JP2012117594A - 配管内監視装置およびそれを用いる配管内監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】配管内の状態を監視する装置において、流量低下要因を容易に判別可能とする。
【解決手段】配管経路に検査用透明配管１１を介在し、照明光源１５でその検査用透明配管１１の外側から検査用の照明光を照射し、それによる該検査用透明配管１１の透過または反射光をカメラ１６で撮像し、パーソナルコンピュータ１７で光強度を解析することで、該検査用透明配管１１の内壁への付着物の状態を検出する。したがって、設備経路配管全体の内壁の錆び、スケール、スライム等の付着状態を、簡便に安価な方法で連続して監視することができる。また、経路配管全体の情報が得られるので、配管内流量に低下が生じている場合、その原因が配管全体の内壁への固体付着による管径細りなのか、局所的な異物付着なのかを簡単に判別することもできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、水などの流体が流れる配管の内壁への付着物の状態、具体的には、錆び、スケール、スライム等の付着状態を監視するための装置およびそれを用いる配管内監視システムに関する。

前記配管内壁に付着する錆び、スケール、スライム等は、配管の目詰まりを生じるので、これらの付着状態を監視することは、配管保全の重要な項目である。配管内目詰まりを検出するための方法としては、特許文献１が提案されている。その従来技術では、ポンプに接続される配管から構成される流動媒体の経路において、図１４のように、配管１０１の外周の形状に沿って、複数のフィルム状の圧電センサ１０２，１０３を密着して設置しておく。そして、配管１０１内に詰まりが無い状態においてポンプ運転中に発生する圧力脈動の周波数近傍における隣接する圧電センサ間でのパワーの初期伝達係数を記憶し、調べたい所定の期間における伝達関数を同様にして求め、それらの伝達係数を対比することにより、詰まり１０４による伝達関数の低下を把握し、詰まり１０４の発生箇所を特定するというものである。これによって、簡便に配管１０１内の詰まり１０４箇所の特定を、効率良く行えるようになっている。

特開２００９−７４５７１号公報

上述の従来技術は、局部的な検査には有効であるが、設備配管の経路全体の情報あるいは配管を構成する個々の材質に応じた付着物の情報を得るための有効な方法ではない。具体的には、たとえば或る経路配管内の水圧が一定の条件において流量が低下した場合に、その原因が配管全体の内壁への固体付着による管径細りなのか、局所的な異物付着なのか、その判断が難しい。このように、これまで、設備配管の経路全体の情報ならびに配管材質に応じた付着物の情報を得るための有効な方法が無かったために、流量の低下の原因が、前記配管全体の内壁への固体付着による管径細りなのか、局所的な異物付着なのかを簡単に判別することができなかった。

一方、配管内の状況を監視する他の手法として、ロボットを用いる方法があるが、或る程度の径の配管にしか適用できないとともに、流体の供給を止めなければならないという問題がある。また、ファイバースコープを用いる方法もあるが、前記特許文献１と同様に、詰まり箇所の特定には有効であるが、設備配管全体における付着物の情報を得るための有効な方法ではない。

本発明の目的は、設備経路配管全体の内壁を、簡便に安価な方法で連続して監視することができる配管内監視装置およびそれを用いる配管内監視システムを提供することである。

本発明の配管内監視装置は、流体が流れる配管の内壁への付着物の状態を監視する装置であって、配管経路の途中に介在する検査用透明配管と、前記検査用透明配管の外側から検査用の照明光を照射する照射手段と、前記照明光の照射による前記検査用透明配管の透過または反射光の強度から、該検査用透明配管の内壁への前記付着物の状態を検出する検出手段とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、配管内壁への固体の付着、代表的なものでは水道管における錆の付着状態等、配管内の状態を監視する装置において、流体が流れる配管経路の一部を取替えたり、敷設時に予め準備しておくなどして、その配管経路に検査用透明配管を介在し、照明光源などの照射手段でその検査用透明配管の外側から検査用の照明光を照射し、それによる該検査用透明配管の透過または反射光の強度から、検出手段が該検査用透明配管の内壁への付着物の状態を検出する。

したがって、設備経路配管全体の内壁の錆び、スケール、スライム等の付着状態を、簡便に安価な方法で連続して監視することができる。また、経路配管全体の情報が得られるので、配管内流量に低下が生じている場合、その原因が配管全体の内壁への固体付着による管径細りなのか、局所的な異物付着なのかを簡単に判別することもできる。すなわち、検査用透明配管への固体付着による光強度の低下が大きくないのに、流量低下が生じていると、何処かの箇所に詰まりが生じていると判定することができ、さらにその詰まり箇所を特定する場合は、前記特許文献１の手法など、他の方法を用いればよい。

また、本発明の配管内監視装置は、前記検査用透明配管と同材質の配管から成り、前記検査用透明配管と並列で前記配管経路に接続されるバイパス配管と、前記バイパス配管を前記配管経路と連通する開弁状態と、遮断する閉弁状態とに切換えられるバルブと、前記バルブの操作によるバイパス配管の組入れと同時に、前記照射手段および検出手段を駆動して検出動作を行わせ、その検出結果を前記検査用透明配管での検出結果から減算することで、前記流体の濁り分を除去して、前記検査用透明配管の内壁への付着物の状態を検出する制御演算手段をさらに備えることが好ましい。

上記の構成によれば、前記検査用透明配管と同材質の配管から成るバイパス配管に、制御演算手段は、バルブを操作して、透明配管と並行して、或いは切替えて、流体を流し、前記照射手段および検出手段に、その時のバイパス配管の透過または反射光の強度を測定させる。その透過または反射光の強度は、前記バイパス配管の管内に汚れがない状態では、流体の濁りに、バイパス配管自体による光量低下を表すものとなる。

したがって、このバイパス配管による光量低下分を前記検査用透明配管での検出結果から減算することで、前記流体の濁り分とバイパス配管自体による光量低下とを除去して、該検査用透明配管の内壁への付着物の状態だけを検出することができる。さらには、管内に汚れがないバイパス配管に流体を流す前の状態で光強度を検出しておき、流した後の結果から減算することで、流体の濁りだけを正確に検出することもできる。

さらにまた、本発明の配管内監視装置では、前記検出手段は、前記検査用透明配管およびバイパス配管の透過光を、少なくとも一直径線の投影断面に亘り撮像することができるカメラから成り、前記制御演算手段は、前記カメラの撮像画像における前記検査用透明配管部分およびバイパス配管部分の透過光強度のピークレベルを利用して前記減算を行うことが好ましい。

上記の構成によれば、前記検出手段に、単純な光センサではなく、前記検査用透明配管およびバイパス配管の透過光を、少なくとも一直径線の投影断面に亘り（端から端まで）撮像することができるカメラを用いる。そして、前記制御演算手段は、前記カメラの撮像画像における前記検査用透明配管部分およびバイパス配管部分の透過光強度のピークレベルを利用して前記減算を行う。

したがって、通常、透過光に管壁の影響が最も現われ難い配管中央部分の透過光強度から付着物の状態を検出することができ、検出精度を向上することができる。なお、上記の機能は、ラインセンサでも実現できるが、入手し易さや出力信号の扱い易さ、さらには配管から離れて検出できることから、上記のようにカメラが好ましい。

また、本発明の配管内監視装置では、前記検査用透明配管の内壁には、前記配管経路を構成する配管の内壁の材料と同じ材料の薄膜が、前記照明光の透過を許容する厚さにコーティングされていることが好ましい。

上記の構成によれば、検査用透明配管は塩化ビニール等の錆びない管で実現されるので、鉄管などの配管経路を構成する監視対象の配管の内壁の材料と同じ材料の薄膜を、蒸着やスパッタなどで、その内壁に、前記照明光の透過を許容する厚さにコーティングしておくことで、監視対象の配管と同じ条件で監視を行うことができる。

さらにまた、本発明の配管内監視装置では、前記検査用透明配管と同材質の配管から成る参照用透明配管と、前記参照用透明配管の前記配管経路への着脱を可能にするバルブと、前記バルブの遮断により取外された参照用透明配管の内壁への付着物の厚さを測定する測定手段とをさらに備え、前記検出手段は、前記透過または反射光の強度と、対応する付着物の厚さとから、検量線を作成しておくことが好ましい。

上記の構成によれば、前記検査用透明配管と同材質の配管から成るもう１つの参照用透明配管を設けて、２つの透明配管に同様に流体を流せるようにする一方、前記参照用透明配管にはバルブを設けて、該参照用透明配管を前記配管経路から取外せるようにしておく。そして、前記検出手段による前記透過または反射光の強度測定時に、適宜該参照用透明配管を前記配管経路から取外し、測定手段によって内壁への付着物の厚さを実際に測定し、これに合わせて、前記検出手段は、前記透過または反射光の強度と、対応する付着物の厚さとから、検量線を作成してゆく。

したがって、作成された検量線は、水温やｐＨなど、設置環境によって異なる錆の発生状況を反映したものとなり、配管設備の更新後に、前回作成した検量線を用いて、前記透過または反射光の強度から、比較的正確に付着物の厚さを推定することができる。

また、本発明の配管内監視システムは、鉄管または鉄基合金管から成り、内部に水が流れる配管経路と、前記の配管内監視装置と、前記配管経路に設けられて配管内の水を磁化する超電導磁石とを備え、前記配管内監視装置における検査用透明配管が当該配管内監視装置のバルブを介して前記配管経路に接続されることが好ましい。

上記の構成によれば、超電導磁石で作成される磁気水による防錆効果を確認することができる。

さらにまた、本発明の配管内監視システムでは、前記超電導磁石は、一対のコイルが、その軸方向に離間して配置されるスプリット型の超電導磁石であり、前記配管は前記一対のコイルの離間した空間内に配置されることが好ましい。

上記の構成によれば、超電導磁石で発生した磁力線は管軸方向とは垂直な方向から加わることになり、配管内の水を、効率良く磁化することができるようになる。また、配管の材質は、磁性、非磁性を問わないが、鉄管などの磁性体から成る場合、一方のコイルで発生した磁力線の一部が配管内を通して他方のコイルへ磁路を形成するものの、多くの磁力線は、筒状の配管の薄い一方の壁をほぼ垂直に通り抜けて内部の水を通過し、他方の壁から他方のコイルへ抜けてゆくので、これによっても配管内の水を効率的に磁化することができる。さらにまた、既設の配管の周囲に、スプリット型の超電導磁石の一対のコイルを設置する空間があれば、既設の配管をそのままの状態にして、前記一対のコイルの離間した空間内に該配管が位置するようにコイルを設置するだけで超電導磁石の設置を行うことができ、構造を簡略化することもできる。

本発明の配管内監視装置およびそれを用いる配管内監視システムは、以上のように、配管内の状態を監視する装置において、配管経路に検査用透明配管を介在し、照明光源などの照射手段でその検査用透明配管の外側から検査用の照明光を照射し、それによる該検査用透明配管の透過または反射光の強度から、検出手段が該検査用透明配管の内壁への付着物の状態を検出する。

それゆえ、設備経路配管全体の内壁の錆び、スケール、スライム等の付着状態を、簡便に安価な方法で連続して監視することができる。また、経路配管全体の情報が得られるので、配管内流量に低下が生じている場合、その原因が配管全体の内壁への固体付着による管径細りなのか、局所的な異物付着なのかを簡単に判別することもできる。

本発明の実施の一形態に係る配管内監視装置を用いる水処理システムのブロック図である。 前記配管内監視装置の一構成例を示す斜視図である。 本件発明者の第１の実験結果を示す図１の配管内監視装置のカメラによる配管の撮像画像である。 前記第１の実験結果から、透過光強度の分布を、配管の一直径線の投影断面に亘りプロットした結果を示すグラフである。 本発明の実施の第２の形態に係る配管内監視装置を用いる水処理システムのブロック図である。 本件発明者の第２の実験結果を示す図５の配管内監視装置のカメラによる配管の撮像画像である。 前記第２の実験結果から、透過光強度の分布を、配管の一直径線の投影断面に亘りプロットした結果を示すグラフである。 本発明の実施の第３の形態における本件発明者の第３の実験結果を示すグラフである。 本発明の実施の第３の形態における本件発明者の第３の実験結果を示すグラフである。 本発明の実施の第４の形態における本件発明者の第４の実験結果を示すグラフである。 本発明の実施の第５の形態に係る水処理システムのブロック図である。 前記第５の形態において、配管に鉄管を用いた場合における磁力線の伝搬経路図である。 本発明の実施の第６の形態に係る水処理システムにおける機能ブロック図である。 従来技術の配管内監視方法の一形態を説明するための図である。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の第１の形態に係る配管内監視装置１を用いる水処理システム２のブロック図である。この水処理システム２は、冷却水管や空調用配管等の配管３内を、流体としての水が、閉ループで循環されるシステムを模したものである。前記冷却水管や空調用配管等の設備配管は、一般的に直管部では塩化ビニールなどのプラスチックでライニングされている。したがって、塩化ビニール管などプラスチック管内の付着状態と配管内を流れる水の濁りとを監視することが重要となる。そこで、この図１に示すような経路配管内に水を循環させる装置を組み立て、配管内監視装置１を後述の構成とする。

前記配管３は、全長に亘り、錆が発生しないように、接合部も含めて一般的な不透明の前記塩化ビニール製で、内径は２０ｍｍ、配管３部分の長さは、合計で１０ｍの前記閉ループ状に形成され、その閉ループ内には、循環用のポンプ４およびそのポンプ４の上流側には、錆沈殿用の貯水タンク５が設けられる。また、この水処理システム２は、前記配管内監視装置１の機能を検証するためのものであり、該配管内監視装置１が循環経路の終端の貯水タンク５の上流側に設けられるとともに、錆の発生源６が、前記循環経路の始端のポンプ４の下流側に設けられている。前記配管内監視装置１の前後には、メンテナンス用にバルブ７１，７２が設けられている。

一方、上述のような錆の発生しない配管３に対して、発生した錆の量を正確に測定できるように、前記発生源７を設置している。前記発生源７は、ＳＰＣＣ板（普通鋼板）を収容するボックスから成り、前記配管３に直列、すなわち該水処理システム２内を循環する総ての水が、この発生源７内を通過するように配置されている。前記ＳＰＣＣ板は、長さ１０ｍｍ×幅２０ｍｍ×厚さ２ｍｍの大きさで、２枚が前記ボックスに設置され、ボックスは錆を発生しないように、ステンレス鋼製である。

また、循環水としては、錆の生成速度を高めるために、通常の水道水にＮａＣｌを加えて、ＮａＣｌ濃度を１００ｐｐｍとしている。そして、ポンプ４は、貯水タンク５内の水を汲み上げて、経路内を２０Ｌ／ｍｉｎの速度で循環させる。前記経路を通過した循環水は、最終、貯水タンク５に貯められ、特に重い錆び粒子は経路配管内を循環させずに、該貯水タンク５内に沈殿させ、該貯水タンク５内で沈殿せず、浮遊している比較的小さい錆粒子は、フィルタ除去などを行わず、循環水の中に浮遊したまま、配管３内を流れた。なお、必要に応じて、図示しないチラーなどを用いて、水温は２５℃に保持した。

図２は、前記配管内監視装置１の一構成例を示す斜視図である。この配管内監視装置１は、同種の２本の配管１１，１２と、照明手段である照明光源１５と、検出手段であるカメラ１６およびパーソナルコンピュータ１７とを備えて構成される。

前記配管１１，１２は、外径３２ｍｍ×内径２６ｍｍ×長さ３００ｍｍの透明な前記塩化ビニールパイプから成り、水平に配置される。その内の一方の配管１１が検査用透明配管となり、前記バルブ７１，７２間に介在されて、閉ループ内の水が通過する。したがって、残余の配管３との径の関係で、配管１１内の流速は若干低下する。これに対して、他方の配管１２は、参照用透明配管となり、その両端が栓１２１，１２２で閉塞され、参照用のために循環水は流さないようにした。

前記照明光源１５は、２本の配管１１，１２を均等に照射できるように、下方に配置された、たとえば縦２５０ｍｍ×横１８０ｍｍの発光部を有する蛍光灯光源から成る。この照明光源１５から光を照射して、ポンプ４の稼動後、所定の時間が経過する毎に、上方から、すなわち配管１１，１２を透過する光を、カメラ１６で撮像して、デジタル化したデータを、解析用のパソコン１７に取り込む。なお、前記照明光源１５は、可視の白色光を発生し、カメラ１６もそれに適合しているので、外乱光を遮断するために、該配管内監視装置１内は、遮光状態とされる。また、照明光源１５とカメラ１６との間で用いる光の波長が、自然界で発生する光の影響を受けない場合には、特に遮光を行わなくてもよい。

（実験１）
図３は、本件発明者の第１の実験結果を示す前記カメラ１６による撮像画像である。右側が参照用パイプ（配管１２）で、左側が循環水が流れている本管用パイプ（配管１１）である。実験はポンプ４を４８０時間稼動させて行った。本管用パイプ（配管１１）では、循環水に含まれている錆び粒子等が配管の内壁面に付着し、また循環水自体が濁っているので、参照用パイプ（配管１２）に比べて濃い色をしている。

図４は、パーソナルコンピュータ１７において、図３の縦方向の中心位置の透過光強度の分布を、左端から右端まで、すなわち一直径線の投影断面に亘りプロットした結果を示すグラフである。透過光強度は、規格化し、任意単位である。このように、カメラ１６のレンズ１６１は、２本の配管１１，１２の全幅に亘り、撮像可能な画角を有する。

図４の結果は、当然ながら、照明光源１５からの直達光がカメラ１６に入射するパイプ（配管１１，１２）が無い背景の部分は透過光強度が最も高く、その次に参照用パイプ（配管１２）で、循環水が流れている本管用パイプ（配管１１）の透過光強度が最も低くなっている。これらの参照用パイプ（配管１２）と本管用パイプ（配管１１）との最大透過光強度の差（図４のＡとＢとの差）が、配管３の内壁面の錆び粒子等の付着および濁りによる透過光の減少分に相当し、ここでは、２２７．１−２４．４＝２０２．７（任意単位）である。

以上のように、本実施の形態の配管内監視装置１は、配管３の内壁への固体の付着、代表的なものでは水道管における錆の付着状態等、配管３内の状態を監視するにあたって、水が流れる配管経路の一部を取替えたり、敷設時に予め準備しておくなどして、その配管経路に透明配管１１を検査用に介在し、照明光源１５によってその透明配管１１の外側から検査用の照明光を照射し、それによる透明配管１１の透過光強度をカメラ１６で検出し、その検出結果から、パーソナルコンピュータ１７によってその透明配管１１の内壁への付着物の状態を検出する。

したがって、設備経路配管全体の内壁の錆び、スケール、スライム等の付着状態を、簡便に安価な方法で連続して監視することができる。また、経路配管全体の情報が得られるので、配管内流量に低下が生じている場合、その原因が配管３全体の内壁への固体付着による管径細りなのか、局所的な異物付着なのかを簡単に判別することもできる。すなわち、透明配管１１への固体付着による光強度の低下が大きくないのに、流量低下が生じていると、何処かの箇所に詰まりが生じていると判定することができ、さらにその詰まり箇所を特定する場合は、前記特許文献１の手法など、他の方法を用いればよい。こうして、経路配管全体の情報ならびに配管材質に応じた付着物の情報が得られれば、流量の低下の原因を判別することができ、その対処方法を決めることができる。

なお、上述の例では、透過光強度を測定したが、配管３内の壁面の錆び粒子等の付着および濁りによって、反射光強度も同様に変化するので、照明光源１５と同じ側にカメラ１６を設置して、反射光強度を計測するようにしてもよい。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の第２の形態に係る配管内監視装置１’を用いる水処理システム２’のブロック図である。この水処理システム２’は、配管内監視装置１’が異なるだけで、前述の水処理システム２と同様に構成される。注目すべきは、この配管内監視装置１’では、前記透明配管１１と同材質の配管から成り、バイパス用透明配管であるバイパス配管１３を新たに設け、循環水を流せるようにしたことである。バイパス配管１３は、透明配管１１と同様に、その両側に設けたバルブ７３，７４によって経路配管に介在されて、閉ループ内の水が通過する。バルブ７３，７４は、バルブ７１，７２の開閉に係わらず、バイパス配管１３へ循環水を流すか否かを切替えられるように、該バルブ７３，７４への分岐配管７５は、バルブ７１，７２の外側に設けられている。

（実験２）
そして、ポンプ稼動開始４８０．０５ｈ後に、制御演算手段であるパーソナルコンピュータ１７が、本管のバルブ７１，７２を閉め、バイパス配管１３のバルブ７３，７４を開けて、循環水を流している間に、実験１と同様にして、バイパス用パイプ（配管１３）と参照用パイプ（配管１２）との透過光像をカメラ１６で撮影した。撮影は、バイパス用パイプ（配管１３）に循環水を流している時間をできるだけ短くする、たとえば１ｍｉｎ以下とするために、短時間で行う必要がある。撮影後、バルブ７３，７４とバルブ７１，７２とを切替え、再び本管用パイプ（配管１１）に循環水が流れるようにして、参照用パイプ（配管１２）と撮影を行った。

バルブ７３，７４とバルブ７１，７２とを切替え、再び本管用パイプ（配管１１）に循環水が流れるようにした後、バイパス用パイプ（配管１３）には、外部よりエアを導入してフラッシングをして、配管の内壁面に付着しているかもしれない小さな粒子を除去して初期の状態に戻し、次回の測定に備えた。バイパス用パイプ（配管１３）に毎回新品を使用できる場合は、前記フラッシングの必要はない。

なお、カメラ１６の撮像範囲が広く、かつ充分な解像度が確保できる場合には、７１〜７４を開けて、３本のパイプ（配管１１〜１３）の透過光像を同時に撮影してもよい。その場合は、２本のパイプ（配管１１，１３）を流れる水量は、１／２となるが、２本のパイプ（配管１１，１３）が同じ条件であるので、問題はない。

図６は、本件発明者の第２の実験結果を示す前記カメラ１６による撮像画像である。右側が循環水が流れているバイパス用パイプ（配管１３）で、左側が参照用パイプ（配管１２）である。バイパス用パイプ（配管１３）に循環水を流す時間は、前述のように１ｍｉｎ以下の短い時間なので、該バイパス用パイプ（配管１３）の壁面に付着した錆び粒子等はほとんど無く、図３の本管用パイプ（配管１１）と比べて、透過光量が多くなっている。そして、それでも生じている光量低下は、循環水の濁りによるものと思われる。

図７は、図４と同様に、パーソナルコンピュータ１７において、図６の縦方向の中心位置の透過光強度の分布を、左端から右端までプロットした結果を示すグラフである。これらの参照用パイプ（配管１２）とバイパス用パイプ（配管１３）との最大透過光強度の差（図７のＡとＣとの差）が、循環水の濁りによる透過光の減少分に相当し、ここでは、２２７．１−８１．０＝１４６．１（任意単位）である。

したがって、制御演算手段であるパーソナルコンピュータ１７において、図４で求められる配管３の内壁面の錆び粒子等の付着や濁りによる透過光の減少分から、図７で求められる循環水の濁りによる透過光強度の減少分を差し引くことにより、配管３内の壁面の錆び粒子等の付着による透過光強度の減少分が、２０２．７−１４６．１＝５６．６（任意単位）と求めることができる。これは、図７のＣの値（８１．０）から、図４のＢの値（２４．４）を差し引いても得られる。

このように本実施の形態の配管内監視装置１’では、制御演算手段であるパーソナルコンピュータ１７は、管内に汚れがないバイパス配管１３に、バルブ７３，７４を操作して、透明配管１１と並行して、或いは切替えて、循環水を流し、前記照明光源１５およびカメラ１６に、その時のバイパス配管１３の透過または反射光の強度を測定させる。したがって、そのバイパス配管１３の透過または反射光の強度は、循環水の濁りに、バイパス配管１３自体による光量低下を表すものとなる。そこで、このバイパス配管１３による光量低下分を前記透明配管１１での検出結果から減算することで、前記循環水の濁り分とバイパス配管１３自体による光量低下とを除去して、前記透明配管１１の内壁への付着物の状態だけを検出することができる。さらには、そのバイパス配管１１に循環水を流す前の状態で光強度を検出しておき、流した後の結果から減算することで、循環水の濁りだけを正確に検出することもできる。

また、本実施形態の配管内監視装置１’では、検出手段として、単純な光センサではなく、前記透明配管１１およびバイパス配管１３の透過光を、少なくとも一直径線の投影断面に亘り（端から端まで）撮像することができるカメラ１６を用い、制御演算手段であるパーソナルコンピュータ１７は、前記カメラ１６の撮像画像における前記透明配管１１部分およびバイパス配管１３部分の透過光強度のピークレベルを利用して前記減算を行う。

したがって、通常、透過光に管壁の影響が最も現われ難い配管中央部分の透過光強度から付着物の状態を検出することができ、検出精度を向上することができる。なお、上記の機能は、ラインセンサでも実現できるが、入手し易さや出力信号の扱い易さ、さらには配管から離れて検出できることから、上記のようにカメラ１６が好ましい。

（実施の形態３）
（実験３）
図８は、本発明の実施の第３の実施形態における本件発明者の実験結果を示すグラフである。このグラフは、横軸に管内壁への付着物の厚さを示し、縦軸に透過光強度を示す検量線のグラフである。注目すべきは、本実施の形態では、透明配管１１と同材質の配管から成るもう１つの透明配管である前記バイパス配管１３ならびにそれに伴う配管７５およびバルブ７３，７４を備える前記配管内監視装置１’を用い、前記バルブ７３，７４を遮断して前記バイパス配管１３を取外し、その取外したバイパス配管１３の内壁への付着物の厚さを測定手段で実際に測定し、検出手段である前記パーソナルコンピュータ１７において、前記透過光の強度と、対応する付着物の厚さとから、前記検量線を作成しておくことである。

具体的には、前記バイパス配管１３として、前記透明配管１１と同材質の塩化ビニールパイプを前記バルブ７３，７４間に固定し設置する。その後、実験２と同様にして、所定のポンプ稼動時間が経過した時点で、配管内監視装置１’により、参照用パイプ（配管１２）、本管用パイプ（配管１１）、バイパス用パイプ（配管１３）の透過像を撮影した。そして、撮影後に、バルブ７３，７４を遮断して、バイパス用パイプ（配管１３）を配管７５から取外して長さ５０ｍｍだけ切り出し、短くなった部分には他のパイプを継ぎ足して、再び配管７５へ取付ける作業を、前記所定のポンプ稼動時間が経過した撮影のたびに行った。

また、切り出したパイプサンプルは、乾燥させて、配管内壁に付着した錆び等によって形成される付着層を取り出し、その平均厚さｄ（ｍｍ）を測定した。平均厚さｄは、最低５箇所以上の付着層の厚さを、測定手段である光学顕微鏡によって測定して、それを加算平均して求めた。

一方、撮影した透過光強度から、配管内の壁面の錆び粒子等の付着による透過光強度の減少分Ｉ（＝Ｃ−Ｂ）を求めた。透過光強度の減少分Ｉは、付着層の平均厚さｄの関数なので、Ｉ（ｄ）となり、ポンプ稼動前の初期状態の本管用パイプ（配管１１）の最大透過光強度をＩ０として、Ｉ（ｄ）／Ｉ０をプロットした結果、前記図８のようになった。これは、付着層の平均厚さｄと、透過光強度の減少分Ｉとの前記検量線に相当するもので、以後はこの検量線を用いて、透過光強度の減少分Ｉの測定値から、付着層の平均厚さｄの値を推定することができる。

ここで、この検量線は、付着層の材質や水温等に依存して異なり、付着層の材質は循環水の温度、ｐＨ、溶け込んでいる塩のイオン濃度等の循環水の性質や、配管内監視装置１’の照明光源１５の発光スペクトルなどによって変化するので、予め循環水を流す環境において検量線を求めておくことが望ましい。

このように構成することで、作成された検量線は、前記水温やｐＨなど、設置環境によって異なる錆の発生状況を反映したものとなり、配管設備の更新後に、前回作成した検量線を用いて、前記透過または反射光の強度から、比較的正確に付着層の平均厚さｄを推定することができる。

上述の例では、厳密を期すために、実際にバイパス用パイプ（配管１３）切出して、循環水の循環とは別途に、付着層の平均厚さｄの測定を行ったけれども、同じサンプルを、外して乾燥して厚みを測って再び戻しても、測定に要する数時間〜数日程度は、全測定期間からすれば僅かで、影響が少ない場合は、そのようにしてもよい。

（実施の形態４）
（実験４）
図９および図１０は、本発明の実施の第４の実施形態における本件発明者の実験結果を示すグラフである。これらのグラフは、それぞれ前述の図４および図７に類似している。すなわち、３本の配管の縦方向の中心位置の透過光強度の分布を示すもので、図９は本管用パイプ（配管１１）と参照用パイプ（配管１２）、図１０は参照用パイプ（配管１２）とバイパス用パイプ（配管１３）とである。注目すべきは、本実施の形態では、前記塩化ビニール等の錆びない透明配管から成る配管１１〜１３には、その内壁に、配管経路を構成する配管の内壁の材料と同じ材料の薄膜が、前記照明光の透過を許容する厚さにコーティングされていることである。

具体的には、真空チェンバの中で、前記透明の塩化ビニールパイプの中に、直径が０．５ｍｍの鉄製フィラメントを挿入し、そのフィラメントに電流を流して加熱することによって、フィラメントから鉄原子を蒸発させて、透明の塩化ビニールパイプの内壁に、厚さ３ｎｍの鉄薄膜を蒸着している。このような薄い膜であれば、可視光を透過するので、透明の塩化ビニールパイプを用いた第１および第２の実施の形態と同様に、配管内監視装置１，１’で撮像することが可能である。この鉄薄膜を蒸着したパイプでは、内表面が塩化ビニールではなく、鉄であるので、鉄製配管と同じ状態を監視することが可能となる。

実験４は、この鉄薄膜を内壁に蒸着した塩化ビニールパイプを前記３本の会館１１〜１３として用い、第１および第２の実施の形態と同様に循環水を流した。配管経路において、該配管内監視装置１，１’以外の配管は、接合部も含めて全て鉄製の部品を用いた。第１の実施の形態と同様にして、ポンプ稼動開始後３０６ｈ経過した時に、参照用パイプ（配管１２）と、循環水を流している本管用パイプ（配管１１）との透過光像をカメラ１６で撮影し、その画像の縦方向の中心位置の透過光強度の分布を左端から右端までプロットした結果が、前記図９である。また、鉄薄膜を内壁に蒸着した塩化ビニールパイプをバイパス用パイプ（配管１３）として用い、第２の実施の形態と同様にして、ポンプ稼動開始３０６．０５ｈ後に本管のバルブ７１，７２を閉め、バイパス配管７５のバルブ７３，７４を開けてバイパス配管７５に循環水を１ｍｉｎ以下の時間流し、バイパス用パイプ（配管１３）と参照用パイプ（配管１２）の透過光像をカメラ１６で撮影し、その画像の縦方向の中心位置の透過光強度の分布を左端から右端までプロットした結果が、前記図１０である。

そして、第２の実施の形態と同様に、図１０のＡの強度値からＣの強度値を差し引くことによって、循環水の濁りによる透過光強度の減少分が求まり、図１０のＣの強度値から図９のＢの強度値を差し引くことによって、循環水の配管内付着による透過光強度の減少分が求まる。このようにして、鉄製配管の監視も可能となる。

なお、上述の実施の形態では、鉄薄膜を蒸着したけれども、透明の塩化ビニールパイプに銅やアルミ等の薄膜をそれぞれ厚さ数ｎｍから１０ｎｍ程度蒸着することによって、銅配管やアルミ配管等の他の金属配管と同じ状態を監視することも可能である。

（実施の形態５）
図１１は、本発明の実施の第５の形態に係る水処理システム２''のブロック図である。この水処理システム２''は、前述の水処理システム２，２’に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。この水処理システム２，２’は、配管内監視装置は、１，１’のいずれであってもよい。注目すべきは、この水処理システム２''では、配管経路は鉄管または鉄基合金管から成り、流体は水であり、前記配管経路に配管３内の水を磁化する超電導磁石８を備えることである。したがって、前記配管内監視装置１，１’では、超電導磁石８で作成される磁気水による防錆効果を確認することができる。

また、本実施の形態では、前記超電導磁石８は、一対のコイル８１，８２が、その軸（鉛直）Ｚ方向に離間して配置されるスプリット型の超電導磁石から成り、前記配管３は前記一対のコイル８１，８２の離間した空間内に配置される。各コイル８１，８２のボアＷの直径は６０ｍｍ、上下のコイル８１，８２間の距離Ｌは８０ｍｍ、最大磁場は１３Ｔである。コイル８１，８２の素線には、上述の磁場を発生できれば、円柱状の線材、角柱状の線材、或いは帯状の線材の何れが使用されてもよいが、単位体積当りの電流密度や放熱性、さらには比較的平行な磁場を形成できる点で、帯状線材が好ましい。

このようにスプリット型の超電導磁石を用いることで、図１２（ａ）で示すように、一方のコイル、たとえば８１で発生した磁力線の一部が、参照符号Ｍ１で示すように配管３の内部３ａを通して他方のコイル８２へ磁路を形成するものの、多くの磁力線は、参照符号Ｍ２および図１２（ｂ）で示すように、筒状の配管３の薄い一方の壁３ｂをほぼ垂直に通り抜けて内部の水を通過し、他方の壁３ｃから他方のコイル８２へ抜けてゆく。勿論、配管３が非磁性の管である場合は、参照符号Ｍ１で示す配管３の内部３ａを通る磁束が減少し、ボア（内径）Ｗ内の磁束をより有効に使用することができる。図１２（ｂ）は超電導磁石付近の管軸Ｙ方向の断面図であり、図１２（ａ）は管軸Ｙとは直交方向の断面図である。

このように超電導磁石８を用いて水を磁化することで、防錆効果を得ることができる。また、その超電導磁石８として、一対のコイル８１，８２が、その軸Ｚ方向に離間して配置されるスプリット型の超電導磁石を用い、そのスプリット型の超電導磁石による一対のコイル８１，８２の離間した空間内に配管３を配置して磁化を行うことで、磁力線は管軸Ｙ方向とは垂直なＺ方向から加わることになり、配管３内の水を、超電導磁石８によって効率良く磁化することができる。これによって、錆の発生を抑えることができる、すなわち鉄系材料に防錆効果が生じ、配管３内の水と共に流れる鉄総量（鉄系材料から腐食溶出して生じた鉄イオンと鉄の腐食生成物との総和）を低下することができるとともに、配管３の内壁へのスケール付着防止効果を得ることもできる。

また、配管３の材質は、磁性、非磁性を問わないが、スプリット型の超電導磁石を用いることで、前述の図１２（ａ）で説明したように、磁性の管であっても、該配管３内の水を効率的に磁化することができ、既設の水道管などの配管をそのまま利用することができる（配管３の外側から設置することが可能である。）。さらにまた、既設の配管３の周囲に、スプリット型の超電導磁石の一対のコイル８１，８２を設置する空間があれば、既設の配管をそのままの状態にして、前記一対のコイル８１，８２の離間した空間Ｌ内に該配管３が位置するようにコイル８１，８２を設置するだけで該超電導磁石８の設置を行うことができ、構造を簡略化することもできる。

（実施の形態６）
図１３は、本発明の実施の第６の形態に係る水処理システムにおける機能ブロック図である。この水処理システムには、前述の水処理システム２’の構成を用いることができ、パーソナルコンピュータ１７の処理として行うことができる。注目すべきは、この水処理システムでは、測定前の調整と、測定結果の出力とをさらに行うことである。

具体的には、ポンプ４の稼働前に、ステップＳ１で、本管用パイプ（配管１１）の最大透過光強度Ｂを検出し、その値を初期値Ｂ０として格納する。続いて、ポンプ４の稼働を開始し、所定時間稼働すると、ステップＳ２で、再び前記本管用パイプ（配管１１）の最大透過光強度Ｂを検出するとともに、ステップＳ３では参照用パイプ（配管１２）の最大透過光強度Ａを、ステップＳ４ではバイパス用パイプ（配管１３）の最大透過光強度Ｃを検出する。

こうして、強度Ａ，Ｃのデータが集まると、ステップＳ５において、それらの強度Ａ，Ｃの差分、すなわち濁りを、前記初期値Ｂ０を用いて正規化し、その値が０．９５以下であることを確認する。その結果０．９５を超えている場合には、ステップＳ６で、濁りがひどく、濁りだけで本管用パイプ（配管１１）からの透過光はほぼ無くなり、管内壁への付着物の測定は不可と判定して処理を終了する。一方、前記０．９５以下では、管内壁への付着物の測定は可能と判定して、ステップＳ７に移る。

ステップＳ７では、さらに強度Ｂのデータを用いて、バイパス用パイプ（配管１３）の最大透過光強度Ｃと本管用パイプ（配管１１）の最大透過光強度Ｂとの差分、すなわち前記管内壁への付着物だけに対応した強度を求め、さらにそれを初期値Ｂ０で正規化し、前記ステップＳ２〜Ｓ４に戻る。一方、ステップＳ７での演算結果を、ポンプ稼動時間に対してプロットすると、該演算結果はポンプ稼働時間が増加するに伴って増加するが、ある時間が経過したところで一定値を示すようになる。そこで、ステップＳ８でステップＳ７の演算結果を監視し、飽和を生じたら、付着物が多くなって透過光量が変化しなくなった判定して、メンテナンスのサインなどを出力し、処理を終了する。これに応じて、作業者が、配管３の清掃作業や、取替えなどを行うことになる。

１，１’ 配管内監視装置
２，２’，２'' 水処理システム
３ 配管
３ａ 内部
３ｂ，３ｃ 壁
４ ポンプ
５ 貯水タンク
６ 錆の発生源
８ 超電導磁石
１１〜１３ 配管
１５ 照明光源
１６ カメラ
１７ パーソナルコンピュータ
７１〜７４ バルブ
８１，８２ 超電導コイル

Claims (7)

1. 流体が流れる配管の内壁への付着物の状態を監視する装置であって、
   配管経路の途中に介在する検査用透明配管と、
   前記検査用透明配管の外側から検査用の照明光を照射する照射手段と、
   前記照明光の照射による前記検査用透明配管の透過または反射光の強度から、該検査用透明配管の内壁への前記付着物の状態を検出する検出手段とを含むことを特徴とする配管内監視装置。
2. 前記検査用透明配管と同材質の配管から成り、前記検査用透明配管と並列で前記配管経路に接続されるバイパス配管と、
   前記バイパス配管を前記配管経路と連通する開弁状態と、遮断する閉弁状態とに切換えられるバルブと、
   前記バルブの操作によるバイパス配管の組入れと同時に、前記照射手段および検出手段を駆動して検出動作を行わせ、その検出結果を前記検査用透明配管での検出結果から減算することで、前記流体の濁り分を除去して、前記検査用透明配管の内壁への付着物の状態を検出する制御演算手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の配管内監視装置。
3. 前記検出手段は、前記検査用透明配管およびバイパス配管の透過光を、少なくとも一直径線の投影断面に亘り撮像することができるカメラから成り、
   前記制御演算手段は、前記カメラの撮像画像における前記検査用透明配管部分およびバイパス配管部分の透過光強度のピークレベルを利用して前記減算を行うことを特徴とする請求項２記載の配管内監視装置。
4. 前記検査用透明配管の内壁には、前記配管経路を構成する配管の内壁の材料と同じ材料の薄膜が、前記照明光の透過を許容する厚さにコーティングされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の配管内監視装置。
5. 前記検査用透明配管と同材質の配管から成る参照用透明配管と、
   前記参照用透明配管の前記配管経路への着脱を可能にするバルブと、
   前記バルブの遮断により取外された参照用透明配管の内壁への付着物の厚さを測定する測定手段とをさらに備え、
   前記検出手段は、前記透過または反射光の強度と、対応する付着物の厚さとから、検量線を作成しておくことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の配管内監視装置。
6. 鉄管または鉄基合金管から成り、内部に水が流れる配管経路と、
   前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の配管内監視装置と、
   前記配管経路に設けられて配管内の水を磁化する超電導磁石とを備え、
   前記配管内監視装置における検査用透明配管が当該配管内監視装置のバルブを介して前記配管経路に接続されることを特徴とする配管内監視システム。
7. 前記超電導磁石は、一対のコイルが、その軸方向に離間して配置されるスプリット型の超電導磁石であり、
   前記配管は、前記一対のコイルの離間した空間内に配置されることを特徴とする請求項６記載の配管内監視システム。