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。
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CHe(t6)を記録する。尚、濃度測定値CHe(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CHe(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CHe(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QHe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QDt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CAirとし、チャンバーCHの容積をV0とすれば、濃度測定値CHe(t)は下記の式(1)で表すことができる。尚、QHe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CHe(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CHe(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、QHeを算出することができる(V0等、QHe以外の値は既知である)。
このような方法でQHe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QHe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CHe(t6)等を代入することで、QHeを算出してもよい。すなわち、式(2)のΔtにはt7−t6を代入し、ΔCHe(t)にはCHe(t7)−CHe(t6)を代入することで、QHeを算出してもよい。
QHeを算出したら、当該QHe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QHe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QHe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。