(57)【要約】  蓄圧器の寿命推定装置は、蓄圧器に対してＡＥ信号を用いて当該蓄圧器の寿命を推定する蓄圧器の寿命推定装置であって、蓄圧器に配置され、ＡＥ信号を検出するＡＥセンサと、ＡＥセンサが使用時の蓄圧器から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号を検出すると、その検出時点を出荷時の蓄圧器の非破壊検査手法によって検出される最小初期欠陥発生時点と設定する推定部と、を備える。
2019245035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄圧器に対してＡＥ信号を用いて当該蓄圧器の寿命を推定する蓄圧器の寿命推定装置であって、
前記蓄圧器に配置され、ＡＥ信号を検出するＡＥセンサと、
前記ＡＥセンサが使用時の前記蓄圧器から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号を検出すると、その検出時点を出荷時の前記蓄圧器の非破壊検査手法によって検出される最小初期欠陥発生時点と設定する推定部と、
を備える蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項２】
前記ＡＥセンサは、２つ以上設けられ、
前記推定部は、２つ以上の前記ＡＥセンサが検出した損傷ＡＥ信号の相対差に基づき前記蓄圧器の疲労損傷部位を特定する請求項１に記載の蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項３】
非破壊検査手法による疲労き裂深さを検出する非破壊センサを備え、
前記推定部は、前記非破壊センサによって前記最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて前記蓄圧器の疲労き裂深さを検出し、当該疲労き裂深さが検出されない場合に、前記最小初期欠陥発生時点に前記非破壊センサによって検出される最小欠陥き裂が発生したと設定し、前記最小欠陥き裂からの前記蓄圧器の許容疲労寿命を推定する請求項１又は２に記載の蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項４】
前記推定部は、前記ＡＥセンサによって前記最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて前記蓄圧器の疲労き裂深さを損傷ＡＥ信号から検出し、疲労損傷度合に対応する損傷ＡＥ信号の度合いに応じたＡＥ信号対応欠陥き裂が発生したと設定し、前記ＡＥ信号対応欠陥き裂からの前記蓄圧器の許容疲労寿命を推定する請求項１又は２に記載の蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項５】
前記蓄圧器は、
一部が開放された金属製の容器と、
前記容器の開放部分に設けられ、開放部分を閉塞する蓋部材と、
を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項６】
前記ＡＥセンサは、前記容器又は前記蓋部材のいずれか一方又は両方に設けられる請求項５に記載の蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項７】
前記容器は、両端部が開放された金属円筒部であり、
前記蓋部材は、前記金属円筒部の両端部の開放部分をそれぞれ閉塞する請求項５又は６に記載の蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項８】
前記蓄圧器は、
前記金属円筒部の外周を覆う炭素繊維強化樹脂部を備える請求項７に記載の蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の蓄圧器の寿命推定装置において、
前記ＡＥセンサが損傷ＡＥ信号を検出すると、疲労損傷部位を除去し、前記蓄圧器の寿命を延長させる蓄圧器の寿命延長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば水素などの高圧ガスなどが封入される蓄圧器の寿命推定装置及び蓄圧器の寿命延長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アコースティックエミッション（以下、ＡＥと称する）を用いて回転機械内の軸受の寿命を診断する技術が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１の技術では、ＡＥ信号の基準最大振幅値と使用中の軸受におけるＡＥ信号の最大振幅値を比較し、軸受の寿命を診断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２４２３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＡＥ信号での寿命の判定は、たとえば水素などの高圧ガスなどが封入される蓄圧器にも適用できる。ここで、特許文献１の技術では、ＡＥ信号の最大振幅値を定期的に取得し、軸受の寿命する診断する。このため、１年毎などの保安検査のみで寿命を診断する蓄圧器には、繰り返し寿命診断を行うことが不向きである。【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、ＡＥ信号を用いて容易に蓄圧器の寿命を推定する蓄圧器の寿命推定装置及び蓄圧器の寿命延長方法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】
【０００６】
［１］
本発明の蓄圧器の寿命推定装置は、
蓄圧器に対してＡＥ信号を用いて当該蓄圧器の寿命を推定する蓄圧器の寿命推定装置であって、
前記蓄圧器に配置され、ＡＥ信号を検出するＡＥセンサと、
前記ＡＥセンサが使用時の前記蓄圧器から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号を検出すると、その検出時点を出荷時の前記蓄圧器の非破壊検査手法によって検出される最小初期欠陥発生時点と設定する推定部と、
を備える。
［２］
本発明の［１］に記載の蓄圧器の寿命推定装置では、
前記ＡＥセンサは、２つ以上設けられ、
前記推定部は、２つ以上の前記ＡＥセンサが検出した損傷ＡＥ信号の相対差に基づき前記蓄圧器の疲労損傷部位を特定する。
［３］
本発明の［１］又は［２］に記載の蓄圧器の寿命推定装置は、
非破壊検査手法による疲労き裂深さを検出する非破壊センサを備え、
前記推定部は、前記非破壊センサによって前記最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて前記蓄圧器の疲労き裂深さを検出し、当該疲労き裂深さが検出されない場合に、前記最小初期欠陥発生時点に前記非破壊センサによって検出される最小欠陥き裂が発生したと設定し、前記最小欠陥き裂からの前記蓄圧器の許容疲労寿命を推定する。
［４］
本発明の［１］又は［２］に記載の蓄圧器の寿命推定装置では、
前記推定部は、前記ＡＥセンサによって前記最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて前記蓄圧器の疲労き裂深さを損傷ＡＥ信号から検出し、疲労損傷度合に対応する損傷ＡＥ信号の度合いに応じたＡＥ信号対応欠陥き裂が発生したと設定し、前記ＡＥ信号対応欠陥き裂からの前記蓄圧器の許容疲労寿命を推定する。
［５］
本発明の［１］〜［４］のいずれか１に記載の蓄圧器の寿命推定装置では、
前記蓄圧器は、
一部が開放された金属製の容器と、
前記容器の開放部分に設けられ、開放部分を閉塞する蓋部材と、
を備える。
［６］
本発明の［５］に記載の蓄圧器の寿命推定装置では、
前記ＡＥセンサは、前記容器又は前記蓋部材のいずれか一方又は両方に設けられる。
［７］
本発明の［５］又は［６］に記載の蓄圧器の寿命推定装置では、
前記容器は、両端部が開放された金属円筒部であり、
前記蓋部材は、前記金属円筒部の両端部の開放部分をそれぞれ閉塞する。
［８］
本発明の［７］に記載の蓄圧器の寿命推定装置では、
前記蓄圧器は、
前記金属円筒部の外周を覆う炭素繊維強化樹脂部を備える。
［９］
本発明の蓄圧器の寿命延長方法は、
［１］〜［８］のいずれか１に記載の蓄圧器の寿命推定装置において、
前記ＡＥセンサが損傷ＡＥ信号を検出すると、疲労損傷部位を除去し、前記蓄圧器の寿命を延長させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の蓄圧器の寿命推定装置によれば、ＡＥセンサが使用時の蓄圧器から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号を検出すると、その検出時点を出荷時の蓄圧器の非破壊検査手法によって検出される最小初期欠陥発生時点と設定する。これによれば、ＡＥセンサが初めて損傷ＡＥ信号を検出した時点を基準として、出荷時の最小初期欠陥程度の疲労損傷が発生したと仮定し、今後予め調査済みの出荷時の最小初期欠陥程度からの初期欠陥特性で疲労損傷が発生するであろうと予測して蓄圧器の寿命が推定できる。このため、１年毎などの保安検査であっても、初めの損傷ＡＥ信号の検出時点で蓄圧器の寿命が推定できる。したがって、ＡＥ信号を用いて容易に蓄圧器の寿命が推定できる。【０００８】
また、本発明の蓄圧器の寿命延長方法によれば、ＡＥセンサが損傷ＡＥ信号を検出すると、疲労損傷部位を除去し、蓄圧器の寿命を延長させる。これにより、疲労損傷部位が除去され、蓄圧器の寿命が更に延長できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る蓄圧器の寿命推定装置を示す概要構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る推定部を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る蓄圧器の寿命推定装置の推定方法を示すフローチャート図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るＡＥセンサのＡＥ信号と蓄圧器の寿命の推定特性との相関関係を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るＡＥセンサのＡＥ信号と蓄圧器の寿命の渦流探傷法による最小欠陥特性との相関関係を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態の変形例に係る蓄圧器の寿命推定装置を示す概略構成図である。
【図７】本発明の実施の形態の実施例に係るＡＥセンサのＡＥ信号による位置標定結果を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態の実施例に係る許容寿命の推定結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の蓄圧器の好ましい実施の形態を、図面を参照して詳しく説明する。尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１１】
＜蓄圧器１０の寿命推定装置１００の構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る蓄圧器１０の寿命推定装置１００を示す概要構成図である。図１に示すように、寿命推定装置１００は、蓄圧器１０と、２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂと、非破壊センサ１２と、推定部１３と、を備える。寿命推定装置１００は、蓄圧器１０に対してＡＥ信号を用いて蓄圧器１０の寿命を推定する。
【００１２】
＜蓄圧器１０＞
蓄圧器１０は、水素ステーションなどで水素を貯留する。蓄圧器１０は、一部が開放された金属製の容器１と、容器１の開放部分に設けられ、開放部分を閉塞する蓋部材２と、を備える。容器１は、両端部が開放された金属円筒部１ａである。蓋部材２は、金属円筒部１ａの両端部の開放部分をそれぞれ閉塞している。容器１内における蓋部材２の内側には、容器１の内部を封止する封止部３が設けられている。容器１には、金属円筒部１ａの外周を覆う炭素繊維強化樹脂部４が設けられている。炭素繊維強化樹脂部４は、蓄圧器１０の所要の耐圧性である機械的強度を確保するため設けられ、金属円筒部１ａの外周面の貯蔵部を覆うように巻き付けられている。
【００１３】
＜金属円筒部１ａ＞
金属円筒部１ａは、たとえば、低合金鋼で構成される。すなわち、金属円筒部１ａは、たとえばクロムモリブデン鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、マンガンクロム鋼、マンガン鋼もしくはボロン添加鋼のうちいずれか１つを有するものとして構成されている。
【００１４】
＜炭素繊維強化樹脂部４＞
炭素繊維強化樹脂部４は、蓄圧器１０の所要の耐圧性である機械的強度を確保するための層であり、金属円筒部１ａの外周面の貯蔵部を覆うように巻き付けられている。炭素繊維強化樹脂部４は、強化材に炭素繊維を用い、これに樹脂を含浸させて強度を向上させた複合材料であり、たとえばＰＡＮ系炭素繊維あるいはＰＩＴＣＨ系炭素繊維などが用いられる。
【００１５】
ＰＡＮ系炭素繊維は、航空機などの種々の用途に使用され、一般に普及している。ＰＩＴＣＨ系炭素繊維は、ＰＡＮ系炭素繊維に比べて強度は小さいが弾性率は大きく高剛性であるという特徴を有している。たとえば、ＰＩＴＣＨ系炭素繊維のヤング率が６２０ＧＰａもしくは７８０ＧＰａであるのに対し、ＰＡＮ系炭素繊維のヤング率が２３０ＧＰａである。このように、ＰＩＴＣＨ系炭素繊維がＰＡＮ系炭素繊維に比べて剛性となる弾性率が優れている。一方、ＰＩＴＣＨ系炭素繊維の引張強さＴＳが３６００ＧＰａであるのに対し、ＰＡＮ系炭素繊維の引張強さＴＳが５０００ＧＰａである。このように、ＰＡＮ系炭素繊維は、ＰＩＴＣＨ系炭素繊維に比べて強度が優れている。
【００１６】
＜蓋部材２＞
蓋部材２は、金属円筒部１ａの端部に取り付けられ、金属円筒部１ａを閉塞するのに利用される。少なくとも一方の蓋部材２には、図示しないバルブが設けられ、内容物の封入又は放出に利用される。蓋部材２には、バルブに繋がる図示しない通し孔が形成されている。
【００１７】
＜ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂ＞
２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、蓄圧器１０に配置され、ＡＥ信号を検出する。なお、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、１つ以上設けられ、２つ以上設けられることが好ましい。ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが２つ以上設けられると、２つ以上のＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが検出したＡＥ信号の相対差に基づき蓄圧器１０の疲労損傷部位を特定できる。２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、容器１の両端部に設けられている。なお、１以上のＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、容器１又は蓋部材２のいずれか一方又は両方に設けられると良い。ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、材料中のき裂形成に伴って発生したＡＥ波を対象材料表面に設置されてＡＥ信号として検出する。なお、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、蓄圧器１０に常時設置されず、保安検査時にのみ蓄圧器１０に設置されても良い。２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、使用時の蓄圧器１０から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号を検出するために用いられる。ここで、損傷に伴う損傷ＡＥ信号には、疲労損傷に伴うＡＥ信号を含む。
【００１８】
＜非破壊センサ１２＞
非破壊センサ１２は、非破壊検査手法による疲労き裂深さを検出する。非破壊センサ１２に用いる非破壊検査手法としては、たとえば、超音波探傷法、磁粉探傷法、渦流探傷法などが用いられ、中でも手間がかからず０．１ｍｍからのき裂を検出できる渦流探傷法が用いられると好ましい。このため、非破壊センサ１２は、渦流探傷法による疲労き裂深さを検出する。なお、非破壊センサ１２は、蓄圧器１０に常時設けられず、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって材料にき裂が発生したことを示すＡＥ信号が検出された場合にのみ蓄圧器１０に備えられても良い。
【００１９】
＜推定部１３＞
図２は、本発明の実施の形態に係る推定部１３を示すブロック図である。図２に示すように、推定部１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどのメモリ並びにＩ／Ｏポートなどの入出力装置を備えたマイコンを有した処理回路である。推定部１３は、２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂ及び非破壊センサ１２からの信号を無線又は有線の通信線を介して受信する。なお、推定部１３は、蓄圧器１０に常時設けられず、保安検査時にのみ蓄圧器１０に備えられても良い。
【００２０】
推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが使用時の蓄圧器１０から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号を検出すると、その検出時点を出荷時の蓄圧器１０の非破壊検査手法によって検出される最小初期欠陥発生時点と設定する。出荷時の蓄圧器１０に検出される最小初期欠陥発生に用いる非破壊検査手法としては、たとえば、超音波探傷法、磁粉探傷法、渦流探傷法などが用いられ、中でも明確に確立された０．３ｍｍのき裂を検出できる磁粉探傷法が用いられると好ましい。このため、出荷時の蓄圧器１０に検出される最小初期欠陥発生には、磁粉探傷法が用いられ、最小初期欠陥が０．３ｍｍと設定される。なお、推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが蓄圧器１０に常時設けられた場合には、初めの損傷ＡＥ信号をすぐに検出できる。また、推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが保安検査時にのみ蓄圧器１０に備えられる場合には、保安検査の頻度が磁粉探傷法での最小初期欠陥である０．３ｍｍ以下の状態で初めの損傷ＡＥ信号を検出できるように実施される。
【００２１】
加えて、推定部１３は、２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが検出した損傷ＡＥ信号の相対差に基づき蓄圧器１０の疲労損傷部位を特定する。
【００２２】
なお、推定部１３は、２つ以上のＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて蓄圧器１０の疲労き裂深さを損傷ＡＥ信号から検出しても良い。そして、推定部１３は、疲労損傷度合に対応する損傷ＡＥ信号の度合いに応じたＡＥ信号対応欠陥き裂が発生したと設定し、ＡＥ信号対応欠陥き裂からの蓄圧器１０の許容疲労寿命を推定しても良い。
【００２３】
＜蓄圧器１０の寿命推定装置１００の推定方法＞
図３は、本発明の実施の形態に係る蓄圧器１０の寿命推定装置１００の推定方法を示すフローチャート図である。本推定方法のルーチンは、蓄圧器１０に常時用いられず、保安検査時にのみ用いられても良い。
【００２４】
ステップＳ１１では、推定部１３は、２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが蓄圧器１０の損傷ＡＥ信号を検出し、損傷ＡＥ信号が検出されたか否かを判別する。ステップＳ１１にてＡＥ信号が検出された場合には、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１１にてＡＥ信号が検出されない場合には、本ルーチンを終了する。なお、上述のように、推定部１３による２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂでの蓄圧器１０の損傷ＡＥ信号の検出は、少なくとも保安検査の頻度が磁粉探傷法での最小初期欠陥である０．３ｍｍ以下の状態で初めの損傷ＡＥ信号を検出できるように実施される。
【００２５】
ステップＳ１２では、推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが使用時の蓄圧器１０から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号を検出すると、その検出時点を出荷時の蓄圧器１０の磁粉探傷法によって検出される最小初期欠陥発生時点と設定する。このとき、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが２つ設けられているので、推定部１３が２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが検出した損傷ＡＥ信号の相対差に基づき蓄圧器１０の疲労損傷部位を特定する。ステップＳ１２の処理の後、ステップＳ１３に移行する。
【００２６】
図４は、本発明の実施の形態に係るＡＥセンサ１１ａ、１１ｂのＡＥ信号と蓄圧器１０の寿命の推定特性との相関関係を示す説明図である。図４に示すように、推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが損傷ＡＥ信号を検出すると、その検出時点を図示点線特性で示す出荷時の蓄圧器１０の磁粉探傷法によって検出される０．３ｍｍの最小初期欠陥発生時点と設定する。そして、推定部１３は、０．３ｍｍのき裂からの蓄圧器１０の許容疲労寿命を仮に図示実線の推定特性として推定する。０．３ｍｍの最小初期欠陥による寿命の推定特性は、予め調査済みである。また、本ルーチンでは、次のステップが存在するため、推定特性を仮のものとして蓄圧器１０の許容疲労寿命を推定するが、この推定特性に基づいて蓄圧器１０の許容疲労寿命を明確に設定しても良い。これにより、推定特性は、図示一点鎖線で示す実際の寿命である実力寿命特性にかなり近づく。そして、許容疲労寿命が実力寿命に近づいて推定できる。
【００２７】
ステップＳ１３では、推定部１３は、渦流探傷法による非破壊センサ１２によって最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて蓄圧器１０の疲労き裂深さを検出し、疲労き裂深さが検出されるか否かを判別する。ステップＳ１３にて疲労き裂深さが検出された場合には、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１３にて疲労き裂深さが検出されない場合には、ステップＳ１５に移行する。
【００２８】
なお、ステップＳ１３では、推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて蓄圧器１０の疲労き裂深さを損傷ＡＥ信号から検出しても良い。
【００２９】
ステップＳ１４では、推定部１３は、渦流探傷法による非破壊センサ１２によって検出された疲労き裂が発生したと設定し、疲労き裂からの蓄圧器１０の許容疲労寿命を推定する。後述するように、渦流探傷法による非破壊センサ１２によって検出される最小欠陥き裂は、０．１ｍｍである。このため、ステップＳ１４で検出される疲労き裂は、０．１ｍｍ以上の深さである。そこで、予め調査済みの非破壊センサ１２によって検出された疲労き裂からの労損傷特性で疲労損傷が発生するであろうと予測して蓄圧器１０の寿命が推定される。
【００３０】
また、疲労き裂からの疲労損傷特性が明らかでない場合でも、後述するように、渦流探傷法による非破壊センサ１２によって検出される最小欠陥き裂は、０．１ｍｍであり、予め調査済みで最小欠陥き裂からの最小欠陥特性が明らかになっている。このため、渦流探傷法による最小欠陥き裂である０．１ｍｍからの最小欠陥特性とステップＳ１２での磁粉探傷法による初期欠陥である０．３ｍｍからの推定特性との間で比較して疲労損傷特性が推定されても良い。
【００３１】
なお、ステップＳ１４では、推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて蓄圧器１０の疲労き裂深さを損傷ＡＥ信号から検出した場合でも良い。この場合には、推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって検出された疲労損傷度合に損傷対応するＡＥ信号の度合いに応じたＡＥ信号対応欠陥き裂が発生したと設定する。そして、推定部１３は、ＡＥ信号対応欠陥き裂からの蓄圧器１０の許容疲労寿命を推定する。蓄圧器１０の許容疲労寿命の推定に用いる疲労損傷特性は上記のステップＳ１４と同じ手法で良い。ステップＳ１４の処理の後、本ルーチンを終了しても良い。なお、ステップＳ１６に移行しても良い。
【００３２】
ステップＳ１５では、推定部１３は、ステップＳ１３にて渦流探傷法による非破壊センサ１２によって疲労き裂深さが検出されない。そのため、推定部１３は、最小初期欠陥発生時点に渦流探傷法による非破壊センサ１２によって検出される最小欠陥き裂である０．１ｍｍが発生したと設定する。推定部１３は、最小欠陥き裂からの最小欠陥特性で蓄圧器１０の許容疲労寿命を推定する。ステップＳ１５の処理の後、本ルーチンを終了しても良い。なお、ステップＳ１６に移行しても良い。
【００３３】
図５は、本発明の実施の形態に係るＡＥセンサ１１ａ、１１ｂのＡＥ信号と蓄圧器１０の寿命の渦流探傷法による最小欠陥特性との相関関係を示す説明図である。図５に示すように、推定部１３は、渦流探傷法による非破壊センサ１２によって疲労き裂深さが検出されないので、初めて損傷ＡＥ信号を検出した時点を渦流探傷法による非破壊センサ１２によって検出できる最小欠陥き裂である０．１ｍｍが発生したと設定する。そして、推定部１３は、０．１ｍｍの最小欠陥き裂からの蓄圧器１０の許容疲労寿命を、図示破線で示す仮の推定特性から図示実線で示す渦流探傷法による非破壊センサ１２での最小欠陥特性として推定する。渦流探傷法による非破壊センサ１２での最小欠陥特性は、予め調査済みである。これにより、最小欠陥特性は、推定特性よりも図示一点鎖線で示す実力寿命特性により近づく。そして、許容疲労寿命が実力寿命により近づいて推定できる。
【００３４】
ステップＳ１６では、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが損傷ＡＥ信号を検出すると、作業者が疲労損傷部位を研磨などによって除去し、蓄圧器１０の寿命を延長させる。疲労損傷部位は２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂの損傷ＡＥ信号の差分で分かっている。このため、損傷ＡＥ信号が初めて検出されたときの疲労き裂の深さが磁粉探傷法での最小き裂深さである０．３ｍｍ以下と考えられるので、金属円筒部１ａの内面側の疲労き裂自体を除去する。これによれば、疲労損傷部位が除去され、蓄圧器１０の寿命が更に延長できる。ステップＳ１６の処理の後、本ルーチンを終了する。
【００３５】
＜蓄圧器１０の寿命推定装置１００の変形例＞
図６は、本発明の実施の形態の変形例に係る蓄圧器１０の寿命推定装置１００を示す概略構成図である。ここでは、蓄圧器１０以外の構成は上記実施の形態と同様であるので説明を省略し、蓄圧器１０の異なる構成を説明する。
【００３６】
容器１は、一方の端部側及び他方の端部側のうちの少なくとも一方が縮径しているものでも良い。図６では、容器１の両方の端部側が縮径している態様を一例として示している。容器１の端部側が縮径されてボンベ型の肩部として半球状まで縮径した態様となっている。容器１の両端部の開放部分には、蓋部材２が設けられている。容器１がボンベ型のため、２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、容器１に設置される。
【実施例】
【００３７】
図７は、本発明の実施の形態の実施例に係る２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂのＡＥ信号による位置標定結果を示す説明図である。図７に示すように、発明者らが実施の形態に係る蓄圧器１０の寿命推定装置１００を用いて２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂのＡＥ信号による位置標定を実施したところ、損傷ＡＥ信号を発生させた疲労き裂深さの非常に浅い損傷部位が検出できた。図７の位置標定結果は、図３のフローチャート図のステップＳ１１の処理によって得られたものである。【００３８】
図７の位置標定結果を得た後、図３のフローチャート図のステップＳ１２の処理によって損傷ＡＥ信号検出時点を初期欠陥発生時点と設定し、ステップＳ１３の処理として渦流探傷法による非破壊センサ１２で疲労き裂深さが検出された。この損傷部位は、蓄圧器１０の容器１における長手方向の中心部付近にて容器１の内面からの渦流探傷法（ＥＴ（Ｅｄｄｙ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｅｓｔｉｎｇ））による非破壊センサ１２で０．１ｍｍの欠陥として検出された。容器１の全長が２．２ｍであり、この損傷部位が図７の破線の範囲で出現してＡＥセンサ１１ｂ側から約１．２ｍの位置で顕著であった。この損傷部位は、従来のＵＴ（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｅｓｔｉｎｇ）あるいはＰＴ（Ｐｅｎｅｔｒａｎｔ  Ｔｅｓｔｉｎｇ）で容器１の内面又は外面から検出できなかった。【００３９】
図８は、本発明の実施の形態の実施例に係る許容寿命の推定結果を示す説明図である。図８に示すように、ステップＳ１４の処理として疲労き裂深さからの許容寿命が推定できた。具体的には、０．１ｍｍの欠陥の検出後に、この欠陥を初期欠陥として繰り返し疲労でこの欠陥がどれくらい進展するかを解析した。解析方法は、日本国高圧ガス保安協会の超高圧ガス設備に関する基準ＫＨＫＳ０２２０（２０１６）に従っている。これによると、この欠陥から５０ｍｍの肉厚の容器１を貫通するのに要する内圧を高める繰り返し数が約２５０万回であった。次に、安全率を考慮した寿命として定義される許容繰り返し寿命を推定すると、容器１の肉厚×０．８に到達する繰り返し寿命の半分である。具体的には、５０ｍｍの肉厚の容器１×０．８の安全率＝４０ｍｍの肉厚までの約２５０万回の繰り返し数の半分の約１２０万回が許容繰り返し数である。以上により、ステップＳ１４の処理として、疲労き裂深さからの許容寿命の推定が検証できた。【００４０】
＜実施の形態の効果＞
実施の形態によれば、蓄圧器１０の寿命推定装置１００は、蓄圧器１０に対してＡＥ信号を用いて当該蓄圧器１０の寿命を推定する。寿命推定装置１００は、蓄圧器１０に配置され、ＡＥ信号を検出するＡＥセンサ１１ａ、１１ｂを備える。寿命推定装置１００は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが使用時の蓄圧器１０から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号を検出すると、その検出時点を出荷時の蓄圧器１０の非破壊検査手法によって検出される最小初期欠陥発生時点と設定する推定部１３を備える。【００４１】
この構成によれば、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが初めて損傷ＡＥ信号を検出した時点を基準として、出荷時の最小初期欠陥程度の疲労損傷が発生したと仮定し、今後予め調査済みの出荷時の最小初期欠陥程度からの初期欠陥特性で疲労損傷が発生するであろうと予測して蓄圧器１０の寿命が推定できる。このため、１年毎などの保安検査であっても、初めの損傷ＡＥ信号の検出時点で蓄圧器１０の寿命が推定できる。したがって、ＡＥ信号を用いて容易に蓄圧器１０の寿命が推定できる。【００４２】
実施の形態によれば、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、２つ以上設けられている。推定部１３は、２つ以上のＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが検出した損傷ＡＥ信号の相対差に基づき蓄圧器１０の疲労損傷部位を特定する。【００４３】
この構成によれば、２つ以上のＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが検出した損傷ＡＥ信号の相対差に基づき蓄圧器１０の疲労損傷部位が特定できる。このため、非破壊センサ１２などが特定された疲労損傷部位に容易に当てられる。したがって、疲労損傷部位が特定されていることにより、非破壊センサ１２などでの検査が短時間で済む。【００４４】
実施の形態によれば、寿命推定装置１００は、非破壊検査手法による疲労き裂深さを検出する非破壊センサ１２を備える。推定部１３は、非破壊センサ１２によって最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて蓄圧器１０の疲労き裂深さを検出し、当該疲労き裂深さが検出されない場合に、最小初期欠陥発生時点に非破壊センサ１２によって検出される最小欠陥き裂が発生したと設定し、最小欠陥き裂からの蓄圧器１０の許容疲労寿命を推定する。【００４５】
この構成によれば、非破壊センサ１２によって最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて蓄圧器１０の疲労き裂深さを検出する。そして、非破壊センサ１２によって疲労き裂深さが検出されない場合には、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが初めて損傷ＡＥ信号を検出した時点を基準として、非破壊センサ１２によって最も小さく検出される最小欠陥き裂が発生したと仮定し、今後予め調査済みの非破壊センサ１２によって最も小さく検出される最小欠陥き裂からの最小欠陥特性で疲労損傷が発生するであろうと予測して蓄圧器１０の寿命が推定できる。【００４６】
実施の形態によれば、推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて蓄圧器１０の疲労き裂深さを損傷ＡＥ信号から検出し、疲労損傷度合に対応する損傷ＡＥ信号の度合いに応じたＡＥ信号対応欠陥き裂が発生したと設定し、ＡＥ信号対応欠陥き裂からの蓄圧器１０の許容疲労寿命を推定する。【００４７】
この構成によれば、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて蓄圧器１０の疲労き裂深さを検出する。そして、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが初めて損傷ＡＥ信号を検出した時点を基準として、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによる疲労損傷度合に対応する損傷ＡＥ信号の度合いに応じたＡＥ信号対応欠陥き裂が発生したと仮定し、今後予め調査済みあるいは推定したＡＥ信号対応欠陥き裂からの欠陥特性で疲労損傷が発生するであろうと予測して蓄圧器１０の寿命が推定できる。【００４８】
実施の形態によれば、蓄圧器１０は、一部が開放された金属製の容器１を備える。蓄圧器１０は、容器１の開放部分に設けられ、開放部分を閉塞する蓋部材２を備える。【００４９】
この構成によれば、金属製の容器１を備える蓄圧器１０の寿命が容易に推定できる。【００５０】
実施の形態によれば、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、容器１又は蓋部材２のいずれか一方又は両方に設けられている。【００５１】
この構成によれば、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって容器１の疲労損傷をＡＥ信号として検出できる。【００５２】
実施の形態によれば、容器１は、両端部が開放された金属円筒部１ａである。蓋部材２は、金属円筒部１ａの両端部の開放部分をそれぞれ閉塞している。【００５３】
この構成によれば、金属円筒部１ａを備える蓄圧器１０の寿命が容易に推定できる。【００５４】
実施の形態によれば、蓄圧器１０は、金属円筒部１ａの外周を覆う炭素繊維強化樹脂部４を備える。【００５５】
この構成によれば、炭素繊維強化樹脂部４が金属円筒部１ａの外周を覆い、金属円筒部１ａの耐久性が向上できる。【００５６】
実施の形態によれば、蓄圧器１０の寿命延長方法は、上記の蓄圧器１０の寿命推定装置１００において、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが損傷ＡＥ信号を検出すると、疲労損傷部位を除去し、蓄圧器１０の寿命を延長させる。【００５７】
この構成によれば、疲労損傷部位が除去され、蓄圧器１０の寿命が更に延長できる。
【符号の説明】
【００５８】
１  容器、１ａ  金属円筒部、２  蓋部材、３  封止部、４  炭素繊維強化樹脂部、１０  蓄圧器、１１ａ、１１ｂ  ＡＥセンサ、１２  非破壊センサ、１３  推定部、１００  寿命推定装置。
【図１】
2019245035.tif 000003
【図２】
2019245035.tif 000004
【図３】
2019245035.tif 000005
【図４】
2019245035.tif 000006
【図５】
2019245035.tif 000007
【図６】
2019245035.tif 000008
【図７】
2019245035.tif 000009
【図８】
2019245035.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月29日(2020.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
［１］
本発明の蓄圧器の寿命推定装置は、
蓄圧器に対してＡＥ信号を用いて当該蓄圧器の寿命を推定する蓄圧器の寿命推定装置であって、
前記蓄圧器に配置され、ＡＥ信号を検出するＡＥセンサと、
前記ＡＥセンサが使用時の前記蓄圧器から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号を検出すると、その検出時点を出荷時の前記蓄圧器の非破壊検査手法によって検出される最小初期欠陥発生時点と設定する推定部と、
を備える。
［２］
本発明の［１］に記載の蓄圧器の寿命推定装置では、
前記ＡＥセンサは、２つ以上設けられ、
前記推定部は、２つ以上の前記ＡＥセンサが検出した損傷ＡＥ信号の相対差に基づき前記蓄圧器の疲労損傷部位を特定する。
［３］
本発明の［１］又は［２］に記載の蓄圧器の寿命推定装置は、
非破壊検査手法による疲労き裂深さを検出する非破壊センサを備え、
前記推定部は、前記非破壊センサによって前記最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて前記蓄圧器の疲労き裂深さを検出し、当該疲労き裂深さが検出されない場合に、前記最小初期欠陥発生時点に前記非破壊センサによって検出される最小欠陥き裂が発生したと設定し、前記最小欠陥き裂からの前記蓄圧器の許容疲労寿命を推定する。
［４］
本発明の［１］又は［２］に記載の蓄圧器の寿命推定装置では、
前記推定部は、前記ＡＥセンサによって前記最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて前記蓄圧器の疲労き裂深さを損傷ＡＥ信号から検出し、疲労損傷度合に対応する損傷ＡＥ信号の度合いに応じたＡＥ信号対応欠陥き裂が発生したと設定し、前記ＡＥ信号対応欠陥き裂からの前記蓄圧器の許容疲労寿命を推定する。
［５］
本発明の［１］〜［４］のいずれか１に記載の蓄圧器の寿命推定装置では、
前記蓄圧器は、
一部が開放された金属製の容器と、
前記容器の開放部分に設けられ、開放部分を閉塞する蓋部材と、
を備える。
［６］
本発明の［５］に記載の蓄圧器の寿命推定装置では、
前記ＡＥセンサは、前記容器又は前記蓋部材のいずれか一方又は両方に設けられる。
［７］
本発明の［５］又は［６］に記載の蓄圧器の寿命推定装置では、
前記容器は、両端部が開放された金属円筒部であり、
前記蓋部材は、前記金属円筒部の両端部の開放部分をそれぞれ閉塞する。
［８］
本発明の［７］に記載の蓄圧器の寿命推定装置では、
前記蓄圧器は、
前記金属円筒部の外周を覆う炭素繊維強化樹脂部を備える。
［９］
本発明の蓄圧器の寿命延長方法は、
［１］〜［８］のいずれか１に記載の蓄圧器の寿命推定装置を用いた蓄圧器の寿命延長方法において、
前記ＡＥセンサが損傷ＡＥ信号を検出すると、疲労損傷部位を除去し、前記蓄圧器の寿命を延長させる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄圧器に対してＡＥ信号を用いて当該蓄圧器の寿命を推定する蓄圧器の寿命推定装置であって、
前記蓄圧器に配置され、ＡＥ信号を検出するＡＥセンサと、
前記ＡＥセンサが使用時の前記蓄圧器から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号を検出すると、その検出時点を出荷時の前記蓄圧器の非破壊検査手法によって検出される最小初期欠陥発生時点と設定する推定部と、
を備える蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項２】
前記ＡＥセンサは、２つ以上設けられ、
前記推定部は、２つ以上の前記ＡＥセンサが検出した損傷ＡＥ信号の相対差に基づき前記蓄圧器の疲労損傷部位を特定する請求項１に記載の蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項３】
非破壊検査手法による疲労き裂深さを検出する非破壊センサを備え、
前記推定部は、前記非破壊センサによって前記最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて前記蓄圧器の疲労き裂深さを検出し、当該疲労き裂深さが検出されない場合に、前記最小初期欠陥発生時点に前記非破壊センサによって検出される最小欠陥き裂が発生したと設定し、前記最小欠陥き裂からの前記蓄圧器の許容疲労寿命を推定する請求項１又は２に記載の蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項４】
前記推定部は、前記ＡＥセンサによって前記最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて前記蓄圧器の疲労き裂深さを損傷ＡＥ信号から検出し、疲労損傷度合に対応する損傷ＡＥ信号の度合いに応じたＡＥ信号対応欠陥き裂が発生したと設定し、前記ＡＥ信号対応欠陥き裂からの前記蓄圧器の許容疲労寿命を推定する請求項１又は２に記載の蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項５】
前記蓄圧器は、
一部が開放された金属製の容器と、
前記容器の開放部分に設けられ、開放部分を閉塞する蓋部材と、
を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項６】
前記ＡＥセンサは、前記容器又は前記蓋部材のいずれか一方又は両方に設けられる請求項５に記載の蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項７】
前記容器は、両端部が開放された金属円筒部であり、
前記蓋部材は、前記金属円筒部の両端部の開放部分をそれぞれ閉塞する請求項５又は６に記載の蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項８】
前記蓄圧器は、
前記金属円筒部の外周を覆う炭素繊維強化樹脂部を備える請求項７に記載の蓄圧器の寿命推定装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の蓄圧器の寿命推定装置を用いた蓄圧器の寿命延長方法において、
前記ＡＥセンサが損傷ＡＥ信号を検出すると、疲労損傷部位を除去し、前記蓄圧器の寿命を延長させる蓄圧器の寿命延長方法。
【国際調査報告】
2019245035.tif 000011
2019245035.tif 000012
2019245035.tif 000013
2019245035.tif 000014