特許 6133707 高圧タンクの検査方法、高圧タンクの検査システム、および、高圧タンク

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6133707

(24)【登録日】2017年4月28日

(45)【発行日】2017年5月24日

(54)【発明の名称】高圧タンクの検査方法、高圧タンクの検査システム、および、高圧タンク

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/02 20060101AFI20170515BHJP

   F17C 1/06 20060101ALI20170515BHJP

   G01H 17/00 20060101ALI20170515BHJP

   G01N 29/04 20060101ALI20170515BHJP

   G01N 29/36 20060101ALI20170515BHJP

【ＦＩ】

   F17C13/02 301Z

   F17C1/06

   G01H17/00 Z

   G01N29/04

   G01N29/36

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-132273(P2013-132273)

(22)【出願日】2013年6月25日

(65)【公開番号】特開2015-7441(P2015-7441A)

(43)【公開日】2015年1月15日

【審査請求日】2016年3月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100096817

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 孝雄

(72)【発明者】

【氏名】三好 新二

(72)【発明者】

【氏名】下村 哲也

(72)【発明者】

【氏名】日置 健太郎

【審査官】 谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１８５４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２７５２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３６１１３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１７Ｃ １３／０２

Ｆ１７Ｃ １／０６

Ｇ０１Ｈ １７／００

Ｇ０１Ｎ ２９／０４

Ｇ０１Ｎ ２９／３６

(57)【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状態を検査する高圧タンクの検査方法であって、
前記高圧タンクは、円筒状のシリンダー部と、前記シリンダー部の両側のドーム部と、を有し、
前記シリンダー部と前記ドーム部との境界から前記ドーム部の先端に向かうタンク肩部における外周側表面または内周側表面に、前記繊維強化樹脂層中の層間剥離の状態に応じて変化する信号を出力する１以上の剥離状態検出センサーを設置し、
前記剥離状態検出センサーから出力される信号に基づいて、前記タンク肩部における前記繊維強化樹脂層中に前記層間剥離が存在しているか判定し、
前記剥離状態検出センサーは、送波器および受波器を有する超音波センサーであり、
前記剥離状態検出センサーから出力される信号は、前記送波器から発せられ、前記タンク肩部の周方向の全周の各位置に伝播した超音波の複合波を受け取った前記受波器から出力される信号であり、
前記層間剥離が存在しているかの判定は、前記信号中の位相ずれの有無を解析することにより行われる
ことを特徴とする高圧タンクの検査方法。

【請求項2】

請求項１に記載の高圧タンクの検査方法であって、
前記層間剥離が存在する場合に、前記剥離状態検出センサーから出力される信号に基づいて、前記繊維強化樹脂層の深さ方向の前記層間剥離の位置を求め、前記繊維強化樹脂層の内層側の肩部内層領域に前記層間剥離が存在しているか否かを判定する
ことを特徴とする高圧タンクの検査方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の高圧タンクの検査方法であって、
前記タンク肩部における前記外周側表面または前記内周側表面の少なくとも周方向に沿って複数の前記剥離状態検出センサーを設置しており、
前記層間剥離が存在する場合に、前記複数の剥離状態検出センサーから出力される複数の信号に基づいて、前記タンク肩部の表面の周方向に沿った前記層間剥離の位置を求める
ことを特徴とする高圧タンクの検査方法。

【請求項4】

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状態を検査する検査システムであって、
前記高圧タンクは、円筒状のシリンダー部と、前記シリンダー部の両端のドーム部と、を有し、
前記シリンダー部と前記ドーム部との境界から前記ドーム部の先端に向かうタンク肩部における外周側表面または内周側表面に設けられ、前記繊維強化樹脂層中の層間剥離の状態に応じて変化する信号を出力する１以上の剥離状態検出センサーと、
前記剥離状態検出センサーから出力される信号に基づいて、前記タンク肩部における前記繊維強化樹脂層中に前記層間剥離が存在しているか判定する判定部と、
を備え、
前記剥離状態検出センサーは、送波器および受波器を有する超音波センサーであり、
前記剥離状態検出センサーから出力される信号は、前記送波器から発せられ、前記タンク肩部の周方向の全周の各位置に伝播した超音波の複合波を受け取った前記受波器から出力される信号であり、
前記判定部は、前記信号中の位相ずれの有無を解析することにより前記層間剥離が存在しているか判定する
ことを特徴とする高圧タンクの検査システム。

【請求項5】

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であって、
前記高圧タンクは、円筒状のシリンダー部と、前記シリンダー部の両端のドーム部と、を有し、
前記シリンダー部と前記ドーム部との境界から前記ドーム部の先端に向かうタンク肩部における外周側表面または内周側表面に、前記繊維強化樹脂層中の層間剥離の状態に応じて変化する信号を出力する１以上の剥離状態検出センサーが設けられており、
前記剥離状態検出センサーは、送波器および受波器を有する超音波センサーであり、
前記剥離状態検出センサーから出力される信号は、前記送波器から発せられ、前記タンク肩部の周方向の全周の各位置に伝播した超音波の複合波を受け取った前記受波器から出力される信号であり、前記層間剥離が存在している場合において、位相ずれを含む信号である
ことを特徴とする高圧タンク。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高圧タンクに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池車両の燃料電池へ供給される燃料ガス（水素）を貯蔵する燃料ガスタンクとして、タンク容器の外周に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維が巻き付けられ、その熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより、繊維強化樹脂層が形成された高圧タンクの開発が進められている。

【0003】

燃料電池車両に搭載された高圧タンクは、路面干渉等による外部からの衝撃（例えば、圧縮衝撃荷重）によって変形し、その強度が低下する可能性がある。強度が低下する可能性のある高圧タンクをそのまま使用することは好ましくない。このため、高圧タンクの状態をリアルタイムで検出し、強度が低下する可能性のある高圧タンクを早期に交換することが望ましい。なお、「強度が低下する可能性のある高圧タンク」には、強度が低下した高圧タンクも含まれる。

【0004】

従来から、高圧タンクの変形を検出する手法として、特許文献１に記載されているように、高圧タンクの変形に対応して抵抗値が変化する導電層が、高圧タンクの外側に設けられており、導電層によって検出される抵抗値の変化により、高圧タンクの変形をリアルタイムに検出する手法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−１８５４２６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、繊維強化樹脂層が形成された高圧タンクでは、その表面における変形量（例えば凹み量）が同じでも、繊維強化樹脂層の内部の強度の低下の度合いは同じではなく、その強度の低下が大きくなっている場合がある。繊維強化樹脂層の内部の強度の低下が大きくなっている場合、繊維強化樹脂層中の繊維強化樹脂の層同士の剥離（以下、「層間剥離」とも呼ぶ）が、繊維強化樹脂層の内層深くにまで発生している可能性がある。このため、高圧タンクの表面における変形量だけでは、繊維強化樹脂層の内部で発生した剥離の影響を検出できず、繊維強化樹脂層が形成された高圧タンクの検査手法としては十分ではない、という課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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、以下の形態として実現することが可能である。

【0008】

（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状態を検査する高圧タンクの検査方法が提供される。前記高圧タンクは、円筒状のシリンダー部と、前記シリンダー部の両側のドーム部と、を有している。前記シリンダー部と前記ドーム部との境界から前記ドーム部の先端に向かうタンク肩部における外周側表面または内周側表面に、前記繊維強化樹脂層中の層間剥離の状態に応じて変化する信号を出力する１以上の剥離状態検出センサーを設置する。前記剥離状態検出センサーから出力される信号に基づいて、前記タンク肩部における前記繊維強化樹脂層中に前記層間剥離が存在しているか判定する。この形態の高圧タンクの検査方法によれば、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タンク肩部における繊維強化樹脂層中の層間剥離の状態を判定することができる。これにより、高圧タンクの状態をリアルタイムで検出し、強度が低下する可能性のある高圧タンクを早期に交換することが可能となる。

【0009】

（２）上記形態の高圧タンクの検査方法において、前記層間剥離が存在する場合に、前記剥離状態検出センサーから出力される信号に基づいて、前記繊維強化樹脂層の深さ方向の前記層間剥離の位置を求め、前記繊維強化樹脂層の内層側の肩部内層領域に前記層間剥離が存在しているか否かを判定するようにしてもよい。この形態の高圧タンクの検査方法によれば、繊維強化樹脂層の内層側の肩部内層領域で層間剥離が発生しているか否か判定することができる。これにより、高圧タンクの状態をリアルタイムで検出しより強度が低下する可能性のある高圧タンクを早期に交換することが可能となる。

【0010】

（３）上記形態の高圧タンクの検査方法において、前記タンク肩部における前記外周表面または内周表面の少なくとも周方向に沿って複数の前記剥離状態検出センサーを設置しており、前記層間剥離が存在する場合に、前記複数の剥離状態検出センサーから出力される複数の信号に基づいて、前記タンク肩部の表面に沿った方向の前記層間剥離の位置を求めるようにしてもよい。この形態の高圧タンクの検査方法によれば、前記タンク肩部の表面に沿った方向の前記層間剥離の位置を求めることができる。

【0011】

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、高圧タンクの検査システムや高圧タンク、燃料電池システム、燃料電池車両等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１実施形態としての高圧タンクの検査システムを示す説明図である。

【図2】タンク肩部の繊維強化樹脂層の内部において層間剥離が発生した場合の問題について示す説明図である。

【図3】タンク肩部の繊維強化樹脂層の層間剥離の検出フローを示す説明図である。

【図4】剥離状態検出センサーから出力されるセンサー出力信号の一例を示すグラフである。

【図5】第１実施形態の変形例としての高圧タンクの検査システムを示す説明図である。

【図6】第２実施形態としての高圧タンクの検査システムを示す説明図である。

【図7】第２実施形態の変形例としての高圧タンクの検査システムを示す説明図である。

【図8】第３実施形態としての高圧タンクの検査システムを示す説明図である。

【図9】第４実施形態としての高圧タンクの検査システムを示す説明図である。

【図10】層間剥離が無い場合におけるタンク内圧と歪み量との関係の一例を示すグラフである。

【図11】複数のタンク内圧をパラメータとして層間剥離が発生している深さ方向の位置と歪み量との関係の一例を示すグラフである。

【図12】第５実施形態としての高圧タンクの検査システムを示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態としての高圧タンクの検査システムを示す説明図である。図１（Ｂ）は、検査システム１０００を模式的に示している。ただし、検査対象の高圧タンク１００については、タンク軸線ＣＸに平行な面（図１（Ａ）のＡ−Ａ断面）で切った概略断面を模式的に示している。また、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）の高圧タンク１００のタンク軸線ＣＸに沿った方向の左側の側面を模式的に示している。

【0014】

高圧タンク１００は、例えば、燃料電池車両（不図示）に搭載され、燃料電池に燃料ガスとして供給される高圧水素を貯蔵する圧力容器である。高圧タンク１００は、ライナー１０と、繊維強化樹脂層２０と、バルブ側口金３０と、エンド側口金４０と、プラグ５０と、を備える。

【0015】

ライナー１０は、金属製または強化プラスチック等の樹脂製の中空のタンク容器であり、円筒状のシリンダー部１１と、シリンダー部１１の両側の略半球形状のドーム部１２と、を備える。一方のドーム部１２（図１（Ｂ）の左側）の頂上箇所には、タンク軸線ＣＸを中心とするプラグ接続孔を有するバルブ側口金３０が設けられており、他方のドーム部１２（図１（Ｂ）の右側）の頂上箇所には、ライナー１０のエンド側を閉塞するためのエンド側口金４０が設けられている。バルブ側口金３０のプラグ接続孔にはプラグ５０が挿入接続されている。高圧タンク１００には、プラグ５０に接続される不図示の配管を介して燃料電池およびガス充填部が接続されており、高圧の燃料ガス（以下、単に「高圧ガス」とも呼ぶ）の充填および放出が行われる。

【0016】

繊維強化樹脂層２０は、ライナー１０の外表面と、バルブ側口金３０およびエンド側口金４０の周囲と（以下、「ライナー１０の外表面等」と呼ぶ）を覆う補強層である。繊維強化樹脂層２０は、ライナー１０の外表面等に巻き付けられた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エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂と、で構成される。繊維強化樹脂層２０は、例えば、以下のように形成される。まず、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て、ライナー１０の外表面等を覆うように巻き付ける。次に、強化繊維が巻き付けらえたライナー１０を恒温槽において所定の温度で加熱し、強化繊維中の熱硬化性樹脂を熱硬化させる。この結果、ライナー１０の外表面等に繊維強化樹脂層２０が形成される。

【0017】

なお、ライナー１０のシリンダー部１１の外表面を覆うように繊維強化樹脂層２０が形成された高圧タンク１００の部分１０２が、高圧タンク１００のシリンダー部に対応する。以下では、この部分１０２を高圧タンク１００の「シリンダー部１０２」と呼ぶ。また、ライナー１０のバルブ側のドーム部１２の外表面およびバルブ側口金３０の外周表面を覆うように繊維強化樹脂層２０が形成された高圧タンク１００の部分１０４ｂが、高圧タンク１００のバルブ側のドーム部に対応する。以下では、この部分１０４ｂを高圧タンク１００のバルブ側の「ドーム部１０４ｂ」と呼ぶ。同様に、ライナー１０のエンド側のドーム部１２の外表面およびエンド側口金４０の外周表面を覆うように繊維強化樹脂層２０が形成された高圧タンク１００の部分１０４ｅが、高圧タンク１００のエンド側のドーム部に対応する。以下では、この部分１０４ｅを高圧タンク１００のエンド側の「ドーム部１０４ｅ」と呼ぶ。なお、バルブ側のドーム部１０４ｂとエンド側のドーム部１０４ｅとを特に区別しない場合には、これらを単に「ドーム部１０４」とも呼ぶ。

【0018】

検査システム１０００は、高圧タンク１００と同様に燃料電池車両に搭載され、燃料電池車両の運転動作中においてリアルタイムに高圧タンク１００の状態についての検査を行う。検査システム１０００は、高圧タンク１００のタンク肩部１０６の外周側表面に設置された剥離状態検出センサー１１０と、燃料電池車両内に設置された加速度センサー１３０と、判定部１２０と、を備える。

【0019】

高圧タンク１００のタンク肩部１０６は、シリンダー部１０２とドーム部１０４との境界からドーム部１０４の先端に向かう部分であって、シリンダー部１０２とドーム部１０４との境界からドーム部１０４の先端までの高さＬｄに対して５０％以内の部分と規定する。ただし、Ｌｄ／２の±１０％の範囲としてもよい。また、タンク肩部１０６の内側に存在する繊維強化樹脂層２０のうち、その内層側の厚みが５０％以内の部分２４を「肩部内層領域」と規定する。ただし、繊維強化樹脂層２０の厚みの５０％±１０％の範囲としてもよい。

【0020】

剥離状態検出センサー１１０は、タンク肩部１０６の繊維強化樹脂層２０内の層間剥離を検出するためのセンサーである。剥離状態検出センサー１１０は、本例では、超音波の送波器および受波器を備えている。送波器から出力されて繊維強化樹脂層２０内を伝搬する超音波は、樹脂層と空気の層との界面において反射するため、受波器で受け取る超音波は層間剥離に応じて変化する。剥離状態検出センサー１１０は、この現象を利用して、層間剥離の発生を検出するものである。なお、剥離状態検出センサー１１０としては、送波器から出力する超音波がラム波である超音波センサーを用いることが好ましい。

【0021】

加速度センサー１３０は、燃料電池車両の運転動作中において路面干渉などによって高圧タンク１００に圧縮衝撃荷重等による衝撃が加わったことを検出するためのセンサーである。加速度センサー１３０としては、一般的に３次元加速度センサーが用いられる。

【0022】

判定部１２０は、後述するように、剥離状態検出センサー１１０からの出力信号に基づいて、層間剥離の発生の有無を判定する。

【0023】

図２は、タンク肩部１０６の繊維強化樹脂層２０の内部において層間剥離が発生した場合の問題について示す説明図である。燃料電池車両の運転動作中において路面干渉などによって高圧タンク１００に圧縮衝撃荷重等による衝撃が加わると、図２（Ａ）に示すように、タンク肩部１０６において、繊維強化樹脂層２０の内部で１箇所以上の層間剥離が発生する場合がある。この層間剥離は、発生した時点では小さな層間剥離であったとしても、図２（Ｂ）に示すように、運転動作中において高圧ガスの充填・放出を繰り返した場合には、これに応じた応力がライナー１０（ドーム部１２）を介して繊維強化樹脂層２０の層間剥離の部分に加わり、大きな層間剥離に成長する可能性がある。

【0024】

タンク肩部１０６の肩部内層領域２４に大きな層間剥離が発生すると、発生した層間剥離よりもさらに内層側の繊維強化樹脂の部分にのみ応力が加わることになる。加わった応力が強度限界を超えると、図２（Ｃ）に示すように、強度限界を超えた部分に亀裂等の破損が発生することになる。従って、タンク肩部１０６の繊維強化樹脂層２０の内部、特に、内層側の肩部内層領域２４に層間剥離が発生した場合には、肩部の強度発現性が低下して高圧タンクが損傷に至る可能性が高いため、早期に高圧タンクを交換することが望ましい。検査システム１０００では、判定部１２０において、以下で説明するように高圧タンク１００の繊維強化樹脂層２０の内部の層間剥離の発生の有無を検出する。

【0025】

図３は、タンク肩部１０６の繊維強化樹脂層２０の層間剥離の検出フローを示す説明図である。判定部１２０は、燃料電池車両の起動に伴って、以下で説明する層間剥離検出処理を開始し、燃料電池車両の停止に伴って終了する。判定部１２０は、加速度センサー１３０から出力される検知信号により、あらかじめ設定した値以上の加速度を検出し、路面干渉などによって高圧タンク１００の繊維強化樹脂層２０で層間剥離を発生させる可能性のある衝撃が加わったことを検出するまで待機する（ステップＳ１０）。

【0026】

衝撃が加わった場合には、判定部１２０は剥離状態検出センサー１１０を作動し、繊維強化樹脂層２０の層間剥離の状態の検出を実行する（ステップＳ２０）。具体的には、判定部１２０は、剥離状態検出センサー１１０の送波器から測定用の超音波を繊維強化樹脂層２０へ向けて出力させて受波器が受け取る超音波の測定を行い、受波器から出力される出力信号を剥離状態検出センサー１１０からのセンサー出力信号として受け取る。なお、本例では、両側のドーム部１０４（１０４ｅ，１０４ｂ）のタンク肩部１０６にそれぞれ剥離状態検出センサー１１０が設置されているため、上記測定は、それぞれの剥離状態検出センサー１１０で別々に実行される。そして、判定部１２０は、受け取った測定結果を解析し、肩部内層領域に層間剥離が存在するか否かを判定する（ステップＳ３０）。

【0027】

図４は、剥離状態検出センサー１１０から出力されるセンサー出力信号の一例を示すグラフである。縦軸は、センサー出力、すなわち、測定した超音波の大きさを示している。横軸は、表面に送波器から超音波の出力を開始した時点からの経過時間ｔであり、経過時間ｔと、繊維強化樹脂層２０を伝搬する超音波の波長λ（＝Ｃｔ／ｆ，Ｃｔ：音速，ｆ：超音波の周波数）と、に基づいて導出される繊維強化樹脂層２０の表面からの深さを表している。

【0028】

図４に示すように、層間剥離が無い場合のセンサー出力信号（破線）と、層間剥離が有る場合のセンサー出力信号（実線）と、を比較すればわかるように、層間剥離が有った場合には、信号の状態変化として位相ずれが発生する。これは、上記したように、送波器から出力して繊維強化樹脂層２０内を伝搬する超音波は、樹脂層と空気の層（剥離)との界面において反射するため、受波器で受け取る超音波の位相が層間剥離の有無に応じて変化するからである。従って、このセンサー出力信号中の位相ずれの発生の有無を解析することにより、層間剥離の有無を判定することが可能である。例えば、層間剥離が無い状態の信号に対して、あらかじめ設定した許容値（ε）以上の位相ずれが発生した時点で層間剥離が発生していることを検出することができる。そして、超音波出力開始時から位相ずれの検出時までの時間に基づいて、層間剥離の位置が、繊維強化樹脂層２０の表面からの深さのどの位置にあるかを求めることが可能であり、肩部内層領域２４にあるか否か判断することができる。

【0029】

ここで、剥離状態検出センサー１１０の送波器から発する超音波のタンク軸線ＣＸ回りの周方向への伝搬は、内層方向（深さ方向）への伝搬に比べて非常に速いことが分かっている。このため、剥離状態検出センサー１１０の受波器で受け取る超音波は、周方向の各位置で内層方向に伝搬した超音波の複合波となる。従って、本例では、層間剥離の位置として、繊維強化樹脂層２０の表面からの深さ方向の位置を求めることは可能であるが、繊維強化樹脂層２０の周方向のどの位置で発生しているかを求めることはできない。また、剥離状態検出センサー１１０の送波器から発せられる超音波は、タンク軸線ＣＸ回りの周方向だけでなくあらゆる方向に伝搬する。ただし、剥離状態検出センサー１１０が設けられたタンク肩部１０６で送波器から発せられた超音波が周方向へ伝搬して受波器で受け取られるのに要する時間はあらかじめ計算により求めることができる。そこで、受波器による計測時間を、既知の周方向の伝搬時間に基づいて制限することにより、タンク肩部１０６内の周方向への伝搬のみの測定を行うことが可能である。

【0030】

判定部１２０は、センサー出力信号の位相ずれに基づいて、肩部内層領域２４に層間剥離が存在するか否か判断する（図３のステップＳ３０）。肩部内層領域２４に層間剥離が存在している場合には、燃料電池車両の制御部に対して層間剥離発生を通知し、燃料電池車両の制御部によってタンク交換の警告を表示する（ステップＳ４０）。なお、タンク交換の警告表示は、例えば、警告灯を点灯することや、表示モニターにタンク交換の警告を表示すること等種々の方法によって行うことができる。

【0031】

判定部１２０は、肩部内層領域２４に層間剥離が存在しなかった場合（ステップＳ３０；Ｎｏ）に、あるいは、タンク交換の警告を行った（ステップＳ４０）後に、記録装置（不図示）に層間剥離の状態の検出結果を記録する（ステップＳ５０）。なお、層間剥離の状態の検出結果としては、層間剥離の有無を示すデータや層間剥離の位置を示すデータが記録される。また、センサー出力信号のデータを記録するようにしてもよい。検出結果の記録（ステップＳ５０）の実行後、判定部１２０は、層間剥離検出処理の開始位置（ステップＳ１０）に戻り、加速度センサー１３０によって衝撃の発生が検出される度に、ステップＳ２０〜ステップＳ５０を繰り返し実行する。

【0032】

以上のように、本実施形態においては、燃料電池車両において路面干渉などによる衝撃の発生が検出された場合に、高圧タンクのタンク肩部における繊維強化樹脂層の肩部内層領域において層間剥離が発生していかか否かを検出している。これにより、高圧タンクの強度発現性がタンク肩部において低下し、結果として高圧タンクの損傷に至る可能性があることを事前に予測することができる。そして、高圧タンクの早期の交換を促すことができる。

【0033】

図５は、第１実施形態の変形例としての高圧タンクの検査システムを示す説明図である。図１の検査システム１０００では、送波器および受波器を備える剥離状態検出センサー１１０がタンク肩部１０６の外周側表面に設置された場合を例に説明している。しかしながら、変形例の検査システム１０００Ｂ（図５）に示すように、タンク肩部１０６の外周側表面に、周方向に沿って別々に設置された送波器１１２および受波器１１４を１つの剥離状態検出センサーとして利用することも可能である。なお、この場合、２つの剥離状態検出センサー１１０を用いて、一方を送波器１１２とし、他方を受波器１１４として利用することも可能である。本変形例の場合にも、同様に、燃料電池車両において路面干渉などによる衝撃の発生が検出された場合に、高圧タンクのタンク肩部における繊維強化樹脂層の肩部内層領域において層間剥離が発生しているか否かを検出することができる。

【0034】

なお、本実施形態では、バルブ側およびエンド側の両方のタンク肩部１０６に剥離状態検出センサー１１０を設置した場合を示しているが、どちらか一方のみであってもよい。以下の実施形態においても同様である。

【0035】

また、本実施形態の層間剥離の検出フローでは、加速度センサー１３０によって衝撃の発生が検出される度に、層間剥離の有無を検出する処理を行うものとしている（図３）。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、加速度センサー１３０によって衝撃が検出された後、例えば、定期的なタイミングや、ガスの充填タイミング、タンク内圧の変動量一定以上となった場合等、種々のタイミングで、加速度センサー１３０によって衝撃の発生が検出されるタイミングに加えて、層間剥離の有無の検出処理を行うようにしてもよい。また、加速度センサー１３０による衝撃の検出に関係なく、上記種々のタイミングで層間剥離の有無の検出処理を繰り返し行うようにしてもよい。

【0036】

Ｂ．第２実施形態：
図６は、第２実施形態としての高圧タンクの検査システムを示す説明図である。この検査システム１０００Ｃは、タンク肩部１０６の外周側表面に、周方向に沿って複数の剥離状態検出センサー１１０を設置した構成を示している。具体的には、４つの剥離状態検出センサー１１０ａ〜１１０ｄが周方向に沿って等間隔に設置されている。この構成の場合、以下で説明するように、少なくとも、４つの剥離状態検出センサー１１０ａ〜１１０ｄのいずれか２つの間の周方向に沿った４つの領域Ａａｂ，Ａｂｃ，Ａｃｄ，Ａｄａのうちのいずれの領域において層間剥離が発生しているかを求めることができる。

【0037】

例えば、第１の剥離状態検出センサー１１０ａの送波器から超音波を出力した場合、第１〜第４の剥離状態検出センサー１１０ａ〜１１０ｄの受波器は、それぞれの位置に伝搬してきた超音波を検出し、それぞれの検出した超音波に応じたセンサー出力信号を出力する。このとき、受波器としての第１〜第４の剥離状態検出センサー１１０ａ〜１１０ｄのセンサー出力信号における位相ずれ信号の振幅は、層間剥離の位置に対する周方向の位置関係によって変化する。具体的には、距離が遠いほど振幅が小さくなる。

【0038】

そこで、例えば、第２の剥離状態検出センサー１１０ｂのセンサー出力信号の位相ずれ信号の振幅が最も大きく、第３の剥離状態検出センサー１１０ｃのセンサー出力信号の位相ずれ信号の振幅が２番目に大きいとする。この場合、第２の剥離状態検出センサー１１０ｂと第３の剥離状態検出センサー１１０ｃとの間の領域Ａｂｃであって、第２の剥離状態検出センサー１１０ｂ側の領域で層間剥離が発生していることまで特定することが可能である。なお、周方向に沿って設置する剥離状態検出センサー１１０の数を多くすれば、設置した数に応じて、層間剥離の位置として、周方向に沿った位置をより精度よく検出することが可能である。

【0039】

なお、各剥離状態検出センサーのセンサー出力信号の振幅の大きさは、送波器と剥離状態検出センサーの位置関係や送波器の位置と層間剥離の位置との位置関係によっても変化する場合がある。そこで、例えば、超音波を出力する送波器として機能させる剥離状態検出センサーの位置を順に切り替えて、図６の場合には、４つの剥離状態検出センサー１１０ａ〜１１０ｄを順に切り替えて送波器として機能させて、それぞれ計測を行って、層間剥離の発生に応じた信号変化が最も顕著な信号に基づいて層間剥離の位置を求めることも可能である。

【0040】

図７は、第２実施形態の変形例としての高圧タンクの検査システムを示す説明図である。なお、図７では、加速度センサー１３０および判定部１２０を省略して示している。前述した図６の検査システム１０００Ｃでは、複数の剥離状態検出センサー１１０がタンク肩部の外周側表面に周方向に沿って円周状に設置された場合を例に説明している。しかしながら、変形例の検査システム１０００Ｄ（図７）では、タンク軸線ＣＸの方向に沿った複数の列において、複数の剥離状態検出センサー１１０（１１０ａ１〜１１０ｆ１，１１０ａ２〜１１０ｆ２）がそれぞれ円周状に設置された構成を示している。この構成の場合には、タンク肩部１０６において発生する層間剥離の位置として、周方向に沿った位置だけでなく、タンク軸線ＣＸの方向に沿った位置についても求めることが可能である。

【0041】

例えば、図６で説明したように、ＣＸ軸上の同じ位置にある剥離状態検出センサー１１０によって、その位置の円周上にある層間剥離を求めることができる。例えば、第１の円周Ｃ１にそって設けられた剥離状態検出センサー１１０ａ１〜１１０ｆ１（１１０ｄ１〜１１０ｆ１は不図示）によって、第１の円周Ｃ１（第１の円周Ｃ１の周辺を含む）上にある層間剥離の位置を求め、第２の円周Ｃ２に沿って設けられた剥離状態検出センサー１１０ａ２〜１１０ｆ２（１１０ｄ２〜１１０ｆ２は不図示）によって、第２の円周Ｃ２（第１の円周Ｃ１の周辺を含む）上にある層間剥離の位置を求めることができる。

【0042】

また、いずれか一つの剥離状態検出センサーの送波器から発した超音波を、各剥離状態検出センサーの受波器で受け取って、それぞれが受け取った信号の違いから、周方向に沿った位置だけでなく、タンク軸線ＣＸの方向に沿った位置についても求めることも可能である。例えば、図７において、剥離状態検出センサー１１０ａ１の送波器から超音波を発した際に、各剥離状態検出センサー１１０ａ１〜１１０ｆ１，１１０ａ２〜１１０ｆ２の受波器で受け取られた超音波に基づいて出力されるセンサー出力信号の位相ずれ信号の振幅の大きさを比較する。これにより、最も大きい４つの剥離状態検出センサーの位置の間に層間剥離があることがわかる。そして、４つの剥離状態検出センサーの位置とそれぞれの信号振幅とに基づく補間により層間剥離の位置を求めることができる。

【0043】

なお、第２実施形態および変形例においても、第１実施形態の変形例（図５）と同様に、別々の送波器および受波器で剥離状態検出センサーを構成することも可能である。

【0044】

Ｃ．第３実施形態：
図８は、第３実施形態としての高圧タンクの検査システムを示す説明図である。この検査システム１０００Ｅは、タンク肩部１０６の外周側表面に、複数の剥離状態検出センサーの送波器１１２を周方向に沿って設置し、タンク肩部１０６の内周側表面に、送波器１１２に対向するように複数の剥離状態検出センサーの受波器１１４を設置した構成を示している。なお、各受波器１１４と判定部１２０との接続線（例えば、金属配線）は、プラグ５０に設けられたシール構造（例えば、ハーメチックシール等）の配線取り出し領域（不図示）を介してタンク内部からタンク外部へ取り出される。

【0045】

本実施形態の場合にも、各送波器１１２から出力した超音波を、それぞれ、対向設置された受波器１１４において受波し、各受波器１１４のセンサー出力信号における位相ずれの位置および振幅から、層間剥離の位置として、周方向に沿った位置および深さ方向の位置を求めることが可能である。

【0046】

また、本実施形態においても、第２実施形態の変形例（図７）と同様に、複数の送波器１１２を、タンク軸線ＣＸの方向に沿った複数の列において、それぞれ円周状に設置し、複数の受波器１１４を複数の送波器１１２にそれぞれ対向するように設置した構成としてもよい。このようにすれば、第２実施形態の変形例と同様に、タンク肩部１０６において発生する層間剥離の位置として、周方向に沿った位置だけでなく、タンク軸線ＣＸの方向に沿った位置についても求めることが可能である。

【0047】

なお、本実施形態では、タンク肩部１０６の外周側表面に送波器１１２を設置し、タンク肩部１０６の内周側表面に受波器を設置した構成を例に説明しているが、タンク肩部１０６の内周表面に送波器１１２を設置し、タンク肩部１０６の外周側表面に受波器を設置した構成としてもよい。

【0048】

Ｄ．第４実施形態：
図９は、第４実施形態としての高圧タンクの検査システムを示す説明図である。この検査示システム１０００Ｆは、タンク肩部１０６の内周側表面に、複数の剥離状態検出センサー１１６を周方向に沿って設置した構成を示している。剥離状態検出センサー１１６は、タンクの歪み量を測定するための金属歪みゲージである。なお、各剥離状態検出センサー１１６と判定部１２０Ｆとの接続線（例えば、金属配線）は、第３実施形態の場合（図８）と同様に、プラグ５０に設けられたシール構造の配線取り出し領域（不図示）を介してタンク内部からタンク外部へ取り出される。

【0049】

図１０は、層間剥離が無い場合におけるタンク内圧と歪み量との関係の一例を示すグラフである。図１０に示すように、あらかじめ、層間剥離が発生していない高圧タンクでタンク内圧と歪み量（「基準歪み量」とも呼ぶ）との関係（以下、「基準歪み特性」とも呼ぶ）を求めておき、判定部１２０Ｆは、求めた基準歪み特性をデータとして記憶部（不図示）に保持している。剥離状態検出センサー１１６によって測定された歪み量が、基準歪み特性曲線よりも上側の領域（図１０のハッチング領域）にある場合には、測定時のタンク内圧における基準歪み量よりも大きくなっているため、層間剥離が発生していると考えられる。

【0050】

そこで、判定部１２０Ｆは、加速度センサー１３０によって衝撃を検出した場合に、剥離状態検出センサー１１６を作動させて、高圧タンク１００のタンク肩部１０６における歪み量を測定する。そして、測定した歪み量に基づいて、以下のように層間剥離の有無を判定する。すなわち、基準歪み特性を示すデータを参照して、測定時におけるタンク内圧に対応する基準歪み量を求める。そして、測定した歪み量が、基準歪み量より大きい場合には、層間剥離が発生していると判定することができる。そして、層間剥離の深さ方向の位置は、例えば、以下のように求めることができ、これに基づいて、層間剥離が肩部内層領域２４で発生しているか否か判断することができる。

【0051】

図１１は、複数のタンク内圧をパラメータとして層間剥離が発生している深さ方向の位置と歪み量との関係の一例を示すグラフである。図１１に示すように、あらかじめ、複数のタンク内圧について、それぞれ、層間剥離が発生している深さ方向の位置（タンク表面からの距離）と歪み量との関係を求めておき、判定部１２０Ｆは、そのデータを記憶部（不図示）に保持している。記憶部に保持しているデータを参照して、図１１に示すように、歪み量測定時におけるタンク内圧および測定した歪み量（εｄ）に対応するタンク表面からの距離Ｘｄを求めることにより、層間剥離が発生している深さ方向の位置を求めることができる。なお、測定した歪み量（εｄ）としては、例えば、複数の剥離状態検出センサー１１６で測定された歪み量のうちの最大値を利用することが好ましい。

【0052】

なお、層間剥離の周方向に沿った位置は、周方向に沿って設置された複数の剥離状態検出センサー１１６で測定される歪み量の大きさが層間剥離の位置に近いほど大きくなることから、各剥離状態検出センサー１１６で測定される歪み量を比較することにより求めることができる。

【0053】

本実施形態の場合には、各剥離状態検出センサー１１６で測定された歪み量から、層間剥離の有無、並びに、層間剥離の位置として、周方向に沿った位置および深さ方向の位置を求めることが可能である。

【0054】

また、本実施形態においても、複数の剥離状態検出センサー１１６を、タンク軸線ＣＸの方向に沿った複数の列において、それぞれ円周状に設置した構成としてもよい。このようにすれば、タンク肩部１０６において発生する層間剥離の位置として、周方向に沿った位置だけでなく、タンク軸線ＣＸの方向に沿った位置についても求めることが可能である。

【0055】

また、本実施形態の場合には、タンク肩部１０６の内周側表面に金属歪みゲージを用いた剥離状態検出センサー１１６を設置した構成を例に説明したが、タンク肩部１０６の外周側表面に剥離状態検出センサー１１６を設置した構成としてもよい。

【0056】

また、本実施形態の場合には、剥離状態検出センサー１１６として金属歪みゲージを用いた構成を例に説明したが、歪み量を測定する剥離状態検出センサーとしてはファイバー・ブラッグ・グレーティング（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ，ＦＢＧ）を用いてもよい。ただし、ＦＢＧを用いる場合には、タンク肩部１０６に設置されるＦＢＧのセンサー部と、レーザ光源と、検出器と、センサー部、レーザ光源、および、検出器の間を接続するＦＢＧの光ファイバーケーブルと、が設けられる。判定部は検出器から出力される信号の表す歪み量に基づいて、金属歪みゲージの場合と同様に層間剥離の状態を検出することができる。

【0057】

Ｅ．第５実施形態：
図１２は、第５実施形態としての高圧タンクの検査システムを示す説明図である。この検査システム１０００Ｇは、タンク肩部１０６の外周側表面に、複数の剥離状態検出センサー１１８を周方向に沿って設置した構成を示している。剥離状態検出センサー１１８はアコースティック・エミッション（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ，ＡＥ）センサーである。ＡＥセンサーを用いた剥離状態検出センサー１１８は、層間剥離に応じて発生する周波数帯域の音を検出することができる。

【0058】

そこで、判定部１２０Ｇは、加速度センサー１３０によって衝撃を検出した場合に、剥離状態検出センサー１１８を作動させて、高圧タンク１００のタンク肩部１０６において発生する音を測定する。そして、測定した音に層間剥離に応じて発生する周波数帯域の音が含まれている場合には、層間剥離が発生していると判定することができる。そして、層間剥離の深さ方向の位置は、例えば、ＡＥセンサーで検出される層間剥離に応じた音の強さは、層間剥離の位置からの距離に応じて変化するので、ＡＥセンサーから出力される信号の振幅に応じて求めることができ、これに基づいて、層間剥離が肩部内層領域２４で発生しているか否か判定することができる。なお、タンク肩部１０６において発生する層間剥離の周方向の位置は、ＡＥセンサーにおいて一般的な位置標定法等の導出方法により求めることができる。

【0059】

本実施形態の場合には、剥離状態検出センサー１１８によって層間剥離に応じた音を検出することにより、層間剥離の有無、並びに、層間剥離の位置として、周方向に沿った位置および深さ方向の位置を求めることが可能である。

【0060】

また、本実施形態においても、複数の剥離状態検出センサー１１８を、タンク軸線ＣＸの方向に沿った複数の列において、それぞれ円周状に設置した構成としてもよい。このようにすれば、タンク肩部１０６において発生する層間剥離の位置として、周方向に沿った位置だけでなく、タンク軸線ＣＸの方向に沿った位置についても位置標定法等に基づいて求めることが可能である。

【0061】

なお、本実施形態の場合には、タンク肩部１０６の外周側表面にＡＥセンサーを用いた剥離状態検出センサー１１８を設置した構成を例に説明したが、タンク肩部１０６の内周側表面に剥離状態検出センサー１１８を設置した構成としてもよい。

【0062】

本発明は、上述の実施形態や実施例、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、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、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】

【0063】

１０…ライナー
１１…シリンダー部
１２…ドーム部
２０…繊維強化樹脂層
２４…肩部内層領域
３０…バルブ側口金
４０…エンド側口金
５０…プラグ
１００…高圧タンク
１０２…シリンダー部
１０４…ドーム部
１０４ｂ…ドーム部
１０４ｅ…ドーム部
１０６…タンク肩部
１１０…剥離状態検出センサー
１１０ａ〜１１０ｄ…剥離状態検出センサー
１１２…送波器
１１４…受波器
１１６…剥離状態検出センサー
１１８…剥離状態検出センサー
１２０…判定部
１２０Ｆ…判定部
１２０Ｇ…判定部
１０００…検査システム
１０００Ｂ〜１０００Ｇ…検査システム
ＣＸ…タンク軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】