(57)【要約】      （修正有）【課題】健康、環境及び安全上の問題を回避し、発電機の構成要素の腐食を回避するガス漏れの検出のための方法およびシステムを提供する。【解決手段】機械１５におけるガス漏れを検出するためのシステムは、非腐食性トレーサガスの供給源３０および機械１５内に非腐食性トレーサガスを導入するためのサブシステム２９を含む。赤外線撮像装置２０は、機械１５の少なくとも一部の画像を表示するために通知装置と通信するように適合される。赤外線撮像装置２０は、冷却式検出器２４および約３〜約５μｍのスペクトル応答を有するフィルタ２５を有する。冷却式検出器２４およびフィルタ２５の少なくとも一方は冷却される。赤外線撮像装置２０は、テルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）光検出器、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）光検出器、または中波長量子井戸赤外線光検出器（ＱＷＩＰ）の１つを含む。通知装置は、ガス漏れを示すように適合される。【選択図】図１
2017093286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械（１５）におけるガス漏れを検出するためのシステム（１０、６００）であって、
非腐食性トレーサガスの供給源（３０、１１１６）と、
前記機械（１５）内に前記非腐食性トレーサガスを導入するためのサブシステム（２９）と、
前記機械（１５）の少なくとも一部の画像を表示するために通知装置（６３０）と通信するように適合された赤外線撮像装置（２０、６２０）であって、該赤外線撮像装置（２０、６２０）が、冷却式検出器（２４）および約３μｍ〜約５μｍのスペクトル応答を有するフィルタ（２５）を備え、前記検出器（２４）および前記フィルタ（２５）の少なくとも一方が冷却され、前記赤外線撮像装置（２０、６２０）が、テルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）光検出器、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）光検出器、または中波長量子井戸赤外線光検出器（ＱＷＩＰ）の１つを備える、赤外線撮像装置（２０、６２０）と
を備え、
前記通知装置（６３０）が、前記ガス漏れを示すように適合されている、システム（１０、６００）。
【請求項２】
前記機械（１５）が、オンラインまたはオングリッドの水素冷却式発電機である、請求項１に記載のシステム（１０、６００）。
【請求項３】
前記機械（１５）が、発電電動機械、水素（Ｈ2）冷却式発電機、直接液体冷却式発電機、加圧型発電機、加圧ガス冷却式発電機、加圧空気冷却式発電機、電動機、同期コンデンサ、蒸気タービン、または封止された容器の１つである、請求項１に記載のシステム（１０、６００）。
【請求項４】
前記非腐食性トレーサガスが、二酸化炭素（ＣＯ2）または炭化水素ガスである、請求項１に記載のシステム（１０、６００）。
【請求項５】
前記フィルタ（２５）の前記スペクトル応答が、約４．２μｍ〜約４．４μｍである、請求項１に記載のシステム（１０、６００）。
【請求項６】
前記赤外線撮像装置（２０、６２０）が、テルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）光検出器である、請求項１に記載のシステム（１０、６００）。
【請求項７】
前記赤外線撮像装置（２０、６２０）が、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）光検出器である、請求項１に記載のシステム（１０、６００）。
【請求項８】
前記赤外線撮像装置（２０、６２０）が、中波長量子井戸赤外線光検出器（ＱＷＩＰ）である、請求項１に記載のシステム（１０、６００）。
【請求項９】
前記非腐食性トレーサガスが、二酸化炭素（ＣＯ2）であり、前記機械（１５）が、オングリッドまたはオンラインの水素冷却式発電機であり、前記ＣＯ2が、水素および前記ＣＯ2の混合物が約０．１％〜約１０％の前記ＣＯ2の含有率を有するまで前記水素冷却式発電機に注入される、請求項１に記載のシステム（１０、６００）。
【請求項１０】
前記非腐食性トレーサガスが、二酸化炭素（ＣＯ2）であり、前記機械（１５）が、オフグリッドまたはオフラインの水素冷却式発電機であり、前記ＣＯ2が、水素および前記ＣＯ2の混合物が約０．１％〜約１００％の前記ＣＯ2の含有率を有するまで前記水素冷却式発電機に注入される、請求項１に記載のシステム（１０、６００）。
【請求項１１】
水素冷却式発電機（１５、１１１５）におけるガス漏れを検出するためのシステム（１０、６００）であって、
二酸化炭素（ＣＯ2）のトレーサガスの供給源（３０、１１１６）と、
前記発電機（１５、１１１５）内に前記二酸化炭素ガスを導入するためのサブシステム（２９）と、
前記発電機（１５、１１１５）の少なくとも一部の画像を表示するために通知装置（６３０）と通信するように適合された赤外線撮像装置（２０、６２０）であって、該赤外線撮像装置（２０、６２０）が、冷却式検出器（２４）および約４．２μｍ〜約４．４μｍのスペクトル応答を有するフィルタ（２５）を備え、前記検出器（２４）および前記フィルタ（２５）の少なくとも一方が、約−１９６℃に冷却され、前記赤外線撮像装置（２０、６２０）が、テルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）光検出器、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）光検出器、または中波長量子井戸赤外線光検出器（ＱＷＩＰ）の１つを備える、赤外線撮像装置（２０、６２０）と
を備え、
前記通知装置（６３０）が、前記ガス漏れを示すように適合されている、システム（１０、６００）。
【請求項１２】
前記赤外線撮像装置（２０、６２０）が、テルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）光検出器である、請求項１１に記載のシステム（１０、６００）。
【請求項１３】
前記赤外線撮像装置（２０、６２０）が、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）光検出器である、請求項１１に記載のシステム（１０、６００）。
【請求項１４】
前記赤外線撮像装置（２０、６２０）が、中波長量子井戸赤外線光検出器（ＱＷＩＰ）である、請求項１１に記載のシステム（１０、６００）。
【請求項１５】
前記発電機（１５、１１１５）が、オングリッドもしくはオンラインであり、前記二酸化炭素が、水素および前記二酸化炭素の混合物が約０．１％〜約１０％の前記二酸化炭素の含有率を有するまで前記発電機（１５、１１１５）に注入されるか、または
前記発電機（１５、１１１５）が、オフグリッドもしくはオフラインであり、前記二酸化炭素が、水素および前記二酸化炭素の混合物が約０．１％〜約１００％の前記二酸化炭素の含有率を有するまで前記発電機（１５、１１１５）に注入される、
請求項１１に記載のシステム（１０、６００）。
【請求項１６】
機械（１５）におけるガス漏れを検出するための方法であって、
前記機械（１５）の少なくとも一部を含む視野（４０）を有するように、検出器（２４）および約４．２μｍ〜約４．４μｍのスペクトル応答を有するフィルタ（２５）を有する赤外線撮像装置（２０、６２０）を配置するステップであって、前記検出器（２４）および前記フィルタ（２５）の少なくとも一方が、約−１９６℃に冷却され、前記赤外線撮像装置（２０、６２０）が、テルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）光検出器、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）光検出器、または中波長量子井戸赤外線光検出器（ＱＷＩＰ）の１つを備える、ステップと、
二酸化炭素であるトレーサガスを前記機械（１５）内に導入するステップと、
前記トレーサガスの吸収スペクトルに関して、前記赤外線撮像装置（２０、６２０）によって受けられる放射をフィルタリングするステップと、
通知装置（６３０）上に通知を表示するステップであって、前記ガス漏れが、前記通知装置（６３０）上の前記通知によって示される、ステップと
を含む方法。
【請求項１７】
前記赤外線撮像装置（２０、６２０）が、テルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）光検出器である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記赤外線撮像装置（２０、６２０）が、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）光検出器である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記赤外線撮像装置（２０、６２０）が、中波長量子井戸赤外線光検出器（ＱＷＩＰ）である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記機械（１５）が、オングリッドまたはオンラインであり、水素および前記二酸化炭素の混合物が約０．１％〜約１０％の前記二酸化炭素の含有率を有するまで前記機械（１５）内に前記二酸化炭素を注入するステップ、または
前記機械（１５）が、オフグリッドまたはオフラインであり、水素および前記二酸化炭素の混合物が約０．１％〜約１００％の前記二酸化炭素の含有率を有するまで前記機械（１５）内に前記二酸化炭素を注入するステップ
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示されている主題は、一般に漏れの検出に関し、より詳細には、水素冷却式発電機における冷却剤の漏れのオンライン検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の発電機は、一般的に、低密度ガスによって冷却される。水素（Ｈ2）は、他の冷却ガスの選択肢と比べたときに低い風損の摩擦（ｗｉｎｄａｇｅ  ｆｒｉｃｔｉｏｎ）、高い熱放散能力、およびコロナ放電に対する高い抵抗を含むその望ましい熱物性に起因して冷却剤として幅広く使用されている。さらに、Ｈ2は、容易に入手可能でかつ安価であるという利点を有する。
【０００３】
Ｈ2の漏れは、発電機の効率的な運転を妨げ得るものであり、場合によっては、停電を発生させ得る。発電機の周りのＨ2の漏れの、可能性がある領域の中には、高電圧ブッシング、シールケーシング、および管フランジを含むステータケーシングのフランジ継手がある。また、漏れは、冷却器、溶接部、ボルトヘッド、および端部シールドの境界の周りに発生し得る。外端シールド、ロータ端子パッキン（ｒｏｔｏｒ  ｔｅｒｍｉｎａｌ  ｐａｃｋｉｎｇ）、集電器アセンブリ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）内の軸受筐体および計装配線の貫通のために作られたグランドもまた漏れを発生させ易い場合がある。他の気密移行部および溶接接合部、ならびに、シールオイルドレンシステム、ガス配管、ならびに水素掃気ラインおよび弁が配置される水素キャビネットが、漏れの発生源になる場合がある。発電機が、水冷式発電機の場合、ステータ水冷巻線が、ステータ水冷システム（ＳＷＣＳ：ｓｔａｔｏｒ  ｗａｔｅｒ  ｃｏｏｌｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）の漏れの発生源になる場合もあり、水素は、ＳＷＣＳの水タンクの空間の上方から脱泡する。
【０００４】
Ｈ2の漏れの検出は困難である。なぜなら、Ｈ2が、無色、無臭であり、Ｘ線〜電波波長で測定不可能であり、その低密度に起因して、大気に漏れるときに急速に散逸するからである。潜在的なＨ2の漏れの監視および検出における技術的課題は、タービン発電機（特に、接近不可能な、空間が制限された領域）におけるＨ2の漏れの正確な位置を特定することにある。一般的に、水素の漏れは、発電機が通常よりも多くの水素を消費し始めたときにのみ示される。この状況において、オペレータは、漏れが存在することに気付くが、漏れの位置は知られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９１７０１９３号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本開示は、健康、環境、および安全上の問題を回避し、発電機の構成要素の腐食を回避する、Ｈ2冷却式発電機からのＨ2の漏れの遠隔の、高感度の、正確な、安全な、高速の、オンラインまたはオフラインの検出のための方法およびシステムを提供する。本方法および本システムは、トレーサガス注入がオングリッドまたはオフグリッドの発電機のガス圧への悪影響を最小にしつつ制御された方法で規則正しく実行され得るようにトレーサガスの導入を実現する。また、本方法および本システムは、オングリッドの発電機の出力を低下させることのない、トレーサガスの導入および／またはアイドリング（またはターニングギヤ運転）の状態にあり得るが、急速にオンラインにされ得る発電機の内部の、Ｈ2以外のガス媒体（窒素またはアルゴンなど）へのトレーサガスの導入を実現する。
【０００７】
一態様によれば、機械におけるガス漏れを検出するためのシステムは、非腐食性トレーサガスの供給源および機械内に非腐食性トレーサガスを導入するためのサブシステムを含む。赤外線撮像装置は、機械の少なくとも一部の画像を表示するために通知装置と通信するように適合される。赤外線撮像装置は、冷却式検出器および約３μｍ〜約５μｍのスペクトル応答を有するフィルタを有する。検出器およびフィルタの少なくとも一方は冷却される。赤外線撮像装置は、テルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）光検出器、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）光検出器、または中波長量子井戸赤外線光検出器（ＱＷＩＰ）の１つを含む。通知装置は、ガス漏れを示すように適合される。
【０００８】
別の態様において、機械または水素冷却式発電機におけるガス漏れを検出するためのシステムは、二酸化炭素（ＣＯ2）トレーサガスの供給源および機械または発電機内に二酸化炭素ガスを導入するためのサブシステムを含む。また、本システムは、機械または発電機の少なくとも一部の画像を表示するために通知装置と通信するように適合される赤外線撮像装置を含む。赤外線撮像装置は、冷却式の中波長検出器および約４．２μｍ〜約４．４μｍのスペクトル応答を有するフィルタを含む。検出器およびフィルタの少なくとも一方は、約−１９６℃に冷却される。赤外線撮像装置は、テルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）光検出器、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）光検出器、または中波長量子井戸赤外線光検出器（ＱＷＩＰ）の１つを含む。通知装置は、ガス漏れを示すように適合される。
【０００９】
さらに別の態様において、発電機におけるガス漏れを検出するための方法は、発電機の少なくとも一部を含む視野を有するように、検出器および約４．２μｍ〜約４．４μｍのスペクトル応答を有するフィルタを有する赤外線撮像装置を配置する配置ステップを含む。検出器およびフィルタの少なくとも一方は、約−１９６℃に冷却される。赤外線撮像装置は、テルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）光検出器、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）光検出器、または中波長量子井戸赤外線光検出器（ＱＷＩＰ）の１つを含む。導入ステップは、発電機内にトレーサガスを導入し、トレーサガスは、二酸化炭素である。フィルタリングステップは、トレーサガスの吸収スペクトルに関して、赤外線撮像装置によって受けられる放射をフィルタリングする。表示ステップは、通知装置上に通知を表示し、ガス漏れは、通知装置上の通知によって示される。
【００１０】
本発明の他の特徴および利点は、本発明の特定の態様の原理を例として示す添付図面と併せて、好ましい実施形態に関する以下のより詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の態様に従って、漏れ検出システムの概略図を示している。
【図２】ＣＯ2の吸収スペクトルのグラフである。
【図３】プロパンの吸収スペクトルのグラフである。
【図４】ｎ−ブタンの吸収スペクトルのグラフである。
【図５】様々な波長にわたって様々なガスの赤外線信号強度を示している。
【図６】本発明の態様に従って、水素冷却式発電機におけるガス漏れを検出するためのシステムの部分斜視図を示している。
【図７】本発明の態様に従って、赤外線撮像装置からのスクリーンショットキャプチャおよび漏れ検出中の表示を示している。
【図８】本発明の態様に従って、水素冷却式発電機におけるガス漏れを検出するための方法のフローチャートを示している。
【図９】本発明の態様に従って、表示ステップのフローチャートを示している。
【図１０】本発明の態様に従って、漏れ検出中に使用される画像を表示するために使用されるディスプレイの概略図を示している。
【図１１】発電機のガスマニホールドの既存のＣＯ2パージパイプラインに取り付けられるトレーサガス自動注入システムであって、タービンデッキより下にあってもよいトレーサガス自動注入システムの概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の態様は、オングリッドまたはオフグリッドの機械への環境的に安全な非腐食性トレーサガスの導入によって発電電動機械（例えば、電動機もしくは発電機）またはターボ機械におけるガス漏れを検出するためのシステムを含む。漏出するトレーサガスの画像を表示するように適合された赤外線撮像装置が提供される。
【００１３】
図１は、機械１５と共に使用するための、ガス漏れを検出するためのシステム１０の概略図を示している。機械１５は、発電電動機械、水素（Ｈ2）冷却式発電機、直接液体冷却式発電機、加圧型発電機（ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）、加圧ガス冷却式発電機、もしくは加圧空気冷却式発電機、電動機、同期コンデンサ（ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）、蒸気タービン、または漏れ検出を必要とする任意の機械、封止された容器、入れ物、もしくはタンクであってもよい。語句「漏れ検出」は、漏れの検出および漏れの発生源の位置特定を含む。漏れ検出システム１０は、機械１５の大部分またはごく一部をスキャンすることができる赤外線撮像装置２０を含む。赤外線撮像装置は、ゲルマニウムまたは他の赤外線透過性ガラス材料で作られたレンズを含んでもよい。赤外線撮像装置２０は、約３μｍ〜約５μｍの応答を有する冷却式検出器２４を有する持ち運び可能な手持ち式の中波赤外線カメラであってもよく、また、フィルタ２５の使用によって約４．２μｍ〜約４．４μｍにスペクトル的にさらに適合されてもよい。検出器２４およびフィルタ２５を、フィルタが検出器と共に冷却され得るように互いに接触させ、これにより、検出感度をさらに向上させてもよい。フィルタ２５は、検出器２４への通過を許される放射波長を、バンドパスと呼ばれる非常に狭い帯域に制限する。この技術は、スペクトル適合と呼ばれる。これにより、赤外線撮像装置２０は、トレーサガスとして使用され得るガスに最も応答し易くなる。本発明の他の態様において、直列の１つ以上のフィルタ２５が使用されてもよい（例えば、３μｍ〜５μｍのスペクトル応答を有する第１のフィルタが、４．２μｍ〜４．４μｍのスペクトル応答を有する第２のフィルタと直列に並べられてもよい）。加えて、フィルタ２５を、赤外線撮像装置２０の外に配置し、これにより、汎用性の向上をもたらしてもよい。
【００１４】
漏れ検出システム１０は、導管３１および制御弁３５を介して機械１５に接続される、トレーサガスの供給源３０を含む、トレーサガスを導入するためのサブシステム２９を含んでもよい。トレーサガス自動注入システム（図示せず）は、トレーサガス自動注入が大量のターボ発電機に用いられる場合、アルゴリズムを含んでもよく、タービンデッキ制御室で監視されてもよい。赤外線撮像装置２０は、Ｈ2冷却式タービン発電機１５の一部を含む視野４０を赤外線撮像装置２０に提供するアウターレンズ３９を含んでもよい。例えば、レンズ３９は、約１４ｍｍ〜約６０ｍｍのまたはこれを上回る固定焦点距離を有してもよい。また、レンズ３９は、ある範囲の焦点距離を有する多焦点レンズ（例えば、ズームレンズ）を備えてもよい。一般に、最も多い使用は、建物の内部でのものであり、このため、より広い視野（２５ｍｍまたは１２．５ｍｍなどのより低い数値の焦点距離）が好ましい場合がある。しかしながら、狭い視野（５０ｍｍまたは１００ｍｍなどのより高い数値の焦点距離）が、一部の用途において漏れを突き止めるために好適な場合もある。機械１５に漏れ箇所４５（冷却器のガスケットまたはボルトでの漏れなど）が存在する場合、漏れるガスは、漏れ箇所４５から流出する漏れガス雲５０を発生させる。同様に、機械１５に漏れ箇所５５（端部シールドなどの）が存在する場合、漏れるガスは、漏れ箇所５５から流出する漏れガス雲６０を発生させる。漏れガス雲５０および漏れガス雲６０は、赤外線撮像装置２０によって検出されることができるトレーサガスを含有する。
【００１５】
動作中、赤外線撮像装置２０は、漏れガス雲５０中のトレーサガスを不透明にする（または可視化する）ことによって漏れガス雲５０の画像を表示する。多くのガスに関して、赤外線放射を吸収する能力は、放射波長および漏れるトレーサガスと周囲との温度差に依存する。言い換えれば、それらの透明度は、波長と共に変化し、検出感度は、温度差と共に変化する。それらが吸収に起因して本質的に不透明となる赤外線波長が存在し得る。赤外線撮像装置２０は、トレーサガスの吸収特性および放出特性を視覚化して、トレーサガスをそのホスト環境から識別する能力をユーザに与えるように適合される。フィルタ２５は、トレーサガスの分子結合の振動／回転エネルギー遷移および放出と波長が一致する赤外線スペクトルを通すように設計される。これらの遷移および放出は、一般的に、分子の双極子モーメントの変化を通して本分野に強く結び付いており、多くの種類のガスおよび蒸気に共通する。赤外線撮像装置２０の検出器２４は、トレーサガスの遠隔撮像の感度を向上させるために、約−８０℃〜約−２００℃または約−１９６℃に冷却されてもよく、一体化されたデュワー／検出器冷却器アセンブリ（ＩＤＣＡ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｄｅｗａｒ／ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｃｏｏｌｅｒ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）、テルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ：ｍｅｒｃｕｒｙ  ｃａｄｍｉｕｍ  ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ）光検出器、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）光検出器、または中波長量子井戸赤外線光検出器（ＱＷＩＰ：ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。温度感度は、一般的には２０ｍＫ未満であり、より好ましくは１４ｍＫ未満である。フィルタ２５は、感度の向上のためにアウターレンズ３９に取り付けられてもよいし、アウターレンズ３９の背後にあってもよいし、赤外線撮像装置２０の内部にあってもよい。装置は、漏れるトレーサガスの正確な圧力、流量、および温度勾配が様々な検出距離から特定され得るように吸収、反射、または散乱もしくは放出のモードを用いて可能な最大コントラストに較正および調整されてもよい。
【００１６】
テルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）は、赤外線検知および赤外線撮像での使用に良く適した１つの物質である。ＭＣＴは、カドミウム濃度を変更することによって所望の赤外線波長に「調整」され得る。中波長赤外線範囲の検出は、約３０％（（Ｈｇ0.7Ｃｄ0.3）Ｔｅ）および約２０％（（Ｈｇ0.8Ｃｄ0.2）Ｔｅ）のカドミウムのそれぞれを用いて得られ得る。しかしながら、任意の適切なＭＣＴ物質およびＭＣＴ組成が、特定の用途の所望に応じて使用されてもよい。アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）は、インジウム（Ｉｎ）およびアンチモン（Ｓｂ）から作られる結晶化合物である。アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）は、ＩＩＩ−Ｖ族のナローギャップ半導体物質であり、赤外線検出器に良く適している。アンチモン化インジウム検出器は、一般的に１〜５μｍの波長の感度を有する。
【００１７】
量子井戸赤外線光検出器（ＱＷＩＰ）は、光子を吸収する量子井戸における電子のサブバンド間遷移を使用する赤外線光検出器である。ＱＷＩＰの基本要素は、障壁によって分離された量子井戸である。量子井戸は、井戸の内部の１つの閉じ込め状態および障壁の最上部に揃う第１の励起状態を有するように設計される。井戸は、基底状態が電子で満たされるようにｎドープされる。障壁の幅は、量子井戸間の量子トンネルを防止するために十分広くされる。一般的なＱＷＩＰは、２０〜５０の量子井戸からなる。バイアス電圧が、ＱＷＩＰに加えられると、伝導帯全体が傾けられる。光がない場合、量子井戸内の電子は、単に基底状態にある。ＱＷＩＰが、サブバンド間遷移エネルギーと同じエネルギーまたはこれよりも高いエネルギーの光によって照明されると、電子が励起される。３〜５μｍの波長域での動作のために、サブバンド間のエネルギーの差は、約２５０ｍｅＶ（５μｍでの動作）〜約４１３ｍｅＶ（３μｍでの動作）でなければならない。したがって、中波長動作のために、井戸の深さは、約５００ｍｅＶ以上のオーダーでなければならない。
【００１８】
赤外線撮像装置２０が、ガス漏れのない機械１５に向けられる場合、視野内の物体は、赤外線撮像装置２０のフィルタ２５を通過する赤外線放射を放出および反射する。フィルタ２５は、特定の放射波長のみが検出器２４に通過することを許し、このことから、赤外線撮像装置２０は、ガス放射強度の未補正画像を生成する。赤外線撮像装置２０の視野４０内に（漏れ箇所４５などに）漏れが存在する場合、漏れるガス雲（またはプリューム）５０が、漏れ位置に発生し、機械１５と赤外線撮像装置２０との間に拡散し得る。ガス雲５０は、フィルタ２５のバンドパス範囲内の放射を吸収して放出するトレーサガスを含有し、この結果として、雲を通過して検出器２４に戻る背景放射の量が低減され、これにより、トレーサガス雲は、赤外線撮像装置２０によって可視化される。赤外線撮像装置２０の視野４０の外に（漏れ箇所５５などに）漏れが存在する場合、それでも漏れガス雲６０の一部は、赤外線撮像装置２０によって検出される。所望に応じて、Ｈ2の対応レベルが推定されてもよい。
【００１９】
トレーサガスおよびその分解生成物（もしあるとしたら）は、毒性の観点から環境的に安全でなければならない。トレーサガスは、好ましくは非腐食性である。さらに、トレーサガスは、機械もしくは発電機の絶縁システムへの損傷または鋼製の保持リングおよびファンブレードへの腐食損傷の原因となってはならない。トレーサガスは、炭化水素ガス（例えば、ブタン、エタン、ヘプタン、およびプロパンなど）を含んでもよい。好ましくは、トレーサガスは、空気および水素の両方に対して無制限の混合限界を有する二酸化炭素（ＣＯ2）である。加えて、ＣＯ2は、発電所規模の発電機における通常の始動および停止時のパージ手続きに使用される中間ガスの１つであるため、一般的に既に現場にあるものである。大気のＣＯ2含有量（約４００ｐｐｍ）の背景吸収は、ＣＯ2がトレーサガスとして４００ｐｐｍを上回る濃度で使用されるときに退けられる。
【００２０】
図２、図３、および図４に示されているのは、それぞれＣＯ2、プロパン、およびｎ−ブタンの吸収スペクトルである。グラフから理解され得るように、ＣＯ2、プロパン、およびｎ−ブタンは、赤外線撮像装置２０によって検出され得る４μｍの近くに最大吸収ピークを有する。図５は、様々な波長にわたって様々なガスの赤外線信号強度を示している。２．５μｍ〜３μｍ未満および５μｍ〜８μｍの波長範囲において、水（Ｈ2Ｏ）分子は、強い赤外線信号を有する。炭化水素の赤外線信号強度は、３μｍ〜５μｍの波長範囲において、約４．２μｍ〜約４．４μｍのピークを除いて概ね線形である。４．２μｍ〜４．４μｍのこのピークは、二酸化炭素（ＣＯ2）に起因する。これは、検出器がこの波長域に調整されたと想定して、この比較的狭い赤外線域において背景放射からＣＯ2を（視覚的に）判別することが容易であることを意味する。困難は、大部分の検出器が圧倒的な背景干渉に起因してこの帯域の赤外線信号を検出または判別し得ない（特に、距離に関して）ことから生じる。しかしながら、本発明の態様によれば、約３μｍ〜約５μｍ、より好ましくは約４．２μｍ〜約４．４μｍのフィルタを有する冷却式の赤外線検出器または赤外線撮像装置は、現実世界の用途のために適切な距離でＣＯ2を検出することができる。冷却式検出器の態様は、一般的に他の検出器を悩ます光子干渉を低減し、バンドパスフィルタは、ＣＯ2の高コントラスト（または高強度）信号に焦点を合わせることによって他の普通に存在するガスまたは分子からの干渉を除去する。
【００２１】
図６は、水素冷却式発電機におけるガス漏れを検出するためのシステム６００の部分斜視図を示している。システム６００は、水素冷却式発電機１５の周囲での、赤外線撮像装置６２０および通知装置（またはディスプレイ）６３０の移動を容易にするように構成された可動カート６１０を含んでもよい。カート６１０は、複数のホイール６１２を有する基部６１１を含む。ホイール６１２は、シングルホイール構成、ダブルホイール構成、または複合ホイール構成を有する自在キャスタホイールであってもよい。ホイール６１２は、カート６１０の容易な移動を可能にするように基部６１１に取り付けられる。ホイール６１２は、ゴム、プラスチック、ナイロン、アルミニウム、もしくはステンレス鋼、またはこれらの組み合わせから構成されてもよい。ヒンジアーム６１５が、カートに連結され、また、赤外線撮像装置が、アーム６１５に取り付けられてもよい。アーム６１５は、赤外線撮像装置を様々な位置に移動させることを可能にし、赤外線撮像装置６２０の照準を容易にする。支持アーム６１７は、作業台６１３の高さおよび位置を調整することを可能にする。台６１３は、赤外線撮像装置６２０およびディスプレイ６３０の支持体として機能してもよい。しかしながら、場合によっては、カートは必要ないことがあり、赤外線撮像装置６２０は、持ち運び可能な手持ち式の装置（ビデオカメラ、カムコーダ、または任意の他の適切な撮像装置など）であることがある。
【００２２】
赤外線撮像装置６２０は、前に説明しており、冷却式の赤外線撮像検出器であり、また、台６１３または伸縮および／もしくはフレキシブルアーム６１５に取り付けられてもよい。また、撮像装置６２０は、オペレータまたは技術者によって台６１３またはアーム６１５から取り外されて、発電機の周囲で単独で移動されてもよい。撮像装置６２０は、有線リンクまたは無線リンクによって通知装置６３０に接続されてもよい。有線リンクは、ＵＳＢ接続、シリアルもしくはパラレルのコネクタ／ケーブル、ビデオケーブル、または任意の他の適切な有線接続であってもよい。無線リンクは、ブルートゥース（登録商標）、Ｗｉｆｉ、高周波、または任意の他の適切な無線通信システム／インターフェースを含んでもよい。通知装置６３０は、特殊用途または汎用のデジタルコンピュータ（パーソナルコンピュータ（ＰＣ（ＩＢＭ互換の、アップル互換の、アンドロイドの、もしくはその他の））、ラップトップ、ネットブック、タブレット、スマートフォン、ワークステーション、ミニコンピュータ、または任意の他の適切なコンピュータおよび表示装置など）の形態をとってもよい。通知装置６３０は、撮像装置６２０から画像データを受信し、リアルタイムで（またはほぼリアルタイムで）ディスプレイ上に結果を表示する。台６１６は、通知装置６３０およびカメラ６２０に電力を供給するためにｃｌａｓｓ１  ｄｉｖｉｓｉｏｎの環境で使用されるように認証され得るバッテリまたはバッテリバンク６４０を含んでもよい。バッテリバンク６４０は、基部６１１に収容されてもよいし、通知装置６３０の真下に位置するように台６１３に組み込まれてもよい。このように、システム６００は、発電機１５の周囲で容易に移動され得る、目的とする特定の領域を撮像するために配置され得る自立型かつ電池内蔵型のシステムである。
【００２３】
また、通知装置６３０は、潜在的な漏れが検出されたことについての警告または通知を表示してもよい。随意のテキストメッセージ７３０または表示が、通知装置６３０上に示されてもよい。例えば、テキスト７３０は、点滅してもよいし、高コントラスト色で表示されてもよい。高コントラスト色は、グレースケールディスプレイ上の白色であってもよいし、カラーディスプレイ上の赤色であってもよいし、識別を容易にする任意の他の適切な高コントラスト色であってもよい。可聴信号（例えば、ビープ音またはサイレン）が、通知装置６３０に関連付けられたスピーカから出力されてもよい。枠線７４０が、通知装置のディスプレイ上の潜在的な漏れ雲７２０の回りに描かれてもよい。漏れが検出されたことを示すファックスが、ファックス機に送信されてもよい。漏れ検出を示すテキストメッセージ（または画像もしくはビデオもしくは警報）が、スマートフォン、タブレット、またはコンピュータに送信されてもよい。また、信号が、漏れが検出されたことを示すために遠隔または構内の監視場所に送信されてもよい。
【００２４】
図６に示されている赤外線ガス撮像検出システムは、ビデオまたは熱赤外線カメラの内部に取り付けられる小型ＩＤＣＡによってカメラ化されてもよい。この場合、熱カメラの内部の小さい赤外線マイクロボロメータは、ＩＤＣＡに置き換えられてもよい。図６の上で言及した赤外線ガス撮像検出機器は、アプリケーション（プログラム）と共にディスプレイおよび小型化されたフィルタリングされるＩＤＣＡ検出器および赤外線レンズが動作制御のために携帯電話７０に組み込まれるとき、セルフォンまたは携帯電話７０（図１参照）を用いてさらに小型化されてもよい。携帯電話７０は、無線リンク（Ｗｉｆｉ、ブルートゥース（登録商標）、高周波通信技術もしくは赤外線通信技術、または任意の他の適切な無線通信技術など）を介してカメラ２０、６２０と通信し、これを制御してもよい。このようにして、図６のカメラおよび画像ディスプレイは、携帯電話７０のカメラおよび携帯電話７０に含まれるアプリケーション（プログラム）を用いて省略され得る。携帯電話７０は、代替的にタブレット、ラップトップ、持ち運び可能なもしくは手持ち式の計算機器、または任意の他の適切な装置であってもよいことが理解されるべきである。
【００２５】
図７は、赤外線撮像装置６２０からのスクリーンショットキャプチャおよび漏れ検出中の通知装置６３０の表示を示している。発電機１５の一部が示されており、Ｈ2キャビネットドア７１０の上部が、カメラ６２０の視野内にある。漏れる暗い雲７２０がドア７１０の角部から流出しているのが見られ得る。漏れは、箇所７２２を起点とし、ガス雲７２０は、（図示のように）左方に吹き飛ばされているか、または吹き流されている。この例において、Ｈ2冷却式発電機１５は、運転中および／または発電中（すなわち、オンライン）である。ＣＯ2トレーサガス（非腐食性の）は、水素掃気ラインおよび圧力弁が配置されている、Ｈ2キャビネットのどこかの漏れ位置から漏出している。ガス雲７２２は、肉眼には不可視だが、赤外線撮像装置６２０および適切なフィルタ（例えば、３μｍ〜５μｍ、４．２μｍ〜４．４μｍのバンドパス光学フィルタ）によってディスプレイまたは通知装置６３０上に可視化されている。図７の例では、検出装置が、数フィートの距離に接近して配置されたため、３μｍ〜５μｍのバンドパス光学フィルタが使用された。図７は、静止写真（またはスクリーンキャプチャ）を示しているが、静止画像でさえ、画像に何か問題があることは明らかである。なぜなら、暗いガス雲７２０は、漏れていない発電機１５には存在するはずがないからである。カメラ６２０およびディスプレイ６３０は、さらにビデオ画像を表示するために使用されてもよく、ビデオ表示によって、ガス雲７２０は通知装置６３０のディスプレイ上で物理的に移動するように見え得る。移動するガス雲７２０と静止物（または移動しない発電機の部分）との相対運動は、人が漏れの発生および漏れの起点を識別することを非常に容易にする。この例において、Ｈ2キャビネットドアは開かれてもよく、別のスキャンが、正確な漏れ位置を突き止めるために行われてもよい。
【００２６】
赤外線ガス撮像装置の機能は、主に、漏れ場所を特定することである。しかしながら、特定の状況において、約１秒間に１立方フィートの空間を移動するプリュームの先端をトレースすることによって漏れ速度を推定してもよい。毎秒１立方インチは、１日あたりでは約５０立方フィートのＨ2漏れに相当する。
【００２７】
図８は、本発明の態様に従って、機械または水素冷却式発電機１５におけるガス漏れを検出するための方法８００のフローチャートを示している。方法８００は、発電機１５の少なくとも一部を含む視野を有するように、約３μｍ〜約５μｍまたは約４．２μｍ〜約４．４μｍのスペクトル応答を有するフィルタと共に冷却式検出器を有する赤外線撮像装置６２０を配置するステップ８１０を含む。赤外線撮像装置は、検出器およびフィルタを含み、検出器およびフィルタの少なくとも一方は冷却される。例えば、検出器および／またはフィルタは、約−１９６℃または特定の用途の所望に応じて任意の他の適切な温度に冷却されてもよい。赤外線撮像装置は、テルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）光検出器またはアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）光検出器または中波長量子井戸赤外線光検出器（ＱＷＩＰ）を含む。
【００２８】
導入ステップ８２０は、発電機１５内にトレーサガスを導入する。トレーサガスは、二酸化炭素であってもよい。発電機は、オンライン、オングリッド、オフライン、オフグリッド、またはターニングギヤ運転（ｏｎ  ｔｕｒｎｉｎｇ  ｇｅａｒ）であってもよい。トレーサガスは、約３μｍ〜約５μｍの吸収スペクトルを有する。また、導入ステップ８２０は、約２ＰＳＩ〜約１０ＰＳＩだけ発電機内の圧力を低下させるために水素の一部を除去することおよび／または発電機内の圧力が約２ＰＳＩ〜約１０ＰＳＩだけ上昇するまで発電機内に二酸化炭素を注入することを含んでもよい。導入ステップは、発電機の内部の水素純度が約９０％〜約９５％となるまで発電機内に二酸化炭素を注入することまたは発電機内に二酸化炭素を注入し、使用された二酸化炭素の重量を監視し、ＣＯ2の所定の重量に達したときに二酸化炭素の注入を停止させることを含んでもよい。発電機が、オングリッドまたはオンラインの場合、二酸化炭素は、水素および二酸化炭素の混合物が約０．１％〜約１０％の二酸化炭素の含有率を有するまで発電機内に注入／導入される。発電機が、オフグリッドまたはオフラインの場合、二酸化炭素は、水素および二酸化炭素の混合物が約０．１％〜約１００％の二酸化炭素の含有率を有するまで発電機内に注入される。
【００２９】
フィルタリングおよび／または検出ステップ８３０は、トレーサガスの吸収スペクトルに関して、赤外線撮像装置６２０によって受けられる放射をフィルタリングする。フィルタリングおよび／または検出ステップ８３０は、約４．２μｍ〜約４．４μｍのスペクトル応答を有するフィルタによって放射をフィルタリングすることを含んでもよい。また、方法８００は、トレーサガスに対する感度を向上させ、他の大気成分からの干渉を低減するために検出器および／またはフィルタを約−８０℃〜約−２００℃または約−１９６℃に冷却することを含んでもよい。
【００３０】
表示ステップ８４０は、赤外線撮像装置６２０からの、発電機１５の全体または部分の画像を通知装置６３０のディスプレイ上に表示する。ガス漏れは、ディスプレイ上の、発電機１５から漏れるトレーサガスの雲７２０によって示される。また、表示ステップ８４０は、漏れが検出された場合にディスプレイ上に移動する雲を表示することを含んでもよい。ビデオ信号が、リアルタイムでまたはほぼリアルタイムで表示されるビデオ画像を表示するために使用されてもよい。
【００３１】
図９は、図８の表示ステップ８４０と共に使用するための随意のステップのフローチャートを示している。表示ステップ８４０は、１つ以上の前のビデオフレームと現在のビデオフレームとを比較する比較ステップ９１０をさらに含んでもよい。識別ステップ９２０は、１つ以上の前のビデオフレームと現在のビデオフレームとの所定の差異を識別する。割り当てステップ９３０は、所定の差異を有する画素に前景色を割り当て、前景色は、ディスプレイの他の画素に対して大きなコントラストを有する。例えば、画像の主な配色が、グレースケール（または黒色および白色）の場合、前景色は、グレースケールの背景に対して大きなコントラストを提供して、移動する赤色の画素を容易に視認可能とする赤色であってもよい。表示ステップ９４０は、ディスプレイ上に前景色で、所定の差異を有する画素を、現在のビデオフレームに重ね合わせて表示するために使用される。このようにして、ユーザ（または技術者）が漏れが発生したか否かおよび漏れがどこで発生しているのかを識別することが容易となる。
【００３２】
あるいは、表示ステップ８４０は、１つ以上の前のビデオフレームと現在のビデオフレームとを比較する比較ステップおよび１つ以上の前のビデオフレームと現在のビデオフレームとの所定の差異を識別する識別ステップを含んでもよい。割り当てステップは、所定の差異を有する画素を囲む枠線に前景色を割り当て、前景色は、ディスプレイの他の画素に対して大きなコントラストを有する。表示ステップは、ディスプレイ上に前景色で、所定の差異を有する画素の回りに枠線を表示し、この場合、枠線は、現在のビデオフレームに重ね合わされる。例えば、画像の主な配色が、グレースケール（または黒色および白色）の場合、枠線の色は、グレースケールの背景に対して大きなコントラストを提供して、移動する赤色、緑色、または黄色の画素を容易に視認可能とする赤色、緑色、または黄色であってもよい。任意の色が、特定の用途の所望に応じてまたは特定のユーザの必要性によって、コントラストを提供するために選択されてもよい。例えば、色覚異常者は、自分の知覚に基づいて大きなコントラストを有する特定の色を選択してもよい。
【００３３】
また、表示ステップ８４０は、１つ以上のビデオフレームと隣接するビデオフレームとを比較する比較ステップおよび１つ以上のビデオフレームと隣接するビデオフレームとの所定の差異を識別する識別ステップを含んでもよい。割り当てステップは、所定の差異を有する画素に前景色を割り当てることまたは所定の差異を有する画素を囲む枠線に前景色を割り当てることの少なくとも一方を行う。前景色は、ディスプレイの他の画素に対して大きなコントラストを有する。表示ステップは、所定の差異を有する画素をディスプレイ上に前景色で表示することおよびディスプレイ上に前景色で、所定の差異を有する画素の回りに枠線を、現在のビデオフレームに重ね合わせて表示することの少なくとも一方を行う。
【００３４】
本発明の通知装置６３０およびフレーム比較器システム１０００は、ソフトウェア（例えば、ファームウェア）、ハードウェア、またはこれらの組み合わせで実施されてもよい。現在考えられる最良の態様において、フレーム比較器システム１０００は、実行可能プログラムとしてソフトウェアで実施され、特殊用途または汎用のデジタルコンピュータ（パーソナルコンピュータ（ＰＣ（ＩＢＭ互換の、アップル互換の、もしくはその他の））、ラップトップ、タブレット、スマートフォン、ワークステーション、ミニコンピュータ、またはメインフレームコンピュータなど）によって実行される。本発明のフレーム比較器システム１０００を実施し得る汎用コンピュータの例が、図１０に示されている。
【００３５】
一般に、ハードウェアアーキテクチャに関して、図１０に示されているように、コンピュータまたはディスプレイ６３０は、ローカルインターフェース１０４０を介して互いに通信可能に接続されるプロセッサ１０１０、メモリ１０２０、ならびに１つ以上の入力および／もしくは出力（Ｉ／Ｏ）装置１０３０（または周辺機器）を含む。ローカルインターフェース１０４０は、当該技術分野で知られているように、例えば１つ以上のバスまたは他の有線接続もしくは無線接続であってもよいが、これらに限定されない。ローカルインターフェース１０４０は、通信を可能にするために付加的な要素（簡単にするために省略されている）（コントローラ、バッファ（キャッシュ）、ドライバ、リピータ、およびレシーバなど）を有してもよい。さらに、ローカルインターフェースは、前述の構成要素間の適切な通信を可能にするためにアドレス接続、制御接続、および／またはデータ接続を含んでもよい。
【００３６】
プロセッサ１０１０は、ソフトウェア（特に、メモリ１０２０に記憶される）を実行するためのハードウェア装置である。プロセッサ１０１０は、カスタムメイドのもしくは市販のプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、コンピュータ６３０に関連付けられるいくつかのプロセッサの中の補助プロセッサ、半導体ベースのマイクロプロセッサ（マイクロチップもしくはチップセットの形態の）、マクロプロセッサ、またはソフトウェア命令を実行するための一般に任意の装置であってもよい。適切な市販のマイクロプロセッサの例は、以下の通りである。すなわち、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ  ＣｏｍｐａｎｙのＰＡ−ＲＩＳＣシリーズのマイクロプロセッサ、Ｉｎｔｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのコア２、ｉ３、ｉ５、もしくはｉ７シリーズのマイクロプロセッサ、ＩＢＭのＰｏｗｅｒＰＣのマイクロプロセッサ、Ｓｕｎ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．のＳｐａｒｃのマイクロプロセッサ、またはＭｏｔｏｒｏｌａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの６８ｘｘｘシリーズのマイクロプロセッサである。
【００３７】
メモリ１０２０は、揮発性メモリ素子（例えば、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ（ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭなど）））および不揮発性メモリ素子（例えば、ＲＯＭ、ハードドライブ、テープ、ＣＤＲＯＭなど）の任意の１つまたは組み合わせを含んでもよい。さらに、メモリ１０２０は、電子媒体、磁気媒体、光学媒体、および／または他の種類の記憶媒体を組み込んでもよい。メモリ１０２０は分散アーキテクチャを有してもよく、その場合、様々な構成要素は、互いに遠隔に配置されるが、プロセッサ１０１０によってアクセスされ得ることに留意されたい。
【００３８】
メモリ１０２０内のソフトウェアは、１つ以上の別々のプログラムであって、これらのそれぞれが、論理機能を実施するための実行可能命令の順序付きリストを備える１つ以上の別々のプログラムを含んでもよい。図１の例において、メモリ１０２０内のソフトウェアは、本発明に係るフレーム比較器システム１０００および適切なオペレーティングシステム（Ｏ／Ｓ）１０５０を含む。適切な市販のオペレーティングシステム１０５０の例の非網羅的なリストは、以下の通りである。すなわち、（ａ）Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＷｉｎｄｏｗｓオペレーティングシステム、（ｂ）Ｎｏｖｅｌｌ，Ｉｎｃ．から入手可能なＮｅｔｗａｒｅオペレーティングシステム、（ｃ）Ａｐｐｌｅ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，Ｉｎｃ．から入手可能なＭａｃｉｎｔｏｓｈオペレーティングシステム、（ｅ）多くのベンダー（Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｓｕｎ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．およびＡＴ＆Ｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎなど）から購入可能なＵＮＩＸ（登録商標）オペレーティングシステム、（ｄ）インターネット上で容易に入手可能なフリーウェアであるＬＩＮＵＸオペレーティングシステム、（ｅ）ＷｉｎｄＲｉｖｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．からのｒｕｎ  ｔｉｍｅ  Ｖｘｗｏｒｋｓオペレーティングシステム、または（ｆ）電気器具ベースのオペレーティングシステム（ハンドヘルドコンピュータまたは携帯情報端末（ＰＤＡ）に実装されるものなど）（例えば、Ｐａｌｍ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，Ｉｎｃ．から入手可能なＰａｌｍＯＳおよびＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＷｉｎｄｏｗｓ  ＣＥ）である。オペレーティングシステム１０５０は、他のコンピュータプログラム（フレーム比較器システム１０００など）の実行を本質的に制御し、スケジューリング、入出力制御、ファイルおよびデータの管理、メモリ管理、ならびに通信制御および関連するサービスを提供する。加えて、マザーボード（図示せず）に搭載されたグラフィック処理装置（図示せず）が、フレーム比較器システム１０００を実施するためにさらに使用されてもよい。
【００３９】
フレーム比較器システム１０００は、ソースプログラム、実行可能プログラム（オブジェクトコード）、スクリプト、または実行されるべき１組の命令を備える他のエンティティである。ソースプログラムの場合、プログラムは、Ｏ／Ｓ１０５０に関連して適切に動作するようにコンパイラ、アセンブラ、またはインタプリタなど（これらは、メモリ１０２０内に含まれてもよいし、含まれなくてもよい）によって翻訳される必要がある。さらに、フレーム比較器システム１０００は、（ａ）オブジェクト指向プログラミング言語（データおよびメソッドのクラスを有する）または（ｂ）手続き型プログラミング言語（ルーチン、サブルーチン、および／または関数を有する）（例えば、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｂａｓｉｃ、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｃｏｂｏｌ、Ｐｅｒｌ、Ｊａｖａ（登録商標）、およびＡｄａ）として書かれてもよい。
【００４０】
Ｉ／Ｏ装置１０３０は、入力装置（例えば、キーボード、マウス、スキャナ、マイクロフォン、カメラ、赤外線撮像装置、または赤外線撮像カメラなどであるが、これらに限定されない）を含んでもよい。さらに、Ｉ／Ｏ装置１０３０は、出力装置（例えば、プリンタ、ディスプレイなどであるが、これらに限定されない）を含んでもよい。最後に、Ｉ／Ｏ装置１０３０は、入力および出力の両方を通信する装置（例えば、変調器／復調器（モデム（別の装置、システム、もしくはネットワークにアクセスするための）、高周波（ＲＦ：ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、Ｗｉｆｉ、ブルートゥース（登録商標）、または他のトランシーバ（電話インターフェース、ブリッジ、ルータ）などであるが、これらに限定されない）をさらに含んでもよい。
【００４１】
コンピュータ６３０が、ＰＣまたはワークステーションなどの場合、メモリ１０２０内のソフトウェアは、基本入出力システム（ＢＩＯＳ：ｂａｓｉｃ  ｉｎｐｕｔ  ｏｕｔｐｕｔ  ｓｙｓｔｅｍ）（簡単にするために省略されている）をさらに含んでもよい。ＢＩＯＳは、起動時にハードウェアを初期化して検査し、Ｏ／Ｓ１０５０を起動し、ハードウェア装置間のデータ転送をサポートする１組の必須ソフトウェアルーチンである。ＢＩＯＳは、ＢＩＯＳがコンピュータ６３０が起動されたときに実行され得るようにＲＯＭに記憶される。
【００４２】
コンピュータ６３０が動作中のときに、プロセッサ１０１０は、メモリ１０２０内に記憶されたソフトウェアを実行し、メモリ１０２０に／からデータを通信し、ソフトウェアに従ってコンピュータ６３０の動作を概ね制御するように構成される。フレーム比較器システム１０００およびＯ／Ｓ１０５０は、全体的にまたは部分的に（一般的には後者）、プロセッサ１０１０によって読み出され（ことによると、プロセッサ１０１０内にバッファリングされ）、次に実行される。
【００４３】
フレーム比較器システム１０００が、図１０に示されているようにソフトウェアで実施されるとき、フレーム比較器システム１０００は、コンピュータ関連のシステムによる使用またはコンピュータ関連の方法に関連する使用のためにコンピュータ可読媒体に記憶されてもよいことに留意すべきである。本文書との関連では、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ関連のシステムによる使用またはコンピュータ関連の方法に関連する使用のためにコンピュータプログラムを含み得るまたは記憶し得る電子的な、磁気的な、光学的な、または他の物理的な装置または手段である。フレーム比較器システム１０００は、命令実行システム、機器、もしくは装置による使用または命令実行システム、機器、もしくは装置に関連する使用のためにコンピュータ可読媒体で具体化されてもよい（コンピュータベースのシステム、プロセッサを含むシステム、または命令実行システム、機器、もしくは装置から命令をフェッチして、命令を実行し得る他のシステムなど）。本文書との関連では、「コンピュータ可読媒体」は、命令実行システム、機器、もしくは装置による使用または命令実行システム、機器、もしくは装置に関連する使用のためにプログラムを記憶、通信、伝送、送信し得る任意の手段であってもよい。コンピュータ可読媒体は、例えば、電子的な、磁気的な、光学的な、電磁的な、赤外線の、もしくは半導体のシステム、機器、装置、または伝送媒体であってもよいがこれらに限定されない。コンピュータ可読媒体のより具体的な例（非網羅的なリスト）は、以下、すなわち、１つ以上の電線を有する電気接続（電子的）、持ち運び可能なコンピュータディスケット（磁気的）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）（電子的）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）（電子的）、消去可能プログラマブル読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、またはフラッシュメモリ）（電子的）、光ファイバ（光学的）、および持ち運び可能なコンパクトディスク読取り専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）（光学的）を含む。コンピュータ可読媒体は、紙または別の適切な媒体であって、その上にプログラムが印刷される紙または別の適切な媒体であってもよいことに留意されたい。なぜなら、プログラムは、例えば紙または他の媒体の光学スキャニングによって電子的に取り込まれ、次に、必要に応じて適切な方法でコンパイル、解釈、あるいは処理され、次に、コンピュータメモリに記憶され得るからである。
【００４４】
フレーム比較器システム１０００がハードウェアで実施される代替的な実施形態において、フレーム比較器システム１０００は、以下の技術（それぞれ当該技術分野で良く知られている）、すなわち、グラフィック処理装置、ビデオカード、データ信号に対する論理機能を実施するために論理ゲートを有するディスクリート論理回路、適切な組み合わせの論理ゲートを有する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのいずれかまたは組み合わせによって実施されてもよい。
【００４５】
図１１は、トレーサガス自動注入制御システム１１００の概略図を示している。制御システム１１００は、発電機１１１５に関連するマニホールド領域に取り付けられてもよく、制御室で監視されてもよい。自動注入制御システム１１００によって使用されるアルゴリズムは、発電機１１１５内のＨ2純度およびガス圧の両方を監視する。Ｈ2供給弁１１０２が最初に閉じられ、Ｈ2供給部１１１２から供給される水素が停止される。掃気パイプライン１１３０を通るＨ2通気流は、Ｈ2通気弁１１０４によって、トレーサガスの導入に適合するようにオンオフを制御される。ＣＯ2注入弁１１０６は、ＣＯ2供給源１１１６からのＣＯ2供給を制御する。ＣＯ2注入弁１１０６は、Ｈ2純度計１１２０を監視することによって、Ｈ2純度の漸減に基づいて調整されてもよい。発電機１１１５内の圧力は、わずかに変動してもよい（例えば、３％以内、好ましくは２％以内、より好ましくは１％未満以内の変動）。トレーサガスの導入は、ケーシング内のＨ2全体の純度が常に９０％を上回り得るように１体積％〜１０体積％に制御される。ＣＯ2が非空気ガス媒体として働き得ることを知ることにより、発電機１１１５内のこの三次ガス混合物の９０％のＨ2純度は、実際のＨ2純度がＣＯ2の導入前のその元のＨ2純度に近付き得るため、実際は「不正確」であると推測される。トレーサガス導入の自動制御は、大型の発電機にとって、導入が約３０分〜約９０分で達成され得るのが好ましくあり得る。
【００４６】
発電機が、１０００立方フィート未満のケーシング体積および３，０００立方フィート未満のガス容積を有する比較的小型（例えば、１００ＭＷ未満）のものである場合、トレーサガスの手動導入が実行されてもよい。これは、導入前にケーシング圧力を約５％低下させることまたはトレーサガスの必要体積を計算した後に重量計でトレーサガスボトルの消費の重量を計ることのいずれかによって達成されてもよい。導入ステップは、ガス圧、Ｈ2純度、およびＨ2掃気管１１３０の流量のフィードバックに基づいて非腐食性トレーサガスの注入流を制御することを含んでもよい。トレーサガス自動制御システム１１００は、発電機１１１５の内部のガス圧を実質的に安定させながらＨ2純度を漸減させることを目標とする。ガス圧の振幅は、ガス圧の元の値の約５％以内である。また、トレーサガスを導入するステップは、発電機がアルゴンまたは窒素の冷却ガス媒体を有する一方で、発電機がターニングギヤ運転またはオンラインにある場合に発電機１１１５内にＣＯ2を注入することを含んでもよい。
【００４７】
ターニングギヤが、不均一な膨張を防止する目的で均一な加熱を確保するために、蒸気（蒸気タービンの）または燃焼ガス流（ガスタービンの）がないときに係合されて、タービンをゆっくり回転させてもよい。発電機は、一般的に、ガスタービンまたは蒸気タービンの出力に機械的に連結される。ロータがまっすぐな平面に位置する（弓なりにならずに）時間を可能にするターニングギヤによってタービンを最初に回転させた後、ターニングギヤが切り離され、蒸気がタービンに通されるか、または、ガス燃焼流がガスタービンにおいて開始される。用語「ターニングギヤ運転」、「オフライン」、または「オフグリッド」は、発電機または機械の観点からは同等と見なされ得る。なぜなら、発電機は、何らかの動作状態にあるが、定格電力を供給しないからである。発電機または機械が、「オングリッド」または「オンライン」のとき、発電機は、グリッドに接続され、これに電力を定格電力でまたはオンラインに十分だと考えられる電力レベルで供給する。機械は、一般に、機械ロータのより低い回転／分（ｒｐｍ）のときに「オフライン」であると考えられ、また、機械は、一般に、機械のより高いｒｐｍのときに「オンライン」であると考えられる。
【００４８】
Ｈ2純度計１１２０は、一般的に、空気および水素の二元ガス媒体の熱伝導率に基づいて較正される。トレーサガスの導入は、発電機ケーシング内の実際のＨ2純度よりもわずかに高い純度計の読み取り値をもたらし得る。ケーシング内のＨ2純度が９８％から始まる、オングリッドの発電機への、５体積％のＣＯ2注入に関して、ケーシング内の実際のＨ2純度は、Ｈ2純度計が９３％の読み取り値の場合、９２．８％であり得、ケーシング内の実際のＨ2純度は、Ｈ2純度計が９３．２％の読み取り値の場合、９３％であり得る。
【００４９】
ステータ巻線、ステータコア、およびロータにおけるシミュレートされた温度上昇は、約５体積％のＣＯ2が導入される約１．２ＧＷ以下の出力の発電機のほぼすべてに関して十分に特定の設計限界内であってもよい。風損およびファン圧力差は増加してもよいが、ファン圧力差の増加は、一般的に鋼合金材料で作られるファン先端の撓みが発生しないように非常に小さくされてもよい。全体のＫＷ損失は、５体積％のＣＯ2導入で、ＣＯ2導入前のレベルから５％未満だけ増加してもよい。したがって、定格日および暑い日におけるオングリッド（またはオンライン）の発電機の出力低下は必要とされ得ない。
【００５０】
また、ＣＯ2などのトレーサガスは、非水素ガス媒体（窒素および／またはアルゴンなど）のいずれかがオンラインもしくはオングリッドまたはターニングギヤ運転のいずれかの発電機内に存在するときに非水素ガス媒体に導入されてもよい。ＣＯ2純度計は、この用途のために使用されてもよい。水素冷却式発電機を用いた例が説明されたが、任意の適切な機械が、本発明のシステムおよび方法と共に使用されてもよい。機械は、発電機、加圧型発電機、水素冷却式発電機、空気冷却式発電機、タービン、蒸気タービン、ガスタービン、電動機、または圧縮機であってもよい。
【００５１】
本発明に係るシステムおよび方法は、漏れがオンライン、オングリッド、またはターニングギヤ運転の発電機に検出され得ることから大幅に改善された結果を示す。以前は、発電機をオフラインにしなければならず、漏れ検出のために、時間および費用が掛かる工程が必要であり、および／または、水素の漏れは、肉眼には事実上視認不可能であった。大幅に改善された結果は、オンラインまたは運転中の発電機をスキャンすることによっておよび発電機から流出する漏れるガス雲を検出するように構成される赤外線撮像装置を用いることによって得られる。
【００５２】
加圧型タービン発電機は、上で説明した漏れ検出の方法およびシステムから恩恵を受け得る機械の一例である。しかしながら、本発明の態様に係る漏れ検出の方法およびシステムは、使用前または使用中に封止または漏れの検査を必要とする封止されたタンクまたは入れ物にも適用され得る。これは、水素ガス、不活性ガス、または加圧型もしくは非加圧型の機械にも当てはまる。単なる非限定的な例として、航空用燃料タンク、船舶用燃料タンク、または自動車用燃料タンクが、上で説明した漏れ検出の方法およびシステムと共に使用されてもよい。
【００５３】
用語の定義が、普通に使用される用語の意味から逸脱する場合、出願人は、別段の指示がない限り、以下に提供される定義を用いることを意図している。本明細書で使用されている用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、本発明を限定することを意図したものではない。例えば、上述した実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用されてもよい。加えて、多くの修正が、本発明の範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために行われてもよい。例えば、方法に記載されているステップの順序付けを、明示的に述べられない限りまたは暗示的に必要とされない限り（例えば、あるステップが、入手可能な、前のステップの結果または生産物を必要としない限り）、特定の順序で実行する必要はない。用語の定義が、普通に使用される用語の意味から逸脱する場合、出願人は、別段の指示がない限り、本明細書に提供される定義を用いることを意図している。単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上別段の明確な指示がない限り、複数形をも含むことが意図されている。第１の、第２の等の用語が、様々な要素について説明するために使用されている場合があるが、これらの要素が、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、要素を互いに区別するためにのみ使用される。「および／または」という用語は、１つ以上の関連する列挙された項目の任意のおよびすべての組み合わせを含む。語句「に結合される」および「によって結合される」は、直接的または間接的な結合を念頭に置いている。
【００５４】
この記載された説明では、最良の態様を含めて本発明を開示するために、さらには、任意の当業者が任意の装置またはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込み方法の実行を含めて本発明を実施することを可能にするために、例が使用されている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定されており、また、当業者によって想到される他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合または均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【符号の説明】
【００５５】
１０  漏れ検出システム
１５  機械または発電機、Ｈ2冷却式タービン発電機
２０  赤外線撮像装置、カメラ
２４  冷却式検出器
２９  サブシステム
３０  トレーサガスの供給源
３１  導管
３５  制御弁
３９  アウターレンズ
４０  視野
４５  漏れ箇所
５０  漏れガス雲
５５  漏れ箇所
６０  漏れガス雲
７０  携帯電話
６００  漏れ検出システム
６１０  可動カート
６１１  基部
６１２  ホイール
６１３  作業台
６１５  ヒンジアーム、フレキシブルアーム
６１７  支持アーム
６２０  赤外線撮像装置、カメラ
６３０  通知装置、コンピュータ、ディスプレイ
６４０  バッテリバンク
７１０  Ｈ2キャビネットドア
７２０  漏れ雲、ガス雲
７２２  箇所、ガス雲
７３０  テキストメッセージ、テキスト
７４０  枠線
８００  方法
８１０  配置ステップ
８２０  導入ステップ
８３０  フィルタリングおよび／または検出ステップ
８４０  表示ステップ
９１０  比較ステップ
９２０  識別ステップ
９３０  割り当てステップ
９４０  表示ステップ
１０００  フレーム比較器システム
１０１０  プロセッサ
１０２０  メモリ
１０３０  Ｉ／Ｏ装置
１０４０  ローカルインターフェース
１０５０  Ｏ／Ｓ
１１００  トレーサガス自動注入制御システム
１１０２  Ｈ2供給弁
１１０４  Ｈ2通気弁
１１０６  ＣＯ2注入弁
１１１２  Ｈ2供給部
１１１５  発電機
１１１６  ＣＯ2供給源
１１２０  Ｈ2純度計
１１３０  Ｈ2掃気管、掃気パイプライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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