JP2019027474A - ガスタンク検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタンクの検査時間を短縮しつつ、ガス放出時の過剰な温度低下を抑える。【解決手段】ガスタンク検査装置１０は、混合ガスをガスタンク１００に供給するガス供給部２４と；ガスタンクに充填されたガスの漏れを検出するガス漏れ検出部３０と；検出の後に、ガスタンクからガスを放出させるガス放出部５０と；ガスタンクの温度を検出する温度センサ３２０と；混合ガスを供給する前のガスタンク温度と、混合ガスの温度と、ガスタンクからガスを放出させたときのガスタンク温度と、の関係を記憶する記憶部と；を備える。ガス供給部が備える温度調節部は、複数のガスの混合比率によって混合ガスの温度を調節し、混合ガスを供給する前のタンク温度と、下限温度と、記憶部に記憶された前記関係と、に基づいて、ガスタンクからガスを放出させたときのガスタンクの温度が下限温度以上になるように、混合ガスの温度を調節する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタンクにおけるガス漏れの有無を検査するためのガスタンク検査装置に関する。

ガスタンクにおけるガス漏れを検査する方法として、検査対象のガスタンクに対して検知ガスを含むガスを充填し、ガスタンクから漏れる検知ガスを検出する方法が知られている。一般に、ガスタンクにガスを充填する際には、ガスタンク内の温度が上昇する。そのため、ガスタンクの検査時には、ガスタンクに充填するガスとして、比較的低温のガスが用いられる。具体的には、ガスタンク検査装置として、低温ガスと、当該低温ガスを昇温させた昇温ガスと、を混合して得られる比較的温度が低いガスをガスタンクに充填して、検査を行なう装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このように、ガスタンクの検査時において、温度が低いガスを用いることで、ガス充填に起因するガスタンクの過剰な温度上昇を抑えている。

特許第５７７５４８６号

ガスタンクの検査時には、上記のように、検知ガスを含むガスをガスタンク内に充填して検知ガスの漏れを検査した後、充填したガスをガスタンク内から放出する動作を行なう。ガスタンクからガスを放出する際には、一般に、ガスタンク内の温度が低下する。ガスタンクは、その構成材料等によって、許容される温度の下限値である下限温度が定められており、この下限温度を下回らないように取り扱うことが要求される。ガスタンクの生産性を向上する観点から、ガスタンクの検査時において、ガスの放出速度をより速くして検査時間を短縮したいという要請が高まっている。しかしながら、ガスの放出速度を速くするほど、ガスタンクの温度はより低くなり、ガスタンクの温度が下限温度を下回る可能性が高まる。ガスタンクの検査時間を短縮しつつ、ガス放出時の過剰な温度低下を抑える技術については、従来、十分に検討されていなかった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

本発明の一形態によれば、ガスタンク内に充填されたガスに含まれる成分を前記ガスタンクの外部で検出して、前記ガスタンクからのガス漏れを検知するガスタンク検査装置が提供される。このガスタンク検査装置は、温度の異なる複数のガスを混合した混合ガスを前記ガスタンクに供給するガス供給部と；前記混合ガスが供給された前記ガスタンクの外部において、前記成分を検出するガス漏れ検出部と；前記ガス漏れ検出部による検出の後に、前記ガスタンクに充填されたガスを前記ガスタンクから放出させるガス放出部と；前記ガスタンクの温度を検出する温度センサと；前記混合ガスを前記ガスタンクに供給する前の前記ガスタンクの温度と、前記ガス供給部が前記ガスタンクに供給する前記混合ガスの温度と、前記ガス供給部が前記ガスタンクに前記混合ガスを供給した後に前記ガス放出部が前記ガスタンクに充填されたガスを放出させたときの前記ガスタンクの温度と、の関係を記憶する記憶部と；を備える。前記ガス供給部は、前記複数のガスの混合比率によって前記混合ガスの温度を調節する温度調節部を備え；前記温度調節部は、前記温度センサが検出した前記ガスタンクの温度であって、前記混合ガスを前記ガスタンクに供給する前の前記ガスタンクの温度と、前記ガスタンクに許容された温度の下限値である下限温度と、前記記憶部に記憶された前記関係と、に基づいて、前記ガス放出部が前記ガスタンクに充填されたガスを放出させたときの前記ガスタンクの温度が、前記下限温度以上になるように、前記混合ガスの温度を調節する。
この形態のガスタンク検査装置によれば、ガスタンクの検査時において、ガスタンクからガスを放出させる速度をより速くしても、ガス放出時の過剰な温度低下を抑えることができる。そのため、ガスタンクの検査時間を短縮することが可能になる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、ガスタンク検査方法、ガスタンク製造装置、あるいはガスタンク製造方法などの形態で実現することが可能である。

第１実施形態のガスタンク検査装置の概略構成を例示した説明図である。 第１実施形態のガスタンク検査処理の概要を示すフローチャートである。 タンク温度およびタンク内圧力の変化の様子を示す説明図である。 第１の比較例のガスタンク検査処理の概要を示すフローチャートである。 タンク温度およびタンク内圧力の変化の様子を模式的に示す説明図である。 第２の比較例のガスタンク検査処理の概要を示すフローチャートである。 タンク温度およびタンク内圧力の変化の様子を模式的に示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
（Ａ−１）装置の全体構成：
図１は、第１実施形態のガスタンク検査装置１０の概略構成を例示した説明図である。ガスタンク検査装置１０は、検査対象のガスタンク１００にガス漏れが生じているか否かを検査するために用いられる装置である。ガスタンク検査装置１０は、ガス充填部２０と、ガス漏れ検出部３０と、制御部４０と、ガス放出部５０と、を備えている。

ガス充填部２０は、ガスタンク１００に検査ガスを充填するための装置である。本実施形態のガスタンク検査装置１０は、ガスタンク１００内に充填されたガスに含まれる成分を、ガスタンク１００の外部で検出して、ガスタンク１００からのガス漏れを検知する装置である。より具体的には、ガスタンク１００に対して、予め定めた濃度の検知ガスを含む検査ガスを、予め定めた圧力にて充填し、ガスタンク１００から漏れ出した検知ガスの量を測定することによって、ガスタンク１００からのガス漏れを検知している。本実施形態では、検査ガスは検知ガスと充填ガスとを含み、検知ガスとしてヘリウムを用い、充填ガスとして窒素を用いている。

ガス充填部２０は、検知ガス充填部２２と充填ガス充填部２４とを備える。検知ガス充填部２２は、ヘリウムが収容されるヘリウムタンク２００と、ヘリウム充填ラインＨＥＬと、を備える。充填ガス充填部２４は、窒素が収容される液体窒素タンク２１０と、常温ラインＮＯＬと、低温ラインＮＬＬと、を備える。窒素（沸点：−１９６℃）は、少なくとも一部が液相となるような低温状態で収容されている。

なお、検知ガスとしては、ヘリウムに代えて、例えば、水素、窒素、酸素、あるいはネオンを用いることができる。ただし、ガス漏れ検出の精度等の観点から、検知ガスとしては、ヘリウムあるいは水素を用いることが望ましい。また、充填ガスとしては、窒素に代えて、例えば、ヘリウムなどの不活性ガス、空気、水素、あるいは酸素を用いることができる。充填ガスは、検知ガスとは異なるガスであって、ガスタンク１００内における検知ガス濃度と、ガスタンク１００に充填された検査ガス圧力を調節するために用いることができ、少なくとも一部が液相となる低温状態で収容可能であればよい。

ヘリウム充填ラインＨＥＬは、ヘリウムタンク２００に収容されているヘリウムをガスタンク１００に供給するためのラインであり、配管２２１，２８７、減圧弁Ｖｄ１、流量制御弁Ｖ１，Ｖ２、温度センサ２２０、および圧力センサ２３０を備える。以後、ガス充填部２０において、ヘリウムタンク２００や液体窒素タンク２１０が配置されている側を「上流側」と呼び、ガスタンク１００が配置されている側を「下流側」と呼ぶ。配管２２１には、上流側から順に、減圧弁Ｖｄ１および流量制御弁Ｖ１が配置されている。また、配管２８７には、上流側から順に、流量制御弁Ｖ２、温度センサ２２０、および圧力センサ２３０が配置されている。減圧弁Ｖｄ１は、ヘリウムタンク２００に収容されたヘリウムを減圧して下流側に供給する。流量制御弁Ｖ１，Ｖ２は、閉弁によって各配管におけるガスの流通を遮断し、また、開度を変化させることによって流通するガスの流量を調整する。温度センサ２２０は、流量制御弁Ｖ２の下流側、すなわち、ガスタンク１００に流入するガスの温度Ｔｇ（以後、「流入ガス温度Ｔｇ」とも呼ぶ）を検出する。圧カセンサ２３０は、ガスタンク１００の入口の圧力Ｐｔを検出する。ガスタンク１００の入口の圧力Ｐｔは、検査ガスの流れによる圧損の発生はあるが、ガスタンク１００内の圧力と実質的に等しいため、圧力センサ２３０が検出する圧力を、「タンク内圧力Ｐｔ」とも呼ぶ。ガスタンク１００内の圧力を検出するためのセンサは、上記のように配管２８７に設ける代わりに、ガスタンク１００内に設けることとしてもよい。なお、ヘリウム充填ラインＨＥＬは、常温ラインＮＯＬおよび低温ラインＮＬＬと、配管２８７を共有している。

常温ラインＮＯＬは、液体窒素タンク２１０に収容されている窒素をガスタンク１００に供給するためのラインであり、配管２２６，２２７，２８７、液ポンプ２４０、熱交換器２５０、流量制御弁Ｖ３，Ｖ２、温度センサ２２０、および圧カセンサ２３０を備えている。常温ラインＮＯＬは、既述したように、配管２８７がヘリウム充填ラインＨＥＬと重複している。配管２２６には、液ポンプ２４０が配置されている。配管２２７には、上流側から順に、熱交換器２５０および流量制御弁Ｖ３が配置されている。

液ポンプ２４０は、液体窒素タンク２１０に収容されている窒素を下流方向（配管２２７や配管２２８に向かう方向）に向けて圧送する。液ポンプ２４０は、回転数を変更することによって、窒素の吐出量を適宜調節することができる。熱交換器２５０は、液ポンプ２４０によって圧送された窒素と大気との間で熱交換をおこなうための装置であり、気化器とも呼ぶことができる。なお、熱交換器２５０は、大気以外にも水蒸気や温水を熱交換媒体とする構成としてもよい。液ポンプ２４０によって圧送された窒素(例えば、−１５０℃程度)は、熱交換器２５０において常温程度まで昇温されて、気化して窒素ガスとなる。なお、熱交換器２５０は、常温ラインＮＯＬを流通する窒素の温度が配管２８７を流通する窒素の温度よりも高くなる程度に昇温させればよいため、必ずしも窒素を常温程度まで昇温させなくてもよい。

低温ラインＮＬＬは、液体窒素タンク２１０に収容されている窒素をガスタンク１００に供給するためのラインであり、配管２２６，２２８，２８７、液ポンプ２４０、流量制御弁Ｖ４，Ｖ２、温度センサ２２０、および圧カセンサ２３０を備えている。低温ラインＮＬＬは、配管２２６，２８７が常温ラインＮＯＬと重複し、配管２８７がヘリウム充填ラインＨＥＬと重複している。低温ラインＮＬＬは、熱交換器２５０など窒素を昇温させるための構成要素を備えていないため、液ポンプ２４０によって圧送された液体窒素を低温のままガスタンク１００に供給する。なお、低温ラインＮＬＬは、流通する窒素の温度が配管２８７を流通する窒素の温度よりも低くなる構成であれば、窒素を昇温させる構成要素を含んでいてもよい。

常温ラインＮＯＬと低温ラインＮＬＬは、液ポンプ２４０が配置された配管２２６を共有し、配管２２７で配管２２８が分岐した後、再度、配管２８７で合流する。そのため、液ポンプ２４０によって圧送された窒素は、一部が配管２２７を流通して熱交換器２５０によって昇温され、残りが配管２２８を低温のまま流通する。そして、配管２８７において、配管２２７を流通した窒素と、配管２２８を流通した窒素と、が混合されてガスタンク１００に供給される。配管２２７を流通する窒素の流量と、配管２２８を流通する窒素の流量は、それぞれ流量制御弁Ｖ３と流量制御弁Ｖ４の開度によって調節することができる。すなわち、ガス充填部２０では、流量制御弁Ｖ３と流量制御弁Ｖ４の開度を調節することによって、配管２２７を流通した窒素と、配管２２８を流通した窒素との混合比率を変化させて、配管２８７を流通する窒素の温度を調節することができる。例えば、配管２２７の窒素の流量を減らし、配管２２８の窒素の流量を増やすことによって、配管２８７を流通する窒素の温度を低下させることができる。混合された窒素の温度は、温度センサ２２０にて検出する。液体窒素タンク２１０と常温ラインＮＯＬと低温ラインＮＬＬとを備える充填ガス充填部２４は、本願発明に係る「ガス供給部」に相当する。

ガス放出部５０は、ガス排出ラインＧＥＬを備える。ガス排出ラインＧＥＬは、ガスタンク１００に充填された検査ガスなどのガスを大気に排出するためのラインであり、配管２２９と流量制御弁Ｖ５とを備えている。流量制御弁Ｖ５は、ガスタンク１００に充填されたガスをガスタンク検査装置１０の外部に排出するか否かの切り換えを行ない、また、開度を変化させることによって排出するガスの流量を調節する。

ガス漏れ検出部３０は、チャンバ３００と、リーク検出器３１０と、温度センサ３２０と、を備えている。チャンバ３００は、ガスタンク１００を気密状態で収納するためのハウジングである。リーク検出器３１０は、検知ガスを検出するためのセンサであり、ガスタンク１００からチャンバ３００の内部に漏れた検知ガスを検知する。温度センサ３２０は、ガスタンク１００の内部の温度Ｔｔ(以後、「タンク温度Ｔｔ」とも呼ぶ)を検出する。温度センサ３２０は、本願発明に係る「温度センサ」に相当する。

なお、本実施形態では、温度センサ３２０として、ガスタンク１００の内部温度を検出するために検査対象であるガスタンク１００に予め設けられている温度センサを用いている。具体的には、本実施形態のガスタンク１００では、ガスタンク１００の開口部に配置したバルブ１１０において、ガスタンク１００の内部の空間の温度を検出する温度センサが設けられており、さらに、この温度センサの検出信号をガスタンク１００の外部に出力するための出力端子が、バルブ１１０に設けられている。ガスタンク１００を検査するためにガスタンク１００をチャンバ３００内に配置する際には、ガスの供給に係る配管２８７とガスの排出に係る配管２２９とがバルブ１１０に接続されると共に、上記出力端子は、ガスタンク検査装置１０が備える所定の配線に接続される。

本実施形態では、温度センサ３２０として、検査対象である個々のガスタンク１００に設けられている温度センサを用いているが、ガスタンク１００の温度を検出可能であれば、上記以外の種々の態様を選択可能である。例えば、ガスタンク１００の内部空間（ガスタンク１００内のガス）の温度を検出する温度センサに代えて、ガスタンク１００のタンク外壁の温度を検出する温度センサを用いてもよい。具体的には、例えば、チャンバ３００内に固定して、非接触にて対象物の表面温度を測定する温度センサを設け、このような温度センサを用いて、ガスタンク１００のタンク外壁の温度を測定することとしてもよい。

制御部４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、およびＲＡＭを備えるコンピュータによって構成され、ガスタンク検査装置１０の各構成要素を制御する。また、制御部４０は、ガスタンク１００のガス漏れ検査のための処理を実行する。制御部４０は、後述するように、本願発明に係る「記憶部」を備えると共に、「温度調節部」の一部を構成する。

（Ａ−２）ガス漏れ検知の動作：
図２は、本実施形態のガスタンク検査装置１０において、制御部４０が実行するガスタンク検査処理の概要を示すフローチャートである。また、図３は、ガスタンク検査装置１０においてガスタンク１００に対して検知ガスおよび充填ガスを供給する際の、ガスタンク１００のタンク温度Ｔｔおよびタンク内圧力Ｐｔの変化の様子を模式的に示す説明図である。ここで、ガスタンク検査処理が開始される際には、予め、チャンバ３００内にガスタンク１００が配置されて、ガスタンク１００のバルブ１１０に、配管２８７および配管２２９が接続されている。また、流量制御弁Ｖ１〜Ｖ５は閉弁しているものとする。

ガスタンク検査処理が開始されると、制御部４０は、まず、温度センサ３２０により初期のタンク温度Ｔｔ１を測定する（ステップＳ１００）。次に制御部４０は、ガスタンク１００に対して、検知ガスであるヘリウムの供給を開始する（ステップＳ１０５）。具体的には、制御部４０は、流量制御弁Ｖ１，Ｖ２を開弁状態、流量制御弁Ｖ３〜Ｖ５を閉弁状態にする。これにより、ヘリウムタンク２００に収容されたヘリウムは、ヘリウム充填ラインＨＥＬを経由してガスタンク１００に供給される。図３では、ヘリウムの供給を開始した時点を、時間ｔ１として示している。

なお、本実施形態では、ガスタンク１００に検知ガスを充填するための充填時間は、予め設定されている。ガスタンク１００に充填される検知ガスの流量は、上記した予め設定された充填時間で、ガスタンク１００内の圧力が予め定めた目標圧力（後述する第１の判定値Ｐ１）になるように定められている。そして、ステップＳ１０５では、ガスタンク１００に充填される検知ガスの流量が、上記した予め定めた流量となるように、流量制御弁Ｖ１の開度が調節される。

その後、制御部４０は、圧力センサ２３０によりタンク内圧力Ｐｔを検出し、タンク内圧力Ｐｔが第１の判定値Ｐ１以上になったか否かを判定する（ステップＳ１１０）。第１の判定値Ｐ１は、ガスタンク１００に検査ガスを充填してガス漏れ検査を行なう際のタンク内の検知ガス濃度が、予め定めた値となるように、適宜設定すればよい。第１の判定値Ｐ１は、例えば、１ＭＰａとすることができる。第１の判定値Ｐ１は、制御部４０のＲＯＭに予め記憶されている。制御部４０は、タンク内圧力Ｐｔが第１の判定値Ｐ１以上になったと判定するまで、ヘリウムの供給を続行させつつ、ステップＳ１１０の判断を繰り返し実行する。タンク内圧力Ｐｔが第１の判定値Ｐ１以上になると、制御部４０は、ヘリウムの供給を停止する（ステップＳ１１５）。すなわち、流量制御弁Ｖ１，Ｖ２を閉弁状態にする。図３では、ヘリウムの供給を停止し温度が安定した時点を、時間ｔ２として示している。

ステップＳ１１５においてヘリウムの供給を停止すると、次に制御部４０は、温度センサ３２０により、ヘリウム充填後のタンク温度Ｔｔ２を測定する（ステップＳ１２０）。図３に示すように、時間ｔ１においてヘリウムの供給を開始すると、タンク温度Ｔｔは急激に上昇する。これは、ヘリウムの供給を開始することによりガスタンク１００内に存在した空気が圧縮されて、いわゆる断熱圧縮様の現象により、温度が上昇するためである。その後、ガスタンク１００からの放熱による温度低下、および、供給されたヘリウムガスの圧縮による温度上昇等の影響を受けるが、一般的に、ヘリウムガスの充填後（時間ｔ２）のタンク温度Ｔｔ２は、ヘリウムガス供給開始時（時間ｔ１）のタンク温度Ｔｔ１よりも高温となる。

その後、制御部４０は、後述するステップＳ１３０においてガスタンク１００に対して混合ガスを供給する際の目標温度Ｔｇ０を導出する（ステップＳ１２５）。目標温度Ｔｇ０の意義、および目標温度Ｔｇ０の求め方については、後に詳しく説明する。

続いて、制御部４０は、液体窒素タンク２１０内の窒素を、ステップＳ１２５で導出した目標温度Ｔｇ０にてガスタンク１００に充填する（ステップＳ１３０）。具体的には、制御部４０は、流量制御弁Ｖ２〜Ｖ４を開弁状態、流量制御弁Ｖ１，Ｖ５を閉弁状態とし、液ポンプ２４０を駆動させる。これにより、液体窒素タンク２１０に収容された窒素は、常温ラインＮＯＬまたは低温ラインＮＬＬを経由してガスタンク１００に供給される。常温ラインＮＯＬを経由する比較的温度が高い窒素と、低温ラインＮＬＬを経由する低温の窒素と、が混合されたガスは、「混合ガス」とも呼ぶ。

ステップＳ１３０では、流量制御弁Ｖ３，Ｖ４の開度により、常温ラインＮＯＬを経由する窒素と低温ラインＮＬＬを経由する窒素との混合比率を調節することによって、ガスタンク１００に供給される窒素の温度が目標温度Ｔｇ０となるように温度調節している。流量制御弁Ｖ３，Ｖ４の開度は、目標温度Ｔｇ０毎に予め設定して制御部４０内に記憶しておいてもよく、さらに、温度センサ２２０を用いて流入ガス温度Ｔｇを検出し、流入ガス温度Ｔｇが目標温度Ｔｇ０に近づくように、流量制御弁Ｖ３，Ｖ４の開度を調節してもよい。制御部４０、流量制御弁Ｖ３，Ｖ４、および液ポンプ２４０は、本願発明に係る「温度調節部」を構成する。

なお、本実施形態では、ガスタンク１００に混合ガスを充填するための充填時間は、予め設定されている。ガスタンク１００に充填される混合ガスの流量は、上記した予め設定された充填時間で、ガスタンク１００内の圧力が予め定めた目標圧力（後述する第２の判定値Ｐ２）になるように定められている。そして、ステップＳ１３０では、ガスタンク１００に充填される混合ガスの流量が、上記した予め定めた流量となるように、流量制御弁Ｖ３，Ｖ４の開度が調節される。

その後、制御部４０は、圧力センサ２３０によりタンク内圧力Ｐｔを検出し、タンク内圧力Ｐｔが第２の判定値Ｐ２以上になったか否かを判定する（ステップＳ１３５）。第２の判定値Ｐ２は、ガスタンク１００においてタンク内圧力Ｐｔの上限値として保証された圧力である使用上限圧力Ｐｔｈ以下、公称使用圧力Ｐｔｎ以上の圧力として、適宜設定可能である。第２の判定値Ｐ２は、例えば８０ＭＰａとすることができる。第２の判定値Ｐ２は、制御部４０のＲＯＭに予め記憶されている。制御部４０は、タンク内圧力Ｐｔが第２の判定値Ｐ２以上になったと判定するまで、混合ガスの供給を続行しつつ、ステップＳ１３５の判断を繰り返し実行する。タンク内圧力Ｐｔが第２の判定値Ｐ２以上になると、制御部４０は、混合ガスの充填を停止する（ステップＳ１４０）。すなわち、制御部４０は、液ポンプ２４０の駆動を停止すると共に、流量制御弁Ｖ２〜Ｖ４を閉弁状態にする。これにより、ガスタンク１００は、ガス漏れ検査に必要な圧力で混合ガスが充填された状態で、封止される。図３では、混合ガスの供給を停止した時点を、時間ｔ３として示している。

図３に示すように、時間ｔ２において混合ガスの供給を開始すると、タンク温度Ｔｔは急激に上昇する。これは、混合ガスの供給を開始することによりガスタンク１００内に存在したヘリウムガス等が圧縮されて、いわゆる断熱圧縮様の現象により、温度が上昇するためである。その後、ガスタンク１００からの放熱による温度低下、および、供給された混合ガスの圧縮による温度上昇等の影響を受けるが、一般的に、混合ガスの充填完了時(時間ｔ３)のタンク温度Ｔｔ４は、混合ガスの供給開始時（時間ｔ２）のタンク温度Ｔｔ２よりも高温となる。なお、図３では、混合ガスの供給中にタンク温度Ｔｔが到達する最高温度を、温度Ｔｔ３として示している。最高温度Ｔｔ３は、ガスタンク１００に許容される温度の上限値である上限温度Ｔｔｈ以下とする必要がある。

ステップＳ１４０で混合ガスの供給を停止した後、制御部４０は、ガスタンク１００から漏れだした検知ガスのリーク量を測定する(ステップＳ１４５）。具体的には、制御部４０は、リーク検出器３１０を制御してガスタンク１００からチャンバ３００に漏れだしたヘリウム(検知ガス)の量(リーク量)を測定する。測定したリーク量が、予め定めた基準値以上であれば、ガスタンク１００においてガス漏れが生じていると判定する。

既述したように、混合ガスの充填を停止した時間ｔ３においてタンク温度がＴｔ４に達した後には、ガスタンク１００からの放熱により、タンク温度Ｔｔは若干低下する。それと共に、タンク内圧力Ｐｔも若干低下し、その後安定する。本実施形態では、時間ｔ３において混合ガスの供給を停止した後、予め定めた待ち時間を設定しており、タンク内圧力Ｐｔが安定してからリーク量の測定を行なっている。リーク量の測定は、図３に示す時間ｔ４において終了する。なお、混合ガスを充填する際の目標圧力である第２の判定値Ｐ２は、ステップＳ１４５においてリーク量を測定する際にも、タンク内圧力Ｐｔが、ガスタンク１００の公称使用圧力Ｐｔｎを超える圧力となるように、十分に高く設定することが望ましい。

測定の後、制御部４０は、ガスタンク１００の内部の検査ガスを排出し（ステップＳ１５０）、ガスタンク検査処理を終了する。具体的には、制御部４０は、流量制御弁Ｖ５を開弁状態にすると共に、流量制御弁Ｖ１〜Ｖ４を閉弁状態にする。これにより、ガスタンク１００に充填された検査ガスは、ガス排出ラインＧＥＬを経由して大気中に排出される。

図３に示すように、ステップＳ１５０においてガスタンク１００から検査ガスを排出すると、タンク内圧力Ｐｔが急激に低下すると共に、タンク温度Ｔｔも急激に低下する。これは、ガスタンク１００内において、いわゆる断熱膨張様の現象が生じるためである。図３では、検査ガスの排出開始時（時間ｔ４）のタンク温度を温度Ｔｔ５として示し、その後にタンク温度Ｔｔが低下したときに到達する最低温度を、温度Ｔｔ６として示している。

（Ａ−３）目標温度Ｔｇ０について：
本実施形態では、ステップＳ１２５において混合ガスの目標温度Ｔｇ０を適切に設定することにより、ステップＳ１５０で検査ガスを放出する際の最低温度Ｔｔ６が、ガスタンク１００に許容された温度の下限値である下限温度Ｔｔｌ以上になるように制御している（図３参照）。より具体的には、混合ガスをガスタンク１００に供給する前のタンク温度Ｔｔ２と、ガスタンク１００の下限温度Ｔｔｌと、に基づいて、ステップＳ１５０で検査ガスを放出する際の最低温度Ｔｔ６が下限温度Ｔｔｌ以上になるように、ステップＳ１２５における混合ガスの目標温度Ｔｇ０を設定している。なお、ガスタンク１００の下限温度Ｔｔｌとは、例えば、ガスタンク１００を構成する各材料の耐寒温度のうちの最も低い温度とすることができる。ガスタンク１００を、例えば、樹脂ライナの表面を繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で覆ったタンクとする場合には、ガスタンク１００の下限温度Ｔｔｌは、ライナを構成する樹脂の耐寒温度として設定することができる。

本実施形態において、ガスタンク検査装置１０が備える各部の熱容量は予め定まっている。また、ステップＳ１３０で混合ガスを充填する際の充填時間およびガス流量、混合ガスを充填する際の目標圧力（第２の判定値Ｐ２）、および、ステップＳ１５０で検査ガスを放出する際の放出時間も、予め設定されている。例えば、ガスタンクに供給するガスの温度が同じであっても、ガスタンクの熱容量が異なれば、ガスを充填した後にガスタンクが到達する温度は異なり、また、ガスを充填した後のガスタンクからの放熱量も異なる。また、ガスタンクにガスを充填する際の充填時間が短いほど、あるいは充填時の目標圧力が高いほど、ガスを充填した後にガスタンクが到達する温度は高くなる。本実施形態のガスタンク検査装置１０では、上記したように、このようなガスタンクの温度に影響する各部の熱容量や、ガス充填やガス放出を含む検査時の条件が定まっている。

そのため、本実施形態では、混合ガスをガスタンク１００に供給する前のタンク温度Ｔｔ２と、ガスタンク１００に供給する混合ガス温度とが定まれば、混合ガスの充填時にガスタンク１００が到達する最高温度Ｔｔ３、混合ガスの充填終了時のタンク温度Ｔｔ４、検査ガスの排出開始時のタンク温度Ｔｔ５、さらに、検査ガスを放出する際の最低温度Ｔｔ６が定まる。このとき、混合ガスをガスタンク１００に供給する前のタンク温度Ｔｔ２、あるいはガスタンク１００に供給する混合ガス温度が高いほど、上記した最高温度Ｔｔ３、タンク温度Ｔｔ４，Ｔｔ５、および最低温度Ｔｔ６が高くなる傾向がある。また、混合ガスをガスタンク１００に供給する前のタンク温度Ｔｔ２、あるいはガスタンク１００に供給する混合ガス温度が低いほど、上記した最高温度Ｔｔ３、タンク温度Ｔｔ４，Ｔｔ５、および最低温度Ｔｔ６が低くなる傾向がある。

本実施形態では、混合ガスをガスタンク１００に供給する前のタンク温度Ｔｔ２と、ステップＳ１３０でガスタンク１００に混合ガスを供給する際の混合ガスの温度と、ステップＳ１５０で検査ガスを放出する際の最低温度Ｔｔ６と、の関係を、予め実験的に調べて、マップとして制御部４０に記憶している。ステップＳ１２５では、ステップＳ１２０で測定したタンク温度Ｔｔ２を用いて、上記マップを参照することによって、ガスタンク１００が到達する最低温度Ｔｔ６が下限温度Ｔｔｌ以上となるように、混合ガスを供給する際の目標温度Ｔｇ０を設定している。上記マップを記憶する制御部４０は、本願発明に係る「記憶部」を含むといえる。

なお、上記マップは、混合ガスの充填時にガスタンク１００が到達する最高温度Ｔｔ３を、パラメータとしてさらに備えることとしてもよい。そして、ステップＳ１２５では、上記マップを参照することで、ガスタンク１００が到達する最高温度Ｔｔ３が上限温度Ｔｔｈ以下となり、ガスタンク１００が到達する最低温度Ｔｔ６が下限温度Ｔｔｌ以上となるように、混合ガスを供給する際の目標温度Ｔｇ０を設定してもよい。あるいは、混合ガスの目標温度Ｔｇ０の最高値として、予め定めたガス流量にて混合ガスを充填する場合にはタンク温度Ｔｔが上限温度Ｔｔｈを超えない温度を予め定めておいてもよい。目標温度Ｔｇ０を、このような最高値以下の値とする場合には、ステップＳ１２５で目標温度Ｔｇ０を導出する際に、ガスタンク１００が到達する最高温度Ｔｔ３を考慮しなくてもよい。

また、混合ガスの目標温度Ｔｇ０を設定する際に、最高温度Ｔｔ３や最低温度Ｔｔ６に影響する他のパラメータを、さらに考慮してもよい。例えば、ガスタンク検査装置１０の使用環境の温度変化が比較的大きく、ガスタンク１００からの放熱量の変動が無視できない場合には、ガスタンク検査装置１０に外気温センサをさらに設け、ステップＳ１２５で参照する既述したマップのパラメータとして、さらに外気温を加えることとすればよい。

また、混合ガスの目標温度Ｔｇ０は、混合ガスを供給する前のタンク温度Ｔｔ２に応じて連続的に変化する値を設定するのではなく、段階的に変化する値を設定してもよい。例えば、タンク温度Ｔｔ２が４０℃以上のときには目標温度Ｔｇ０を−４０℃に設定し、タンク温度Ｔｔ２が３０℃以上、４０℃未満のときには目標温度Ｔｇ０を−３０℃に設定し、タンク温度Ｔｔ２が３０℃未満のときには、目標温度Ｔｇ０を−２０℃に設定することとしてもよい。

また、ステップＳ１２０で測定したタンク温度Ｔｔ２を用いて目標温度Ｔｇ０を設定する際に、既述したようにマップを参照するのではなく、計算により目標温度Ｔｇ０を求めることとしてもよい。例えば、ガスタンク１００およびガスタンク検査装置１０が備える各部の材質や形状に基づいて、これらの各部の熱容量、伝熱量および放熱量を特定し、タンク温度Ｔｔ２と、ガスタンク１００に供給する混合ガス温度と、検査ガスの排出時にガスタンク１００が到達する最低温度Ｔｔ６と、の関係を表わす近似式を予め作成してもよい。そして、この近似式に基づいて、最低温度Ｔｔ６が下限温度Ｔｔｌ以上、上限温度Ｔｔｈ以下となるように、タンク温度Ｔｔ２に応じて混合ガスの目標温度Ｔｇ０を設定することとしてもよい。

既述した説明では、混合ガスをガスタンク１００に供給する前のガスタンク１００の温度として、検知ガスの充填後にステップＳ１２０で測定したタンク温度Ｔｔ２を用いたが、異なる構成としてもよい。例えば、タンク温度Ｔｔ２に代えて、ガスタンク１００に検知ガスを供給する前にステップＳ１００で測定したタンク温度Ｔｔ１を用いてもよい。ステップＳ１０５でガスタンク１００に検知ガスを供給する際の検知ガスの流量および充填時間が予め定められているため、タンク温度Ｔｔ１が分かれば、検知ガスの充填完了時である時間ｔ２におけるタンク温度Ｔｔ２が定まる。そのため、例えば、検知ガスをガスタンク１００に供給する前のタンク温度Ｔｔ１と、ステップＳ１３０でガスタンク１００に混合ガスを供給する際の混合ガスの温度と、ステップＳ１５０で検査ガスを放出する際の最低温度Ｔｔ６と、の関係を、予め実験的に調べて、マップとして制御部４０に記憶しておけばよい。

また、混合ガスをガスタンク１００に供給する前のガスタンク１００の温度として、検知ガスの充填後にステップＳ１２０で測定したタンク温度Ｔｔ２に加えて、さらに、ガスタンク１００に検知ガスを供給する前にステップＳ１００で測定したタンク温度Ｔｔ１を用いてもよい。タンク温度Ｔｔ１は、タンク検査開始時の環境温度を反映する温度であるが、環境温度は、ガスタンク１００に検知ガスを充填する際の放熱の程度に影響する。そのため、既述したようにタンク温度Ｔｔ２を用いて混合ガスの目標温度Ｔｇ０を導出する際に、タンク温度Ｔｔ１を用いて、例えばタンク温度Ｔｔ２と供給する混合ガス温度と最低温度Ｔｔ６との関係を修正することにより、目標温度Ｔｇ０を導出する際の精度を高めることができる。混合ガスの目標温度Ｔｇ０を導出する際に用いる混合ガスをガスタンク１００に供給する前のガスタンク１００の温度は、タンク温度Ｔｔ１およびタンク温度Ｔｔ２のうちの少なくとも一方であればよい。

以上のように構成された本実施形態のガスタンク検査装置１０によれば、ガスタンク１００の検査時において、ガス放出速度をより速くしても、ガス放出時の過剰な温度低下を抑えることができる。そのため、ガスタンク１００の検査時間を短縮することが可能になる。すなわち、本実施形態では、混合ガスをガスタンク１００に供給する前のガスタンク１００の温度（Ｔｔ１および／またはＴｔ２）と、ガスタンク１００に供給する混合ガスの温度と、ガスタンク１００に混合ガスを充填した後にガスタンク１００からガスを放出させたときのガスタンク１００の温度と、の関係に基づいて、ガスタンク１００に供給する混合ガスの目標温度Ｔｇ０を設定している。そのため、ガスの放出速度をより速くしても、タンク温度Ｔｔが到達する最低温度Ｔｔ６がガスタンク１００の下限温度Ｔｔｌよりも低くなることを抑えることができる。

また、本実施形態では、充填ガス充填部２４が、温度の異なる充填ガスを混合した混合ガスをガスタンク１００に充填するため、十分に温度が低い混合ガスを充填することができ、ガス充填時におけるガスタンク１００の過剰な温度上昇を抑えることが可能になる。そのため、混合ガスの充填速度をより速くすることが可能になる。これらの結果、ガスタンク１００において、混合ガスの充填時の過剰な温度上昇の抑制と、ガス放出時の過剰な温度低下の抑制とを両立し、検査時間全体を短縮することが可能になる。

図４は、第１の比較例としてのガスタンク検査装置の制御部が実行するガスタンク検査処理の概要を示すフローチャートである。また、図５は、第１の比較例のガスタンク検査装置においてガスタンクに対して検知ガスおよび充填ガスを供給する際の、タンク温度Ｔｔおよびタンク内圧力Ｐｔの変化の様子を模式的に示す説明図である。第１の比較例のガスタンク検査装置は、図１に示す第１実施形態のガスタンク検査装置１０と同様の構造を有しているため、共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。

図４に示すように、第１の比較例は、混合ガスをガスタンク１００に充填する前のタンク温度Ｔｔ１，Ｔｔ２を測定する工程(ステップＳ１００，Ｓ１２０）、および、混合ガスの目標温度Ｔｇ０を導出する工程（ステップＳ１２５）を有しない点で、第１実施形態と異なる。そして、第１の比較例のステップＳ１３１では、予め設定された固定値である温度Ｔｇ１にて、混合ガスをガスタンク１００に充填している。

このような構成とすれば、混合ガスを充填する際の温度Ｔｇ１を十分に低く設定することで、混合ガスの充填時にガスタンク１００が到達する温度を、上限温度Ｔｔｈ以下に抑えることが可能になる。しかしながら、ステップＳ１５０におけるガス放出速度によっては、図５に示すように、ステップＳ１５０で到達するガスタンク１００の最低温度Ｔｔ６が、下限温度Ｔｔｌよりも低くなることを、十分に抑えることができない場合がある。

図６は、第２の比較例としてのガスタンク検査装置の制御部が実行するガスタンク検査処理の概要を示すフローチャートである。第２の比較例のガスタンク検査装置は、図１に示す第１実施形態のガスタンク検査装置１０と同様の構造を有しているため、共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。

図６に示すように、第２の比較例は、混合ガスをガスタンク１００に充填する前のタンク温度Ｔｔ１，Ｔｔ２を測定する工程(ステップＳ１００，Ｓ１２０）、および、混合ガスの目標温度Ｔｇ０を導出する工程（ステップＳ１２５）を有しない点で、第１実施形態と異なる。そして、第２の比較例のステップＳ１３２では、温度センサ３２０を用いて逐次的にタンク温度Ｔｔを検出し、タンク温度Ｔｔが、上限温度Ｔｔｈ以下の特定の温度範囲となるように、ガスの混合割合を変更しつつ、ガスタンク１００に混合ガスを供給する。

このような構成とすれば、検出したタンク温度Ｔｔに基づいたガスの混合割合の変更を繰り返し行なうことで、混合ガスの充填時にガスタンク１００が到達する温度を、上限温度Ｔｔｈ以下に抑えることが可能になる。しかしながら、第１の比較例と同様に、ステップＳ１５０においてガスを放出する際のガスタンク１００の最低温度Ｔｔ６が、下限温度Ｔｔｌよりも低くなることを、十分に抑えることができない場合がある。

図７は、第１の比較例あるいは第２の比較例のガスタンク検査装置において、ステップＳ１５０のガス放出を、よりゆっくりと行なった場合の、タンク温度Ｔｔおよびタンク内圧力Ｐｔの変化の様子を模式的に示す説明図である。図７に示すように、ステップＳ１５０のガス放出の速度を抑えると、断熱膨張の速度が抑えられるとともにガスタンク１００の外部から熱を吸収することによりタンク温度Ｔｔの低下が抑制され、第１の比較例あるいは第２の比較例の場合であっても、ガスタンク１００の最低温度Ｔｔ６が、下限温度Ｔｔｌより低くなることを避けることが容易になる。ただし、この場合には、ステップＳ１５０の期間が長期化するため、検査時間全体が、より長くなる。これに対して第１実施形態によれば、既述したように、第１あるいは第２の比較例とは異なり、ステップＳ１５０におけるガス放出時間をより短くしても、タンク温度Ｔｔを下限温度Ｔｔｌ以上にすることができる。

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ−１）混合ガスについて：
第１実施形態では、検査ガスとして検知ガスおよび充填ガスを用い、ガスタンク１００に供給する混合ガスは、温度が異なる充填ガスを混合したガスとしたが、異なる構成としてもよい。例えば、充填ガスを別途用意することなく、検査ガスとして純度が高い検知ガスである水素を用い、混合ガスとして、温度が異なる水素を混合したガスを用いてもよい。この場合には、例えば、図１のガスタンク検査装置１０において、ヘリウムタンク２００、配管２２１、減圧弁Ｖｄ１、および流量制御弁Ｖ１を設けることなく、液体窒素タンク２１０に代えて液体水素タンクを設ければよい。そして、図２に示すガスタンク検査処理では、ステップＳ１２０以降の処理を実行すればよい。この場合にも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、第１実施形態では、混合ガスとして用いる窒素を、液体窒素の状態で液体窒素タンク２１０に収容したが、異なる構成としてもよい。例えば、窒素を気体の状態で収容するタンクを用い、窒素ガスを冷却する構造をさらに設けて、温度の異なる窒素ガスを用意する構成としてもよい。

また、第１実施形態では、混合ガスは常温ラインＮＯＬを経由する窒素と、低温ラインＮＬＬを経由する窒素という、温度が異なる２つのガスを混合しているが、異なる構成としてもよい。例えば、温度が異なる３以上のガスを混合してもよく、温度が異なる複数のガスを混合すればよい。

（Ｂ−２）検知ガスの供給について：
第１実施形態では、ステップＳ１０５において、検知ガスであるヘリウムのみをガスタンク１００に供給したが、異なる構成としてもよい。例えば、ガスタンク検査装置において、ガスタンク１００への供給に先立って検知ガスと充填ガスとを混合する混合部（バッファ）を設けることとしてもよい。そして、ステップＳ１３０で充填ガスを充填する動作に先立って、ステップＳ１０５において、検知ガスを充填ガスと混合した状態でガスタンク１００に供給することとしてもよい。

（Ｂ−３）充填ガスについて：
第１実施形態では、充填ガスとして窒素のみを用いたが、複数種類のガスを、充填ガスとして用いてもよい。例えば、充填ガスとして用いるガスのうち、より温度が低いガスと、より温度が高いガスとで、異なる種類の不活性ガスを用いてもよい。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…ガスタンク検査装置
２０…ガス充填部
２２…検知ガス充填部
２４…充填ガス充填部
３０…ガス漏れ検出部
４０…制御部
５０…ガス放出部
１００…ガスタンク
１１０…バルブ
２００…ヘリウムタンク
２１０…液体窒素タンク
２２０，３２０…温度センサ
２２１，２２６，２２７，２２８，２２９，２８７…配管
２３０…圧カセンサ
２４０…液ポンプ
２５０…熱交換器
３００…チャンバ
３１０…リーク検出器
ＧＥＬ…ガス排出ライン
ＨＥＬ…ヘリウム充填ライン
ＮＬＬ…低温ライン
ＮＯＬ…常温ライン
Ｖ１〜Ｖ５…流量制御弁
Ｖｄ１…減圧弁

Claims (1)

1. ガスタンク内に充填されたガスに含まれる成分を前記ガスタンクの外部で検出して、前記ガスタンクからのガス漏れを検知するガスタンク検査装置であって、
   温度の異なる複数のガスを混合した混合ガスを前記ガスタンクに供給するガス供給部と、
   前記混合ガスが供給された前記ガスタンクの外部において、前記成分を検出するガス漏れ検出部と、
   前記ガス漏れ検出部による検出の後に、前記ガスタンクに充填されたガスを前記ガスタンクから放出させるガス放出部と、
   前記ガスタンクの温度を検出する温度センサと、
   前記混合ガスを前記ガスタンクに供給する前の前記ガスタンクの温度と、前記ガス供給部が前記ガスタンクに供給する前記混合ガスの温度と、前記ガス供給部が前記ガスタンクに前記混合ガスを供給した後に前記ガス放出部が前記ガスタンクに充填されたガスを放出させたときの前記ガスタンクの温度と、の関係を記憶する記憶部と、
   を備え、
   前記ガス供給部は、前記複数のガスの混合比率によって前記混合ガスの温度を調節する温度調節部を備え、
   前記温度調節部は、前記温度センサが検出した前記ガスタンクの温度であって、前記混合ガスを前記ガスタンクに供給する前の前記ガスタンクの温度と、前記ガスタンクに許容された温度の下限値である下限温度と、前記記憶部に記憶された前記関係と、に基づいて、前記ガス放出部が前記ガスタンクに充填されたガスを放出させたときの前記ガスタンクの温度が、前記下限温度以上になるように、前記混合ガスの温度を調節する
   ガスタンク検査装置。

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