(57)【要約】【課題】  弁における液体ナトリウムのリークを高い精度で検出する。【解決手段】  液体ナトリウム体の流れを制御する弁１における液体ナトリウムのリークを検出するリーク検出装置２０を提供する。弁棒２と弁座６との間の隙間から液体ナトリウムがリークしたときに、リークに伴って発生したアコースティックエミッションが弁棒２内を伝播する。このアコースティックエミッションを、導波棒２５により変換ユニット２６に導波し、変換ユニット２６に設けられた圧電素子によりアコースティックエミッションを電気信号に変換し、解析ユニット２８により解析する。解析ユニット２８は、所定の周波数の信号の強度が、しきい値を超えたときに、リークが発生したと判定する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体ナトリウムの流れを制御する弁における前記液体ナトリウムのリークを検出するリーク検出装置であって、
前記液体ナトリウムがリークしたときに発生するアコースティックエミッションを、前記液体ナトリウムの流路を開閉するための弁棒を介して検知することにより、前記液体ナトリウムのリークを検出することを特徴とするリーク検出装置。
【請求項２】
前記弁棒に接触するように取り付けられた導波棒を備え、
前記弁棒を伝播してきた前記アコースティックエミッションを、前記導波棒を介して検知することを特徴とする請求項１に記載のリーク検出装置。
【請求項３】
前記導波棒は、前記弁棒の外部端に接触するように取り付けられることを特徴とする請求項２に記載のリーク検出装置。
【請求項４】
前記弁棒を回転させるためのハンドルの近傍に取り付けられ、前記導波棒を支持する治具を更に備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のリーク検出装置。
【請求項５】
前記治具は、前記導波棒を前記弁棒の外部端に押し付けるための弾性体を含むことを特徴とする請求項４に記載のリーク検出装置。
【請求項６】
前記導波棒は、前記弁棒と同じ材質により形成されることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載のリーク検出装置。
【請求項７】
前記導波棒は、ステンレス鋼により形成されることを特徴とする請求項６に記載のリーク検出装置。
【請求項８】
前記アコースティックエミッションを電気信号に変換する変換ユニットを更に備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のリーク検出装置。
【請求項９】
前記アコースティックエミッションの強度がしきい値を超えたときに、前記液体ナトリウムがリークしたと判断する解析ユニットを更に備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のリーク検出装置。
【請求項１０】
液体ナトリウムの流れを制御する弁における前記液体ナトリウムのリークを検出する方法であって、
前記弁の全閉時に、前記液体ナトリウムの流路を開閉するための弁棒を介してアコースティックエミッションを検知するステップと、
所定の周波数の前記アコースティックエミッションの強度がしきい値を超えたときに、前記液体ナトリウムがリークしたと判定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体ナトリウムの流路を開閉する弁における液体ナトリウムのリークを検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
配管などにおいて、流体の流れを制御するために、弁（バルブ）が一般に用いられている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された弁は、略直線状の流路に対して、弁棒が鋭角に交差するように傾斜して設けられたＹ形弁であり、弁棒を軸線方向に進退させることにより、弁棒の先端の保持部材に装着されたシートパッキンが弁箱内の流路中に形成された弁座に接離して流路を開閉する。
【０００３】
このような弁を永年使用している間に、シートパッキンが摩耗又は侵蝕などにより劣化し、弁座とシートパッキンとの間に隙間が生じると、弁の全閉時にも流体がリークする場合がある。流体の種類や弁の設置状況などによっては、少量のリークであっても大きな問題となる場合があり、リークを適切に検出する技術が求められる。例えば、高速増殖炉で冷却剤として利用されている液体ナトリウムは、非常に反応活性が高いので、漏洩に対する特別な安全対策を要する。
【０００４】
弁のリークを検出する技術として、上流から周囲の温度とは異なる温度の流体を流し、弁の下流で流体の温度を測定することにより、リークを検出する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−１１０８３３号公報
【特許文献２】特開２００３−０３５６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載された技術を適用できるのは、温度の異なる流体を流すことが可能で、かつ、弁の下流において流体の温度を測定可能である場合に限られる。また、温度変化によりリークを検出するので、検出感度が高いとは言えない。より一般的に適用可能で、かつ検出感度の高いリーク検出技術が求められる。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、弁における液体ナトリウムのリークを高い精度で検出する技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、リーク検出装置に関する。このリーク検出装置は、液体ナトリウムの流れを制御する弁における前記液体ナトリウムのリークを検出するリーク検出装置であって、前記液体ナトリウムがリークしたときに発生するアコースティックエミッションを、前記液体ナトリウムの流路を開閉するための弁棒を介して検知することにより、前記流体のリークを検出することを特徴とする。
【０００８】
アコースティックエミッションは弾性波動であり、連続媒体中を数ｍ以上にわたって伝播するので、リークの発生を高感度で検知することができる。また、弁棒がアコースティックエミッションの導波棒として機能するので、発生したアコースティックエミッションを効率良く高感度で検知することができる。この技術は、外部から弁棒に接触可能な構造の弁であれば、弁の設置状況などによらず適用可能であり、運転中であっても停止中であってもリークの有無を検知可能である。
【０００９】
リーク検出装置は、前記弁棒に接触するように取り付けられた導波棒を備え、前記弁棒を伝播してきた前記アコースティックエミッションを、前記導波棒を介して検知してもよい。導波棒は、前記弁棒の外部端に接触するように取り付けられてもよい。これにより、弁棒を伝播してきたアコースティックエミッションを、導波棒により低減衰にて外部に取り出して検知することができる。
【００１０】
リーク検出装置は、前記弁棒を回転させるためのハンドルの近傍に取り付けられ、前記導波棒を支持する治具を更に備えてもよい。治具は、前記導波棒を前記弁棒の外部端に押し付けるための弾性体を含んでもよい。これにより、導波棒を確実に弁棒と接触させることができ、接触不良に起因するアコースティックエミッションの減衰を防止することができる。
【００１１】
導波棒は、前記弁棒と同じ材質により形成されてもよい。これにより、弁棒と導波棒の接触面におけるアコースティックエミッションの反射や散乱などを低減し、アコースティックエミッションの減衰を最小限に抑えることができる。導波棒は、ステンレス鋼により形成されてもよい。弁棒はステンレス鋼により形成されることが多いので、導波棒をステンレス鋼により形成するとよい。
【００１２】
リーク検出装置は、前記アコースティックエミッションを電気信号に変換する変換ユニットを更に備えてもよい。変換ユニットは、音響信号を電気信号に変換する圧電素子を含んでもよい。
【００１３】
リーク検出装置は、前記アコースティックエミッションの強度がしきい値を超えたときに、前記液体ナトリウムがリークしたと判断する解析ユニットを更に備えてもよい。液体ナトリウムがリークしたときに発生するアコースティックエミッションの周波数は、事前の実験などにより特定され、解析ユニットのメモリなどに保持されてもよい。解析ユニットは、予め特定された周波数のアコースティックエミッションの強度に基づいて、液体ナトリウムがリークしたか否かを判断してもよい。
【００１４】
本発明の別の態様は、リーク検出方法に関する。この方法は、液体ナトリウムの流れを制御する弁における前記液体ナトリウムのリークを検出する方法であって、前記弁の全閉時に、前記液体ナトリウムの流路を開閉するための弁棒を介してアコースティックエミッションを検知するステップと、所定の周波数の前記アコースティックエミッションの強度がしきい値を超えたときに、前記液体ナトリウムがリークしたと判定するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１５】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、弁における液体ナトリウムのリークを高い精度で検出する技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、液体ナトリウムの流れを制御する弁の構成例を示す。弁１は、液体ナトリウムの流路を開閉する弁棒２と、弁棒２を回転させるためのハンドル３を備える。弁棒２は、回転により上下に摺動するようになっており、弁棒２の上下運動により流路が開閉される。弁１を閉じるときは、ハンドル３を回転させて、弁棒２を下方に摺動させる。これにより、弁棒２の底部のシートパッキン５が、配管内に設けられた弁座６に密着し、液体ナトリウムの流路が閉じられる。弁１を開くときは、ハンドル３を逆方向に回転させて、弁棒２を上方に摺動させる。これにより、弁棒２の底部のシートパッキン５が弁座６から離れ、塞がれていた流路が開かれて、液体ナトリウムが配管内を流れる。通常、弁棒２の収納部分は、銘板４により閉じられている。
【００１８】
図２は、アコースティックエミッション法を利用して弁のリークを検出するリーク検出装置１０の構成例を示す。リーク検出装置１０は、導波棒１５と、導波棒１５を弁１に外接するように固定するための治具１１と、導波棒１５により導波されたアコースティックエミッション波を電気信号に変換する変換ユニット１６と、変換された電気信号を解析ユニット１８へ伝達するケーブル１７と、電気信号を解析してリークの有無を検出する解析ユニット１８とを備える。弁１の全閉時においても、弁棒２と弁座６が完全に密着しないなどの要因により液体ナトリウムがリークする場合、液体ナトリウムが流れることによりアコースティックエミッション（Acoustic Emission：以下、「ＡＥ」と表記する）波が発生することが本出願人らの実験により分かっている。リークに伴うＡＥ波の発生は、例えば、液体ナトリウムと弁シート面との摩擦などに起因すると考えられる。このＡＥ波を、弁１の配管に外接させた導波棒１５により変換ユニット１６に導波し、変換ユニット１６に含まれる圧電素子などにより電気信号に変換し、変換された電気信号を解析ユニット１８により解析することで、リークの有無を検出することができる。
【００１９】
図４に示した一点破線は、図２に示したリーク検出装置１０により検出されたＡＥ信号の強度分布を示す。リーク発生時には、破線で示したバックグラウンドノイズに比して、特定の周波数において顕著なピークが認められる。この周波数の信号強度を解析することにより、弁１におけるリークの発生を検出することができる。
【００２０】
しかしながら、図２に示したリーク検出装置１０は、以下の点で課題を有している。まず、弁１の形状は多種あるが、リーク検出装置１０は、弁箱の外部に取り付ける形態であるため、弁１の形状に合った治具を弁ごとに用意する必要がある。また、弁１の周囲に、流体を保温又は保冷するための構成が施工されている場合は、その構成をいったん撤去してからリーク検出装置１０を取り付け、取り付け後に再度保温又は保冷のための構成を施工する必要がある。そのため、リーク検出装置１０の取り付けが簡便ではなく、また、運転中にはリーク検出装置１０を着脱することができない。さらに、弁１の外壁を介してＡＥ波を検知するため、リーク音が減衰して感度が低下する。本実施の形態では、これらの課題を克服するために、より簡便に取り付け可能で、かつ、ＡＥ波を高感度で検知可能なリーク検出技術を提案する。
【００２１】
図３は、本発明の実施の形態に係るリーク検出装置の構成を示す。リーク検出装置２０は、導波棒２５と、導波棒２５を弁棒２の上端に接するように固定するための治具２３と、治具２３をハンドル３の中心軸に取り付けるための補助プレート２１と、補助プレート２１をハンドル３の中心軸に取り付けるための取付ビス２２と、導波棒２５を弁棒２の上端に押し付けるための弾性体２４と、導波棒２５により導波されたＡＥ波を電気信号に変換する変換ユニット２６と、変換された電気信号を解析ユニット２８へ伝達するケーブル２７と、電気信号を解析してリークの有無を検出する解析ユニット２８とを備える。
【００２２】
弁１においてリークが発生したとき、弁棒２の底部付近において発生したＡＥ波は、弁棒２の内部を伝播し、さらに、弁棒２の上端に一端が押接された導波棒２５を伝播して、変換ユニット２６に入力される。弁棒２が導波棒として機能するので、ＡＥ波の減衰を最小限に抑えることができ、感度を向上させることができる。弁棒２と導波棒２５の材質を同じにすることにより、弁棒２と導波棒２５との接合面におけるＡＥ波の散乱又は反射を低減し、さらに感度を向上させることができる。弁棒２及び導波棒２５の材質は、例えばステンレス鋼であってもよい。
【００２３】
変換ユニット２６により電気信号に変換され増幅されたＡＥ信号は、ケーブル２７により解析ユニット２８に伝達される。解析ユニット２８は、所定の周波数のＡＥ信号の強度を解析し、その強度が所定のしきい値を超えたときに、リークが発生したと判定する。解析ユニット２８は、その周波数のＡＥ信号の強度に基づいて、リーク量を算出してもよい。リーク時に発生するＡＥ波の周波数は、流体の種類や、弁の形状、弁の材質などに応じて異なる場合があるので、事前に実験などにより周波数を特定し、解析ユニット２８に保持してもよい。
【００２４】
リーク検出装置２０を弁１に取り付けるときは、まず銘板４を取り外し、代わりに補助プレート２１を取付ビス２２により取り付ける。つづいて、補助プレート２１に、マグネット式の治具２３を固定し、導波棒２５の先端が弁棒２の先端に接するように導波棒２５を取り付け、導波棒２５が外れたりずれたりしないよう、弾性体２４により導波棒２５を弁棒２に押し付ける。弁箱が保温や保冷のために覆われている場合であっても、通常、弁棒２はハンドル３の部分において保温用の構成の外部に露出しているので、それらの構成を取り外すことなくリーク検出装置２０を取り付けることができる。そのため、着脱が容易であり、運転中であっても停止中であっても着脱することができる。また、配管や弁の施工後であっても、他の配管などの構成に影響を与えることなく取り付けることができる。さらに、補助プレート２１及び取付ビス２２を弁１に合わせて用意すれば、他の構成は、弁１の形状によらず同じものを利用することができるので、製造コストが抑えられ、管理も容易である。
【００２５】
図４は、図２に示したリーク検出装置１０及び図３に示した本実施の形態のリーク検出装置２０によるリーク発生時のＡＥ信号の検出結果を示す。図中、破線は、バックグラウンドノイズを、一点破線は、図２に示したリーク検出装置１０により検出されたＡＥ信号の強度分布を、実線は、図３に示した本実施の形態のリーク検出装置２０により検出されたＡＥ信号の信号強度を示す。図から分かるように、本実施の形態のリーク検出装置２０は、図２に示したリーク検出装置１０よりも高い感度を示している。検出された信号レベルのピークは、リーク量と相関があることが本出願人らの実験により分かっているので、信号強度からリーク量を算出することも可能である。検出限界は、弁の構造や流体の種類によっても多少異なるが、例えば、毎秒１ｃｃ以上のリークがあれば検出可能であることが実験により分かっている。
【００２６】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００２７】
実施の形態では、Ｙ字形の弁１にリーク検出装置２０を取り付ける例について説明したが、弁の種類はこれに限られず、弁棒２により流路を開閉する任意の弁に対して、本実施の形態のリーク検出装置２０を取り付け可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】弁の構成例を示す図である。
【図２】アコースティックエミッション法を利用して弁のリークを検出するリーク検出装置の構成例を示す図である。
【図３】実施の形態に係るリーク検出装置の構成を示す図である。
【図４】図２に示したリーク検出装置及び図３に示した本実施の形態のリーク検出装置によるリーク発生時のＡＥ信号の検出結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１・・・弁、２・・・弁棒、３・・・ハンドル、４・・・銘板、５・・・シートパッキン、６・・・弁座、１０・・・リーク検出装置、１１・・・治具、１５・・・導波棒、１６・・・変換ユニット、１７・・・ケーブル、１８・・・解析ユニット、２０・・・リーク検出装置、２１・・・補助プレート、２２・・・取付ビス、２３・・・治具、２４・・・弾性体、２５・・・導波棒、２６・・・変換ユニット、２７・・・ケーブル、２８・・・解析ユニット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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