JP6375378B2 - 多段膜式ポンプを備えた嗅気型漏洩検出器 - Google Patents

Description

本発明は、ヘリウムまたは水素を分析するための、質量分析計と嗅気型プローブを備えた、嗅気型漏洩検出器に関する。

公知の嗅気型漏洩検出器は、ガス漏洩の検出に用いられるものであり、嗅気型プローブが分析対象ガスを吸い込み、吸い込まれたガスを、ガス中の個々の成分を識別可能な検出器に供給する。例えば、特許文献１（国際公開第２００９／０３３９７８号）に記載の嗅気型プローブが知られており、ここでは、約３００ｓｃｃｍの計測ガス流を試験ガスセンサに供給する嗅気型プローブが記載されている。必要に応じ、距離のはなれた嗅気型プローブの感度を高めるため、第二の引込ラインを設けておよそ３０００ｓｃｃｍのガス流を生ぜしめてもよい。このガス流より、３００ｓｃｃｍの計測ガス流が分岐される。計測用ガス流は、試験ガスを透過可能な膜に供給される。

特許文献２（国際公開第２０１０／０９４５８２号）は、狭窄絞り弁を介して、嗅気型プローブの吸引ラインを真空ポンプの中間入口と接続する基本的原理を記載している。しかし、この文献では、本請求項１の前段部に記載の、複数の引込ラインをそなえた嗅気型プローブについては、何ら記載されていない。

また、ヘリウムまたは水素を分析する質量分析計も知られている。質量分析計は、ターボモレキュラーポンプに接続され、ポンプの出口は、予備排気ポンプに接続され、計測ガス流は、ポンプの入り口に向けて供給される。技術的理由により、計測ガスの流量はおよそ５０ｓｃｃｍにすぎない。従来、質量分析型漏洩検出器は、５０ｓｃｃｍの小さなガス流量でも十分となる真空条件下で使用されている。ターボモレキュラーポンプと質量分析計の入口に対しては、およそ３００ｓｃｃｍの嗅気型プローブの計測ガス流量は大きすぎるので、複数の引込ラインを備えた嗅気型プローブを操作するためには従来の質量分析型漏洩検出器は不適当である。

国際公開第２００９／０３３９７８号 国際公開第２０１０／０９４５８２号

本発明は、漏洩の嗅ぎ取り式検出に使用される、嗅気型プローブの吸引流を変更可能な質量分析型漏洩検出器を提供することを目的とする。

本発明に係る嗅気型漏洩検出器は、請求項１に記載の特徴によって規定される。

この構成では、質量分析計は、分析ガス吸引用の複数の引込ラインを備えた嗅気型プローブに接続されている。複数の引込ラインにより、引込まれるガス流の変更が可能となる。本発明によれば、嗅気型漏洩検出器は、少なくとも三つの排気区画（ステージ）を有する真空ポンプとともに作動し、該真空ポンプの入口区画は、予備排気ポンプ（予備真空ポンプ）を構成し、これに続く複数の排気区画により、嗅気型プローブに対し、変更・選択可能な引込流が提供される。

入口区画は、安定した予備真空圧を生じるため、狭窄絞り弁（ｂｌｏｃｋｅｄ ｔｈｒｏｔｔｌｅ）を介してターボモレキュラーポンプの出口に接続される。ターボモレキュラーポンプ出口の狭窄絞り弁は、好ましくは、およそ３０〜７０ｓｃｃｍ、特には５０ｓｃｃｍのガス流を生成する。多段式真空ポンプの続く排気区画間には、それぞれ中間インレット（中間入口）が設けられており、大きさの異なるガス流を引込むよう構成されている。中間インレットは、嗅気型プローブの、それぞれ別の引込ラインに接続されている。中間インレットは、入口区画の後ろにあって、後続区画の前に設けられており、嗅気型プローブの計測ガスライン用の計測ガス流を生成する。好ましくは、この計測ガス流は、およそ２００〜４００ｓｃｃｍ、より好ましくは、およそ３００ｓｃｃｍの流量を有する。この計測ガスラインから、ターボモレキュラーポンプの入口に導かれるラインが分岐しており、該ラインにも、狭窄絞り弁を設け、質量分析計に必要なおよそ５０ｓｃｃｍ（３０ｓｃｃｍから７０ｓｃｃｍ）の入口流を生成してもよい。

次の中間インレットは、大きなガス流、好ましくは２０００〜４０００ｓｃｃｍ、より好ましくはおよそ３０００ｓｃｃｍの大きなガス流を生成する。この大きなガス流を生成する中間インレットは、嗅気型プローブの、別の吸引ラインに接続される。この中間インレットは、必要に応じ、接続および／または解放され、嗅気型プローブ入口で大きな引込流を構成してもよい。この大きな引込流より、計測ガスライン用に、およそ３００ｓｃｃｍの小さな吸引流が分岐される。なお本明細書で、「およそ」とは、基準値からのゆらぎがプラスマイナス１０％となる値を示すものとする。

真空ポンプは、四段階真空ポンプであって、最初の二段階は並列接合され、ターボモレキュラーポンプの予備排気ポンプを構成するものであることが特に好ましい。このようにして得られる大きな吸引容量は、Ｂ点におけるオリフィス（開口）の背後にできるだけ低い圧力を生成し、この開口による流れの閉塞を確実化するために必要である。

本発明により、複数の引込ラインを有する嗅気型プローブを質量分析式漏洩検出に利用することが可能となる。多段式の真空ポンプは、嗅気型プローブの各種の引込ラインの部分ガス流と、質量分析計のターボモレキュラーポンプ用の予備真空圧の両方を生成する。予備排気ポンプと、嗅気型プローブ用の部分ガス流のポンプステージとの分離は必要とされない。入口区画は、ガス流を狭窄する絞り弁を介し、ターボモレキュラーポンプに接続され、試験ガスの検出のために十分に安定なガス圧を生成するからである。嗅気型プローブ用の大きなガス流が接続され、また離接されても、ターボモレキュラーポンプに作用するガス負荷は変化せず、または無視し得る程度の微差を示すにすぎない。よって、嗅気型プローブの異なる引込ラインの接続または断絶による圧力のゆらぎは、ターボモレキュラーポンプの出口ラインにおける一次圧には影響を与えない。特に、個々の引込ラインを必要に応じて個別に接続または断絶することにより、同じ真空ポンプを使用して、嗅気型プローブにおいて、およそ３００ｓｃｃｍあるいはおよそ３０００ｓｃｃｍの引込流量を生成することができ、該真空ポンプは、質量分析計の予備排気圧に影響する嗅気型プローブの高いガス流量をきりかえることなく、質量分析計の予備排気ポンプを構成する。

嗅気型プローブの複数の引込ラインのうち、一つのラインは、分析ガスを吸引する計測ガスラインとして構成することができる。この計測ガスラインは、質量分析計のターボモレキュラーポンプと接続される。嗅気型プローブの自余の引込ラインは、計測ガスラインが分析用のガスを引き込むガス流の流量を変化させるために用いることができる。例えば、一以上の引込ラインを接続することにより、ガス流量は増加できる。あるいは、複数の引込ラインのうち一本を選択し、そのラインを計測用ガスラインとしてターボモレキュラーポンプと接続してもよい。そして、複数の吸引ラインのうち一本のラインのみが作動する。

本発明の一実施形態を示すブロック図である。

以下、本発明の一例となる一実施形態を図面を参照して説明する、図１は例示的な一実施形態を示すブロックダイアグラムである。

質量分析計１２は、従来と同様、ガス質量分析用のターボモレキュラーポンプ１４に接続されている。ターボモレキュラーポンプ１４は、入口（インレット）１６と出口（アウトレット）１８を有する。個々の入口１６および出口１８において、およそ５０ｓｃｃｍのガス流が存在する。出口１８は、予備排気ポンプ２０に接続されている。予備排気ポンプ２０は、多段階真空ポンプ２８の入口区画２２により規定される。

真空ポンプ２８は、四つの排気区画（ステージ）を有し、最初の二つの排気区画３０、３２は並列して接続され、入口区画２２を構成する。第一の中間インレット３４が、入口区画２２と中間区画２４の間に設けられている。中間ステージ２４と出口区画２６の間に、別の中間インレット３６が規定される。排気区画３０、３２、２４、２６のそれぞれは、膜ポンプにより構成されている。第一の中間インレット３４は、嗅気型プローブの計測ガスライン３８と接続される。計測ガスライン３８は、嗅気型プローブの第一の引込ラインである。嗅気型プローブの他の引込ライン４０は、第二の中間インレット３６と接続されている。

出口区画２６により、およそ２７００ｓｃｃｍのガス流が第二の中間インレット３６中と、嗅気型プローブの第二の引込ライン４０中に生成される。中間区画２４により、およそ３００ｓｃｃｍのガス流が第一の中間インレット３４中と、嗅気型プローブの計測ガスライン３８中に生成される。計測ガスライン３８は、ガス流を閉塞する絞り弁４２を介して第一の中間インレット３４に接続され、計測ガスライン３８からのガス流の分岐箇所に安定した圧力を生ぜしめる。ターボモレキュラーポンプの入口１６に供給される部分流は、他の狭窄絞り弁４４を通じて輸送され、ターボモレキュラーポンプ１４の入口１６と質量分析計１２が必要とするおよそ５０ｓｃｃｍの安定したガス流を生成し、保持する。

第二の中間インレット３６を通じて供給される第二の引込ライン４０の大きなガス流は、必要に応じ、嗅気型プローブと接続し、嗅気型プローブの吸い込み口（インレット）において、およそ３０００ｓｃｃｍの大きな引込流を形成してもよい。この引込流より、計測ガスライン３８は、およそ３００ｓｃｃｍの計測ガス部分流をひきこむ。必要に応じ、嗅気型プローブに第二の吸引ガスライン４０を接続すれば、嗅気型プローブからの距離が大きい嗅気型漏洩検出器の感度を高める。ターボモレキュラーポンプの出口１８は、狭窄絞り弁４６を介し、予備排気ポンプ２０、すなわち、真空ポンプ２８の入口区画２２と接続される。

絞り弁４６に補助されて、十分に安定なガス圧、つまりは十分に安定なガス流が、ターボモレキュラーポンプ１４の出口１８に形成され、そのガス圧やガス流は、嗅気型プローブに対し、第２の吸引ガスラインが接続され、あるいは離接された場合にも影響されることはない。

絞り弁４２、４４、４６を用いて閉塞することにより、優勢な圧力、流量条件にかかわらず、所定値を超えない安定したガス圧が生成される。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
〔態様１〕
水素またはヘリウムを分析する質量分析計（１２）と、
前記質量分析計（１２）と接続され、出口（１８）が予備排気ポンプ（２０）と接続されるターボモレキュラーポンプ（１４）と、
複数の引込ライン（３８、４０）を有し、前記ターボモレキュラーポンプ（１４）の入口（１６）と接続された嗅気型プローブと
を備えた嗅気型漏洩検出器において、
前記予備排気ポンプ（２０）は、少なくとも三つの排気区画を備える真空ポンプ（２８）の入口区画（２２）により構成され、該入口区画（２２）は、前記ターボモレキュラーポンプ（１４）の出口（１８）と、狭窄絞り弁（４６）を介して接続され、
前記真空ポンプ（２８）の互いに隣接する排気区画（２２、２４、２６）間に、それぞれ中間インレット（３４、３６）が設けられ、
前記中間インレット（３４、３６）のそれぞれは、前記嗅気型プローブのそれぞれ異なる引込ラインと接続され、吸引ライン（３８）としての少なくとも一つ引込ライン（３８、４０）は、異なるガス流を得るため、ターボモレキュラーポンプ（１４）の入口（１６）と接続されていることを特徴とする、
嗅気型漏洩検出器。
〔態様２〕
態様１に記載の嗅気型漏洩検出器であって、前記真空ポンプ（２８）が少なくとも四つの排気区画を備え、最初の二つの排気区画（３０、３２）は並列して接続されて前記予備排気ポンプ（２０）を構成することを特徴とする、嗅気型漏洩検出器。
〔態様３〕
態様２に記載の嗅気型漏洩検出器であって、前記真空ポンプ（２８）が４段式膜ポンプであって、その出口区画（２６）が２０００〜４０００ｓｃｃｍのガス流を生成し、その最後から二つ目の排気区画（２４）が２００〜４００ｓｃｃｍのガス流を生成することを特徴とする、嗅気型漏洩検出器。
〔態様４〕
態様１〜３のいずれか一態様に記載の嗅気型漏洩検出器であって、吸引ライン（３８）は狭窄絞り弁（４２）を介し、中間インレット（３４）と接続されていることを特徴とする、嗅気型漏洩検出器。
〔態様５〕
態様１〜４のいずれか一態様に記載の嗅気型漏洩検出器であって、排気区画（２２、２４、２６）のそれぞれについて引込ライン（３８，４０）において引込流が生成され、該引込流は、その流量が引込流より分岐してターボモレキュラーポンプ（１４）にむかい、質量分析計（１２）に供される計測ガス流の少なくとも５倍の大きさを有することを特徴とする嗅気型漏洩検出器。
〔態様６〕
態様１〜５のいずれか一態様に記載の嗅気型漏洩検出器であって、ターボモレキュラーポンプ（１４）の入口流量がおよそ３０〜７０ｓｃｃｍ、好ましくはおよそ５０ｓｃｃｍであることを特徴とする、嗅気型漏洩検出器。
〔態様７〕
態様１〜６のいずれか一態様に記載の嗅気型漏洩検出器であって、ターボモレキュラーポンプ（１４）の吸引ライン（３８）は、狭窄開口（４４）を有し、これが前記ターボモレキュラーポンプ（１４）の入口流を調整することを特徴とする、嗅気型漏洩検出器。

１２ 質量分析計
１４ ターボモレキュラーポンプ
１６ ターボモレキュラーポンプ入口
１８ ターボモレキュラーポンプ出口
３８、４０ 引込ライン
４２、４６ 狭窄絞り弁
４４ 狭窄開口
２０ 予備排気ポンプ
２２ 入口区画
２４、２６、３０、３２ 排気区画
２８ 真空ポンプ
３４、３６ 中間インレット

Claims (7)

1. 水素またはヘリウムを分析する質量分析計（１２）と、
   前記質量分析計（１２）と接続され、出口（１８）が予備排気ポンプ（２０）と接続されるターボモレキュラーポンプ（１４）と、
   複数の引込ライン（３８、４０）を有し、前記ターボモレキュラーポンプ（１４）の入口（１６）と接続された嗅気型プローブと
   を備えた嗅気型漏洩検出器において、
   前記予備排気ポンプ（２０）は、少なくとも三つの排気区画を備える真空ポンプ（２８）の入口区画（２２）により構成され、該入口区画（２２）は、前記ターボモレキュラーポンプ（１４）の出口（１８）と、狭窄絞り弁（４６）を介して接続され、
   前記真空ポンプ（２８）の互いに隣接する排気区画（２２、２４、２６）間に、それぞれ中間インレット（３４、３６）が設けられ、
   前記中間インレット（３４、３６）のそれぞれは、前記嗅気型プローブのそれぞれ異なる引込ラインと接続され、吸引ライン（３８）としての少なくとも一つ引込ライン（３８、４０）は、異なるガス流を得るため、ターボモレキュラーポンプ（１４）の入口（１６）と接続されていることを特徴とする、
   嗅気型漏洩検出器。
2. 請求項１に記載の嗅気型漏洩検出器であって、前記真空ポンプ（２８）が少なくとも四つの排気区画を備え、最初の二つの排気区画（３０、３２）は並列して接続されて前記予備排気ポンプ（２０）を構成することを特徴とする、嗅気型漏洩検出器。
3. 請求項２に記載の嗅気型漏洩検出器であって、前記真空ポンプ（２８）が４段式膜ポンプであって、その出口区画（２６）が２０００〜４０００ｓｃｃｍのガス流を生成し、その最後から二つ目の排気区画（２４）が２００〜４００ｓｃｃｍのガス流を生成することを特徴とする、嗅気型漏洩検出器。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の嗅気型漏洩検出器であって、吸引ライン（３８）は狭窄絞り弁（４２）を介し、中間インレット（３４）と接続されていることを特徴とする、嗅気型漏洩検出器。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の嗅気型漏洩検出器であって、排気区画（２２、２４、２６）のそれぞれについて引込ライン（３８，４０）において引込流が生成され、該引込流は、その流量が引込流より分岐してターボモレキュラーポンプ（１４）にむかい、質量分析計（１２）に供される計測ガス流の少なくとも５倍の大きさを有することを特徴とする嗅気型漏洩検出器。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の嗅気型漏洩検出器であって、ターボモレキュラーポンプ（１４）の入口流量が３０〜７０ｓｃｃｍであることを特徴とする、嗅気型漏洩検出器。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の嗅気型漏洩検出器であって、ターボモレキュラーポンプ（１４）の吸引ライン（３８）は、狭窄開口（４４）を有し、これが前記ターボモレキュラーポンプ（１４）の入口流を調整することを特徴とする、嗅気型漏洩検出器。

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