成果報告書詳細
管理番号20130000000477
タイトル平成18年度-平成24年度成果報告書 水素先端科学基礎研究事業
公開日2013/10/29
報告書年度2006 - 2012
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所 国立大学法人九州大学 独立行政法人物質・材料研究機構 国立大学法人京都大学 国立大学法人佐賀大学 国立大学法人長崎大学 学校法人上智学院 学校法人福岡大学 NOK株式会社
プロジェクト番号P06026
部署名新エネルギー部
和文要約平成18年度-平成24年度成果報告書 水素先端科学基礎研究事業 水素先端科学基礎研究

1.水素物性研究チーム
高温・高圧力条件下の水素のPVT性質、粘度および熱伝導率を測定するための装置を開発し、 773K、100MPaまでのデータを取得した。本データおよび既存のデータをもとに高圧でかつ高温まで適用領域を拡張した推算式を作成した。作成した状態方程式は音速の実測データとの比較により、誘導状態量に対しても有効であることを確認した。水素中の微量水分の露点測定法および推算法を明確に示した。水素熱物性データベース(以下DB)はCD/DVD-ROMおよびUSBメモリを利用した新しい形態のシステムを構築し、エクセルやMathcadなどのソフトウェアで容易に使用可能なアドインを開発した。水素熱物性DBは水素ステ-ション(以下ST)の関連分野で熱的最適設計やシミュレーションに有用である。
2.水素材料強度特性研究チーム
疲労破壊、引張破壊における水素脆化は、格子脆化による脆性破壊でなく、水素で局在化したすべりによるミクロ延性破壊であるとし、基本原理を確立し、FCV、インフラ関係者に水素機器の設計思想を提示した。さらに、このような基礎研究成果をもとに、下記の水素機器の実用化に貢献する応用研究成果を得た。水素構造材料データを集積し、KHK、JPEC、HYSUT、民間企業に366件を提供した。提供されたデータは、規制見直し、使用材料拡大、水素STの建設、FCVの高性能化・低コスト化などで使用された。実証が終了した35MPa 水素STの蓄圧器やパイプ、試験で破裂前漏洩した35MPa車載水素容器、高圧水素実験施設で水素漏洩した高圧配管用T型ジョイントなどの事例解析を行った。事例解析の結果をもとに、水素機器の安全性確保、高性能化の提言を行った。岩谷産業と共同で高強度ステンレス鋼HP160は耐水素脆性を有することを明らかにし、プレクーラー用材料として特認を取得した。さらに、共和電業と共同で高圧水素ガス用抵抗線ひずみゲージを開発し、間もなく市販される予定である。
3.水素高分子材料研究チーム
ブリスタによる内部クラックの進展状況を観察しブリスタ発生メカニズムを推定した。
水素曝露時に溶解した水素の溶解状態を分析し耐ブリスタ性に優れた分子設計指針の検討を実施した。日本ゴム協会水素機器用エラストマー研究分科会との連携により研究開発動向調査および研究ニーズの把握を進めたOリングの使用条件を模擬した温度、加減圧条件によるシールからの漏洩量によりOリングの破壊モードを把握し対策の指針を確立した(NOK)。 開発した材料の実機への適用評価を実施し水素耐久性材料の設計指針を策定した(日本合成化学)。
4.水素トライボロジー研究チーム
本研究チームの目的は、水素ガス中におけるトライボ界面の諸過程を理解し、水素利用機器で使用されるトライボ要素の設計に役立つ情報を産業界に提供することである。水素ガス中での摩擦試験と表面分析の実験システム、40 MPaの高圧水素ガス中での摩擦試験、摩擦試験における水素中のppmからppbオーダの微量の水分量、酸素量の制御方法など独自の方法と装置を開発した。これらを用いて、軸受、バルブ、動的シール等で用いられるしゅう動材料として代表的な鉄鋼材料、非鉄材料、樹脂材料、ゴム材料、及びコーティング材料の摩擦摩耗特性データを取得し、雰囲気による特性の違いについて支配的な要因を解明するとともに、産業界と連携して候補材料の水素中の特性を調べ、バルブ、動的シール、ピストンリングなどのしゅう動要素の設計に貢献した。
英文要約Title:Fundamental Research Project on Advanced Hydrogen Science.Fundamental Research on Advanced Hydrogen Science(FY2006-2012)Final Report

(1)Hydrogen Thermophysical Properties Team
Development of experimental apparatus and the measurements of PVT characteristics, viscosity and thermal conductivity have been performed in the range up to 100 MPa and 773 K (500 deg C). Three types of hydrogen thermophysical property database, WEB page, All-in-1-CD/DVD and add-in libraries for Excel and Mathcad have been developed. For these databases, usability of the database has been much improved. The sound velocity of hydrogen was measured within 0.03 % uncertainty in the range of 0.05 MPa to 1.0 MPa and that of 60 to 90 deg C. Dew and frost point measurement for H2 + H2O system were carried out under conditions of total pressure 5-10 MPa and water concentration 3-55 ppm by using cooled mirror technique and original visible image analysis.
(2)Hydrogen Fatigue and Fracture Team
An understanding of the fundamental mechanisms of hydrogen embrittlement has been gained in tensile and fatigue fracture. Four types of hydrogen structural materials database (hydrogen transportation, SSRT, fatigue life and fatigue crack growth) of stainless steels, low alloy steels, carbon steels and aluminum alloys have been developed in 0.7-MPa to 115-MPa hydrogen gas. The investigation and analysis of stainless pipes, storage cylinders, valves and flow meters in 35-MPa hydrogen stations have been done. Two high strength stainless steels have been found to have the high resistance to hydrogen embrittlement. An electric resistance strain gage for high pressure hydrogen gas use has been developed.
(3)Hydrogen Polymer Team
In order to design hydrogen gas seal rubber materials, 48 types of model composites was made and evaluated. We evaluated those of several kinds of polymer materials. We analyzed the dissolved hydrogen in rubber by solid state NMR. We have analyzed chemical structure of those materials for design the suitable hydrogen seal materials. We determined the O-ring
groove design for high-pressure hydrogen gas. We performed 5,500 times pressure cycle test of O-ring by high-pressure hydrogen gas. Gas barrier materials of high-pressure hydrogen hose was developed and tested as prototype hose.
(4)Hydrogen Tribology Team
The aims of the tribology studies were to establish basic understanding of processes at tribo-interface in hydrogen gas, and to provide information to industries to guide the design of tribo-elements for hydrogen applications. Various experimental techniques were developed including sliding test and chemical analysis system, tests in high pressure gas, control of a minute amount of trace water and oxygen for sliding tests. Tribological properties of various materials for valves, bearings and dynamic seals in hydrogen were obtained, and some governing factors and processes were clarified.

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