特許 6798800 圧力タンクの検査方法、検査システム及び検査プログラム

(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】6798800

(24)【登録日】2020年11月24日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】圧力タンクの検査方法、検査システム及び検査プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01M 99/00 20110101AFI20201130BHJP

【ＦＩ】

   G01M99/00 Z

【請求項の数】7

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2016-119547(P2016-119547)

(22)【出願日】2016年6月16日

(65)【公開番号】特開2017-223564(P2017-223564A)

(43)【公開日】2017年12月21日

【審査請求日】2019年6月11日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「水素利用技術研究開発事業／燃料電池自動車及び水素供給インフラの国内規制適正化、国際基準調和・国際標準化に関する研究開発」に係る委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000003285

【氏名又は名称】千代田化工建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100096943

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 伸一

(74)【代理人】

【識別番号】100102808

【弁理士】

【氏名又は名称】高梨 憲通

(74)【代理人】

【識別番号】100128668

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 正巳

(74)【代理人】

【識別番号】100134393

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 克彦

(74)【代理人】

【識別番号】100154162

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 浩輔

(72)【発明者】

【氏名】前田 守彦

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 裕晶

(72)【発明者】

【氏名】日置 輝夫

(72)【発明者】

【氏名】甲斐 大介

【審査官】 福田 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０３１６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０２７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３９６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０５５２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０７４９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０５７９８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０４７２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０３０２１８６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ １３／００−１３／０４５；９９／００

Ｇ０１Ｎ ２９／００−２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧力タンクから発生するアコースティックエミッション波を検知し、
検知された前記アコースティックエミッション波に基づいてアコースティックエミッションパラメータを取得し、
前記アコースティックエミッションパラメータに基づいて前記圧力タンクの損傷を判断する圧力タンクの検査方法において、
前記圧力タンクが、中圧力タンクと、該中圧力タンクよりも内圧の変動範囲が広い低圧力タンクと、該中圧力タンクよりも内圧の変動範囲が狭い高圧力タンクを含み、前記中圧力タンク、前記低圧力タンク及び前記高圧力タンクのそれぞれから発生するアコースティックエミッション波を検知し、
前記中圧力タンクと前記低圧力タンクと前記高圧力タンクのそれぞれについて、前記アコースティックエミッション波のうち当該圧力タンクの疲労損傷の進展に起因する第２周波数帯域における振幅値の代表値の、前記アコースティックエミッション波の前記第２周波数帯域とは異なる第１周波数帯域における振幅値の代表値に対する割合である振幅比の値を、前記アコースティックエミッションパラメータとして取得し、
前記中圧力タンクと前記低圧力タンクと前記高圧力タンクのそれぞれについて、前記振幅比の値を個別に所定の管理値と比較し、各振幅比の値の全てが前記管理値未満の場合には前記圧力タンクが正常であると判断し、各振幅比の値の何れかが前記管理値以上の場合には前記圧力タンクが異常であると判断する方法であって、
前記中圧力タンクの前記管理値と、前記低圧力タンクの前記管理値と、前記高圧力タンクの前記管理値とが互いに異なるように設定されていることを特徴とする方法。

【請求項2】

前記中圧力タンクと前記低圧力タンクと前記高圧力タンクのそれぞれについて、前記第２周波数帯域は、前記第１周波数帯域よりも狭い周波数帯域である請求項１に記載の検査方法。

【請求項3】

前記中圧力タンクと前記低圧力タンクと前記高圧力タンクのそれぞれについて、前記アコースティックエミッション波を検知するセンサーを当該圧力タンクのバルブに取り付ける請求項１または２に記載の検査方法。

【請求項4】

前記中圧力タンクと前記低圧力タンクと前記高圧力タンクのそれぞれについて、初期時点における前記圧力タンクから発生するアコースティックエミッション波を検知して振幅比の初期値を予め取得し、
前記振幅比の値と前記初期値との比較結果に基づいて、前記振幅比の値の変動を予測する請求項１から３のいずれか１項に記載の検査方法。

【請求項5】

請求項１に記載の圧力タンクの検査方法を実施するための圧力タンクの検査システムであって、
前記中圧力タンクと前記低圧力タンクと前記高圧力タンクからそれぞれ発生するアコースティックエミッション波を検知するセンサーと、
検知された各アコースティックエミッション波に基づいてそれぞれアコースティックエミッションパラメータを取得するパラメータ取得部であって、各アコースティックエミッション波の第１周波数帯域の振幅値における代表値に対する、該アコースティックエミッション波の前記第１周波数帯域とは異なる第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を、当該圧力タンクの前記アコースティックエミッションパラメータとして取得するパラメータ取得部と、
取得した各振幅比の値をそれぞれ個別に所定の管理値と比較し、各振幅比の値の全てが当該圧力タンクについての前記所定の管理値未満の場合には圧力タンクが正常であると判断し、各振幅比の値の何れかが当該圧力タンクについての前記所定の管理値以上の場合には圧力タンクが異常であると判断する判断部と、を備える検査システム。

【請求項6】

前記パラメータ取得部が取得した各振幅比の値を出力する出力部を備える請求項５に記載の検査システム。

【請求項7】

請求項５に記載の圧力タンクの検査システムで用いる検査プログラムであって、
前記中圧力タンクと前記低圧力タンクと前記高圧力タンクからそれぞれ発生するアコースティックエミッション波に基づいてアコースティックエミッションパラメータを取得するパラメータ取得部として機能するコンピューターに搭載されることにより、
前記コンピューターが、パラメータ取得部として、各アコースティックエミッション波の第１周波数帯域の振幅値における代表値に対する、該アコースティックエミッション波の前記第１周波数帯域とは異なる第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を、当該圧力タンクの前記アコースティックエミッションパラメータとして取得するとともに、
取得した各振幅比の値をそれぞれ個別に所定の管理値と比較し、各振幅比の値の全てが当該圧力タンクについての前記所定の管理値未満の場合には圧力タンクが正常であると判断し、各振幅比の値の何れかが当該圧力タンクについての前記所定の管理値以上の場合には圧力タンクが異常であると判断する判断部としてもさらに機能するように、前記コンピューターを動作させる検査プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧力タンクの検査方法、検査システム及び検査プログラムに関し、特に圧力タンクから発生するアコースティックエミッション波を検知して疲労損傷を検査するための検査方法等に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地球温暖化及び化石燃料の枯渇といった課題に対し、省エネルギーの抜本的強化、エネルギーセキュリティの向上、及び環境負荷の低減が求められている。燃料電池自動車（ＦＣＶ）に関する技術と、水素製造、水素輸送及び水素貯蔵に関する技術は、わが国の政策において重要技術と位置づけられ、早期の普及拡大が期待されている。ＦＣＶ関連産業の競争力向上の為には、水素ステーションの安全性及び信頼性を更に高めることにより、社会受容性の確保に繋げ、水素ステーションの設置を促進する事が不可欠となる。

【0003】

この水素ステーションは、水素供給源に接続される高圧圧縮機と、高圧圧縮機に接続される複数の蓄圧器（圧力タンク）と、蓄圧器に接続されＦＣＶに水素を供給するディスペンサーとを有するシステム構成を備える。従来は蓄圧器が鋼製の圧力タンクに限定されていた為に厚肉となり、水素ステーションの設置するための大幅なコストアップを招いていた。そのため、鋼製の圧力タンクに比べて軽量であり、且つコストダウンが期待される複合容器からなる圧力タンクを使用できるように技術基準が整備されつつある。

【0004】

主な４種類の圧力タンクの構造を図１Ａ〜Ｄに示す。なお、図１Ａ〜Ｄにおいては、各圧力タンクの左側部分が容器外部を示す概略側面図であり、各圧力タンクの右側部分が容器内部を示す概略断面図である。図１Ａは金属製の圧力タンクであるタイプ１容器１０を示している。また図１Ｂは、クロモリブデン鋼等の金属製のライナー２１と、ライナー２１の胴部にフープ巻きされた炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）製のフープ層２２とを有する複合容器（圧力タンク）であるタイプ２容器２０を示している。

【0005】

図１Ｃは、アルミ合金等の金属製のライナー３１と、ライナー３１の胴部にフープ巻きされたＣＦＲＰ製のフープ層３２と、ライナー３１の鏡部にヘリカル巻きされたＣＦＲＰ製のヘリカル層３３とを有する複合容器であるタイプ３容器３０を示している。さらに、図１Ｄは、熱可塑性樹脂製のライナー４１と、ライナー４１の胴部にフープ巻きされたＣＦＲＰ製のフープ層４２と、ライナー４１の鏡部にヘリカル巻きされたＣＦＲＰ製のヘリカル層４３と、ライナー４１に設けられた口金４４とを有する複合容器であるタイプ４容器４０を示している。

【0006】

水素ステーションでの圧力タンクの主な劣化現象は、圧力タンクへの水素供給による昇圧とＦＣＶへの水素放出による減圧の繰り返しによるライナーの疲労損傷である。疲労損傷はライナー内面に発生し、内面から進展してライナーを貫通して水素漏洩が発生する。水素漏洩を防止するための保安検査に求められるのは、水素ステーションの運用を大きく妨げることなく、圧力タンクの供用中に疲労損傷の進展状況を把握することである。

【0007】

圧力タンクの疲労損傷の検査方法として、目視検査、浸透探傷検査、超音波探傷検査、及び放射線透過検査が検討されている。疲労損傷は、圧力タンクの使用中にライナーの内面から発生し、疲労損傷が進展して、ライナーを貫通することで水素が漏洩する。そのため、漏洩を未然に防ぐために、疲労損傷の進展を検査する検査技術が必要とされている。しかしながら、検討されている上記検査方法はいずれも以下に示すように保安検査として不十分である。

【0008】

外面からの目視検査では、検査員がライナーの内面に発生した疲労損傷を発見することはできない。また、検査員は、圧力タンクの使用を停止して圧力タンク内部を開放し、ファイバースコープでライナーの内面を目視で検査することもできる。しかし、疲労損傷は極めて微細なき裂であるために目視では検出できない。また、圧力タンクを開放する作業は水素ステーションの運用を停止する必要があり、供用中に検査できないため休業等の影響を与える。

【0009】

浸透探傷検査では、圧力タンクの使用を停止して圧力タンク内部を開放し、ライナー内面から疲労損傷による微細なき裂を検知することができる。しかしながら、浸透探傷検査では金属製のライナー内面に浸透液を塗布する為、検査後に完全に浸透液を除去することは困難である。そのため、圧力タンク内が浸透液に汚染され、９９．９９％以上の水素純度を要求されるＦＣＶ用燃料を保管できなくなる可能性がある。また、圧力タンクを開放する作業は水素ステーションの運用を停止する必要があり、供用中に検査できないため休業等の影響を与える。

【0010】

超音波探傷検査では、圧力タンクを開放せずに圧力タンクの外面から検査員が超音波を入射して疲労損傷からの反射波を検出して分析することで疲労損傷の進展を検査する。例えば、タイプ２容器２０の鏡部は、超音波による疲労損傷の検知が可能である。しかし、タイプ２容器２０の胴部では、ＣＦＲＰ製のフープ層２２に起因して、超音波による疲労損傷の検知は困難である。また、３００Ｌの容量の圧力タンクの胴部は、直径０．５ｍ程度、長さ３〜６ｍ程度と探傷範囲が広いため、検査に時間を要する。さらに、超音波探傷検査では圧力タンク内の水素を排出する必要があり、供用中に検査できないため休業等の影響を与える。

【0011】

また、水素ステーションにおいては、複数の圧力タンクが重なってカードルに搭載されている。そのため、圧力タンクの表面にアクセスできないために、超音波を入射できない圧力タンクがある。カードルから圧力タンクを取り出せば超音波を入射することもできるが、圧力タンクを取り出すために水素ステーションの運用を停止する必要があり、供用中に検査できないため休業等の影響を与える。さらに、取り外した圧力タンクをカードルに再搭載するには、搭載後の検査時間を含めて１週間程度の期間を要する。また、タイプ３容器３０の金属製のライナー３１は、その全面が厚いＣＦＲＰ製のフープ層３２で覆われている。ＣＦＲＰは超音波の減衰が大きいため、超音波探傷検査による疲労損傷の検出は困難である。

【0012】

放射線透過試験では、水素ステーションのカードルに搭載された圧力タンクを取り外す必要がある。圧力タンクを取り出す作業は水素ステーションの運用を停止する必要があり、供用中に検査できないため休業等の影響を与える。さらに、取り外した圧力タンクをカードルに再搭載するには、搭載後の検査時間を含めて１週間程度の期間を要する。

【0013】

そのため、供用中の圧力タンクの疲労損傷に対する実用的な検査方法が必要とされている。特に図１Ｂに示すタイプ２容器２０と、図１Ｃに示すタイプ３容器３０においては、ＣＦＲＰ製のフープ層２２，３２によって金属製のライナー２１，３１が強化されている。これにより、フープ層２２，３２に厚く包まれたライナー２１，３１の内面の非常に微細なき裂は、ライナー２１，３１の肉厚方向へと進展する。そして、このような疲労損傷に対する実用的な検査方法は存在していない。

【0014】

この点、非破壊検査技術の一種であるアコースティックエミッション（ＡＥ）法を用いて金属材料の疲労損傷の進展状況を検査する事例が多数存在する。ＡＥ法では、検査対象にＡＥセンサーを設置し、試験対象内部のき裂の進展に伴って発生する弾性波（ＡＥ波）を受動的に検出して、検査対象の損傷を検知する。例えば、特許文献１は、ＡＥ法を用いて回転機械内の軸受の寿命を診断する軸受診断方法を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】特開２０１２−２４２３３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

しかし、ＡＥパラメータは、検査対象に大きく影響を受けるため、軸受けの寿命診断方法をそのまま圧力タンクの検査方法とすることはできない。

【課題を解決するための手段】

【0017】

上記課題を解決するため、本発明の一例としての圧力タンクの検査方法は、前記圧力タンクから発生するアコースティックエミッション波を検知し、検知された前記アコースティックエミッション波に基づいてアコースティックエミッションパラメータを取得し、前記アコースティックエミッションパラメータに基づいて前記圧力タンクの損傷を判断することを特徴とする。

【0018】

また、本発明の他の例としての圧力タンクの検査システムは、前記圧力タンクから発生するアコースティックエミッション波を検知するセンサーと、検知された前記アコースティックエミッション波に基づいてアコースティックエミッションパラメータを取得するパラメータ取得部であって、前記アコースティックエミッション波の第１周波数帯域の振幅値における代表値に対する、前記アコースティックエミッション波の前記第１周波数帯域とは異なる第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を、前記アコースティックエミッションパラメータとして取得するパラメータ取得部と、を備えることを特徴とする。

【0019】

また、本発明の他の例としての圧力タンクの検査プログラムは、前記圧力タンクから発生するアコースティックエミッション波に基づいてアコースティックエミッションパラメータを取得するパラメータ取得部としてコンピューターを機能させ、前記パラメータ取得部は、前記アコースティックエミッション波の第１周波数帯域の振幅値における代表値に対する、前記アコースティックエミッション波の前記第１周波数帯域とは異なる第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を、前記アコースティックエミッションパラメータとして取得することを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

これにより、圧力タンクの供用中に、圧力タンクの疲労損傷を検査することができる。

【0021】

本発明のさらなる特徴は、添付図面を参照して例示的に示した以下の実施例の説明から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】容器外部の概略側面図と、容器中央を長手方向に沿って切断した概略断面図とを示し、Ａはタイプ１容器を示し、Ｂはタイプ２容器を示し、Ｃはタイプ３容器を示し、Ｄはタイプ４容器を示している。

【図2】圧力タンクの端部周辺の概略斜視図である。

【図3】２００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの周波数帯域のＡＥ振幅値と、漏洩までのサイクル数との関係を示すグラフである。

【図4】全周波数帯域のＡＥ振幅値と、漏洩までのサイクル数との関係を示すグラフである。

【図5】ＡＥ振幅比と、漏洩までのサイクル数との関係を示すグラフである。

【図6】ＡＥ振幅比と、応力振幅との関係を示すグラフである。

【図7】第１実施形態に係る検査システムを示す概略ブロック図である。

【図8】検査手順を説明するフローチャートである。

【図9】第２実施形態に係る検査システムを示す概略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明を実施するための例示的な実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態で説明する寸法、材料、形状及び構成要素の相対的な位置等は任意であり、本発明が適用される装置の構成又は様々な条件に応じて変更できる。また、特別な記載がない限り、本発明の範囲は、以下に具体的に記載された実施形態に限定されるものではない。

【実施例】

【0024】

［第１実施形態］
検査対象のアコースティックエミッションパラメータ（ＡＥパラメータ）は、ＡＥセンサーが検知したＡＥ波を信号処理して取得される。具体的に、ＡＥパラメータは、ＡＥ発生数、ＡＥ振幅、ＡＥエネルギー、ＡＥ波形（最大振幅値、立ち上がり時間、及び持続時間等）、ＡＥ周波数、ＡＥ平均値、ＡＥ実効値、ＡＥ計数率、及びＡＥ計数総数等を含んでいる。疲労損傷の進展状況を検査する際にＡＥ法を用いる場合、一般的に疲労損傷の進展に伴ってＡＥ発生数、ＡＥ振幅及びＡＥエネルギーの絶対値等のＡＥパラメータが右肩上がりに増加する。発明者らは、ＡＥパラメータのうち、特にＡＥの振幅値が、疲労損傷の進展に伴って右肩上がりに増加することを試験片を用いた疲労試験において確認した。そのため、このパラメータを検査指標に用いれば、圧力タンクの疲労損傷の進展状態を把握することができる。

【0025】

［ＡＥセンサーの設置場所］
ＡＥセンサーを圧力タンクに設置する場合、特に図１Ｂのタイプ２容器２０及び図１Ｃのタイプ３容器３０にＡＥセンサーを設置する場合には工夫が必要となる。何故ならば、例えば、タイプ２容器２０の金属製のライナー２１は、その表面がＣＦＲＰ製のフープ層２２で覆われており、ライナー２１の外部への露出部がほとんど無い。そのため、ＡＥセンサーをライナー２１へ直接設置することができず、感度よくＡＥを検出することができないからである。また、フープ層２２へＡＥセンサーを設置することはできるが、ＣＦＲＰは減衰が大きい為、ＡＥの検出感度が低くなってしまって現実的ではない。タイプ３容器３０についても、同様にＡＥの検出感度が低くなってしまう。

【0026】

そこで、感度良くＡＥ波を計測するためのＡＥセンサーの設置場所について、圧力タンク５０の端部周辺を拡大して示す図２を参照して説明する。なお、圧力タンク５０の両端は同様の構成を備えているので、その一端のみを説明して他端の説明は省略する。

【0027】

一般的に圧力タンク５０の端部には容器バルブ５１が設けられており、当該バルブ５１には水素パイプ５２を取り付け可能である。そして、バルブ５１には、圧力タンク５０にバルブ５１を固定する工具（レンチ）と当接するための平面部５３が設けられている。そこで、ＡＥセンサー５４は、バルブ５１の平面部５３に接着する。これにより、容器バルブ５１は、金属製のライナーに金属製の螺子で強固に固定されているため、ＡＥセンサー５４は感度良くＡＥ波を計測できる。

【0028】

バルブ５１の平面部５３に設置する場合、ＡＥセンサー５４は、水素ステーションでの供用中に圧力タンク５０を開放せずに設置できる。さらに、バルブ５１には一般的に平面部５３が設けられているため、ＡＥセンサー５４を取り付けるために別途の平面を形成する必要がない。なお、ＡＥセンサー５４の取り付けは、一般的な手法によって行う。例えば、ＡＥセンサー５４が圧電素子型である場合には、まず容器バルブ５１の平面部５３に治具（不図示）を固定する。そして、固定された治具に、ＡＥセンサー５４を挿入し、ＡＥセンサー５４の後方から弾性体を介して螺子等で固定する。さらに、ノイズ対策のための絶縁テープをＡＥセンサー５４のケースに巻きつけてもよい。また、ワセリン等の接触媒質をＡＥセンサー５４の受波面に塗布してもよい。

【0029】

［振幅比］
ＡＥ発生数、ＡＥ振幅及びＡＥエネルギーの絶対値は、検査条件（ＡＥセンサーの設置場所、評価対象、及び圧力変動の範囲等）の影響を大きく受ける。そのため、圧力タンクに常時取り付けられたＡＥセンサーでモニタリングすれば疲労損傷を検査できるが、定期検査となる供用中の検査には適していない。一方、検査条件に影響を受けないＡＥパラメータとして、ＡＥ周波数がある。そして、発明者らが試験片で疲労試験を行った結果、疲労損傷の進展に伴う圧力タンクのＡＥは、高周波数（例えば、２００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ）であることが明らかになった。

【0030】

すなわち、フープ層からのＡＥを除去するために周波数フィルタで低周波数（例えば、１００ｋＨｚ以下）のＡＥを除去して得られた高周波数の周波数帯域のＡＥが、疲労損傷の進展に伴う圧力タンクのＡＥであることが明らかになった。なお、圧力タンクには常用圧力以上の加圧で自緊処理が行われる為、常用圧力で使用していれば、カイザー効果が特に顕著なＣＦＲＰ製のフープ層は破壊されない。このカイザー効果とは、材料に負荷を加えるとＡＥが発生するが一度除荷し再び負荷を加えると以前の最大負荷を越えるまでＡＥが発生しない、というＡＥ特有の不可逆現象である。そのため、圧力タンクの疲労損傷を評価する際には、ＣＦＲＰ製のフープ層の破壊を考慮しないこともできる。

【0031】

しかしながら、圧力タンクの輸送中に生じたフープ層の表面損傷が起点になってフープ層の破壊が起こり、当該破壊に伴ってＡＥが発生することも考えられる。そのため、フープ層の破壊に伴うＡＥ波を金属製のライナーの疲労損傷に伴うＡＥ波と区別することが望ましい。具体的に、発明者らは、フープ層の破壊に伴うＡＥ波は、２００ｋＨｚ未満の周波数成分からなり、特に７０ｋＨｚの成分を多く含んでいることを実験結果から確認している。

【0032】

しかし、発明者らが、タイプ３容器３０を用いた加速疲労試験を行った結果、疲労損傷の進展と高周波数のＡＥ振幅値との間に有意な相関が観察されない場合があった。これを、図３に示す２００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの周波数帯域のＡＥ振幅値のグラフを参照して説明する。なお、図３においては縦軸が各サイクルにおける最大ＡＥ振幅値の絶対値を示し、横軸が疲労試験のサイクル数を示す。この疲労試験においては、圧力タンクとして複合容器のＡＥ発生挙動を調査した。この複合容器の仕様は、設計圧力：４５ＭＰａ、最小破裂圧力：１３５ＭＰａ（破裂安全率３以上）、内容量：３０Ｌ、アルミライナー素材：Ａ６０６１−Ｔ６、フープ層素材：ＰＡＮ系であった。また、この複合容器の製造時には、自緊処理により２５３ＭＰａの残留圧縮応力が負荷されていた。

【0033】

疲労試験の試験条件は、圧力媒体：イオン交換水、圧力範囲：１〜７５ＭＰａ、繰り返し周波数：０．０５Ｈｚ、周方向応力範囲：−２５３〜５ＭＰａ、漏洩までの繰り返し数（サイクル数）：２４，９２５回であった。また、ＡＥセンサーとしてＶＳ１５０−ＲＩＣセンサ（Ｖａｌｌｅｎ製）を、複合容器の両端のバルブの平面部に取り付けた。さらに、ＡＥセンサーとしてＡＥ−１４４Ａセンサ（富士セラミック製）を、複合容器の両端のバルブの平面部に取り付けた。また、ＡＥ計測装置はＡＭＳＹ−５（Ｖａｌｌｅｎ製）を使用した。

【0034】

４５ＭＰａの設計圧力である複合容器に対し７５ＭＰａの内圧を負荷した所、約２万５千回のサイクルで漏洩が確認され、き裂はライナーの胴部からせん断型で貫通していた。このとき、２００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚのＡＥ振幅値の経時変化を観察しても、図３のグラフに示すように、サイクル数と共に上昇して疲労破壊直前で最大となるようなパターンにはならなかった。

【0035】

複合容器には自緊処理が施され、金属製のライナーに塑性変形を引き起こしてライナーの平均応力を圧縮側にシフトする（製造時に大きな残留圧縮応力をライナーに負荷する）ことによって疲労寿命が延命されている。そこで、発明者らは、疲労損傷の進展と高周波数のＡＥ振幅値との間に有意な相関が観察されなかった原因が、自緊処理による以下の３つの影響であると考えた。

【0036】

第１に、自緊処理によって金属製のライナーにすべり線が発生するが、すべり線に沿う疲労損傷のＡＥは振幅値が小さく発生数も少ない。第２に、疲労損傷の進展早期に、自緊処理による応力集中部、又は金属製のライナーを加工する際の微小傷からＡＥが発生する。第３に、自緊処理によってき裂がせん断方法に進展する現象が観察されていることから、せん断方向へき裂が進展する場合は、ＡＥの放射方向の影響とき裂先端へ負荷する応力が半減してＡＥ振幅値が小さくなる。

【0037】

この３つの影響により、試験片とは異なって複合容器の疲労試験時には、２００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの低振幅値の疲労損傷の進展に伴うＡＥに加えて、局部応力の集中部又は初期き裂が原因の高振幅値の多数のＡＥが計測されると考えられる。そのため、疲労損傷のＡＥはその他のＡＥに紛れてしまい、ＡＥ振幅値の経時変化だけでは疲労損傷の進展状況の観察が難しいと考えられる。

【0038】

しかしながら、振幅値は小さくても、疲労損傷の進展に伴うＡＥの周波数は２００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚであることは明らかである。そこで、発明者らは、当該周波数を強調することによって疲労損傷の進展状況を観察することを考えた。すなわち、発明者らは、特定周波数帯域におけるＡＥ振幅値を強調するために、圧力タンクのＡＥのうち疲労損傷に起因する周波数帯域におけるＡＥ振幅値を、検出された全ての周波数帯域におけるＡＥ振幅値で割ることによって「振幅比」を算出した。そして、発明者らは、上記加速疲労試験中の振幅比を検証した結果、疲労損傷が進むに伴って、振幅比が右肩上がりに増加することを確認した。

【0039】

具体的に、図４は検出された全周波数帯域におけるＡＥ振幅値を示すグラフである。図３と同様に、図４においても縦軸がＡＥ振幅値を示し、横軸が疲労試験のサイクル数を示す。また、各サイクルにおいて、２００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの周波数帯域におけるＡＥ振幅値の代表値を、全周波数帯域におけるＡＥ振幅値の代表値で割って算出した振幅比（絶対値）を図５のグラフに示す。なお、図５の振幅比の算出には、代表値として各サイクルにおける最大ＡＥ振幅値の絶対値を用いた。

【0040】

図５に示すように、振幅比が約０．２程度から疲労損傷の進展に伴って右肩上がりに上昇していることがわかる。このことから、水素ステーションの圧力タンクの供用中に定期的にＡＥを計測し、振幅比の変化を記録して管理する保全検査によって、安全性を担保しつつ合理的な圧力タンクを運用できることがわかった。

【0041】

［応力振幅と振幅比］
次に、発明者らは、実際の水素ステーションにおける応力振幅と振幅比の関係を、平板試験片を用いた実験で検討した。この平板試験片の条件は、試験片の形状：長方形、試験片の長さ：２５０±０．１５ｍｍ、試験片の幅：３０±０．１５ｍｍ、試験片の厚み：１２±０．１５ｍｍであった。また、平板試験の試験条件は、負荷変動：０．８ＭＰａ〜３３６ＭＰ、繰り返し数（サイクル数）：約５万サイクル（破断しない試験片を含む）であり、いずれの試験条件も最大負荷はアルミ合金の耐力以上の塑性応力下とした。

【0042】

また、平板試験では、平板試験片の上面四点を加圧する上部治具と、平板試験片の下面四点を支持する下部治具とを備える片振り四点曲げ疲労試験装置を用いた。平板試験片の長さ方向において、下部治具の支持点同士の間隔（７０ｍｍ）は、上部治具の加圧点同士の間隔（２１０ｍｍ）よりも狭くした。これにより、負荷上昇時には、下部治具の支持点同士の間に位置する平板試験片の略中央部が下から押し上げられるように、上側が凸になって平板試験片が曲がり、平板試験片の上面側に引張力が働く。これにより、平板試験片の略中央部に疲労き裂が発生するようにした。

【0043】

平板試験片の上面には、疲労き裂を検知するために２個のＡＥセンサーを設置した。２個のＡＥセンサーは、平板試験片の長さ方向に沿った二等分線上において、それぞれ平板試験片の幅方向に沿った二等分線から５０ｍｍ離間した位置に設置された。さらに、圧子と平板試験片の接触摩擦に伴うノイズ等の外乱要因を検知するために、参照用のＡＥセンサーを上部治具及び下部治具にそれぞれ１個ずつ設置した。そして、ＡＥセンサー毎のＡＥ波の到達時間差を用いて、疲労き裂の発生エリアのみのＡＥ波を選択的に抽出し、四点曲げの四つの圧子の接触面でのノイズ信号と区別した。なお、ＡＥセンサーはＡＥ−１４４Ａ（富士セラミック製）を使用し、ＡＥ計測装置はＡＭＳＹ−５（Ｖａｌｌｅｎ製）を使用した。

【0044】

複数回行った疲労試験の結果を図６に応力振幅と振幅比で整理した。図６においては、応力振幅の疲労寿命（未破断の場合は試験期間）の初期０〜１０％の平均振幅比を丸マークで示し、疲労寿命の後期８０％〜１００％の平均振幅比を四角マークで示している。さらに、図６中に点線で囲った条件の応力振幅の試験では、２０００万サイクルに至っても未破断であったので試験を中止した。図６に示すように、応力振幅が小さいときは、平均振幅比は０．３未満を維持して破断に至らない。しかし、応力振幅が大きいときは、試験開始直後から平均振幅比が大きく（例えば０．３以上）、疲労寿命の後期に平均振幅比が０．５〜０．６に至ると試験片が破断する。

【0045】

この結果、加速疲労試験のように応力振幅が大きいときには、振幅比が疲労損傷の進展に伴って右肩上がりに増加し、振幅比は疲労寿命の初期から大きい事がわかった。さらに、応力振幅が大きい場合は、水素ステーションでの使用環境のような応力振幅が小さい場合と比較して振幅比が大きい事が分かった。一方、応力振幅が小さいときには、振幅比が小さく、２０００万回以上繰り返し負荷を印加しても、疲労損傷によるき裂は試験片を貫通しなかった。

【0046】

加速疲労試験では、試験時間を短縮するために圧力タンクの設計圧力の０〜１５０％の内圧を繰返し圧力タンクに負荷して、非常に厳しい（応力振幅が大きい）環境で試験する。一方、実際の水素ステーションでの圧力タンクの使用圧力は、最も厳しい条件でも設計圧力の６０％〜１００％であり、負荷される応力振幅は加速疲労試験に比較して小さい。

【0047】

図６に示すように、応力振幅が小さい場合は、振幅比が小さく、２０００万回以上繰り返し負荷を印加しても疲労損傷によるき裂が試験片を貫通しない。すなわち、圧力タンクの保全検査として振幅比を用いた場合、水素ステーションで通常使用している（応力振幅が小さい）正常な圧力タンクの振幅比は小さい（例えば０．３未満）といえる。そのため、振幅比が管理値（例えば０．３）よりも小さいことを定期的に確認すれば、健全性を担保しつつ圧力タンクを継続的に使用できる。

【0048】

［検査システム］
続いて、図７及び図８を参照して、水素ステーションにおける圧力タンクのＡＥ波を用いた供用中の保安検査について説明する。なお、図７は水素ステーション内の圧力タンクの検査システム１００を示す概略ブロック図であり、図８は検査手順を説明するフローチャートである。

【0049】

図７に示すように、複数の圧力タンク（第１圧力タンク１１０、第２圧力タンク１２０及び第３圧力タンク１３０）は、水素ステーション内に設置されたカードル１４０に固縛設置されている。そして、第１圧力タンク１１０、第２圧力タンク１２０及び第３圧力タンク１３０には、高圧圧縮機１４１によって昇圧された水素が一時的に貯えられている。圧力タンクが固定されたカードル１４０は、水素ステーションの事務所裏、あるいは水素ステーションの屋根上などに設置される。なお、カードル１４０には、３本よりも多い（例えば１６本）圧力タンクが設置されていてもよい。

【0050】

第１圧力タンク１１０、第２圧力タンク１２０及び第３圧力タンク１３０に蓄えられた水素は、ディスペンサー１４２によってＦＣＶ１４３に供給される。この水素の出し入れに伴って、各圧力タンクのライナーに繰返し応力が負荷される。各圧力タンクへの負荷サイクル数は、圧力計等を用いて不図示の記録装置に記録される。また、各圧力タンクの寸法、設計圧力サイクル数、及び使用可能サイクル数等の仕様も不図示の記録装置に記録されている。

【0051】

第１実施形態に係る検査システム１００は、第１圧力タンク１１０、第２圧力タンク１２０及び第３圧力タンク１３０から発生するＡＥ波を検知するセンサーとして、防爆型ＡＥセンサー１５０（ＦＢＧ型、ドップラー型またはマイケルソン型などの光ファイバー型のＡＥセンサー）を備えている。このＡＥセンサー１５０は、特に圧力タンクに流体が充填された加圧下において発生するＡＥ波を検知し、第１圧力タンク１１０、第２圧力タンク１２０及び第３圧力タンク１３０の両端においてそれぞれのバルブ５１の平面部５３に接着されている。さらに、検査システム１００は、ＡＥ分析装置として機能するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１６０と、ＡＥ分析装置１６０に接続されたＡＥ計測装置１７０とを備えており、ＡＥ分析装置１６０とＡＥ計測装置１７０とはＡＥ計測車１８０内に設置されている。

【0052】

ＡＥ分析装置１６０は、ＣＰＵ（不図示）と、制御プログラム等を記憶した記憶部１６１とを有している。そして、ＣＰＵは、記憶部１６１に記憶されたプログラム等に基づいて、ＡＥ分析装置１６０の全体を制御すると共に、各種処理についても統括的に制御する。また、記憶部１６１は、ＣＰＵが動作するためのシステムワークメモリであるＲＡＭ、プログラム若しくはシステムソフトウェア等を格納するＲＯＭ、及び／又はハードディスクドライブ等を有する。なお、ＡＥ分析装置１６０及びＡＥ計測装置１７０は、圧電素子型ＡＥセンサー用のＡ／Ｄ変換手段、光ファイバー型ＡＥセンサー用の光信号処理手段及びＡ／Ｄ変換手段等の他の手段をさらに備えることができる。

【0053】

第１実施形態では、ＣＰＵが、ＲＯＭやハードディスクドライブに記憶された制御プログラムに従って、種々の演算、制御、及び判別などの処理動作を実行できる。また、ＡＥ分析装置１６０には、所定の指令あるいはデータなどを入力するキーボード又は各種スイッチ等を含む操作部、装置の入力状態、設定状態、計測結果、及び各種情報等を表示する表示部等の外部機器が、有線接続又は無線接続されている。なお、ＣＰＵは、ＣＤ（Compact Disc）、又はインターネット上のサーバ等の外部記憶媒体に記憶されたプログラムに従って制御することもできる。

【0054】

記憶部１６１には検査プログラムが実装されている。そして、検査プログラムに対応してＣＰＵが各種処理を実行することにより、コンピューターのパラメータ取得部１６２、判断部１６３、及び出力部１６４等の各部が各種機能として論理的に実現される。すなわち、検査プログラムは、コンピューターとしてのＡＥ分析装置１６０を、パラメータ取得部１６２、判断部１６３、及び出力部１６４として機能させて、後述する圧力タンクの検査方法を実行する。なお、検査プログラムは、コンピューター読み取り可能な内部又は外部の記録媒体に記録されている。

【0055】

ＡＥ分析装置１６０は、検知されたＡＥ波に基づいてＡＥパラメータを取得するパラメータ取得部１６２を備えている。このパラメータ取得部１６２は、ＡＥセンサー１５０が検知したＡＥ波を、ＡＥ計測装置１７０を介して信号処理されたＡＥ信号として取得する。そして、パラメータ取得部１６２は、ＡＥ信号を信号処理して、ＡＥ波の第１周波数帯域（基準周波数帯域）の振幅値における代表値として、例えば最大ＡＥ振幅値の絶対値を取得する。同様に、パラメータ取得部１６２は、ＡＥ信号を信号処理して、ＡＥ波の第２周波数帯域（対象周波数帯域）における振幅値の代表値として、例えば最大ＡＥ振幅値の絶対値を取得する。

【0056】

パラメータ取得部１６２は、第１周波数帯域の振幅値における代表値に対する、第２周波数帯域における振幅値の代表値の割合を算出する。これにより、パラメータ取得部１６２は、ＡＥパラメータとして振幅比の値を取得する。また、パラメータ取得部１６２は、ＡＥの計測結果として振幅比の値を記憶部１６１に送り、記憶部１６１は受け取った計測結果を記憶する。なお、第２周波数帯域とは、疲労損傷の進展に起因して発生したＡＥ周波数であり、例えば２００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの周波数帯域である。また、第１周波数帯域とは、第２周波数帯域とは異なる周波数帯域であり、例えば第２周波数帯域を含む全周波数帯域である。ただし、第１周波数帯域及び第２周波数帯域は検査対象によって異なるため、上記例示の範囲に限定されない。なお、第２周波数帯域は、好ましくは第１周波数帯域よりも狭い周波数帯域である。

【0057】

ＡＥ分析装置１６０は、各圧力タンクが正常であるか異常であるかを判断する判断部１６３を備えている。この判断部１６３は、パラメータ取得部１６２が取得した振幅比の値を所定の管理値と比較し、振幅比の値が管理値未満の場合には各圧力タンクが正常であると判断する。また、判断部１６３は、振幅比の値が管理値以上の場合には各圧力タンクが異常であると判断する。そして、判断部１６３は、各圧力タンクが正常であること又は異常であることを示す情報を検査結果として記憶部１６１に送り、記憶部１６１は受け取った検査結果を記憶する。

【0058】

また、ＡＥ分析装置１６０は、パラメータ取得部１６２が取得した振幅比の値を出力する出力部１６４を備えている。この出力部１６４は、記憶部１６１に記憶された計測結果及び検査結果を出力する。すなわち、出力部１６４は、パラメータ取得部１６２が取得して記憶部１６１に記憶された振幅比の値を、ＡＥ分析装置１６０に接続される外部機器（不図示）に出力する。なお、ＡＥ分析装置１６０には、外部機器として、外部記憶装置、外部サーバ、ディスプレイ、印刷装置、又は通信機器等が有線接続又は無線接続される。また、出力部１６４は、外部機器のデータフォーマットに適応する形態で各種情報を出力する。

【0059】

［検査方法］
図８のフローチャートに示すように、保安検査を行う際に検査員は、まず水素ステーションの運用中にＡＥ計測車１８０を駐車して、水素ステーションの非防爆エリアにＡＥ分析装置１６０とＡＥ計測装置１７０を設置する（Ｓ１０１）。なお、非防爆エリアは、例えば、水素ステーションの管理事務所の内部エリア、又は水素ステーションに駐車したＡＥ計測車１８０の内部エリアである。

【0060】

そして、検査員は、ＡＥ波を検知するセンサーとして、防爆型ＡＥセンサー１５０を各圧力タンクのバルブ５１に取り付ける（Ｓ１０２）。このとき、ＡＥセンサー１５０は、各圧力タンクの片端のバルブ５１の平面部５３、あるいは各圧力タンクの両端のバルブ５１の平面部５３に瞬間接着剤で取り付けられる。その後、検査員は、取り付けたＡＥセンサー１５０とＡＥ計測装置１７０を信号ケーブルで接続する（Ｓ１０３）。接続が終了すると、ＡＥ計測装置１７０の初期設定と、環境ノイズ等の条件設定とを行って（Ｓ１０４）、ＡＥ計測の準備が完了する。

【0061】

ＡＥは、圧力タンクの内圧が一定の昇圧速度で昇圧中に計測することが望ましい。そこで、流体が充填されている加圧下において、各圧力タンクに取り付けたＡＥセンサー１５０によって、各圧力タンクから発生するＡＥ波を検知する（Ｓ１０５）。すなわち、水素ステーションでＦＣＶ１４３へ水素を供給し、各圧力タンクの使用最低圧力の状態から高圧圧縮機１４１によって各圧力タンクに水素を充填しているときのＡＥを計測する。このとき、水素充填による昇圧速度は一定とし、所定の計測期間（例えば１０サイクル程度の圧力変動中）のＡＥ波を計測する。そして、複数の圧力タンクに対して、同様の計測をそれぞれ実施する。なお、１回の保安検査で昇圧時のＡＥ計測を２〜３回実施することが好ましい。ただし、ＦＣＶ１４３への供給タイミングに依存するため、１回の保安検査におけるＡＥ計測は１回であってもよい。また、昇圧タイミングが合えば、一度に複数の圧力タンクのＡＥを計測することもできる。

【0062】

複数回の計測を行って計測されたＡＥ振幅値等は、ＡＥ計測装置１７０を介してＡＥ分析装置１６０内の記憶部１６１に記録される。また、ＡＥ計測装置１７０は検知されたＡＥ波を信号処理してＡＥ信号を生成し、ＡＥ分析装置１６０のパラメータ取得部１６２はＡＥ計測装置１７０を介して取得したＡＥ信号に基づいてＡＥパラメータを取得する（Ｓ１０６）。具体的にパラメータ取得部１６２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をＡＥパラメータとして取得する。そして、取得したＡＥパラメータは、ＡＥ分析装置１６０内の記憶部１６１に記録される。

【0063】

その後、ＡＥ分析装置１６０内の判断部１６３は、ＡＥパラメータに基づいて圧力タンクの疲労損傷を判断する（Ｓ１０７）。具体的に判断部１６３は、記憶部１６１に記憶された振幅比の値を、予め設定された管理値と比較する。そして、振幅比の値が管理値未満の場合、判断部１６３は、圧力タンクが正常であると判断し、正常であるとの検査結果を記憶部１６１に記憶させる。一方、振幅比の値が管理値以上の場合、判断部１６３は、圧力タンクが異常であると判断し、異常であるとの検査結果を記憶部１６１に記憶させる。なお、管理値は、水素の漏洩が生じたときの振幅比の値に達しない範囲で設定されており、実験によって求めることができる。

【0064】

また、判断部１６３は、取得した振幅比の値から予め計測された振幅比の初期値を減じて増加量を算出し、当該増加量に基づいて圧力タンクの損傷を判断することもできる。この場合、判断部１６３は、増加量が管理値未満の場合に正常であると判断し、増加量が管理値以上の場合に異常であると判断する。増加量が管理値を超えているか否かを検査することにより、異なる自緊処理が施された複数の圧力タンクについて、自緊処理の相違に起因して振幅比の初期値が大きく異なっていても、振幅比の増加量を基準に圧力タンクを管理できる。

【0065】

また、判断部１６３は、取得した振幅比の値と振幅比の初期値との比較結果に基づいて、振幅比の値の変動を予測することもできる。この場合、パラメータ取得部１６２は、初期状態における各圧力タンクから発生するＡＥ波を検知して振幅比の初期値を予め取得しておく。そして、判断部１６３は、過去の初期値から将来の振幅比の値を予測し、振幅比の予測値が予め設定された管理値（しきい値）を超えているか否かを判断する。これにより、振幅比の予測値が管理値よりも小さいことを定期的に確認すれば、健全性を担保しつつ圧力タンクを継続的に運用できる。なお、次回の計測サイクル数（例えば５０００サイクル）に達する時の振幅比の予測値は、例えば、過去に取得された複数の振幅比の値から求めた近似直線に基づいて算出できる。ここで計測サイクル数はＦＣＶ１４３への充填回数と等しい。

【0066】

さらに、ＡＥ分析装置１６０は、複数回計測して得られたＡＥ周波数スペクトラムを重ね合わせて記憶部１６１に記憶させてもよい。重ね合わせたＡＥ周波数スペクトラムを比較することによって、例えば２００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ帯域のＡＥ振幅値の増減を記憶部１６１に記録できる。なお、圧力タンクの仕様によっては、２００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ帯域以外にも顕著な増減を示す周波数シフトが発生する可能性もある。そのため、顕著な増減を示す周波数帯域のＡＥ振幅値も併せて記憶部１６１に記憶させる。

【0067】

その後、検査員は、計測結果及び検査結果をＡＥ分析装置１６０の出力部１６４によって出力し（Ｓ１０８）、水素ステーションの管理者に報告する。報告が終了すると、検査員は、水素ステーションから検査システム１００を撤収して保安検査が終了する。この保安検査は１年に１回〜数回定期的に実施でき、振幅比とＡＥ周波数帯域が記録される。また、新品の圧力タンクを水素ステーションに設置する際（初期時点）、及び設置から所定期間（例えば１年）経過したときには、振幅比の値を計測して記録しておくと共に、管理値以下であることを確認することが望ましい。さらに、保安検査は、圧力タンクの使用可能回数を超えたときに実施してもよい。

【0068】

水素ステーションの普及と運用には、圧力タンクの耐圧性能と強度を確認するために供用中の保安検査が不可欠であるが、実用的で有効な保安検査は存在していなかった。この点、第１実施形態によれば、圧力タンクの供用中に圧力タンクの疲労損傷を検査することができる。また、圧力タンクの金属製のライナーの疲労損傷の進展状況を、振幅比によって強調して検査できる。そのため、本発明によれば、圧力タンク、特に金属製のライナーを備えるタイプ１容器、タイプ２容器、及びタイプ３容器の疲労損傷の進展状況を検査できる。

【0069】

圧力タンクの使用可能回数は、設計圧力サイクル数を疲労設計安全率Ｋｎで除した回数と規定されている。例えば、１０万回の設計圧力サイクル数の圧力タンクの場合、疲労設計安全率Ｋｎ＝４．０の時は約２万５千回が使用可能回数である。そのため、現行の圧力タンクの使用可能回数は、圧力タンクの設計圧力サイクル数の５０％にも達しない。この点、第１実施形態によれば、使用可能回数を超えても疲労損傷の進展の兆候（振幅比の増加）が観察されなければ使用を延長できる。これにより、使用可能回数までは安全を確認しながら圧力タンクを運用でき、使用可能回数を超えても安全を確認しながら圧力タンクの使用を継続できる。そのため、安全安心な水素ステーションの普及に寄与することができる。

【0070】

さらに、使用可能回数を超えた複合容器は廃棄処分となるが、炭素繊維を大量に使用した複合容器の廃棄処分は容易ではない。そのため、水素ステーションが普及するに伴って廃棄処分の回数が今後の社会問題となる可能性もある。この点、第１実施形態によって複合容器の使用回数が増えれば、廃棄処分の回数低減にも貢献できる。

【0071】

なお、第１実施形態においては、光ファイバー型のＡＥセンサーについて説明したが、圧電素子型のＡＥセンサーを用いることもできる。ただし、光ファイバー型のＡＥセンサーであれば、防爆エリア内に設置された圧力タンクのＡＥ波を計測することができる。また、振幅比を算出する基準となるＡＥ振幅値の代表値は、最大ＡＥ振幅値には限定されない。例えば、複数の周波数帯域の最大ＡＥ振幅値の平均値、又は周波数帯域のＡＥ振幅値の中央値であってよい。

【0072】

［第２実施形態］
一般的に普及されると予想されている差圧充填式水素ステーションでは、高圧バンク（高圧力タンク：例えば８２〜８０ＭＰａ）と、中圧バンク（中圧力タンク：例えば８２〜７０ＭＰａ）と、低圧バンク（低圧力タンク：例えば８２〜５０ＭＰａ）との組み合わせによる３バンク切替方式が効率的である。この３バンク切替方式では、各圧力バンク同士の間で圧力変動の小さい充填を繰返し行うことが想定される。そのため、各圧力バンクの圧力変動が異なる結果、応力振幅が異なることにより、各圧力バンク毎に振幅比の値も異なる。

【0073】

そこで、第２実施形態においては、各圧力バンク毎に異なる管理値を設定して、計測した振幅比の値と比較する。具体的に図８に示す検査システム２００を参照して第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態の説明においては、第１実施形態との相違点について説明し、第１実施形態で説明した構成要素については説明を省略する。特に説明した場合を除き、同じ参照符号を付した構成要素は略同一の動作及び機能を奏し、その作用効果も略同一である。

【0074】

第２実施形態においては、第２圧力タンク（中圧力タンク）２２０よりも内圧の変動範囲が広い第１圧力タンク（低圧力タンク）２１０から発生するアコースティックエミッション波をさらに検知すると共に、第２圧力タンク２２０よりも内圧の変動範囲が狭い第３圧力タンク（高圧力タンク）２３０から発生するアコースティックエミッション波をさらに検知する。そして、第２圧力タンク２２０と、第１圧力タンク２１０と第３圧力タンク２３０とのそれぞれについて予め異なる管理値を設定する。

【0075】

また、第１圧力タンク２１０、第２圧力タンク２２０及び第３圧力タンク２３０には、それぞれ第１バルブ２９１、第２バルブ２９２及び第３バルブ２９３が付設されている。そして、第１バルブ２９１、第２バルブ２９２及び第３バルブ２９３が開閉することによって、ＦＣＶ１４３に対して差圧充填を行う圧力タンクが適宜切り替えられる。なお、３本よりも多い圧力タンク、例えば１バンクにつき３本の圧力タンクからなる合計９本の圧力タンクがカードル１４０に設置されていてもよい。

【0076】

ＦＣＶ１４３に充填する場合、まず、第２バルブ２９２及び第３バルブ２９３が閉じて、第１バルブ２９１のみが開くことにより第１圧力タンク２１０からディスペンサー１４２を介してＦＣＶ１４３に対して差圧充填を行う。その後、第１圧力タンク２１０の内圧が所定の変動範囲（例えば８２ＭＰａから５０ＭＰａの変動範囲）内に維持されるように、第１圧力タンク（低圧バンク）２１０からの流路が第２圧力タンク（中圧バンク）２２０からの流路に切り替えられる。そのために、第１バルブ２９１及び第３バルブ２９３が閉じて、第２バルブ２９２のみが開くことにより第２圧力タンク２２０からディスペンサー１４２を介してＦＣＶ１４３に対して差圧充填を行う。

【0077】

その後、第２圧力タンク２２０の内圧が所定の変動範囲（例えば８２ＭＰａから７０ＭＰａの変動範囲）内に維持されるように、第２圧力タンク（中圧バンク）２２０からの流路が第３圧力タンク（高圧バンク）２３０からの流路に切り替えられる。そのために、第１バルブ２９１及び第２バルブ２９２が閉じて、第３バルブ２９３のみが開くことにより第３圧力タンク２３０からディスペンサー１４２を介してＦＣＶ１４３に対して差圧充填を行う。そして、第３圧力タンク２３０の内圧が所定の変動範囲（例えば８２ＭＰａから８０ＭＰａの変動範囲）内に維持されるように差圧充填を行う。

【0078】

これにより、第１圧力タンク２１０のみからＦＣＶ１４３に対して差圧充填を行うと、例えば８２ＭＰａから４０ＭＰａまで内圧が低下する場合に、第１圧力タンク２１０の応力振幅をより小さく（例えば３２ＭＰａ）抑えることができる。同様に、第２圧力タンク２２０の応力振幅をより小さく（例えば１２ＭＰａ）抑え、第３圧力タンク２３０の応力振幅をより小さく（例えば２ＭＰａ）抑えることができる。

【0079】

このように各圧力バンクの圧力変動が異なる結果、応力振幅が異なることより、各圧力バンク毎に振幅比の値も異なる。そこで、第２実施形態においては、第２圧力タンク２２０の管理値と、第１圧力タンク２１０の管理値と、第３圧力タンク２３０の管理値とが互いに異なるように設定されており、ＡＥ分析装置１６０の判断部１６３は、各振幅比の値を各管理値と比較する。

【0080】

以上説明した第２実施形態によれば、圧力タンクの供用中に圧力タンクの疲労損傷を検査することができる。また、使用可能回数までは安全を確認しながら圧力タンクを運用でき、使用可能回数を超えても安全を確認しながら圧力タンクの使用を延長できる。さらに、第２実施形態によれば、３バンク切替方式を採用する場合であっても、圧力タンクの疲労損傷を圧力変動に応じて正確に検査することができる。

【0081】

以上、各実施形態を参照して本発明について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明に反しない範囲で変更された発明、及び本発明と均等な発明も本発明に含まれる。また、各実施形態及び各変形形態は、本発明に反しない範囲で適宜組み合わせることができる。

【0082】

例えば、本発明は、水素ステーション以外の場所に設置された圧力タンク、例えば車両に搭載された圧力タンクに適用することもできる。この場合、例えば車検時に圧力タンクのＡＥを計測するか、又はＡＥ計測装置１７０及びＡＥ分析装置１６０を車両に搭載して常時ＡＥを計測する。また、本発明は、流体が充填される前の空の圧力タンクに適用してもよい。

【0083】

また、ＡＥの計測結果及び検査結果は、ＡＥ分析装置１６０内の記憶部１６１に記憶することに代えて、又はこれに加えて外部記憶装置に記憶してもよい。例えば、ＡＥ分析装置１６０は、外部記憶装置とデータの送受信を行う通信部を備え、当該通信部を介して外部記憶装置にＡＥの計測結果及び検査結果を送信してもよい。

【0084】

また、第１周波数帯域（基準周波数帯域）は全周波数帯域でなくともよい。例えば、第１周波数帯域は、全周波数帯域からノイズフィルターによって不要な周波数帯域を除いた残りの周波数帯域であってもよい。また、第１周波数帯域は、第２周波数帯域（対象周波数帯域）を含んでいなくともよい。

【0085】

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

【0086】

（付記１）
圧力タンクの検査方法であって、
前記圧力タンクから発生するアコースティックエミッション波を検知し、
前記アコースティックエミッション波の第１周波数帯域における振幅値の代表値に対する、前記アコースティックエミッション波の前記第１周波数帯域とは異なる第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を算出し、
前記振幅比の値を所定の管理値と比較し、前記振幅比の値が前記管理値未満の場合には前記圧力タンクが正常であると判断し、前記振幅比の値が前記管理値以上の場合には前記圧力タンクが異常であると判断する検査方法。

【0087】

（付記２）
前記第２周波数帯域は、２００ｋHz〜３００ｋHzである付記１に記載の検査方法。

【0088】

（付記３）
前記第１周波数帯域は、前記アコースティックエミッション波の全周波数帯域である付記１に記載の検査方法。

【0089】

（付記４）
前記圧力タンクは、金属製のライナーとＣＦＲＰ製のフープ層とを有する付記１に記載の検査方法。

【0090】

（付記５）
前記アコースティックエミッション波を検知する光ファイバー型のセンサーを前記圧力タンクのバルブに取り付ける付記１に記載の検査方法。

【0091】

（付記６）
前記代表値は、所定の計測期間内における最大振幅値である付記１に記載の検査方法。

【0092】

（付記７）
圧力タンクの検査方法であって、
前記圧力タンクから発生するアコースティックエミッション波を検知し、
初期時点において、前記アコースティックエミッション波の第１周波数帯域における振幅値の代表値に対する、前記アコースティックエミッション波の前記第１周波数帯域とは異なる第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初期値を算出し、
前記初期時点よりも後に、前記振幅比の値を再度算出し、
前記再度算出した振幅比の値と前記初期値との差分を所定の管理値と比較し、前記差分が前記管理値未満の場合には前記圧力タンクが正常であると判断し、前記差分が前記管理値以上の場合には前記圧力タンクが異常であると判断する検査方法。

【符号の説明】

【0093】

５０：圧力タンク、５１：バルブ、５４：センサー、１００：検査システム、１６２：パラメータ取得部、１６３：判断部、１６４：出力部、２１０：低圧力タンク、２２０：中圧力タンク、２３０：高圧力タンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】