(57)【要約】【課題】器外から器内に外気が侵入する際、侵入位置を容易にして高精度に特定できる外気侵入検出方法および外気侵入検出装置を提供する。【解決手段】本発明に係る外気侵入検出方法は、内部が負圧になる領域に侵入する外気の音響を検出し（３６）、検出した音響を演算処理し、演算処理したデータに基づいて外気侵入個所を特定する（３９）。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が負圧になる領域に侵入する外気の音響を検出し、検出した音響に基づいて外気侵入個所を特定することを特徴とする外気侵入検出方法。
【請求項２】
内部が負圧になる領域に侵入する外気が音速以下の流速となるようにして侵入する外気の音響を検出し、検出した音響に基づいて外気侵入個所を特定することを特徴とする外気侵入検出方法。
【請求項３】
内部が負圧になる領域に侵入する外気が音速以下の流速となるように、内部が負圧になる領域の圧力を臨界圧よりも高くし、侵入する外気の音響を検出し、検出した音響に基づいて外気侵入個所を特定することを特徴とする外気侵入検出方法。
【請求項４】
検出した音響を演算処理し、演算処理したデータと、予め外気侵入音をスペクトル分析して作成しておいたスペクトルパターンとを比較し、計測した音響の収集位置における音圧レベルに基づき外気侵入個所を特定することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の外気侵入検出方法。
【請求項５】
外気侵入個所の特定は、検出した音圧レベルと検出した可聴範囲を超える高周波数の指向性を利用することを特徴とする請求項４記載の外気侵入検出方法。
【請求項６】
内部が負圧になる領域に侵入する外気の音響を検出する音響検出手段と、検出した音響に基づいて外気侵入個所を特定する外気侵入個所検出手段とを備えたことを特徴とする外気侵入検出装置。
【請求項７】
外気の音響を検出する音響検出手段は、集音マイクであることを特徴とする請求項６記載の外気侵入検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外気侵入検出方法および外気侵入検出装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、原子力発電プラントに適用する復水器は、蒸気タービンで膨張仕事を終えたタービン排気を凝縮して復水にする際、タービン排気のもつ熱エネルギをより多く回収させて復水にするため、器内を真空に維持して蒸気タービンの内部効率の向上を図っている。
【０００３】
このような機能を備える復水器において、各機器の検査が終ると、原子力発電プラントは、起動前、復水器に予め定められた真空度までの真空運転を行わせ、この間、復水器の単位時間あたりの真空度低下量の確認を行い、器内に規定量を上回る外気流入量（インリーク）が確認されると、その侵入部分を探して補修作業を行っていた。
【０００４】
ところで、復水器内への外気の侵入は、器内の付帯設備および部品、例えばフランジおよび弁グランド部等の緩み、ドレン弁やベント弁等の弁シート部摩耗に基づくものと考えられる。
【０００５】
このため、これらの設備、部品等に、予め例えば、線香の煙等を近づけておき、線香の煙等の気流の挙動を監視し、外気の侵入位置を特定していた。
【０００６】
一方、器外への流体漏出の検出技術には、例えば、特許文献１に見られるように、気体の漏出の際、発生する音響を利用したもの、あるいは、特許文献２に見られるように、約４０ｋＨｚの超音波ノイズを利用したもの等が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−５１３００号公報
【特許文献１】特開平７−７７４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
外気の器内侵入位置の特定にあたり、線香の煙等を対象位置に近づけ、気流の挙動を監視することは、建屋の換気空調系のエリアでの煙を近づけることが難しく、また、監視個所が多くなると、対象位置へのアクセスに伴う労苦が多くなる等の問題を抱えていた。
【０００８】
また、特許文献１や特許文献２は、ともに器内から器外に流体が漏出するときの流体漏出検出技術であって、外気が器外から器内に侵入する際の侵入位置を特定する技術が見当らない。
【０００９】
このため、器外から器内に外気が侵入する位置を、簡易にして高精度で特定できる新たな技術の実現が望まれていた。
【００１０】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、器外から器内に外気が侵入する際、侵入位置を容易にして高精度に特定できる外気侵入検出方法および外気侵入検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る外気侵入検出方法は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、内部が負圧になる領域に侵入する外気の音響を検出し、検出した音響に基づいて外気侵入個所を特定する方法である。
【００１２】
また、本発明に係る外気侵入検出方法は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、に侵入する外気が音速以下の流速となるようにして侵入する外気の音響を検出し、検出した音響に基づいて外気侵入個所を特定する方法である。
【００１３】
また、本発明に係る外気侵入検出方法は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、内部が負圧になる領域に侵入する外気が音速以下の流速となるように、内部が負圧になる領域の圧力を臨界圧よりも高くし、侵入する外気の音響を検出し、検出した音響に基づいて外気侵入個所を特定する方法である。
【００１４】
また、本発明に係る外気侵入検出方法は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、検出した音響を演算処理し、演算処理したデータと、予め外気侵入音をスペクトル分析して作成しておいたスペクトルパターンとを比較し、計測した音響の収集位置における音圧レベルに基づき外気侵入個所を特定する方法である。
【００１５】
また、本発明に係る外気侵入検出方法は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、外気侵入個所の特定は、検出した音圧レベルと検出した可聴範囲を超える高周波数の指向性を利用する方法である。
【００１６】
また、本発明に係る外気侵入検出装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、内部が負圧になる領域に侵入する外気の音響を検出する音響検出手段と、検出した音響に基づいて外気侵入個所を特定する外気侵入個所検出手段とを備えたものである。
【００１７】
また、本発明に係る外気侵入検出装置は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、外気の音響を検出する音響検出手段は、集音マイクであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る外気侵入検出方法および外気侵入検出装置は、短時間のうちに容易にして精度の高い測定を行うことができ、外気侵入に基づく真空度低下に迅速に対処することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る外気侵入検出方法および外気侵入検出装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る外気侵入検出方法および外気侵入検出装置の実施形態の測定対象となる復水器を組み込んだ原子力発電プラントにおけるタービン系の一部を示す概略系統図である。
【００２１】
本実施形態に係るタービン系は、発生した蒸気に膨張仕事をさせて動力を取り出す動力発生系１と、動力発生系１で膨張仕事を終えたタービン排気を凝縮して復水、給水にし、凝縮した復水、給水系を再び動力発生系１に戻す復水・給水系２とを備える構成になっている。
【００２２】
動力発生系１は、原子炉圧力容器１０、高圧タービン３、連絡管（クロスアラウンド管）４、湿分分離器５、低圧タービン６、発電機７を備え、原子炉圧力容器１０から発生した蒸気を主蒸気系８を介して高圧タービン３に供給し、ここで蒸気に膨張仕事をさせ、その際に発生する動力（回転トルク）でタービン軸９を回転させるとともに、膨張仕事を終えたタービン排気を連絡管４を介して湿分分離器５に供給し、ここで湿分を除去させた後、低圧タービン６で再び膨張仕事をさせ、その際に発生する動力で発電機７を駆動する。
【００２３】
また、動力発生系１は、主蒸気系８から分岐し、復水・給水系２の復水器１１に接続する高圧バイパス系１２を備え、起動時、あるいは低負荷時、原子炉圧力容器１０から発生した蒸気を復水器１１に回収させている。
【００２４】
一方、復水・給水系２は、流体の流れに従って順次、復水器１１、低圧復水ポンプ１３、空気抽出器１４、高圧復水ポンプ１５、低圧給水加熱器１６、給水ポンプ１７、高圧給水加熱器１８を備え、復水器１１で動力発生系１の低圧タービン６からのタービン排気を凝縮させて復水にしている。
【００２５】
タービン排気を凝縮させて復水にする際、復水器１１は、水室１９から伝熱管２０に供給される海水等の冷却水でタービン排気を凝縮して復水にした後、その復水を一旦ホットウェル（復水溜め）２１に集められる。
【００２６】
ホットウェル２１に集められた復水は、低圧復水ポンプ１３で昇圧され、空気抽出器１４において、復水器１１で生成された不凝縮ガス等を熱源として熱交換し、高圧復水ポンプ１５を経て低圧給水加熱器１６に供給される。
【００２７】
なお、低圧復水ポンプ１３は、復水の一部を復水器１１に戻すバランス管３０を備え、最小流量の確保を行っている。
【００２８】
また、空気抽出器１４は、復水を予熱させた不凝縮ガス系１４ａからのガスをオフガス装置（図示せず）に供給するオフガス系２２を備え、不凝縮ガス等に含まれる放射能の減衰を図っている。
【００２９】
低圧給水加熱器１６に供給された復水は、動力発生系１の低圧タービン６から抽気管２３を介して供給されるタービン抽気等を熱源として熱交換した後、給水ポンプ１７で昇圧され、高圧給水加熱器１８に供給される。
【００３０】
また、低圧給水加熱器１６は、復水の熱交換中に生成される不凝縮ガスを他の機器に供給するベント系２４、器内の圧力を適正値に調整する逃し系２５、熱交換中に生成されたドレンの一部を処理するドレン系２６、そのドレンの残りをドレンポンプ２７を介して復水器に回収させる低圧ヒータドレン系２８を備え、復水の再生および熱の回収を図っている。
【００３１】
他方、低圧給水加熱器１６から給水ポンプ１７を介して高圧給水加熱器１８に供給された給水は、ここで動力発生系１の高圧タービン３からの抽気を熱源として熱交換した後、動力発生系１の原子炉圧力容器１０に戻される。
【００３２】
また、原子炉圧力容器１０に給水を予熱して戻す高圧給水加熱器１８は、熱交換中に生成されたドレンの一部を高圧ドレン系２９を介して低圧給水加熱器１６に熱源として供給するとともに、残りを復水器１１に回収させている。
【００３３】
このような構成を備える原子力発電プラントのタービン系において、復水器１１は、動力発生系１の低圧タービン６の膨張仕事をより多く行わせるため、器内を真空に維持させている。このため、復水器１１に接続する各種の配管系統や高低給水加熱器１６，１８も真空になっている。
【００３４】
真空に維持されている各種の配管系統のフランジ継手部分や弁グランド部分から侵入した外気が復水器１１に流れるとき、外気侵入のメカニズムは、以下に示す事象が発生すると考えられている。
【００３５】
図２は、真空に維持されている器内に、隙間を経て外気が侵入する場合を示す模式図で、隙間３１の入口３２における外気（大気）の圧力をＰ１、隙間３１を流れる外気のジェット流Ｊが出口３３を出るときの圧力Ｐ２を、真空に維持された配管系統等の器内３４の圧力（背圧）をＰとして示されている。
【００３６】
今、ジェット流Ｊが音速になると、器内３４の圧力（背圧）Ｐ０を、例えば、３５９ｍｍＨｇ  Ｖａｃ．の臨界圧力、外気の臨界圧力比０．５２８３の条件以下に下げてもジェット流Ｊの出口３３における圧力Ｐ２は変化しないし、その流量も増加しない、いわゆる臨界状態になっていることが一般に良く知られている。
【００３７】
しかし、器内３４の背圧Ｐ０を、臨界圧力よりも幾分高く維持させていると、ジェット流Ｊは、音速以下になって隙間３１を流れる。このため、ジェット流Ｊは、可聴周波数以上の高周波数を伴った音響で流れる。
【００３８】
本実施形態は、このような事象を巧みに利用したもので、図３に示すように、外気侵入対象位置に集音マイク３５ａ１，３５ａ２，…を設置する音響収集部３６を備えている。
【００３９】
集音マイク３５ａ１，３５ａ２，…を設置する外気侵入対象位置は、例えば、配管系統のフランジ継手部、給水調整弁やヒータドレン調整弁等の弁グランド部等である。しかし、これらの弁は、空気圧を利用して弁体を開閉させているものの、外気侵入測定時期が起動運転前であるから、外気侵入測定に悪い影響を与えることがない。
【００４０】
音響収集部３６は、増幅器３７、Ａ／Ｄ変換器３８を介してパソコン３９に接続し、収集した音響を増幅器３７で増幅し、Ａ／Ｄ変換器３８でアナログ信号からデジタル信号に変換し、パソコン３９で収集した高周波数の音圧レベルを表示し、各集音マイク３５ａ１，３５ａ２，…の配置および高周波音響に特有の高い指向性を利用して外気侵入の位置を特定する。
【００４１】
なお、パソコン３８では、外気侵入音を予めスペクトル分析し、スペクトルパターンを作成し、実測収集音のスペクトル分析結果を、予め作成しておいたスペクトルパターンと比較し、音響収集位置における音圧レベルに基づき、外気侵入個所を特定してもよい。
【００４２】
また、器内への外気侵入の測定にあたり、復水器１１は、設計仕様にもよるが、真空ポンプによって約６００〜６５０ｍｍＨｇ  Ｖａｃ．までの真空に維持される。しかし、器内真空が６００〜６５０ｍｍＨｇ  Ｖａｃ．であっても、臨界圧力が３５９ｍｍＨｇ  Ｖａｃ．であっても、器内への外気侵入量は同じであるから、真空度が４００ｍｍＨｇ  Ｖａｃ．のとき外気侵入の測定を開始すればよく、この真空度で外気侵入を測定すれば測定時間を短くすることができる。
【００４３】
このように、本実施形態は、復水器の器内圧力が臨界圧力より高く、器内への侵入外気が音速以下のときに、侵入外気から発生する可聴範囲を超える高周波数の音響を集音マイクで収集し、収集した音響をパソコンで高周波数特有の指向性を利用して侵入外気の個所を特定する構成にしたので、短時間のうちに容易にして精度の高い測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る外気侵入検出方法および外気侵入検出装置の実施の形態の測定対象となる復水器を組み込んだ原子力発電プラントにおけるタービン系の一部を示す概略系統図。
【図２】外気が隙間から器内に侵入する際の事象を説明する構成図。
【図３】本発明に係る外気侵入検出装置の実施形態を示す概念図。
【図４】器内真空度の変化を示す真空度線図。
【符号の説明】
【００４５】
１  動力発生系
２  復水給水系
３  高圧タービン
４  連絡管
５  湿分分離器
６  低圧タービン
７  発電機
８  主蒸気系
９  タービン軸
１０  原子炉圧力容器
１１  復水器
１２  高圧バイパス系
１３  低圧復水ポンプ
１４  空気抽出器
１４ａ  不凝縮ガス系
１５  高圧復水ポンプ
１６  低圧給水加熱器
１７  給水ポンプ
１８  高圧給水加熱器
１９  水室
２０  伝熱管
２１  ホットウェル
２２  オフガス系
２３  抽気管
２４  ベント系
２５  逃し系
２６  ドレン系
２７  ドレンポンプ
２８  低圧ヒータドレン系
２９  高圧ドレン系
３０  バランス管
３１  隙間
３２  入口
３３  出口
３４  器内
３５ａ１，３５ａ２，…  集音マイク
３６  音響収集部
３７  増幅器
３８  Ａ／Ｄ変換器
３９  パソコン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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