JP6533341B2 - バルブ用耐圧検査装置とその検査方法並びに水素ガス検出ユニット - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ボールバルブやグローブバルブ等の各種のバルブの弁箱の耐圧検査装置とその検査方法に関し、特に、簡易な構成で迅速かつ高精度に耐圧検査を実施可能なバルブ用耐圧検査装置とその検査方法並びに水素ガス検出ユニットに関する。

従来、バルブには高い耐圧性が要求され、その製造時におこなわれる圧力試験として、耐圧部の強度・漏れの有無を確認する弁箱耐圧試験（シェルテスト）、弁座からの漏れの有無を確認する弁座漏れ試験（シートテスト）などがおこなわれ、これらにより、出荷前のバルブが検査される。このうち、弁箱耐圧試験としては、例えば、水没法、スニッファー法、真空チャンバー法などにより耐圧検査がおこなわれる。水没法は、内部を気体で加圧した試験体を水中に浸漬させ、試験体内部からの泡で漏れを検出するものであり、スニッファー法は、試験体内にサーチガスを入れ、試験体の外側に流出するガスにプローブを近接させてこのプローブで漏れを検出するものである。また、真空チャンバー法は、試験体を真空容器内に収納し、試験体内部にサーチガスを入れ、試験体から真空容器へ流出したガスを検出するものである。

一方、特許文献１における容器の漏洩検出装置では、中空の装置本体にガスセンサを多数配置したセンサウォールを設け、ガスセンサで装置本体に収容した供試容器に圧入したガス漏れを監視する技術が開示されている。この技術によると、多数個のガスセンサで検知することで、ガス漏れの発生に加えて供試容器の漏洩個所の検出も可能であるとされている。

実開平５−２０４５号公報

しかしながら、前述の水没法による弁箱耐圧試験でバルブを検査する場合、試験体のバルブ内部からの気泡を目視で確認するために熟練を要し、作業者によっては発生した泡を見落とす可能性もあるため、検査結果に誤差が生じることがある。さらに、検査後には、バルブに付着した水滴を除去するなどの後処理も必要になることで試験装置の構成が複雑になり自動化も困難になる。スニッファー法の場合には、バルブ内部から漏れが生じている場合にも、その漏れ位置にプローブが直接当たっていない場合には計測が難しくなり、これにより、試験体全体の検査に時間がかかることになり、プローブ操作にも熟練を要するという問題も有している。真空チャンバー法の場合、検査時には、真空状態に至るまでの時間を要するために検査の効率が悪くなり、しかも、漏れが生じているときでも、その漏れ位置を特定することができない。さらに、真空吸引することで空気の流れが生じるため、チャンバー内に温度変化が生じてセンサの感度が低下するおそれもある。

一方、後述の特許文献１の容器の漏洩検出方法の場合、センサウォールと供試容器との隙間が狭くなることから、供試容器から漏れ出たガスが局所的に滞留してセンサまで届かずに、漏れを検知できなくなるおそれがある。センサウォールで供試容器を完全に覆ったときには、供試容器から漏れ出ようとするガスの流れが妨げられることで漏れを検知できなくなる場合もある。
これらのデメリットに加えて、この漏洩検出方法をバルブに適用する場合には、バルブは、その種類や、呼び圧力、呼び径などによって供試品としての形状や大きさが異なるために、これらの違いに対応するために大きめのセンサウォールが必要になる。しかし、センサウォールに比較して試験体が小さくなると、この試験体とセンサとの距離が開き過ぎて漏れを検知できなくなることがある。

本発明は、従来の課題を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、大きさや形状の異なるバルブに対しても、簡易な構成で検査結果の誤差を防ぎつつ迅速かつ高精度に耐圧検査を実施して外部漏れの検出並びにその発生位置を特定でき、バルブに後処理を施す必要がなく、自動化により大量処理も可能なバルブ用耐圧検査装置とその検査方法並びに水素ガス検出ユニットを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、供試弁が外部から密封されることなく隔離された状態で収容されるカバーと、このカバーの内側には、サーチガスが封入された供試弁の外面の近接位置まで接近方向に移動可能なセンサとが備えられ、このセンサは、供試弁からの外部漏れのサーチガスの滞留領域まで移動可能なガスセンサであるバルブ用耐圧検査装置である。

請求項２に係る発明は、ガスセンサは、供試弁内に封入されるサーチガスである水素を含む気体からなる水素と窒素との混合気体中の水素の外部漏れを検出可能な水素センサであるバルブ用耐圧検査装置である。

請求項３に係る発明は、カバーは、ボールバルブからなる供試弁の両側に形成されたフランジ部が上下位置に配設可能な円筒状に形成されると共に、上部位置に配設されたフランジ部の背面のサーチガスの滞留領域にガスセンサが移動可能に設けられているバルブ用耐圧検査装置である。

請求項４に係る発明は、グローブ弁からなる供試弁のステムが上向きの状態で載置可能に設けられ、グローブ弁の上部に装着されたキャップ部付近のサーチガスの滞留領域にガスセンサが移動可能に設けられているバルブ用耐圧検査装置である。

請求項５に係る発明は、供試弁の両側に形成されたフランジ部がシール状態でクランプされるフランジ状の治具を有すると共に、カバーは、治具によるフランジ部のクランプ状態で、供試弁を外部から隔離或は露出可能にクランプ方向に往復動可能に設けられているバルブ用耐圧検査装置である。

請求項６に係る発明は、ガスセンサには、供試弁の接近又は離反方向に角度調整可能な回転駆動機器が取付けられているバルブ用耐圧検査装置である。

請求項７に係る発明は、カバーには、当該カバー内部の気体を排出する排気ファンが備えられているバルブ用耐圧検査装置である。

請求項８に係る発明は、カバー内に供試弁を外部から密封されることなく隔離した状態で収容すると共に、この供試弁を成す部品の接合部外面の近接位置であるサーチガスの滞留領域までガスセンサを接近方向に移動させ、供試弁にサーチガスを封入したときにガスセンサにより供試弁からのサーチガスの外部漏れを検出するようにしたバルブ用耐圧検査方法である。

請求項９に係る発明は、ガスセンサは、供試弁内に封入されるサーチガスである水素を含む気体からなる水素と窒素との混合気体中の水素の外部漏れを検出可能な水素センサであるバルブ用耐圧検査方法である。

請求項１０に係る発明は、バルブ用耐圧検査装置に用いられる水素ガス検出ユニットであって、複数の水素センサがデジタル・ポテンショメータに接続され、これらの水素センサの基準電圧がマイコンを介して一定値に揃えられる調整機能を有する水素ガス検出ユニットである。

請求項１１に係る発明は、マイコンは、各水素センサの基準電圧が異なる場合に、これら異なる基準電圧をデジタル・ポテンショメータを調整することにより判定用電圧を設定し、この判定用電圧に対して水素を検知する電圧を設定する機能を有する水素ガス検出ユニットである。

請求項１２に係る発明は、マイコンは、デジタル・ポテンショメータにより供試弁の測定した抵抗値を記憶し、この抵抗値を基に次の検査用供試弁に対して抵抗値の調整を開始することにより、各水素センサの基準電圧の設定にかかる時間を短縮する機能を有する水素ガス検出ユニットである。

請求項１に係る発明によると、供試弁が外部から隔離された状態で収容されるカバーと、このカバーの内側に供試弁の外面の近接位置まで移動可能なセンサとを有し、センサが供試弁からの水素等のサーチガスの外部漏れを検出可能なガスセンサであることにより、大きさや形状の異なるバルブに対しても、簡易な構成で供試弁の外部漏れのおそれのある部品の接合部外面にガスセンサを近接させ、検査結果の誤差を防ぎつつ迅速かつ高精度に耐圧検査を実施して外部漏れの検出やその発生位置もガスセンサで特定できる。水没式の耐圧検査のように、水滴を除去する等のバルブへの後処理も必要ないため、自動化が可能であり大量に連続処理することも可能になる。

請求項２に係る発明によると、ガスセンサは、サーチガスである水素を含む気体からなる水素と窒素との混合気体中の水素の外部漏れを検知可能な水素センサであることにより、外部漏れの発生時に供試弁の周りに水素を安全に滞留させ、この性質を利用して微量な外部漏れでも正確に検出する。

請求項３に係る発明によると、カバーを筒状に形成していることで供試弁の両側のフランジ部を上下位置に配設しながらカバー内の所定位置に配置し、この供試弁に対してガスセンサを上部位置に配設されたフランジ部の背面のサーチガスの滞留領域に移動させた状態で耐圧検査することで、特に上部のフランジ部より下方における接合部外面からの外部漏れを確実に検出可能になる。

請求項４に係る発明によると、グローブ弁からなる供試弁を、ステムが上向きの状態でカバー内に収容し、この供試弁の滞留領域に漏れ出したサーチガスを溜め、ガスセンサを近接させることにより耐圧検査をおこなって外部漏れを確実に検出可能になる。

請求項５に係る発明によると、フランジ状の治具で供試弁両側のフランジ部をクランプすることにより、フランジ部と治具との間の無用な漏れを防止した状態で耐圧検査を実施でき、治具によるクランプ状態で供試弁を外部から隔離或は露出できることで、カバー外部への気体の漏れを防止し、供試弁の着脱も容易になる。これにより、カバーに連続して供試弁を着脱し、耐圧検査の自動化も可能になる。

請求項６に係る発明によると、水素センサをサーボモータなどの回転駆動機器で供試弁の接近又は離反方向に角度調整可能にすることで、外面が凹凸形状の供試弁であっても水素センサを外部漏れの発生するおそれのある位置まで接近させて漏れを高精度に検出し、一方、水素センサを供試弁の離反方向に動作させることで、この水素センサが邪魔になることなくカバー内の所定位置に供試弁を配置したり、容易にカバーから取外しできる。

請求項７に係る発明によると、カバー内の水素を排気ファンで外部に排出して外部漏れ検査後の水素の残留を防止し、同じカバーを用いて異なる供試弁を連続して耐圧検査する場合であっても、外部漏れの有無やその発生位置、漏れ量を正確に検出する。

請求項８に係る発明によると、カバー内に大きさや形状の異なるバルブを収容し、このバルブに対してガスセンサを有する簡易な構成で検査結果の誤差を防ぎつつ、迅速かつ高精度に外部漏れやその発生位置を検出できる。水没式の検査のように水滴除去などのバルブへの後処理も必要ないため、自動化が可能であり大量に連続処理可能になる。

請求項９に係る発明によると、外部漏れの発生時に供試弁の周りに水素を安全に滞留させ、この性質を利用して微量な外部漏れでも正確に検出する。

請求項１０に係る発明によると、複数の水素センサの基準電圧を一定値に揃えていることにより、水素センサの感度を均一化させて水素ガスを高精度に検出可能となる。

請求項１１に係る発明によると、各水素センサの異なる基準電圧をアジャストでき、この基準電圧に対して確実に外部漏れを検出する判定用の電圧を設定可能となる。

請求項１２に係る発明によると、供試弁の抵抗値を記憶し、この抵抗値を基に次の供試弁に対して抵抗値の調整を開始することで、次の供試弁に対する抵抗値付近に達するまでの工程を省略して水素センサの基準電圧の設定にかかる時間を短縮し、自動化時の検査能率を高めることができる。

本発明のバルブ用耐圧検査装置の斜視図である。 図１の中央縦断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。（ａ）は、センサが接近した状態を示すＡ−Ａ断面図である。（ｂ）は、センサの待機状態を示すＡ−Ａ断面図である。 センサとモータの取付け状態を示す斜視図である。 本発明のバルブ用耐圧検査装置を用いた耐圧検査設備の一例を示すブロック図である。 水素ガス検出ユニットのブロック図である。 本発明のバルブ用耐圧検査装置の動作プロセスを示す斜視図である。 グローブ弁の中央断面図である。 グローブ弁へのセンサの配置状態を示す模式図である。

以下に、本発明におけるバルブ用耐圧検査装置とその検査方法並びに水素ガス検出ユニットを実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１においては、本発明のバルブ用耐圧検査装置の斜視図、図２は、図１の中央縦断面図を示している。本発明の耐圧検査装置は、被検査物である供試弁に水素を含む気体を封入し、この供試弁からの外部への水素の漏れを検出することで弁箱耐圧試験（耐圧検査）をおこなうために用いられる。

図１、図２に示すように、供試弁１は、例えば、ボールバルブからなり、このボールバルブ１は、ボデー部２とカバー部３とを有し、内部にステム４やボール５等が組み込まれた状態で、これらボデー部２とカバー部３とが一体化されて構成される。ボデー部２とカバー部３との接合部分にはガスケット６が装着され、このガスケット６によりこれらの間がシールされている。ステム４は、積層されたパッキン７を介してグランド部材８によりネック部９内に回動自在に装着され、パッキン７によりボデー部２とステム４、グランド部材８の間がシールされている。バルブ１の両側にはフランジ部１０、１０が形成され、このフランジ部１０を含めてバルブの外面が凹凸形状に形成されている。

耐圧検査時に、上記供試弁１に封入される気体（サーチガス）としては、例えば、水素を含む気体が用いられ、このうち、拡散性を有するトレーサガスとして５％水素、不活性のガスとして９５％窒素をそれぞれ含有する混合気体が用いられる。この混合気体は、耐圧試験時に外部漏れがある場合、供試弁１を成す部品である前記ボデー部２とカバー部３との接合部やグランド部材８の装着部付近から漏れ出す性質を有している。５％水素の気体は不燃性の高圧ガスであるため、安全に使用可能になっている。サーチガスは、水素を含む気体の他にも各種の気体を用いることが可能であり、例えば、ヘリウムガスやメタンガスを用いた場合にも、水素含有の混合気体と同様に拡散性が高くなる。

図１、図２において、本発明のバルブ用耐圧検査装置は、カバー２０、円弧状板材２１、センサ２２、回転駆動機器（本実施においてはサーボモータ）２３、治具２４を有し、供試弁１の弁箱耐圧試験を実施する際に用いられる。

カバー２０は、例えば、透明或は半透明のアクリル樹脂等の樹脂材料により円筒状に形成され、この円筒部分の直径は、供試弁１の両側のフランジ部１０よりも大きく設けられる。これにより、カバー２０内には、フランジ部１０が上下位置に配設された状態で、供試弁１が収容可能となる。この場合、供試弁１のボデー部２とカバー部３との接合部分から外部漏れが生じたときに、上方に位置するフランジ部１０の背面側が水素の滞留領域Ｒとなり、この滞留領域Ｒ付近に、前記フランジ部１０より下方において漏れ出した水素が特に溜まりやすくなっている。このカバー２０は、大きさや形状の異なるバルブに対しても共用できるものとしている。

カバー２０の上端側には上部側板３０が固着され、一方、カバー２０の下端側には下部側板３１がカバー２０に対して接離可能に設けられている。これら側板３０、３１により、カバー２０の内側が被蓋されてチャンバー機能を有し、カバー２０内に供試弁１が収容されたときに、この供試弁１が外部から隔離された状態となる。このとき、カバー２０下端が下部側板３１に密着していないため、カバー２０内部が外気に連通し、これにより、カバー２０内部に若干の空気の流れが生じて水素の局所的な滞留が防がれる。そのため、後述のセンサ２２による外部漏れの検出が容易となる。

このように、本発明における「外部から隔離された状態」とは、カバー２０内が密封状態となることを意味せず、外部の風などの影響が供試弁１に及ぶことを防止すると共に、カバー２０内において、供試弁１から漏れ出た水素が検査時間内にセンサ２２に到達する程度の、気体の流れを許容できる状態をいう。

カバー２０には、このカバー２０内部に残留する混合気体等の気体を排出する排気ファン３２が設けられているとよい。この場合、図において、排気ファン３２はカバー２０の上部側に取付けられているとよく、このときには、空気よりも軽い水素が排気ファン３２により効率的に排気される。

図４に示すように、円弧状板材２１は、内周側に供試弁１を装入可能な大きさのＣ字形の円弧状に形成され、棒状の保持部材３３、３３により、カバー２０の内側の所定高さの二箇所に相互に略平行状態に位置決め固定される。これにより、カバー２０の上下動に伴って、円弧状板材２１もこのカバー２０と一体に上下動する。各円弧状板材２１には、センサ２２が三箇所に等間隔で備えられている。

センサ２２は、供試弁１からのサーチガスである水素の外部漏れを検出可能な水素センサによるガスセンサからなり、この水素センサ２２が、水素を含む気体が封入された供試弁１の外面の近接位置まで移動可能に設けられている。これにより、供試弁１内に封入される水素と窒素との混合気体中の水素の外部漏れが検出可能となる。サーチガスとして、ヘリウムガスを用いる場合には、気体熱伝導式センサを用いるようにすればよい。

図４に示すように、水素センサ２２は、円弧状板材２１に固定されたサーボモータ２３に設けられた回転軸２３ａに取付けられ、この回転軸２３ａの回転により、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、円弧状板材２１の内周側に装着された供試弁１の接近又は離反方向に回動可能に設けられて供試弁１に対して角度調整可能になっている。図３（ａ）においては、図２のＡ−Ａ断面において、耐圧検査時に水素センサ２２の水素測定部位を供試弁１外面の近接位置まで移動（回転）させた状態、図３（ｂ）においては、図２のＡ−Ａ断面において、水素センサ２２の待機状態を示しており、このとき、空間αが水素センサ２２を取付けた円弧状板材２１と供試弁１との隙間となり、水素センサ２２と供試弁１との接触を回避しながら、供試弁１をカバー２０に着脱可能になる。

水素は拡散性の気体として知られているが、比較例として、図１、図２におけるカバー２０内部上方のみに水素センサ２２を配置し、５％水素・９５％窒素の混合気体を用いてグランド部材８付近から意図的に外部漏れを発生させてみたところ、所定の検査時間内では、水素センサ２２により検知することができなかった。これに対し、水素センサ２２を供試弁１に徐々に近接させたところ、上記の混合ガスは外部漏れの発生部分で滞留していることが判明したため、上述のように、検査時に水素センサ２２を供試弁１の外面の近接位置まで移動することとしたものである。

そして、前述のように、図１、図２に示す供試弁１において、上方に位置するフランジ部１０の背面側が、いわゆる傘の機能を呈し、漏れ出た水素が溜まりやすくなるので、この滞留領域Ｒ付近の供試弁１の外周に、サーボモータ２３で水素センサ２２を回転調節の上、近接させるのが好適である。
本実施形態においては、この滞留領域Ｒにおいて、３個の水素センサ２２を略１２０°間隔で配置すると共に、下方に位置するフランジ部１０の上方で且つグランド部材８に近接した高さで、更に３個の水素センサ２２を略１２０°間隔で配置し、計６個の水素センサ２２を用いている。

ここで、上記の水素センサ２２について詳述する。本実施形態における水素センサ２２は、所定の電圧印加により、外部漏れした水素の濃度に応じた電圧を出力するモジュールからなっている。耐圧検査前には、抵抗調整用のボリュームにより出力電圧を変えて、水素センサ２２の暖機状態や大気中の水素濃度の変化に応じて感度調整を精細におこなう必要があるが、この感度調整を手動で実施する場合、調整が面倒であり自動化する場合にも妨げとなる。
また、微小な漏れを検知するためには、１個の水素センサ２２であると検出に時間を要することになる。

これらの要因から、前述したように６個の水素センサ２２をそれぞれサーボモータ２３で制御するようにし、このとき、マイコン制御により６個の水素センサ２２の抵抗調整をほぼ同時におこなうようにした。回転駆動機器としては、サーボモータの他、図示しないステッピングモータなどの他の機器を用いてもよい。

図６においては、水素ガス検出ユニット（以下、ユニット本体４０という）のブロック図を示している。ユニット本体４０は、水素センサ２２、定電圧電源４１、デジタル・ポテンショメータ４２、マイコン４３、デジタル表示部４４を有している。図に示すように、具体的には、６個の水素センサ２２を制御する基板上のデジタル・ポテンショメータ４２に配線し、マイコン４３で出力電圧を読み込みながら、各チャンネルの抵抗値をスライドさせて基準となる電圧に調整する。

使用する水素センサ２２としては、アナログ信号（０−５Ｖ）を出力可能な、市販の半導体式センサが用いられ、例えば、熱線型半導体式水素センサが用いられる。この水素センサ２２は、酸化第二スズ（ＳｎＯ２）などの金属酸化物半導体表面での水素ガスの吸着による電気伝導度の変化を利用するセンサである。この場合、出力電圧が、ガス濃度に対して対数的になって、低濃度でも高感度の出力が可能になることから、耐圧検査装置に適している。各水素センサ２２は、市販のデジタル・ポテンショメータ４２にチャンネル毎に接続される。本実施形態におけるデジタル・ポテンショメータ４２は、６チャンネルに設けられている。

デジタル・ポテンショメータ４２の各チャンネルは、ワイパー接点を有する固定抵抗器を備えており（図示せず）、一方側のＡ端子とワイパー、及びＢ端子とワイパーとの抵抗値を、マイコン４３で出力電圧を読み込みながら調整し、各水素センサ２２の基準電圧を調整するようになっている。

本実施形態のように、複数の水素センサ２２を用いる場合には、その基準電圧を、マイコン４３を介して一定値に揃える調整機能を有していることが好ましい。これにより、各水素センサ２２の感度を均一化して漏れ出した水素ガスを高精度に検出できる。

基準電圧を一定に揃える手段としては、上記のユニット本体４０によれば、デジタル・ポテンショメータ４２を用いて、抵抗値の調整を、２５６ポジションなど細部且つ自動的に行うことができ、アナログの可変抵抗器を用いる場合に比して、正確且つ早期に水素漏れを検知することができる。

なお、本実施形態におけるＡ−Ｂ端子間の固定抵抗値は、０〜５０ｋΩの範囲で任意に設定すると共に、基準電圧を２Ｖに設定している。

この場合、デジタル・ポテンショメータ４２の分解能の性能により、６個の水素センサ２２の基準電圧を２Ｖに揃えることが難しくなり、各水素センサ２２の基準電圧に差が生じる可能性がある。これに対して、ユニット本体４０のマイコン４３は、各水素センサ２２の基準電圧が異なる場合に、これら異なる基準電圧を調整して判定用電圧とし、この判定用電圧に対して水素を検出する電圧を設定する機能を有している。

具体的には、マイコン４３により各水素センサ２２の基準電圧を所定割合で増加させたものを判定用の電圧として用いるようにし、本例では、各水素センサ２２の基準電圧を、例えば５％増加した電圧値（基準電圧の１０５％の電圧値）を判定用電圧とした。このように、それぞれの水素センサ２２の判定用電圧を設定した場合、水素を検知したときには、各水素センサ２２により基準電圧からの電圧増加分を一定量の電圧値の増加分として検知できるため、確実に水素漏れの有無を判定できる。これにより、例えば、特定の水素センサ２２の基準電圧が２Ｖよりも低くなり、判定用電圧も他の水素センサ２２よりも低くなる場合でも、所定割合で増加した電圧を検知することで誤検知を防止できる。

本例では、各水素センサ２２で基準電圧を一定割合（例えば５％）増加させたものを各水素センサ２２の判定用電圧としてアジャストしたが、全ての水素センサ２２に共通の判定用電圧を定めるようにアジャストすることも可能である。この場合、前述した水素センサ２２ごとの基準電圧のバラツキを考慮し、判定用電圧を厳密に設定して誤検知を確実に防止する必要がある。

また、マイコン４３は、供試弁１においてデジタル・ポテンショメータ４２により測定した抵抗値を記憶し、この抵抗値を基に次の検査用供試弁１に対して抵抗値の調整を開始することにより、各水素センサ２２の基準電圧の設定にかかる時間を短縮する機能を有している。
このように、前の供試弁１の抵抗値を利用して次の供試弁１の抵抗値を調整することで、測定した抵抗値を一旦リセットした後に次の抵抗値を測定する場合に比較して、抵抗値付近に達するまでの工程を省略して水素センサ２２の基準電圧の設定にかかる時間を短縮できる。そのため、自動化したときの検査の能率を高めることができる。

供試弁１から水素漏れが生じた場合には、マイコン４３などの制御部における信号処理部（図示せず）を介して、水素ガス濃度に応じた電圧としてデジタル表示部４４に出力される。デジタル表示部４４は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）を有し、このＬＣＤに各水素センサ２２の出力電圧がインジケータ表示される。出力電圧が判定用電圧を上回ったときにも、漏れの検知としてデジタル表示部４４に表示される。図６においては、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６の水素センサ２２は、出力電圧が判定用電圧を下回っている状態を示し、Ｎｏ．４の水素センサ２２の出力電圧が判定用電圧を上回った状態を示し、このＮｏ．４の水素センサ２２が配置された位置で供試弁１からの水素漏れ発生したことを検出した状態を示している。

このように、６個の水素センサ２２を制御しつつ外部漏れを検出することにより、検出能力が向上し、検出時間の短縮や自動化にもつながる。
なお、デジタル表示部４４は任意部品であり、ユニット本体４０に各水素センサ２２の出力値を取り出したり、表示したりする機能を直接または間接的に設ければよい。

一方において、図１、図２に示す治具２４は、供試弁１のカバー２０内への固定用として設けられ、この治具２４は、供試弁１のフランジ部１０がシール状態でクランプ可能なクランプ部材５０とプレート部材５１とを有している。

プレート部材５１は、供試弁１のフランジ部１０を載置可能な円板状に形成され、下部側板３１に一体に固着され、このプレート部材５１に供試弁１の一方のフランジ部１０が載置可能に設けられる。プレート部材５１と下部側板３１には、カバー２０内部に装着された供試弁１に連通可能な図５に示す貫通孔５２が設けられる。

図１、図２において、クランプ部材５０は、円板状のプレート板５３、棒状の操作杆５４を有している。プレート板５３は、供試弁１のフランジ部１０に載置可能な円板状に形成され、このプレート板５３と上部側板３０には、カバー２０内部に装着された供試弁１に連通可能な図５に示す連通孔５５が設けられる。図１、図２に示すように、操作杆５４は、プレート板５３に一体に取付けられ、上部側板３０に対して上下に摺動可能に設けられる。操作杆５４を上下動させたときにはプレート板５３も一体に動作し、操作杆５４を下降させた際に、上部のフランジ部１０が上方から押さえつけられて、プレート部材５１との間に供試弁１が固定保持される。操作杆５４は、図１に示すように２本であればよいが、図７に示すように３本設けられていてもよい。この場合、プレート板５３を三点支持することで、このプレート板の水平状態を維持しながら略均等な力により上部のフランジ部を押さえつけることが可能になる。

クランプ部材５０、プレート部材５１は、フランジ部１０の端面に対して平行に当接可能に設けられているとよく、さらには、クランプ部材５０、プレート部材５１のフランジ部１０との各当接側には、図示しない環状のシール部材が装着されていることが好ましい。この場合、治具２４による供試弁１のクランプ時に、隙間からの漏れを防いで耐圧検査時の誤差をごくわずかに抑えられる。

治具２４による上下のフランジ部１０、１０のクランプ状態においても、カバー２０がクランプ方向に往復動可能になっており、このカバー２０を往復動させることで、クランプ状態の供試弁１が外部から隔離或は露出可能に設けられている。すなわち、カバー２０を上昇させたときには供試弁１が外部に露出され、この状態で操作杆５４を介してプレート板５３を上昇させて供試弁１を取外し可能になる。一方、カバー２０を下降させたときには供試弁１が外部から隔離され、耐圧検査の実施が可能となる。

上述した耐圧検査装置において、カバー２０内に供試弁１を隔離した状態で収容すると共に、供試弁１を成す部品であるボデー部２とカバー部３との接合部外面の近接位置まで水素センサ２２を移動させ、５％水素・９５％窒素の混合気体を供試弁１内に封入したときに、水素センサ２２で供試弁１からの水素漏れを検出して耐圧検査可能になる。

図５においては、上述したバルブ用耐圧検査装置を用いた耐圧検査設備の一例をブロック図にて示したものである。この耐圧検査設備６０において、耐圧検査装置の連通孔５５側には検査側流路６１、貫通孔５２側には換気側流路６２がそれぞれ接続されて、供試弁１の耐圧検査が実施される。

検査側流路６１は、加圧流路６３と排気流路６４とに分岐される。加圧流路６３には、耐圧検査用の水素ガス圧力源６５、圧力調整用のレギュレータ６６、流路開閉用の加圧弁６７、圧力センサ６８が設けられ、排気流路６４には、流路開閉用の排気弁６９が設けられる。一方、換気側流路６２には、弁内換気用のエアー圧力源７０、圧力調整用のレギュレータ６６、流路開閉用の換気弁７１が設けられている。
また、カバー２０には、前述した排気ファン３２が取付けられている。

続いて、上記の耐圧検査設備６０を用いた耐圧検査装置により耐圧検査する場合の手順を、図７を用いて説明する。図７においては、図の簡略化のため、連通孔５５、貫通孔５２と、これらに接続する配管の図示を省略している。

図７（ａ）においては、耐圧検査装置の初期状態であり、カバー２０が下部側板３１から上昇した状態を示している。この状態で、図に示すように、プレート部材５１の所定位置に一方のフランジ部１０を載置しながら供試弁１をセットする。

図７（ｂ）に示すように、下部側板３１を上昇させてクランプ部材５０に上部のフランジ部１０を当接させることにより、供試弁１を治具２４でクランプする。この場合、図５において、排気弁６９のみが開状態であり、加圧弁６７、換気弁７１は閉状態になっている。

図７（ｃ）において、カバー（チャンバー）２０を下降させてその下端を下部側板３１の上面に当接させ、供試弁１を検査装置内に収容して外部から隔離した状態にする。このとき、カバー２０内部は、外気の影響を受けにくい状態で外気と一部連通していることで、完全に密封されていない状態になっている。チャンバー２０の下降後には、図５の排気弁６９を閉状態にし、排気ファン３２を動作させることで、残留するおそれのある混合気体等のガスをチャンバー２０内から排出するようにする。その後、排気ファン３２を止め、前述したように６個の水素センサ２２のゼロアジャストを、図６のユニット本体４０で実施して感度を均一化しておく。

次いで、図７（ｃ）における状態で、図３のサーボモータ２３を動作させて水素センサ２２を図１、図２に示した供試弁１の外面に近接させ、この状態で、図５の排気弁６９の閉状態を維持しながら加圧弁６７を開状態にし、検査側流路６１を通じて連通孔５５から混合気体を供試弁１の内部に封入させて加圧し、所定の検査時間内において、水素センサ２２により水素の外部漏れを検出する。このとき、供試弁１の形状や大きさに応じてサーボモータ２３の回転角度を調整し、供試弁１の外部漏れの発生するおそれの高い部分に水素センサ２２を近接させる。例えば、図示しないが、小サイズの供試弁であるときには、サーボモータ２３の回転角度をより大きくして、水素センサ２２を供試弁１に近接させる。この場合、検出する対象範囲が狭くなることで、上段側の円弧状部材２１に取付けられた３個の水素センサ２２を使用する必要がなくなり検査手順が省略される。

この状態で、各水素センサ２２の出力電圧を、図６に示したユニット本体４０で読み取って、供試弁１からの水素の外部漏れの有無を判定し、耐圧検査を完了するようにする。耐圧検査完了後には、排気ファン３２を動作させると共に、サーボモータ２３を逆回転させて水素センサ２２を供試弁１の離反方向である耐圧検査前の元の位置まで退避させる。さらに、図５の加圧弁６７を閉状態、排気弁６９を開状態に操作し、供試弁１の内部から混合気体を連通孔５５から排気流路６４を介して排気する。

これに続けて、図５において、換気弁７１を開状態にし、弁内換気用のエアー圧力源７０から換気側流路６２を介して貫通孔５２からエアーを吹き込み、供試弁１の内部に残存する混合気体を除去する。これにより、図７において、供試弁１からクランプ部材５０を外したときに、供試弁１の内部に残った気体がチャンバー２０内に充満することを防止している。

これらのように、検査後において、チャンバー２０内に残留する混合気体を排気ファン３２、供試弁１内に残存する混合気体を排気流路６４によりそれぞれ強制的に排気する。このようにすれば、本実施形態のように水素ガスを含有する混合気体をサーチガスとしたときにも、この拡散性の高い水素ガスを迅速に供試弁１内及びチャンバー２０内から排出できる。そのため、異なる供試弁１内に連続して混合気体を連続して供給・排出することで耐圧検査の自動化が可能になり、正確な耐圧検査結果も得られる。

供試弁１内部の換気後には、図５の排気弁６９の開状態を維持しつつ換気弁７１を閉状態に操作し、耐圧検査設備６０の流路内を大気圧状態にした後に、図７（ｂ）に示すようにチャンバー２０を上昇させる。

最後に、図７（ａ）において、クランプ部材５０を上昇させて上部のフランジ部１０への当接を解除することで、供試弁１を取り外し可能になる。供試弁１の取り外し後には、耐圧検査装置が初期状態になることで、別の供試弁１を上記と同様に続けて耐圧検査可能になる。ここで排気ファン３２を止めてもよく、別の供試弁１の検査まで連続して排気ファン３２を動作し続けても良い。

本実施形態におけるバルブの耐圧検査は、例えば、ＪＩＳ Ｂ ２００３（バルブの検査通則）に規定される弁箱耐圧検査の空気圧試験に準じ、呼び圧力１０Ｋ、呼び径５０Ａ以下の鋳鉄製の供試弁１では、前述の混合気体を０．６ＭＰａの試験圧力で弁開状態の供試弁１に封入し、この試験圧力を試験時間である１５秒持続して、供試弁１からの外部漏れの有無を水素センサ２２で検知することによりおこなう。

次に、本発明のバルブ用耐圧検査装置の上記実施形態における作用を述べる。
本発明のバルブ用耐圧検査装置は、供試弁１を隔離状態で収容するカバー２０と、このカバー２０の内側に供試弁１外面の近接位置に移動可能な水素センサ２２とを有し、この水素センサ２２により供試弁１からの水素の外部漏れを検出しているため、耐圧検査時に、供試弁１をなすバルブの種類や、呼び圧力、呼び径などが異なって形状や大きさが変わる場合であっても、外部漏れの生じやすい部分に水素センサ２２を確実に近接させて、漏れの発生やその発生位置を迅速に検出できる。この場合、サーボモータ２３を角度調整して水素センサ２２を供試弁１の外面に極限まで近接させることで、検出精度が向上すると共に検出時間も短縮する。水素センサ２２を含む機械的な自動検出により外部漏れを確認しているため、熟練を要することなく耐圧検査装置を用いた耐圧検査設備６０による簡易な構成で誤差を抑えつつ耐圧検査できる。後処理を要することもなく、耐圧検査の自動化により効率化を図って大量処理することが可能になって検査精度も向上する。

しかも、混合気体として、５％水素・９５％窒素の混合気体を用いていることから、この混合気体が外部漏れしたときに、上下位置に配設したフランジ部１０、１０付近のボデー部２とカバー部３との接合部分やグランド部材８の装着部分付近の滞留領域Ｒに滞留しやすくなる。この滞留領域Ｒを取り囲むように、円弧状板材２１にそれぞれ３個の水素センサ２２を設けているため、これら計６個の水素センサ２２を制御しながら検査を実施して漏れ出した水素の検出能力を向上させ、検出時間を短縮することも可能となる。

耐圧検査を自動化する場合には、例えば、上部側板３０を取付けたカバー（チャンバー）２０、クランプ部材５０の上下移動を制御しつつ、これらチャンバー２０、クランプ部材５０が設けられる耐圧検査の実施位置に、供試弁１を載置したプレート部材５１（下部側板３１）を図示しないコンベア等で連続供給することにより、耐圧検査設備を簡略化しながら短時間で大量に耐圧検査を実施できる。

図８、図９においては、本発明のバルブ用耐圧検査装置の別の供試弁であるグローブ弁８０を示している。図において、グローブ弁８０は、ボデー部８１とボンネット部８２とを有し、このボンネット部８２は、ジスク８３を有するステム８４が螺合されつつ、ボデー部８１に螺子込みにより装着されている。ボンネット部８２の上部には、キャップ部８５が螺着され、このキャップ部８５によりボンネット部８２の内部が封止されている。

上記のグローブ弁８０の場合、ボデー部８１とボンネット部８２、ボンネット部８２とキャップ部８５の各螺合部付近から水素漏れが生じるおそれが高い。そのため、グローブ弁８０が供試弁である場合、図８に示すように、ステム８４が上向きの状態になるようにしながら図１のプレート部材５１に載置し、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、螺合部分である、ボデー部８１とボンネット部８２の周囲の４箇所、ボンネット部８２とキャップ部８５の上部側の１箇所にそれぞれ水素センサ２２を設け、これら各水素センサ２２をサーボモータ２３の回転により供試弁８０の外面の検査位置に近接させるようにすればよい。

この場合、キャップ部８５の螺合部分付近を上部から環状部材８６で覆うようにし、この環状部材８６の底面側近傍に滞留領域Ｒを形成している。環状部材８６の内周側をキャップ部８５の外径と略同径に設けていることで、滞留領域Ｒに主にグローブ弁８０のボデー部８１とボンネット部８２との螺合部から漏れ出した水素を溜めやすくし、この水素を環状部材８６の底面側の４箇所の水素センサ２２で検知する。さらに、キャップ部８５よりも上部側の１箇所の水素センサ２２により、主にボンネット部８２とキャップ部８５との螺合部から漏れ出した水素を検知するようになっている。

これにより、前述したボールバルブ１の場合と同様にして、図１のカバー２０内に供試弁８０を収容した状態で耐圧検査可能となる。本実施形態においては、水素センサ２２は環状部材８６に固定されたサーボモータ２３に取付けられている。なお、ステム８４は、ナットランナ（図示せず）などにより、環状板材８６の中央孔を介して、弁開閉操作が可能になっている。

このように、水素センサ２２の数や、取付け位置、高さを対象となる供試弁に応じて適宜変更することもでき、これによって、異なる仕様の供試弁に応じて適切に耐圧検査を実施できる。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。例えば、本発明は、ボールバルブやグローブバルブ、ゲートバルブ、チャッキバルブ等の各種のバルブの弁箱の耐圧検査に適用できるほか、ストレーナなどの配管機器や、各種の圧力容器の耐圧検査に適用してもよい。

１ ボールバルブ（供試弁）
１０ フランジ部
２０ カバー
２２ 水素センサ
２３ サーボモータ
２４ 治具
３２ 排気ファン
４０ ユニット本体
４２ デジタル・ポテンショメータ
４３ マイコン
Ｒ 滞留領域

Claims (12)

1. 供試弁が外部から密封されることなく隔離された状態で収容されるカバーと、このカバーの内側には、サーチガスが封入された前記供試弁の外面の近接位置まで接近方向に移動可能なセンサとが備えられ、このセンサは、前記供試弁からの外部漏れのサーチガスの滞留領域まで移動可能なガスセンサであることを特徴とするバルブ用耐圧検査装置。
2. 前記ガスセンサは、前記供試弁内に封入される前記サーチガスである水素を含む気体からなる水素と窒素との混合気体中の水素の外部漏れを検出可能な水素センサである請求項１に記載のバルブ用耐圧検査装置。
3. 前記カバーは、ボールバルブからなる前記供試弁の両側に形成されたフランジ部が上下位置に配設可能な円筒状に形成されると共に、上部位置に配設された前記フランジ部の背面のサーチガスの滞留領域に前記ガスセンサが移動可能に設けられている請求項１又は２に記載のバルブ用耐圧検査装置。
4. グローブ弁からなる前記供試弁のステムが上向きの状態で載置可能に設けられ、前記グローブ弁の上部に装着されたキャップ部付近のサーチガスの滞留領域に前記ガスセンサが移動可能に設けられている請求項１又は２に記載のバルブ用耐圧検査装置。
5. 前記供試弁の両側に形成されたフランジ部がシール状態でクランプされるフランジ状の治具を有すると共に、前記カバーは、前記治具による前記フランジ部のクランプ状態で、前記供試弁を外部から隔離或は露出可能にクランプ方向に往復動可能に設けられている請求項１乃至４の何れか１項に記載のバルブ用耐圧検査装置。
6. 前記ガスセンサには、前記供試弁の接近又は離反方向に角度調整可能な回転駆動機器が取付けられている請求項１乃至５の何れか１項に記載のバルブ用耐圧検査装置。
7. 前記カバーには、当該カバー内部の気体を排出する排気ファンが備えられている請求項１乃至６の何れか１項に記載のバルブ用耐圧検査装置。
8. カバー内に供試弁を外部から密封されることなく隔離した状態で収容すると共に、この供試弁を成す部品の接合部外面の近接位置であるサーチガスの滞留領域までガスセンサを接近方向に移動させ、前記供試弁にサーチガスを封入したときに前記ガスセンサにより前記供試弁からのサーチガスの外部漏れを検出するようにしたことを特徴とするバルブ用耐圧検査方法。
9. 前記ガスセンサは、前記供試弁内に封入される前記サーチガスである水素を含む気体からなる水素と窒素との混合気体中の水素の外部漏れを検出可能な水素センサである請求項８に記載のバルブ用耐圧検査方法。
10. 請求項１乃至７の何れか１項に記載のバルブ用耐圧検査装置に用いられる水素ガス検出ユニットであって、複数の水素センサがデジタル・ポテンショメータに接続され、これらの水素センサの基準電圧がマイコンを介して一定値に揃えられる調整機能を有することを特徴とする水素ガス検出ユニット。
11. 前記マイコンは、前記各水素センサの基準電圧が異なる場合に、これら異なる基準電圧を前記デジタル・ポテンショメータを調整することにより判定用電圧を設定し、この判定用電圧に対して水素を検知する電圧を設定する機能を有する請求項１０に記載の水素ガス検出ユニット。
12. 前記マイコンは、前記デジタル・ポテンショメータにより前記供試弁の測定した抵抗値を記憶し、この抵抗値を基に次の検査用供試弁に対して抵抗値の調整を開始することにより、前記各水素センサの基準電圧の設定にかかる時間を短縮する機能を有する請求項１０又は１１に記載の水素ガス検出ユニット。

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