JP4531767B2 - 水素テスト漏れ装置を運転するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダイヤフラムによって制限された室を有する水素テスト漏れ装置を運転するための方法であって、前記室内に、水素と少なくとも１つの混合ガスとから成るテストガス混合物を導入する形式のものに関する。

テスト漏れ装置は、漏れ流測定装置を較正するために使用される。テスト漏れ装置は容器を有しており、この容器内でテストガスまたはテストガス混合物の体積が、制御された圧力下に維持される。室は、外部に通じている毛管または別の所定のテスト漏れ装置に接続されている出口を有している。圧力制御のために室はダイヤフラムを有していて、このダイヤフラムはばねによって支持されていて、変位の際に、ガスを供給する圧力源に対する接続遮断を行う制御弁を操作する。

水素は、爆発性に基づき純粋なガスとしてテスト漏れ装置で使用することはできない。従って通常、酸素を含まない水素・窒素混合物がテストガス混合物（フォーミングガス）として使用される。今や、圧力制御弁の室を閉じているダイヤフラムはガス不透過性ではない。むしろ、種々のガスのために種々異なる透過性を有している。これにより水素が窒素よりも速く室から逃げ、室内の窒素濃度が高まることとなる。通常、テストガス混合物は９５％のＮ_２と５％のＨ_２から成っている。水素含量は１０％までならば良い。それ以上だと爆発の危険がある。

本発明の根底を成す課題は、高い時間的不変性の漏れ量を有する水素テスト漏れ装置を運転するための方法を提供することである。

本発明の方法は請求項１により規定されている。本発明によれば、混合ガスとして、ダイヤフラムの材料に関して、水素の透過係数の５０〜２００％の透過係数を有したガスを選択する。

本発明は、透過による分解を避けるために、テストガス混合物の成分は、ダイヤフラム材料に関してほぼ同じ透過係数を有しているべきであるという考えから出発している。しかしながら透過係数は、専ら分子の大きさに依存しているのではない。水素分子は比較的小さく、一般的に比較的高い透過係数を有している。このことはヘリウムにも当てはまる。一方、例えばＣＯ_２、ＣＨ_４またはＣ_２Ｈ_６のような比較的大きい分子でも高い透過性を有していることがあることがわかった。

水素のための混合ガスとしてヘリウムが特に適していることが判明した。実験において、ダイヤフラムを通る透過性が、水素とヘリウムとではほぼ同じ速さであることが示された。これらの組み合わせの利点は、水素成分をほぼ５％に減じることができることにある。このことは危険物階級に関して重要である。その他の条件は、テスト漏れ装置の耐用期間が１年であるべきであることにある。これまで５％の水素含量は、所要なバイパス毛管を通ってガスが多量に放出されすぎ、耐用期間を維持することができなかったので不可能であった。

添加混合ガスとして、ヘリウム（Ｈｅ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、メタン（ＣＨ_４）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）が適している。しかしながらこれら列挙したものに限るものではない。

添加混合ガスは、水素と共に爆発性混合物を生成することのないように、酸素を含まないものが望ましい。しかしながらこれは必要条件ではない。水素成分を減らすことによりテストガス混合物の爆発性を減じることができる。

以下に図面につき本発明の実施例を詳しく説明する。

図１に示したようにテストガス混合物１０が圧力制御容積１１へと導入される。圧力制御容積１１は減圧弁を有しており、この減圧弁には制御ダイヤフラム１２が設けられている。圧力制御弁１３は制御ダイヤフラム１２によって圧力制御容積１１内の圧力を一定の値に制御する。圧力制御弁は漏れ量検出毛管１４に接続されていて、この毛管からテストガス漏れ量を有する漏れ流１５が流出する。

圧力制御容積１１もしくは圧力制御弁１３はバイパス毛管１６に接続されている。このバイパス毛管１６は、分離を回避するために圧力制御容積１１を常に貫流させるためにバイパス流１７を外部へと導く。

図２には圧力制御装置２０が示されていて、この圧力制御装置２０にはテストガス混合物１０が供給される。圧力制御装置２０は、テストガス混合物が導入される室２１を有している。この室はダイヤフラム２２によって閉じられている。ダイヤフラム２２はエラストマ材料から成っている。エラストマ材料は、室２１内の圧力に抗して働くばね２３によって支持されている。圧力制御弁２４は、高圧下にあるテストガス混合物を室２１に導入する導管２５を有している。導管２５の出口は可動の弁部材２６によって開閉される。弁部材２６は、２腕式のレバーを形成しているロッド２７を介して連結装置２８に接続されていて、連結装置２８は一方のレバーアームをダイヤフラム２２に接続している。ダイヤフラム２２の変位運動により、圧力制御弁２４は開閉される。このようにしてばね２３の力に応じた圧力が室２１内に調節され維持される。

図２にはさらにテスト漏れ出口３０が示されている。このテスト漏れ出口３０は、外部に通じている漏れ量検出毛管（図示せず）に接続されている。

さらに室２１には、漏れ流を常に外部に案内するバイパス毛管３１が設けられている。

ダイヤフラム２２の下方の空間は容器３３によって制限されている。この容器３３はばね２３を支持しており、排気開口３４を有している。

図２の小さい点は、混合ガス容積を表しており、大きな点は水素分子を表している。水素分子は室２１からダイヤフラム２２を通って拡散し、排気開口３４を通って外部にまでも到る。

ダイヤフラム２２はポリマダイヤフラムである。一実施例では、ダイヤフラム２２は、ポリブタジエン−コ−アクリロニトリル（ペルブナン１８）から成っている。別の実施例ではダイヤフラムは７３／２７ペルブナンから成っている。

次の表には、上記ダイヤフラム材料の透過係数Ｐが記載されている。透過係数Ｐは以下に引用する表（Yasuda，Ｈ．，Stannet, V.：Polymer Handbook、 J. Wiley & Sons, New York 1975）において単位
［ｃｍ^３（STP） ｃｍ ｃｍ^−２ｓ^−２（ｃｍ Hg）^−１］
を有している。

表
ダイヤフラム材料
ポリ（ブタジエン−コ−アクリロニトリル）８０／２０ Ｐ×１０^１０
Ｈｅ １６．９
Ｈ_２ ２５．２
Ｎ_２ ２．５２
Ｏ_２ ８．１６
ＣＯ_２ ６３．１
７３／２７（ペルブナン）
Ｈｅ １２．２
Ｈ_２ １５．９
Ｎ_２ １．０６
Ｏ_２ ３．８５
ＣＯ_２ ３０．８
Ｃ_２Ｈ_２ ２４．９
Ｃ_３Ｈ_８ ７７．７
水素の透過係数Ｐは、ここではダイヤフラム材料に応じて２５．２または１５．９である。添加ガスは、透過係数が、水素の透過係数の５０〜２００％であるように選択される。このためには、表に記載されていない別の添加ガスも考えられる。有利には上記範囲は５０〜１５０％である。

水素テスト漏れ装置の機能図である。 水素テスト漏れ装置の基本的な構造を示す図である。

Claims (4)

1. ダイヤフラム（２２）によって制限された室（２１）を有する水素テスト漏れ装置を運転するための方法であって、前記室内に、水素と少なくとも１つの混合ガスとから成るテストガス混合物を導入する形式のものにおいて、
   混合ガスについてダイヤフラム材料に関する透過係数を求め、その透過係数が、ダイヤフラム材料に関する水素の透過係数に対して５０〜２００％であるものを混合ガスとして選択することを特徴とする、水素テスト漏れ装置を運転するための方法。
2. 混合ガスとして、ヘリウム、二酸化炭素、メタンを選択する、請求項１記載の方法。
3. 混合ガスが酸素を含まないものである、請求項１又は２記載の方法。
4. テストガス混合物の水素含量が１０％よりも小さい、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。

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