(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐圧性試験の対象となる水素貯留用の容器と、
前記容器の内部に設けられ、内部に液体が満たされた弾性チューブと、
前記弾性チューブ内に圧力を加えることで、前記弾性チューブを膨脹させる加圧手段と、
前記容器内部の圧力を測定する圧力測定器と、
前記弾性チューブ内に注入された前記注入液体を排出する排出口を備え前記注入液体を前記弾性チューブ内に注入する動作を遮断する遮断部と、を含み、
前記弾性チューブの膨脹により前記容器内部に所定の圧力を加えるために、水素が前記容器内部と前記弾性チューブの外部との間に充填されており、
前記加圧手段は、圧縮機、前記圧縮機を制御して前記容器内の圧力を調節する制御部、前記弾性チューブ内に注入される注入液体が貯留されたタンク、及び、前記圧縮機と前記弾性チューブとを連結する注入管を備え、
前記容器の状態を測定及び観察するための測定手段が、前記容器の外に連結され、
前記水素の圧力による前記容器の変形の程度及び水素漏れの程度を演算及び分析するための検出器が、前記測定手段と結合されており、
前記加圧手段が、前記弾性チューブ内部に前記注入液体を注入することで、前記弾性チューブを膨脹させ、
前記弾性チューブがゴムチューブまたは高分子弾性体であり、
前記圧縮機が前記タンク内に貯留された前記注入液体を圧縮し、前記弾性チューブ内に前記注入液体を注入し、
前記注入液体が不可燃性であり、かつ、前記タンク、前記圧縮機、前記注入管、及び前記弾性チューブと反応せず、
前記圧縮機の圧力の範囲が、１ＭＰａ〜２５０Ｍｐаであり、
前記変形の程度が予め設定された値以上となった場合、又は、前記水素漏れの程度が予め設定された値以上となった場合に、前記遮断部が前記制御部によって前記注入液体を前記弾性チューブ内に注入する動作を停止するよう動作される、
水素貯留用容器の耐圧性試験装置。
【請求項２】
耐圧性試験の対象となる水素貯留用の容器に水素を投入し、液体が貯留された弾性チューブを前記容器内に設けるステップと、
前記弾性チューブと加圧手段とを連結し、前記加圧手段により前記弾性チューブ内に注入液体を注入して、前記弾性チューブを膨脹させるステップと、
前記容器内に存在する前記水素を圧縮して、前記容器内部の圧力を増加させるステップと、
圧力測定器により、前記容器内部の圧力を測定するステップとを含み、
前記弾性チューブを膨脹させるステップでは、タンク内に貯留された注入液体が、圧縮機で圧縮され、かつ、注入管を介して前記弾性チューブ内に注入され、
前記圧縮機が、前記容器内の圧力を調節するための制御部により制御され、
前記容器内の圧力を測定するステップが、前記容器の外に連結された測定手段を介して、前記容器を測定及び観察するステップを更に含み、
前記容器内の圧力を測定するステップが、前記測定手段に連結された検出器で、前記水素の圧力による前記容器の変形の程度及び水素漏れの程度を演算及び分析するステップを更に含み、
前記変形の程度が予め設定された値以上となった場合、又は、前記水素漏れの程度が予め設定された値以上となった場合、前記制御部により動作された遮断装置により、前記注入液体の前記弾性チューブへの注入が停止する、水素貯留用容器の耐圧性試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧縮状態で気体を貯留する容器の使用前に、容器の耐圧性を試験する装置と、その装置を用いて容器の耐圧性を試験する方法とに関する。更に詳しくは、水素貯留用の容器に対して、少量の低圧気体(特に、気体水素)を用いて、耐圧性を試験する装置、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体は、比較的多くの体積を占めるため、移送や運搬を行う場合、高圧に圧縮されて容器に貯留される。高圧の気体が繰り返し容器に充填または容器から排出される間、その容器には繰り返し負荷がかかるため破壊してしまう恐れがある。従って、そのような容器には、繰り返し負荷がかけられる状態においても破壊が発生しないような、所定の耐久性と信頼性が要求される。
【０００３】
また、気体、特に、気体水素は、金属と反応して水素脆化（hydrogen embrittlement）(水素脆化とは、水素分子が金属分子の間を通過する際に、金属分子の間の距離を増加させて、金属分子の強度を低下させるプロセスである)を引き起こすため、水素貯留用容器(例えば、水素燃焼電池、水素配管)は、このような水素についての水素脆化に耐えなければならない。容器が高圧力で変形するか、容器からの水素漏れが発生した場合、水素脆化により、容器が破損したり爆発する危険さえある。
【０００４】
従って、容器の耐圧性試験は、非常に重要である。液体貯留用容器の耐圧性試験は、先ず容器内に液体を満たし、加圧手段により容器の内部に注入液体を注入して、所定の圧力で容器が変形を起こすか否かを確認する。図１は、容器５０に液体２０を満たし、加圧手段２００により注入液体２１０を注入する従来の液体貯留用容器の耐圧性試験装置の断面図を示している。また、図２は、図１の従来装置において、加圧手段２０により注入液体２１０を容器５０に注入した後に、容器５０に圧力が加えられた状態を示している。
【０００５】
しかし、容器５０に液体(例えば水)２０を満たして耐圧性試験を行う場合、どの程度の圧力で容器５０が変形を起こすのかを分析、測定することは可能である。しかし、気体(特に、水素)に対して、容器５０の脆性がどの程度発生するかを確認することはできない。従って、実使用における脆化により容器が破損する可能性があるか否かを見つけることはできない。
【０００６】
また、図３は、実使用環境と同じ環境のように、容器５０内に気体４０を満たして、加圧手段２００により容器５０内に注入液体(または注入気体)２１０を注入して、別の従来の方法により容器の耐圧性試験を行う装置の断面図を示している。図３に示されている試験装置３０の場合、試験装置３０は、耐圧性試験において爆発性を有する気体(特に水素)４０に対して総量の規制を受けるため、気体を用いて試験することが難しい。また、容器５０に欠陥がある場合、耐圧性の試験中に爆発する可能性がある。従って、耐圧性試験に用いられる気体４０の量を規制範囲内に制限しながら、気体４０を容器５０内部に接触させ、耐圧性試験の間所望する圧力を容器５０に加えながら試験可能な容器の耐圧性試験装置の開発に対する明確な要望がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明は、従来技術において発生する上述した問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、容器の耐圧性試験に使用される高い爆発性を有する気体の使用を少量としながらも、容器の実使用状態と同じ環境下において、気体貯留用容器の耐圧性を試験するための装置および方法を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、大型の容器の内部全体に気体水素が満たされた状態において耐圧性試験を行う場合、爆発の危険性があるが、本発明によれば、容器内部に弾性チューブを設け、弾性チューブが設けられていない残りの空間に、少量の水素が満たされるため、容器の爆発の危険性を防止する気体貯留用容器の耐圧性を試験するための装置および方法を提供することである。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、少量の気体水素が使用される場合でも、実使用条件と同様の条件により容器に圧力を加えることができ、気体水素によりどの程度の水素脆化が容器に発生するかを試験することが可能な気体貯留用容器の耐圧性を試験するための装置および方法を提供することである。
【００１０】
本発明の上記およびその他の目的、特徴は、添付の図面を参照した好適な実施形態の以下の説明により明確になる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一態様の水素貯留用容器の耐圧性試験装置は、耐圧性試験の対象となる水素貯留用の容器と、前記容器の内部に設けられ、内部に液体が満たされた弾性チューブと、前記弾性チューブ内に圧力を加えることで、前記弾性チューブを膨脹させる加圧手段と、前記容器内部の圧力を測定する圧力測定器と、前記弾性チューブ内に注入された前記注入液体を排出する排出口を備え前記注入液体を前記弾性チューブ内に注入する動作を遮断する遮断部と、を含み、前記弾性チューブの膨脹により前記容器内部に所定の圧力を加えるために、水素が前記容器内部と前記弾性チューブの外部との間に充填されており、前記加圧手段は、圧縮機、前記圧縮機を制御して前記容器内の圧力を調節する制御部、前記弾性チューブ内に注入される注入液体が貯留されたタンク、及び、前記圧縮機と前記弾性チューブとを連結する注入管を備え、前記容器の状態を測定及び観察するための測定手段が、前記容器の外に連結され、前記水素の圧力による前記容器の変形の程度及び水素漏れの程度を演算及び分析するための検出器が、前記測定手段と結合されており、前記加圧手段が、前記弾性チューブ内部に前記注入液体を注入することで、前記弾性チューブを膨脹させ、前記弾性チューブがゴムチューブまたは高分子弾性体であり、前記圧縮機が前記タンク内に貯留された前記注入液体を圧縮し、前記弾性チューブ内に前記注入液体を注入し、前記注入液体が不可燃性であり、かつ、前記タンク、前記圧縮機、前記注入管、及び前記弾性チューブと反応せず、前記圧縮機の圧力の範囲が、１ＭＰａ〜２５０Ｍｐаであり、前記変形の程度が予め設定された値以上となった場合、又は、前記水素漏れの程度が予め設定された値以上となった場合に、前記遮断部が前記制御部によって前記注入液体を前記弾性チューブ内に注入する動作を停止するよう動作されることを特徴とする。
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明の別の態様の水素貯留用容器の耐圧性試験方法は、耐圧性試験の対象となる水素貯留用の容器に水素を投入し、液体が貯留された弾性チューブを前記容器内に設けるステップと、前記弾性チューブと加圧手段とを連結し、前記加圧手段により前記弾性チューブ内に注入液体を注入して、前記弾性チューブを膨脹させるステップと、前記容器内に存在する前記水素を圧縮して、前記容器内部の圧力を増加させるステップと、圧力測定器により、前記容器内部の圧力を測定するステップとを含み、前記弾性チューブを膨脹させるステップでは、タンク内に貯留された注入液体が、圧縮機で圧縮され、かつ、注入管を介して前記弾性チューブ内に注入され、前記圧縮機が、前記容器内の圧力を調節するための制御部により制御され、前記容器内の圧力を測定するステップが、前記容器の外に連結された測定手段を介して、前記容器を測定及び観察するステップを更に含み、前記容器内の圧力を測定するステップが、前記測定手段に連結された検出器で、前記水素の圧力による前記容器の変形の程度及び水素漏れの程度を演算及び分析するステップを更に含み、前記変形の程度が予め設定された値以上となった場合、又は、前記水素漏れの程度が予め設定された値以上となった場合、前記制御部により動作された遮断装置により、前記注入液体の前記弾性チューブへの注入が停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、爆発危険性の高い低圧の気体を少量使用して、容器の実使用状態と同じ環境下において、容器の耐圧性を試験することができる。
【００３２】
従って、大型の容器内部の全体に水素気体を満たして、耐圧性試験を行う場合、爆発の危険性があるが、本発明によれば、容器内部に弾性チューブを設け、弾性チューブが設けられない残りの空間に少量の水素が満たされるため、容器の爆発の危険を減少できる。
【００３３】
また、低圧の気体を少量だけ使用するにもかかわらず、実使用条件と同様に、容器に所望する圧力を加えることができ、同時に、容器からの気体漏れが発生するかを確認することができる。本発明によれば、加圧手段は容器に直接連結されておらず、弾性チューブは容器内部に設けられている、そのため、弾性チューブ内部に注入液体を注入すると容器内部の圧力が増加するため、安定した状態で耐圧性を試験することができる。
【００３４】
そして、本発明は、リアルタイムに容器内部の圧力を測定し、容器の圧力を調節することができるので、容器の種類によらず、耐圧性試験ができる。また、弾性チューブは、低コストで容器に設けることができるので、経済的な観点から広く使用され得る。弾性チューブの設置は、容器の形態、材質、及び種類によらないため、どのような種類の容器に対しても耐圧性試験が可能であるという有利な効果が得られる。
【００３５】
本発明を特定の例示的な実施形態を参照して説明を行ったが、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、添付された請求項のみにより限定されるものである。当業者であれば本発明の範囲や趣旨から離れることなく実施形態を変更したり修正したりすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、従来の液体貯留用の容器の耐圧性試験装置の断面図である。
【図２】図２は、図１の従来の液体貯留用の容器の耐圧性試験装置において、容器内部を加圧した状態の断面図である。
【図３】図３は、従来の気体貯留用の容器の耐圧性試験装置の断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態による容器の耐圧性試験装置の断面図である。
【図５】図５は、図４の容器の耐圧性試験装置で弾性チューブ内に注入液体が注入された状態の断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態による容器の耐圧性試験装置の断面図である。
【図７】図７は、本発明の好適な実施形態による容器の耐圧性試験方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、添付の図面を参照して、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が、本発明を容易に実施できる好適な実施形態を詳しく説明する。但し、本発明の好適な実施形態に関する動作原理を詳細に説明することにおいて、関連する公知機能、又は、構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不要にすると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。
【００３８】
また、図面全体において、類似の機能及び作用をする部分については、同じ符号をつける。明細書全体において、ある部分が他の部分と'連結'されているとは、'直接的に連結'されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで、'間接的に連結'されている場合も含む。また、ある構成要素を'含む'とは、特別に、反対する記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素を更に含むことができることを意味する。
【００３９】
＜容器の耐圧性試験装置の構成＞
以下では、本発明の好適な実施形態による容器の耐圧性試験装置１００の構成について説明を行う。図４は、本発明の第１の実施形態による容器の耐圧性試験装置１００の断面図を示している。図示されるように、本発明の第１の実施形態による容器の耐圧性試験装置１００は、容器５０、液体２０が満たされた弾性チューブ３００と、弾性チューブ３００内に注入液体２１０を注入する加圧手段２００と、容器５０内の圧力を測定する圧力測定器４００とを含む。
【００４０】
耐圧性測定の対象となる容器５０には形態上の制限はなく、実使用状態の形状に製作された容器５０が使用される。容器５０は、気体貯留用の容器である。従って、容器５０内には、実使用様態において、高圧縮状態で貯留される気体４０が満たされる。本発明の好適な実施形態では、容器５０は、水素貯留用容器であり、容器５０に満たされる気体４０は水素である。
【００４１】
また、図４に示すように、弾性チューブ３００は、気体水素４０が満たされた容器５０内に配置されている。従って、気体水素４０は、弾性チューブ３００の外部と容器５０の内部との空間の間に満たされている。このような空間に満たされた気体水素の量は、耐圧性試験で制限されている最大気体水素量に該当する。水素は、圧縮性は良いが、試験中に爆発危険があるので、試験中の水素の量は制限する必要がある。容器５０内部に弾性チューブ３００が設けられているので、比較的少ない量の低圧水素で実使用様態と同一の環境下で耐圧性試験を行うことができる。
【００４２】
また、弾性チューブ３００内には、液体２０が満たされている。本発明の第１の実施形態では、液体２０は水であるが、液体２０が弾性チューブ３００内に注入される注入液体２１０と反応しない場合、液体の種類に制限はない。しかし、圧縮性の低い液体２０を使用するのが望ましい。弾性チューブ３００は、弾性力を有した材質であり、注入液体２１０の注入による圧力に対して、大きい耐久性を有した材質を使用しなければならない。例えば、弾性チューブ３００は、ゴムチューブ、高分子弾性物質(ＰＤＭＳ)、ポリウレタン等により構成される。耐圧性が大きく、弾性力を有した材質であれば、材質の種類に制限はない。
【００４３】
さらに、弾性チューブ３００の内部に圧力を加えて、弾性チューブ３００を膨脹させる加圧手段２００が設けられている。図４に示されるように、加圧手段２００は、容器５０の外に設けられ、弾性チューブ３００内部に注入液体を注入する。図５は、本発明の第１の実施形態による容器の耐圧性試験装置１００において、加圧手段２００により弾性チューブ３００が膨脹した状態を示している。図５に示されるように、加圧手段２００は、弾性チューブ３００内部に注入液体２１０を注入する。弾性チューブ３００と加圧手段２００との間には、液体２０の流出、又は、容器５０内の気体４０が流入することを防止するために、ガスケット、０リング等（図示せず）が設けられる。また、注入管２２０と容器５０とが結合した箇所にも、ガスケット又は、Ｏリング等（図示せず）が設けられる。
【００４４】
加圧手段２００は、ポンプ２３０で構成され、注入液体２１０は、弾性チューブ３００と、弾性チューブ３００内に満たされた液体２０と反応しない物質であれば、注入液体の種類に制限はない。注入液体２１０の注入により弾性チューブ３００は膨脹する。
【００４５】
弾性チューブ３００が膨脹することにより、容器５０内に満たされた気体水素は圧縮される。従って、容器５０内の圧力Ｐは、増加する。図５に示されるように、気体水素が圧縮されることにより、容器５０は圧力Ｐを受けるようになり、この圧力Ｐは、実使用様態と同様に、容器５０の内面が気体水素と接触した状態で作用する。従って、容器５０がどの程度の圧力Ｐで変形を起こすかを確認することができる。また同時に、容器５０の水素脆化がどの程度発生するのか、または容器５０からの水素漏れがどの程度発生するのかを測定することができる。
【００４６】
また、圧力測定器４００は、容器５０内部の圧力Ｐを測定する。従って、加圧手段２００により弾性チューブ３００が膨脹することによって、容器５０内部の圧力Ｐがどの程度であるかをリアルタイムに確認することができる。容器５０の耐圧性試験は、実使用様態で水素貯留用容器５０が受ける圧力よりも、１．０〜１．８倍の圧力で実行することが望ましい。
【００４７】
図６は、本発明の第２の実施形態による容器の耐圧性試験装置の断面図を示している。図６に示されるように、本発明の第２の実施形態による装置１００は、本発明の第１の実施形態と同様に、耐圧性試験の対象となる容器５０と、容器５０内に満たされた気体４０と、液体２０が貯留された弾性チューブ３００と、加圧手段２００とを含んでいる。さらに、本発明の第２の実施形態による装置１００は、測定手段６００と、検出器７００と、制御部５００とを含む。
【００４８】
本発明の第２の実施形態では、加圧手段２００は、更に、注入管２２０と、ポンプ２３０と、タンク２４０、ポンプ２３０の圧力を調節する制御部５００とを含む。ポンプ２３０は、タンク２４０に貯留された液体を圧縮して、注入管２２０を介して、弾性チューブ３００内に注入液体２１０を注入する。ポンプ２３０の圧力の範囲は、１Ｍｐа〜２５０Ｍｐа程度である。制御部５００は、ポンプ２３０を調節して、容器５０内の圧力が、実使用様態での容器５０が受ける圧力よりも、１．０〜１．８倍程度になるように調節する。
【００４９】
また、本発明の第２の実施形態では、容器５０の外に設けられた測定手段６００により、圧力を受けている容器５０を測定する。従って、測定手段６００により、容器５０の内部圧力による容器５０の変形の程度と水素漏れの程度が測定される。この測定手段６００は、歪みケージ(strain gauge)、気体検出器等により構成される。この測定手段６００は、検出器７００と連結される。検出器７００は、測定手段６００により観察された現在の内部圧力に対する、容器５０の変形率と水素漏れ率を演算する。検出器７００は、変形率と水素漏れ率を演算可能なプログラムを備えたコンピュータ等により実現される。
【００５０】
さらに、本発明の第２の実施形態の試験装置１００は、ポンプ２３０と連結された遮断部２５０を備えている。遮断部２５０は、制御部５００により制御される。そして、上述した検出器７００は、制御部５００と接続されている。検出器７００には、容器５０の種類に基づいて予め設定された臨界変形率と、水素漏れ標準値とを格納している。従って、検出器７００により、現在の容器５０の内部圧力による変形率が、予め設定された臨界変形率以上であるのか、または現在の水素漏れ率が、予め設定された水素漏れ標準値以上であるのかが判定される。そして、このような場合、遮断部２５０が制御部５００によって作動されて注入液体２１０の注入を中断し、弾性チューブ３００内に注入された注入液体２１０は、排出口２５１を通じて排出される。
【００５１】
<容器の耐圧性試験方法>
【００５２】
以下では、本発明の好適な実施形態による容器の耐圧性試験方法について説明する。まず、図７は、本発明の好適な実施形態による容器の耐圧性試験方法のフローチャートである。液体２０が貯留された弾性チューブ３００が、耐圧性試験の対象となる容器５０内設置され、容器５０と弾性チューブ３００との間に構成された空間に低圧の気体水素が充填される（ステップＳ１０）。
【００５３】
次に、加圧手段２００が弾性チューブ３００と連結して、弾性チューブ３００内に注入液体２１０を注入する(ステップＳ２０)。加圧手段２００は、タンク２４０に貯留された気体４０を、ポンプ２３０により圧力を加えて、注入管２２０を介して弾性チューブ３００内に注入する。注入液体２１０が注入された弾性チューブ３００は膨脹する。そして、弾性チューブ３００が膨脹することにより、容器５０内の水素が圧縮され、容器５０内の圧力が増加する(ステップＳ３０)。
【００５４】
圧力測定器４００は、容器５０内部の圧力をリアルタイムに測定する(ステップＳ４０)。従って、ユーザは、弾性チューブ３００の膨脹による現在の容器５０内部の圧力を確認することができる。そして、現在の容器５０内部の圧力が、容器５０の耐圧性試験に要求される圧力であるかが確認される(ステップＳ５０)。そして、圧力測定器４００で測定された現在の容器５０内部の圧力が、試験に要求される圧力と異なる場合、制御部５００により、ポンプ２３０の圧力が制御される(ステップＳ６０)。
【００５５】
制御部５００によるポンプ２３０の圧力制御により、弾性チューブ３００の膨脹の程度が調整される。従って、容器内部の圧力が所望の圧力に調整される。そして、試験に要求される圧力が設定されると、容器５０の外部に設けられた測定手段６００により容器５０が観察される(ステップＳ７０)。つまり、測定手段６００により、容器５０内部の圧力によって発生する変形率と、気体漏れ率が観察される。そして、容器５０の変形率と水素漏れ率を演算するために、検出器７００が測定手段６００に連結されている。このような測定手段６００による観察と、検出器７００による変形率及び水素漏れ率の演算とは、容器５０内に圧力が加えられている間、継続して行われる。
【００５６】
検出器７００には、予め設定された変形率と、予め設定された水素漏れ率とが格納されている。従って、検出器７００により演算された容器５０の変形率が、予め設定された変形率以上であるか、または容器５０から水素漏れが発生しているかが判定される。そして、そのような場合、制御部５００により遮断部２５０が作動される。その結果、弾性チューブ３００内への注入液体２１０の注入が停止し、弾性チューブ３００内に注入された注入液体２１０は、排出口２５１を通じて排出される。
【００５７】
本発明を特定の例示的な実施形態を参照して説明を行ったが、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、添付された請求項のみにより限定されるものである。当業者であれば本発明の範囲や趣旨から離れることなく実施形態を変更したり修正したりすることができるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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