HVACR製造において適切なリーク検査方法を選ぶには

最も古くからあり、現在も広く用いられている手法の一つが、水浸漬試験（ウォーターバス試験またはバブルテストとも呼ばれる）です。その原理は単純で、部品を加圧して水中に沈め、気泡が水面に浮上するかどうかをオペレーターが確認します。その仕組みは、自転車のタイヤにパンクがないかを確認するのと同様で、非常にわかりやすいものです。
実際には、水浴試験では約5×10⁻² mbar l/sまでの漏れ率を検出することができ、これはゆっくりではあるが肉眼で確認できる気泡の流れとして現れます。しかし、漏れ率が1×10⁻⁴ mbar l/sになると、気泡の発生は極めて遅くなり、1つの気泡が現れるまでに約30秒を要します。

理論上の検出限界はさらに低いものの、実際の使用環境下では、試験片の形状によっては検出性能が著しく低下します。開放水域では自由に上昇する気泡であっても、複雑な形状の部品からは容易には分離しない場合があります。また、この方法は、湿気との接触を避ける必要がある部品には適用できないという欠点もあります。

最後に、人的要因があります。気泡が検出されるかどうかは、その日の作業者の注意力や体調に大きく左右されます。その結果、水浴法を使用する場合、偽陰性の結果が出るリスクが比較的高いのです。

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この方法は簡単で比較的安価ですが、その有効性は作業者の注意力と技能に大きく依存します。理論上、石鹸スプレー試験では1×10⁻³ mbar l/sという微小な漏れも検出可能です。しかし実際には、その感度は水浴試験よりも低く、現実的な検出限界は約5×10⁻² mbar l/s程度です。
また、石鹸スプレー検査には特有の課題もあります。空気が泡を吹き飛ばしてしまうため、大きな漏れが見逃され、漏れている部分が密閉されているように見えてしまうことがあります。さらに、漏れ検出用スプレーが表面に付着せず流れ落ちてしまうと、部品の裏側など特定の箇所は検査が特に困難になります。

圧力変化を監視して漏れを検出する主な手法には、減圧法、差圧法、および昇圧法の3つがあります。これら3つの手法はいずれも一体型漏れ試験に広く用いられていますが、産業現場では減圧法が最も一般的です。

圧力減衰試験
圧力減衰試験では、試験対象の部品に所定の過圧を加え、圧力が安定するまで待った後、圧力の低下がないか監視します。圧力が低下する場合は、漏れがあることを示しています。理論上の検出限界は約1×10⁻³ mbar l/sですが、実際には温度変動の影響により、感度は通常1×10⁻² mbar l/s程度になります。温度変動は、漏れを模倣したり、実際の漏れを隠したりするような圧力変化を引き起こす可能性があります。 

差圧試験
差圧試験では、試験対象部品と気密性の高い基準部品を比較することで感度を高めます。この手法により、わずかな圧力差も検出可能となり、理論上の検出限界は1×10⁻⁴ mbar l/s、実用値は1×10⁻³ mbar l/s程度となります。

圧力上昇試験
圧力上昇試験は、真空密閉部品に使用されます。被試験部品の内部に真空状態を作り出し、圧力が上昇する速度から漏れ率を算出します。理論上の感度は1×10⁻⁴ mbar l/sですが、実際には通常1×10⁻³ mbar l/s程度の漏れを検出します。

これら3つの方法は、産業用途における一体型漏れ試験において信頼性の高い選択肢を提供しますが、適切な方法を選択する際には、温度の影響、装置のセットアップ、部品の制約などの実用上の制限を考慮する必要があります。

ヘリウムは、最も広く使用されているトレーサーガスです。化学的に不活性で、無毒、不燃性であり、分子量が4と小さいため、リークテストに特に適しています。もう一つの大きな利点は、バックグラウンド濃度が低いことです。ヘリウムは空気中に約5ppmしか自然には存在しません。
真空チャンバー内で行うインテグラル・ヘリウムリークテストでは、被試験物を手動、あるいはロボットアームなどを用いて自動でチャンバー内に設置します。ポンプで真空を作り、被試験物をまず排気した後、ヘリウムトレーサーガスを充填します。この方法は、厳格な気密要件や真空ポンプのコストにより比較的複雑ですが、重要な利点をもたらします。
真空チャンバー内でのヘリウム検査は、あらゆるトレーサーガス法の中で最も感度が高い。検出に用いられる質量分析計は、最適な条件下で1×10⁻¹² mbar l/sという微小な漏れ率まで測定可能である。この真空法は、製造されるすべての部品に対して全数漏れ検査を行う自動生産プロセスにおけるインライン検査に特に適している。検査サイクルの短縮と処理時間の短縮は、特に完全自動化された工程において大きな利点となります。さらに、その高い感度により、ヘリウム濃度を大幅に低減できることが多く、例えば10%程度まで削減できるため、それに応じて検査ガスのコストも削減できます。

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冷媒をトレーサーガスとして使用すること

HVACR（冷暖房・空調・冷凍）機器の製造において、冷蔵庫や熱交換器などの部品は、最終検査の段階で既に冷媒が充填されていることがよくあります。メーカーは、別のトレーサーガスを導入する代わりに、この状況を活用し、既存の気体状の最終充填ガスを漏洩検出用のトレーサーガスとして利用することができます。このシナリオでは、R1234yf（2,3,3,3-テトラフルオロプロペン）のような合成化合物や、R290（プロパン）、R600a（イソブタン）、R744（CO₂）などの天然冷媒を含め、幅広い種類の冷媒がトレーサーガスとして機能します。
最新のリーク検出器は、こうした多様性に対応できるよう設計されています。一部のマルチガスシステムでは、複数の冷媒を同時に検出することも可能であり、異なるガスが使用される混合生産ラインに最適です。冷媒を用いたスニッフィング式リーク検出の目的は、多くの場合、完成部品の重要な接続箇所の気密性を確認することにあります。しかし、生産工程で検査に不合格となりラインから取り除かれた部品の漏れ箇所を特定し、再作業中に修理を行うためにも利用できます。

「Ecotec 4000」のような高感度の多ガス検知式リーク検出器は、年間0.05gという微量のR600aの漏れも検知可能です。この高い感度により、製品が工場を出荷される前に、わずかな漏れであっても確実に特定することができます。