残液検知装置及び方法並びに超音波探触子取付治具
【課題】配管内の残液を確実に検知できること。
【解決手段】超音波を送信しその反射波を受信する超音波探触子１１と、この超音波探触子１１を保持すると共に、超音波探触子１１を配管１の外表面５の底部に、その送受信部１６が外表面５の底部に密着するように取り付ける取付治具１２と、超音波探触子１１からの波形データを入力し、超音波探触子１１が超音波を送信した後、配管１の内表面６で反射しその配管１の肉厚内を伝播する反射波と、配管１内の残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波とを時間差をもって受信したとき、残水２中を伝播する反射波の波形データから残水２の有無及びその残水２の水位を検知するデータ処理部１３と、を有するものである。
【解決手段】超音波を送信しその反射波を受信する超音波探触子１１と、この超音波探触子１１を保持すると共に、超音波探触子１１を配管１の外表面５の底部に、その送受信部１６が外表面５の底部に密着するように取り付ける取付治具１２と、超音波探触子１１からの波形データを入力し、超音波探触子１１が超音波を送信した後、配管１の内表面６で反射しその配管１の肉厚内を伝播する反射波と、配管１内の残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波とを時間差をもって受信したとき、残水２中を伝播する反射波の波形データから残水２の有無及びその残水２の水位を検知するデータ処理部１３と、を有するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管の内側空間に残留した残液を、超音波を用いて検知する残液検知装置及び方法、並びに超音波を送受信する超音波探触子を配管に取り付ける超音波探触子取付治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種プラントの定期点検や改造工事において、既設配管を切断する作業が数多くなされている。このような作業では、排水処理を行った後に配管のアイソレ（隔離）の実施状況を確認し、その後更に、ホースやバケツなどによる残水漏洩対策を行っている。
【０００３】
しかしながら、排水処理を実施しても、想定した残水量の算定ミスなどがあると、残水受けバケツから残水が溢れる事態が稀に発生することがある。さらに、残水が有害物質や放射性物質を含んだ汚染水の場合は、残水が漏れることがあってはならない。そこで、配管の切断前に、配管中に残水がどの程度あるかを確認できれば、残水の漏洩を未然に防止することが可能になる。
【０００４】
従来、液体収容部内に収容された液体の液面に超音波を送信し、その反射波を受信することで液体収容部内の液位を計測する超音波液位計が、特許文献１に開示されている。また、貯水タンク内の水を静電容量式の水位センサを用いて検出する技術が、特許文献２に開示されている。更に、配管内の残水をサーモカメラなどを用いて検知する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−９５１９号公報
【特許文献２】特開２００９−１１０７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１及び２に記載の技術は、液体収容部内の液体の液面に超音波を直接送信したり、貯水タンク内の水に電極を直接接触させて、液位（水位）を直接計測するものであり、配管内の液体を配管の外部から検知することができない。
【０００７】
また、配管内の残水をサーモカメラなどを用いて検知する技術では、残水が高温状態にあるときには可能であるが、残水温度が常温まで低下した状態では、この残水を検知することができないのが現状であった。
【０００８】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、配管内の残液を確実に検知できる残液検知装置及び方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、超音波探触子を配管の外表面の底部に安定して取り付けることができると共に、配管内の残液を高精度に検知できる超音波探触子取付治具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る残液検知装置は、超音波を送信しその反射波を受信する超音波探触子と、この超音波探触子を保持すると共に、この超音波探触子を配管の外表面の底部に、その送受信部が前記外表面の底部に密着するように取り付ける取付治具と、前記超音波探触子からの波形データを入力し、前記超音波探触子が超音波を送信した後、前記配管の内表面で反射しその配管の肉厚内を伝播する反射波と、前記配管内の残液の液面で反射しこの残液中を伝播する反射波とを時間差をもって受信したとき、前記残液中を伝播する反射波の波形データから前記残液の有無及びその液面位置を検出するデータ処理部と、を有することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る残液検知方法は、超音波を送信しその反射波を受信する超音波探触子を、配管の外表面の底部に、その送受信部が前記外表面の底部に密着するように取り付け、前記超音波探触子が超音波を送信した後、前記配管の内表面で反射しその配管の肉厚内を伝播する反射波と、前記配管内の残液の液面で反射しこの残液中を伝播する反射波とを時間差をもって受信したとき、前記残液中を伝播する反射波の波形データから前記残液の有無及びその液面位置を検出することを特徴とするものである。
【００１２】
更に、本発明に係る超音波探触子取付治具は、超音波探触子を収容する収容空間が設けられると共に、配管の外表面の底部との接触面が前記底部の形状に対応して形成された治具本体と、この治具本体の前記接触面に設置され、前記治具本体を磁力により前記配管の外表面の底部に着脱可能に取り付ける磁石と、前記治具本体に位置調整可能に装着されたキャップと前記収容空間に収容された前記超音波探触子との間に介在されて、前記超音波探触子の送受信部を前記配管の外表面の底部に密着させるための押付力を付与すると共に、前記超音波探触子を前記治具本体に保持する弾性体と、を有して構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る残液検知装置及び方法によれば、超音波探触子が超音波を送信した後、配管の内表面で反射しその配管の肉厚内を伝播する反射波と、前記配管内の残液の液面で反射しこの残液中を伝播する反射波とを時間差をもって受信したとき、前記残液中を伝播する反射波の波形データから残液の有無及びその液面位置を検出するので、配管内の残液を確実に検知できる。
【００１４】
また、本発明に係る超音波探触子取付治具によれば、治具本体を磁石の磁力により配管の外表面の底部に着脱可能に取り付けることで、治具本体に保持された超音波探触子を配管の外表面の底部に着脱可能に且つ安定して取り付けることができる。また、治具本体内に保持された超音波探触子の送受信部を、弾性体の押付力によって配管の外表面の底部に密着させることで、送受信部から送信される超音波により配管内の残液を高精度に検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る残液検知装置の一実施形態である残水検知装置を示す構成図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線の矢印で示す方向から目視した矢視図。
【図３】図１の配管の内側空間に残水が存在しない状態での超音波の伝播状況を説明する説明図。
【図４】図１の配管の内側空間に残水が存在する状態での超音波の伝播状況を説明する説明図。
【図５】図１の配管の内側空間に残水が存在する状態で超音波が送受信されたときに、表示装置に表示された反射波の波形データの一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。図１は、本発明に係る残液検知装置の一実施形態である残水検知装置を示す構成図である。
【００１７】
この図１に示す残液検知装置としての残水検知装置１０は、水平に配置された配管１、特に炭素鋼やステンレス鋼などの金属製の配管１内に残留した残液としての残水２を、超音波を用いて配管１の外側から非破壊で検知するものであり、超音波探触子１１、超音波探触子取付治具としての取付治具１２、データ処理部１３、表示装置１４、及びデータベース１５を有して構成される。
【００１８】
超音波探触子１１は、超音波を送信しその反射波を受信する送受信部１６を備えて構成される。この送受信部１６から送信された超音波は、例えば１０ＭＨｚまたは５ＭＨｚのパルス状超音波である。また、この送受信部１６から送信される超音波が、配管１の内側空間４に残留した残水２の液面としての水面３に対し直交するように、後に詳説する取付治具１２によって、超音波探触子１１が配管１の外表面５に取り付けられる。超音波探触子１１の送受信部１６にて受信された超音波の反射波の波形データは、探触子ケーブル１７を経てデータ処理部１３へ出力される。
【００１９】
ここで、図３に示すように、配管１の内側空間４に残水２が存在しない場合には、配管１（金属）から空気への超音波の透過率が約０．００２％であるため、超音波探触子１１の送受信部１６から配管１へ送信された超音波は、ほとんど全てが配管１の内表面６で反射する。この反射波７Ａは配管１の肉厚内を伝播し、一部が超音波探触子１１の送受信部１６にて受信されると共に、図示しないが、大部分が配管１の外表面５で再び反射して、配管１の肉厚内で反射を繰り返す。
【００２０】
また、図４に示すように、配管１の内側空間４に残水２が存在する場合には、配管１（金属）から残水２（水）への超音波の透過率が約５％であるため、超音波探触子１１の送受信部１６から配管１へ送信された超音波は、一部が残水２中に透過し、残りが配管１の内表面６で反射する。配管１の内表面６にて反射した反射波７Ａは、前述の如く配管１の肉厚内で反射を繰り返す。また、残水２中に透過した超音波は、残水２の水面３で反射する。この反射波７Ｂは残水２中を伝播し、一部が超音波探触子１１の送受信部１６にて受信されると共に、図示しないが、大部分が配管１の内表面６で再び反射して残水２中に至り、この残水２中で反射を繰り返す。
【００２１】
上述のような超音波の伝播速度は、配管１の肉厚内では高速（例えば約５９００ｍ／秒）であり、残水２中では低速（例えば１４８０ｍ／秒）であって、大きく相違する。このため、超音波探触子１１の送受信部１６は、超音波を送信した後、配管１の内表面６で反射しこの配管１の肉厚内を伝播する反射波７Ａ（図４）と、配管１の内側空間４に残留した残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波７Ｂ（図４）とを時間差をもって受信する。
【００２２】
前記取付治具１２は、図１及び図２に示すように、超音波探触子１１を保持すると共に、この超音波探触子１１を配管１の外表面５の底部に、その送受信部１６が上記外表面５の底部に密着するように取り付けるものであり、治具本体２０、磁石２１、キャップ２２、及び弾性体としてのスプリング２３を有して構成される。
【００２３】
治具本体２０には、超音波探触子１１を収容する収容空間２４が形成されている。また、この治具本体２０の上面は、配管１の外表面５の底部に接触する接触面２５であり、この接触面２５は、配管１の外表面５の底部の形状に対応して湾曲面またはＶ字形状に形成されている。更に、治具本体２０における接触面２５の下部で、収容空間２４の上部を形成する部分は、超音波探触子１１の被当接面１８に当接可能なストッパ部２６として形成されている。超音波探触子１１にスプリング２３の付勢力が作用したとき、この超音波探触子１１の被当接面１８がストッパ部２６に当接することで、超音波探触子１１は治具本体２０に保持される。
【００２４】
磁石２１は、治具本体２０の接触面２５に埋設され、配管１の軸方向Ｏに平行に複数本、本実施形態では２本設けられる。これらの磁石２１の磁力によって、治具本体２０の接触面２５を配管１の外表面５の底部に着脱可能に磁着させて、治具本体２０を配管１の外表面５の底部に取り付ける。
【００２５】
キャップ２２は、有底筒形状に形成されて、治具本体２０の収容空間２４の下部に設置される。更に、このキャップ２２は、軸方向、即ち収容空間２４内に収容された超音波探触子１１の軸方向Ｐに沿って位置調整可能に、治具本体２０にねじ結合されて装着される。
【００２６】
スプリング２３は、キャップ２２の内部に配置され、治具本体２０の収容空間２４に収容された超音波探触子１１とキャップ２２との間に圧縮された状態で介在される。従って、このキャップ２２の付勢力は、治具本体２０の接触面２５が配管１の外表面５の底部に磁着された状態で、超音波探触子１１の送受信部１６を配管１の外表面５の底部に密着させるための押圧力として機能する。この押圧力は、キャップ２２を超音波探触子１１の軸方向Ｐに沿って移動させることで調整される。
【００２７】
また、治具本体２０の接触面２５が配管１の外表面５の底部に磁着されていないときには、スプリング２３の付勢力は、超音波探触子１１の被当接面１８を治具本体２０のストッパ部２６に当接させて超音波探触子１１の飛び出しを防止し、超音波探触子１１を治具本体２０の収容空間２４内に保持する。
【００２８】
前記データ処理部１３は、超音波探触子１１に探触子ケーブル１７を用いて接続され、超音波探触子１１の送受信部１６が超音波を送信した時刻と、送受信部１６が受信した反射波７Ａ及び７Ｂの波形データなどを超音波探触子１１から入力する。データ処理部１３に入力された反射波７Ａ、７Ｂの波形データは、データ処理部１３に接続された表示装置１４の画面に、図５に示すように表示される。
【００２９】
更に、データ処理部１３は、超音波探触子１１が超音波を送信した後、配管１の内表面６で反射しその配管１の肉厚内を伝播する反射波７Ａ（図５に波形データＡとして表示される）と、配管１の内側空間４に残留した残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波７Ｂ（図５に波形データＢとして表示される）とを時間差をもって受信したとき、残水２中を伝播する反射波７Ｂの波形データＢから、残水２の有無、及び残水２の液面位置としての水位を検出する。
【００３０】
つまり、まず、データ処理部１３は、配管１内の残水２の水面３で反射し残水２中を伝播する反射波７Ｂの波形データＢが存在している場合に、配管１の内側空間４に残水が存在すると判断する。次に、データ処理部１３は、超音波探触子１１の送受信部１６が超音波を送信してから、配管１内の残水２の水面３で反射し残水２中を伝播する反射波７Ｂを受信するまでの時間と、水中を伝播する超音波の伝播速度とを用いて、配管１の内側空間４に残留した残水２の水位を演算する。
【００３１】
尚、図５に示す表示装置１４の画面上の横軸（時間軸）は、残水２中を伝播する超音波の伝播速度を用いて、残水２の水位を示す液位軸としての水位軸に変更して設定されてもよい。
【００３２】
ところで、配管１の内側空間４に残留する残水２の水面３が低い場合には、配管１の内表面６で反射し配管１の肉厚内を伝播する反射波７Ａを超音波探触子１１が受信する受信時刻と、配管１内の残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波７Ｂを超音波探触子１１が受信する受信時刻との時間差が減少して、データ処理部１３は、これらの両反射波７Ａ、７Ｂの波形データＡ、Ｂを明確に識別することができない場合がある。このような場合に対処するために、残水検知装置１０は、データ処理部１３に接続して前記データベース１５を備えると共に、データ処理部１３が反射波識別ルーチンを実行する。
【００３３】
つまり、データベース１５は、内側空間４に残水２が存在しない配管１（図３）に対し、この配管１の外表面５に取付治具１２を用いて取り付けられた超音波探触子１１が超音波を送信したときに、配管１の内表面６で反射しこの配管１の肉厚内を伝播して超音波探触子１１に受信された反射波７Ａの波形データＡを、肉厚の異なる配管１毎に記録するものである。ただし、このデータベース１５の機能を、データ処理部１３内の記録装置（不図示）が実行してもよい。
【００３４】
また、データ処理部１３が実行する反射波識別ルーチンは、超音波探触子１１が受信した実際の配管１における反射波７Ａ、７Ｂの波形データＡ、Ｂから、この実際の配管１の肉厚と同一の肉厚の配管１における前述のデータベース１５に記録された反射波７Ａの波形データＡを差し引くことで、実際の配管１の内側空間４に残留する残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波７Ｂの波形データＢを抽出するルーチンである。
【００３５】
この反射波識別ルーチンによって、配管１の内表面６で反射しこの配管１の肉厚内を伝播する反射波７Ａの波形データＡが除去され、配管１内の残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波７Ｂの波形データＢのみが残るので、データ処理部１３は、この抽出した残水２中を伝播する反射波７Ｂの波形データＢから、前述と同様にして、残水２の有無と、残水２の水位を演算する。
【００３６】
次に、作用を説明する。
まず、取付治具１２の治具本体２０における収容空間２４内に超音波探触子１１を収容し保持した状態で、この取付治具１２の治具本体２０における接触面２５を配管１の外表面５の底部に磁着して、超音波探触子１１を配管１の外表面５の底部に取り付ける。この取付状態では、超音波探触子１１の送受信部１６が配管１の外表面５の底部に密着した状態になる。
【００３７】
次に、超音波探触子１１の送受信部１６から超音波をパルス状に送信する。すると、配管１の内表面６で反射しこの配管１の肉厚内を伝播した反射波７Ａと、配管１の内側空間４に残留した残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播した反射波７Ｂとが、時間差をもって超音波探触子１１の送受信部１６に受信される。
【００３８】
データ処理部１３は、超音波探触子１１の送受信部１６が受信した、配管１内の残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播した反射波７Ｂの波形データＢから、配管１内の残水２の有無を判定し、その残水２の水位を演算して検出する。残水２の有無が不明確な場合には、データ処理部１３は、反射波識別ルーチンを実行して、配管１内の残水２の水面３で反射し残水２中を伝播した反射波７Ｂの波形データＢを抽出して、この抽出した波形データＢから残水２の有無と、残水２の水位を検出する。
【００３９】
以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）〜（４）を奏する。
（１）超音波探触子１１の送受信部１６が超音波を送信した後、配管１の内表面６で反射しその配管１の肉厚内を伝播する反射波７Ａと、配管１内の残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波７Ｂとを時間差をもって受信したとき、データ処理部１３は、配管１内の残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波７Ｂの波形データＢから、残水２の有無及びこの残水２の水位を検出する。このため、配管１内の残水２を確実に検知できる。このように配管１内の残水量を検知できるので、配管１の切断時に残水２の漏洩を防止することが可能になり、例えば、放射性を帯びた残水２や有害物質を含んだ残水２の漏洩による汚染を確実に防止できる。
【００４０】
（２）データベース１５には、内側空間４に残水２が存在しない配管１に対して、この配管１の外表面５に取付治具１２を用いて取り付けられた超音波探触子１１が超音波を送信したとき、この配管１の内表面６で反射しこの配管１の肉厚内を伝播して超音波探触子１１に受信された反射波７Ａの波形データＡが、肉厚の異なる配管１毎に記録されている。
【００４１】
そして、配管１の内側空間４に残留する残水２の水面３が低い場合には、データ処理部１３は、超音波探触子１１が受信した実際の配管１における反射波７Ａ、７Ｂの波形データＡ、Ｂから、この実際の配管１の肉厚と同一の肉厚の配管１におけるデータベース１５に記録された反射波７Ａの波形データＡを差し引くことで、実際の配管１の内側空間４に残留する残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播した反射波７Ｂの波形データＢを抽出する。
【００４２】
従って、データ処理部１３は、この抽出された反射波７Ｂの波形データＢから、実際の配管１の内側空間４に残留した残水２の有無を判定し、その残水２の水位を検出する。この結果、配管１の内側空間４に残留する残水２が少ない場合でも、その残水２の有無と、残水２の水位を正確に検出することができる。
【００４３】
（３）表示装置１４の画面（図５）上の横軸（時間軸）を、残水２中を伝播する超音波の伝播速度を用いて、配管１内の残水２の水位を示す水位軸に変更して設定してもよい。この場合には、表示装置１４の画面に表示された、配管１内の残水２の水面３で反射しその残水２中を伝播する反射波７Ｂの波形データＢの横軸（水位軸）の位置から、配管１内の残水２の水位を容易且つ迅速に検出できる。
【００４４】
（４）取付治具１２の治具本体２０を磁石２１の磁力により配管１の外表面５の底部に着脱可能に磁着することで、治具本体２０内に保持された超音波探触子１１を配管１の外表面５の底部に着脱可能に且つ安定して取り付けることができる。また、治具本体２０内に保持された超音波探触子１１の送受信部１６を、スプリング２３の付勢力によって配管１の外表面５の底部に押圧して密着させることで、送受信部１６から送信される超音波により配管１内の残水２を高精度に検知できる。
【００４５】
以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。例えば、上記実施形態では弾性体がスプリング２３の場合を述べたが、板ばねやゴムなどであってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１ 配管
２ 残水（残液）
３ 水面（液面）
５ 外表面
６ 内表面
７Ａ、７Ｂ 反射波
１０ 残水検知装置（残液検知装置）
１１ 超音波探触子
１２ 取付治具（超音波探触子取付治具）
１３ データ処理部
１４ 表示装置
１５ データベース
１６ 送受信部
２０ 治具本体
２１ 磁石
２２ キャップ
２３ スプリング（弾性体）
２４ 収容空間
２５ 接触面
Ａ、Ｂ 波形データ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管の内側空間に残留した残液を、超音波を用いて検知する残液検知装置及び方法、並びに超音波を送受信する超音波探触子を配管に取り付ける超音波探触子取付治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種プラントの定期点検や改造工事において、既設配管を切断する作業が数多くなされている。このような作業では、排水処理を行った後に配管のアイソレ（隔離）の実施状況を確認し、その後更に、ホースやバケツなどによる残水漏洩対策を行っている。
【０００３】
しかしながら、排水処理を実施しても、想定した残水量の算定ミスなどがあると、残水受けバケツから残水が溢れる事態が稀に発生することがある。さらに、残水が有害物質や放射性物質を含んだ汚染水の場合は、残水が漏れることがあってはならない。そこで、配管の切断前に、配管中に残水がどの程度あるかを確認できれば、残水の漏洩を未然に防止することが可能になる。
【０００４】
従来、液体収容部内に収容された液体の液面に超音波を送信し、その反射波を受信することで液体収容部内の液位を計測する超音波液位計が、特許文献１に開示されている。また、貯水タンク内の水を静電容量式の水位センサを用いて検出する技術が、特許文献２に開示されている。更に、配管内の残水をサーモカメラなどを用いて検知する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−９５１９号公報
【特許文献２】特開２００９−１１０７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１及び２に記載の技術は、液体収容部内の液体の液面に超音波を直接送信したり、貯水タンク内の水に電極を直接接触させて、液位（水位）を直接計測するものであり、配管内の液体を配管の外部から検知することができない。
【０００７】
また、配管内の残水をサーモカメラなどを用いて検知する技術では、残水が高温状態にあるときには可能であるが、残水温度が常温まで低下した状態では、この残水を検知することができないのが現状であった。
【０００８】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、配管内の残液を確実に検知できる残液検知装置及び方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、超音波探触子を配管の外表面の底部に安定して取り付けることができると共に、配管内の残液を高精度に検知できる超音波探触子取付治具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る残液検知装置は、超音波を送信しその反射波を受信する超音波探触子と、この超音波探触子を保持すると共に、この超音波探触子を配管の外表面の底部に、その送受信部が前記外表面の底部に密着するように取り付ける取付治具と、前記超音波探触子からの波形データを入力し、前記超音波探触子が超音波を送信した後、前記配管の内表面で反射しその配管の肉厚内を伝播する反射波と、前記配管内の残液の液面で反射しこの残液中を伝播する反射波とを時間差をもって受信したとき、前記残液中を伝播する反射波の波形データから前記残液の有無及びその液面位置を検出するデータ処理部と、を有することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る残液検知方法は、超音波を送信しその反射波を受信する超音波探触子を、配管の外表面の底部に、その送受信部が前記外表面の底部に密着するように取り付け、前記超音波探触子が超音波を送信した後、前記配管の内表面で反射しその配管の肉厚内を伝播する反射波と、前記配管内の残液の液面で反射しこの残液中を伝播する反射波とを時間差をもって受信したとき、前記残液中を伝播する反射波の波形データから前記残液の有無及びその液面位置を検出することを特徴とするものである。
【００１２】
更に、本発明に係る超音波探触子取付治具は、超音波探触子を収容する収容空間が設けられると共に、配管の外表面の底部との接触面が前記底部の形状に対応して形成された治具本体と、この治具本体の前記接触面に設置され、前記治具本体を磁力により前記配管の外表面の底部に着脱可能に取り付ける磁石と、前記治具本体に位置調整可能に装着されたキャップと前記収容空間に収容された前記超音波探触子との間に介在されて、前記超音波探触子の送受信部を前記配管の外表面の底部に密着させるための押付力を付与すると共に、前記超音波探触子を前記治具本体に保持する弾性体と、を有して構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る残液検知装置及び方法によれば、超音波探触子が超音波を送信した後、配管の内表面で反射しその配管の肉厚内を伝播する反射波と、前記配管内の残液の液面で反射しこの残液中を伝播する反射波とを時間差をもって受信したとき、前記残液中を伝播する反射波の波形データから残液の有無及びその液面位置を検出するので、配管内の残液を確実に検知できる。
【００１４】
また、本発明に係る超音波探触子取付治具によれば、治具本体を磁石の磁力により配管の外表面の底部に着脱可能に取り付けることで、治具本体に保持された超音波探触子を配管の外表面の底部に着脱可能に且つ安定して取り付けることができる。また、治具本体内に保持された超音波探触子の送受信部を、弾性体の押付力によって配管の外表面の底部に密着させることで、送受信部から送信される超音波により配管内の残液を高精度に検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る残液検知装置の一実施形態である残水検知装置を示す構成図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線の矢印で示す方向から目視した矢視図。
【図３】図１の配管の内側空間に残水が存在しない状態での超音波の伝播状況を説明する説明図。
【図４】図１の配管の内側空間に残水が存在する状態での超音波の伝播状況を説明する説明図。
【図５】図１の配管の内側空間に残水が存在する状態で超音波が送受信されたときに、表示装置に表示された反射波の波形データの一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。図１は、本発明に係る残液検知装置の一実施形態である残水検知装置を示す構成図である。
【００１７】
この図１に示す残液検知装置としての残水検知装置１０は、水平に配置された配管１、特に炭素鋼やステンレス鋼などの金属製の配管１内に残留した残液としての残水２を、超音波を用いて配管１の外側から非破壊で検知するものであり、超音波探触子１１、超音波探触子取付治具としての取付治具１２、データ処理部１３、表示装置１４、及びデータベース１５を有して構成される。
【００１８】
超音波探触子１１は、超音波を送信しその反射波を受信する送受信部１６を備えて構成される。この送受信部１６から送信された超音波は、例えば１０ＭＨｚまたは５ＭＨｚのパルス状超音波である。また、この送受信部１６から送信される超音波が、配管１の内側空間４に残留した残水２の液面としての水面３に対し直交するように、後に詳説する取付治具１２によって、超音波探触子１１が配管１の外表面５に取り付けられる。超音波探触子１１の送受信部１６にて受信された超音波の反射波の波形データは、探触子ケーブル１７を経てデータ処理部１３へ出力される。
【００１９】
ここで、図３に示すように、配管１の内側空間４に残水２が存在しない場合には、配管１（金属）から空気への超音波の透過率が約０．００２％であるため、超音波探触子１１の送受信部１６から配管１へ送信された超音波は、ほとんど全てが配管１の内表面６で反射する。この反射波７Ａは配管１の肉厚内を伝播し、一部が超音波探触子１１の送受信部１６にて受信されると共に、図示しないが、大部分が配管１の外表面５で再び反射して、配管１の肉厚内で反射を繰り返す。
【００２０】
また、図４に示すように、配管１の内側空間４に残水２が存在する場合には、配管１（金属）から残水２（水）への超音波の透過率が約５％であるため、超音波探触子１１の送受信部１６から配管１へ送信された超音波は、一部が残水２中に透過し、残りが配管１の内表面６で反射する。配管１の内表面６にて反射した反射波７Ａは、前述の如く配管１の肉厚内で反射を繰り返す。また、残水２中に透過した超音波は、残水２の水面３で反射する。この反射波７Ｂは残水２中を伝播し、一部が超音波探触子１１の送受信部１６にて受信されると共に、図示しないが、大部分が配管１の内表面６で再び反射して残水２中に至り、この残水２中で反射を繰り返す。
【００２１】
上述のような超音波の伝播速度は、配管１の肉厚内では高速（例えば約５９００ｍ／秒）であり、残水２中では低速（例えば１４８０ｍ／秒）であって、大きく相違する。このため、超音波探触子１１の送受信部１６は、超音波を送信した後、配管１の内表面６で反射しこの配管１の肉厚内を伝播する反射波７Ａ（図４）と、配管１の内側空間４に残留した残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波７Ｂ（図４）とを時間差をもって受信する。
【００２２】
前記取付治具１２は、図１及び図２に示すように、超音波探触子１１を保持すると共に、この超音波探触子１１を配管１の外表面５の底部に、その送受信部１６が上記外表面５の底部に密着するように取り付けるものであり、治具本体２０、磁石２１、キャップ２２、及び弾性体としてのスプリング２３を有して構成される。
【００２３】
治具本体２０には、超音波探触子１１を収容する収容空間２４が形成されている。また、この治具本体２０の上面は、配管１の外表面５の底部に接触する接触面２５であり、この接触面２５は、配管１の外表面５の底部の形状に対応して湾曲面またはＶ字形状に形成されている。更に、治具本体２０における接触面２５の下部で、収容空間２４の上部を形成する部分は、超音波探触子１１の被当接面１８に当接可能なストッパ部２６として形成されている。超音波探触子１１にスプリング２３の付勢力が作用したとき、この超音波探触子１１の被当接面１８がストッパ部２６に当接することで、超音波探触子１１は治具本体２０に保持される。
【００２４】
磁石２１は、治具本体２０の接触面２５に埋設され、配管１の軸方向Ｏに平行に複数本、本実施形態では２本設けられる。これらの磁石２１の磁力によって、治具本体２０の接触面２５を配管１の外表面５の底部に着脱可能に磁着させて、治具本体２０を配管１の外表面５の底部に取り付ける。
【００２５】
キャップ２２は、有底筒形状に形成されて、治具本体２０の収容空間２４の下部に設置される。更に、このキャップ２２は、軸方向、即ち収容空間２４内に収容された超音波探触子１１の軸方向Ｐに沿って位置調整可能に、治具本体２０にねじ結合されて装着される。
【００２６】
スプリング２３は、キャップ２２の内部に配置され、治具本体２０の収容空間２４に収容された超音波探触子１１とキャップ２２との間に圧縮された状態で介在される。従って、このキャップ２２の付勢力は、治具本体２０の接触面２５が配管１の外表面５の底部に磁着された状態で、超音波探触子１１の送受信部１６を配管１の外表面５の底部に密着させるための押圧力として機能する。この押圧力は、キャップ２２を超音波探触子１１の軸方向Ｐに沿って移動させることで調整される。
【００２７】
また、治具本体２０の接触面２５が配管１の外表面５の底部に磁着されていないときには、スプリング２３の付勢力は、超音波探触子１１の被当接面１８を治具本体２０のストッパ部２６に当接させて超音波探触子１１の飛び出しを防止し、超音波探触子１１を治具本体２０の収容空間２４内に保持する。
【００２８】
前記データ処理部１３は、超音波探触子１１に探触子ケーブル１７を用いて接続され、超音波探触子１１の送受信部１６が超音波を送信した時刻と、送受信部１６が受信した反射波７Ａ及び７Ｂの波形データなどを超音波探触子１１から入力する。データ処理部１３に入力された反射波７Ａ、７Ｂの波形データは、データ処理部１３に接続された表示装置１４の画面に、図５に示すように表示される。
【００２９】
更に、データ処理部１３は、超音波探触子１１が超音波を送信した後、配管１の内表面６で反射しその配管１の肉厚内を伝播する反射波７Ａ（図５に波形データＡとして表示される）と、配管１の内側空間４に残留した残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波７Ｂ（図５に波形データＢとして表示される）とを時間差をもって受信したとき、残水２中を伝播する反射波７Ｂの波形データＢから、残水２の有無、及び残水２の液面位置としての水位を検出する。
【００３０】
つまり、まず、データ処理部１３は、配管１内の残水２の水面３で反射し残水２中を伝播する反射波７Ｂの波形データＢが存在している場合に、配管１の内側空間４に残水が存在すると判断する。次に、データ処理部１３は、超音波探触子１１の送受信部１６が超音波を送信してから、配管１内の残水２の水面３で反射し残水２中を伝播する反射波７Ｂを受信するまでの時間と、水中を伝播する超音波の伝播速度とを用いて、配管１の内側空間４に残留した残水２の水位を演算する。
【００３１】
尚、図５に示す表示装置１４の画面上の横軸（時間軸）は、残水２中を伝播する超音波の伝播速度を用いて、残水２の水位を示す液位軸としての水位軸に変更して設定されてもよい。
【００３２】
ところで、配管１の内側空間４に残留する残水２の水面３が低い場合には、配管１の内表面６で反射し配管１の肉厚内を伝播する反射波７Ａを超音波探触子１１が受信する受信時刻と、配管１内の残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波７Ｂを超音波探触子１１が受信する受信時刻との時間差が減少して、データ処理部１３は、これらの両反射波７Ａ、７Ｂの波形データＡ、Ｂを明確に識別することができない場合がある。このような場合に対処するために、残水検知装置１０は、データ処理部１３に接続して前記データベース１５を備えると共に、データ処理部１３が反射波識別ルーチンを実行する。
【００３３】
つまり、データベース１５は、内側空間４に残水２が存在しない配管１（図３）に対し、この配管１の外表面５に取付治具１２を用いて取り付けられた超音波探触子１１が超音波を送信したときに、配管１の内表面６で反射しこの配管１の肉厚内を伝播して超音波探触子１１に受信された反射波７Ａの波形データＡを、肉厚の異なる配管１毎に記録するものである。ただし、このデータベース１５の機能を、データ処理部１３内の記録装置（不図示）が実行してもよい。
【００３４】
また、データ処理部１３が実行する反射波識別ルーチンは、超音波探触子１１が受信した実際の配管１における反射波７Ａ、７Ｂの波形データＡ、Ｂから、この実際の配管１の肉厚と同一の肉厚の配管１における前述のデータベース１５に記録された反射波７Ａの波形データＡを差し引くことで、実際の配管１の内側空間４に残留する残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波７Ｂの波形データＢを抽出するルーチンである。
【００３５】
この反射波識別ルーチンによって、配管１の内表面６で反射しこの配管１の肉厚内を伝播する反射波７Ａの波形データＡが除去され、配管１内の残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波７Ｂの波形データＢのみが残るので、データ処理部１３は、この抽出した残水２中を伝播する反射波７Ｂの波形データＢから、前述と同様にして、残水２の有無と、残水２の水位を演算する。
【００３６】
次に、作用を説明する。
まず、取付治具１２の治具本体２０における収容空間２４内に超音波探触子１１を収容し保持した状態で、この取付治具１２の治具本体２０における接触面２５を配管１の外表面５の底部に磁着して、超音波探触子１１を配管１の外表面５の底部に取り付ける。この取付状態では、超音波探触子１１の送受信部１６が配管１の外表面５の底部に密着した状態になる。
【００３７】
次に、超音波探触子１１の送受信部１６から超音波をパルス状に送信する。すると、配管１の内表面６で反射しこの配管１の肉厚内を伝播した反射波７Ａと、配管１の内側空間４に残留した残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播した反射波７Ｂとが、時間差をもって超音波探触子１１の送受信部１６に受信される。
【００３８】
データ処理部１３は、超音波探触子１１の送受信部１６が受信した、配管１内の残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播した反射波７Ｂの波形データＢから、配管１内の残水２の有無を判定し、その残水２の水位を演算して検出する。残水２の有無が不明確な場合には、データ処理部１３は、反射波識別ルーチンを実行して、配管１内の残水２の水面３で反射し残水２中を伝播した反射波７Ｂの波形データＢを抽出して、この抽出した波形データＢから残水２の有無と、残水２の水位を検出する。
【００３９】
以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）〜（４）を奏する。
（１）超音波探触子１１の送受信部１６が超音波を送信した後、配管１の内表面６で反射しその配管１の肉厚内を伝播する反射波７Ａと、配管１内の残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波７Ｂとを時間差をもって受信したとき、データ処理部１３は、配管１内の残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播する反射波７Ｂの波形データＢから、残水２の有無及びこの残水２の水位を検出する。このため、配管１内の残水２を確実に検知できる。このように配管１内の残水量を検知できるので、配管１の切断時に残水２の漏洩を防止することが可能になり、例えば、放射性を帯びた残水２や有害物質を含んだ残水２の漏洩による汚染を確実に防止できる。
【００４０】
（２）データベース１５には、内側空間４に残水２が存在しない配管１に対して、この配管１の外表面５に取付治具１２を用いて取り付けられた超音波探触子１１が超音波を送信したとき、この配管１の内表面６で反射しこの配管１の肉厚内を伝播して超音波探触子１１に受信された反射波７Ａの波形データＡが、肉厚の異なる配管１毎に記録されている。
【００４１】
そして、配管１の内側空間４に残留する残水２の水面３が低い場合には、データ処理部１３は、超音波探触子１１が受信した実際の配管１における反射波７Ａ、７Ｂの波形データＡ、Ｂから、この実際の配管１の肉厚と同一の肉厚の配管１におけるデータベース１５に記録された反射波７Ａの波形データＡを差し引くことで、実際の配管１の内側空間４に残留する残水２の水面３で反射しこの残水２中を伝播した反射波７Ｂの波形データＢを抽出する。
【００４２】
従って、データ処理部１３は、この抽出された反射波７Ｂの波形データＢから、実際の配管１の内側空間４に残留した残水２の有無を判定し、その残水２の水位を検出する。この結果、配管１の内側空間４に残留する残水２が少ない場合でも、その残水２の有無と、残水２の水位を正確に検出することができる。
【００４３】
（３）表示装置１４の画面（図５）上の横軸（時間軸）を、残水２中を伝播する超音波の伝播速度を用いて、配管１内の残水２の水位を示す水位軸に変更して設定してもよい。この場合には、表示装置１４の画面に表示された、配管１内の残水２の水面３で反射しその残水２中を伝播する反射波７Ｂの波形データＢの横軸（水位軸）の位置から、配管１内の残水２の水位を容易且つ迅速に検出できる。
【００４４】
（４）取付治具１２の治具本体２０を磁石２１の磁力により配管１の外表面５の底部に着脱可能に磁着することで、治具本体２０内に保持された超音波探触子１１を配管１の外表面５の底部に着脱可能に且つ安定して取り付けることができる。また、治具本体２０内に保持された超音波探触子１１の送受信部１６を、スプリング２３の付勢力によって配管１の外表面５の底部に押圧して密着させることで、送受信部１６から送信される超音波により配管１内の残水２を高精度に検知できる。
【００４５】
以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。例えば、上記実施形態では弾性体がスプリング２３の場合を述べたが、板ばねやゴムなどであってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１ 配管
２ 残水（残液）
３ 水面（液面）
５ 外表面
６ 内表面
７Ａ、７Ｂ 反射波
１０ 残水検知装置（残液検知装置）
１１ 超音波探触子
１２ 取付治具（超音波探触子取付治具）
１３ データ処理部
１４ 表示装置
１５ データベース
１６ 送受信部
２０ 治具本体
２１ 磁石
２２ キャップ
２３ スプリング（弾性体）
２４ 収容空間
２５ 接触面
Ａ、Ｂ 波形データ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信しその反射波を受信する超音波探触子と、
この超音波探触子を保持すると共に、この超音波探触子を配管の外表面の底部に、その送受信部が前記外表面の底部に密着するように取り付ける取付治具と、
前記超音波探触子からの波形データを入力し、前記超音波探触子が超音波を送信した後、前記配管の内表面で反射しその配管の肉厚内を伝播する反射波と、前記配管内の残液の液面で反射しこの残液中を伝播する反射波とを時間差をもって受信したとき、前記残液中を伝播する反射波の波形データから前記残液の有無及びその液面位置を検出するデータ処理部と、を有することを特徴とする残液検知装置。
【請求項２】
前記データ処理部内またはこのデータ処理部に接続されたデータベースには、残液が存在しない配管の肉厚内を伝播する反射波の波形データが、肉厚の異なる配管毎に記憶され、
前記データ処理部は、実際の配管における反射波の波形データから、この実際の配管の肉厚と同一の肉厚の配管における前述の記憶された反射波の波形データを差し引くことで、実際の配管内の残液中を伝播する反射波の波形データを抽出し、この抽出した波形データから前記残液の有無及びその液面位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の残液検知装置。
【請求項３】
前記データ処理部から入力された反射波の波形データを表示する表示装置では、時間軸が、残液中を伝播する反射波の伝播速度を用いて、残液の液面位置を示す液位軸に変更して設定されたことを特徴とする請求項１または２に記載の残液検知装置。
【請求項４】
超音波を送信しその反射波を受信する超音波探触子を、配管の外表面の底部に、その送受信部が前記外表面の底部に密着するように取り付け、
前記超音波探触子が超音波を送信した後、前記配管の内表面で反射しその配管の肉厚内を伝播する反射波と、前記配管内の残液の液面で反射しこの残液中を伝播する反射波とを時間差をもって受信したとき、前記残液中を伝播する反射波の波形データから前記残液の有無及びその液面位置を検出することを特徴とする残液検知方法。
【請求項５】
超音波探触子を収容する収容空間が設けられると共に、配管の外表面の底部との接触面が前記底部の形状に対応して形成された治具本体と、
この治具本体の前記接触面に設置され、前記治具本体を磁力により前記配管の外表面の底部に着脱可能に取り付ける磁石と、
前記治具本体に位置調整可能に装着されたキャップと前記収容空間に収容された前記超音波探触子との間に介在されて、前記超音波探触子の送受信部を前記配管の外表面の底部に密着させるための押付力を付与すると共に、前記超音波探触子を前記治具本体に保持する弾性体と、を有して構成されたことを特徴とする超音波探触子取付治具。
【請求項１】
超音波を送信しその反射波を受信する超音波探触子と、
この超音波探触子を保持すると共に、この超音波探触子を配管の外表面の底部に、その送受信部が前記外表面の底部に密着するように取り付ける取付治具と、
前記超音波探触子からの波形データを入力し、前記超音波探触子が超音波を送信した後、前記配管の内表面で反射しその配管の肉厚内を伝播する反射波と、前記配管内の残液の液面で反射しこの残液中を伝播する反射波とを時間差をもって受信したとき、前記残液中を伝播する反射波の波形データから前記残液の有無及びその液面位置を検出するデータ処理部と、を有することを特徴とする残液検知装置。
【請求項２】
前記データ処理部内またはこのデータ処理部に接続されたデータベースには、残液が存在しない配管の肉厚内を伝播する反射波の波形データが、肉厚の異なる配管毎に記憶され、
前記データ処理部は、実際の配管における反射波の波形データから、この実際の配管の肉厚と同一の肉厚の配管における前述の記憶された反射波の波形データを差し引くことで、実際の配管内の残液中を伝播する反射波の波形データを抽出し、この抽出した波形データから前記残液の有無及びその液面位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の残液検知装置。
【請求項３】
前記データ処理部から入力された反射波の波形データを表示する表示装置では、時間軸が、残液中を伝播する反射波の伝播速度を用いて、残液の液面位置を示す液位軸に変更して設定されたことを特徴とする請求項１または２に記載の残液検知装置。
【請求項４】
超音波を送信しその反射波を受信する超音波探触子を、配管の外表面の底部に、その送受信部が前記外表面の底部に密着するように取り付け、
前記超音波探触子が超音波を送信した後、前記配管の内表面で反射しその配管の肉厚内を伝播する反射波と、前記配管内の残液の液面で反射しこの残液中を伝播する反射波とを時間差をもって受信したとき、前記残液中を伝播する反射波の波形データから前記残液の有無及びその液面位置を検出することを特徴とする残液検知方法。
【請求項５】
超音波探触子を収容する収容空間が設けられると共に、配管の外表面の底部との接触面が前記底部の形状に対応して形成された治具本体と、
この治具本体の前記接触面に設置され、前記治具本体を磁力により前記配管の外表面の底部に着脱可能に取り付ける磁石と、
前記治具本体に位置調整可能に装着されたキャップと前記収容空間に収容された前記超音波探触子との間に介在されて、前記超音波探触子の送受信部を前記配管の外表面の底部に密着させるための押付力を付与すると共に、前記超音波探触子を前記治具本体に保持する弾性体と、を有して構成されたことを特徴とする超音波探触子取付治具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２５１８３６（Ｐ２０１２−２５１８３６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２３７５３（Ｐ２０１１−１２３７５３）
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（３９００１４５６８）東芝プラントシステム株式会社 (273)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（３９００１４５６８）東芝プラントシステム株式会社 (273)
【Ｆターム（参考）】
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