JP2022047346A - 残液量の検出装置、検出システム、及び検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配管内の残液量をより高精度に測定可能な残液量の検出装置、検出システム、及び検出方法を提供する。【解決手段】残液量の検出装置６０は、加熱部と、取得部６２と、検出部６４とを備える。加熱部は、配管を外部から加熱する。取得部６２は、外部から加熱された配管における表面温度の測定時系列データを取得する。検出部６４は、配管の加熱を停止した後の測定時系列データの変化特性により、配管内の残液量を検出する。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、残液量の検出装置、検出システム、及び検出方法に関する。

発電所などの設備の定期的な改造工事では、既設の配管を切断する作業が数多く発生する。このため、配管への液体の移送を停止し、排液処理を行った後に、配管の実施状況の確認（配管の隔離（アイソレ）などの確認）をする。その際に、バケツ、ポリ袋などの容器による漏水対策を行っている。しかし、排液処理を行っても、想定した残液量の算定ミスがあると、残液が容器などから溢れ、例えば放射線を帯びた水などが拡散してしまう恐れがある。

特開２００６－２４７５４８号公報

発明が解決しようとする課題は、配管内の残液量をより高精度に測定可能な残液量の検出装置、検出システム、及び検出方法を提供することである。

本実施形態によれば、残液量の検出装置は、加熱部と、取得部と、検出部とを備える。加熱部は、配管を外部から加熱する。取得部は、外部から加熱された配管における表面温度の測定時系列データを取得する。検出部は、配管の加熱を停止した後の測定時系列データの変化特性により、配管内の残液量を検出する。

本実施形態による残液量の検出システムの構成例を示す図。 配管に載置された黒体の例を示す図。 本実施形態による残液量の検出装置に構成例を示すブロック図。 測定時系列データの一例を示す図。 黒体を用いた場合と、用いなかった場合の測定時系列データ例を示す図。 正規化処理例を説明する図。 正規化処理前と正規化処理後との測定時系列データ例を説明する図。 記憶部に記憶される評価用時系列データの例を示す図。 表示制御部が、表示部に表示する測定結果例を示す図。 表示制御部が、表示部に表示するデータ精度に関する情報例を示す図。 残液の検出処理装置の処理例を示すフローチャート。 横軸が配管内の残水高さを示し、縦軸が正規化温度を示す図。 所定の時間後の残水高さと正規化温度の測定値を示す図。 ライン１２００ａの水深をｘ、そのときの正規化温度をｙとした表。 図１４Ａのｘとｙとの関係を３次近似式で示した場合の係数を示す表。 ３次近似式を演算する際のｘの１乗、２乗、３乗の値を示す表。 数値演算した結果を示す図。 配管Ｐの材質、肉厚、及び直径毎に式１で示される係数Ａ３、Ａ２、Ａ１、Ｂを示す図。 配管内の残水高さと正規化温度の時間に対する勾配との関係を示す図。 所定の時間後の勾配と残水高さの測定値を示す図。 ライン１７００ａの残水高さをｘ、そのときの勾配をｙとした表。 図１９Ａのｘとｙとの関係を３次近似式で示した場合の係数を示す表。 勾配の３次近似式を演算する際のｘの１乗、２乗、３乗の値を示す表。 ライン１７００ａの近似式を数値演算した結果を示す図。 記憶部６４ｂ（図３参照）に記憶される係数Ａ３、Ａ２、Ａ１、Ｂを示す表。

以下、本発明の実施形態に係る残液量の検出装置、検出システム、及び検出方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る残液量の検出システム１の構成例を示す図である。図１に基づき、残液量の検出システム１の構成例を説明する。残液量の検出システム１は、配管Ｐ内の残液量を検出可能なシステムであり、加熱部（ラインヒータ）１０と、測定部（サーモカメラ）２０と、角度距離計３０と、計測機材載置架台４０と、昇降装置（アッパ）５０と、残液量の検出装置（ＰＣ）６０とを備える。図１には、更に配管Ｐ、ラインヒータ用の電源、ラインヒータ冷却用チラー、積載台車などが図示されている。図１の左図は、昇降装置（アッパ）５０が計測機材載置架台４０を下方に維持する図を示し、右図は上方に維持する図を示す。なお、残液は、例えば水であるが、これに限定されない。例えば油などの液体でもよい。

加熱部１０は、配管Ｐを外部から加熱する。加熱部１０は、例えばライン状のハロゲンランプにより構成される。また、加熱部１０による加熱時間は、例えば６０秒程度である。この加熱時間は、配管Ｐの表面の状態及び材質の影響を受けるので、状態及び材質により変更してもよい。

図２は、配管Ｐに載置された黒体の例を示す図である。図２は、例えば長さ２メートルの長さの配管Ｐであり、右半分が実線で図示されている。加熱部１０は、例えば、水平方向の下方６０度（真下から３０度、すなわち仰角６０度）からライン状の加熱光を３０センチメートル以上の長さで照射する。これにより、配管Ｐ表面は、均一又はガウス分布状に加熱される。また、ガウス分布加熱の場合、口径３倍以上、且つ３００ミリメートル以上の範囲で照射してもよい。なお、加熱部の照射は、真横からでも可能であるが、液位が低い場合に液体のない位置を加熱することになり、誤差の要因となってしまう。このため、他の配管などの位置を考慮すると、水平方向の下方６０度（真下から３０度、すなわち仰角６０度）から照射することが測定には適している。

黒体は、例えば黒体テープであり、例えば６０ミリの長さで、加熱光を照射する中心部に接着される。これにより、黒体には、例えば単位平方メートルあたり３０００ワット（Ｗ／ｍ^２）の熱量が加えられ、他の加熱領域には、例えば単位平方メートルあたり１２００ワット（Ｗ／ｍ^２）の熱量が加えられる。黒体は、後述するように、同じ熱量の加熱光を配管Ｐに照射する場合に、ランダムノイズを低減する効果を有する。

再び、図１に示すように、測定部（サーモカメラ）２０は、配管Ｐの表面温度を測定する。例えば、測定部２０は、加熱中心から５～１０ミリメートル離れた測定位置における測定点の温度の時間変化を測定する。

また、例えば、測定位置は、配管Ｐの管底より１０ミリメートル上である。これにより、液位が低い場合にも、誤差を低減可能となる。

このように、測定部２０により測定点の温度の測定時系列データが測定され、残液量の検出装置６０の取得部６２に出力される。測定時間は、例えば３００～６００秒である。なお、本実施形態では、測定部２０により測定された時系列データを測定時系列データと称し、予め取得された評価用の時系列データを評価用時系列データと称する。また、測定時系列データ、評価用時系列データの温度には、対数変換された温度、正規化された温度、平均化処理された温度、近似化された温度などの処理後の温度が含まれる場合がある。同様に経過時間には対数変換された時間が含まれる場合がある。

角度距離計３０は、配管Ｐと加熱部１０との間の距離を測定する。また、角度距離計３０は、水平面に対する加熱部１０の照射角度を測定する。これらの距離及び照射角度の情報も残液量の検出装置６０の取得部６２に出力される。例えば、加熱部１０が、５キロワットのラインヒータである場合、配管Ｐと加熱部１０との間の距離は、例えば１～５メートルである。

計測機材載置架台４０は、加熱部１０、測定部２０、及び角度距離計３０を載置する。昇降装置（アッパ）５０は、計測機材載置架台４０を垂直方向に上下動させる。これにより、加熱部１０及び測定部２０を配管Ｐに近づけることが可能となる。

残液量の検出装置６０は、配管Ｐ内の残液量を検出する。残液量の検出装置６０の詳細は、後述する。

ラインヒータ用電源は、加熱部１０に電源を供給する。ラインヒータ用電源は、ファンクションジェネレータにより生成されたコマンドを介して残液量の検出装置６０により制御される。或いは、ＰＣ内蔵時計を利用し、ＵＢリレーを介してラインヒータ用電源のＯＮ／ＯＦＦを制御することも可能である。また、ラインヒータ冷却用チラーは、加熱部１０を冷却する。残液量の検出装置６０、ファンクションジェネレータ、ラインヒータ用電源、及びラインヒータ冷却用チラーは、積載台車に搭載される。これにより、残液量の検出装置６０、ファンクションジェネレータ、ラインヒータ用電源、及びラインヒータ冷却用チラーは、移動可能である。

このように、残液量の検出システム１では、加熱部１０の配管Ｐに対する角度と距離を調整することが可能である。加熱部１０と同様に、測定部２０の配管Ｐに対する角度と距離を調整することも可能である。

ここで、残液量の検出装置６０の詳細な構成例を説明する。図３は。本実施形態による残液量の検出装置に構成例を示すブロック図である。

図３に示すように、検出装置６０は、取得部６２と、検出部６４と、表示制御部６６と、表示部６８と、入力部７０と、を備える。更に、検出部６４は、正規化処理部６４ａと、記憶部６４ｂと、解析処理部６４ｃとを有する。

取得部６２は、外部から加熱された配管Ｐにおける表面温度の測定時系列データを取得する。例えば、取得部６２は、測定部２０が測定した配管Ｐにおける表面温度の測定時系列データを取得する。

検出部６４は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含んで構成され、取得部６２が取得した測定時系列データを用いて、配管Ｐ内の残液量を検出する。すなわち、検出部６４は、配管Ｐの加熱を停止した後の測定時系列データの変化特性により、配管Ｐ内の残液量を検出する。例えば、検出部６４は、所定量以上の残液が配管Ｐ内にある場合に、所定時間の経過後における温度の低下が大きいほど残液量の値がより大きくなるように、残液量を検出する。

ここで、検出部６４が用いる測定時系列データの例を説明する。図４は、測定時系列データの一例を示す図である。横軸は経過時間（Ｔｉｍｅ（ｓ））を示し、縦軸は温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（℃））を示す。

図４は、黒体を用いて加熱部１０により加熱処理した例である。図４に示すように、加熱部１０により０秒において加熱光の照射を開始すると、配管Ｐの表面温度が上昇を開始する。続けて、６０秒後に照射を停止すると急峻に温度が低下する。そして、更に５秒経過すると、温度変化がなだらかになる。このように、加熱部１０からの加熱光の照射を停止し、急峻に温度が低下する期間４００を第１期間と称することとする。第１期間４００は所定期間であり、例えば５秒である。第１期間４００の長さは黒体の有無や、黒体の厚さ、材質、幅などにより設定してよい。

また、第１期間４００を経過した後の期間４０２を第２期間４０２と称する。黒体を用いない場合には、第１期間４００を０としてもよい。

配管Ｐは、例えばステンレスなどの金属であるので、配管Ｐの比熱は配管Ｐ内の液体の比熱よりも低く、温度が配管Ｐ内の液体より早く上昇する。その後、第１期間では配管Ｐの温度は急峻に低下する。この第１期間を経過した後の温度の変化特性に、残液量に応じた変化特性があることが出願人の実験により見いだされた。すなわち、第１期間までの測定時系列データは、黒体、加熱部の強さなどにより特性が変化するが、第２期間の測定時系列データは、残液量に応じて同様の温度変化特性があることが見いだされた。このため、本実施形態に係る検出部６４は、第１期間を経過した後の第２期間における測定時系列データを用いて残液量を検出する。

ここで、黒体を用いた場合のノイズ抑制効果を説明する。図５は、黒体を用いた場合と、用いなかった場合の測定時系列データ例を示す図である。残液量が最下点から０、１０、２０、３０ミリメートルの例である。左図が表面に黒体を載置していない配管Ｐの例であり、右図が表面に黒体を載置した配管Ｐの例である。右図では黒体テープを黒体として巻いている。これらの図が示すように、黒体を載置した配管Ｐの例の方が、ノイズがより低減される。これは、黒体を配管Ｐに載置すると入熱量がおおきくなり、配管及び内部の液体の温度変化が大きくなる結果、相対的にノイズの影響が小さくなると考えられている。このように、配管Ｐの温度が所定値に達した時点での残液の温度上昇が抑制されるほど、ノイズが低下する傾向が見られる。

このように、検出部６４が用いる測定時系列データは、例えば表面に黒体を載置した配管Ｐに対して、加熱部１０から照射される加熱光により黒体を含む範囲を加熱して得た測定データである。そして、この測定時系列データは、配管Ｐの加熱を停止した後の温度が急峻に低下する第１期間が経過した後のデータである。なお、上述のように、黒体を用いない場合には、第１期間を０としてもよい。

図３に示すように、表示制御部６６は、検出部６４が出力する情報を表示部６８に生じさせる制御を行う。例えば、表示制御部６６は、測定時系列データ、評価用時系列データ、測定精度に関するデータ、解析結果、及び配管Ｐの材質などの測定に関する情報を表示部６８に表示する。

表示部６８は、例えばモニタであり、表示制御部６６の出力信号に基づく画像を表示する。
入力部７０は、例えば、マウス、キーボードなどにより構成される。入力部７０は、配管Ｐの材質、肉厚などの測定に関する情報を入力する。

ここで、図６に基づき、検出部６４の正規化処理部６４ａの処理例を説明する。図６は、正規化処理例を説明する図である。（ａ）図は、測定時系列データを示し、（ｂ）図は第２期間の測定時系列データを示し、（ｃ）図は、対数変換した測定時系列データを示し、（ｄ）図は対数変換した測定時系列データを近似した近似曲線を示し、（ｅ）図は近似曲線を真数に再変換した近似曲線の図を示し、（ｆ）図は再変換した近似曲線の最大値を１として正規化した測定時系列データの図を示す。

（ａ）～（ｂ）、（ｅ）図の縦軸は温度を示し、（ａ）～（ｂ）、（ｅ）図の横軸は経過時間を示す。また、（ｃ）、（ｄ）図の縦軸は温度の対数を示し、（ｃ）、（ｄ）図の横軸は経過時間の対数を示す。さらにまた、（ｆ）図の縦軸は正規化された温度を示し、（ｆ）図の横軸は経過時間を示す。

まず、正規化処理部６４ａは、（ｂ）図に示すように、第２期間の測定時系列データを抽出する。次に、正規化処理部６４ａは、（ｃ）図に示すように、温度と時間とを対数変換する。

次に、正規化処理部６４ａは、（ｄ）図に示すように、対数変換した時系列データを３次の関数により近似した時系列データを生成する。この近似には、例えば３次多項式による最小２乗近似を用いる。これにより、ノイズの影響を低減することが可能となる。

次に、正規化処理部６４ａは、（ｅ）図に示すように、対数変換した時系列データを真値に再変換する。そして、（ｆ）図に示すように、真値に再変換した時系列データの最大値を所定に変換する。このように、正規化処理部６４ａは、第２期間における時系列データの温度と時間とをそれぞれ対数変換し、対数変換した時系列データを近似曲線により近似し、近似曲線を真値に再変換し、再変換した近似曲線の温度の最大値を所定値にし、正規化した時系列データを得る処理を行う。なお、本実施形態に係る正規化処理部６４ａは、時系列データを真値に再変換し後に最大値を所定値にする処理を行うが、これに限定されない。例えば、時系列データを真値に再変換せずに、最大値を所定値にする処理を行ってもよい。また、（ｄ）図に示す近似も３次の関数による近似に限定されない。例えば、平均化処理、スプライン処理でもよい。或いは、データの状況によれば、ノイズの低減を行わなくともよい。この場合には、例えば（ｃ）～（ｆ）の処理を省略し、（ｂ）図で示すデータの最大値を所定値にする正規化処理を行ってもよい。

図７は、正規化処理前と正規化処理後との測定時系列データ例を説明する図である。左図が正規化処理前の第２期間の測定時系列データであり、右図が正規化処理後の測定時系列データである。左図の縦軸は温度を示し、横軸は経過時間を示す。右図の縦軸は正規化温度を示し、横軸は経過時間を示す。残液量が最下点から０、１０、２０、３０ミリメートルの例である。図７に示すように正規化処理後の測定時系列データでは、加熱を停止してから所定の経過時間が経過した時点での温度が、残影量が多くなるに従い、低下する。例えば加熱を停止してから３５０秒（図では４００秒）経過した時点の温度は、残液が３０、２０、１０、０の順で低くなる。この傾向は、配管Ｐの材質及び肉厚などを変更しても同様である。正規化することにより入熱量に依存しない温度変化のデータが得られ、残液評価に用いることができることによる。

記憶部６４ｂは、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリにより構成される。記憶部６４ｂは、例えば正規化処理部６４ａにより正規化された複数の評価用時系列データを記憶する。評価用時系列データは、配管Ｐと同等の材質、形状である評価配管に既知の残液量を入れ、予め測定した予備実験データである。残液量及び評価配管の情報が既知であるので、評価用時系列データには、残液量及び評価配管の情報（材質、肉厚、直径など）が関連付けられている。なお、本実施形態では、配管Ｐ内の残液量を「水高さ」、「残水高さ」として評価する場合がある。「水高さ」、及び「残水高さ」は、配管Ｐ内の最底部からの水深を意味する。

例えば、正規化処理部６４ａは、同一の測定条件で、２０回測定した時系列データを平均化処理した平均時系列データを正規化処理して、評価用時系列データを得る。これにより、ノイズのより低減された評価用時系列データを得ることが可能である。また、評価用時系列データは、残液量、配管Ｐの材質、肉厚、直径などを変更して、計算機シミュレーションにより演算してもよい。

図８は、記憶部６４ｂに記憶される評価用時系列データの例を示す図である。各図の縦軸は正規化温度を示し、横軸は経過時間を示す。（ａ）図は、評価配管がＳｃｈ４０（肉厚６ミリメートル）のステンレス製の評価用時系列データを示し、（ｂ）図は評価配管がＳｃｈ４０（肉厚８．６ミリメートル）の評価用時系列データを示し、（ｃ）図は、評価配管がＳｃｈ１２０（肉厚１１．１ミリメートル）のステンレス製の評価用時系列データを示し、（ｄ）図は評価配管がＳｃｈ１２０（肉厚１３．５ミリメートル）のステンレス製の評価用時系列データを示す。このように、記憶部６４ｂは、例えば測定対象となる配管Ｐの材質と肉厚などに関連付けられた評価用時系列データを予め記憶する。なお、配管肉厚による第２期間の評価用時系列データ及び測定用時系列データの特性への影響は大きくさようするため、本実施形態のパラメータに含める必要がある。

再び図３に示すように、解析処理部６４ｃは、正規化処理部により近似された測定用時系列データと、記憶部６４ｂに記憶される評価用時系列データとを用いて解析処理を行う。例えば、解析処理部６４ｃは、入力部に入力された配管Ｐの材質と肉厚と基づき、記憶部６４ｂに記憶される評価用時系列データを抽出する。次に、解析処理部６４ｃは、測定時系列データと、複数の評価用時系列データとを比較し、最も温度の変化特性が類似する評価用時系列データに対応する残液量を解析結果として出力する。この場合、解析処理部６４ｃは、例えば測定時系列データと複数の評価用時系列データとの相関値を演算し、最も相関値の高い評価用時系列データに対応する残液量を解析結果として出力する。

また、図９を参照しつつ、解析処理部６４ｃの別の解析処理例として、例えば加熱を終了後から所定時間経過した時点の複数の測定用時系列データ毎の正規化温度を用いた解析処理を説明する。

図９は、表示制御部６６が、表示部６８に表示する測定結果例を示す図である。縦軸は正規化後の温度を示し、横軸は時間を示す。評価用時系列データは正規化されており、残液量の高さが０、１０、１５、２０、２５、３０ミリメートルである。９００は、正規化後の測定時系列データを示し、９０２が検出基準線を示し、９０４が測定時系列データと検出基準線の交点を示している。検出基準線は、加熱を終了した後から所定時間が経過した時点の縦軸である。また、四角枠９０６内には、解析処理部６４ｃの解析処理結果が表示される。

例えば、測定時系列データ９００の加熱を終了した後から３５０秒経過した時点（図では４００秒）の検出基準線９０４上の正規化温度が０．３８である。また、残液（水）高さが３０、２５、２０、１５、１０、０ミリメートルに対応する評価用時系列データの検出基準線９０４上の正規化温度が０．１８、０．２２、０．３６、０．３９、０．４２、０４３である。

検出基準線９０４上の正規化温度０．３８は、０．３６（２０ミリメートルに対応）と、０．３９（１５ミリメートルに対応）との間に位置する。すなわち、測定時系列データの残液量は、０．３６に対応する２０ミリメートルと、０．３９に対応する１５ミリメートルの間であることが分かる。

解析処理部６４ｃは、残液量として、０．３６に対応する２０ミリメートルと、０．３９に対応する１５ミリメートルとに基づき、解析結果として１７ミリメートルを出力する。より詳細には、解析処理部６４ｃは、０．３６と０．３８との間の差分値と、０．３８と０．３９との間の差分値との比率に応じて、例えば１５＋（２０－１５）×（０．３９－０．３８）／（０．３９－０．３６）≒１７などの補完演算を行い、１７ミリメートルを解析結果として出力する。また、或いは、０．３８に最も近い０．３９に対応する１５ミリメートルを解析結果として出力してもよい。

このように、解析処理部６４ｃは、評価配管の加熱を停止してから第１時間が経過した後の複数の評価用時系列データそれぞれの温度と、配管Ｐの加熱を停止してから所定時間が経過した後の測定時系列データの温度と、を比較し、最も近い温度を示す評価用時系列データに対応する残液量に基づき、配管Ｐ内の残液量を検出する。また、解析処理部６４ｃの処理に用いられる情報を表示制御部６６が、表示部６８に表示するので、測定者は、解析結果の数値の意味を客観的に把握可能となる。

図１０は、表示制御部６６が、表示部６８に表示するデータ精度に関する情報例を示す図である。ここでは、評価用時系列データの生成に用いた２０個の時系列データの中の最大偏差値を示している。これにより、測定者は、解析結果の精度を客観的に把握可能となる。例えば、標準偏差が大きくなるに従い、測定精度はより低下することが把握可能である。

図１１に基づき、残液の検出システム１の処理例を説明する。図１１は、残液の検出装置６０の処理例を示すフローチャートである。ここでは、配管Ｐの材質と肉厚が配管図などから既知である場合について説明する。

まず、測定者は、測定対象の配管Ｐの材質と肉厚とを、検出装置６０の入力部７０を介して入力する（ステップＳ１００）。
次に、残液の検出システム１の加熱部１０での加熱と測定部２０での測定とを行う（ステップＳ１０２）。続けて、取得部６２は、測定された配管Ｐにおける表面温度の測定時系列データを測定部２０から取得する。

次に、正規化処理部６４ａは、測定時系列データの正規化処理を行う（ステップＳ１０４）。
次に、正規化処理部６４ｂは、記憶部６４ｂに記憶された複数の評価用時系列データを測定対象の配管Ｐの材質と肉厚とに基づき、選択する。続けて、正規化処理部６４ｂは、評価用時系列データと選択した複数の評価用時系列データとの相関値を演算し、最も相関の高い測定用時系列データに対応する残液量を解析結果として出力する（ステップＳ１０６）。続けて、表示制御部６６は、評価用時系列データと、検出処理に用いた評価用時系列データとを並べて表示部６８に表示する。

このように、正規化処理部６４ｂは、加熱後の配管Ｐにおける表面温度の測定時系列データを正規化し、予め記憶されている複数の評価用時系列データと比較することにより、残液量を解析結果として出力する。

以上説明したように、本実施形態によれば、取得部６２が外部から加熱された配管Ｐにおける表面温度の測定時系列データを取得し、検出部６４が配管Ｐの加熱を停止した後の測定時系列データの変化特性により、配管Ｐ内の残液量を検出する。加熱を停止した後の測定時系列データの変化特性は残液量により異なるので、配管Ｐ内の残液量をより高精度に得ることが可能である。これにより、配管内の残液量を配管の外部から検出することができる。

（第１実施形態の変形例１）
第１実施形態の変形例１に係る残液量の検出システム１は、配管Ｐ内の所定時間後の残水高さと正規化温度との関係を予め演算式で表し、残水高さ求める点で第１実施形態に係る残液量の検出システム１と相違する。以下では、第１実施形態に係る残液量の検出システム１と相違する点を説明する。

図１２は、横軸が配管内の残水高さを示し、縦軸が正規化温度を示す図である。ライン１２００は、例えば１００秒後の残水高さと正規化温度を数式で近似した曲線である。同様に、ライン１２０２は、例えば１５０秒後の残水高さと正規化温度を数式で近似した曲線である。同様に、ライン１２０４は例えば２００秒後の残水高さと正規化温度を数式で近似した曲線である。

解析処理部６４Ｃは、図１２で示すライン１２００～ライン１２０４等に対応する演算式を配管Ｐの材質、肉厚、直径などの組合せ別に演算する。例えば、解析処理部６４Ｃは、ライン１２０２に対応する材質、肉厚、直径の配管に対しては、１５０秒経過後の残水高さと正規化温度の関係式に基づき、数値列であるライン１２０２を生成する。そして、ライン１２０２に対応する材質、肉厚、直径の配管Ｐから１５０秒経過後の正規化温度を測定する。これにより、図１２に示すように、解析処理部６４Ｃは、１５０秒経過後の正規化温度とライン１２０２の交点を残水量として解析する。

以下に解析処理部６４Ｃにおける、より詳細な演算方法を説明する。図１３は、所定の時間後の残水高さと正規化温度の測定値を示す図である。ライン１２００ａは、例えば１００秒後の残水高さと正規化温度の測定値を示す。同様に、ライン１２０２ａは、例えば１５０秒後の残水高さと正規化温度の測定値を示す。同様に、ライン１２０４ａは、例えば２００秒後の残水高さと正規化温度の測定値を示す。このように、所定の時間後の残水高さと正規化温度の測定値は、一定の関係があることが出願人により見いだされた。

図１４Ａは、ライン１２００ａの水深をｘ、そのときの正規化温度をｙとした表である。

図１４Ｂは、図１４Ａのｘとｙとの関係を３次近似式（式１）で示した場合の係数を示す表である。図１４Ｃは、３次近似式（式１）を演算する際のｘの１乗、２乗、３乗の値を示す表である。すなわち、ｘが１乗、ｔが２乗、ｓが３乗の値を示す。

このように、解析処理部６４Ｃは、ライン１２００ａの水深をｘ、そのときの正規化温度をｙとする関係を近似式（式１）で近似する。このような多項式近似には、例えば最小二乗法を用いた回帰分析法を用いて演算する。

式１の演算式を１００秒、１５０秒、２００秒毎に演算した水深ｘと正規化温度ｙとの関係を（式２）～（式４）で示す。

図１５は、（式２）～（式４）を数値演算した結果を示す図である。縦軸は正規化温度を示し、横軸は水深を示す。すなわち、図１５は、図１２と同等の図である。このように、ライン１２００～ライン１２０４のそれぞれが、１００秒、１５０秒、２００秒毎に演算した近似式（式２）～（式４）の演算値を示す。

図１６は、記憶部６４ｂ（図３参照）に記憶される、配管Ｐの材質、肉厚、及び直径毎に式１で示される係数Ａ３、Ａ２、Ａ１、Ｂを示す図である。これにより、解析処理部６４Ｃは、配管の材料、及び厚さが入力されると、係数Ａ３、Ａ２、Ａ１、Ｂを用いた数値演算を行い、例えばライン１２００～ライン１２０４で示すような正規化温度と水深の関係を演算する。これにより、解析処理部６４Ｃは、配管Ｐの材質、肉厚、及び直径と、測定値に基づく正規化温度により残水深を推定することができる。

以上説明したように、第１実施形態の変形例１によれば、解析処理部６４Ｃは、配管Ｐの材質、肉厚、及び直径毎の所定時間後の正規化温度と残水深の関係を示す数値列に基づき、残水高さを推定することとした。配管Ｐの材質、肉厚、及び直径毎の所定時間後の正規化温度と残水高さの関係は一定の関係を有するので、所定時間後の正規化温度が測定されると、より高精度に残水高さを予測することができる。

（第１実施形態の変形例２）
第１実施形態の変形例２に係る残液量の検出システム１は、正規化温度の時間変化における勾配と残水高さとの関係を予め演算式で表し解析し、残水高さを求める点で第１実施形態に係る残液量の検出システム１と相違する。以下では、第１実施形態に係る残液量の検出システム１と相違する点を説明する。

図１７は、配管内の残水高さと正規化温度の時間に対する勾配との関係を示す図である。横軸が配管内の残水高さを示し、縦軸が正規化温度の時間に対する勾配を示す。ライン１７００は、例えば６５～７０秒後の正規化温度の差分を勾配とし、勾配と残水高さの関係を数式で近似した曲線である。

解析処理部６４Ｃは、図１７で示すライン１７０４に対応する演算式を配管Ｐの材質、肉厚、及び直径毎の組合せ別に演算する。例えば、ライン１７０４に対応する材質、肉厚、及び直径の配管に対しては、６５～７０秒後の正規化温度の差分を勾配として測定する。図１７に示すように、解析処理部６４Ｃは、想定した６５～７０秒後の勾配とライン１７０４の交点を残水高さとして解析する。

以下により詳細な演算方法を説明する。図１８は、所定の時間後の勾配と残水高さの測定値を示す図である。ライン１７００ａは、例えば６５～７０秒後の正規化温度の差分である勾配と、残水高さの測定値を示す。このように、所定の時間後の正規温度化の勾配と残水高さの測定値は、一定の関係があることが出願人により見いだされた。

図１９Ａは、ライン１７００ａの残水高さをｘ、そのときの勾配をｙとした表である。

図１９Ｂは、図１９Ａのｘとｙとの関係を３次近似式（式１）で示した場合の係数を示す表である。図１９Ｃは、３次近似式（式１）を演算する際のｘの１乗、２乗、３乗の値を示す表である。すなわち、ｘが１乗、ｔが２乗、ｓが３乗の値を示す。

このように、解析処理部６４Ｃは、ライン１７００ａの水深をｘ、そのときの勾配をｙとする関係を近似式（式１）で近似する。このような多項式近似には、例えば最小二乗法を用いた回帰分析法を用いて演算する。

図２０は、ライン１７００ａの近似式を数値演算した結果を示す図である。縦軸は勾配を示し、横軸は残水高さを示す。すなわち、図２０は、図１７と同等の図である。

図２１は、記憶部６４ｂ（図３参照）に記憶される係数Ａ３、Ａ２、Ａ１、Ｂを示す表である。記憶部６４ｂ（図３参照）には、配管Ｐの材質、肉厚、及び直径毎に、勾配と残水高さとの関係を式１で示した場合の係数Ａ３、Ａ２、Ａ１、Ｂが記憶される。これにより、解析処理部６４Ｃは、配管Ｐの材質、肉厚、及び直径が入力されると、係数Ａ３、Ａ２、Ａ１、Ｂを用いた数値演算を行い、例えばライン１７００で示すような勾配と水深の関係を演算する。これにより、解析処理部６４Ｃは、配管Ｐの材質、肉厚、及び直径と、所定時間後の勾配に基づき残水高さを推定することができる。

以上説明したように、第１実施形態の変形例２によれば、解析処理部６４Ｃは、配管Ｐの材質、肉厚、及び直径毎の所定時間後の正規化温度の勾配と残水高さとの関係を示す数値列に基づき、残水高さを推定することとした。配管Ｐの材質、肉厚、及び直径毎の所定時間後の正規化温度の勾配と残水高さとの関係は一定の関係を有するので、所定時間後の正規化温度の勾配が測定されると、より高精度に残水高さを推定することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１：残液量の検出システム、１０：加熱部、２０測定部、６０：残液量の検出装置、６２：取得部、６４：検出部、６４ａ：正規化処理部、６４ｂ：記憶部、６４ｃ：解析処理部、６６：表示制御部、６８：表示部、７０：入力部、Ｐ：配管。

Claims (14)

1. 配管を外部から加熱する加熱部と、
   外部から加熱された前記配管における表面温度の測定時系列データを取得する取得部と、
   前記配管の加熱を停止した後の前記測定時系列データの変化特性に基づき、前記配管内の残液量を検出する検出部と、
   を備える、残液量の検出装置。
2. 前記検出部は、所定時間の経過後における温度の低下が大きいほど残液量の値をより大きな値として出力する、請求項１に記載の残液量の検出装置。
3. 前記測定時系列データは、表面に黒体を載置した前記配管に対して、前記加熱部から照射される加熱光により黒体を含む範囲を加熱して、測定したデータであり、
   前記配管の加熱を停止した後の前記測定時系列データは、温度が急峻に低下する所定の第１期間が経過した後のデータである、請求項１又は２に記載の残液量の検出装置。
4. 前記測定時系列データは、前記配管の加熱を停止した後の所定の第１期間が経過した後のデータであり、
   前記測定時系列データの評価に用いる評価用時系列データは、評価配管の加熱を停止し、前記第１期間が経過した後のデータであって、前記評価配管内の残液量の異なる複数の時系列データであり、
   前記検出部は、前記残液量が異なる複数の評価用時系列データに基づき、前記残液量を検出する、請求項１又は２に記載の残液量の検出装置。
5. 前記検出部は、前記複数の評価用時系列データの中から、前記測定時系列データと変化特性が類似する評価用時系列データを選択し、選択した評価用時系列データに対応する残液量に基づき、前記配管内の前記残液量を検出する、請求項４に記載の残液量の検出装置。
6. 前記検出部は、前記評価配管の加熱を停止してから所定時間が経過した後の前記複数の評価用時系列データそれぞれの温度と、前記配管の加熱を停止してから所定時間が経過した後の前記測定時系列データの温度と、を比較し、最も近い温度を示す評価用時系列データに対応する残液量に基づき、前記配管内の前記残液量を検出する、請求項４に記載の残液量の検出装置。
7. 前記検出部は、
   前記時系列データを正規化する正規化処理部を更に有し、
   前記測定時系列データ及び前記複数の評価用時系列データは、前記正規化処理部により正規化されたデータである、請求項４に記載の残液量の検出装置。
8. 前記時系列データは温度の時間変化であり、
   前記正規化処理部は、前記時系列データの温度と時間とをそれぞれ対数変換し、対数変換した時系列データを近似曲線により近似し、前記近似曲線を真値に再変換し、再変換した近似曲線の温度の最大値を所定値にして、正規化した前記時系列データを得る、請求項７に記載の残液量の検出装置。
9. 前記検出部は、
   前記正規化処理部により正規化された複数の評価用時系列データを予め記憶する記憶部と、
   前記正規化処理部により正規化された前記測定時系列データと、前記記憶部に記憶された前記複数の評価用時系列データとを用いて前記残液量を得る解析処理を行う解析処理部と、
   を更に有する、請求項７に記載の残液量の検出装置。
10. 前記正規化処理部により正規化された前記測定時系列データ及び前記複数の評価用時系列データを表示部に表示する表示制御部を更に備える、請求項７に記載の残液量の検出装置。
11. 前記検出部は、前記配管の所定時間後の前記正規化された時系列データの値と残水高さとの関係を示す数値列に基づき、残水高さを推定する、請求項７に記載の残液量の検出装置。
12. 前記検出部は、前記配管の所定時間後の前記正規化された時系列データの勾配と残水高さとの関係を示す数値列に基づき、残水高さを推定する、請求項７に記載の残液量の検出装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の残液量の検出装置と、
    前記配管の表面温度を測定する測定部と、
    を備える、残液量の検出システム。
14. 配管を外部から加熱する工程と、
    前記加熱された前記配管の表面温度の時系列変化を測定した測定時系列データを取得する工程と、
    前記配管の加熱を停止した後の前記測定時系列データの変化特性により、前記配管内の残液量を検出する工程と、
    を備える、残液量の検出方法。

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