(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温流体を流通する配管本体を包囲する断熱材カバーの表面に設けられ、前記配管本体の外へ漏洩した前記高温流体の温度によって溶融し形状変化する物体である漏洩センサと、前記漏洩センサに取り付けられ、前記漏洩センサの形状変化により落下または移動する固体片と、を備えることを特徴とする流体漏洩検知システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば原子炉格納容器内に設置されている高温高圧配管の亀裂や食孔等の破損に伴って発生する流体漏洩を検知する流体漏洩検知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所における高温高圧配管の溶接部の応力腐食割れなどに起因する破損を早期に検出する技術として、例えば特開昭54-86816号公報に記載されたものが知られている。この公報に記載された技術においては配管の外側に蒸気溜部を設け、この蒸気溜部に蒸気検出素子を設けている。
【０００３】
図23により従来の原子力発電所原子炉格納容器内の配管からの流体漏洩検知システムを説明する。図23（ａ）において符号１は原子炉格納容器で、この原子炉格納容器１内には原子炉圧力容器２が設置されており、原子炉圧力容器２に高温高圧流体を流す配管３が接続されている。原子炉格納容器１内には空気冷却器４が設けられ、この空気冷却器４はドレン配管５により原子炉格納容器１の底部に設けたドレンサンプ６に接続している。原子炉格納容器１の外部には雰囲気モニタ７と漏洩検知装置８が設けられ、漏洩検知装置８は雰囲気モニタ７とドレンサンプ６に信号線９により接続している。配管３は、図23（ｂ）に示すように、ステンレス鋼製の配管本体11を断熱材12で包み、この断熱材12を断熱材カバー13で包んだ構成になっている。
【０００４】
原子炉格納容器１内の例えば原子炉圧力容器２に接続した配管３に亀裂や食孔が発生して高温高圧流体の漏洩が生じた場合、漏洩の検知は原子炉格納容器１の下部に設けたドレンサンプ６内のドレン量が増加するか、または原子炉格納容器１内の雰囲気モニタ７による放射能の増加により漏洩検知装置８が作動して検知するシステムとなっている。
【０００５】
すなわち、高温高圧の配管３に亀裂や食孔が発生して高温高圧水が漏洩した場合、漏洩した高温高圧水はまず断熱材カバー13の内側に滞留する。ドレンサンプ６による検知は、亀裂等が成長して漏洩量が増加し、蒸気として原子炉格納容器１の内部に吹き出し、空気冷却器４によって凝縮した水がドレン配管５内を流下しドレンサンプ６に流入して漏洩検知装置８が作動することによって始めて可能となり、漏洩検知までに時間遅れがある。
【０００６】
今後、高温高圧配管の破損については破断前漏洩確認（Leak-Before-Break ：略してＬＢＢという）の概念が適用される方向にあり、亀裂等が進展して配管が完全破断に至る前に発電所を安全に停止するため、より微量な段階の漏洩を早期に検知するシステムが求められる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の原子炉格納容器内の配管破損に伴う流体漏洩検知システムでは以下に述べるような課題がある。
（１）配管から漏洩した高温高圧水が断熱材カバー13の内側の断熱材12の中に滞留している間は流体漏洩の検知ができない。
【０００８】
（２）断熱材カバー13の外に漏洩流体が流出しても、空気冷却器４まで蒸気が到達する時間、凝縮した水がドレン配管５によって原子炉格納容器１下のドレンサンプ６まで流れていく時間、ドレン流量が通常流量から変化したことを検知するための時間がかかり、漏洩発生から検知までに時間遅れがある。
【０００９】
（３）流体の漏洩量がごく微量（毎分約４リットル以下）の場合、ドレンサンプ６による検知では通常状態からのドレン流量変化が少ないため配管破損に伴う流体漏洩が発生しているか否か判定できない。
【００１０】
（４）ＬＢＢ概念の適用により破損が発生する位置が想定できるにも拘わらず、原子炉格納容器１下のドレンサンプ６によるドレン量の検知では破損位置の特定ができない。
（５）原子力発電所における配管からの微量の蒸気等のリークは、数時間置きの巡回により人間が音や目視で検知していたため、検知には危険が伴っている。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、配管本体の微小な破損に伴って発生する微量の流体漏洩を、漏洩した流体が断熱材カバーの内側に滞留している段階で早期かつ安全に検知し破損位置を特定することのできる流体漏洩検知システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、高温流体を流通する配管本体を包囲する断熱材カバーの表面に設けられ、前記配管本体の外へ漏洩した前記高温流体の温度によって溶融し形状変化する物体である漏洩センサと、前記漏洩センサに取り付けられ、前記漏洩センサの形状変化により落下または移動する固体片と、を備える構成とする。
【００１３】
この発明においては、配管本体の微小な破損に伴って発生する微量の流体漏洩を、固体片の移動や落下によって、漏洩した流体が断熱材カバーの内側に滞留している段階で早期かつ安全に検知し破損位置を特定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の諸実施の形態を説明する。
本発明の参考例１の流体漏洩検知システムを図１に示す。すなわち、高温高圧流体の配管３には断熱材が巻かれており、配管からリークした蒸気により断熱材が暖められ、断熱材カバー13の温度が70℃〜100℃に上昇するが、本参考例では、70℃以上で溶融し断線する金属線14をリボン状の絶縁材15で被覆した図１（ｂ）に示すような構成の帯状の検知線16を図１（ａ）に示すように、配管３の断熱材カバー13の外周に螺旋状に巻き付け、両端に断線検知器17を接続する。断線検知器17は、低圧電源18とダミー抵抗19と電圧計20とを備えている。なお、金属線14には低融点合金（例えばウッドメタルＵアロイ）を用いることができる。
【００１５】
この構成により、蒸気リークの熱で金属線14が断線した場合に、検知線16両端部間の電圧変化が生じ、この電圧変化を断線検知器17で検知することにより蒸気リークを検知することができ、現状のように監視員が配管３の近傍に近付くことなく遠隔で蒸気リークを検知することができ、安全性が向上する。
【００１６】
本発明の参考例２の流体漏洩検知システムを図２に示す。すなわち、検知線16の断熱材カバー13上への巻き付けは、配管３の蒸気リークが断熱材カバー13より漏れ易いカバー接続部21の周辺（図２（ａ））、または蒸気リークを検知し易い様に断熱材カバー13に意図的に開けた漏洩孔22の部位に（図２（ｂ））重点的に巻き付ける。こうすることにより、蒸気リーク検出の工事費削減および検知精度を高めることができ、より安全性が向上する。
【００１７】
本発明の参考例３による流体漏洩検知システムを図３に示す。すなわち、図３（ｂ）または（ｃ）に示すように、蒸気リークの熱により溶融し断線する金属線14を平板形状の絶縁シートにはさんで検知シート23とし、これを図３（ａ）に示すように、断熱材カバー13の接続部21または漏洩孔22に被せて蒸気リークを検出する。こうすることにより、蒸気リーク検出の工事費削減および検知精度を高めることができる。
【００１８】
次に本発明の参考例４の流体漏洩検知システムを図４を用いて説明する。すなわち、図４（ａ）に示すように、配管３の断熱材を保護している断熱材カバー13の表面に、70℃以上で溶けて絶縁劣化する帯状の検知線24を巻き付ける。検知線24は、図４（ｂ）に示すように、ステンレス鋼や銅からなる金属線25を熱溶融性の被覆材26で被覆したものである。図４（ａ）に示すように、検知線24の金属線25と断熱カバー13のあいだに絶縁劣化検知器27を接続する。この絶縁劣化検知器27は、低圧電源28とダミー抵抗29と電流計30とを備えている。
【００１９】
この構成により、蒸気リークの熱で被覆材26が溶けて検知線24の絶縁抵抗が劣化し、断熱材カバー13への漏洩電流が変化する。これにより蒸気リークを検知することができ、現状のように配管近傍に近付くことなく遠隔で蒸気リークを検知することができ、安全性が向上する。
なお、被覆材26の材料としては低融点塩化ビニル樹脂を用いることができる。
【００２０】
本発明の参考例５の流体漏洩検知システムを図５に示す。
すなわち、前記参考例４において用いた検知線24を、配管３の蒸気リークが断熱材カバー13より漏れ易いカバー接続部21の周辺、または蒸気リークを検知し易い様に断熱材カバー13に意図的に開けた漏洩孔22の部位に重点的に巻き付ける。こうすることにより、蒸気リーク検出の工事費削減および検知精度を高めることができ、より安全性が向上する。
【００２１】
本発明の参考例６の流体漏洩検知システムを図６に示す。
図６（ｂ），（ｃ）に示すような、蒸気リークの熱により溶けて絶縁劣化する熱溶融性絶縁性の被覆材26によって金属線25を被覆した平板形状の検知シート31によって図６（ａ）に示すようにカバー接続部21や漏洩孔22をおおい、蒸気リークを検出する。
【００２２】
本発明の参考例７の流体漏洩検知システムを図７に示す。
すなわち、図７（ｂ）に示すように、２本の導体からなる平行金属線33を熱溶融性の被覆材26で被覆してなる検知線32を、図７（ａ）のように配管３の断熱材カバー13上に巻き付け、検知線32の端子の平行金属線33に絶縁抵抗検知器34を接続した構成とする。この構成によれば、蒸気リークの熱により被覆材26が溶けて平行金属線33間の絶縁が劣化し、この線間の抵抗変化により蒸気リークを検知することができる。
【００２３】
本発明の参考例８の流体漏洩検知システムの要部を図８に示す。すなわち、この参考例は、上記参考例１，４における検知線16，24あるいは上記参考例３，６における検知シート23，31の片面に粘着剤38を塗布したものである。このような構成により、断熱材カバー13に巻き付ける検知線16等が容易に固定され、蒸気リーク検知のための施工が行いやすくなる。
【００２４】
次に、本発明の参考例９の流体漏洩検知システムを説明する。すなわち、前述のように高圧配管には断熱材が巻かれており、配管からリークした蒸気により、断熱材が暖められ、断熱材を保護している断熱材カバーの表面温度が、約70℃〜100℃程度に上昇する。特に、断熱材カバーの接続部周辺の温度が上昇する。そこで本参考例では、断熱材カバーの表面に70℃〜100℃で色が変化する示温塗料を塗布する。これにより、蒸気リークを色により判断することができるので、現状のように配管近傍に行くことなく遠隔で蒸気リークを検知することができ、安全性が向上する。
【００２５】
図９は、本発明の参考例10の流体漏洩検知システムの要部の断面図を示す。図９（ａ）は通常時で、図９（ｂ）は蒸気リーク時の図である。すなわち、径の異なる二種類の穴である上部穴41と下部穴42が連結され、下部穴42が容器43の下の蓋から貫通している。図９（ａ）に示すように、上部穴41内部には、空気泡44と塗料45が入れられている。この容器43は、図９（ａ）のように、下部穴42が下に向くように取付けられる。塗料45の表面張力により塗料45は下部穴42から落ちないように保持されている。このように構成された検知器40を、高温高圧配管の断熱材カバーの接続部周辺に設置する。塗料45は、断熱材カバーの反対色のものを用いる。
【００２６】
配管からリークした蒸気により、断熱材カバーの表面温度が、70℃〜100℃に上昇する。この温度上昇により容器43の温度が上昇することに伴い、空気泡44の温度も上昇する。空気泡44は温度上昇により体積が膨張し、この膨張により塗料45が、図９（ｂ）のように下部穴42から押し出される。これにより、蒸気リークを判断することができる。
【００２７】
次に図10は、本発明の参考例11の流体漏洩検知システムを示す。本参考例は、検知スイッチ46、ブザー47およびマイクロフォン48から構成されている。検知スイッチ46は、バイメタルや形状記憶合金で製作した熱変形板49、＋電極50、−電極51、絶縁材52から構成されている。
【００２８】
通常時は、図10に示すように＋電極50と熱変形板49は離れている。つまり検知スイッチ46はＯＦＦの状態にある。配管において蒸気リークが発生すると、検知スイッチ46の温度が上昇し、熱変形板49が変形して、＋電極50と板49は接触し、検知スイッチ46はＯＮの状態となる。このＯＮ信号をブザー47に伝えて、ブザー47が音を出す。この音をマイクロフォン48で検知することにより蒸気リークを検知することができる。
【００２９】
図11は、本発明の参考例12の流体漏洩検知システムを示す。この参考例は、前記参考例11に受信アンテナ53を付加したものである。本参考例においては前記参考例11と同様の原理により、蒸気リークを検知するとマイクロフォン48が発信する。その発信した信号を受信アンテナ53により検知する。原子力プラントでは多くの配管があり、どの位置で蒸気リークが発生したかを、現場に近付かないで検知することが必要であるが、この参考例によれば、ブザー47からの音の周波数を変えることにより、蒸気リークの場所を特定することができる。
【００３０】
次に本発明の参考例13の流体漏洩検知システムを図12を参照して説明する。すなわち、断熱材カバー13の表面に吹き流し55を取り付け、また、リーク孔54を開けて、このリーク孔54からリーク蒸気56を吹き出させ、吹き流し55を揺らせる。これにより、リーク蒸気56を判断することができ、現状のように配管近傍に行くことなく遠隔で配管の破損を検知することができる。
【００３１】
次に図13を参照して本発明の参考例14を説明する。すなわち、断熱材カバー13の表面に70℃〜100℃の融点を持つ熱溶融性物質57、例えば蝋を付着させておく。この構成により、リークによって断熱材カバー13の温度が上昇し、付着させた熱溶融性物質57が融けるため、リーク検知が可能となる。着色した蝋などを熱溶融性物質57として用いれば、色が広がるため、リーク検知はさらに容易である。また、電源などの他の装置が不要であり、多数の個所に設置することが容易なので、多数設置しておけば、リーク個所の特定も容易である。
【００３２】
次に図14を参照して本発明の実施の形態の流体漏洩検知システムを説明する。すなわち、配管の断熱材カバー13の表面に、蝋などの70℃〜100℃の融点を持つ熱溶融性物質57を接着剤として、金属片、樹脂片などからなるリーク検知具58を取付ける。この構成によれば、配管におけるリークと共に熱溶融性物質57が融けるため、接着しておいたリーク検知具58は、落下、あるいは移動する。これによりリーク検知が可能となる。リーク検知具58を目立つ色とすることによりリーク検知はより容易となる。また、電源などの他の装置が不要であり、多数の個所に設置することが容易なので、多数設置しておくことにより、リーク個所の特定も容易である。
【００３３】
次に図15を参照して本発明の参考例15の流体漏洩検知システムを説明する。前述したように、高温高圧の配管３より蒸気がリークすると、断熱材カバー13の外表面温度は100℃近くまで上昇する。そこで、断熱材カバー13の外表面に、50℃〜100℃の温度域内に変色範囲が入る感温液晶シート59を貼り付けておく。配管３がリークすると液晶の色が変化するため、リーク検知と位置を特定することができる。なお、感温液晶シート59は感温液晶塗料として直に塗布してもよい。また、感温液晶の変色温度差は20℃程度であり、その温度範囲は調節することができることが知られている。
【００３４】
次に図16を参照して本発明の参考例16の流体漏洩検知システムを説明する。この参考例は、前記第参考例14、本発明の実施の形態または参考例15の構成にさらに、カメラ60と中継器62とコンピュータ63とを備え、リーク検知とリーク位置の特定を遠隔で実施するシステムである。断熱材カバー13表面に設けた熱溶融性物質57、リーク検知具58、感温液晶シート59は配管３のリークに伴う温度上昇によって状態変化を起こす。よって、これらの目印を定期的に遠隔監視することによりリークを検知する。画像として定期的に複数の目印を同時に撮影し、前回撮影した画像との比較から、差が大きい場合にリーク発生と判定することができる。
【００３５】
本発明の参考例16の変形例を図17を用いて以下に説明する。すなわち、熱溶融性物質57等のセンサの変化または移動をＣＣＤカメラ64で撮影し、ＭＰＥＧ画像圧縮機65により圧縮し、定期的にＰＨＳ送信機66を使って保全センター68に送信し、ＰＨＳ受信機67により受信した２つの時間の画像を画像演算装置69を用いて差分演算することにより、蒸気リークを検知して警報装置70を鳴らし、警報ランプを点灯する。これにより、遠隔の原子力発電所などの１次系の蒸気リークを迅速かつ的確に検知できる。また、ＣＣＤカメラ64、画像圧縮装置65、ＰＨＳ送信機66は10，000台オーダーの多数の設置が可能であり、警報ランプはセンサの設置場所を図示したグラフィック表示パネル上で点滅させることにより、リーク箇所の速やかな同定を行うことができる。
【００３６】
次に図18を参照して本発明の参考例17を説明する。すなわち、高温高圧の配管からリークした蒸気は配管本体と断熱材のあいだの隙間、断熱材内の隙間および断熱材と断熱材カバーのあいだの隙間を通り断熱材カバーの接続部21付近の隙間より外に漏洩するが、図18（ａ）に示すように、接続部21付近に接続部の隙間よりも蒸気が漏洩しやすい発音孔73を設ける。この発音孔73は、蒸気が通過した際に音72が発生するように形成してあり、この音72により蒸気リークを検知する。同様に、図18（ｂ）に示すように、断熱材カバー13の接続部以外の部分に発音孔73を設けることによって断熱材カバーの接続部付近以外からの蒸気リークを検知することができる。さらに、発音孔73は、配管の軸方向あるいは周方向に沿って複数個設けることにより、リークした蒸気が発音孔を通過する確率を上げ、より大きな音、超音波または高周波72が発生し、蒸気リーク位置を正確に検知することができる。
【００３７】
図19および図20は本発明の参考例18を示す。すなわち、断熱材12または断熱材カバー13に、リークした蒸気を発音孔73に導くような集気孔74を設ける。これにより蒸気が発音孔73を通過する確率を上げ、より大きな音、超音波または高周波が発生し、蒸気リーク位置をより正確に検知することができる。
【００３８】
図21は、本発明の参考例19の流体漏洩検知システムの要部の断面図を示す。配管から蒸気がリークすると、断熱材カバー13の表面温度が100℃位まで上昇する。特に、断熱材カバー13の接続部21周辺の温度が上昇し、湯気が発生する。また、大量の蒸気リークの場合、接続部21から直接、リーク蒸気が漏洩する。そこで本参考例では、断熱材カバー13の接続部21に小孔75を設け、その上部に赤外線による湯気あるいは蒸気の検知器76を設置する。これにより、現状のように配管近傍に行くことなく、遠隔で蒸気リークを検知することができ、安全性が向上する。
【００３９】
次に本発明の参考例20の流体漏洩検知システムを図22を参照して説明する。本参考例においては、配管の断熱材カバー13の表面に、電源部78と制御部79を有するリーク検知器77を設ける。電源部78はｐ型半導体80とｎ型半導体81を有する。制御部79は電源部78から電力を受けて、センサを働かせ警報信号を発する。このようにリーク検知器77の断熱材カバー13側に熱発電素子としてｐ型半導体80とｎ型半導体81接合を設けると、断熱材カバー13側からの熱により発電する。この熱発電素子の起電力を電源として利用する。通常、断熱材カバー13表面温度は50℃であり、大気温度との温度差により発電できる。これにより、リーク検知器77はメンテナンスがほとんど不要なものとなり、信頼性の高いものとなる。また、蒸気リーク時には、断熱材カバー表面温度が上昇するため、起電力が増すので、これを検知して警報を発することも可能である。
なお、配管の周囲に照明等の光がある場合には、電源部78に光発電素子を用いてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、配管破損に伴う流体の漏洩発生を微量な段階で早期に検知することができると共に、破損発生個所を特定することができ、また、従来の検知システムと合わせ設備して多重化することができる。万一配管破損が発生した場合には、配管の運用をより早く安全な段階で停止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例1の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図２】  本発明の参考例2の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図３】  本発明の参考例3の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図４】  本発明の参考例4の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図５】  本発明の参考例5の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図６】  本発明の参考例6の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図７】  本発明の参考例7の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図８】  本発明の参考例8の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図９】  本発明の参考例10の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図１０】  本発明の参考例11の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図１１】  本発明の参考例12の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図１２】  本発明の参考例13の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図１３】  本発明の参考例14の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図１４】  本発明の実施の形態の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図１５】  本発明の参考例15の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図１６】  本発明の参考例16の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図１７】  本発明の参考例16の変形例の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図１８】  本発明の参考例17の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図１９】  本発明の参考例18の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図２０】  本発明の参考例18の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図２１】  本発明の参考例19の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図２２】  本発明の参考例20の流体漏洩検知システムの要部を示す図。
【図２３】  原子力プラントにおける従来の流体漏洩検知システムを示す図。
【符号の説明】
１…原子炉格納容器、２…原子炉圧力容器、３…配管、４…空気冷却器、５…ドレン配管、６…ドレンサンプ、７…雰囲気モニタ、８…漏洩検知装置、９…信号線、11…配管本体、12…断熱材、13…断熱材カバー、14…金属線、15…絶縁材、16…検知線、17…断線検知器、18…低圧電源、19…ダミー抵抗、20…電圧計、21…カバー接続部、22…漏洩孔、23…検知シート、24…検知線、25…金属線、26…被覆材、27…絶縁劣化検知器、28…低圧電源、29…ダミー抵抗、30…電流計、31…検知シート、32…検知線、33…平行金属線、34…絶縁抵抗検知器、35…低圧電源、36…ダミー抵抗、37…電流計、38…粘着剤、40…検知器、41…上部穴、42…下部穴、43…容器、44…空気泡、45…塗料、46…検知スイッチ、47…ブザー、48…マイクロフォン、49…熱変形板、50…＋電極、51…−電極、52…絶縁材、53…受信アンテナ、54…リーク孔、55…吹き流し、56…リーク蒸気、57…熱溶融性物質、58…リーク検知具、59…感温液晶シート、60…カメラ、61…カメラの視野、62…中継器、63…コンピュータ、64…ＣＣＤカメラ、65…ＭＰＥＧ画像圧縮機、66…ＰＨＳ送信機、67…ＰＨＳ受信機、68…保全センター、69…画像演算装置、70…警報装置、72…音，超音波，または高周波、73…発音孔、74…集気孔、75…小孔、76…赤外線探知器、77…リーク探知器、78…電源部、79…制御部、80…ｐ型半導体、81…ｎ型半導体。
【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】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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