JP3882675B2 - リーク検査装置および被試験体装着治具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルム状被試験体、例えば燃料電池に用いられる透過膜のような高分子フィルムをフィルム単体でリーク検査が行えるリーク検査装置、およびフィルム状被試験体が装着され、装着状態でリーク検査が行える被試験体装着治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解質燃料電池では、電解質として例えば高分子フィルムから成る透過膜に固体電解質を含浸したものが使用され、この固体電解質層を挟んで一対の多孔質電極を配置される。そして、一対の多孔質電極の一方の電極の背面側に水素等の燃料ガスを供給し、他方の電極の背面側に空気等の酸化剤ガスを供給する。固体電解質層は酸素イオン（酸化物イオン）のイオン伝導体として機能し、固体電解質層内を酸素イオンと燃料との電気化学反応を利用して、一対の電極から電気エネルギーを取り出す。
【０００３】
ところで、電解質層を構成する透過膜にピンホール等が存在すると、電解質層内を酸素イオンではなくて酸素分子が移動し、イオン反応ではなく通常の燃焼現象が生じて電位を低下させるという問題がある。そのため、透過膜にピンホール等の構造的な欠陥が無いことを検査する必要がある。このような燃料電池の透過膜のリークを検査する装置の例としては、特開２００２−５７７７号公報に開示されているようなヘリウムリークディテクタがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００２−５７７７号公報に開示されているヘリウムリークディテクタは、固体電解質層等が形成されて燃料電池のセル内に組み付けられた透過膜の検査を行うものであって、透過膜単体で検査するものではない。そのため、セル内に組み付けられた状態でしか検査することができなかった。
【０００５】
本発明の目的は、比較的大きな面積を有するフィルム状被試験体のリーク検査を行うリーク検査装置、およびフィルム状被試験体のリーク検査に適した被試験体装着治具を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明の実施の形態を示す図１に対応付けて説明する。
（１）請求項１の発明によるリーク検査装置は、フィルム状被試験体Ｆを平面状に保持し検査ガスが通過可能な保持部６と、被試験体Ｆに対して検査ガスを保持部６方向に加圧する加圧部１０と、被試験体Ｆを通して加圧部１０側から検査ガスが漏出する漏出空間１１と、検査ガスを検出する検出部２，１７と、漏出空間１１に搬送ガスを供給して、漏出空間１１に漏出した検査ガスを搬送ガスにより検出部２，１７へと搬送する検査ガス搬送機構１９，Ｌ２，１４，１５と、搬送ガスを漏出空間１１の全域に流通させる誘導壁１８ａ，１８ｂを漏出空間１１とを備えて上述の目的を達成する。
（２）請求項３の発明による被試験体装着治具１は、フィルム状被試験体Ｆを平面状に保持し検査ガスが通過可能な保持部６と、被試験体Ｆに対して検査ガスを保持部６方向に加圧する加圧部１０と、被試験体Ｆを通して加圧部１０側から検査ガスが漏出する漏出空間１１と、漏出空間１１に搬送ガスを導入する導入部１４と、漏出空間１１に配設され、導入された搬送ガスを漏出空間１１の全域に流通させる誘導壁１８と、検査ガスを検出する検出装置２のガス採取部１７が接続される接続部１６と、誘導壁１８により流通させられた搬送ガスを接続部１６に導く連通路１５とを備えて上述の目的を達成する。
【０００７】
なお、上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明によるリーク検査装置の一実施の形態を示す図である。図１において、１は被試験体である高分子フィルムＦが装着される装着部であり、２はリークを検出するディテクタ本体である。本実施の形態では、ディテクタ本体２としてヘリウムディテクターを使用する。装着部１のベース部４上には高分子フィルムＦを保持する保持部６が設けられている。高分子フィルムＦは、装着部１のカバー部５と保持部６とに挟まれるように保持されている。
【０００９】
ベース部４およびカバー部５にはＯリングシール７，８が設けられている。カバー部５は、不図示の固定治具によって保持治具６と共にベース部４に固定される。Ｏリングシール７によって高分子フィルムＦとカバー部５との間の円筒状空間１０と外部空間とが遮断され、Ｏリングシール８によって保持部６とベース部４との間の空間１１と外部空間とが遮断される。
【００１０】
図２は保持部６を詳細に示す図であり、一部分を破断面としたものである。保持部６は、内リング２０と外リング２１とメッシュ２２とで構成されている。メッシュ２２は、その周縁部２２ａが内リング２０の外周面と外リング２１の内周面との間に挟まれるように取り付けられている。内リング２０と外リング２１とは溶接等により互いに固定されている。
【００１１】
図１に戻って、カバー部５の中央部には、検査ガスであるヘリウムガスを空間１０に導入するためのヘリウムガスラインＬ１が接続されている。一方、ベース部４には、空間１１に搬送ガスを供給する搬送ガス供給源１９が搬送ガスラインＬ２を介して接続されている。搬送ガスは貫通孔１４を介して空間１１に供給される。搬送ガスには検査ガスであるヘリウムガス以外のガスが用いられ、例えば、空気や窒素ガスなどが使用される。
【００１２】
ベース部４には貫通孔１４と対向する位置にも貫通孔１５が形成されており、高分子フィルムＦを透過したヘリウムガスは搬送ガスとともに貫通孔１５を通ってプローブ取付部１６に流入する。プローブ取付部１６にはスニファープローブ１７が取り付けられ、プローブ取付部１６に流入したガスの一部がスニファープローブ１７によりディテクタ本体部２に吸引される。スニファープローブ１７により吸引されなかった残りのガスは、排気ラインを介して排気される。
【００１３】
図３は、ベース部４の空間１１内における搬送ガスの流れを示す図であり、ベース部４をカバー部５側から見た図である。空間１１の部分には、誘導壁１８ａ，１８ｂがベース部４から突出して形成されている。この誘導壁１８ａ，１８ｂにより、貫通孔１４から流入した搬送ガスは空間１１内の全領域を流れるように誘導され、貫通孔１５を通ってプローブ取付部１６に搬送される。
【００１４】
図３において矢印Ｒ１は搬送ガスの流れを示しており、貫通孔１４から空間１１に流入した搬送ガスは、誘導壁１８ａに衝突して斜め右上方向に流れる。その後、搬送ガスは、誘導壁１８ａと空間１１の側壁との間を通り抜けて、空間１１の図示右側の領域に達する。この領域に流入した搬送ガスは、誘導壁１８ｂに衝突して斜め左下方向へと流れを変えて、空間１１の左下の領域に達する。その後、搬送ガスは誘導壁１８ｂと空間１１の側壁との間の領域に流れ込み、貫通孔１５を通ってプローブ取付部１６に排出される。
【００１５】
このように、誘導壁１８ａ，１８ｂを用いて搬送ガスを空間１１内の全領域に流れるようにすることによって、ヘリウムを加圧された高分子フィルムＦのどの部分にリーク箇所があっても容易に検出することが可能となる。例えば、図３の符号Ｄで示すように高分子フィルムＦの周辺部分にリーク箇所があった場合を考える。誘導壁１８ａ，１８ｂを設けなかった場合には、貫通孔１４から空間１１に流入した搬送ガスは、その多くが破線矢印Ｒ２に示すように直進して貫通孔１５から排出されることになる。
【００１６】
そのため、符号Ｄに示ように破線矢印Ｒ２の経路から大きく離れた位置でヘリウムガスのリークがあった場合には、空間１１側に漏れ出たヘリウムガスが符号Ｄの付近に澱みやすく、リークが検出され難いという欠点がある。一方、本実施の形態のように誘導壁１８ａ，１８ｂを設けると、空間１１の周辺部も含めて全領域に搬送ガスが流れ、空間１１側に漏れ出たヘリウムガスを確実に検出することができる。
【００１７】
高分子フィルムＦのリーク検査を行う場合には、保持部６の上に高分子フィルムＦを載置し、カバー部５をベース部４に固定する。その後、搬送ガス供給源１９から空間１１に一定の流量で搬送ガスを供給する。搬送ガスの流れが定常状態となったならば、空間１０にヘリウムガスを供給する。このときのヘリウムガスは０．２ＭＰａ・Ｇ程度の加圧状態で供給される。
【００１８】
高分子フィルムＦにリークがあると、リークしたヘリウムガスはある程度の時間経過した後にプローブ取付部１６に達する。このヘリウムガスが混入した搬送ガスの一部はスニファープローブ１７により吸引され、吸引された搬送ガス中のヘリウムガスがディテクタ本体２により検出される。
【００１９】
上述したように、本実施の形態のリーク検査装置では、高分子フィルムＦの全面が保持部６によって保持されているので、加圧状態のヘリウムガスでリーク検査を行うことができる。その結果、検出精度の向上およびリーク判定に要する時間の短縮を図ることができる。このとき、高分子フィルムＦにはヘリウムガスの圧力がベース部４方向に作用する。
【００２０】
例えば、上述した例では、２ｋｇ／ｃｍ^２程度の圧力が高分子フィルムＦに加わる。このとき、メッシュ２２の部分の直径が１０ｃｍであると、高分子フィルムＦには１５０ｋｇ程度の力が作用することになる。しかし、高分子フィルムＦは保持部６によって全面が保持されているので、大きく変形したり破損したりすることがなくリーク検査に支障をきたすことがない。
【００２１】
上述した実施の形態では保持部６を円形としたが円形に限らない。また、検査ガスとしてヘリウムを用いたが、ヘリウム以外のガスを用いても良い。
【００２２】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、空間１０は加圧部を、空間１１は漏出空間を、ディテクタ本体２およびスニファープローブ１７は検出部を、ディテクタ本体２は検出装置を、スニファープローブ１７はガス採取部を、プローブ取付部１６は接続部を、装着部１は被試験体装着治具を、搬送ガス供給源１９，搬送ガスラインＬ２および貫通孔１４，１５は検査ガス搬送機構をそれぞれ構成する。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加圧された検査ガスを用いてフィルム状被試験体のリーク検査を行うことができる。被試験体は保持部により全面が保持されるため、被試験体が検査ガスにより加圧されても大きく変形したり破損したりするという問題が生じない。
また、誘導壁により搬送ガスが漏出空間の全域に流通されるため、被試験体のいずれの部分にリーク箇所があっても、リークを素早く確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるリーク検査装置の一実施の形態を示す図である。
【図２】保持部６を詳細に示す図である。
【図３】空間１１内における搬送ガスの流れを示す図である。
【符号の説明】
１ 装着部
２ ディテクタ本体
４ ベース部
５ カバー部
６ 保持部
１０，１１ 空間
１４，１５ 貫通孔
１６ プローブ取付部
１７ スニファープローブ
１８ａ，１８ｂ 誘導壁
１９ 搬送ガス供給源
２０ 内リング
２１ 外リング
２２ メッシュ
Ｆ 高分子フィルム

Claims (2)

1. フィルム状被試験体を平面状に保持し検査ガスが通過可能な保持部と、
   前記被試験体に対して検査ガスを前記保持部方向に加圧する加圧部と、
   前記被試験体を通して前記加圧部側から検査ガスが漏出する漏出空間と、
   検査ガスを検出する検出部と、
   前記漏出空間に搬送ガスを供給して、前記漏出空間に漏出した検査ガスを前記搬送ガスにより前記検出部へと搬送する検査ガス搬送機構と、
   前記漏出空間に配設され、前記搬送ガスを前記漏出空間の全域に流通させる誘導壁とを備えたことを特徴とするリーク検査装置。
2. フィルム状被試験体を平面状に保持し検査ガスが通過可能な保持部と、
   前記被試験体に対して検査ガスを前記保持部方向に加圧する加圧部と、
   前記被試験体を通して前記加圧部側から検査ガスが漏出する漏出空間と、
   前記漏出空間に搬送ガスを導入する導入部と、
   前記漏出空間に配設され、前記導入された搬送ガスを前記漏出空間の全域に流通させる誘導壁と、
   検査ガスを検出する検出装置のガス採取部が接続される接続部と、
   前記誘導壁により流通させられた搬送ガスを前記接続部に導く連通路とを備えたことを特徴とする被試験体装着治具。

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