(57)【要約】【課題】水素が供給された容器内の試験片の特性を試験する特性試験装置において、容器内の温度を迅速に変化させる。【解決手段】特性試験装置１は、水素雰囲気に晒された試験片２の特性を試験する装置であって、試験片２が収容される中空部１１を有する容器３と、容器３の中空部１１へ水素を供給する水素供給手段４と、容器３の厚み内に設けられた流路７へ容器３の中空部１１を加熱する熱媒体である熱水を供給する熱媒体供給手段８と、容器３の中空部１１の温度を検出する温度センサ９と、試験片２の引張試験を行う試験具１０とを備える。従って、流路７へ熱水を供給して中空部１１の温度を上昇させつつ、水素が供給された中空部１１に収容された試験片２の引張り強度の試験を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素雰囲気に晒された試験片の特性を試験する特性試験装置であって、
中空部を有し、前記中空部に前記試験片が収容される容器と、
前記容器の前記中空部へ水素を供給する水素供給手段と、
前記容器の厚み内に設けられた流路へ前記容器の前記中空部を加熱または冷却する熱媒体を供給する熱媒体供給手段と
を備えることを特徴とする特性試験装置。
【請求項２】
前記容器の前記中空部の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記温度センサの検出温度に基づき、前記熱媒体供給手段を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の特性試験装置。
【請求項３】
前記容器が複数備えられ、
前記各容器の前記流路へは共通の前記熱媒体供給手段から前記熱媒体が供給される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の特性試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素雰囲気下での試験片の引張強度や曲げ強度などの特性を評価するための特性試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、高圧ガス雰囲気下で試験片の機械特性試験を行う機械特性試験装置が開示されている。この機械特性試験装置は、高圧容器内に水素ガスを含む高圧ガスが導入された状態で、高圧容器内に配置された試験片に荷重が負荷され、その負荷された荷重を歪ゲージにて測定する装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４９４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の機械特性試験装置の場合、試験中に高圧容器内の温度を変化させようとすると、高圧容器の外面に設けられたヒータや冷却手段が用いられることになるので、時間を要する。すなわち、このような外熱方式では、試験中に短時間で温度を変化させることができない。従って、たとえば、燃料電池自動車に用いられる水素タンクの材料を試験する場合には、約３分間で氷点下から中温域へ温度変化させつつ特性試験を行う必要があるが、従来の機械特性試験装置では行うことができない。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、容器内に水素が供給された状態で容器内の試験片の特性を試験する特性試験装置において、容器内の温度を迅速に変化させることができる特性試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る特性試験装置は、水素雰囲気に晒された試験片の特性を試験する特性試験装置であって、中空部を有し、前記中空部に前記試験片が収容される容器と、前記容器の前記中空部へ水素を供給する水素供給手段と、前記容器の厚み内に設けられた流路へ前記容器の前記中空部を加熱または冷却する熱媒体を供給する熱媒体供給手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る特性試験装置は、前記容器の前記中空部の温度を検出する温度センサをさらに備え、前記温度センサの検出温度に基づき、前記熱媒体供給手段を制御することを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明に係る特性試験装置は、前記容器が複数備えられ、前記各容器の前記流路へは共通の前記熱媒体供給手段から前記熱媒体が供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る特性試験装置によれば、容器の厚み内に設けられた流路へ熱媒体が供給されることで、容器の中空部を加熱または冷却することができる。従って、容器内の温度を変化させつつ、容器内に水素が供給された状態で試験片の特性を試験する際、容器の外面に設けられたヒータや冷却手段により容器内を加熱または冷却する場合と比較して、容器内の温度を迅速に変化させることができる。
【００１０】
また、本発明に係る特性試験装置によれば、温度センサの検出温度に基づき、容器に設けられた流路への熱媒体の供給の有無または量を制御することができる。
【００１１】
さらに、本発明に係る特性試験装置によれば、共通の熱媒体供給手段により複数の容器内を加熱または冷却することができるので、簡易な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の特性試験装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】図１の特性試験装置の概略横断面図であり、一部を省略して示している。
【図３】本発明の特性試験装置の別の実施例を示す概略構成図であり、一部を断面にして示すと共に一部を省略して示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の特性試験装置の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１および図２は、本発明の特性試験装置の一実施例を示す図であり、図１は一部を断面にして示す概略構成図、図２は一部を省略して示す概略横断面図である。本実施例の特性試験装置１は、水素雰囲気に晒された試験片２の特性を試験する装置である。特性試験装置１は、試験片２が収容される容器３と、容器３内へ水素を供給する水素供給手段４と、容器３内へ供給される水素を加圧する加圧手段５と、容器３内の圧力を検出する圧力センサ６と、容器３の厚み内に設けられた流路７へ熱媒体を供給する熱媒体供給手段８と、容器３内の温度を検出する温度センサ９と、試験片２の試験を行う試験具１０とを備える。
【００１５】
容器３は、金属製で中空部１１を有し、容器本体１２に蓋体１３が開閉可能に設けられて構成される。なお、本実施例では、容器３は、鉄製とされる。容器本体１２は、上方にのみ開口した有底円筒状とされ、その底部内には複数の流路７が形成されている。容器本体１２の厚み内に形成された各流路７は、円筒状のパイプから構成される。図２に示されるように、複数の流路７は、隣接する流路７，７同士が互いに前後に離隔して配置される。各流路７は、一端部が容器本体１２の右方へ開口する一方、他端部が容器本体１２の左方へ開口している。
【００１６】
一方、蓋体１３は、下方にのみ開口した短円筒状に形成されている。このような蓋体１３で容器本体１２の上部開口を閉じた際には、容器本体１２の上端部と蓋体１３の下端部とがパッキンを介して重ね合わされる。これにより、容器３を密閉することができ、容器３内に中空部１１を形成することができる。
【００１７】
水素供給手段４は、容器３の中空部１１へ水素を供給する手段であり、本実施例では水素ボンベから構成される。この水素ボンベ４は、水素供給路１４を介して容器３に接続される。水素供給路１４は、蓋体１３に接続されており、これにより、水素ボンベ４からの水素が容器３の上部から中空部１１へ供給される。
【００１８】
加圧手段５は、容器３の中空部１１へ供給される水素を加圧する手段であり、本実施例では圧縮機から構成される。この圧縮機５は、水素ボンベ４からの水素を圧縮するものであり、容器３に設けられた圧力センサ６の検出圧力に基づき制御される。本実施例では、このようにして圧縮された水素が容器３の中空部１１へ供給される。なお、本実施例では、容器３の蓋体１３に、容器３の中空部１１の水素を外部へ排気する排気路１５が接続される。排気路１５には、排気弁が設けられており、この排気弁を開閉することで、容器３の中空部１１の内外を連通可能とすることができる。
【００１９】
熱媒体供給手段８は、容器３の底部の厚み内に設けられた流路７へ熱媒体を供給する手段であり、本実施例では、容器３の中空部１１を加熱または冷却する熱媒体が貯留されるタンク１６と、タンク１６内の熱媒体を流路７へ供給するポンプ１７とを備えて構成される。タンク１６には、内部に貯留された水を加熱するヒータが設けられており、これによりタンク１６には熱水を貯留することができる。すなわち、本実施例では、容器３の中空部１１を加熱する熱媒体として、熱水が用いられる。ポンプ１７は、容器３に設けられた温度センサ９の検出温度に基づき制御される。
【００２０】
タンク１６は、熱媒体供給路１８を介して流路７の一端部に接続される。熱媒体供給路１８は、先端部において分岐されており、それぞれが各流路７に接続される。熱媒体供給路１８には、分岐部よりも上流側に前述したポンプ１７が設けられており、このポンプ１７によって、タンク１６から熱媒体供給路１８を介して流路７へ熱水が供給される。流路７へ供給された熱水は、流路７の他端部に接続された戻し路１９を介して、タンク１６内に戻される。戻し路１９は、基端部において分岐されており、それぞれが各流路７に接続される。
【００２１】
試験具１０は、試験片２の機械特性を評価するためのものであり、本実施例では、試験片２の引張試験具とされる。この引張試験具１０は、従来公知のものが用いられる。たとえば、引張試験具１０は、容器３が設けられる台座２０と、台座２０から上方へ延出する一対の支持軸２１，２１と、支持軸２１に上下動可能に設けられる可動部材２２と、可動部材２２に設けられる上側つかみ材２３と、上側つかみ材２３の下方に配置される下側つかみ材２４とを備える。
【００２２】
台座２０には、左右に離隔して支持軸２１が設けられており、この支持軸２１，２１間に前述した容器３が設けられる。可動部材２２は、支持軸２１，２１間に架け渡すように設けられており、油圧シリンダにより支持軸２１に沿って上下に移動可能とされる。上側つかみ材２３は、可動部材２２に下方へ延出して設けられる。台座２０に容器３が設置された場合、上側つかみ材２３は、容器３の蓋体１３を上下に貫通して配置される。下側つかみ材２４は、容器３の中空部１１に配置される。具体的には、下側つかみ材２４は、容器３の底部に上方へ延出して設けられて、中空部１１に配置される。台座２０に容器３が設置された場合、上側つかみ材２３と下側つかみ材２４とは、上下に互いに対応するよう配置される。
【００２３】
次に、本実施例の特性試験装置１の動作について説明する。まず、試験片２が容器３の中空部１１に収容される。収容状態では、試験片２は、上端部が上側つかみ材２３に固定される一方、下端部が下側つかみ材２４に固定される。試験片２を収容後、水素ボンベ４から水素供給路１４を介して容器３の中空部１１へ水素が供給される。中空部１１へ供給される水素は、圧縮機５により圧縮される。この際、圧縮機５は、容器３の中空部１１の検出圧力を一定に維持するように制御される。
【００２４】
そして、検出圧力を一定に維持した状態で、油圧シリンダにより可動部材２２が上方へ移動することで、両つかみ材２３，２４に固定された試験片２に引張応力が加えられる。試験片２に加えられた引張応力は、次のようにして求められる。
【００２５】
本実施例の試験具１０は、油圧シリンダの油圧を検出する油圧検出手段と、油圧検出手段からの検出信号に基づき引張応力を演算する測定手段とをさらに備える。このような構成であるので、油圧検出手段から増幅器を介して測定手段へ、検出された油圧に対応した検出信号が出力される。そして、検出信号が測定手段に入力されることで、測定手段により引張応力が演算される。この演算結果は、測定手段に記録されたり、測定手段のディスプレイに表示されたりする。
【００２６】
このような引張試験は、容器３の中空部１１の温度を変化させつつ行われる。たとえば、第一設定温度からそれよりも高い第二設定温度へ変化させつつ行うことができる。これは、温度センサ９の検出温度に基づきポンプ１７を制御することでなされる。
【００２７】
たとえば、容器３の中空部１１の温度が第一設定温度になるまで、ポンプ１７を作動させて熱水が流路７へ供給される。第一設定温度に到達したら、そのまま連続して温度を上昇させてもよいし、第一設定温度を維持するようポンプ１７を制御してもよい。その後、容器３の中空部１１の温度が第二設定温度になるまで、ポンプ１７を作動させて熱水が流路７へ供給される。第二設定温度に到達したら、ポンプ１７を停止して流路７への熱水の供給を停止してもよいし、第二設定温度を維持するようポンプ１７を制御してもよい。
【００２８】
本実施例の特性試験装置１によれば、容器３の底部内に設けられた流路７へ熱水が供給されるので、容器３の中空部１１を加熱することができる。従って、容器３の中空部１１の温度を第一設定温度から第二設定温度へ上昇させつつ試験を行う際、容器の外面に設けられたヒータにて加熱する場合と比較して、容器３の中空部１１の温度を迅速に上昇させることができる。また、本実施例の特性試験装置１によれば、温度センサ９の検出温度に基づき、容器３の底部内に設けられた流路７への熱水の供給の有無を制御することができる。従って、容器３の中空部１１の温度の設定を容易に行うことができる。
【００２９】
さらに、本実施例の特性試験装置１によれば、容器３の底部内に設けられた流路７へ熱水を供給する構成であるので、容器の外面に設けられたヒータにて加熱する場合と比較して、容器３自体の場所的な温度ムラを抑制することができる。これにより、容器３の変形を抑制したり、容器３の変形による容器本体１２と蓋体１３との隙間からの水素の漏れを防止したりすることができる。
【００３０】
本発明の特性試験装置は、前記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。たとえば、図３は、本発明の特性試験装置の別の実施例の概略構成図であり、試験具の一部を省略した状態を示している。本実施例の特性試験装置１も、基本的には前記実施例の特性試験装置１と同様である。そこで、以下では、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。また、両実施例で共通の事項については、説明を省略する。
【００３１】
本実施例では、第一容器２５と第二容器２６とを備え、両容器２５，２６へは共通の熱媒体供給手段８により熱媒体が供給されると共に、両容器２５，２６へは共通の水素供給手段４により水素が供給される。ここで、第一容器２５および第二容器２６は、前記実施例の容器３と同様の構成である。
【００３２】
図３に示されるように、熱媒体供給路１８は、ポンプ１７よりも下流側でかつ前述した分岐部よりも上流側において分岐されており、一方が第一容器２５の流路７に接続され、他方が第二容器２６の流路７に接続される。なお、戻し路１９は、前述した分岐部よりも下流側において分岐されており、一方が第一容器２５の流路７の他端部に接続され、他方が第二容器２６の流路７の他端部に接続される。すなわち、戻し路１９は、途中で共通化されている。また、水素供給路１４は、圧縮機５よりも下流側において分岐されており、一方が第一容器２５に接続され、他方が第二容器２６に接続される。従って、本実施例の特性試験装置１では、第一容器２５の流路７および第二容器２６の流路７に同時に熱水を供給することができると共に、第一容器２５の中空部１１および第二容器２６の中空部１１に同時に水素を供給することができる。
【００３３】
本実施例の特性試験装置１の場合、熱媒体供給手段８、水素供給手段４および加圧手段５が共通化されているので、簡易な構成とすることができ、装置のコンパクト化を図ることができる。なお、本実施例の特性試験装置１において、熱媒体供給路１８の分岐部に弁を設けることで、両容器２５，２６の内の一方にのみ熱水を供給できる場合と、両容器２５，２６に同時に熱水を供給できる場合とに切り替えることができる。また、水素供給路１４の分岐部に弁を設けることで、両容器２５，２６の内の一方にのみ水素を供給できる場合と、両容器２５，２６に同時に水素を供給できる場合とに切り替えることができる。
【００３４】
また、前記実施例では、熱媒体は、熱水とされたが、これに限定されるものではなく、たとえば、温水としてもよいし、冷却する場合には冷水としてもよい。また、熱媒体は、熱水に限定されるものではなく、たとえば、シリコーン油、ダウサムＡ、空気、水蒸気、アセトン、液化窒素、ブライン、二酸化炭素、フロン、アンモニア、アルコールなどでもよい。
【００３５】
また、前記実施例では、複数の流路７が容器３の底部内に設けられたが、これに限定されるものではなく、たとえば、複数の流路７を容器３の外周壁に上下に離隔して設けてもよい。また、前記実施例では、流路７は、パイプにより形成されたが、これに限定されるものではなく、たとえば、容器３に形成された貫通穴により構成してもよい。また、前記実施例では、試験具１０は、試験片２の引張り強度を試験するものとされたが、これに限定されるものではなく、たとえば、曲げ強度、疲労強度またはシール特性などの試験を行うものであってもよい。これらの試験具は、従来公知のものが用いられる。
【００３６】
また、前記実施例の特性試験装置１において、容器３の中空部１１からの水素の漏れの有無を判定する漏れ検出手段を備えてもよい。漏れ検出手段は、具体的構成を特に問わないが、典型的には、容器３の中空部１１の圧力を監視して漏れの有無を判定する。この場合、漏れ検出手段は、圧力センサを備える。そして、圧力センサの検出圧力に基づき、容器３の中空部１１からの水素の漏れの有無が判定され、漏れがある場合には水素ボンベ４が停止される。なお、漏れ検出手段の圧力センサは、前述した圧力センサ６と共通であってもよいし、別途設けてもよい。
【００３７】
また、前記実施例の特性試験装置１において、特性試験装置１の振動を検出する感震手段を備えてもよい。感震手段は、たとえば、感震器や加速度センサなどの振動の検出手段である。そして、感震手段の検出した振動に基づき、水素ボンベ４が制御される。すなわち、振動が起こった場合には、水素ボンベ４が停止される。
【００３８】
また、前記実施例では、容器３は、鉄製とされたが、これに限定されるものではなく、たとえば、鉄、ニッケルまたはクロムの少なくとも１つを含有するものであればよい。また、前記実施例では、容器３は、鉄製とされたが、鉄よりも熱伝導率が高い材料で構成されるのが好ましい。
【００３９】
また、図３の実施例では、共通の熱媒体供給手段８から各容器２５，２６へ熱水が供給されると共に、共通の水素供給手段４から各容器２５，２６へ水素が供給される構成とされたが、両供給手段４，８の内、一方が共通化された構成としてもよい。また、図３の実施例では、熱媒体供給路１８を分岐して両容器２５，２６へ熱水を供給する構成とされたが、第一容器２５の流路７の他端部と第二容器２６の流路７の一端部とを直接接続するか、または接続路を介して接続する構成としてもよい。すなわち、第一容器２５から第二容器２６へ熱水が流れる構成とされる。さらに、図３の実施例では、容器の数は、２つとされたが、３つ以上であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、水素環境に晒された試験片の機械特性を評価する特性試験装置に好適に適用されるものである。
【符号の説明】
【００４１】
１  特性試験装置
２  試験片
３  容器
４  水素ボンベ（水素供給手段）
７  流路
８  熱媒体供給手段
９  温度センサ
１０  引張試験具（試験具）
１１  中空部
１４  水素供給路
１８  熱媒体供給路
【図１】
2017203635.tif 000003
【図２】
2017203635.tif 000004
【図３】
2017203635.tif 000005