JP2017125733A - タンクの検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧タンクの検査において、検査に使用する水の再利用と、検査に要する時間の短縮の両立をはかる。
【解決手段】タンク容器１１と、その外側に形成される補強層１２と、を備えるタンク１０の検査方法である。（ａ）水で満たされたタンク１０にさらに、加圧しつつ水槽２１０から水を注入して、タンク１０内の圧力を上昇させつつ、圧力とタンク１０の膨張量とを測定する（Ｓ３０）。（ｂ）注入した水をタンク１０から水槽２１０に送出して、タンク１０内の圧力を低下させつつ、圧力とタンク１０の膨張量とを測定する（Ｓ５０）。（ｃ）上記の測定結果に基づいて、補強層１２に残留する膨張量に関するパラメータを取得する（Ｓ１４０）。（ｄ）工程（ｂ）の後で、タンク１０内に空気を供給してタンク１０から水槽２１０に水を送出して、水槽２１０内の水の量を注入前の量に戻す（Ｓ６０）。（ｅ）複数のタンク１０について、工程（ａ）〜（ｄ）を繰り返す。
【選択図】図３

Description

本発明は、高圧タンクの検査方法に関するものである。

従来、樹脂製のライナーとその外表面に形成される繊維強化樹脂層とを備える高圧タンクの検査において、以下のような処理を行う技術が存在する（特許文献１）。すなわち、純水で満たしたタンクを用意する。そして、純水槽からタンク内に純水を過剰に充填することによりタンクの内圧を上昇させる昇圧時と、純水を純水槽に戻してタンクの内圧を降下させる降圧時のそれぞれについて、タンクの内圧とタンク（繊維強化樹脂層）の膨張量との関係を取得する。タンク（繊維強化樹脂層）の膨張量は、具体的には、純水槽の重量の減少分に基づいて、測定される。

そして、タンクの内圧とタンク（繊維強化樹脂層）の膨張量との関係を用いて、繊維強化樹脂層の恒久増加率が取得される。繊維強化樹脂層の恒久増加率は、高圧タンクが膨張後、収縮したときに、繊維強化樹脂層に残留する膨張の度合いを示すパラメータである。繊維強化樹脂層の恒久増加率が所定の閾値以上であるときには、高圧タンクの繊維強化樹脂層の強度が不足する可能性があるものとして、高圧タンクに対して「否」の判定がなされる。

特開２０１４−１１９２９２号公報 特公昭６３−５２６９２号公報 特開平０８−２０１２５１号公報 特開２００１−１０８５８８号公報

しかし、上記の検査処理においては、検査に使用する水の再利用と、検査に要する時間の短縮の両立については、考慮されていなかった。

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、以下の形態又は適用例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、タンク容器と、前記タンク容器の外側に形成される補強層と、を備えるタンクの検査方法が提供される。この検査方法は：（ａ）水で満たされたタンクにさらに、加圧しつつ水槽から水を注入して、前記タンク内の圧力を上昇させつつ、前記タンク内の圧力と前記タンクの膨張量とを測定する工程と；（ｂ）前記工程（ａ）の後、前記注入した水を前記タンクから前記水槽に送出して、前記タンク内の圧力を低下させつつ、前記タンク内の圧力と前記タンクの膨張量とを測定する工程と；（ｃ）前記工程（ａ）および（ｂ）の測定結果に基づいて、前記補強層に残留する膨張量に関するパラメータを取得する工程と；（ｄ）前記工程（ｂ）の後で、前記タンク内に空気を供給して前記タンクから前記水槽に水を送出して、前記水槽内の水の量を前記注入前の量に戻す工程と；（ｅ）複数のタンクについて、前記工程（ａ）〜（ｄ）を繰り返す工程と、を備える。
このような態様とすれば、タンク内に注入した水を検査において再利用することができる。そして、降圧後にタンクの容量が迅速に検査前の値に戻らないタンクの検査においても、タンクの容量が検査前の値に戻ることを利用して水槽内の水の量を検査前の値に戻す態様に比べて、迅速に、水槽内の水の量を検査前の値に戻すことができる。

（２）上記形態の検査方法において、前記工程（ｂ）は、前記タンク内の圧力が大気圧に達する前に終了する工程であり、前記工程（ｃ）は：前記工程（ａ）で得られた前記タンク内の圧力と前記タンクの膨張量との測定値から、圧力上昇時の前記タンク内の圧力と前記タンクの膨張量との関係を表す第１の直線を得る工程と；前記工程（ｂ）で得られた前記タンク内の圧力と前記タンクの膨張量との測定値から、圧力下降時の前記タンク内の圧力と前記タンクの膨張量との関係を表す第２の直線を得る工程と；前記第１および第２の直線から、前記工程（ｂ）のあと大気圧において前記補強層に残留する膨張量を取得する工程と、を含む、態様とすることができる。
このような態様とすれば、タンク内の圧力とタンクの膨張量との関係を表す直線を得るのに十分な測定値が得られた段階で、工程（ｂ）を終了し、工程（ｄ）を開始することができる。このため、検査に要する時間をより短縮することができる。

本発明は、検査方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、高圧タンクにおけるタンク容器と補強層との間の空隙の容積の測定方法や、当該空隙の容積を検出できる高圧タンクの検査装置、当該検査装置の制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

本発明の実施形態としての高圧タンクの検査装置２００の構成を示す概略図である。 検査装置２００の検査対象である高圧タンク１０の構成を示す概略断面図である。 検査装置２００において実行される高圧タンク１０の検査方法の処理を示すフローチャートである。 図３に示す検査処理における各処理と、ライナー１１内部の圧力の関係を示すグラフである。 図３のステップＳ５０における開閉バルブ２３４の状態と、高圧タンク１０内の状態を示す図である。 ステップＳ６０における開閉バルブ２３４の状態と、高圧タンク１０内の状態を示す図である。 図３のステップＳ３０，Ｓ５０で得られる測定値をもとに、制御部２５０が高圧タンク１０の良否を判定する際の処理を示すフローチャートである。 図７のステップＳ１００，Ｓ１１０（図３のステップＳ３０，Ｓ５０）において得られる第１と第２の関係を表すグラフである。 図７のステップＳ１２０〜Ｓ１５０における繊維強化樹脂層１２の恒久増加率の取得処理を説明するための説明図である。

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の実施形態としての高圧タンクの検査装置２００の構成を示す概略図である。検査装置２００は、純水槽２１０と、重量計２１５と、配管２２１〜２２３と、開閉バルブ２３１，２３２と、ポンプ２３３と、圧力センサ２４１と、温度センサ２４２と、空気配管２２４と、開閉バルブ２３４と、エアコンプレッサ２３５と、圧力測定部２４３と、制御部２５０と、を備える。

純水槽２１０は、高圧タンク１０に供給される純水を貯蔵する。重量計２１５は、純水槽２１０に貯蔵されている純水の重量を測定し、制御部２５０に出力する。なお、重量計２１５は、純水槽２１０内の純水の温度を測定する温度計を備え、純水槽２１０内の純水の温度に応じて出力値を補正する態様とすることもできる。

第１と第２の配管２２１，２２２は、それぞれ、一端が純水槽２１０に接続されている。第１と第２の配管２２１，２２２は、他端において合流して、第３の配管２２３の一端に接続されている。第３の配管２２３の他端は、高圧タンク１０のバルブ１５に接続される。第１〜第３の配管２２１〜２２３は、純水槽２１０と高圧タンク１０との間で純水を流通させる。

第１の配管２２１には、第１の開閉バルブ２３１が設けられている。第１の配管２２１の純水槽２１０と第１の開閉バルブ２３１との間には、ポンプ２３３が設けられている。ポンプ２３３は、ブースーターポンプである。なお、ポンプ２３３としては、昇圧時間の短縮のために、プランジャーポンプを採用することもできる。一方、第２の配管２２２には、第２の開閉バルブ２３２が設けられている。

第３の配管２２３には、圧力センサ２４１が取り付けられている。圧力センサ２４１は、第３の配管２２３内における純水の圧力を検出する。圧力センサ２４１が検出する第３の配管２２３内の純水の圧力は、高圧タンク１０におけるライナー１１の内部の圧力とみなすことができる。温度センサ２４２は、ライナー１１内の純水の温度を検出する。温度センサ２４２は、熱電対温度計によって構成される。

圧力測定部２４３は、圧力センサ２４１の検出信号および温度センサ２４２の検出信号を受信する。圧力測定部２４３は、圧力センサ２４１の検出信号に応じた圧力値を、温度センサ２４２の検出信号に応じて補正した上で、制御部２５０に出力する。

空気配管２２４は、一端がエアコンプレッサ２３５に接続され、他端が高圧タンク１０のバルブ１５に接続されている。空気配管２２４は、エアコンプレッサ２３５が供給する空気を高圧タンク１０に送る。空気配管２２４には、開閉バルブ２３４が設けられている。

制御部２５０は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータによって構成されている。制御部２５０は、上記各部を制御することにより、後述するタンクの検査を実行する。

図２は、検査装置２００の検査対象である高圧タンク１０の概略構成を示す断面図である。図２において、高圧タンク１０の中心軸ＯＬを一点鎖線によって示す。高圧タンク１０は、燃料電池車両に搭載され、高圧の水素を貯蔵し、燃料ガスとして水素ガスを燃料電池に供給する。高圧タンク１０は、ライナー１１と、繊維強化樹脂層１２と、バルブ側口金１３と、エンド側口金１４と、バルブ１５と、を備える。

ライナー１１は、高圧タンク１０の本体部を構成するタンク容器である。ライナー１１は、その内部に高圧水素を収容するための収容空間ＳＰを有する。ライナー１１は、略円筒状のシリンダー部と、その両側に配された略半球状のドーム部と、を有する。一方のドーム部の頂部には、バルブ側口金１３が取り付けられる開口部が形成されている。他方のドーム部の頂部には、エンド側口金１４が取り付けられる開口部が形成されている。ライナー１１は、たとえば、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。なお、ライナー１１は、回転成形法のような一体成形の製造方法に換えて、複数に分割された部材を接着して一体化する製造方法によって形成されてもよい。

繊維強化樹脂層１２は、ライナー１１の外側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。
（１）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って、ライナー１１に巻き付ける。
（２）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、たとえば摂氏８５度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。

バルブ側口金１３は、高圧タンク１０の一方のドーム部に取り付けられている。バルブ側口金１３は、繊維強化樹脂層１２に覆われたライナー１１にバルブ１５を取り付けるために接続部である。バルブ側口金１３の開口部は、ライナー１１の収容空間ＳＰと接続されており、その内周面にはバルブ１５の雄ねじ部と勘合する雌ねじ部が形成されている。バルブ側口金１３は、ステンレスやアルミニウムなどの金属部材によって形成されてもよいし、強化プラスチック等の樹脂部材によって形成されてもよい。

エンド側口金１４は、バルブ側口金１３とは反対側の高圧タンク１０のドーム部に取り付けられている。エンド側口金１４は、ライナー１１の開口部を封止する封止部材である。エンド側口金１４は、ステンレスやアルミニウムなどの金属部材によって形成されてもよいし、強化プラスチックなどの樹脂部材によって形成されてもよい。

高圧タンク１０の製造工程では、繊維強化樹脂層１２の形成後に、ライナー１１と繊維強化樹脂層１２との間に空隙１６が生じる場合がある。空隙１６は、繊維強化樹脂層１２を形成するための熱硬化処理後のライナー１１の熱収縮量と繊維強化樹脂層１２の熱収縮量との差に起因して生じる。

熱硬化処理においては、ライナー１１は、恒温槽による加熱と、強化繊維に含浸されているエポキシ樹脂の硬化反応による発熱と、によって昇温する。通常、ライナー１１は、熱膨張係数が大きい材質で構成されており、熱膨張や熱収縮を生じやすい。ライナー１１は、熱硬化処理中には外表面に巻き付けられた強化繊維によって熱膨張が制限されるが、熱硬化処理の後には温度の低下に伴って熱収縮する。そのため、熱硬化処理の後に、ライナー１１と繊維強化樹脂層１２との間に、空隙１６が形成される場合がある。

また、樹脂で構成されるライナー１１と、強化繊維と熱硬化性樹脂で構成される繊維強化樹脂層１２と、から主に構成される高圧タンク１０は、収容空間ＳＰの圧力が高くなると膨張（変形）する。そして、その状態から、高圧タンク１０の周囲の圧力（大気圧）と同じ圧力に収容空間ＳＰの圧力が戻ると、高圧タンク１０は、膨張時の状態から収縮する。しかし、収容空間ＳＰの圧力が高い状態から、所定値以上の速度で収容空間ＳＰの圧力が低下すると、収容空間ＳＰの圧力が周囲の圧力と同じ値に戻った時点では、高圧タンク１０は、もとの大きさ（形状）には戻らない。そして、高圧タンク１０の収容空間ＳＰの大きさは、時間の経過とともにもとの大きさに近づく。ただし、高圧タンク１０が完全にはもとの形状および大きさに戻らず、一部、高圧タンク１０に変形が残留する場合がある。残留変形が少ない高圧タンク１０は、強度が高いと考えられる。

図３は、検査装置２００において実行される高圧タンク１０の検査方法の処理を示すフローチャートである。なお、図３は、高圧タンク１０の検査方法において、高圧タンク１０に対して行われる処理を示す。高圧タンク１０の検査方法において、制御部２５０内で行われる高圧タンク１０の良否を判定するための処理については、後に別途、説明する。
図３の検査処理に先だって、収容空間ＳＰが純水で満たされた状態（本明細書において「初期充填状態」と呼ぶ）にある高圧タンク１０が、検査装置２００に取り付けられる。なお、高圧タンク１０は、その中心軸ＯＬが水平方向と一致するように、検査装置２００に取り付けられる（図１および図２参照）。

図３のステップＳ１０において、制御部２５０は、第１の開閉バルブ２３１を開くとともに第２の開閉バルブ２３２を閉じ、ポンプ２３３を駆動させて、純水槽２１０から高圧タンク１０への純水の供給を行う（図１参照）。なお、このとき、空気配管２２４の開閉バルブ２３４は閉じられている。

図４は、図３に示す検査処理における各処理と、ライナー１１内部の圧力の関係を示すグラフである。図３のステップＳ１０において、制御部２５０は、ライナー１１内部の圧力を、初期圧力Ｐ０（ここでは、大気圧）から第１の試験圧力Ｐ１（Ｐ１＞Ｐ０）まで上昇させる。図３のステップＳ１０の処理を「第１の昇圧」とも呼ぶ。

図３のステップＳ２０において、制御部２５０は、所定時間（たとえば、１分）、第１の開閉バルブ２３１および第２の開閉バルブ２３２を閉じ、ポンプ２３３を停止させ、リークチェックを行う。所定時間の間に、所定量以上、ライナー１１内部の圧力が低下した場合には、制御部２５０は、高圧タンク１０が不良品であると判定し、図示しないディスプレイにその旨を出力する。所定時間の間に、所定量以上、ライナー１１内部の圧力が低下した場合には、高圧タンク１０から純粋が漏れていると考えられるためである。高圧タンク１０に漏れがない場合には、ライナー１１内部の圧力は、Ｐ１に維持される（図４参照）。

図３のステップＳ３０においては、制御部２５０は、再び第１の開閉バルブ２３１を開くとともに、ポンプ２３３を駆動させて、純水槽２１０から高圧タンク１０への純水の供給を行う。制御部２５０は、ライナー１１内部の圧力を、たとえば１時間かけて、圧力Ｐ１から第２の試験圧力Ｐｔ（Ｐｔ＞Ｐ１）まで上昇させる。ステップＳ３０の処理を「第２の昇圧」とも呼ぶ。制御部２５０は、その間、重量計２１５の出力値と、圧力測定部２４３の出力値と、を記録し、第２の昇圧時におけるライナー１１の内部の圧力とライナー１１の内部の膨張量との関係を取得する。ライナー１１の内部の膨張量は、純水槽２１０に貯蔵されている純水の検査開始時からの重量の減少分に基づいて計算される。純水槽２１０における純水の検査開始時からの重量の減少分は、純水で満たされた状態（初期充填状態）からのライナー１１の内部への純水の過剰な充填量、すなわち、ライナー１１の内部の膨張量とみなすことができるためである。以下、第２の昇圧時におけるライナー１１の内部の圧力と膨張量との関係を「第１の関係」とも呼ぶ。

ステップＳ４０においては、制御部２５０は、所定時間（たとえば１分）、第１の開閉バルブ２３１および第２の開閉バルブ２３２を閉じ、ポンプ２３３を停止させ、ライナー１１の内部の圧力を一定に保持する。なお、ステップＳ４０においてライナー１１の内部の圧力を一定に保持する時間と、ステップＳ２０におけるリークチェックの時間は、いずれが長くてもよいし、互いに等しくてもよい。

ステップＳ５０においては、制御部２５０は、第１の開閉バルブ２３１を閉じ、第２の開閉バルブ２３２を開く（図１参照）。その結果、膨張している高圧タンク１０から純水槽２１０へ純水が送出され、ライナー１１の内部の圧力が低下する。制御部２５０は、ライナー１１の内部の圧力が第２の試験圧力Ｐｔから初期圧力Ｐ０（ここでは、大気圧）へと下降する間の重量計２１５の出力値と、圧力測定部２４３の出力値と、を記録する。その結果、降圧時におけるライナー１１の内部の圧力と膨張量との関係が取得される。以下、この降圧時におけるライナー１１の内部の圧力と膨張量との関係を「第２の関係」とも呼ぶ。

図５は、図３のステップＳ５０における開閉バルブ２３４の状態と、高圧タンク１０内の状態を示す図である。ステップＳ５０においては、開閉バルブ２３４（図１参照）は閉じられている。図５において、閉じられている開閉バルブ２３４を黒色で示す。一方、第２の開閉バルブ２３２は開かれている。閉じられている第２の開閉バルブ２３２を白色で示す。図５においては、高圧タンク１０から純水槽２１０へ純水ＰＷが送出されている（矢印Ａｐｗ参照）。この純水ＰＷの送出は、膨張していた高圧タンク１０の収縮に伴うものであり、高圧タンク１０内は、依然として純水ＰＷが満たされている。

図３のステップＳ６０においては、制御部２５０は、制御部２５０は、開閉バルブ２３４を開くとともに、エアコンプレッサ２３５を駆動させて、高圧タンク１０へ空気の供給を行う（図１参照）。その結果、高圧タンク１０から純水槽２１０へ純水が送出される。

図６は、ステップＳ６０における開閉バルブ２３４の状態と、高圧タンク１０内の状態を示す図である。ステップＳ６０においては、開閉バルブ２３４（図１参照）は開かれている。第２の開閉バルブ２３２も開かれている。図６において、開かれている開閉バルブ２３２，２３４を白色で示す。ステップＳ６０においては、空気配管２２４を介して空気ＰＡが注入される（矢印Ａａ参照）。その結果、高圧タンク１０内の上部に滞留する空気ＰＡに押し出されて、高圧タンク１０から純水槽２１０へ純水ＰＷが送出される（矢印Ａｐｗ参照）。高圧タンク１０内には、純水ＰＷとともに、空気配管２２４から注入された空気ＰＡが存在する。

図３のステップＳ６０においては、高圧タンク１０から純水槽２１０へ純水が送出される間、制御部２５０は、重量計２１５の出力値に基づいて、純水槽２１０内の純水の量を計測している（図１参照）。そして、純水槽２１０内の純水の量がステップＳ１０の処理開始時の量に戻った時点で、制御部２５０は、開閉バルブ２３２を閉じるとともに、開閉バルブ２３４を閉じエアコンプレッサ２３５を停止させる。その結果、純水槽２１０内の純水の量は、高圧タンク１０への純水の注入（ステップＳ１０）の前の状態に戻る。その後、検査が行われた高圧タンク１０は、検査装置２００から取り外される。そして、検査装置２００には、初期充填状態にある新たな検査対象の高圧タンク１０が取りつけられる。

検査が行われた高圧タンク１０については、図３のステップＳ７０において、高圧タンク１０内に残った純水が排出される。具体的には、バルブ１５が下になり、エンド側口金１４が上になるように高圧タンク１０が配され、バルブ１５から純水が排出される。高圧タンク１０から排出された純水は、その後、他の高圧タンク１０の検査のために使用される。より具体的には、ステップＳ６０で検査装置２００に取りつけられた高圧タンク１０よりもさらに後に、検査装置２００における検査の対象となる高圧タンク１０を、初期充填状態とするために使用される。

一方、検査装置２００においては、新たに取りつけられた高圧タンク１０について、ステップＳ１０〜Ｓ６０の処理が実行され、検査が行われる。このような処理を行うことにより、検査後の高圧タンク１０からの純水の排水の完了を待つことなく、次の高圧タンク１０の検査を行うことができる。

以上で説明した検査が、複数の高圧タンク１０を対象として、繰り返し実行される。

図３のような処理を行うことにより、減圧（図３のステップＳ５０参照）後の高圧タンク１０の自然収縮を待つことなく、純水槽２１０内の純水の量を検査開始前の量に戻すことができる。このため、空気を注入することなく減圧後の高圧タンク１０の自然収縮によって純水槽２１０内に純水を戻す態様に比べて、迅速に次の高圧タンク１０の検査を行うことができる。すなわち、タンク一つあたりの検査時間を短くすることができる。

また、高圧タンク１０内の純水を利用せずに、新たに純水を純水槽２１０内に追加して、純水槽２１０内の純水の量を検査開始前の量と等しくする態様に比べて、純水を有効利用することができる。このため、そのような態様に比べて、検査コストを低減することができる。

図７は、図３のステップＳ３０，Ｓ５０で得られる測定値をもとに、制御部２５０が高圧タンク１０の良否を判定する際の処理を示すフローチャートである。検査装置２００は、図３の処理と図７の処理とを実行することにより、高圧タンク１０の検査方法を実行する。なお、図７では、技術の理解を容易にするため、図３のステップＳ３０（第２の昇圧）およびステップＳ５０（減圧）の処理を含めて、処理を説明する。なお、ある高圧タンク１０を対象とする図７のステップＳ１２０〜Ｓ１７０の処理は、他の高圧タンク１０を対象とする図３のステップＳ１０，Ｓ２０，Ｓ４０，Ｓ６０，Ｓ７０の処理と並行して行うことができる。

図７のステップＳ１００においては、制御部２５０は、重量計２１５の出力値と圧力測定部２４３の出力値とを記録し、昇圧時におけるライナー１１の内部の圧力と膨張量との関係（第１の関係）を取得する。図７のステップＳ１００は、図３のステップＳ３０である。

ステップＳ１１０においては、制御部２５０は、ライナー１１の圧力が下降する間の重量計２１５の出力値と圧力測定部２４３の出力値とを記録し、降圧時におけるライナー１１の内部の圧力と膨張量との関係（第２の関係）を取得する。図７のステップＳ１１０は、図３のステップＳ５０である。

図８は、図７のステップＳ１００，Ｓ１１０（図３のステップＳ３０，Ｓ５０）において得られる第１と第２の関係を表すグラフである。図８には、横軸を高圧タンク１０内の圧力とし、縦軸を高圧タンク１０の膨張量（純水の過剰充填量）とするグラフである。図８において、高圧タンク１０の昇圧時の第１の関係を表すグラフＧ１を、実線で示す。そして、高圧タンク１０の降圧時の第２の関係を表すグラフＧ２を、一点鎖線で示す。

第１の関係を表すグラフＧ１については、初期圧力Ｐ０の近傍において圧力に対して高圧タンク１０の膨張量が上に凸の曲線を描いて著しく増大する曲線領域Ｒ１Ｃと、曲線領域Ｒ１Ｃよりも圧力が大きい領域であって、圧力に対して高圧タンク１０の膨張量がほぼ直線的に増大する線形領域Ｒ１Ｌと、が存在する。一方、第２の関係を表すグラフＧ２においては、圧力に対して高圧タンク１０の膨張量がほぼ直線的に減少する。

図８において、第２の関係を表すグラフＧ２（一点鎖線）の傾きは、第１の関係を表すグラフＧ１（実線）の線形領域Ｒ１Ｌの傾きよりも小さい。すなわち、降圧時においては、昇圧時において高圧タンク１０内の圧力が同じ値であったときよりも、高圧タンク１０の膨張量が大きい。高圧タンク１０の内部の圧力の増加に伴い、高圧タンク１０がいったん膨張すると、その後、高圧タンク１０内部の圧力が除かれても、高圧タンク１０は、各圧力の状態において完全にはもとの（昇圧時の）形状に戻らず、変形の一部が高圧タンク１０に残留するためである。この膨張が残留する度合いが小さいほど、繊維強化樹脂層１２の強度が高い。

図７のステップＳ１２０〜Ｓ１５０においては、制御部２５０が、取得された第１と第２の関係に基づいて、繊維強化樹脂層１２の恒久増加率を取得する。「繊維強化樹脂層１２の恒久増加率」とは、高圧タンク１０が膨張しその後収縮したときに、繊維強化樹脂層１２に残留する膨張の度合いを示すパラメータである。恒久増加率は、高圧タンク１０の強度に関する評価値として使用できる。繊維強化樹脂層１２の恒久増加率は以下のように取得される。

図９は、図７のステップＳ１２０〜Ｓ１５０における繊維強化樹脂層１２の恒久増加率の取得処理を説明するための説明図である。図９は、図８と同様に、第１と第２の関係を表すグラフＧ１，Ｇ２を示す。

図７のステップＳ１２０においては、制御部２５０は、Ｓ１００，Ｓ１１０で得られた測定結果である第１と第２の関係に基づいて、繊維強化樹脂層１２の第１の基準膨張量Ｅａと第２の基準膨張量Ｅｂを取得する。具体的には、制御部２５０は、第１の関係（グラフＧ１）において線形領域Ｒ１Ｌを特定する。そして、線形領域Ｒ１Ｌにおけるライナー１１の内部の圧力と膨張量との間の線形関係を表す第１の直線Ｇ１Ｌを特定する。そして、第１の直線Ｇ１Ｌを使用して、昇圧時の初期圧力Ｐ０における値（膨張量）Ｅａを得る。

また、制御部２５０は、第２の関係（グラフＧ２）におけるライナー１１の内部の圧力と膨張量との間の線形関係を表す第２の直線Ｇ２Ｌを特定する。そして、第２の直線Ｇ２Ｌを使用して、降圧時の初期圧力Ｐ０における値（膨張量）Ｅｂを得る。なお、図９において、第２の関係を表すグラフＧ２と第２の直線Ｇ２Ｌとは、ほぼ一致している。第２の関係を表すグラフＧ２における初期圧力Ｐ０のときの膨張量をＥｂとすることもできる。

ＦＥＭ（Finite Element Method）により、繊維強化樹脂層１２は、内部に圧力が付与されると、その圧力に応じて線形的に膨張量が増大することがわかった。このため、図９に示された第１の関係（グラフＧ１）における曲線領域Ｒ１Ｃは、空隙１６およびライナー１１の変形の影響が大きくあらわれている領域であり、線形領域Ｒ１Ｌは、繊維強化樹脂層１２の膨張変化が支配的となっている領域であることがわかる。

すなわち、曲線領域Ｒ１Ｃにおいては、ライナー１１が膨張し、繊維強化樹脂層１２とライナー１１との間の空隙１６がつぶれることにより、繊維強化樹脂層１２の形状はほぼ変わらないまま、高圧タンク１０の容量が増大している。これに対して、線形領域Ｒ１Ｌにおいては、空隙１６はほぼ存在せず、ライナー１１の膨張を繊維強化樹脂層１２が抑止しつつ、繊維強化樹脂層１２が膨張した分だけ、高圧タンク１０の容量が増大している。

このため、第１の直線Ｇ１Ｌによって、線形領域Ｒ１Ｌにおける線形関係を、曲線領域Ｒ１Ｃまで外挿することにより、曲線領域Ｒ１Ｃの圧力範囲における、高圧タンク１０の内部の圧力の増加に対する繊維強化樹脂層１２の膨張量が推定できる。初期圧力Ｐ０に対応する第１の基準膨張量Ｅａは、試験開始前の初期充填状態における繊維強化樹脂層１２に関する基準容積を示す値であると解釈できる。言い換えれば、第１の基準膨張量Ｅａは、初期充填状態において、空隙１６が存在せず、ライナー１１が繊維強化樹脂層１２と一体であったと仮定した場合の、初期充填状態における高圧タンク１０（ライナー１１）の容量である。

また、降圧時の第２の関係（図９のグラフＧ２参照）においては、曲線領域が存在しない。このため、高圧タンク１０の内部の圧力を第２の試験圧力Ｐｔまで昇圧させた後、初期圧力Ｐ０に戻した状態（初期充填状態）において、空隙１６はほぼ存在せず、ライナー１１は繊維強化樹脂層１２とほぼ一体であると考えられる。第２の基準膨張量Ｅｂは、高圧タンク１０の内部の圧力を第２の試験圧力Ｐｔまで昇圧させた後に初期充填状態に復帰させたときの、繊維強化樹脂層１２と一体であるライナー１１の容積（高圧タンク１０の容積）を示す値である。

図７のステップＳ１３０においては、制御部２５０は、繊維強化樹脂層１２の最大膨張量Ｅｍを取得する。「繊維強化樹脂層１２の最大膨張量Ｅｍ」とは、高圧タンク１０の試験中における、繊維強化樹脂層１２の変形（膨張）に起因する高圧タンク１０の容積の増分の最大値である。

制御部２５０は、まず、第１と第２の関係（図９のグラフＧ１，Ｇ２参照）に基づいて、第２の試験圧力Ｐｔに対応する高圧タンク１０（ライナー１１）の最大膨張量Ｅｔを取得する。高圧タンク１０の最大膨張量Ｅｔは、繊維強化樹脂層１２とライナー１１の間に空隙１６が存在し、繊維強化樹脂層１２が膨張していない間（図９の領域Ｒ１Ｃ参照）のライナー１１の膨張量を含む。

そして、制御部２５０は、高圧タンク１０（ライナー１１）の最大膨張量Ｅｔと第１の基準膨張量Ｅａとの差を、繊維強化樹脂層１２の最大膨張量Ｅｍとして取得する（Ｅｍ＝Ｅｔ−Ｅａ）。前述のように、第１の基準膨張量Ｅａは、試験開始前の初期充填状態における繊維強化樹脂層１２の基準容積を示す値である。図７のステップＳ１３０においては、以上のようにして、繊維強化樹脂層１２の最大膨張量Ｅｍが取得される。

図７のステップＳ１４０においては、制御部２５０は、繊維強化樹脂層１２の恒久膨張量Ｅｐを取得する。「繊維強化樹脂層１２の恒久膨張量Ｅｐ」とは、高圧タンク１０の内部の圧力を変動させたときに繊維強化樹脂層１２に残留する変形（膨張量）に起因する高圧タンク１０の膨張量を意味する。制御部２５０は、第２の基準膨張量Ｅｂと第１の基準膨張量Ｅａとの差を、繊維強化樹脂層１２の恒久膨張量Ｅｐとして取得する（Ｅｐ＝Ｅｂ−Ｅａ）。

ステップＳ１５０においては、制御部２５０は、繊維強化樹脂層１２の恒久増加率Ｒｉを取得する。繊維強化樹脂層１２は、繊維強化樹脂層１２の最大膨張量Ｅｍに対する繊維強化樹脂層１２の恒久膨張量Ｅｐの割合（Ｒｉ＝Ｅｐ／Ｅｍ）として得られる。

ステップＳ１６０においては、制御部２５０は、制御部２５０によって取得された繊維強化樹脂層１２の恒久増加率Ｒｉに基づいて、高圧タンク１０の強度についての良否を判定する。具体的には、制御部２５０は、繊維強化樹脂層１２の恒久増加率Ｒｉが所定の閾値よりも小さいときには、検査対象の高圧タンク１０に対して「良」の判定をする。この場合、制御部２５０は、その結果を画像を表示することができる表示部（図示は省略）に出力して検査処理を終了する。繊維強化樹脂層１２の恒久増加率Ｒｉが所定の閾値よりも小さい場合には、繊維強化樹脂層１２が十分な強度を有するものと考えられる。

一方、ステップＳ１６０において、繊維強化樹脂層１２の恒久増加率Ｒｉが所定の閾値以上であるときには、制御部２５０は、高圧タンク１０に対して「否」の判定をする。この場合、制御部２５０は、ステップＳ１７０において、その結果を警告表示とともに表示部に出力した上で、検査処理を終了する。繊維強化樹脂層１２の恒久増加率Ｒｉが所定の閾値以上である場合には、繊維強化樹脂層１２の強度が不足する可能性があると考えられる。

なお、制御部２５０は、いずれの判定をした場合であっても、表示部などに、繊維強化樹脂層１２の最大膨張量Ｅｍ、恒久膨張量Ｅｐ、恒久増加率Ｒｉを検査結果として表示する態様とすることができる。

以上のように、本実施形態の検査装置２００によれば、高圧タンク１０の内部の圧力を試験的に変動させることによって（図３のＳ３０，Ｓ５０ならびに図７のＳ１００，Ｓ１１０参照）、繊維強化樹脂層１２の強度の目安となる恒久増加率を容易かつ高精度で取得することができる。また、その恒久増加率に基づいて、高圧タンク１０の強度の判定を行うことができるため、高圧タンク１０の強度についての判定精度を向上させることができる。

Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
上記実施形態においては、図３のステップＳ５０の処理は、ライナー１１の内部の圧力が初期圧力Ｐ０へと下降するまで行われる。しかし、高圧タンクの内部圧力の低減と膨張量の測定は、高圧タンクの内部圧力が検査開始時の圧力（上記実施形態において大気圧）に戻る前に終了することもできる。そして、高圧タンクの内部圧力が検査開始時の圧力に戻る前に、高圧タンク内への空気の注入（図３のＳ６０参照）を開始することもできる。

たとえば、降圧時の高圧タンク内（ライナー内）の圧力と膨張量との間の関係を表す第２の直線Ｇ２Ｌ（図９参照）を、所定の精度で特定しうる程度に、高圧タンク内の圧力と膨張量との測定値が得られた段階で、測定を終了し、空気の注入を開始してもよい。そのような態様とすれば、検査に要する時間をより短縮することができる。

Ｂ２．変形例２：
上記実施形態においては、タンクの検査に純水を用いている。しかし、タンクの内部の圧力を上昇させ、その後下降させるために使用する流体は、純水以外の流体とすることができる。たとえば、許容範囲内の検査精度が維持できる場合には、精製水や他の流体を使用することもできる。ただし、圧力を加えられた際に、純水と同程度に体積が小さくなりにくい流体であることが好ましい。

Ｂ３．変形例３：
上記実施形態においては、高圧タンク内から水槽に水を戻す際に、空気が高圧タンク内に導入される。しかし、高圧タンク内から加圧用流体を貯留槽に戻す際には、窒素など、他の期待を使用することもできる。ただし、使用される圧力下において、加圧用流体に所定量以上とけない気体であることが好ましい。

Ｂ４．変形例４：
上記実施形態においては、純水槽２１０の重量の変化に基づいて、高圧タンク１０の膨張量が測定される。しかし、タンクの膨張量は、貯留槽内における加圧用流体の体積の変化に基づいて、決定することもできる。

Ｂ５．変形例５：
上記実施形態においては、高圧タンク内の圧力と高圧タンクの膨張量との関係は、第1の直線Ｇ１Ｌ，Ｇ２Ｌで特定されている。すなわち、高圧タンク内の圧力と高圧タンクの膨張量との関係は、１次式で特定される。しかし、高圧タンク内の圧力と高圧タンクの膨張量との関係は、２次式、３次式などの他の式や、他の曲線で特定されることもできる。

１０…高圧タンク
１１…ライナー
１２…繊維強化樹脂層
１３…バルブ側口金
１４…エンド側口金
１５…バルブ
１６…空隙
２００…検査装置
２１０…純水槽
２１５…重量計
２２１…第１の配管
２２２…第２の配管
２２３…第３の配管
２２４…空気配管
２３１…第１の開閉バルブ
２３２…第２の開閉バルブ
２３３…ポンプ
２３４…開閉バルブ
２３５…エアコンプレッサ
２４１…圧力センサ
２４２…温度センサ
２４３…圧力測定部
２５０…制御部
Ｅａ…第１の基準膨張量
Ｅｂ…第２の基準膨張量
Ｅｍ…繊維強化樹脂層１２の最大膨張量
Ｅｐ…恒久膨張量
Ｅｔ…高圧タンク１０（ライナー１１）の最大膨張量
Ｇ１…昇圧時における高圧タンク１０の内部の圧力と膨張量との関係を表すグラフ
Ｇ１Ｌ…第１の関係に対応する第１の直線
Ｇ２…降圧時における高圧タンク１０の内部の圧力と膨張量との関係をグラフ
Ｇ２Ｌ…第１の関係に対応する第２の直線
ＯＬ…中心軸
Ｐ０…初期圧力
Ｐ１…第１の試験圧力
ＰＡ…空気
ＰＷ…純水
Ｐｔ…第２の試験圧力
Ｒ１Ｃ…曲線領域
Ｒ１Ｌ…線形領域
ＳＰ…収容空間

Claims (2)

1. タンク容器と、前記タンク容器の外側に形成される補強層と、を備えるタンクの検査方法であって、
   （ａ）水で満たされたタンクにさらに、加圧しつつ水槽から水を注入して、前記タンク内の圧力を上昇させつつ、前記タンク内の圧力と前記タンクの膨張量とを測定する工程と、
   （ｂ）前記工程（ａ）の後、前記注入した水を前記タンクから前記水槽に送出して、前記タンク内の圧力を低下させつつ、前記タンク内の圧力と前記タンクの膨張量とを測定する工程と、
   （ｃ）前記工程（ａ）および（ｂ）の測定結果に基づいて、前記補強層に残留する膨張量に関するパラメータを取得する工程と、
   （ｄ）前記工程（ｂ）の後で、前記タンク内に空気を供給して前記タンクから前記水槽に水を送出して、前記水槽内の水の量を前記注入前の量に戻す工程と、
   （ｅ）複数のタンクについて、前記工程（ａ）〜（ｄ）を繰り返す工程と、を備えるタンクの検査方法。
2. 請求項１記載の方法であって、
   前記工程（ｂ）は、前記タンク内の圧力が大気圧に達する前に終了する工程であり、
   前記工程（ｃ）は、
   前記工程（ａ）で得られた前記タンク内の圧力と前記タンクの膨張量との測定値から、圧力上昇時の前記タンク内の圧力と前記タンクの膨張量との関係を表す第１の直線を得る工程と、
   前記工程（ｂ）で得られた前記タンク内の圧力と前記タンクの膨張量との測定値から、圧力下降時の前記タンク内の圧力と前記タンクの膨張量との関係を表す第２の直線を得る工程と、
   前記第１および第２の直線から、前記工程（ｂ）のあと大気圧において前記補強層に残留する膨張量を取得する工程と、を含む、タンクの検査方法。

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