JP2008170189A - 状態検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、外部から電源を供給することなく、作動によって高温となる部位を有する機器の作動状態や損傷状態に関する情報のうち状態検知に必要な情報のみを外部へ送信可能な状態検知装置を提供する。
【解決手段】配管状態検知装置１０は、電源が供給されることにより作動し、配管１２の蒸気が流通する状態を検知して、その検知結果をデータ処理装置５０へ送信する検知部２５と、蒸気が流通時に高温となる配管１２表面に取り付けられ、検知部２５に電源を供給する電源部２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は機器の作動状態や損傷状態を検知するための状態検知装置に係り、特に高温となる部位を有する機器の作動状態や損傷状態を検知するものに関する。

従来より、発電所等のプラント内において高温環境に長時間曝される配管に各種センサを設置して、配管の損傷状態を監視する技術が提案されている（例えば、特許文献１又は２）。

特許文献１には、光ファイバ温度レーザに代表される分布型温度センサを用いて高温ガス配管表面温度を監視することにより、内部配管の磨耗による減肉や断熱材の損傷などの損傷発生初期の兆候を検知する状態検知装置が開示されている。

また、特許文献２には、熱疲労を受ける配管に、外周部から円孔を加工することによって設けた薄肉部に熱疲労損傷を集中させ、この薄肉部の大きさをポテンシャル法により検出したり、薄肉部の熱疲労によるき裂の貫通を湿度検出センサや温度測定センサにより検知することによって、厚肉部の熱疲労損傷の大きさを評価し、配管の熱疲労に対する健全性を、プラント稼動中にオンラインで高精度に監視する状態検知装置が開示されている。
特開平１０−２０７５３４号公報 特開平９−３２４９００号公報

しかしながら、特許文献１又は２に記載される配管状態検知装置を複数の配管に設置してそれらの損傷状態を監視する場合には、監視する配管の数が多くなるほど、各配管に設置された装置から送信されるデータの量も増加するので、それらデータを受信するデータ処理装置のデータ処理量も増加してしまう。このため、データ処理装置に要求されるデータ処理能力が高くなり、設備コストが嵩んでしまう。

また各装置を作動させるために電源供給ラインを複数設けなければならず、配線が煩雑になるおそれがある。さらに、設置する装置の数が多くなるほど消費電力も増加し、電気代が嵩んでしまう。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、外部から電源を供給することなく、作動によって高温となる部位を有する機器の作動状態や損傷状態に関する情報のうち状態検知に必要な情報のみを外部へ送信可能な状態検知装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は作動時に高温となる部位を有する機器の作動状態や損傷状態を検知するための状態検知装置であって、
電源が供給されることにより作動し、前記機器の作動状態や損傷状態を検知して、その検知結果を所定のデータ処理装置へ送信する検知部と、
前記機器の作動時に高温となる部位に取り付けられ、前記検知部に電源を供給する熱電変換素子とを備えることを特徴とする（第１の発明)。

本発明による状態検知装置によれば、機器が作動により高温となった場合にのみ、その部位に取り付けられた熱電変換素子によって検知部に電源が供給されて、検知部により検知された機器の作動状態や損傷状態のデータがデータ処理装置へ送信される。これにより、データ処理装置は、高温となった作動中の機器の作動状態や損傷状態に関するデータ（つまり、作動状態や損傷状態を監視する上で必要なデータ）のみを受信し、低温である休止中の機器からの不必要なデータを受信することがないので、データ処理量を軽減される。さらに、データ処理能力の高いデータ処理装置を設置する必要もないので設備コストも軽減できる。

また、本発明による状態検知装置によれば、熱電変換素子により、装置内の検知部が作動するための電源がまかなわれるので電気代がからない。これにともない、外部から装置へ電源を供給するための電源ラインを設ける必要がなく、電源系統の設計及び施工を省略できる。

第２の発明は、第１の発明において、前記検知部は、前記検知結果を無線で送信することを特徴とする。
本発明による状態検知装置によれば、電源ラインとともに、取得されたデータを転送するための情報通信ラインも設ける必要がない。すなわち、外部と状態検知装置とを接続する線はないのでスタンドアローンで作動できる。

本発明によれば、簡易な構成で、外部から電源を供給することなく、作動によって高温となる部位を有する機器の作動状態や損傷状態に関する情報のうち状態検知に必要な情報のみを外部へ送信可能な状態検知装置を提供できる。

本発明が蒸気配管の状態検知に適用された場合の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の配管状態検知装置１０が配管１２に設置された状態を示す断面図である。また、図２は、各配管１２に設置された配管状態検知装置１０を含む状態監視システムの全体構成図である。

図１に示すように、火力発電プラントなどに設置される主蒸気管や再熱蒸気管などの配管１２には、内部に高温蒸気（約５００℃）が流れており、熱の散逸を防止するともに作業者の安全を確保するために、配管１２外側には保温材１４と外装板１６が被覆してある。本実施形態に係る配管状態検知装置１０は、このような高温に曝される配管１２の損傷状態やその内部を流れる蒸気の状態を監視するためのものであり、電源部２０と、検知部２５とを備えている。

電源部２０は、例えば、プラント運転時に高温となる表面に取り付けられた熱電変換素子２２と、定電圧回路２４とを備える。
熱電変換素子２２は、例えば、ｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導体面と接合して構成された素子両面の温度差に応じてゼーベック効果により発電する。なお、熱電変換素子２２は一方の面が他方の面よりも高温となったときに、所定の極性の直流電流を生成する。以下、ここの低温側の面を低温接触面といい、高温側の面を高温接触面という。

同図に示すように、熱電変換素子２２の設置については、保温材１４の一部を取り除いて、高温接触面を配管１２の外側表面に接触させ、低温接触面を外気に曝す。すなわち、配管１２内に高温蒸気が流通した際には、熱電変換素子２２の高温接触面は高温（約５００℃）となり、外気と接触する低温接触面は外気温（４０〜５０℃）となり、それらの温度差により発電がなされることになる。なお、熱電変換素子２２を設置するために保温材１４の一部を取り除いても、熱電変換素子２２自体は断熱性の高い材料で作られているため、その保温材１４の一部が取り除かれた領域から極端に熱が散逸されることはない。

なお、低温接触面上には、例えば、放熱板やヒートパイプなどの熱交換器を設置することで冷却効率を向上させて、熱電変換素子２２の両面間の温度差を大きくし、発電量を向上させてもよい。

また、使用する熱電変換素子２２の耐熱温度が、配管１２の外側表面温度よりも低い場合には、保温材１４の厚み方向の温度勾配を測定しておき、熱電変換素子２２の耐熱温度よりも下回る位置に、熱電変換素子２２の高温接触面が位置するように設置してもよい。

定電圧回路２４は、熱電変換素子２２により生成された直流電圧を、安定的に定常な電圧として供給するためのものであり、後述する検知部２５に電源を供給する。なお、検知部２５が交流で作動する場合には、検知部２５との間にインバータを設置してもよい。これら定電圧回路２４やインバータが熱に弱い場合には、外気温下の外装板１６付近に設置する。
検知部２５は、センサ３０とデータ送信部４０とにより構成される。

センサ３０は、配管１２内の蒸気の状態や配管１２の損傷状態を検知するためものである。センサ３０には、例えば、高温時において配管１２に生じる亀裂を測定するための磁気センサ或いはアコースティックエミッションセンサ、配管１２の肉厚測定及びき裂の有無を検出するための超音波センサ、配管のひずみを測定するためのひずみセンサ、配管１２温度を測定するための熱電対、振動を測定するための加速度センサ等がその用途に応じて使用される。なお、これらセンサ３０は、配管１２の熱の影響を直接受けることになるので耐熱用であることが好ましい。これらセンサ３０のうち、作動に電源が必要なものは、定電圧回路２４やインバータと電源ラインで接続される。

センサ３０は、熱電変換素子２２を設置するために保温材１４が取り除かれた領域の影響を受けないように、その領域から所定距離離れた位置において配管１２に設置される。具体的には、例えば、保温材１４を剥がした後、配管１２表面に設置し、再び保温材１４をその上から被せる。

各センサ３０からはデータ送信部４０へ信号ラインが接続されており、各センサ３０による検知信号は、それらの信号ラインを通じてデータ送信部４０に送られる。

データ送信部４０では、各センサ３０から送られてきた電気信号を増幅し、増幅された電気信号をデータ処理装置５０に無線で送信する。なお、データ送信部４０には、前述で説明したとおり、配管１２に蒸気が流通して高温になった時に電源部２０から電源が供給されるようになっている。また、データ送信部４０は、高温の配管１２の熱の影響を受けないように、例えば、外装板１６の表面などの配管１２からの熱の影響の少ない位置にバンド等で固定される。

次に、このような配管状態検知装置１０から送信されるデータの通信経路について説明する。
図２に示すように、各配管１２の夫々に設置された配管状態検知装置１０から送信されるデータは、先ず、無線にてデータ処理装置５０で受信される。

このとき、上述のように、検知部２５は、熱電変換素子２２の発電した電力を電源としてデータを送信するので、データ処理装置５０では、複数の配管１２の夫々に設置された配管状態検知装置１０のうち、高温になった配管１２（つまり、蒸気が流通して蒸気状態を検知することが必要であり、また、熱により損傷が進行しやすい配管１２）に設置される配管状態検知装置１０から送信されるデータのみを受信し、低温の配管１２（つまり、蒸気が流通しないため蒸気状態を検知する必要がなく、また、熱による損傷の進行がないと考えられる配管１２）に設置された配管状態検知装置１０から不必要なデータを受信することがない。

このようにしてデータ処理装置５０に受信されたデータは、その後、例えば、インターネット等の情報通信網を通じて遠隔地にあるデータ監視装置６０へ転送される。

以上説明したように、本実施形態による配管状態検知装置１０によれば、蒸気の流通により高温となる配管１２に設置される熱電変換素子２２を備える電源部２０と、その近傍に設置される検知部２５とから構成されることにより、配管１２内に蒸気が流通することにより高温となった場合にのみ、その部位に取り付けられた熱電変換素子２２によって検知部２５に電源が供給されて、センサ３０により検知された配管内の蒸気状態や損傷状態のデータがデータ送信部４０からデータ処理装置５０へ送信される。これにより、データ処理装置５０は、高温となった配管１２の蒸気状態や損傷状態に関するデータのみを受信し、低温の配管１２からの不必要なデータを受信することがないので、データ処理量を軽減される。さらに、データ処理能力の高いデータ処理装置５０を設置する必要もないので設備コストも軽減できる。

また、熱電変換素子２２を備えることにより、配管１２の表面と外気温との温度差により発電され、配管状態検知装置１０内の電源がまかなわれるので電気代がからない。これにともない、外部から配管状態検知装置１０へ電源を供給するための電源ラインを設ける必要がなく、電源系統の設計及び施工を省略できる。

また、本実施形態による配管状態検知装置１０によれば、検知部２５で検知された検知結果を、データ処理装置５０へ無線で送信することにより、配管状態検知装置１０からデータ処理装置５０までの、データを転送するための情報通信ラインも設ける必要がない。すなわち、外部と配管状態検知装置１０とを接続する線はないのでスタンドアローンで作動できる。

なお、本実施形態による配管状態検知装置１０によれば、蒸気流通時に高温となる配管１２に設置して、配管１２の蒸気状態や損傷状態を監視することに用いたが、これに限らず、作動時に高温となる部位を有する機器の作動状態や劣化状態をセンサで監視することであれば、どのようなものにでも適用できる。

本実施形態の配管状態検知装置１０が配管１２に設置された状態を示す断面図である。 各配管１２に設置された配管状態検知装置１０を含む状態監視システムの全体構成図である。

符号の説明

１０ 配管状態検知装置
１２ 配管
１４ 保温材
１６ 外装板
２０ 電源部
２４ 定電圧回路
２５ 検知部
２２ 熱電変換素子
３０ センサ
４０ データ送信部
５０ データ処理装置

Claims (2)

1. 作動時に高温となる部位を有する機器の作動状態や損傷状態を検知するための状態検知装置であって、
   電源が供給されることにより作動し、前記機器の作動状態や損傷状態を検知して、その検知結果を所定のデータ処理装置へ送信する検知部と、
   前記機器の作動時に高温となる部位に取り付けられ、前記検知部に電源を供給する熱電変換素子とを備えることを特徴とする状態検知装置。
2. 前記検知部は、前記検知結果を無線で送信することを特徴とする請求項１に記載の状態検知装置。

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