JP6887493B2 - 距離に応じてキャリアガス流量が制御される嗅気式漏洩検出器 - Google Patents

Description

本発明は、吸込みプローブを用いた嗅気式の漏洩検出装置および漏洩検出法に関する。

吸込みプローブ（スニッファプローブ）は、ガス流路を介して真空ポンプに接続されており、このポンプは、吸込みプローブの周囲に対して減圧されたガス圧を発生させる。これにより、吸込みプローブの周囲から、吸込みプローブの吸込み先端部における吸気口を通してガスが吸引され、ガス流路に沿って真空ポンプへと搬送される。吸込みプローブによって吸引されたガスは、ガス分析器を用いて分析される。これにより、吸込み先端部からガス分析器へのキャリアガス流が生成される。このガス分析器は、例えば、吸引されたキャリアガス流について、予め被験体に充填した試験ガスの有無を分析してもよい。ここで、被験体は、被験体内部のガス圧が被験体の外側の圧力よりも高くなるように試験ガスで充填されている。そのため、被験体の外壁に漏洩箇所が存在すれば、そこから試験ガスが漏出する。吸込みプローブが被験体の表面に沿って動かされて、漏洩箇所に近づくと、当該漏洩箇所から漏出した試験ガスが、吸込みプローブによって吸引され、ガス分析器によって検出される。

嗅気式漏洩検出のためには、吸込みラインにおいてキャリアガス流量を一定に維持することが必要である。それによって、漏洩箇所から漏出する試験ガスがガス分析器に搬送され、漏洩箇所から漏出した試験ガスが所定の方法で検出され、漏洩速度の定量的測定を実現できる。

注意すべき事項として、吸込みプローブと漏洩箇所との間の距離が増大した場合、または、（横方向の）吸込み速度が増大した場合、キャリアガス流量が一定であっても吸込みプローブによって吸引されるキャリアガス流中の試験ガスの濃度は、キャリアガス流量が一定であっても低下する。対照的に、上記の距離が短くなるほど、また、吸込みプローブの吸気速度と漏洩速度の間の速度差が低下するほど、吸引されたガス流中の試験ガスの割合が増大する。したがって、測定は、同一の「吸込みパラメータ」（距離、横方向の速度、キャリアガス流量）が使用された場合にのみ比較可能である。全ての吸込みパラメータが常に既知であれば、距離、速度およびキャリアガス流量にかかわらず、測定結果は常に正確となる。

特に、漏洩箇所からの距離は、未知の位置の漏洩箇所を見つけることを極めて難しくするパラメータであり、そのため、（例えば、未発見の漏洩箇所からの）距離が大きい場合、または、この距離が不明である場合には、より大きなキャリアガス流量が望ましいとされる。しかしながら、漏洩箇所の位置が十分に特定されている（測定距離が短い）場合には、極めて低い漏洩速度でも測定し得るように、キャリアガス流量は小さいことが好ましい。

したがって、本発明は、未知の漏洩箇所の検出を向上させること、および、低い漏洩速度を測定する際に試験ガスの検出限界を向上させることを目的とする。

本発明の装置は、請求項１に定義される装置であり、本発明の方法は、請求項７に定義される方法である。

本発明によれば、距離センサが設けられており、該距離センサは、吸込みプローブ（スニッファプローブ）がそれに沿って動かされる被検体に対する距離（該距離センサと被検体との距離）を測定するよう構成されている。また制御部が設けられており、該制御部は、測定された距離を検出して、吸込み先端部から真空ポンプへのガス流路に沿ったキャリアガス流量を、検出された距離に応じて変化させるように構成されている。その際、距離が大きい場合には、距離が短い場合に比べて、キャリアガス流量を大きめに設定すべきである。距離が変化しない限り、キャリアガス流量は一定に維持される。

前記距離センサは、ばね部品、および／または磁気接触部もしくは機械的に操作される電動スイッチを備える機械式センサであってもよい。接触部またはスイッチが閉じられると、所定の距離が検出されたものと判定する。前記距離センサの信号は、好ましくは電子的な手段によって、電子制御部に送信される。代替的に、前記距離センサは、光学センサまたは音響センサ（超音波センサ）であってもよい。前記センサは、電磁波（例えば、レーダ）の送受信を行うように構成されていてもよい。

また、前記センサは、吸込みプローブを被験体に沿って移動・案内する際の、該被検体の表面に対する相対速度を検出するように構成されていてもよい。代替的または補完的に、距離センサに加えて、別体の速度センサを設けてもよい。前記速度センサも、電磁波（光、電波、音）の送受信を行うように構成するべきである。距離および／または速度の算出は、電子機器（例えば、制御電子機器）によって、それ自体は公知の方法で（例えば、ドップラー原理を用いて）行ってもよい。

前記制御部は、ガス流路に沿って設けられた真空ポンプおよび／または機械的または電気的に作動可能なスロットルを制御するように構成されていてもよい。真空ポンプの場合、制御部は、ポンプ速度を設定し、変更することができる。スロットルの場合、制御部は、スロットルの流動抵抗を設定し、変更することができる。

前記ガス分析器は、前記キャリアガス流によって搬送されるガスを分析するように構成してもよい。代替的または付加的に、前記ガス分析器は、前記吸込みプローブによって吸引され、第２のガス流路を介して搬送されるガスを分析するように構成されていてもよい。このため、ガス分析器は、それぞれのガス流路に沿って設けてもよい。第２のガス流路の場合、この流路は、第２の真空ポンプに接続されていてもよい。第２のガス流路に沿って搬送されるガスの量は、距離に応じて、第１のガス流路を介して搬送されるガス流に依存する。

以下において、本発明の３つの実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

第１実施形態の模式図である。 第２実施形態の模式図である。 第３実施形態の模式図である。 距離、速度およびガス流量の間の関係を示すグラフである。

最初に、各実施形態に共通する構成を以下で説明する。

嗅気式漏洩検出器（吸込み式漏洩検出器）１０は吸込みプローブ１２を備え、その吸込み先端部１４に、ガス流を吸引するための吸気口１６が設けられている。吸込みプローブ１２の後端部は、第１のガス流路１８を介して第１の真空ポンプ２０に接続されている。第１の真空ポンプ２０は、吸込みプローブ１２の周囲２２に対して減圧したガス圧を生じさせるように構成されている。真空ポンプ２０は、ガス搬送ポンプとして設計されており、周囲２２から吸気口１６を介してガスを吸引し、このガスをガス流路１８に沿って搬送する。

吸込みプローブ１２は、吸気口１６の領域で吸込み先端部１４に設けられた距離センサ２４を備える。距離センサ２４は、被験体３０の表面２８からの距離２６を検出するように構成されており、吸込みプローブ１２は漏洩箇所３２が存在する場合に漏出する試験ガス３４を吸引するように、該被検体３０の近傍に配置される。

吸込みプローブ１２によって吸気口１６を介して吸引されたガスは、ガス分析器３６へと供給される。このガス分析器３６は、例えば、質量分析器であってもよい。ガス分析器３６は、試験ガス３４を検出するように構成されている。

距離センサ２４によって測定された距離２６は、電線３８を介して制御部４０に送信される。制御部４０は、例えば、マイクロコントローラまたはコンピュータであってもよい。制御部４０は、第１のガス流路１８に沿って搬送されるガスの流量を、測定された距離２６に応じて変更および調節するように構成されている。これは、電線４２を介して以下の方法で行ってもよい。

第１のガス流路１８に沿って設けられた調節可能なスロットル４４の流動抵抗は、制御部４０によって調節または変更される。図１に示されているように、ガス分析器３６が第１のガス流路１８に沿って設けられている場合、スロットル４４は、吸込みプローブ１２とガス分析器３６との間に設置してもよく、および／または、（図１に破線で示されているように）ガス分析器３６と真空ポンプ２０との間に設置してもよい。

代替的または補完的に、制御部４０は、電線４２を介して（例えばポンプ２０の作動速度を調節することによって）ポンプ２０の排気速度を調整または変更することができる。
以下では、各実施形態の相違点について説明する。

図１では、ガス分析器３６は第１のガス流路１８に沿って設けられている。図２に示される第２実施形態および図３に示される第３実施形態では、ガス分析器３６は、第１のガス流路１８とは別の第２のガス流路４６に沿って設けられている。第２のガス流路４６は、吸込みプローブ１２を、第１の真空ポンプ２０とは別の真空ポンプ２０に接続している。根底にある着想は、制御部４０によって調節される第１のガス流路１８に沿った流れは、少なくとも間接的に、第２のガス流路４６に沿って搬送される流れと、第２のガス流路４６に沿って搬送されるガスの量にも影響するということである。

図２に示される第２実施形態および図３に示される第３実施形態では、制御部４０は、第１実施形態のスロットル４４に相当するスロットルによって流動抵抗を調節または変更することができる。スロットル４４に代えて、第１のガス流路１８は弁５０を備えていてもよく、これは、説明のために、図２および図３においてスロットル４４に隣接して図示されている。スロットル４４と同様に、電線４２を介して制御部４０によって弁５０を作動させることができる。弁５０の閉状態においては、ガスは第１のガス流路１８に沿って搬送されず、吸込みプローブによって吸引された全てのガスが、第２のガス流路４５を介してガス分析器３６へと供給される。弁５０の開状態においては、吸込みプローブ１２によって吸引されたガスの一部のみが第２のガス流路４６を介してガス分析器３６へと到達し、吸引されたガスの他の部分は第１のガス流路１８に沿って案内される。

スロットル４４または弁５０に対して代替的または補完的に、制御部４０は、第１実施形態と同様に、第１の真空ポンプ２０の排気速度を直接制御してもよく、例えば、このポンプのオン・オフを切り替えてもよい。閉状態の弁５０と同様に、第１の真空ポンプ２０のオフ状態においては、吸込みプローブ１２によって吸引されたガス流の全てが第２のガス流路を介してガス分析器３６へと供給される。開状態の弁５０と同様に、ポンプ２０のオン状態においては、吸引されたガス流の一部が第１のガス流路１８を介して搬送され、他の部分が第２のガス流路４６を介してガス分析器３６へと供給される。

第３実施形態は、第２実施形態とは、速度センサ５２が距離センサ２４とは別体で吸込み先端部１４に設けられており、この速度センサが、表面２８に対する吸込み先端部１４の相対速度５４を測定するように構成されているという点で相違している。また、測定された速度は、図３に示されていない電線を介して制御部４０へと送信される。制御部４０は、上記のように、第１のガス流路１８に沿って案内されるガス流を調節または変更するように構成されている。

図４は、距離２６と、相対速度５４と、調節される第１のガス流路１８に沿った流量５６との間の関係を示している。距離２６が大きいほど、および／または速度５４が速いほど、同量の試験ガスを検出し、漏洩箇所３２の検出のための試験ガスの検出限界を保つためには、流量５６は低く設定する必要がある。
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〕
ガス流路を介して互いに接続された吸込みプローブ（１２）と、真空ポンプ（２０）とを備え、前記真空ポンプ（２０）によって前記吸込みプローブ（１２）を介して吸引されたガスを分析するガス分析器（３６）が、前記ガス流路（１８）に沿って設けられている嗅気式漏洩検出器（１０）において、
前記吸込みプローブ（１２）と被験体（３０）との間の距離を検出する距離センサ（２４）と、
前記距離センサ（２４）に接続された制御部とを備え、
前記制御部は、前記ガス流路（１８）に沿って搬送されるキャリアガスのガス流量を、測定された前記距離に応じて変化させるように構成されていることを特徴とする嗅気式漏洩検出器（１０）。
〔態様２〕
態様１に記載の嗅気式漏洩検出器（１０）において、前記制御部は、前記真空ポンプ（２０）の排気速度を制御することを特徴とする嗅気式漏洩検出器（１０）。
〔態様３〕
態様１または２に記載の嗅気式漏洩検出器（１０）において、前記制御部は、前記ガス流路（１８）に設けられたスロットルの流動抵抗を制御することを特徴とする嗅気式漏洩検出器（１０）。
〔態様４〕
態様１から３のいずれか一態様に記載の嗅気式漏洩検出器（１０）において、前記ガス分析器（３６）は、前記吸込みプローブ（１２）と前記真空ポンプ（２０）との間の前記ガス流路に沿って設けられていることを特徴とする嗅気式漏洩検出器（１０）。
〔態様５〕
態様１から３のいずれか一態様に記載の嗅気式漏洩検出器（１０）において、前記ガス分析器（３６）は、前記吸込みプローブ（１２）に接続された第２のガス流路（４６）に設けられており、前記第２のガス流路のガス流は、前記制御部の制御を受けないことを特徴とする嗅気式漏洩検出器（１０）。
〔態様６〕
態様１から５のいずれか一態様に記載の嗅気式漏洩検出器（１０）において、前記被験体（３０）に対する前記吸込みプローブ（１２）の相対速度を測定する速度センサ（５２）が設けられており、前記制御部は、測定された前記速度に応じて前記ガス流量を制御するように構成されていることを特徴とする嗅気式漏洩検出器（１０）。
〔態様７〕
態様１から６のいずれか一態様に記載の嗅気式漏洩検出器（１０）を用いた嗅気式漏洩検出法において、
前記距離センサ（２４）と、漏洩箇所（３２）について試験される被験体（３０）との間の距離を測定し、
前記吸込みプローブ（１２）によって吸引され、前記ガス流路（１８）に沿って案内される前記キャリアガスのガス流量を、測定された前記距離に応じて前記制御部によって調整することを特徴とする方法。
〔態様８〕
態様７に記載の嗅気式漏洩検出法において、測定された前記距離を所定時間監視し、前記距離が増大した場合には前記ガス流量を増大させ、前記距離が減少した場合には前記ガス流量を減少させることを特徴とする方法。
〔態様９〕
態様７または８に記載の嗅気式漏洩検出法において、測定された前記距離を計算に入れ、かつ／または、調整された前記キャリアガスのガス流量を計算に入れて、検出された試験ガスの量を表示することを特徴とする方法。

１０ 嗅気式漏洩検出器
１２ 吸込みプローブ
１４ 吸込み先端部
１６ 吸気口
１８ ガス流路（第１のガス流路）
２０ 真空ポンプ
２４ 距離センサ
３０ 被検体
３２ 漏洩箇所
３６ ガス分析器
４０ 制御部
４４ スロットル
４６ 第２のガス流路
５０ 弁
５２ 速度センサ

Claims (9)

1. ガス流路を介して互いに接続された吸込みプローブ（１２）と、真空ポンプ（２０）とを備え、前記真空ポンプ（２０）によって前記吸込みプローブ（１２）を介して吸引されたガスを分析するガス分析器（３６）が、前記ガス流路（１８）に沿って設けられている嗅気式漏洩検出器（１０）において、
   前記吸込みプローブ（１２）と被験体（３０）との間の距離を検出する距離センサ（２４）と、
   前記距離センサ（２４）に接続された制御部とを備え、
   前記制御部は、前記ガス流路（１８）に沿って搬送されるキャリアガスのガス流量を、測定された前記距離に応じて変化させるように構成されていることを特徴とする嗅気式漏洩検出器（１０）。
2. 請求項１に記載の嗅気式漏洩検出器（１０）において、前記制御部は、前記真空ポンプ（２０）の排気速度を制御することを特徴とする嗅気式漏洩検出器（１０）。
3. 請求項１または２に記載の嗅気式漏洩検出器（１０）において、前記制御部は、前記ガス流路（１８）に設けられたスロットルの流動抵抗を制御することを特徴とする嗅気式漏洩検出器（１０）。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の嗅気式漏洩検出器（１０）において、前記ガス分析器（３６）は、前記吸込みプローブ（１２）と前記真空ポンプ（２０）との間の前記ガス流路に沿って設けられていることを特徴とする嗅気式漏洩検出器（１０）。
5. 請求項１から３のいずれか一項に記載の嗅気式漏洩検出器（１０）において、前記ガス分析器（３６）は、前記吸込みプローブ（１２）に接続された第２のガス流路（４６）に設けられており、前記第２のガス流路のガス流は、前記制御部の制御を受けないことを特徴とする嗅気式漏洩検出器（１０）。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の嗅気式漏洩検出器（１０）において、前記被験体（３０）に対する前記吸込みプローブ（１２）の相対速度を測定する速度センサ（５２）が設けられており、前記制御部は、測定された前記速度に応じて前記ガス流量を制御するように構成されていることを特徴とする嗅気式漏洩検出器（１０）。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の嗅気式漏洩検出器（１０）を用いた嗅気式漏洩検出法において、
   前記距離センサ（２４）と、漏洩箇所（３２）について試験される被験体（３０）との間の距離を測定し、
   前記吸込みプローブ（１２）によって吸引され、前記ガス流路（１８）に沿って案内される前記キャリアガスのガス流量を、測定された前記距離に応じて前記制御部によって調整することを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の嗅気式漏洩検出法において、測定された前記距離を所定時間監視し、前記距離が増大した場合には前記ガス流量を増大させ、前記距離が減少した場合には前記ガス流量を減少させることを特徴とする方法。
9. 請求項７または８に記載の嗅気式漏洩検出法において、測定された前記距離を計算に入れ、かつ／または、調整された前記キャリアガスのガス流量を計算に入れて、検出された試験ガスの量を表示することを特徴とする方法。

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