JP7611258B2

JP7611258B2 - ハンドプローブを備える吸込み式ガスリーク検知器

Info

Publication number: JP7611258B2
Application number: JP2022548816A
Authority: JP
Inventors: エドヴァードソン・ニクラス
Original assignee: Inficon GmbH Deutschland
Current assignee: Inficon GmbH Deutschland
Priority date: 2020-02-11
Filing date: 2021-01-18
Publication date: 2025-01-09
Anticipated expiration: 2041-01-18
Also published as: US20230204447A1; JP2023513730A; CN115104017A; EP3865843A1; WO2021160377A1

Description

本発明は、手持ち型の吸込みプローブを備えるガスリーク検知器に関する。

吸込みプローブ（sniffing probe）は、ガス導通ラインによって真空ポンプに接続されており、真空ポンプ（減圧ポンプ）が真空圧（減圧）を生成すると、吸込みプローブの吸込口からガス導通ラインを通って真空ポンプに至るガス流が発生する。ガス導通ラインを流れるガスの分析を行って具体的なガス成分を特定するために、固体半導体ガスセンサが設置されている。

従来技術では、真空ポンプから離れた位置にある手持ち式の吸込みプローブ内に固体半導体センサを設けるのが常套である。手持ち式プローブは、通常、ガスリークの有無を調査する対象の表面に沿って動かされる。ガスセンサは、手持ち式プローブのこのような動きの影響を受け易い場合があり、これがガスセンサで生成される測定信号の正確性に影響する可能性がある。これは、固体水素センサなどの金属酸化物系のガスセンサの場合に特に問題となる。

ＩＮＦＩＣＯＮ社製のＸＬ３０００ｆｌｅｘのような質量分析型ガスリーク検知器では、質量分析ガス検出部は通常、本体部品内に含められている。というのも、質量分析計は大型かつ高重量なため、手持ち式の吸込みプローブに組み込むことができないからである。同じことは、ＩＮＦＩＣＯＮ社製のＰｒｏｔｅｃＰ３０００ＸＬのようなＷｉｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ系のガスリーク検知器についても言える。そのガス検出部は石英製のヘリウム選択透過膜を有するものであるが、大型かつ高重量なガス検出部は手持ち式吸込みプローブに組み込むことができないため、この場合も、対応する検出部がリーク検知器の本体部に組み込まれることになる。固体半導体系のガスセンサを用いたガスリーク検知器としては、手持ち式プローブに小型センサを組み込むことで応答時間の高速化を可能にした吸込みプローブ付きのものが使用されている。

本発明の目的の一つは、手持ち式吸込みプローブと固体半導体型ガスセンサとを備えたガスリーク検知器の精度を向上させることである。

本発明の主題は、独立請求項１に規定されている。

すなわち、ガスセンサは、真空ポンプの位置、真空ポンプ近傍で、手持ち式吸込みプローブやその吸込口からは離れた位置に配置されており、手持ち式吸込みプローブが動いても、ガスセンサには動きが生じない。ガスセンサは、リーク検知中、吸込口から吸引されたガスの分析を行う。具体的には、ガスセンサは、連続的又は周期的に吸引されるガス流内のトレーサガス成分を直接分析する。ガスセンサは、ガス流の分離成分を順次分析するものではなく、全ガス流中のトレーサガス成分を分析するものでることが好ましい。ガスクロマトグラフセンサを用いた場合、分析対象のガスを個別の成分に分離して順次分析するが、これに対し、本発明のガスセンサは、ガス流のトレーサガス成分を一斉に分析するものである。すなわち、センサにより、ガス成分は順次ではなく、複数同時に検出される。

ガスセンサは、通常大気圧にある真空ポンプの吐出口側ではなく、低圧の真空ポンプ吸入口側に配置されている。真空ポンプの動作時の低圧吸入口側は、真空ポンプの吐出口よりも低圧にあり、典型的には、外気圧を下回る圧力にある。ガスセンサと手持ち式吸込みプローブは、ガス導通ラインの第１部位によって接続されている。当該第１部位は、吸込みプローブのスニッファ先端部にある吸込みプローブ吸込口とガスセンサの入口とを接続する。ガス導通ラインの第２部位は、ガスセンサの出口と真空ポンプの吸入口とを接続する。ガス導通ラインの第１部位の長さは、第２部位の長さより大きく、ガスセンサは真空ポンプの低圧吸入口の近傍に配置され、吸込みプローブからは離間している。特に、手持ち式吸込みプローブが筐体を備える場合、ガスセンサは吸込みプローブのその筐体内に配置されたり、筐体に取り付けられたりすることはない。

真空ポンプおよびガスセンサは、ガスリーク検知器の、共通の筐体内に設置され、この共通の筐体が、吸込みプローブから離間した位置で、ガス導通ラインにより吸込みプローブと接続される、リーク検知装置又は計器を構成していてもよい。ガス導通ラインは、ホースであってもよい。

ポンプは、典型的には、４００ｍｂａｒ未満、好ましくは５０～２５０ｍｂａｒの吸入圧、およびガス導通ラインを通過する、約２０～３０００ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル毎分）のガス体積流量を生成するように作動される。

ガス導通ラインの長さ、特に、ガス導通ラインの第１部位の長さは、１０メートル未満、好ましくは５メートル未満である。これに加えて又はこれに代えて、ガス導通ラインの内径、特に、ガス導通ラインの第１部位の内径は、５ｍｍ未満、好ましくは２ｍｍ未満である。これにより、検出対象の特定のガス成分が吸込みプローブの吸込口に進入した時点からガスセンサがガス成分を検出する時点までの応答時間が、数秒未満という許容範囲の短時間となる。
ガスセンサは、固体型水素センサなどの半導体センサであることが好ましい。

センサを真空ポンプの十分近くで、プローブから十分離間した位置に配置するため、好ガス導通ラインの、ガスセンサと真空ポンプの吸入口との間にある第２部位の長さは、１メートル未満であることが好ましく、５０ｃｍ未満であることがさらに好ましい。

作動時には、真空ポンプは、ガス導通ライン内に４００ｍｂａｒ未満の真空圧を生成する。これにより、ガスセンサは、４００ｍｂａｒ未満、好ましくは５０～２５０ｍｂａｒの圧力のガスを分析する。

ガスリーク検知器は、動作時、ガス導通ラインを通過する、約２０～３０００ｓｃｃｍの吸引ガス流量を生成する。

手持ち式吸込みプローブのオリフィスが、ガス導通ラインへの吸込口を形成している。手持ち式プローブには、ガスセンサが含まれていない。むしろ、ガスセンサは、真空ポンプの低圧吸入口の、真空ポンプ近傍に配置されている。極めて簡素な形態として、手持ち式吸込みプローブは、ガス導通ラインの先端部自体であってもよく、その場合、オリフィスはガス導通ラインの先端の開口端部によって形成される。

以下では、図面を参照しながら、本発明の一実施例について説明する。

従来技術のガスリーク検知器の概略図である。本発明の一実施例を示す概略図である。

図１に、従来技術の、手持ち式吸込みプローブ１０を備えるガスリーク検知器を示す。従来技術のガスリーク検知器は、ガスリーク検知計器１４を形成する筐体１２を有し、筐体１２には、真空ポンプ１６が収容されている。吸込みプローブ１０の先端１８は、吸込口２０を形成するオリフィスを具備している。吸込口２０は、ホース状の流体ケーブルが形成するガス導通ライン２４によって、真空ポンプ１６の吸入口２２と接続されている。

図１に示す従来技術のガスリーク検知器において重要な構成は、ガスセンサ２６が、手持ち式吸込みプローブ１０、又はその内部（すなわち、吸込みプローブ１０の筐体２８内など）に配置されている点である。そのため、ガスセンサ２６と真空ポンプ１６のガス吸入口２２との間のガス導通ライン２４の長さは、吸込みプローブ１０の吸込口２０とガスセンサ２６とのガス導通ライン２４の長さよりも遥かに大きくなっている。結果として、ガスリークの有無を調べる対象の表面に沿って、手持ち式吸込みプローブ１０を動かした際に、ハンドプローブ１０のあらゆる動きが、ガスセンサ２６の動きに繋がることになる。
これを避けるため、本発明は、図２に一実施例として示すように、下記の構成を提供する。

リーク検知計器３４の筐体３２は、真空ポンプ３６だけでなくガスセンサ４６も収容している。ガス導通ライン４４は、吸込みプローブ３０の先端と真空ポンプ３６の吸入口４２とを接続する。ガス導通ライン４４の第１部位５４は、ガスセンサ４６を吸込みプローブ３０の先端１８にある吸込口４０と接続する。ガス導通ライン４４の第２部位５２は、真空ポンプ３６の吸入口４２をガスセンサ４６と接続する。ガスセンサ４６は、吸込みプローブ３０の筐体４８内に配置されていない。むしろ、ガスセンサ４６は、ガス導通ライン４４の第２部位５２を介して真空ポンプ３６の吸入口４２と連結されている。ガス導通ライン４４は、吸込みプローブ３０の先端と真空ポンプ３６の吸入口４２とを接続する。ガス導通ライン４４の第２部位５２は、第１部位５４よりも遥かに短くなっている。ガス導通ライン４４の第１部位５４は、ガスセンサ４６を吸込みプローブ３０の先端１８にある吸込口４０と接続する。

真空ポンプ３６の吐出口５６は外気に開放されている一方で、真空ポンプ３６の吸入口４２は、ガスリーク検知器の作動時に、外気圧を下回る真空圧、好ましくは４００ｍｂａｒ未満の真空圧を生成する。

ガス導通ライン４４の第１部位５４は、ホース状の流体ケーブルであってもよい。第１部位５４の長さは、１０メートル未満、好ましくは、５メートル未満であり、１メートル超である。ガス導通ライン４４の両部位５２，５４の内径は、約０．５ｍｍから約２ｍｍである。真空ポンプは、吸込口４０からガス導通ライン４４を通過する、約２０～約３０００ｓｃｃｍのガス流を生成する。

ガスセンサ４６は、固体半導体型水素センサ／酸化スズ（ＳｎＯ_２）センサである。酸化スズ（ＳｎＯ_２）半導体センサは、加速の影響を受け易い。図１のような従来技術の検知器では、手持ち式吸込みプローブ１０内にセンサが取り付けられており、この現象が、プローブの利用を大幅に制限する。プローブの動きにより、ガスセンサ２６が生成する測定信号に影響が生じる。

ガスセンサを、手持ち式吸込みプローブ１０から真空ポンプを収容したリーク検知計器３４へと移すことで、加速に起因した信号を防止するというのが、本発明の思想である。ガスセンサ４６をプローブ１０，３０内ではなく計器３４内に配置することにより、応答時間が長くなる。応答時間は、プローブ３０の先端１８にある吸込口４０から計器３４内部のガスセンサ４６までのガスの移送時間に相当する。移送時間は、ガス導通ライン４４の、プローブ３０とガスセンサ４６との間の第１部位５４の圧力および内部体積を減少させることによって短かくなる。内部体積の減少は、第１部位５４の長さを３メートル以下、内径を２ｍｍにすることによって行われる。代替的な一実施形態において、第１部位５４の長さは５メートル以下、内径は２ｍｍとされる。真空ポンプ３６が作動することにより、導通ライン４４の第１部位５４内の動作圧は、４０～２００Ｔｏｒｒ（約５０～２５０ｍｂａｒ）に低下する。

ガス導通ライン４４の先端１８には、吸込口４０を形成するようにオリフィスが設置されている。センサ４６は、ポンプ３６の真空側のポンプ３６近傍、すなわち、真空ポンプ３６の低圧吸入口４２付近に配置されている。結果として、生信号の最大微分として測定される測定信号が測定レンジに亘って維持されるほか、信号応答が高速になり、測定対象ガスの短いパルスに対する精度が向上する。
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〕
手持ち式吸込みプローブ（３０）と、
真空ポンプ（３６）と、
前記吸込みプローブ（３０）と前記真空ポンプ（３６）とを接続するガス導通ライン（４４）と、
リーク検知中に、前記吸込みプローブ（３０）で吸引されるガス流内のトレーサガス成分を直接かつ一斉に分析する、固体半導体型のガスセンサ（４６）と、
を備え、
前記ガスセンサ（４６）は、前記ガス導通ライン（４４）の第１部位（５４）が該ガスセンサ（４６）から前記吸込みプローブ（３０）まで延び、前記ガス導通ライン（４４）の第２部位（５２）が該ガスセンサ（４６）から前記真空ポンプ（３６）まで延びる形で、前記ガス導通ライン（４４）に接続されており、
前記吸込みプローブ（３０）は、前記ガス導通ライン（４４）への吸込口を形成するオリフィスを具備し、
前記ガス導通ライン（４４）の前記第２部位（５２）が前記ガスセンサ（４６）と前記真空ポンプ（３６）の低圧吸入口（４２）を接続する一方で、前記真空ポンプ（３６）の吐出口（５６）は外気に繋がっている、ガスリーク検知器において、
前記ガスセンサ（４６）は、前記真空ポンプ（３６）の位置に、前記ガス導通ライン（４４）の前記第１部位（５４）の長さが前記ガス導通ライン（４４）の前記第２部位（５２）の長さよりも大きくなる形で配置されており、前記ガス導通ライン（４４）の前記第２部位（５２）が前記ガスセンサ（４６）と前記真空ポンプ（３６）の低圧吸入口（４２）を接続する一方で、前記真空ポンプ（３６）の吐出口（５６）は外気に繋がっていることを特徴とする、ガスリーク検知器。
〔態様２〕
態様１に記載のガスリーク検知器において、前記真空ポンプ（３６）および前記ガスセンサ（４６）が、前記吸込みプローブ（３０）から離間する位置にある共通の筐体（３２）内に配置されており、前記ガス導通ライン（４４）によって前記吸込みプローブ（３０）と接続されている、ガスリーク検知器。
〔態様３〕
態様１または２に記載のガスリーク検知器において、前記真空ポンプ（３６）が、外気圧よりも低い（好ましくは約５０～約２５０ｍｂａｒの）圧力を生成するように構成されており、前記センサが、前記真空ポンプ（３６）によって生成された、前記外気圧よりも低い圧力で動作するように構成されている、ガスリーク検知器。
〔態様４〕
態様１から３のいずれか一態様に記載のガスリーク検知器において、前記ガス導通ライン（４４）の全長が約１０メートル未満、好ましくは約５メートル未満であり、かつ／あるいは、前記ガス導通ライン（４４）の吸引内径が約５ｍｍ未満、好ましくは約３ｍｍ未満である、ガスリーク検知器。
〔態様５〕
態様１から４のいずれか一態様に記載のガスリーク検知器において、前記ガスセンサ（４６）が、固体半導体金属酸化物センサ又は酸化スズ（ＳｎＯ _２）センサである、ガスリーク検知器。
〔態様６〕
態様１から５のいずれか一態様に記載のガスリーク検知器において、前記ガスセンサが、水素センサである、ガスリーク検知器。
〔態様７〕
態様１から６のいずれか一態様に記載のガスリーク検知器において、前記ガス導通ライン（４４）の、前記真空ポンプの吸入口（４２）と前記ガスセンサ（４６）との間の前記第２部位（５２）の長さが、約１メートル未満、好ましくは約５０ｃｍ未満である、ガスリーク検知器。
〔態様８〕
態様１から７のいずれか一態様に記載のガスリーク検知器において、前記真空ポンプ（３６）、前記ガス導通ライン（４４）および前記オリフィスが、前記吸込口（４０）から約２０～３０００ｓｃｃｍの吸込みガス体積流を生成するように構成されている、ガスリーク検知器。
〔態様９〕
態様１から８のいずれか一態様に記載のガスリーク検知器を用いた、ガスリーク検知の方法であって、前記真空ポンプ（３６）を、４００ｍｂａｒ未満の吸入圧を生成するように作動させ、リーク検知中に、前記吸込口（４０）から連続的又は周期的に吸引される４００ｍｂａｒ未満の圧力のガス流内のトレーサガス成分を、前記ガスセンサ（４６）で直接分析する、方法。
〔態様１０〕
態様９に記載の方法において、前記吸込口（４０）から前記ガス導通ライン（４４）を通過する、約２０～約３０００ｓｃｃｍのガス流を生成するように、前記真空ポンプ（３６）を作動させる、方法。
〔態様１１〕
態様９または１０に記載の方法において、前記ガスセンサ（４６）が、前記吸込口（４０）から吸引されたガス流について、ガス流から分離された成分ではなく、ガス流全体を分析する、方法。

３０吸込みプローブ
３２筐体
３６真空ポンプ
４０吸込口
４２吸入口
４４ガス導通ライン
４６ガスセンサ
５２ガス導通ラインの第２部位
５４ガス導通ラインの第１部位
５６吐出口

Claims

手持ち式吸込みプローブ（３０）と、
真空ポンプ（３６）を含むリーク検知計器（３４）と、
前記吸込みプローブ（３０）と前記真空ポンプ（３６）とを接続するガス導通ライン（４４）と、
リーク検知中に、前記吸込みプローブ（３０）で吸引されるガス流内のトレーサガス成分を直接かつ一斉に分析する、固体半導体型のガスセンサ（４６）と、
を備え、
前記ガスセンサ（４６）は、前記ガス導通ライン（４４）の第１部位（５４）が該ガスセンサ（４６）から前記吸込みプローブ（３０）まで延び、前記ガス導通ライン（４４）の第２部位（５２）が該ガスセンサ（４６）から前記真空ポンプ（３６）まで延びる形で、前記ガス導通ライン（４４）に接続されており、
前記吸込みプローブ（３０）は、前記ガス導通ライン（４４）への吸込口を形成するオリフィスを具備し、
前記ガス導通ライン（４４）の前記第２部位（５２）が前記ガスセンサ（４６）と前記真空ポンプ（３６）の低圧吸入口（４２）を接続する一方で、前記真空ポンプ（３６）の吐出口（５６）は外気に繋がっている、ガスリーク検知器において、
前記真空ポンプ（３６）および前記ガスセンサ（４６）が、前記吸込みプローブ（３０）から離間する位置にある前記リーク検知計器（３４）の共通の筐体（３２）内に配置されて、前記ガス導通ライン（４４）によって前記吸込みプローブ（３０）と接続されており、
前記ガスセンサ（４６）は、前記共通の筐体（３２）内で、前記真空ポンプ（３６）の位置に、前記ガス導通ライン（４４）の前記第１部位（５４）の長さが前記ガス導通ライン（４４）の前記第２部位（５２）の長さよりも大きくなる形で配置されており、これによって、ガスセンサ（４６）において加速に起因する信号の発生を防止することを特徴とする、ガスリーク検知器。
請求項１に記載のガスリーク検知器において、前記真空ポンプ（３６）が、外気圧よりも低い圧力を生成するように構成されており、前記センサが、前記真空ポンプ（３６）によって生成された、前記外気圧よりも低い圧力で動作するように構成されている、ガスリーク検知器。
請求項１または２に記載のガスリーク検知器において、前記ガス導通ライン（４４）の全長が約１０メートル未満であり、かつ／あるいは、前記ガス導通ライン（４４）の吸引内径が約５ｍｍ未満である、ガスリーク検知器。
請求項１から３のいずれか一項に記載のガスリーク検知器において、前記ガスセンサ（４６）が、固体半導体金属酸化物センサ又は酸化スズ（ＳｎＯ_２）センサである、ガスリーク検知器。
請求項１から４のいずれか一項に記載のガスリーク検知器において、前記ガスセンサが、水素センサである、ガスリーク検知器。
請求項１から５のいずれか一項に記載のガスリーク検知器において、前記ガス導通ライン（４４）の、前記真空ポンプの吸入口（４２）と前記ガスセンサ（４６）との間の前記第２部位（５２）の長さが、約１メートル未満である、ガスリーク検知器。
請求項１から６のいずれか一項に記載のガスリーク検知器において、前記真空ポンプ（３６）、前記ガス導通ライン（４４）および前記オリフィスが、前記吸込口（４０）から約２０～３０００ｓｃｃｍの吸込みガス体積流を生成するように構成されている、ガスリーク検知器。
請求項１から７のいずれか一項に記載のガスリーク検知器を用いた、ガスリーク検知の方法であって、前記真空ポンプ（３６）を、４００ｍｂａｒ未満の吸入圧を生成するように作動させ、リーク検知中に、前記吸込口（４０）から連続的又は周期的に吸引される４００ｍｂａｒ未満の圧力のガス流内のトレーサガス成分を、前記ガスセンサ（４６）で直接分析する、方法。
請求項８に記載の方法において、前記吸込口（４０）から前記ガス導通ライン（４４）を通過する、約２０～約３０００ｓｃｃｍのガス流を生成するように、前記真空ポンプ（３６）を作動させる、方法。
請求項８または９に記載の方法において、前記ガスセンサ（４６）が、前記吸込口（４０）から吸引されたガス流について、ガス流から分離された成分ではなく、ガス流全体を分析する、方法。