるため、かかる二値画像によれば水素火炎の有無を容易かつ確実に判別することができる。
かかる判別手段によって水素火炎が検知された場合、情報処理部３は、水素火炎発生の警報を発報すると共に、記憶装置３１に水素火炎発生の前後にわたる所定時間の近赤外線画像および可視光線画像を保存するように作動する。
【００６８】
表示装置３３はディスプレイ画面であり、上記合成画像をほぼリアルタイムで表示することができるため、迅速かつ適切な消火作業に資することができる。
【００６９】
≪水素火炎監視装置の実施形態≫
次に、本発明の水素火炎監視装置の実施形態を説明する。
図２に示す水素火炎監視装置１０は、上記の水素火炎監視装置１に検知部４を付加して構成されており、検知部４は、監視対象領域からの紫外線を受け取り可視光線に変換する集光手段４３と、集光手段４３から導かれた可視光線から特定波長の紫外線を検知する紫外線検知手段４１を備える。また、検知部４は、監視対象領域からの遠赤外線を受け取る集光手段４４と、集光手段４４から導かれた特定波長の遠赤外線を検知する遠赤外線検知手段４２を備える。
以下、検知部４および情報処理部３について説明するが、撮像部２は上記参考形態の撮像部２と同じものなので、ここでは説明を省略する。
【００７０】
＜検知部＞
集光手段４３は、監視対象領域からの光を受け取るレンズ（図示せず）と、２００〜４００ｎｍの波長領域の紫外線を可視光線に変換する波長変換器（図示せず）を備えており、紫外線検知手段４１と光伝送ケーブル４５を介して接続されている。かかる構成により、水素火炎が発する上記波長領域の紫外線がレンズに入射すると、波長変換器によって可視光線に変換されて光伝送ケーブル４５を通過して紫外線検知手段４１へと導かれる。
なお、光伝送ケーブル４５で伝送された可視光線が微弱である場合には、増幅器（図示せず）によって増幅した後に紫外線検知手段４１へと導くようにすればよい。
【００７１】
ここで、紫外線を可視光線に変換する理由は、紫外線をそのまま光伝送ケーブルで伝送するには、紫外線伝送用の専用品が必要であるが、可視光線に変換すれば、可視光線伝送用の安価な汎用品を使用することができるからである。
【００７２】
また、波長変換器は、例えば、蛍光物質を分散させたガラスからなり、その樹脂に入射した紫外線が蛍光物質を励起させて可視光線を生じさせることで、紫外線から可視光線への波長変換が行われるようになっている。
かかる可視光線変換器の具体例としては、住田光学ガラス社製の機能性蛍光ガラス「ルミラス」（型番ルミラス−Ｇ９）を好適に使用することができる。
【００７３】
集光手段４３は、レンズ、波長変換器、およびこれらと光伝送ケーブル４５とを繋ぐ部材だけで構成できるため、発火源にならないものであり、また小さく形成することができる。したがって、通常の電源を利用するＣＣＤカメラなどの設置が困難な、発火源となり得るものを設置できない場所や、極めて狭い場所にも設置することができ、例えば、水素供給ステーションの防爆区域内の狭い蓄圧器室や圧縮機室などにも設置することができる。
【００７４】
紫外線検知手段４１は、水素火炎が発する２００〜４００ｎｍの波長領域の紫外線を検知するセンサであるが、かかる紫外線は、集光手段４３に備えられた波長変換器によって特定波長領域の可視光線に変換されるので、紫外線検知手段４１に使用するセンサとしては、その特定波長領域の可視光線を検知できるものである必要がある。
したがって、紫外線検知手段４１のセンサは、特定波長領域の可視光線にのみ感度を有する受光素子により構成することができ、また、特定領域の可視光線のみを透過させる光学バンドパスフィルターとフォトダイオードの組み合わせにより構成してもよい。
【００７５】
水素火炎の発する紫外線は、２８５ｎｍ、３０６ｎｍおよび３０９ｎｍの波長に発光強度のピークが存在するため、これらのピークを示す波長のいずれかを含む波長領域を検知するように構成することが好ましい。例えば、３０９ｎｍの波長の紫外線を検知したい場合には、かかる紫外線は集光手段４３の波長変換器によって可視光線に変換されるので、かかる可視光線を紫外線検知手段４１のセンサで検知できるようにすればよい。
かかる紫外線検知手段４１の具体例としては、住田光学ガラス社製の紫外センサ（型番ＵＶ−２００）を好適に使用することができる。
【００７６】
次に、集光手段４４は、監視対象領域からの光を受け取るレンズ（図示せず）を備えており、遠赤外線検知手段４２と光伝送ケーブル４６を介して接続されている。かかる構成により、レンズに入射した水素火炎が発する遠赤外線は、光伝送ケーブル４６を通過して遠赤外線検知手段４２へ導かれる。
【００７７】
集光手段４４は、レンズおよびレンズと光伝送ケーブル４６とを繋ぐ部材だけで構成できるため、発火源にならないものであり、また、極めて小さく形成することができる。したがって、防爆区域や極めて狭い場所にも設置することができる。
【００７８】
遠赤外線検知手段４２は、水素火炎の熱に起因する遠赤外線を検知する手段であり、概ね７〜１４μｍの波長領域内で設定された波長を含む遠赤外線を検知できる遠赤外センサなどを使用することができる。
かかる遠赤外線検知手段４２（遠赤外線センサ）の具体例としては、ニッタン社製の赤外線式炎検知器（型番：１ＲＢ−ＥＷ）を好適に使用することができる。
【００７９】
また、遠赤外線検知手段４２として遠赤外線画像撮像機を使用する場合、水素火炎と水素火炎によって加熱された周辺部から発せられる遠赤外線画像を撮像できると共に、人の体温に起因する遠赤外線画像を撮像できるので、夜間の侵入者監視用の撮像機として利用することができる。
さらに、かかる遠赤外線画像撮像機によって取得した遠赤外線画像に基づいて、監視対象領域中の最高温度の位置表示と温度表示を行うことや、機器の温度上昇を検知し電気的に温度を出力するサーモグラフィーとして使用するなど、監視対象領域における温度監視を行うことも可能である。
【００８０】
かかる遠赤外線検知手段４２（線赤外線画像撮像機）の具体例としては、フレアシステム社製長波赤外線カメラ（型番ＱＵＡＲＫ２，透過波長７．５〜１３．５μｍ）を好適に使用することができる。
【００８１】
＜情報処理部＞
水素火炎監視装置１０の情報処理部３は、上記第１実施形態の水素火炎監視装置１の情報処理部３と同様に、記憶装置３１と演算装置３２と表示装置３３を備えており、例えばパーソナルコンピュータによって構成することができる。
かかる演算装置３２には、上記参考形態の演算装置３２の構成要素に加えて、検知部４において、水素火炎の発する波長の紫外線と、水素火炎の熱に起因する波長の遠赤外線とを同時に検知した場合に水素火炎が発生したものと判定する判定手段が設けられている。
【００８２】
そのため、水素火炎監視装置１０は、水素火炎の発生を高精度で検知することができるものである。その理由は、例えば、紫外線検知手段４１が太陽光に含まれる紫外線を水素火炎から発せられた紫外線と誤検知した場合や、遠赤外線検知手段４２が水素火炎以外の原因による監視対象領域の温度上昇を水素火炎によるものと誤検知した場合においても、両検知手段４１、４２による検知が同時に行われない限りは水素火炎の発生と判定しないからである。
【００８３】
水素火炎監視装置１０は、演算装置３２の判定手段によって水素火炎の発生が検知された場合に警報を発報するようになっている。
さらに、かかる水素火炎発生の検知をトリガーとして、記憶装置３１への水素火炎発生の前後における所定時間の近赤外線画像および可視光線画像の保存を開始すると共に、演算装置３２による近赤外線画像と可視光線画像との差分画像抽出から水素火炎画像と背景画像との合成画像作成までの一連の画像処理を開始するようになっている。
【００８４】
また、水素火炎の検知精度をより高めるために、演算装置３２の「判定手段」と、上記の二値画像に基づき水素火炎の有無を判別する「判別手段」の両方を組み合わせることができる。
例えば、「判定手段」によって水素火炎の発生が検知された場合であって、かつ「判別手段」によって水素火炎の存在が検知された場合に、水素火炎が発生したものと判断して、警報を発報したり、記憶装置３１への近赤外線画像および可視光線画像の保存を開始したりすることができる。
【００８５】
また、水素火炎監視装置１０は、その遠赤外線検知手段４２が遠赤外線画像撮像機である場合には、夜間の侵入者監視用の撮像機として使用することができるため、昼間の侵入者監視用の撮像機として使用できる可視光線画像撮像手段２２と相まって、防犯用の監視装置として使用できるものである。例えば、移動物体の検出を行わない水素火炎監視モードと、移動物体の検出を行う侵入者検知モードを設け、後者においては可視光線画像または遠赤外線画像に基づき、あるいは両画像に基づいて、移動物体（侵入者）を検知した場合に発報するようにしてもよい。
このように、水素火炎監視装置１０を防犯用の監視装置として利用する場合には、同じ監視対象領域について別の防犯用の監視装置を設けることが不要となり便宜である。
【００８６】
≪水素取扱施設≫
次に、本発明の水素取扱施設を説明する。
図３に示す水素取扱施設５は、燃料電池自動車Ｃに水素ガスを充填するための水素供給ステーションであり、水素供給装置５３とその周辺に配置された図示しない水素輸送配管や水素貯蔵タンクなどの水素取扱機器を備え、さらに管理棟５１とこれらを覆うキャノピー（屋根）５２が設置されている。
水素取扱施設５の水素供給装置５３の付近には、発火源となり得るものの設置が禁止されている防爆区域Ｅ１が設けられており、かかる防爆区域Ｅ１以外の区域は非防爆区域Ｅ２とされている。
【００８７】
キャノピー５２の下面側の防爆区域Ｅ１内には、水素火炎監視装置１０の集光ユニット５４が設置されており、集光ユニット５４は光伝送ケーブルユニット５５によって、非防爆区域Ｅ２内の管理棟１の中に配置された水素火炎監視装置１０の本体部分と接続されている。
なお、集光ユニット５４は、図２に示す３つの集光手段２３、４３および４４を、まとめて１つの小さな筐体内に配置したものであり、また、光伝送ケーブルユニット５５は、図２に示す３本の光伝送ケーブル２５、４５および４６を一体に束ねて形成したケーブルである。
【００８８】
また、キャノピー５２の下面側の非防爆区域Ｅ２内には、近赤外線照射機を備えた侵入者監視装置５６が設置されており、その侵入者監視装置５６による監視対象領域（図示せず）は、水素火炎監視装置１０の集光ユニット５４による監視対象領域Ｓと、多くの範囲において重複している。
【００８９】
水素取扱施設５の監視対象領域Ｓにおいて水素火炎Ｆが発生した場合には、集光ユニット５４が水素火炎Ｆからの光を捉え、光伝送ケーブルユニット５５によって、撮像部２の分光手段２４と、検知部４の紫外線検知手段４１および遠赤外線検知手段４２に伝送される。すると、紫外線検知手段４１が水素火炎の発する特定波長の紫外線を検知し、遠赤外線検知手段４２が水素火炎の熱に起因する特定波長の遠赤外線を検知することで、演算手段３２の判定手段によって水素火炎が発生したものと判定され、警報が発報される。また、分光手段２４によって分光された特定波長の近赤外線による近赤外線画像と可視光線による可視光線画像とが、記憶装置３１に水素火炎Ｆの発生の前後にわたって２４時間保存されると共に、演算手段３２により近赤外線画像と可視光線画像を用いて水素火炎を可視化する一連の画像処理が開始される。
【００９０】
ここで、集光ユニット５４は、発火源となり得るものを有しないので、防爆区域Ｅ１内に配置されて、監視対象領域Ｓの全体を、ほぼ５ｍ以内の近距離から監視できるようにしてある。したがって、発光強度が低い小さな水素火炎であっても検知でき、鮮明な火炎画像を作成することができる。
また、水素火炎監視装置１０のうち、集光ユニット５４と光伝送ケーブルユニット５５以外の本体部分は、非防爆区域Ｅ２にある管理棟５１内に配置されているので、かかる本体部分を防爆仕様にする必要がなく、水素取扱施設５をコスト性に優れたものとすることができる。
【００９１】
水素取扱施設５の非防爆区域Ｅ２に設置された侵入者監視装置５６は、概ね８００〜９５０ｎｍの波長領域を含む近赤外線画像を撮像する近赤外線画像撮像機と、同波長領域の近赤外線を照射する近赤外線照射機を備えている。
この侵入者監視装置５６は、一般に普及している侵入者監視装置であり、侵入者を近赤外線画像撮像機で捉えて監視するものであるが、夜間は近赤外線照射機から概ね８００〜９５０ｎｍの波長領域の近赤外線を照射して、その反射光を近赤外線画像撮像機で捉えるようになっている。
【００９２】
水素取扱施設５に設置されている水素火炎監視装置１０は、近赤外線画像撮像手段２１を備えているが、１３４０〜１５００ｎｍの波長領域内の近赤外線画像を撮像するものなので、侵入者監視装置５６の近赤外線照射機から照射される８００〜９５０ｎｍの近赤外線は撮像しない。
したがって、侵入者監視装置５６の近赤外線照射機による照射光やその反射光を、水素火炎による近赤外線であると誤検知する恐れがないため、水素火炎監視装置１０は、汎用の侵入者監視装置５６と併用することができるものであり便利である。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、燃焼時に火炎が見えない水素を扱う水素取扱施設における火災の監視に適しており、特に水素火炎を可視化することで、消火作業の的確性と安全性を確保する場合に好適である。
【符号の説明】
【００９４】
１，１０  ・・水素火炎監視装置
２    ・・撮像部
２１  ・・近赤外線画像撮像手段
２２  ・・可視光線画像撮像手段
２３  ・・集光手段
２４  ・・分光手段
２５  ・・光伝送ケーブル
３    ・・情報処理部
３１  ・・記憶装置
３２  ・・演算装置
３３  ・・表示装置
４    ・・検知部
４１  ・・紫外線検知手段
４２  ・・遠赤外線検知手段
４３，４４  ・・集光手段
４５，４６  ・・光伝送ケーブル
５    ・・水素取扱施設（水素供給ステーション）
５１  ・・管理棟
５２  ・・キャノピー
５３  ・・水素供給装置
５４  ・・集光ユニット
５５  ・・光伝送ケーブルユニット
５６  ・・侵入者監視装置
Ｃ    ・・燃料電池自動車
Ｆ    ・・水素火炎
Ｅ１  ・・防爆区域
Ｅ２  ・・非防爆区域
Ｓ    ・・監視対象領域