JP5943307B2

JP5943307B2 - リーク量測定装置

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Publication number: JP5943307B2
Application number: JP2012242019A
Authority: JP
Inventors: 石川　武史; 武史石川
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Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2032-11-01
Also published as: JP2014092406A

Description

本発明は、高圧ガスタンクの気密検査に用いられるリーク量測定装置に関する。

例えば燃料電池自動車や水素自動車に搭載される水素ガスタンク等、高圧のガスが内部に充填される高圧ガスタンクには、充填されたガスが外部に漏洩しないこと、すなわち気密性が求められる。このため、高圧ガスタンクの製造後においては気密検査が行われている。

このような気密検査としては、例えば下記特許文献１に記載されているように、検査対象である高圧ガスタンクの内部に検知ガス（例えばヘリウムガス）を封入しておき、高圧ガスタンクの外部に漏洩する検知ガスの量を測定することにより検査を行う方法が知られている。

具体的には、内部に検知ガスを封入した状態の高圧ガスタンクを、チャンバーの内部に収納する。その後、チャンバー内部の気体（高圧ガスタンクの周囲に存在する気体）を濃度検出装置で吸引しながら、吸引した気体に含まれる検知ガスの濃度を測定する。測定された検知ガスの濃度が所定の閾値よりも高ければ、高圧ガスタンクから漏洩する検知ガスの量が多いことが推定されるため、気密検査において不合格と判定される。

特開２０１１−０８９６２０号公報

高圧ガスタンクから漏洩する検知ガスの量は、高圧ガスタンクの良否によって変化する他、高圧ガスタンクの内外における圧力差によっても変化する。このため、検知ガスの濃度測定による正確な合否判定を行うためには、高圧ガスタンクの内部圧力及び周囲圧力（チャンバーの内部において、高圧ガスタンクの周囲に存在する気体の圧力をいう。以下同様）を、それぞれ一定に維持しながら濃度測定を行うことが望ましい。

しかし、上記特許文献１に記載の測定装置では、濃度検出装置による気体の吸引に伴ってチャンバー内部が次第に減圧されるため、高圧ガスタンクの周囲圧力が変化してしまう。

また、高圧ガスタンクに検知ガスを充填し封入する際には、検知ガスの圧縮に伴って高圧ガスタンクの温度が一時的に上昇し、その後時間をかけて低下することとなる。高圧ガスタンクの周囲に存在する気体は、高圧ガスタンクの温度変化によって膨張し収縮する。その結果、高圧ガスタンクの周囲圧力は、当該温度変化の影響を受けることによっても変動してしまう。

更に、良品の高圧ガスタンクであっても、その内部から漏洩する検知ガスの量は完全に０とはならない。このため、高圧ガスタンクの周囲圧力は、当該検知ガスの漏洩によっても変動してしまう。

以上のように、上記特許文献１に記載の測定装置では、濃度検出装置による気体の吸引、高圧ガスタンクの温度変化、及び高圧ガスタンクからの検知ガスの漏洩という様々な要因によって、高圧ガスタンクの周囲圧力が変動し得るものであった。既に述べたように、高圧ガスタンクから漏洩する検知ガスの量は、当該周囲圧力の変動により影響を受けてしまう。このため、上記特許文献１に記載の測定装置では、検知ガスの濃度測定によって正確な合否判定を行うことは困難であった。

尚、チャンバーを補助ポンプで排気することによって高圧ガスタンクの周囲を真空とし、内部圧力と周囲圧力との差が十分に大きい状態としておけば、漏洩する検知ガスの量に対する周囲圧力の変動の影響を小さくすることができる。しかしながら、高圧ガスタンクを収納するような大型のチャンバー内部を真空とするには大型のポンプが必要となる上、排気に長時間を要してしまう。このため、コストや効率の観点からは好ましくない。

上記の他、高圧ガスタンクの内部圧力を（大気圧よりも十分に）高圧とすることで、内部圧力と周囲圧力との差が十分に大きい状態とすることも考えられる。しかし、高圧充填するための設備や多量の検知ガスが必要になるため、やはりコストや効率の観点からは好ましくない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高圧ガスタンクの周囲圧力の変動を簡便な構成により抑制することで、気密検査における合否判定を正確に行うことのできるリーク量測定装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係るリーク量測定装置は、高圧ガスタンクの気密検査に用いられるリーク量測定装置であって、検査対象である高圧ガスタンクに検知ガスを封入した状態で、前記高圧ガスタンクを内部に収納するチャンバーと、前記チャンバーの内部から、前記高圧ガスタンクの周囲に存在する気体を吸引し、当該気体に含まれる前記検知ガスの濃度を検出する濃度検出装置と、を備え、前記チャンバーの内部に気体を適宜供給することにより、前記高圧ガスタンクの周囲における圧力変動を抑制する圧力変動抑制手段を更に備えたことを特徴としている。

本発明に係るリーク量測定装置は、チャンバーの内部に気体を適宜供給することにより、高圧ガスタンクの周囲における圧力変動を抑制する圧力変動抑制手段を備えている。このため、高圧ガスタンクの周囲に存在する気体が濃度検出装置により吸引されても、吸引された気体を補うように、圧力変動抑制手段からチャンバーの内部に気体が適宜供給される。

また、高圧ガスタンクの温度変化によりチャンバーの内部の気体が膨張／収縮した場合等においても、圧力変動抑制手段からの気体の供給量が適宜調整されることにより、周囲圧力の変動（高圧ガスタンクの周囲における圧力変動）が抑制される。その結果、高圧ガスタンクから漏洩する検知ガスの量が周囲圧力の変動の影響を受けてしまうことが抑制されるため、検知ガスの濃度測定に基づいて正確な合否判定を行うことが可能となる。

また本発明に係るリーク量測定装置では、前記圧力変動抑制手段は、第一液体が内部に貯えられた第一容器と、前記第一容器の内部と前記チャンバーの内部とを連通させる第一下流配管と、前記第一容器の内部と外部とを連通させる第一上流配管と、を有しており、前記第一下流配管のうち前記第一容器側の開口端部は、前記第一液体の液面よりも高い位置に配置され、前記第一上流配管のうち前記第一容器の内部側の開口端部は、前記第一液体の液面よりも低い位置に配置されていることも好ましい。

この好ましい態様では、圧力変動抑制手段は、第一液体が内部に貯えられた第一容器と、第一下流配管と、第一上流配管と、を有している。第一下流配管は、第一容器の内部とチャンバーの内部とを連通させる配管であって、その第一容器側の開口端部が、第一液体の液面よりも高い位置に配置されている。第一上流配管は、第一容器の内部と外部とを連通させる配管であって、その第一容器の内部側の開口端部は、第一液体の液面よりも低い位置に配置されている。すなわち、第一液体の液中に配置されている。

このような構成においては、チャンバーの内部と第一容器の内部（第一液体の液面よりも上方の部分）とが第一下流配管によって連通している。このため、チャンバーの内部の気体が濃度検出装置により吸引されると、チャンバーの内部と第一容器の内部とは共に減圧された状態となる。

第一容器の内部が減圧されると、第一容器の外部から第一上流配管を通じて気体（例えば、第一容器の周囲に存在する外気）が導入される。第一容器の内部における第一上流配管の開口端部は第一液体の液中に配置されているため、気体は、気泡の状態で第一液体の液中を通った後に第一容器の内部に導入される。その後、第一容器の内部に導入された気体の一部は、第一下流配管を通ってチャンバーの内部にも導入される。

その結果、濃度検出装置による吸引量に相当する量の気体が補われることとなるため、第一容器の内部圧力及びチャンバーの内部圧力は、いずれも大気圧よりも僅かに低い圧力に維持される。ここで、高圧ガスタンクの温度変化等が生じてチャンバーの内部圧力が変動するような場合であっても、第一上流配管を通じて第一容器の外部から導入される気体の量は、当該変動を補うように自動的に調整されることとなる。その結果、第一容器の内部圧力及びチャンバーの内部圧力（周囲圧力）の変動が簡単な構成により抑制される。

また、この好ましい態様では、チャンバーと第一上流配管との間が第一液体によって液封された状態となっている。このため、チャンバー内部の検知ガスが第一上流配管を通じて流出してしまうことがなく、当該流出により検知ガスの濃度測定が正確に行えなくなることが防止される。

また本発明に係るリーク量測定装置では、前記圧力変動抑制手段は、前記第一液体と同一の液体である第二液体が内部に貯えられた第二容器と、前記第二容器の内部と外部とを連通させる第二上流配管と、を更に有し、前記第一上流配管のうち前記第一容器の外部側の開口端部は、前記第二容器の内部において前記第二液体の液面と略同一の高さとなる位置に配置されており、前記第二上流配管のうち前記第二容器の内部側の開口端部は、前記第二液体の液面よりも高い位置に配置されていることも好ましい。

この好ましい態様では、圧力変動抑制手段は、第一液体と同一の液体である第二液体が内部に貯えられた第二容器と、第二上流配管と、を更に有している。第二上流配管は、第二容器の内部と外部とを連通させる配管であって、その第二容器の内部側の開口端部は、第二液体の液面よりも高い位置に配置されている。

また、第一容器の内部と外部とを連通させる第一上流配管は、一方の開口端部が第一容器の内部で且つ第一液体の液面よりも低い位置に配置されている。一方、第一上流配管の他方の開口端部（第一容器の外部側の開口端部）は、第二容器の内部において第二液体の液面と略同一の高さとなる位置に配置されている。

例えば高圧ガスタンク内に検知ガスが充填され高圧ガスタンクの温度が一時的に上昇した場合等、チャンバーの内部圧力が上昇した際においては、第一容器の内部に貯えられた第一液体が、第一上流配管を通じて外部に押し出されてしまう場合がある。

上記のような構成によれば、第一液体が第一上流配管を通じて押し出されてしまっても、当該第一液体は第二容器に流入し受け止められるため、外部（例えば、リーク量測定装置の周囲の床等）に流出してしまうことがない。

また、このように第一液体の一部が第一容器から第二容器に移動した状態においては、第二容器における第二液体の液面の高さは、第一上流配管の開口端部（第一容器の外部側の開口端部）の位置よりも高くなる。

その後、濃度検出装置による気体の吸引に伴ってチャンバー内部が次第に減圧されると、第二容器に貯えられている第二液体は第一上流配管を通じて第一容器に移動する。これに伴い、第二容器における第二液体の液面の高さは次第に減少していく。その後、第二液体の液面の高さが第一上流配管の開口端部（第一容器の外部側の開口端部）の位置と略同一となった時点で、第一上流配管を通じた第二液体の移動が停止する。すなわち、第二液体の液面の高さは、チャンバーの内部圧力が上昇するよりも前の時点における高さ（当初の高さ）に戻る。同様に、第一液体の液面の高さも、チャンバーの内部圧力が上昇するよりも前の時点における高さ（当初の高さ）に戻る。

以上のように、この好ましい態様によれば、チャンバーの内部圧力が一時的に上昇してしまった場合でも、第一液体が外部に流出してしまうことが防止される。更に、濃度検出装置による気体の吸引が開始されると、第一液体の液面の高さは当初の高さに戻ることとなる。その結果、第一容器に貯えられている第一液体の量が減少してしまうことが防止されるため、チャンバーと第一上流配管との間が第一液体によって液封された状態が維持される。

また本発明に係るリーク量測定装置では、前記第一容器の内部を、外部から視認可能であることも好ましい。

高圧ガスタンク内に検知ガスを充填する際には、検知ガスの圧縮に伴って高圧ガスタンクの温度が一時的に上昇する。濃度検出装置による気体の吸引を開始した直後においては、それ以前に生じた上記温度上昇の影響によって、高圧ガスタンクの周囲圧力が未だ一定となっていない場合がある。すなわち、濃度検出装置による気体の吸引を開始した後でも、しばらくの間は検知ガスの濃度測定に基づいて正確な合否判定を行うための準備が整っていない場合がある。

この好ましい態様では、第一容器の内部を外部から視認可能である。このような構成により、第一容器の内部において、第一液体の液中に配置されている第一上流配管の開口端部から気泡が供給されているかどうかを、第一容器の外部から視認することができる。第一上流配管の開口端部から第一容器の内部に気泡が供給されていれば、チャンバーの内部圧力（高圧ガスタンクの周囲に存在する気体の圧力）は、大気圧よりも僅かに低い一定の圧力となっている。すなわち、検知ガスの濃度測定によって正確な合否判定を行うための準備が整っている。

このため、検査作業を行う者は、第一上流配管の開口端部から気泡が供給されていることを視認した後に、濃度検出装置による検知ガスの濃度測定を開始することで、正確な合否判定を確実に行うことができる。

本発明によれば、高圧ガスタンクの周囲圧力の変動を簡便な構成により抑制することで、気密検査における合否判定を正確に行うことのできるリーク量測定装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るリーク量測定装置に、検査対象である高圧ガスタンクをセットした状態を模式的に示す図である。図１に示したリーク量測定装置のうち、水封器の内部構造を模式的に示す図である。図１に示したリーク量測定装置を用いて行われる、気密検査の手順を示すフローチャートである。気密検査中におけるチャンバーの内部圧力の時間変化を示すグラフである。図１に示したリーク量測定装置のうち、水封器の内部構造を模式的に示す図である。図１に示したリーク量測定装置のうち、水封器の内部構造を模式的に示す図である。図１に示したリーク量測定装置のうち、水封器の内部構造を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本発明の一実施形態であるリーク量測定装置について、図１を参照しながら説明する。本発明の一実施形態に係るリーク量測定装置１は、燃料電池車両に搭載される高圧ガスタンク（水素ガスタンク）の気密検査を行うための装置である。このような高圧ガスタンクは、例えば両端が閉止された円筒形状のタンクであって、その長手方向の一端側にはガスの出入り口としての口金を備えている。

図１は、リーク量測定装置１に対し、気密検査の検査対象である高圧ガスタンクＴＫをセットした状態を模式的に示す図である。図１に示したように、リーク量測定装置１は、チャンバーＣＨと、リークディテクタＬＤと、ヘリウム充填装置ＨＦと、荒引きポンプＲＰと、水封器１００とを備えている。

チャンバーＣＨは、高圧ガスタンクＴＫを内部に収納するための気密な容器である。チャンバーＣＨは、高圧ガスタンクＴＫを出し入れするための図示しない開口部と、当該開口部を気密に塞いだ状態とする図示しない開閉機構を備えている。高圧ガスタンクＴＫを収納した状態においては、チャンバーＣＨの内部空間はその大部分を高圧ガスタンクＴＫが占めている。すなわち、チャンバーＣＨの内部空間のうち高圧ガスタンクＴＫを除く部分の容積は、高圧ガスタンクＴＫの内部空間の容積よりも小さい。

リークディテクタＬＤは、気体を吸引して当該気体に含まれるヘリウムの濃度を測定する装置であって、図１に示したようにバルブＢ１を介してチャンバーＣＨの内部空間と接続されている。バルブＢ１を開いた状態においてリークディテクタＬＤによる測定を開始すると、リークディテクタＬＤはチャンバーＣＨの内部から気体を吸引する。当該気体は、チャンバーＣＨの内部のうち高圧ガスタンクＴＫの周囲に存在する気体である。リークディテクタＬＤは、吸引した気体に含まれるヘリウムの濃度を、ｐｐｍの単位でリアルタイムに表示する。

ヘリウム充填装置ＨＦは、検知ガスとしてのヘリウムガスを、高圧ガスタンクＴＫの内部に充填し封入するための装置である。ヘリウム充填装置ＨＦは、高圧ガスタンクＴＫをチャンバーＣＨの内部に収納した状態において、バルブＢ２を介して高圧ガスタンクＴＫの口金と接続されている。このため、高圧ガスタンクＴＫをチャンバーＣＨの内部に収納した状態のまま、高圧ガスタンクＴＫにヘリウムガスを充填することが可能となっている。ヘリウム充填装置ＨＦは、高圧ガスタンクＴＫの内部圧力が大気圧よりも高い所定の圧力となるまで、ヘリウムガスの充填を行うことができる。

荒引きポンプＲＰは、チャンバーＣＨの内部空間に含まれる気体を外部に排出するためのポンプであって、図１に示したようにバルブＢ３を介してチャンバーＣＨの内部空間と接続されている。

水封器１００は、チャンバーＣＨの内部空間に外気を導入するための装置である。後に詳しく説明するように、チャンバーＣＨがリークディテクタＬＤや荒引きポンプＲＰによって排気される際においては、水封器１００からチャンバーＣＨの内部に外気が適宜導入される。その結果、チャンバーＣＨの内部圧力は、大気圧よりも僅かに低い一定の圧力に維持される。

水封器１００の具体的な構成について、図２を参照しながら説明する。図２は水封器１００の内部構造を模式的に示す図であって、チャンバーＣＨの内部圧力が大気圧である場合（すなわち、リークディテクタＬＤ及び荒引きポンプＲＰがいずれも停止している場合）における水封器１００の状態を示している。図２に示したように、水封器１００は、第一容器１１０と、第二容器１５０と、第一下流配管１２０と、第一上流配管１３０と、第二上流配管１４０とを有している。

第一容器１１０は、内部に所定量の水が貯えられた容器であって、当該水の深さ（水面の高さ）はＬＶ１となっている。第一容器１１０は、その上面が第一下流配管１２０及び第一上流配管１３０により貫かれているが、当該部分以外は全て密閉されている。換言すれば、第一容器１１０の内部空間は、第一下流配管１２０及び第一上流配管１３０を介してのみその外部と連通している。

第二容器１５０は、内部に所定量の水が貯えられた容器であって、当該水の深さ（水面の高さ）はＬＶ２となっている。第二容器１５０は、その上面が第一上流配管１３０及び第二上流配管１４０により貫かれているが、当該部分以外は全て密閉されている。換言すれば、第二上流配管１４０の内部空間は、第一上流配管１３０及び第二上流配管１４０を介してのみその外部と連通している。

第一容器１１０と第二容器１５０とは互いに同一形状である。また、図２の状態においては、第一容器１１０に貯えられている水の量は、第二容器１５０に貯えられている水の量よりも少ない。このため、第一容器１１０の内部における水面の高さ（ＬＶ１）は、第二容器１５０の内部における水面の高さ（ＬＶ２）よりも低い。

第一下流配管１２０は、第一容器１１０の内部空間とチャンバーＣＨの内部空間とを連通させる配管である。図２に示したように、第一下流配管は略Ｌ字形状の配管であって、一端がチャンバーＣＨに接続され水平に伸びる水平部１２１と、当該水平部１２１の他端から鉛直下方に向かって伸び、第一容器１１０の上面を貫いている鉛直部１２２と、を有している。

第一下流配管１２０のうち第一容器１１０側の開口端部（鉛直部１２２の下端）は、第一容器１１０の内部における水面よりも高い位置に配置されている。このため、チャンバーＣＨの内部空間の圧力は、第一容器１１０の内部空間のうち水面よりも高い部分における圧力と略同一である。

第一上流配管１３０は、第一容器１１０の内部空間と第二容器１５０の内部空間（第一容器１１０の外部）とを連通させる配管である。図２に示したように、第一上流配管１３０は略コの字形状の配管であって、第一容器１１０の上面を貫いて鉛直方向に沿って配置されている鉛直部１３１と、鉛直部１３１の上端から水平に伸びる水平部１３２と、水平部１３２の端部から鉛直下方に向かって伸び、第二容器１５０の上面を貫いている鉛直部１３３と、を有している。

第一上流配管１３０のうち第一容器１１０の内部側の開口端部（鉛直部１３１の下端）は、第一容器１１０の内部における水面よりも低い位置、すなわち水中に配置されている。また、第一上流配管１３０のうち第一容器１１０の外部側の開口端部（すなわち、第二容器１５０の内部側の開口端部であって、鉛直部１３３の下端）は、第二容器１５０の内部における水面と略同一の高さとなる位置に配置されている。

第二上流配管１４０は、第二容器１５０の内部空間と外気とを連通させる配管である。図２に示したように、第二上流配管１４０は略Ｌ字形状の配管であって、第二容器１５０の上面を貫いて鉛直方向に沿って配置されている鉛直部１４１と、鉛直部１４１の上端から水平に伸びる水平部１４２と、を有している。

第二上流配管１４０のうち第二容器１５０の内部側の開口端部（鉛直部１４１の下端）は、第二容器１５０の内部における水面よりも高い位置に配置されている。このため、第二容器１５０の内部空間のうち水面よりも高い部分における圧力は、外気の圧力、すなわち大気圧と略同一である。

図２の状態においては、第一下流配管１２０及び第二上流配管１４０は、いずれもその内部全体が空気で満たされている。また、第一上流配管１３０のうち第一容器１１０の水面よりも上方の部分も、その内部が空気で満たされている。一方、第一上流配管１３０のうち第一容器１１０の水面よりも下方の部分（鉛直部１３１の下部）は、内部が水で満たされている。水封器１００は、チャンバーＣＨの内部空間と外気とを繋ぐ経路を全体で構成しているが、当該経路の途中が水封された状態となっている。

このため、チャンバーＣＨの内部空間から第一容器１１０の内部にヘリウムガスが流入することは有り得るが、当該ヘリウムガスが第一上流配管１３０を通じて第二容器１５０に流入することは水封により防止されている。

以上のような構成のリーク量測定装置１を用いて、高圧ガスタンクＴＫの気密検査を行う方法について説明する。図３は、リーク量測定装置１を用いて行われる気密検査の手順を示すフローチャートである。また、図４は、当該気密検査中におけるチャンバーＣＨの内部圧力の時間変化を示すグラフである。

まず、ステップＳ０１では、気密検査の検査対象である高圧ガスタンクＴＫを、チャンバーＣＨの内部にセットする。具体的には、チャンバーＣＨの開口部から高圧ガスタンクＴＫを投入し、チャンバーＣＨの内部空間に高圧ガスタンクＴＫを設置する。このとき、高圧ガスタンクＴＫの口金に対して、バルブＢ２を介してヘリウム充填装置ＨＦを接続した状態としておく。また、バルブＢ１、Ｂ２、Ｂ３はいずれも閉じた状態としておく。その後、チャンバーＣＨの開閉機構を操作し、開口部を気密に塞いだ状態とする。図４に示したように、この時点（時刻ｔ０）におけるチャンバーＣＨの内部圧力は大気圧（Ｐ０）となっている。

続くステップＳ０２では、バルブＢ２を開いた状態でヘリウム充填装置ＨＦを動作させることにより、高圧ガスタンクＴＫの内部にヘリウムガスを充填し封入する。ヘリウムガスの充填は、高圧ガスタンクＴＫの内部圧力が大気圧よりも高い所定の圧力となるまで行われる。

このとき、高圧ガスタンクＴＫの内部ではヘリウムガスが次第に圧縮されて行くため、当該圧縮に伴って高圧ガスタンクの温度が上昇する。これに伴い、チャンバーＣＨの内部に閉じ込められた空気（高圧ガスタンクＴＫの周囲に存在する空気）の温度も上昇し、当該空気は膨張することとなる。従って、図４に示したように、時刻ｔ０以降においてチャンバーＣＨの内部圧力は次第に高くなっていく。

図２を参照しながら説明したように、第一容器１１０の内部空間とチャンバーＣＨの内部空間は、第一下流配管１２０を介して連通している。このため、チャンバーＣＨの内部圧力が上昇すると、同時に第一容器１１０の内部圧力も上昇する。その結果、第一容器１１０に貯えられている水の水面は当該圧力によって押し下げられるため、水の一部は第一上流配管１３０を通じて第一容器１１０から第二容器１５０に移動する。

このとき、水は第一上流配管１３０の鉛直部１３１内を上昇して行き、水平部１３２を通って鉛直部１３３の上端部に到達する（時刻ｔ１）。この時点では、鉛直部１３１の内部に存在する水が受ける重力の影響もあって、チャンバーＣＨの内部圧力（及び、第一容器１１０の内部圧力）は最大（Ｐ１）となっている。

その直後、水は鉛直部１３３を通じて第二容器１５０の内部に向かう。このとき、水のうち鉛直部１３３の内部に存在する部分が受ける重力の影響により、第一上流配管１３０を通じた水の移動が僅かながら促進される。その結果、第一容器１１０に貯えられた水の水面が下降する速度が、時刻ｔ１以降は一時的に上昇する。当該水面下降の影響によって、図４に示したように、時刻ｔ１以降においてはチャンバーＣＨの内部圧力が僅かに低下する（Ｐ１からＰ２となる）。

第一容器１１０に貯えられている水の水面が下がり、鉛直部１３１の下端と略同一の高さまで低下すれば、それ以降は第一上流配管１３０を通じて水が移動することはない。このとき、第二容器１５０に貯えられている水の水面は水の移動に伴って（図２に示した状態よりも）上昇しており、当該水面の高さは鉛直部１３３の下端よりも高くなっている。すなわち、鉛直部１３３の下端は水中に位置している。

チャンバーＣＨの内部における空気が更に膨張すると、第一上流配管１３０の内部に存在していた水は全て第二容器１５０に移動する。以降は、図５に示したように第一上流配管１３０の内部は空気で満たされた状態となり、鉛直部１３３の下端からは空気が気泡ＢＵ１となって第二容器１５０の内部に排出される。この状態においても、第二上流配管１４０の鉛直部１４１の下端は水面よりも高い。このため、鉛直部１３３の下端から第二容器１５０の内部に排出された空気は、第二上流配管１４０を通じて第二容器１５０の外部（外気）に排出される。

鉛直部１３３の下端から空気が気泡ＢＵ１となって第二容器１５０の内部に排出され始めると（時刻ｔ２）、チャンバーＣＨの内部から空気が排出されることにより、チャンバーＣＨの内部圧力は急激に低下する。図４に示したように、時刻ｔ２以降におけるチャンバーＣＨの内部圧力は、大気圧（Ｐ０）よりも僅かに高い圧力（Ｐ３）となっている。Ｐ３とＰ０との差は、鉛直部１３３の下端から気泡ＢＵ１を水中に排出する際において、当該気泡ＢＵ１が水から受ける抵抗に起因している。

ヘリウム充填装置ＨＦによるヘリウムガスの充填が完了すると、バルブＢ２を閉じステップＳ０３に移行する。ステップＳ０３では、バルブＢ１を開いてリークディテクタＬＤによる気体の吸引を開始するのと同時に、バルブＢ３を開いて荒引きポンプＲＰによる気体の排出を開始する（時刻ｔ３）。チャンバーＣＨの内部の空気（高圧ガスタンクＴＫの周囲に存在する空気）は、リークディテクタＬＤ及び荒引きポンプＲＰにより排気され、チャンバーＣＨの内部圧力は低下する。尚、荒引きポンプＲＰによる排気は必ずしも必要ではないが、本実施形態のように荒引きポンプＲＰによる排気を併用することで、チャンバーＣＨの内部圧力が一定の状態（後に説明するように、図４における時刻ｔ５以降の状態）に迅速に移行させることができる。

チャンバーＣＨの内部圧力が低下すると、同時に第一容器１１０の内部圧力も低下する。その結果、第一容器１１０に貯えられている水の水面は当該圧力低下に伴って上昇する。すなわち、第二容器１５０に貯えられていた水の水面が大気圧によって押し下げられ、当該水の一部が第一上流配管１３０を通じて第二容器１５０から第一容器１１０に移動する。

水は第一上流配管１３０の鉛直部１３３内を上昇して行き、水平部１３２を通って鉛直部１３１の上端部に到達する（時刻ｔ４）。この時点では、鉛直部１３３の内部に存在する水が受ける重力の影響もあって、チャンバーＣＨの内部圧力（及び、第一容器１１０の内部圧力）は最小（Ｐ４）となっている。

その直後、水は鉛直部１３１を通じて第一容器１１０の内部に向かう（図６）。このとき、水のうち鉛直部１３３の内部に存在する部分が受ける重力の影響により、第一上流配管１３０を通じた水の移動が促進される。その結果、第一容器１１０に貯えられた水の水面が上昇する速度が、時刻ｔ４以降は一時的に上昇する。当該水面上昇の影響によって、チャンバーＣＨの内部圧力の低下は一時的に抑制される（図４における時刻ｔ４から時刻ｔ５まで）。

第二容器１５０に貯えられている水の水面が下がり、鉛直部１３３の下端と略同一の高さまで低下すれば、それ以降は第一上流配管１３０を通じて水が移動することはない。このとき、第一容器１１０に貯えられている水の水面は水の移動に伴って（図５に示した状態よりも）上昇しており、当該水面の高さは鉛直部１３１の下端よりも高くなっている。すなわち、鉛直部１３１の下端は水中に位置している。

荒引きポンプＲＰによる気体の排出が更に進むと、第一上流配管１３０の内部に存在していた水は全て第一容器１１０に移動する。以降は、図７に示したように第一上流配管１３０の内部は空気で満たされた状態となり、鉛直部１３１の下端からは空気が気泡ＢＵ２となって第一容器１１０の内部に供給される。この状態においても、第一下流配管１２０の鉛直部１２２の下端は水面よりも高い。このため、鉛直部１２２の下端から供給された空気は、第一下流配管１２０を通じてチャンバーＣＨの内部空間に供給される。この時点においては、第一容器１１０に貯えられた水の水面の高さ、及び、第二容器１５０に貯えられた水の水面の高さは、いずれも図２に示した状態に戻っている。

鉛直部１３１の下端から空気が気泡ＢＵ２となって第一容器１１０の内部に供給され始めると（時刻ｔ５）、チャンバーＣＨの内部空間に空気が供給されることにより、チャンバーＣＨの内部圧力は急激に上昇する。図４に示したように、時刻ｔ５以降におけるチャンバーＣＨの内部圧力は、大気圧（Ｐ０）よりも僅かに低い一定の圧力（Ｐ５）となっている。Ｐ０とＰ５との差は、鉛直部１３１の下端から気泡ＢＵ２を水中に供給する際において、当該気泡ＢＵ２が水から受ける抵抗に起因している。

Ｐ０とＰ５との差は上記のようなものであるから、時刻ｔ５以降におおけるチャンバーＣＨの内部圧力は、高圧ガスタンクＴＫの温度変化や高圧ガスタンクＴＫからの気体の漏洩、リークディテクタＬＤの排気速度の変動等によることなく一定（Ｐ５）となる。換言すれば、たとえ高圧ガスタンクＴＫの温度変化等が生じてチャンバーの内部圧力が変動するような場合であっても、水封器１００を通じてチャンバーＣＨ内に導入される外気の量は、当該変動を補うように自動的に調整されることとなる。その結果、チャンバーＣＨの内部圧力（高圧ガスタンクＴＫの周囲に存在する気体の圧力）の変動が抑制される。

尚、本実施形態においては第一容器１１０が透明なガラスにより形成されている。このため、第一容器１１０の内部を外部から視認することが可能となっており、第一容器１１０の内部において鉛直部１３１の下端から気泡ＢＵ２が供給されているか否かを外部から確認することができる。鉛直部１３１の下端から気泡ＢＵ２が第一容器１１０の内部に供給されているということは、チャンバーＣＨの内部圧力が大気圧よりも僅かに低い一定の圧力（Ｐ５）になったということである。換言すれば、リークディテクタＬＤによるヘリウムガスの濃度測定に移行する準備が整ったということである。

鉛直部１３１の下端から気泡ＢＵ２が第一容器１１０の内部に供給されていることを確認した後、ステップＳ０５に移行する。ステップＳ０５では、バルブＢ３を閉じて荒引きポンプＲＰによる気体の排出を停止する。このため、チャンバーＣＨの内部に存在する気体は、リークディテクタＬＤのみによって吸引される。バルブＢ３を閉じた後においても、チャンバーＣＨの内部圧力は引き続き一定（Ｐ５）である。

バルブＢ３を閉じた後、リークディテクタＬＤによる一回目のヘリウム濃度測定を行う。具体的には、このときの時刻ｔ６及びリークディテクタＬＤが表示する濃度測定値Ｃ_He（ｔ６）を記録する。尚、濃度測定値Ｃ_He（ｔ）はリークディテクタＬＤが時刻ｔにおいて測定したヘリウムガスの濃度であって、リークディテクタＬＤが吸引した気体に含まれるヘリウムガスの濃度をｐｐｍの単位で表したものである。

続くステップＳ０６では、時刻ｔ６から所定の時間（例えば１０分間）が経過した後、リークディテクタＬＤによる二回目のヘリウム濃度測定を行う。具体的には、このときの時刻ｔ７及びリークディテクタＬＤが表示する濃度測定値Ｃ_He（ｔ７）を記録する。

続くステップＳ０７では、ステップＳ０５及びステップＳ０６で記録された濃度測定値Ｃ_He（ｔ６）等に基づいて、高圧ガスタンクＴＫの内部からチャンバーＣＨの内部空間に漏洩するヘリウムガスの量を算出する。具体的な算出方法を以下に説明する。

高圧ガスタンクＴＫの内部からチャンバーＣＨの内部空間に漏洩するヘリウムガスの量（単位時間当たりの漏洩量）をＱ_Heとし、ヘリウムリークディテクタが単位時間あたりに吸引する気体の量をＱ_Dtとし、外気におけるヘリウムガスの濃度（バックグラウンドとしてのヘリウムガス濃度）をＣ_Airとし、チャンバーＣＨの容積をＶ₀とすれば、濃度測定値Ｃ_He（ｔ）は下記の式（１）で表すことができる。尚、Ｑ_Heは厳密には時間により変化するものではあるが、気密検査に要する時間（１０分間）程度であればその変化量は無視できるため、式（１）では一定値としている。

上記の式（１）に対し、ステップＳ０５で記録されたｔ６及び濃度測定値Ｃ_He（ｔ６）を代入して得られた式と、ステップＳ０６で記録されたｔ７及び濃度測定値Ｃ_He（ｔ７）を代入して得られた式とを連立させて解くことにより、Ｑ_Heを算出することができる（Ｖ₀等、Ｑ_He以外の値は既知である）。

このような方法でＱ_Heを算出することにより、チャンバーＣＨの内部空間におけるヘリウムガスの濃度が一定となるのを待つことなく、比較的短時間でＱ_Heを測定することができる。

尚、式（１）を微分して得られる下記の式（２）に濃度測定値Ｃ_He（ｔ６）等を代入することで、Ｑ_Heを算出してもよい。すなわち、式（２）のΔｔにはｔ７−ｔ６を代入し、ΔＣ_He（ｔ）にはＣ_He（ｔ７）−Ｃ_He（ｔ６）を代入することで、Ｑ_Heを算出してもよい。

Ｑ_Heを算出したら、当該Ｑ_Heが所定の閾値よりも高いかどうかを判定する。算出されたＱ_Heが所定の閾値よりも高ければ、高圧ガスタンクＴＫから漏洩するヘリウムガスの量が多いことが推定されるため、気密検査において不合格と判定する。算出されたＱ_Heが所定の閾値以下であれば、気密検査において合格と判定する。

以上のように、本実施形態に係るリーク量測定装置１においては、水封器１００が本発明の圧力変動抑制手段として機能する。リークディテクタＬＤに吸引された気体を補うように水封器１００からチャンバーＣＨの内部に外気が適宜供給される。また、高圧ガスタンクＴＫの温度変化によりチャンバーＣＨの内部の気体が膨張／収縮した場合等においても、水封器１００からの気体の供給量が適宜調整されることにより、チャンバーＣＨの内部圧力の変動（高圧ガスタンクＴＫの周囲における圧力変動）が抑制される。その結果、高圧ガスタンクＴＫから漏洩するヘリウムガスの量が周囲圧力の変動の影響を受けてしまうことが抑制されるため、ヘリウムガスの濃度測定に基づいて正確な合否判定を行うことが可能となっている。

リーク量測定装置１では、第一上流配管１３０の一方の開口端部（鉛直部１３１の下端）が、第一容器１１０の内部で且つ水面よりも低い位置に配置されている。また、第一上流配管１３０の他方の開口端部（鉛直部１３３の下端）が、第二容器１５０の内部において水面と略同一の高さとなる位置に配置されている。

このような構成により、ステップＳ０２において高圧ガスタンクＴＫの温度が一時的に上昇した際、第一容器１１０の内部に貯えられた水は押し出された後に第二容器１５０流入し受け止められる。このため、第一容器１１０の内部に貯えられた水が押し出されて外部（例えば、リーク量測定装置の周囲の床等）に流出してしまうことがない。

また、その後においてリークディテクタＬＤによる気体の吸引が開始され、チャンバーＣＨの内部が次第に減圧されると、図７を参照しながら説明したように、第一容器１１０に貯えられた水の水面の高さ、及び、第二容器１５０に貯えられた水の水面の高さは、図２に示した当初の高さに戻る。このように、第一容器１１０に貯えられている水の量が減少してしまうことが防止されるため、チャンバーＣＨと第一上流配管１３０との間が水によって液封された状態が長期間に渡って維持される。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１：リーク量測定装置
１００：水封器
１１０：第一容器
１２０：第一下流配管
１２１：水平部
１２２：鉛直部
１３０：第一上流配管
１３１：鉛直部
１３２：水平部
１３３：鉛直部
１４０：第二上流配管
１４１：鉛直部
１４２：水平部
１５０：第二容器
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３：バルブ
ＣＨ：チャンバー
Ｃ_He：濃度測定値
ＨＦ：ヘリウム充填装置
ＬＤ：リークディテクタ
ＲＰ：ポンプ
ＴＫ：高圧ガスタンク

Claims

高圧ガスタンクの気密検査に用いられるリーク量測定装置であって、
検査対象である高圧ガスタンクに検知ガスを封入した状態で、前記高圧ガスタンクを内部に収納するチャンバーと、
前記チャンバーの内部から、前記高圧ガスタンクの周囲に存在する気体を吸引し、当該気体に含まれる前記検知ガスの濃度を検出する濃度検出装置と、を備え、
前記濃度検出装置による気体の吸引量、前記高圧ガスタンクの温度変化、及び前記高圧ガスタンクからの前記検知ガスの漏洩量に基づき前記チャンバーの内部に気体を供給することにより、前記高圧ガスタンクの周囲における圧力変動を抑制する圧力変動抑制手段を更に備えたことを特徴とするリーク量測定装置。
前記圧力変動抑制手段は、
第一液体が内部に貯えられた第一容器と、
前記第一容器の内部と前記チャンバーの内部とを連通させる第一下流配管と、
前記第一容器の内部と外部とを連通させる第一上流配管と、を有しており、
前記第一下流配管のうち前記第一容器側の開口端部は、前記第一液体の液面よりも高い位置に配置され、
前記第一上流配管のうち前記第一容器の内部側の開口端部は、前記第一液体の液面よりも低い位置に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のリーク量測定装置。
前記圧力変動抑制手段は、
前記第一液体と同一の液体である第二液体が内部に貯えられた第二容器と、
前記第二容器の内部と外部とを連通させる第二上流配管と、を更に有し、
前記第一上流配管のうち前記第一容器の外部側の開口端部は、前記第二容器の内部において前記第二液体の液面と略同一の高さとなる位置に配置されており、
前記第二上流配管のうち前記第二容器の内部側の開口端部は、前記第二液体の液面よりも高い位置に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のリーク量測定装置。
第一液体が内部に貯えられた第一容器の内部を、外部から視認可能であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のリーク量測定装置。