(57)【要約】【課題】蒸気ドラム等の貯留容器内部に貯留されている貯留物の貯留容器内の貯留高さを、貯留容器外部から非接触で測定する非接触貯留物高さ測定器及び測定方法を提供する。【解決手段】本発明による非接触貯留物高さ測定器１０における放射線透過量測定器は、放射線線源部２０から貯留容器に向けて放射線を出射して、貯留容器を透過した放射線透過量を放射線検出部２２を用いて検出する。昇降機構１６は、放射線線源部２０及び放射線検出部２２を同期して昇降動作を行う。昇降高さ計測器１４Ａ、１４Ｂは、放射線透過量測定器における放射線線源部２０及び放射線検出部２２の昇降高さを計測する。貯留高さ演算器１８は、放射線透過量と昇降高さとに基づいて貯留物の貯留容器内の貯留高さを演算する。【選択図】図２
2015132477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線線源部及び放射線検出部を有する放射線透過量測定器と、
前記放射線線源部と前記放射線検出部とを昇降させる昇降機構と、
昇降高さ計測器と、
貯留高さ演算器と、
を備え、
前記放射線透過量測定器は、前記放射線線源部から貯留容器に向けて放射線を出射して、前記貯留容器を透過した放射線透過量を前記放射線検出部を用いて検出し、
前記昇降機構は、前記放射線線源部及び前記放射線検出部の昇降動作を同期して行い、
前記昇降高さ計測器は、前記放射線透過量測定器における前記放射線線源部及び前記放射線検出部の昇降高さを計測し、
前記貯留高さ演算器は、前記放射線透過量と前記昇降高さとに基づいて貯留物の貯留容器内の貯留高さを演算する
非接触貯留物高さ測定器。
【請求項２】
前記放射線はガンマ線又は中性子線である
請求項１に記載の非接触貯留物高さ測定器。
【請求項３】
前記貯留高さ演算器は、放射線透過量の閾値と前記検出した放射線透過量とを比較して前記貯留物の貯留高さを演算する
請求項１又は２に記載の非接触貯留物高さ測定器。
【請求項４】
前記貯留高さ演算器は、前記昇降高さ毎の前記放射線透過量の変化量に基づいて前記貯留物の貯留高さを演算する
請求項１又は２に記載の非接触貯留物高さ測定器。
【請求項５】
前記貯留高さ演算器は、前記昇降高さ毎に前記放射線透過量の値を曲線で表した際の変曲点に基づいて前記貯留物の貯留高さを演算する
請求項１又は２に記載の非接触貯留物高さ測定器。
【請求項６】
前記貯留高さ演算器は、
前記放射線線源部及び前記放射線検出部との間に放射線の減衰対象物を配置しない場合の放射線透過量及びバックグランドの放射線透過量の範囲を基準範囲とし、前記検出した放射線透過量の割合を放射線減衰率として算出し、
前記貯留高さを演算するに際し、前記放射線透過量に代えて前記算出した放射線減衰率を用いて前記貯留物の貯留高さを演算する
請求項３乃至５のいずれかに記載の非接触貯留物高さ測定器。
【請求項７】
前記貯留高さ演算器は、前記放射線透過量を複数回検出して平均値を算出し、当該平均値を用いて前記貯留物の貯留高さを演算する
請求項１乃至６のいずれかに記載の非接触貯留物高さ測定器。
【請求項８】
放射線透過量測定器が、放射線線源部から貯留容器に向けて放射線を出射して、前記貯留容器を透過した放射線透過量を放射線検出部を用いて検出する工程と、
昇降機構が、前記放射線線源部及び前記放射線検出部の昇降動作を同期して行う工程と、
昇降高さ計測器が、前記放射線線源部及び前記放射線検出部の昇降高さを計測する工程と、
貯留高さ演算器が、前記放射線透過量と前記昇降高さとに基づいて前記貯留容器内に貯留されている貯留物の貯留容器内の貯留高さを演算する工程と、
を含む非接触貯留物高さ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯留容器内部に貯留されている貯留物の貯留高さを、貯留容器外部から非接触で測定する非接触貯留物高さ測定器及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気プラントに用いられる蒸気ドラム内の水位は、所謂空釜焚きの防止やキャリーオーバーによる蒸気純度の低下を防止すること、更には効率の良い運転を行うために、厳密に監視して管理することが求められている。従来蒸気ドラム内の水位検出器は、蒸気側導入管（上部）と水側導入管（下部）との間の差圧を測定することにより水位を得ている。
【０００３】
しかし、蒸気ドラム内にはボイラから断続的に蒸気や水が流れ込むために、これらの流量が多い場合には水側導入管に水流による動圧が加わる。この動圧の影響により、水位検出器が実際の水位よりも高く検出したり、低く検出してしまうことがある。
【０００４】
また、蒸気側導入管に水が入ってしまうと、水のヘッド圧が上昇して水位を誤って検出してしまうことがある。このように、従来の水位検出器を用いた水位測定では、検出した水位が正確に蒸気ドラム内の水位を測定しているのか、或いは逐次変動する動圧の影響を受けているのか、更には水位計の精度が低下しているのか、区別がつかないという不具合を生じていた。
【０００５】
特許文献１（特開昭６０−１５９５０２号公報）には、蒸気ドラムの水位を、少ない偏差で短時間に安定させる水位制御方法の発明が掲載されている。特許文献１の水位制御方法で用いている蒸気ドラムの水位検出器は、蒸気ドラム内の上部と下部との間の圧力差を測定する、差圧式の水位検出器である。
【０００６】
一方、従来の放射線透過量測定器を用いた貯留容器内の液面測定方法として、図１５や図１６に示す方法が知られている。図１５は、貯留容器９０内に貯留されている水３１の液面に対して斜めに放射線を出射して、放射線透過量に応じて水位を計算する従来の方法を示す図である。図１６は、貯留容器９０内に貯留されている液体の液面に対して水平に放射線を出射して、放射線透過量に応じて水３１が所定のレベルよりも上にあるのか、下にあるのかを判断する従来の方法を示す図である。
【０００７】
図１５及び図１６に示す放射線透過量測定器は、放射線線源部２０から貯留容器９０に向けて放射線を出射して、貯留容器９０を透過した放射線透過量を放射線検出部２２を用いて検出している。
【０００８】
図１５に示す従来の水位の測定方法では、水３１を透過する放射線透過量に対して、貯留容器９０を透過する際の放射線透過量の減少による影響が大きいために、単一の型式の貯留容器９０内の貯留物の貯留高さの測定にしか用いることができない。特に蒸気ドラムのように、蒸気プラント毎に大きさや構造物の厚さ、内部構造、容積が異なる測定対象物に対しては、個々に厳密な校正が必要になってしまう。そのため、多種多様な蒸気ドラムに対して、運転中に放射線透過量測定器を持ち込んで短時間のうちに貯留物の貯留高さの測定を行うような用途には適していない。
【０００９】
図１６に示す従来の水位の判断方法では、水３１が所定のレベルよりも上にあるのか、又は下にあるのかを判断することはできるが、実際の水位がどこにあるかを知ることができない。そのため、運転中の蒸気ドラムの水位を測定する用途には適さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６０−１５９５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、蒸気ドラム等の貯留容器内部に貯留されている貯留物の貯留高さを、貯留容器外部から非接触で測定する、非接触貯留物高さ測定器及び測定方法を提供することである。また、既設の水位検出器を運転中に校正することが可能な、非接触貯留物高さ測定器及び測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１３】
本発明による非接触貯留物高さ測定器（１０、１１０）は、放射線線源部（２０）及び放射線検出部（２２）を有する放射線透過量測定器と、放射線線源部（２０）と放射線検出部（２２）とを昇降させる昇降機構（１６、１１６）と、昇降高さ計測器（１４Ａ、１４Ｂ、１１４）と、貯留高さ演算器（１８、１１８）とを備える。放射線透過量測定器は、放射線線源部（２０）から貯留容器（３０）向けて放射線を出射して、貯留容器（３０）を透過した放射線透過量を放射線検出部（２２）を用いて検出する。昇降機構（１６、１１６）は、放射線線源部（２０）及び放射線検出部（２２）の昇降動作を同期して行う。昇降高さ計測器（１４Ａ、１４Ｂ、１１４）は、放射線透過量測定器における放射線線源部（２０）及び放射線検出部（２２）の昇降高さを計測する。貯留高さ演算器（１８、１１８）は、放射線透過量と昇降高さとに基づいて貯留物の貯留容器内の貯留高さを演算する。
【００１４】
放射線透過量測定器が測定に用いる放射線は、ガンマ線又は中性子線である。
【００１５】
貯留高さ演算器（１８、１１８）は、放射線透過量の閾値と検出した放射線透過量とを比較して貯留物の貯留高さを演算する。
【００１６】
貯留高さ演算器（１８、１１８）は、昇降高さ毎の放射線透過量の変化量に基づいて貯留物の貯留高さを演算する。
【００１７】
貯留高さ演算器（１８、１１８）は、昇降高さ毎に放射線透過量の値を曲線で表した際の変曲点に基づいて貯留物の貯留高さを演算する。
【００１８】
貯留高さ演算器（１８、１１８）は、放射線線源部（２０）及び放射線検出部（２２）との間に、放射線の減衰対象物を配置しない場合の放射線透過量及びバックグランドの放射線透過量の範囲を基準範囲とし、検出した放射線透過量の割合を放射線減衰率として算出する。そして、貯留高さを演算するに際し、放射線透過量に代えて前記算出した放射線減衰率を用いて貯留物の貯留高さを演算する。
【００１９】
貯留高さ演算器（１８、１１８）は、放射線透過量を複数回検出して平均値を算出し、当該平均値を用いて貯留物の貯留高さを演算する。
【００２０】
本発明に係る非接触貯留物高さ測定方法は、放射線透過量測定器が、放射線線源部（２０）から貯留容器（３０）に向けて放射線を出射して、貯留容器（３０）を透過した放射線透過量を放射線検出部（２２）を用いて検出する工程と、昇降機構（１６、１１６）が、放射線線源部（２０）及び放射線検出部（２２）の昇降動作を同期して行う工程とを含む。更に、昇降高さ計測器（１４Ａ、１４Ｂ、１１４）が、放射線線源部（２０）及び放射線検出部（２２）の昇降高さを計測する工程と、貯留高さ演算器（１８、１１８）が、放射線透過量と昇降高さとに基づいて貯留容器（３０）内に貯留されている貯留物の貯留高さを演算する工程とを含む。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る非接触貯留物高さ測定器及び測定方法を用いることによって、運転中の蒸気ドラム等の貯留容器内部に貯留されている貯留物の貯留高さを、貯留容器外部から非接触で測定することができる。また、本発明に係る非接触貯留物高さ測定器及び測定方法を用いることによって、既設の水位検出器を校正したり、クロスチェックを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の非接触貯留物高さ測定器を蒸気ドラムの側方に配置した状態を示す図であり、蒸気ドラムを長手方向の側方から観察した側面断面図である。
【図２】図２は、本発明の非接触貯留物高さ測定器を蒸気ドラムの側方に配置した状態を示す図であり、蒸気ドラムを長手方向から観察した図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図３は、測定対象の蒸気ドラムを長手方向から観察した図１におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】図４は、昇降機構及び昇降高さ計測器の他の実施形態を説明する側面図である。
【図５】図５は、本発明の非接触貯留物高さ測定器を用いて貯留容器内部に貯留されている貯留物の高さを測定する方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は、蒸気ドラムの水位を非接触貯留物高さ測定器で測定する状況を模擬的に再現する実験装置の側面図である。
【図７】図７は、放射線線源部と放射線検出部との間隔（測定距離）に対する放射線透過量の関係について表した線図である。
【図８】図８は、照射軸の中心からのズレ量に対する放射線透過量の関係を表した線図である。
【図９】図９は、照射軸の中心からのズレ角度に対する放射線透過量の関係を表した線図である。
【図１０】図１０は、各種の放射線の減衰対象物を設置した場合に検出される放射線透過量を、測定距離毎に表した線図である。
【図１１】図１１は、図１０に示した放射線透過量を放射線減衰率に変換して表した図表である。
【図１２】図１２は、実験に用いた放射線透過量測定器の照射軸と検出窓との関係を表した図である。
【図１３】図１３は、照射軸を水位原点とした場合における、水槽内部に貯留する水の水位と放射線透過量との関係を測定した線図である。
【図１４】図１４は、水位の変動周期が３０分である場合に２０分のインターバルで４回測定を行う実施例を示す図である。
【図１５】図１５は、貯留容器内に貯留されている液体の液面に対して斜めに放射線を出射して水位を計算する従来の方法を示す図である。
【図１６】図１６は、貯留容器内に貯留されている液体の液面に対して水平に放射線を出射して水の有無を判断する従来の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
添付図面を参照して、本発明による非接触貯留物高さ測定器１０を用いて蒸気ドラム３０内に貯留されている水位を測定する実施の形態を以下に説明する。
【００２４】
図１乃至図３を参照して、本発明に係る非接触貯留物高さ測定器１０と、測定対象の蒸気ドラム３０とについて説明する。図１は、非接触貯留物高さ測定器１０を蒸気ドラム３０の側方に配置した状態を示す図であり、蒸気ドラム３０を長手方向の側方から観察した側面断面図である。図２及び図３は、図１に示した蒸気ドラム３０を長手方向から観察したＡ−Ａ矢視断面図、及びＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００２５】
図１乃至図３の測定対象の例として挙げる蒸気ドラム３０は、蒸気プラントにおけるボイラ上部に設けられ、蒸気を取り出すためのボイラ胴（気水胴、上ドラムとも呼ばれる。）である。
【００２６】
蒸気ドラム３０には複数の配管３２と、蒸気側導入管４１と、水側導入管４２と、差圧式水位計４０Ｎ、４０Ｓとが接続されている。蒸気ドラム３０の内部には、下バッフルプレート３４、上バッフルプレート３６、気水分離機３８が配置されている。蒸気ドラム３０の内部には、水３１が上限水位（ＮＷＬ＋２００）及び下限値水位（ＮＷＬ−８０）の間になるように貯留されている。蒸気ドラム３０の胴部外周には、保温材や外装材（不図示）が取り付けられている。また、蒸気ドラム３０の側方下部には、非接触貯留物高さ測定器１０を設置するための足場９が設置されている。
【００２７】
蒸気ドラム３０は、金属製の円筒形をした圧力容器である。蒸気ドラム３０に接続されている複数の配管３２は、給水管、飽和蒸気排出管、安全弁、降水管、緩熱管等から構成される。蒸気側導入管４１及び水側導入管４２は差圧式水位計４０Ｎ、４０Ｓにそれぞれ接続されている。差圧式水位計４０Ｎ、４０Ｓは、蒸気ドラム３０内に貯留されている水３１の水位を常時計測する機器である。
【００２８】
差圧式水位計４０Ｎ、４０Ｓは、蒸気側導入管４１及び水側導入管４２を介して蒸気ドラム３０の内部に接続されており、蒸気側導入管４１及び水側導入管４２の圧力差を測定して蒸気ドラム３０内に貯留されている水３１の水位を計測する。なお、蒸気プラントが運転中である場合には、特に下バッフルプレート３４を配置してある部位における水３１の内部又は水面上には、沸騰による気泡が多く存在する。また、蒸気ドラム３０内において、水流により水位が傾斜していることも考えられる。
【００２９】
蒸気ドラム３０内は、蒸気プラントの運転中は高温高圧の状態が続くので、構造が簡単で信頼性の高いガラス管式の水位計は用いることができない。そのため、差圧式水位計４０Ｎ、４０Ｓが用いられる。
【００３０】
蒸気ドラム３０の内部に配置されている下バッフルプレート３４、上バッフルプレート３６、気水分離機３８は、沸騰する水と蒸気とを分離して、蒸気のみを上部の配管３２から取り出すための機器である。
【００３１】
図１及び図２に示す非接触貯留物高さ測定器１０は、定期検査時等において差圧式水位計４０Ｎ、４０Ｓを校正する必要が生じた際に、測定対象の貯留容器（図１及び図２に示す実施例では、蒸気ドラム３０。）の両側方に対向して配置して、貯留容器内に貯留されている水３１の水位を非接触で測定する機器である。また、非接触貯留物高さ測定器１０は、放射線透過量測定器の放射線線源部２０及び放射線検出部２２の昇降を同期させると共に、放射線透過量測定器の昇降高さを計測することが可能な構成を有している。
【００３２】
非接触貯留物高さ測定器１０は、一対のベース１１、コラム１２、昇降高さ計測器１４Ａ、１４Ｂ、及び昇降機構１６を備えている。また、非接触貯留物高さ測定器１０は、貯留高さ演算器１８と、表示部１９と、放射線線源部２０と、放射線検出部２２とを備えている。
【００３３】
非接触貯留物高さ測定器１０は、ベース１１に対して鉛直に固定されたコラム１２を有している。ベース１１には、コラム１２を鉛直に立設させるための整準台と水準器を備えることが好ましい。
【００３４】
コラム１２は、昇降機構１６を鉛直方向に昇降可能に案内するガイドを有している。２つの昇降機構１６にはそれぞれ駆動機構が備わっており、貯留高さ演算器１８の指示に基づいて、同期した昇降動作を行うことができる。
【００３５】
また、コラム１２には非接触スケール等の昇降高さ計測器１４Ａが配置され、昇降機構１６には、読み取りヘッド等の昇降高さ計測器１４Ｂが配置されている。昇降高さ計測器１４Ａ、１４Ｂを用いることによって、ベース１１又はコラム１２に対する昇降機構１６の昇降高さを計測して、その結果を貯留高さ演算器１８に出力することができる。
【００３６】
貯留高さ演算器１８は、取得した昇降機構１６の昇降高さを用いて駆動機構を駆動制御する。なお、昇降機構１６の駆動機構としてステッピングモータなどのオープンループの駆動・位置決め機構を用いる場合には、昇降高さ計測器１４Ａ、１４Ｂを省略して、代わりに原点センサなどを配置する。
【００３７】
表示部１９は、貯留高さ演算器１８の指示に基づき、非接触貯留物高さ測定器１０における各種設定情報や測定結果を表示する。また、タッチパネルとして利用者から情報や指令を入力することもできる。
【００３８】
蒸気ドラム３０の両側方に配置されている一対の非接触貯留物高さ測定器１０のうち、一方の昇降機構１６には、放射線を出射する放射線線源部２０が配置されている。他方の昇降機構１６には、放射線線源部２０が出射して貯留容器内（蒸気ドラム３０内）を透過した放射線透過量を検出する放射線検出部２２が配置されている。
【００３９】
放射線線源部２０から出射された放射線は、蒸気ドラム３０の側壁、貯留されている水３１、蒸気ドラム３０内の配管や下バッフルプレート３４等の構造物等を透過して、放射線検出部２２が検出する。このとき、水３１が有る場合と無い場合とで、放射線の透過量が異なることから、放射線線源部２０及び放射線検出部２２から構成される放射線透過量測定器の高さを変更しながら放射線透過量を検出することによって、運転中の蒸気ドラム３０内に貯留されている水３１の水位を、蒸気ドラム３０の外部から非接触で測定することができる。そして、差圧式水位計４０Ｎ、４０Ｓの校正などに用いることができる。
【００４０】
図１乃至図３に示すように、蒸気ドラム３０の内部には複数の構造物が存在する。本発明による非接触貯留物高さ測定器１０では、蒸気ドラム３０の外壁や下バッフルプレート３４程度の構造物が存在しても、水３１の水位を測定することができる。しかし、他の配管３２やブラケット類が多く存在する場合には、水位の測定誤差が大きくなることが予測されるので、予め蒸気ドラム３０の図面を参照して、構造物の影響を受けにくい複数の設置位置８（測定範囲）を設定しておくことが好ましい。
【００４１】
放射線透過量測定器に用いる放射線として、ガンマ線や中性子線を用いることができる。ガンマ線を用いた放射線透過量測定器として、表示付認証機器が市販されている。この放射線透過量測定器は、放射線取扱責任者の要求が無く、管理区域設定も不要で、安全性や作業性及び入手性に優れている。中性子線を用いた放射線透過量測定器では、中性子線が密度の高い物質は透過し、水に吸収され易いことから、構造物内の水位測定には有利である。
【００４２】
なお、非接触で貯留容器の内部に存在する気泡や貯留物の貯留高さを測定する方法として、超音波を用いた測定や打音による測定が考えられる。しかしながら、音波を用いる方法では、蒸気ドラム３０の内部構造の影響を大きく受けることや、蒸気ドラム３０の外周に取り付けられている保温材や外装材を剥がしてから測定を行う必要がある。そのため、測定対象物毎に厳密な校正や下準備が必要となる。従って、作業性の面で問題がある。
【００４３】
次に、図４を用いて昇降機構及び昇降高さ計測器の他の実施形態を説明する。図１及び図２では、直動型の昇降機構１６と昇降高さ計測器１４Ａ、１４Ｂを用いた非接触貯留物高さ測定器１０の実施形態を示した。貯留容器内に貯留されている貯留物の貯留物高さの範囲が限定されている場合には、図４に示すようなパンタグラフ式の昇降機構１１６や、ステッピングモータ１１７を用いた非接触貯留物高さ測定器１１０を用いることができる。
【００４４】
図４に示す非接触貯留物高さ測定器１１０は、足場９上に配置され、放射線透過量測定器の放射線線源部２０及び放射線検出部２２を同期して昇降させると共に、放射線透過量測定器の昇降高さを計測する機器である。
【００４５】
非接触貯留物高さ測定器１１０は、昇降機構１１６と、ステッピングモータ１１７と、昇降高さ計測器１１４と、パルスジェネレータ１１５と、貯留高さ演算器１１８と、表示部１９とを備えている。
【００４６】
昇降機構１１６は、パンタグラフ式の昇降案内機構と、ステッピングモータ１１７を含む駆動機構とを有している。ステッピングモータ１１７をパルス駆動することによって、パルス数に応じた昇降動作を行って、放射線透過量測定器を所定の昇降高さに設定することができる。
【００４７】
パルスジェネレータ１１５は、貯留高さ演算器１１８から取得したパルス数に応じてステッピングモータ１１７の駆動パルスを生成する。そして、駆動パルスをステッピングモータ１１７に出力する。
【００４８】
昇降高さ計測器１１４は、貯留高さ演算器１１８から駆動パルスを取得して積算し、昇降高さを記憶するカウンタである。
【００４９】
貯留高さ演算器１１８は、パルスジェネレータ１１５及び昇降高さ計測器１１４に対して昇降量に応じたパルスを出力する。また、貯留高さ演算器１１８は、昇降高さ計測器１１４から昇降高さを取得することができる。
【００５０】
表示部１９は、貯留高さ演算器１１８の指示に基づき、非接触貯留物高さ測定器１１０における各種設定情報や測定結果を表示する。また、タッチパネルとして利用者から情報や指令を入力することができる。
【００５１】
貯留容器内に貯留されている貯留物の貯留物高さの範囲が限定されている場合には、図４に示すようなコンパクトな昇降機構１１６を用いることで、非接触貯留物高さ測定器１１０を小型化することができる。また、図２に示したリニアスケール等の昇降高さ計測器１４Ａ、１４Ｂに代えて、積算式のカウンタから構成される昇降高さ計測器１１４を用いることによって、構成を簡素化することができる。
【００５２】
次に、図５を用いて、本発明の非接触貯留物高さ測定器を用いた貯留物の高さの測定方法について説明する。図５は、貯留容器内部に貯留されている貯留物の高さの測定方法を示すフローチャートである。
【００５３】
ステップＳ１０「昇降機構を測定上端に移動」にて貯留高さ演算器１８は、双方の昇降機構１６を測定上端に移動させる指示を出力する。測定上端は、昇降機構１６の上昇端を用いることもできるし、これ以上の高さに貯留物が存在しないという上限を予め設定しておくこともできる。
【００５４】
ステップＳ１２「昇降機構を所定量下降させる」にて貯留高さ演算器１８は、双方の昇降機構１６を同期させた状態で、所定の距離（測定ピッチ）下降させて停止させる指示を出力する。
【００５５】
ステップＳ１４「放射線透過量の検出・記録」にて貯留高さ演算器１８は、双方の昇降機構１６を停止させた状態で、放射線線源部２０から放射線を出射し、蒸気ドラム３０を透過した放射線を、放射線検出部２２を用いて検出する。そして、検出した放射線透過量と昇降機構１６の高さとを関連付けて、貯留高さ演算器１８内に配置されている記憶装置に記録する。なお、ここでは、放射線透過量を複数回検出して平均値を算出し、当該平均値を用いて貯留物の貯留高さを演算することもできる。
【００５６】
ステップＳ１６「貯留物の貯留高さの演算（Ａ）」にて貯留高さ演算器１８は、Ｓ１４にて検出した放射線透過量を用いて貯留高さの演算を行う。例えば、貯留高さの演算方法として以下に示すＣａｓｅ１〜３の演算方法が考えられる。
（Ｃａｓｅ１）
予め設定した放射線透過量の閾値と、Ｓ１４にて検出した放射線透過量とを比較して、閾値よりも放射線透過量が少ない場合に貯留物が存在すると判断して、前回の昇降高さと今回の昇降高さとの間に貯留物の上端が存在すると判断する演算方法。
（Ｃａｓｅ２）
昇降高さ毎の放射線透過量の変化量を算出して、当該算出した変化量と予め設定した変化量の閾値とを比較して、閾値よりも変化量が大きい場合に貯留物が存在すると判断して、前回の昇降高さと今回の昇降高さとの間に貯留物の上端が存在すると判断する演算方法。
（Ｃａｓｅ３）
昇降高さ毎の放射線透過量の値を曲線で表し、この曲線の変曲点を算出して、この変曲点における昇降高さを貯留物の貯留高さと判断する演算方法。
【００５７】
上記の（Ｃａｓｅ１）の演算方法を用いる場合には、ステップＳ１６では、放射線透過量の閾値と放射線透過量とを比較して、閾値よりも放射線透過量が少ない場合には、貯留物が存在すると判断する。そして、前回の昇降高さと今回の昇降高さとの間に貯留物の上端が存在すると判断する。
【００５８】
また、上記の（Ｃａｓｅ２）の演算方法を用いる場合には、ステップＳ１６では、昇降高さ毎の放射線透過量の変化量を算出して、算出した変化量と予め設定した変化量の閾値とを比較して、閾値よりも変化量が大きい場合には、貯留物が存在すると判断する。そして、例えば前回の昇降高さと今回の昇降高さとの間に貯留物の上端が存在すると判断する。
【００５９】
なお、上記の（Ｃａｓｅ３）の演算方法を用いる場合には、ステップＳ１６では演算を行わずに、後段のステップＳ２０で演算を行う。
【００６０】
ステップＳ１８「測定下端？」にて貯留高さ演算器１８は、昇降機構１６の昇降高さが測定下端に到達しているか否かの判断を行う。昇降機構１６の昇降高さが測定下端に到達していない場合には、ステップＳ１２に分岐して戻り、再び放射線透過量の検出を行う。また、昇降機構１６の昇降高さが測定下端に到達している場合には、放射線透過量の測定を終了してステップＳ２０に進む。
【００６１】
ステップＳ２０「貯留物の貯留高さの演算（Ｂ）」にて貯留高さ演算器１８は、ステップＳ１４にて検出した放射線透過量を用いて、（Ｃａｓｅ３）の演算方法で貯留高さの演算を行う。なお、上記の（Ｃａｓｅ１）及び（Ｃａｓｅ２）の演算方法を用いる場合には、ステップＳ２０では貯留高さの演算は行わない。
【００６２】
ステップＳ２０にて貯留高さ演算器１８は、ステップＳ１４にて検出した放射線透過量を用いて、昇降高さ毎の放射線透過量の値を曲線で表し、この曲線の変曲点を算出する。そして、この変曲点における昇降高さを得て、この昇降高さを貯留物の貯留高さとする。
【００６３】
ステップＳ２２「貯留物の貯留高さの表示・出力」にて貯留高さ演算器１８は、ステップＳ１６又はステップＳ２０にて演算した貯留物の貯留高さを、表示部１９に表示する。また、図示しない出力手段を介して、貯留物の貯留高さ等の情報を他の機器に出力することができる。
【００６４】
次に、図６乃至図１３を用いて蒸気ドラム３０内に貯留されている水３１を模した実験装置５０を用いて、放射線透過量測定の実験を行った結果について説明する。
【００６５】
図６は、蒸気ドラム３０の水位を非接触貯留物高さ測定器で測定する状況を模擬的に再現する実験装置５０の側面図である。実験テーブル５１の上面には左側から順に、放射線線源部２０と、蒸気ドラム３０の外装材３０Ｃ、保温材３０Ｂ、側壁３０Ａ、及び下バッフルプレート３４と、水槽５２と、蒸気ドラム３０の下バッフルプレート３４、側壁３０Ａ、保温材３０Ｂ、及び外装材３０Ｃと、放射線検出部２２とを配置してある。また、水槽５２の内部には水３１を貯留し、水槽５２の底部には発泡管５６を配置してある。発泡管５６には、コンプレッサー５４が接続されている。
【００６６】
なお、図６乃至図１３に示す実験装置では、放射線透過量測定器として、シンチレーション検出器を用いたナノグレイ社製のガンマ線レベル計ＴＨ−１００を用いた。
【００６７】
水槽５２は、蒸気ドラム３０内に貯留されている貯留物に相当する水３１を貯留する部位である。水槽５２として、発泡スチロールの容器を用いて実験を行った。水槽５２の底部に配置されている発泡管５６は、蒸気ドラム３０内で沸騰により発生する気泡５８を模擬的に再現するために、多孔を形成した配管である。コンプレッサー５４は、発泡管５６を介して水槽５２の内部に圧縮空気を圧送する機器である。
【００６８】
実験では、放射線線源部２０と放射線検出部２２との間隔を、実在する蒸気ドラム３０の幅に適合するように２０００ｍｍ〜４０００ｍｍまで１０００ｍｍ毎に変化させて、測定距離に対する放射線（ガンマ線）の放射線透過量を検出した。また、放射線線源部２０と放射線検出部２２との照射軸６０を平行にずらした際の放射線透過量の検出と、角度差を付けた際の放射線透過量の検出とを行った。また、水槽５２内に貯留した水３１の水位を変更して、水位と放射線透過量との関係を測定した。また、水槽５２の底部に配置されている発泡管５６の多孔から空気を噴出させて、気泡５８の存在による放射線透過量への影響を測定した。
【００６９】
先ず、図７を参照して、放射線線源部２０と放射線検出部２２との間隔を変化させた際の、測定距離に対する放射線透過量の測定結果について説明する。図７は、放射線線源部２０と放射線検出部２２との間の間隔（測定距離）と、放射線透過量との関係について表した線図である。図７に示す測定では、測定距離と放射線透過量との関係を確認することが目的であるために、図６に示した外装材３０Ｃ、保温材３０Ｂ、側壁３０Ａ、下バッフルプレート３４、及び水槽５２等の放射線の減衰対象物は配置しておらず、放射線線源部２０から出射された放射線は、直接放射線検出部２２に到達している。
【００７０】
図７に示す線図の縦軸は、放射線線源部２０と放射線検出部２２とを用いて検出した放射線透過量である。また、図７に示す線図の横軸は、放射線線源部２０と放射線検出部２２との間の間隔（測定距離）である。図７では、説明の都合上、測定距離が２０００ｍｍのときの放射線透過量を基準として、測定距離の二乗に反比例する曲線を推定値として表してある。
【００７１】
一般に、放射線透過量は、放射線線源部２０と放射線検出部２２との間隔（測定距離）の二乗に反比例することが知られている。図７に示す実験結果は、推定値の曲線に沿った結果となっている。
【００７２】
次に、図８を参照して、放射線線源部２０と放射線検出部２２との照射軸６０を平行にずらした際の放射線透過量の測定結果について説明する。図８は、照射軸６０の中心からのズレ量（横軸）に対する放射線透過量（縦軸）の関係を表した線図である。図８に示す測定においても、図６に示した外装材３０Ｃ、保温材３０Ｂ、側壁３０Ａ、下バッフルプレート３４、及び水槽５２等の放射線の減衰対象物は配置していない。
【００７３】
図８に示すように、放射線線源部２０と放射線検出部２２との照射軸６０のズレ量が５０ｍｍ以下の場合には、放射線透過量に大きな変化は無いが、５０ｍｍを超えると放射線透過量が減少する。従って、放射線線源部２０と放射線検出部２２との照射軸６０のズレ量は、５０ｍｍになるように調整して設置することが好ましい。
【００７４】
次に、図９を参照して、放射線線源部２０と放射線検出部２２との照射軸６０の角度をずらした際の放射線透過量の測定結果について説明する。図９は、照射軸６０の中心からのズレ角度（横軸）に対する放射線透過量（縦軸）の関係を表した線図である。図９に示す測定においても、図６に示した外装材３０Ｃ、保温材３０Ｂ、側壁３０Ａ、下バッフルプレート３４、及び水槽５２等の放射線の減衰対象物は配置していない。
【００７５】
図９に示すように、放射線線源部２０と放射線検出部２２との照射軸６０のズレ角度による放射線透過量には、大きな変化は無いことが判る。従って、放射線線源部２０と放射線検出部２２との照射軸６０のズレ角度は３０°以内、より好ましくは１０°以内に設定すれば十分である。
【００７６】
次に、図１０を参照して、図６に示した外装材３０Ｃ、保温材３０Ｂ、側壁３０Ａ、下バッフルプレート３４、及び水３１等の放射線の減衰対象物を配置した場合の放射線透過量について説明する。図１０は、各種の放射線の減衰対象物を設置した場合（横軸）に検出される放射線透過量（縦軸）を、測定距離毎に表した線図である。
【００７７】
図１０に示すように、放射線の減衰対象物が存在しない状態に対して、外装材３０Ｃ、保温材３０Ｂ、及び側壁３０Ａの放射線の減衰対象物を配置すると、放射線透過量が大きく減少することが判る。また、更に下バッフルプレート３４を追加配置すると、若干放射線透過量が減少することが判る。また、水槽５２内に水３１を貯留すると、略バックグランド（大気レベル）まで大きく放射線透過量が減少することが判る。
【００７８】
そのため、８０〜１００Ｃｏｕｎｔ／ｓｅｃ付近に放射線透過量の閾値を設定することによって、２０００〜４０００ｍｍの測定距離において水３１の存在を非接触で検出することができることが判る。
【００７９】
また、図１０に示す各測定距離において、放射線の減衰対象物を配置しない場合の放射線透過量を基準（０％）とし、バックグランド（大気レベル）の放射線透過量（６０Ｃｏｕｎｔ／ｓｅｃ）を１００％とする基準範囲を設定してみることにする。すると、外装材３０Ｃ、保温材３０Ｂ、及び側壁３０Ａの放射線の減衰対象物を配置した場合の放射線透過量と、これに下バッフルプレート３４を加えた場合の放射線透過量と、更に水槽５２の内部に水３１を貯留させた場合の放射線透過量との関係は、比例関係があるように読み取ることができる。
【００８０】
そこで、放射線の減衰対象物を配置しない場合の放射線透過量を基準（０％）として、各種の放射線の減衰対象物を配置した場合の放射線透過量の割合を「放射線減衰率」と定義して、各種の放射線の減衰対象物を設置した場合（横軸）に検出される放射線減衰率（縦軸）を、測定距離毎に図表に表してみることにする。
【００８１】
図１１は、図１０に示した放射線透過量を放射線減衰率に変換して表した図表である。図１１に示すように、測定距離は異なっても、放射線減衰率は略一致することが判る。従って、放射線透過量を放射線減衰率で管理することによって、貯留容器内における貯留物の貯留高さの演算を容易に精度良く行うことができると考えられる。また、図１１に示されるように、外装材３０Ｃ、保温材３０Ｂ、側壁３０Ａ及び下バッフルプレート３４の放射線の減衰対象物を配置した場合の放射線減衰率と、これらの放射線の減衰対象物に加えて水槽５２の内部に水３１を貯留させた場合の放射線減衰率との差は、３種の平均値で９７％−９１％＝約６％である。この６％の差を検出することによって、貯留容器内における貯留物の貯留高さを演算することができると推測される。
【００８２】
なお、外装材３０Ｃ、保温材３０Ｂ、側壁３０Ａ、下バッフルプレート３４、及び水３１の放射線の減衰対象物に加えて、気泡５８を発生させた状態で測定した場合の放射線透過量は、気泡５８を発生させない状態の放射線透過量に対して約０．１％低下したのみであった。従って、気泡５８の有無は、貯留容器内における貯留物の貯留高さの演算を行うに際して考慮に入れなくても良いと考えられる。
【００８３】
次に、図６に示した実験装置５０を用いて、水槽５２内部に貯留する水３１の水位と放射線透過量との関係を測定した結果について説明する。図１２は、実験に用いた放射線透過量測定器の照射軸６０と検出窓との関係を表した図である。図１３は、照射軸６０を水位原点とした場合における水槽５２内部に貯留する水３１の水位と、放射線透過量との関係を測定した線図である。
【００８４】
図１２を参照して、実験に用いた放射線透過量測定器の検出窓は、照射軸６０を中心とする約６０ｍｍの円形をしている。そこで、水槽５２内部に貯留する水３１の水位を、照射軸６０を水位原点として−８０ｍｍから＋７０ｍｍまで５ｍｍ毎に変えて放射線透過量を測定した。その結果を図１３に示す。なお、図６に示す実験装置５０では水槽５２内に貯留する水３１の水位を変化させているが、本発明の非接触貯留物高さ測定器では、昇降高さを変化させて水位を測定する。
【００８５】
図１３を参照して、水槽５２内部に貯留する水３１の水位を、水位原点に対して−８０ｍｍから＋７０ｍｍまで変えると、放射線透過量はＳ字の曲線を描くことが判る。図１３に示される実験結果によれば、水３１の有無を判断する基準（例えば水位原点以上であるか否かの判断基準。）として、以下の基準を用いることができると考えられる。
（Ｃａｓｅ１）予め放射線透過量又は放射線減衰率の閾値（図１３に示す例では、例えば１５０Ｃｏｕｎｔ／ｓｅｃ）を設定しておき、放射線透過量の閾値と、検出した放射線透過量とを比較して貯留物の貯留高さを演算する。
（Ｃａｓｅ２）昇降高さ毎（図１３に示す例では水位毎）の放射線透過量の変化量を算出して、この算出した変化量と予め設定した変化量の閾値とを比較して貯留物の貯留高さを演算する。
（Ｃａｓｅ３）昇降高さ毎（図１３に示す例では水位毎）の放射線透過量の値を曲線で表し、この曲線の変曲点を算出して、この変曲点における昇降高さを貯留物の貯留高さを求める演算。
【００８６】
なお、昇降高さ毎の放射線透過量の値を表す曲線は、近似曲線や多次の曲線を用いることができる。また（Ｃａｓｅ２）において、昇降高さ毎の放射線透過量の変化量を算出して予め設定した変化量の閾値とを比較する場合には、所定の閾値を超えた昇降高さの範囲を求めて、この昇降高さの範囲の中心を貯留物の貯留高さとして決定する演算を行うこともできる。上記の測定方法を用いることによって、少なくとも３０ｍｍ以内の測定精度で貯留容器内の貯留物の貯留高さを測定することができると推定できる。
【００８７】
次に、図１４を参照して、蒸気ドラム３０内に貯留されている水３１が所定の周期で変動している際の貯留高さの測定方法について説明する。図１４は、水位の変動周期が３０分である場合に２０分のインターバルで４回測定を行う実施例を示す図である。
【００８８】
蒸気ドラム３０内に貯留されている水３１の水位が、例えば３０分の周期で変動していることが判っているとする。その場合には、２０分の周期（インターバル）で４回の放射線透過量を測定して、測定した水位をサイン波で近似する。すると、図１４に示すように、最大水位及び最小水位に加えて平均水位も推定することができる。
【００８９】
図４に示す実施例では、第１回目と第３回目の水位測定が平均水位と一致した実施例を示してあるが、第１回目と第３回目の測定タイミングが平均水位からずれていても、サイン波で近似することができる。
【００９０】
上述したように本発明の非接触貯留物高さ測定器を用いることによって、運転中の蒸気ドラム３０のような大型の貯留容器内に貯留されている水３１の貯留高さを測定して、既設の水位計を校正することができる。
【００９１】
以上、実施の形態を参照して本発明による非接触貯留物高さ測定器及び測定方法を説明したが、本発明による非接触貯留物高さ測定器及び測定方法は上記実施形態に限定されない。上記実施形態に様々の変更を行うことが可能である。上記実施形態に記載された事項と上記他の実施形態に記載された事項とを組み合わせることが可能である。また、上記の実施形態では、鋼製の蒸気ドラム３０内に貯留されている水３１の水位を測定する実施形態について説明したが、他の貯留容器内に貯留されている液体、粉体等の貯留高さの測定に用いることもできる。
【符号の説明】
【００９２】
１０...非接触貯留物高さ測定器
１１...ベース
１２...コラム
１４Ａ、１４Ｂ...昇降高さ計測器
１６...昇降機構
１８...貯留高さ演算器
１９...表示部
２０...放射線線源部
２２...放射線検出部
３０...蒸気ドラム
３０Ａ...側壁
３０Ｂ...保温材
３０Ｃ...外装材
３１...水
３４...下バッフルプレート
３６...上バッフルプレート
３８...気水分離機
４０Ｎ、４０Ｓ...差圧式水位計
５０...実験装置
５１...実験テーブル
５２...水槽
５４...コンプレッサー
５６...発泡管
６０...照射軸
１１０...非接触貯留物高さ測定器
１１６...昇降機構
１１７...ステッピングモータ
１１４...昇降高さ計測器
１１５...パルスジェネレータ
１１８...貯留高さ演算器
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2015132477.tif 000014
【図１３】
2015132477.tif 000015
【図１４】
2015132477.tif 000016
【図１５】
2015132477.tif 000017
【図１６】
2015132477.tif 000018