JP6070771B2

JP6070771B2 - Gas filling device, gas tank inspection device, and gas tank inspection method

Info

Publication number: JP6070771B2
Application number: JP2015117093A
Authority: JP
Inventors: 志朗西部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-04-25
Also published as: JP2015165247A

Description

この発明は、ガスタンクを検査するときにおけるガスタンクへのガス充填装置、ガスタンク検査装置、ガスタンク検査方法に関するものである。 The present invention relates to a gas tank filling device, a gas tank inspection device, and a gas tank inspection method for inspecting a gas tank.

ガスタンクのリークを検査するための検査ガスとしてヘリウムが用いられている。ヘリウムは高価であるため、少量のヘリウムを含む窒素リッチなガスが用いられている。引用文献１には、検査対象であるガスタンクに少量のヘリウムを充填した後、窒素を充填することが開示されている。 Helium is used as an inspection gas for inspecting a leak in a gas tank. Since helium is expensive, a nitrogen-rich gas containing a small amount of helium is used. Cited Document 1 discloses that a gas tank to be inspected is filled with a small amount of helium and then filled with nitrogen.

特開２０１１−８９６２０号公報JP 2011-89620 A

ガスタンクのバルブには、Ｏリングシールが用いられている場合が多い。ガスタンク内の圧力が低い場合にはＯリングの反力も小さいため、リーク検査のために少量のヘリウムを充填したときに、ヘリウムがＯリングを介してリークし、検出精度が低下する問題があった。このような問題は、ヘリウム以外の検査ガスを用いる場合にも共通する問題である。 An O-ring seal is often used for a gas tank valve. When the pressure in the gas tank is low, the reaction force of the O-ring is small, so when a small amount of helium is filled for a leak inspection, helium leaks through the O-ring and the detection accuracy is lowered. . Such a problem is a common problem when a test gas other than helium is used.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、ガスタンクのリーク検査の検出精度を向上させることを目的とする。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-described problems, and an object thereof is to improve the detection accuracy of a gas tank leak test.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例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、ガスタンクの口金にＯリングを介してバルブが接続されたガスタンクにガスを充填するガス充填装置が提供される。このガス充填装置は、検査ガスが充填された第１のタンクと、前記検査ガスと異なる不活性ガスが充填された第２のタンクと、前記検査ガスと前記不活性ガスを前記ガスタンクに充填する前に混合するためのバッファタンクと、を備え、前記バッファタンクにおいて生成された前記不活性ガスと前記検査ガスとの混合ガスの圧力が、前記混合ガスを前記ガスタンクに充填するときに前記Ｏリングと前記口金の隙間を介したリークを抑制出来る圧力以上となった後、前記混合ガスを前記ガスタンクに充填する。ガスタンクの内部の圧力が小さいとき、一般に、Ｏリングは圧力を強く受けないので、反力が小さく、シール性が悪いが、この形態によれば、混合ガスを前記ガスタンクに充填するときに前記Ｏリングと前記口金の隙間を介したリークを抑制出来る圧力以上となった後、混合ガスを前記ガスタンクに充填するので、ガスタンクの内部の圧力を早期に大きくできる。そのため、ガスタンクの内部の圧力が低くＯリングの反力が小さくてシール性の悪い期間を短く出来るのでＯリングから混合ガスが漏れにくく、仮にＯリングから混合ガスが漏れても、漏れた混合ガス中の検査ガスは微量であるため、検査における誤差を少なくして、ガスリークの検出精度を向上させることが出来る。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples. According to one aspect of the present invention, there is provided a gas filling device that fills a gas tank having a valve connected to a base of the gas tank via an O-ring. The gas filling device fills the gas tank with a first tank filled with a test gas, a second tank filled with an inert gas different from the test gas, and the test gas and the inert gas. A buffer tank for mixing before, the pressure of the mixed gas of the inert gas and the inspection gas generated in the buffer tank when the mixed gas is filled in the gas tank. And the gas tank is filled with the mixed gas after reaching a pressure at which the leakage through the gap between the cap and the base can be suppressed. In general, when the pressure inside the gas tank is small, the O-ring does not receive a strong pressure, so the reaction force is small and the sealing performance is poor, but according to this embodiment, the O-ring is filled when the gas tank is filled with the O gas. Since the gas tank is filled with the mixed gas after the pressure becomes higher than the pressure at which leakage through the gap between the ring and the base can be suppressed, the pressure inside the gas tank can be increased early. Therefore, since the pressure inside the gas tank is low and the reaction force of the O-ring is small and the sealing performance can be shortened, it is difficult for the mixed gas to leak from the O-ring. Since the amount of the inspection gas is very small, errors in inspection can be reduced and the accuracy of detection of gas leak can be improved.

［適用例１］
ガスタンクの口金部にＯリングを介してバルブが接続されたガスタンクにガスを充填するガス充填装置であって、検査ガスが充填された第１のタンクと、前記検査ガスと異なる不活性ガスが充填された第２のタンクと、前記検査ガスと前記不活性ガスを前記ガスタンクに充填する前に混合するためのバッファ室と、を備え、前記バッファ室において生成された前記不活性ガスと前記検査ガスとの混合ガスを前記ガスタンクに充填する、ガス充填装置。
この適用例によれば、ガスタンクの内部の圧力が低い時に、検査ガスと不活性ガスの混合ガスが充填されるため、Ｏリングから混合ガスが漏れても、漏れた混合ガス中の検査ガスは微量であるため、検査における誤差を少なくして、ガスリークの検出精度を向上させることが出来る。 [Application Example 1]
A gas filling device for filling a gas tank having a valve connected to a base of the gas tank via an O-ring, the first tank filled with a test gas, and an inert gas different from the test gas filled And a buffer chamber for mixing the inspection gas and the inert gas before filling the gas tank, the inert gas and the inspection gas generated in the buffer chamber A gas filling device that fills the gas tank with a mixed gas.
According to this application example, when the pressure inside the gas tank is low, the mixed gas of the inspection gas and the inert gas is filled, so even if the mixed gas leaks from the O-ring, the inspection gas in the leaked mixed gas is Since the amount is small, errors in inspection can be reduced and the accuracy of detecting gas leak can be improved.

［適用例２］
適用例１に記載のガス充填装置において、前記バッファタンクに前記検査ガスがあらかじめ定められた第１の圧力まで充填され、その後、前記不活性ガスが前記バッファタンク内の圧力があらかじめ定められた第２の圧力になるまで充填され、さらにその後、前記バッファタンク内の混合ガスが前記ガスタンクに充填される、ガス充填装置。
この適用例によれば、圧力が低い状態でバッファタンクに検査ガスが充填されるので、検査ガスのガスラインにポンプを必要としない。 [Application Example 2]
In the gas filling device according to the application example 1, the buffer gas is filled with the inspection gas to a predetermined first pressure, and then the inert gas is charged with a predetermined pressure in the buffer tank. The gas filling device is filled up to a pressure of 2, and then the mixed gas in the buffer tank is filled into the gas tank.
According to this application example, since the buffer tank is filled with the inspection gas in a state where the pressure is low, a pump is not required for the gas line of the inspection gas.

［適用例３］
適用例２に記載のガス充填装置において、前記検査ガスはヘリウムであり、前記Ｏリングはシリコン系材料により形成されており、前記Ｏリングは、前記バルブの外周面に設けられたＯリング溝に嵌められており、前記ガスタンクの前記口金部に前記バルブが接続された状態において、前記Ｏリングの断面積は、前記Ｏリング溝の断面積の７５％以上であり、前記第２の圧力は５ＭＰａである、ガス充填装置。
このガス充填装置は、Ｏリングがシリコン系材料により形成されており、Ｏリングは、バルブの外周面に設けられたＯリング溝に嵌められており、ガスタンクの前記口金部に前記バルブが接続された状態において、Ｏリングの断面積が、Ｏリング溝の断面積の７５％以上であるガスタンクの検査において、検査ガスをヘリウムとしたときに、検査ガスのリークを抑制する効果が大きい。 [Application Example 3]
In the gas filling apparatus according to Application Example 2, the inspection gas is helium, the O-ring is formed of a silicon-based material, and the O-ring is formed in an O-ring groove provided on an outer peripheral surface of the valve. In the state where the valve is connected to the cap portion of the gas tank, the cross-sectional area of the O-ring is 75% or more of the cross-sectional area of the O-ring groove, and the second pressure is 5 MPa. A gas filling device.
In this gas filling device, an O-ring is formed of a silicon-based material, and the O-ring is fitted in an O-ring groove provided on the outer peripheral surface of the valve, and the valve is connected to the base portion of the gas tank. In the inspection of a gas tank in which the cross-sectional area of the O-ring is 75% or more of the cross-sectional area of the O-ring groove in a state where the inspection gas is helium, the effect of suppressing the leakage of the inspection gas is great.

［適用例４］
ガスタンク検査装置であって、ガスリーク検出器と、適用例１〜３のいずれか一つの適用例に記載のガス充填装置と、を備える、ガスタンク検査装置。 [Application Example 4]
A gas tank inspection device comprising a gas leak detector and the gas filling device according to any one of application examples 1 to 3.

［適用例５］
口金部とバルブとをＯリングを介して接続されたガスタンクのガスのリークを検査するガスタンク検査方法であって、バッファタンクにあらかじめ定められた第１の圧力まで検査ガスを充填する工程と、前記バッファタンクに前記バッファタンク内の圧力があらかじめ定められた第２の圧力になるまで不活性ガスを充填して、前記検査ガスと前記不活性ガスとを混合する工程と、前記不活性ガスと前記検査ガスとの混合ガスを前記ガスタンクに充填する工程と、前記リーク検出器を用いて前記ガスタンクからの前記検査ガスのリークを検査する工程と、を備えるガスタンク検査方法。 [Application Example 5]
A gas tank inspection method for inspecting a gas leak in a gas tank in which a base and a valve are connected via an O-ring, the step of filling the buffer tank with a test gas up to a predetermined first pressure, Filling the buffer tank with an inert gas until the pressure in the buffer tank reaches a predetermined second pressure, and mixing the inspection gas and the inert gas; and the inert gas and the A gas tank inspection method comprising: filling the gas tank with a mixed gas with an inspection gas; and inspecting the leakage of the inspection gas from the gas tank using the leak detector.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ガスタンクへのガス充填装置の他、ガス充填方法、ガスタンク検査装置、ガスタンク検査方法等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms. For example, in addition to a gas filling device for a gas tank, the invention can be realized in the form of a gas filling method, a gas tank inspection device, a gas tank inspection method, and the like.

本実施例のガスタンク検査装置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the gas tank test | inspection apparatus of a present Example. 本実施例におけるガスリークの測定フローチャートである。It is a measurement flowchart of the gas leak in a present Example. ガスタンクへのガスの充填時におけるバッファタンク内の圧力を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the pressure in the buffer tank at the time of the gas filling to a gas tank. ガスタンクのバルブ近傍を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the valve | bulb vicinity of a gas tank. ガスタンク内の圧力が低いときのＯリング近傍を拡大して示す説明図である。It is explanatory drawing which expands and shows the O-ring vicinity when the pressure in a gas tank is low. ガスタンク内の圧力が高いときのＯリング近傍を拡大して示す説明図である。It is explanatory drawing which expands and shows the O-ring vicinity when the pressure in a gas tank is high. ガスタンクの圧力とリークの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the pressure and leak of a gas tank. 比較例のガスタンクの圧力とリークの挙動を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the pressure of the gas tank of a comparative example, and the behavior of a leak. 別の誤差原因を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows another error cause. 本実施例の変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the modification of a present Example. 変形例におけるガスリークの測定フローチャートである。It is a measurement flowchart of the gas leak in a modification.

図１は、本実施例のガスタンク検査装置を示す説明図である。ガスタンク検査装置１０は、ガス充填装置２０と、リーク検査部３０とを備える。リーク検査部３０は、検査対象であるガスタンク１００を収納するチャンバ３００と、チャンバ３００内に漏れた検査ガスを検知するためのリーク検出器３１０と、を備える。 FIG. 1 is an explanatory view showing a gas tank inspection apparatus of the present embodiment. The gas tank inspection device 10 includes a gas filling device 20 and a leak inspection unit 30. The leak inspection unit 30 includes a chamber 300 that houses the gas tank 100 to be inspected, and a leak detector 310 for detecting the inspection gas that has leaked into the chamber 300.

ガス充填装置２０は、ヘリウムタンク２００と、液体窒素タンク２１０と、液ポンプ２２０と、熱交換器２３０と、バッファタンク２４０と、圧力計２５０と、温度計２６０と、バルブＶ１〜Ｖ５と、これらを繋ぐ配管２７０と、を備える。なお、以下の説明においては、配管２７０を省略して説明する。ヘリウムタンク２００は、バルブＶ２を介してバッファタンク２４０に接続されている。液体窒素タンク２１０には、液ポンプ２２０が接続されている。液ポンプ２２０の下流は、経路が二股に分かれており、一方の経路には、熱交換器２３０及びバルブＶ３を介してバッファタンク２４０に接続されている。この経路は、窒素ガスを常温にしてバッファタンク２４０に充填するための経路であり、常温ラインと呼ぶ。他方の経路は、バルブＶ４のみを介してバッファタンク２４０に接続されている。この経路では、窒素は低温のままバッファタンク２４０に充填されるので、低温ラインと呼ぶ。なお、液体窒素タンク２１０の内部の圧力が十分に高い場合には、液ポンプ２２０を設けなくても良い。バッファタンク２４０は、ヘリウムと窒素を混合する。これにより、ヘリウムを希釈することができる。なお、本実施例では、バッファタンク２４０のようにタンクを用いたが、ヘリウムと窒素とを混合できれば、タンク構造でなくてもよい。バッファタンク２４０の下流側にはバルブＶ１が配置されており、バルブＶ１の下流側は、測定対象であるガスタンク１００に接続されている。また、バッファタンク２４０は、バルブＶ５を介して大気に繋がっている。圧力計２５０と温度計２６０は、バッファタンク２４０に接続されており、それぞれバッファタンク２４０内のガスの圧力と温度とを測定する。 The gas filling device 20 includes a helium tank 200, a liquid nitrogen tank 210, a liquid pump 220, a heat exchanger 230, a buffer tank 240, a pressure gauge 250, a thermometer 260, valves V1 to V5, And a pipe 270 connecting the two. In the following description, the piping 270 is omitted. The helium tank 200 is connected to the buffer tank 240 via the valve V2. A liquid pump 220 is connected to the liquid nitrogen tank 210. The path downstream of the liquid pump 220 is divided into two branches, and one path is connected to the buffer tank 240 via the heat exchanger 230 and the valve V3. This path is a path for filling the buffer tank 240 with nitrogen gas at room temperature, and is called a room temperature line. The other path is connected to the buffer tank 240 only through the valve V4. In this path, nitrogen is filled into the buffer tank 240 at a low temperature, and is therefore called a low temperature line. If the pressure inside the liquid nitrogen tank 210 is sufficiently high, the liquid pump 220 may not be provided. The buffer tank 240 mixes helium and nitrogen. Thereby, helium can be diluted. In this embodiment, a tank is used like the buffer tank 240. However, as long as helium and nitrogen can be mixed, the tank structure may not be used. A valve V1 is arranged on the downstream side of the buffer tank 240, and the downstream side of the valve V1 is connected to the gas tank 100 to be measured. The buffer tank 240 is connected to the atmosphere via the valve V5. The pressure gauge 250 and the thermometer 260 are connected to the buffer tank 240, and measure the pressure and temperature of the gas in the buffer tank 240, respectively .

図２は、本実施例におけるガスリークの測定フローチャートである。初期状態では、全てのバルブＶ１〜Ｖ５は閉じている。ステップＳ１００では、バルブＶ１、Ｖ３〜Ｖ５の閉状態が維持されたまま、バルブＶ２が開かれる。ヘリウムタンク２００のヘリウムは、バッファタンク２４０に充填され始める。ステップＳ１１０では、バッファタンク２４０の内部の圧力が判定値Ｐ１以上になったか否かが判断される。判定値Ｐ１の値としては、例えば１ＭＰａが採用される。ただし、判定値Ｐ１の値は、１ＭＰａ以外の値であってもよい。 FIG. 2 is a measurement flowchart of gas leak in this embodiment. In the initial state, all the valves V1 to V5 are closed. In step S100, the valve V2 is opened while the closed states of the valves V1, V3 to V5 are maintained. Helium in the helium tank 200 begins to fill the buffer tank 240. In step S110, it is determined whether or not the pressure inside the buffer tank 240 has become equal to or higher than a determination value P1. For example, 1 MPa is adopted as the value of the determination value P1. However, the value of the determination value P1 may be a value other than 1 MPa.

ステップＳ１２０では、バルブＶ２が閉じられ、その後、バルブＶ３、Ｖ４が開けられる。これにより、バッファタンク２４０には、窒素が充填される。これにより、バッファタンク内のヘリウムは窒素により希釈されると共に、ヘリウムと窒素は混合される。ここで、一般にタンクにガスを充填する場合、タンク内の圧力に対抗してガスを充填するため、タンク内のガスの温度は上がる。したがって、本実施例では、バッファタンク２４０にガスを充填する場合、バッファタンク２４０内の温度が上がりすぎないように、バルブＶ３とＶ４の開度が制御される。 In step S120, the valve V2 is closed, and then the valves V3 and V4 are opened. Thereby, the buffer tank 240 is filled with nitrogen. Thereby, helium in the buffer tank is diluted with nitrogen, and helium and nitrogen are mixed. Here, in general, when a tank is filled with a gas, the gas is filled against the pressure in the tank, so the temperature of the gas in the tank rises. Therefore, in this embodiment, when the buffer tank 240 is filled with gas, the opening degrees of the valves V3 and V4 are controlled so that the temperature in the buffer tank 240 does not rise too much.

ステップＳ１３０では、バッファタンク２４０内部の圧力が判定値Ｐ２以上になったか否かが判断される。判定値Ｐ２の値としては、例えばバッファタンク２４０内部の温度が室温の時５ＭＰａの値が採用される。ただし、ただし、判定値Ｐ２の値は、５ＭＰａ以外の値であってもよい。なお、バッファタンク２４０の内部の圧力は、温度によっても変わる。すなわち、温度が高い方が、圧力も大きい。したがって、判定値Ｐ２は、バッファタンク２４０の内部の温度により補正されることが好ましい。 In step S130, it is determined whether or not the pressure inside the buffer tank 240 has become equal to or higher than the determination value P2. As the value of the determination value P2, for example, a value of 5 MPa is adopted when the temperature inside the buffer tank 240 is room temperature. However, the value of the determination value P2 may be a value other than 5 MPa. Note that the pressure inside the buffer tank 240 also varies depending on the temperature. That is, the higher the temperature, the greater the pressure. Therefore, the determination value P2 is preferably corrected by the temperature inside the buffer tank 240.

ステップＳ１４０では、バルブＶ１が開けられ、バッファタンク２４０内のヘリウムと窒素の混合ガスは、ガスタンク１００に充填される。次いで、ステップＳ１５０では、液ポンプ２２０が起動され、ガスタンク１００に、バッファタンク２４０の残存していたヘリウムと窒素の混合ガス及び窒素が充填される。バッファタンク２４０と、ガスタンク１００とは、バルブＶ１により接続された１つのタンクとみなすことが出来、ガスタンク１００の内部の温度と圧力は、バッファタンク２４０の内部の温度と圧力とほぼ同じである。 In step S140, the valve V1 is opened, and the gas tank 100 is filled with the mixed gas of helium and nitrogen in the buffer tank 240. Next, in step S150, the liquid pump 220 is activated, and the gas tank 100 is filled with the mixed gas of helium and nitrogen remaining in the buffer tank 240 and nitrogen. The buffer tank 240 and the gas tank 100 can be regarded as one tank connected by the valve V1, and the temperature and pressure inside the gas tank 100 are substantially the same as the temperature and pressure inside the buffer tank 240.

ステップＳ１６０では、バッファタンク２４０内の圧力が判定値Ｐ３以上か否かを判断する。バッファタンク２４０内の圧力が判定値Ｐ３以上の場合には、ステップＳ１７０において、液ポンプ２２０が停止され、バルブＶ１〜Ｖ５が閉じられる。液ポンプ２２０の停止からバルブＶ１〜Ｖ５が閉じられるまで時間差により、ガスがガスタンク１００から逆流するので、バッファタンク２４０内の圧力を判定値Ｐ３よりもオーバーシュート（Ｐ３＋α）させてもよい。なお、判定値Ｐ３は、バッファタンク２４０の内部の温度により補正されることが好ましい。 In step S160, it is determined whether or not the pressure in the buffer tank 240 is equal to or higher than a determination value P3. If the pressure in the buffer tank 240 is greater than or equal to the determination value P3, the liquid pump 220 is stopped and the valves V1 to V5 are closed in step S170. Since the gas flows backward from the gas tank 100 due to the time difference from the stop of the liquid pump 220 until the valves V1 to V5 are closed, the pressure in the buffer tank 240 may be overshot (P3 + α) rather than the determination value P3. The determination value P3 is preferably corrected by the temperature inside the buffer tank 240.

ステップＳ１８０では、リーク検出器３１０を用いて、ガスタンク１００からチャンバ３００の内部に漏れてきたヘリウムの量を検知する。なお、ヘリウムの量の測定は、バルブＶ１〜Ｖ５が閉じられた後、一定の安定時間、例えば５分から１０分経過した後測定することが好ましい。ステップＳ１９０では、バルブＶ１及びＶ５が開けられて、ガスタンク１００内の混合ガスが排気される。 In step S180, the leak detector 310 is used to detect the amount of helium leaking from the gas tank 100 into the chamber 300. The amount of helium is preferably measured after a certain stabilization time, for example, 5 to 10 minutes has elapsed after the valves V1 to V5 are closed. In step S190, the valves V1 and V5 are opened, and the mixed gas in the gas tank 100 is exhausted.

図３は、ガスタンクへのガスの充填時におけるバッファタンク内の圧力を示す説明図である。図２のステップＳ１００でバルブＶ２が開けられると、バッファタンク２４０にヘリウムが充填されるので、バッファタンク２４０の圧力が上がっていく。図２のステップＳ１２０でバルブＶ２が閉じられ、バルブＶ３、Ｖ４が開けられると、バッファタンク２４０に窒素が充填されるので、バッファタンク２４０の圧力は上がっていく。図２のステップＳ１４０でバルブＶ１が開けられると、バッファタンク２４０内の混合ガスがガスタンク１００に移動する。この時のバッファタンク２４０の圧力は、ガスタンク１００に移動する混合ガスの量と、バッファタンク２４０に新たに充填される窒素の量の差に依存するが、ほぼ変わらないと推定される。図２のステップＳ１５０で液ポンプ２２０が起動すると、窒素がより供給されるため、バッファタンク２４０の圧力が上昇する。なお、バッファタンク２４０の圧力上昇に伴い、ガスタンク１００の圧力も上昇する。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing the pressure in the buffer tank when the gas is filled into the gas tank. When the valve V2 is opened in step S100 of FIG. 2, the buffer tank 240 is filled with helium, so that the pressure in the buffer tank 240 increases. When the valve V2 is closed and the valves V3 and V4 are opened in step S120 of FIG. 2, the buffer tank 240 is filled with nitrogen, so the pressure in the buffer tank 240 increases. When the valve V <b> 1 is opened in step S <b> 140 of FIG. 2, the mixed gas in the buffer tank 240 moves to the gas tank 100. The pressure in the buffer tank 240 at this time is estimated to be almost the same although it depends on the difference between the amount of the mixed gas moving to the gas tank 100 and the amount of nitrogen newly filled in the buffer tank 240. When the liquid pump 220 is activated in step S150 of FIG. 2, since nitrogen is supplied more, the pressure in the buffer tank 240 increases. As the pressure in the buffer tank 240 increases, the pressure in the gas tank 100 also increases.

本実施例では、バッファタンク２４０においてヘリウムに窒素と混合し、混合ガスをガスタンク１００に充填している。これは、以下の理由による。 In the present embodiment, helium is mixed with nitrogen in the buffer tank 240, and the gas tank 100 is filled with the mixed gas. This is due to the following reason.

図４は、ガスタンクのバルブ近傍を示す説明図である。ガスタンク１００は、ライナー１１０と、外筒１２０と、口金１３０と、バルブ１４０と、Ｏリング１５０と、を備える。ライナー１１０は、ガスを貯蔵する略円筒形の容器であり、樹脂により形成されている。外筒１２０は、ライナー１１０が内部のガスの圧力で破損しないようにライナー１１０の外側に巻き付けられる部材であり、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で形成されている。口金１３０は、ライナー１１０の中心軸に沿った方向の端部に配置されている部材であり、中心軸にバルブ１４０を配置するための開口部１３５を有している。なお、このバルブ１４０は、ガスタンク１００のバルブであり、上述したガス充填装置２０のバルブＶ１とは異なる部材である。口金１３０とバルブ１４０との間にはＯリング１５０が配置され、口金とバルブとの境界からのガスのリークを抑制する。 FIG. 4 is an explanatory view showing the vicinity of the valve of the gas tank. The gas tank 100 includes a liner 110, an outer cylinder 120, a base 130, a valve 140, and an O-ring 150. The liner 110 is a substantially cylindrical container that stores gas, and is formed of resin. The outer cylinder 120 is a member that is wound around the outer side of the liner 110 so that the liner 110 is not damaged by the pressure of the internal gas, and is formed of carbon fiber reinforced plastic (CFRP). The base 130 is a member disposed at an end portion in the direction along the central axis of the liner 110, and has an opening 135 for disposing the valve 140 on the central axis. The valve 140 is a valve of the gas tank 100 and is a member different from the valve V1 of the gas filling device 20 described above. An O-ring 150 is disposed between the base 130 and the valve 140 to suppress gas leakage from the boundary between the base and the valve.

図５は、ガスタンク内の圧力が低いときのＯリング近傍を拡大して示す説明図である。バルブ１４０は、口金１３０の内側に嵌め混まれるため、口金１３０と、バルブ１４０との間に隙間１７０が生じる。この隙間１７０からのガスのリークを抑制するために、Ｏリング機構が設けられる。具体的には、本実施例では、バルブ１４０の口金１３０側にＯリング溝１４５が形成されており、このＯリング溝１４５にＯリング１５０と、バックアップリング１６０が配置される。Ｏリング１５０は、シリコン系の材料で構成された断面略円形の円環形をした部材である。Ｏリング１５０は、溝１４５の大きさに対して、つぶれたときに７５％の大きさを締めることが好ましい。バックアップリング１６０は、Ｏリング１５０の外気側に配置される円環状の部材である。バックアップリング１６０の、Ｏリング１５０と反対側の内側は斜面１６２となっており、先端が細くなっている。なお、Ｏリング溝１４５の外気側には、この斜面１６２と平行な斜面１４７が形成されている。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing an enlarged view of the vicinity of the O-ring when the pressure in the gas tank is low. Since the valve 140 is fitted and mixed inside the base 130, a gap 170 is generated between the base 130 and the valve 140. In order to suppress gas leakage from the gap 170, an O-ring mechanism is provided. Specifically, in this embodiment, an O-ring groove 145 is formed on the base 130 side of the valve 140, and an O-ring 150 and a backup ring 160 are disposed in the O-ring groove 145. The O-ring 150 is an annular member having a substantially circular cross section made of a silicon-based material. The O-ring 150 is preferably tightened to 75% of the size of the groove 145 when collapsed. The backup ring 160 is an annular member disposed on the outside air side of the O-ring 150. The back ring 160 has an inclined surface 162 on the inner side opposite to the O-ring 150 and has a thin tip. A slope 147 parallel to the slope 162 is formed on the outside air side of the O-ring groove 145.

ガスタンク１００の内部の圧力が小さいとき、一般に、Ｏリング１５０は圧力を強く受けないので、反力が小さく、シール性が悪い。また、バックアップリング１６０の方に押さえつけられない。そのため、バックアップリング１６０と、口金１３０あるいはバルブ１４０との間に隙間が生じており、この隙間を通してガスタンク１００内のガスがリークする虞がある。 When the pressure inside the gas tank 100 is small, generally, the O-ring 150 does not receive strong pressure, so the reaction force is small and the sealing performance is poor. Further, it cannot be pressed against the backup ring 160. Therefore, a gap is generated between the backup ring 160 and the base 130 or the valve 140, and the gas in the gas tank 100 may leak through this gap.

図６は、ガスタンク内の圧力が高いときのＯリング近傍を拡大して示す説明図である。ガスタンク１００の内部の圧力が大きいとき、Ｏリング１５０は圧力を強く受けるため、反力が大きく、シール性が高くなる。また、Ｏリング１５０は、バックアップリング１６０の方に押さえつけられる。その結果、Ｏリング１５０は、断面が放射方向に伸びるように楕円形になるとともに、バックアップリング１６０を外気側に押す。その結果、バックアップリング１６０の外気側の端部は、口金１３０と、バルブ１４０との隙間に嵌り、ガスタンク１００内部から外気側へのガスのリークを抑制する。 FIG. 6 is an explanatory view showing, in an enlarged manner, the vicinity of the O-ring when the pressure in the gas tank is high. When the pressure inside the gas tank 100 is large, the O-ring 150 receives a strong pressure, so that the reaction force is large and the sealing performance is high. Further, the O-ring 150 is pressed against the backup ring 160. As a result, the O-ring 150 becomes elliptical so that the cross section extends in the radial direction, and pushes the backup ring 160 to the outside. As a result, the end on the outside air side of the backup ring 160 fits into the gap between the base 130 and the valve 140 to suppress gas leakage from the inside of the gas tank 100 to the outside air.

すなわち、ガスタンク１００内の圧力が高いときには、口金１３０とバルブ１４０の隙間からのガスのリークは起こらない。一方、ガスタンク１００内の圧力が小さい場合には、口金１３０とバルブ１４０の隙間からのガスのリークが起こる虞がある。このガスのリークは、ガスタンク１００のリーク検査を行うときの誤差となり得る。 That is, when the pressure in the gas tank 100 is high, no gas leaks from the gap between the base 130 and the valve 140. On the other hand, when the pressure in the gas tank 100 is small, there is a risk that gas leaks from the gap between the base 130 and the valve 140. This gas leak can be an error when performing a leak inspection of the gas tank 100.

なお、ガスタンク１００は、一般に圧力が高い状態で使用され、ガスタンク１００の圧力が、口金１３０とバルブ１４０の隙間からのガスのリークが起こる圧力まで下がる前に、バルブ１４０が閉まる。したがって、ガスタンク１００の使用状態では、ガスタンク１００の内部は、一定以上の圧力を有しており、ガスタンク１００からのリークは起こらない。 The gas tank 100 is generally used in a high pressure state, and the valve 140 is closed before the pressure of the gas tank 100 drops to a pressure at which gas leaks from the gap between the base 130 and the valve 140. Therefore, when the gas tank 100 is in use, the inside of the gas tank 100 has a pressure higher than a certain level, and no leak from the gas tank 100 occurs.

ガスタンク１００のリークを測定する場合に、最初に検査ガスであるヘリウムを入れ、その後に窒素を入れる場合、ヘリウムが入れられた時は、ガスタンク１００の内部の圧力は低いため、窒素を入れる前にヘリウムがリークし、ガスタンク内のヘリウム濃度が変わってリーク検査で誤差が生じるおそれがある。なお、ガスタンク１００に窒素を入れず、全量ヘリウムにすれば、ヘリウム濃度が変わる問題は起きないが、高価なヘリウムを大量に使うことになる。 When measuring the leak of the gas tank 100, when helium as the inspection gas is first introduced and then nitrogen is introduced, the pressure inside the gas tank 100 is low when helium is introduced. Helium leaks, and the helium concentration in the gas tank changes, which may cause an error in the leak inspection. In addition, if nitrogen is not put into the gas tank 100 and the whole amount is helium, the problem of changing the helium concentration does not occur, but a large amount of expensive helium is used.

一方、本実施例によれば、一旦、バッファタンク２４０においてヘリウムを窒素で希釈した混合ガスを作り、この混合ガスをガスタンク１００に入れた後、さらに窒素をガスタンク１００に圧入する。したがって、ヘリウムから窒素に切り替える間はガスタンク１００内の圧力を素早く上げることは難しいが、本実施例によれば、ガスタンクに充填されるガスは混合ガスとなっているので、ガスの切り替えは不要であり、早期にガスタンク１００内の圧力を上げることができる。また、この場合、混合ガスをガスタンクに入れた段階では、ガスタンク１００内の圧力が低いため、若干のガスリークが起こり得るが、このリークガスは混合ガスであり、リークガス中のヘリウムの量は少ない。したがって、リーク検査で誤差を少なくし、検出精度を向上させることが出来る。 On the other hand, according to the present embodiment, a mixed gas obtained by diluting helium with nitrogen is once produced in the buffer tank 240, and after the mixed gas is put into the gas tank 100, nitrogen is further pressed into the gas tank 100. Therefore, while switching from helium to nitrogen, it is difficult to quickly increase the pressure in the gas tank 100. However, according to the present embodiment, the gas filled in the gas tank is a mixed gas, so there is no need to switch the gas. Yes, the pressure in the gas tank 100 can be increased at an early stage. In this case, since the pressure in the gas tank 100 is low when the mixed gas is put in the gas tank, a slight gas leak may occur, but this leak gas is a mixed gas, and the amount of helium in the leak gas is small. Therefore, errors can be reduced by leak inspection and detection accuracy can be improved.

図７は、ガスタンクの圧力とリークの一例を示す説明図である。ガスタンク１００の圧力は、バルブＶ１が開かれると上昇していき、液ポンプ２２０（図１）が起動すると、さらに上昇する。ガスタンク１００にリークがある場合、ガスタンク１００の内部の圧力が高くなったときにリークが発生し、ガスタンク１００の内部の圧力が小さい場合には、リークが検出されない。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of gas tank pressure and leakage. The pressure in the gas tank 100 increases when the valve V1 is opened, and further increases when the liquid pump 220 (FIG. 1) is activated. When there is a leak in the gas tank 100, a leak occurs when the pressure inside the gas tank 100 increases, and when the pressure inside the gas tank 100 is small, no leak is detected.

図８は、比較例のガスタンクの圧力とリークの挙動を示す説明図である。比較例では、バッファタンク２４０を用いずに、ガスタンク１００に少量のヘリウムを充填し、その後、窒素を充填し、液ポンプを起動してさらに窒素を充填する。この場合、少量のヘリウムがガスタンク１００に充填された時点では、ガスタンク１００の圧力は極小である。従って、図の破線で示すように、若干のヘリウムリークが生じる。このリークが発生する理由は、図５の説明で説明した通りである。この場合、ガスタンク内のヘリウムが少なくなるため、規定圧まで窒素を充填したときにヘリウム濃度が小さくなり、ガスタンクのリーク検出に精度を低下させる虞がある。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing the pressure and leak behavior of the gas tank of the comparative example. In the comparative example, without using the buffer tank 240, the gas tank 100 is filled with a small amount of helium, then filled with nitrogen, and the liquid pump is started to fill with nitrogen. In this case, when the gas tank 100 is filled with a small amount of helium, the pressure of the gas tank 100 is extremely small. Therefore, as shown by the broken line in the figure, a slight helium leak occurs. The reason why this leak occurs is as described in the explanation of FIG. In this case, since the helium in the gas tank is reduced, the helium concentration is reduced when nitrogen is filled up to the specified pressure, and there is a possibility that the accuracy of gas tank leak detection is lowered.

また、ガスタンク１００に先にヘリウムを充填した場合は、別の誤差原因も生じ得る。図９は、別の誤差原因を示す説明図である。Ｏリング１５０は、例えばゴムを材料として作られている。Ｏリング１５０にヘリウムが接触すると、ヘリウムはＯリング１５０母材に浸透する。この浸透したヘリウムは、ガスタンク１００に窒素が充填されたときに、窒素により押し出される。押し出された分ヘリウムがリークしたと判断されるため、誤差要因となり得る。 Further, when helium is first filled in the gas tank 100, another cause of error may occur. FIG. 9 is an explanatory diagram showing another cause of error. The O-ring 150 is made of rubber, for example. When helium contacts the O-ring 150, helium penetrates into the O-ring 150 base material. The permeated helium is pushed out by nitrogen when the gas tank 100 is filled with nitrogen. Since it is determined that helium has leaked as much as it is pushed out, it can be an error factor.

以上のように、一旦、バッファタンク２４０においてヘリウムを窒素で希釈した混合ガスを作り、この混合ガスをガスタンク１００に入れた後、さらに窒素をガスタンク１００に圧入することにより、コストを掛けることなく、ガスタンクのリーク検査において、誤差を少なくし、検出精度を向上させることが出来る。 As described above, once a mixed gas obtained by diluting helium with nitrogen is made in the buffer tank 240, and this mixed gas is put into the gas tank 100. Then, nitrogen is further injected into the gas tank 100 without incurring costs. In the leak inspection of the gas tank, errors can be reduced and detection accuracy can be improved.

図１０は、本実施例の変形例を示す説明図である。この変形例のガスタンク検査装置１１は、ガス充填装置２１と、リーク検査部３０とを備える。リーク検査部３０は、本実施例と同様の構成である。ガス充填装置２１は、ガス充填装置２０（図１）と比較すると、バッファタンク２４０が無い代わりに、ヘリウムタンク２００と、バルブＶ２との間にポンプ２０５が設けられている点が異なっている。また、圧力計２５０と温度計２６０はガスタンク１００に取り付けられている。 FIG. 10 is an explanatory diagram showing a modification of this embodiment. The gas tank inspection device 11 according to this modification includes a gas filling device 21 and a leak inspection unit 30. The leak inspection unit 30 has the same configuration as that of the present embodiment. The gas filling device 21 is different from the gas filling device 20 (FIG. 1) in that a pump 205 is provided between the helium tank 200 and the valve V2 instead of having no buffer tank 240. Further, the pressure gauge 250 and the thermometer 260 are attached to the gas tank 100.

図１１は、変形例におけるガスリークの測定フローチャートである。初期状態では、本実施例と同様に、全てのバルブＶ１〜Ｖ５は閉じている。ステップＳ２００では、バルブＶ２、Ｖ５の閉が維持されたまま、バルブＶ１、Ｖ３、Ｖ４が開かれる。窒素が、ガスタンク１００に充填され始める。このとき、ガスタンク内の温度が上がらないように、バルブＶ３、Ｖ４の開度が制御される。ステップＳ２１０では、ガスタンク１００の内部の圧力が判定値Ｐ４以上になったか否かが判断される。この圧力に達するまでに、図５に示すように、ガスタンク１００から窒素はリークするが、窒素のみのため、検査ガスであるヘリウムの濃度には影響を与えない。また、ガスタンク１００の内部の圧力が判定値Ｐ４に達した場合には、図５に示すようなリークは起こらない。 FIG. 11 is a measurement flowchart of gas leak in the modification. In the initial state, as in the present embodiment, all the valves V1 to V5 are closed. In step S200, the valves V1, V3, V4 are opened while the valves V2, V5 are kept closed. Nitrogen begins to fill gas tank 100. At this time, the opening degree of the valves V3 and V4 is controlled so that the temperature in the gas tank does not rise. In step S210, it is determined whether or not the internal pressure of the gas tank 100 has reached a determination value P4 or more. By the time this pressure is reached, nitrogen leaks from the gas tank 100 as shown in FIG. 5, but since it is only nitrogen, the concentration of helium, which is the inspection gas, is not affected. Further, when the pressure inside the gas tank 100 reaches the determination value P4, the leak as shown in FIG. 5 does not occur.

ステップＳ２２０では、バルブＶ２が開けられ、ポンプ２０５が起動される。これにより、検査ガスであるヘリウムがガスタンクに充填される。この場合、窒素が充填されたガスタンク１００にヘリウムを充填させるため、ヘリウムは、ポンプ２０５により、ガスタンク１００に圧入される。 In step S220, the valve V2 is opened and the pump 205 is activated. Thereby, helium which is inspection gas is filled in the gas tank. In this case, helium is press-fitted into the gas tank 100 by the pump 205 in order to fill the gas tank 100 filled with nitrogen with helium.

ステップＳ２３０では、バッファタンク２４０内部の圧力が判定値Ｐ５以上になったか否かが判断される。判定値Ｐ５の値としては、例えば、ステップＳ２１０における判定値Ｐ４に１ＭＰａを加えた値が採用される。 In step S230, it is determined whether or not the pressure inside the buffer tank 240 has become equal to or higher than a determination value P5. As the value of the determination value P5, for example, a value obtained by adding 1 MPa to the determination value P4 in step S210 is employed.

ステップＳ２４０では、バルブＶ２が閉じられ、ポンプ２０５が停止される。次のステップＳ２５０では、液ポンプ２２０が起動され、ガスタンク１００に、窒素が圧入される。 In step S240, the valve V2 is closed and the pump 205 is stopped. In the next step S250, the liquid pump 220 is activated, and nitrogen is injected into the gas tank 100.

ステップＳ２６０では、ガスタンク１００内の圧力が判定値Ｐ６以上か否かを判断する。ガスタンク１００内の圧力が判定値Ｐ６以上の場合には、ステップＳ２７０において、液ポンプ２２０が停止され、バルブＶ１〜Ｖ５が閉じられる。液ポンプ２２０の停止からバルブＶ１〜Ｖ５が閉じられるまで時間差により、ガスがガスタンク１００から逆流するので、バッファタンク２４０内の圧力を判定値Ｐ６よりもオーバーシュート（Ｐ６＋α）させてもよい。なお、判定値Ｐ６は、ガスタンク１００の内部の温度により補正されることが好ましい。 In step S260, it is determined whether or not the pressure in the gas tank 100 is equal to or higher than a determination value P6. If the pressure in the gas tank 100 is greater than or equal to the determination value P6, the liquid pump 220 is stopped and the valves V1 to V5 are closed in step S270. Since the gas flows backward from the gas tank 100 due to the time difference from the stop of the liquid pump 220 until the valves V1 to V5 are closed, the pressure in the buffer tank 240 may be overshot (P6 + α) rather than the determination value P6. The determination value P6 is preferably corrected by the temperature inside the gas tank 100.

ステップＳ２８０では、リーク検出器３１０を用いて、ガスタンク１００からチャンバ３００の内部に漏れてきたヘリウムの量を検知する。なお、ヘリウムの量の測定は、バルブＶ１〜Ｖ５が閉じられた後、一定の安定時間、例えば５分から１分経過した後測定することが好ましい。ステップＳ２９０では、バルブＶ１及びＶ５が開けられて、ガスタンク１００内の混合ガスが排気される。 In step S280, the leak detector 310 is used to detect the amount of helium leaking from the gas tank 100 into the chamber 300. The amount of helium is preferably measured after a certain stabilization time, for example, 5 minutes to 1 minute has elapsed after the valves V1 to V5 are closed. In step S290, the valves V1 and V5 are opened, and the mixed gas in the gas tank 100 is exhausted.

以上変形例によっても、ガスタンク１００のリーク検出の誤差を少なくし、検出精度を向上させることが出来る。この変形例では、ヘリウムを圧入するため、ポンプ２０５が必要となるが、バッファタンク２４０が不要となる。また、ガスタンク内の圧力が極小の時にリークするのは窒素だけであり、検査ガスであるヘリウムはリークしないので、より精度が高い。また、図９に示した、Ｏリングへのヘリウムの浸透も抑制できる。 Also according to the above modification, it is possible to reduce the error in detecting the leak of the gas tank 100 and improve the detection accuracy. In this modification, helium is injected, so that the pump 205 is necessary, but the buffer tank 240 is not necessary. Further, only the nitrogen leaks when the pressure in the gas tank is minimal, and helium as the inspection gas does not leak, so that the accuracy is higher. Further, the penetration of helium into the O-ring shown in FIG. 9 can be suppressed.

上記実施例及び変形例では、検査ガスとしてヘリウムを用い、不活性ガスとして窒素を用いたが、検査ガスや不活性ガスとして他のガスを用いても良い。例えば、検査ガスとして水素を用いることも出来る。 In the above embodiments and modifications, helium is used as the inspection gas and nitrogen is used as the inert gas. However, other gases may be used as the inspection gas and the inert gas. For example, hydrogen can be used as the inspection gas.

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。 The embodiments of the present invention have been described above based on some examples. However, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.

１０…ガスタンク検査装置
１１…ガスタンク検査装置
２０…ガス充填装置
２１…ガス充填装置
３０…リーク検査部
１００…ガスタンク
１１０…ライナー
１２０…外筒
１３０…口金
１３５…開口部
１４０…バルブ
１４５…Ｏリング溝
１４７…斜面
１５０…Ｏリング
１６０…バックアップリング
１６２…斜面
１７０…隙間
２００…ヘリウムタンク
２０５…ポンプ
２１０…液体窒素タンク
２２０…液ポンプ
２３０…熱交換器
２４０…バッファタンク
２５０…圧力計
２６０…温度計
２７０…配管
３００…チャンバ
３１０…リーク検出器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Gas tank inspection apparatus 11 ... Gas tank inspection apparatus 20 ... Gas filling apparatus 21 ... Gas filling apparatus 30 ... Leak inspection part 100 ... Gas tank 110 ... Liner 120 ... Outer cylinder 130 ... Base 135 ... Opening part 140 ... Valve 145 ... O-ring groove 147 ... slope 150 ... O-ring 160 ... backup ring 162 ... slope 170 ... gap 200 ... helium tank 205 ... pump 210 ... liquid nitrogen tank 220 ... liquid pump 230 ... heat exchanger 240 ... buffer tank 250 ... pressure gauge 260 ... thermometer 270 ... Piping 300 ... Chamber 310 ... Leak detector

Claims

A gas filling device for filling a gas tank having a valve connected to a base portion of the gas tank via an O-ring,
A first tank filled with a test gas;
A second tank filled with an inert gas different from the inspection gas;
A buffer tank for mixing the inspection gas and the inert gas before filling the gas tank ;
With
The pressure of the mixed gas of the inert gas and the inspection gas generated in the buffer tank is a pressure that can suppress leakage through the gap between the O-ring and the base when filling the gas tank with the mixed gas. A gas filling device for filling the gas tank with the mixed gas after the above .

The gas filling device according to claim 1,
The buffer tank is filled with the test gas to a predetermined first pressure;
Thereafter, the inert gas is filled until the pressure in the buffer tank becomes equal to or higher than a predetermined second pressure,
After that, the mixed gas in the buffer tank is filled in the gas tank ,
It said second pressure, said gas mixture Ru pressure der capable suppress leakage through the clearance of the O ring and the cap after filling the gas tank, the gas filling device.

The gas filling device according to claim 2, wherein
The inspection gas is helium;
The O-ring is made of a silicon-based material,
The O-ring is fitted in an O-ring groove provided on the outer peripheral surface of the valve,
In a state where the valve is connected to the base portion of the gas tank, the cross-sectional area of the O-ring is 75% or more of the cross-sectional area of the O-ring groove,
The second pressure is 5 MPa;
Gas filling device.

A gas tank inspection device,
A gas leak detector;
The gas filling device according to any one of claims 1 to 3,
A gas tank inspection device.

A gas tank inspection method for inspecting a gas leak in a gas tank in which a base part and a valve are connected via an O-ring,
Filling a buffer tank with an inspection gas and an inert gas different from the inspection gas to generate a mixed gas of the inert gas and the inspection gas ;
Filling the gas tank with the mixed gas after the pressure of the mixed gas becomes equal to or higher than a pressure at which leakage through the gap between the O-ring and the base when the mixed gas is filled in the gas tank; ,
A step of inspecting the leak of the test gas from said gas tank with rie click detector,
A gas tank inspection method comprising: