JP2011089940A - Leakage measurement apparatus of gasket - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はガスケットの漏洩(リーク)測定装置に係り、特に高温条件下におけるガスケットの漏洩を測定する装置に関するものである。 The present invention relates to a gasket leakage measuring apparatus, and more particularly to an apparatus for measuring gasket leakage under high temperature conditions.
従来、ガスケットの漏洩測定装置として特許文献1〜3が提案されている。特許文献1の漏洩測定装置は、ガスケットを装着するフランジと、フランジに圧力を加える加圧手段と、ガスケットを装着したフランジを収容し所定温度に加熱する加熱手段と、ガスケット内に漏洩試験用ガスを送るための配管と、配管に漏洩試験用ガスを供給する漏洩試験用ガス供給手段と、加熱手段の外にあって配管内を流れる漏洩試験用ガスの質量流量を測定する少なくとも1個の質量流量計と、を備える。
Conventionally,
この漏洩測定装置では、ガスケットのセッティング部分が密閉されているため、ガスケットにかかる圧力は、ガスケットの一次側で調整せざるを得ない。この装置でガスケットにかかる圧力を厳密に制御することは困難である。加圧手段としてボルトを使用するため、締結力を定量化できず、ガスケットにかかる面圧を変更しながらリーク量を測定することができないという課題がある。 In this leak measurement apparatus, since the setting portion of the gasket is sealed, the pressure applied to the gasket must be adjusted on the primary side of the gasket. With this device, it is difficult to strictly control the pressure applied to the gasket. Since the bolt is used as the pressurizing means, there is a problem that the fastening force cannot be quantified and the amount of leak cannot be measured while changing the surface pressure applied to the gasket.
特許文献2に記載の漏洩測定装置は、対向配置された金属フランジ部材の周縁部間に環状の試験金属ガスケットを配置するとともに、金属フランジ部材の周縁部に沿って複数設けられたボルトを締付けることにより試験金属ガスケットを所定の締付力で金属フランジ部材間に挟持している。所定の締付力で締付けられた金属ガスケットおよび試験金属フランジ部材を加熱炉内で所定時間、所定の温度で加熱して試験金属ガスケットを加熱劣化させ、この加熱劣化の間、ボルトの少なくとも1本に設けられた歪ゲージにより締付力の低下を測定し、試験金属ガスケットの応力緩和特性を評価するものである。
The leak measurement device described in
この漏洩測定装置も、ボルトを使用するため、特許文献1と同様にガスケットにかかる面圧を変更することができない。また、一度ガスケットを加熱劣化させた後、漏洩試験を行っているため、ガスケット使用温度下で正確な温度条件を再現しているわけではない。
Since this leakage measuring apparatus also uses bolts, the surface pressure applied to the gasket cannot be changed as in
特許文献3に記載のものは、気密検査時に被検査対象物入口側からガスを一定流量で連続供給する入口ガス定量供給装置と、被検査対象物出口側で通過ガス流量を測定する出口ガス流量測定装置とを備え、通過ガス流量の減少量で被検査対象物の気密検査をするガスリーク評価装置において、出口ガス流量測定装置は、被検査対象物出口側に接続される加圧装置を有し、加圧装置により被検査対象物の内圧を可変し、そのときのリーク量が圧力に比例して大きくなることを利用して、この圧力に対する出口側流量値を2点以上で求めて、その勾配からリーク検査を実施するものである。
この評価装置は、SOFCセルユニットの高温におけるガスリーク量を定量化し、セル性能を評価するためのものである。この方法では、リーク量をガスの減少量から求めている。これは実際にリーク量を直接検出したものではないため、リーク量が全体流量の1%以下程度であるような場合、特許文献3のようなガス流量の減少量によるリーク量の検出方法では、信頼性が低い。
This evaluation apparatus is for quantifying the amount of gas leak at a high temperature of the SOFC cell unit and evaluating the cell performance. In this method, the leak amount is obtained from the gas decrease amount. This is not the actual detection of the leak amount. Therefore, when the leak amount is about 1% or less of the total flow rate, the leak amount detection method using the gas flow reduction amount as in
本発明の目的は、高温条件下におけるガスケットの微小なリーク量を、実際の使用時における圧力損失を再現しながら精度よく測定できる漏洩測定装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a leakage measuring apparatus capable of accurately measuring a minute leak amount of a gasket under a high temperature condition while reproducing a pressure loss in actual use.
前記目的を達成するため、本発明は、ガスケットの厚み方向の一方面を支持する支持部材と、前記ガスケットの厚み方向の他方面を加圧して、前記ガスケットの内径側に内側密閉空間を形成する加圧部材と、前記ガスケットを加熱するための加熱手段と、前記内側密閉空間に接続されたガス投入経路と、前記ガス投入経路中に設けられ、ガス投入経路から供給されたガスの流量を測定する第1の質量流量計と、前記内側密閉空間に接続されたガス排出経路と、前記ガス排出経路中に設けられ、ガス排出側における保持圧力を設定するガス圧設定手段と、前記ガスケットの外径側に密閉された外側密閉空間を形成するための気密容器と、前記外側密閉空間に接続されたリークガス排出経路と、前記リークガス排出経路中に設けられ、当該リークガス排出経路を流れるリークガスの流量を測定する第2の質量流量計と、を備えたことを特徴とするガスケットの漏洩測定装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention pressurizes the supporting member for supporting one surface in the thickness direction of the gasket and the other surface in the thickness direction of the gasket to form an inner sealed space on the inner diameter side of the gasket. A pressure member, a heating means for heating the gasket, a gas input path connected to the inner sealed space, and a flow rate of the gas provided in the gas input path and supplied from the gas input path are measured. A first mass flow meter that performs gas flow, a gas discharge path connected to the inner sealed space, a gas pressure setting means that is provided in the gas discharge path and sets a holding pressure on the gas discharge side, and an outside of the gasket An airtight container for forming an outer sealed space sealed on the diameter side, a leak gas discharge path connected to the outer sealed space, and the leak gas discharge path provided in the leak gas discharge path Providing leakage measuring device of the gasket, characterized in that it includes a second mass flow meter for measuring the flow rate of the leak gas flowing through the scan discharge path, the.
ガスケットの両面を支持部材と加圧部材とで挟持し、ガスケットの内径側に形成された内側密閉空間にガス投入経路を介してガスを供給する。供給されたガスの流量は、第1の質量流量計で計測される。供給されたガスの一部はガスケットと支持部材との隙間、又はガスケットと加圧部材との隙間を介して外側密閉空間へリークし、リークガスは外側密閉空間で捕集される。リークガスは、外側密閉空間に接続されたリークガス排出経路を通り、第2の質量流量計で流量が計測される。第1質量流量計の測定値と第2質量流量計の測定値とからリーク率を求めることができる。 Both surfaces of the gasket are sandwiched between the support member and the pressure member, and gas is supplied to the inner sealed space formed on the inner diameter side of the gasket through the gas input path. The flow rate of the supplied gas is measured by the first mass flow meter. A part of the supplied gas leaks to the outer sealed space through the gap between the gasket and the support member or the gap between the gasket and the pressure member, and the leaked gas is collected in the outer sealed space. The leak gas passes through the leak gas discharge path connected to the outer sealed space, and the flow rate is measured by the second mass flow meter. The leak rate can be obtained from the measured value of the first mass flow meter and the measured value of the second mass flow meter.
特許文献1,2では、シール空間に対してガス投入口(1次側)しか持たないため、実際の使用時における圧力損失に応じたシール面内圧を再現できない。それに対し、本発明では、ガスケットの内側空間にガス投入経路(1次側)だけでなくガス排出経路(2次側)を接続し、さらにガス排出経路側に保持圧力を設定するガス圧設定手段を設けてあるので、保持圧力を実際の使用時における圧力損失を想定して設定することにより、デバイスにガスケットを介してガスを流すプロセスを再現することが可能になる。ガス圧設定手段としては、圧力調整バルブのほか、実際のデバイスと同等な圧力損失を有する部材を用いてもよい。つまり、2次側にデバイスを接続することも可能になり、実物の圧力損失に応じたシール面内圧を再現できる。
In
加圧部材に接続され、ガスケットを厚み方向に加圧すると共に、加圧力を可変できる加圧駆動機構を設けるのが望ましい。この場合には、ガスケットの面圧を加圧駆動機構で連続的に調整可能であるため、ガスケットの面圧を変化させながら、リークガスの微小流量を測定することができる。 It is desirable to provide a pressure drive mechanism that is connected to the pressure member, pressurizes the gasket in the thickness direction, and can vary the pressure. In this case, since the surface pressure of the gasket can be continuously adjusted by the pressurization driving mechanism, the minute flow rate of the leak gas can be measured while changing the surface pressure of the gasket.
ガスケットを加熱するための加熱手段を支持部材又はその周辺に設けるのが望ましい。加熱手段を加圧部材側に設けることも可能であるが、その場合には加圧部材の熱変形などの影響により、ガスケットの面圧が変化する可能性がある。これに対し、支持部材側に加熱手段を設けることで、加圧部材への熱影響を小さくし、面圧のばらつきを抑えることができる。 It is desirable to provide a heating means for heating the gasket on the support member or its periphery. The heating means may be provided on the pressure member side, but in that case, the surface pressure of the gasket may change due to the influence of thermal deformation of the pressure member. On the other hand, by providing the heating means on the support member side, it is possible to reduce the thermal effect on the pressure member and suppress variations in surface pressure.
支持部材と加圧部材とに、ガスケットに加わる温度を測定するための温度センサを設けるのが望ましい。ガスケットの温度を直接測定することはできないので、ガスケットの両面を挟持している支持部材と加圧部材とに温度センサを設け、その温度を計測することで、ガスケット付近の温度を検知できる。 It is desirable to provide a temperature sensor for measuring the temperature applied to the gasket on the support member and the pressure member. Since the temperature of the gasket cannot be directly measured, the temperature in the vicinity of the gasket can be detected by providing a temperature sensor on the support member and the pressure member sandwiching both surfaces of the gasket and measuring the temperature.
加圧駆動機構と加圧部材とを軸方向荷重のみを伝える自在継手を介して接続するのが望ましい。加圧駆動機構と加圧部材とを直結してもよいが、加圧駆動機構の押し付け力の方向や加圧部材に傾きがあると、ガスケットに対して垂直荷重を付与できなくなる。そこで、加圧部材と加圧駆動機構とを例えばボールジョイントなどの自在継手を介して接続することで、ガスケットに対する加圧部材又は加圧駆動機構の軸の垂直度が厳密に出ていなくても、加圧部材の押圧面がガスケットに対して平行になるように修正されるので、ガスケットを均等に加圧でき、適切な面圧を付与できる。 It is desirable to connect the pressure driving mechanism and the pressure member through a universal joint that transmits only the axial load. The pressure drive mechanism and the pressure member may be directly connected, but if the direction of the pressing force of the pressure drive mechanism or the pressure member is inclined, a vertical load cannot be applied to the gasket. Therefore, by connecting the pressure member and the pressure drive mechanism via a universal joint such as a ball joint, even if the perpendicularity of the axis of the pressure member or the pressure drive mechanism with respect to the gasket is not strictly output, Since the pressing surface of the pressurizing member is corrected so as to be parallel to the gasket, the gasket can be uniformly pressed and an appropriate surface pressure can be applied.
以上のように、本発明の漏洩測定装置によれば、ガスケットからのリークガスを外側密閉空間にて捕集し、リークガスの流量を第2の質量流量計で計測するので、リークガスの微小流量を直接測定できる。また、ガスケットの内側空間にガス投入経路だけでなくガス排出経路も接続し、ガス排出経路側に保持圧力を設定するガス圧設定手段を設けたので、実際の使用時における圧力損失を再現しながらリークガス流量を高精度に測定できる。 As described above, according to the leakage measuring apparatus of the present invention, the leakage gas from the gasket is collected in the outer sealed space, and the leakage gas flow rate is measured by the second mass flow meter. It can be measured. In addition, not only the gas input path but also the gas discharge path is connected to the inner space of the gasket, and the gas pressure setting means for setting the holding pressure is provided on the gas discharge path side, so that the pressure loss during actual use is reproduced. The leak gas flow rate can be measured with high accuracy.
図1〜図3は本発明に係るガスケットAの漏洩測定装置の第1実施形態を示す。本実施形態の漏洩測定装置は、上下一対のケース1a,1bで構成された気密容器1を備えており、上下のケース1a,1bのフランジ部をボルト等の締結部材2で締結することにより、気密容器1の内部に外側密閉空間3が形成されている。なお、外側というのはガスケットAから見て外側にあるという意味である。このように気密容器1は気密性を確保しつつ分割できる構造となっている。気密容器1の天井部内面にはガスケットAの上面を支える支持部材4が固定されている。上ケース1aの外側面には、ヒータ6を装備した加熱装置5が取り付けられ、加熱装置5の熱は上ケース1aを介して支持部材4へ伝導される。そのため、ガスケットA及びその周辺部を、常温〜1000℃までの任意の温度に加熱できる構造となっている。加熱装置5、上ケース1a及び支持部材4を貫通して支持部材4の下面に開口するように、ガス投入経路7とガス排出経路8とが接続されている。
1 to 3 show a first embodiment of a leakage measurement apparatus for gasket A according to the present invention. The leak measurement apparatus of the present embodiment includes an
ガス投入経路(一次側)7には、ガスボンベ9からガス(例えばHeガス)が供給されており、その一次圧力はレギュレータ等の圧力調整弁10によって調整されている。一次圧力は圧力計11によって検出される。さらに流量調整弁12によって投入ガス量が調整され、その流量は第1質量流量計13によって検出される。
A gas (for example, He gas) is supplied from a
ガス排出経路(二次側)8の終端は大気に開放されている。ガス排出経路8には、二次圧力(圧力損失)を検出する圧力計14と、その下流側にガスケットAにかかる内圧を調節するための圧力調整弁15とが設けられている。圧力調整弁15の代わりに実機(デバイス)を想定した圧力損失を有する部材を2次側に取り付けても良い。このように、ガスケットAの内部空間内に投入されるガスは、ガス投入経路7(1次側)から投入され、ガス排出経路8(2次側)を通って大気に開放されることで連続的に流すことができる。
The end of the gas discharge path (secondary side) 8 is open to the atmosphere. The
気密容器1の内部には、加圧部材20が上下動自在に配置されており、加圧部材20の上面と支持部材4の下面との間に、測定すべきガスケットAが配置されている。そのため、図3に示すようにガスケットAの内径側に内側密閉空間21が形成されている。加圧部材20の長さは加熱装置5の及ぶ高さより十分に長く、その下端部は下ケース1bまで延びており、接続部材22によって支えられている。接続部材22の軸部22aは下ケース1bの底部を摺動自在に貫通しており、摺動部にOリング23を設けることにより、気密容器1の気密性を確保しつつ接続部材22が上下に摺動できるようになっている。接続部材22は加熱装置5から離れているので、接続部材22やOリング23をその耐熱温度以下の環境に設置することができる。接続部材22にはボールジョイント等の継手24が設けられており、軸部22aの押し上げ力の方向がガスケットAのシール面に対して垂直方向でない場合でも、継手24によって加圧部材20の上面がシール面に対し平行になるように自動的に修正されるため、シール面を均等に押さえつけることが可能となる。
Inside the
気密容器1の外部に突出した接続部材22の軸部22aには、エアーシリンダ等の加圧駆動機構25の軸25aが連結されている。そのため、加圧駆動機構25を作動させると、その加圧力は接続部材22及び加圧部材20を介してガスケットAを垂直荷重として押圧することができる。加圧駆動機構25は、シリンダへの供給圧力を調整することにより、ガスケットAにかかる面圧を例えば10kPa〜100kPaまで任意に調整できる。
A
支持部材4と加圧部材20にはそれぞれ熱電対26,27が取り付けられており、これら熱電対は気密容器1の側壁に設けられた外部端子28,29を介して装置外部に設けられた出力調整器(図示せず)に接続されている。熱電対26,27でガスケットA付近の温度を検出し、出力調整器を介し加熱装置5への出力を調整することで、ガスケットA付近の温度を所望の温度に設定できる。加熱装置5による熱影響を受けない気密容器1の下部側面には、外側密閉空間3を大気に開放するためのリークガス排出経路30が接続されており、リークガス排出経路30の途中には、リークガス排出経路を流れるリークガスの流量を測定する第2質量流量計31が設けられている。第1,第2質量流量計13,31の精度はフルスケール±1%程度のものがよい。
ここで、前記構成よりなる漏洩測定装置の作動を説明する。まず測定の前に、加圧駆動機構25の押し付け圧力と、ガスケットAにかかる面圧との相関関係を求めておく。そのため、常温状態でロードセル等の荷重検出器(図示せず)を支持部材4と加圧部材20との間にセットし、加圧駆動機構25を作動させながら、荷重検出器の検出データを読み取る。加圧駆動機構25の押し付け圧力とガスケットAの面圧との相関関係を求めた後、荷重検出器を取り外す。
Here, the operation of the leakage measuring apparatus having the above-described configuration will be described. First, before the measurement, a correlation between the pressing pressure of the
次に、実際の漏洩測定の手順を説明する。
(1)ガスケットAを支持部材4と加圧部材20との間にセットし、気密容器1を密閉する。
(2)加熱装置5をセットし、加熱装置5によってガスケットA及びその周辺を所定温度(例えば800℃)に加熱する。
(3)事前に求めた押し付け圧力と面圧との相関関係に基づいて、ガスケットAの面圧が所定の値(例えば10kPa)になるように加圧駆動機構25の押し付け圧を調整する。
(4)ガス投入経路(一次側)7から内側密閉空間21へガスを供給する。そして、圧力調整弁15により、二次側の圧力損失を例えば0〜30kPa に変化させる。圧力損失は二次側の圧力計14で計測する。
(5)第1質量流量計13によって一次側の投入流量を計測し、第2質量流量計31によってリークガスの流量を測定する。ガスケットAからリークするガスは、外側密閉空間3で捕集されるので、リークガスの流量を第2質量流量計31で直接測定できる。第1,第2質量流量計13,31の精度はフルスケール±1%程度であるため、リーク量が全体流量の1%以下程度であるような場合でも、精度よく測定できる。
(6)ガスケット面圧30、50、70kPaの場合も同様に、順次(3) 〜(5) の手順を繰り返す。
Next, an actual leakage measurement procedure will be described.
(1) The gasket A is set between the
(2) The
(3) Based on the correlation between the pressing pressure and the surface pressure obtained in advance, the pressing pressure of the
(4) Gas is supplied from the gas input path (primary side) 7 to the inner sealed
(5) The primary
(6) Repeat steps (3) to (5) in the same way for gasket surface pressures of 30, 50 and 70 kPa.
次に、前記構成の漏洩測定装置を用いてガスケットのリーク量を測定した実験について示す。実験条件は以下の通りである。
・投入ガス種:He
・投入ガス量:5NL/min(NL:normal liter:基準状態 (0℃、1atm)での体積)
・加熱温度:800℃
・ガスケット−材質:バーミキュライト(厚み:0.5mm,内径80mm,外径90mm)
・第1質量流量計のフルスケール:20LM(LM:l/min)
・第2質量流量計のフルスケール:200CCM(CCM:ml/min)
Next, an experiment in which the leakage amount of the gasket was measured using the leakage measurement apparatus having the above-described configuration will be described. The experimental conditions are as follows.
・ Gas type: He
-Input gas volume: 5 NL / min (NL: normal liter: volume at standard condition (0 ° C, 1 atm))
・ Heating temperature: 800 ℃
・ Gasket-Material: Vermiculite (thickness: 0.5mm, inner diameter 80mm, outer diameter 90mm)
・ Full scale of the first mass flow meter: 20LM (LM: l / min)
・ Full scale of the second mass flow meter: 200 CCM (CCM: ml / min)
図4は、面圧を1.02E-05、3.059E-05 、5.099E-05 、7.138E-05 Paとした条件下で、二次側の圧力損失値を0〜30kPaに変化させたときのガスケットからのリーク率(%)を求めたものである。リーク率は以下の計算式で求めた。
リーク率=J値/L値×100
J値:第1質量流量計の測定値
L値:第2質量流量計の測定値
FIG. 4 shows a case where the pressure loss value on the secondary side is changed to 0 to 30 kPa under the conditions where the surface pressure is 1.02E-05, 3.059E-05, 5.099E-05, and 7.138E-05 Pa. The leak rate (%) from the gasket was obtained. The leak rate was calculated by the following formula.
Leak rate = J value / L value x 100
J value: Measurement value of the first mass flow meter
L value: Measurement value of the second mass flow meter
図4から明らかなように、シール面圧と圧力損失とを変化させた状態でのリーク量を精度良く測定することができた。つまり、実際のリーク部にかかる条件を厳密に再現した状態で、供給ガス量の1%以下のリーク率でも検出できる結果を得た。 As is clear from FIG. 4, the amount of leak in a state where the seal surface pressure and the pressure loss were changed could be accurately measured. That is, it was possible to detect even a leak rate of 1% or less of the supply gas amount in a state where the conditions concerning the actual leak portion were strictly reproduced.
図5は、図4をグラフ化したものである。面圧1.02E-05Paが面圧1kgfに相当する。図5から分かるように、本ガスケットを800℃で使用し、リーク率1%以下を評価基準とした場合、シール面圧を3kgf以上とする必要があることがわかる。 FIG. 5 is a graph of FIG. A surface pressure of 1.02E-05 Pa corresponds to a surface pressure of 1 kgf. As can be seen from FIG. 5, when this gasket is used at 800 ° C. and the leak rate is 1% or less, the seal surface pressure needs to be 3 kgf or more.
A ガスケット
1 気密容器
3 外側密閉空間
4 支持部材
5 加熱装置
7 ガス投入経路(一次側)
8 ガス排出経路(二次側)
10 圧力調整弁
11 圧力計
12 流量調整弁
13 第1質量流量計
14 圧力計
15 圧力調整弁(ガス圧設定手段)
20 加圧部材
21 内側密閉空間
24 継手
25 加圧駆動機構
26,27 熱電対
30 リークガス排出経路
31 第2質量流量計
A
8 Gas discharge route (secondary side)
DESCRIPTION OF
20
Claims (5)
前記ガスケットの厚み方向の他方面を加圧して、前記ガスケットの内径側に内側密閉空間を形成する加圧部材と、
前記ガスケットを加熱するための加熱手段と、
前記内側密閉空間に接続されたガス投入経路と、
前記ガス投入経路中に設けられ、ガス投入経路から供給されたガスの流量を測定する第1の質量流量計と、
前記内側密閉空間に接続されたガス排出経路と、
前記ガス排出経路中に設けられ、ガス排出側における保持圧力を設定するガス圧設定手段と、
前記ガスケットの外径側に密閉された外側密閉空間を形成するための気密容器と、
前記外側密閉空間に接続されたリークガス排出経路と、
前記リークガス排出経路中に設けられ、当該リークガス排出経路を流れるリークガスの流量を測定する第2の質量流量計と、を備えたことを特徴とするガスケットの漏洩測定装置。 A support member that supports one surface of the gasket in the thickness direction;
A pressure member that pressurizes the other surface in the thickness direction of the gasket to form an inner sealed space on the inner diameter side of the gasket;
Heating means for heating the gasket;
A gas input path connected to the inner sealed space;
A first mass flow meter provided in the gas input path for measuring the flow rate of the gas supplied from the gas input path;
A gas discharge path connected to the inner sealed space;
A gas pressure setting means provided in the gas discharge path for setting a holding pressure on the gas discharge side;
An airtight container for forming an outer sealed space sealed on the outer diameter side of the gasket;
A leak gas discharge path connected to the outer sealed space;
A gasket leakage measurement apparatus comprising: a second mass flow meter provided in the leak gas discharge path and measuring a flow rate of the leak gas flowing through the leak gas discharge path.
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