▶ シーアルクトス ホールディングス エルエルシーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-09-12
(54)【発明の名称】船舶排気ガスのための自律リアルタイム排気モニタ
(51)【国際特許分類】
G01N 1/22 20060101AFI20240905BHJP
G01N 21/61 20060101ALI20240905BHJP
G01N 21/3504 20140101ALI20240905BHJP
G01N 21/03 20060101ALI20240905BHJP
B63B 79/10 20200101ALI20240905BHJP
B63B 79/30 20200101ALI20240905BHJP
【ＦＩ】
G01N1/22 G
G01N21/61
G01N21/3504
G01N21/03 B
G01N1/22 P
B63B79/10
B63B79/30
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024513415
(86)(22)【出願日】2022-08-31
(85)【翻訳文提出日】2024-04-25
(86)【国際出願番号】 US2022075750
(87)【国際公開番号】W WO2023034857
(87)【国際公開日】2023-03-09
(31)【優先権主張番号】63/238,923
(32)【優先日】2021-08-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522369511
【氏名又は名称】シーアルクトス ホールディングス エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110000659
【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】コール，アンドリュー
(72)【発明者】
【氏名】ウィルクス，アシュリー
(72)【発明者】
【氏名】マクブレーン，ロバート
(72)【発明者】
【氏名】アレン，マイケル
(72)【発明者】
【氏名】マッキー，シャノン
(72)【発明者】
【氏名】クルクンディス，ジョン
【テーマコード（参考）】
2G052
2G057
2G059
【Ｆターム（参考）】
2G052AA02
2G052AB06
2G052AB07
2G052AB08
2G052AB12
2G052AC11
2G052CA02
2G052CA03
2G052CA04
2G052CA12
2G052EA03
2G052EB04
2G052FD18
2G052GA12
2G057AA01
2G057AB02
2G057AB06
2G057AC03
2G057BA05
2G057DA02
2G057DA03
2G059AA01
2G059BB01
2G059CC04
2G059CC05
2G059CC06
2G059CC09
2G059CC13
2G059DD12
2G059EE01
2G059HH01
2G059JJ03
2G059KK02
2G059LL03
2G059MM01
2G059NN01
2G059PP06
(57)【要約】
海上船舶の規制機関及び効率監視を補助するために、海上船舶の排出筒からサンプリングするための排気サンプリング装置。排気サンプリング装置は、排出筒内に装着され、かつ排出筒の外周に装着された排気センサ装置に接続された、排出サンプル吸入装置を含む。
【選択図】図１４
【選択図】図１４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
海上船舶の排出筒からサンプリングするための排気サンプリング装置であって、前記排出筒内に装着された排出サンプル吸入装置であって、前記排出筒内から排出ガスを受容するための排出入口と、前記排出ガスから微粒子を除去するための前記排出入口内の排出サンプル微粒子フィルタと、排出サンプル微粒子フィルタ出口に接続されたガスサンプルチャネルと、前記ガスサンプルチャネルに接続された第１の端部及び第２の端部を有するガスサンプルチューブと、を備える、排出サンプル吸入装置と、
前記海上船舶の前記排出筒の外周に装着された排気センサ装置であって、前記排気センサ装置が、
ａ）前記ガスサンプルチューブの前記第２の端部に接続されて、前記排出ガスから凝縮物を分離及び吐出する凝縮器であって、前記凝縮器が、ガス入力、ガス出力、及び凝縮出力を有する凝縮器チャンバと、前記凝縮器チャンバ内の排出ガスを冷却するために前記凝縮器チャンバを取り囲む凝縮器ブロックと、前記凝縮器チャンバの前記ガス出力に接続された排出ガス送出バルブと、前記排出ガスから凝縮物を除去するために前記凝縮出力に接続された凝縮吐出ポートバルブと、を備える、凝縮器と、
ｂ）前記凝縮器チャンバの前記ガス出力に接続されたガス乾燥チューブであって、前記ガス乾燥チューブが、前記凝縮器チャンバの前記ガス出力に接続された第１の中空チューブ入口及び微粒子フィルタに接続された第１の中空チューブ出口を有する第１の中空チューブと、前記第１の中空チューブを取り囲む第２の中空チューブであって、前記第２の中空チューブが、第２の中空チューブ入口及びガス出口に接続された第２の中空チューブ出口を有する、第２の中空チューブと、を備える、ガス乾燥チューブと、
ｃ）前記微粒子フィルタの前記出口に接続された入口及び前記ガス乾燥チューブの前記第２の中空チューブ入口にガスを排出するための排出出口を有する、前記排出ガス内の二酸化硫黄及び二酸化炭素レベルを判定するための少なくとも１つのガス吸収セルであって、前記ガス吸収セルが、反射器及び赤外線源を備えるエミッタを有する第１の端部と、少なくとも１つの検出器及び少なくとも２つの通過帯域フィルタを有する第２の端部であって、前記通過帯域フィルタのうちの一方が二酸化炭素に特有であり、前記通過帯域フィルタのうちの他方が二酸化硫黄に特有である、第２の端部と、を有し、前記ガス吸収セルの前記第１の端部及び前記ガス吸収セルの前記第２の端部が、ガス吸収セルの前記第１の端部とガス吸収セルの前記第２の端部との間の長さに延在するサンプルガスチャンバによって分離されている、少なくとも１つのガス吸収セルと、
ｄ）前記排出サンプル入口、前記凝縮器、前記ガス乾燥チューブの前記第１の中空チューブ、前記微粒子フィルタ、前記ガス吸収セル、前記ガス乾燥チューブの前記第２の中空チューブ、及び前記排出出口を通って、前記海上船舶の前記排出ガスから前記排出ガスをポンプ圧送するためのポンプであって、
前記少なくとも１つのガス吸収セルの前記排出出口からの前記排出ガスが、前記第２の中空チューブを通って前記ポンプによって前記ガス出口にポンプ圧送され、そのため、前記第２の中空チューブを通ってポンプ圧送された前記排出ガスの水蒸気含有量が、前記第１の中空チューブを通って流れる前記排出ガスよりも少ない水蒸気含有量を有し、それによって、前記第１の中空チューブ内の前記排出ガスが、前記第１の中空チューブの壁を通って前記第２の中空チューブ内の前記排出ガスに伝達され、前記排出ガスを乾燥させ、
前記第１の中空チューブ出口からの排出ガスが、前記第１の中空チューブ入口における前記排出ガスよりも少ない水蒸気を含有する、ポンプと、
ｅ）前記ガス吸収セルから二酸化硫黄及び二酸化炭素レベルを受信するため、かつ前記ポンプを制御するためのプロセッサと、
ｆ）前記排出筒からの熱からエネルギーを回収する熱電発電器アセンブリであって、
前記熱電発電器アセンブリが、排出筒の前記外周に隣接する第１の側面及び第２の側面を有する熱伝達パッドと、前記熱伝達パッドの前記第２の側面に取り付けられた熱伝達ブロックと、放散側に複数のフィンを備えるヒートシンクと、前記ヒートシンクと前記熱伝達ブロックとの間の熱電発電器と、前記ヒートシンクを前記熱伝達ブロックに固定する少なくとも１つのねじと、前記少なくとも１つのねじと前記ヒートシンクとの間のばねと、を備える、熱電発電器アセンブリと、
を備える、排気センサ装置と、
を備える、排気サンプリング装置。
【請求項2】
前記プロセッサと通信するモデムを更に備える、請求項１に記載の排気サンプリング装置。
【請求項3】
前記二酸化硫黄のための通過帯域フィルタが、７．３ミクロンであり、前記二酸化炭素のための通過帯域フィルタが、４．４５ミクロンである、請求項１に記載の排気サンプリング装置。
【請求項4】
前記通過帯域フィルタが、７．８５ミクロンの二酸化硫黄基準フィルタと、４．６５ミクロンの二酸化炭素基準フィルタと、を更に備える、請求項３に記載の排気サンプリング装置。
【請求項5】
前記ハウジング内に、かつ前記プロセッサ、前記ポンプ、及び前記熱電発電器アセンブリと通信する、電力管理システム及びバッテリバックアップを更に備える、請求項１に記載の排気サンプリング装置。
【請求項6】
前記第１の中空チューブが、多孔質ポリマーから作製される、請求項１に記載の排気サンプリング装置。
【請求項7】
前記排気センサ装置が、前記排出筒の前記外周に隣接する装着フランジを更に備え、前記装着フランジが、前記熱電発電器アセンブリを受容し、各々が穴を画定する第１のフランジ及び第２のフランジを有する、請求項１に記載の排気サンプリング装置。
【請求項8】
前記第１のフランジの前記穴が各々、ストラップ締結ナットを有する第１のアンカーストラップを受容し、前記第２のフランジの前記穴が各々、ストラップ締結ナットを有する第２のアンカーストラップを受容し、前記第１のアンカーストラップ及び前記第２のアンカーストラップが、前記排出筒の前記外周を取り囲むストラップに接続されて、前記排気サンプリング装置を前記排出筒の外周に取り付ける、請求項７に記載の排気サンプリング装置。
【請求項9】
前記装着フランジの頂部に、かつ前記装着フランジの前記第１のフランジと前記第２のフランジとの間に装着されたヒートシンクハウジングを更に備え、前記ヒートシンクハウジングが、第１のヒートシンクフランジと、
前記第１のヒートシンクフランジに接続され、かつ前記第１のヒートシンクフランジに垂直な複数の穴を画定する垂直部分、及び平坦面を形成する水平部分を有する、第１のＬ字形ブラケットと、
第２のヒートシンクフランジと、
前記第２のヒートシンクフランジに接続され、かつ前記第２のヒートシンクフランジに垂直な複数の穴を画定する垂直部分、及び平坦面を形成する水平部分を有する、第２のＬ字形ブラケットと、
前記第１のＬ字形ブラケットを前記第２のＬ字形ブラケットに接続する底部ブラケットピースと、
前記第１のＬ字形ブラケットの前記垂直部分に接続され、かつ前記垂直部分に垂直な第１の反転Ｌ字形ピースと、
前記第２のＬ字形ブラケットの前記垂直部分に接続され、かつ前記垂直部分に垂直な第２の反転Ｌ字形ピースと、を備える、請求項７に記載の排気サンプリング装置。
【請求項10】
前記凝縮器が、前記第１の反転Ｌ字形ピース及び前記第２の反転Ｌ字形ピースに装着される、請求項７に記載の排気サンプリング装置。
【請求項11】
前記第１のＬ字形ブラケットの前記平坦面及び前記第２のＬ字形ブラケットの前記平坦面に装着されたハウジングを更に備え、前記ハウジングが、前記ポンプ、前記ガス乾燥チューブ、前記ガス吸収セル、及び前記プロセッサを取り囲む、請求項９に記載の排気サンプリング装置。
【請求項12】
前記ハウジングの上に受容された外側ハウジングを更に備える、請求項１１に記載の排気サンプリング装置。
【請求項13】
メタン、二酸化窒素、及び炭化水素からなる群から選択される少なくとも２つのガスのレベルを判定するために、前記少なくとも１つのガス吸収セルに直列に接続された第２のガス吸収セルを更に備え、前記第２のガス吸収セルが、前記少なくとも１つのガス吸収セルの前記出口に接続された入口を備え、前記第２のガス吸収セルが、反射器及び赤外線源を備えるエミッタを有する第１の端部と、少なくとも１つの検出器及び少なくとも２つの通過帯域フィルタを有する第２の端部であって、前記通過帯域フィルタのうちの一方がエタン又はｐに特有である、第２の端部と、前記微粒子フィルタの前記出口に接続された入口と、前記排気サンプリング装置からガスを排出するための排出出口と、を有し、前記ガス吸収セルが、反射器及び赤外線源を備えるエミッタを有する第１の端部と、少なくとも１つの検出器及び少なくとも２つの通過帯域フィルタを有する第２の端部であって、前記通過帯域フィルタのうちの一方がメタン又は二酸化窒素に特有であり、前記通過帯域フィルタのうちの他方が炭化水素に特有である、第２の端部と、を有し、前記第２のガス吸収セルの前記第１の端部及び前記第２のガス吸収セルの前記第２の端部が、前記第２のガス吸収セルの前記第１の端部と第２のガス吸収セルの前記第２の端部との間の長さに延在するサンプルガスチャンバによって分離されている、請求項１に記載の排気サンプリング装置。
【請求項14】
前記炭化水素が、エタン、プロパン、イソプロパン、及びブタンを含む、請求項１３に記載の排気サンプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、「ＡＵＴＯＮＯＭＯＵＳ ＲＥＡＬ－ＴＩＭＥ ＥＭＩＳＳＩＯＮＳ ＭＯＮＩＴＯＲ ＦＯＲ ＭＡＲＩＮＥ ＥＸＨＡＵＳＴ ＥＭＩＳＳＩＯＮＳ」と題された２０２１年８月３１日に出願された仮特許出願第６３／２３８，９２３号に開示された１つ以上の発明を主張する。米国仮特許出願の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益が本明細書に主張され、前述の出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、「ＡＵＴＯＮＯＭＯＵＳ ＲＥＡＬ－ＴＩＭＥ ＥＭＩＳＳＩＯＮＳ ＭＯＮＩＴＯＲ ＦＯＲ ＭＡＲＩＮＥ ＥＸＨＡＵＳＴ ＥＭＩＳＳＩＯＮＳ」と題された２０２１年８月３１日に出願された仮特許出願第６３／２３８，９２３号に開示された１つ以上の発明を主張する。米国仮特許出願の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益が本明細書に主張され、前述の出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
本発明は、環境センサに関し、より具体的には、船舶エンジンに関連する排出ガスの自律リアルタイム排気監視のためのセンサを使用することに関する。
【0003】
海運業界は、排気に関する国際海事機関（ＩＭＯ）の規制の対象となっている。これらの規制の執行を任された世界中の沿岸警備隊は、コンプライアンス違反を検出するためのオプションをほぼ持ち合わせていない。存在するオプションは、高価であり、非常に限られたカバレッジしか提供しない。とりわけ、米国沿岸警備隊（ＵＳＣＧ）及び英国海兵隊及び沿岸警備隊（ＭＣＡ）の沿岸警備隊は、コンプライアンスを監視する効果的な手段はないと公表しており、どの船が精査を必要としているかを識別するために役立つシステムを所望している。規制は、２０２０年１月１日に、より厳しくなる予定である。
【0004】
ＳＯｘの排気は、排出ガス洗浄システムなどの緩和プロセスを除いて、燃料中の硫黄含有量に直接関連している。実質的に、燃料硫黄濃度は、排出硫黄濃度の代用となり、燃料切り替え規制は、この理解を反映している。
【0005】
規制では、排出ガス洗浄システムを使用していない船舶は、そのゾーンに対して準拠した燃料に切り替える必要があり、準拠した挙動を記録する必要がある。法律は、船舶がＳＯ２排気規制区域（ＳＥＣＡ）ゾーン内外で異なる濃度の低硫黄燃料を燃焼させること、及び点検中にレビューのために燃料切り替えイベントのログを保持することを要求している。ログにそう記載されたときに燃料の切り替えが実際に起こったことを確認することは、罰金及び収監を代償とする、長くかつ不正確なプロセスである。
【0006】
ドローン、飛行機、又はブリッジ装着センサなどで、疑わしい船舶を検出するために船上の電波を「傍受する」様々な試みは、微妙であり、範囲が限られており、また多くの場合高価であることが判明している。
【0007】
恒久的な船舶装着センサは、世界的に有効である。しかしながら、燃料試験に適合するのに十分な精度の実験室グレードのセンシングデバイスは、設置及び保守に非常に費用がかかり、これは、強制適用として考慮するには維持できない状況である。
【0008】
この状況では、世界の沿岸警備隊は、どこに注意を向けるべきかを知る効果的な方式を依然として持ち合わせない。
【0009】
他の環境的に重要なガス／蒸気の排出、すなわち、炭素酸化物（ＣＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、微粒子（ＰＭ）、揮発性有機化学物質（ＶＯＣ）、炭化水素といったガス／蒸気の排出は、液化天然ガス燃焼エンジンと従来の炭化水素船舶燃料油燃焼エンジンとの間、又は他の代替燃料の間の燃焼ダイナミクスに起因して考慮され得る。更に、これらの排気の痕跡は、最適化された性能に関するエンジン状況／状態に関する情報を提供することができる。排気スクラバは、船舶の排気装置上の二酸化硫黄（ＳＯ２）の一部分を除去するが、スクラバは、排気されたＳＯ２の全てを除去するわけではないことに留意されたい。触媒系は、ＮＯｘの大部分を除去するが、触媒系は、ＮＯｘの全てを除去するわけではなく、触媒系は、バイオ燃料などのいくつかの燃料を燃焼するときに圧倒される可能性がある。
【発明の概要】
【0010】
本発明の一実施形態によれば、船舶排出筒排気センサは、規制及び効率監視に有用である。
【0011】
別の実施形態によれば、海上船舶の排出筒からサンプリングするための排気サンプリング装置が開示される。排気サンプリング装置は、排出サンプル吸入装置及び排気センサ装置を備える。排出サンプル吸入装置は、排出筒内に装着され、排出筒内から排気ガスを受容するための排出入口と、排出ガスから微粒子を除去するための排出入口内の排出サンプル微粒子フィルタと、排出サンプル微粒子フィルタ出口に接続されたガスサンプルチャネルと、ガスサンプルチャネルに接続された第１の端部及び第２の端部を有するガスサンプルチューブと、を備える。
【0012】
排気センサ装置は、海上船舶の排出筒の外周に装着され、凝縮器、ガス乾燥チューブ、少なくとも１つのガス吸収セル、ポンプ、プロセッサ、及び熱電発電器アセンブリを備える。
【0013】
凝縮器は、ガスサンプルチューブの第２の端部に接続されて、排出ガスから凝縮物を分離及び吐出し、凝縮器は、ガス入力、ガス出力、及び凝縮出力を有する凝縮器チャンバと、凝縮器チャンバ内の排出ガスを冷却するために凝縮器チャンバを取り囲む凝縮器ブロックと、凝縮器チャンバのガス出力に接続された排出ガス送出バルブと、排出ガスから凝縮物を除去するために凝縮出力に接続された凝縮吐出ポートバルブと、を備える。
【0014】
ガス乾燥チューブは、凝縮器チャンバのガス出力に接続されている。ガス乾燥チューブは、凝縮器チャンバのガス出力に接続された第１の中空チューブ入口及び微粒子フィルタに接続された第１の中空チューブ出口を有する第１の中空チューブと、第１の中空チューブを取り囲む第２の中空チューブであって、第２の中空チューブが、第２の中空チューブ入口及びガス出口に接続された第２の中空チューブ出口を有する、第２の中空チューブと、を備える。
【0015】
少なくとも１つのガス吸収セルは、排出ガス内の二酸化硫黄及び二酸化炭素レベルを判定する。少なくとも１つのガス吸収セルは、微粒子フィルタの出口に接続された入口及びガス乾燥チューブの第２の中空チューブ入口にガスを排出するための排出出口を備え、ガス吸収セルは、反射器及び赤外線源を備えるエミッタを有する第１の端部と、少なくとも１つの検出器及び少なくとも２つの通過帯域フィルタを有する第２の端部であって、通過帯域フィルタのうちの一方が二酸化炭素に特有であり、通過帯域フィルタのうちの他方が二酸化硫黄に特有である、第２の端部と、を有し、ガス吸収セルの第１の端部及びガス吸収セルの第２の端部は、ガス吸収セルの第１の端部とガス吸収セルの第２の端部との間の長さに延在するサンプルガスチャンバによって分離されている。
【0016】
ポンプは、排出サンプル入口、凝縮器、ガス乾燥チューブの第１の中空チューブ、微粒子フィルタ、ガス吸収セル、ガス乾燥チューブの第２の中空チューブ、及び排出出口を通って、海上船舶の排出ガスから排出ガスをポンプ圧送する。
【0017】
第２の中空チューブを通ってポンプ圧送された排出ガスの水蒸気含有量が、第１の中空チューブを通って流れる排出ガスよりも少ない水蒸気含有量を有するように、少なくとも１つのガス吸収セルの排出出口からの排出ガスは、第２の中空チューブを通ってポンプによってガス出口にポンプ圧送される。第１の中空チューブ内の排出ガスは、第１の中空チューブの壁を通って水蒸気を第２の中空チューブの排出ガスに伝達し、排出ガスを乾燥させる。第１の中空チューブ出口からの排出ガスは、第１の中空チューブ入口における排出ガスよりも少ない水蒸気を含有する。
【0018】
熱電発電器アセンブリは、排出筒からの熱からエネルギーを回収し、熱電発電器アセンブリは、排出筒の外周に隣接する第１の側面及び第２の側面を有する熱伝達パッドと、熱伝達パッドの第２の側面に取り付けられた熱伝達ブロックと、放散側に複数のフィンを含むヒートシンクと、ヒートシンクと熱伝達ブロックとの間の熱電発電器と、ヒートシンクを熱伝達ブロックに固定する少なくとも１つのねじと、少なくとも１つのねじとヒートシンクとの間のばねと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】海上二酸化硫黄排気切り替え監視システムの概要を示す。
【図2a】二酸化硫黄排気装置の等角図を示す。
【図2b】二酸化硫黄排気装置の上面図を示す。
【図2c】二酸化硫黄排気装置の底面図を示す。
【図2d】二酸化硫黄排気装置の側面図を示す。
【図2e】二酸化硫黄排気装置の背面図を示す。
【図3a】二酸化硫黄排気装置のプレフィルタ、排出ガスフィルタセンササブシステム、及びポンプの第１の図を示す。
【図3b】二酸化硫黄排気装置のプレフィルタ、排出ガスフィルタセンササブシステム、及びポンプの代替図を示す。
【図6】排出ガスフィルタセンササブシステムのガス吸収セルを示す。
【図7】船舶排気ガスの自律リアルタイム二酸化硫黄及び二酸化炭素監視の方法のブロック図を示す。
【図8a】単一の煙突の一対の筒上の前面装着設置オプションを示す。
【図8b】単一の煙突の複数の筒上の船外側の設置を示す。
【図8c】湾曲した排出筒上の装着オプションを示す。
【図8d】単一の煙突の複数の筒上の背面装着オプションを示す。
【図8e】複数の筒がセンサユニットを設置した複数の煙突を示す。
【図8f】複数の排出筒を有するクルーズ船の煙突と、センサユニットの装着を示す。
【図9】ヒートシンクの側面図を示す。
【図10】熱電発電器（ＴＥＧ）及びヒートシンクの上面図を示す。
【図11】船上二酸化硫黄排気装置かつ例解的な実施形態が実装され得る監視センターに関連付けられたコンピュータの内部構成要素を例解する。
【図12】船舶データをクライアントに伝達するための例示的なユーザインターフェースを示す。
【図13】船舶がＳＥＣＡ境界を横断するときのサンプル戦略のスケッチを示す。
【図14】船舶の排出筒に装着された別の実施形態の排気センサ装置を示す。
【図15】別の実施形態の排気センサ装置の斜視図を示す。
【図16】別の実施形態の排気センサ装置内のガス乾燥チューブを示す。
【図17】ガス乾燥チューブと熱電発電器（ＴＥＧ）アセンブリとの間の、別の実施形態の排気センサ装置内の装着ブラケットを示す。
【図18】別の実施形態の排気センサ装置のＴＥＧアセンブリを示す。
【図19】別の実施形態の排気センサ装置に関連付けられたガスサンプル採取の断面図を示す。
【図20】別の実施形態の排気センサ装置内のセンサデバイスのガス経路を示す。
【図21】センサデバイスのガス経路のＮａｆｉｏｎチューブ内のガス流の概略を示す。
【図22】別の実施形態の排気センサ装置内の凝縮器チャンバの断面図を示す。
【図23】別の実施形態の排気センサ装置のＴＥＧアセンブリの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0020】
本発明の一実施形態では、船舶の筒排出ガスは、事前にプログラムされた間隔でサンプリングされ、微粒子状物質（ＰＭ）を除去し、水蒸気含有量（ＷＶＣ）を局所的な周囲環境に平衡化するために、プレフィルタ内で事前調整される。サンプリングは、排気サンプリング装置の排出ガスセンササブシステムを通って排出ガスを引き込むポンプによって行われる。排出ガスセンササブシステムは、燃焼生成物を測定する。例えば、燃焼生成物は、メタン、二酸化硫黄、二酸化炭素、二酸化窒素、窒素酸化物、一酸化炭素、及びエタン、プロパン、イソプロパン、ブタンの炭化水素を含むことができる。
【0021】
燃焼生成物は、中赤外スペクトル帯にあるメタン（ＣＨ４）、二酸化窒素（ＮＯ２）、窒素酸化物（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、二酸化炭素（ＣＯ２）及び二酸化硫黄（ＳＯ２）のそれぞれの帯域中心で応答するように調整された非分散赤外線吸収分光法（ＮＤＩＲ－ＡＳ）によって測定することができる。非標的ガス固有の基準帯域は、内部基準のために、及びＳＯ２検出帯域のＷＶＣバックグラウンド補正のために使用される。排気サンプリング装置は、排出筒ガスと侵入保護排出ガスセンササブシステムとの間の温度差によって駆動される熱電発電器（ＴＥＧ）によって自己発電する。ＴＥＧはまた、例えば、船舶が港湾にあるときのエンジン負荷が低い、又は欠如しているために、ＴＥＧが供給することができないときに、排気サンプリング装置に電力を供給するバックアップバッテリの充電を維持するのにも役立つ。排気サンプリング装置は更に、エンジンが長期間アイドル状態にあるときに自動的にスリープ状態に切り替え、稼働中に再び覚醒することができる。排気サンプリング装置は、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）を更に含み、通信リンクを介して疑似リアルタイム間隔で燃焼生成物測定データ及び他のデータを送信することができる。
【0022】
排気サンプリング装置は、設置面積が小さく、自己発電でメンテナンスフリーである。
【0023】
水蒸気含有量（ＷＶＣ）の補正を適用して、高精度な定量化（体積レベルによるｐｐｍ）を可能にすることができる。吸収帯域のクロスオーバーが発生する場合、線形代数を適用して、Ｂｅｅｒ－Ｌａｍｂｅｒｔ吸収断面原理に基づいて、ガス／蒸気固有の吸収成分（したがって、個々の濃度レベルをｐｐｍ（ｖ）として）を判定し得る。必要に応じて、他のガス感知技術（例えば、電気化学ガス感知、表面音波検出、圧電）を排出ガスサンプル流路に実装して、定量的精度を更に向上させることができる。ＰＭ排気のモニタリングは、入ってくる排出ガスサンプルと並行して、又は直列に配置された任意の数の市販のＰＭ検出技術を使用して達成することができる。
【0024】
排気サンプリング装置は、好ましくは、排出ＳＯ２含有量を２～５００百万分率の体積（０．１％～３．５％未満の燃料硫黄含有量（ＦＳＣ）に相当）の範囲内で判定することができる。この範囲は、極低硫黄燃料油（ＵＬＳＦＯ）、超低硫黄燃料油（ＶＬＳＦＯ）、及び全てのエンジン負荷条件下で燃焼する重油（ＨＦＯ）の使用を対象としている。排出ＣＯ２含有量の検出範囲は、好ましくは、体積で１～１０％である。
【0025】
一実施形態では、サンプリングは、約６０分以下の間隔で、又は海上船舶が監視ＳＥＣＡ境界から２０海里未満であるときには別の間隔で行われる。他のサンプリングスキームも実施され得る。
【0026】
概要
図１は、海上二酸化硫黄排気切り替え監視システム１の概要を示す。
図１は、海上二酸化硫黄排気切り替え監視システム１の概要を示す。
【0027】
排気サンプリング装置１０は、マウント４を通って海上船舶上の煙突の少なくとも１つの排出筒に取り付けられる。
【0028】
図２ａ～図２ｅを参照すると、排気サンプリング装置１０は、装置１０のサブシステムを汚れ、空気中の粉塵粒子（ＩＰ６６又はＮＥＭＡ ４ｘ定格）から取り囲み、保護するハウジング１６１を有する。ハウジング１６１は、ヒートシンク８及び熱電発電器（ＴＥＧ）６を取り囲むヒートシンクハウジング１６２に接続される。ＴＥＧ６は、海上船舶の排出筒内に排気サンプリング装置１０を接続及び配置するために、マウント４に隣接する集熱器１３０に接続される。集熱器１３０は、集熱器ハウジング１３１によって取り囲まれ得る。排出筒上に設置されるとき、集熱器１３０は、排出筒からの排出ガス流内に存在する。また、ハウジング１６１内には、プレフィルタ１２、ポンプ２２、排出ガスセンササブシステム２０、電子機器ドライバ及びプロセッサ１２、衛星モデム１４、グローバルポジショニングシステム１６、並びに電力管理及びバッテリバックアップシステム２４が存在する。
【0029】
図１に戻って参照すると、排出筒からの排出ガス５０は、排気サンプリング装置１０のプレフィルタ１２の入口を通ってポンプ２２によってポンプ圧送される。プレフィルタ１２はまた、以下で更に詳細に考察される凝縮器要素を含む。排出ガス５１がプレフィルタ１２を通過した後、ガスは、少なくとも二酸化硫黄含有量、二酸化炭素含有量、排出ガスの温度、排出ガスの圧力、及び相対湿度を測定する排出ガスセンササブシステム２０に入る。次いで、排出ガス５２は、排出ガスセンササブシステム２０のガス吸収セルの排出出口であるポンプ２２を介して、排気サンプリング装置１０から排出される。
【0030】
排気サンプリング装置１０は、排出ガスセンササブシステム２０、ポンプ２２、及び衛星モデム１４からのデータを制御、処理及び記憶するための電子ドライバ及びプロセッサ１８を更に有する。ポンプ２２、電子ドライバ及びプロセッサ１２、並びに排出ガスセンササブシステム２０は、電源のためにＴＥＧ６と通信する電力管理及びバッテリバックアップシステム２４に更に接続される。
【0031】
グローバルポジションシステム（ＧＰＳ）１６からの場所もまた、ネットワーク２８を介して監視センター３０に他のデータと共に送信するために衛星モデム１４に提供される。ネットワーク２８は、銅線、光ファイバ、無線伝送、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイコンピュータ、及び／又はエッジサーバを備え得る。
【0032】
海上船舶上の排気サンプリング装置１０は、衛星２６及び／又は無線通信２７を通ってネットワーク２８を介して監視センター３０と通信している。
【0033】
熱電発電器（ＴＥＧ）
図９及び図１０を参照すると、ヒートシンクハウジング１６２内には、熱電発電器（ＴＥＧ）６、及びヒートシンク８がある。ＴＥＧ６及びヒートシンク８の出力は、排気サンプリング装置１０に電力を供給するために電力管理及びバックアップシステム２４に電力を供給する電源コネクタ１３３である。
図９及び図１０を参照すると、ヒートシンクハウジング１６２内には、熱電発電器（ＴＥＧ）６、及びヒートシンク８がある。ＴＥＧ６及びヒートシンク８の出力は、排気サンプリング装置１０に電力を供給するために電力管理及びバックアップシステム２４に電力を供給する電源コネクタ１３３である。
【0034】
集熱器１３０は、例えば、クランプ及びねじ１７５を使用して、ヒートシンクハウジング１６２及びＴＥＧ６に固定され、最小限の分離で一緒に集熱器１３０及びＴＥＧ６を保持する。集熱器１３０とヒートシンクハウジング１６２との間に断熱材が存在し得る。集熱器１３０は、排出筒の排出ガス内に配置される。集熱器１３０は、スペーサ１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃ、１７２ｄ、１７２ｅによって離間された複数のフィン１７１ａ、１７１ｂ、１７１ｃ、１７１ｄ、１７１ｅを有する少なくとも２つのヒートパイプ１７０ａ、１７０ｂを含む。
【0035】
海上船舶の内燃エンジンは、動作時に排出ガス筒を通って排出ガスを排出し、排出ガスは一般に、高温を有するとして特徴付けられる。集熱器１３０のフィン１７１ａ、１７１ｂ、１７１ｃ、１７１ｄ、１７１ｅは、排出ガス筒の排出ガスから直接熱を集め、ヒートパイプ１７０ａ、１７０ｂを通って熱を伝達する。ヒートパイプ１７０ａ、１７０ｂから、熱がヒートキャリア１７３に伝達され、ヒートキャリア１７３は、ヒートシールド１７４を通って熱をＴＥＧ６及びヒートシンク８に伝達する。ヒートシールド１７４は、ヒートキャリア１７３とＴＥＧ６との間に存在する。ヒートシールド１７４は、ヒートシンク８の有効性を改善するために、熱を遮断する。ヒートシンク８に供給される熱は、放熱側８ａ上で放散される。熱キャリア１７３は、高温で排出ガス筒及び低温でヒートシンク８によって境界付けられて電位を生成する２つの異なる導体を含む。ＴＥＧ６は、ヒートシンク８の放熱側８ａを通って熱を冷却及び放散しながら電力を発生させ、電位を生成し、電力管理及びバッテリバックアップシステム２４に蓄積及び伝達することができ、及び／又はコネクタ１３３を介して排気サンプリング装置１０に直接電力を供給する。ヒートシンク８は、ＴＥＧ６から熱を引き出す。
【0036】
他の実施形態では、ＴＥＧ６は、太陽光発電又は風力発電を含むことができるが、これらに限定されない他の自己発電オプションと置き換えることができる。
【0037】
電力管理及びバッテリバックアップシステム２４は、排気サンプリング装置１０のバッテリの電圧及び環境仕様に従って、ＴＥＧ８からのバッテリ充電を制御する。電力管理及びバッテリバックアップシステム２４によって、時間及び温度にわたる電圧及び電流の流れの監視に基づいた充電状態計算が行われる。充電状態の値は、電池が欠陥状態又は低充電状態にあるときに警告をトリガすることを可能にする。
【0038】
【0039】
一般に、排出ガスは、プレフィルタ１２を通ってポンプ２２によってポンプ圧送される。プレフィルタ１２から、排出ガスは、凝縮器要素３３を通って、層状フィルタ３４に移動する。層状フィルタ３４から、排出ガスは、ガス吸収セル３５を通って移動し、排気サンプリング装置１０から排出される。圧力／温度センサ３６は、ガス吸収セル３５とポンプ２２との間に存在する。
【0040】
プレフィルタ
図４は、プレフィルタ１２を示す。プレフィルタ１２の第１の端部１２ａは、排出ガス吸入口２００を有し、排出ガス筒内に存在する。プレフィルタ１２の第２の端部１２ｂは、好ましくはステンレス鋼製のマニホールド２０１を介して凝縮器要素３３と連通している。第１の端部１２ａは、排出ガス吸入口を受容するための多孔質ステンレス鋼フィルタ２０３を有する開口部２０２を有する。排出ガスは、フィルタ２０３を通過し、マニホールド２０１を通って、凝縮器要素３３の第１の端部３３ａに接続されたチューブ２０４に入る。ステンレス鋼フィルタ２０３は、好ましくは、０．０５ミクロンを超える微粒子を除去する。
図４は、プレフィルタ１２を示す。プレフィルタ１２の第１の端部１２ａは、排出ガス吸入口２００を有し、排出ガス筒内に存在する。プレフィルタ１２の第２の端部１２ｂは、好ましくはステンレス鋼製のマニホールド２０１を介して凝縮器要素３３と連通している。第１の端部１２ａは、排出ガス吸入口を受容するための多孔質ステンレス鋼フィルタ２０３を有する開口部２０２を有する。排出ガスは、フィルタ２０３を通過し、マニホールド２０１を通って、凝縮器要素３３の第１の端部３３ａに接続されたチューブ２０４に入る。ステンレス鋼フィルタ２０３は、好ましくは、０．０５ミクロンを超える微粒子を除去する。
【0041】
凝縮器
図３ａ～図３ｂを参照すると、凝縮器３３は、チューブ２０４を取り囲むスリーブ２０５から形成される。チューブ２０４は、好ましくは多孔質であり、水分がチューブ２０４の内側２０４ａからチューブ２０４の外側２０４ｂに伝達されることを可能にする。一実施形態では、チューブ２０４は、ポリマーで作製され、スリーブ２０５は、ゴアテックス（登録商標）又は他の通気性材料で作製され得る。スリーブ２０５を通る周囲空気を使用して、蒸気がチューブ２０４を通って移動するときに排出ガス蒸気を冷却することができる。図示されていないが、水又は他の流体は、スリーブ２０５内で循環されて、蒸気がチューブ２０４を通って移動するときに排出ガス蒸気を冷却するのを補助し得る。排出ガス蒸気は、好ましくは、周囲の大気状況の露点温度未満で冷却される。凝縮器３３の第２の端部３３ｂは、層状フィルタ３４と連通している。
図３ａ～図３ｂを参照すると、凝縮器３３は、チューブ２０４を取り囲むスリーブ２０５から形成される。チューブ２０４は、好ましくは多孔質であり、水分がチューブ２０４の内側２０４ａからチューブ２０４の外側２０４ｂに伝達されることを可能にする。一実施形態では、チューブ２０４は、ポリマーで作製され、スリーブ２０５は、ゴアテックス（登録商標）又は他の通気性材料で作製され得る。スリーブ２０５を通る周囲空気を使用して、蒸気がチューブ２０４を通って移動するときに排出ガス蒸気を冷却することができる。図示されていないが、水又は他の流体は、スリーブ２０５内で循環されて、蒸気がチューブ２０４を通って移動するときに排出ガス蒸気を冷却するのを補助し得る。排出ガス蒸気は、好ましくは、周囲の大気状況の露点温度未満で冷却される。凝縮器３３の第２の端部３３ｂは、層状フィルタ３４と連通している。
【0042】
層状フィルタ
層状フィルタ３４は、図５ａ～図５ｃに示される吸入フランジ２０８に結合された吸入口２０７を通って、チューブ２０６を介して冷却された空気を受け取る。吸入フランジ２０７から、排出ガス蒸気は、第１のガスケット２０９、第１のフィルタ２１０、第２のガスケット２１１、第２のフィルタ２１２、第３のガスケット２１３、第３のフィルタ２１４、第４のガスケット２１５、第４のフィルタ２１６、及び第５のガスケット２１７を通って、排出フランジ２１８の排気２１９を通って排気口を通過する。複数のガスケット２０９、２１１、２１３、２１５、２１７及びフィルタ２１０、２１２、２１４、２１６は、プレート２２０及びボルト２２１を介して、排出フランジ２１８と吸入フランジ２０８との間の所定の場所に保持される。プレート２２０は、パイプ２０６へのパイプ接続を更に支持する。
層状フィルタ３４は、図５ａ～図５ｃに示される吸入フランジ２０８に結合された吸入口２０７を通って、チューブ２０６を介して冷却された空気を受け取る。吸入フランジ２０７から、排出ガス蒸気は、第１のガスケット２０９、第１のフィルタ２１０、第２のガスケット２１１、第２のフィルタ２１２、第３のガスケット２１３、第３のフィルタ２１４、第４のガスケット２１５、第４のフィルタ２１６、及び第５のガスケット２１７を通って、排出フランジ２１８の排気２１９を通って排気口を通過する。複数のガスケット２０９、２１１、２１３、２１５、２１７及びフィルタ２１０、２１２、２１４、２１６は、プレート２２０及びボルト２２１を介して、排出フランジ２１８と吸入フランジ２０８との間の所定の場所に保持される。プレート２２０は、パイプ２０６へのパイプ接続を更に支持する。
【0043】
第１のフィルタ２１０、第２のフィルタ２１２、第３のフィルタ２１４、及び第４のフィルタ２１６は全て、好ましくは異なる粒径である。例えば、第１のフィルタ２１０は、１０μｍフィルタであり、第２のフィルタ２１２は、１．０μｍフィルタであり、第３のフィルタ２１４は、０．４５μｍフィルタであり、第４のフィルタ２１６は、ワイヤメッシュである。フィルタサイズは、赤外線（ＩＲ）分散を防止するために２μｍを超える粒子の侵入を十分に排除する任意のサイズであり得、かつ以下で考察されるガス吸収セル２４０がサンプルチャンバ内の小さい粒子の沈殿に被られないことを確実にするために、２μｍ未満である多くの微粒子を除去することができる。
【0044】
ガス吸収セル
非分散赤外線吸収分光法（ＮＤＩＲ－ＡＳ）を利用するガス吸収セル２４０の例を図６に示す。排出フランジ２１８の排出口２１９から、排出ガス蒸気は、ガス吸収セル２４０の吸入ポート２４１へと通過する。
非分散赤外線吸収分光法（ＮＤＩＲ－ＡＳ）を利用するガス吸収セル２４０の例を図６に示す。排出フランジ２１８の排出口２１９から、排出ガス蒸気は、ガス吸収セル２４０の吸入ポート２４１へと通過する。
【0045】
ガス吸収セル２４０は、エミッタ２４２を有する第１の端部２４０ａと、検出器２４３を有する第２の端部２４０ｂと、サンプルチャンバ２４４を形成する、エミッタ２４２と検出器２４３との間の長さＬとを有する。吸入ポート２４１及び排出ポート２４５は、ガス吸収セル２４０のサンプルチャンバ２４４の長さＬに沿って、エミッタ２４２と検出器２４３との間にある。一実施形態では、サンプルチャンバ２４４は、少なくとも２８．５ｃｍの長さを有する。
【0046】
第１の端部２４０ａにあるエミッタ２４０は、反射器２４７及び赤外線源２４６を有する。第２の端部２４０ｂにある検出器２４３は、１つ以上の通過帯域フィルタ２４８及び赤外線検出器２４９を含む。赤外線源２４６からの赤外線光は、サンプルチャンバ２４４を通って検出器２４３に向かって導かれる。センサ２５１は、ガス圧力及びガス温度のためにサンプルチャンバ２４４内に存在し得る。図６におけるセンサ２５１の場所は、例解目的にすぎず、サンプルチャンバ２４４内の任意の場所にあり得る。サンプルチャンバ２４４内のガスは、特定の波長の吸収を引き起こし、これらの波長の減衰は、ガス濃度を判定するために検出器２４３によって測定される。１つ以上の通過帯域フィルタ又は光学フィルタ２４８は、検出器２４３の前に位置して、選択されたガス分子が吸収することができる波長を除く全ての赤外線を排除する。検出器２４３は、フィルタ２４８によって吸収されなかった赤外線（ＩＲ）光の量を測定する。サンプルガスチャンバ２４０を通過した後、排出ガス蒸気は、排出ポート２４５を通ってガス吸収セルを出る。
【0047】
本発明の一実施形態では、通過帯域フィルタ又は光学フィルタ２４８は、二酸化硫黄に特有である。
【0048】
本発明の別の実施形態では、通過帯域フィルタ又は光学フィルタ２４８は、二酸化炭素、二酸化硫黄、及び水に特有である。
【0049】
更に別の実施形態では、通過帯域フィルタ又は光学フィルタ２４８は、二酸化炭素フィルタ、二酸化炭素基準フィルタ、二酸化硫黄フィルタ、及び二酸化硫黄基準フィルタに対応する４つのフィルタを含む。
【0050】
別の実施形態では、相対湿度センサ２５０は、排出ポート２４５に存在し、排出ガスの水蒸気含有量を測定する。
【0051】
代替の実施形態では、ガス吸収セル２４０は、単一のＩＲ光源２４６を有し、検出器２４３は、２つの検出器の前にある異なるガス、例えば、二酸化炭素及び二酸化硫黄のための２つの異なる通過帯域フィルタ２４８に対応する２つの検出器を含む。標的ガス（例えば、二酸化硫黄又は二酸化炭素）によって吸収される赤外線は、標的ガスの検出のための特定の帯域幅を有する活性フィルタを通過する。標的ガスと相互作用しない赤外線は、基準フィルタを通過する。これらの２つの帯域幅における透過光強度の差は、ガス濃度に変換される。二重波長センサは、光源又はガスセルのエイジング効果が基準波長での出力信号によって自動的に補償されるので、長期間の動作のための安定した測定を保証する。
【0052】
二酸化炭素のためのフィルタ２４８は、好ましくは、４．６５μｍの基準で４．４５μｍである。二酸化硫黄のためのフィルタ２４８は、好ましくは、７．８５μｍの基準で７．３μｍである。バックグラウンド補正を使用する水蒸気含有量の検出は、４．６５μｍの基準で７．８５μｍである。
【0053】
別の実施形態では、二酸化炭素のための２つ以上のフィルタが存在し得、二酸化硫黄のための２つ以上のフィルタが存在し得る。
【0054】
一実施形態では、二酸化炭素のためのフィルタ２４８は、１．９～２．１μｍである。別の実施形態では、二酸化炭素のためのフィルタ２４８は、２．６～２．９μｍである。更に別の実施形態では、フィルタ２４８は、４．１～４．５μｍである。
【0055】
一実施形態では、二酸化硫黄のためのフィルタ２４８は、７．１～７．６μｍである。
【0056】
一実施形態では、他のフィルタは、二酸化炭素及び二酸化硫黄又は他の排出ガスと重複しない様々な帯域、例えば、１．３～１．５μｍ、１．７５～２．０μｍ、２．５～３．０μｍ、及び５．０～８．０μｍで存在することができる。
【0057】
一実施形態では、基準帯域は、フィルタ２４８として存在することもでき、フィルタ２４８は、フィルタより＋／－０．２μｍ以下である。例えば、基準フィルタは、３．０９μｍ、３．７２μｍ、３．９５μｍ、及び／又は７．８５μｍとすることができる。
【0058】
更に別の実施形態では、単一のＩＲ光源２４６は、エミッタ及びＩＲ光源２４６に隣接しているフィルタ２４８を有する複数の光源を備える。
【0059】
ガス濃度は、１つ以上の検出器によって、電子ドライバ及びプロセッサ１８のプロセッサに送信される。次いで、排出ガス５２は、排気サンプリング装置１０の排出出口からポンプ圧送される。
【0060】
１つのガス吸収セルのみが示されているが、複数のガス吸収セルが存在し得、メタン、二酸化窒素、一酸化炭素、及び少なくともエタン、プロパン、イソプロパン、及びブタンを含む炭化水素などの異なるガスのガス濃度を判定するために連続的に設定され得る。メタンのためのフィルタは、７．６５μｍのフィルタ帯域中心を有する。二酸化窒素のためのフィルタは、５．５２μｍのフィルタ帯域中心を有する。窒素酸化物のためのフィルタは、６．２１μｍのフィルタ帯域中心を有する。一酸化炭素のためのフィルタは、４．６１μｍのフィルタ帯域中心を有する。炭化水素のためのフィルタは、３．４０μｍのフィルタ帯域中心を有する。
【0061】
代替的に、ガス吸収セルは、３つ以上のフィルタ及びそれらに関連付けられた基準フィルタを収容することができる。
【0062】
電子機器ドライバ／プロセッサ
プロセッサ１８は、ガス吸収セル２４０及び様々なセンサから筒内の排出ガスに関連付けられたデータを受信し、ガスに関連付けられたデータ及び他のデータを、衛星モデム１４を用いて監視センター３０に送信する。データは、好ましくは、送信されているデータの量を減らすためにバイト配列で送信される。排気サンプリング装置１０からのデータは、例えば衛星モデム１４を介して、通信チャネルを実行するためのエネルギーを通信又は確保しておくことができるかどうかにかかわらず、定期的に監視システム３０に送信されることに留意されたい。
プロセッサ１８は、ガス吸収セル２４０及び様々なセンサから筒内の排出ガスに関連付けられたデータを受信し、ガスに関連付けられたデータ及び他のデータを、衛星モデム１４を用いて監視センター３０に送信する。データは、好ましくは、送信されているデータの量を減らすためにバイト配列で送信される。排気サンプリング装置１０からのデータは、例えば衛星モデム１４を介して、通信チャネルを実行するためのエネルギーを通信又は確保しておくことができるかどうかにかかわらず、定期的に監視システム３０に送信されることに留意されたい。
【0063】
衛星２６が利用できない場合、又は排気サンプリング装置１０がデータを送信するのに十分な利用可能なエネルギーを有していない場合、タイムスタンプされた排出サンプルデータが収集され、１つ以上のコンピュータ可読ＲＡＭ８２２及び１つ以上のコンピュータ可読ＲＯＭ８２４、又は別の時間にアップロードされる１つ以上のコンピュータ可読有形記憶デバイス８３０などのメモリに記憶される。データは、必要に応じて、手動で排気サンプリング装置１０から更に抽出することができる。
【0064】
排気サンプリング装置１０の電力管理システム２４は、データ収集を優先することにも留意されたい。電力管理システム２４は、低バッテリ状態中にデータ伝送を停止することによって、エネルギー消費を低減する。
【0065】
電子ドライバ及びプロセッサ１８に関連付けられた内部構成要素の例を図１１に示す。電子ドライバ及びプロセッサ１８は、図１１に示されるように、１つ以上のプロセッサ８２０、１つ以上のコンピュータ可読ＲＡＭ８２２及び１つ以上のバス８２６上の１つ以上のコンピュータ可読ＲＯＭ８２４、並びに１つ以上のオペレーティングシステム８２８及び１つ以上のコンピュータ可読有形記憶デバイス８３０を含むことができる。１つ以上のオペレーティングシステム８２８は、ＲＡＭ８２２（典型的にはキャッシュメモリを含む）のうちの１つ以上を介してプロセッサ８２０のうちの１つ以上による実行のために、コンピュータ可読有形記憶デバイス８３０のうちの１つ以上に記憶される。図１１に例解される実施形態では、コンピュータ可読有形記憶デバイス８３０の各々は、内部ハードドライブの磁気ディスク記憶デバイスである。代替的に、コンピュータ可読有形記憶デバイス８３０の各々は、ＲＯＭ８２４、ＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、又はコンピュータプログラム及びデジタル情報を記憶することができる任意の他のコンピュータ可読有形記憶デバイスなどの半導体記憶デバイスである。
【0066】
内部構成要素８００ａはまた、監視システム３０の一部として存在する１つ以上のポータブルコンピュータ可読有形記憶デバイスから読み出し、それらに書き込むためのＲ／Ｗドライブ又はインターフェース８３２を含む。
【0067】
コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行デバイスによる使用のための命令を保持及び記憶することができる有形のデバイスであることができる。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、電子記憶デバイス、磁気記憶デバイス、光学記憶デバイス、電磁記憶デバイス、半導体記憶デバイス、又は前述の任意の好適な組み合わせであり得るが、これらに限定されない。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例の非網羅的なリストは、以下の、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ポータブルコンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、メモリスティック、フロッピーディスク、パンチカード又はその上に記録され命令を有する溝における隆起構造などの機械的に符号化されたデバイス、及び前述の任意の好適な組み合わせを含む。本明細書で使用されるコンピュータ可読記憶媒体は、それ自体が、電波若しくは他の自由に伝播する電磁波、導波路若しくは他の伝送媒体を通して伝播する電磁波（例えば、光ファイバーケーブルを通過する光パルス）、又は有線を通して送信される電気信号などの、一時的な信号であると解釈されるべきではない。
【0068】
本明細書に説明されるコンピュータ可読プログラム命令は、ネットワーク、例えば、インターネット、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、及び／又は無線ネットワークを介して、コンピュータ可読記憶媒体からそれぞれのコンピューティング／処理デバイスに、又は外部コンピュータ若しくは外部記憶デバイスにダウンロードすることができる。ネットワークは、銅伝送ケーブル、光伝送ファイバ、無線伝送、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイコンピュータ、及び／又はエッジサーバを備え得る。各コンピューティング／処理デバイスにおけるネットワークアダプタカード又はネットワークインターフェースは、ネットワークからコンピュータ可読プログラム命令を受信し、それぞれのコンピューティング／処理デバイス内のコンピュータ可読記憶媒体に記憶するためのコンピュータ可読プログラム命令を転送する。
【0069】
本発明の動作を実行するためのコンピュータ可読プログラム命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、集積回路のための設定データ、又はオブジェクト指向プログラミング言語、及び手続き型プログラミング言語、若しくは同様のプログラミング言語などを含む１つ以上のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれたソースコード若しくはオブジェクトコードのいずれかであり得る。いくつかの実施形態では、例えば、プログラマブル論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又はプログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）を含む電子回路は、本発明の態様を実行するために、電子回路をパーソナライズするためにコンピュータ可読プログラム命令の状態情報を利用することによって、コンピュータ可読プログラム命令を実行し得る。
【0070】
これらのコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図ブロック（複数可）に指定された機能／動作を実装するための手段を作成するように、マシンを生成するために汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサに提供され得る。これらのコンピュータ可読プログラム命令はまた、コンピュータ、プログラマブルデータ処理装置、及び／又は他のデバイスを特定の様式で機能させることができるコンピュータ可読記憶媒体に記憶され得、その結果、その中に記憶される命令を有するコンピュータ可読記憶媒体は、フローチャート及び／又はブロック図ブロック（複数可）で指定される機能／動作の態様を実装する命令を含む製造物品を備える。
【0071】
コンピュータ可読プログラム命令はまた、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、又は他のデバイスにロードされ得、コンピュータ、他のプログラマブル装置、又は他のデバイス上で実行される一連の操作ステップをコンピュータ、他のプログラマブル装置、又は他のデバイス上で実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図ブロック（複数可）に指定された機能／動作を実装するように、コンピュータ実装プロセスを生成させることができる。
【0072】
サンプリングデータ収集
一実施形態では、データは、少なくとも６０分ごとに排出ガスから収集される。海上船舶が監視ＳＥＣＡ境界から２０海里未満であるとき、収集率は上昇し得る。
一実施形態では、データは、少なくとも６０分ごとに排出ガスから収集される。海上船舶が監視ＳＥＣＡ境界から２０海里未満であるとき、収集率は上昇し得る。
【0073】
図１３は、船舶が、海１２１から港湾１２３まで、及び海１２２に戻るまで、ＳＥＣＡ境界（１点鎖線１２０）を通過するときのサンプル戦略のスケッチを示す。船舶の上り経路は、破線１２４で表され、船舶の下り経路は、短長鎖線１２５で表されている。経路１２４及び１２５の各々上の各矢印１２６は、約１時間の航行を表している。
【0074】
経路１２４及び１２５に沿った円１２７ａ～１２７ｊは、システムがアクションを取るポイントを表し、これは、以下の説明においてで詳細に解説される。黒色で塗りつぶされた円１２７ｇ～１２７ｈは、範囲外又は「不良」（すなわち、非準拠）の読み取り値を表し、一方、開いた（白色で塗りつぶされた）円１２７ａ～１２７ｆ及び１２７ｊは、範囲内（すなわち、準拠）の読み取り値を示している。点線の円は、低排気の測定値を示し、実線のある円は高排気の測定値を示している。
【0075】
例示的な戦略は、以下のように進み、図１１において数字はポイントを参照している。
【0076】
１２７ａ：このポイントで、船舶は、上り経路１２４上のＳＥＣＡ境界１２０の外側にあるため、高硫黄燃料が許可される。このポイントではＳＥＣＡのより制限された範囲はまだ適用されないため、排気サンプリング装置１０からの読み取り値は高いが、依然として準拠している。システムは、選択されたスケジュール、例えば、図１１に示すように、１時間ごとに読み取り値を得る。より頻繁な、又はそれほど頻繁でないスケジュールを必要に応じて選択することもできる。読み取り値が得られると、読み取り値からのデータ（例えば、時間、場所、コンプライアンスステータス、及びおそらく生のセンサデータ番号）は、船舶のリポジトリに保存され、後で陸上の監視センター３０に送信される。
【0077】
１２７ｂ：船舶は、ＳＥＣＡ境界１２０に近づいている。システムは、高硫黄燃料から低硫黄燃料への切り替えを示すデータを取り込むために、おそらく１０分ごと又はそれ以上の頻度で、より頻繁な読み取り値の取得を開始する。
【0078】
１２７ｃ：船舶は、必要に応じて低硫黄燃料に切り替え、システムは、排出ガスが準拠していることを示す読み取り値でこれを確認する。
【0079】
１２７ｄ：このポイントで、船舶は、陸上ベースの携帯電話ネットワークの範囲内にある。システムは、ネットワークに接続し、少なくとも船内システムが正常に動作しており、船舶が準拠していることを示すステータスレポートをサーバに送信する。所望される場合、船内リポジトリからのデータの完全なアップロードは、この時点で中央サーバに送信され得る。
【0080】
１２７ｅ：船舶は、港湾１２３にある。このシステムは、コンプライアンスを維持していることを確認するために、排気を監視し続ける。ステップ１２７ｄでそうしなかった場合、船舶が港湾にある間、リポジトリ内のデータをこの時点で監視センター３０にアップロードすることができる。
【0081】
１２７ｆ：船舶は、下り経路１２５によって港湾を出発した。読み取り値は、排出ガスが内部ＳＥＣＡ規格に準拠したままであることを示す。
【0082】
１２７ｇ：システムが「不良」又は範囲外の読み取り値を持つサンプルを検出した。ＳＥＣＡ境界１２０の外側で、船舶があまりにも早く高硫黄燃料に変更されたことが可能であり、又はこれは、不良なサンプル若しくは過渡状態によって引き起こされる偽の読み取り値であり得る。
【0083】
１２７ｈ：システムは、サンプルが実際に非準拠状態を示し、偽の読み取り値に基づいていないことを確認するために、一定期間、より頻繁に読み取り値を得る。読み取り値は範囲外であり続けるため、システムはこれを非準拠の状況としてログに記録する。
【0084】
１２７ｊ：船舶は、ＳＥＣＡ境界１２０の外側にあるため、システムは、より高い範囲を適用する。システムによって得られた読み取り値は、再び「良好」であり、船舶がこの領域に適用される基準に準拠していることを示す。
【0085】
１２７ｋ：船舶が次の港湾（マップ外）に到着すると、最後のアップロード以降に蓄積された全ての履歴データが船内リポジトリから中央サーバに送信される。
【0086】
アラートは、排気サンプリング装置１０を備えた船舶上のユーザ、又はコンプライアンス若しくはコンプライアンス違反に関する執行機関若しくは政府機関に送信することができる。
【0087】
装着オプション
図８ａ～図８ｆは、船上排気サンプリング装置１０の設置オプションの例を示す。図８ａ～図８ｄ及び図８ｆでは、単一の煙突１４０があり、その中に複数の排出筒１４１、１４３、１４４、１４５、及び１４６がある。図８ｅは、図８ａに示される種類の複数の煙突１４７ａ及び１４７ｂを示す。各図では、排気サンプリング装置１０を設置するための場所１４２がボックスで示されている。
図８ａ～図８ｆは、船上排気サンプリング装置１０の設置オプションの例を示す。図８ａ～図８ｄ及び図８ｆでは、単一の煙突１４０があり、その中に複数の排出筒１４１、１４３、１４４、１４５、及び１４６がある。図８ｅは、図８ａに示される種類の複数の煙突１４７ａ及び１４７ｂを示す。各図では、排気サンプリング装置１０を設置するための場所１４２がボックスで示されている。
【0088】
【0089】
図８ｃは、２本の直線パイプ１４１に加えて湾曲した排出筒１４４を有する船舶を示す。湾曲したパイプ１４４については、示されるようなサイドマウント１４２が好ましいであろう。
【0090】
図８ｆは、複数の排出筒１４９が「ウイング」の端部で煙突１４８から水平に離れた設計のクルーズ船煙突１４８を示す。
【0091】
自律リアルタイム二酸化硫黄及び二酸化炭素監視の方法
図７は、船舶排気ガスの自律リアルタイム二酸化硫黄及び二酸化炭素監視の方法を示す。
図７は、船舶排気ガスの自律リアルタイム二酸化硫黄及び二酸化炭素監視の方法を示す。
【0092】
第１のステップでは、監視センター３０の監視システムは、海上船舶の排出ガス分析データ及び診断データを受信する（ステップ９０１）。データは、監視システムにデータアレイで送信され得る。
【0093】
排気分析データは、日付、時刻、緯度及び経度、二酸化硫黄値、二酸化炭素値、ガス湿度、ガス圧力、排気サンプリング装置１０の高度、海上船舶の速度、及び海上船舶の方位、使用されている燃料タイプ、並びに海上船舶の排気に関連付けられた他の情報を含むことができる。追加的に、メタン、二酸化窒素、窒素酸化物、一酸化炭素、及び炭化水素などの他のガス値も送信することができる。
【0094】
海上船舶の緯度及び経度データ、日付、時刻、高度、進路及び速度は、ＧＰＳシステム１６に支給され得る。
【0095】
二酸化硫黄値、二酸化炭素値、及びメタン、二酸化窒素、窒素酸化物、一酸化炭素、及び炭化水素の値のいずれかは、好ましくは、通過帯域フィルタ２４８の後ろの検出器２４３からの生の検出器値である。
【0096】
ガス圧力及びガス温度は、好ましくは、センサ２５１を有するガス吸収セル２４０のサンプルチャンバ２４４内で得られる。
【0097】
ガス湿度は、相対湿度センサ２５０によって供給される。二酸化硫黄センサ値及び二酸化炭素センサ値は、電子ドライバ及びプロセッサ１８によって、ガス吸収セル２４０によって提供される読み取り値から計算することができる。ガス圧力はまた、ガス圧力／温度センサ３６によって提供され得る。
【0098】
診断データは、排気サンプリング装置内の温度センサからのエンクロージャ温度又は熱データ、バッテリ電圧、ＴＥＧ電圧、ジオロケーション、サンプルガス調節、プレフィルタ又は層状フィルタ内に存在するフィルタ圧力、及び改ざん検出カウントを含むことができる。
【0099】
エンクロージャ温度は、排気サンプリング装置内の内部ガス圧力／温度センサによって得られ、データの異常が、排気サンプリング装置を排気サンプリング装置の熱動作公差から外す環境状況によって引き起こされる可能性があることを判定する。
【0100】
バッテリ電圧とＴＥＧ電圧は、内部アナログデジタル（ＡＤＣ）コンバータを使用して測定され、熱エネルギー収集の有効性とバッテリ容量及び劣化とを監視する。
【0101】
フィルタ圧力は、サンプルの真空ポンプ圧送ガスの前とポンプ圧送直後のガス経路の真空圧力の差の尺度であり、これは、時間の経過と共にフィルタの目詰まりの傾向を示すことができる。ガス圧力センサは、層状フィルタ３４の排出口２１９又は吸入口２０７内に存在し得る。追加的に、圧力／温度センサ３６を使用することができる。
【0102】
改ざんカウントは、排気サンプリング装置１０のハウジングが取り外されたか、又は開かれたかを示し、排気サンプリング装置が製造以来開かれたかどうかを示す、光検出器が光に露出された回数の集計であり、これは、カウントの増加後の値に疑問を投げかけることになる。改ざん検出カウントがトリガされる場合、データは引き続き収集されるが、欠陥がある可能性があるとしてフラグが立てられることに留意されたい。
【0103】
データ収集又は監視センター３０へのデータの送信のいずれかについて、船舶データシステムへの接続がないことに留意されたい。
【0104】
監視センター３０に提供されるデータは、追加の船舶データで補足することができる。例えば、正午のレポートを取得して、燃料消費量と、海上船舶が特定の燃料消費量の間にある、又はその間にあった関連付けられた気象状況を理解するための追加のデータを提供することができる。
【0105】
診断データは、排気サンプリング装置１０が正しく機能しているかどうか、排気サンプリング装置１０が改ざんされているかどうか、又は排気サンプリング装置１０がデバイス寿命終了前に交換されるべきかどうかを判定するために使用される。
【0106】
監視センター３０の監視システムは、データを抽出し、リポジトリ内にデータを記憶する（ステップ９０２）。
【0107】
次いで、監視システムは、距離及び時間にわたる炭素排気率を計算し、リポジトリに炭素排気率を記憶する（ステップ９０３）。
【0108】
監視システムは、特定の場所での燃料レベルにおける硫黄排気率を計算し、硫黄排気率及び海上船舶の特定の場所をリポジトリに記憶する（ステップ９０４）。
【0109】
監視システムは、海上船舶の特定の場所が規制ゾーン内にあるかどうかを判定する（ステップ９０５）。規制ゾーンは、境界を描く緯度及び縦方向座標のリストによって画定される。例えば、ジオフェンスは、各サンプルが任意の境界内又は境界外で得られるかどうかを判定するために使用することができる。
【0110】
海上船舶の特定の場所が規制ゾーン内にあり（ステップ９０６）、硫黄排気率が規制ゾーンの予想される範囲内にある場合（ステップ９０７）、監視システムは、硫黄排気率が予想される範囲内にあることと、海上船舶の燃料コンプライアンスとに関する通知をユーザに送信し（ステップ９０８）、この方法は終了する。特定の場所での硫黄レベルと関連付けられた限界値の計算は、ＭＡＲＰＯＬ Ａｎｎｅｘ ＶＩのＲｅｇｕｌａｔｉｏｎ １４に基づいている。
【0111】
ユーザは、海上船舶の所有者、海上船舶の船長、又は海上船舶に存在する他の人、沿岸警備隊、他の法執行機関、又は燃料消費量若しくは環境要因を監視するユーザ、他のユーザであり得る。
【0112】
特定の場所が規制ゾーン内にあり（ステップ９０６）、硫黄排気率が規制ゾーンの予想される範囲内にない場合（ステップ９０７）、監視システムは、排気サンプリング装置１０が正しく機能しているかどうかを判定する（ステップ９０９）。排気サンプリング装置１０の機能は、診断データを所定のパラメータ内の基準ポイントと比較することによって判定することができる。監視システムが、所定のパラメータの外で機能することによって排気サンプリング装置１０が正しく機能していない、又は改ざんされていると判定した場合（ステップ９１０）、代替の排気サンプリング装置１０が海上船舶に送信され、計算された硫黄排気率を用いてユーザに通知が送信され（ステップ９１１）、方法が終了する。排気サンプリング装置の改ざんは、受信された改ざんカウントによって判定することができる。
【0113】
特定の場所が規制ゾーン内にあり（ステップ９０６）、硫黄排気率が規制ゾーンの予想される範囲内にない場合（ステップ９０７）、監視システムは、二酸化硫黄排気装置１０が正しく機能しているかどうかを判定する（ステップ９０９）。監視システムが、排気サンプリング装置１０が所定のパラメータ内で正しく機能しており、改ざんカウントが所定の量を超えていないと判定した場合（ステップ９１０）、計算された硫黄排気率及びコンプライアンス違反に関する通知がユーザに送信され（ステップ９１２）、方法は終了する。
【0114】
特定の場所が規制ゾーン内にない場合（ステップ９０６）、方法は終了する。
【0115】
本発明の態様は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート例解図及び／又はブロック図を参照して本明細書に説明されている。フローチャート例解図及び／又はブロック図の各ブロック、並びにフローチャート例解図及び／又はブロック図のブロックの組み合わせは、コンピュータ可読プログラム命令によって実装され得ることが理解されよう。
【0116】
図におけるフローチャート及びブロック図は、本発明の様々な実施形態による、システム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能性、及び動作を例解する。これに関して、フローチャート又はブロック図の各ブロックは、指定された論理機能（複数可）を実装するための１つ以上の実行可能命令を含む、命令のモジュール、セグメント、又は部分を表し得る。いくつかの代替的な実装形態では、ブロックに記載された機能は、図に記載された順序から外れて発生し得る。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行され、又はブロックは、関与する機能性に応じて、時には逆の順序で実行され得る。また、ブロック図及び／又はフローチャート例解図の各ブロック、並びにブロック図及び／又はフローチャート例解図におけるブロックの組み合わせは、指定された機能又は作用を実行する、又は特殊目的ハードウェア及びコンピュータ命令の組み合わせを実行する特殊目的ハードウェアベースのシステムによって実装することができることにも留意されたい。
【0117】
本発明は、任意の可能な技術的詳細レベルの統合におけるシステム、方法、及び／又はコンピュータプログラム製品であり得る。コンピュータプログラム製品は、プロセッサに本発明の態様を実行させるためのコンピュータ可読プログラム命令をその上に有するコンピュータ可読記憶媒体（又は媒体）を含み得る。
【0118】
ユーザインターフェース
図１２は、船舶データをクライアントに伝達するための例示的なユーザインターフェースを示す。ディスプレイは、図に示すように、タブレットディスプレイ５１０などの所望される任意のハードウェア上に実装され得る。図中の例示的なディスプレイは、時間データセクション５１２に分割され、時間データセクション５１２は、地理的場所（ｌａｔ／ｌｏｎ）５１３及び時間５１４についての列を有する。スクロールバー５２３は、当技術分野に共通の様式でテーブルを容易にナビゲートするように提供することができる。識別セクション５１５は、写真５２４及び「タイプ：ドライバルク」の注記などの他の情報を含み得る、船舶の識別に関する情報を例示的なディスプレイに表示するために提供することができる。検索ボックス５１６も提供され得る。
図１２は、船舶データをクライアントに伝達するための例示的なユーザインターフェースを示す。ディスプレイは、図に示すように、タブレットディスプレイ５１０などの所望される任意のハードウェア上に実装され得る。図中の例示的なディスプレイは、時間データセクション５１２に分割され、時間データセクション５１２は、地理的場所（ｌａｔ／ｌｏｎ）５１３及び時間５１４についての列を有する。スクロールバー５２３は、当技術分野に共通の様式でテーブルを容易にナビゲートするように提供することができる。識別セクション５１５は、写真５２４及び「タイプ：ドライバルク」の注記などの他の情報を含み得る、船舶の識別に関する情報を例示的なディスプレイに表示するために提供することができる。検索ボックス５１６も提供され得る。
【0119】
マップ表示５１１は、時間データセクション５１２に示される時間間隔中の船舶の経路１１８を示す。時間データエントリ５２１のうちの１つが選択され、その時点でのその経路５１８上の船舶の場所は、マップ上の円５２０によって示される。
【0120】
マップはまた、一点鎖線５１７によってＳＥＣＡの境界を示す。港湾に入港する船舶は、ＳＥＣＡ５１７の境界を越える前に、低硫黄燃料に切り替える必要がある。
【0121】
この例では、船舶は、燃料の切り替えが遅れた。船舶が航路５１８の点線部分５１９にあった時間中、船舶は、依然として高硫黄を燃焼しており、これは、船舶がこの期間中にコンプライアンスから外れていたことを意味する。このコンプライアンス違反期間に対応する時間データ表示５１２上のエントリ５２２は、違反の発生を示すために強調表示される。
【0122】
代替的な実施形態
排気センサ装置３００は、図１２のユーザインターフェース及びサンプリングデータ収集に加えて、図７で考察されたように船舶排気ガスの自律リアルタイム二酸化硫黄及び二酸化炭素監視の同じ方法、並びに前に考察されたように電子機器及びプロセッサを使用することができる。
排気センサ装置３００は、図１２のユーザインターフェース及びサンプリングデータ収集に加えて、図７で考察されたように船舶排気ガスの自律リアルタイム二酸化硫黄及び二酸化炭素監視の同じ方法、並びに前に考察されたように電子機器及びプロセッサを使用することができる。
【0123】
図１４～図１８を参照すると、排気センサ装置３００は、装着プレート６１５を通って、海上船舶上の煙突の少なくとも１つの排出筒１４１に取り付けられる。この実施形態では、装着プレート６１５は、装着ストラップ６２０、６２１を通って排出筒１４１に固定されており、装着ストラップ６２０、６２１は、排出筒１４１の外周１４１ａ全体を取り囲み、かつ装着ストラップ６２０、６２１を装着プレート６１５に接続するアンカーストラップ６２３、６２５、６２７、６２９上のストラップ締結ナット６２２、６２４、６２６、６２８を使用して、排出筒１４１の外周に対して締め付けられている。
【0124】
より具体的には、図１８に示されるように、装着プレート６１５は、第１のフランジ６１５ｂと、第１のフランジ６１５ｂの反対側にある第２のフランジ６１５ｃと、を有するバックプレート６１５ａを有する。第１のフランジ６１５ｂは、第１の穴６１６ａ及び第２の穴６１６ｂを有する。第１のフランジ６１５ｂの第１の穴６１６ａは、第１のストラップ締結ナット６２２を有する第１のアンカーストラップ６２３を受容し、装着ストラップ６２０の第１の端部６２０ａに接続する。第１のフランジ６１５ｂの第２の穴６１６ｂは、第２のストラップ締結ナット６２４を有する第２のアンカーストラップ６２５を受容し、装着ストラップ６２１の第１の端部６２１ａに接続する。第２のフランジ６１５ｃは、第１の穴６１６ｃ及び第２の穴６１６ｄを有する。第２のフランジ６１５ｃの第１の穴６１６ｃは、第３のストラップ締結ナット６２６を有する第３のアンカーストラップ６２７を受容し、装着ストラップ６２０の第２の端部６２０ｂに接続する。第２のフランジ６１５ｃの第２の穴６１６ｄは、第４のストラップ締結ナット６２８を有する第４のアンカーストラップ６２９を受容し、装着ストラップ６２１の第２の端部６２１ｂに接続する。バックプレート６１５ａには、ヒートシンク４７８を含む熱電発電器（ＴＥＧ）アセンブリ４５０が装着されており、ヒートシンク４７８は、以下で更に詳細に説明される。
【0125】
図１７を参照すると、ＴＥＧアセンブリ４５０及びヒートシンク４７８を取り囲んでいるのは、ヒートシンクハウジング６０６である。ヒートシンクハウジング６０６は、バックプレート６１５ａのボルト６０８を受容する第１のフランジ６０７ａであって、第１のフランジ６０７ａがバックプレート６１５ａに平行であるように、装着プレート６１５の第１のフランジ６１５ｂとバックプレート６１５ａの熱ブロック伝達部４７９との間に受容される、第１のフランジ６０７ａを有する。第２のフランジ６０７ｂは、バックプレート６１５ａのボルト６０８を受容し、装着プレートの第２のフランジ６１５ｃと熱ブロック伝達部４７９との間に受容される。ヒートシンクハウジング６０６の第１のフランジ６０７ａに接続されているのは、放熱のための複数の穴６１０ａを含む「Ｌ」の垂直部分６１０と、第１のフランジ６０７ａに垂直な垂直部分６１０の端部６１０ｂと、を有するＬ字形ブラケット６０９である。「Ｌ」の水平部分６１１は、センサガスデバイス経路のためのハウジング６５０を受容するための平坦面６１１ａを形成する。ヒートシンクハウジング６０６の第２のフランジ６０７ｂに接続されているのは、Ｌ字形ブラケット６１２であり、これは、Ｌ字形ブラケット６０９の鏡像である。Ｌ字形ブラケット６１２は、ヒートシンクハウジング６０６の第２のフランジ６０７ｂに接続されている。「Ｌ」の垂直部分６１３は、放熱のための複数の穴６１３ａを含む。垂直部分６１３の端部６１３ｂは、第２のフランジ６０７ｂに垂直である。「Ｌ」の水平部分６１４は、センサガスデバイス経路のためのハウジング６５０を受容するための平坦面６１４ａを形成する。Ｌ字形ブラケット６０９とＬ字形ブラケット６１２とを接続することは、追加の放熱のための一連の穴６１７ａを有する底部ピース６１７である。平坦面６１１ａに平行であり、かつＬ字形ブラケット６０９の垂直部分６１０に垂直であるのは、反転Ｌ字形ピース６１８である。平坦面６１４ａに平行であり、かつ垂直部分６１３に垂直であるのは、反転Ｌピース６１９である。両方の反転Ｌピース６１８、６１９は、底部ピース６１７の反対側にあり、凝縮器チャンバ４００が装着されている平坦部を提供する。凝縮器チャンバ４００は、サンプルガスチューブ３４４に接続されている。
【0126】
図１６を参照すると、ボルト６２０を介してヒートシンクハウジングの平坦部６１１ａ、６１４ａに装着され、かつ固定されているのは、センサガスデバイス経路のためのハウジング６５０である。ハウジング６５０内には、ポンプ３５０、ガス乾燥チューブ３５１、３５２、ＮＤＩＲ光学チューブ又はガス吸収セル２４０、温度／湿度センサ３５３、検出器２４３、エミッタ２４２、及び微粒子フィルタ３５５がある。また、電子機器ドライバ及びプロセッサ１２、衛星モデム１４、グローバルポジショニングシステム１６、並びに電力管理及びバッテリバックアップシステム２４も存在するが、図示されていない。
【0127】
図１５に示されるように、ハウジング６５０及び凝縮器チャンバ４００を取り囲んでいるのは、外側ハウジング６００である。外側ハウジング６００は、ハウジング６５０のねじ６５１と係合する。外側ハウジング６００は、装置のサブシステムを汚れ、空気中の粉塵粒子（ＩＰ６６又はＮＥＭＡ ４ｘ定格）から取り囲み、保護する。
【0128】
図１４及び図１９は、サンプルガスチューブ３４４を介して排気センサ装置３００に接続された別個の排気サンプリング装置３３５を示す。サンプリング装置３３５及び排気センサ装置３００は、一緒に、排気サンプリング装置を形成すると考えられることに留意されたい。サンプリング装置３３５は、クランプ３２０を介して、排出筒１４１の外周１４１ａに装着され、排出サンプル吸入口３０７が、排出筒１４１を出る排出ガス５０内に存在する。排出サンプル吸入口３０７は、第１の開放端３０７ａ及び第２の開放端３０７ｂを有するチューブ又は他の同様の形状である。排出サンプル吸入口３０７内には、フィルタシールド３３５によって取り囲まれた大型微粒子フィルタ３３４がある。フィルタシールド３３５は、依然として排気が入ることを可能にしながら、微粒子フィルタ３３４を保護する。微粒子フィルタ３３４は、ガスサンプルチャネル３３６を通って圧縮継手３３８によって、第１の端部３４４ａでサンプルガスチューブ３４４に接続される。大型微粒子フィルタ３４４は、多孔質ステンレス鋼フィルタであり得、０．０５ミクロンを超える微粒子を除去し得る。
【0129】
サンプリング装置３３５を接続するために示されるクランプ３２０は、ボルトフレーム３２１及びボルト３２２を含むが、他の手段も使用され得る。
【0130】
排出筒１４１内の排出ガス５０は、サンプルガス吸入口３４４を通って流れ、排出ガス５０のいくらかは、大型微粒子フィルタ３４４内を流れる。大型微粒子フィルタ３４４を出た後、排出ガス５０は、ガスサンプルチャンバ３３６を通って、ガスサンプルチューブ３４４に流れる。次いで、排出ガス５０は、ガスサンプルチューブ３４４の第２の端部３４４ｂを出て、排気センサ装置３００内の凝縮器４００に流れる。
【0131】
図２２を参照すると、排出ガス５０は、凝縮器チャンバ４００の第１の端部４００ａに入り、第２の端部４００ｂに流れ、ポンプ３５０によって真空引きされるとき、サンプルガス送出アンブレラバルブ４０２を通って、ガス乾燥チューブ３５１、３５２に接続されたガスサンプル排出チューブ４０３に流れる。サンプルガス送出アンブレラバルブ４０２は、ポンプ３５０が係合されたときに排出ガス５０が排出されることを可能にするためにのみ開くことに留意されたい。排出ガス５０は、凝縮器チャンバ４００を取り囲む凝縮器ブロック４０１によって、凝縮器チャンバ４００内で冷却される。凝縮チャンバ４００は、ガスサンプルチューブ３４４のガスサンプル入力又は第２の端部３４４ｂを通って不注意に取り込まれた凝縮又は水を収集する。凝縮吐出ポートアンブレラバルブ４０４は、ポンプ３５０によって凝縮器チャンバ４００内で真空引きされる場合を除いて、凝縮が凝縮出力４００ｃを通って凝縮器チャンバ４００を出ることを可能にする。
【0132】
図２０は、センサデバイスのガス経路を示す。ガス乾燥チューブ３５１、３５２及びＮＤＩＲ光学チューブ又はガス吸収セル２４０は、検出器２４３とエミッタ２４２との間に存在する。ガス吸収チューブ２４５上には、ポンプ３５０及び温度／湿度センサ３５４が存在する。微粒子フィルタ３５５は、乾燥チューブ３５１、３５２とガス吸収セル２４０との間に存在する。ガス出口２４５は、乾燥チューブ３５１、３５２から離れて存在する。
【0133】
ガスサンプル排出チューブ４０３は、乾燥チューブ３５１、３５２に接続されて、排出ガスサンプル内に存在する任意の追加の水分を抽出する。ガス乾燥チューブ３５１は、好ましくは、図２１に示されるように、水蒸気が中空チューブのポリマー壁を通過することを可能にするポリマーで作製された中空チューブである。ガス乾燥チューブ３５１は、好ましくはＮａｆｉｏｎ（商標）チューブであるが、他のチューブも使用され得る。ガス乾燥チューブ３５１は、中空チューブ又はシェル３５２によって取り囲まれている。ガス乾燥チューブ３５１は、湿潤サンプル排出ガス５０を受容するための第１の端部３５１ａと、乾燥排出サンプルガス５０を出力するための第２の端部３５１ｂとを有する。
【0134】
排出ガスサンプル５０がガス乾燥チューブ３５１を出た後、ガスは、微粒子フィルタ３５５を通って移動し、湿度、温度及び圧力センサ３５４を介してガス吸収セル２４０を通過する。ガス吸収セル２４０は、図６に示されるように、非分散赤外線吸収分光法（ＮＤＩＲ－ＡＳ）を利用する。排出フランジ２１８の排出口２１９から、排出ガス蒸気は、ガス吸収セル２４０の吸入ポート２４１へと通過する。排出ガスサンプルが排出ガス蒸気５０を通過した後、ガス吸収セル２４０を出て、ガス乾燥チューブ３５１の第２の端部３５１ｂの近くの乾燥パージガス入口３７６へと流れる。排出ガス５０ａは、シェル内のポンプ３５０によって、ガス乾燥チューブ３５１の第１の端部３５１ａの近くの湿潤パージガス出口３７５にポンプ圧送される。
【0135】
乾燥排出ガスに相当する、乾燥パージガス５０ａ中の水蒸気の分圧は、排出ガスサンプル５０中のガス乾燥チューブ３５１中に存在する水蒸気が、ガス乾燥チューブ３５１のポリマーを通って、第２の端部３５１ｂに出る前に、シェル３５２内のパージガス経路に伝達されるように、サンプル排出ガス５０中よりも小さい。湿潤パージガス出口３７５から、流体は、ガス出口２４５に流れ、排気サンプリング装置３００を出る。
【0136】
図２３は、熱電発電器アセンブリを示す。
【0137】
ヒートシンクハウジング６０６内には、熱発電機（ＴＥＧ）４５０及びヒートシンク４７８がある。ＴＥＧ４５０及びヒートシンク４７８の出力は、排気サンプリング装置３００に電力を供給するために電力管理及びバックアップシステム２４に電力を供給する電源コネクタ（図示せず）である。
【0138】
排出筒１４１からの熱は、熱伝達パッド４８０を通して吸収される。熱伝達パッド４８０は、可塑性接着材料であり、排出管１４１の予想される直径のばらつきに適応して、熱伝達ブロック４７９への熱伝達を最大化することができる。熱伝達パッド４８０は、熱伝達ブロック４７９に取り付けられている。熱伝達ブロック４７９は、予想される排出筒１４１の直径の曲率に適応し、聴覚をＴＥＧ４７６のサイズに一致する表面積まで運ぶように湾曲している。熱伝達ブロック４７９の狭まりは、ヒートシンク４７８上への放射熱を直接遮断する絶縁体又はヒートシールドの層を可能にすることに留意されたい。
【0139】
熱伝達ブロック４７９は、ＴＥＧ４５０を通ってヒートシンク４７８に接続される。ヒートシンクは、第１の一対のねじ４７５ａ及び第２の一対のねじ４７５ｂによって熱伝達ブロック４７９に固定されている。ねじ４７５ａ、４７５ｂは、ねじ４７５ａ、４７５ｂの対とヒートシンク４７８との間に存在するばね４７７ａ、４７７ｂを圧縮して、ヒートシンク４７８と熱伝達ブロック４７９との間にＴＥＧ４５０を保持する。ばね４７７ａ、４７７ｂは、ヒートシンク４７８及び熱伝達ブロック４７９の熱膨張及び熱収縮に屈し、ＴＥＧ４５０を損傷から保護する、ＴＥＧ４５０を通る熱伝達を強化するために強い圧力を加える。
【0140】
ヒートシンク４７８は、フィン４８１の大きい表面積を通って熱を放散する「冷却」又は放熱側４７８ａを有する。フィン４８１は、ばね４７７ａ、４７７ｂが平坦面に接触することを可能にする様式で切断されることに留意されたい。
【0141】
ＴＥＧ４７６は、排出筒１４１の外周１４１ａに装着されたときに、熱伝達ブロック４７９とヒートシンク４７８との間に見られる熱差に基づいて、適切な電力を生成する。ヒートシンク４７８は、ＴＥＧ４７６から熱を引き出す。言い換えれば、ＴＥＧ４７６は、ヒートシンク４７８の放熱側４７８ａを通って熱を冷却及び放散しながら電力を発生させ、電位を生成し、電力管理及びバッテリバックアップシステム２４に蓄積及び伝達することができ、及び／又はワイヤ（図示せず）を介して排気サンプリング装置３００に直接電力を供給する。
【0142】
電力管理及びバッテリバックアップシステム２４は、排気サンプリング装置１０のバッテリの電圧及び環境仕様に従って、ＴＥＧ４７６からのバッテリ充電を制御する。電力管理及びバッテリバックアップシステム２４によって、時間及び温度にわたる電圧及び電流の流れの監視に基づいた充電状態計算が行われる。充電状態の値は、電池が欠陥状態又は低充電状態にあるときに警告をトリガすることを可能にする。
【0143】
したがって、本明細書に開示される本発明の実施形態は、本発明の原理の適用の例解にすぎないものであることが理解されるべきである。例解された実施形態の詳細への本明細書の参照は、特許請求の範囲の範囲を限定することを意図せず、特許請求の範囲は、それ自体が、本発明に不可欠であるとみなされるそれらの特徴を列挙している。
【図1】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図2d】
【図2E】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【国際調査報告】