JP5173735B2 - 配管内部状態検査装置および配管内部状態検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、配管内部状態検査装置および配管内部状態検査方法に関し、特に、超音波を利用して配管の内部の状態を検査する、配管内部状態検査装置および配管内部状態検査方法に関する。

この種の技術の従来例として、特許文献１に開示されたものがある。この従来技術は、例えば、概略横設された配管を備える蒸気プラントにおいて、当該配管内に滞留しているドレン（凝縮液）の液位を測定するのに、用いられる。具体的には、配管の底部外面に、超音波送受信器が取り付けられる。そして、この超音波送受信器から上方に向けて、つまり配管内に向けて、超音波が発射される。この超音波は、配管内に滞留しているドレン内を伝播し、当該ドレンの液面で反射された後、それまでの伝播経路を戻り、最終的に超音波送受信器によって受信される。このように超音波送受信器が超音波を発射してから当該超音波のドレン液面による反射波を受信するまでに掛かる時間に基づいて、ドレンの液位が求められる。なお、従来技術は、ドレンの液面が揺れていたり波立っていたりする言わば動的状態にあるときにも、ドレンの液位を正確に測定することができるように、所定の工夫が成されたものである。また、従来技術は、配管内が満水状態にあるときに、配管の上部内面によって超音波が反射されることを利用して、当該配管内が満水状態にあるか否かを判断する機能をも、備えている。

特開２００３−２８６９９号公報

ところで、蒸気プラントを含む各種プラントにおいて、例えば、常に内部が満水状態にある配管があり、その配管内の流体が、当該配管の傾斜によって自然に流通するよう設計されている場合がある。このような場合に、何らかの原因によって配管内（流体内）に気泡が発生すると、この気泡が流体の流通を阻害し、ひいてはプラント全体の稼動効率の低下を招く恐れがある。従って、配管内に気泡が発生したときに、これを検知することができれば、例えば配管の内径を大きくしたり（つまり配管による流体の流通量（絶対量）を増大させたり）、或いは配管を長くしたり（つまり配管内の水頭圧（ヘッド）を増大させたり）する等、適確な対策を講ずることができ、プラントの運営上、極めて有益である。しかしながら、上述の従来技術では、配管内が満水状態にあるか否かを判断することはできるものの、配管内に気泡が発生しているか否かを判断することはできなかった。

そこで、本発明は、内部に流体が充溢している状態にあることが通常とされる配管内に気泡等の異物が存在するか否かを検査することができる配管内部状態検査装置および配管内部状態検査方法を提供することを、目的とする。

この目的を達成するために、本発明のうちの第１発明に係る配管内部状態検査装置は、内部に流体が充溢している状態にあることが通常とされる配管の外面に密着される送信手段と、この送信手段の近傍または当該送信手段と一体に設けられた受信手段と、を具備する。このうち、送信手段は、配管の内部に向けて超音波を送信し、受信手段は、当該超音波の反射波を受信する。さらに、本第１発明は、受信手段から出力される受信信号に基づいて配管の内部に流体以外の異物が存在するか否かを判定する判定手段をも、具備する。

この構成において、例えば、今、配管内に流体が充溢しており、当該配管内（流体内）に気泡等の異物が存在していない状態にある、とする。この場合、送信手段から送信（発射）された超音波は、配管の外面から当該配管の側壁内に入る。そして、この側壁内に入った超音波は、当該側壁内を伝播して、配管の内面に到達する。さらに、この配管の内面に到達した超音波の一部は、当該内面によって反射されて、それまでの伝播経路を戻り、最終的に受信手段によって受信される。これにより、受信手段から出力される受信信号に、配管の内面、厳密には送信手段が位置する側の内面、によって反射された一部の超音波、言わば第１反射波、に基づく第１反射像が、現れる。

一方、配管の内面によって反射されなかった残りの超音波は、当該配管内に充溢している流体内に入る。そして、この流体内に入った超音波は、当該流体内を伝播して、配管の反対側の内面、要するに送信手段が位置する側とは反対側の内面、に到達し、当該反対側の内面によって略全反射される。この反対側の内面によって略全反射された超音波、言わば第２反射波、もまた、反射される前の伝播経路を戻り、受信手段によって受信される。これにより、受信手段から出力される受信信号に、当該第２反射波に基づく第２反射像が、現れる。

なお、送信手段が超音波を送信してから受信手段が第１反射波を受信するまでの時間は、配管の側壁の肉厚（厚さ）寸法に対応し、一定である。そして、受信手段が第１反射波を受信してから第２反射波を受信するまでの時間、言い換えれば当該受信手段が出力する受信信号に第１反射像が現れてから第２反射像が現れるまでの時間は、配管の送信手段が位置する側の内面からこれとは反対側の内面までの距離（例えば配管が円管である場合には内径寸法）に対応し、やはり一定である。

次に、配管内に気泡等の異物が存在する場合について、考える。この場合、配管内（流体内）を送信手段が位置する側からこれとは反対側に向かって伝播する超音波にとって、異物が一種の障害物として作用する。そして、超音波が異物に衝突すると、当該超音波は異物によって反射され、この異物によって反射された超音波、言わば第３の反射波もまた、最終的に受信手段によって受信される。この結果、受信手段から出力される受信信号の第１反射像と第２反射像との間に、当該第３反射波に基づく第３反射像が、現れる。

このように、配管内に異物が存在するときには、受信信号の第１反射像と第２反射像との間に第３反射像が現れる。つまり、配管内に異物が存在するときと、そうでないときとで、受信信号の態様が異なる。この点に着目して、本第１発明においては、当該受信信号に基づいて、判定手段が、配管内に異物が存在するか否かを判定する。

具体的には、判定手段は、受信信号のうちの第１反射像と第２反射像との間の所定期間における信号レベルに基づいて、判定を行う。即ち、上述の如く、配管内に異物が存在するときには、受信信号の第１反射像と第２反射像との間に第３反射像が現れることから、判定手段は、これら第１反射像と第２反射像との間の所定期間における受信信号の信号レベルを監視することで、当該所定期間中に第３反射像が現れたか否かを判定し、ひいては配管内に異物が存在するか否かを判定する。これにより、配管内に異物が存在するか否かの検査が、可能となる。

また、配管内に異物が存在するときに、当該異物によって超音波が反射されると、つまり第３反射波が発生すると、その分、配管の送信手段が位置する側とは反対側の内面に到達する超音波が減少し、つまり第２反射波が減少する。そして、この第２反射波が減少することに伴い、受信信号の第２反射像の信号レベルが小さくなる。これを利用して、判定手段は、第２反射像の信号レベルに基づいて、判定を行うものとしてもよい。なお。第１反射像の信号レベルは変わらない。

さらに、異物が大きいほど、第３反射波が増大し、これに伴い、受信信号の第３反射像の信号レベルが大きくなり、ひいては当該第３反射像を含む所定期間における受信信号の信号レベルの変化が大きくなる。このことを利用して、判定手段は、所定期間における受信信号の信号レベルに基づいて、異物の大きさ（サイズ）を、併せて判定するものとしてもよい。

その一方で、異物が大きいほど、第２反射波が大きく減少し、これに伴い、受信信号の第２反射像の信号レベルがより小さくなる。従って、判定手段は、この第２反射像の信号レベルに基づいて、異物の大きさを判定してもよい。

また、送信手段は、略周期的に超音波を送信し、受信手段は、当該送信手段から超音波が送信されるたびに反射波を受信し、判定手段は、当該受信手段によって反射波が受信されるたびに判定を行うものであってもよい。この場合、超音波が異物に衝突したときは、受信信号に第３反射像が現れ、そうでないときは、当該第３反射像は現れない。そして、異物の量が多いほど、受信信号に第３反射像が現れる頻度が高くなり、言い換えれば、判定手段によって異物が存在すると判定される頻度が高くなる。そこで、本第１発明では、当該判定手段によって異物が存在すると判定される頻度を求める頻度導出手段を、さらに備えてもよい。このようにすれば、頻度導出手段によって求められた頻度から、配管内に存在する異物の量を推測することができる。

本発明のうちの第２発明は、第１発明に対応する配管内部状態検査方法に関する発明である。即ち、本第２発明は、内部に流体が充溢している状態にあることが通常である配管の外面に密着された送信手段から当該配管の内部に向けて超音波を送信する送信過程と、送信手段の近傍または当該送信手段と一体に設けられた受信手段によって超音波の反射波を受信する受信過程と、受信手段から出力される受信信号に基づいて配管内に流体以外の異物が存在するか否かを判定する判定過程と、を具備する。

上述したように、本発明によれば、内部に流体が充溢している状態にあることが通常とされる配管内に気泡等の異物が存在するか否かを検査することができる。これによって、配管を含む設備全体を、より堅固に運営することができる。

本発明の具体的な実施形態を説明する前に、まず、本発明が必要とされる１つの事例を、簡単に説明する。

例えば、図１に示すような気化冷却装置１を含むプラントがある、とする。この気化冷却装置１は、垂直断面が概略Ｕ字状のジャケット２を備えている。そして、ジャケット２の内側空間である収容部３に、冷却対象となる被冷却物４が収容されている。ジャケット２は、中空の気化冷却室５を有する中空構造とされており、その上部には、当該気化冷却室５と図示しない冷却水供給源とを繋ぐための冷却水供給管６が結合されている。また、ジャケット２の底部には、気化冷却室５と図示しない真空ポンプとを繋ぐための別の配管７が結合されている。なお、これら冷却水供給管６と配管７とは、例えば断面形状が円形の円管である。

このように構成された気化冷却装置１によれば、上述の真空ポンプによって気化冷却室５が減圧され、この減圧状態にある気化冷却室５に上述の冷却水供給源から冷却水供給管６を介して冷却水が供給される。この冷却水は、気化冷却室５で気化（蒸発）し、その際の潜熱によって、被冷却物４が冷却される。併せて、気化しきれない冷却水が、図１に８という符号で示されるように、気化冷却室５の下部に溜まる。そして、この気化冷却室５の下部に溜まった冷却水８は、配管７内を落下し、真空ポンプ側へと回収される。

ここで、例えば、上述の気化しきれない冷却水８の温度が、比較的に高く、詳しくは気化冷却室５の圧力に応じた飽和温度に近い、とする。すると、配管７内において冷却水８が再蒸発（フラッシュ）して、図２に示すように、当該配管７内に気泡９，９，…が発生することがある。この気泡９，９，…は、冷却水８の落下を妨げ、ひいてはプラント全体の稼動効率の低下を招くため、極めて好ましくない。本発明は、この気泡９，９，…の有無を検査するのに好適であり、その具体的な実施形態は、次の通りである。

即ち、図３に示すように、本発明の第１実施形態に係る配管内部状態検査装置１０は、超音波送受信器２０と、この超音波送受信器２０が接続される装置本体３０と、を備えている。このうち、超音波送受信器２０は、いわゆる探触子と呼ばれるものであり、内部に、電気信号と超音波とを相互に変換する図示しない変換素子を有している。そして、この超音波送受信器２０は、後述するように配管７の外面に密着される。

一方、装置本体３０は、超音波送受信器２０が接続される端子３２を備えている。そして、装置本体３０内において、端子３２は、駆動回路３４に接続されており、さらに、駆動回路３４は、制御手段としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）３６に接続されている。また、ＣＰＵ３６には、これに各種命令を入力するための入力手段としての操作キー３８と、当該ＣＰＵ３６による処理結果に基づいて各種情報を表示する表示手段としてのディスプレイ４０と、ＣＰＵ３６の動作を制御するための制御プログラムが記憶されている記憶手段としてのメモリ４２とが、接続されている。

このように構成された配管内部状態検査装置１０によれば、図４に示すように、超音波送受信器２０（超音波送受信面）が配管７の外面に密着される。そして、超音波送受信器２０は、駆動回路３４から与えられる駆動信号に従って、超音波送信器として機能し、詳しくは、図５（ａ）に誇張して示すような概略インパルス状の超音波１００を周期的に発射する。なお、この超音波１００の発射周期Ｔｏは、主に配管７の外径寸法に応じて適宜に決定され、概ねＴｏ＝数十［ｍｓｅｃ］〜数百［ｍｓｅｃ］の範囲内で決定される。

ここで、今、図４に示すように、配管７内に冷却水８が充溢している、つまり配管７内が冷却水８によって満水状態にある、とする。この場合、超音波送受信器２０から発射された超音波１００は、配管７の外面から当該配管７の側壁内に入る。そして、配管７の側壁内に入った超音波１００は、当該側壁内を伝播して、配管７の内面に到達する。配管７の内面においては、当該配管７の側壁の物理的性質と冷却水８の物理的性質との違いにより、超音波１００の伝播作用に対する音響インピーダンスが大きく変わる。従って、配管７の内面に到達した超音波１００の大半は、ここで反射されて、それまでの伝播経路を逆行し、最終的に超音波送受信器２０（超音波送受信面）に入射される。

超音波送受信器２０は、超音波１００を送信するたびに、次の超音波１００を送信するまでの間、超音波受信器として機能し、つまり、当該超音波１００の反射波（エコー）を受信して、これを電気信号１１０に変換する。この変換された電気信号、言わば受信信号１１０には、図５（ｂ）に示すように、超音波１００が発射された時点ｔ０から、配管７（側壁）の肉厚寸法に応じた或る時間Ｔａが経過した時点ｔ１で、当該配管７の内面によって反射された超音波１００、言わば第１の反射波、に基づく第１の反射像１２０が、現れる。

一方、配管７の内面によって反射されなかった残りの超音波１００は、図４に白抜きの矢印２００で示すように、当該配管７内に充溢している冷却水８内に入る。そして、この冷却水８内に入った超音波１００は、当該冷却水８内を伝播して、配管７の反対側（図４において右側）の内面に到達し、この反対側の内面によって略全反射される。この反対側の内面によって略全反射された超音波１００、言わば第２の反射波、もまた、図４に矢印２１０で示すように、反射される前の伝播経路を逆行し、最終的に超音波送受信器２０に入射される。

これにより、図５（ｂ）に示す受信信号１１０には、第１反射像１２０が現れた時点ｔ１から、さらに配管７の内径寸法に応じた時間Ｔｂが経過した時点ｔ２で、第２反射波に基づく第２反射像１３０が、現れる。なお、通常は、第１反射波の方が第２反射波よりも大きく、ゆえに、第１反射像１２０の振幅（ピーク・トゥー・ピーク値）Ｖ１の方が第２反射像１３０の振幅Ｖ２よりも大きい（Ｖ１＞Ｖ２）。また、超音波送受信器２０が超音波１００を発射した時点ｔ０から、当該超音波送受信器２０による受信信号１１０に第１反射像１２０が現れる時点ｔ１までの時間Ｔａは、当然に一定である。そして、当該受信信号１１０に第１反射像１２０が現れた時点ｔ１から第２反射像１３０が現れる時点ｔ２までの時間Ｔｂもまた、一定である。

続いて、図６（ａ）に示すように、配管７内（冷却水８内）に気泡９，９，…が発生している場合を、考える。この場合、配管７内を同図に矢印２００で示す方向に伝播する超音波１００にとって、これらの気泡９，９，…は一種の障害物として作用する。そして、超音波１００がいずれかの気泡９に衝突すると、当該超音波１００は気泡９によって反射される。この気泡９によって反射された超音波１００、言わば第３の反射波、もまた、同図に矢印２２０で示すように、反射される前の伝播経路を逆行し、最終的に超音波送受信器２０に入射される。さらに、第３の反射波が発生することで、配管７の超音波送受信器２０が位置する側とは反対側（同図において右側）の内面に到達する超音波１００が減少する。つまり、同図に矢印２１０で示すように反射される当該反対側の内面による第２反射波（矢印２１０）が減少する。

この結果、図６（ｂ）に示すように、超音波送受信器２０による受信信号１１０の第１反射像１２０と第２反射像１３０との間に、第３の反射波に基づく第３反射像１４０が、現れる。併せて、第２反射像１３０の振幅Ｖ２が小さくなる。なお、第１反射像１２０の振幅Ｖ１は変わらない。

また、気泡９，９，…が大きいほど、第３反射像１４０の振幅Ｖ３が大きくなる。その一方で、第２反射像１３０の振幅Ｖ２はより小さくなる。そして、気泡９，９，…が極端に大きいとき（つまり超音波２００よりも気泡９，９，…の方が大きいとき）には、第２反射像１３０は現れなくなる。

さらに、気泡９，９，…は常に流動しているので、当該気泡９，９，…が発生していても、これに超音波１００が衝突しないとき（言わばサイクル）には、第３反射像１４０は現れない。従って、気泡９，９，…の量が多いほど、第３反射像１４０が現れる頻度が高くなる。また、第１反射像１２０が現れた時点ｔ１から第３反射像１４０が現れる時点ｔ３までの時間Ｔｃは、各サイクル間で一定ではなく、常に変動する。

このように、配管７内に気泡９，９，…が発生しているときと、そうでないときとで、大きく変動する受信信号１１０は、図３に示した駆動回路３４に入力される。駆動回路３４は、入力された受信信号１１０をディジタル信号に変換し、変換されたディジタル受信信号（以下、これについても受信信号１１０と言う。）は、ＣＰＵ３６に入力される。ＣＰＵ３６は、この受信信号１１０から、配管７内に気泡９，９，…が発生しているか否かを判定し、さらに、当該気泡９，９，…が発生している場合には、その大きさおよび量をも判定する。

具体的には、ＣＰＵ３６は、図７に示すように、受信信号１１０に第３反射像１４０が現れているか否かの判定基準となる閾値Ｖｄを設定する。この閾値Ｖｄは、受信信号１１０に含まれているノイズ成分の振幅Ｖｎよりも大きく、かつ配管７内に気泡９，９，…が発生していないときの第２反射像１３０の振幅Ｖ２（以下、これをＶ２’という符号で表す。）よりも小さい値（Ｖｎ＜Ｖｄ＜Ｖ２’）である。なお、閾値Ｖｄは、ノイズ成分の振幅Ｖｎと、いわゆる正常時の第２反射像１３０の振幅Ｖ２’と、に応じてＣＰＵ３６によって自動的に設定されてもよいし、操作キー３８によって言わば手動設定されてもよい。

そして、ＣＰＵ３６は、受信信号１１０の第１反射像１２０と第２反射像１３０との間の所定期間Ｔｄにおける信号レベルを監視し、この所定期間Ｔｄにおける当該受信信号１１０の最大振幅Ｖｍａｘを求める。そして、この最大振幅Ｖｍａｘと上述の閾値Ｖｄとを比較して、当該最大振幅Ｖｍａｘが閾値Ｖｄを超えている（Ｖｍａｘ＞Ｖｄ）とき、配管７内に気泡９，９，…が発生している、と判定し、そうでないときは、正常である、と判定する。

なお、図７においては、所定期間Ｔｄは、第１反射像１２０が消滅した時点ｔ４から第２反射像１３０が現れる時点ｔ２までの間に設定されているが、これにマージンを加味してもよい。例えば、第１反射像１２０が消滅した時点ｔ４よりも少し後の時点から、第２反射像１３０が現れる時点ｔ２よりも少し前の時点まで、の期間が、当該所定期間Ｔｄとして設定されてもよい。

さらに、ＣＰＵ３６は、配管７内に気泡９，９，…が発生している、と判定したとき、上述の最大振幅Ｖｍａｘに基づいて、当該気泡９，９，…の大きさをも、判定する。詳しくは、上述の閾値Ｖｄよりも大きい第２の閾値Ｖｄ’（Ｖｄ’＞Ｖｄ）を設定すると共に、この第２の閾値Ｖｄ’よりもさらに大きい第３の閾値Ｖｄ”（Ｖｄ”＞Ｖｄ’）を設定する。そして、最大振幅Ｖｍａｘと、これらの閾値Ｖｄ，Ｖｄ’およびＶｄ”と、を比較する。ここで、例えば、最大振幅Ｖｍａｘが言わば第１の閾値Ｖｄよりも大きく、かつ第２の閾値Ｖｄ’以下（Ｖｄ＜Ｖｍａｘ≦Ｖｄ’）であるとき、気泡９，９，…は小サイズである、と判定する。そして、最大振幅Ｖｍａｘが第２の閾値Ｖｄ’よりも大きく、かつ第３の閾値Ｖｄ”以下（Ｖｄ’＜Ｖｍａｘ≦Ｖｄ”）であるときには、気泡９，９，…は中サイズである、と判定し、当該最大振幅Ｖｍａｘが第３の閾値Ｖｄ”よりも大きい（Ｖｍａｘ＞Ｖｄ”）ときに、気泡９，９，…は大サイズである、と判定する。なお、このサイズの判定は、大中小の３段階に限らず、２段階でも、４段階以上でもよい。

また、ＣＰＵ３６は、配管７内に発生している気泡９，９，…の量をも、判定する。詳しくは、超音波送受信器２０から所定回数Ｐの超音波１００が発射されるたびに、上述した最大振幅Ｖｍａｘが閾値Ｖｄを越える回数Ｑをカウントする。そして、超音波１００の発射回数Ｐに対する当該カウント値Ｑの比率Ｒ（＝Ｑ／Ｐ）を求め、この比率Ｒから、気泡９，９，…の量を、例えば少量，中量および多量という３段階で、判定する。なお、この量の判定についても、３段階に限らず、２段階でも、４段階以上でもよい。また、この気泡９，９，…の量が、例えば少量以上のとき、或いは当該少量とは別の一定量以上のときに初めて、気泡９，９，…が発生しているものと判定してもよい。

ＣＰＵ３６によるこれらの判定結果は、ディスプレイ４０に表示される。具体的には、図８に示すように、当該ディスプレイ４０の画面の上部左側に、気泡９，９，…の有無を表すランプマーク３００が表示される。このランプマーク３００は、例えば気泡９，９，…が発生していない場合には、緑色で表示され、当該気泡９，９，…が発生している場合には、赤色で表示される。従って、本第１実施形態の配管内部状態検査装置１０を取り扱うオペレータは、このランプマーク３００の表示色から、配管９内に気泡９，９，…が発生しているか否かを、直感的に認識することができる。

そして、上述のランプマーク３００の右横方に、気泡９，９，…の大きさを表す別のランプマーク３１０が表示される。このランプマーク３１０は、例えば気泡９，９，…が小サイズのときは、黄色で表示され、気泡９，９，…が中サイズのときは、橙色で表示される。そして、気泡９，９，…が大サイズのときは、当該ランプマーク３１０は赤色で表示される。従って、オペレータは、このランプマーク３１０の表示色から、気泡９，９，…の大きさを、直感的に認識することができる。なお、気泡９，９，…が発生していないときには、ランプマーク３１０は緑色で表示される。

さらに、ランプマーク３１０の右横方に、気泡９，９，…の量を表すランプマーク３２０が表示される。このランプマーク３２０は、例えば気泡９，９，…の量が少ないときは、黄色で表示され、気泡９，９，…の量が中程度であるときは、橙色で表示される。そして、気泡９，９，…量が多いときは、当該ランプマーク３２０は赤色で表示される。従って、オペレータは、このランプマーク３２０の表示色から、気泡９，９，…の量を、直感的に認識することができる。なお、このランプマーク３２０もまた、気泡９，９，…が発生していないときには、緑色で表示される。

そして、これらのランプマーク３００，３１０および３２０の下方に、受信信号１１０を表す波形が、略リアルタイムで表示される。従って、オペレータは、この波形１１０からも、配管７内の状態を判定することができる。なお、この波形１１０の表示領域３３０の横軸に記されている時間の幅（レンジ）は、任意に変更することができる。また、当該表示領域３３０の縦軸に記されているゲインの幅も、任意に変更することができる。

以上のように、本第１実施形態の配管内部状態検査装置１０を用いることで、配管７内に気泡９，９，…が発生しているか否かの検査が可能となる。また、当該気泡９，９，…が発生しているときには、それらの大きさおよび量をも、知ることができる。これは、図１に示した気化冷却装置１を含むプラントを運営する上で、極めて有益である。例えば、必要に応じて、配管７の内径を大きくしたり、或いは当該配管７を長くしたりする等の、適宜の対策を講ずることができる。

なお、本第１実施形態においては、図７に示した所定期間Ｔｄにおける受信信号１１０の最大振幅Ｖｍａｘと閾値Ｖｄとを比較して、この比較結果から配管７内に気泡９，９，…が発生しているか否かを判定することとしたが、これに限らない。例えば、当該所定期間Ｔｄにおける受信信号１１０の信号レベルの絶対値を求め、この絶対値の最大値と任意の閾値とを比較し、または当該絶対値の平均値と任意の閾値とを比較し、この比較結果から気泡９，９，…の有無を判定してもよい。勿論、これ以外の判定手法を用いてもよい。

次に、本発明の第２実施形態について、説明する。

上述の第１実施形態においては、受信信号１１０の第１反射像１２０と第２反射像１３０との間の所定期間Ｔｄにおける信号レベルを監視することで、配管７内に気泡９，９，…が発生しているか否かを判定したが、本第２実施形態では、第２反射像１３０の振幅Ｖ２を監視することで、当該気泡９，９，…の有無を判定する。

即ち、ＣＰＵ３６は、図９に示すように、第２反射像１３０の振幅Ｖ２の比較対象となる閾値Ｖｓを設定する。この閾値Ｖｓもまた、第１実施形態における閾値Ｖｄと同様、受信信号１１０に含まれているノイズ成分の振幅Ｖｎよりも大きく、かつ正常時の第２反射像１３０の振幅Ｖ２’よりも小さい値（Ｖｎ＜Ｖｓ＜Ｖ２’）とされる。また、当該閾値Ｖｓは、ＣＰＵ３６によって自動設定されてもよいし、操作キー３８によって任意に手動設定されてもよい。ただし、この第２実施形態における閾値Ｖｓは、第１実施形態における閾値Ｖｄよりも大きめ（Ｖｓ＞Ｖｄ）に設定されるのが、好ましい。

そして、ＣＰＵ３６は、第２反射像１３０の振幅Ｖ２を監視する。詳しくは、第２反射像１３０が現れた時点ｔ２から所定の期間Ｔｓにわたって、受信信号１１０の信号レベルを監視する。なお、図９においては、第２反射像１３０が現れた時点ｔ２から当該第２反射像１３０が消滅する時点までが所定期間Ｔｓとされているが、これに適当なマージンを加味してもよい。例えば、第２反射像１３０が現れた時点ｔ２から、当該第２反射像１３０が消滅する時点よりも少し後の時点まで、の期間が、当該所定期間Ｔｓとして設定されてもよい。

ＣＰＵ３６は、この所定期間Ｔｓにおける受信信号１１０の最大振幅Ｖｍａｘ’を求め、当該所定期間Ｔｓにおける最大振幅Ｖｍａｘ’を第２反射像１３０の振幅Ｖ２とみなす。さらに、ＣＰＵ３６は、この第２反射像１３０の振幅Ｖ２（＝Ｖｍａｘ’）と上述の閾値Ｖｓとを比較する。そして、第２反射像１３０の振幅Ｖ２が閾値Ｖｓよりも小さい（Ｖ２＜Ｖｓ）とき、配管７内に気泡９，９，…が発生している、と判定し、そうでないときは、正常である、と判定する。

また、ＣＰＵ３６は、配管７内に気泡９，９，…が発生している、と判定したとき、第２反射像１３０の振幅Ｖ２に基づいて、当該気泡９，９，…の大きさをも、判定する。詳しくは、上述の閾値Ｖｓよりも小さい第２の閾値Ｖｓ’（Ｖｓ’＜Ｖｓ）を設定すると共に、この第２の閾値Ｖｓ’よりもさらに小さい第３の閾値Ｖｓ”（Ｖｓ”＜Ｖｓ’）を設定する。そして、第２反射像１３０の振幅Ｖ２と、これらの閾値Ｖｓ，Ｖｓ’およびＶｓ”と、を比較する。ここで、例えば、第２反射像１３０の振幅Ｖ２が言わば第１の閾値Ｖｓよりも小さく、かつ第２の閾値Ｖｓ’以上（Ｖｓ’≦Ｖ２＜Ｖｓ）であるとき、気泡９，９，…は小サイズである、と判定する。そして、第２反射像１３０の振幅Ｖ２が第２の閾値Ｖｓ’よりも小さく、かつ第３の閾値Ｖｓ”以上（Ｖｓ”≦Ｖ２＜Ｖｓ’）であるときには、気泡９，９，…は中サイズである、と判定し、第２反射像１３０の振幅Ｖ２が第３の閾値Ｖｓ”よりも小さい（Ｖ２＜Ｖｓ”）ときには、気泡９，９，…は大サイズである、と判定する。

併せて、ＣＰＵ３６は、第１実施形態のときと同じ要領で、配管７内に発生している気泡９，９，…の量を、３段階で判定する。そして、ＣＰＵ３６は、これらの判定結果を、図８に示したようにディスプレイ４０に表示する。

このように、本第２実施形態によっても、配管７内に気泡９，９，…が発生しているか否かの検査が可能であり、また、当該気泡９，９，…が発生しているときには、それらの大きさおよび量を知ることができる。

なお、本第２実施形態においても、図９に示した所定期間Ｔｓにおける受信信号１１０の最大振幅Ｖｍａｘ’（Ｖ２）に代えて、当該所定期間Ｔｓにおける受信信号１１０の信号レベルの絶対値を求め、この絶対値の最大値と任意の閾値とを比較し、または当該絶対値の平均値と任意の閾値とを比較し、この比較結果から気泡９，９，…の有無を判定してもよい。勿論、これ以外の判定手法を用いてもよい。

次に、本発明の第３実施形態について、説明する。

本第３実施形態においては、第１実施形態で説明した受信信号１１０の第１反射像１２０と第２反射像１３０との間の所定期間Ｔｄにおける最大振幅Ｖｍａｘと、第２実施形態で説明した第２反射像１３０の振幅Ｖ２（＝Ｖｍａｘ’）と、の比Ｋ（＝Ｖｍａｘ／Ｖ２）を求め、この比Ｋに基づいて、気泡９，９，…の有無を判定する。

即ち、配管７内に気泡９，９，…が発生していない正常なとき、つまり受信信号１１０に第３反射像１４０が現れていないときは、上述の比Ｋは、略ゼロ（Ｋ≒０）であるが、配管７内に気泡９，９，…が発生して、受信信号１１０に第３反射像１４０が現れると、当該比Ｋは、大きくなる。そこで、ＣＰＵ３６は、この比Ｋと、所定の閾値と、を比較して、この比較結果から、気泡９，９，…の有無を判定する。

そして、配管７内に気泡９，９，…が発生している、と判定したとき、ＣＰＵ３６は、第１実施形態および第２実施形態と同様の手順で、上述の比Ｋと互いに異なる３つの閾値とを比較して、この比較結果から、気泡９，９，…の大きさを３段階で判定する。さらに、ＣＰＵ３６は、第１実施形態および第２実施形態と同じ要領で、気泡９，９，…の量を３段階で判定する。そして、これらの判定結果を、図８に示したようにディスプレイ４０に表示する。

なお、以上の各実施形態においては、配管７が、垂直方向に沿って延伸するいわゆる垂直配管である場合について説明したが、これに限らない。即ち、配管７が、水平方向に沿って延伸するいわゆる水平配管である場合や、それ以外の方向に沿って延伸する場合であっても、本発明を適用することができる。また、配管７は、円管に限らず、楕円管や角管等の他の形状のものであってもよい。

さらに、気泡９，９，…以外の異物（厳密には流動している異物）の有無を検査する場合にも、本発明を適用することができる。そして、気化冷却装置１を含むプラントに限らず、例えば上述した蒸気プラントにも本発明を適用することができ、さらには油や海水等を流通させるプラント等において砂や砂利等の異物の有無を検査する場合にも本発明を適用することができる。

また、図８に示したディスプレイ４０の表示画面は、飽くまでも一例であって、これに限定されるものではない。特に、ランプマーク３００によって表される気泡９，９，…の有無については、当該ランプマーク３００のような視覚的情報に限らず、アラーム音等の聴覚的情報によって表されるようにしてもよい。勿論、他のランプマーク３１０および３２０によって表される気泡９，９，…の大きさや量についても、同様の聴覚的情報によって表されるようにしてもよい。

そして、上述の各実施形態を適宜に組み合わせてもよい。このようにすれば、より信頼性の高い検査を実現することができる。

本発明が用いられるプラントの一例を示す図解図である。 図１における一部を拡大して示す図解図である。 本発明の第１実施形態の概略構成を示すブロック図である。 同実施形態の使用状態を示す図解図である。 同実施形態における超音波送受信器から発射される超音波と当該超音波送受信器による受信信号とを示す図解図である。 同実施形態の使用状態を示す図４とは別の図解図である。 同実施形態の基本的原理を説明するための図解図である。 同実施形態におけるディスプレイの一表示例を示す図解図である。 本発明の第２実施形態の基本原理を説明するための図解図である。

符号の説明

７ 配管
８ 冷却水
９ 気泡
１０ 配管内部状態検査装置
２０ 超音波送受信器
３０ 装置本体
３６ ＣＰＵ

Claims (5)

1. 内部に流体が充溢している状態にあることが通常である配管の外面に密着され該配管の内部に向けて超音波を送信する送信手段と、
   前記送信手段の近傍または該送信手段と一体に設けられ前記超音波の反射波を受信する受信手段と、
   前記受信手段から出力される受信信号に基づいて前記配管の内部に前記流体以外の異物が存在するか否かを判定する判定手段と、
   を具備し、
   前記配管の内部に前記流体が充溢している状態にあるときの前記受信信号は、該配管の前記送信手段が位置する側の内面によって前記超音波が反射されることによる第１反射像と、該配管の該送信手段が位置する側とは反対側の内面によって該超音波が反射されることによる第２反射像と、を含み、
   前記判定手段は、前記受信信号のうちの前記第１反射像と前記第２反射像との間の所定期間における信号レベルと、同じ該受信信号のうちの該第２反射像の信号レベルと、の比に基づいて判定を行う、
   配管内部状態検査装置。
2. 前記判定手段は前記異物が存在すると判定したとき前記比に基づいて該異物の大きさをも判定する、
   請求項１に記載の配管内部状態検査装置。
3. 前記送信手段は略周期的に前記超音波を送信し、
   前記受信手段は前記送信手段から前記超音波が送信されるたびに前記反射波を受信し、
   前記判定手段は前記受信手段によって前記反射波が受信されるたびに判定を行い、
   前記判定手段によって前記異物が存在すると判定される頻度を求める頻度導出手段をさらに備える、
   請求項１または２に記載の配管内部状態検査装置。
4. 前記異物は気泡である、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の配管内部状態検査装置。
5. 内部に流体が充溢している状態にあることが通常である配管の外面に密着された送信手段から該配管の内部に向けて超音波を送信する送信過程と、
   前記送信手段の近傍または該送信手段と一体に設けられた受信手段によって前記超音波の反射波を受信する受信過程と、
   前記受信手段から出力される受信信号に基づいて前記配管の内部に前記流体以外の異物が存在するか否かを判定する判定過程と、
   を具備し、
   前記配管の内部に前記流体が充溢している状態にあるときの前記受信信号は、前記配管の前記送信手段が位置する側の内面によって前記超音波が反射されることによる第１反射像と、該配管の該送信手段が位置する側とは反対側の内面によって該超音波が反射されることによる第２反射像と、を含み、
   前記判定過程において、前記受信信号のうちの前記第１反射像と前記第２反射像との間の所定期間における信号レベルと、同じ受信信号のうちの該第２反射像の信号レベルと、の比に基づいて判定を行う、
   配管内部状態検査方法。

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