(57)【要約】【課題】高圧タンクの評価方法は、樹脂製のライナー、繊維強化樹脂層および表面樹脂層を備える高圧タンクに対して、ガスの耐圧性を簡単な方法で評価する。【解決手段】高圧タンクの評価方法は、ライナーに貫通穴をあける工程と、収容空間に液体を充填するとともに、貫通穴を通じて液体を繊維強化樹脂層に導いて液体で該繊維強化樹脂層を飽和させる工程と、収容空間の液圧を所定の時間内で上昇させて、該高圧タンクを上昇した液圧下に設定する工程と、高圧タンクの外表面の変化に基づいて、表面樹脂層の損傷を判定する工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの収容空間を形成する樹脂製のライナーと、該ライナーの外表面を被覆する繊維強化樹脂層と、該繊維強化樹脂層の外側に設けられる表面樹脂層とを備える高圧タンクの評価方法において、
上記ライナーに上記繊維強化樹脂層に通じる貫通穴をあける工程と、
上記収容空間に液体を充填するとともに、上記貫通穴を通じて上記液体を上記繊維強化樹脂層に導いて、該繊維強化樹脂層を液体で飽和させる工程と、
上記収容空間に液体が飽和されている状態において、上記高圧タンクを所定時間内に上昇した液圧下に設定する工程と、
上記高圧タンクの外表面の変化に基づいて、上記表面樹脂層の損傷を判定する工程と、
を備えた高圧タンクの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高圧水素などの高圧流体を貯蔵する圧力容器として、フィラメント・ワインディング法（以下、「ＦＷ法」とも呼ぶ）によって製造された高圧タンクが知られている。ＦＷ法では、樹脂部材等で形成されたタンク容器（以後、「ライナー」とも呼ぶ）の外周に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維が巻き付けられる。そして、その強化繊維の熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより、繊維強化樹脂の補強層（以下、「繊維強化樹脂層」とも呼ぶ）が形成される。繊維強化樹脂層の表面には、通常、表面樹脂層が形成されている。表面樹脂層は、樹脂が含浸された繊維をライナーに巻き付けて繊維強化樹脂層を形成する際に、余分な樹脂が外側にブリードすることで形成される樹脂のみからなる層である。
【０００３】
こうした高圧タンクの耐圧強度を調べるための従来の技術として、高圧タンク内に水を供給して水圧をかけることにより高圧タンク全体の破壊強度を調べる技術が知られている（特許文献１，２）。また、他の従来の技術として、高圧タンク内から繊維強化樹脂層を透過したガスにより、表面樹脂層を破壊するのを防止する技術が知られている（特許文献３，４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３００１９３号公報
【特許文献２】特開２００５−８８５３８号公報
【特許文献３】特開２０１１−１４８６０号公報
【特許文献４】特開２００９−２１６１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高圧タンクの表面樹脂層は、ガスを遮断する機能（ガスバリア性）を有している。樹脂製の高圧タンクでは、ガスを完全に遮断するライナーが存在しないことから、タンクに充填されたガスは経時的にライナーを透過する。そして、ライナーを透過したガスが、表面樹脂層によって遮断される。表面樹脂層によってライナーを透過したガスが遮断されてガスの蓄積量が限界点に達すると、表面樹脂層が破壊されてガスが一気に放出することが起こり得る。このとき、ガスの放出量は安全上、問題にならない程度であるが、表面樹脂層の破壊によって異音が発生する。また、表面樹脂層は、タンクに耐損傷性等を付与する保護層としての役割を持つので、破壊されると耐損傷性等が低下する可能性もある。
【０００６】
このため、表面樹脂層の強度を評価する必要がある。従来では、こうした評価は、実車両またはガスステーションなどの設備が必要であり、時間、コストが大幅にかかっていた。
【０００７】
特許文献１，２には、高圧タンクの全体の破壊強度を測定するための技術が開示されているが、表面樹脂層の評価方法が記載されていない。また、特許文献３，４には、タンクの破壊を防止するための技術が開示されているが、表面樹脂層の評価方法が記載されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００９】
（１）本発明の一形態によれば、ガスの収容空間を形成する樹脂製のライナーと、該ライナーの外表面を被覆する繊維強化樹脂層と、該繊維強化樹脂層の外側に設けられる表面樹脂層とを備える高圧タンクの評価方法を提供する。高圧タンクの評価方法は、上記ライナーに上記繊維強化樹脂層に通じる貫通穴をあける工程と、上記収容空間に液体を充填するとともに、上記貫通穴を通じて上記液体を上記繊維強化樹脂層に導いて該繊維強化樹脂層を飽和させる工程と、上記収容空間に液体が飽和されている状態において、上記高圧タンクを所定時間内に上昇した液圧下に設定する工程と、上記高圧タンクの外表面の変化に基づいて、上記表面樹脂層の損傷を判定する工程と、を備えた高圧タンクの評価方法である。
本形態にかかる評価方法は、高圧タンクに供給した液体により行なっているので、簡便な設備で行なうことができる。また、表面樹脂層へ圧力を加えるための手法として、ライナーに貫通穴を形成し、該貫通穴を通じて液体を繊維強化樹脂層に浸透させることにより行なっており、従来の技術のように、ガスを樹脂製のライナーを浸透させる場合と比べて、短時間で済む。
従来の評価方法のように、ガスステーションによるガスを用いた場合には、表面樹脂層が損傷したときに、ガスが大気に急激に放出される不具合を生じるが、本発明にかかる高圧タンクの評価方法では、液体が外部へ漏れるだけであり、上述した不具合を生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態にかかる高圧タンクの評価方法を実施するための検査装置および高圧タンクの構成を示す概略図である。
【図２】高圧タンクの評価方法の手順を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（１）  検査装置１００および高圧タンク１０の構成
図１は本発明の一実施形態にかかる高圧タンクの評価方法を実施するための検査装置１００および高圧タンク１０の構成を示す概略図である。検査装置１００は、高圧タンク１０に水（液体）を充填して高圧タンク１０の内圧を増加させることにより、高圧タンク１０についての検査を行う。検査装置１００は、ポンプ２０と、配管３０と、テストプラグ４０と、液圧供給弁５０と、圧力検出器６０と、制御部７０とを備える。
【００１２】
高圧タンク１０は、テストプラグ４０に配管３０が接続されることによって、検査装置１００に取り付けられる。テストプラグ４０は、タンクに内圧を付与するための充填口を有し、タンク内部の液体が外部に漏れないようにＯリングが装着されている。このテストプラグ４０により、開口を通して内圧の付与や、開放を行なうことができる。
ポンプ２０は、給水源に接続されており、配管３０、テストプラグ４０を通じて、高圧タンク１０へ水を流入させる。圧力検出器６０は、高圧タンク１０とポンプ２０との間における配管３０内の圧力を検出し、制御部７０に出力する。制御部７０は、ポンプ２０を駆動する信号を出力する。このとき、制御部７０は、圧力検出器６０の圧力に基づいて、ポンプ２０を制御する。
【００１３】
高圧タンク１０は、例えば、燃料電池車両に搭載され、燃料電池に燃料ガスとして供給される高圧水素を貯蔵する圧力容器である。高圧タンク１０は、ライナー１１と、表面樹脂層１２ａを含む繊維強化樹脂層１２と、エンド側口金１４と、図示しないバルブ側口金およびバルブと、を備える。バルブ側口金およびバルブは、通常の使用状態にて、タンク内を塞ぐとともに、高圧タンク１０内のガスの流量を調節する。
【００１４】
ライナー１１は、内部に高圧水素を収容するための収容空間ＳＰを形成する容器である。ライナー１１は、例えば、強化プラスチック等の樹脂部材を用いて回転成形法によって形成される。ライナー１１は、分割体で形成されており、溶着部１１ａで溶着されることにより一体化されている。
【００１５】
繊維強化樹脂層１２は、ライナー１１の外表面を覆う補強層である。繊維強化樹脂層１２は、ライナー１１の外表面に巻き付けられる炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ；carbon-fiber-reinforced plastic）などの強化繊維と、その強化繊維同士を結着する熱硬化性樹脂と、で構成される。繊維強化樹脂層１２は、以下のように形成される。
（ａ）熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維を、いわゆるヘリカル巻きやフープ巻きなどの所定の巻き方にて、ライナー１１に巻き付ける。
（ｂ）強化繊維が巻き付けられたライナー１１を恒温槽において、例えば８５℃程度の高温で加熱し、強化繊維中の熱硬化性樹脂を熱硬化させる。
【００１６】
繊維強化樹脂層１２の表面には、表面樹脂層１２ａが形成されている。表面樹脂層１２ａは、樹脂が含浸された繊維をライナー１１に巻き付けて繊維強化樹脂層１２を形成する際に、余分な樹脂が外側にブリードすることで形成される樹脂のみからなる層である。すなわち、繊維強化樹脂層１２と表面樹脂層１２ａとは一体化した連続層である。なお、表面樹脂層１２ａは、タンクに耐損傷性等を付与する保護層として機能する。例えば、エポキシ樹脂から構成される表面樹脂層１２ａは、強靭な樹脂であるから、耐損傷性や耐衝撃性等に優れた保護層として機能する。
【００１７】
（２）  高圧タンクの評価方法
次に、高圧タンクの評価方法の手順について説明する。図２は高圧タンク１０の評価方法における高圧タンク１０に水圧を加える手順を説明する説明図である。
本評価方法は、高圧タンク１０の耐圧検査を行った後に［（２）−１］に、ライナー１１の貫通穴１１ｂ［（２）−２］から、水を繊維強化樹脂層１２に浸入・飽和させた状況にて、急速充填模擬のため、一定水圧をかけることで［（２）−３］、タンク表面に生じる白濁の有無を確認［（２）−４］する手順で行なう。
【００１８】
（２）−１  耐圧検査
高圧タンク１０内に水を充填する。このとき、高圧タンク１０内に気相が残らないように液体を充填する。この状態にて、高圧タンク１０内を、１０５ＭＰａＧまで加圧し、３０秒以上保持する。この検査により、高圧タンク１０が使用圧力（燃料電池車では、７０ＭＰａ）に対して、十分な安全性（安全率１．５倍）をもっているか否かを確認する。
【００１９】
（２）−２  貫通穴の形成（図１）
まず、高圧タンク１０内の液体を一旦抜く。その後、テストプラグ４０を外して、樹脂のライナー１１に、貫通穴１１ｂを２つ形成する。貫通穴１１ｂを形成する箇所は、溶着部１１ａよりＬ［ｍｍ］（例えば、１００ｍｍ）以内である。また、２つの貫通穴１１ｂの位置は、高圧タンク１０の中心軸ＣＬを中心に反対側に形成する。ここで、貫通穴１１ｂの大きさは、φ５±３ｍｍであることが望ましい。これは、２ｍｍ未満では、貫通穴１１ｂを通じて繊維強化樹脂層１２への水の浸透に時間がかかり、一方、φ８ｍｍを越えると、繊維強化樹脂層１２への水の浸透量が多すぎ、圧力の付与がそもそもできないからである。
貫通穴１１ｂは、テストプラグ４０を外して、タンク開口１０ａを通じて、はんだごてを挿入してはんだごての先端をライナー１１に接触することにより形成することができる。はんだごてを用いることにより、狭いタンク開口１０ａを通じて、はんだごての先端をライナー１１に接触させれば、ライナー１１の一部を溶融して貫通穴１１ｂを容易に形成することができる。
【００２０】
（２）−３  加圧試験
（ａ）  再び、高圧タンク１０に気相部が残らないように水を充満させた後、テストプラグ４０を組み付ける。続いて、ポンプ２０を駆動することにより、高圧タンク１０内を７０ＭＰａＧまで加圧し、５０分間以上圧力を保持する。高圧タンク１０の圧力下において、高圧タンク１０内の水は、貫通穴１１ｂを通じて繊維強化樹脂層１２中に浸入する。続いて、液圧供給弁５０を閉じ、圧力検出器６０の検出信号に基づいて圧力降下値を計測する。計測は、閉弁時点の高圧タンク１０の内圧と１０分後のタンク内圧を記録し、差分より圧力降下値を算出する。これにより、水が繊維強化樹脂層１２に浸透し飽和したか否かを確認できる。
【００２１】
（ｂ）  続いて、ガスステーションを想定した急速充填による加圧試験を行なう。加圧試験は、０ＭＰａまで減圧した後に、８７．５ＭＰａＧまで１分で昇圧する。すなわち、加圧試験は、ガスステーションの最大昇圧速度を模擬した圧力を高圧タンク１０に加えることにより行なう。その後、０ＭＰａＧまで減圧する。
【００２２】
（２）−４  加圧試験の評価
加圧試験の評価は、高圧タンク１０の表面を視認することにより、下記の合格基準および不合格基準に基づいて判定する。
【００２３】
（２）−４−１  不合格判定
不合格判定は、高圧タンク１０の表面に白濁部ｄｆ（図１参照）が認められるか否かの不合格基準に基づいて行なう。ここで、白濁部ｄｆとは、高圧タンク１０の表面に、表面樹脂層の一部が水とともに漏れて、白く濁って付着した部位をいう。白濁部ｄｆは、以下の過程により生じる。すなわち、表面樹脂層１２ａに水が漏れる部位がない場合に、繊維強化樹脂層１２を通じて濡れた水が徐々に、表面樹脂層１２ａの内側に溜まって圧力が上昇する。そして、最終的に表面樹脂層１２ａの一部が破壊して外部に付着し、白濁部ｄｆとなる。
【００２４】
（２）−４−２  合格判定
合格判定は、次の（ａ），（ｂ），（ｃ）の合格基準に基づき、３つの合格基準に適合している場合に行なう。
（ａ）  高圧タンク１０の表面より、液滴が染み出していること。この基準は、表面樹脂層１２ａの一部が破壊されずに、水が滲み出していることを示す根拠である。
（ｂ）  １０分間の圧力降下で圧力降下値ΔＰが５ＭＰａ以上であること。
この基準は、上述した「（２）−３」の加圧試験において、繊維強化樹脂層１２に水が十分に浸透していることを示す根拠である。
（ｃ）  試験後のタンク表面に白濁部が認められないこと。
【００２５】
（３）  実施形態にかかる作用・効果
（３）−１  本実施形態にかかる高圧タンク１０の評価方法は、高圧タンク１０のライナー１１に貫通穴１１ｂを形成した後に、高圧タンク１０に水を充填するとともに繊維強化樹脂層１２を水で飽和させ、急速充填模擬のため、一定の水圧をかけることで、タンク表面に生じる白濁の有無を確認する手法をとっている。本評価方法は、実車状態（ガスを用いた充填作業）で行なっていないので、簡便なシステムで行なうことができる。したがって、ガスステーションで実車に水素ガスを供給する従来の評価方法と比べて、設備が簡単で済む。
【００２６】
（３）−２  ガスステーションで実車にガスを供給する方法において、繊維強化樹脂層１２にガスを飽和させるのに、非常に長い時間（例えば、３日以上）を要する。しかし、本実施形態にかかる高圧タンクの評価方法では、１時間程度の短時間で済み、大幅に時間短縮ができる。
【００２７】
（３）−３  従来の評価方法のように、ガスステーションによるガスを用いた場合には、ガスが大気に急激に放出される不具合を生じるが、本実施形態にかかる高圧タンクの評価方法では、高圧タンクの表面から水が漏れるだけであり、そのような不具合を生じない。
【００２８】
（４）  他の実施形態
本発明は、上述の実施形態や、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。
【００２９】
（４）−１ 高圧タンクの表面の白濁部を検知しやすくするために以下の手法を加えることができる。すなわち、試験前にタンク表面にペーパーウエス等を貼り付けておき、試験中は撮像装置により水滴／白濁の発生を確認する。ここで、ペーパーウエスは、例えば、着色した紙か不織布である。この手法により、高圧タンクの表面から内部の液体が漏れたときに、ペーパーウエスにその液体が付着し、濡れることによる色の変化で、タンク表面のどの部位から液体が漏れたのかを容易に判定することができる。
【００３０】
（４）−２  上記実施形態では、高圧タンクに供給する液体として純水を用いて、高圧タンク１０の外表面に生じる白濁の有無により評価を行っているが、これに限らず、着色の液体を用いてもよく、また、表面樹脂層の損傷による材料が混入した場合に変色が顕著に現れる液体を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１０…高圧タンク
１０ａ…タンク開口
１１…ライナー
１１ａ…溶着部
１１ｂ…貫通穴
１２…繊維強化樹脂層
１２ａ…表面樹脂層
１４…エンド側口金
２０…ポンプ
３０…配管
４０…テストプラグ
５０…液圧供給弁
６０…圧力検出器
７０…制御部
１００…検査装置
ＳＰ…収容空間
【図１】
2014185712.tif 000003
【図２】
2014185712.tif 000004