(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の漏れを検出するための装置であって、
金属製のパイプに同軸に、径方向の隙間を空けて取り付けられた金属製の保護ケーシングと、
前記保護ケーシング上の複数の電気接点と、
前記パイプと前記複数の電気接点とに接続された複数の導電体を含み、前記径方向の隙間における電気抵抗を測定するための測定器と
を備え、
前記保護ケーシングは、
それぞれが前記パイプの横方向に曲がった別々の区画を成すアーチ形の金属シートを複数枚含み、
各シートの直線状の端は互いに誘電体製のワッシャーでつながれており、
各シートのアーチ形の端は互いに誘電体製のリングでつながれており、
前記リングは側面に、各シートのアーチ形の端を中に固定するための環状の溝を含み、
前記リングの外周面には各電気接点が取り付けられ、電気コネクタで各シートのアーチ形の端に接続されており、
漏れの位置を正確に特定することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ワッシャーとリングとは断面がＨ字形であることを特徴する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記パイプと前記保護ケーシングとの径方向の隙間には断熱材が充填されていることを特徴する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記シートのアーチ形の端は輪郭が曲がっていることを特徴する請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温水の供給に利用される配管技術に関し、特に原子力発電所の配管の監視を電気的に制御して冷却水の漏れを検出する装置に関する。本発明は、保護ケーシングを備えた断熱管の操作に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
道路または鉄路と交差する配管については現在、金属製の配管とそれを囲む金属製の保護ケーシングとの隙間の電圧を恒久的に制御する電気的な検出システムが知られている（特許文献１参照）。このケーシングは陰極防食装置に接続されている。配管−保護ケーシング対間の電圧が所定の閾値を超えた場合、その電圧の保護ケーシングに沿った勾配が更に測定され、保護ケーシングの空間配置の中での電圧の最高点が、配管と保護ケーシングとの間の電気的な接点として検出される。この技術は、配管と保護ケーシングとの間の電気接点の位置を特定する可能性を与える。
【０００３】
本願が提案する発明に最も近い配管漏れ検出装置は、金属製のパイプに同軸に、径方向の隙間を空けて設置された金属製の保護ケーシング、その保護ケーシングに取り付けられた電気接点、および、パイプと保護ケーシング上の電気接点とに接続された導電体を含み、パイプと保護ケーシングとの径方向の隙間における電気抵抗を測定するための測定器を備えている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ロシア特許第２３１７４７９号明細書
【特許文献２】ロシア特許第２２６４５７８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の電気システムは、金属製の配管とそれを覆う金属製の保護ケーシングとの間の接触を正しく検出し、配管に望ましくない機械的な影響が及ぶ危険を警告する。しかし、この電気システムは、配管と保護ケーシングの全体との間の電圧の変化しか測定しないので、同時に漏れが生じた場合、危険な漏れの位置の特定には役立たない。
【０００６】
特許文献２に開示の装置は、パイプの長手方向の区画の１つに漏れが存在することしか検出できず、しかも、導電体である熱媒体がパイプと保護ケーシングとの隙間を埋めてケーシングとパイプとの間を電気的に接続する場合にしか作動しない。ケーシング内の漏れの位置を特定はしない。漏れが比較的少ない場合、または熱媒体が高温ですぐに蒸発する場合、パイプとケーシングとの隙間に漏れた熱媒体がその隙間を埋めるには不十分な量でしかなければ、このシステムは漏れには反応しない。後者の場合は、冷却材の温度が摂氏３５０度にまで達しうる原子力発電所の配管に典型的である。この配管では更に大口径のパイプが使用されるので、欠陥の修理が困難である。特にパイプが断熱材で覆われている場合、漏れを検出するには、パイプを囲む保護ケーシングのかなりの部分を取り外し、その部分の下から断熱材をすべて剥がす必要がある。それ故、漏れの位置を十分に正確に特定可能であること、すなわち、パイプの径方向だけでなく長手方向においても漏れを制御して、ケーシングの限られた区画でのみ、その下から断熱材を剥がせばすむことが非常に望まれる。パイプの漏れが小さい（すなわち、冷却材の漏れの流量が小さい）場合、冷却材は断熱材の中を径方向にも長手方向にも、すべての方向に均一に広がり始めるので、冷却材の広がりの先端は断熱材の中で球面を成す。パイプの温度は摂氏３５０度に達しうるので、冷却材そのものではなくその蒸気が断熱材に沿って広がり、表面温度が摂氏６０度以下のケーシングまたはその近傍で凝縮する。より詳細に言えば、断熱材は、径方向において冷却材に浸された後、パイプに沿って浸され始めるので、断熱材の全体が湿る前に穴がごく初期段階で検知され、穴の発見が早いほど漏れの検出が正確であることが、とても望まれる。
【０００７】
本発明の目的は、保護ケーシングを複数の区画に分けることにより、それで覆われた断熱管の漏れを更に正確に検出することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的は、以下に述べる、配管の漏れを検出するための装置によって果たされる。この装置は、金属製のパイプに同軸に、径方向の隙間を空けて取り付けられた金属製の保護ケーシングと、この保護ケーシング上の複数の電気接点と、パイプとこれらの電気接点とに接続された複数の導電体を含み、径方向の隙間における電気抵抗を測定するための測定器とを備えている。この保護ケーシングの新規な設計は、それぞれがパイプの横方向に曲がった別々の区画を成すアーチ形の金属シートを複数枚含む。各シートの直線状の端は互いに誘電体製のワッシャーでつながれており、各シートのアーチ形の端は互いに誘電体製のリングでつながれている。リングは側面に、各シートのアーチ形の端を中に固定するための環状の溝を含み、リングの外周面には各電気接点が取り付けられ、電気コネクタで各シートのアーチ形の端に接続されている。
【０００９】
ワッシャーとリングとは断面がＨ字形であってもよい。パイプと保護ケーシングとの径方向の隙間には断熱材が充填されていてもよい。シートのアーチ形の端は輪郭が曲がっていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
保護ケーシングが、パイプの横方向に曲がったアーチ形の金属シートをつなげた設計であることにより、検出されたパイプの穴に径方向において最も近い保護ケーシングの区画とその下の断熱材とを取り外すだけで、その穴の生じたパイプの側面部分からすぐに漏れの箇所を扱うことができる。
【００１１】
保護ケーシングでは、パイプの横方向に曲がったアーチ形の金属シートの直線状の端が互いに誘電体製のワッシャーでつながれ、アーチ形の端が互いに誘電体製のリングでつながれているので、金属シートは電気的には互いに絶縁されている。
【００１２】
リングの側面の環状の溝に各シートのアーチ形の端が取り付けられることにより、保護ケーシングの円筒形状がアーチ形の金属シートから構成される。その溝の中に電気コネクタが設置されて各シートのアーチ形の端を横断していることにより、そのアーチ形の端が機械的にも電気的にも固定される。
【００１３】
金属製の保護ケーシングの電気接点がリングの外面に取り付けられ、それらが別々に電気コネクタに接続されていることにより、アーチ形金属シートのそれぞれが測定器に電気的に接続される。誘電体製のワッシャーとリングとがＨ字形の断面であることにより、アーチ形金属シートの端が確実に固定される。
【００１４】
パイプと保護ケーシングとの径方向の隙間の全体に断熱材が充填されていることにより、穴のために断熱材が熱媒体で浸された後にその電気抵抗の変化が検出可能であるので、穴の位置が正確に特定される。アーチ形金属シートの端の輪郭が曲がっているので、電気コネクタとの接続の信頼性が更に高い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】測定器に接続された配管の制御対象区画の縦断面図である。
【図２】図１の示す制御区画の横断面図である。
【図３】保護ケーシングの１つの区画を示す図である。
【図４】保護ケーシングの金属シートの直線状の端と誘電体ワッシャーとの間の取り外し可能な接続部を示す図である。
【図５】保護ケーシングの金属シートのアーチ形の端と誘電体リングとの間の着脱可能な接続部を示す図である。
【図６】保護ケーシングの円筒形状部分を示す図である。
【図７】保護ケーシングの誘電体リングにおける導電体ホルダー付き電気コネクタの設計図である。
【図８】電線ホルダーの設計図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
配管の漏れの検出を目的とする数多くの装置構成のうちの１つについて、以下に説明する。この装置構成は、特許請求の範囲で表現されている発明の概念全体に従ったものである。しかし、以下の説明および添付の図面は発明の例示に過ぎず、発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。発明が包括的に理解されることを意図して、具体的な詳細が様々に記載されている。しかし、場合によっては、説明の明確さを保つ目的で、周知の部分または伝統的に使用されている部分についての説明を省く。特に示さない限り、この明細書では技術用語および科学用語はすべて、発明が属する技術分野に従事する専門家の間で広く受け入れられている意味で使用される。
【００１７】
発明は、部分的には、原子炉施設において、圧力と温度とが海面上での大気圧および気温の標準値を超え得る冷却水または蒸気を伝える配管の設計に関する。以下に提案される技術は、熱電変換工学、給水工学、化学工業、および航空宇宙産業において、特に配管その他の工業設備の漏れの検出に利用可能である。
【００１８】
配管漏れ検出装置は、主管である金属パイプ２に同軸に、径方向の隙間１を空けて取り付けられた金属製の保護ケーシングを含む。金属パイプ２と保護ケーシングとの隙間１には断熱材３が充填されている。保護ケーシングは、パイプ２の横方向に曲がったアーチ形の金属シート４を複数枚つなぎ合わせたものから成る。この実施形態では、パイプ２は４枚のアーチ形金属シート４に縁取られている。これらのシートは別々に弧を成し、保護ケーシングの４つの区画を構成している。これらのシート４の直線状の端５とアーチ形の端６とは折れ曲がり、または丸まって、その輪郭が曲がっている。直線状の端７は、パイプ２に沿って取り付けられた状態では、直線形状である誘電体製のワッシャー８によって互いにつながれている。アーチ形の端９は、パイプ２に同軸に取り付けられた誘電体製のリング１０によって互いにつながれている。互いにつながれた保護ケーシングの４つの区画は、パイプ２を囲む円筒部分の１つを含む。これらの円筒部分がアーチ形の端９とリング１０とによって連続して互いにつながれて、パイプ２のまわりで保護ケーシングの本体を成す。ワッシャー８の側壁１１、１２には直線状の溝１３、１４があり、これらの溝１３、１４の中にシート２の直線状の端の折れ曲がった部分５が取り付けられている。リング１０の側面１５、１６には環状の溝１７、１８があり、これらの溝１７、１８の中にシート４のアーチ形の端の折れ曲がった部分６が取り付けられている。ワッシャー８の直線状の溝１３、１４とリング１０の溝１７、１８とは断面がＨ字形である。環状の溝１７、１８にはそれぞれ、シート２のアーチ形の端９を横切る方向に電気コネクタがあり、シート２のアーチ形の端の折れ曲がった部分６を固定している。これらのコネクタは、環状の溝１７、１８の平行な内壁に広がる薄膜２１であり、Ｕ字形に曲がった板である。薄膜２１にはリング１０の外面２２の側にパイプナット２３が取り付けられ、その中にスタッドボルト２４がねじ込まれている。スタッドボルト２４の反対側２５にはナット２６がワッシャー２７を間に挟んでねじ込まれ、スタッドボルト２４をリング１０の外面２２に押し付けている。さらに、２つのロックナット２８、２９が電気端子３０を間に挟んでスタッドボルト２４にねじ込まれている。この実施形態の場合、保護ケーシングには４つの区画がつなぎ合わされているので、リング１０の外周面２２には周方向において等間隔に４対の電気端子３０がアーチ形シートに取り付けられている。リング１０の電気端子３０とパイプ２の端子３１とはすべて、電線３２によって測定器３３に接続されている。
【００１９】
この配管漏れ検出装置は次のように動作する。測定器３３は常にオン状態にあり、すべてのシート４とパイプ２との間に低い電圧、例えば３ボルトを印加する。パイプ２の端子３１は測定器３３の電源の陰極に接続され、シート４の端子３０は測定器３３の電源の陽極に接続されている。配管が漏れなく正常に機能している状態では冷却水の温度が環境温度よりも高いので、断熱材３から余分な水分が除去される。パイプ２を通した冷却水の供給が開始されると程なく、断熱材３の含水率は一定値になり、以後変化しない。断熱材３の電気抵抗値はその含水率とシステム、すなわち「金属シート４−断熱材３−パイプ２」の電気容量とに依存するので、それもまた、配管の動作温度に対応する一定値に達する。測定器３３は、パイプ２とそのまわりのアーチ形シート４との間の電気抵抗と電気容量とが最小であることを示す。
【００２０】
パイプ２の金属の腐食または溶接の欠陥に伴う漏れは、可能性は低くとも生じうる。この場合、冷却水はパイプ２から断熱材３の中へ広がり始める。断熱材３は気密であるので、冷却水は断熱材３に染み込み、または十分な高温下では自身の蒸気との間で飽和状態に達する。これにより、漏れの箇所では断熱材３の電気伝導率が著しく上昇する。パイプ２−断熱材３−金属シート４のループが閉回路を構成し、電気的な信号をパイプ２から金属シート４の最も近い部分へ最短の経路、すなわち断熱材３のうち電気抵抗が最も低い部分を通して伝える。この信号はその後、電線３２を通って測定器３３へ到達する。保護ケーシングの金属シートはすべて、互いには電気的に絶縁されており、別々の電線で測定器３３に接続されているので、測定器３３は特定のシートの下に漏れがあることを正確に検出する。
【００２１】
明らかに、パイプ２の漏れの検出精度は、配管の保護ケーシングを構成する金属シート４それぞれの寸法で決まる。金属シート４の面積が小さいほど、漏れの検出精度は高い。      
【００２２】
したがって、保護ケーシングは完全に区分けされるように設計されていなければならない。
【００２３】
複数枚の金属シート４のつなぎ合わせという提案による保護ケーシングの設計は、パイプ２の漏れの箇所が確実に取扱いやすいので、その修理を容易にする。このことは留意されなければならない。金属シート４および誘電体製のワッシャー８とリング１０とには弾性があるので、各シート４は近隣のシートから容易に引き離すことが可能である。それには、各シート４を内側から少し摘み上げて、その直線状の端の折れ曲がった部分５をワッシャー８の直線状の溝１３、１４から外し、アーチ形の端の折れ曲がった部分６をリング１０の環状の溝１７、１８から外すだけで十分である。パイプ２を修理するには、断熱材３をすべて剥がす必要はなく、径方向において濡れた部分のみが除去されればよい。この発明は、断熱材を含む直径の大きいパイプ２の修理には特に重要である。
【００２４】
保護ケーシングは次のように組み立てられる。アーチ形金属シート４の直線状の端７を内側から摘まみ上げてその折れ曲がった部分５をワッシャー８の直線状の溝１３、１４に挿入すると共に、アーチ形の端の折れ曲がった部分６をリング１０の環状の溝１７、１８に挿入する。その間に、アーチ形の端の折れ曲がった部分６を正確に連続してリング１０の環状の溝１７、１８に固定すると共に、電気コネクタである薄膜２１に導通させることが必要である。金属シート４の端の折れ曲がった部分５、６をワッシャー８の直線状の溝１３、１４の内壁とリング１０の環状の溝１７、１８の内壁とで固定することにより、金属シート４をワッシャー８とリング１０とにつなぎ合わせる。
【００２５】
発明の技術的および経済的効果は、保護ケーシングで覆われた断熱配管のメンテナンスが簡単化されることにある。
【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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