特許 7023360 蓄圧器の製造方法

(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】

(24)【登録日】2022-02-10

(45)【発行日】2022-02-21

(54)【発明の名称】蓄圧器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/02 20060101AFI20220214BHJP

【ＦＩ】

F17C13/02 301Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020525824

(86)(22)【出願日】2019-06-21

(86)【国際出願番号】 JP2019024751

(87)【国際公開番号】W WO2019245036

(87)【国際公開日】2019-12-26

【審査請求日】2020-06-29

(31)【優先権主張番号】P 2018118454

(32)【優先日】2018-06-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】391018019

【氏名又は名称】ＪＦＥコンテイナー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001461

【氏名又は名称】特許業務法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡野 拓史

(72)【発明者】

【氏名】長尾 彰英

(72)【発明者】

【氏名】石川 信行

(72)【発明者】

【氏名】松原 和輝

(72)【発明者】

【氏名】高野 俊夫

【審査官】佐藤 正宗

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００９／００８５１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－２２３５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６０２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０５７９８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国実用新案第２０６８００４７４（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１７Ｃ １３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄圧器に対してＡＥ信号を用いて当該蓄圧器を製造する蓄圧器の製造方法であって、
前記蓄圧器に配置されたＡＥセンサが、前記蓄圧器から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号が予め定めた状態となる応力水準の範囲を推定する第１推定工程と、
前記第１推定工程にて推定された応力水準を前記蓄圧器の最小肉厚に設計する第１設計工程と、
前記蓄圧器の材料の疲労特性に及ぼす水素の影響に基づいて、前記疲労特性での水素劣化が顕在化しない疲労限度を推定する第２推定工程と、
前記第２推定工程にて推定された疲労限度以下の応力水準を前記蓄圧器の最小肉厚に設計する第２設計工程と、
を含む蓄圧器の製造方法。

【請求項2】

蓄圧器に対してＡＥ信号を用いて当該蓄圧器を製造する蓄圧器の製造方法であって、
前記蓄圧器に配置されたＡＥセンサが、前記蓄圧器から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号が予め定めた状態となる応力水準の範囲を推定する第１推定工程と、
前記第１推定工程にて推定された応力水準を前記蓄圧器の最小肉厚に設計する第１設計工程と、
前記蓄圧器の素材の内面及び外面のうち少なくとも内面の脱炭層を除去する除去工程と、
を含む蓄圧器の製造方法。

【請求項3】

前記蓄圧器の材料の疲労特性に及ぼす水素の影響に基づいて、前記疲労特性での水素劣化が顕在化しない疲労限度を推定する第２推定工程と、
前記第２推定工程にて推定された疲労限度以下の応力水準を前記蓄圧器の最小肉厚に設計する第２設計工程と、
を含む請求項２に記載の蓄圧器の製造方法。

【請求項4】

前記蓄圧器の素材の内面及び外面のうち少なくとも内面の脱炭層を除去する除去工程を含む請求項１に記載の蓄圧器の製造方法。

【請求項5】

前記蓄圧器は、
前記蓄圧器に配置され、ＡＥ信号を検出するＡＥセンサを備える請求項１～４のいずれか１項に記載の蓄圧器の製造方法。

【請求項6】

前記蓄圧器は、
一部が開放された金属製の容器と、
前記容器の開放部分に設けられ、開放部分を閉塞する蓋部材と、
を備える請求項１～５のいずれか１項に記載の蓄圧器の製造方法。

【請求項7】

前記ＡＥセンサは、前記容器又は前記蓋部材のいずれか一方又は両方に設けられる請求項６に記載の蓄圧器の製造方法。

【請求項8】

前記容器は、両端部が開放された金属円筒部であり、
前記蓋部材は、前記金属円筒部の両端部の開放部分をそれぞれ閉塞する請求項６又は７に記載の蓄圧器の製造方法。

【請求項9】

前記蓄圧器は、
前記金属円筒部の外周を覆う炭素繊維強化樹脂部を備える請求項８に記載の蓄圧器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、たとえば水素などの高圧ガスなどが封入される蓄圧器の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、アコースティックエミッション（以下、ＡＥと称する）を用いて回転機械内の軸受の寿命を診断する技術が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１の技術では、ＡＥ信号の基準最大振幅値と使用中の軸受におけるＡＥ信号の最大振幅値を比較し、軸受の寿命を診断する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】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】

【0004】

ところで、ＡＥ信号での寿命の判定は、たとえば水素などの高圧ガスなどが封入される蓄圧器にも適用できる。ここで、特許文献１の技術では、ＡＥ信号の最大振幅値を定期的に取得し、軸受の寿命する診断する。このため、１年毎などの保安検査のみで寿命を診断する蓄圧器には、繰り返し寿命診断を行うことが不向きである。そして、１年毎などの保安検査のみで寿命を診断する蓄圧器では、当該保安検査にてＡＥ信号が見逃されずに確実に検出されることが望まれる。

【0005】

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、ＡＥ信号が見逃されずに確実に検出される蓄圧器の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

［１］
本発明の蓄圧器の製造方法は、
蓄圧器に対してＡＥ信号を用いて当該蓄圧器を製造する蓄圧器の製造方法であって、
前記蓄圧器に配置されたＡＥセンサが、前記蓄圧器から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号が予め定めた状態となる応力水準の範囲を推定する第１推定工程と、
前記第１推定工程にて推定された応力水準を前記蓄圧器の最小肉厚に設計する第１設計工程と、
前記蓄圧器の材料の疲労特性に及ぼす水素の影響に基づいて、前記疲労特性での水素劣化が顕在化しない疲労限度を推定する第２推定工程と、
前記第２推定工程にて推定された疲労限度以下の応力水準を前記蓄圧器の最小肉厚に設計する第２設計工程と、
を含む。
［２］
本発明の蓄圧器の製造方法は、
蓄圧器に対してＡＥ信号を用いて当該蓄圧器を製造する蓄圧器の製造方法であって、
前記蓄圧器に配置されたＡＥセンサが、前記蓄圧器から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号が予め定めた状態となる応力水準の範囲を推定する第１推定工程と、
前記第１推定工程にて推定された応力水準を前記蓄圧器の最小肉厚に設計する第１設計工程と、
前記蓄圧器の素材の内面及び外面のうち少なくとも内面の脱炭層を除去する除去工程と、
を含む。
［３］
本発明の［２］に記載の蓄圧器の製造方法は、
前記蓄圧器の材料の疲労特性に及ぼす水素の影響に基づいて、前記疲労特性での水素劣化が顕在化しない疲労限度を推定する第２推定工程と、
前記第２推定工程にて推定された疲労限度以下の応力水準を前記蓄圧器の最小肉厚に設計する第２設計工程と、
を含む。
［４］
本発明の［１］に記載の蓄圧器の製造方法は、
前記蓄圧器の素材の内面及び外面のうち少なくとも内面の脱炭層を除去する除去工程を含む。
［５］
本発明の［１］～［４］のいずれか１に記載の蓄圧器の製造方法では、
前記蓄圧器は、
前記蓄圧器に配置され、ＡＥ信号を検出するＡＥセンサを備える。
［６］
本発明の［１］～［５］のいずれか１に記載の蓄圧器の製造方法では、
前記蓄圧器は、
一部が開放された金属製の容器と、
前記容器の開放部分に設けられ、開放部分を閉塞する蓋部材と、
を備える。
［７］
本発明の［６］に記載の蓄圧器の製造方法では、
前記ＡＥセンサは、前記容器又は前記蓋部材のいずれか一方又は両方に設けられる。
［８］
本発明の［６］又は［７］に記載の蓄圧器の製造方法では、
前記容器は、両端部が開放された金属円筒部であり、
前記蓋部材は、前記金属円筒部の両端部の開放部分をそれぞれ閉塞する。
［９］
本発明の［８］に記載の蓄圧器の製造方法では、
前記蓄圧器は、
前記金属円筒部の外周を覆う炭素繊維強化樹脂部を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明の蓄圧器の製造方法によれば、蓄圧器に配置されたＡＥセンサが、蓄圧器から発生する材料の損傷に起因するＡＥ信号が予め定めた状態となる応力水準の範囲を推定し、その推定された応力水準を蓄圧器の最小肉厚に設計する。これによれば、使用時の蓄圧器にてＡＥセンサによって疲労損傷した蓄圧器からＡＥ信号が予め定めた状態である顕著な信号度合で検出される。したがって、１年毎などの保安検査のみで寿命を診断する蓄圧器であっても、当該保安検査にてＡＥ信号が見逃されずに確実に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施の形態に係る蓄圧器の寿命推定装置を示す概要構成図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る推定部を示すブロック図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る蓄圧器の寿命推定装置の推定方法を示すフローチャート図である。

【図4】本発明の実施の形態に係るＡＥセンサのＡＥ信号と蓄圧器の寿命の推定特性との相関関係を示す説明図である。

【図5】本発明の実施の形態に係るＡＥセンサのＡＥ信号と蓄圧器の寿命の渦流探傷法による最小欠陥特性との相関関係を示す説明図である。

【図6】本発明の実施の形態の変形例に係る蓄圧器の寿命推定装置を示す概略構成図である。

【図7】本発明の実施の形態の実施例に係るＡＥセンサのＡＥ信号による位置標定結果を示す説明図である。

【図8】本発明の実施の形態の実施例に係る許容寿命の推定結果を示す説明図である。

【図9】本発明の実施の形態に係る蓄圧器の製造方法を示すフローチャート図である。

【図10】本発明の実施の形態に係る金属の弾性変形及び塑性変形と損傷ＡＥ信号発生の挙動との相関関係を図である。

【図11】本発明の実施の形態に係る第１推定工程での応力水準範囲を示す説明図である。

【図12】本発明の実施の形態に係る第１推定工程から第２推定工程を経た応力水準範囲を示す説明図である。

【図13】本発明の実施の形態に係る容器内面のホーニング加工の有無による応力耐性を示す説明図である。

【図14】本発明の実施の形態に係る容器全体の内面の機械加工の有無又は金属円筒部単体の内面の機械加工の有無による応力耐性を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本発明の蓄圧器の好ましい実施の形態を、図面を参照して詳しく説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

【0010】

＜蓄圧器１０の寿命推定装置１００の構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る蓄圧器１０の寿命推定装置１００を示す概要構成図である。図１に示すように、寿命推定装置１００は、蓄圧器１０と、２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂと、非破壊センサ１２と、推定部１３と、を備える。寿命推定装置１００は、蓄圧器１０に対してＡＥ信号を用いて蓄圧器１０の寿命を推定する。

【0011】

＜蓄圧器１０＞
蓄圧器１０は、水素ステーションなどで水素を貯留する。蓄圧器１０は、一部が開放された金属製の容器１と、容器１の開放部分に設けられ、開放部分を閉塞する蓋部材２と、を備える。容器１は、両端部が開放された金属円筒部１ａである。蓋部材２は、金属円筒部１ａの両端部の開放部分をそれぞれ閉塞している。容器１内における蓋部材２の内側には、容器１の内部を封止する封止部３が設けられている。容器１には、金属円筒部１ａの外周を覆う炭素繊維強化樹脂部４が設けられている。炭素繊維強化樹脂部４は、蓄圧器１０の所要の耐圧性である機械的強度を確保するため設けられ、金属円筒部１ａの外周面の貯蔵部を覆うように巻き付けられている。

【0012】

＜金属円筒部１ａ＞
金属円筒部１ａは、たとえば、低合金鋼で構成される。すなわち、金属円筒部１ａは、たとえばクロムモリブデン鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、マンガンクロム鋼、マンガン鋼もしくはボロン添加鋼のうちいずれか１つを有するものとして構成されている。

【0013】

＜炭素繊維強化樹脂部４＞
炭素繊維強化樹脂部４は、蓄圧器１０の所要の耐圧性である機械的強度を確保するための層であり、金属円筒部１ａの外周面の貯蔵部を覆うように巻き付けられている。炭素繊維強化樹脂部４は、強化材に炭素繊維を用い、これに樹脂を含浸させて強度を向上させた複合材料であり、たとえばＰＡＮ系炭素繊維あるいはＰＩＴＣＨ系炭素繊維などが用いられる。

【0014】

ＰＡＮ系炭素繊維は、航空機などの種々の用途に使用され、一般に普及している。ＰＩＴＣＨ系炭素繊維は、ＰＡＮ系炭素繊維に比べて強度は小さいが弾性率は大きく高剛性であるという特徴を有している。たとえば、ＰＩＴＣＨ系炭素繊維のヤング率が６２０ＧＰａもしくは７８０ＧＰａであるのに対し、ＰＡＮ系炭素繊維のヤング率が２３０ＧＰａである。このように、ＰＩＴＣＨ系炭素繊維がＰＡＮ系炭素繊維に比べて剛性となる弾性率が優れている。一方、ＰＩＴＣＨ系炭素繊維の引張強さＴＳが３６００ＧＰａであるのに対し、ＰＡＮ系炭素繊維の引張強さＴＳが５０００ＧＰａである。このように、ＰＡＮ系炭素繊維は、ＰＩＴＣＨ系炭素繊維に比べて強度が優れている。

【0015】

＜蓋部材２＞
蓋部材２は、金属円筒部１ａの端部に取り付けられ、金属円筒部１ａを閉塞するのに利用される。少なくとも一方の蓋部材２には、図示しないバルブが設けられ、内容物の封入又は放出に利用される。蓋部材２には、バルブに繋がる図示しない通し孔が形成されている。

【0016】

＜ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂ＞
２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、蓄圧器１０に配置され、ＡＥ信号を検出する。なお、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、１つ以上設けられ、２つ以上設けられることが好ましい。ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが２つ以上設けられると、２つ以上のＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが検出したＡＥ信号の相対差に基づき蓄圧器１０の疲労損傷部位を特定できる。２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、容器１の両端部に設けられている。なお、１以上のＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、容器１又は蓋部材２のいずれか一方又は両方に設けられると良い。ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、材料中のき裂形成に伴って発生したＡＥ波を対象材料表面に設置されてＡＥ信号として検出する。なお、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、蓄圧器１０に常時設置されず、保安検査時にのみ蓄圧器１０に設置されても良い。２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、使用時の蓄圧器１０から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号を検出するために用いられる。ここで、損傷に伴う損傷ＡＥ信号には、疲労損傷に伴うＡＥ信号を含む。

【0017】

＜非破壊センサ１２＞
非破壊センサ１２は、非破壊検査手法による疲労き裂深さを検出する。非破壊センサ１２に用いる非破壊検査手法としては、たとえば、超音波探傷法、磁粉探傷法、渦流探傷法などが用いられ、中でも手間がかからず０．１ｍｍからのき裂を検出できる渦流探傷法が用いられると好ましい。このため、非破壊センサ１２は、渦流探傷法による疲労き裂深さを検出する。なお、非破壊センサ１２は、蓄圧器１０に常時設けられず、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって材料にき裂が発生したことを示すＡＥ信号が検出された場合にのみ蓄圧器１０に備えられても良い。

【0018】

＜推定部１３＞
図２は、本発明の実施の形態に係る推定部１３を示すブロック図である。図２に示すように、推定部１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどのメモリ並びにＩ／Ｏポートなどの入出力装置を備えたマイコンを有した処理回路である。推定部１３は、２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂ及び非破壊センサ１２からの信号を無線又は有線の通信線を介して受信する。なお、推定部１３は、蓄圧器１０に常時設けられず、保安検査時にのみ蓄圧器１０に備えられても良い。

【0019】

推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが使用時の蓄圧器１０から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号を検出すると、その検出時点を出荷時の蓄圧器１０の非破壊検査手法によって検出される最小初期欠陥発生時点と設定する。出荷時の蓄圧器１０に検出される最小初期欠陥発生に用いる非破壊検査手法としては、たとえば、超音波探傷法、磁粉探傷法、渦流探傷法などが用いられ、中でも明確に確立された０．３ｍｍのき裂を検出できる磁粉探傷法が用いられると好ましい。このため、出荷時の蓄圧器１０に検出される最小初期欠陥発生には、磁粉探傷法が用いられ、最小初期欠陥が０．３ｍｍと設定される。なお、推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが蓄圧器１０に常時設けられた場合には、初めの損傷ＡＥ信号をすぐに検出できる。また、推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが保安検査時にのみ蓄圧器１０に備えられる場合には、保安検査の頻度が磁粉探傷法での最小初期欠陥である０．３ｍｍ以下の状態で初めの損傷ＡＥ信号を検出できるように実施される。

【0020】

加えて、推定部１３は、２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが検出した損傷ＡＥ信号の相対差に基づき蓄圧器１０の疲労損傷部位を特定する。

【0021】

なお、推定部１３は、２つ以上のＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて蓄圧器１０の疲労き裂深さを損傷ＡＥ信号から検出しても良い。そして、推定部１３は、疲労損傷度合に対応する損傷ＡＥ信号の度合いに応じたＡＥ信号対応欠陥き裂が発生したと設定し、ＡＥ信号対応欠陥き裂からの蓄圧器１０の許容疲労寿命を推定しても良い。

【0022】

＜蓄圧器１０の寿命推定装置１００の推定方法＞
図３は、本発明の実施の形態に係る蓄圧器１０の寿命推定装置１００の推定方法を示すフローチャート図である。本推定方法のルーチンは、蓄圧器１０に常時用いられず、保安検査時にのみ用いられても良い。

【0023】

ステップＳ１１では、推定部１３は、２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが蓄圧器１０の損傷ＡＥ信号を検出し、損傷ＡＥ信号が検出されたか否かを判別する。ステップＳ１１にてＡＥ信号が検出された場合には、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１１にてＡＥ信号が検出されない場合には、本ルーチンを終了する。なお、上述のように、推定部１３による２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂでの蓄圧器１０の損傷ＡＥ信号の検出は、少なくとも保安検査の頻度が磁粉探傷法での最小初期欠陥である０．３ｍｍ以下の状態で初めの損傷ＡＥ信号を検出できるように実施される。

【0024】

ステップＳ１２では、推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが使用時の蓄圧器１０から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号を検出すると、その検出時点を出荷時の蓄圧器１０の磁粉探傷法によって検出される最小初期欠陥発生時点と設定する。このとき、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが２つ設けられているので、推定部１３が２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが検出した損傷ＡＥ信号の相対差に基づき蓄圧器１０の疲労損傷部位を特定する。ステップＳ１２の処理の後、ステップＳ１３に移行する。

【0025】

図４は、本発明の実施の形態に係るＡＥセンサ１１ａ、１１ｂのＡＥ信号と蓄圧器１０の寿命の推定特性との相関関係を示す説明図である。図４に示すように、推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが損傷ＡＥ信号を検出すると、その検出時点を図示点線特性で示す出荷時の蓄圧器１０の磁粉探傷法によって検出される０．３ｍｍの最小初期欠陥発生時点と設定する。そして、推定部１３は、０．３ｍｍのき裂からの蓄圧器１０の許容疲労寿命を仮に図示実線の推定特性として推定する。０．３ｍｍの最小初期欠陥による寿命の推定特性は、予め調査済みである。また、本ルーチンでは、次のステップが存在するため、推定特性を仮のものとして蓄圧器１０の許容疲労寿命を推定するが、この推定特性に基づいて蓄圧器１０の許容疲労寿命を明確に設定しても良い。これにより、推定特性は、図示一点鎖線で示す実際の寿命である実力寿命特性にかなり近づく。そして、許容疲労寿命が実力寿命に近づいて推定できる。

【0026】

ステップＳ１３では、推定部１３は、渦流探傷法による非破壊センサ１２によって最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて蓄圧器１０の疲労き裂深さを検出し、疲労き裂深さが検出されるか否かを判別する。ステップＳ１３にて疲労き裂深さが検出された場合には、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１３にて疲労き裂深さが検出されない場合には、ステップＳ１５に移行する。

【0027】

なお、ステップＳ１３では、推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて蓄圧器１０の疲労き裂深さを損傷ＡＥ信号から検出しても良い。

【0028】

ステップＳ１４では、推定部１３は、渦流探傷法による非破壊センサ１２によって検出された疲労き裂が発生したと設定し、疲労き裂からの蓄圧器１０の許容疲労寿命を推定する。後述するように、渦流探傷法による非破壊センサ１２によって検出される最小欠陥き裂は、０．１ｍｍである。このため、ステップＳ１４で検出される疲労き裂は、０．１ｍｍ以上の深さである。そこで、予め調査済みの非破壊センサ１２によって検出された疲労き裂からの労損傷特性で疲労損傷が発生するであろうと予測して蓄圧器１０の寿命が推定される。

【0029】

また、疲労き裂からの疲労損傷特性が明らかでない場合でも、後述するように、渦流探傷法による非破壊センサ１２によって検出される最小欠陥き裂は、０．１ｍｍであり、予め調査済みで最小欠陥き裂からの最小欠陥特性が明らかになっている。このため、渦流探傷法による最小欠陥き裂である０．１ｍｍからの最小欠陥特性とステップＳ１２での磁粉探傷法による初期欠陥である０．３ｍｍからの推定特性との間で比較して疲労損傷特性が推定されても良い。

【0030】

なお、ステップＳ１４では、推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって最小初期欠陥発生時点での疲労損傷部位にて蓄圧器１０の疲労き裂深さを損傷ＡＥ信号から検出した場合でも良い。この場合には、推定部１３は、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって検出された疲労損傷度合に損傷対応するＡＥ信号の度合いに応じたＡＥ信号対応欠陥き裂が発生したと設定する。そして、推定部１３は、ＡＥ信号対応欠陥き裂からの蓄圧器１０の許容疲労寿命を推定する。蓄圧器１０の許容疲労寿命の推定に用いる疲労損傷特性は上記のステップＳ１４と同じ手法で良い。ステップＳ１４の処理の後、本ルーチンを終了しても良い。なお、ステップＳ１６に移行しても良い。

【0031】

ステップＳ１５では、推定部１３は、ステップＳ１３にて渦流探傷法による非破壊センサ１２によって疲労き裂深さが検出されない。そのため、推定部１３は、最小初期欠陥発生時点に渦流探傷法による非破壊センサ１２によって検出される最小欠陥き裂である０．１ｍｍが発生したと設定する。推定部１３は、最小欠陥き裂からの最小欠陥特性で蓄圧器１０の許容疲労寿命を推定する。ステップＳ１５の処理の後、本ルーチンを終了しても良い。なお、ステップＳ１６に移行しても良い。

【0032】

図５は、本発明の実施の形態に係るＡＥセンサ１１ａ、１１ｂのＡＥ信号と蓄圧器１０の寿命の渦流探傷法による最小欠陥特性との相関関係を示す説明図である。図５に示すように、推定部１３は、渦流探傷法による非破壊センサ１２によって疲労き裂深さが検出されないので、初めて損傷ＡＥ信号を検出した時点を渦流探傷法による非破壊センサ１２によって検出できる最小欠陥き裂である０．１ｍｍが発生したと設定する。そして、推定部１３は、０．１ｍｍの最小欠陥き裂からの蓄圧器１０の許容疲労寿命を、図示破線で示す仮の推定特性から図示実線で示す渦流探傷法による非破壊センサ１２での最小欠陥特性として推定する。渦流探傷法による非破壊センサ１２での最小欠陥特性は、予め調査済みである。これにより、最小欠陥特性は、推定特性よりも図示一点鎖線で示す実力寿命特性により近づく。そして、許容疲労寿命が実力寿命により近づいて推定できる。

【0033】

ステップＳ１６では、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが損傷ＡＥ信号を検出すると、作業者が疲労損傷部位を研磨などによって除去し、蓄圧器１０の寿命を延長させる。疲労損傷部位は２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂの損傷ＡＥ信号の差分で分かっている。このため、損傷ＡＥ信号が初めて検出されたときの疲労き裂の深さが磁粉探傷法での最小き裂深さである０．３ｍｍ以下と考えられるので、金属円筒部１ａの内面側の疲労き裂自体を除去する。これによれば、疲労損傷部位が除去され、蓄圧器１０の寿命が更に延長できる。ステップＳ１６の処理の後、本ルーチンを終了する。

【0034】

＜蓄圧器１０の寿命推定装置１００の変形例＞
図６は、本発明の実施の形態の変形例に係る蓄圧器１０の寿命推定装置１００を示す概略構成図である。ここでは、蓄圧器１０以外の構成は上記実施の形態と同様であるので説明を省略し、蓄圧器１０の異なる構成を説明する。

【0035】

容器１は、一方の端部側及び他方の端部側のうちの少なくとも一方が縮径しているものでも良い。図６では、容器１の両方の端部側が縮径している態様を一例として示している。容器１の端部側が縮径されてボンベ型の肩部として半球状まで縮径した態様となっている。容器１の両端部の開放部分には、蓋部材２が設けられている。容器１がボンベ型のため、２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、容器１に設置される。

【実施例】

【0036】

図７は、本発明の実施の形態の実施例に係る２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂのＡＥ信号による位置標定結果を示す説明図である。図７に示すように、発明者らが実施の形態に係る蓄圧器１０の寿命推定装置１００を用いて２つのＡＥセンサ１１ａ、１１ｂのＡＥ信号による位置標定を実施したところ、損傷ＡＥ信号を発生させた疲労き裂深さの非常に浅い損傷部位が検出できた。図７の位置標定結果は、図３のフローチャート図のステップＳ１１の処理によって得られたものである。

【0037】

図７の位置標定結果を得た後、図３のフローチャート図のステップＳ１２の処理によって損傷ＡＥ信号検出時点を初期欠陥発生時点と設定し、ステップＳ１３の処理として渦流探傷法による非破壊センサ１２で疲労き裂深さが検出された。この損傷部位は、蓄圧器１０の容器１における長手方向の中心部付近にて容器１の内面からの渦流探傷法（ＥＴ（Ｅｄｄｙ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｅｓｔｉｎｇ））による非破壊センサ１２で０．１ｍｍの欠陥として検出された。容器１の全長が２．２ｍであり、この損傷部位が図７の破線の範囲で出現してＡＥセンサ１１ｂ側から約１．２ｍの位置で顕著であった。この損傷部位は、従来のＵＴ（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ）あるいはＰＴ（Ｐｅｎｅｔｒａｎｔ Ｔｅｓｔｉｎｇ）で容器１の内面又は外面から検出できなかった。

【0038】

図８は、本発明の実施の形態の実施例に係る許容寿命の推定結果を示す説明図である。図８に示すように、ステップＳ１４の処理として疲労亀裂深さからの許容寿命が推定できた。具体的には、０．１ｍｍの欠陥の検出後に、この欠陥を初期欠陥として繰り返し疲労でこの欠陥がどれくらい進展するかを解析した。解析方法は、日本国高圧ガス保安協会の超高圧ガス設備に関する基準ＫＨＫＳ０２２０（２０１６）に従っている。これによると、この欠陥から５０ｍｍの肉厚の容器１を貫通するのに要する内圧を高める繰り返し数が約２５０万回であった。次に、安全率を考慮した寿命として定義される許容繰り返し寿命を推定すると、容器１の肉厚×０．８に到達する繰り返し寿命の半分である。具体的には、５０ｍｍの肉厚の容器１×０．８の安全率＝４０ｍｍの肉厚までの約２５０万回の繰り返し数の半分の約１２０万回が許容繰り返し数である。以上により、ステップＳ１４の処理として、疲労亀裂深さからの許容寿命の推定が検証できた。

【0039】

＜蓄圧器１０の製造方法＞
以上説明した蓄圧器１０の寿命推定装置１００を使用するにあたり、蓄圧器１０は、疲労損傷時にＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって損傷ＡＥ信号を顕著に発生させる設計にする必要がある。そこで、以下に疲労損傷時に損傷ＡＥ信号を顕著に発生させるように蓄圧器１０に対してＡＥ信号を用いて蓄圧器１０を製造する蓄圧器１０の製造方法を説明する。

【0040】

図９は、本発明の実施の形態に係る蓄圧器１０の製造方法を示すフローチャート図である。図９に示すように、蓄圧器１０の製造方法は、第１推定工程Ｓ２１と、第１設計工程Ｓ２２と、第２推定工程Ｓ２３と、第２設計工程Ｓ２４と、脱炭層除去工程Ｓ２５と、を含む。

【0041】

＜第１推定工程Ｓ２１＞
第１推定工程Ｓ２１は、蓄圧器１０に配置されたＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが、蓄圧器１０から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号が予め定めた状態である顕著に発生する状態となる応力水準の範囲を推定する。

【0042】

図１０は、本発明の実施の形態に係る金属の弾性変形及び塑性変形と損傷ＡＥ信号発生の挙動との相関関係を図である。図１１は、本発明の実施の形態に係る第１推定工程Ｓ２１での応力水準範囲を示す説明図である。

【0043】

図１０に示すグラフは、１回限りの引っ張り試験での損傷ＡＥ信号発生の挙動である。図１０に示すように、蓄圧器１０の容器１に用いられる金属は、弾性変形から塑性変形に至る過程にて損傷ＡＥ信号が顕著に発生する現象が知られ、従来知見から弾性変形領域では損傷ＡＥ信号の発生が乏しいことが分かる。

【0044】

一方で、発明者らは、弾性領域で破壊する疲労破壊について着目し、特定の応力水準の領域では、弾性領域であっても疲労によって損傷に伴うＡＥ信号が発生することを明らかにした。

【0045】

そこで、第１推定工程Ｓ２１では、予め図８のような金属の特性を調査し、疲労限界応力に対する上限値と下限値の範囲を推定する。具体的には、図１１に示すように、第１推定工程Ｓ２１は、蓄圧器１０に配置されたＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが蓄圧器１０から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号が予め定めた状態である顕著に発生する状態となる応力水準が疲労限度応力の０．２５倍から１．５０倍の範囲と推定する。応力水準が疲労限度応力の０．２５倍未満であると、材料の損傷に対する損傷ＡＥ信号量が少なくなる。応力水準が疲労限度応力の１．５０倍よりも大きいと、材料が塑性変形に伴って損傷ＡＥ信号の検知ができなくなる。このため、図示のハッチングの範囲が推定される。

【0046】

＜第１設計工程Ｓ２２＞
第１設計工程Ｓ２２では、第１推定工程Ｓ２１にて推定された応力水準を蓄圧器１０の最小肉厚に設計する。これにより、蓄圧器１０から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号が予め定めた状態である顕著に発生する状態となる応力水準が適用できる最小肉厚が決定される。

【0047】

＜第２推定工程Ｓ２３＞
第２推定工程Ｓ２３では、蓄圧器１０が水素を封入される用途に用いられることに鑑み、蓄圧器１０の材料の疲労特性に及ぼす水素の影響に基づいて、疲労特性での水素劣化が顕在化しない疲労限度を推定する。

【0048】

図１２は、本発明の実施の形態に係る第１推定工程Ｓ２１から第２推定工程Ｓ２３を経た応力水準範囲を示す説明図である。図１２に示すように、疲労特性での水素劣化が顕在化しない疲労限度を考慮すると、第１推定工程Ｓ２１にて推定した範囲をより限定して図示ハッチングの範囲に推定される。

【0049】

＜第２設計工程Ｓ２４＞
第２設計工程Ｓ２４では、第２推定工程Ｓ２３にて推定された疲労限度以下の応力水準を蓄圧器１０の最小肉厚に設計する。これにより、蓄圧器１０に水素が封入される場合に適した最小肉厚が決定される。

【0050】

＜脱炭層除去工程Ｓ２５＞
脱炭層除去工程Ｓ２５では、第２設計工程Ｓ２４までの工程を経て製造された蓄圧器１０において、蓄圧器１０の素材の内面及び外面のうち少なくとも内面の脱炭層を除去する。

【0051】

図１３は、本発明の実施の形態に係る容器１の内面のホーニング加工の有無による応力耐性を示す説明図である。図１４は、本発明の実施の形態に係る容器１全体の内面の機械加工の有無又は金属円筒部１ａ単体の内面の機械加工の有無による応力耐性を示す説明図である。

【0052】

図１３、図１４に示すように、蓄圧器１０は、ホーニング加工あるいは機械加工を内面に施すことにより、蓄圧器１０の素材の脱炭層が除去され、応力耐性が向上する。これにより、蓄圧器１０の寿命が延長できる。

【0053】

＜実施の形態の効果＞
実施の形態によれば、蓄圧器１０の製造方法は、蓄圧器１０に対してＡＥ信号を用いて当該蓄圧器１０を製造する。蓄圧器１０の製造方法は、蓄圧器１０に配置されたＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが、蓄圧器１０から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号が予め定めた状態となる応力水準の範囲を推定する第１推定工程Ｓ２１を含む。蓄圧器１０の製造方法は、第１推定工程Ｓ２１にて推定された応力水準を蓄圧器１０の最小肉厚に設計する第１設計工程Ｓ２２を含む。

【0054】

この構成によれば、使用時の蓄圧器１０にてＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって疲労損傷した蓄圧器１０から損傷ＡＥ信号が予め定めた状態である顕著な信号度合で検出される。したがって、１年毎などの保安検査のみで寿命を診断する蓄圧器１０であっても、当該保安検査にてＡＥ信号が見逃されずに確実に検出できる。

【0055】

実施の形態によれば、第１推定工程Ｓ２１は、蓄圧器１０に配置されたＡＥセンサ１１ａ、１１ｂが蓄圧器１０から発生する材料の損傷に起因する損傷ＡＥ信号が予め定めた状態となる応力水準が疲労限度応力の０．２５倍から１．５０倍の範囲と推定する。

【0056】

この構成によれば、使用時の蓄圧器１０にてＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって疲労損傷した蓄圧器１０から損傷ＡＥ信号が予め定めた状態となる応力水準が疲労限度応力の０．２５倍から１．５０倍の範囲の顕著な信号度合で検出される。応力水準が疲労限度応力の０．２５倍未満であると、材料の損傷に対する損傷ＡＥ信号量が少なくなる。応力水準が疲労限度応力の１．５０倍よりも大きいと、材料が塑性変形に伴って損傷ＡＥ信号の検知ができなくなる。

【0057】

実施の形態によれば、蓄圧器１０の製造方法は、蓄圧器１０の材料の疲労特性に及ぼす水素の影響に基づいて、疲労特性での水素劣化が顕在化しない疲労限度を推定する第２推定工程Ｓ２３を含む。蓄圧器１０の製造方法は、第２推定工程Ｓ２３にて推定された疲労限度以下の応力水準を蓄圧器１０の最小肉厚に設計する第２設計工程Ｓ２４を含む。

【0058】

この構成によれば、使用時の蓄圧器１０にてＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって疲労損傷した蓄圧器１０からＡＥ信号が蓄圧器１０に封入される水素の影響によって水素劣化が顕在化しない疲労限度以下の状態で検出される。したがって、蓄圧器１０が封入する水素に適した設計になる。

【0059】

実施の形態によれば、蓄圧器１０の製造方法は、蓄圧器１０の素材の内面及び外面のうち少なくとも内面の脱炭層を除去する脱炭層除去工程Ｓ２５を含む。

【0060】

この構成によれば、蓄圧器１０の素材から脱炭層が除去され、蓄圧器１０の応力耐性が向上できる。そして、使用時の蓄圧器１０にてＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって疲労損傷した蓄圧器１０から損傷ＡＥ信号が予め定めた状態である顕著な信号度合でより正確に検出できる。

【0061】

実施の形態によれば、蓄圧器１０は、蓄圧器１０に配置され、ＡＥ信号を検出するＡＥセンサ１１ａ、１１ｂを備える。

【0062】

この構成によれば、使用時の蓄圧器１０にてＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって疲労損傷した蓄圧器１０からＡＥ信号が予め定めた状態である顕著な信号度合で検出できる。

【0063】

実施の形態によれば、蓄圧器１０は、一部が開放された金属製の容器１を備える。蓄圧器１０は、容器１の開放部分に設けられ、開放部分を閉塞する蓋部材２を備える。

【0064】

この構成によれば、使用時の金属製の容器１にてＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって疲労損傷した容器１からＡＥ信号が予め定めた状態である顕著な信号度合で検出できる。

【0065】

実施の形態によれば、ＡＥセンサ１１ａ、１１ｂは、容器１又は蓋部材２のいずれか一方又は両方に設けられている。

【0066】

この構成によれば、使用時の金属製の容器１にてＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって疲労損傷した容器１からＡＥ信号が検出できる。

【0067】

容器１は、両端部が開放された金属円筒部１ａである。蓋部材２は、金属円筒部１ａの両端部の開放部分をそれぞれ閉塞している。

【0068】

この構成によれば、使用時の金属円筒部１ａにてＡＥセンサ１１ａ、１１ｂによって疲労損傷した金属円筒部１ａからＡＥ信号が検出できる。

【0069】

実施の形態によれば、蓄圧器１０は、金属円筒部１ａの外周を覆う炭素繊維強化樹脂部４を備える。

【0070】

この構成によれば、炭素繊維強化樹脂部４が金属円筒部１ａの外周を覆い、金属円筒部１ａの耐久性が向上できる。

【符号の説明】

【0071】

１ 容器、１ａ 金属円筒部、２ 蓋部材、３ 封止部、４ 炭素繊維強化樹脂部、１０ 蓄圧器、１１ａ、１１ｂ ＡＥセンサ、１２ 非破壊センサ、１３ 推定部、１００ 寿命推定装置、Ｓ２１ 第１推定工程、Ｓ２２ 第１設計工程、Ｓ２３ 第２推定工程、Ｓ２４ 第２設計工程、Ｓ２５ 脱炭層除去工程。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】