特許 7208761 センサおよび保温材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-11

(45)【発行日】2023-01-19

(54)【発明の名称】センサおよび保温材

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/04 20060101AFI20230112BHJP

   G21D 1/00 20060101ALI20230112BHJP

   G21C 17/003 20060101ALI20230112BHJP

【ＦＩ】

G01N29/04

G21D1/00 J

G21C17/003 100

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2018199722

(22)【出願日】2018-10-24

(65)【公開番号】P2020067351

(43)【公開日】2020-04-30

【審査請求日】2021-10-12

(73)【特許権者】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】古市 肇

(72)【発明者】

【氏名】田村 明紀

【審査官】清水 靖記

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０９６８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２２８７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１４２２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２１５８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０２６５６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００ － Ｇ０１Ｎ ２９／５２

Ｇ２１Ｄ １／００ － Ｇ２１Ｄ １／０４

Ｇ２１Ｃ １７／００ － Ｇ２１Ｃ １７／１４

Ｈ０２Ｊ ７／００ － Ｈ０２Ｊ ７／３６

Ｈ０２Ｊ ５０／００ － Ｈ０２Ｊ ５０／９０

Ｈ０４Ｂ ５／００ － Ｈ０４Ｂ ５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高温になる構造体の周囲を覆った状態で非破壊検査を実行することが可能なセンサおよび保温材であって、
前記構造体を検査するために前記構造体の表面に２つ以上配置されているセンサと、
前記センサに接続されるセンサコイルと、
前記センサコイル１つに対して少なくとも１つ以上、前記保温材の内部に前記保温材の断面方向に設けられている磁力線収束部材と、を備え、
１つの前記磁力線収束部材が、２つの前記センサコイルにまたがることなく設けられている
ことを特徴とするセンサおよび保温材。

【請求項2】

高温になる構造体の周囲を覆った状態で非破壊検査を実行することが可能なセンサおよび保温材であって、
前記構造体を検査するために前記構造体の表面に２つ以上配置されているセンサと、
前記センサに接続されるセンサコイルと、
前記センサコイル１つに対して少なくとも１つ以上、前記保温材の内部に前記保温材の断面方向に設けられている磁力線収束部材と、を備え、
前記磁力線収束部材が、正方形状に配置されている
ことを特徴とするセンサおよび保温材。

【請求項3】

請求項２に記載のセンサおよび保温材において、
１つの前記磁力線収束部材が、２つの前記センサコイルにまたがることなく設けられている
ことを特徴とするセンサおよび保温材。

【請求項4】

請求項１に記載のセンサおよび保温材において、
前記磁力線収束部材が、正方形状に配置されている
ことを特徴とするセンサおよび保温材。

【請求項5】

請求項１または２に記載のセンサおよび保温材において、
前記磁力線収束部材は、磁性体で構成されている
ことを特徴とするセンサおよび保温材。

【請求項6】

請求項１または２に記載のセンサおよび保温材において、
前記磁力線収束部材の透磁率が、１×１０^－４［Ｈ／ｍ］以上である
ことを特徴とするセンサおよび保温材。

【請求項7】

請求項１または２に記載のセンサおよび保温材において、
前記磁力線収束部材は、対応する１つの前記センサコイルの鉛直方向範囲の内側に配置されている
ことを特徴とするセンサおよび保温材。

【請求項8】

請求項１または２に記載のセンサおよび保温材において、
前記磁力線収束部材は、前記保温材の内周面側から外周面側まで貫通するように設けられた棒形状の部材である
ことを特徴とするセンサおよび保温材。

【請求項9】

請求項１または２に記載のセンサおよび保温材において、
前記磁力線収束部材は、前記保温材の内部に埋め込まれた棒形状の部材である
ことを特徴とするセンサおよび保温材。

【請求項10】

請求項１または２に記載のセンサおよび保温材において、
前記磁力線収束部材は、前記保温材の内面側と外面側とで分割され、かつ同軸上に設けられた棒形状の部材で構成される
ことを特徴とするセンサおよび保温材。

【請求項11】

請求項１または２に記載のセンサおよび保温材において、
前記磁力線収束部材を、前記センサコイルより多く備えている
ことを特徴とするセンサおよび保温材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は非破壊検査が行われる配管等の構造物を保温するために用いられるセンサおよび保温材に関する。

【背景技術】

【0002】

試験対象物の非破壊検査に適したワイヤレスセンサに関し、小型、軽量、簡易なワイヤレスセンサの一例として、特許文献１には、変換器と、包囲部を画定するよう構成され、変換器に電気的に結合されて変換器を遠隔的な装置により誘導的に作動させることを可能にする、導電性の変換器コイルとを備えており、変換器コイルにより画定される包囲部は、変換器の対応する幅寸法よりも広い内部幅寸法を有している、ことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】ＧＢ２５２３２６６号公報

【非特許文献】

【0004】

【文献】C.Zhong, A.Croxford, P.Wilcox, “Investigation of Inductively Coupled Ultrasonic Transducer System for NDE” IEEE transactions on ultrasonics, Vol.60, No.6 (2013) pp.1115-1125

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

非破壊検査技術は、対象物を破壊することなくその状態を検査できる技術である。特に、超音波を用いた非破壊検査は、低コスト、適用が容易等の理由から幅広い分野で用いられている。

【0006】

原子力プラントや火力プラントなどでは、配管や容器などの健全性を担保するため、超音波によるき裂検査や肉厚検査が定期的に行われている。

【0007】

対象となる配管や容器の大部分は保温材で覆われている。このため、超音波検査のためには、まず保温材を取り外し、手動で超音波プローブをあらかじめ決められた検査点に押しつけて検査し、その後保温材を復旧する必要がある。また、検査箇所が高所であれば、検査の前後で足場組み立てが必要となる。

【0008】

特に原子力プラントでは、多数の配管、容器を定期検査毎に検査することが規定されており、多大な労力と時間を必要としている。また、前述の手動による検査では、超音波プローブの押しつけ角などにより、超音波プローブに受信される信号が変化するため、検査点毎に超音波プローブを注意深く制御する必要がある。

【0009】

このような課題を解決するため、検査点にあらかじめバッテリと制御用の電波送受信機を備えた超音波センサを取り付けておく方法がある。これにより、検査時に制御用サーバから各超音波センサを制御し、各検査点における超音波検査を自動的に行うことができる。また、保温材下にあらかじめ超音波センサを取り付けておくことで、保温材の着脱なしに配管、容器を超音波検査することが可能となる。

【0010】

しかしながら、この方法では、超音波センサにバッテリおよび制御用の電波送受信機を取り付ける必要があり、バッテリ交換などの定期的なメンテナンスが必要となる。また、センサ自身が大型化する、といった課題がある。

【0011】

このほか、電磁超音波発信子と光ファイバセンサを組み合わせた超音波光プローブによる検査方法が知られている。電磁超音波発信子により励起した超音波の共振波を光ファイバセンサにより検出する。電磁超音波発振子と光ファイバセンサをあらかじめ保温材下の検査点に設置しておくことにより、保温材の着脱なしで配管の超音波検査が可能である。

【0012】

しかしながら、各電磁超音波発振子と光ファイバセンサから電源線や信号線を引き出すため、多数の配線が必要となり、断線のリスクが高くなる、との課題がある。また、センサにより配管にき裂や減肉が検知された場合、保温材を取り外して手動による詳細検査に移行する必要があるが、センサの電源線や信号線は保温材を通して外側へ引き出されているため、保温材取り外しには電源線や信号線を切断する必要があり、詳細検査が必要ない部分のセンサまで使用できなくなる、という課題がある。

【0013】

上述の特許文献１には、コイル間の電磁誘導を用いて非接触で超音波検査を実施する方法が記載されている。この方法は、検査対象にあらかじめセンサとセンサに接続されたセンサコイルを設置しておき、送信コイルと受信コイルを含むセンサプローブから電磁誘導により発生させた磁場を通してセンサとセンサプローブ間で情報をやり取りして非接触で超音波検査を行うものである。

【0014】

この特許文献１に記載の方法は、センサ部はセンサとセンサコイルのみで構成されることから、バッテリが不要であり、センサ部がメンテナンスフリーとなるため有望な技術と考えられる。

【0015】

ここで、原子力プラントでは多数の配管、容器の定期的な検査が要求されている。特に配管減肉検査では、日本であれば、日本機械学会により推奨される検査方法が定められている。その中では、配管表面での計測ピッチが１００ｍｍ以下であることが要求されている。

【0016】

本規格に従うと、配管表面に多数のセンサが取り付けられる事になるため、センサ自身がメンテナンスフリーであること、コンパクトであることが重要となる。従来の検査方法に比べ、特許文献１に記載のコイル間の電磁誘導を活用する検査方法では、センサ部がメンテナンスフリー、かつコンパクトであるため有効であると考えられる。

【0017】

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、電磁誘導により十分な情報伝達を得るには、コイル間距離とほぼ同じ外径のコイルを用いる必要がある。一方で、前述のように配管減肉の計測ピッチはあらかじめ規定されていることから、使用できるコイルサイズには制約がある。このため、使用するコイル外径以上の厚みを有する保温材を通した計測は困難である、という課題があった。

【0018】

また、計測ピッチが狭い場合、特許文献１に記載の方法では、保温材上からセンサプローブで検査する際に、隣り合うセンサコイルからの信号を受信してしまう、という課題があった。

【0019】

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、好適にはコイル外径以上の厚みを有しており、保温材で覆われた配管、容器等の検査対象の構造物の減肉、き裂などを着脱なしに非破壊検査することを可能とするセンサおよび保温材を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、高温になる構造体の周囲を覆った状態で非破壊検査を実行することが可能なセンサおよび保温材であって、前記構造体を検査するために前記構造体の表面に２つ以上配置されているセンサと、前記センサに接続されるセンサコイルと、前記センサコイル１つに対して少なくとも１つ以上、前記保温材の内部に前記保温材の断面方向に設けられている磁力線収束部材と、を備え、１つの前記磁力線収束部材が、２つの前記センサコイルにまたがることなく設けられていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、保温材で覆われた配管、容器等の検査対象の構造物の減肉、き裂などを着脱なしに非破壊検査することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施例１に係る保温材とセンサシステムの構成を示す図である。

【図2】比較用の公知技術の保温材が用いられた系でのセンサシステムの動作原理の概略を示す図である。

【図3】本発明の実施例１の保温材が用いられた系でのセンサシステムの動作原理の概略を示す図である。

【図4】比較用の公知技術の保温材が配置された系におけるセンサシステムで得られた受信波形の一例を示す図である。

【図5】比較用の公知技術の保温材が配置された系におけるセンサシステムで得られた受信波形の他の一例を示す図である。

【図6】本発明の実施例１の保温材が配置された系でのセンサシステムにより得られた受信波形の一例を示す図である。

【図7】本発明の実施例１に係る保温材とセンサシステムの構成の他の一例を示す図である。

【図8】本発明の実施例２に係る保温材とセンサシステムの一部構成をセンサプローブ側から見た図である。

【図9】本発明の実施例２に係る保温材の詳細構成をセンサプローブ側から見た図である。

【図10】本発明の実施例３に係る保温材の詳細構成をセンサプローブ側から見た図である。

【図11】本発明の実施例４に係る保温材とセンサシステムの構成を示す図である。

【図12】本発明の実施例４に係る保温材に対する磁力線収束構造物の組み込み方法を示す図である。

【図13】本発明の実施例５に係る保温材とセンサシステムの構成を示す図である。

【図14】本発明の実施例６に係る保温材とセンサシステムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下に本発明の保温材の実施例を、図面を用いて説明する。

【0024】

＜実施例１＞
本発明の保温材の実施例１について図１乃至図７を用いて説明する。

【0025】

最初に、図１を用いて、本実施例における保温材とセンサシステムとの関係やその構成について説明する。図１は実施例１に係る保温材とセンサシステムの構成を示す断面図である。

【0026】

図１に示す形態では、センサシステムは、検査対象４１の表面に貼り付けられたセンサ２０、ケーブル２１、ケーブル２１を介してセンサ２０と電気的に結合したセンサコイル２２、センサコイル２２と検査対象４１の間に配置される電磁波遮断シート２３、送信コイル３１および受信コイル３０で構成されるセンサプローブ３２で構成される。

【0027】

パルサ（図示省略）で発生した送信波に対応する電気信号は、送信コイル３１での電磁誘導により磁場へと変換され、磁束３を介してセンサコイル２２へ伝達される。送信コイル３１で発生させた磁場が検査対象４１の表面で渦電流として失われることを避けるため、センサコイル２２と検査対象４１の間に電磁波遮断シート２３が設置されている。

【0028】

電磁波遮断シート２３としては、例えば米国３Ｍ社製ＥＭＩ Ａｂｓｏｒｂｅｒ ＡＢ Ｓｅｒｉｅｓが用いられる。電磁波遮断シート２３の厚みは、十分に遮断性能を発揮するため、０．２―０．５［ｍｍ］とするが、より厚いものを用いても良い。

【0029】

センサコイル２２で受信された電気信号はケーブル２１を通してセンサ２０に伝達される。

【0030】

超音波を発生させるために、センサ２０には圧電素子が用いられる。使用する超音波の周波数により圧電素子のサイズが決定されるが、本実施例では、外径１０［ｍｍ］、厚み０．６［ｍｍ］とする。使用される圧電素子の材料は、例えば、デンマークＮｏｌｉａｃ社製のＮＣＥ５１が用いられる。

【0031】

本実施例では超音波を発生させるため、センサ２０を圧電素子としているが、センサ２０は例えば、ひずみ計、電磁センサ、加速度計、熱センサなどの他のセンサで構成することも出来る。

【0032】

センサプローブ３２の送信コイル３１、受信コイル３０は、通常の超音波検査に用いられるパルサ・レシーバ（図示省略）およびオシロスコープ機能を備えたＰＣ（図示省略）に接続されている。

【0033】

送信コイル３１、受信コイル３０、センサコイル２２は、例えば、それぞれ０．０５［ｍｍ］の銅線で形成される平型コイルである。サイズ、巻き数は例えば非特許文献１に記載の方法で決定する。

【0034】

コイル外径が大きくなる程、レシーバで受信される信号のＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ比）が向上するが、前述のように配管減肉検査では１００［ｍｍ］以下の計測ピッチが要求される。

【0035】

このため、隣り合うセンサコイル２２同士での干渉を考慮し、本実施例ではセンサコイル２２の外径を３０［ｍｍ］とする。送信コイル３１、受信コイル３０の外径は、ＳＮ比および隣接コイルの干渉を考慮し、それぞれ５３［ｍｍ］、４６［ｍｍ］とする。

【0036】

ただし、本発明は例示した寸法に限定されるものではなく、検査対象の形状、求められるＳＮ比等によって適宜変更することができる。

【0037】

本実施例における検査対象４１は、炭素鋼もしくはステンレス鋼製の金属板であり、プラント検査における曲率の大きい配管、容器に対応する。検査対象４１は、プラント運転中に高温となるため、ケイ酸カルシウム製（もしくはロックウール製、グラスウール製、無定形水練製、硬質ウレタンフォーム製など）の保温材４０で覆われている。

【0038】

図１に示すように、本実施例の保温材４０は、高温になる検査対象４１の周囲を覆うことで検査対象４１の温度を保つ部材であり、その中には磁力線収束構造物１ａ，１ｂ，…（以下、磁力線収束構造物１と記載）が配置されている。これら磁力線収束構造物１は、保温材内面４２側から保温材外面４３側まで貫通するように設けられた棒形状の部材である。

【0039】

保温材４０の保温材内面４２側には、センサ２０やセンサコイル２２等が配置されるスペースとして、切欠き部１０が確保されている。

【0040】

磁力線収束構造物１は、例えば磁性体（例えばフェライトなど）で構成されており、形状は保温材内面４２側から保温材外面４３側へと貫通する棒型をしている。

【0041】

磁力線収束構造物１の断面形状に制約はなく、円形であっても四角形であっても良い。磁力線収束構造物１ａの外径は少なくともセンサコイル２２の外径の１／１０以上の大きさとすることが望ましい。

【0042】

磁力線収束構造物１は、図１に示すように、検査対象４１を検査するために検査対象４１の表面に配置されているセンサ２０に接続される１つのセンサコイル２２に対して１つが保温材４０の断面方向に設けられている。なお磁力線収束構造物１は、少なくともその一部が検査対象４１上に配置されたセンサコイル２２の鉛直方向領域２に含まれるように配置されていればよい。

【0043】

また、１つの磁力線収束構造物１は、保温材４０中では、２つのセンサコイル２２にまたがることなく配置されている。

【0044】

磁力線収束構造物１ａは、隣接する磁力線収束構造物１ｂと所定の間隔（以降、磁力線収束構造物間隔７０と記載）を保って配置されている。

【0045】

磁力線収束構造物１は、保温材４０の性能を確保することを目的として、比較的熱伝導率が低い材質で構成されていることが望ましい。磁力線収束構造物１の熱伝導率の具体的な値は、磁力線収束構造物１の断面形状や保温材４０に求められる保温性能等の要素に応じて一概に決まるものではないものの、保温材４０の熱伝導率の１０倍以下程度、特には磁性体であることが望まれる。これにより、保温材４０の保温性能を損なうことなく、磁力線収束構造物１の追設に伴う放熱量の増加を抑え、保温材としての性能をより確実に発揮させることが可能である。

【0046】

また、磁力線収束構造物１は、保温材４０の保温材内面４２側から保温材外面４３側、かつ保温材外面４３側から保温材内面４２側へと磁束を到達させるとの特性が求められるため、透磁率が高いことが望ましく、なくとも透磁率は１×１０^－４［Ｈ／ｍ］以上の、特には磁性体であることが望ましい。

【0047】

図２は従来技術の保温材が用いられた系でのセンサシステムの動作原理を説明した図であり、図３は本実施例の保温材が配置された系におけるセンサシステムの動作原理を説明する図である。

【0048】

図２に示した従来技術では、送信コイル３１で発生させた磁場が十分な強度でセンサコイル２２に到達するためには、送信コイル３１とセンサコイル２２の距離とほぼ同じサイズの外径を有するコイルを用いる必要があることが実験的に分かっている。従って、検査対象４１の温度が高く、図２に示すように、保温材１４０が厚い条件では、保温材１４０の厚みに等しいサイズのコイルを用いる必要がある。

【0049】

一方で、センサ２０の配置間隔（計測ピッチ）は日本機械学会が推奨する検査方法で規定されているため、磁場が十分な強度でセンサコイル２２に到達させるためにセンサコイル２２の外径を無制限に大きくすることは出来ない、との課題がある。これは日本国内の場合であるが、世界各国で、国ごとに推奨される検査方法が存在し、同様にセンサコイル２２の外径を無制限に大きくすることは困難である。

【0050】

そのため、センサコイル２２の外径が制限されると、厚い保温材１４０の場合、図２から明らかなように、送信コイル３１で発生した磁束３がセンサコイル２２へ到達せず、計測を行うことが出来ない、という課題がある。

【0051】

これに対し、磁束３をセンサコイル２２へ十分な強度で伝達させるためには、保温材１４０の厚みを薄くし、送信コイル３１をセンサコイル２２に近づける必要がある。しかしながら保温材１４０の厚みは、保温材１４０下の配管などからの放熱を抑制するために規定されており、保温材１４０の厚みを低減することは困難である。

【0052】

一方で、図３に示すように、本発明では保温材４０の中に磁力線収束構造物１が配置されている。また、検査対象４１の表面に配置されているセンサ２０に接続される１つのセンサコイル２２に対して少なくとも１つ以上の磁力線収束構造物１が保温材４０の断面方向に設けられている。

【0053】

このため、送信コイル３１やセンサコイル２２に保温材４０の厚さよりもサイズの小さい外径を有するコイルを用いた場合においても、送信コイル３１で発生した磁束４が磁力線収束構造物１の中を通過してセンサコイル２２に到達する。

【0054】

これにより、保温材４０の厚みを低減することなく計測を行うことが可能となる。また、センサコイル２２と磁力線収束構造物１を近接して配置することができるので、小さい外径のセンサコイル２２を用いることが出来、配管減肉検査のように計測ピッチ７１が狭い場合においても、隣接するセンサコイル２２からの信号を受信することなく、超音波検査を行うことができる。

【0055】

更に、例えば、原子力プラントや火力プラントでは、配管に保温材を取り付ける際（例えば、新しく施工する場合や、交換作業中または検査中に脱着が必要となる場合など）に、本実施例１に記載したような常にセンサコイル２２上に磁力線収束構造物１を有する保温材４０によれば、保温材４０の取り付け前後で磁力線収束構造物１とセンサコイル２２との相対的位置関係の変化が生じることなく、磁力線収束構造物１による送信コイル３１および受信コイル３０とセンサコイル２２間の磁束の伝達効果は保持される。従って、センサコイル２２の外径以上の厚みを有する保温材４０で覆われた配管又は容器等の検査対象４１を非接触にて超音波探査する際に、センサコイル２２とセンサプローブ３２間の信号伝達が可能となる。

【0056】

そのため、保温材４０の脱着時にセンサコイル２２と磁力線収束構造物１との相対的位置関係が変化したとしても、磁力線収束構造物１がセンサコイル２２上に確実に配置されるため、保温材４０の厚みとの関係に関わらず磁束４がセンサコイル２２に伝達される。

【0057】

図４および図５は、非特許文献１に開示されている公知技術の保温材が配置された系でのセンサシステム（コイル間の電磁誘導を用いて非接触で超音波検査を実施する方法）により得られた受信波形（底面エコー）を示す図であり、図６は本発明の保温材が配置された系におけるセンサシステムにより得られた受信波形を示す図である。

【0058】

コイルサイズは、前述したように、センサコイルの外径を３０［ｍｍ］、送信コイルの外径を５３［ｍｍ］、受信コイル３０の外径を４６［ｍｍ］で固定し、センサプローブ３２とセンサコイル２２との距離（図中、非接触計測距離と記載）は図４では１５［ｍｍ］、図５および図６では４０［ｍｍ］とした。

【0059】

図４から分かるように、非接触計測距離がコイル外径に対して小さい場合では十分な強度で信号が受信されている。また、図５から分かるように、非接触計測距離が大きくなった場合には信号強度が低下している。

【0060】

一方で、図６に示すように、本発明による計測では、非接触計測距離がコイル外径に対して大きい場合においても十分な強度で信号が受信されていることが分かる。

【0061】

センサ２０はセンサコイル２２とケーブル２１を介して電気的に結合しているため、センサコイル２２で受信された電気信号によりセンサ２０が振動し、検査対象４１の中に超音波が発信される。

【0062】

検査対象４１のき裂もしくは底面で反射し、センサ２０で受信された超音波は圧電効果によりセンサ２０に電気信号を発生させる。本電気信号はセンサコイル２２からの磁束４を介して、受信コイル３０で受信され、レシーバを通してＰＣ上のオシロスコープに表示される。

【0063】

このため、検査員は、表示された波形から、検査対象４１におけるき裂の有無、減肉量などを判別することができ、保温材４０の着脱なしに検査対象４１の超音波検査を行うことが出来る。

【0064】

また、検査対象４１が高所に位置する場合、センサプローブ３２に高所検査用の長棒を取り付けることにより、足場組み立て無しで超音波検査を行うことが出来るとともに、センサ２０があらかじめ検査対象に貼り付けられているため、検査点毎に注意深く超音波プローブを制御する必要はなく、検査時間の短縮が可能である。

【0065】

更に、センサプローブ３２とセンサコイル２２とが電磁誘導現象を通して結合されるため、センサ２０へはセンサプローブ３２から磁場を通して非接触でエネルギーが供給されることから、検査対象４１に貼り付けられているセンサ２０、センサコイル２２と、保温材４０に取り付けられている磁力線収束構造物１は機械的な接続部を設ける必要がない。すなわち、センサ部にはバッテリ等のエネルギー源が必要なく、センサ部がコンパクトでメンテナンスフリーとなる、との効果が得られる。

【0066】

その上、機械的に結合している必要がないため、センサ２０によりき裂もしくは減肉が検知された際に、保温材４０を取り外して手動による詳細検査に移行する際も、センサケーブルを切断することなく保温材４０を取り外す事ができる。

【0067】

このように、特許文献１に記載の方法では、センサおよびセンサコイルを検査対象表面に設置した後に検査対象を保温材で覆うため、センサコイルの位置が目視できず、検査の際にセンサプローブとセンサコイルの位置を整合させることが困難となる課題がある。

【0068】

一方で、本実施例のような磁力線収束構造物１が配置された保温材４０を用いることで、センサコイル２２の位置に磁力線収束構造物１があるため、容易にセンサプローブ３２とセンサコイル２２の位置を整合させることができる。

【0069】

また、１つの磁力線収束構造物１が、２つのセンサコイル２２にまたがることなく設けられているため、隣り合うセンサコイル２２からの干渉を抑制することが出来、対象箇所の検査をより確実に実行することができる。

【0070】

更に、磁力線収束構造物１は、磁性体で構成されていること、磁力線収束構造物１の透磁率が１×１０^－４［Ｈ／ｍ］以上であることで、より確実に電磁誘導現象を通してセンサプローブ３２とセンサコイル２２とを結合させることができるとともに、保温材４０の性能を十分に担保することができる。

【0071】

また、磁力線収束構造物１は、対応する１つのセンサコイル２２の鉛直方向範囲の内側に配置されていることにより、磁力線収束構造物１を配置する距離を短くすることができ、保温材４０の性能をより担保したうえで上述したような効果を得ることができる。

【0072】

更に、磁力線収束構造物１は、保温材４０の内周面側から外周面側まで貫通するように設けられた棒形状の部材であることで、確実に保温材内面４２側から保温材外面４３側へと、かつ保温材外面４３側から保温材内面４２側へと磁力線を接続することができ、より確実に上述したような効果を得ることができる。

【0073】

なお、磁力線収束構造物１は、図１に示すように保温材４０中を保温材外面４３側から保温材内面４２側へまっすぐ配置されることで対応する１つのセンサコイル２２の鉛直方向範囲の内側に配置される場合に限られず、図７に示すように斜めに配置されているものとすることができる。

【0074】

この場合も、磁力線収束構造物１ｄ，１ｆではなく、図７中左側に配置されているセンサコイル２２に対応する磁力線収束構造物１ｅを用いることで、上述したようにセンサプローブとセンサコイルとが電磁誘導現象を通して結合される。このため、コイル外径以上の厚みを有する保温材を備える検査対象であっても、保温材の着脱なしに超音波検査を行う事が出来る。

【0075】

＜実施例２＞
本発明の実施例２の保温材について図８および図９を用いて説明する。実施例１と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下の実施例においても同様とする。

【0076】

図８は実施例２に係る保温材とセンサシステムの一部構成をセンサプローブ側から見た図であり、センサコイルと磁力線収束構造物との位置関係を示す図である。図９は、実施例２に係る保温材の詳細構成をセンサプローブ側から見た図であり、１つのセンサコイル２２ａとその近傍に配置される磁力線収束構造物の相対的位置関係を示す図である。

【0077】

図８に示すように、本実施例では、保温材４０Ａを外表面側から見たときに、検査対象４１の表面にセンサコイル２２ａ乃至２２ｄが計測ピッチ７１で正方形状に設置されている。

【0078】

従って、磁力線収束構造物１は、保温材４０Ａの内部に、磁力線収束構造物間隔７０を保って四角形状、より具体的には正方形状に配置されている。

【0079】

ここで、磁力線収束構造物間隔７０は検査対象の外表面上の距離を指す（配管の場合は配管表面上での距離を指す）。なお、センサコイル２２ａ乃至２２ｄおよび磁力線収束構造物１は、図８で示す数だけでなく、計測ピッチ７１および磁力線収束構造物間隔７０を保って無数に配置されているものとする。

【0080】

センサコイル２２ａ乃至２２ｄの外径７２を大きくすることなく、非接触計測距離を大きくするためには、各センサコイル２２ａ乃至２２ｄに対して少なくとも１つの磁力線収束構造物１をセンサコイル２２ａ乃至２２ｄ上に配置すれば良い。

【0081】

したがって、常に全ての磁力線収束構造物１の磁力線収束構造物間隔７０が、ある上限距離以内で設置されていることにより、配管などの検査対象４１と保温材の位置関係が変化したとしても、より確実に、常にセンサコイル２２ａ乃至２２ｄ上に１つ以上の磁力線収束構造物１が配置され、必要な非接触計測距離を確保することができる。

【0082】

図９に示すように、磁力線収束構造物１ａ乃至１ｄは，正方配置の最小構成とする。磁力線収束構造物１ａ乃至１ｄのうち少なくとも１つがセンサコイル２２ａ上に位置するためには、図９のように、センサコイル２２ａの外周上に磁力線収束構造物１ａ乃至１ｄが配置されるような磁力線収束構造物間隔７０を上限距離として確保する必要がある。したがって、センサコイル２２ａの外径７２をＤ_Ｓ１［ｍ］とすれば、磁力線収束構造物間隔７０（Ｐ_Ｍ１［ｍ］）は次式（１）で表される。

【0083】

【数1】

【0084】

以上から、予め（１）式を満足するような磁力線収束構造物１ａ１乃至１ｄ１を備えた保温材４０Ａを用いることで、センサコイル２２と磁力線収束構造物１ａ１乃至１ｄ１の相対的位置関係が変化したとしても、常にセンサコイル２２上の領域に磁力線収束構造物１ａ１乃至１ｄ１が配置される。

【0085】

その他の構成・動作は前述した実施例１の保温材４０と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

【0086】

本発明の実施例２の保温材４０Ａにおいても、前述した実施例１の保温材４０とほぼ同様な効果が得られる。

【0087】

なお、本実施例のセンサコイル２２の数は１つ以上であればよい。

【0088】

また、センサコイル２２ａ乃至２２ｄは正方配置でなくてもよく、長方形配置、千鳥配列や不規則配置でもよい。磁力線収束構造物１ａ１乃至１ｄ１は正方配置でなくてもよく、長方形配置でもよい。磁力線収束構造物１ａ１乃至１ｄ１が長方形に配置される場合、長辺にあたる磁力線収束構造物間隔に対して（１）式が適用されることが望ましい。

【0089】

＜実施例３＞
本発明の実施例３の保温材について図１０を用いて説明する。

【0090】

図１０は実施例３に係る保温材の詳細構成をセンサプローブ側から見た図であり、１つのセンサコイルとその近傍に千鳥配列で配置される磁力線収束構造物の相対的位置関係を示す図である。

【0091】

図１０に示すように、本実施例では、磁力線収束構造物１ａ２乃至１ｄ２が千鳥配列の最小構成である正方形状に配置されている。

【0092】

実施例３では、センサコイル２２ａの構成は実施例２と同じであり、以下では違いのみを述べる。磁力線収束構造物１ａ２乃至１ｄ２は、保温材内部に千鳥配列で位置しており，センサコイル２２ａの外周上に配置される。

【0093】

磁力線収束構造物間隔７０ａ，７０ｂは、それぞれ正方形の対角線に相当する間隔であり、図１０では両者は等しい間隔となっている。

【0094】

本実施例において磁力線収束構造物１ａ２乃至１ｄ２のうち少なくとも１つがセンサコイル２２ａ上に確実に位置するためには、図１０に示すように、センサコイル２２ａの外周上に磁力線収束構造物１ａ２乃至１ｄ２が配置されるような磁力線収束構造物間隔７０ａおよび７０ｂを上限距離として確保する必要がある。

【0095】

したがって、磁力線収束構造物間隔７０ａおよびｂをＰ_Ｍ２［ｍ］，センサコイル２２ａの外径７２をＤ_Ｓ２［ｍ］とすると、少なくとも１つの磁力線収束構造物がセンサコイル２２ａ上に位置するためのＰ_Ｍ２［ｍ］は次式（２）で表される。

【0096】

【数2】

【0097】

以上から、予め（１）式を満足するような磁力線収束構造物１ａ２乃至１ｄ２を備えた保温材を用いることで、センサコイル２２と磁力線収束構造物１ａ２乃至１ｄ２の相対的位置関係が変化したとしても、常にセンサコイル２２上の領域に磁力線収束構造物１ａ２乃至１ｄ２が配置される。

【0098】

その他の構成・動作は前述した実施例１の保温材４０と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

【0099】

本発明の実施例３の保温材においても、前述した実施例１の保温材４０とほぼ同様な効果が得られる。

【0100】

なお、本実施例においても、センサコイル２２ａ乃至２２ｄは正方配置でなくてもよく、長方形配置、千鳥配列や不規則配置でもよい。

【0101】

また、磁力線収束構造物１ａ２乃至１ｄ２は正方形で構成される千鳥配列でなくてもよく、磁力線収束構造物間隔７０ａ，７０ｂが等しくないひし形の配置でもよい。磁力線収束構造物１ａ２乃至１ｄ２がひし形で構成される千鳥配列の場合、２本の対角線のうち、長い方に相当する磁力線収束構造物間隔に対して（２）式が適用されることが望ましい。

【0102】

＜実施例４＞
本発明の実施例４の保温材について図１１および図１２を用いて説明する。図１１は実施例４に係る保温材の構成を示す図である。図１２は本発明の実施例４に係る保温材に対する磁力線収束構造物の組み込み方法を示す図である。

【0103】

原子力プラントや火力プラントでは、配管内を流れる流体（水、蒸気等）により、配管の構成材が摩耗し減肉が生じることがある。日本機械学会では推奨される配管減肉検査方法が定められており、その中で計測ピッチが１００［ｍｍ］以下であることが要求されている。本実施例はそのような対象を想定している。

【0104】

本実施例におけるセンサシステムは、図１２に示すように、検査対象の配管４４の表面に貼り付けられたセンサ２０、ケーブル２１、ケーブル２１を介してセンサ２０と電気的に結合したセンサコイル２２、送信コイルおよび受信コイルで構成されるセンサプローブ（図示省略）で構成される。

【0105】

検査対象の配管４４は、プラント運転中に高温となるため、ケイ酸カルシウム製（もしくはロックウール製、グラスウール製、無定形水練製、硬質ウレタンフォーム製など）の保温材４０Ｂで覆われている。

【0106】

磁力線収束構造物１は、保温材内面４２Ｂと保温材外面４３Ｂを貫通するように配置されており、その構成は実施例１に記載のものと同様である。

【0107】

前述のように、磁力線収束構造物１は、保温材４０Ｂに配置されており、検査対象の配管４４上のセンサ２０、センサコイル２２と機械的に結合している必要がない。

【0108】

このため、図１２に示すように、保温材４０Ｂと磁力線収束構造物１を一体構造で製作することができる。これにより、現地で磁力線収束構造物１の保温材への埋め込みなどが不要になり、製作性が向上する。

【0109】

配管減肉検査では、減肉の兆候が見られた箇所は、保温材を取り外し、より密度の高い計測ピッチで計測する詳細計測に移行する必要があるが、そのような場合においても、本実施例であれば図１２に示すように、必要箇所のみ保温材４０Ｂを取り外すことができる。

【0110】

その他の構成・動作は前述した実施例１の保温材４０と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

【0111】

本発明の実施例４の保温材４０Ｂにおいても、前述した実施例１の保温材４０とほぼ同様な効果が得られる。

【0112】

＜実施例５＞
本発明の実施例５の保温材について図１３を用いて説明する。図１３は実施例５に係る保温材とセンサシステムの構成を示す図である。

【0113】

上述したようなセンサシステムの検査対象の一例には、プラント配管、容器等がある。これの検査対象が高温となる場合、実施例１に記載の保温材４０では、磁力線収束構造物１が保温材４０を貫通しているため、磁力線収束構造物１を通した放熱をより低減する対策を取ることにより、より保温性能を確保することができる。本実施例ではそのような高温の検査対象を想定している。

【0114】

図１３に示すように、本実施例では、センサシステムは、検査対象４１の表面に貼り付けられたセンサ２０、センサ２０とケーブル２１を介して電気的に結合したセンサコイル２２、センサコイルと検査対象４１の間に配置される電磁波遮断シート２３、送信コイル３１および受信コイル３０で構成されるセンサプローブ３２で構成される。

【0115】

また、図１３に示すように、本実施例の保温材４０Ｃは、その内部に棒形状の磁力線収束構造物５が埋め込まれている。

【0116】

本実施例における磁力線収束構造物５は、保温材外面４３Ｃや保温材内面４２Ｃに突出せずに保温材４０Ｃを貫通しておらず、保温材４０Ｃの中に埋め込まれている。埋め込みに際しては、保温材外面４３Ｃに埋め込み口６を設け、そこから保温材４０Ｃの中に磁力線収束構造物５を埋め込む。なお、保温材内面４２Ｃ側に埋め込み口を設け、そこから磁力線収束構造物５を埋め込むことができる。

【0117】

磁力線収束構造物５の材料および形状は，実施例１で説明した磁力線収束構造物１と略同じとすることができる。配置については実施例２や実施例３と同じとすることができる。

【0118】

磁力線収束構造物５の上端部から保温材外面４３Ｃまでの距離や、磁力線収束構造物５の下端部から保温材内面４２Ｃまでの距離は、送信コイル３１からの磁束を収束させる効果を十分に得るため、少なくとも磁力線収束構造物５の直径以下の値とすることが望ましい。

【0119】

また、磁力線収束構造物５の一部が、検査対象４１上に配置されたセンサコイル２２の鉛直方向領域２に含まれるように配置する。

【0120】

その他の構成・動作は前述した実施例１の保温材４０と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

【0121】

本発明の実施例５の保温材４０Ｃにおいても、前述した実施例１の保温材４０とほぼ同様な効果が得られる。

【0122】

また、検査対象４１からの放熱の原因となる熱流束の大きさは、伝達経路の保温材４０Ｃの厚みによって決まる。このため、磁力線収束構造物５は、保温材４０Ｃの内部に埋め込まれた棒形状の部材であることで、高温となる検査対象４１からの放熱を抑制しつつ送信コイル３１からの磁束を収束させる効果を得ることができる。

【0123】

なお、図１３では磁力線収束構造物５が保温材外面４３Ｃおよび保温材内面４２Ｃのいずれからも突出していない場合について説明したが、磁力線収束構造物５は保温材外面４３Ｃや保温材内面４２Ｃのいずれか一方から突出するように配置することができる。

【0124】

＜実施例６＞
本発明の実施例６の保温材について図１４を用いて説明する。図１４は実施例６に係る保温材とセンサシステムの構成を示す図である。

【0125】

本実施例は、実施例５と同様に、磁力線収束構造物を通した放熱をより低減する対策を取ることにより、より保温性能を確保することを目的としている。

【0126】

図１４に示すように、本実施例の保温材４０Ｄには、その内部に、保温材内面４２Ｄ側と保温材外面４３Ｄ側とで分割され、かつ同軸上に設けられた棒形状の磁力線収束構造物７，８が埋め込まれている。

【0127】

上述した実施例５のように、保温材４０Ｃの内部に磁力線収束構造物５が埋め込まれる構造では、磁力線収束構造物５の位置が明示されていない場合は、検査の際にセンサプローブ３２とセンサコイル２２との位置を整合させるために何かしらの対処を取ることが望まれる。

【0128】

これに対し、本実施例では、保温材外面側磁力線収束構造物７と保温材内面側磁力線収束構造物８を用いるため、高温となる検査対象４１からの放熱を抑制しつつ、保温材外面側磁力線収束構造物７が目印として機能することにより検査の際に容易にセンサプローブ３２とセンサコイル２２を整合させることが可能となる。

【0129】

保温材外面側磁力線収束構造物７および保温材内面側磁力線収束構造物８の正対する端部の距離は、磁束収束の効果を十分に得るため、少なくとも磁力線収束構造物の直径以下の値とすることが望ましい。

【0130】

その他の磁力線収束構造物７，８に関する材料、形状などは実施例１に記載された磁力線収束構造物１と同じとすることができる。配置については実施例２や実施例３と同じとすることができる。

【0131】

その他の構成・動作は前述した実施例１の保温材と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

【0132】

本発明の実施例６の保温材４０Ｄにおいても、前述した実施例１の保温材４０とほぼ同様な効果が得られる。

【0133】

また、検査対象４１からの放熱の原因となる熱流束の大きさは、伝達経路の保温材４０Ｄの厚みによって決まる、このため、磁力線収束構造物７，８は、保温材４０Ｄの内面側と外面側とで分割され、かつ同軸上に設けられた棒形状の部材で構成されることで、高温となる検査対象４１からの放熱を抑制しつつ送信コイル３１からの磁束を収束させる効果を得ることができる。

【0134】

なお、保温材４０Ｄを外面側から見たときに保温材外面側磁力線収束構造物７と保温材内面側磁力線収束構造物８との垂直方向の位置関係が一致している場合について説明したが、保温材外面側磁力線収束構造物７と保温材内面側磁力線収束構造物８とは完全に一致している必要はなく、保温材４０Ｄを外面側から見たときに少なくとも一部分が重なっていることが望ましい。

【0135】

＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【0136】

また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

【符号の説明】

【0137】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，５：磁力線収束構造物（磁力線収束部材）
２：鉛直方向領域
３，４：磁束
６：埋め込み口
７：保温材外面側磁力線収束構造物
８：保温材内面側磁力線収束構造物
１０：切欠き部
２０：センサ
２１：ケーブル
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ：センサコイル
２３：電磁波遮断シート
３０：受信コイル
３１：送信コイル
３２：センサプローブ
４０，４６：保温材
４１：検査対象（構造体）
４２：保温材内面
４３：保温材外面
４４：配管
７０，７０ａ，７０ｂ：間隔
７１：計測ピッチ
７２：外径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】