专利名称：压力容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及搭载于燃料电池机动车等且具有用于预测寿命的功能的压力容器。
背景技术：
燃料电池机动车(Fuel Cell Vehicle)或压缩天然气机动车(Compressd NaturalGasVehicle)上搭载有储藏作为燃料的高压气体的压力容器。该压力容器成为具备套筒(liner)和加强层的复合容器，其中套筒在内表面侧划分出高压气体的储藏空间，加强层围绕该套筒。此外，作为通常的材料，套筒采用铝合金或树脂，此外，加强层采用CFRP(CarbonFiber Reinforced Plastics :碳纤维强化塑料)。该压力容器重复进行由于高压气体的填充而使内压上升，伴随向燃料电池等的放出而内压减小这样的压力循环。此种压力循环的重复进行成为压力容器的裂纹产生和其成 长的原因，裂纹的成长影响压力容器的寿命。在现有的压力容器中，由于其寿命的不均大，因此赋予必要强度以上的强度，从而重量大且价格高昂。此外，压力容器的使用状况例如在各燃料电池机动车中也不相同。因此，对于各压力容器，若能够高精度地预测其寿命，在寿命将要用尽之前更换压力容器，则对于实现压力容器的轻量化等是非常有益的。压力容器的现有的寿命预测方法有(a)预先对于同型的产品进行压力循环试验，研究寿命，并将试验结果适用于同型的其他的压力容器；(b)从与使用中的压力容器同型的压力容器切取试验片，对于该试验片通过疲劳试验来研究疲劳度，并根据该试验结果预测该压力容器的寿命；(C)对于使用中的压力容器利用超声波器等进行非破坏检查，研究损伤，并根据该损伤进行预测。专利文献I公开了在原子能设备等中对具有温度变动的流体流过内部的配管的热疲劳损伤进行监视的监视装置。根据该监视装置，在受到热疲劳的配管的外周部加工孔，而形成配管的薄壁部，将该薄壁部作为配管中热疲劳损伤部位的集中部位，从而与其他部位相比，先进行热疲劳，并测定该薄壁部的应变，检测热疲劳损伤的蓄积。专利文献2公开了在高温、高压下使用的压力容器的寿命预测方法。根据该寿命预测方法，依据(a)压力容器钢的回火脆化量与杂质的晶界偏析量成比例；及(b)若知晓温度履历和使用中的各温度下的杂质的平衡偏析量，则能够预测包含重复加热、冷却的复杂的热循环下产生的杂质的晶界偏析量这两个观点，对于压力容器的材料中包含的特定成分，将实际的温度履历适用到关于晶界偏析量的变化和压力容器的温度变化之间的关系而构筑的关系式中，算出杂质的晶界偏析量，预测压力容器的寿命。专利文献专利文献I日本专利公开平9-324900号公报专利文献2日本专利公开平5-18497号公报在压力容器的现有的三种寿命预测方法中，对于(a)来说，试验产品的试验结果一概适用到各压力容器，精度降低。对于(b)及(C)来说，寿命的预测需要大规模的准备，难以马上预测。专利文献I的监视装置的主要目的不是压力循环所导致的裂纹的成长而是热疲劳损伤的监视，并且在适用到压力容器的寿命预测的情况下，在压力容器的外表面加工孔，削弱加强层，使压力容器的寿命一下子降低。专利文献2的压力容器的寿命预测方法是根据温度履历进行的，难以用于压力容器的内压变化作为寿命的决定要素的压力容器的寿命预测。
发明内容
本发明的目的在于针对内压较大变动的压力容器，抑制使用状况及个体不均的影响，而能够高精度且立刻地预测寿命。本发明中，涉及压力容器的结构不完全部。该结构不完全部是指材料力学及结构力学等中力学定义的结构(包括组成和物理形状)上的特征，与日本国法律制造物责任法第二条第二款的“缺陷”完全不同。相对于没有裂纹或凹部的完全结构部，具有裂纹或凹部的结构部是不完全结构部的例子。本发明的压力容器具备将加压后的流体储藏在内部的套筒；围绕该套筒来加强该套筒的加强层，检测部，其夹设在所述套筒与所述加强层之间，并根据夹设部位处的物理量来检测依赖于所述套筒和所述加强层中的至少一方的寿命关联值。根据本发明，检测部不是设在压力容器的外表面，而是设在套筒与加强层之间，根据设置部位处的物理量来检测依赖于套筒或加强层中的至少一方的寿命关联值，由此能够可靠地预测套筒和加强层这两方的寿命。此外，能够高精度且立刻地预测偏差各不相同的压力容器的寿命。优选本发明的第二方案的压力容器在第一方案的压力容器的基础上，人工结构不完全部以在所述套筒的内表面不露出的方式形成在所述套筒的外表面侧的金属材料上，所述检测部检测所述人工结构不完全部的成长来作为所述夹设部位处的物理量，所述人工结构不完全部的成长由于伴随流体向所述压力容器的出入而所述压力容器的内压的变动的重复引起。据此，金属的结构不完全部伴随压力容器的内压的变动的重复而逐渐成长。根据第二方案，人工结构不完全部形成在套筒的外表面侧的金属材料上，从而将该人工结构不完全部的成长作为寿命关联值来检测，由此能够准确地预测压力容器的寿命。优选对于该压力容器的结构不完全部，将该结构不完全部向与该结构不完全部上产生的应力中的最大应力产生的方向垂直的垂直面投影的投影面积作为S，所述人工结构不完全部的M大于任一自然结构不完全部的M，且其最大应力方向的长度为因该人工结构不完全部的形成而导致的压力容器疲劳寿命的降低达到允许限度的尺寸以下。据此，人工结构不完全部将由于其存在而导致的压力容器疲劳寿命的降低限制在允许值内，并同时在整个压力容器的使用期间内，维持压力容器中的最大的结构不完全部，因此，将与寿命预测相关的检测对象仅限定在人工结构不完全部，从而能够预测压力容器的使用期间的各时刻下的寿命。优选所述检测部为裂纹测定仪或应变仪。随着长时间使用压力容器，人工结构不完全部处的裂纹的长度增大，或者人工结构不完全部的部位的应变增加。据此，能够根据伴随压力容器的使用的人工结构不完全部成长而导致的裂纹的长度或应变的变化来高精度且迅速地检测压力容器的寿命。优选所述套筒为树脂制，金属膜材夹设在所述套筒与所述加强层之间，所述人工结构不完全部设置在所述金属膜材上。相对于金属中的结构不完全部随着该金属疲劳的蓄积而逐渐成长，树脂中的结构不完全部在寿命终结之前一下子加剧，因此难以根据结构不完全部的观测来预测寿命。据此，相对于具备树脂制套筒的压力容器，将金属膜材夹设在树脂制的套筒与加强层之间，并将人工结构不完全部设置于该金属膜材，由此与套筒 为金属制的压力容器的寿命相同，能够根据人工结构不完全部的成长的观测，顺利地预测压力容器的寿命。优选压力容器具备预测部，其根据所述检测部的输出来预测所述压力容器的剩余寿命；出入量控制部，其在该预测部预测的剩余寿命小于规定值时，与剩余寿命在规定值以上时相比，以减少压力容器的内压的变动幅度的方式来控制所述加压后的流体向所述压力容器内的出入量。压力容器的内压的变动振幅越小，作用于套筒及加强层的载荷能够越小。据此，当压力容器接近寿命终结时，控制所述加压后的流体向压力容器内的出入量来抑制内压的变动，因此能够实现压力容器的寿命延长。
图I是氢气罐及其控制装置的结构图。图2是表示氢气罐中的压力循环的重复数与氢气罐上形成的人工结构不完全部处的裂纹的成长的关系的实验图。图3是关于检测人工结构不完全部的形成部位处的裂纹的长度的裂纹测定仪的说明图。图4是表示人工结构不完全部的形成部位处的裂纹的长度与裂纹测定仪的电阻值的关系的图表。图5是关于检测人工结构不完全部的形成部位处的应变的应变仪的说明图。图6是表示氢气罐的内压、人工结构不完全部的形成部位处的应变及裂纹的长度的关系的图表。图7是利用并行弹簧模型来表示套筒及加强层相对于氢气罐的内压的阻力的图。图8是关于检测套筒及加强层这两方的寿命关联值的应变仪的说明图。图9是将加强层的刚性降低作为参数而表示氢气罐的内压与人工结构不完全部的形成部位处的应变的关系的图表。图10是说明氢气罐的内表面的裂纹的应力扩大系数的图。图11是关于人工结构不完全部的投影面积的说明图。图12是说明加强层为树脂制时的裂纹测定仪的适用方法的图。图13是关于氢气罐的剩余寿命和与其对应而实施的填充压力控制的关系的说明图。图14是表示与氢气罐的剩余寿命对应而实施的填充压力控制中的压力振幅的第一例的图。
图15是表示与氢气罐的剩余寿命对应而实施的填充压力控制中的压力振幅的第二例的图。符号说明10氢气罐11 套筒12加强层13储藏空间20检测器(检测部)21人工结构不完全部22、23、25 裂纹30裂纹测定仪(检测部)40应变仪(检测部)45控制装置46预测部47预测结果显示处理部48出入量控制部50薄膜金属板(金属膜材)。
具体实施例方式图I中，氢气罐10相当于本发明的压力容器。氢气罐10搭划分出储藏作为燃料电池的燃料的氢气的规定容积的储藏空间13 ;加强层12，其覆盖套筒11的外表面并围绕套筒11。套筒11由铝合金构成，加强层12以将含树脂强化纤维卷绕在套筒11的外表面的形式构成。含树脂强化纤维是指例如CFRP，是在作为原料纤维的碳纤维中溃入作为基体树脂的环氧树脂而得到的纤维。氢气罐10横置,在套筒11的轴线方向的一端部具有出入口 14,阀装置15安装于出入口 14。燃料的氢气经由阀装置15而出入储藏空间13。氢气罐10具有轴线方向两端部的半球部分、两端部的半球部分中间的圆筒部分，人工结构不完全部21例如在中间的圆筒部分中的套筒11与加强层12的接合部处，在套筒11的外表面例如作为圆柱的孔而形成。结构不完全部是指材料力学及结构力学等力学上定义的结构(包括组成和物理形状)上的特征，例如，包括从材料的表面去除微小部分而形成的凹部、或材料的表面存在的微小裂纹。氢气罐10中的结构不完全部包括自然结构不完全部和人工结构不完全部，自然结构不完全部是在氢气罐10的制造时自然产生的结构不完全部，人工结构不完全部21是在氢气罐10的制造后人工形成的结构不完全部。作为人工结构不完全部21的孔以不在套筒11的内表面露出的深度且该孔的部位在氢气罐10的整个使用期间成为套筒11的最弱的部位的方式形成在套筒11的外表面。对于将人工结构不完全部21的部位确保为套筒11的最弱部位的条件在下面叙述。检测器20以从加强层12侧覆盖人工结构不完全部21的方式，或者位于人工结构、不完全部21附近的方式而夹设在套筒11的外表面与加强层12的内表面之间。当向氢气罐10填充高压的氢气时,氢气罐10的内压增大。然后,伴随燃料电池机动车的行驶，氢气罐10内的氢气被消耗，氢气罐10的内压减少。这样，氢气罐10中,在其使用期间，由于氢气的填充和消耗，而重复进行内压变动的压力循环。压力传感器28配设在阀装置15内，检测储藏空间13的内压P。控制装置45具备预测部46、预测结果显示处理部47及出入量控制部48。控制装置45从检测器20接受与作为氢气罐10的寿命关联值的氢气罐10的疲劳度或刚性降低度有关的检测信号。控制装置45根据来自检测器20和压力传感器28的检测信号来控制阀装置15的阀的开闭。预测部46、预测结果显示处理部47及出入量控制部48的 作用在后述的图13 图15的说明时进行详细说明。接下来，参照图2，对于研究了氢气罐10中的压力循环的重复数与氢气罐10上形成的人工结构不完全部21处的裂纹的成长的关系的实验结果进行说明。在图2的图表中，横轴是氢气罐10中的压力循环的重复数、纵轴是氢气罐10上产生的最大裂纹的长度。作为检测器20使用裂纹测定仪30(图3)，对于氢气罐10试着进行试验而得到的结果成为图2的特性。形成初始长度为0. 5mm的裂纹作为人工结构不完全部21，研究伴随压力循环的重复，该裂纹如何变化。需要说明的是，0. 5mm的人工裂纹是氢气罐10的使用开始时唯一的人工结构不完全部，并且比氢气罐10的开始使用时存在的任意的自然结构不完全部的裂纹的长度都大。在压力循环的重复数达到规定值之前，裂纹的长度不增加，但若超过规定值，则缓慢增加，伴随压力循环的重复数进一步增加，上升率提高。当裂纹的长度稍超过IOmm时，之后尽管重复数增加，裂纹长度的增加停止，该时刻成为从氢气罐10产生氢气泄漏(渗漏)的时刻。接下来，参照图3，对作为图I的检测器20的一例的裂纹测定仪30的结构进行说明。裂纹测定仪30充分接近人工结构不完全部21并粘接在套筒11的外表面。裂纹测定仪30包括两端的端子31、32 ;相互平行且在排列方向上等间隔地在端子31-端子32之间延伸的多个电阻33。伴随人工结构不完全部21的成长，裂纹22向裂纹测定仪30方向伸展，将电阻33从靠近人工结构不完全部21的一侧起顺次切断。多个电阻33等间隔地并列设置，且两端连接于端子31、32。因此，电阻33成为相互并联的关系，伴随裂纹22的成长，电阻33的切断数增加，由此，裂纹测定仪30的电阻值增大。裂纹22从人工结构不完全部21向套筒11的人工结构不完全部21的部位处的最大应力方向伸出。在后述的图7(a)及图10的圆柱形的氢气罐10中，最大应力方向为圆周方向。接下来，参照图4，对图3中的裂纹22的长度与裂纹测定仪30的电阻值的关系进行说明。如图2中说明的那样，裂纹的长度与氢气罐10的剩余寿命存在相对关系，因此能够根据裂纹测定仪30的电阻值来预测氢气罐10的剩余寿命。需要说明的是，氢气罐10的使用开始时的寿命及各时刻下的剩余寿命并不是由距寿命终结的剩余时间表示，而是由如后述的例如从当前起至氢气罐10的寿命终结为止能够重复的内压的循环数来表示。此外，氢气罐10的当前预测的预测寿命是指剩余寿命。
需要说明的是，图4中的裂纹的长度是图3中的人工结构不完全部21的长度与从人工结构不完全部21向裂纹测定仪30侧及其相反侧伸出的两根裂纹22的长度的总和。接下来，参照附图5的剖视图，对图I的检测器20的其他例即应变仪40进行说明。应变仪40以覆盖人工结构不完全部21的方式粘接在套筒11的外表面。引线41从应变仪40引出，将应变仪40的检测信号向控制装置45输入。
相对于从上方观察图3的裂纹22向人工结构不完全部21的部位处的套筒11的最大应力方向延伸的状态的图，图5的裂纹23是观察套筒11的截面而观察到的裂纹，因此伴随氢气罐10的压力循环的重复数的增加，从人工结构不完全部21向其深度方向伸出。应变仪40对套筒11的外表面处的人工结构不完全部21的周围部分的应变进行检测。该应变关系到裂纹22、23的成长(长度的增加)。接下来，参照图6，对以裂纹23的长度作为参数的氢气罐10的内压与应变仪40检测到的应变的关系进行说明。对于同一内压，随着裂纹23的长度增加，应变增大。如图2中的说明，由于裂纹的长度与氢气罐10的剩余寿命存在相对关系，因此能够根据应变仪40检测到的应变来预测氢气罐10的寿命上的当前位置(或剩余寿命)。接下来，参照图7，对由套筒11及加强层12构成的并行弹簧模型进行说明。图7 (a)表不氢气罐10的横截面,氢气罐10具有圆形的横截面。当由氢气罐10内的氢气产生的向套筒11的内表面的内压P作用于套筒11的内表面时，套筒11及加强层12受到向氢气罐10的圆周方向的拉伸应力O。图7(b)表示套筒11及加强层12的并行弹簧模型。如图7(b)的并行弹簧模型那样，在氢气罐10的结构中，套筒11及加强层12由于同一内压p而受到拉伸力，并向该拉伸方向产生相同的应变。作为加强层12的劣化现象考虑有(a)套筒11与加强层12的剥离、(b)加强层12内的局部的碳纤维的断裂、及(C)加强层12内的碳纤维与环氧树脂的剥离。(a) (C)的劣化现象与图7(b)的并行弹簧模型中的加强层12的刚性降低有关。由该并行弹簧模型可知，由于在套筒11及加强层12上作用有同一应变，因此能够根据套筒11的应变来检测加强层12的刚性降低。接下来，参照图8，对应变仪40检测套筒11及加强层12这两方的寿命的情况进行说明。图8的应变仪40夹设在套筒11的外表面与加强层12的内表面之间，对套筒11的人工结构不完全部21处的应变进行检测。由于加强层12的刚性降低与套筒11的应变有关，因此应变仪40检测的应变成为包含加强层12的刚性降低的值。接下来，参照图9，对以加强层12的刚性作为参数的氢气罐10的内压与应变仪40检测到的应变的关系进行说明。对于同一内压，随着加强层12的刚性降低，应变增大。SP，根据图8的应变仪40检测到的应变，能够预测由于加强层12的刚性降低所影响的氢气罐10的剩余寿命。接下来，参照图10，对套筒11的内表面产生的裂纹25的应力扩大系数进行说明。套筒11上原本由套筒11的内表面侧的内压P作用有氢气罐10的圆周方向的拉伸方向的应力O。另一方面，在氢气罐10中，通常不是在套筒11的外表面而是在内表面产生裂纹25。若裂纹25在套筒11的内表面产生，则高压氢气进入裂纹25内，由于进入的高压氢气所产生的内压P向使裂纹25扩开的方向作用，并与原本的应力O重合。
因此，氢气罐10的裂纹处的应力扩大系数K为原本的应力O所产生的应力扩大系数Kl与进入到裂纹25内的高压氢气所产生的应力扩大系数K2之和K1+K2。因此，下式成立。需要说明的是，(#)是指X的平方根。此外，下式是关于应力扩大系数的公知的计算式。Kl-Fo ( V^a ) (I)K2 —Fp ( V^a ) (2)K=K1+K2=F (o+p) (V^) (3)其中，各符号的含义如下 0 :裂纹部位的标称应力a :裂纹的半长F :基于裂纹 结构物的形状、加权的常数在通常的寿命评价试验中，研究与Kl对应的材料的寿命，但对于实际的氢气罐10的寿命需要考虑K2，比通常的寿命评价试验中的寿命降低相当于内压P的压力效果的K2的量。对人工结构不完全部21(图I)的尺寸进行说明，如图11所示，若将人工结构不完全部21投影到与最大应力作用的方向垂直的面时的面积定义为S (单位平方mm)，则人工结构不完全部21的尺寸设定为)=0.1 1.0平方mm。但是，在人工结构不完全部21的深度与长度之比为5倍以上的情况下，将结构不完全部深度或结构不完全部长度中较小一方的长度的(#)倍的值作为人工结构不完全部21的尺寸。需要说明的是，在图11中，定义了关于人工结构不完全部21的投影面积S，但对于自然结构不完全部的投影面积S也同样定义。在氢气罐10的制造过程中，通常产生长度为0. Imm左右的结构不完全部(自然结构不完全部)。因此，为了可靠地从人工结构不完全部21进行疲劳破损，在氢气罐10的整个使用期间将人工结构不完全部21维持为氢气罐10的最大结构不完全部，即为了在氢气罐10的整个使用期间将人工结构不完全部21维持为气罐10中的最弱部，需要使人工结构不完全部21为0. Imm以上的尺寸。需要说明的是，人工结构不完全部21形成在套筒11的外表面侧，因此相当于上述
(2)式的K2的内压P的压力效果不起作用。为了保证将人工结构不完全部21在氢气罐10的整个使用期间作为氢气罐10的最弱部，并成为氢气罐10中的所有结构不完全部中的最大结构不完全部，而人工结构不完全部21的尺寸需要适当地设定为比自然结构不完全部的尺寸大。另外，将人工结构不完全部21在氢气罐10的整个使用期间维持为氢气罐10的最弱部的理由是由于氢气罐10的使用期间的各时刻下的剩余寿命由氢气罐10的所有结构不完全部中的最大结构不完全部来确定，因此对于剩余寿命的预测，只要仅观测最大结构不完全部的大小即可，能够省略其他的结构不完全部的观测。在人工结构不完全部21的尺寸例如为自然结构不完全部的尺寸的2倍程度(例如0.2mm)以上时，可知套筒11的内表面侧的0. Imm的自然结构不完全部所受到的疲劳减少到人工结构不完全部21的尺寸为0. Imm时所受到的疲劳的一半左右。因此，通过将人工结构不完全部21的尺寸对准设定为自然结构不完全部的尺寸的2倍以上，在氢气罐10的整个使用期间中能够将人工结构不完全部21确保为氢气罐10的最弱部。另一方面，在Imm以上的结构不完全部中，疲劳寿命的降低量变得显著。因此，在将人工结构不完全部21形成为Imm以上的情况下，需要减小设计允许应力等措施，导致氢气罐10的重量增大。因此，如上所述，人工结构不完全部21的(VS )最大为Imm是适当的。接下来，参照图12，对适用于套筒11不是金属而是树脂制的氢气罐10的寿命检测器进行说明。在套筒11为金属的情况下，储藏空间13的热容易向外部散出，相对于此，在套筒11为树脂的情况下，套筒11的加工变得简单。在树脂制的套筒11中，与金属套筒的金属疲劳不同，由于加强层的疲劳劣化等各种原因而导致寿命终结。因此，难以将人工结构不完全部21加工在树脂的套筒11上而根据该人工结构不完全部21的成长来检测氢气罐10的寿命上的当前位置(或剩余寿命)。图12的检测装置用于应对该情况。即，在图12中，与套筒11及加强层12不同而另外准备薄膜金属板50。在图12的检测装置中，将上述图3的结构不是应用于套筒11的外表面，而 是应用于薄膜金属板50。薄膜金属板50的厚度可以任意设定。人工结构不完全部21将薄膜金属板50贯通或使其有底而加工在薄膜金属板50上。以与图3中的裂纹测定仪30相对于人工结构不完全部21的情况相同的相对位置关系，而使裂纹测定仪30相对于图12的人工结构不完全部21固接在薄膜金属板50上。裂纹测定仪30的固接面既可是薄膜金属板50的加强层12侧的面，也可是套筒11侧的面。这是由于无论裂纹测定仪30固定在薄膜金属板50的哪个面上，都是夹设在套筒11与加强层12之间的缘故。如此，加工有人工结构不完全部21且固接有裂纹测定仪30的薄膜金属板50夹设在套筒11的外表面与加强层12的内表面之间。伴随氢气罐10的使用增多，裂纹22的长度增加，裂纹测定仪30的电阻值如图4所示那样变化。如此，即使对于套筒11为树脂制的氢气罐10，也能够预测氢气罐10的各使用时刻下的剩余寿命。图12中，裂纹测定仪30安装于薄膜金属板50，但也可将图5的应变仪40安装于薄膜金属板50。接下来，参照图13，对图I的控制装置45实施的氢气罐10的填充压力控制进行说明。图13表示控制装置45在氢气罐10的各寿命期间内实施的填充压力控制。如图2中的说明，能够根据裂纹的长度来预测氢气罐10的寿命上的当前位置(或剩余寿命)。另一方面，内压的压力循环中的最大压力与最小压力之差即内压振幅越小，氢气罐10的载荷越降低，因此，若减小内压的压力循环中的内压振幅，则能够实现氢气罐10的寿命延长。预测部46接受检测器20的检测信号，根据图4或图6的特性来导出人工结构不完全部21的长度，并根据导出的人工结构不完全部21的长度，基于图2的特性而算出压力循环的重复数n。预测部46在此算出的重复数n与寿命氢气罐10的寿命上的当前位置对应。预测结果显示处理部47将预测部46算出的重复数n直接显示在显示器上，或者以能够知晓氢气罐10的寿命上的当前位置的方式、例如以n/ne(其中，ne是氢气罐10的寿命终结时的压力循环数。)的方式显示在显示器(未图示)上，通知氢气罐10的使用者
坐寸o
出入量控制部48根据预测部46算出的重复数n，来判断该n对应于氢气罐10的寿命的哪个期间。在图13中，关于n所属的期间，分为0彡n < nl、nl彡n < n2、n2彡n< n3及n3 < n < ne这四个期间。在0 < n < nl的期间内，出入量控制部48不向阀装置15发送控制信号，不进行氢气罐10的填充压力控制。即，向氢气罐10的氢气填充及消耗在氢气罐10的最高填充压力以下的范围内由使用者自由处置。当n分别成为nl彡n < n2及n2彡n < n3时，出入量控制部48对于阀装置15分别实施第一级及第二级填充压力控制。当n为n3 < n时，出入量控制部48判断为氢气罐10接近寿命终结，而封闭阀装置15，终止向氢气罐10内填充氢气，并禁止氢气罐10的使用。在由出入量控制部48进行的第一级填充压力控制期间内，阀装置15以使氢气罐10内的内压振幅收敛在第一规定值al内的方式来控制氢气罐10的内压。 关于第一级填充控制及下面的第二级填充压力控制中的氢气罐10的内压变化，由图14及图15进行说明。在由出入量控制部48进行的第二级填充压力控制期间内，阀装置15以使氢气罐10内的内压振幅收敛在第二规定值a2(其中，a2 < al)内的方式来控制氢气罐10的内压。图14表示由控制装置45的出入量控制部48进行的阀装置15的控制的结果，表示产生的氢气罐10中的压力循环的填充压力(内压p)的振幅的第一例。伴随从阀装置15向套筒11内填充氢气，填充压力上升，此外，伴随从氢气罐10向燃料电池供给氢气，填充压力减少。压力循环C0、C1、C2表示图14的通常填充、第一级填充压力控制、第二级填充压力控制的各期间中的压力循环。压力循环C0、C1、C2中的填充压力的振幅分别设定为a0、al、a2 (a0 > al > a2)。压力循环CO表示不实施填充压力控制，氢气向氢气罐10内填充到最高填充压力，且消耗氢气达到氢气罐10内成为表示氢气的大致空状态的最低剩余压力PO。结果，压力循环中的填充压力的振幅变为a0(=最高填充压力-PO)。压力循环Cl中，实施第一级填充压力控制，填充压力的上限设为最高填充压力，而下限设为比最低剩余压力PO适度高的Pl，填充压力的振幅为al (=最高填充压力-Pl)。在压力循环C2中，实施第二级填充压力控制，填充压力的上限设为最高填充压力，下限设为比Pl适度高的P2，填充压力的振幅为a2(=最高填充压力_p2)。图15表示由控制装置45的出入量控制部48进行的阀装置15的控制结果，表示产生的氢气罐10中的压力循环的填充压力(内压p)的振幅的第二例。图14中的压力循环C0、C1、C2与图15中的压力循环⑶、C1、C2的不同点在于在压力循环CO、Cl、C2中，为了使填充压力的振幅分别为a0、al、a2，在图14的压力循环CO、C1、C2中改变下限的填充压力，而在图15的压力循环C0、C1、C2中，下限固定为最低剩余压力PO,使上限的填充压力分别为p3、p4(p3 > p4)。由此，al = p3_p0、a2 = p4_p0。为了使压力循环0)、(1、02中的填充压力的振幅为30、&1、&2，在图14中，改变压力循环中的下限的填充压力，此外，图15中，改变压力循环中的上限的填充压力，但也可改变上限及下限这两方。
在本发明的实施方式中，对于搭载于燃料电池机动车的压力容器来说明了本发明，但本发明也能适用于其以外的压力容器。在本发明的实施方式中，对于搭载于燃料电池机动车的氢气罐10来说明了本发明，但本发明也能够适用于储藏氢气以外的高压气体的压力容器、储藏使用于机动车燃料以外的高压气体的压力容器。在本发明的实施方式中，以压力循环的重复数为单位来表现氢气罐10的寿命，但也可将裂纹的长度或应变本身作为寿 命的预测值(各使用时刻下的剩余寿命)。
权利要求
1.一种压カ容器，其具备将加压后的流体储藏在内部的套筒；围绕该套筒来加强该套筒的加强层， 所述压カ容器的特征在干， 所述压カ容器具备检测部，该检测部夹设在所述套筒与所述加强层之间，井根据夹设部位处的物理量来检测依赖于所述套筒和所述加强层中的至少一方的寿命关联值。
2.根据权利要求I所述的压力容器，其特征在干， 人工结构不完全部以在所述套筒的内表面不露出的方式形成在所述套筒的外表面侧的金属材料上， 所述检测部检测所述人工结构不完全部的成长来作为所述夹设部位处的物理量，所述人工结构不完全部的成长由于伴随流体向所述压カ容器的出入而所述压カ容器的内压的变动的重复引起。
3.根据权利要求2所述的压力容器，其特征在干， 将该压力容器的结构不完全部向与该结构不完全部上产生的应カ中的最大应カ方向垂直的垂直面投影的投影面积定义为S， 所述人工结构不完全部的大于任一自然结构不完全部的，且其最大应カ方向的长度制造成因该人工结构不完全部的形成而导致的压カ容器疲劳寿命的降低达到允许限度的尺寸以下。
4.根据权利要求I所述的压力容器，其特征在干， 所述检测部为裂纹測定仪或应变仪。
5.根据权利要求2所述的压力容器，其特征在干， 所述套筒为树脂制， 金属膜材夹设在所述套筒与所述加强层之间， 所述人工结构不完全部设置在所述金属膜材上。
6.根据权利要求I所述的压力容器，其特征在干， 所述压カ容器具备 预测部，其根据所述检测部的输出来预测所述压カ容器的剰余寿命； 出入量控制部，其在该预测部预测的剰余寿命小于规定值时，与剰余寿命在规定值以上时相比，以减少压カ容器的内压的变动幅度的方式来控制所述加压后的流体向所述压カ容器内的出入量。
全文摘要
本发明提供一种压力容器，其搭载于燃料电池机动车等，并能够高精度且短时间地预测由内侧的套筒和外侧的加强层构成的压力容器的剩余寿命。人工结构不完全部(21)在氢气罐(10)的整个使用期间以维持为氢气罐(10)的最弱部的尺寸形成在套筒(11)的外表面。检测器(20)例如由夹设在套筒(11)与加强层(12)之间的裂纹测定仪(30)构成，并在人工结构不完全部(21)的附近固接于套筒(11)的外表面。裂纹(22)的长度伴随由于氢气罐(10)的使用增多而导致的内压的压力循环的增加而增加。伴随裂纹(22)的成长，检测器(20)的电阻值增加。
文档编号F17C13/02GK102734634SQ201210088658
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月29日 优先权日2011年4月6日
发明者宫川一夫, 金崎俊彦 申请人:本田技研工业株式会社