JP7434180B2 - ガスリークの相対位置を特定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、嗅気型漏洩検出器（Schnueffellecksucher）に対するガスリークの相対的な空間位置または方向を特定する方法に関する。

嗅気型漏洩検出は、例えば、特許文献１にガス検出方法として記載されている。典型的には、嗅気型漏洩検出器は、分析対象のガス（試験ガス）が吸引される試験ガス入口と、比較用の基準ガスとして周辺環境からのガスが吸引される基準ガス入口とを備える。通常、嗅気型漏洩検出器の真空ポンプがガスを吸引するために機能する。

特許文献１および特許文献２には、試験ガス入口および基準ガス入口がいずれもスニッファプローブ（Schnueffelsonde）のスニッファチップの先端に設けられると記載されている。スニッファチップはハンドガイド装置（ハンドピース）の構成要素である。

ガス調節バルブ（Gasmodulationsventil）は、試験ガス入口と基準ガス入口とをガス分析器に接続する。試験ガス入口は、試験ガス導管を介してガス調節バルブに接続されている。基準ガス入口は、基準ガス導管を介してガス調節バルブに接続されている。ガス調節バルブは、ガス導通可能にガス分析器に接続されている。ガス調節バルブは、試験ガス導管と基準ガス導管との間を切り換えることで、試験ガス入口または基準ガス入口をガス分析器に交互に接続する切換バルブである。これにより、ガス調節バルブの切換状態に応じて、試験ガス入口から吸引されたガスと、基準ガス入口から吸引されたガスとが交互にガス分析器に供給される。

特許文献１では、ガス分析器は、分析対象のガスが吸引される入口を有する試験キュベットを備える赤外線ガス分析器である。ガスは試験キュベットの出口から排出される。赤外線光源が放射する赤外線は試験キュベットを通過し、反対側の端において赤外線検知器により受光される。

通常、上記の種類の嗅気型漏洩検出器は高感度を実現するように構成されている。試験ガス入口と基準ガス入口との間の切換えは、試験ガスの測定信号から、周囲雰囲気に含まれる試験ガスまたは妨害ガスの量を計算上なくすことを目的とする。試験ガスとは、分析されたガス量中で特定されるガス（例えば、リークにより漏洩し検出が必要となるガス）である。

しかしながら、嗅気型漏洩検出においては、分析されたガス中の少量の試験ガスを検出するために高感度のガス分析が望ましいだけでなく、多くの場合、リークが想定される大きな領域内における速やかなオリエンテーションが可能であることも望ましいといえる。このようなことは、従来の信号分析において感度を向上させることによってでは実現できない。

工業的な漏洩試験では、多くの場合、リークの位置特定のためにスニッファプローブが用いられ、スニッファプローブは空気を吸引し検知システムを通して空気を案内する。測定入口において吸引された空気流が検知システムを通して連続的に案内される装置と、２つの異なる入口の間で空気流がバルブにより切り替えられる装置とが存在する。後者の装置は、対応する入口開口における混合気体の濃度を絶え間なく比較することができる。また、試験ガス入口からの信号と、基準ガス入口からの信号との差を求めることにより、漏洩速度信号が生成される。この方法はガススイッチング調節（Gaswechselmodulation）と称される。測定プローブにより吸引された試験ガスが、ガスで加圧された状態の、リークを有する被験体から漏洩している場合、空気および試験ガスの混合気の濃度に応じた測定信号が生成される。ガススイッチング調節の間、この混合気の濃度が両ガス流において同一である場合、漏洩速度は測定されない。

ＷＯ０２／４８６８６Ａ２ ＷＯ２００９／０９８３０２Ａ１

ここで、本発明の目的は、手持ち式嗅気型漏洩検出器に対するガスリークの空間的方向性（raeumlichen Richtung）を速やかに特定する方法を提供することである。

本発明に係る方法は、請求項１により定義される。

よって、嗅気型漏洩検出器に対するガスリークの相対的方向（rilativen Richtung）を特定するために、
ａ）前記試験ガス入口を介して吸引されたガスを前記ガス分析器に供給するステップと、
ｂ）前記ガス分析器に供給された前記ガス中の試験ガス濃度を測定するステップと、
ｃ）前記切換バルブを切り換えるステップと、
ｄ）前記基準ガス入口を介して吸引されたガスを前記ガス分析器に供給するステップと、
ｅ）前記ガス分析器に供給された前記ガス中の試験ガス濃度を分析するステップと、
ｆ）前記ステップｂ）に従って測定された前記試験ガス濃度と前記ステップｅ）に従って測定された前記試験ガス濃度との差から差信号を生成するステップと、
ｇ）前記ハンドピースの空間的アライメント(raeumlichen Ausrichtung)を変更するステップと、
ｈ）前記ステップａ）からｆ）を繰り返すステップと、
ｉ）前記ステップｆ）による前記差信号と比較して、前記ステップｈ）後に前記差信号（Differenzsignal）が変化したかを判断するステップと、が行われる。

ステップａ）～ｅ）は、差信号が最小または最大となるまで繰り返すことが好ましい。前記試験ガス入口を介して吸引されたガス中の試験ガス濃度と、前記基準ガス入口を介して吸引されたガス中の試験ガス濃度との差がほぼゼロである場合、前記試験ガス入口からリークまでの距離と、前記基準ガス入口からリークまでの距離とはほぼ等しい。差信号が最大である場合、前記基準ガス入口からリークまでの距離と比較して前記試験ガス入口からリークまでの距離が特に小さい。前記試験ガス入口がスニッファチップの前側の先端に設けられ、前記基準ガス入口がハンドピースの後端に設けられている場合、差信号が最大であれば、前記スニッファチップはガスリークの方を向いており、差信号が最小であれば、ガスリークとは反対方向を向いている。

好ましくは、当該リークに対する前記試験ガス入口および前記基準ガス入口のそれぞれの距離を変化させないように、ステップａ）およびｄ）を行う間、前記スニッファプローブの空間的アライメントは変更するべきではない。

差信号の変化により、位置特定されるリークのハンドピースに対する相対的方向を推定することができる。特に、差信号が最大または最小である場合、前記ハンドピースのオリエンテーションは、位置特定されるリークのハンドピースに対する相対位置または方向の指標として評価することもできる。前記試験ガス入口がスニッファチップに設けられ、前記基準ガス入口がハンドピースの後端に設けられている場合、例えば、上記のとおり、差信号が最大のとき、前記スニッファチップはリークの方向を向いている。差信号が最小のとき、前記スニッファチップはリークとは反対方向を向いており、前記ハンドピースの後端が同リークに面している。

本発明によると、試験ガス中の試験ガス量は、基準ガス中の試験ガス量と比較される。これら２つの信号の差を求め、前記嗅気型漏洩検出器または前記ハンドピースの空間的アライメントを変化させる際の差信号の変化を監視することにより、前記ハンドピースまたは前記嗅気型漏洩検出器のアライメントに対するリークの空間的位置または方向を検出することができる。この差信号が最大または最小である場合、前記ハンドピースがリークの方向もしくはその反対方向を向いているということ、または試験ガス入口および基準ガス入口を含む幾何学的軸心上に位置しているということを推定することができる。

方法ステップｇ）に従って前記ハンドピースの空間的アライメントを変更する際には、前記ハンドピースの空間的アライメントの変化に対して、前記ハンドピースの位置および特に前記ハンドピースと前記位置特定対象のリークとの間の距離が変化しないように、または無視できる程度にしか変化しないようにするべきである。「空間的アライメント」とは、空間においてハンドピースが向いている方向、または、試験ガス入口および基準ガス入口を通る幾何学的軸心が向いている方向を指す。

測定ガス入口と基準ガス入口との間が空間的に十分に大きく離間（少なくとも１０ｃｍ、より良好には５０ｃｍ、好ましくは１００ｃｍ）していることにより、測定セルにおける冷媒勾配に応じて差信号が増大するので、ガススイッチング調節（Gaswechselmodulation）および空間内を移動する際の差信号の観察により、冷媒雲(Kaeltemittelwolken)におけるリークの大まかな位置特定が可能である。このため、前記測定ガス入口をグースネック(Schwanenhals)の先端に設け、前記基準ガス入口をハンドルの下部に設けることが望ましい。十分に大きな入口距離を設けた相対測定により、装置を回転させるだけで濃度勾配（差信号）を検出することができ、これにより大まかな方向を特定することで、ユーザをさらに速やかに冷媒雲の漏洩元へと案内することができる。負の差信号は、リークが当該装置の後ろ側に面する位置にあることを示す。測定ガスと基準ガスとの間の切換え頻度は、前記漏洩検出器の移動および冷媒雲の移動を空間内でマッピングするために十分に高い頻度（少なくとも１Ｈｚ、より良好には１０Ｈｚ、好ましくは約１００Ｈｚ）とする必要がある。

数値またはグラフで差信号を表示し、これを観察することで、ユーザは空間内における予備的な位置特定を行うことができる。前記漏洩検出器の移動と相関する時間的経過を図示することにより、位置特定がさらに簡易となる。位置センサを用いることで、ユーザによる冷媒雲の位置の分析をソフトウェアにより補助し、予測される漏洩元の方向を直接示すことができる。

リークを有するシステム（冷媒雲の漏洩元としてその近傍において冷媒濃度が最も高くなる）を適切に特定した後は、当該システムにおいてリークの位置特定をすることができる。これを行うために、前記バルブは測定ガス位置で保持されて、ガススイッチング調節を行わない、確立された連続位置特定モードに切り換えられる。

求めた差信号がおよそゼロである（実質的にゼロまたはゼロに等しい）場合、位置特定対象のリークは、前記試験ガス入口と前記基準ガス入口とを含む軸心に対して横方向にある幾何学的軸心上に位置していると推定される。このとき、位置特定対象のリークは嗅気型漏洩検出器の真横に位置している。

また、加速度センサ（Beschleunigungssensor）および／または位置センサ（Lagesensor）を用いて嗅気型漏洩検出器の位置を検出し、前記位置特定対象のリークの相対位置または方向を特定する際にこれを考慮することもできる。これを行うために、前記嗅気型漏洩検出器の位置／方向の時間的経過または位置／方向の変化を記録して、得られた差信号と相関させることができる。さらに、前記嗅気型漏洩検出器のユーザに対して差信号またはその変化を表示することができる。例えば、信号またはその変化をディスプレイに表示および／または音響的に再生することができる。

以下において、図面に言及しつつ、本発明の例示的な実施形態をより詳細に説明する。

例示的な第１実施形態を示す図である。 例示的な第２実施形態を示す図である。

図１の例示的な実施形態において、嗅気型漏洩検出器は、試験ガス入口１２と、基準ガス入口１４とを備える。本発明で用いられるガス分析器は、吸光キュベット１８を備える赤外線吸収分析器である。

嗅気型漏洩検出器１０は、さらに、第１の導管２２を介してガス分析器１６（つまり、キュベット１８）に接続された切換バルブ２０を備える。試験ガス入口１２は、試験ガス導管２４を介して切換バルブ２０に接続されている。基準ガス入口１４は、基準ガス導管２６を介して切換バルブ２０に接続されている。切換バルブ２０は、試験ガス導管２４または基準ガス導管２６を第１の導管２２およびこれによりガス分析器１６に接続して、基準ガス入口１４と試験ガス入口１２とを交互に切り換えるように構成されている。これにより、試験ガス入口１２を介して吸引されたガスまたは基準ガス入口１４を介して吸引されたガスが、分析のために切換バルブ２０を介してガス分析器１６に供給される。ガス分析器１６の吸光キュベット１８は、ガス搬送ポンプ３２を備える第２の導管３０を介して嗅気型漏洩検出器１０のガス出口２８に接続されている。ガスポンプ３２は、連続的なガス流を生じさせるように構成されている。

試験ガス導管２４は試験ガスフィルタ３４を備える。試験ガス導管２６は基準ガスフィルタ３６を備える。

図２に示された例示的な実施形態において、嗅気型漏洩検出器は、嗅気型漏洩検出器１０のオペレータにより保持され案内される形態のハウジング４６を有する手持ち式装置４４を備える。ハウジング４６は、切換バルブ２０、吸光キュベット１８を有するガス分析器１６、およびガスポンプ３２、ならびに試験ガス導管２４、基準ガス導管２６、第１の導管２２、および第２の導管３０を囲んでいる。基準ガス入口１４およびガス出口２８は、ハウジング４６の開口により形成されている。

ハンドピース４４は細長いスニッファプローブ４８を備え、このスニッファプローブの先端に試験ガス入口１２が設けられている。試験ガス導管２４は、スニッファプローブ４８を通って試験ガス入口１２からハウジング４６の内部まで延びている。スニッファプローブ４８の基端はハウジング４６に着脱自在に接続されている。

試験ガス入口１２がスニッファプローブ４８の最も前側の先端に設けられており、基準ガス入口１４がハンドピース４４のハウジング４６の最も後側の基端に設けられていることにより、試験ガス入口１２と基準ガス入口１４との間の距離ができるだけ大きく取られている。ガス出口２８はハウジングの一方の側においてその先端部に形成されていることにより、ガス出口２８と基準ガス入口１４との間の距離およびガス出口２８と試験ガス入口１２との間の距離は等しく且つできるだけ大きくなっている。

オペレータがハンドピース４４を保持し空間内を案内する間、すなわち、ハンドピースの空間的アライメントおよびこれにより特にハンドピースの位置に対する位置特定対象のリークの相対方向を変更する間、切換バルブ２０が一定の頻度（約１０Ｈｚ）で切り換えられることで、試験ガス入口１２を介して吸引されたガスおよび基準ガス入口１４を介して吸引されたガスの短ガスパルスが交互かつ連続的にガス分析器１６に供給される。切換バルブ２０の切換え頻度は、ハンドピース４４の空間的アライメントの変化により、試験ガス入口１２を介してガスが吸引されたときと、続いて基準ガス入口１４を介してガスが吸引されたときとにおいて、吸引されたガス中の試験ガス濃度が変化しないように、または無視できる程度にしか変化しないように高頻度（約８～１２Ｈｚ）に選択される。あるいは、試験ガス入口１２を介してガスが吸引される間と、続いて基準ガス入口１４を介してガスが吸引される間とにおいて、ハンドピース４４の空間的アライメントを変化させず、続いて試験ガス入口１２を介した測定が繰り返される際にのみ空間的アライメントを変化させることも可能である。

本発明において検討される例示的な実施形態において、位置特定対象のリークは、冷媒システムにおけるリークである。ガス状冷媒はリークを介して漏洩し、冷媒雲を形成する。

ガススイッチング調節において、２つの測定開口間の濃度差は、測定信号と基準信号との間に差を生じさせることにより求められる。測定／試験ガス入口と基準ガス入口との間を空間的に十分に大きく離間させることにより、測定セルにおける冷媒勾配が増大するので、ガススイッチング調節および漏洩検出器が空間内を移動する際の差信号の観察により、冷媒雲におけるリークの大まかな位置特定が可能である。

このため、試験ガス入口１２をグースネックの先端に設け、基準ガス入口１４を前記ハンドルの下部に設けることが望ましい。

試験ガス入口と基準ガス入口との間に十分に大きな入口距離を設けた相対測定により、装置を回転させるだけで濃度勾配を検出することができ、これにより大まかな方向を特定することで、ユーザをさらに速やかに冷媒雲の漏洩元へと案内することができる。負の差信号は、リークが当該装置の後ろ側に面する位置にあることを示す。

本発明の方法により、リークを有するシステム（冷媒雲の漏洩元としてその近傍において冷媒濃度が最も高くなる）を適切に特定した後は、当該システムにおいてリークの位置特定をすることができる。これを行うために、前記バルブは試験ガス入口１２がガス分析器１６に接続されている測定ガス位置で保持されて、ガススイッチング調節を行わない、確立された連続位置特定モードに切り換えられる。
以下、本発明に含まれる態様を記す。
〔態様１〕嗅気型漏洩検出器（１０）に対するガスリークの相対的方向を特定する方法であって、
前記嗅気型漏洩検出器（１０）は、
スニッファプローブおよび試験ガス入口（１２）を有するハンドピース（４４）と、
前記ハンドピース（４４）において前記試験ガス入口（１２）から離れた位置に設けられた基準ガス入口（１４）と、
ガス分析器（１６）と、
切換バルブ（２０）と、を備え、
前記切換バルブ（２０）は、前記試験ガス入口（１２）を介して吸引されたガスまたは基準ガス入口（１４）を介して吸引されたガスが前記ガス分析器（１６）により分析されるように、前記試験ガス入口（１２）を前記ガス分析器（１６）に、および前記基準ガス入口（１４）を前記ガス分析器（１６）にガス導通可能に交互に接続するように構成されており、
前記方法は、
ａ）前記試験ガス入口（１２）を介して吸引されたガスを前記ガス分析器（１６）に供給するステップと、
ｂ）前記ガス分析器（１６）に供給された前記ガス中の試験ガス濃度を測定するステップと、
ｃ）前記切換バルブ（２０）を切り換えるステップと、
ｄ）前記基準ガス入口（１４）を介して吸引されたガスを前記ガス分析器（１６）に供給するステップと、
ｅ）前記ガス分析器（１６）に供給された前記ガス中の試験ガス濃度を分析するステップと、
ｆ）前記ステップｂ）に従って測定された前記試験ガス濃度と前記ステップｅ）に従って測定された前記試験ガス濃度との差から差信号を生成するステップと、
ｇ）前記ハンドピース（４４）の空間的アライメントを変更するステップと、
ｈ）前記ステップａ）からｆ）を繰り返すステップと、
ｉ）前記ステップｆ）による前記差信号と比較して、前記ステップｈ）後に前記差信号が変化したかを判断するステップと、を含む方法。
〔態様２〕態様１に記載の方法において、前記差信号の変化により、前記ハンドピース（４４）のアライメントに対する位置特定対象のガスリークの相対方向を推定する、方法。
〔態様３〕態様１または２に記載の方法において、前記ステップｇ）の間、前記ハンドピース（４４）の位置を変更しない、方法。
〔態様４〕態様１から３のいずれか一態様に記載の方法において、前記差信号が最小または最大となるまで前記ステップａ）～ｉ）を繰り返す、方法。
〔態様５〕態様１から４のいずれか一態様に記載の方法において、前記ステップａ）と前記ステップｄ）との間で、前記スニッファプローブの空間的アライメントを変更しない、方法。
〔態様６〕態様１から５のいずれか一態様に記載の方法において、前記ステップａ）～ｉ）を行う間、前記ステップｃ）に従って前記切換バルブ（２０）を、少なくとも１Ｈｚ、好ましくは約１０Ｈｚ～１００Ｈｚの切換え頻度で切り換える、方法。
〔態様７〕態様１から６のいずれか一態様に記載の方法において、前記差信号が最大または最小であるとき、前記ハンドピース（４４）のアライメントを、前記位置特定対象のリークの相対位置の指標として評価する、方法。
〔態様８〕態様１から７のいずれか一態様に記載の方法において、前記差信号が最大または最小であるとき、位置特定対象のリークが、前記試験ガス入口（１２）および前記基準ガス入口（１４）を通る幾何学的軸心上に位置していると推定する、方法。
〔態様９〕態様１から８のいずれか一態様に記載の方法において、前記差信号が実質的にゼロまたはゼロに等しいとき、位置特定対象のリークが、前記試験ガス入口（１２）および前記基準ガス入口（１４）を含む軸心に対して横方向にある幾何学的軸心上に位置していると推定する、方法。
〔態様１０〕態様１から９のいずれか一態様に記載の方法において、前記嗅気型漏洩検出器の位置および前記位置の変化の一方または両方を、位置センサおよび加速度センサの一方または両方により検出し、前記リークの位置を特定する際に考慮する、方法。
〔態様１１〕態様１から１０のいずれか一態様に記載の方法において、前記ステップａ）～ｉ）の少なくとも１つを行う間、前記嗅気型漏洩検出器（１０）の位置を検出し、前記位置の時間的経過を記録し、求められた前記差信号と相関させる、方法。
〔態様１２〕態様１から１１のいずれか一態様に記載の方法において、前記ステップａ）～ｉ）の少なくとも１つを行う間、前記嗅気型漏洩検出器（１０）のユーザに対して、前記差信号および前記差信号の変化の一方または両方を表示する、方法。

Claims (11)

1. 嗅気型漏洩検出器（１０）に対するガスリークの相対的方向を特定する方法であって、
   前記嗅気型漏洩検出器（１０）は、
   スニッファプローブおよび試験ガス入口（１２）を有するハンドピース（４４）と、
   前記ハンドピース（４４）において前記試験ガス入口（１２）から離れた位置に設けられた基準ガス入口（１４）と、
   ガス分析器（１６）と、
   切換バルブ（２０）と、を備え、
   前記切換バルブ（２０）は、前記試験ガス入口（１２）を介して吸引されたガスまたは基準ガス入口（１４）を介して吸引されたガスが前記ガス分析器（１６）により分析されるように、前記試験ガス入口（１２）を前記ガス分析器（１６）に、および前記基準ガス入口（１４）を前記ガス分析器（１６）にガス導通可能に交互に接続するように構成されており、
   前記方法は、
   ａ）前記試験ガス入口（１２）を介して吸引されたガスを前記ガス分析器（１６）に供給するステップと、
   ｂ）前記ガス分析器（１６）に供給された前記ガス中の試験ガス濃度を測定するステップと、
   ｃ）前記切換バルブ（２０）を切り換えるステップと、
   ｄ）前記基準ガス入口（１４）を介して吸引されたガスを前記ガス分析器（１６）に供給するステップと、
   ｅ）前記ガス分析器（１６）に供給された前記ガス中の試験ガス濃度を分析するステップと、
   ｆ）前記ステップｂ）に従って測定された前記試験ガス濃度と前記ステップｅ）に従って測定された前記試験ガス濃度との差から差信号を生成するステップと、
   ｇ）前記ハンドピース（４４）の空間的アライメントを変更するステップと、
   ｈ）前記ステップａ）からｆ）を繰り返すステップと、
   ｉ）前記ステップｆ）による前記差信号と比較して、前記ステップｈ）後に前記差信号が変化したかを判断するステップと、
   ｊ）前記差信号の変化により、前記ハンドピース（４４）のアライメントに対する位置特定対象のガスリークの相対方向を推定するステップと、を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記ステップｇ）の間、前記ハンドピース（４４）の位置を変更しない、方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、前記差信号が最小または最大となるまで前記ステップａ）～ｉ）を繰り返す、方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の方法において、前記ステップａ）と前記ステップｄ）との間で、前記スニッファプローブの空間的アライメントを変更しない、方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の方法において、前記ステップａ）～ｉ）を行う間、前記ステップｃ）に従って前記切換バルブ（２０）を、少なくとも１Ｈｚの切換え頻度で切り換える、方法。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の方法において、前記差信号が最大または最小であるとき、前記ハンドピース（４４）のアライメントを、位置特定対象のリークの相対位置の指標として評価する、方法。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の方法において、前記差信号が最大または最小であるとき、位置特定対象のリークが、前記試験ガス入口（１２）および前記基準ガス入口（１４）を通る幾何学的軸心上に位置していると推定する、方法。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の方法において、前記差信号が実質的にゼロまたはゼロに等しいとき、位置特定対象のリークが、前記試験ガス入口（１２）および前記基準ガス入口（１４）を含む軸心に対して横方向にある幾何学的軸心上に位置していると推定する、方法。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の方法において、前記嗅気型漏洩検出器の位置および前記位置の変化の一方または両方を、位置センサおよび加速度センサの一方または両方により検出し、前記リークの位置を特定する際に考慮する、方法。
10. 請求項１か９のいずれか一項に記載の方法において、前記ステップａ）～ｉ）の少なくとも１つを行う間、前記嗅気型漏洩検出器（１０）の位置を検出し、前記位置の時間的経過を記録し、求められた前記差信号と相関させる、方法。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法において、前記ステップａ）～ｉ）の少なくとも１つを行う間、前記嗅気型漏洩検出器（１０）のユーザに対して、前記差信号および前記差信号の変化の一方または両方を表示する、方法。
    

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