JP2023056611A - 検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】検査システムにおいて、使用されるＡＥ波の周波数帯域と重複する周波数を有するノイズの影響を低減する。【解決手段】検査システムは、前記タンクにおいて生じるアコースティック・エミッション波を検出するＡＥセンサと、前記タンクの内部の圧力を検出する圧力センサと、前記ＡＥセンサによって検出されたアコースティック・エミッション波に基づいて、前記タンクの状態に関する判定を行い、前記判定の結果を出力する判定部と、を備える。前記判定部は、前記タンクの満充填の圧力に対する、前記圧力センサによって検出される前記圧力の比があらかじめ定められた閾値より小さいときに、前記判定を行わず、前記比が前記閾値より大きいときに、前記判定を行う。【選択図】図３

Description

本開示は、高圧タンクの検査システムに関する。

従来、アコースティック・エミッション法（以下、「ＡＥ法」とも表記する）により、圧力容器の欠陥診断を行う技術が存在する。特許文献１の技術においては、水素ステーションにおいて使用されている圧力タンクに水素を充填しているときに、アコースティック・エミッション波（以下、「ＡＥ波」とも表記する）が計測される。アコースティック・エミッション波は、物体が変形しまたは破壊される際に物体に蓄えられていた弾性エネルギーが音波として放出されたものである。特許文献１の技術においては、ＡＥ波の第１周波数帯域における振幅値の代表値に対する、ＡＥ波の第２周波数帯域における振幅値の代表値の割合である振幅比の値が、ＡＥパラメータとして取得される。ＡＥパラメータに基づいて、圧力タンクの疲労損傷が判断される。

特開２０１７－２２３５６４号公報

しかし、特許文献１に記載された検査方法においては、検出されるＡＥ波の周波数帯域と重複する周波数を有するノイズについては、考慮されていない。特許文献１に記載された検査方法においては、検出されるＡＥ波の周波数帯域と重複する周波数を有するノイズのために、圧力タンクの損傷に関して誤った判断がなされることがある。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本開示の一形態によれば、ガスを貯蔵するタンクの検査システムが提供される。この検査システムは、前記タンクにおいて生じるアコースティック・エミッション波を検出するＡＥセンサと、前記タンクの内部の圧力を検出する圧力センサと、前記ＡＥセンサによって検出されたアコースティック・エミッション波に基づいて、前記タンクの状態に関する判定を行い、前記判定の結果を出力する判定部と、を備える。前記判定部は、前記タンクの満充填の圧力に対する、前記圧力センサによって検出される前記圧力の比があらかじめ定められた閾値より小さいときに、前記判定を行わず、前記比が前記閾値より大きいときに、前記判定を行う。
このような態様とすれば、タンクにおいて発生するガスの流れに起因するノイズであって、判定の判断材料とすべきアコースティック・エミッション波の周波数と重複する周波数を有するノイズによる影響を低減して、タンクの状態に関する判定を行うことができる。
（２）上記形態の検査システムにおいて、前記閾値は、１／２０～１／５である、態様とすることができる。
このような態様とすれば、ガスの充填処理の初期にタンクにおいて発生する、ガスの流れに起因するノイズによる影響を低減して、タンクの状態に関する判定を行うことができる。
（３）上記形態の検査システムにおいて、前記タンクは、熱硬化性樹脂と炭素繊維とを含む層を備えており、前記判定部は、前記ＡＥセンサによって検出され１０ｋＨｚ～１００ｋＨｚの周波数を有する前記アコースティック・エミッション波に基づき、前記ＡＥセンサによって検出され他の周波数を有する前記アコースティック・エミッション波に基づかずに、前記タンクの状態に関する判定を行う、態様とすることができる。
このような態様とすることにより、判定の根拠とするアコースティック・エミッション波の周波数帯域を限定することにより、ノイズが混入する可能性を低減した上で、タンクの熱硬化性樹脂が損傷する破壊を、検知することができる。
（４）上記形態の検査システムにおいて、前記判定部は、前記ＡＥセンサによって検出され６０ｄＢ未満の強度を有する前記アコースティック・エミッション波に基づかず、前記ＡＥセンサによって検出され６０ｄＢより大きい強度を有する前記アコースティック・エミッション波に基づいて、前記タンクの状態に関する判定を行う、態様とすることができる。
このような態様とすることにより、タンクにおいて発生するノイズであって、摩擦音に起因するノイズによる影響を低減して、タンクの状態に関する判定を行うことができる。
本開示は、検査システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、検査方法、その検査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。

高圧タンク１００の構成を示す部分断面図である。 車両６００に取り付けられている高圧タンク１００の構成を示す断面図である。 第１実施形態の検査システム３００の構成を示す説明図である。 高圧タンク１００の状態に関する判定を行うための処理を示すフローチャートである。 水素充填設備２００から高圧タンク１００への水素の充填が行われる際に検知されるアコースティック・エミッション波を示すグラフである。 高圧タンク１００に損傷がある場合に、ＡＥセンサＳａｅによって検出されるアコースティック・エミッション波の強度の変化を模式的に表すグラフである。 高圧タンク１００に損傷がない場合に、ＡＥセンサＳａｅによって検出されるアコースティック・エミッション波の強度の変化を模式的に表すグラフである。 高圧タンク１００に損傷がある場合に検出されるアコースティック・エミッション波の強度の変化を模式的に表すグラフである。 高圧タンク１００に損傷がない場合に検出されるアコースティック・エミッション波の強度の変化を模式的に表すグラフである。 高圧タンク１００の状態に関する判定を行うための処理を示すフローチャートである。 補強層１２０において生じるモードＩの損傷を示す模式図である。 補強層１２０において生じるモードＩＩの損傷を示す模式図である。 炭素繊維１２１と熱硬化性樹脂１２２との界面における割れＣｃｒおよび熱硬化性樹脂１２２内の割れＣｒと、アコースティック・エミッション波の周波数と、の関係を示す図である。 水素充填設備２００から高圧タンク１００への水素の充填が行われる際に検知されるアコースティック・エミッション波の強度分布を示すグラフである。 高圧タンク１００の状態に関する判定を行うための処理を示すフローチャートである。 水素充填設備２００から高圧タンク１００への水素の充填が行われる際に検知されるアコースティック・エミッション波の強度を示すグラフである。 水素充填設備２００から高圧タンク１００への水素の充填が行われる際に検知されるアコースティック・エミッション波の強度を示すグラフである。 高圧タンク１００の周辺の構成を示す部分断面図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、高圧タンク１００の構成を示す部分断面図である。高圧タンク１００は、車両６００に搭載されている。高圧タンク１００は、水素ガスを貯蔵するタンクである。高圧タンク１００は、最大で８７．５ＭＰａの水素を貯蔵することができる。

図２は、車両６００に取り付けられている高圧タンク１００の構成を示す断面図である。図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ断面図である。高圧タンク１００は、ライナー１１０と、補強層１２０と、口金１３０と、主止弁１５０と、充填管１６０と、を備える。

ライナー１１０は、水素ガスを内部の空間に保持する機能を奏する。ライナー１１０は、略円筒状のシリンダ部と、シリンダ部の両端に配される一対のドーム部と、を備える。ライナー１１０は、強化プラスチックで構成される。

補強層１２０は、ライナー１１０の外表面に配されている。補強層１２０は、高圧の水素ガスの充填に起因するライナー１１０の膨張を抑制し、かつ破壊を防止する機能を奏する。補強層１２０は、熱硬化性樹脂１２２と炭素繊維１２１とを含むＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）層である。炭素繊維１２１は、ライナー１１０の外表面に巻き付けられている。熱硬化性樹脂１２２は、隣り合う炭素繊維１２１同士の隙間および、ライナー１１０に巻き付けられている炭素繊維１２１のさらに外側に配されている。

口金１３０は、一対のドーム部の一方に配されている。口金１３０は、ライナー１１０および補強層１２０の外側からライナー１１０の内部にまで及ぶ。口金１３０は、ライナー１１０の内部空間と、高圧タンク１００の外部空間とを連通している。口金１３０を介して、外部からライナー１１０の内部空間に水素ガスが供給される。口金１３０を介して、ライナー１１０の内部空間から外部に水素ガスが供給される。

主止弁１５０は、口金１３０に取り付けられている。主止弁１５０は、ライナー１１０および補強層１２０の外側からライナー１１０の内部にまで及ぶ。主止弁１５０は、口金１３０を通じた水素ガスの流通を止め、または流通を許容する。

充填管１６０は、ライナー１１０の内部空間において、主止弁１５０に取り付けられている。充填管１６０は、主止弁１５０を通じてライナー１１０の内部空間に供給される水素ガスを、ライナー１１０の中心軸からそれた方向に誘導する。ライナー１１０の内部空間に供給される水素ガスは、充填管１６０の先端から、ライナー１１０のシリンダ部の内壁に向かって射出される。その結果、高圧タンク１００内において水素ガスが撹拌され、高圧タンク１００内の温度の分布が均一に近づく。ライナー１１０の中心軸の向きに対する、充填管１６０が噴出する水素ガスの向きは、２０度である。

ライナー１１０の内部空間において、口金１３０には、温度センサＳｔが取り付けられている。温度センサＳｔは、ライナー１１０の内部空間の水素ガスの温度を検知する。温度センサＳｔは、水素充填設備２００に接続されている。温度センサＳｔが検出した水素ガスの温度は、水素充填設備２００に送信される。水素充填設備２００は、温度センサＳｔが検出する高圧タンク１００内の水素ガスの温度、および圧力センサＳｐが検出する高圧タンク１００内の水素ガスの圧力に基づいて、高圧タンク１００への水素の充填を制御する。水素充填設備２００および圧力センサＳｐについては、後に説明する。

図３は、第１実施形態の検査システム３００の構成を示す説明図である。検査システム３００は、水素充填設備２００から車両６００の高圧タンク１００への水素の充填が行われる際に、高圧タンク１００の状態に関する判定を行う。

水素充填設備２００は、車両６００に搭載されている高圧タンク１００に水素ガスを充填する。水素充填設備２００は、温度センサＳｔが検出する高圧タンク１００内の水素ガスの温度、および圧力センサＳｐが検出する高圧タンク１００内の水素ガスの圧力に基づいて、高圧タンク１００への水素の充填を制御する。圧力センサＳｐについては、後に説明する。

水素充填設備２００は、高圧ガス源２１０と、ディスペンサ２２０と、配管２３０と、を備える。高圧ガス源２１０は、８７．５ＭＰａよりも高い圧力の水素ガスを供給することができる。ディスペンサ２２０は、車両６００に取り付けられて、車両６００に水素ガスを供給する。配管２３０は、高圧ガス源２１０とディスペンサ２２０とを接続している。配管２３０は、高圧ガス源２１０から供給される水素ガスを、ディスペンサ２２０に送る（図３の矢印Ａｈ１参照）。

車両６００は、ネックマウント部材６１０と、バンド部材６２０と、レセプタクル６３０、配管６４０と、配管６５０と、を備える。

ネックマウント部材６１０は、高圧タンク１００の口金１３０を保持することにより、高圧タンク１００を車両６００に固定する。バンド部材６２０は、高圧タンク１００のライナー１１０のシリンダ部を囲んで保持することにより、高圧タンク１００を車両６００に固定する。

レセプタクル６３０は、水素充填設備２００のディスペンサ２２０に接続され、ディスペンサ２２０から供給される水素ガスを受け入れる。配管６４０は、レセプタクル６３０と、高圧タンク１００の主止弁１５０とを接続している。配管６４０は、高圧ガス源２１０から、ディスペンサ２２０およびレセプタクル６３０を介して供給される水素ガスを、高圧タンク１００の主止弁１５０に送る（図１および図３の矢印Ａｈ２参照）。

配管６５０は、高圧タンク１００から、主止弁１５０を介して供給される水素ガスを、車両６００に搭載されている燃料電池に送る（図３の矢印Ａｈ３参照）。

検査システム３００は、プロセッサー３１０と、記憶部３３０と、ディスプレイ３４０と、を備えている。記憶部３３０は、プロセッサー３１０の主記憶装置と、補助記憶装置と、を含む。記憶部３３０の補助記憶装置は、高圧タンク１００の満充填の圧力Ｐｍａｘを記憶する。ディスプレイ３４０は、プロセッサー３１０に制御されて、プロセッサー３１０の処理結果を出力する。プロセッサー３１０は、記憶部３３０の補助記憶装置に記憶されたコンピュータプログラムを、記憶部３３０の主記憶装置にロードして実行することによって、様々な機能を実現する。

検査システム３００は、さらに、ＡＥセンサＳａｅと、圧力センサＳｐと、を備える。ＡＥセンサＳａｅは、高圧タンク１００の主止弁１５０に取り付けられている。ＡＥセンサＳａｅは、高圧タンク１００において生じるアコースティック・エミッション波を検出する。ＡＥセンサＳａｅは、プロセッサー３１０に接続されている。ＡＥセンサＳａｅが検出したアコースティック・エミッション波の情報は、プロセッサー３１０に送信される。技術の理解を容易にするため、図面において、ＡＥセンサを白抜きの丸で示す。

圧力センサＳｐは、車両６００の配管６４０に取り付けられている。圧力センサＳｐは、配管６４０内の水素ガスの圧力を検出する。圧力センサＳｐは、プロセッサー３１０および水素充填設備２００に接続されている。圧力センサＳｐが検出した水素ガスの圧力は、プロセッサー３１０および水素充填設備２００に送信される。配管６４０を通じて水素充填設備２００から高圧タンク１００に水素ガスが供給されているときには、圧力センサＳｐは、高圧タンク１００の内部の圧力Ｐｍを検出することができる。

図４は、高圧タンク１００の状態に関する判定を行うための処理を示すフローチャートである。図４の処理は、水素充填設備２００から高圧タンク１００への水素の充填が開始された後に、検査システム３００のプロセッサー３１０によって実行される。

ステップＳ１００において、プロセッサー３１０は、高圧タンク１００の満充填の圧力Ｐｍａｘを記憶部３３０に記録する。具体的には、プロセッサー３１０は、無線または有線の通信によって車両６００から高圧タンク１００の満充填の圧力Ｐｍａｘを受信し、圧力Ｐｍａｘを記憶部３３０に記録する。

ステップＳ２００において、プロセッサー３１０は、高圧タンク１００内の圧力Ｐｍを検出する。具体的には、プロセッサー３１０は、高圧タンク１００の圧力センサＳｐから高圧タンク１００内の圧力Ｐｍを受信する。

ステップＳ３００において、プロセッサー３１０は、高圧タンク１００内の圧力Ｐｍが満充填の圧力Ｐｍａｘに達したか否かを判定する。高圧タンク１００内の圧力Ｐｍが満充填の圧力Ｐｍａｘと等しい場合は、処理は終了する。高圧タンク１００内の圧力Ｐｍが満充填の圧力Ｐｍａｘ未満である場合は、処理はステップＳ４００に進む。

ステップＳ４００において、プロセッサー３１０は、高圧タンク１００の満充填の圧力Ｐｍａｘに対する、圧力センサＳｐによって検出された圧力Ｐｍの比Ｒｐ＝Ｐｍ／Ｐｍａｘを計算する。ステップＳ４００の機能を実現するプロセッサー３１０の機能部を、圧力比計算部３１４として図３に示す。

ステップＳ５００において、プロセッサー３１０は、比Ｒｐが閾値Ｒｔｈより大きいか否かを判定する。比Ｒｐが閾値Ｒｔｈより大きい場合は、処理は、Ｓ６００に進む。比Ｒｐが閾値Ｒｔｈ以下である場合は、処理は、Ｓ２００に戻る。

ステップＳ６００において、プロセッサー３１０は、ＡＥセンサＳａｅによってアコースティック・エミッション波を検出する。

ステップＳ７００において、プロセッサー３１０は、ＡＥセンサＳａｅによって検出されたアコースティック・エミッション波に基づいて、高圧タンク１００の健全性に関する判定を行う。そして、プロセッサー３１０は、判定の結果を、ディスプレイ３４０に表示する。それまでにすでにステップＳ７００の処理が行われている場合には、プロセッサー３１０は、ディスプレイ３４０に表示されている判定の結果を更新する。その後、処理は、ステップＳ２００に戻る。

補強層１２０が損傷している場合には、高圧タンク１００にガスを充填する際に、補強層１２０から強度の大きいアコースティック・エミッション波が生じる。このときに生じるアコースティック・エミッション波の周波数は、１０ｋＨｚ～６００ｋＨｚである。プロセッサー３１０は、このアコースティック・エミッション波を検知して、高圧タンク１００が不健全である旨の判定を行う。

具体的には、あらかじめ定められた周波数帯に含まれるアコースティック・エミッション波の強度が、閾値Ｔｈａ未満である場合には、プロセッサー３１０は、対象である高圧タンク１００を合格、すなわち健全であると判定する。その周波数帯に含まれるアコースティック・エミッション波の強度が、閾値以上である場合には、プロセッサー３１０は、対象である高圧タンク１００を不合格、すなわち不健全であると判定する。

ステップＳ５００～Ｓ７００の処理により、プロセッサー３１０は、高圧タンク１００の満充填の圧力Ｐｍａｘに対する、圧力センサＳｐによって検出される圧力Ｐｍの比Ｒｐがあらかじめ定められた閾値Ｒｔｈ以下のときには、判定を行わず、比Ｒｐが閾値Ｒｔｈより大きいときに、判定を行うこととなる。ステップＳ５００～Ｓ７００の機能を実現するプロセッサー３１０の機能部を、判定処理部３１２として図３に示す。

図５は、水素充填設備２００から高圧タンク１００への水素の充填が行われる際に検知されるアコースティック・エミッション波を示すグラフである。図５の横軸は、高圧タンク１００の内部の圧力Ｐｍである。図５の縦軸は、アコースティック・エミッション波の周波数である。高圧タンク１００の満充填の圧力Ｐｍａｘは固定値である。このため、図５の横軸は、高圧タンク１００の満充填の圧力Ｐｍａｘに対する、圧力センサＳｐによって検出される圧力Ｐｍの比Ｒｐと把握することもできる。図５の下段に圧力Ｐｍと対応する比Ｒｐ＝Ｐｍ／Ｐｍａｘを示す。

ＡＥセンサＳａｅは、１５０ｋＨｚ前後に共振周波数を有する。このため、図５のグラフにおいて、１５０ｋＨｚ前後の周波数帯域においては、高圧タンク１００の内部の圧力Ｐｍによらず、一貫してアコースティック・エミッション波が検出されている。これらはノイズとして、図４のステップＳ７００における判定の材料からは除かれる。具体的には、図４のステップＳ７００における判定は、１２０ｋＨｚ以下の周波数帯のアコースティック・エミッション波に基づいて、行われる（図５の右下部分参照）。

図５において、比Ｒｐが１／２０以下の圧力の領域Ｒｎにおいて、３０～５０ＭＨｚの周波数のアコースティック・エミッション波が検出されている。これは、高圧タンク１００において発生するガスの流れに起因する衝撃波連成騒音Ｎ１である。

図５において、比Ｒｐが１／２０以下の圧力の領域Ｒｎにおいて、５０～２５０ＭＨｚの周波数のアコースティック・エミッション波が検出されている。これは、高圧タンク１００において発生するガスの流れに起因する噴流衝突騒音Ｎ２である。

衝撃波連成騒音Ｎ１は、ライナー１１０の内部空間に位置する充填管１６０の開口端において生じ、球状にタンク内を伝播し、ライナー１１０の内壁に達する（図１参照）。噴流衝突騒音Ｎ２は、充填管１６０から射出された水素ガスの噴流がライナー１１０の内壁に衝突する際に発生する（図１参照）。これら衝撃波連成騒音Ｎ１および噴流衝突騒音Ｎ２は、高圧タンク１００の内部空間の圧力と、高圧タンク１００の内部空間に流入する水素ガスの圧力と、の差が大きい場合に生じると考えられる。

前述のように、図４のステップＳ７００における判定は、１２０ｋＨｚ以下の周波数帯のアコースティック・エミッション波に基づいて、行われる。衝撃波連成騒音Ｎ１および噴流衝突騒音Ｎ２の周波数帯は、ステップＳ７００における判定に使用されるアコースティック・エミッション波の周波数帯と重なっている。

図６は、高圧タンク１００に損傷がある場合に、ＡＥセンサＳａｅによって検出されるアコースティック・エミッション波の強度の変化を模式的に表すグラフである。図７は、高圧タンク１００に損傷がない場合に、ＡＥセンサＳａｅによって検出されるアコースティック・エミッション波の強度の変化を模式的に表すグラフである。図６および図７の横軸は、高圧タンク１００の内部空間の圧力Ｐｍである。

図５における点の分布からも分かるように、図６および図７において、ＡＥセンサＳａｅによって検出されたアコースティック・エミッション波の強度を表すグラフＧｐ１，Ｇｐ０は、高圧タンク１００内の圧力Ｐｍが小さい領域において一つのピークを有する。このピークは、図４のステップＳ７００の判定において使用される閾値Ｔｈａよりも高い強度を有する。このピークは、図６の損傷がある高圧タンク１００のグラフＧｐ１および図７の損傷がない高圧タンク１００のグラフＧｐ０において、同様に存在する。

一方、ＡＥセンサＳａｅによって検出されたアコースティック・エミッション波の強度は、高圧タンク１００内の圧力Ｐｍが大きい領域においても増大する。この部分の強度は、図６の損傷がある高圧タンク１００のグラフＧｐ１において、図７の損傷がない高圧タンク１００のグラフＧｐ０よりも、大きい。このため、高圧タンク１００内の圧力Ｐｍが大きい領域におけるアコースティック・エミッション波に基づいて、図４のステップＳ７００における判定が行われる（図４のＳ５００参照）。

図５において、ノイズＮ１，Ｎ２は、高圧タンク１００の満充填の圧力Ｐｍａｘに対する、圧力センサＳｐによって検出された圧力Ｐｍの比が１／２０以下の圧力の領域Ｒｎにおいて、生じている。したがって、領域Ｒｎと重複せず領域Ｒｎよりも圧力が高い範囲である領域Ｒｍのアコースティック・エミッション波に基づいて、図４のステップＳ７００における判定を行うことにより、衝撃波連成騒音Ｎ１および噴流衝突騒音Ｎ２による影響を排除して、判定を行うことができる。

図８は、高圧タンク１００に損傷がある場合に、図４のステップＳ６００の処理においてＡＥセンサＳａｅによって検出されるアコースティック・エミッション波の強度の変化を模式的に表すグラフである。図９は、高圧タンク１００に損傷がない場合に、図４のステップＳ６００の処理においてＡＥセンサＳａｅによって検出されるアコースティック・エミッション波の強度の変化を模式的に表すグラフである。図４のステップＳ５００の処理によって、比Ｒｐが閾値Ｒｔｈ以下である場合は、ステップＳ６００の処理が行われない。このため、図８および図９のグラフＧ１，Ｇ０においては、図６および図７に存在する、高圧タンク１００内の圧力Ｐｍが小さい領域におけるピークが存在しない。

本実施形態において、閾値Ｒｔｈは、図５の領域Ｒｎの圧力の上端より十分大きく、領域Ｒｍの圧力の下端よりも小さい値に設定されている。このため、高圧タンク１００において発生するガスの流れに起因するノイズであって、判定の判断材料とすべきアコースティック・エミッション波の周波数と重複する周波数を有するノイズＮ１，Ｎ２による影響を低減して、高圧タンク１００の状態に関する判定を行うことができる。

より具体的には、本実施形態において、閾値Ｒｔｈは、１／１０である。このため、ガスの充填処理の初期に高圧タンク１００において発生する、ガスの流れに起因するノイズＮ１，Ｎ２による影響を、低減して、高圧タンク１００の状態に関する判定を行うことができる。

本実施形態における高圧タンク１００を、「タンク」とも呼ぶ。プロセッサー３１０を、「判定部」とも呼ぶ。

Ｂ．第２実施形態：
第２実施形態においては、図４のステップＳ６００の処理に代えて、他の処理が行われる。第２実施形態の他の点は、第１実施形態と同じである。

図１０は、高圧タンク１００の状態に関する判定を行うための処理を示すフローチャートである。図１０に示す処理は、図４のステップＳ６００の処理に代えて、ステップＳ６１０の処理を備える。図１０の処理の他の点は、図４の処理と同じである。

ステップＳ６１０において、プロセッサー３１０は、ＡＥセンサＳａｅによってアコースティック・エミッション波を検出する。その際、プロセッサー３１０は、ＡＥセンサＳａｅによって検出されたアコースティック・エミッション波であって、１０ｋＨｚ～１００ｋＨｚの周波数を有するアコースティック・エミッション波のみを検出する。

その結果、ステップＳ７００において、プロセッサー３１０は、ＡＥセンサＳａｅによって検出され１０ｋＨｚ～１００ｋＨｚの周波数を有するアコースティック・エミッション波に基づき、ＡＥセンサＳａｅによって検出され、他の周波数を有するアコースティック・エミッション波に基づかずに、高圧タンク１００の状態に関する判定を行う。

図１１は、補強層１２０において生じるモードＩの損傷を示す模式図である。補強層１２０において、炭素繊維１２１がのびる方向に対して垂直な方向に引張力Ａｐ１，Ａｐ２がかかった場合には、以下の２種類の割れが生じる。炭素繊維１２１と熱硬化性樹脂１２２との界面において、割れＣｃｒが生じる。熱硬化性樹脂１２２内において、割れＣｒが生じる。

図１２は、補強層１２０において生じるモードＩＩの損傷を示す模式図である。補強層１２０において、炭素繊維１２１がのびる方向に平行な方向に歪み力Ａｓ１，Ａｓ２がかかった場合には、熱硬化性樹脂１２２内において、歪み力Ａｓ１，Ａｓ２に略平行な方向に、割れＣｒが生じる。図１２において、熱硬化性樹脂１２２内部のズレのイメージをクロスハッチで示す。なお、技術の理解を容易にするため、図１１および図１２ではそれぞれの割れの領域が大きく表示されているが、ＡＥ波で検出されるこれらの割れは、実際には微小な割れである。

図１３は、炭素繊維１２１と熱硬化性樹脂１２２との界面における割れＣｃｒおよび熱硬化性樹脂１２２内の割れＣｒと、アコースティック・エミッション波の周波数と、の関係を示す図である。熱硬化性樹脂１２２内の割れＣｒが生じた場合には、１０～１００ｋＨｚのアコースティック・エミッション波が検出される。炭素繊維１２１と熱硬化性樹脂１２２との界面における割れＣｃｒが生じた場合には、２００～３００ｋＨｚのアコースティック・エミッション波が検出される。炭素繊維１２１の破断Ｃｃが生じた場合には、４００～６００ｋＨｚのアコースティック・エミッション波が検出される。

引張力によるモードＩの損傷と歪み力によるモードＩＩの損傷との両方において検出されるアコースティック・エミッション波は、熱硬化性樹脂１２２内の割れＣｒが生じた場合に生じる１０～１００ｋＨｚのアコースティック・エミッション波である。

図１４は、水素充填設備２００から高圧タンク１００への水素の充填が行われる際に検知されるアコースティック・エミッション波の強度分布を示すグラフである。図１４の横軸は、アコースティック・エミッション波の周波数である。

図１４において、１０～１００ｋＨｚの周波数帯域に一つのピークがある。１０～１００ｋＨｚの周波数帯域のアコースティック・エミッション波は、熱硬化性樹脂１２２内の割れＣｒが生じた場合に検出されるアコースティック・エミッション波である。図１４において、２００～３００ｋＨｚの周波数帯域にもう一つのピークがある。２００～３００ｋＨｚの周波数帯域のアコースティック・エミッション波は、炭素繊維１２１と熱硬化性樹脂１２２との界面における割れＣｃｒが生じた場合に検出されるアコースティック・エミッション波である。

第２実施形態においては、図１０のステップＳ６１０，Ｓ７００の処理により、ＡＥセンサＳａｅによって検出された、１０ｋＨｚ～１００ｋＨｚの周波数を有するアコースティック・エミッション波に基づき、他の周波数を有するアコースティック・エミッション波に基づかずに、高圧タンク１００の健全性に関する判定が行われる。このため、判定の根拠とするアコースティック・エミッション波の周波数帯域を限定することによりノイズが混入する可能性を低減できる。一方で、高圧タンク１００の熱硬化性樹脂１２２が損傷するモードＩとモードＩＩの両方の破壊を、検知することができる。

Ｃ．第３実施形態：
第３実施形態においては、図４のステップＳ６００の処理に代えて、他の処理が行われる。第３実施形態の他の点は、第１実施形態と同じである。

図１５は、高圧タンク１００の状態に関する判定を行うための処理を示すフローチャートである。図１５に示す処理は、図４のステップＳ６００の処理に代えて、ステップＳ６２０の処理を備える。図１５の処理の他の点は、図４の処理と同じである。

ステップＳ６２０において、プロセッサー３１０は、ＡＥセンサＳａｅによってアコースティック・エミッション波を検出する。その際、プロセッサー３１０は、ＡＥセンサＳａｅによって検出され６０ｄＢ未満の強度を有するアコースティック・エミッション波を検出せず、ＡＥセンサＳａｅによって検出され６０ｄＢより大きい強度を有するアコースティック・エミッション波のみを検出する。

その結果、ステップＳ７００において、プロセッサー３１０は、ＡＥセンサＳａｅによって検出され６０ｄＢ未満の強度を有するアコースティック・エミッション波に基づかず、ＡＥセンサＳａｅによって検出され６０ｄＢより大きい強度を有するアコースティック・エミッション波に基づいて、高圧タンク１００の状態に関する判定を行う。

図１６は、水素充填設備２００から高圧タンク１００への水素の充填が行われる際に検知されるアコースティック・エミッション波の強度を示すグラフである。図１６の横軸は、水素ガスの充填開始後の経過時間である。

図１７は、水素充填設備２００から高圧タンク１００への水素の充填が行われる際に検知されるアコースティック・エミッション波の強度を示すグラフである。図１７の横軸は、水素ガスの充填開始後の経過時間である。ただし、図１７は、図１６が示す水素ガスの充填開始後の経過時間よりも後の経過時間を含む。

水素ガスの充填開始直後には、高圧タンク１００内の圧力が上昇するにつれて、ライナー１１０および補強層１２０が大きく膨張する。その結果、高圧タンク１００を構成する部材同士で摩擦が生じる。その摩擦音が、アコースティック・エミッション波として検知される。図１６において示されている４０ｄＢ以下のアコースティック・エミッション波は、そのような摩擦音に起因するノイズＮｆである。

水素ガスの充填開始後、十分に時間が経過した状態、すなわち、高圧タンク１００内の圧力が高い状態においては、ライナー１１０および補強層１２０の膨張量が小さい。このため、高圧タンク１００を構成する部材同士の摩擦に起因するノイズは小さい。一方で、水素ガスの充填開始後、十分に時間が経過した状態では、高圧タンク１００内の圧力が高いことに起因して、補強層１２０において損傷が生じる。図１７の中央部および右上部において示されているアコースティック・エミッション波は、そのような損傷に起因するアコースティック・エミッション波である。補強層１２０の損傷に起因するアコースティック・エミッション波は、７０ｄＢ以上の強度を有することが分かる。

第３実施形態においては、ＡＥセンサＳａｅによって検出され６０ｄＢ未満の強度を有するアコースティック・エミッション波に基づかず、ＡＥセンサＳａｅによって検出され６０ｄＢより大きい強度を有するアコースティック・エミッション波に基づいて、高圧タンク１００の状態に関する判定が行われる。このような処理を行うことにより、高圧タンク１００において発生するノイズであって、摩擦音に起因するノイズＮｆによる影響を低減して、高圧タンク１００の状態に関する判定を行うことができる。

Ｄ．第４実施形態：
第４実施形態の検査システム３０３は、さらに、ＡＥセンサＳａｅ２，Ｓａｅ３を備える。第４実施形態の検査システム３０３においては、図４のステップＳ６００，Ｓ７００の処理が、第１実施形態の検査システム３００とは異なる。第４実施形態の他の点は、第１実施形態と同じである。

図１８は、高圧タンク１００の周辺の構成を示す部分断面図である。ＡＥセンサＳａｅ２，Ｓａｅ３は、車両６００のバンド部材６２０に取り付けられている。その結果、ＡＥセンサＳａｅ２，Ｓａｅ３は、ライナー１１０の中心軸に沿った方向について、ＡＥセンサＳａｅとは異なる位置に配されている。ＡＥセンサＳａｅ２，Ｓａｅ３は、ライナー１１０の中心軸に垂直な断面において、ライナー１１０の中心軸を中心に相互に９０度をなす角度位置に配されている。ＡＥセンサＳａｅ２，Ｓａｅ３は、高圧タンク１００において生じるアコースティック・エミッション波を検出する。

図４のステップＳ６００において、プロセッサー３１０は、ＡＥセンサＳａｅ，Ｓａｅ２，Ｓａｅ３によってアコースティック・エミッション波を検出する。

ステップＳ７００において、プロセッサー３１０は、ＡＥセンサＳａｅ，Ｓａｅ２，Ｓａｅ３によって検出されたアコースティック・エミッション波に基づいて、高圧タンク１００の健全性に関する判定を行う。その際、ＡＥセンサＳａｅによって検出されたアコースティック・エミッション波と、ＡＥセンサＳａｅ２によって検出されたアコースティック・エミッション波と、の相違に基づいて、高圧タンク１００において発生した損傷の、ライナー１１０の中心軸に沿った方向についての位置を特定することができる。ＡＥセンサＳａｅ２によって検出されたアコースティック・エミッション波と、ＡＥセンサＳａｅ３によって検出されたアコースティック・エミッション波と、の相違に基づいて、高圧タンク１００において発生した損傷の、ライナー１１０の中心軸を中心とする角度位置を特定することができる。プロセッサー３１０は、それらの情報に基づく判定の結果を、ディスプレイ３４０に表示する。

Ｅ．他の実施形態：
Ｅ１．他の実施形態１：
（１）上記実施形態においては、最大で８７．５ＭＰａの水素ガスを貯蔵することができる高圧タンク１００についての判定が行われる。しかし、検査システムの判定の対象は、最大で４０ＭＰａの水素ガスを貯蔵することができるタンクなど、他のタンクであってもよい。また、検査システムの判定の対象は、酸素や窒素等のガスを貯蔵するタンクであってもよい。ただし、検査システムの判定の対象は、大気圧よりも高い圧力でガスを貯蔵するタンクであることが好ましい。

（２）上記実施形態においては、ライナー１１０の中心軸の向きに対する、充填管１６０が噴出する水素ガスの向きは、２０度である（図１参照）。しかし、ライナーの中心軸の向きに対する、充填管が噴出する水素ガスの向きは、１５度や２５度など、他の角度であってもよい。ただし、ライナーの中心軸の向きに対する、充填管が噴出する水素ガスの向きは、１０～３０度であることが好ましい。

（３）上記実施形態においては、充填管１６０は、口金１３０を通じてライナー１１０の内部空間に供給される水素ガスを、ライナー１１０の中心軸からそれた方向に誘導する（図１参照）。しかし、タンクの充填管は、ガスを、タンクの中心軸に沿った方向に射出してもよい。検査システムは、そのような態様のタンクについても、衝撃波連成騒音に起因するアコースティック・エミッション波のノイズの影響を避けて、アコースティック・エミッション波に基づく判定を行うことができる。

（４）上記実施形態においては、ＡＥセンサＳａｅは、高圧タンク１００の主止弁１５０に取り付けられている（図１参照）。上記第３実施形態においては、ＡＥセンサＳａｅ２，Ｓａｅ３は、車両６００のバンド部材６２０に取り付けられている（図１８参照）。しかし、１以上のＡＥセンサは、タンクにおいて生じるアコースティック・エミッション波を検出することができる部位であれば、タンク自体およびタンク以外の構成において、任意の場所に配置されることができる。

（５）上記実施形態においては、圧力センサＳｐは、車両６００の配管６４０に取り付けられている（図３参照）。しかし、圧力センサは、タンク内の圧力を検出することができる部位であれば、タンクの内部およびタンクの外部において、任意の場所に配置されることができる。

（６）上記第２実施形態においては、ＡＥセンサＳａｅによって検出され１０ｋＨｚ～１００ｋＨｚの周波数を有するアコースティック・エミッション波に基づき、ＡＥセンサＳａｅによって検出され他の周波数を有するアコースティック・エミッション波に基づかずに、高圧タンク１００の状態に関する判定が行われる（図１０のＳ６１０参照）。上記第３実施形態においては、６０ｄＢ未満の強度を有するアコースティック・エミッション波に基づかず、６０ｄＢより大きい強度を有するアコースティック・エミッション波に基づいて、高圧タンク１００の状態に関する判定が行われる（図１５のＳ６２０参照）。

しかし、ＡＥセンサによるアコースティック・エミッション波の検出は、周波数帯域と強度との組み合わせによって限定されたアコースティック・エミッション波のみについて、行われてもよい。

また、ＡＥセンサによるアコースティック・エミッション波の検出は、周波数帯域および強度を問わずに行われ、判定部としてのプロセッサーが、アコースティック・エミッション波のうちの一部を、周波数帯域と強度のうちの少なくとも一方を含む条件に基づいて抽出し、抽出されたＡＥ波に基づいて、タンクの判定を行ってもよい。

（７）上記第１実施形態においては、あらかじめ定められた周波数帯に含まれるアコースティック・エミッション波の強度が、閾値Ｔｈａ未満である場合には、対象である高圧タンク１００を合格、すなわち健全であると判定する。その周波数帯に含まれるアコースティック・エミッション波の強度が、閾値以上である場合には、対象である高圧タンク１００を不合格、すなわち不健全であると判定する（図４のＳ７００参照）。

しかし、タンクに関する判定は他の方法で行われてもよい。たとえば、ある周波数帯域におけるＡＥ波の強度と、別の周波数帯域におけるＡＥ波の強度と、の比や差に基づいて、タンクに関する判定が行われることができる。たとえば、それらの比や差が閾値よりも大きいときには、タンクを不合格、すなわち不健全であると判定し、それらの比や差が閾値よりも小さいときには、タンクを合格、すなわち健全であると判定する態様とすることもできる。また、ある条件を満たすＡＥ波の発生数をカウントし、その発生数が閾値以上となった場合、タンクを不合格、すなわち不健全であると判定し、その発生数が閾値よりも小さいときには、タンクを合格、すなわち健全であると判定する態様とすることもできる。

また、判定部は、タンクの満充填の圧力に対する、圧力センサによって検出される圧力の比が、第１の範囲にあるときのＡＥ波に基づいてタンクの判定を行わず、その比が第１の範囲の最大値よりも大きい第２の範囲にあるときに、タンクの判定を行う態様とすることもできる。すなわち、閾値は、判定の処理に使われなくてもよい。判定の処理に使用されるＡＥ波が検知される圧力比の範囲と、判定の処理に使用されないＡＥ波が検知される圧力比の範囲との間に、閾値を決めることができればよい。

（８）上記第４実施形態においては、ＡＥセンサＳａｅ２，Ｓａｅ３は、ライナー１１０の中心軸に沿った方向について、ＡＥセンサＳａｅとは異なる位置に配されている（図１８参照）。ＡＥセンサＳａｅ２，Ｓａｅ３は、ライナー１１０の中心軸に垂直な断面において、ライナー１１０の中心軸を中心に相互に９０度をなす角度位置に配されている。しかし、複数のＡＥセンサは、他の位置に配されていてもよい。

たとえば、タンクの中心軸方向について同じ位置に配されている二つのＡＥセンサは、タンクの中心軸を中心に相互に８０度をなす角度位置や、６０度をなす角度位置に配されていてもよい。ただし、タンクの中心軸方向について同じ位置に配されている二つのＡＥセンサは、タンクの中心軸を中心に相互に４５度以上１３５度以下となる角度位置に配されていることが好ましい。そのような態様とすることにより、それらのＡＥセンサによって検出されたアコースティック・エミッション波のずれに基づいて、タンクにおいて発生した損傷の、中心軸を中心とする角度位置を、正確に特定することができる。

Ｅ２．他の実施形態２：
上記実施形態においては、満充填の圧力Ｐｍａｘに対する検出された圧力Ｐｍの比Ｒｐの閾値Ｒｔｈは、１／１０である。しかし、閾値Ｒｔｈは、１／２０、１／１５、１／５、１／４など、他の値とすることもできる。ただし、閾値Ｒｔｈは、１／２０～１／５の範囲に含まれる値であることが好ましく、１／１５～１／６の範囲に含まれる値であることがより好ましく、１／１２～１／８の範囲に含まれる値であることがさらに好ましい。

Ｅ３．他の実施形態３：
（１）上記実施形態においては、高圧タンク１００の補強層１２０は、熱硬化性樹脂１２２と炭素繊維１２１とを含む（図１１および図１２参照）。しかし、タンクは、炭素繊維に代えて、ガラス繊維、アラミド繊維など、他の繊維を備える態様であってもよい。また、タンクは、熱硬化性樹脂に代えて、熱可塑性樹脂を備える態様であってもよい。

また、高圧タンク１００は、ライナー１１０と補強層１２０の二つの層を備える。しかし、タンクの本体は、一つの層で構成されてもよい。また、タンクの本体は、たとえば、ライナーと、補強層と、補強層の損傷を防ぐための保護層と、を含む３以上の層で構成されていてもよい。

（２）上記第２実施形態においては、ＡＥセンサＳａｅによって検出され１０ｋＨｚ～１００ｋＨｚの周波数を有するアコースティック・エミッション波に基づき、ＡＥセンサＳａｅによって検出され他の周波数を有するアコースティック・エミッション波に基づかずに、高圧タンク１００の状態に関する判定が行われる（図１０のＳ６１０参照）。

しかし、タンクの状態に関する判定は、１０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ以外の周波数を有するＡＥ波に基づいて行われてもよい。たとえば、タンクの状態に関する判定は、９ｋＨｚ以上の周波数を有するＡＥ波に基づいて行われてもよく、８ｋＨｚ以上の周波数を有するＡＥ波に基づいて行われてもよい。また、タンクの状態に関する判定は、１１０ｋＨｚ以下の周波数を有するＡＥ波に基づいて行われてもよく、１２０ｋＨｚ以下の周波数を有するＡＥ波に基づいて行われてもよい。

Ｅ４．他の実施形態４：
（１）上記第３実施形態においては、６０ｄＢ未満の強度を有するアコースティック・エミッション波に基づかず、６０ｄＢより大きい強度を有するアコースティック・エミッション波に基づいて、高圧タンク１００の状態に関する判定が行われる（図１５のＳ６２０参照）。

しかし、タンクの状態に関する判定は、６０ｄＢ未満の強度を有するアコースティック・エミッション波に基づいて、行われてもよい。たとえば、タンクの状態に関する判定は、５５ｄＢ以上の強度を有するＡＥ波に基づいて行われてもよく、５０ｄＢ未満の強度を有するＡＥ波に基づいて行われてもよい。

１００…高圧タンク、１１０…ライナー、１２０…補強層、１２１…炭素繊維、１２２…熱硬化性樹脂、１３０…口金、１５０…主止弁、１６０…充填管、２００…水素充填設備、２１０…高圧ガス源、２２０…ディスペンサ、２３０…配管、３００…検査システム、３１０…プロセッサー、３１２…判定処理部、３１４…圧力比計算部、３３０…記憶部、３４０…ディスプレイ、６００…車両、６１０…ネックマウント部材、６２０…バンド部材、６３０…レセプタクル、６４０…配管、６５０…配管、Ｎｆ…摩擦音に起因するノイズ、Ａｈ１…水素ガスの流れを示す矢印、Ａｈ２…水素ガスの流れを示す矢印、Ａｈ３…水素ガスの流れを示す矢印、Ａｐ１…引張力、Ａｐ２…引張力、Ａｓ１…歪み力、Ａｓ２…歪み力、Ｃｃ…破断、Ｃｃｒ…炭素繊維と熱硬化性樹脂との界面における割れ、Ｃｒ…熱硬化性樹脂内の割れ、Ｇ０…損傷がない高圧タンクのＡＥ波のグラフ、Ｇ１…損傷がある高圧タンクのＡＥ波のグラフ、Ｇｐ０…損傷がない高圧タンクのＡＥ波のグラフ、Ｇｐ１…損傷がある高圧タンクのＡＥ波のグラフ、Ｎ１…衝撃波連成騒音、Ｎ２…噴流衝突騒音、Ｐｍ…圧力、Ｐｍａｘ…圧力の上限値、Ｒｍ…判定に使用されるＡＥ波の圧力の領域、Ｒｎ…ノイズＮ１，Ｎ２が生じる圧力の領域、Ｒｐ…比、Ｒｔｈ…閾値、Ｓａｅ…ＡＥセンサ、Ｓａｅ２…ＡＥセンサ、Ｓａｅ３…ＡＥセンサ、Ｓｐ…圧力センサ、Ｓｔ…温度センサ、Ｔｈａ…アコースティック・エミッション波の強度の閾値

Claims (1)

1. ガスを貯蔵するタンクの検査システムであって、
   前記タンクにおいて生じるアコースティック・エミッション波を検出するＡＥセンサと、
   前記タンクの内部の圧力を検出する圧力センサと、
   前記ＡＥセンサによって検出されたアコースティック・エミッション波に基づいて、前記タンクの状態に関する判定を行い、前記判定の結果を出力する判定部と、を備え、
   前記判定部は、前記タンクの満充填の圧力に対する、前記圧力センサによって検出される前記圧力の比があらかじめ定められた閾値より小さいときに、前記判定を行わず、前記比が前記閾値より大きいときに、前記判定を行う、検査システム。

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