JP2006153835A - 漏洩検査方法および漏洩検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力式の漏洩検査において、配管またはタンク内の流体の圧力変化における温度起因の変動分を、状況の変化に応じて高精度で確実に除去することが可能な漏洩検査方法および漏洩検査装置を提供する。
【解決手段】 適応的推定部１６１は、圧力信号ΔＰ（ｔ）および温度信号ｘ（ｔ）に基づいて、圧力信号ΔＰ（ｔ）に占める温度起因圧力成分ｙ（ｔ）を適応的に推定する。減算部１６２は、これを圧力信号ΔＰ（ｔ）から差し引いた温度補償圧力（エラー信号ｅ（ｔ））を求める。制御判定部１７は、この温度補償圧力の変化に基づいて配管２の漏洩検査を行う。よって、例えば配管２内の流体に温度分布が存在し、それが時々刻々と変化する状況である場合や、配管２の熱特性が未知のものである場合であっても、流体の圧力変化における温度起因の変動分を、適応的にかつ高精度で確実に除去することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、配管やタンクなどからの流体の漏洩を検査する漏洩検査方法および漏洩検査装置に関する。

燃料ガスや石油類などの流体を、配管を用いて輸送、または各種の圧力タンク内に貯蔵する場合、流体の漏洩の有無またはその程度を検査することは非常に重要である。これらの流体の漏洩は、流体自体の損失や、引火の危険、環境の汚染等につながるからである。

これらの漏洩を検査する方法のうち、最も基本的な方法として、圧力式漏洩検査方法が挙げられる。この方法は、配管やタンク内の流体を所定圧力に加圧し、配管やタンクを閉塞した状態で配管やタンク内の流体の圧力変化を測定することで、流体の漏洩の有無またはその程度を検査するものである。

しかしながら、これらの流体は、周囲の温度変化によってもその圧力が変化してしまう。したがって、この圧力式漏洩検査方法において、漏洩検査の精度を向上させ、信頼性のある検査とするためには、配管やタンク内の流体の圧力変化を測定する際に、その圧力変動分が流体の漏洩に起因するものなのか、あるいは流体の温度変化に起因するものなのかを判別し、流体の温度変化に起因する変化分を適切に除去する必要がある。

そこで、測定した流体または配管やタンク壁の温度を用いて温度補正を行うことにより、このような温度起因の変動分を除去しようとする試みがなされている。

例えば、特許文献１には、パイプライン内を所定圧力に加圧して圧力を計測すると共に流体温度を計測し、この流体温度に基づいて温度補正を行い、補正された圧力値に基づいてパイプラインの漏洩を検出する技術が開示されている。

また、特許文献２には、測定の開始時点および測定時点において配管の管壁温度または周囲温度を測定し、測定時点における温度と特定開始時点における温度とに基づいて、圧力変化補正値を管壁から管内空気への熱伝達を考慮して求め、この圧力変化補正値を用いて配管の漏洩を検出する技術が開示されている。

特開２００１−２７５７６号公報 特許第３４８８１９８号公報

しかしながら、これらの技術はいずれも、流体および配管もしくはタンクの熱的ダイナミックスが既知であることを前提として温度補正を行うものである。したがって、これらの特性をあらかじめ熟知しておく必要があり、特性が未知の場合、あるいは対象の特性が前提とした特性と異なる場合には、高精度に漏洩を検出することはできない。また、実際の配管やタンクは、空間的に大きな広がりを持ち、複雑な境界条件に支配されるため、上記特許文献中に示されているような単純なダイナミックスで記述されるケースは少ない。

また、これらの温度補正方法は、流体および配管もしくはタンクの熱的ダイナミックスが一定であること、すなわち、システムが時間的に不変であることを仮定しており、検査対象の特性自体が変化したときに対応することができない。しかしながら、実際の配管やタンクの熱的ダイナミックスや温度影響は、気象条件など周囲の状況により変化するのが普通である。

このように、熱特性の知識を必要とすると共に、固定的な補正方法を適用している従来の技術では、流体の圧力変化における温度起因の変動分を状況の変化に応じて高精度で確実に除去するのは困難であった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、圧力式の漏洩検査において、配管またはタンク内の流体の圧力変化における温度起因の変動分を、状況の変化に応じて高精度で確実に除去することが可能な漏洩検査方法および漏洩検査装置を提供することにある。

本発明の漏洩検査方法は、容器内の流体の圧力を測定して測定圧力を求め、容器内の流体の温度、容器の容壁の温度、および容器周囲の温度のうちの少なくとも１つを測定して測定温度を求め、これらの測定圧力および測定温度に基づいて測定圧力に占める温度起因圧力成分を適応的に推定する適応的推定器を構成し、温度起因圧力成分を測定圧力から差し引くことにより、温度補償圧力を求め、この温度補償圧力の変化に基づいて容器の漏洩検査を行うものである。この場合において、上記適応的推定器として、測定温度に基づいて温度起因圧力成分の推定値を出力すると共に、測定圧力と温度起因圧力成分の推定値との差である誤差信号に基づいて推定特性を適応的に変化させるデジタルフィルタを構成し、このデジタルフィルタの出力によって上記温度起因圧力成分を適応的に推定するようにするのが好ましく、さらに上記温度補償圧力として上記誤差信号を用いるようにするのがより好ましい。

ここで、「流体」とは、気体または液体からなる単相状態の物質体に加え、気体、液体または固体のうちの二相以上が混在した状態のもの、さらにそれらが複数種類混合したものをも含む意味である。また、「容器」とは、流体をその内部に充填する「器」を意味し、前述の配管や、配管よりも容積の大きいタンクなどを包括する上位概念のものである。また、「容器内の流体の圧力」とは、その容器内の流体の絶対圧力のみならず、他の流体との相対圧力をも含む意味である。また、「適応的に推定」とは、ある一定の関係で画一的に推定するのではなく、例えば検査をする際の時間や検査対象の位置など、その状況に応じて推定の仕方を変化させることを意味する。このように構成することで、その状況に応じた推定をすることができる。また、「適応的推定器」とは、上記のような適応的推定を行う手段を意味し、例えば、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタやＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタなどの「デジタルフィルタ」の他、ニューラルネットワークやファジー推定器などを含むものである。すなわち、「適応的推定器」は、「デジタルフィルタ」を含む上位概念のものである。

本発明の漏洩検査装置は、以下の構成要件（Ａ）〜（Ｅ）を備えたものである。
（Ａ）容器内の流体の圧力を測定する圧力測定手段
（Ｂ）容器内の流体の温度、容器の容壁の温度、および容器周囲の温度のうちの少なくとも１つを測定する温度測定手段
（Ｃ）圧力測定手段により測定された測定圧力および温度測定手段により測定された測定温度に基づいて、測定圧力に占める温度起因圧力成分を適応的に推定する適応的推定器
（Ｄ）適応的推定器により推定された温度起因圧力成分を測定圧力から差し引くことにより、温度補償圧力を求める温度補償手段
（Ｅ）温度補償手段により求められた温度補償圧力の変化に基づいて、容器の漏洩検査を行う検査手段
この場合において、上記適応的推定器が、上記測定温度に基づいて上記温度起因圧力成分の推定値を出力すると共に、上記測定圧力と上記温度起因圧力成分の推定値との差である誤差信号に基づいて推定特性を適応的に変化させるデジタルフィルタから構成され、このデジタルフィルタの出力によって温度起因圧力成分を適応的に推定するようにするのが好ましく、さらに上記温度補償手段が、上記温度補償圧力として上記誤差信号を用いるようにするのがより好ましい。

本発明の漏洩検査方法および漏洩検査装置では、測定圧力および測定温度に基づいて、測定圧力に占める温度起因圧力成分が適応的に推定され、この温度起因圧力成分を測定圧力から差し引くことにより、温度補償圧力が求められる。そして容器の漏洩検査が、この温度補償圧力の変化に基づいて行われる。適応的推定器を用いるようにした場合には、この出力によって温度起因圧力成分の適応的推定がなされ、さらに温度補償圧力として誤差信号が用いられる。

本発明の漏洩検査方法および漏洩検査装置によれば、容器内の流体の測定圧力に占める温度起因圧力成分を適応的に推定し、これを測定圧力から差し引いた温度補償圧力の変化に基づいて漏洩検査を行うようにしたので、流体の圧力変化における温度起因の変動分を、状況の変化に応じて高精度で確実に除去することができ、高精度で信頼性の高い漏洩検査を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る漏洩検査システムの概略構成を表すものである。この漏洩検査システムは、検査対象である配管２と、検査を行う漏洩検査装置１とから構成される。

配管２は、例えば燃料ガスや石油類などの流体を輸送する際の経路としての役割を果たすものであり、これらの流体をその内部に充填している。また、この配管２は、所定の位置に一対の弁２１Ａ、２１Ｂを有する。これらの弁２１Ａ、２１Ｂは、漏洩検査を行う際に、所定の配管領域を閉塞するものである。なお、流体としては上記したもの以外にも種々のものを適用することができる。以下、本実施の形態では、配管２内に充填された流体が気体である場合について説明する。

漏洩検査装置１は、エアーシリンダ１１と、ピストン１２と、リニアアクチュエータ１３と、圧力センサ１４と、温度センサ１５と、適応的推定部１６１と、減算部１６２と、制御判定部１７と、駆動部１８と、表示部１９とを備える。

ここで、本実施の形態における圧力センサ１４は本発明における「圧力測定手段」の一具体例であり、温度センサ１５は本発明における「温度測定手段」の一具体例であり、適応的推定部１６１は本発明における「適応的推定器」の一具体例であり、減算部１６２は本発明における「温度補償手段」の一具体例であり、制御判定部１７は本発明における「検査手段」の一具体例である。

エアーシリンダ１１は、ピストン１２およびリニアアクチュエータ１３と共に、配管２内に流入質量流量Ｇ（ｔ）（ｋｇ／ｓ）の流体を流入させ、配管２内の流体を加圧させるものである。具体的には、リニアアクチュエータ１３がエアーシリンダ１１およびピストン１２を駆動することにより、配管２内に流入質量流量Ｇ（ｔ）の流体を流入させるようになっている。このリニアアクチュエータ１３はさらに、後述するように駆動部１８により駆動されるようになっている。なお、配管２内の流体を加圧するものとしては、リニアアクチュエータ１３とエアーシリンダ１１との組み合わせには限られず、例えば、コンプレッサーなどの圧力源と電磁バルブとの組み合わせ、電動もしくは手動のポンプ、またはムービングコイルとダイアフラムとの組み合わせなど、他のものを用いるようにしてもよい。

圧力センサ１４は、配管２内の流体の圧力を測定するものである。この圧力センサ１４は、配管２の所定の位置に配置されている。圧力センサ１４において測定された圧力（圧力信号Ｐ（ｔ））は、適応的推定部１６１へ出力され、後述する温度起因圧力成分を適応的に推定する際に用いられるようになっている。なお、この圧力センサ１４において測定される圧力は絶対圧力であるとは限られず、後述するように、ゲージ圧力（配管２内の圧力Ｐと大気圧（外気圧）との圧力差）や、他の流体との相対圧力であってもよい。

温度センサ１５は、配管２内の流体の温度、配管２の管壁の温度、および配管２周囲の温度のうちの少なくとも１つを測定するものである。この温度センサ１５は、圧力センサ１４と同様、配管２の所定の位置に配置されている。温度センサ１５において測定された温度（温度信号ｘ（ｔ））は、圧力信号Ｐ（ｔ）と同様に適応的推定部１６１へ出力され、温度起因圧力成分を適応的に推定する際に用いられるようになっている。

適応的推定部１６１は、圧力センサ１４から出力された圧力信号Ｐ（ｔ）、および温度センサ１５から出力された温度信号ｘ（ｔ）に基づいて、圧力信号Ｐ（ｔ）に占める温度起因圧力成分を適応的に推定する機能を有する。具体的には、温度信号ｘ（ｔ）に基づいて温度起因圧力成分の推定値ｙ（ｔ）を出力すると共に、圧力信号Ｐ（ｔ）とこの温度起因圧力成分の推定値ｙ（ｔ）との差であるエラー信号ｅ（ｔ）（＝Ｐ（ｔ）−ｙ（ｔ））に基づいて推定特性を適応的に変化させ、この適応的推定部１６１の出力によって温度起因圧力成分ｙ（ｔ）を適応的に推定するようになっている。適応的推定方法の詳細は後述するが、このように配管２内の流体の測定圧力に占める温度起因圧力成分を適応的に推定することにより、配管２内の流体に温度分布が存在し、それが時々刻々変化するような状況であっても、その状況に応じて、流体の圧力変化における温度起因の変動分を適応的に除去することができる。

減算部１６２は、適応的推定部１６１において適応的に推定され出力された温度起因圧力成分ｙ（ｔ）を、圧力センサ１４から出力された圧力信号Ｐ（ｔ）から差し引くことで、温度補償圧力、つまりエラー信号ｅ（ｔ）を求める機能を有する。このようにして求められたエラー信号ｅ（ｔ）は、制御判定部１７へ出力されると共に適応的推定部１６１へも出力され、上記のように適応的推定部１６１の推定特性を適応的に変化させる際に用いられるようになっている。

これら適応的推定部１６１としては、例えば、ＦＩＲフィルタやＩＩＲフィルタなどのデジタルフィルタの他、ニューラルネットワークやファジー推定器など、種々の適応的推定器の構成を適用することができる。また、適応アルゴリズム（エラー信号ｅ（ｔ）に基づいて推定特性を適応的に変化させるアルゴリズム）としても、種々の構成を適用することができる。例えば、適応的推定部１６１をＦＩＲフィルタにより構成した場合、適応アルゴリズムとしては、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムや、ＲＬＳ（Recursive Least Square）アルゴリズム、ブロック適応アルゴリズムなどを適用することができる。

制御判定部１７は、駆動部１８を制御する機能と、減算部１６２から出力されたエラー信号ｅ（ｔ）に基づいて、配管２からの流体の漏洩の有無またはその程度を判定する機能とを有する。判定方法の詳細は後述するが、各時点における温度補償圧力、つまりエラー信号ｅ（ｔ）を用いることで、圧力変化における温度起因の変動分を除去後の真の圧力変化により判定することができるようになっている。制御判定部１７において判定された漏洩の有無またはその程度の結果は、表示部１９へ出力される。

駆動部１８は、制御判定部１７からの制御信号に基づいて、リニアアクチュエータ１３を駆動する機能を有する。また、表示部１９は、制御判定部１７において判定された漏洩の有無またはその程度の結果に基づいて、その結果をディスプレイなどに表示し、ユーザへ知らせる機能を有する。なお、ユーザへ知らせる手段としては、ディスプレイなどに表示する代わりに（あるいはそれに加えて）、スピーカなどを用いて音声により行うようにしてもよい。以下の例においても、同様である。

次に、まず流体が気体である場合の一般的な圧力式の漏洩検査方法について説明する。

図２は、配管２内に充填された気体の状態方程式を説明するためのものであり、模式的に示している。この配管２内には、圧力Ｐ、容積Ｖ₀、質量Ｍ、分子量ｍ、温度Ｔの気体が充填されている。また、この配管２には流入質量流量Ｇ（ｔ）（ｋｇ／ｓ）の気体が流入すると共に、配管２からは漏洩流量Ｑ（ｍ³／ｓ）かつ漏洩密度ρ（ｋｇ／ｍ³）の気体が漏洩している。

この場合、この配管２内に充填された気体の状態方程式は、以下の式（１）のようになる。ここで、Ｒは気体定数を表す。

式（１）を時間ｔで微分すると、時間変化は以下の式（２）のようになる。また、式（２）の両辺を、式（１）で割ると、以下の式（３）のようになる。さらに、圧力Ｐ、質量Ｍ、温度Ｔの時間変化分が小さく、二次微小項を無視することができるとすると、以下の式（４）のようになる。なお、初期圧力Ｐ₀、初期質量Ｍ₀、初期温度Ｔ₀はそれぞれ、初期状態（時間ｔ＝０）における値を表す。

ここで、前述のように配管２には、気体の流入および漏洩があるので、配管２内の気体の質量Ｍは、以下の式（５）のように表すことができる。また、この気体の漏洩がごく微小である場合には、漏洩流量Ｑは、ポワズイユ流で近似することができる。この場合、図３に示したように、配管２内の圧力をＰ、大気圧（外気圧）をＰatmとすると、漏洩流量Ｑは以下の式（６）のように、圧力差ΔＰに比例する。ここで、圧力差ΔＰ＝Ｐ−Ｐatmであり（ゲージ圧力）、ΔＬは配管２の管壁の厚み、ａは気体が漏洩している部分の等価半径、μは気体の粘性係数を表す。なお、実際の漏洩孔は、円断面でも容壁に垂直でもないが、漏洩流量Ｑは等価的に式（６）のように記述することができる。

次に、式（４）に式（５）および式（６）を代入すると、以下の式（７）のようになる。また、（ρ／Ｍ₀）≒（１／Ｖ₀）であり、（πａ⁴／８μΔＬ）＝ｋ（漏洩係数）と定義すると、以下の式（８）のように表すことができる。さらに、大気圧Ｐatmは定数であることから、（ｄＰ／ｄｔ）＝（ｄ／ｄｔ）・ΔＰとなるので、式（８）中の圧力Ｐを圧力差ΔＰで記述すると、以下の式（９）のように表すことができる。ただし、Ｐ₀は絶対圧力で表した初期圧力である。

この式（９）が、圧力式の漏洩検査方法に用いる基本式であり、一般的には、以下のステップＳ１１〜Ｓ１３により、気体の漏洩の有無またはその程度を判定する。

ステップＳ１１：配管２内へ流入質量流量Ｇ（ｔ）を流入させ、配管２内の気体のゲージ圧力ΔＰを増加（（ｄΔＰ／ｄｔ）＞０とする）させる（加圧工程）。

ステップＳ１２：配管２を閉塞する（流入質量流量Ｇ（ｔ）＝０とする）。

ステップＳ１３：圧力降下（（ｄΔＰ／ｄｔ）＜０の場合における（ｄΔＰ／ｄｔ）の値）を観測し、気体の漏洩の有無またはその程度を判定する。式（９）において、気体の漏洩がある場合（漏洩係数ｋ≠０）には、第２項により配管２内の圧力差ΔＰの降下が起こるからである。

このようにして、式（９）を用いて圧力式の漏洩検査を行うことができる。しかしながら、流入質量流量Ｇ（ｔ）＝０の場合、式（９）の右辺には、第２項（−（ｋ／Ｖ₀）・ΔＰ）の他に、温度起因の変動分である第３項（（１／Ｔ）・（ｄＴ／ｄｔ））が存在する。したがって、上記のステップＳ１３のように、この温度起因の変動分を考慮しないでｋの値を求めた場合、誤差が生じ、漏洩検査の精度が劣化することとなる。さらに、第２項よりも第３項の値の方が大きい場合には、圧力降下が生じず（（ｄΔＰ／ｄｔ）＞０となる）、気体の漏洩を見逃してしまう虞もある。したがって、式（９）中の第３項を適切に求め除去することができれば、温度起因の変動分を考慮した漏洩検査を行うことができ、検査の精度が向上することとなる。本実施の形態の漏洩検査方法では、前述の適応的推定部１６１および減算部１６２が、各時点の測定圧力に占める温度起因圧力成分を適応的に推定し除去することで、式（９）中の第３項を適切に求め除去するようになっている。

次に、本実施の形態の漏洩検査方法について、特徴的な部分、つまり各時点の測定圧力に占める温度起因圧力成分を適応的に推定し除去する方法を中心に説明する。

ステップＳ２１：上記のステップＳ１１と同様に、配管２内へ流入質量流量Ｇ（ｔ）を流入させ、配管２内の気体のゲージ圧力ΔＰを増加させる（加圧工程）。具体的には、リニアアクチュエータ１３がエアーシリンダ１１およびピストン１２を駆動し、配管２内に流入流量Ｇ（ｔ）を流入させることで、ゲージ圧力ΔＰを増加させる。

ここで、流入質量流量Ｇ（ｔ）（ｋｇ／ｓ）は、気体の密度をρ（ｋｇ／ｍ³）、流入体積流量をＶ（ｔ）（ｍ³／ｓ）とすると、以下の式（１０）のように表すことができる。

Ｇ（ｔ）＝ρ・Ｖ（ｔ） ……（１０）

ただし、気体の流入量が配管２内の気体の容積に対して微小なものであり、気体の密度ρの変化は、無視することができる程度のものとする。また、この際、流入質量流量Ｇ（ｔ）は、各時点で配管２内の気体の温度が一定とみなせる程度に緩やかに変動するものとする。言い換えれば、配管２内の気体の圧縮および膨張が等温変化とみなせるように、流入質量流量Ｇ（ｔ）が設定されているものとする。本実施の形態の場合、例えば、エアーシリンダ１１の変位および有効断面積をそれぞれ、Ｌ（ｔ）＝ΔＬ・ｓｉｎ（２πｆ₀ｔ）、Ｓとすると、上記の式（１０）を用いて、流入質量流量Ｇ（ｔ）は以下の式（１１）のように表すことができる。

Ｇ（ｔ）＝ρ・Ｓ・（ｄＬ（ｔ）／ｄｔ）
＝（２πｆ₀・ρＳΔＬ）ｃｏｓ（２πｆ₀ｔ） ……（１１）

ステップＳ２２：圧力センサ１４により配管２内の気体の圧力を測定し、温度センサ１５により、配管２内の流体の温度、配管２の管壁の温度、および配管２周囲の温度のうちの少なくとも１つを測定する。そして、圧力センサ１４および温度センサ１５はそれぞれ、ゲージ圧力で表された圧力信号ΔＰ（ｔ）、温度信号ｘ（ｔ）を、適応的推定部１６１へ出力する。

ステップＳ２３：適応的推定部１６１が、圧力信号ΔＰ（ｔ）および温度信号ｘ（ｔ）に基づいて、圧力信号ΔＰ（ｔ）に占める温度起因圧力成分ｙ（ｔ）を適応的に推定する。この温度起因圧力成分ｙ（ｔ）は配管２全体の平均温度で決まるものであり、配管２内の流体の温度、配管２の管壁の温度、および配管２周囲の温度の少なくとも１つを測定したものである温度信号ｘ（ｔ）そのものではないが、密接に関係するものである。言い換えれば、これらは互いにコヒーレントな信号である。そこで、適応的推定部１６１は、温度信号ｘ（ｔ）に基づいて温度起因圧力成分の推定値ｙ（ｔ）を出力すると共に、減算部１６２から出力されるエラー信号ｅ（ｔ）に基づいて推定特性を適応的に変化させ、この適応的推定部１６１の出力によって温度起因圧力成分ｙ（ｔ）を適応的に推定することができる。具体的には、例えば前述のＦＩＲフィルタなどが温度起因圧力成分の推定値ｙ（ｔ）を出力し、例えば前述のＬＭＳアルゴリズムなどがエラー信号ｅ（ｔ）に基づいて推定特性を適応的に変化させ、エラー信号ｅ（ｔ）を収束させる処理を実行する。

ここで、適応的推定部１６１をＦＩＲフィルタで構成した場合の一例について説明する。まず、温度信号ｘ（ｔ）を離散時間系で記載すると、Ｎ次元ベクトル（Ｎ：２以上の自然数）を用いて、以下の式（１２）のように表すことができる。

この場合、温度起因圧力成分ｙ（ｔ）およびエラー信号ｅ（ｔ）は、以下の式（１３）および式（１４）のようになる。

ここで、ｈ_N ^(t)は以下の式（１５）に示したようなＮ次元ベクトルであり、ＦＩＲフィルタのインパルス応答を表す。また、式（１５）中の添字Ｔは、そのベクトルの転置を表す。

また、このインパルス応答ｈ_N ^(t)については、適応アルゴリズムにより、その値が適応的に変化するようになっている。具体的には、例えばＬＭＳアルゴリズムの場合、以下の式（１６）のようにして、インパルス応答ｈ_N ^(t)の値が適応的に変化する。

ここで、ステップゲインαは、入力信号（この場合、温度信号ｘ_N（ｔ））の性質に応じて決定される定数である。したがって、具体的な適応状況に応じて、ある程度経験側的に決定される。また、インパルス応答ｈ_N ^(t)の初期値は、通常ゼロベクトルとすればよい。ただし、システムのインパルス応答がある程度予測される場合、例えば類似の条件下でのフィルタのインパルス応答が分かっているような場合には、フィルタの適応に要する時間の短縮のため、そのフィルタの初期値を用いるようにするのが好ましい。

このようにして、適応的推定部１６１をＦＩＲフィルタおよびＬＭＳアルゴリズムにより構成した場合、適応的推定部１６１では、まず、式（１３）により、温度信号ｘ_N（ｔ）から温度起因圧力成分の推定値ｙ（ｔ）が求められる。そして減算部１６２では、式（１４）により、エラー信号ｅ（ｔ）が求められる。次に、式（１６）により、温度信号ｘ_N（ｔ）および求められたエラー信号ｅ（ｔ）からインパルス応答ｈ_N ^(t)が更新され、インパルス応答ｈ_N ^(t+1)となる。そして、この更新されたインパルス応答ｈ_N ^(t+1)を用いて、式（１３）により、再び温度起因の変動分ｙの推定値（ｔ）が求められる。このようにして、適応的推定部１６１の推定特性を適応的に変化させる処理が繰り返されることで、インパルス応答ｈ_N ^(t)は最終的に一定の値に収束する。このときのエラー信号ｅ（ｔ）は、適応的推定部１６１の「エラー信号」であると共に、前述のように各時点における温度補償圧力でもある。そこでこのエラー信号ｅ（ｔ）を用いることで、圧力変化における温度起因の変動分を除去後の真の圧力変化により、漏洩検査を行うことができる。

ステップＳ２４：前述のステップＳ１３と同様に、圧力変動を観測し、気体の漏洩の有無またはその程度を判定、つまり漏洩検査を行う。この際、適応的推定部１６１および減算部１６２により求められた温度補償圧力であるエラー信号ｅ（ｔ）を用いる。この気体の漏洩の有無またはその程度の判定は、制御判定部１７が行う。また、この判定には、本実施の形態の場合、温度補償圧力であるエラー信号ｅ（ｔ）と式（１１）における流入質量流量Ｇ（ｔ）との位相差を利用している。漏洩がない場合、これらの位相差は９０度であるが、漏洩が存在する場合には、漏洩の大きさに比例した位相のずれが生じるからである。なお、制御判定部１７により判定された結果は、出力部１９において、ディスプレイなどに表示される。これにより、ユーザは、漏洩検査の結果を知ることができる。以上で、本実施の形態の漏洩検査方法が終了となる。

以上のように、本実施の形態では、適応的推定部１６１が、圧力センサ１４から出力されたゲージ圧力の圧力信号ΔＰ（ｔ）および温度センサ１５から出力された温度信号ｘ（ｔ）に基づいて圧力信号ΔＰ（ｔ）に占める温度起因圧力成分ｙ（ｔ）を適応的に推定し、減算部１６２がこれを圧力信号ΔＰ（ｔ）から差し引いた温度補償圧力（エラー信号ｅ（ｔ））を求め、制御判定部１７がこの温度補償圧力の変化に基づいて配管２の漏洩検査を行うようにしたので、例えば、配管２内の流体に温度分布が存在し、それが時々刻々と変化する状況である場合や、配管２の熱的ダイナミックスが未知のものである場合であっても、流体の圧力変化における温度起因の変動分を、状況の変化に応じて高精度で確実に除去することができる。よって、高精度で信頼性の高い漏洩検査を行うことができる。

また、漏洩検査を高精度で行うことができるので、検査に費やす時間および費用を、大幅に削減することができる。特に、適応的推定部１６１をＬＭＳアルゴリズムにより構成した場合には、アルゴリズムが簡潔であるため、安価で小規模なハードウェアを用いて漏洩検査システムを構築することができる。

さらに、一般的な適応的推定器およびアルゴリズムにより適応的推定部１６１を構成することができ、検査対象の条件に応じて最適な漏洩検査システムを構築することができる。

なお、本実施の形態では、流入質量流用Ｇ（ｔ）と温度信号ｘ（ｔ）とが無相関である場合、すなわち、ステップＳ２２において、ステップＳ１２のように配管２を閉塞する（流入質量流量Ｇ（ｔ）＝０とする）必要がなく、配管２内の流体の圧力を増加または減少させながら温度起因圧力成分ｙ（ｔ）を適応的に推定することが可能な場合について説明してきたが、流入質量流用Ｇ（ｔ）と温度信号ｘ（ｔ）とが相関がある場合には、ステップＳ１２のように配管２を閉塞してから適応的推定を行うようにしてもよい。このように構成した場合でも、本実施の形態と効果を得ることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

上記第１の実施の形態においては、配管２内に充填された流体についての漏洩検査方法の一例について説明したが、本実施の形態では、配管２よりも容積の大きいタンク５内に充填された流体についての漏洩検査方法の例について説明する。なお、説明の簡潔化を図るため、以下、第１の実施の形態と同様の部位については、同じ符号を付して説明する。

図４は、本実施の形態に係る漏洩検査システムの概略構成を表すものである。この漏洩検査システムは、検査対象であるタンク５と、検査を行う漏洩検査装置４とから構成される。

タンク５は、例えば燃料ガスや石油類などの流体を貯蔵する際の貯蔵器としての役割を果たすものであり、これらの流体を内部に充填している。また、このタンク５は、所定の位置に、タンクを閉鎖するための弁５１を有する。

漏洩検査装置４は、ポンプ４１と、電磁バルブ４２と、圧力センサ１４と、複数の温度センサ４５１〜４５４と、適応的推定部４６１と、減算部１６２と、制御判定部１７と、駆動部４８と、表示部１９とを備える

ここで、本実施の形態における温度センサ４５１〜４５４は本発明における「温度測定手段」の一具体例であり、適応的推定部４６１は本発明における「適応的推定器」の一具体例である。

ポンプ４１は、タンク５内へ流体を流入させるためのものである。また、電磁バルブ４２は、圧力測定中にタンク５を閉塞するためのものである。すなわち、本実施の形態では第１の実施の形態とは異なり、タンク５を閉塞してから適応的推定を行うようになっている。なお、これらポンプ４１および電磁バルブ４２は、後述するように駆動部４８により駆動されるようになっている。

温度センサ４５１〜４５４は、第１の実施の形態における温度センサ１５と同様に、タンク５内の流体の温度、タンク５の容壁の温度、およびタンク５周囲の温度のうちの少なくとも１つを測定するものである。これら複数の温度センサ４５１〜４５４は、タンク５の所定の位置に配置されている。第１の実施の形態とは異なり、複数の温度センサ４５１〜４５４を配置しているのは、上記のように本実施の形態におけるタンク５は第１の実施の形態における配管２よりも大きいので、場所によって異なる温度変動を受ける可能性があるからである。温度センサ４５１〜４５４においてそれぞれ測定された温度（温度信号ｘ１（ｔ）〜ｘ４（ｔ））は、第１の実施の形態における温度信号ｘ（ｔ）と同様に適応的推定部４６１へ出力され、温度起因の圧力変動分を適応的に推定する際に用いられるようになっている。

駆動部４８は、制御判定部１７からの制御信号に基づいて、ポンプ４１および電磁バルブ４２を駆動する機能を有する。

適応的推定部４６１は、圧力センサ１４から出力されたゲージ圧力の圧力信号ΔＰ（ｔ）、および複数の温度センサ４５１〜４５４からそれぞれ出力された温度信号ｘ１（ｔ）〜ｘ４（ｔ）に基づいて、圧力信号ΔＰ（ｔ）に占める温度起因圧力成分ｙ（ｔ）を適応的に推定する機能を有する。具体的には、複数の温度信号ｘ１（ｔ）〜ｘ４（ｔ）に基づいて温度起因圧力成分の推定値ｙ（ｔ）を出力すると共に、圧力信号ΔＰ（ｔ）とこの温度起因圧力成分の推定値ｙ（ｔ）との差であるエラー信号ｅ（ｔ）に基づいて推定特性を適応的に変化させ、この適応的推定部４６１の出力によって温度起因圧力成分ｙ（ｔ）を適応的に推定するようになっている。第１の実施の形態における適応的推定部１６１とは異なり、複数の温度信号ｘ１（ｔ）〜ｘ４（ｔ）により推定しているのは、前述のようにタンク５が第１の実施の形態における配管２よりも大きく、場所によって異なる温度変動を受ける可能性があるからである。また、この適応的推定部４６１における適応的推定器の構成、および適応アルゴリズムの構成についても、適応的推定部１６１の場合と同様、種々のものを適用することができる。なお、適応的推定方法の詳細については、適応的推定部１６１の場合と同様であるので、その説明を省略する。

ここで、本実施の形態の適応的推定部４６１において特徴的なのは、温度起因圧力成分ｙ（ｔ）の適応的推定およびそれに基づく温度補償圧力（エラー信号ｅ（ｔ））を求めるのみで、漏洩検査を行わない期間が設けられている点である。これは、温度変動の統計的性質などによっては適応的推定部４６１が収束するまでに長い時間を要する場合があることを考慮したものであり、このような期間を設け、あらかじめタンク５の熱的ダイナミックスを推定しておいてから漏洩検査を行うことで、漏洩検査のためにタンク５を加圧しておく期間を大幅に短縮することが可能となる。

以上のように、本実施の形態では、温度起因圧力成分ｙ（ｔ）の適応的推定およびそれに基づく温度補償圧力を求めるのみで、漏洩検査を行わない期間を設けるようにしたので、第１の実施の形態における効果に加え、より効率的に漏洩検査を行うことができる。

以上、第１および第２の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、適応的推定部１６１，４６１が、ＦＩＲフィルタおよびＬＭＳアルゴリズムにより構成されている場合の適応的推定方法について説明してきたが、適応的推定部１６１，４６１および減算部１６２を、前述した他の適応的推定器およびアルゴリズムにより構成してもよい。この場合でも、上記の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態では、適応的推定部１６１，４６１が、温度信号ｘ（ｔ）を入力とし、圧力信号ΔＰ（ｔ）に占める温度起因圧力成分の推定値を出力するものについて説明してきたが、逆に、適応的推定部１６１，４６１を、圧力信号ΔＰ（ｔ）を入力とし、その原因信号である温度の推定値を出力するものとして構成するようにしてもよく、さらにこれらを組み合わせて構成するようにしてもよい。これらの場合でも、上記の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態では、配管２またはタンク５内に充填されている流体が気体である場合について説明してきたが、この流体は液体であってもよく、さらに、本発明は例えば図５に示した漏洩検査システムのように、気体と液体Ｌｑとが混在している流体を含め、気体、液体または固体のうちの二相以上が混在しているもの、さらにはそれらが複数種類混合しているものにも適用することができる。ただし、例えばタンク５内に空気と気液二相の物質が混在しているような場合には、物質の蒸気圧が変化してタンク５内の気体の組成比が変化すると、容器内の流体の圧力が影響を受けてしまう。このように、流体の組成比の影響も考慮しなければならない場合がある。また、例えばタンク５の支持状態などの外的条件の変化に伴って、配管２やタンク５の変形が生じた場合にも、容器内の流体の圧力が影響を受けてしまう。

そこで、このように容器の形状変化や容器内の流体の組成比の変化も考慮して漏洩検査を行う場合には、例えば図５に示した漏洩検査システムのように、タンク７の所定の位置に、前述の複数の温度センサ４５１〜４５３に加え、タンク７の形状変化量を測定する歪みセンサ６５５や、タンク７内の流体の組成比を流体の蒸気圧により測定する蒸気圧センサ６５６などを配置するように構成すればよい。具体的には、この漏洩検査装置６内の適応的推定部６６１が、温度センサ４５１から出力される複数の温度信号ｘ１（ｔ）〜ｘ３（ｔ）に加え、歪みセンサ６５５から出力される形状変化量信号ｘ５（ｔ）および蒸気圧センサから出力される蒸気圧信号ｘ６（ｔ）にも基づいて、温度起因圧力成分ｙ（ｔ）を適応的に推定するように構成すればよい。このように構成した場合でも、適応的推定部６６１の構成および適応アルゴリズムの観点からは、適応的予測部６６１に入力される信号のベクトルにおける次元数が増加するだけであるので、上記第２の実施の形態において複数の温度信号ｘ１（ｔ）〜ｘ４（ｔ）を用いた場合と原理上の相違はなく、上記の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。なお、図５においては、歪みセンサ６５５および蒸気圧センサ６５６の両者が設置されているが、どちらか一方のみを設置するようにしてもよい。また、図５に示した蒸気圧センサ５の代わりに（あるいはこれに加えて）、タンク７内の流体の組成比を直接測定する組成センサや、この流体の組成比をその密度により測定する密度センサなどを配置するように構成してもよい。

また、上記実施の形態では、圧力センサ１４において測定された絶対圧力（圧力信号Ｐ（ｔ））またはゲージ圧力（圧力信号ΔＰ（ｔ））を用いて、温度起因圧力成分を適応的に推定する場合について説明してきたが、例えば図５に示した漏洩検査装置６のように、検査対象であるタンク７とは別個に基準容器８を配置すると共にこの基準容器８内の圧力とタンク７内の圧力との差圧を測定する差圧センサ６４を設け、この差圧センサ６４において測定された差圧（圧力信号Ｐ'（ｔ））を用いるように構成してもよい。この漏洩検査装置６では、まず電磁バルブ４３，４３を開くことで、タンク７および基準容器８が同じ圧力となるよう、ポンプ４１により加圧する。そしてその後、これら電磁バルブ４３，４４を閉じることで、基準容器８内の圧力とタンク７内の圧力との差圧を測定するようになっている。ここで、タンク７および基準容器８の周囲温度は同一であることから、それぞれの内部の流体の圧力は、ほぼ同程度の温度影響を受けることとなる。したがって、このように基準容器８内の圧力とタンク７内の圧力との差圧を測定するような構成とすることで、温度影響を取り除く効果をより一層高めることができる。また、このような差圧を測定する図５の構成では、差圧センサ６４に要求される温度測定範囲が小さくなることから、より感度の高い（分解能の小さい）センサを用いることができ、タンク５内のわずかな圧力変動をも検知することが可能となる。さらに、ゲージ圧力による測定において問題となるような、大気圧変動の影響を受けなくなるという効果も奏する。

なお、図５に示したように、基準容器８内に充填されている流体もタンク７の場合と同様に、気体と液体Ｌｑとが混在しているものを含め、気体、液体または固体のうちの二相以上が混在しているように構成することができる。また、この基準容器８がタンク７内に配置されているように構成してもよい。また、タンク７の場合と同様に、基準容器８の所定の位置にも前述の温度センサや歪みセンサ、蒸気圧センサなど種々のセンサを配置するようにしてもよい。さらに、図５に示した例では、差圧センサ６４によって、基準容器８内の圧力とタンク７内の圧力との差圧を直接測定しているが、それぞれの圧力を別個に測定して差圧を求めるようにしてもよい。

また、本発明では、温度センサ１５，４５１〜４５４で測定される配管２，タンク５内の流体の温度、配管２，タンク５の壁の温度、または配管２，タンク５周囲の温度を、強制的に変化させるようにしてもよい。このように温度を強制的に変化させるようにした場合、使用する適応アルゴリズムに対して最適な性質の温度変動を加えることができるので、漏洩検査の効率および精度をより向上させることが可能となる。

本発明の漏洩検査方法および漏洩検査装置は、燃料ガス配管設備、各種の圧力容器、工業用品の品質検査など、漏洩検査が行われているあらゆる産業分野で利用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る漏洩検査システムの概略構成図である。 配管内に充填された気体の状態方程式を説明するための模式図である。 漏洩流量と圧力との関係を説明するための模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る漏洩検査システムの概略構成図である。 本発明の変形例に係る漏洩検査システムの概略構成図である。

符号の説明

１，４，６…漏洩検査装置、１１…エアーシリンダ、１２…ピストン、１３…リニアアクチュエータ、１４…圧力センサ、１５，４５１〜４５４…温度センサ、１６１，４６１，６６１…適応的推定部、１６２…減算部、１７…制御判定部、１８，４８…駆動部、１９…表示部、２…配管、２１，５１…弁、４１…ポンプ、４２，４３…電磁バルブ、５，７…タンク、６４…差圧センサ、６５５…歪みセンサ、６５６…蒸気圧センサ、８…基準容器、Ｐ（ｔ），ΔＰ（ｔ）…圧力信号、ｘ（ｔ）…温度信号、ｙ（ｔ）…温度起因圧力成分（の推定値）、ｅ（ｔ）…誤差信号（温度補償圧力）、Ｌｑ…液体。

Claims (16)

1. 容器内の流体に対して加圧または減圧を行ったときの圧力変化に基づいて、この容器からの流体の漏洩の有無またはその程度を検査する漏洩検査方法であって、
   前記容器内の流体の圧力を測定して測定圧力を求め、
   前記容器内の流体の温度、前記容器の容壁の温度、および前記容器周囲の温度のうちの少なくとも１つを測定して測定温度を求め、
   前記測定圧力および前記測定温度に基づいて前記測定圧力に占める温度起因圧力成分を適応的に推定する適応的推定器を構成し、
   前記温度起因圧力成分を前記測定圧力から差し引くことにより、温度補償圧力を求め、
   前記温度補償圧力の変化に基づいて前記容器の漏洩検査を行う
   ことを特徴とする漏洩検査方法。
2. 前記適応的推定器として、前記測定温度に基づいて前記温度起因圧力成分の推定値を出力すると共に、前記測定圧力と前記温度起因圧力成分の推定値との差である誤差信号に基づいて推定特性を適応的に変化させるデジタルフィルタを用い、
   前記デジタルフィルタの出力によって前記温度起因圧力成分を適応的に推定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の漏洩検査方法。
3. 前記温度補償圧力として前記誤差信号を用いる
   ことを特徴とする請求項２に記載の漏洩検査方法。
4. 前記測定圧力として、内部に流体が充填された基準容器内の流体の圧力と、前記容器内の流体の圧力との差を用いる
   ことを特徴とする請求項１に記載の漏洩検査方法。
5. 前記容器の形状変化量を測定して測定形状変化量をさらに求め、
   前記適応的推定器は、前記測定形状変化量も考慮して、前記温度起因圧力変動分を適応的に推定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の漏洩検査方法。
6. 前記容器内の流体の組成比を測定して測定流体組成比をさらに求め、
   前記適応的推定器は、前記測定流体組成比も考慮して、前記温度起因圧力変動分を適応的に推定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の漏洩検査方法。
7. 前記温度起因圧力成分の適応的推定および前記温度補償圧力を求めることのみを行い、前記漏洩検査を行わない期間を設ける
   ことを特徴とする請求項１に記載の漏洩検査方法。
8. 前記容器内の流体の温度、前記容器の容壁の温度、または前記容器周囲の温度を強制的に変化させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の漏洩検査方法。
9. 容器内の流体に対して加圧または減圧を行ったときの圧力変化に基づいて、この容器からの流体の漏洩の有無またはその程度を検査する漏洩検査装置であって、
   前記容器内の流体の圧力を測定する圧力測定手段と、
   前記容器内の流体の温度、前記容器の容壁の温度、および前記容器周囲の温度のうちの少なくとも１つを測定する温度測定手段と、
   前記圧力測定手段により測定された測定圧力および前記温度測定手段により測定された測定温度に基づいて、前記測定圧力に占める温度起因圧力成分を適応的に推定する適応的推定器と、
   前記適応的推定器により推定された温度起因圧力成分を前記測定圧力から差し引くことにより、温度補償圧力を求める温度補償手段と、
   前記温度補償手段により求められた温度補償圧力の変化に基づいて、前記容器の漏洩検査を行う検査手段と
   を備えたことを特徴とする漏洩検査装置。
10. 前記適応的推定器は、前記測定温度に基づいて前記温度起因圧力成分の推定値を出力すると共に、前記測定圧力と前記温度起因圧力成分の推定値との差である誤差信号に基づいて推定特性を適応的に変化させるデジタルフィルタから構成され、このデジタルフィルタの出力によって前記温度起因圧力成分を適応的に推定する
    ことを特徴とする請求項９に記載の漏洩検査装置。
11. 前記温度補償手段は、前記温度補償圧力として前記誤差信号を用いる
    ことを特徴とする請求項１０に記載の漏洩検査装置。
12. 前記圧力測定手段は、内部に流体が充填された基準容器内の流体の圧力と、前記容器内の流体の圧力との差を測定する
    ことを特徴とする請求項９に記載の漏洩検査装置。
13. 前記容器の形状変化量を測定する形状変化量測定手段をさらに備え、
    前記適応的推定器は、前記形状変化量測定手段により測定された測定形状変化量も考慮して、前記温度起因圧力変動分を適応的に推定する
    ことを特徴とする請求項９に記載の漏洩検査装置。
14. 前記容器内の流体の組成比を測定する組成比測定手段をさらに備え、
    前記適応的推定器は、前記組成比測定手段により測定された測定流体組成比も考慮して、前記温度起因圧力変動分を適応的に推定する
    ことを特徴とする請求項９に記載の漏洩検査装置。
15. 前記適応的推定器による温度起因圧力成分の適応的推定および前記温度補償手段による温度補償圧力を求めることのみを行い、前記漏洩検査を行わない期間が設けられている
    ことを特徴とする請求項９に記載の漏洩検査装置。
16. 前記容器内の流体の温度、前記容器の容壁の温度、または前記容器周囲の温度を強制的に変化させる温度変化手段を備えた
    ことを特徴とする請求項９に記載の漏洩検査装置。
    
    

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