(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体が流通する配管における漏洩箇所を検出する配管漏洩箇所検出方法であって、
前記配管は、前記媒体としての熱媒体が流通する内側管と、前記内側管を包囲する外側管と、前記内側管と前記外側管との間に設けられた前記内側管を支持する複数の支持部材とを含み、
前記外側管における前記漏洩箇所を検出するに際し、前記外側管と前記内側管との間に加圧流体を注入し、その状態で前記漏洩箇所から漏洩する音波信号を受信する構成とされ、
前記加圧流体が連続的に漏れる前記漏洩箇所を挟む位置に第１信号受信手段と第２信号受信手段とを配置する工程と、
前記第１信号受信手段および前記第２信号受信手段で夫々受信した音波信号であって、前記漏洩箇所からの前記加圧流体の漏洩音にパルス状ノイズ及びバックグラウンドノイズが重畳した音波信号の振幅を、時間領域で夫々対数化する工程と、
前記対数化した音波信号について相互相関を求め、その結果から前記漏洩箇所を推定する工程と、を包含する配管漏洩箇所検出方法。
【請求項２】
前記配管は、前記内側管としての本管と前記外側管としての鞘管とを有する地域冷暖房用配管である請求項１に記載の配管漏洩箇所検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体が流通する配管における漏洩箇所を検出する配管漏洩箇所検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、冷暖房用の熱媒体が流通する温冷熱管、地中に埋設されたユーティリティ管、建物の天井部・床部・壁部等に配置されたユーティリティ管において、腐食作用等によって管表面に孔が開き、配管の内部から流体が漏洩することがある。このような場合、配管の漏洩箇所を検出して該当する区間を開削し、漏洩を起こしている古い配管を新品に交換する必要がある。
【０００３】
従来、配管の漏洩箇所を検出する技術として、配管系の任意の二箇所（例えば、ガス管にあっては一対のガスメータの検査孔）にマイクロホンを設置し、それぞれのマイクロホンで受信した漏洩音の音波信号について相互相関を求めることで漏洩箇所の解析を行う方法があった（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、漏洩箇所を有する配管の両端にマイクを取り付け、各マイクで検出した漏洩音波信号の伝搬時間差に基づいて配管の漏洩箇所を検出する配管漏洩箇所検出方法において、各マイクで検出した漏洩音波信号の低周波数成分をフィルタによってカットし、さらにノイズ成分を除去してから、音波信号を解析処理する方法もあった（例えば、特許文献２を参照）。
【０００５】
また、漏洩箇所を有する配管の両端にマイクを取り付け、各マイクで検出した漏洩音波信号の伝搬時間差に基づいて配管の漏洩箇所を検出する配管漏洩箇所検出方法において、各マイクで検出した漏洩音波信号をフーリエ変換した後、クロススペクトルを算出し、当該クロススペクトルの振幅特性について平滑化処理および不必要帯域の零値化を行った上で、二つの音波信号の相互相関を求める方法もあった（例えば、特許文献３を参照）。
【０００６】
さらに、漏洩箇所を有する配管の両端にマイクを取り付け、各マイクで検出した漏洩音波信号を複数の周波数帯域に分別して周波数帯域毎の相関係数を算出し、相関係数の高い周波数帯域の波形を合成した上で、二つの音波信号の相互相関を求める方法もあった（例えば、特許文献４を参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開昭５６−７３３３１号公報
【特許文献２】特開平１０−６２２９２号公報
【特許文献３】特開平１０−１８５７４５号公報
【特許文献４】特開平１１−６４１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、配管内を到来する音波信号には漏洩箇所からの漏洩音だけでなく、様々な雑音（例えば、バックグラウンドノイズ等）が混入している。従って、漏洩音の強度が弱い場合、特許文献１に記載の配管漏洩箇所検出方法で行っているような二つの音波信号について単純に相互相関を求める方法では、漏洩音とその他の雑音とを区別することが困難であり、配管の漏洩位置を正確に検知することができない場合があった。
【０００９】
また、特許文献２では、配管内の漏洩音の識別性を高めるため（すなわち、Ｓ／Ｎ比を向上させるため）に元の音波波形に対してフィルタ処理を行っている。ところが、種々の音波波形の中から漏洩音の音波波形のみを抽出することには限界があった。従って、特許文献２の方法においては、漏洩音の強度が一定以上でなければ期待できるほどの音波識別効果は見られなかった。
【００１０】
一方、特許文献３や特許文献４においては、相互相関を求める前段階において受信したそのままの音波信号に対して種々の信号処理を行っている。ところが、これらの信号処理は非常に複雑なアルゴリズムに基づいて行われているため、漏洩箇所の特定に手間が掛かるという問題があった。また、信号処理が複雑である割には音波信号のＳ／Ｎ比を十分に高めることができないため、期待された程の精度の高い検出結果を得ることも困難であった。
【００１１】
従って、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、媒体が流通する配管における漏洩箇所を検出する配管漏洩箇所検出方法において、音波信号に混入する漏洩音以外の雑音の影響を低減し、精度及び信頼性の高い検出結果を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る配管漏洩箇所検出方法の特徴構成は、
媒体が流通する配管における漏洩箇所を検出する配管漏洩箇所検出方法であって、
前記配管は、前記媒体としての熱媒体が流通する内側管と、前記内側管を包囲する外側管と、前記内側管と前記外側管との間に設けられた前記内側管を支持する複数の支持部材とを含み、
前記外側管における前記漏洩箇所を検出するに際し、前記外側管と前記内側管との間に加圧流体を注入し、その状態で前記漏洩箇所から漏洩する音波信号を受信する構成とされ、
前記加圧流体が連続的に漏れる前記漏洩箇所を挟む位置に第１信号受信手段と第２信号受信手段とを配置する工程と、
前記第１信号受信手段および前記第２信号受信手段で夫々受信した音波信号であって、前記漏洩箇所からの前記加圧流体の漏洩音にパルス状ノイズ及びバックグラウンドノイズが重畳した音波信号の振幅を、時間領域で夫々対数化する工程と、
前記対数化した音波信号について相互相関を求め、その結果から前記漏洩箇所を推定する工程とを包含することにある。
【００１３】
第１信号受信手段および第２信号受信手段で夫々受信した音波信号には、検出対象である漏洩音の他にバックグラウンドノイズ等の雑音が混入し、両者の区別が困難であるため、そのままの音波信号から配管の漏洩箇所を正確に特定することはできない。
しかし、本構成の配管漏洩箇所検出方法であれば、受信した音波信号を時間領域で対数化することにより、漏洩音成分に対する雑音成分の強度を相対的に低減することができる。特に、パルス状の雑音成分の低減効果を良好に得ることができる。その後、この雑音成分の強度が相対的に低減された対数化した音波信号について相互相関を求めることにより、配管の漏洩箇所を正確に検出することができる。例えば、相互相関のグラフにおいて、相互相関係数がピークを示す位置を容易に漏洩箇所と認定することができる。
このように、本構成の配管漏洩箇所検出方法を用いれば、漏洩箇所の判別が容易であるとともに、当該漏洩箇所を正確且つ確実に検出することができる。
【００１５】
上記配管においては、内側管と外側管との熱膨張量の差に起因して支持部材からパルス状ノイズが発生することがある。外側管に漏洩箇所が存在する場合、外側管と内側管との間に加圧流体を注入すると、上記パルス状ノイズがバックグラウンドノイズとともに流体の漏洩音に重畳し、漏洩箇所の検出を難しくする場合がある。このパルス状ノイズは、非定常成分を有しており、バックグラウンドノイズとは異なった音波波形を有している。
本構成の配管漏洩箇所検出方法であれば、雑音成分となるパルス状ノイズおよびバックグラウンドノイズが重畳した漏洩音の音波信号を対数化処理することにより、漏洩音に対して雑音成分を有効に低減することができる。さらに、この対数化データについて相互相関を求めることにより、外側管の漏洩箇所を精度良く且つ高い信頼性をもって検出することができる。
【００１６】
本発明に係る配管漏洩箇所検出方法において、前記配管は、前記内側管としての本管と前記外側管としての鞘管とを有する地域冷暖房用配管であることが好ましい。
【００１７】
地域冷暖房用配管では、熱媒体が流通する本管と土壌等の媒質に接触している鞘管との間に温度差が存在する。このため、本管と鞘管との間に存在する支持部材は、本管と鞘管との熱膨張量の差に起因して、特にパルス状ノイズを発生させ易い。
本構成の配管漏洩箇所検出方法であれば、このようなパルス状ノイズを発生させ易い地域暖房用配管において、計測した音波信号を対数化処理することにより、鞘管の漏洩箇所を容易に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態および図面に記載される構成に限定されるものではなく、同様の作用効果を奏する構成であれば種々の改変が可能である。
【００１９】
（地域冷暖房システム）
初めに、地域冷暖房システムの概要について説明する。図１は、本発明の配管漏洩箇所検出方法を実施するための配管漏洩箇所検出システム１０を、地域冷暖房システムに使用する地域冷暖房用配管２０に適用した状態を示す模式図である。図２は、図１における地域冷暖房用配管２０の断面図である。
【００２０】
地域冷暖房は、例えば、工場やゴミ焼却場等（熱源）から排出される熱を利用して、一定地域内で冷暖房を行うシステムである。熱源から排出された熱は、媒体によって一定地域内のエネルギ需要者の冷暖房設備等に供給される。媒体の供給に使用される地域冷暖房用配管２０は、例えば、図１に示すように、地面から所定の深度（例えば、地下２ｍ）に埋設される。また、地域冷暖房用配管２０の一部は、点検用マンホール３０の内部に露出するように配置される。
【００２１】
図２からも分かるように、地域冷暖房用配管２０は、本管１と鞘管２とを備えた二重管構造を有する。本管１は、熱媒体（温水、冷水、蒸気等）が流通する内側の配管（内側管）である。本管１はある程度の耐熱性、耐久性、耐食性を有することが好ましく、例えば、鋳鉄管、銅管、ステンレス管等を採用することができる。
【００２２】
鞘管２は、本管１を包囲することにより、本管１を保護、断熱する外側の配管（外側管）である。鞘管２は、図１に示すように、二箇所の点検用マンホール３０の間では連続しているが、点検用マンホール３０の内部においては閉鎖された端縁部２ａを有するように構成される。点検用マンホール３０の内部の二つの端縁部２ａの間においては、鞘管２から本管１が露出している。本管１が露出している箇所には、本管１を流通する熱媒体の流量を調節するためのバルブ３が設けられている。また、鞘管２の端縁部２ａの付近には、点検用バルブ４ａ、４ｂが設けられている。なお、鞘管２は本管１と同様の材質の管を採用することができるが、塩化ビニル樹脂管、ポリエチレン管等の樹脂製管を採用することも可能である。
【００２３】
本管１と鞘管２との間には、複数の支持部材５が設けられている。夫々の支持部材５は、鞘管２に対して本管１を支持しつつ、鞘管２と本管１との間の内部空間が管軸方向に連通可能となるように、例えば、図２に示すような本管１の周囲から放射状に延びる複数のロッド部材で構成される。鞘管２と本管１との間の内部空間には、通気性を有する多孔質の断熱材（例えば、ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム等）が充填してあってもよい。支持部材５と本管１又は鞘管２との接合は、溶接、接着、螺着等の従来公知の手法によって行われる。ただし、支持部材５は接合対象でない方の管に対しては近接配置されるのみである。例えば、支持部材５が本管１に接合されている場合は、支持部材５は鞘管２に対して近接配置され、鞘管２に接合されている場合は、支持部材５は本管１に対して近接配置される。支持部材５は、ある程度の弾力性を有する材料（例えば、金属材料や樹脂材料等）で構成することが好ましい。
【００２４】
（配管漏洩箇所検出システム）
次に、本発明の配管漏洩箇所検出方法を実施するために使用する配管漏洩箇所検出システム１０について説明する。
本管１に高温（例えば、１２０〜１３０℃）の熱媒体が流通すると、本管１は熱媒体から熱を受けて比較的高温状態となる。一方、鞘管２は土壌等の媒質と接触しているため比較的低温状態を維持している。つまり、本管１は熱膨張するが、鞘管２は膨張等の変化を殆んど起こさないことになる。このため、本管１と鞘管２との間には熱膨張量の差が生じることになり、これが原因となって、本管１と鞘管２とを接続する支持部材５には主に管軸方向に応力が掛かることになる。このような場合、応力を受けた支持部材５は撓みを起こし、それに伴ってパルス状ノイズ（いわゆるパキパキ音）が発生する。このパルス状ノイズは、バックグラウンドノイズとともに検出されるものであり、雑音成分の一部を構成する。パルス状ノイズは、非定常成分を多く含む雑音であり、地域冷暖房用配管２０の鞘管２の漏洩箇所（損傷箇所）Ｐを検出する場合において、障害の原因の一つとなり得るものである。
【００２５】
これに対し、本発明の配管漏洩箇所検出システム１０は、第１マイクロホン（第１信号受信手段）１１と、第２マイクロホン（第２信号受信手段）１２と、コンピュータ１３とを備えている。第１マイクロホン１１および第２マイクロホン１２は、地域冷暖房用配管２０の内部を到来する各種音波を受信するための手段である。本実施形態では、第１マイクロホン１１および第２マイクロホン１２を、鞘管２の両側の端縁部２ａに夫々設けられた点検用バルブ４ａ、４ｂの付近に夫々向けた状態で配置している。
【００２６】
配管漏洩箇所検出システム１０を稼動する際は、一方の点検用バルブ４ａに空気ボンベ６を接続し、もう一方の点検用バルブ４ｂを閉鎖状態（図１で黒抜きで示す）にしておく。この状態で点検用バルブ４ａを開放状態（図１で白抜きで示す）にし、鞘管２の内部に圧縮空気（加圧流体）を注入する。このような状況において、鞘管２に漏洩箇所Ｐが存在していれば、その漏洩箇所Ｐから空気が漏洩し、漏洩音が発生する。また、本管１に熱媒体が流通すると、上述したように支持部材５が熱膨張量の差を受けて撓むことでパルス状ノイズが発生し、これがバックグラウンドノイズとともに雑音として漏洩音に重畳することになる。パルス状ノイズおよびバックグラウンドノイズを含む雑音が重畳した漏洩音（音波信号）は、鞘管２の内部を伝達して第１マイクロホン１１および第２マイクロホン１２によって夫々受信される。各マイクロホン１１、１２によって受信した二つの音波信号は、コンピュータ１３に夫々送信され、ここで本発明の配管漏洩箇所検出方法に関する演算が実行される。なお、この二つの音波信号は、漏洩箇所Ｐの管軸方向の位置に応じて、後述するように互いに強い相互相関関係を有する。
【００２７】
（配管漏洩箇所検出方法）
配管漏洩箇所検出システム１０が行う本発明の配管漏洩箇所検出方法に関する演算は、以下のようにして実行される。
【００２８】
第１マイクロホン１１および第２マイクロホン１２で夫々受信した音波信号は、検出対象である漏洩音に、パルス状ノイズおよびバックグラウンドノイズ等の雑音が混入したものとなっている。このため、生の音波信号は通常ノイズレベルが高いものとなっている。従って、このような生の音波信号から直接相互相関を求めても漏洩箇所を特定するためのピークが現れ難く、よって漏洩箇所を正確に検出することは困難である。
【００２９】
この点に関し、本発明では、初めに第１マイクロホン１１および第２マイクロホン１２で夫々受信した音波信号の振幅を、時間領域で夫々対数化している。このような対数化処理を行うことにより、漏洩音成分に対する雑音成分の強度が相対的に低減される。次に、雑音成分の強度が相対的に低減された対数化した音波信号について相互相関を求める。この求めた相互相関において、相互相関係数のピークを示す位置は配管の漏洩箇所に対応するものとなる。すなわち、相互相関をとって求めたピーク位置から配管の漏洩箇所を特定することができるのである。
このように、本発明の配管漏洩箇所検出方法では、漏洩箇所の判別が容易であるとともに、当該漏洩箇所を正確且つ確実に検出することができる。
【００３０】
（実施例）
本発明の配管漏洩箇所検出方法に関する実施例について、以下に説明する。
図３は、（ａ）第１マイクロホン１１、および（ｂ）第２マイクロホン１２で夫々受信した音波信号の生データを示すグラフである。本実施例で使用した第１マイクロホン１１および第２マイクロホン１２のノイズレベルは±５００以下である。ところが、実際に受信した音波信号のノイズレベルは±５０００程度であり、マイクロホン１１、１２のノイズレベルと比較してかなり高い値となっている。また、これらの音波信号には、バックグラウンドノイズ等の雑音に加えて、パルス状ノイズに起因する非定常の音波信号が重畳していることが確認できる。このパルス状ノイズは、先に説明した、支持部材５に管軸方向に応力が掛かって撓むことより発生する非定常成分を有する雑音である。
【００３１】
図４は、（ａ）第１マイクロホン１１、および（ｂ）第２マイクロホン１２で夫々受信した音波信号の振幅を、時間領域で夫々対数化した結果を示すグラフである。図４と図３とを比較すると、図４では、パルス状ノイズを含む雑音成分が漏洩音成分に対して相対的に低減されていることが確認できる。
【００３２】
次に、この雑音成分の強度が相対的に低減された対数化した音波信号について相互相関を求める。その結果を図５のグラフに示す。図５において、矢印は実際の漏洩箇所に相当する位置である。この矢印の位置においては相互相関係数が比較的高くなっており、ピークが現れている。このことから、このピーク位置が地域冷暖房用配管２０の漏洩箇所であるとの判別をすることができる。
このように、対数化した音波信号について相互相関を求めれば、地域冷暖房用配管２０の漏洩箇所を精度良く且つ高い信頼性をもって比較的容易に検出することができる。
【００３３】
ちなみに、図３の音波信号について対数化処理をすることなくそのまま相互相関を求めると、図６に示すグラフのようになる。図６において、矢印は実際の漏洩箇所に相当する位置であるが、この位置における相互相関係数は低く、地域冷暖房用配管２０の漏洩箇所として判別することは困難であると言える。
【００３４】
（別実施形態）
＜１＞図１に示した装置において、第１マイクロホン１１及び第２マイクロホン１２とコンピュータ１３とを無線接続しておくことも可能である。このような構成とすれば、第１マイクロホン１１及び第２マイクロホン１２とコンピュータ３との配線が不要となり、配管漏洩箇所検出システム１０を簡略化することができる。従って、測定対象となる地域冷暖房用配管２０が長い場合や、地域冷暖房用配管２０の形状が複雑な場合であっても、配線の煩わしさがないので円滑に検出作業を進めることができる。
【００３５】
＜２＞第１マイクロホン１１及び第２マイクロホン１２とコンピュータ３とにそれぞれクロック手段（図示せず）を設けておき、第１マイクロホン１１及び第２マイクロホン１２における漏洩音波信号の受信時刻をコンピュータ３がカウントするように構成することも可能である。このような構成とすれば、第１マイクロホン１１及び第２マイクロホン１２とコンピュータ３の各クロック手段を同期させておくことで、正確な時間測定が可能となるため、相互相関を求める際の遅延時間の計測の精度および信頼性が向上する。また、クロックの作動中は連続して信号の計測が可能であるので、仮に一回の計測に失敗しても直ちに次の計測を実施することができるので、作業効率が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の配管漏洩箇所検出方法は、上記実施形態において例示的に説明した地域冷暖房用配管に好適に適用することができるが、他の種類の配管においても適用することが可能である。例えば、地下に埋設されている上下水道配管、工場等に配設されている各種薬液輸送管、各種機械に接続される圧縮空気管等の各種配管系の漏洩箇所の検出の際にも、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の配管漏洩箇所検出方法を実施するための配管漏洩箇所検出システムを、地域冷暖房システムに使用する地域冷暖房用配管に適用した状態を示す模式図
【図２】図１における地域冷暖房用配管の断面図
【図３】（ａ）第１マイクロホン、および（ｂ）第２マイクロホンで夫々受信した音波信号の生データを示すグラフ
【図４】（ａ）第１マイクロホン、および（ｂ）第２マイクロホンで夫々受信した音波信号の振幅を、時間領域で夫々対数化した結果を示すグラフ
【図５】雑音成分の強度が相対的に低減された対数化した音波信号について相互相関を求めた結果を示すグラフ
【図６】図３の音波信号についてそのまま相互相関を求めた結果を示すグラフ
【符号の説明】
【００３８】
１    本管（内側管）
２    鞘管（外側管）
５    支持部材
１１  第１マイクロホン（第１信号受信手段）
１２  第２マイクロホン（第２信号受信手段）
２０  地域冷暖房用配管
Ｐ    漏洩箇所
【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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