(57)【要約】【課題】高圧タンクの層間剥離に応じて高圧タンクの再利用を可能とする。【解決手段】高圧タンクの強化樹脂層中の層間剥離の有無を検査する。層間剥離が無かった場合に、検査した高圧タンクの交換が不要と判定する。層間剥離が有った場合に、繊維破断の有無を検査する。繊維破断が有った場合に、検査した高圧タンクの交換が必要と判定する。繊維破断が無かった場合に、層間剥離の位置および長さを測定する。測定した層間剥離の位置および長さから得られる繊維強化樹脂層の残存強度が、予め定められた常用使用圧力に基づく基準値を超える場合に、使用期間もしくは充填回数を初期値よりも低く設定して使用可能と判定する。残存強度が基準値以下の場合に、常用使用圧力に基づく基準値が残存強度よりも低くなるように、常用使用圧力を低く設定して使用可能と判定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク容器の外周に繊維強化樹脂層が形成された高圧タンクの検査方法であって、
高圧タンクの繊維強化樹脂層中の層間剥離の有無を検査する工程と、
前記層間剥離が無かった場合に、検査した高圧タンクの交換が不要と判定する工程と、
前記層間剥離が有った場合に、繊維破断の有無を検査する工程と、
前記繊維破断が有った場合に、検査した高圧タンクの交換が必要と判定する工程と、
前記繊維破断が無かった場合に、前記層間剥離の位置および長さを測定する工程と、
測定した前記層間剥離の位置および長さから得られる前記繊維強化樹脂層の残存強度が、予め定められた常用使用圧力に基づく基準値を超える場合に、使用期間もしくは充填回数を初期値よりも低く設定して使用可能と判定する工程と、
前記残存強度が前記基準値以下の場合に、前記常用使用圧力に基づく基準値が前記残存強度よりも低くなるように、前記常用使用圧力を低く設定して使用可能と判定する工程と、
を備える、高圧タンクの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧タンクの検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、高圧タンクの検査方法として、超音波を用いて、繊維強化樹脂層中の層間剥離を検出することが記載されている。また、層間剥離を検出した場合に、タンク交換の警告を実施して、早期の交換を促すことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−７４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、高圧タンクの繊維強化樹脂層に損傷が発生した場合、高圧タンクを交換することとされており、従来、高圧タンクの損傷状態に応じた再利用についての検討はなされていなかった。しかしながら、資源の再利用の観点からは可能な限り再利用し、不必要な交換を避けることが望しく、高圧タンクの損傷状態に応じた再利用を可能とすることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題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。
（１）本発明の一形態によれば、タンク容器の外周に繊維強化樹脂層が形成された高圧タンクの検査方法が提供される。この高圧タンクの検査方法は；高圧タンクの繊維強化樹脂層中の層間剥離の有無を検査する工程と；前記層間剥離が無かった場合に、検査した高圧タンクの交換が不要と判定する工程と；前記層間剥離が有った場合に、繊維破断の有無を検査する工程と；前記繊維破断が有った場合に、検査した高圧タンクの交換が必要と判定する工程と；前記繊維破断が無かった場合に、前記層間剥離の位置および長さを測定する工程と；測定した前記層間剥離の位置および長さから得られる前記繊維強化樹脂層の残存強度が、予め定められた常用使用圧力に基づく基準値を超える場合に、使用期間もしくは充填回数を初期値よりも低く設定して使用可能と判定する工程と；前記残存強度が前記基準値以下の場合に、前記常用使用圧力に基づく基準値が前記残存強度よりも低くなるように、前記常用使用圧力を低く設定して使用可能と判定する工程とを備える。
この形態の高圧タンクの検査方法によれば、高圧タンクの繊維強化樹脂層に発生した層間剥離の状態に応じて高圧タンクの使用条件を制限することで、高圧タンクを無駄なく再利用することが可能である。
【０００６】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、高圧タンクの検査方法、高圧タンクの検査システムなどの種々の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の検査方法により検査される高圧タンクの一例を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態としての高圧タンクの検査方法が実行される検査システムの概要を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態としての高圧タンクの検査方法の手順を示す説明図である。
【図４】層間剥離無時の画像の一例と層間剥離発生時の画像の一例と層間剥離進展時の画像の一例とを比較して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
Ａ．実施形態：
図１は、本発明の検査方法により検査される高圧タンクの一例を示す説明図である。図１において、上半分は断面図であり、下半分は正面図である。また、図１において、高圧タンク１０の中心軸ＡＸは二点鎖線で示されている。高圧タンク１０は、例えば、車載用の燃料電池システムに用いる燃料ガスとしての水素を貯蔵するために利用される。
【０００９】
図示するように、高圧タンク１０は、ライナー１１０と、口金１２０，１３０と、繊維強化樹脂層１４０と、を備える。ライナー１１０には、中心軸ＡＸに沿った方向（以下、「長手方向」とも呼ぶ）の両端に、中心軸ＡＸを中心として口金１２０，１３０が設けられている。ライナー１１０に口金１２０，１３０が設けられた構成を「タンク容器１００」とも呼ぶ。
【００１０】
ライナー１１０は、ポリアミド樹脂等の水素ガスに対するガスバリア性を有する樹脂製の中空容器である。ライナー１１０は、長手方向の両端近傍が、曲面形状に形成されている。ライナー１１０は、複数の樹脂性のパーツ、本例では、長手方向の中央部の円筒形状の部分であるシリンダ部１１１、および、シリンダ部１１１の長手方向の両端に設けられ、上記の曲面形状に形成されている部分を含むドーム部１１２，１１３、の３つのパーツから構成されている。シリンダ部１１１とドーム部１１２，１１３とは、熱溶着によって接合されている。
【００１１】
繊維強化樹脂層１４０は、タンク容器１００の外周表面上に形成されている。繊維強化樹脂層１４０は、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、予め熱硬化性樹脂が含浸された繊維（あるいは繊維束）をタンク容器１００に複数の層状に巻き付けた後、熱硬化性樹脂を加熱により硬化させることによって形成される。
【００１２】
高圧タンクが搭載された燃料電池車両において、衝突事故や路面干渉、落下等、種々の外的入力によって繊維強化樹脂層に層間剥離や破断等の損傷が発生する場合がある。課題で説明したように、従来、繊維強化樹脂層に損傷が発生した場合、損傷状態によらず高圧タンクを交換することとされていた。しかしながら、高圧タンクの繊維強化樹脂層の損傷状態の一つである層間剥離の状態によっては、その高圧タンクを交換しなくても、利用できる可能性がある、ことがわかった。そこで、本実施形態では、以下で説明するように、高圧タンクの繊維強化樹脂層の状態を検査し、再利用の可否を判定する。
【００１３】
図２は、本発明の一実施形態としての高圧タンクの検査方法が実行される検査システムの概要を示す説明図である。この検査システムは、検査装置２０と、検査装置２０に接続された非破壊検査装置３０と、を備える。検査装置２０は、コンピュータで構成されており、コンピュータを検査装置として機能させるためのプログラムをコンピュータで実行させることで検査装置として機能する。非破壊検査装置３０としては、Ｘ線ＣＴが用いられる。
【００１４】
図３は、本発明の一実施形態としての高圧タンクの検査方法の手順を示す説明図である。この検査方法は、例えば、上記検査装置２０で実行される。まず、非破壊検査装置３０（図２）が用いられて、検査対象の高圧タンク１０の繊維強化樹脂層１４０の層間剥離の有無が検査される（ステップＳ１２０）。なお、層間剥離の有無の検査は、非破壊検査装置３０によって撮影された高圧タンク１０の断層撮影画像を確認することにより行なわれる。
【００１５】
図４は、層間剥離無時の画像の一例と層間剥離発生時の画像の一例と層間剥離進展時の画像の一例とを比較して示す説明図である。なお、図４は、図を見やすくするため、本来暗く（黒く）撮影される空間部分を明るく（白く）し、明るく（白く）撮影される繊維強化樹脂層１４０およびライナー１１０にハッチングを付して示している。層間剥離無時と層間剥離発生時および層間剥離進展時とを比較すればわかるように、層間剥離発生時および層間剥離進展時には、繊維強化樹脂層１４０中で層間剥離の発生の有無、発生した位置を撮影画像の陰影から確認することができる。また、層間剥離発生時と層間剥離進展時とを比較すればわかるように、陰影の長さの違いで層間剥離の長さを確認することができる。
【００１６】
そこで、層間剥離の有無は、検査実行者の撮影画像の目視により確認することが可能である。また、検査装置の２０画像処理解析による層間剥離の部分の抽出により自動的に確認することも可能である。
【００１７】
ここで、層間剥離が無かった場合には（ステップＳ１２０：ＮＯ）、検査した高圧タンク１０を交換する必要なし（交換が不要）、と判定される（ステップＳ１３０）。そして、この判定結果は、例えば、検査装置２０の画面に表示されて、検査実行者に通知される。交換の必要が無い場合には、検査した高圧タンク１０は、再び、車両に搭載されて利用が可能である。
【００１８】
一方、層間剥離が有った場合には（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、さらに、検査対象の高圧タンク１０の繊維強化樹脂層１４０の層間剥離の状態が、亀裂（繊維破断）の状態まで進展しているか否か検査される（ステップＳ１４０）。なお、亀裂へ進展の有無の検査も、層間剥離の有無の検査と同様に、Ｘ線ＣＴによって撮影された高圧タンク１０の断層撮影画像を確認することにより行なわれる。また、亀裂の有無も、層間剥離の有無と同様に、検査実行者の撮影画像の目視により、あるいは、検査装置の画像処理解析による亀裂の部分の抽出により自動的に確認することが可能である。亀裂(繊維破断）は、ライナー１１０に沿って繊維が巻きつけられた方向に沿って広がる剥離ではなく、繊維の層が積層された方向で、繊維に破断が発生して、繊維層が分断されるような状態である。
【００１９】
ここで、亀裂への進展が有った場合には（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、検査した高圧タンク１０の交換が必要と判定される（ステップＳ２００）。この判定は、検査実行者の撮影画像の目視による場合には、検査実行者によって検査装置２０に判定結果が入力されることで行なわれる。また、検査装置２０の画像処理解析による場合には、検査装置によって自動的に行なわれる。そして、この判定結果は、例えば、検査装置２０の画面に表示されて、検査実行者に通知される。交換が必要と判定された場合、新しい高圧タンク１０が検査された高圧タンク１０に変えて車両に搭載される。
【００２０】
一方、亀裂への進展が無かった場合には（ステップＳ１４０：ＮＯ）、層間剥離した高圧タンク１０を、交換するのではなく再利用可能であるか判定するために、以下の処理が行なわれる。
【００２１】
まず、撮影画像から層間剥離の位置および層間剥離の長さの測定が行なわれる（ステップＳ１５０）。図４に示したように、撮影画像の陰影から層間剥離した位置およびその長さを確認することができる。
【００２２】
層間剥離の位置としては、ライナー１１０の内周面から層間剥離の内側までの距離ｒが測定され、層間剥離の長さとしては、層間剥離の一端から他端までの周方向に沿った長さλが測定される。なお、距離ｒは、層間剥離の一端から他端までの間の中の最短の距離が用いられる。但し、これに限定されるものではなく、層間剥離の長さ方向の中央、一端、他端における距離等、あらかじめ定めた位置での距離としてもよい。また、距離ｒは、層間剥離の一端から他端までの間の平均の距離としてもよい。また、距離ｒは、ライナー１１０の内周面から層間剥離の外側までの距離としてもよい。すなわち、あらかじめ定めた条件で測定されたライナー１１０から層間剥離までの距離ｒが層間剥離の位置として用いられてもよい。なお、後述する残存強度の算出式（１）を考えると、距離ｒは、ライナー１１０の内周面から層間距離の内側までの最短の距離とされることが望ましい。
【００２３】
なお、この測定は、例えば、検査装置の画面に表示された撮影画像に対して、検査実行者が設定した二点間の距離ｒおよび二点間の長さλを、検査装置が撮影画像を画像処理解析することによって自動的に算出することで行なわれるようにしてもよい。また、検査装置が撮影画像を画像処理解析することにより自動的に抽出した層間剥離の部分について、距離ｒおよび長さλを自動的に算出することで行なわれるようにしてもよい。
【００２４】
そして、測定された層間剥離の位置（距離ｒ）および層間剥離の長さλを用いて、高圧タンク１０の残存強度Ｐが算出され、算出された残存強度Ｐと基準値Ｐｒとが比較される（ステップＳ１６０）。なお、残存強度Ｐは下式（１）で表され、基準値Ｐｒは下式（２）で表される。
Ｐ＝α√［ｒ／（２λ）］  ・・・（１）
Ｐｒ＝Ｓ×ＮＷＰ  ・・・（２）
αは定数、Ｓは安全率、ＮＷＰは常用使用圧力である。
【００２５】
ここで、法規（ＫＨＫ，ＧＴＲ，ＵＮＲ）に則って求められる最小の破裂強度は（２．２５×ＮＷＰ）と規定されており、通常の常用使用圧力ＮＷＰを７０ＭＰａとすると１５７．５ＭＰａとなる。この値は上式（２）の基準値Ｐｒにおいて、Ｓ＝２．２５、ＮＷＰ＝７０ＭＰａとした場合に対応する。そして、上式（１）で求められる残存強度Ｐが基準値Ｐｒよりも高ければ、法規を満たした残存強度を有している、と言える。
【００２６】
そこで、残存強度Ｐが基準値Ｐｒを超えている場合には（ステップＳ１６０：ＮＯ）、残存強度Ｐに余裕があるので、層間剥離が進展して残存強度Ｐが基準値Ｐｒ以下とならないように制限した状態で、その高圧タンク１０を利用可能であると考えられる。そして、この場合には、検査した高圧タンク１０の使用条件として、当初設定された初期値（使用可能期間および充填回数）よりも低い使用可能期間Ｘおよび充填回数Ｎに制限した状態で限定的に使用可能と判定される（ステップＳ１９０）。この判定結果は、例えば、検査装置２０の画面に表示されて、検査実行者に通知される。このように判定された高圧タンク１０は限定的に再利用が可能である。そして、この高圧タンク１０が車両に搭載された際に、車両の制御装置に対して、使用可能期間Ｘおよび充填回数Ｎの制限が設定され、制御装置によって管理されるようにすればよい。そして、設定された制限値に到達した場合には、例えば、点検等を促す報知等が行なわれるようにすればよい。なお、使用可能期間Ｘおよび充填回数Ｎとしては、残存強度Ｐに応じた値が利用される。残存強度Ｐに応じた使用可能期間Ｘおよび充填回数Ｎは、検査装置２０の記憶装置内に格納される。
【００２７】
一方、上式（１）から求められる残存強度Ｐが、例えば、１５０ＭＰａであった場合、残存強度Ｐが基準値Ｐｒ（＝Ｓ×ＮＷＰ＝１５７．５ＭＰａ）未満となって、法規を満たさなくなる。但し、常用使用圧力ＮＷＰを７０ＭＰａよりも低い６６．６ＭＰａとすれば、法規で定められる最小の破裂強度（２．２５×ＮＷＰ）、すなわち、基準値Ｐｒは、１４９．８５ＭＰａとなるので、残存強度Ｐ＝１５０ＭＰａが基準値Ｐｒ＝１４９．８５ＭＰａよりも高くなり、法規を満たした状態とすることができる。
【００２８】
そこで、残存強度Ｐが基準値Ｐｒ以下となっている場合には（ステップＳ１６０：ＹＥＳ）、以下の判定が行なわれる。すなわち、利用者がその高圧タンク１０の再利用（リユース）を希望しない場合には(ステップＳ１７０：ＮＯ）、検査した高圧タンク１０の交換が必要と判定される（ステップＳ２００）。この判定結果は、例えば、検査装置２０の画面に表示されて、検査実行者に通知される。一方、利用者がその高圧タンク１０の再利用を希望する場合には（ステップＳ１７０：ＹＥＳ）、検査した高圧タンク１０の使用条件を、その残存強度Ｐが基準値Ｐｒよりも高くなるように、常用使用圧力ＮＷＰを低く制限することで、限定的に使用可能と判定される（ステップＳ１８０）。この判定結果は、例えば、検査装置２０の画面に表示されて、検査実行者に通知される。このように判定された高圧タンク１０も、限定的に再利用が可能である。そして、この高圧タンク１０が車両に搭載された際に、車両の制御装置に対して、ＮＷＰの制限値が設定され、制御装置によって管理されるようにすればよい。そして、例えば、定期的に点検等を促す旨の報知がなされるようにすればよい。また、ＮＷＰの制限値の設定とともに、使用可能期間Ｘおよび充填回数Ｎの制限も同様に設定されて管理されるようにしてもよい。そして、設定した制限に到達した場合には、例えば、点検等を促す報知等が行なわれるようにしてもよい。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態の高圧タンクの検査方法では、繊維強化樹脂層中の層間剥離の有無を検査し、層間剥離が無い場合にはその高圧タンクは交換不要と判定される。一方、層間剥離が有った場合には、検出された層間剥離の進展状況により、交換必要、期間（使用期間，充填回数）を制限した限定利用、および、常用使用圧力を制限した限定利用、と判定される。これにより、層間剥離が発生した高圧タンクも、従来のように交換するのではなく、使用条件を制限することで可能な限り再利用可能である。
【００３０】
また、本実施形態の高圧タンクの検査方法では、安全率Ｓを実施形態で説明した値よりも高い値、あるいは、低い値に設定すれば、現行の法規以上の基準が制定された場合、あるいは、反対に規制が緩和された場合にも、容易に対応して高圧タンクの検査を実施することが可能である。
【００３１】
Ｂ．他の実施形態：
（１）上記実施形態では、亀裂へ進展の有無の検査（図３のステップＳ１４０）および層間剥離位置・長さの測定（図３のステップＳ１５０）のために、非破壊検査装置としてのＸ線ＣＴが用いられるのに合わせて、層間剥離の有無の検査（図３のステップＳ１２０）において、同じ非破壊検査装置としてのＸ線ＣＴが用いられるものとして説明した。しかしながら、層間剥離の有無の検査においては、単に繊維強化樹脂層１４０中の層間隔離の有無を検出可能であればよく、超音波探傷装置等の繊維強化樹脂層１４０中の層間隔離の有無を検出可能な種々の非破壊検査装置が用いられるようにしてもよい。
【００３２】
（２）また、上記実施形態では、亀裂へ進展の有無の検査（図３のステップＳ１４０）および層間剥離位置・長さの測定（図３のステップＳ１５０）のために、非破壊検査装置としてのＸ線ＣＴが用いられるものとして説明した。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、ＭＲＩのように、高圧タンク１０の内部を断層撮影することが可能な種々の非破壊検査装置が用いられるようにしてもよい。
【００３３】
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。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…高圧タンク
２０…検査装置（コンピュータ）
３０…非破壊検査装置（Ｘ線ＣＴ）
１００…タンク容器
１１０…ライナー
１１１…シリンダ部
１１２，１１３…ドーム部
１２０，１３０…口金
１４０…繊維強化樹脂層
ＡＸ…中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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