(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内外槽構造体の内槽にて外槽からのリークを検出するにあたり、加熱源により被測定対象のリーク位置を含む測定範囲を加熱し、リーク媒体のリーク時における断熱膨張或いは蒸発潜熱吸収による冷却効果で温度が低下した部分を放射温度計により測定することでリークを検出することを特徴とするリーク検出方法。
【請求項２】
真空容器の冷却水にプローブガスを注入溶解させ、冷却水と共に真空容器内にリークしたプローブガスの分圧を測定し、前記プローブガス注入時から分圧測定によるプローブガス濃度上昇までの時間遅れにより、リーク位置を推定しておき、
加熱源により前記推定リーク位置を含む測定範囲を加熱し、冷却水のリーク時における断熱膨張或いは蒸発潜熱吸収による冷却効果で温度が低下した部分を放射温度計により測定することでリークを検出することを特徴とするリーク検出方法。
【請求項３】
内外槽構造体の内槽にて外槽からのリークを検出するリーク検出装置であって、
被測定対象のリーク位置を含む測定範囲を加熱する加熱源と、
加熱源により加熱した後に測定範囲の温度を測定する放射温度計と、
リーク媒体のリーク時における断熱膨張或いは蒸発潜熱吸収による冷却効果で温度が低下した部分を放射温度計の測定結果から取得して、リークを検出する処理部と、
を備えたことを特徴とするリーク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、核融合炉の真空容器、ＬＮＧタンク等の内外槽構造体における微小なリークを正確に検出し得るリーク検出方法およびリーク検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核融合炉では過大な熱を冷却するために真空容器の壁面に冷却水を流す構造になっている。ところが真空容器中で生成される核融合プラズマは微量の水漏れであってもその性能を低下させてしまうため、水リーク位置を検出し、補修する等の対策が必要となる。
【０００３】
従来の水リークの検出装置としては、特開２０００−９８６８号公報に記載のものが知られている。図８は、係る水リーク検出装置を示す構成図である。図９は、冷却水とプローブガスの流れを示す系統図である。図１０は、時間とプローブガス濃度との関係を示す特性図である。核融合炉の真空容器は、全体的にドーナッツ形状をしており、その周方向に複数のセクタに分割された構造となる。各セクタ２の下部には、冷却水をセクタ２内に注入するための冷却水入口リングヘッダ３が設けられ、その上部には、冷却水をセクタ２内から排出するための冷却水出口リングヘッダ４が設けられている。
【０００４】
冷却水入口リングヘッダ３はプローブガス注入ユニット５と連結しており、冷却水入口リングヘッダ３中に流れる冷却水中に、プローブガス注入ユニット５からプローブガスであるＫｒ（クリプトン）ガスが注入される。また、プローブガス注入ユニット５は、プローブガスの排出時に冷却水中のＫｒガス濃度を調整できる。
【０００５】
冷却水入口リングヘッダ３および冷却水出口リングヘッダ４には、冷却水中のプローブガスを採取するためのプローブガスサンプリングユニット６が連結されている。このプローブガスサンプリングユニット６では、Ｋｒガスが溶解した冷却水を採取して蒸発させることでプローブガス濃度を測定する。一方、真空容器１は、排気ダクト７を介してトリチウム処理系８に接続されている。排気ダクト７には、バイパス管１０を介してプローブガス分圧計９が設けられている。プローブガス分圧計９は、排気ダクト７から排気されるプラズマ排気ガス中のプローガスの分圧を測定する。
【０００６】
この水リークの検出装置において、プローブガス注入ユニット５から冷却水入口リングヘッダ３を流れる冷却水中にプローブガスを注入した時点から、特定のセクタにおいて水がリークして排気ガス中のプローブガス濃度が上昇するまでの時間遅れは、冷却水がリーク箇所に到達するまでの時間遅れで決まる。従って、プローブガス分圧計９によりＫｒガスの分圧を計測することで、水リークを生じている真空容器１のセクタ箇所が特定される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の水リーク検出装置では、熱負荷による対流が存在すること、冷却系の流路が複雑であること、圧力分布が発生すること等から均一な流れ状態が得られず、検出されるリーク位置が誤差を含んだものとなり、水リークが発生している位置を正確に特定できないという問題点があった。
【０００８】
また、他のリークテスト方法として、特公平６−３３８７７号公報に開示されたものが知られており、このリークテスト方法では真空排気した保冷槽内に空気がリークする際、リークした空気が断熱膨張を起こすため、そのリーク箇所の温度低下を赤外線カメラにより検知してリークを検出するものである。しかしながら、このリークテスト方法では、温度変化が小さいためにリークの判断が難しく、特に核融合炉等の微小なリークテストが要求される場合には不適であるという問題点があった。
【０００９】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リーク位置を正確に検出できるリーク検出方法およびリーク検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に係るリーク検出方法は、内外槽構造体の内槽にて外槽からのリークを検出するにあたり、加熱源により被測定対象のリーク位置を含む測定範囲を加熱し、リーク媒体のリーク時における断熱膨張或いは蒸発潜熱吸収による冷却効果で温度が低下した部分を放射温度計により測定することでリークを検出することを特徴とする。
【００１１】
すなわち、加熱源による加熱で被測定対象の測定範囲が高温になり、この高温部にてリークが発生するとそのリーク媒体の断熱膨張或いは蒸発潜熱吸収により周囲が冷却され、高温部の中に低温部が形成される。そして、この低温部を放射温度計により測定し、温度低下をもってリークの発生と判断し、リークの検出を行う。ここで、加熱源によって被測定対象を積極的に加熱しその中に低温部を発生させることで、比較的大きな温度差を得ることができ、従来の断熱膨張による温度変化を利用したものに比べ、極めて高い感度が得られ、微小なリークであっても確実に検出できるようになる。なお、前記測定範囲内の加熱範囲にて低温部が測定できないときは、別の範囲を再度加熱して同様の測定を行い、リークを検出する。
【００１２】
なお、前記リーク媒体には、例えば水や空気等を挙げることができる。また、この発明は内外槽構造体のリークテストに好適であり、例えば内槽を真空とし且つ外槽を冷却水通路とする核融合炉の真空容器や、内槽をＬＮＧを溜めるタンクとし且つ外槽を保冷槽とするＬＮＧ（liquefied natural gas）タンク等のリークテストに適する。
【００１３】
また、請求項２に係るリーク検出方法は、真空容器の冷却水にプローブガスを注入溶解させ、冷却水と共に真空容器内にリークしたプローブガスの分圧を測定し、前記プローブガス注入時から分圧測定によるプローブガス濃度上昇までの時間遅れにより、リーク位置を推定しておき、加熱源により前記推定リーク位置を含む測定範囲を加熱し、冷却水のリーク時における断熱膨張或いは蒸発潜熱吸収による冷却効果で温度が低下した部分を放射温度計により測定することでリークを検出することを特徴とする。
【００１４】
すなわち、この発明は、上記特開２０００−９８６８号公報に記載の水リーク検出方法によって予めリーク位置を推定しておき、その推定したリーク位置を含む測定範囲を請求項１に係るリーク検出方法によってリークを検出するようにした。検出精度は十分ではないが簡易に検出できる方法によりリークが発生していると考えられる位置を予め推定し、その推定リーク位置を中心に測定範囲をスキャンして精度良く温度を測定することで、短時間で正確にリーク検出を行うことができる。
【００１５】
また、請求項３に係るリーク検出装置は、内外槽構造体の内槽にて外槽からのリークを検出するリーク検出装置であって、被測定対象のリーク位置を含む測定範囲を加熱する加熱源と、加熱源により加熱した後に測定範囲の温度を測定する放射温度計と、リーク媒体のリーク時における断熱膨張或いは蒸発潜熱吸収による冷却効果で温度が低下した部分を放射温度計の測定結果から取得して、リークを検出する処理部とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
このリーク検出装置では、加熱源は被測定対象の測定範囲を加熱し、この後に放射温度計により温度を測定する。そして、この測定範囲の温度はリークの発生に起因しその断熱膨張等によりリーク位置で低下し、その低下した部分を処理部により取得してリークを検出する。このように、加熱源により被測定対象を積極的に加熱し、その加熱して高温になった中でリークが発生することで、リーク位置とその周囲との温度差が大きくなり、微小なリークでも正確に検出できるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に係るリーク検出装置を示す構成図である。このリーク検出装置１００は、被測定対象１０１の所定領域に光を照射して加熱する加熱源１０２と、加熱源１０２の光を集光する集光レンズ１０３と、光を照射する所定領域の温度を測定する赤外線カメラ１０４と、赤外線カメラ１０４の前段に設置した拡大レンズ１０５と、レーザ光の制御や赤外線カメラ１０４の画像処理等を行うコントローラー１０６と、赤外線カメラ１０４からの画像信号を処理する処理部１０７とから構成されている。加熱源１０２としては、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザなどのレーザ光源、或いはハロゲンランプ等の加熱ランプを用いることができる。
【００１９】
図２は、リーク検出装置の動作を示すフローチャートである。図１の例では、リーク検出装置１００を真空容器１内に配置し、水通路１ａから真空容器１にリークする水Ｗを検出する。まず、リーク穴Ｈの大まかな位置を何らかの方法（例えばヘリウムスペクトロメーターによるヘリウムリークディテクタ法や上記特開２０００−９８６８号公報の方法等）により検出し、リーク位置を推定する。続いて推定したリーク位置を含む測定範囲をスキャニングしながらレーザ光により積極的に加熱する（ステップＳ１）。なお、スキャニングする測定範囲の設定は用いる方法の精度を考慮して、ユーザが適宜設定する。また、１スキャンの加熱範囲は、前記推定したリーク位置を含む測定範囲を所定数に分割した各単位とする。
【００２０】
加熱範囲に水リークが発生している場合、水リークによる断熱膨張或いは蒸発潜熱吸収等に起因した冷却効果により、図３のグラフ図に示すようにそのリーク穴Ｈの周囲の温度が低下し（図中Δｔ）、その結果、レーザ光による加熱範囲内では、図４に示すようにレーザ光の加熱により高温となった高温部４１と、水リークに起因した低温部４２とが生じる。次に、加熱源１０２による加熱を止めて赤外線カメラ１０４により当該加熱範囲４０の温度を測定し（ステップＳ２）、処理部１０７は、所定の閾値より小さい温度範囲を持つ部分を低温部４２として抽出する。そして、前記低温部４２の略中心にリーク穴Ｈが存在するものとしてリークを検出する（ステップＳ３）。リーク穴検出結果は、被検出対象１０１のＸＹ座標上の位置データとして取得される。なお、加熱範囲に低温部４２が存在しない場合（ステップＳ４）、リーク穴Ｈが存在しないと判断し、レーザ光の照射位置を変えて別の範囲（例えば図４の加熱範囲４０ａ）を加熱し、低温部４２が測定されるまでスキャンを継続する。
【００２１】
また、上記レーザ光源の代わりにハロゲンランプを用いても良く、その場合はレーザ光源を用いるより低コストで且つ簡単に装置を構成できる。更に、集光レンズ１０３および拡大レンズ１０５の使用はリーク検出装置１００の要求性能に応じて適宜選択すれば良い。集光レンズ１０３を用いることで、単位面積当たりの温度を高くできるから、周囲の影響を受け難くなり、リークの検出精度を向上できる。拡大レンズ１０５は、加熱範囲を拡大視することで、より微小なリーク穴Ｈの検出を可能にする。なお、集光レンズ１０３および拡大レンズ１０４は、リーク検出装置１００に要求される精度等によって省略することもできる。
【００２２】
以上この発明のリーク検出装置１００では、レーザ光により積極的に加熱して高温部４１を生じさせ、水リークによる断熱膨張等により前記高温部４１中に低温部４２を生じさせるので、当該低温部４２とその周囲の高温部４１との温度差が大きくなる。これにより微小なリークであっても容易かつ確実に検出できる。なお、上記説明では水がリークする場合を例に挙げたが、断熱膨張或いは蒸発潜熱吸収により低温部４２を生じさせ得ればリーク媒体は限定されない。例えば空気やヘリウムガス等であっても良い。
【００２３】
また、このリーク検出装置１００は、核融合炉の真空容器、ＬＮＧタンク、真空保冷タンク、地上二重殻低温タンク等の内外槽構造体のリーク検出に好適である。特に、核融合炉の真空容器１は、微量の水リークによってもその性能の劣化原因となるので、リーク穴Ｈを正確に検出する必要がある。図５は、核融合炉の真空容器にリーク検出装置を適用する場合の説明図である。同図（ａ）に示すように、真空容器１は、複数のセクタ２を繋ぎ合わせてドーナッツ状に形成した構造であり、各セクタ２は、同図（ｂ）に示すように、図示しないリブを介在させて外壁２ａと内壁２ｂとを組み合わせた構成である。冷却水は、外壁２ａ、内壁２ｂおよびリブによって形成した空間を循環する（循環経路を図中矢印で示す）。また、真空容器１には、複数のポート１１が設けられている。
【００２４】
図６は、核融合炉の真空容器専用のリーク検出装置の例を示す斜視図である。このリーク検出装置５０は、真空容器１のポート１１から自走して内部に侵入し、内壁２ｂの水リークを検出するものであり、図示しない駆動源を内蔵した４輪走行車５１と、サーボモータ５２による多軸制御のアーム５３と、アーム５３の先端に設けたプローブ５４と、これらの制御を行うコントローラー５５と、電源５６とから構成される。プローブ５５内には、レーザ光源５７および赤外線カメラ５８と、位置制御用のＣＣＤカメラ５９とが設けられている。コントローラー５５と走行車５１とは有線または無線により接続され、全てがコントローラー５５によりリモート操作される。自走車５１上のアーム５３にプローブ５４を設けることで、セクタ２の内壁２ｂ全域を測定できる。
【００２５】
リーク検出装置５０をポート１１から入れた後、真空容器１内を真空引きし、リーク穴の検出を行う。リーク検出装置５０は、予めヘリウムスペクトロメーター等の方法により大まかなリーク位置が特定されているから、該当するセクタ２まで真空容器１内を自走する。続いて、ＣＣＤカメラ５９により内壁２ｂをモニタしながらアーム５３を制御し、プローブ５４をリーク箇所に近接させる。そして、上記同様にレーザ光で所定範囲を加熱した後、赤外線カメラ５８により低温部を測定する。これにより、真空容器１内の微小なリーク穴であっても正確に検出できる。なお、上記では核融合炉の真空容器１を例に挙げて説明したが、この発明の用途が核融合炉の真空容器１に限定されるものではない。
【００２６】
［実施の形態２］
また、この発明のリーク検出方法は、上記特開２０００−９８６８号公報に記載のリーク検出方法（装置構成は図８から図１０を参照）と併用することで短時間にリーク穴を検出するようにしたものである。図７は、リーク検出方法を示すフローチャートである。このリーク検出方法では、先ずプローブガス注入ユニット５から冷却水入口リングヘッダ３を流れる冷却水中にプローブガスを注入する（ステップＳ１０）。リーク穴が存在する場合、特定のセクタ２の内壁からプローブガスを含む水がリークし、排気ダクト７を通るプローブガスがバイパス管１０を介してプローブガス分圧計９に導かれ、その分圧が計測される（ステップＳ１１）。なお、プローブガスとしては、プラズマ排気ガスに含まれないクリプトン（Ｋｒ）ガスを例示したが、この他にネオン（Ｎｅ）ガス，アルゴン（Ａｒ）ガス，キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスを用いても良い。
【００２７】
また、冷却水中にプローブガスを注入した時点から、特定のセクタ２において水がリークして排気ガス中のプローブガス濃度が上昇するまでの時間遅れは、冷却水がリーク位置に到達するまでの時間遅れで決まるため、プローブガス分圧計９によりＫｒガスの分圧を計測することで、水リークを生じている真空容器１のリーク位置を推定できる（ステップＳ１２）。
【００２８】
次に、実施の形態１と同様に真空容器１中のリーク位置を推定したら、そのリーク位置を含む測定範囲を複数の範囲に分割してレーザ光で加熱した後、赤外線カメラ１０４で温度計測する（ステップＳ１〜Ｓ２）。続いて、加熱した高温部４１の中に低温部４２が測定できるまでリーク箇所のスキャンを継続する（ステップＳ４）。そして、レーザ加熱した高温部４１の中に低温部４２が生じている場合、その中心にリーク穴があると判断する（ステップＳ３）。これにより微小なリークを正確に検出することができる。
【００２９】
このように、プローブガスを用いてリーク位置を推定しておき、その部分を積極的に加熱してその高温部内において断熱膨張等に起因した温度低下を測定し、水リークを検出することで、真空容器１内壁の全範囲をスキャニングする必要が無くなり、検出時間を極めて短縮化できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のリーク検出方法（請求項１）では、加熱源により被測定対象のリーク位置を含む測定範囲を加熱し、リーク媒体のリーク時における断熱膨張或いは蒸発潜熱吸収による冷却効果で温度が低下した部分を放射温度計により測定してリークを検出するので、微小なリークでも正確に検出できる。
【００３１】
また、この発明のリーク検出方法（請求項２）では、真空容器の冷却水にプローブガスを注入溶解させて冷却水と共に真空容器内にリークしたプローブガスの分圧を測定し、前記プローブガス注入時から分圧測定によるプローブガス濃度上昇までの時間遅れにより、リーク位置を推定し、この推定リーク位置を含む測定範囲を加熱源により加熱し、冷却水のリーク時における断熱膨張或いは蒸発潜熱吸収による冷却効果で温度が低下した部分を放射温度計により測定することでリークを検出する。このため、短時間でリークの検出を確実に行うことができる。
【００３２】
また、この発明のリーク検出装置（請求項３）では、被測定対象のリーク位置を含む測定範囲を加熱する加熱源と、加熱源により加熱した後に測定範囲の温度を測定する放射温度計と、リーク媒体のリーク時における断熱膨張或いは蒸発潜熱吸収による冷却効果で温度が低下した部分を放射温度計の測定結果から取得して、リークを検出する処理部とを備えたので、微小なリークを正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るリーク検出装置を示す構成図である。
【図２】リーク検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】リークに起因した温度低下を示す説明図である。
【図４】加熱による高温部と、リークに起因して生じる低温部とを示す平面図である。
【図５】核融合炉の真空容器にリーク検出装置を適用する場合の説明図である。
【図６】核融合炉の真空容器専用のリーク検出装置の例を示す斜視図である。
【図７】リーク検出方法を示すフローチャートである。
【図８】従来の水リーク検出装置を示す構成図である。
【図９】冷却水とプローブガスの流れを示す系統図である。
【図１０】時間とプローブガス濃度との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１００  リーク検出装置
１０２  加熱源
１０３  集光レンズ
１０４  赤外線カメラ
１０５  拡大レンズ
１０６  コントローラー
１０７  処理部
４０  加熱範囲
４１  高温部
４２  低温部
【図１】
0004502550.tif 000002
【図２】
0004502550.tif 000003
【図３】
0004502550.tif 000004
【図４】
0004502550.tif 000005
【図５】
0004502550.tif 000006
【図６】
0004502550.tif 000007
【図７】
0004502550.tif 000008
【図８】
0004502550.tif 000009
【図９】
0004502550.tif 000010
【図１０】
0004502550.tif 000011