成果報告書詳細
管理番号20130000000480
タイトル平成20年度-平成24年度成果報告書 水素製造・輸送・貯蔵システム等技術開発 水素ステーション機器要素技術に関する研究開発 低コスト型70MPa級水素ガス充填対応大型複合蓄圧器の開発
公開日2013/10/29
報告書年度2013 - 2014
委託先名JX日鉱日石エネルギー株式会社 サムテック株式会社
プロジェクト番号P08003
部署名新エネルギー部
和文要約 水素ステーションでは、70MPaのFCV高圧水素容器に短時間で高圧水素を供給するために、圧力をためておく蓄圧器が必要である。従来技術である鋼製容器では、肉厚な構造となり、製造コスト・重量がかさんでしまい、普及に向けては大きな課題となっている。この高圧対応の蓄圧器のコストは、水素ステーション建設コストにおける設備材コストの約27%を占めている*1。水素ステーションの先行整備を目指すためには、水素ステーション建設コストを下げる必要があり、本研究開発では、コスト比率の高い高圧水素用蓄圧器の低コスト化を目指して、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)容器の開発を行った。
 開発目標は、常用最高圧力80MPa、容量300Lで製造コストを既存の鋼製容器の33%以下(1000万円以下)、重量を30%以下(1000kg以下)*2とした。また、他事業で実施する「水素供給インフラの技術実証」に提供しうるCFRP容器を完成させ、必要評価試験を実施し、水素ステーション用の蓄圧器としての使用認可を取得した。
 *1:平成20年度開発開始時試算
 *2:平成20年度開発開始時調査

(1)DRY-FW法によるCFRP容器製造方法の開発
    炭素繊維(CF)にあらかじめ可使時間の長い樹脂を塗布したトウプリプレグ(TPP)を用いたフィラメントワインディング(FW)法(DRY-FW法)の開発を行い、長時間に亘り連続でのFWを必要とする大型CFRP容器の製造が可能となった。

(2)CF・樹脂の開発
    大型CFRP容器の製造に適した、可使時間が長く、硬化前の粘度が低く、硬化後強度の高い樹脂の開発を行いTPPに適用することで、従来のTPPと比較し、容器の破裂強度を向上させることができた。

(3)FW成形方法、成形装置の開発
    TPPを加熱しながらFWすることで、CFRP層の空隙の低減、FW時の巻緩みの低減などの効果により、CFRP容器の強度発現率向上を目指した。この加熱FW法により、小型容器で約1.3倍の強度発現率向上を確認した。
  
(4)大型CFRP容器成型技術の開発
    製造を目指す高圧大型CFRP容器に対応し、6mまでの長尺容器のFWが可能な大型FW装置の設計開発、高圧大容量での評価が可能な破裂試験装置、サイクル試験装置などの導入を行い、大型CFRP容器の製造・評価が可能となった。
 
(5)検証テスト用大型CFRP容器の開発
    開発した大型CFRP容器製造技術を用いて、常用圧力82MPa、内容量200LのCFRP容器を製造し、必要評価試験を実施し、日本で初めて水素ステーションでの蓄圧器として使用認可を取得した。これを別事業である水素ステーション実証事業へ提供し、実証を開始した。

英文要約In this project, we have been developing manufacturing technologies for large-scale carbon fiber reinforced plastics (CFRP) tanks for supplying high pressure hydrogen gas used at hydrogen stations as accumulators.
Compared with correspondent high pressure type of steel tanks, our target tanks are highly-advantageous in points of the production cost and weight.
The manufacturing technology of these tanks is one of the most necessary technologies for the establishment of hydrogen infrastructure.
The purpose of this project during five-year is developing of the manufacturing technologies of the 300 L CFRP tanks which will be able to store hydrogen gas at about 80 MPa as normal operating pressure. Also, the target of these production cost is 10 million yen or less, and weight is 1000 kg or less.
Moreover, we are going to acquire special permission of the CFRP tanks, mentioned above, to use for the verification test at the hydrogen stations of another national project and verify by cooperating with the enforcer of the demonstration test.
We have established the detail designs specifications of the large-size CFRP tanks for the verification test.
We had manufactured these type of CFRP tanks, and using these tanks, we completed conducting the evaluation tests required for special permission acquisition of the CFRP tanks.

(1) Development of the process of manufacturing CFRP tanks using DRY-method.
DRY-method is Filament Winding (FW) process of using Tow-Prepreg (TPP), which is carbon fiber (CF) pre-impregnated with resin which could be used relatively longer time. We have developed the DRY-FW method which could be applied for longer manufacturing time, consequently large-scale CFRP tanks could have been manufactured.
(2) Development of TPP used for DRY-FW method.
We have developed an appropriate resin for manufacturing of large-scale CFRP tanks. The resin had the characteristics of longer usable time, reduced viscosity and increased in strength after cured. Applying this newly developed TPP, the CFRP tanks had been increased in the burst strength compared with the existing TPP.
(3) Development of FW method and forming device.
Using the method of heating TPP during FW, we aimed at decreasing the voids in the CFRP composite layer and reducing the loosening behavior of the TPP in the FW process. These could be an advantageous effect for increasing in the burst strength of CFRP tanks. We could have increased in strength 1.3 times by using this heating FW method.
(4) Development of manufacturing technologies of large-scale CFRP tanks.
Complementary with manufacturing large-scale CFRP tanks, various equipments have been designed and introduced. We had introduced the FW equipment designed for forming 6 M long tanks, the burst test equipment and cycle test equipment used for high pressure and large in capacity tanks. Therefore, production and evaluation of the large-scale CFRP tanks could have become possible.
(5) Development of the large-scale CFRP tanks for the demonstration test.
Using the developed manufacturing technologies of large-scale CFRP tanks, we could have produced the CFRP tanks, which were used at 82 MPa as a normal operating pressure and were 200 L of internal capacity. Furthermore, we received the usage permission at hydrogen stations for the first time in Japan. These tanks had been provided to the project related to hydrogen station demonstration test. Now we had made a start toward verification test.


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