JPWO2014057987A1 - 複合容器の検査方法及び検査システム - Google Patents

Abstract

複合容器の検査方法は、容器を形成するライナー、及びライナーに繊維を巻き付けることで形成される強化層を備える複合容器の検査方法であって、複合容器に取り付けられたアコースティックエミッションセンサからアコースティックエミッション信号を取得する信号取得工程と、信号取得工程によって取得されたアコースティックエミッション信号に基づいて、ライナーの疲労破壊の兆候を示す第１の条件を満たすか否かを判定する第１の判定工程と、を備え、第１の条件は、アコースティックエミッションのエネルギーに基づいて定められる条件である。

Description

本発明は、複合容器の検査方法及び検査システムに関する。

従来、流体を封入する容器の非破壊検査の方法として、多様な検査方法を採用することが知られている。例えば、鋼製の容器の非破壊検査方法として、磁噴探傷試験、浸透深傷試験、超音波探傷試験、放射線透過試験、過流探傷試験などが採用されていた。例えば、特許文献１では、鋼製容器の非破壊検査方法として、超音波探傷試験を採用していることが記載されている。

特開平１０―３８８５８号

ここで、鋼製容器は重量が重く価格も高いため、当該構成の容器に代えて、ライナーに繊維を巻き付けた複合容器の利用が進んでいる。このような複合容器は、十分な強度を有するにもかかわらず、重量が軽いため取扱い易く、価格も低いというメリットがある。しかしながら、複合容器は、構造が鋼製容器と異なっているため、鋼製容器で一般的に採用されていた非破壊検査方法を採用した場合に、適切な検査を行うことができないという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、複合容器を適切に検査することができる複合容器の検査方法を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る複合容器の検査方法は、容器を形成するライナー、及びライナーに繊維を巻き付けることで形成される強化層を備える複合容器の検査方法であって、複合容器に取り付けられたアコースティックエミッションセンサからアコースティックエミッション信号を取得する信号取得工程と、信号取得工程によって取得されたアコースティックエミッション信号に基づいて、ライナーの疲労破壊の兆候を示す第１の条件を満たすか否かを判定する第１の判定工程と、を備え、第１の条件は、アコースティックエミッションのエネルギーに基づいて定められる条件である。

本発明者らは、鋭意研究の結果、アコースティックエミッションのエネルギーとライナーの疲労の進行度合いとの間には所定の関係性が成り立つことを見出した。従って、予め測定しておいたアコースティックエミッションの測定結果に基づいて、ライナーの疲労破壊の兆候を示す第１の条件を設定することが可能となる。本発明の一形態に係る複合容器の検査方法では、第１の判定工程において、複合容器に取り付けられたアコースティックエミッションセンサから取得したアコースティックエミッション信号に基づいて、第１の条件を満たすか否かを判定している。これによって、検査対象に係る複合容器のライナーの疲労破壊の兆候を検査することが可能となり、複合容器を適切に検査することが可能となる。

複合容器の検査方法において、信号取得工程によって取得されたアコースティックエミッション信号に基づいて、強化層の損傷を示す第２の条件を満たすか否かを判定する第２の判定工程を更に備えてよい。繊維をライナーに巻き付けることによって形成される強化層の損傷とアコースティックエミッションとの間には、ライナーの疲労の進行度合いとは異なった関係性が成り立つ。従って、ライナーの疲労破壊の兆候を示す第１の条件とは異なる第２の条件を設定することによって、強化層の検査も適切に行うことができる。

複合容器の検査方法において、アコースティックエミッションセンサは、ライナー及び強化層の表面に取り付けられてよい。ライナーの表面にアコースティックエミッションセンサを取り付けることで、ライナーの疲労破壊の兆候を示す第１の条件を正確に判定することが可能となる。一方、強化層の表面にアコースティックエミッションセンサを取り付けることで強化層の損傷を示す第２の条件を正確に判定することが可能となる。このように、一つの複合容器の中に性質の異なるライナーと強化層が存在している場合でも、各箇所について適切な検査を行うことができる。

複合容器の検査方法において、強化層の表面に取り付けられるアコースティックエミッションセンサは、複合容器のシリンダ部に配置されてよい。強化層のうち、軸方向への破壊を生じるドーム部よりも、周方向への破壊を生じるシリンダ部の方が破壊を生じやすく設定されている。従って、シリンダ部にアコースティックエミッションセンサを取り付けることにより、強化層の損傷をより正確に検査することができる。

複合容器の検査方法において、強化層の表面に取り付けられるアコースティックエミッションセンサは、複合容器のドーム部に配置されてよい。複合容器のうちライナーはドーム部の先端側で露出しているため、当該位置にアコースティックエミッションセンサが取り付けられる。従って、強化層の表面に取り付けられるアコースティックエミッションセンサもドーム部に配置することにより、両センサの取付位置が近くなり、検査の際のセンサ取付作業が容易になる。

本発明に係る複合容器の検査システムは、容器を形成するライナー、及びライナーに繊維を巻き付けることで形成される強化層を備える複合容器の検査システムであって、複合容器に取り付けられるアコースティックエミッションセンサと、アコースティックエミッションセンサからアコースティックエミッション信号を取得する信号取得部と、信号取得部によって取得されたアコースティックエミッション信号に基づいて、ライナーの疲労破壊の兆候を示す第１の条件を満たすか否かを判定する判定部と、を備え、第１の条件は、アコースティックエミッションのエネルギーに基づいて定められる条件である。

この検査システムによれば、上述の複合容器の検査方法と同様な作用・効果を得ることができる。

本発明によれば、複合容器を適切に検査することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る複合容器の検査方法を実施するための検査システムの構成を示す図である。 図２は、複合容器のサイクル試験の内容を説明するための概念図である。 図３は、ライナーに関して、サイクル回数とＡＥエネルギーとの関係を示す模式的なグラフである。 図４は、強化層に関して、圧力とＡＥエネルギーとの関係を示す模式的なグラフである。 図５は、本発明の実施形態に係る複合容器の検査方法の一例を示すフローチャートである。 図６は、本発明の実施形態に係る複合容器の検査方法の一例を示すフローチャートである。 図７は、本発明の実施形態に係る複合容器の検査方法の一例を示すフローチャートである。 図８は、図９に示すデータを測定するためのＡＥセンサの取付位置を示す図である。 図９は、測定結果に基づいて、サイクル回数とＡＥ累積エネルギーとの関係をプロットしたグラフである。 図１０は、複合容器の変形例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は下記実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に示すように、複合容器１は、円筒形状のライナー２と、ライナー２の外面側を覆うように設けられた強化層３と、を備えている。ライナー２の両端部はドーム状に形成されており、当該両端部の先端には、口金４が取り付けられている。ライナー２の材料は特に限定されないが、用途によって、樹脂製、金属製が選択される。樹脂製のライナー２としては、高密度ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を回転成形やブロー成形にて容器形状に賦形されたものに、金属製の口金４が付けられているものが挙げられる。金属製のライナー２は、例えば、アルミニウム合金製や鋼鉄製等からなるパイプ形状や板形状からスピニング加工等により容器形状を形成したあとで、口金４の形状を形成するものが挙げられる。強化層３は、ライナーに硬化性樹脂が予め含浸された繊維を巻き付けることによって形成される。繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ポリエチレン繊維、スチール繊維、ザイロン繊維、ビニロン繊維等が挙げられるが、特に高強度、高弾性率かつ軽量な炭素繊維を用いてよい。

以上のような構成により、複合容器１は、円筒状のシリンダ部１ａと、両端側のドーム部１ｂと、を備える。シリンダ部１ａの全域、及びドーム部１ｂの略全域は強化層３で覆われており、ドーム部１ｂの先端の口金４（及びその周辺領域）は、ライナー２の表面が露出している。

複合容器１は、特に用途は限定されないが、例えば、水素や天然ガスなどの燃料ガスを高圧で貯蔵するための容器である。複合容器１は、据え置き型として用いられてもよく、移動体に搭載されて用いられてもよい。複合容器１は、例えば、全長が０．５〜１０ｍ、直径が２００〜１０００ｍｍ程度に設定され、使用時には、０〜１５０ＭＰａ程度の圧力に耐えることができる。ただし、複合容器１は、このような数値範囲に限定されるものではない。

図１に示すように、複合容器１を検査するための検査システム１００は、複合容器１に取り付けられるアコースティックエミッションセンサ（以下、アコースティックエミッションを「ＡＥ」と称する）５と、システム全体の制御を行う制御部１０と、表示部１１と、入力部１２と、を備えている。

ＡＥセンサ５は、材料が変形、または材料中に微小な亀裂などの損傷が生成する際に発生するＡＥや、亀裂が成長して材料が破壊されるときに発生するＡＥを検出するセンサである。図１に示す例では、ライナー２が露出している部分に対してライナー２の表面にＡＥセンサ５Ａが取り付けられ、ドーム部１ｂにおける強化層３の表面にＡＥセンサ５Ｂが取り付けられ、シリンダ部１ａにおける強化層３の表面にＡＥセンサ５Ｃが取り付けられている。ライナー２の表面に取り付けられたＡＥセンサ５Ａにより、ライナー２の疲労破壊の兆候を検出し易くなる。また、強化層３の表面に取り付けたＡＥセンサ５Ｂ，５Ｃにより、強化層３の損傷を検出し易くなる。なお、ＡＥセンサ５の数量は特に限定されない。また、取付位置に関しても、ライナー２の表面、ドーム部１ｂにおける強化層３の表面、及びシリンダ部１ａにおける強化層３の表面の少なくとも一の箇所に取り付けてよい。例えば、ライナー２の表面及びドーム部１ｂのみにＡＥセンサ５を設けてシリンダ部１ａに設けなくともよく、ライナー２の表面及びシリンダ部１ａのみにＡＥセンサ５を設けてドーム部１ｂに設けなくともよい。ＡＥセンサ５は、制御部１０と電気的に接続されており、検出したＡＥ信号を制御部１０へ出力する。

表示部１１は、検査を行う作業者に対して情報を表示する機能を有しており、ディスプレイなどによって構成されている。表示部１１は、制御部１０から送信される情報を表示する。なお、スピーカーなどにより音声によって情報を出力してもよい。入力部１２は、作業者の操作によって必要な情報を入力する機能を有しており、マウス、タッチパネル、ペンタブレット、キーボードなどによって構成される。入力部１２は、入力された情報を制御部１０へ送信する。制御部１０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成されている。制御部１０は、信号取得部１３と、測定部１４と、判定部１５と、処理部１６と、を備えている。

信号取得部１３は、ＡＥセンサ５から出力されるＡＥ信号を取得する機能を有している。測定部１４は、信号取得部１３で取得されたＡＥ信号を用いて、検査のための判定に用いられる各種値を測定する機能を有している。なお、測定部１４は、検査場所などの関係により、ＡＥ信号にノイズが含まれる場合は、当該ノイズを除いたＡＥ信号による測定値を測定可能である。また、測定部１４は、ライナー２の疲労に起因する損傷によって生じるＡＥを測定可能であると共に、強化層３の損傷（繊維の損傷、硬化性樹脂の損傷）によるＡＥを測定可能である。

判定部１５は、検査のための各種判定を行う機能を有している。判定部１５は、測定部１４による測定値に基づいて、すなわち信号取得部１３によって取得されたＡＥ信号に基づいて、ライナー２の疲労破壊の兆候を示す第１の条件を満たすか否かを判定する機能を有している。例えば、判定部１５は、測定部１４による測定値が予め設定された閾値以上である場合に、第１の条件を満たすと判定する。第１の条件の判定のために設定される閾値は、ライナー２の疲労破壊の兆候を示す値であればよく、その閾値がどの程度の疲労の進行度合いを示す値であるかは特に限定されない。例えば、疲労破壊の直前であることを示す値を閾値として設定してもよく、使用開始から疲労破壊までの中間時期であることを示す値を閾値として設定してもよい。また、第１の条件の判定のために用いられる閾値は、ＡＥセンサ５で検出されたＡＥのエネルギーに基づいた値に対して設定され、具体的には、ＡＥの累積エネルギー（例えば測定開始からの累積エネルギー）や、所定時間内におけるＡＥエネルギー量や、ＡＥのヒットレートに対して設定される。なお、ＡＥのエネルギーは、ＡＥ信号の波形から演算されてもよいが、演算を容易にするために近似的に演算してもよい。例えば、ＡＥの数をＡＥ累積エネルギーの大きさと同等なものと見なし、ＡＥの数のカウント数をＡＥ累積エネルギーとしてもよい（なお、ＡＥの数を単純にカウントしてもよく、大きいＡＥの場合はエネルギーが大きいものとみなし、大きさに応じて加算してカウントしてもよい）。または、ライナー２の疲労破壊の兆候を示すＡＥ波形やＡＥの周波数分布を有するＡＥ信号が検出されること自体を第１の条件としてもよい。

ライナー２の疲労破壊に関し、複合容器１の使用を繰り返すサイクル試験を行うことで、使用開始から最終的にライナー２が疲労破壊を起こすまでの間に、ライナー２の疲労の影響によって発生するＡＥ信号を検出することができる。例えば、図２に示すように、複合容器１に流体を入れて内圧を上げた後、流体を複合容器１から出して内圧を下げることを１サイクルとして、当該サイクルを繰り返しながら、その時に発生するＡＥ音をＡＥセンサ５で検出する。このようなサイクル試験を行った場合、図３に示すように、使用初期から中期にかけては略無音状態が続き、Ｐ１に示す回数において、複合容器１のライナー２の疲労・亀裂発生を示すＡＥ信号が検出される。更にサイクルを続けると、Ｐ３に示す回数において、疲労亀裂の進展増加を示すＡＥ信号が検出される。そして、更にサイクルを続けてゆくと、Ｐ３に示す回数においてライナー２の最終的な疲労破壊が発生し（リークが発生する）、当該疲労破壊によって発生するＡＥ信号が検出される。このような試験結果より、複合容器１の検査中にＡＥ音を測定することによって、ライナー２の疲労の進行度合いを検査することができる。例えば、Ｐ１やＰ２で検出されるＡＥ信号に基づいて検査を行うことで、ライナー２の疲労がある程度進んでいることを判断できる。例えば、図３に示すＬ２を閾値として設定することができる。あるいは、Ｐ３でのＡＥ信号が検出される直前のＡＥ信号に基づいて検査を行うことで、ライナー２が疲労破壊直前の状態であることを判断できる。例えば、図３に示すＬ１を閾値として設定することができる。以上より、判定部１５の判定に用いる第１の条件は、予め測定された、複合容器１の使用サイクルとライナー２の疲労によって生じるＡＥとの関係を示すデータに基づいて定められる。例えば、Ｐ１やＰ２に対応するＡＥの累積エネルギーを閾値として設定し、測定部１４で測定されたＡＥの累積エネルギーが当該閾値以上であることを第１の条件としてもよい。または、Ｐ３へ至る直前のＡＥの累積エネルギーを閾値として設定し、測定部１４で測定されたＡＥの累積エネルギーが当該閾値以上であることを第１の条件としてもよい。

また、判定部１５は、測定部１４による測定値に基づいて、すなわち信号取得部１３によって取得されたＡＥ信号に基づいて、強化層３の損傷を示す第２の条件を満たすか否かを判定する機能を有している。強化層３の損傷によって生じるＡＥ信号は、ライナー２の疲労によって生じるＡＥ信号とは異なる特定を有しているため、第１の条件とは異なる条件として、第２の条件を設定することができる。例えば、判定部１５は、測定部１４による測定値が予め設定された閾値以上である場合に、第２の条件を満たすと判定する。また、第２の条件の判定のために用いられる閾値は、ＡＥセンサ５で検出されたＡＥのエネルギーに基づいた値に対して設定してよく、具体的には、ＡＥの累積エネルギー（例えば測定開始からの累積エネルギー）や、所定時間内におけるＡＥエネルギー量や、ＡＥのヒットレートに対して設定される。または、強化層３の損傷を示すＡＥ信号が検出されること自体を第２の条件としてもよい。なお、ライナー２の疲労によるＡＥ信号よりも強化層３の損傷によるＡＥ信号の方が、強化層３の損傷を明確に示しており、ＡＥ信号の解析による判別を行い易い。

強化層３の損傷に関し、図４に示すように、通常使用時の圧力をＰＬ１としたとき、当該圧力ＰＬ１よりも更に圧力を高くしてゆくと、強化層６の繊維や樹脂の損傷が進んでゆき、圧力ＰＬ２で複合容器１の破壊が生じる。このときの強化層６の損傷に基づくＡＥ音は順次増加してゆく。従って、複合容器１の検査中において、通常の使用圧力で使用しているにも関わらず、損傷を示すＡＥ信号が強化層６から検出されたら（例えば、破壊が起きる前段階の圧力ＰＬ３で検出されるようなＡＥ信号）、強化層６に損傷が発生していることを判断することができる。以上より、判定部１５の判定に用いる第２の条件は、予め測定された、複合容器１の圧力と強化層６の損傷によって生じるＡＥ信号との関係を示すデータに基づいて定められる。

処理部１６は、システム内の各種制御処理を実行する機能を有している。例えば、処理部１６は、複合容器１の運用開始・運用停止処理や、ライナー２の疲労破壊の兆候があることを検出した際にその旨の情報をフィードバックするための処理などを実行する。

次に、本実施形態に係る複合容器１の検査方法の一例について、図５〜図７を参照して説明する。図５〜図７の処理は、制御部１０において実行される処理である。なお、複合容器１の検査方法として、運用中の複合容器１を常時監視する常時監視方法を採用してもよく、定期的に検査を行う定期検査方法を採用してもよい。

まず、図５に示す検査方法について説明する。図５は、運用中の複合容器１を常時監視する場合の処理の一例を示している。図５の例では、ライナー２の疲労破壊の兆候を示す第１の条件として、最終的な疲労破壊の直前におけるＡＥ累積エネルギーを閾値として設定し、ＡＥ累積エネルギーの測定値が当該閾値以上となることを条件として設定した。例えば、図３の例では、最終的な疲労破壊が起こるＰ３の付近におけるＡＥ累積エネルギーを閾値として設定できる。

図５の処理を開始する前に、複合容器１の検査の準備が行われる。複合容器１にＡＥセンサ５を取り付け、当該複合容器１を水素ステーションに設置する。次に、処理部１６は、複合容器１の運用開始処理を実行する。処理部１６は、複合容器１に対して燃料を供給・取り出しするための装置や機器の運転を開始する（ステップＳ１０）。これによって、複合容器１に燃料が供給されて圧力が上昇し、複合容器１から燃料が取り出されて圧力が低下するサイクルが繰り返し行われる。次に、制御部１０は、複合容器１を水素ステーションで実際に運用した場合にＡＥセンサ５に入ってくる、水素ステーション固有のノイズを把握する（ステップＳ１１）。固有ノイズとして、例えば、ガス圧縮機や電磁弁作動音や車通行などによる周辺環境音などが挙げられる。測定部１４は、信号取得部１３によって取得されたＡＥ信号を解析することによってノイズを把握する。

次に、信号取得部１３は、ＡＥセンサ５からのＡＥ信号を取得すると共に、測定部１４は、当該ＡＥ信号に基づいてＡＥ累積エネルギーを測定する（ステップＳ１２）。このとき、測定部１４は、Ｓ１１で把握したノイズによるＡＥエネルギーを差し引いてＡＥ累積エネルギーを測定する。次に、判定部１５は、Ｓ１２で取得されたＡＥ信号に基づいて、第２の条件を満たすか否かを判定することによって、強化層３の損傷が有るか否かを判定する（ステップＳ１３）。具体的には、強化層３の損傷を示すようなＡＥ累積エネルギーが閾値として設定されていた場合、判定部１５は、Ｓ１２で測定されたＡＥ累積エネルギーが閾値以上であるか否かを判定することによって、強化層３の損傷が有るか否かを判定する。あるいは、判定部１５は、測定部１４によってＡＥ信号の解析を行った結果、強化層３の損傷を示すＡＥ信号が検出されたか否かを判定することによって、強化層３の損傷が有るか否かを判定する。

Ｓ１３において、強化層３の損傷が有ると判定された場合、処理部１６は、複合容器１の運用を停止する運用停止処理を実行する（ステップＳ１６）。処理部１６は、複合容器１に対して燃料を供給・取り出しするための装置や機器の運転を停止する。強化層３が損傷している場合は、複合容器１の強度に影響があるため、複合容器１の使用を直ちに止める必要があるため、Ｓ１３の判定の後、直ちに運用停止処理を行っている。

Ｓ１３において、強化層３の損傷が無いと判定された場合、判定部１５は、Ｓ１２で取得されたＡＥ信号に基づいて、第１の条件を満たすか否かを判定することによって、ライナー２の疲労破壊が近いか否かを判定する（ステップＳ１４）。具体的には、判定部１５は、Ｓ１２で測定されたＡＥ累積エネルギーが、閾値以上であるか否かを判定することによって、ライナー２の疲労破壊が近いか否かを判定する。

Ｓ１４において、ライナー２の疲労破壊が近くないと判定された場合、Ｓ１２から再び処理を繰り返す。一方、Ｓ１４において、ライナー２の疲労破壊が近いと判定された場合、Ｓ１６へ移行し、処理部１６は、複合容器１の運用停止処理を実行する。以上により、図５に示す処理が終了し、水素ステーションから検査対象に係る複合容器１が撤去される。

次に、図６に示す検査方法について説明する。図６は、運用中の複合容器１を常時監視する場合の処理の一例を示している。図６の例では、ライナー２の疲労破壊の兆候を示す第１の条件として、運用開始から最終的な疲労破壊に至るまでの間の中間時期におけるＡＥ累積エネルギーを閾値として設定し、ＡＥ累積エネルギーの測定値が当該閾値以上となることを条件として設定した。例えば、図３の例では、中間時期においてライナー２の疲労によるＡＥ信号が検出されたＰ１付近におけるＡＥ累積エネルギーを閾値として設定できる。

図６においては、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１６で図５と同様な処理がなされる。Ｓ１３において強化層３の損傷が無いと判定された場合、判定部１５は、Ｓ１２で取得されたＡＥ信号に基づいて、第１の条件を満たすか否かを判定することによって、ライナー２の疲労破壊の兆候があるか否かを判定する（ステップＳ１７）。具体的には、判定部１５は、Ｓ１２で測定されたＡＥ累積エネルギーが、閾値以上であるか否かを判定することによって、ライナー２の疲労破壊の兆候があるか否かを判定する。

Ｓ１７において、ライナー２の疲労破壊が近くないと判定された場合、Ｓ１２から再び処理を繰り返す。一方、Ｓ１７において、ライナー２の疲労破壊の兆候があると判定された場合、処理部１６は、ライナー２に疲労破壊の兆候があるという情報を作業者へフィードバックする処理を実行する（ステップＳ１８）。ここでは、直ちに複合容器１の使用を停止する程に疲労が進行していない状態を検出しているため、複合容器１の運用停止処理に代えて、情報のフィードバックを行っている。例えば、処理部１６は、現時点におけるサイクル数及び残りの使用可能サイクルの推定値を作業者にフィードバックしてよい。または、処理部１６は、使用のサイクルが想定よりも早い（遅い）場合、複合容器１に対して設定されている寿命（例えば１５年）よりも早く（遅く）疲労破壊が来る旨をフィードバックしてよい。その際、目安となる残りの寿命をフィードバックしてよい。処理部１６は、情報を表示部１１へ出力することによって、情報をフィードバックする。

以上により図６に示す処理が終了する。Ｓ１６の運用停止処理によって終了した場合、水素ステーションから検査対象に係る複合容器１が撤去される。Ｓ１８の情報フィードバク処理によって終了した場合、図５のＳ１２へ移行し、ライナー２の疲労破壊が近いことを判定してもよい。あるいは、図６のＳ１７で設定された閾値よりも高い閾値を設定することで、更に疲労が進行した時期に情報フィードバック処理を行うようにしてもよい。

次に、図７に示す検査方法について説明する。図７は、水素ステーションの定期検査時に複合容器１の検査を行う場合の処理の一例を示している。

図７の処理を開始する前に、複合容器１の検査の準備が行われる。水素ステーションに既に設置されている複合容器１にＡＥセンサ５を取り付ける。次に、処理部１６は、複合容器１内の耐圧試験のために、容器内部の圧力を昇圧する処理を実行する（ステップＳ２０）。次に、信号取得部１３は、ＡＥセンサ５からのＡＥ信号を取得する。判定部１５は、Ｓ２１で取得したＡＥ信号が有音に係る信号であるか、無音に係る信号であるかを判定する（ステップＳ２２）。なお、判定部１５は、限りなく小さく無音に近い音も無音であるものと判定する。Ｓ２２において、無音であると判定された場合、判定部１５は検査に係る複合容器１は健全な状態であると判定する（ステップＳ２８）。

一方、Ｓ２２において有音と判定されると、判定部１５は、当該音がノイズであるか否かを判定する（ステップＳ２３）。Ｓ２３においてノイズであると判定された場合、複合容器自体に破壊音が発生しているわけではないので、判定部１５は検査に係る複合容器１は健全な状態であると判定する（ステップＳ２８）。

一方、Ｓ２３においてノイズだけではないと判定された場合、破壊音が発生している可能性があり、健全性が損なわれている可能性があるため、処理部１６は、更に検査を進めるために、再度の昇圧処理を実行する（ステップＳ２４）。測定部１４は、昇圧時のＡＥエネルギー量を測定する（ステップＳ２６）。判定部１５は、Ｓ２６で測定したＡＥエネルギー量が、予め設定しておいた閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２７）。閾値として、ライナー２の疲労を判定するための閾値（例えば、図５や図６の処理の例で設定した閾値）を設定してよい。また、Ｓ２７のタイミングで、強化層３の損傷が有るか否かの判定を行ってもよい。Ｓ２７において、ＡＥエネルギー量が閾値未満であると判定された場合は、判定部１５は検査に係る複合容器１は健全な状態であると判定する（ステップＳ２８）。一方、Ｓ２８において、ＡＥエネルギー量が閾値以上であると判定された場合は、判定部１５は検査に係る複合容器１は健全な状態ではないと判定する（ステップＳ２９）。

Ｓ２８にて複合容器１が健全であると判定されて図７に示す処理が終了した場合、定期検査は終了し、引き続き水素ステーションでの複合容器１の使用が継続される。一方、Ｓ２８にて複合容器１が健全ではないと判定されて図７に示す処理が終了した場合、水素ステーションから複合容器１が撤去される（直ちに交換が必要な程度の不健全性であった場合）。あるいは、複合容器１の残り寿命がどの程度であるかなどの情報がフィードバックされる。

次に、図８及び図９を参照して、実際の測定データを用いて、ライナー２の疲労破壊の兆候を示す第１の条件を設定する設定方法の一例について説明する。ただし、第１の条件の設定方法は、これに限定されるものではない。

まず、測定に用いる複合容器１として、長さが３８００ｍｍ、外径４８０ｍｍの３００Ｌのものを用いた。この複合容器１の常用圧力は８２ＭＰａであった。この複合容器１に対して、プリアンプ内臓式のＡＥセンサ（Ｖ１５０−ＲＩＣ）を取り付けた。取付箇所は、図８（ａ）に示すように、複合容器の両端と、シリンダ部に所定間隔で複数のＡＥセンサ５を取り付けた。図８（ａ）においてＡで示す位置には、軸方向から見て図８（ｂ）に示すようなパターンで取り付け、Ｂで示す位置には、軸方向から見て図８（ｃ）に示すようなパターンで取り付けた。また、ＡＥ計測用ユニットとしてＶａｌｌｅｎ社製の「ＡＭＳＹ−５Ｍ３７」を用い、計測用ソフトウェアとしてＶａｌｌｅｎ社製の「ＶｉｓｕａｌＡＥ」を用いた。また、複合容器１へのＡＥセンサ５の設置方法としては、シリコン接着剤などを用い、接触媒体としてシリコングリスなどを用いた。

上述のような設備を用いて、サイクル試験を行い、当該サイクル中のＡＥ累積エネルギーを測定した。なお、サイクル中のＡＥの数を累積した値をＡＥ累積エネルギーとした。測定結果を図９に示す。なお、ライナー２の疲労により亀裂が成長し、最終的に疲労破壊が発生したと見なしてサイクル試験を停止したときのサイクル数は２５０００回であった。図９の横軸の「サイクル回数」は、対応する回数を２５０００回で割ることによって無次元化された数値である。また、縦軸の「ＡＥ累積エネルギー」は、対応するＡＥ累積エネルギーの測定値を、２５０００回の時の測定値で割ることによって無次元化された数値である。

図９に示すように、複合容器１の運用開始から最終的な疲労破壊に至るまでに、三段階のステップを経ている。第１のステップでは、ほぼ無音の状態となる。第１のステップは、使用開始からサイクル回数０．５付近まで続いている。第２のステップでは、複合容器１の疲労による亀裂等を示すＡＥ信号が発生する。第２のステップでは初めにＡＥ累積エネルギーが急激に増加し、その後は緩やかに増加する。第２のステップは、サイクル回数０．５付近から０．８付近まで続いている。第３のステップでは、疲労破壊に向けてＡＥ累積エネルギーが順次増加する。第３のステップは、サイクル回数０．８付近から最終的な疲労破壊へ至るまで続く。

このような、複合容器の使用サイクルとライナー２の疲労によって生じるＡＥ信号との関係を示す測定データに基づいて、ライナー２の疲労破壊の兆候を判定するための第１の条件を設定することができる。例えば、ライナー２が疲労破壊の直前であることを判定するための閾値として、図９において点線で示すエネルギー許容値Ｌ３を設定することができる。複合容器１の検査時においては、ＡＥ累積エネルギーの測定値がエネルギー許容値Ｌ３以上となったら、第１の条件が満たされたとして、複合容器１の運用を停止する。

次に、本実施形態に係る複合容器１の検査方法の作用・効果について説明する。

まず、強化層３を有していない従来の鋼製容器に対しては、非破壊検査手段として多様な検査方法を採用することが可能であった。例えば、鋼製容器の試験方法として、磁噴探傷試験、浸透深傷試験、超音波探傷試験、放射線透過試験、過流探傷試験などが採用されていた。

一方、ライナー２に繊維を巻き付けて強化層３を形成している複合容器１においては、上述のような方法で検査を行うことができない。鋼製容器は均一な管厚を有していると共に滑らかな表面を有しているために、上述のような方法によって良好に検査を行うことができた。しかしながら、複合容器１は、繊維を巻き付けるために、表面が滑らかではない上、厚み方向における層構造も場所によって完全に均一とならない。従って、複合容器１において、鋼製容器で用いられる方法を採用しても、良好に検査を行うことができない。例えば、強化層３が磁性を有していないため磁噴探傷試験を採用することはできず、表面が滑らかではないため、表面の傷に薬品を塗布する浸透深傷試験を採用することはできず、管壁構造が均一ではないためセンサから超音波を発して観測する超音波探傷試験を採用することはできず、その他の方法も構造上採用することができない。

更に、鋼製容器は疲労破壊に強い容器であるため、検査においては、鋼製容器が健全であるか健全でないかの判断ができればよく、疲労の進行度を判断する必要性が低かった。それに対して、複合容器１のライナー２は、（特にアルミニウム合金を採用した場合）疲労破壊が鋼製容器に比して起こりやすい構成である。また、鋼製容器は疲労破壊に強く、予め定められた規定の寿命より前に疲労破壊が起こる可能性が低かったが、複合容器１の場合、疲労破壊へ至るまでの期間が運転環境や条件によって大きく左右されることにより、ライナー２の寿命自体も、運用環境や条件の影響により変動する場合がある。従って、複合容器に対して規定の寿命が定められていたとしても、使用環境や使用条件を変更することによって、寿命が左右され得る。このように、鋼製容器とは状況や前提が大きく異なる複合容器１を良好に検査できるように、好適な検査方法が求められていた。

そこで、本発明者らは、鋭意研究の結果、複合容器１の非破壊検査方法として、ＡＥ法を採用することが好適であることを見出した。また、本発明者らは、複合容器１のライナー２の疲労の進行度合いとＡＥのエネルギーとの間には、所定の関係性が成り立つことを見出した。さらに、予め測定しておいたＡＥの測定結果に基づいて条件を設定することで、検査に係る複合容器１のライナー２に疲労破壊の兆候があるかどうかの判定を行うことが可能であることを見出した。

そこで、本実施形態に係る複合容器１の検査方法では、Ｓ１４，Ｓ１７，Ｓ２７などの第１の条件を判定する工程において、複合容器１に取り付けられたＡＥセンサ５から取得したＡＥ信号に基づいて、第１の条件を満たすか否かを判定している。これによって、検査対象に係る複合容器１のライナー２の疲労破壊の兆候を検査することが可能となり、複合容器１を適切に検査することが可能となる。

ここで、繊維をライナー２に巻き付けることによって形成される強化層３の損傷とＡＥとの間には、ライナー２の疲労の進行度合いとは異なった関係性が成り立つ。ライナー２は、高圧と低圧のサイクルを繰り返すことで疲労による損傷を（強化層３に比して）生じやすい一方、繊維はサイクルの繰り返しに強いため強化層３はサイクルの数が多くなっても疲労による損傷が生じにくい。次に、複合容器１内の圧力が通常使用時における圧力よりも高くなり、複合容器１が膨張する場合について説明する。ライナー２は伸びやすい材料で構成されているため複合容器１が膨張しても直ちに損傷には至らない。一方、強化層３の繊維は荷重を受けても変形しないように強固に複合容器１を支持することができるが、複合容器１が膨張するに至った後は、繊維の破断や樹脂の割れなどの損傷が（ライナー２に比して）起きやすい。以上のように、サイクルの繰り返しによる疲労に関しては、強化層３よりもライナー２が影響を受け易く、圧力が高くなることによるダメージに関しては、ライナー２よりも強化層３が影響を受け易い。このように、ライナー２と強化層３とでは、構造上の性質が異なっていることにより、損傷の態様が異なっているため、損傷によって生じるＡＥ信号も性質が異なったものとなる。

本実施形態に係る複合容器１の検査方法は、取得されたＡＥ信号に基づいて、強化層３の損傷を示す第２の条件を満たすか否かを判定する工程（Ｓ１３，Ｓ２７など）を更に備えている。上述のように、繊維をライナー２に巻き付けることによって形成される強化層３の損傷とＡＥとの間には、ライナー２の疲労の進行度合いとは異なった関係性が成り立つ。従って、ライナー２の疲労破壊の兆候を示す第１の条件とは異なる第２の条件を設定することによって、強化層３の検査も適切に行うことができる。鋼製容器は、管壁が単一の鋼材のみで構成された単純な構造であるため、鋼製容器用の従来のＡＥ法を複合容器１に転用しても、十分な検査が行えない可能性があった。一方、本実施形態では、複合容器１の構造（ライナー２と強化層３を含んでいる）と性質を考慮した検査を行うことにより、複合容器１についてより適切な検査を行うことができる。

本実施形態に係る複合容器１の検査方法において、ＡＥセンサ５は、ライナー２及び強化層３の表面に取り付けられている。ライナー２の表面にＡＥセンサを取り付けることで、ライナー２の疲労破壊の兆候を示す第１の条件を正確に判定することが可能となる。一方、強化層３の表面にＡＥセンサ５を取り付けることで強化層３の損傷を示す第２の条件を正確に判定することが可能となる。このように、一つの複合容器１の中に性質の異なるライナー２と強化層３が存在している場合でも、各箇所について適切な検査を行うことができる。例えば、同一箇所からのＡＥ信号のみの判断では、ＡＥが検出された場合であっても、どこから発生したＡＥであるかの判断が難しいが、上述のような構成とすることにより、例えば、ライナー２表面（強化層３表面）から検出されるＡＥ信号が小さい一方、強化層３表面（ライナー２表面）から検出されるＡＥ信号が大きい場合、強化層３（ライナー２）での損傷が大きいことを判断できる。

本実施形態に係る複合容器１の検査方法において、強化層３の表面に取り付けられるＡＥセンサ５は、複合容器１のシリンダ部１ａに配置されている。強化層３のうち、軸方向への破壊を生じるドーム部１ｂよりも、周方向への破壊を生じるシリンダ部１ａの方が破壊が生じやすい。従って、シリンダ部１ａにアコースティックエミッションセンサ５を取り付けることにより、強化層３の損傷をより正確に検査することができる。

本実施形態に係る複合容器１の検査方法において、強化層３の表面に取り付けられるＡＥセンサ５は、複合容器１のドーム部１ｂに配置されている。複合容器１のうちライナー２はドーム部１ｂの先端側で露出しているため、ライナー２の表面に取り付けられるＡＥセンサは、当該位置に取り付けられる。従って、強化層３の表面に取り付けられるＡＥセンサもドーム部１ｂに配置することにより、両センサの取付位置が近くなり、検査の際のセンサ取付作業が容易になる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、検査方法に用いられる検査システムの構造は、上述の実施形態に係るものでなくともよく、検査のフローも上述の実施形態に限定されるものではない。

なお、上述の実施形態では、検査対象に係る複合容器として、ライナーと強化層を有する複合容器を例として挙げたが、複数の異なる性質の状態、材料からなる複合容器であれば、上述の複合容器に限られず、あらゆる複合容器に本発明の検査方法を適用することができる。すなわち、複合容器は、少なくともライナーと繊維の巻き付けによって形成される強化層とを備えていればよく、例えば、強化層の外側に他の層を有してもよい。また、ライナーが、金属や樹脂からなる容器本体を備え、当該容器本体の外周側や内周側に異なる材料の層を有していてもよい。また、図１に示す複合容器では、口金４が強化層３から突出していたが、例えば図１０に示すように、口金４が強化層３に埋め込まれた構成としてよい。なお、このような複合容器１に対してライナー２の表面にＡＥセンサ５Ａを取り付ける場合、口金４の端面付近であって強化層３から露出している部分に取り付けてよい。なお、複合容器は、ライナーの口金に取り付けられるバルブや延長パイプ等の部材を含むことがある。従って、「複合容器にＡＥセンサを取り付ける」とは、そのような部材にＡＥセンサを取り付けることも含まれる。

１…複合容器、１ａ…シリンダ部、１ｂ…ドーム部、２…ライナー、３…強化層、４…口金、５…アコースティックエミッションセンサ、１０…制御部、１３…信号取得部、１４…測定部、１５…判定部、１６…処理部、１００…検査システム。

Claims (6)

1. 容器を形成するライナー、及び前記ライナーに繊維を巻き付けることで形成される強化層を備える複合容器の検査方法であって、
   前記複合容器に取り付けられたアコースティックエミッションセンサからアコースティックエミッション信号を取得する信号取得工程と、
   前記信号取得工程によって取得された前記アコースティックエミッション信号に基づいて、前記ライナーの疲労破壊の兆候を示す第１の条件を満たすか否かを判定する第１の判定工程と、を備え、
   前記第１の条件は、アコースティックエミッションのエネルギーに基づいて定められる条件である、複合容器の検査方法。
2. 前記信号取得工程によって取得された前記アコースティックエミッション信号に基づいて、前記強化層の損傷を示す第２の条件を満たすか否かを判定する第２の判定工程を更に備える、請求項１に記載の複合容器の検査方法。
3. 前記アコースティックエミッションセンサは、前記ライナー及び前記強化層の表面に取り付けられる、請求項１又は２に記載の複合容器の検査方法。
4. 前記強化層の表面に取り付けられる前記アコースティックエミッションセンサは、前記複合容器のシリンダ部に配置される、請求項３に記載の複合容器の検査方法。
5. 前記強化層の表面に取り付けられる前記アコースティックエミッションセンサは、前記複合容器のドーム部に配置される、請求項３に記載の複合容器の検査方法。
6. 容器を形成するライナー、及び前記ライナーに繊維を巻き付けることで形成される強化層を備える複合容器の検査システムであって、
   前記複合容器に取り付けられるアコースティックエミッションセンサと、
   前記アコースティックエミッションセンサからアコースティックエミッション信号を取得する信号取得部と、
   前記信号取得部によって取得された前記アコースティックエミッション信号に基づいて、前記ライナーの疲労破壊の兆候を示す第１の条件を満たすか否かを判定する判定部と、を備え、
   前記第１の条件は、アコースティックエミッションのエネルギーに基づいて定められる条件である、複合容器の検査システム。

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