JP2533699B2

JP2533699B2 - 音響式の漏洩検出装置

Info

Publication number: JP2533699B2
Application number: JP3153430A
Authority: JP
Inventors: 泉山田; 滋出海
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1996-09-11
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: JPH0566172A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音響式の漏洩検出装置
に関し、特に、プラント機器やパイプライン等におい
て、音響信号を伝達する媒質の音響伝播特性の変化を、
音響信号の伝播減衰変化で検出することにより、プラン
ト機器等での漏洩の有無を判定するようにした音響式の
漏洩検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラント機器やパイプライン等での従来
の音響式の漏洩検出方法又は漏洩検出装置では、漏洩が
発生した場合に、漏洩の物理的現象に伴って生じる音そ
のものを検出し、検出音の音量の大きさに基づき漏洩の
有無を判定していた。このような形式を有する従来装置
を開示する文献としては、特開昭５９−７３７４９号公
報、特開平１−１４８９３６号公報、特開平１−１７６
９２７号公報等を挙げることができる。

【０００３】ここで、代表的に、特開昭５９−７３７４
９号による漏洩検知方法を概説すると、高炉冷却設備に
おいて、冷却媒体の漏洩が発生した時、この漏洩に伴っ
て発生する音響波について所定周波数領域を検出し、か
かる検出により漏洩発生濃霧を検出するように構成した
ものである。また漏洩位置を同定するために、２つの音
響波測定装置を配置し、音響波を受信したとき、受信時
点の遅速関係によって漏洩位置を同定するように構成さ
れている。従来の音響式の漏洩検出装置では、漏洩に伴
って発生する音響を捕える方式であるので、漏洩によっ
て音響伝播媒質の伝播特性が変化する場合には、漏洩音
検出器が誤動作する可能性があった。つまり、漏洩物質
が、漏洩が発生した環境において漏洩以前に存在してい
た物質と混合する結果、当該環境の音響減衰特性や音速
特性が変化することがあり、このため、検出器への音信
号の到達時間や音レベルが変化して、漏洩発生箇所以外
に音源があると誤認したり、又は音レベルが見かけ上小
さくなり漏洩が発生していないと誤判断する可能性があ
った。それに対して、例えば、特開昭６２−１１５３５
８号公報に記載されているように、導管中を流れるナト
リウム中に含まれる気泡を検出するために、ナトリウム
中の超音波の伝播の減衰を検出することが知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６２−１１５３５８号公報に記載されている方法では、
超音波，例えば、１００ＫＨｚから１０ＭＨｚの周波数
を使用するため、超音波の性質として、広がりがなく、
直進性がよいため、導管（パイプ）のように、内部に何
等の障害物の無い空間を流れるナトリウム中の気泡の検
出に対しては、効果的であるが、蒸気発生器や保温箱の
ような空間中を流れる音響伝播媒質中に含まれる気泡の
検出は困難なものである。即ち、蒸気発生器や保温箱
は、音響伝播媒質の存在する空間内に、支持構造体によ
り固定支持された管内を流体が流通する構造とするた
め、空間内に管が固定支持された構造となる。従って、
このような空間内に超音波発信器から超音波を発射して
も、超音波の持つ広がりのなく、直進性がよいという性
質のため、空間内の伝熱管に妨げられるため、高さ１０
ｍ程度の大きな蒸気発生器や保温箱の全体の領域の気泡
の発生を検出しようとすると、多数の超音波発信器と検
出器のペアを配置する必要があり、漏洩検出装置が高価
になるという問題がある。

【０００５】本発明の目的は、内部に管等が支持固定さ
れた空間内における漏洩検出を安価な構成で行えるとと
もに、漏洩検出のＳ／Ｎ比を向上することができる漏洩
検出装置を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る音響式の漏
洩検出装置は、上記目的を達成するために、次のように
構成される。１．本発明に係る音響式漏洩検出装置は、音響伝播媒質
の存在する空間内に支持構造体により固定支持された管
内を流通する流体の上記空間内への漏洩を検出する音響
式の漏洩検出装置において、上記空間のそれぞれ異なる
位置に固定され、上記空間内で発生する雑音の周波数帯
域内に含まれる周波数の音響を上記空間中の上記音響伝
播媒質に与える複数個の音響発生手段と、上記空間のそ
れぞれ異なる位置に固定され、上記音響伝播媒質中を伝
播した音響を検出する複数個の音響検出手段と、この音
響検出手段の出力信号を上記音響発生手段が発生する音
響信号に同期して検波して、上記音響検出手段の出力信
号に含まれる上記空間内で発生する雑音に対する信号と
上記音響発生手段から与えられた音響に対する信号とか
ら、上記音響発生手段から与えられた音響に対する信号
を選択的に抽出し、この音響の音響伝播減衰変化を検出
する音響伝播減衰検出手段と、この音響伝播減衰検出手
段の出力する音響伝播減衰信号を入力し、上記音響伝播
の減衰変化に基づき漏洩の有無を判定する判定手段とか
ら構成される。２．第１の構成において、好ましくは、上記音響発生手
段は、正弦波の音響を上記音響伝播媒質中に与えるとと
もに、上記音響伝播減衰検出手段は、上記音響発生手段
が発生する正弦波の音響に基づいて、上記音響発生手段
の出力信号を同期検波する同期検波手段から構成され
る。３．第１の構成において、好ましくは、上記音響発生手
段は、正弦波を変調波により変調した音響を上記音響伝
播媒質中に与えるとともに、上記音響伝播減衰検出手段
は、上記音響発生手段が発生する上記変調波及び上記正
弦波に基づいて、上記音響発生手段の出力信号を同期検
波する同期検波手段から構成される。４．第１の構成において、好ましくは、上記音響伝播減
衰検出手段により抽出された音響信号から容器壁伝播に
よる音響信号を除去する容器壁伝播音響除去手段から構
成される。

【０００７】

【作用】本発明による音響式漏洩検出装置では、蒸気発
生器において用いられ、漏洩監視対象である液体ナトリ
ウム中に所定の音響を与える複数の音響発生手段と、液
体ナトリウム中を伝播した前記音響を検出する複数の音
響検出手段を有している。液体ナトリウム中に与える音
響としては、例えば正弦波や変調された正弦波を、連続
波又はパルス波として使用することが好ましい。その後
の信号処理が容易だからである。検出された音響信号
は、音響伝播減衰検出手段及び判定手段で、その減衰が
監視される。判定手段は、漏洩のない正常な場合の信号
と漏洩が発生した場合の信号を比較し、規定値よりも大
きな変化が発生したときには、漏洩と判断する。

【０００８】

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図１は本発明の第１実施例を示し、本発明に
係る漏洩検出装置を例えば高速増殖炉の蒸気発生器の水
漏洩検出に適用した例である。この構成例では、ナトリ
ウム中に漏れ出た水とナトリウムとの化学反応で生じた
水素気泡によるナトリウムの音響伝播特性の変化を捕ら
え、水の漏洩を検出する。１は蒸気発生器である。蒸気
発生器１の給水入口配管２から蒸気発生器内部に導かれ
た水は、コイル状の伝熱管３を通り、蒸気となって蒸気
出口配管４から蒸気発生器１の外部に取り出される。伝
熱管４は、伝熱管支持構造体５で支持される。給水を加
熱するための高温ナトリウムは、ナトリウム入口配管６
から蒸気発生器１の容器７の内部に入り、ナトリウム出
口配管８から容器７の外部に取り出される。

【００１０】蒸気発生器１の容器７は軸方向に長形の形
状を有し、容器７の側面の任意箇所において、容器７の
軸方向に平行な直線上に間隔を開けて、例えば３個の送
波器９ａ，９ｂ，９ｃが配設される。送波器９ａ〜９ｃ
は蒸気発生器１に音響を与える手段である。送波器９ａ
〜９ｃから出射される音響は、それぞれ発振器１０ａ〜
１０ｃの出力で制御される。送波器９ａ〜９ｃにより蒸
気発生器１の容器７に与えられた音響は、容器７の壁面
や容器７内部のナトリウムを通って、送波器９ａ〜９ｃ
の配置箇所に対して、例えばほぼ反対側の箇所の配設さ
れた音響検出器１１ａ〜１１ｃで検出される。検出器１
１ａ〜１１ｃで検出された音響信号は、増幅器１２ａ〜
１２ｃで増幅され、その後、同期検波器１３ａ〜１３ｃ
で検波される。同期検波器１３ａ〜１３ｃには、各発振
器１０ａ〜１０ｃからの出力信号が入力される。１４は
漏洩判定器であり、漏洩判定器１４は各同期検波器１３
ａ〜１３ｃの出力する各検波信号を入力し、その検波信
号の正常運転時と漏洩発生時の違いに基づいて、蒸気発
生器１における水の漏洩の有無について判定する。本実
施例において、発振器１０ａ〜１０ｃの出力信号は、そ
れぞれ周波数の違う正弦波を用いている。送波器９ａ〜
９ｃは、それぞれ、対応する発振器１０ａ〜１０ｃが出
力する電気信号を、機械的な振動に変換する機能を有し
ており、各発振器の発振周波数に対応した音響を発生す
る。送波器９ａ〜９ｃの発生した音響の一部は、容器７
の壁部を伝播しつつ、減衰する。また音響のうちナトリ
ウム中に伝わった一部は、伝熱管３等の内部構造物や容
器７の壁による励振やそれからの反射を伴いながら、減
衰する。このため、検出器１１ａ〜１１ｃで検出される
音響信号は、直達波のみでなく、容器７の壁の回り込み
波、容器７内での反射波を含んでいる。また各検出器１
１ａ〜１１ｃでは、それぞれ３つの送波器９ａ〜９ｃか
ら送られた音響を受ける。

【００１１】伝熱管３の一部から水がナトリウム中に洩
れると、ナトリウム−水の反応により多くの水素気泡が
発生し、ナトリウム中に混入する。ナトリウムと水蒸気
との混合体では、純粋なナトリウムの場合よりも、音速
は遅くなり、また音響減衰は大きくなる。このため、水
がナトリウム中に漏洩すると、ナトリウム中を伝播する
送波器９ａ〜９ｃからの音響は、その大きさが低下し、
到達時間が遅くなる。同期検波器１３ａ〜１３ｃは、そ
れぞれ、対応する発振器１０ａ〜１０ｃに同期する信号
成分のみを抽出するように構成される。各検出器１１ａ
〜１１ｃで検出される音響信号は、３つの送波器９ａ〜
９ｃから発生した音響信号が合成されたものである。ま
た同期検波器１３ａ〜１３ｃの各出力は、対応する各送
波器ごとの音レベルに対応して決まる。容器７における
支配的な音響雑音は、給水と蒸気の流れに伴う流動音で
あり、その周波数分布はほぼ平坦であって、いわゆる白
色雑音に近い。このため、同期検波器１３ａ〜１３ｃで
監視周波数帯域を狭めることにより、ＳＮ比の向上が図
ることができる。

【００１２】ここで、同期検波方式について詳述する。
図２に示すように各同期検波器１３では、検出器からの
検出信号を入力信号Ｓ_1iとし、各発振器からの信号を参
照信号Ｓ_1sとして、入力信号と参照信号とを比較して出
力信号Ｓ₁₀を得る。図３に示すように、同期検波器１３
では漏洩が発生しない通常は、振幅一定の正弦波が入力
されている。漏洩が発生すると、音響伝播媒体による減
衰が大となり、入力信号の振幅が減衰する。従って、入
力信号Ｓ_1iと参照信号Ｓ_1sの同一振幅のときには、漏洩
なしの状態であるが、入力信号の振幅が小さくなると、
出力信号Ｓ₁₀が低レベルになり、漏洩が発生したと判断
することができる。同期検波方式は、送波器からの出力
される信号と蒸気発生器内で発生する雑音を区別する場
合に有効な方式である。

【００１３】漏洩判定器１４では、同期検波器１３ａ〜
１３ｃの出力のうちどれか一つでも通常運転時の音響レ
ベルより有意に小さくなった場合に、漏洩が発生したと
判定される。漏洩発生と判断された場合には、給水を停
止する等の制御が行われる。また漏洩発生時の同期検波
器１３ａ〜１３ｃの出力は記録され、その後、後述され
る如く蒸気発生器１内における漏洩発生位置を決定する
ための参考データとして用いられる。

【００１４】以上説明したように、上記実施例では、漏
洩の発生に伴う観測対象の環境変化でも、高い信頼性で
漏洩検出を行うことができる。

【００１５】送波器９ａ〜９ｃ及び検出器１１ａ〜１１
ｃは、本実施例では圧電式のものを用いているが、磁歪
式又は電動式等の各種方式のものを適用することができ
る。また本実施例においては、送波器９ａ〜９ｃ及び検
出器１１ａ〜１１ｃを蒸気発生器１の容器７に設置した
が、高温用の送波器及び検出器を用いて蒸気発生器内部
に取り付ければ、液中での音響透過効率が上がり且つ容
器７の壁を伝播する音響波が少なくなるため、感度がよ
り高くなる。容器７の壁を伝播する音響波は雑音となる
ため、検出器１１ａ〜１１ｃの設置位置において壁伝播
音と逆位相となるように新たな送波器を配置すること
で、ＳＮ比を向上できる。送波器９ａ〜９ｃと検出器１
１ａ〜１１ｃを、本実施例では、向い合せて配置した。
しかし、音響波は、蒸気発生器内部で反射しながら伝播
するので、必ずしも向い合せる必要はない。また、蒸気
発生器１の容器７の上部又は下部へ設置することも可能
である。

【００１６】発振器１０ａ〜１０ｃと同期検波器１３ａ
〜１３ｃはそれぞれ位置的に対を構成して配置され、音
響を正弦波状に発生して同期検波を行う。正弦波状の音
響信号の代わりに白色性の音響信号を使用するように構
成すれば、同期検波器１３ａ〜１３ｃを用いる必要はな
くなり、安価な装置構成とすることができる。また同期
検波器１３ａ〜１３ｃの代わりに、単なるバンドパスフ
ィルタ等を使用することもできる。なおロックインアン
プは、同期検波器の中に含まれる。更に、音響をパルス
的に発生させ、パルスに同期させて信号を平均化する平
均応答法（時間に関するこの方法は第２実施例で説明さ
れる）を用いることも可能である。更に、音響波を正弦
波やＭ系列信号で変調して発生させ、それを検波するよ
うに構成することもできる。この場合には、感度を、更
に高めることができる。

【００１７】その他の検波方式として、２重同期検波方
式について説明する。図４は２重同期検波方式の同期検
波器の装置構成を示す。この装置では、初段同期検波器
１５と終段同期検波器１６が直列に接続される。２重同
期検波方式では、送波器９ａ〜９ｃから出力される信号
は２段階に変調されている。初段同期検波器１５には入
力信号Ｓ_2iと第１の参照信号Ｓ_2sが入力される。終段同
期検波器１６には、初段同期検波器１５の中間の出力信
号Ｓ₂₀と第２の参照信号Ｓ_3sが入力される。終段同期検
波器１６の出力信号はＳ₃₀である。これらの各信号の波
形を示すと図５に示す如くである。図５において前述の
２段階の変調がなされた信号はＳ_2iである。入力信号Ｓ
_2iはより低い周波数の正弦波で変調されており、且つ漏
洩が発生すると、入力信号の全体の振幅レベルは低下す
る。入力信号Ｓ_2iと参照信号Ｓ _2sが入力される初段同
期検波器１５の出力信号Ｓ₂₀には、変調信号の波形が表
われる。そして、その振幅レベルは、漏洩発生に伴って
低下する。また終段同期検波器１６の参照信号Ｓ_3sの周
期は、変調信号の周期と同一である。終段同期検波器１
６の出力信号Ｓ₃₀において、通常の場合には一定のレベ
ルを持続するが、漏洩が発生すると、レベルが低下す
る。漏洩発生の時点よりもレベル低下のタイミングが遅
くなっているのは、同期検波器の時定数を大きくとって
いるからである。かかる２重同期検波方式によれば、Ｓ
Ｎ比を更に大きくとることができる。この理由は、前述
の第１の実施例の場合、雑音が蒸気の流れに伴うランダ
ム性が高いものであり、雑音のうち２つの参照信号に同
期する成分は極めて少ないからである。

【００１８】また前述した如く、Ｍ系列信号で変調する
場合には、例えば前記信号Ｓ₂₀をＭ系列信号に置き換
え、Ｍ系列信号による２重同期検波方式を実現すること
もできる。

【００１９】漏洩判定器１４は、検波信号が、ある値よ
りも小さいか大きいかを比較する機能を有するもので、
一般的な回路技術で作製できる。本実施例で漏洩判定器
１４は、単にレベルの大きさだけで漏洩の有無を判定し
ているが、伝播時間の変化を捕らえ、伝播時間が正常運
転時よりも遅くなった時に漏洩と判定することで、漏洩
発生を検出できる。

【００２０】なお上記の実施例では、漏洩測定対象が、
軸方向に長形の蒸気発生器であったため、３組の発振器
及び送波器等の組を配設したが、小型の装置であれば１
組の発振器、送波器、検出器等の組で充分である。また
３個の発振器１０ａ〜１０ｃを設けたものにおいて、前
記実施例では、それぞれ発振周波数を異ならせたが、す
べて同じ周波数とすることもでき、この場合にも同様
に、漏洩検出を行うことができる。３個の発振器１０ａ
〜１０ｃにより、それぞれ発振周波数を異ならせるよう
に構成したものでは、特に連続波方式を用いるときに漏
洩の位置まで同定することができるという効果を有す
る。ただし、パルス波を用いるときでも、各送波器から
送波される音響の送波タイミングを変更することによ
り、又は、同時の送波であっても各送波の周波数を変え
ることにより、同様に漏洩位置を同定することは可能で
ある。

【００２１】前記第１実施例によれば、基本的に、次の
効果を有する。（１）同期検波器での監視周波数を狭めることで、漏洩
発生の検出のＳＮ比が向上でき、漏洩検出性能を向上で
きる。（２）送波器から出射された音響は、蒸気発生器内で発
生する雑音の周波数帯域内に含まれる周波数の音響であ
るため、音響に広がりがあり、蒸気発生器の容器内部で
多数の反射を繰り返して検出器に到達するため、検出さ
れた音響信号は容器内部の全体領域の情報を含むことに
なり、１つの検出器の監視領域が広くなり、監視に必要
な検出器の数を少なくでき、経済性を向上できる。従っ
て、蒸気発生器のように内部に伝熱管のような構造物が
あり、しかも、高さが１０ｍもある場合でも、使用する
送波器及び検出器の数を少なくすることができ、漏洩検
出装置を安価に構成することができる。（３）漏洩によって発生する音をとらえる方式では、検
出音から音源の強度を推定して漏洩の有無を判定する必
要があるため、監視体系のミクロな音響伝播減衰特性の
評価が必要となる。これに対して本実施例の漏洩検出方
式では、正常運転時の減衰の大きさとその変動幅を把握
するだけで漏洩判定のしきい値が決定できるため、漏洩
検出器の設計が容易となり、漏洩検出器の経済性を向上
できる。次に、図６を参照して本発明の第２実施例を説
明する。図６は、本発明に係る音響式漏洩検出装置を、
原子炉冷却水の漏洩検出に適用した例である。この実施
例では、時間差測定において平均応答法を適用する。漏
洩に伴う空気中の湿度上昇による音速や音響伝播減衰の
変化を捕らえることにより、漏洩を検出するという構成
を採用している。原子炉の冷却水は、ウォータドラム２
１から冷却系配管群２２を通り、原子炉炉心に導かれ
る。冷却系配管群２２は保温箱２３内に収納され、一括
して保温されている。冷却系配管群２２は保温箱２３内
のパイプサポート２４〜２６に支持されている。マイク
ロホン等の音響検出器１１ｄ，１１ｅはパイプサポート
２５に設置されている。検出器１１ｄに対応して保温箱
２３の内壁に音響を与える送波器９ｄが取り付けられ、
検出器１１ｅに対応する送波器９ｅはパイプサポート２
６に対向状態で取り付けられる。パイプサポート２６に
は、他の送波器９ｇも、反対面に配設される。なお、送
波器９ｇに対応する音響検出器は図示されていない。送
波器９ｄ，９ｅ，９ｇは保温箱２３の外に設置された発
振器１０ｄ，１０ｅ，１０ｇに接続され、検出器１１
ｄ，１１ｅは増幅器１２ｄ，１２ｅに接続されている。
検出器１１ｄ，１１ｅで検出された音響信号は、増幅器
１２ｄ，１２ｅで増幅され、時間差検出器２７，２８に
入力される。３個の時間差検出器２７，２８，２９は、
それぞれ発振器１０ｄ，１０ｅ，１０ｇの音響発生タイ
ミング信号の発生時点から検波器出力が設定値を越えた
時点までの時間を計測する。漏洩判定器３０は、正常運
転時の時間差を越えて有為な変化があった場合に、漏洩
発生と判定する。

【００２２】発振器１０ｄ，１０ｅ，１０ｇはそれぞれ
周期的にパルスを発生し、送波器９ｄ，９ｅ，９ｇはこ
のパルス信号を音響に変換し、保温箱２３内に周期的に
音を発生させる。音源である送波器９ｄ，９ｅに対向し
て設置された音響検出器１１ｄ，１１ｅで、このパルス
状の音を検出し、増幅器１２ｄ，１２ｅで増幅して取出
す。冷却系配管群２２には高温、高圧の冷却水が流れて
おり、保温箱２３の内部も高温となっている。保温箱２
３内は常圧の空気雰囲気であり、冷却水が漏洩すると、
冷却水は急激に沸騰し、保温箱２３内の温度が低下し、
且つ蒸気が充満することになる。このため、保温箱２３
内の雰囲気の音速と伝播減衰特性が変化する。従って、
冷却水の漏洩が発生すると、音響の伝播時間が変化し、
時間差検出器２７〜２９の出力が変化する。漏洩判定器
３０では、時間差検出器２７〜２９から出力される時間
差検出信号において、時間差の変化が設定値以上のとき
に、漏洩発生と判定する。保温箱２３の内壁には保温材
が貼られている。この保温材は吸音性能が高いため、音
の反射等に伴う時間差測定の誤差は生じにくい構造とな
っている。

【００２３】ここで、時間差検出器の具体的構成と平均
応答法について説明する。図７は時間差検出器の内部構
成を示す。時間差検出器は、ゲート回路３１と、ゲート
パルス発生回路３２と、到達タイミング判定器３３と、
記憶装置３３とから構成される。ゲートパルス発生回路
３２には、対応する発振器から与えられる発振器タイミ
ング信号が入力される。ゲートパルス発生回路３２は、
このタイミング信号に基づいて、タイミング信号よりも
一定時間遅らせた一定幅のゲートパルスを出力し、ゲー
トパルスをゲート信号としてゲート回路３１に与える。
ゲート回路３１には、対応する増幅器から検出された信
号が入力される。ゲート回路３１は、ゲート信号に応じ
て入力信号をそのまま出力したり、入力に関係なくゼロ
を出力する機能を有する。ゲート回路３１の出力信号
は、到達タイミング判定器３３に与えられる。ゲートパ
ルス発生回路３２の出力するゲート信号は到達タイミン
グ判定器３３にも与えられる。到達タイミング判定器３
３は、検出した信号において検出音が大きくなった時刻
を判別し、音響発生から音響検出までの時間差を検出
し、出力する。また記憶装置３４は、入力信号から取出
したデータを加算する機能を有する。こうして、送波器
９ｄ，９ｅ，９ｇから音が発生された後に、一定時間後
の一定時間幅の検出信号を加算する。漏洩判定器３０
は、加算された信号の波形結果から音響の到達時間を判
定し、発生音が検出されるまでの時間を判別する構成と
なっている。到達タイミング判定器３３の出力は、音を
発生してから検出されるまでの時間差に対応した信号と
なる。

【００２４】図７に示した回路各部の信号波形を、図８
に示す。図８において、上から、発振器から出力される
タイミング信号、ゲート信号、ゲート回路３１の出力信
号、記憶装置３４内の加算信号を示している。発振器の
タイミング信号３５から遅れてゲート信号３６が発生す
る。ゲート信号がレベル１である時にのみ、ゲート回路
３１に出力信号３７が現れる。到達タイミング判定器３
３は、検出音信号がある設定値を越えて大きくなったと
きに、到達信号と判定する。これは波形部分３７ａであ
る。雑音が大きい場合には、到達時間を誤判定する可能
性があるため、予め設定された数の信号を加算して、こ
の加算信号に基づいて到達時間を判定するようにしてい
る。かかる時間差検出に関する平均応答法により、雑音
が大きい系でも、正確な時間差測定を行うことができ
る。

【００２５】以上説明したように、第２実施例では、漏
洩発生に伴って環境が変化しても、信頼性の高い漏洩検
出を行うことができる。

【００２６】本実施例では、発振器１０ｄ，１０ｅ，１
０ｇ、増幅器１２ｄ，１２ｅ、時間差検出器２７〜２９
は、一般的なものを使用している。送波器９ｄ，９ｅ，
９ｇには圧電型のものを用い、音響検出器１１ｄ，１１
ｅにはコンデンサ型のマイクロホンを用いており、更
に、それぞれ耐高温性を有している。これら以外の原理
で動作する発音体や音響測定センサを用いることも可能
である。また、伝播時間差の測定手段として、シングア
ラウンド法等の他の音響伝播時間差測定手段を用いるこ
とも可能である。また、前記第１実施例の如く音響減衰
の変化を捕らえる方式を適用することも可能である。音
響減衰特性の変化から漏洩の有無を検出する場合、保温
箱２３の内張りを金属板等の音響反射体とする方が、減
衰特性検出性能を上げることが可能である。

【００２７】以上に説明した第２の実施例においても、
前記第１の実施例の場合と同様に、前述した（１），
（３）の各効果を発揮する。更に、本実施例では、（４）漏洩に伴う蒸気が保温箱２３内に充満する構造と
なっているため、１つの音響検出器の監視領域が広くな
り、監視に必要な音響検出器の数を少なくできるので、
漏洩検出器の経済性向上の効果がある。

【００２８】次に、本発明の第３の実施例を図９により
説明する。図９は、本発明に係る音響式漏洩検出装置
を、液体タンクの漏洩検出に適用した例である。本実施
例では、液が洩れることに伴って流入する気泡による液
中の音響特性の変化を捕らえて漏洩を判定するように構
成している。液体タンク４１はタンク台４２上に設置さ
れている。外部に液体が漏出すると、液体タンク４１の
内圧の減少により気泡が流入する。送波器９ｆと音響検
出器１１ｆは、液体タンク４１の外壁に設置されてい
る。発振器１０ｆで発生したパルス状の信号が、液体タ
ンク４１の液中を伝播して検出器１１ｆに到達する。検
出した音響信号を増幅器１２ｆで増幅し、検波器１３ｆ
で検波し、残響時間検出器４３により液体タンク４１内
の残響時間を測定する。漏洩判定器４４では、残響時間
が正常時に比べて短いときに漏洩と判定する。

【００２９】発振器１０ｆは周期的にパルスを発生し、
送波器９ｆでこのパルスを音響に変換し、液体中に音を
伝える。液体中に伝わった音響は、液体タンク４１の内
壁等の境界面で反射し、徐々に減衰する。漏洩４５に伴
って液体中に気泡４６が混入すると、液体中の音速や音
響減衰が変化する。漏洩に伴う気泡混入により、液体中
の減衰が増加するため、音の残響時間は短くなる。この
残響が続く時間を、残響時間検出器４３で測定する。残
響時間検出器４３は、検出音響の最大値が例えばその１
／１００に減衰するまでの時間を測定する機能を有して
いる。漏洩判定器４４では、この残響時間が正常時より
小さくなったときに、漏洩と判定する。本実施例におけ
る各構成要素は、一般的な回路技術で実現できる。音響
の減衰は必ずしも残響時間として捕らえなくとも、他の
減衰測定法を用いることも可能である。また、音速変化
を知る手段を用いることも可能である。

【００３０】以上に説明した第３の実施例においても、
基本的に前記各実施例と同等な効果を発揮する。

【００３１】次に、本発明の第４の実施例を図１０に基
づいて説明する。この実施例は、基本的に前記第１実施
例に類似している。第１実施例で説明した要素と同一の
ものには同一の符号を付している。本実施例でも、蒸気
発生器１の容器７内のナトリウム中に漏れ出した水とナ
トリウムとの化学反応で生じる水素気泡によるナトリウ
ムの音響伝播特性の変化をとらえて漏洩を検知する構成
としており、第１実施例との違いは、音源を特別に設け
ない点にある。図１０に示す如く、本実施例では、容器
７に取り付けた音響検出器１１ａ〜１１ｃで水や蒸気の
流動音を検出し、それを増幅器１２ａ〜１２ｃで増幅
し、周波数分析器５１ａ〜５１ｃで周波数分析するよう
に構成されている。水や蒸気の流動音は蒸気発生器１の
容器７内で自然に発生する環境騒音であり、水漏洩が発
生すると、ナトリウム中の音響伝播特性の変化により、
通常の場合に比較して検出音響が変化する。漏洩判定器
５２では、伝播特性を音響信号の周波数スペクトルの変
化として捕らえ、漏洩判定を行う。

【００３２】水や蒸気の流動音の周波数分布は平坦であ
り、いわゆる白色雑音に近い。一方水の気泡が混入した
ナトリウムの音響伝播減衰は、周波数が高くなるほど大
きくなる傾向にある。このため、水漏洩が生じると、検
出音の周波数スペクトルに変化が生じ、この変化に基づ
いて漏洩の有無を知ることができる。そこで、特定の周
波数の音響伝播減衰を検出することにより、漏洩の有無
を知ることができる。また、水や蒸気の流動音の音響自
体が変化したとしても、２種類の周波数に対する音響の
信号を比較することにより、漏洩の有無を知ることがで
きる。即ち、例えば、水の気泡による音響伝播減衰を生
じる比較的高めの周波数として２ｋＨｚと、気泡の影響
の少ない周波数として１ｋＨｚを選ぶ。ある時の信号強
度の比率が１（２ｋＨｚに対して）：１（１ｋＨｚ）で
あったとすると、この時、水や蒸気の流動音の音響自体
が変化し、気泡が発生していないとすると、それぞれの
周波数に対して信号強度は同じように変化し、例えば、
信号強度の比率が２（２ｋＨｚに対して）：２（１ｋＨ
ｚ）になる。しかしながら、この時、気泡が発生したと
すると、信号強度の比率は、例えば、１．９（２ｋＨｚ
に対して）：２（１ｋＨｚ）となるので、２種類の信号
強度の比から、気泡の有無を検出することができる。

【００３３】本実施例における各構成要素は、一般的な
回路技術で実現できる。漏洩に伴う音響伝播特性の変化
の検出手段としては、単に検出音響レベルをモニタする
こと等でも実現できる。水や蒸気の流動音は運転条件で
変化するので、運転条件を漏洩判定条件に加えれば、更
に高精度の漏洩検出が可能となる。

【００３４】以上説明した第４の実施例によれば、前記
各実施例の基本的効果に加えて、次の効果を有する。（５）音源を特別に設置しなくても漏洩検出が可能とな
るため、漏洩検出器の簡単化が図れ、音響式漏洩検出器
の経済性向上の効果がある。

【００３５】本発明による漏洩検出装置は、その他、化
学プラントの熱交換器等における漏洩、ボイラ等からの
蒸気の気中への漏洩、気中の粉塵の拡散、水にプラスチ
ック粒が拡散する等の液中への異媒質中への拡散等の検
出に利用できる。

【００３６】以上の説明で明かなように、本発明によれ
ば、音響式の漏洩検出装置において、蒸気発生器や保温
箱のように内部に構造物がある場合でも、発信器と検出
器の数を少なくでき、漏洩検出装置を安価に構成するこ
とができるとともに、漏洩検出のＳ／Ｎ比を向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る音響式漏洩検出装置を蒸気発生器
内の水漏洩検出に適用した第１実施例を示す構成図であ
る。

【図２】第１実施例における同期検波方式を説明するた
めの構成図である。

【図３】同期検波方式の原理を示す波形図である。

【図４】二重同期検波方式を説明するための構成図であ
る。

【図５】二重同期検波方式の原理を示す波形図である。

【図６】本発明に係る音響式漏洩検出装置を原子炉の冷
却水の漏洩検出に適用した第２実施例を示す構成図であ
る。

【図７】第２実施例における時間差検出器の具体的構成
を示す構成図である。

【図８】時間差検出器の各部の波形を示す波形チャート
である。

【図９】本発明に係る音響式漏洩検出装置を液体タンク
の液体漏洩検出に適用した第３実施例を示す構成図であ
る。

【図１０】本発明に係る音響式漏洩検出装置を、第１実
施例と同じく蒸気発生器に適用した第４実施例を示す構
成図である。

【符号の説明】

１蒸気発生器３伝熱管９ａ〜９ｇ同期検波器１０ａ〜１０ｇ発振器１１ａ〜１１ｆ音響検出器１３ａ〜１３ｃ同期検波器１４，３０，４４，５２漏洩判定器２１ウォータドラム２２冷却水配管群２３保温箱２４〜２６パイプサポート２７〜２９時間差検出器４１液体タンク４３残響時間検出器５１ａ〜５１ｃ周波数分析器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】音響伝播媒質の存在する空間内に支持構
造体により固定支持された管内を流通する流体の上記空
間内への漏洩を検出する音響式の漏洩検出装置におい
て、上記空間のそれぞれ異なる位置に固定され、上記空間内
で発生する雑音の周波数帯域内に含まれる周波数の音響
を上記空間中の上記音響伝播媒質に与える複数個の音響
発生手段と、上記空間のそれぞれ異なる位置に固定され、上記音響伝
播媒質中を伝播した音響を検出する複数個の音響検出手
段と、この音響検出手段の出力信号を上記音響発生手段が発生
する音響信号に同期して検波して、上記音響検出手段の
出力信号に含まれる上記空間内で発生する雑音に対する
信号と上記音響発生手段から与えられた音響に対する信
号とから、上記音響発生手段から与えられた音響に対す
る信号を選択的に抽出し、この音響の音響伝播減衰変化
を検出する音響伝播減衰検出手段と、この音響伝播減衰検出手段の出力する音響伝播減衰信号
を入力し、上記音響伝播の減衰変化に基づき漏洩の有無
を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする音響式
の漏洩検出装置。
【請求項２】請求項１記載の音響式の漏洩検出装置に
おいて、上記音響発生手段は、正弦波の音響を上記媒質中に与え
るとともに、上記音響伝播減衰検出手段は、上記音響発生手段が発生
する正弦波の音響に基づいて、上記音響発生手段の出力
信号を同期検波する同期検波手段から構成されることを
特徴とする音響式の漏洩検出装置。
【請求項３】請求項１記載の音響式の漏洩検出装置に
おいて、上記音響発生手段は、正弦波を変調波により変調した音
響を上記媒質中に与えるとともに、上記音響伝播減衰検出手段は、上記音響発生手段が発生
する上記変調波及び上記正弦波に基づいて、上記音響発
生手段の出力信号を同期検波する同期検波手段から構成
されることを特徴とする音響式の漏洩検出装置。
【請求項４】請求項１記載の音響式の漏洩検出装置に
おいて、上記媒質を封入した容器を介して上記音響発生
手段が音響を与えるように構成し、更に、上記音響伝播
減衰検出手段により抽出された音響信号から容器壁伝播
による音響信号を除去する容器壁伝播音響除去手段を備
えたことを特徴とする音響式の漏洩検出装置。