JPH0326952A - 熱供給管の損傷検知方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、温熱，冷然等の熱媒体を輸送する熱供給管の
損傷検知方式に関するものである．Ｃ従来の技Ｈｉ］ 現在、然の有効利用は地球的規模でまプ゛ます要望され
て来ている．ビル．地域の集中暖房をより効率よくする
熱供給ルートの確保は、資源有効活用という点から極め
て重要であり、エネルギを費やして得た温熱．冷熟を断
然材の不備で大気．地中に失うことは大きな損失である
。

一般に温熟．冷然等の輸送には、気体１液体等を密閉輸
送する管を断然材で披覆した熱供給管が使用され、その
断然材には断熱効果の大きい発泡グラスチックや、無機
．有機の繊維層．テープ等が使用される．また、これら
のｌむ１熟材は機械的に弱体で供給管が外傷に弱いため
、断熟層の外側には、比較的機＃ｉＩｌｌ強度の大きい
材料から成る管．テープ巻き．補強細線巻き等の保護層
が更に形成されることが多い． このような熱供給管の使命は、周囲の温度との間の熟の
授受を極力少なくし、熱源から対象Ｔｈまでの熟ロスを
少なくして輸送することにある．従って、内部の熱媒体
輸送管自体の破損による熟媒体の流出は無論のこと、ｌ
！７ｉ然層の破損による周囲環境との熟の授受を避けな
ければならず、万一そのような破損が生じた場合は、速
やかにその箇所を発見し修復する必要かある． これらの熱供給管は露出配管されるが、床，Ｕ天井面の
裏側或いはその内部に配管される．熱供給管が露出して
配管されている場合には、外観目視によっても或いはそ
の都度の表面温度の測定によっても、損傷箇所の発見が
できる．１旦し外観目視で（ま、保護層より内開の断然
層が部分損１ｂを受けた場合には発見が困難であり、表
面温度ａ１定に・預ることとなる． このため従来は主として表面温度をＫ！ＩＩ定している
。即ち、表面か露出している場合には、表面からの放射
赤外線の分布を計測し、他よりも温度上昇（温ｐ！！．
輸送）或いは温度降下（冷熱輸送）している箇所を見つ
ける．例えば、第ｌ図に示すように、熱輸送管本体の温
度をＴＡ，周囲温度をＴＩ３、断慈層の熟抵抗をｒ＋、
表面放散熟抵抗をｒ２とずると、正常部の表面温度Ｔｓ
は、 Ｔｓ　　＝ＴＡ　　　　（ＴＡ　　　ＴＢ）ｒ＋　　／
　　（ｒ＋　　＋　ｒ２　）＝　　（ｒ２　Ｔ八　十ｒ
＋　　ＴＢ）／　　（ｒ＋　　＋ｒ２　）として計測さ
れるのに対し、ｌｔｌｉ熟層が内部で破損しｒ１が小さ
くなると、表面温度Ｔｓは熟輸送管本体の温度ＴＡに近
い温度として計測されるため、温熱輸送の場合には温度
が上昇して、冷熱輸送の場合には温度が降下して測定さ
れる．上記の表面温度測定方式が実用されているのは、
断熱層破損のチェックをしようとする任意の時期に、外
開から放射赤外線を無接触で比較的容易に検出できるか
らである． 勿論、放射赤外線以外の接触式の温度計による表面温度
測定も可能であるが、長尺の熱供給管のどくで断然層が
破損しているか不明なときには、全長の表面温度を順次
綿密に測定しなければならない．その時間と労力を低減
するには、膨大な数の測定器を表面に取り付けて自動測
定することが必要となり、費用がかさむ．例えば、１　
ｋｉ＋長をｌｍ毎に表面温度を測定する場合、１０００
点の温度を自動計測することが必要であり、少なくとも
温ｔｚ　ｊ！’Ｉ定素子．リード線，計測回路などを１
０００組分用意しなければならない。従って、接触式の
表面温度１ｐｊ定は、経済性を考慮するとＪ１′実用的
な手法て′！）る　。

これに対し、上記の無接触式温度測定では、移動車等に
測定器．データ記録器等を積載し然供給管に沿ってスキ
ャンすることにより、任意の時期に全長の温度を経済的
に計測できる利点がある．しかし、この放射赤外線検知
方式にも大きい問題かあり、検出対象となる熱供給管が
露出しているＭＩｊ合のみに適用でき、壁面，床．天井
，地中等にｊｌｌｊ設されている場合には適用が難しい
．これは、壁面などを通して更に外側で放射赤外線を検
知したとき、壁等の悲抵抗が第１図のｒ１に加算されて
いることになり、断熱層の損峙によるｒ，の変化が表面
温度Ｔｓの変化に及ぼす影響が小となること、及び、表
面温度Ｔｓの変化がｌ！Ｆｉ然層の損傷によるものか壁
面等の然定敗の変化によるものか等の区別が付かないこ
とによる． このため、従来、ｇ．面等に埋設されていた熱供給管に
ついては、その断然層の損傷を温度測定によって知るこ
とが難しく、前述のように多点の温度を計測する方法を
収らざるを得なかった．しかも、壁面等の内開での温度
測定が必要で、建物建設時や熱供給管埋設時に予め温度
測定素子．リード線等を取り付けておく必要があり、ど
こで損傷が生じるか予測困難なものに対して非常に多く
の測定点を紋定する必要があり、多大な労力，費用がか
かることになる． 要するに、理論上は断熱層表面の温度を知ることによっ
て断然層の損傷を知り得ても、これを日常的，工業的に
実現する手段はなかった。

このような問題の解決に資するものとして、少なくとも
然供給管内の熟媒体そのものの流出によるエネルギ損失
を小さく抑える手法が提案されている〈特公昭６０−５
４６１２）　． 即ち、低温領域で急峻に光伝送損失の増加する．光ファ
イバを用い、この損失増加を入射ｔ＠開でのバックスキ
ャッタ光の光量変化としてとらえ、急峻な光産変化に対
応する遅れ時間から温度変化発生位置を検知するか、或
いはバックスキャッタ光量の１紋分特性を求めることに
より、温度変化とその位置を求める低温検知方式である
．この低温検知方式によれば、低温物体の貯蔵タンク或
いはパイプラインに沿って光ファイバを布設し、端部か
ら入射光に対するバックスキャッタ光を測定することに
より、低温物体の漏れとその位置を知ることができる． ［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記の低温検知方式には次のような問題がある
． 光ファイバが低温収縮する場合の微小曲げ等による光の
損失変化をバックスキャッタ光により検出しており、他
の原因による微小曲げ（例えば土中で埋設時の局部上圧
等）と区別が付かず、光ファイバのクラッド，ジャケッ
ト，シース等構造材及び構成の影響を受け易く、測定さ
れた温度変化に大きい誤差を含むことがある．即ち、単
にバックスキャッタ光を測定しても、必ずしも温度を所
定精度で計測していることにならない．従って、光ファ
イバの一部分がその周囲温度よりも極端に低温となる状
態、即ち冷媒等がバイグ等から漏れて光ファイバに冷熱
が直接接触するような場合には対応できるが、パイプの
断熱層の損傷による微小な温度変化や、温熟輸送バイグ
のように損傷により温度が上昇する場合等の温度変化の
検出には、適用することが困難である．本発明の目的は
、従来技術の欠点を解消し、熟洪給管の断熱層の損傷を
受けた場合、その位置の発見を極めて容易にした熱供給
管の損傷検知方式を提供することにある． し課題を解決するだめの手段］ 本発明の熱供給管の損傷検知方式は、然媒体輸送管を断
熱層，保護層で順次被覆した熱供給管において、断熱層
断面内の中間点に熱供給管に沿って光ファイバを配設し
、該光ファイバをラマン後方散乱光の２成分を利用した
分布型温度センサとして用いて上記中間点の熱供給管長
さ方向の温度分布を計測し、この中間点の温度分布を断
熱層断面内における内側及び外開の温度又は熱供給管長
さ方向の温度分布と比較し、その比較結果の大小関係の
変化から熱供給管のＵｔ熱層の損傷の発生とその位置を
検知するものである． 厳密な検知をなす場合には、断熱層断面内における内側
及び外側の長さ方向の温度分布を知ることが好ましい．
この場合には、熱媒体輸送管を断然層，保護層で順次被
覆した然供給管において、断熱層断面内における中間点
だけでなく内側及び外側にもそれぞれ然供給管に沿って
光ファイバを配設し、それらの光ファイバをラマン後方
散乱光の２戒分を利用した分布型温度センサとして用い
て、上記中間点．内側及び外側における熱供給管長さ方
向の温度分布をそれぞれ計測し、この中間点の温度分布
の内側及び外四の温度分布に対する大小関係の変化から
熱供給管の断熱層の損傷の発生とその位置を検知するの
がよい．しかし、厳密な検知を必要としない場合には、
断熱層断面内における内側及び外四の温度は、熟媒体輸
送管１保護層の温度を熱供給管の入口又は出口で測定す
ることができる． ［作用］ 断熱層断面内の中間点．内側及び外帥１の部分のうち、
少なくとも中間点の温度分布については、内部に配設し
た光ファイバをラマン後方故乱光の２戒分を利用した分
布型温度センサとして用いることで行われる．例えば、
ラマン後方散乱光の２成分であるアンチストークス光と
ストークス光を計測し、その比率を長さ方向各点で求め
ることにより、光ファイバ長さ方向の損失や微小曲げに
よる損失等をキャンセルして、純粋に温度に依存した信
号とした上で温度分布か求められる．断熱層断面内の内
側及び外側については、その温度分布又は温度が測定さ
れる。即ち、＠熟層断面内における内側及び外測にも熟
１！（給管に沿って光ファイバを配段し、これらをラマ
ン後方散乱光の２戒分を利用した分布型温度センサとし
て川いることで、上記内側及び外側における熱供給管長
さ方向の温度分布がそれぞれ計測されるか、又は、熱媒
体輸送管，保護層の温度が然供給管の入口又は出口で測
定される． 上記中間点の温度分布を、内側及び外側の温度分布又は
温度と比較すると、断然層の中間点の温度（Ｔｘ）が然
媒体輸送管の熱媒体温度（Ｔ＾）に近づいたときは熱供
給管の内開に損傷があると判断される．また、中間点の
温度（Ｔｘ　）が周囲温度（Ｔ８）に近づいたときは熱
供給管の外側の損傷であると判断される．従って、比較
結果の大小関係の変化から熱供給管の断熱層の損傷の発
生とその位置を検知することができる． また、ラマン後方散乱光の２成分を利用すると、ラマン
後方散乱光の１成分を検出する方式や、従来のように単
に入射光に対するバックスキャッタ光のみを検出する方
式による場合と異なり、測定値の変化が温度変化に起因
するものか微小曲げに起因するものかの区別が付けられ
る． ［実施例］ 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する． 第１図は、熱供給管の一例の断面を示したものであり、
熟媒体輸送管ｌの周囲に断熱層２が形或され、更にその
外側に保護層３が形或されている．この熱供給管内には
、断面で見て、断熱層２のほぼ中央部Ｘ点．熱供給管１
の外面Ｙ点．保護層３の内面２点の計３点に、計測用光
ファイバ９１，９２．９３が配設されている． 第２図に、これら計測用光ファイバ９１，９２．９３を
ラマン後方散乱光の２成分を利用した分布型温度センサ
として用い、熱供給管の長さ方向の温度分布を知り、熱
供給管における断熱層の損傷の発生とその位置を検知す
る損傷検知装置を示す．この損傷検知装置は光パルス光
源５、光ファイバ６、光分波器７、光スイッチ８、光検
出器１０，１ｌ、平均化処理装置１２、データ処理装置
１３で構成されている． まず、光ファイバ長さ方向の高精度温度分布を測定する
方法について説明する． 光パルス光源５により時間幅１　０　ｎ　ｓのパルスレ
ーザ光を発し、これを光ファイバ６の一端に入射ずる．
入射レーザ光は、光ファイバ６のｆｌ！！端に接続され
ている光分波器７を素通りして光スイッチ８に樽かれる
。光スイッチ８は計測用光ファイバ９１，９２．９３を
順次切換えており、該光スイッチ８を通して測定対象と
なる３本の光ファイバのうちの１本９１に入射される． 計測用光ファイバ９１中を伝播する光パルスは、光ファ
イバ９１中で温度に依存したラマン敗乱光を発しつつｆ
ｌ！！端ノ＼進行ずる．ラマン敗乱光の一部は、後方散
乱光として逆方向に進行し、光スイッチ８を経て光分波
器７に導かれる．そして、光分波器７によりラマン散乱
光の２成分、つまりストーク光とアンチストークス光と
に分離され、それぞれの光検出器ｉｏ，ｔｉに導かれ、
ここで光／電気信号変換される．後方散乱光の強度は温
度に、時間変化は位置変化に対応する．これが計測用光
ファイバ９１の後方散乱光分布として記録される．但し
、ラマン敗乱光は微弱であるため様々なランダム雑音の
影響を受けている．そこで、これを消去するため、平均
化処理装置１２により、多数回のパスル光によるラマン
後方散乱光分布を加鼻し平均化処理する． 第３図は、このようにして得られたラマン敗乱光２成分
であるアンチストークス光もストークス光についての光
強度の時間分布の実測例である．図示のように、高温部
は凸に、低温部は凹に計ａ＋＋１される．また、全体に
時間軸の右、即ち距離軸の遠方になるにつれ右下り特性
となるが、これは入射パルス．後方散乱光が往復するこ
とで減哀するからである．特に注目すべき点は、第３図
中に示すＡｌ点である．このＡｔ点は、光フイバ９ｌの
一部に圧迫による微小曲げが加わった点（第２図に示す
Ａ点）に対応している．このように、光フィバ９１の一
部に圧迫による微小曲げが加わった場合には、後方散乱
光分布にも光パワー損失による段差が生じる．このこと
は、ラマン後方散乱光の１成分を検知する方式や、単に
入射光に対するバックスキャッタ光のみを検出する方式
では、このＡ１点の変化が温度変化によるものか或いは
微小曲げによるものか区別が付かないことを意味する． ところが、アンチストークス光とストークス光の比率を
、計測用光ファイバ９１の長さ方向の各点で求めると、
第４図に示すように、計測用光ファイバ９１の長さ方向
の損失や、微小曲げによる損失等は全てキャンセルされ
、純粋に温度に依存した信号として求められる．第４図
のＡ２点は上記第３図のＡ１点に対応しており段差がな
くなっていることが分かる．その結果、ストークス光と
アンテイストークス光の温度依存性の差分が顕著に現れ
る．この比を求める？ｉｉ算はデータ処理装置１３によ
り行われる． 上記温度分布測定は、光スイッチ８を順次切換えて、計
測用光ファイバ９１，９２．９３について行われる。

かくして断然層２の断面での内１中，外側の３点につい
て温度分布を得た後、データ処理装置ｌ３は、その大小
関係の変化から、熱供給管の断然層の損傷を次のように
して検知する．まず、第５図及び第６図において、熟媒
体４の温度をＴＡ、周囲温度をＴＢ，熟媒体輸送管ｌの
部分での熱抵抗をＲ１、断熱層２の部分の熱抵抗をＲ２
、保護層３を含む外部の熱抵抗をＲ３とすると、熱供給
管単位長当りＷ一（Ｔ＾−ＴＢ）／（Ｒｌ　＋Ｒ２　＋
Ｒ３）の熱流が内から外方向へ流出する．尚、Ｔ＾＞Ｔ
Ｂは温熱供給，Ｔ＾＜ＴＢは冷熱供給を意味する． 今、この熱供給管内の全熱抵抗を断熱層２内のＸ点で二
分して考え、その内開の熱抵抗をＲ×、外側の熟抵抗を
Ｒ’／とすると、Ｘ点の温度Ｔｘは次の（１）式で表さ
れる． Ｔｘ　　＝ＴＡ　　−ＷＲｘ ＝　（ＴＡ　Ｒｙ　＋ＴＢ　Ｒｘ）／　（Ｒｘ　十Ｒｙ
）・・・・・・（１） 即ち、保護層３や断熱Ｈｎ２の外開部分が損傷を受けて
外測熱抵抗ＲＶが小さくなったり、周囲からの気体，水
分が進入して等価的にＲＶが小さくなると、Ｘ点の温度
Ｔｘは正常な場合よりも周囲温度Ｔ８に近づく．逆に、
熱媒体輸送ｔ１の破損や断熱層２の内側部の損傷或いは
熱媒体の漏出により、等価的に内測然抵抗Ｒｘが小さく
なると、Ｘ点の温度Ｔｘは正常な場合よりも熱媒体温度
１゛八に近づ゛く。

従って、断熟層２内のＸ点の温度Ｔ×を測定し、これか
熱媒体温度Ｔ＾に近づいたときは熱供給管の内１１ｌ１
１に損傷があると判断され、周囲温度ＴＢに近づいたと
きは熟洪給管の外側の損傷であると判断でき、両名を区
別して検出することが可能となる。

そこで、データ処理装置１３は、上記のように然供給管
の断然層２における３点の測定温度から、つまり測定用
光ファイバ９ｌによる断ｇ／ｉｊｌ２内のＸ点の温度Ｔ
ｘの分布と、測定用光ファイバ９２による熟媒体温度Ｔ
Ａの分布と、測定用光ファイバ９３による周囲温度Ｔ８
の分布とから、その損傷の有無及び位置を、損傷がまだ
軽微な状態のうちに検出する． 長尺の熱供給管の任意の断面のＸ点の温度を知る場合、
この部分に温度センサを多数浬め込む方法では断然層の
作用効果を減ずることになるが、上記計測用光ファイバ
９１．９２．９３による長尺物の長さ方向の温度分布測
定では、断然１２の作用効果を減少させることかない。

即ち、光フィアバはその材質自体が然不良導体であり、
しかも極めて細いので、これをＩ！Ｉｉ然層２の中に配
置して引き出しても、０然層２の作用効果には殆ど影響
を与えない． 上記実施例では、熟洪給管の極微少な損傷を検出するた
め、３本の計測用光フィアバ９１．９２９３を用意し、
そのうち１本を断熟層２内の中間点に、他の１本を熱媒
体輸送管１の付近（内又は外）に、残りの１本を保護層
３の付近（内．外も含む）に配し、これにより各断面で
の’Ｔ’Ａ，ＴＢ，ＴＣ或いはこれに近似の温度を測定
し、極めて高精度に損傷の発生とその位置を検出した．
しかし、あまり厳密な精度を要しない場合には、内側或
いは外側の１本又は両開の計測用光ファイバを省略し、
Ｘ点に対応する計測用光ファイバ９１のみとし、その計
測温度分布に然媒木自体の入口側や出口側の温度の時間
変化の情報を加えて、熟抵抗の変化即ち然供給管の損傷
を知ることもできる．なお、熱供給管の損傷の種類とし
ては、保護層３や断熱層２の欠損や、外部からの気体，
液体の侵入や、熱媒体の漏出等による熱抵杭の等価的な
変化以外に、熱供給管圧迫による断熱層の発泡部．繊維
部の縮退や、これによる実質的な固有熟抵抗の変化があ
るが、そのいずれであっても検出することができる． 更に、１本の熱供給管の周辺に曲の熱供給管があったり
、他の高温，低温の熟源があったりすると、周囲温度１
゛Ｂが長子方向．時間的に変化する．また、熟媒体自体
の温度は、供給量．需要量の変動によって、長手方向．
時間的に変化する．このような場合でも、上記のように
断熱１２内のＸ点の温度Ｔｘ　，熱媒体輸送管１の外面
Ｙ点の温度ＴＡ　，保護層３の内面Ｚ点の温度Ｔ８を計
測し、ＴＸ　＝　（ＴＡ　ＲＶ　＋ＴＢ　ＲＸ）／　（
ＲＸ　−＋−Ｒ’／）が成立するか否かを正確に検知す
ること、及び、長さ方向或いは時間方向での温度Ｔｘの
変化が同じ長さ方向或いは時間方向の温度ＴＡやＴ８の
変化と一致することを利用して、損傷有無を判定すれば
よい． ［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、断然層における中
間点の温度分布を光ファイバにより計測し、これを内側
及び外側の温度分布又は温度と比較して、その比較結果
の大小関係の変化を知ることだけで、断然層の損傷とそ
の発生位置を検出することができる．また、ラマン後方
散乱光の１成分のみを検出する場合や、従来のように単
に入射光に対するバックスキャッタ光のみを検出する場
合と異なり、ラマン後方散乱光の２戚分を利用して計測
するものであるため、測定値の変化が温度変化に起因す
るものか微小曲げに起因するものかの区別が付けられる
． 従って、従来不可能であった長尺熱供給管全長での異常
熟流出の検出が正確かつ簡単に達成でき、ひいては輸送
路からの熟の流出防止が可能となる。

よって、地域冷暖房や廃熱利用グラン１・等の熱そのも
のを輸送する分野において、エネルギ資源の有効活用を
図ることができる．

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明に従い断熱層断面内に３つの光ファイバ
を配設した熱供給管の断面図、第２図は本発明に従った
損傷検知装置の梢或図、第３図はその損傷検知装置で計
測されるラマン散乱光強度の分布図、第４図は計測され
るラマン散乱光の２成分の強度比率の分布図、第５図は
光ファイバを省略した状態で示した熱供給管の断面図、
第６図はその熱流等価回路図、第７図は従来の熱供給管
における熟等価回路図である．図中、１は然媒体輸送管
、２は断熱層、３は保護層、４は熱媒体、５は光パルス
光源、６は光ファイバ、７は光分波器、８は光スイッチ
、９１．９２．９３は計測用光ファイバ、１０，１ｌは
光検出器、１２は平均化処理装置、１３はデータ処理装
置を示す．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、熱媒体輸送管を断熱層、保護層で順次被覆した熱供
   給管において、断熱層断面内の中間点に熱供給管に沿っ
   て光ファイバを配設し、該光ファイバをラマン後方散乱
   光の２成分を利用した分布型温度センサとして用いて上
   記中間点の熱供給管長さ方向の温度分布を計測し、この
   中間点の温度分布を断熱層断面内における内側及び外側
   の温度又は熱供給管長さ方向の温度分布と比較し、その
   比較結果の大小関係の変化から熱供給管の断熱層の損傷
   の発生とその位置を検知することを特徴とする熱供給管
   の損傷検知方式。