(57)【要約】【課題】２次元的広がりを持つ検査対象物ばかりでなく３次元的構造の検査対象物からのガスリークの有無をも、そのリークする部位も含めて短時間で検知することのできる、新たなガスリーク検知装置を提供する。【解決手段】ガスリーク検知装置は、酸素消光性塗料８を塗布した透明板７と、透明板７に向けて酸素消光性塗料８に対する励起光を照射する励起光源９と、透明板７の酸素消光性塗料８を塗布した領域を撮像するイメージセンサ１１と、イメージセンサ１１が得た情報を画像化する画像処理部１２，ディスプレー１３とを備える。検査対象物Ｐにピンホールｈからのガスリークがあると、明るい点１４としてディスプレー１３上に瞬時に表示される。【選択図】図１
2007333702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素消光性塗料を塗布した透明板と、前記透明板に向けて酸素消光性塗料に対する励起光を照射する励起光源と、前記透明板の酸素消光性塗料を塗布した領域を撮像するイメージセンサと、イメージセンサが得た情報を画像化する画像処理部とを少なくとも備えることを特徴とするガスリーク検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガスリーク検知装置であって、前記酸素消光性塗料を塗布した透明板と前記イメージセンサとの間に、酸素消光性塗料が発光する波長の光を透過する光学フィルタを備えることを特徴とするガスリーク検知装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガスリーク検知装置であって、該ガスリーク検知装置は検査対象物を収容するチャンバーを有しており、前記酸素消光性塗料を塗布した透明板は前記チャンバーの壁部を構成していることを特徴とするガスリーク検知装置。
【請求項４】
請求項３に記載のガスリーク検知装置であって、前記チャンバーは２カ所以上の壁部が前記酸素消光性塗料を塗布した透明板で構成されていることを特徴とするガスリーク検知装置。
【請求項５】
検査対象物が燃料電池またはその構成部品であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のガスリーク検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は検査対象物からのガス漏れを検知するためのガスリーク検知装置に関し、特に、燃料電池を構成する電解質膜あるいはＭＥＡ（膜電極接合体）等からのガス漏れを効果的に検知するためのガスリーク検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池で使用される電解質膜やセパレータのように、本来ガス不透過性であるべき材料に例えばピンホールに起因するガスリークがあるかどうかを検知するために、いくつかのガスリーク検知装置あるいは方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、燃料電池用高分子膜の一方の面側に検査ガスを供給し、他方面側をガスを吸引するプローブで走査して、プローブが吸引したガス中に検査ガスが含まれているか否かでもって、高分子膜にガスリークが有るかどうかを検知する方法が記載されている。特許文献２には、高分子膜に照射光を照射し、高分子膜から発生した光の特定波長の光のみを受光し、前記受光した光の光量に基づいて、高分子膜のピンホールの有無を検知する方法が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８１０１３号公報
【特許文献２】特開２００４−３２５３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１や２に記載の方法は、多孔質膜等に存在するピンホールを検出するのに有効なものであるが、いずれも、膜面全体を順次走査するようにしており、膜面全体を検査するのに長い時間を必要とする。また走査部の走査ピッチや大きさにより未検査部位や検出感度の低い部位が発生するのを避けられない。また、いずれにしても面を走査する手法であり、３次元の構造体に存在するガスリーク部を迅速に検知するのは容易でない。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、２次元的広がりを持つ検査対象物ばかりでなく３次元的構造の検査対象物からのガスリークの有無をも、そのリークする部位も含めて短時間で検知することのできる、新たなガスリーク検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるガスリーク検知装置は、酸素消光性塗料を塗布した透明板と、前記透明板に向けて酸素消光性塗料に対する励起光を照射する励起光源と、前記透明板の酸素消光性塗料を塗布した領域を撮像するイメージセンサと、イメージセンサが得た情報を画像化する画像処理部とを少なくとも備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、「酸素消光性塗料」とは、バインダーであるポリマー溶液に白金ポリフィリン色素、ルテニウム色素などの複素環式化合物を混ぜたものであり、それ自体は従来知られている。酸素消光性塗料を塗布した面に特定波長の励起光を照射すると、白金ポリフィリン等が励起状態となり、元の基底状態に戻る際に光を放出するが、この放出光は周囲の酸素分子により消光作用を受ける。本発明によるガスリーク検知は、この現象を利用している。
【０００９】
ガスリークを検知するに際し、励起光源から励起光を酸素消光性塗料を塗布した透明板に向けて照射する。励起光を受けて酸素消光性塗料は発光するが、雰囲気ガスが空気の場合には、酸素消光性塗料からの発光は消光状態（低輝度状態）となる。イメージセンサは酸素消光性塗料を塗布した領域を面の情報として捉え、その情報を画像処理部が画像化してディスプレー上に表示するが、酸素消光性塗料からの発光は消光状態であり、全体として暗い画像（低い発光輝度の画像）がディスプレーに表示される。
【００１０】
この状態で、装置を検査対象物に接近させ、その酸素消光性塗料を塗布した透明板を検査対象物に向ける。検査対象物からガスリーク（雰囲気ガスが空気の場合は、酸素以外のガス）があると、リークしたガスにより空気が排除されてその領域の酸素濃度が低下し、その部位での酸素消光性塗料からの発光輝度は大きくなる。明るくなった箇所はイメージセンサによって認識され、画像処理部により処理されてディスプレー上に表示される。すなわち、全体として暗い画像（発光輝度の低い画像）中に、明るい点（発光輝度の高い画像）が表示される。これにより、ディスプレーを見る者は、瞬時にガスリークの有無とその平面上での位置を認識することができる。検査対象物が３次元的構造のものである場合には、検査対象物のそれぞれの面に、装置の酸素消光性塗料を塗布した透明板を向けて検知を行うことにより、ガスリーク部位を立体的に検出することが可能となる。
【００１１】
なお、酸素ガスのリークを検知する場合には、装置をヘリウムのような不活性ガス雰囲気中に置く。この場合に、ガスリークのない状態では、発光輝度の高い画像がディスプレー上に現れており、ガスリークが検知されると、画像上でのその部位の輝度が低下する。
【００１２】
本発明によるガスリーク検知装置において、酸素消光性塗料を塗布した透明板とイメージセンサとの間には、好ましくは、酸素消光性塗料が発光する波長の光を透過する光学フィルタが備えられる。これにより、それにより識別度の高い画像を得ることができる。
【００１３】
本発明によるガスリーク検知装置の１つの態様において、装置は検査対象物を収容するチャンバーを有し、前記酸素消光性塗料を塗布した透明板は前記チャンバーの壁部を構成する。この態様では、チャンバー内に雰囲気ガスを満たした状態で検査対象物のガスリークを検知することができるので、より精緻なリーク検知が可能となる。この態様において、励起光源をチャンバーの外に配置して、酸素消光性塗料を塗布した透明板である壁部を外側から照射するようにしてもよく、チャンバーの内部に適所に配置するようにしてもよい。イメージセンサはチャンバー外に配置し、透明板（壁部）の酸素消光性塗料を塗布した領域を外側から撮像する。
【００１４】
上記の態様において、前記チャンバーの２カ所以上の壁部を前記酸素消光性塗料を塗布した透明板で構成することもできる。チャンバーが立方体の場合、チャンバーの対向する２つの側壁を酸素消光性塗料を塗布した透明板で構成すれば、検査対象物の対向する両側面からのガスリークの有無とその位置を同時に検知することができる。２つの側壁に限らず、４つ、６つの側壁を酸素消光性塗料を塗布した透明板で構成してもよい。
【００１５】
本発明によるガスリーク検知装置は、任意の部材からのガスリークの検知に用いることができる。一例として、燃料電池を構成する電解質膜や膜電極接合体を挙げることができる。また、燃料電池の単セル、複数の単セルからなるスタックも例として挙げることができる。前者の場合には、前記したチャンバー内に電解質膜や膜電極接合体を取り付け、酸素消光性塗料を塗布した透明板で構成した壁部と電解質膜または膜電極接合体との間に雰囲気ガス（空気）を満たし、反対側にヘリウムのような不活性ガスを検知ガスとして導入する。後者の場合には、雰囲気ガス（空気）で満たした前記チャンバー内に単セルまたはスタックをセットした状態で、検知ガスを単セルまたはスタックに導入する。もちろん、いずれの場合も、雰囲気ガスを不活性ガスとし、検知ガスを空気とすることもできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によるガスリーク検知装置を用いることにより、２次元的広がりを持つ検査対象物および３次元的構造の検査対象物からのガスリークの有無を、そのリークする部位も含めて短時間で検知することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施の形態に基づき説明する。図１は本発明によるガスリーク検知装置の一形態をその使用態様とともに説明する図であり、図２は図１に示すガスリーク検知装置のチャンバーを中心に示す斜視図である。図３と図４は本発明によるガスリーク検知装置の他の形態を示しており、図３は斜視図を、図４はその使用態様を装置の断面とともに示している。図５は本発明によるガスリーク検知装置のさらに他の形態をその使用態様とともに説明する図である。
【００１８】
図１に示すガスリーク検知装置１は、上方を開放した箱形のチャンバー２を備え、１つの側壁には検知ガス導入部３が、他の側壁には検知ガス排出部４が設けてある。排出部４は開閉弁５により閉鎖できるようになっている。チャンバー２の内部には、検査対象物Ｐを保持するための保持手段６が設けてあり、検査対象物Ｐは保持手段６によりチャンバー２内にセットされる。チャンバー２の開放した上面は、透明板７で閉鎖されるようになっており、該透明板７の検査対象物Ｐ側となる面には酸素消光性塗料８が塗布されている。
【００１９】
チャンバー２の開放した上面を閉鎖するようにして配置される透明板７の上方には、酸素消光性塗料８に対する励起光を照射するための例えばリング状の励起光源９が設けられ、さらに、励起光を受けて酸素消光性塗料８が発光する光の波長を透過する光学フィルタ１０が設けられる。光学フィルタ１０の背後には、前記透明板７の酸素消光性塗料８を塗布した領域の全面を同時に撮像することのできるイメージセンサ１１が位置しており、イメージセンサ１１が得た情報は、画像処理装置１２に送られて、ディスプレー１３上に画像化される。
【００２０】
上記の装置の使用態様を説明する。最初に、チャンバー２内に検査対象物Ｐ（例えば、燃料電池の電解質膜）をセットする。セットは、検査対象物Ｐとチャンバー２の内壁面との間が密封されるように、保持手段６を利用して行う。セット後、透明板７を、酸素消光性塗料８を塗布した面が検査対象物Ｐ側となるようにして、チャンバー２の開放面側に取り付ける。この際も、チャンバー２と透明板７との衝接面は密封されるようにする。それにより、チャンバー２内の空間は、検査対象物Ｐを挟んで、互いに独立しかつ空気が入り込んだ２つの室２１，２２に分けられる。
【００２１】
その状態で、検知ガス導入部３からＨｅなどの不活性ガスを導入し、室２１内に存在していた空気と不活性ガスが置き換わった時点で開閉弁５を閉じる。一方、励起光源９を点灯し、イメージセンサ１１および画像処理装置１２を作動状態とする。
【００２２】
検査対象物Ｐにピンホール等がなくガスリークがないと仮定する。その場合は、室２１に充満した不活性ガスは、そのまま室２１内にある。透明板７に塗布した酸素消光性塗料８は励起光源９からの励起光を受けて発光するが、室２２には空気が充満しており、発光は消光状態（低輝度状態）となる。イメージセンサ１１は、酸素消光性塗料８が塗布された面を一律な低輝度状態の面としてとらえ、全体として暗い画像が画像処理装置１２のディスプレー１３に現れる。
【００２３】
図１に示すように、検査対象物Ｐにピンホールｈがあると仮定する。その場合は、室２１に充満していた不活性ガスがピンホールｈを通って室２２内に入り込む（いわゆる、ガスリークが生じる）。室２２内に浸入した不活性ガスＧは、その領域の空気を排除して酸素消光性塗料８にまで達する。それにより、その部分の酸素濃度が低下するので、その部位での酸素消光性塗料８からの発光輝度は大きくなる。明るくなった箇所はイメージセンサ１１によって認識され、画像処理部１２のディスプレー１３上に明るい点１４として表示される。検査をする者は、全体として暗い画像中に明るい点１４が現れることを容易に認識することができ、瞬時に検査対象物Ｐにおけるガスリークの有無とその平面上での位置を視認することができる。
【００２４】
図３，図４には、携帯型のガスリーク検知装置１Ａが示される。この装置１Ａは全体がケーシング３１内に収容されており、必要な場合にはハンドル３２が設けられる。ケーシング３１あるいはハンドル３２を持って、任意の場所に移動することができる。
【００２５】
ケーシング３１内には、リング状の励起光源９が位置しており、その前方には表側に酸素消光性塗料８を塗布した透明板７が位置している。透明板７の後方には、励起光を受けて酸素消光性塗料８が発光する光の波長を透過する光学フィルタ１０が位置しており、その後方には、イメージセンサ１１が位置している。イメージセンサ１１からの情報は、画像処理装置１２に送られて画像化され、ケーシング３１に取り付けたディスプレー１３上に表示される。図示しないが、ハンドル３２内等の適所には駆動用のバッテリーが、必要に応じて配置される。
【００２６】
この装置１Ａの作動原理は、図１に基づき説明した装置１と同様であり、説明は省略する。使用に当たって、検査対象物Ｐ（図４の例では、空気以外のガスが流れる管路Ｐ１）に、装置１Ａの先端側を接近させる。もし管路Ｐ１にピンホール等がない場合にはガスリークはなく、環境ガスはすべて空気であることから、前記したように、全体として暗い画像がディスプレー１３に現れる。ピンホールｈがあり、そこからガスリークがあると、空気の希薄な部分が発生し、前記したように、ディスプレー１３上に明るい点１４が表示されるので、装置を使用するものは、管路Ｐ１でのガスリーク位置を瞬時に検知することができる。管路Ｐ１の長手方向および周方向に装置１Ａを移動させながら検知操作を行うことにより、管路Ｐ１の３次元的ガスリーク検知が可能となる。
【００２７】
図５に示すガスリーク検知装置１Ｂは、チャンバー２の形状が図１および図２に示したものと異なっている。このチャンバー２は、箱形をなす６つのすべての側面が酸素消光性塗料８を内側面に塗布した透明板７で構成された密封できるチャンバーである。また、チャンバー２内には検査対象物Ｐ２によりチャンバー内を区画するような手段は設けられてなく、検査対象物Ｐ２はチャンバー２内にそのまま置かれる。
【００２８】
このガスリーク検知装置１Ｂでガスリークの有無を検知する検査対象物Ｐ２は、対象物の検知ガス導入部３ａから入った検知ガスが対象物の内部を通過して検知ガス排出部４ａから排出される構造を備えた物品に限られる。そのような物品の例として、燃料電池の単セルあるいはスタック等が挙げられる。
【００２９】
使用に当たっては、チャンバー２内に検査対象物Ｐ２を置き、チャンバー２を密封状態とする。その際に、検査対象物Ｐの検知ガス導入部３ａにはＨｅのような不活性ガスである検知ガスを導入できるようにしておき、検知ガス排出部４ａからは検知ガスをチャンバー２の外に直接排出できるようにしておく。また、検知ガス排出部４ａには開閉弁５ａを取り付けておく。そして、図１に示した、励起光源９と、励起光を受けて酸素消光性塗料８が発光する光の波長を透過する光学フィルタ１０と、透明板７の酸素消光性塗料８を塗布した領域の全面を同時に撮像することのできるイメージセンサ１１とからなる検知セット５０・・・を、各透明板７に近接して配置する。また、図示しないが、検知セット５０からの画像情報を表示するディスプレーも配置する。
【００３０】
ガスリーク検知に際し、検知ガス導入部３ａからＨｅなどの不活性ガスを導入し、検査対象物Ｐ２内に存在していた空気と不活性ガスが置き換わった時点で、検知ガス排出部４ａの開閉弁５ａを閉じる。また、検知セット５０の励起光源９を点灯し、イメージセンサ１１および画像処理装１２を作動状態とする。
【００３１】
検査対象物Ｐ２のいずれかの箇所からガスリークが発生すると、既に説明した理由により、ガスリーク場所に近接した壁面である透明板７に発光輝度の大きな部分が生じる。その透明板７に向いている検知セット５０はそれを検知して、画像処理部１２のディスプレー１３上に明るい点を表示される。従って、この検査をする者は、検査対象物Ｐ２の３次元であるいずれの面のいずれの箇所にガスリークが生じているかを瞬時に視認することができる。
【００３２】
なお、図示の例では、すべての側面に検知セット５０を配置するようにしているが、１つの検知セット５０で、各側面を順次検知していくようにしても、同様な結果を得ることができる。また、検査対象物によっては、６面のすべてを酸素消光性塗料８を内側面に塗布した透明板７で構成することなく、２面あるいはそれ以上の壁面のみを前記透明板７で構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるガスリーク検知装置の一形態をその使用態様とともに説明する図。
【図２】図１に示すガスリーク検知装置のチャンバーを中心に示す斜視図。
【図３】本発明によるガスリーク検知装置の他の形態を示す斜視図。
【図４】図３に示すガスリーク検知装置の使用態様を装置の断面とともに示す図。
【図５】本発明によるガスリーク検知装置のさらに他の形態をその使用態様とともに説明する図。
【符号の説明】
【００３４】
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２…検査対象物、ｈ…ピンホール、１、１Ｂ…ガスリーク検知装置、１Ａ…携帯型のガスリーク検知装置、２…チャンバー、３、３ａ…検知ガス導入部、４、４ａ…検知ガス排出部、５、５ａ…開閉弁、６…保持手段、７…透明板、８…酸素消光性塗料、９…励起光源、１０…光学フィルタ、１１…イメージセンサ、１２…画像処理装置、１３…ディスプレー、２１，２２…２つの室、３１…ケーシング、３２…ハンドル、５０…検知セット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007333702.tif 000006
【図５】
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