JPH0443934A - 漏洩検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は流体の漏洩検出装置に関し、特に外界の温度と
興なる温度を有する流体の漏洩検出装置に関する。

たとえば、原子力発電所設備や再処理施設においては、
高温、高圧でかつ高放射性の流体を使用している。この
ような流体の配管に漏洩が生じた場合、それを放置して
おけば重大な結果を引き起こす可能性がある。そこで漏
洩を厳重に検出することが必要となる。もし、漏洩検出
の感度が不足すると事故を完全に防ぐことが困龍になる
が、漏洩検出の感度を高くしても確実性に欠けると大規
模な設備を無意味に停止させる等無駄が多くなる。

そこで対象とする種類のみの微小漏洩をいかに確実に検
出するかが問題となる。

十分高くなく、検出感度を上げると誤検出を起こして誤
信号による運転停止を起こしたり、誤検出をなくそうと
すると検出感度か不足して微小漏洩を検出しなかったり
することが生じる。

［従来の技術］ たとえば、原子力発電所や再処理施設においては、高温
、高圧、高放射性流体の機器・配管からの微小漏洩を流
体が蒸気であるか液体であるかを問わず検出し、汚染の
拡大や重大事故に至る前に原子炉や再処理施設を安全に
停止するよう対策を講じている。

運転停止後速やかに補修等の対策を行えるよう、漏洩の
有無と同時に漏洩の位置を検出することが望まれる。

従来、このような目的のために用いられる漏洩検出装置
としては、ＡＥ（アコ−ステイク　エミッション）モニ
タかＭＳ（モイスチャ　センシング）テープが用いられ
ることが多い。

しかしながら、これらの検出装置は検出精度が［発明が
解決しようとする課題］ 以上説明したように、従来の技術によれば、十分な精度
を有する漏洩検出装置が得られなかった。

本発明者らは、無機材料を用いたラインセンサを用い、
電気的パルスをラインセンサに入射することにより、反
射パルスを測定し、漏洩を検出する漏洩検出装置を先に
提案した。

しかしながら、漏洩検出の精度が向上しても、別の間Ｕ
か生じた。すなわち、空気中からの結露等により、漏洩
検出用ラインセンサに水滴か侵入すると、それを漏洩と
して検出してしまう。

本発明の目的は、検出対象とする漏洩による液体と、漏
洩以外の原因による液体とを区別して検出することので
きる漏洩検出装置を提供することである。

「課題を解決するための手段］ 本発明の漏洩検出装置は、高温流体を内包する機器・配
管の＃洩を検出するための装置であって、漏洩検出対象
に沿って配置されるラインセンサであって、複数の電極
を含み、雰囲気の変化によって電気的特性が変化するラ
インセンサと、前記漏洩検出対象に沿い、かつ前記ライ
ンセンサに沿って配置される光ファイバであって、入射
光に対して温度に依存するラマン散乱光を発生する光フ
ァイバとを有する。

［作用］ ラインセンサに電気的パルスを入射し、反射パルスを測
定することによって、ラインセンサ中のインピーダンス
変化を生じた部分の位置を検出することができる。同時
に、光ファイバにパルス光を印加し、後方散乱光からラ
マン散乱光を検出することによって、光ファイバの長さ
に沿った温度分布を検出することができる。

漏洩と温度分布とを合わせ判定することにより、結露等
他の原因に起因する流体付着を除外し、高温流体の漏洩
のみを精度よく検出することが可能となる。

ε実施例コ 第１図は本発明の１実施例による漏洩検出装置を示すブ
ロック図である。配管または機器１はその内部に高温の
流体を内包する。たとえば、１５０〜２００℃の冷却水
蒸気が流れる。この配管。

機器１に沿って、ラインセンサ２と光ファイバ３とが配
設されている。ラインセンサ２は液体漏洩検知システム
４に接続され、光ファイバ３は温度分布検知システム５
に接続される。

第２図を参照して、液体漏洩検知システム４をより詳細
に説明する。

第２図（Ａ）はラインセンサを用いた液体漏洩検知シス
テムの概略を示す概念図である。漏洩センサを構成する
ラインセンサ２の内部電極１３と外部電極１５とが反射
パルス検出回路１７に接続されている。内部電極１３と
外部電極１５との間および外部電極１５の外側はガラス
繊維、セラミック繊維等の編組によって絶縁されている
。また、ラインセンサ２の内部電極１３と外部電極１５
の他端は終端抵抗Ｉ９でマツチングを取って終端されて
いる。正常な状態でラインセンサ２は、たとえば特性イ
ンピーダンスＺｏ＝５０Ωを有し、定の信号伝播遅延時
間を有する。今、ラインセンサ２の一部に漏洩２１が生
じたとする。漏洩によって流体が浸透した部分において
は、特性インピータンスＺＯが低下する。たとえば、高
温蒸気がｍ洩し、外部で冷却されると液化し、この液化
した水分がラインセンサ２に浸透するとその部分２の特
性インピーダンスは大きく低下し、通常４０Ω以下に低
下する。この時、パルス発射回路（図示せず）から電圧
パルスを発射すると、漏洩位置２１におけるラインセン
サ２のインピーダンスミスマツチングによってパルスが
反射して、発射点まで戻る。

第２図（Ｂ）は発射パルスと反射パルスの波形の例を示
す、矩形の発射パルス２３を発射した場合、漏洩によっ
て反射され、帰ってくる反射パルス２４は、図に示すよ
うにその波形が変化している。第２図（Ｃ）において、
発射後反射してパルスか婦っでくるまでの時間をＴ１と
すると、この時間から漏洩の位置が検出できる。また、
反射パルス２４の波形から漏洩範囲を読み取ることがで
きる。第２図（Ｃ）はこの波形の一例である。パルス発
射後、Ｔ１後に反射パルスがあり、ラインセンサの信号
伝播遅延時間Ｔ　Ｏ（ｎ５ｅｃ／１１）は一定であるこ
とから、パルス発射点がら漏洩位置までの距離を計算に
より求めることかできる。

以上説明した漏洩検出システムにおいては、ラインセン
サ２は全て無機材料で構成され、耐放射線性が高い、ま
た、耐熱性も高いため、高温、高放射能の環境下でも安
定な性質を保持する。また、漏洩が生じた時、漏洩した
流体か液体であれば、そのままの状態で測定ができる。

温度１５０−２００℃の冷却水のように漏洩した流体が
蒸気である場合にも、外部より冷却されて凝縮し、ライ
ンセンサ２に浸透すると、その部分のラインセンサ２の
特性インピーダンスが定常状態と比較して低下し、特性
インピーダンス低下部分がラインセンサ２の他の部分と
インピーダンスミスマツチングを起こし、検出が可能に
なる。パルス発射検出回路からミスマツチング部に向け
てパルスが入射すると、パルスはミスマツチング部で反
射され、反射されたパルスが反射パルス検出回路１７−
で検出される６発射したパルスと反射により戻ってきた
パルスの時間差を用いて、演算回路により演算を行い、
漏洩位１を検出することができる。

次に、第３図を参照して、温度分布検知システム５をさ
らに詳紹に説明する。温度分布検知システム５は、ラマ
ン散乱を利用するものである。

第３図（Ａ）にラマン散乱の概略をスペクトルで示す、
光ファイバとして、５Ｉ０２を主成分とし、ＧｅＯ２の
濃度を半径方向に分布させたのグレーディトインデック
ス（傾斜屈折率）の多モード光ファイバを用い、光源と
してＧａＡｓレーザを用いた場合で説明する。　ＧａＡ
ｓレーザは、発振波、長９１０ｎｍの光を発射する。レ
ーザ光は光フアイバ中で散乱を受け、後方にも散乱光が
伝播する。この後方散乱光のスペクトルが第３図（Ａ）
である、＃ｉ軸に波長を取り、縦軸に光強度をとってい
る。レーザ波長９１０ｎｎを中心とした高いピークは、
レーザ光と同じ波長を有する散乱光であり、一般にレイ
リー散乱光と呼ばれている。光ファイバの構成物質の格
子振動が散乱と組合わさると、格子振動を励起した場合
はその分エネルギが低くなったストークス光か生じ、格
子振動を吸収した場合は、エネルギがその分高くなった
反ストークス光が生じる。これらのラマン散乱光の波長
（ｌｃｎに入る波長の数）が励起光の波長がらずれる量
がラマンシフト量と呼ばれる。５ｉ−０結合によるラマ
ンシフト量は４４０　ｃ＋ｇ−’、Ｇｅ−０結合にょる
ラマンシフト量は４２０ｃｎ−’と知られている。

第３図＜Ａ＞に示すストークス光、反ストークス光の位
置は、これらのラマンシフト量とよく一致している。

ラマン散乱は光学媒質の格子振動によって発生するので
、周辺温度によってその強度が変化する。

ところで、ストークス光と反ストークス光とは温度に対
する依存性が異なる。たとえば極低温では格子振動がほ
とんどなくなるので反ストークス光はなくなる。

第３図（Ｂ）は、ラマン散乱光の温度依存性を示す、横
軸に温度、縦軸に光相対強度をとり、２５℃を基準値と
して示している。ストークス光の曲線と、反ストークス
光の曲線とは異なる勾配を有している。すなわち、スト
ークス光の光強度と、反ストークス光の光強度とを測定
し、比較することによって、ラマン散乱が生じている場
所の温度を知ることができる。

光フアイバ内で光は約５ｎＳで１ｍ進む、すなわち、長
さ約１ｍのファイバを往復することによって、約Ｉｏｎ
ｓの時間が経過する。光をパルスにしてファイバに入射
し、反射・散乱光を受けるまでの時間を測定することに
より、反射・散乱光がファイバ中のどの位置から発生し
たかを知ることができる。このようにして、光ファイバ
に沿って高温部分が存在する場合に、その高温部分の温
度と位置とを測定することができ、温度分布を検知する
ことができる。

第３図（Ｃ）にラマン散乱光を用いた温度分布検知シス
テムの概略を示す、光ファイバ３は、分岐用フィルタ３
２を介して半導体レーザ３１と結合されている。すなわ
ち、半導体レーザから発する光は分岐用フィルタ３２を
介して光ファイバ３に入射する。光フアイバ３中で生じ
た後方散乱光は光フアイバ３中を戻り分岐用フィルタ３
２によって出力光として分岐される。この後方散乱光を
カットフィルタ３４．３５を介してアバランシェホトダ
イオード３６．３７で検出する。カットフィルタ３４．
３５はレイリー散乱光をカットし、ストークス散乱光ま
たは反ストークス散乱光のみを検出するためのフィルタ
である。アバランシェホトダイオード３６．３７は、微
弱な散乱光を検出する高感度受光素子である。アバラン
シェホトダイオード３６．３７からの出力信号は、アン
プ３８．３９を介してデジタル平均化回路４１に供給さ
れる。デジタル平均化回路４１はノイズに埋もれた信号
からストークス散乱光、反ストークス散乱光の検出を行
う、また、デジタル平均化回路４１は、駆動回路４２を
制御し、光パルス発生源である半導体レーザ３１の発光
を制御する。なお、半導体レーザの代りにガスレーザを
用いる等均等な機能を有する代替品を用いてもよい。

第３図（Ｄ）は、このようにして測定したラマン散乱光
を距離の関数として示すグラフである。

高温部分で特に反ストークス光の強度が高くなっている
のか観察できる。距離が長くなるに従って光強度が減少
しているのは、光フアイバ中の減衰によるものである。

このようにして得たラマン散乱光スペクトルを整理して
得た温度分布を第３図（Ｅ）に示す、横軸が入射端から
の距離を示し、縦軸が測定した温度を示す、すなわち、
光ファイバに沿った温度分布の測定結果である。光ファ
イバの途中に高温部分があれば、明確にその位置と温度
とを知ることができる。

第１図に戻って説明を続ける。漏洩検知システム４から
の液体侵入の測定結果と温度分布検知システム５からの
温度分布の測定結果か、演算処理装置６に入力される。

すなわち、液体漏洩検知システム４によってラインセン
サ２に沿って液体が存在する位１を知ることができ、温
度分布検知システム５によって光ファイバ３に沿う温度
分布を知ることができる。もし、高温流体を含む配管ま
たは機器１から！！洩が生じている場合には、その漏洩
箇所は温度が高く、かつ漏洩した流体によりラインセン
サに液体が付着しているはずである。

演算処理装置６はこのように２つの測定結果を組合せる
ことによって、確実に対象とする漏洩が生じている箇所
のみを検出することができる。

演算処理装置６の内容についてより詳細に説明する。先
ず、液＃漏洩検知システム４および温度分布検知システ
ム５からの信号はデータ入力部７に印加され、データ保
存部８に送られて保存される。このデータが判定部１０
に送られて、配管または機器１に沿ってどの位置に液体
が漏洩しているか、および配管に沿う温度分布がどのよ
うであるかを合せ検討することにより、実際に高温流体
が２ｍ洩している箇所のみを高精度に検出する。検出結
果は判定部１０からデータ出力部１１に送られ、表示装
置に表示されたり、警報を鳴らしたりする。なお、演算
処理装置６内には基準データ部９が設けられており、こ
の基準データ部９には当初配管・機器１に沿ってセンサ
２．３をどのように配置したかの取り付は条件や、配管
・機器１内を流れる流体の条件や、その後の測定によっ
て得られた参考データ等が保存され、その時その時の測
定データをこれらの基準データと比較することによって
、より正確な判断を下せるようにしている。たとえば、
通常の季候における結露の状態を基準データとして有す
ることにより、液体漏洩が検出された場合に、そこの温
度と合せ検討することにより、高温流体が漏洩している
か否かを判断すると共に、それが通常の結露によるもの
であるか、またはさらに別の原因による低温流体の漏洩
によるものであるか等を知ることができる。なお、液体
漏洩検知システム４、温度分布検知システム５、演算処
理装置６の構成要素は一部共通することもできる。

以上説明した漏洩検出装置において、検出精度を向上す
るために好ましい条件を以下に説明する。

先ず、ラインセンサ２の特性としては、正常な場合には
反射波が生じないことが好ましく、そのためにはライン
センサの特性インピーダンスが安定した値で分布するこ
とが好ましい、また、液体が漏洩した場合には、ライン
センサの内部ｔｌｉと外部電極との間の電気的特性が速
やかに変化し、特性インピーダンスが低下する構造であ
ることが望ましい、このため、ラインセンサ２には外部
より液体が進入しゃすい構造を有することが望ましい、
また、ラインセンサの伝播遅延時間は長さ方向に安定し
ていることが、位置の測定精度向上のために好ましい、
必ずしも同軸ラインセンサ形であることを要しないが、
ノイズ低減のためには同軸形横遣が好ましい。

また、上述のように、ラインセンサ２を金属および無機
材料のみで形成すれば、原子力発電所等の対放射線環境
および高熱、高温環境で使用することが可能となる。

光ファイバ３の特性としては、高温、放射線環境で使用
するためには、有機物を含まない材料で構成されること
が好ましい、屈折率修飾材としてＧｅＯを分布したＳ　
ｔ　０２を主成分とする光ファイバはこの条件に合致す
る。また、グレーディトインデックスの多モード光ファ
イバとすることにより１本の光ファイバで入射レーザ光
と共に多くのストークス散乱光、反ストークス散乱光を
伝播することが容易となる。光ファイバは、曲率半径を
小さくすると光がｍ洩する特性を有する。こめため、取
り付け、施工する場合には、曲率に留意して施工するこ
とが好ましい、また、光ファイバに過度な振動や衝撃が
加えられると、光ファイバの特性が変化し、散乱光の伝
播特性を変化させることがあるので、施工の際には特性
を変化させないよう留意することが好ましい、また、散
乱光を高精度に検出するためには、光ファイバの長さ方
向に沿った減衰特性および伝播遅延時間特性が安定して
いることが好ましい。

高温の配管・機器１からの漏洩を精度よく検出するため
には、ａ洩が生じた時には必す漏洩した流体が光ファイ
バ３およびラインセンサ２に接するように堰あるいはト
イ等の構造を採用することが好ましい。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこ
れらに制限されるものではない、たとえば、種々の変更
、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であ
ろう。

［発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、漏洩の位置と量
とを検出すると共に温度分布を検出することによってそ
の漏洩した液体の素性を知ることができ、高温流体の漏
洩のみを信頼性高く、高感度に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による漏洩検出装置のブロッ
ク図、 第２図は、第１図の漏洩検出装置に用いる液体漏洩検知
システムを説明するための図であり、第２図（Ａ）は、
液体漏洩検知システムの概略を示す概念図、第２図（Ｂ
）は、発射パルスと反射パルスとのパルス波形を示すグ
ラフ、第２図（Ｃ）は、信号波形を示すグラフ、 第３図は、第１図の漏洩検出装置における温度分布検知
システム５を説明するための図であり、第３図（Ａ）は
後方散乱光のスペクトルを示すグラフ、第３図（Ｂ）は
ラマン散乱光の温度依存性を示すグラフ、第３図（Ｃ）
はラマン散乱光による温度分布検知システムの概略を示
すブロック図、第３図（Ｄ）はラマン後方散乱光の測定
データの例を示すグラフ、第３図（Ｅ）は得られる温度
波形の例を示すグラフである。 図において、 １　　　　　機器・配管 ３４、３５ ３６、３７ ３８、３９ ラインセンサ 光ファイバ 液体Ｓ洩検知システム 温度分布検知システム 演算処理装置 データ入力部 データ保存部 基準データ部 判定部 データ出力部 内部電極 外部電極 反射パルス検出回路 終端抵抗 半導体レーザ 分岐用フィルタ カットフィルタ アバランシェホトダイオード アンプ （Ａ）液体漏洩検知システム概略 Ｚｏ　：　５０Ω （Ｂ）発射パルスと反射パルス （Ｃ）信号波形 Ｔ２：漏洩範囲 液体漏洩検知システム 第２図 ＜Ａ）後方散乱光のスペクトル ３８，３９：アンプ （Ｃ）温度分布検出スシテム概略 温度（１） （Ｂ）ラマン散乱光温度依存性 ラマン散乱による温度分布検知システム第３図（その１
） ラマン散乱による温度分布検知システム第３図（その２
） ＩＴ’ｓｔｖ八さ擢ｍｌポ厚― 田−コ悔 口【 腿ｋＡ０

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、高温流体を内包する機器・配管の漏洩を検出す
   るための装置であって、 漏洩検出対象に沿って配置されるラインセンサで、複数
   の電極を含み、雰囲気の変化によって電気的特性が変化
   するラインセンサと、 前記漏洩検出対象に沿い、かつ前記ラインセンサに沿っ
   て配置される光ファイバであって、入射光に対して温度
   に依存するラマン散乱光を発生する光ファイバと を有する漏洩検出装置。
2. （２）、請求項１において、さらに 前記ラインセンサに電気的パルスを入射し、前記ライン
   センサから反射した電気的パルスを検出し、電気的特性
   変化の位置を検出する手段前記光ファイバに光パルスを
   入射し、前記光ファイバからの後方散乱光からストーク
   スラマン散乱光、反ストークスラマン散乱光を検出し、
   光ファイバに沿った温度分布を検出する手段と、前記電
   気的特性変化の位置と前記温度分布とから高温流体の漏
   洩を判定する手段 を有する漏洩検出装置。