(57)【要約】【課題】密閉管に加圧・封入した気体の漏洩を正確・確実に検出する。【解決手段】密閉管１の内部には気体Ｇが加圧・封入されている。密閉管１の外周面の部位Ｐ１を加熱し、周方向に１８０°ずれた部位Ｐ２の温度を測定する。部位Ｐ２の温度上昇割合は、内部の気体Ｇの圧力が高いときには、気体Ｇの温度伝導率が小さくなるため、小さくなり、内部の気体Ｇの圧力が低いときには、気体Ｇの温度伝導率が大きくなるため、大きくなる。このため、部位Ｐ２の温度の上昇割合を測定することにより、気体Ｇの漏洩が発生したか否かを検出することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を伝えやすい気体が内部に加圧・封入されている密閉管の外周面のうち、予め設定した特定の第１の部位を加熱手段により加熱し、
前記密閉管の外周面のうち、第１の部位に対して周方向にずれた位置にある第２の部位の温度を測温手段により測定し、
前記密閉管に封入した気体の圧力が予め設定した基準加圧圧力である状態のときに、第１の部位を加熱した際に第２の部位の温度が上昇する状態を示す基準温度上昇特性を予め記憶しておき、
前記測温手段により実測した第２の部位の温度の温度上昇特性と、前記基準温度上昇特性を比較することにより、実測した温度の上昇割合が前記基準温度上昇特性で示す温度の上昇割合よりも大きい場合に、前記密閉管から前記気体が漏洩していると判定することを特徴とする密閉管の気体漏洩検出方法。
【請求項２】
熱を伝えやすい気体が内部に加圧・封入されている密閉管の外周面のうち、予め設定した特定の第１の部位を加熱手段により加熱し、
前記密閉管の外周面のうち、第１の部位に対して軸方向にずれた位置にある第２の部位の温度を測温手段により測定し、
前記密閉管に封入した気体の圧力が予め設定した基準加圧圧力である状態のときに、第１の部位を加熱した際に第２の部位の温度が上昇する状態を示す基準温度上昇特性を予め記憶しておき、
前記測温手段により実測した第２の部位の温度の温度上昇特性と、前記基準温度上昇特性を比較することにより、実測した温度の上昇値が前記基準温度上昇特性で示す温度の上昇値よりも小さい場合に、前記密閉管から前記気体が漏洩していると判定することを特徴とする密閉管の気体漏洩検出方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記密閉管は金属により形成されており、
前記気体は、前記密閉管と同程度に熱を伝える特性を有する気体であることを特徴とする密閉管の気体漏洩検出方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記密閉管はジルカロイにより形成されており、
前記気体はヘリウムであることを特徴とする密閉管の気体漏洩検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉管の気体漏洩検出方法に関し、密閉管の内部に加圧・封入した気体が漏洩したことを正確・確実に検出することができるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
大形の設備機器の一つとして、気体を加圧・封入した多数本の密閉管を、貯溜した水の中に立設したものがある。
更に詳細に説明すると、密閉管は、両端面（上端面及び下端面）が閉塞された金属製の管体であり、その内部空間に、熱を伝達し易い特性を持った気体が加圧・封入されている。この密閉管の内部には、当該設備機器に必要な機能部材（固体）や、この機能部材を支持する支持部材等も配置されている。
このような密閉管は、その軸芯が鉛直方向に向く状態で、貯溜された水の中に立設した状態で多数本が配置される。
【０００３】
このような設備機器において、密閉管にピンホール等の微細な（直径が数μｍ程度の）貫通孔が発生すると、密閉管内に加圧・封入した気体が、貫通孔を介して外部（水中）に漏洩してくる。かかる状態になると、設備機器の機能が低下するため、多数本の密閉管のうち気体漏洩が発生した密閉管を特定して、所定の処置を施す必要がある。
【０００４】
従来では、気体漏洩が発生した密閉管を特定するため、超音波検査を用いていた。つまり、密閉管に微細な貫通孔が発生して気体が漏洩すると、密閉管の外部に存在する水が、貫通孔を介して密閉管の内部に侵入してきて密閉管の底部に溜まる。
したがって、密閉管の底部に水が溜まっているか否かを、超音波検査により判定していた。
その具体的手法を、図８及び図９を参照して説明する。
【０００５】
図８及び図９は密閉管１の底部を水平方向に破断した断面図である。密閉管１は金属（例えばジルカロイ）で形成された管体であり、密閉管１の内部には熱を伝えやすい例えばヘリウムＨｅなどの気体Ｇが加圧・封入されている。封入圧力は例えば４０気圧としている。密閉管１の外部には水Ｗが存在している。
【０００６】
図８は密閉管１に貫通孔が発生しておらず、密閉管１の内部の底部にも気体Ｇが封入されている状態を示し、図９は密閉管１に貫通孔が発生して、密閉管１の内部の底部に水Ｗが溜まった状態を示している。
【０００７】
検査をする場合には、図８及び図９に示すように、密閉管１を間に挟んで、超音波発信部１１と超音波受信部１２を対向して配置する。
図８のように、密閉管１の内部の底部に気体Ｇが封入されている状態では、超音波発信部１１から送出された超音波は、超音波発信部１１と密閉管1との間の水Ｗと、密閉管１と、密閉管1と超音波受信部１２との間の水を主な伝搬経路として伝搬して、超音波受信部１２により受信される。
一方、図９のように、密閉管１の内部の底部に水Ｗが溜まった状態では、超音波発信部１１から送出された超音波は、図８のときと同じ伝搬経路で伝搬するとともに、密閉管１の内部の水Ｗにも侵入する。
【０００８】
このように、図９の状態では、密閉管１の内部の水Ｗにも超音波が侵入するため減衰が大きくなり、超音波受信部１２で受信する受信レベルは、図９の状態では図８の状態に比べて小さくなる。
この結果、超音波受信部１２により受信した超音波の受信レベルを基に、水Ｗが溜まっているか否かを判定することができ、水Ｗが溜まっていると判定できた場合には、密閉管１にピンホール等の貫通孔が発生していると判断していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−１１３８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述したような超音波を使用した検査手法では、密閉管が水中に配置している場合にしか適用することができず、汎用性がないという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記従来技術に鑑み、密閉管にピンホール等の微細な貫通孔が発生して、密閉管内に加圧・封入した気体が外部に漏洩したことを、正確・確実に検出することができ、しかも汎用性がある、密閉管の気体漏洩検出方法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】
【００１２】
上記課題を解決する本発明の構成は、
熱を伝えやすい気体が内部に加圧・封入されている密閉管の外周面のうち、予め設定した特定の第１の部位を加熱手段により加熱し、
前記密閉管の外周面のうち、第１の部位に対して周方向にずれた位置にある第２の部位の温度を測温手段により測定し、
前記密閉管に封入した気体の圧力が予め設定した基準加圧圧力である状態のときに、第１の部位を加熱した際に第２の部位の温度が上昇する状態を示す基準温度上昇特性を予め記憶しておき、
前記測温手段により実測した第２の部位の温度の温度上昇特性と、前記基準温度上昇特性を比較することにより、実測した温度の上昇割合が前記基準温度上昇特性で示す温度の上昇割合よりも大きい場合に、前記密閉管から前記気体が漏洩していると判定することを特徴とする。
【００１３】
また本発明の構成は、
熱を伝えやすい気体が内部に加圧・封入されている密閉管の外周面のうち、予め設定した特定の第１の部位を加熱手段により加熱し、
前記密閉管の外周面のうち、第１の部位に対して軸方向にずれた位置にある第２の部位の温度を測温手段により測定し、
前記密閉管に封入した気体の圧力が予め設定した基準加圧圧力である状態のときに、第１の部位を加熱した際に第２の部位の温度が上昇する状態を示す基準温度上昇特性を予め記憶しておき、
前記測温手段により実測した第２の部位の温度の温度上昇特性と、前記基準温度上昇特性を比較することにより、実測した温度の上昇値が前記基準温度上昇特性で示す温度の上昇値よりも小さい場合に、前記密閉管から前記気体が漏洩していると判定することを特徴とする。
【００１４】
また本発明の構成は、
前記密閉管は金属により形成されており、
前記気体は、前記密閉管と同程度に熱を伝える特性を有する気体であることを特徴とする。
【００１５】
また本発明の構成は、
前記密閉管はジルカロイにより形成されており、
前記気体はヘリウムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、密閉管の内部に加圧・封入した気体の圧力が低下したときには、気体の温度伝導率が上がることや、気体の自然対流が発生しにくくなることに着目して、第１の部位を加熱したときの第２の部位の温度の上昇割合や温度の上昇値を基に、気体の漏洩が発生しているか否かを判定している。
このため、密閉管の内部に加圧・封入した気体が漏洩したことを正確・確実に検出することができ、しかも汎用性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】密閉管を示す横断面図。
【図２】実施例１における温度上昇特性を示す特性図。
【図３】実施例１の具体的構成例を示す構成図。
【図４】実施例１の他の具体的構成例を示す構成図。
【図５】密閉管を示す縦断面図。
【図６】密閉管を示す縦断面図。
【図７】実施例２における温度上昇特性を示す特性図。
【図８】従来手法を示す構成図。
【図９】従来手法を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について、実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例１に係る、密閉管の気体漏洩検出方法の原理手法を、図１を参照して説明する。なお、図１は、密閉管１の上部を水平方向に破断した断面図である。
【００２０】
図１に示す密閉管１は、例えばジルカロイで形成されており、密閉管１の内部には、熱を伝えやすい気体Ｇ、例えばヘリウムＨｅが加圧・封入されている。封入圧力は例えば４０気圧（基準加圧圧力）としている。
【００２１】
密閉管１にピンホール等の微細な貫通孔が発生していない場合には、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力は４０気圧となっている。一方、密閉管１にピンホール等の微細な貫通孔が発生すると、封入していた気体（ヘリウム）Ｇは密閉管１の外部に漏洩し、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力は外部と同じく１気圧となる。
【００２２】
検査をする場合には、密閉管１の外周面のうちの予め設定した特定の部位Ｐ１を、レーザや、抵抗式ヒータや、高周波加熱等の加熱手段を用いて加熱する。
このとき、部位Ｐ１に対して、軸方向位置は同じで周方向に１８０°ずれた位置にある部位Ｐ２において、温度を測定する。温度測定手段としては、サーモグラフィーや、熱電対、抵抗測温体、インピーダンス等の測温手段を用いることができる。
【００２３】
部位Ｐ２における温度は、例えば、図２に示すように、加熱開始時点から時間の経過とともに次第に上昇する。
しかも、図２に示すように、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が１気圧である場合の温度上昇特性（図１において点線で示す特性）と、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が４０気圧である場合の温度上昇特性（図１において実線で示す特性）が、異なっている。
即ち、図２に示すように、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が１気圧である場合の温度の上昇割合は、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が４０気圧である場合の温度の上昇割合よりも大きくなっている。
【００２４】
したがって、部位Ｐ１に加熱を開始した時点における部位Ｐ２の温度と、加熱開始時点から予め決めた基準時間（Ｔ）が経過した時点における部位Ｐ２の温度との差である温度上昇値を検査することにより、密閉管１の内部の気体Ｇが漏洩しているか否か、即ち、密閉管１に貫通孔が発生しているか否かを検出することができる。
つまり、温度上昇値が小さいとき（図２において温度上昇値がｔｅ（４０）であるとき）には、貫通孔の発生がなく気体Ｇの漏洩がないと検出することができ、温度上昇値が大きいとき（図２において温度上昇値がｔｅ（１）であるとき）には、貫通孔が発生して気体Ｇの漏洩があると検出することができる。
【００２５】
ここで、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が１気圧である場合の温度上昇値と、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が４０気圧である場合の温度上昇値が異なる理由を説明する。
【００２６】
部位Ｐ１に入力された熱は、密閉管１を通る経路と、密閉管１の内部に封入された気体（ヘリウム）Ｇを通る経路に分かれて部位Ｐ２に達して、部位Ｐ２の温度が上昇する。
気体（ヘリウム）Ｇの熱伝導率及び比熱は、気体圧力が変化しても変化しない。一方、気体（ヘリウム）Ｇの温度伝導率は、気体圧力が低くなると、大きくなる。ちなみに、熱伝導率をＫ、気体（ヘリウム）Ｇの比熱をｃ、気体（ヘリウム）Ｇの密度をρとすると、温度伝導率αは、次式により表すことができる。
α＝Ｋ／（ｃ×ρ）
【００２７】
上記のように温度伝導率は気体密度（＝気体圧力）に対して反比例するため、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が４０気圧である場合には、気体（ヘリウム）Ｇの温度伝導率αが小さく、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が１気圧である場合には、気体（ヘリウム）Ｇの温度伝導率αが大きくなる。この結果、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が１気圧である場合の温度上昇値は、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が４０気圧である場合の温度上昇値よりも大きくなるのである。
【００２８】
なお上記説明では、加熱開始時点から基準時間Ｔが経過したときの部位Ｐ２の温度上昇値を基に、気体の漏洩が発生しているか否かを判定したが、温度変化特性曲線の形状を観察することにより、気体の漏洩が発生しているか否かを判定するようにしてもよい。
また温度変化特性曲線において加熱を始めてから温度変化が現れるまでの時間を観察することにより、気体の漏洩が発生しているか否かを判定するようにしてもよい。
【００２９】
更に上記説明では、部位Ｐ１と部位Ｐ２が周方向に１８０°ずれているが、部位Ｐ１と部位Ｐ２の周方向の位置ずれ角度は他の角度に設定してもよい。
また、部位Ｐ１，Ｐ２の位置を、軸方向にずらして複数の軸方向位置において温度測定をして、気体の漏洩を検出するようにしてもよい。
更に、部位Ｐ１と部位Ｐ２の周方向のずれ角度を１８０°または他の角度に設定したまま、部位Ｐ１と部位Ｐ２の周方向位置（位相）を変えて温度検出をするようにしてもよい。
【００３０】
図３は実施例１の「密閉管の気体漏洩検出方法」を実現する具体的構成例の一つを示す。図３の例では、密閉管１を間に挟んで、加熱素子２１と測温センサ２２を対向して配置し、加熱素子２１により部位Ｐ１を加熱し、測温センサ２２により部位Ｐ２の温度を測定している。
【００３１】
コントローラ２３は、加熱素子２１により部位Ｐ１を加熱するタイミングや加熱量を制御すると共に、測温センサ２２により検出した部位Ｐ２の温度を取り込む。
【００３２】
処理装置２４には、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が予め設定した基準加圧圧力（４０気圧）である場合の基準温度上昇特性（図１において実線で示す特性）が予め記憶されている。
【００３３】
処理装置２４では、測温センサ２２により実測した部位Ｐ２の温度の温度上昇特性と、予め記憶している基準温度上昇特性（図１において実線で示す特性）とを比較する。
そして、実測した温度の上昇割合が、基準温度上昇特性（図１において実線で示す特性）で示す上昇割合よりも大きい場合には、密閉管１に貫通孔が形成されて気体Ｇが漏洩していると判定する。
具体的には、加熱開始時点から基準時間経過した時点における実測した温度上昇値や、実測した温度の温度変化特性の形状変化割合が、予め記憶されている基準温度上昇特性におけるものよりも大きくなっている場合や、加熱を始めてから実測した温度の変化が現れるまでの時間が、予め記憶されている基準温度上昇特性におけるものよりも短くなっている場合には、密閉管１に貫通孔が形成されて気体Ｇが漏洩していると判定する。
【００３４】
図４は実施例１の「密閉管の気体漏洩検出方法」を実現する具体的構成例の他の例を示す。
図４の例では、レーザ発信装置と赤外線カメラを搭載したセンサ３１と、ミラー３２を備えている。
【００３５】
センサ３１に搭載しているレーザ発信装置から送出したレーザＬを、ミラー３２により反射して、密閉管１の部位Ｐ１に照射している。
このとき、センサ３１に搭載している赤外線カメラにより、密閉管１の部位Ｐ２を撮影して、温度測定をしている。
【００３６】
このようにして部位Ｐ２の温度を実測し、実測した実測温度上昇特性と、基準温度上昇特性を比較することにより、密閉管１に貫通孔が形成されて気体Ｇが漏洩しているか否かを判定することができる。即ち、実測した温度の上昇割合が、基準温度上昇特性（図１において実線で示す特性）で示す上昇割合よりも大きい場合には、密閉管１に貫通孔が形成されて気体Ｇが漏洩していると判定する。
【実施例２】
【００３７】
本発明の実施例２に係る、密閉管の気体漏洩検出方法の原理手法を、図５及び図６を参照して説明する。なお、図５及び図６は、密閉管１の上部を鉛直方向に破断した断面図である。
【００３８】
図５及び図６に示す密閉管１は、例えばジルカロイで形成されており、密閉管１の内部には、熱を伝えやすい気体Ｇ、例えばヘリウムＨｅが加圧・封入されている。封入圧力は例えば４０気圧（基準加圧圧力）としている。
【００３９】
密閉管１にピンホール等の微細な貫通孔が発生していない場合には、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力は４０気圧となっている。図５はこの状態における密閉管１を示している。
一方、密閉管１にピンホール等の微細な貫通孔が発生すると、封入していた気体（ヘリウム）Ｇは密閉管１の外部に漏洩し、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力は外部と同じく１気圧となる。図６はこの状態における密閉管１を示している。
【００４０】
検査をする場合には、密閉管１の外部にある水の水位を下げ、密閉管１の少なくとも上部を大気に晒す状態にする。
そして、外周が大気に晒されている密閉管１の外周面のうちの予め設定した特定の部位Ｐ１１を、レーザや、抵抗式ヒータや、高周波加熱等の加熱手段を用いて加熱する。
このとき、部位Ｐ１１に対して、周方向位置は同じで軸方向にずれた位置にある部位Ｐ１２において、温度を測定する。温度測定手段としては、サーモグラフィーや、熱電対、抵抗測温体、インピーダンス等の測温手段を用いることができる。
【００４１】
部位Ｐ１２における温度は、例えば、図７に示すように、加熱開始時点から時間の経過とともに次第に上昇する。
しかも、図７に示すように、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が１気圧である場合の温度上昇特性（図７において点線で示す特性）と、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が４０気圧である場合の温度上昇特性（図７において実線で示す特性）が、異なっている。
即ち、図７に示すように、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が１気圧である場合の温度の上昇値は、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が４０気圧である場合の温度の上昇値よりも小さくなっている。
【００４２】
したがって、部位Ｐ１１に加熱を開始した時点における部位Ｐ１２の温度と、加熱開始時点から予め決めた基準時間（Ｔ）が経過した時点における部位Ｐ１２の温度との差である温度上昇値を検査することにより、密閉管１の内部の気体Ｇが漏洩しているか否か、即ち、密閉管１に貫通孔が発生しているか否かを検出することができる。
つまり、温度上昇値が大きいときには、貫通孔の発生がなく気体Ｇの漏洩がないと検出することができ、温度上昇値が小さいときには、貫通孔が発生して気体Ｇの漏洩があると検出することができる。
【００４３】
ここで、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が１気圧である場合の温度上昇値と、密閉管１の内部の気体（ヘリウム）Ｇの圧力が４０気圧である場合の温度上昇値が異なる理由を説明する。
【００４４】
部位Ｐ１１に入力された熱は、密閉管１を伝達して部位Ｐ１２に達すると共に、密閉管１の内部に封入された気体（ヘリウム）Ｇが自然対流することにより部位Ｐ１２に達する。
自然対流の起きやすさは、下記に示すレイリー数（Ｒａ）に依存する。
Ｒａ＝（ｇ・β／ν・α）×ΔＴ×Ｌ3
但しｇは重力加速度、βは体積膨張係数、νは動粘性係数、αは温度伝導率、ΔＴは伝熱面と流体との温度差、Ｌは伝熱面の代表長さである。
一般的には、レイリー数Ｒａが１５００を超えると、自然対流が発生する。
【００４５】
動粘性係数νと温度伝導率αの各値は、１気圧のときの値に対して４０気圧のときの値が、約４０倍となる。
このため内部に封入された気体Ｇの圧力が４０気圧となっている健全な密閉管１のレイリー数Ｒａの値は、気体漏洩が発生して封入された気体Ｇの圧力が１気圧となっている漏洩が発生した密閉管１のレイリー数Ｒａの値の１６００倍となる。
ここで、代表長さＬを０．０１ｍ、温度差ΔＴを１０Ｋとすると、内部に封入された気体Ｇの圧力が４０気圧となっている健全な密閉管１のレイリー数Ｒａは約３０，０００となり自然対流が発生する。一方、気体漏洩が発生して封入された気体Ｇの圧力が１気圧となっている漏洩が発生した密閉管１のレイリー数Ｒａは２０となり自然対流は発生しない。
【００４６】
このように、気体Ｇの漏洩が発生していない健全な密閉管１の内部では自然対流が発生するため、部位Ｐ１１を加熱した場合において部位Ｐ１２の温度上昇値は大きくなる。一方、気体Ｇの漏洩が発生している密閉管１の内部では自然対流が発生しないため、部位Ｐ１１を加熱した場合において部位Ｐ１２の温度上昇値は小さくなるのである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
密閉容器としては、金属製の密閉容器に限らず、セラミックスやプラスチックにより形成した密閉容器であっても、本願発明を適用することができる。
密閉容器内に加圧・封入する気体は、ヘリウムＨｅに限らず、熱を伝えやすい気体であれば、水素Ｈ2など、他の気体であっても本願発明を適用することができる。
【００４８】
「熱を伝えやすい気体」とは、密閉容器の材質と同程度に熱を伝える気体であることを意味する。したがって、密閉容器をプラスチックで形成した場合には、熱を伝えやすい気体として例えば空気を採用することができ、この場合であっても、本願発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  密閉管
１１  超音波発信部
１２  超音波受信部
２１  加熱素子
２２  測温センサ
２３  コントローラ
２４  処理装置
３１  センサ
３２  ミラー
Ｇ  気体
Ｗ  水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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