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JP2002005777A - ヘリウムリークディテクタ - Google Patents

ヘリウムリークディテクタ

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Publication number
JP2002005777A
JP2002005777A JP2000188630A JP2000188630A JP2002005777A JP 2002005777 A JP2002005777 A JP 2002005777A JP 2000188630 A JP2000188630 A JP 2000188630A JP 2000188630 A JP2000188630 A JP 2000188630A JP 2002005777 A JP2002005777 A JP 2002005777A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
helium
permeable membrane
gas
flow path
gas flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000188630A
Other languages
English (en)
Inventor
Akio Igawa
秋夫 井川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP2000188630A priority Critical patent/JP2002005777A/ja
Publication of JP2002005777A publication Critical patent/JP2002005777A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Examining Or Testing Airtightness (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃料電池のような透過膜を1段以上積層した被
試験体の透過膜の構造欠陥の有無を、ヘリウムリークデ
ィテクタを用いて短時間で感度よく検出することができ
るように構成する。 【解決手段】本発明では、予めガス流通経路5にヘリウ
ム以外のガスを一定量で流し続けておき、しかる後、ヘ
リウム導入経路3を通じて透過膜1内にヘリウムを導入
すると、一定時間経過後に透過膜1の周壁部からガス流
通経路側にヘリウムが透過し、スニファープローブ6に
至る。このため、スニファープローブ6は一定の飽和ヘ
リウム量を検出することになる。しかしながら、透過膜
1にピンホール等の構造欠陥が存在する場合、ヘリウム
は周壁部を透過するよりも先に構造欠陥部分を通じてガ
ス流通経路3側に流出し、スニファープローブ6に入
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、透過膜を積層した
被試験体、例えば燃料電池のリークテストを行う際に好
適に利用されるヘリウムリークディテクタに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】現在、世界規模で燃料電池の開発が進め
られている。燃料電池は燃料の持つ化学的なエネルギを
直接電気エネルギに変換する装置で、従来の熱機関と比
較すると、エネルギの利用効率は圧倒的に高いという特
徴を持つ。この燃料電池の一般的な構成は、多孔質体
(透過膜)に固体電解質を含浸した電解質層を挟んで一
対の多孔質電極を配置し、一方の電極の背面側に水素等
の燃料ガスを、他方の電極の背面側に空気等の酸化剤ガ
スを供給することにより起こる電気化学反応を利用し
て、一対の電極間から電気エネルギーを取り出す構造で
ある。
【0003】ところで、電解質層の透過膜にピンホール
が存在すると、電解質層内を酸素イオンではなく酸素分
子が移動し、通常の燃焼を生じ、電位を低下させるた
め、ピンホールなどの構造欠陥を検査する必要がある。
従来、このような被試験体のリークテストは、空気加圧
による圧力降下法により行われている。圧力降下法は、
被試験体内部を加圧し、その後の圧力の降下状況によっ
て被試験体からのリーク、ひいてはピンホール等の構造
欠陥の有無を検出するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、圧力降下法に
よるリークテストでは、検査に要する時間が数分間と長
く、また検出感度も10-4pa・m3 /s程度と極めて
低いものであった。そこで、密閉容器の封止検査や密閉
検査等を行う際に利用されるヘリウムリークディテクタ
を、燃料電池のような被試験体のリークテストにおいて
も利用するという手法が一つの有効な手段として考えら
れる。ヘリウムは拡散性に富むため、ピンホール等の構
造欠陥が存在すれば逸早くヘリウムの漏出を誘導できる
ためである。このヘリウムリークディテクタでは、検出
感度は 10-7-pam3 /s以上に向上する。
【0005】しかしながら、検出感度は10-7-pam3
/s以上に向上できても、被試験体が透過性を有する
性質ゆえ、構造欠陥部分以外すなわち被試験体の正常な
周壁部分からもヘリウムガスの気体分子が簡単に透過し
てしまう。このため、単純に既存のヘリウムリークディ
テクタを適用したのでは、漏れ量と透過量が混在し、正
確なリーク判定を行うことができない。
【0006】本発明は、このような課題に着目してなさ
れたものであって、燃料電池のような透過膜を1段以上
積層した被試験体の透過膜の構造欠陥の有無を、ヘリウ
ムリークディテクタを用いて短時間で感度よく検出する
ことができるように構成することとしている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、高分子構造を持った浸透圧を応用した透
過膜を1段以上に積層した構造をもつ被試験体を内部に
収容するセルと、前記被試験体内にヘリウムを導入する
ヘリウム導入経路と、前記セル内における被試験体の周
辺雰囲気にヘリウム以外のガスを流通させるガス流通経
路と、このガス流通経路内を流通するヘリウム量を下流
側において検出する検出手段とを具備してなり、前記ヘ
リウム導入経路を通じて導入したヘリウムが試験体を透
過して前記検出手段に至るよりも早い時期に、該検出手
段の検出値に基づいてリ−ク判定を行い得るようにして
いる。
【0008】このような構成において、予めガス流通経
路にヘリウム以外のガスを一定量で流し続けておき、し
かる後、ヘリウム導入経路を通じて被試験体内にヘリウ
ムを導入すると、一定時間経過後に透過性を有する被試
験体の周壁部からガス流通経路側にヘリウムが透過し、
検出手段に至る。このため、検出手段は一定の飽和ヘリ
ウム量を検出することになる。しかしながら、被試験体
にピンホール等の構造欠陥が存在する場合、ヘリウムは
周壁部を透過するよりも先に構造欠陥部分を通じてガス
流通経路側に流出し、検出手段に検出される。したがっ
て、このときの検出手段の検出値を目安にすれば、透過
量とは切り離して漏れ量のみを有効に判定することがで
きる。
【0009】しかも、ヘリウムは拡散性に富み、圧力降
下法に比べて逸早くピンホール等の構造欠陥部分からの
漏れを誘導することができるため、検査に要する時間を
大巾に短縮し、検出感度も飛躍的に向上させることがで
きる。
【0010】なお、本発明で「高分子構造を持った浸透
圧を応用した透過膜を1段以上に積層した構造をもつも
の」は、例えば燃料電池などを挙げることができ、透過
膜としては、例えば、多孔質膜、中空糸などを挙げるこ
とができる。燃料電池の場合、例えば透過膜内にりん酸
などの電解質を挟み燃料極および空気極が配設される。
これを1セットとして単位電池が構成される。したがっ
て、燃料電池の場合、「透過膜を1段以上」とは、単位
電池が1個以上を意味する。また、「ヘリウム以外のガ
ス」としては、例えば空気、窒素、アルゴンなどを挙げ
ることができるが、特に限定されない。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。図1に示す1は、燃料電池に利
用される円筒状の透過膜であり、7段設けられ、セル2
内に収容されている。燃料電池に供するときには、この
透過膜1内壁には外側から順に空気極、固体電解質層、
燃料極(いずれ図示せず)が積層される。透過膜1内に
は、燃料ガス(水素等)を出入するための導出入口2
a、2bを設け、また、セル2には空気などの酸化ガス
を出入するための導出入口2c、2dが設けられてい
る。したがって、ガス導入口2aより水素等の燃料ガス
を流すとともに、ガス導入口2より空気などの酸化ガス
を流すと、透過膜1内部で酸素イオンが移動して化学的
燃焼が起こり、空気極と燃料極の間に発電が行われる。
【0012】本発明では、前記透過膜1の漏れ検査はヘ
リウムリークディテクタのスニファー法に基づいて実施
する。そのため、前記セル2をそのまま検出用の容器と
して用い、ガス導入口2aをそのままヘリウムガス導入
口として使用して、ヘリウム導入経路3を接続し、ガス
導出口2bにヘリウム排気経路或いは密栓4を接続す
る。また、ガス導入口2c、2dにガス流通経路5、
5’を接続し、他方のガス流通経路5’に検出手段たる
スニファープローブ6を接続している。スニファープロ
ーブ6には、公知のリークディテクタ本体8が接続され
ている。前記ヘリウム導入経路3は、透過膜1内にのみ
接続され、ガス流通経路5、5’との間は確実にシール
されている。スニファープローブ6は、約8.7×10
-10 pa・m3/s以上のヘリウムを検出可能な極めて
高い検出感度を有するものであり、末端は図示しない排
気手段の吸気口に接続されている。
【0013】次に、本例におけるリークテスト方法につ
いて説明する。先ず、スニファープローブ6の末端に接
続してある図示しない排気手段を作動させ、スニファー
プローブ6及びセル2内を排気する。そして、スニファ
ープローブ6が所定のバックグラウンド値以下の検出値
になったとき、リークテストを開始する。
【0014】次に、ガス流通経路5に空気を流し、一方
のガス導入口2cから他方のガス導出口2dに向けて一
定量の空気の流れを形成する。空気の流れが定常状態に
入ると、密栓4をガス同術口2bにして、ガス導入口2
aから透過膜1内に例えば0.1MPa・G程度の加圧
状態でHeを導入する。これにより、ヘリウム導入経路
3から透過膜1内にヘリウムが流入し、そのヘリウムは
逐次、該透過膜1内に封入される。ガス流通経路5の下
流に位置するスニファープローブ6には、当初空気のみ
が流入するが、ある時間経過以後には透過性のある透過
膜1の周壁からガス流通経路5側に透過したヘリウムが
流入するようになる。そして、最終的にスニファープロ
ーブ6は、図2の曲線Aに沿って一定時間 (例えば1
0秒)経過後にヘリウム導入量に対応する飽和ヘリウム
量を検出することになる。
【0015】一方、上記の過程において、透過膜1にピ
ンホールや亀裂等の構造欠陥部分7が存在する場合、ヘ
リウムはその構造欠陥部分7を介して透過膜1の周壁を
透過するヘリウムよりもより早くガス流通経路5側に流
出し、スニファープローブ6に流れ込む。このため、構
造欠陥部分7がある場合には図2に曲線Bで示すように
曲線Aの透過ヘリウムよりも早い時期にスニファープロ
ーブ6は漏出したヘリウムを検出することになる。
【0016】しかして、この例においては、漏出ヘリウ
ムが飽和するときの値の20%の値をもってスニファー
プローブ6による合否判定値とし、その値が2×10-7
-pam3 /s以上である場合にはピンホールや亀裂等
の構造欠陥が存在するものとして不良判定し、2×10
-7-pam3 /s以下である場合には構造欠陥が存在し
ないか若しくは問題にならない程度であるとして合格判
定するようにしている。このため、ヘリウム導入後から
の合否判定時間 は約10秒程度を見込んおけば足り
る。
【0017】このように、本実施例のヘリウムリークデ
ィテクタは、拡散性に富み構造欠陥部分からの漏れを逸
早く誘導できるヘリウムを透過性のある透過膜1に流し
ても、透過膜1から透過するヘリウムとは確実に区別し
て漏出ヘリウムのみを検出することができる。このた
め、従来に比べて検査に要する時間を叙述のように10
秒程度に激減させることができ、検出感度も10-7-p
am3 /s程度にまで飛躍的に向上させることが可能と
なる。
【0018】勿論、ガス流通経路5内の空気の流量を増
やすと検出感度よりも応答時間が優先し、流量を減らす
と応答時間よりも検出感度が優先するため、空気の導入
量を通じて応答時間と検出感度の兼ね合いを自在に調整
することができるものである。なお、ガス流通経路5に
窒素やアルゴンなど空気以外のガスを流通させるなど、
各部の具体的な構成は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が
可能である。
【0019】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。すなわ
ち、本発明に係るヘリウムリークディテクタは、透過性
を有する被試験体のリークテストにおいて、ヘリウムが
透過膜を透過する前に、漏れ箇所から漏出したヘリウム
を被試験体の周辺雰囲気を流通するガスとともに逸早く
検出手段に導いてその漏れ量のみを検出し得るようにし
ているので、従来に比べて検査に要する時間を大巾に短
縮し、同時に検出感度も飛躍的に向上させることが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を模式的に示す斜視図。
【図2】同実施例の作用説明図。
【符号の説明】 1:透過膜 2:セル 3:ヘリウム導入経路 5:ガス流通経路 6:スニファープローブ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高分子構造を持った浸透圧を応用した透過
    膜を1段以上に積層した構造をもつ被試験体を内部に収
    容するセルと、前記被試験体内にヘリウムを導入するヘ
    リウム導入経路と、前記セル内における被試験体の周辺
    雰囲気にヘリウム以外のガスを流通させるガス流通経路
    と、このガス流通経路内を流通するヘリウム量を下流側
    において検出する検出手段とを具備してなるヘリウムリ
    ークディテクタ。
  2. 【請求項2】被試験体が燃料電池である請求項1記載の
    ヘリウムリークディテクタ。
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