成果報告書詳細
管理番号20130000000538
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ステーション機器に係わる研究開発
公開日2013/10/29
報告書年度2008 - 2012
委託先名一般財団法人石油エネルギー技術センター 株式会社日本製鋼所 株式会社キッツ 一般財団法人金属系材料研究開発センター アズビル株式会社
プロジェクト番号P08003
部署名新エネルギー部
和文要約 件名; 「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ステーション機器に係わる研究開発」

(1)総合的エンジニアリング技術開発(JPEC、再委託先:九州産業大学)
・全委託先がステーション全体のコスト構造分析と課題抽出を行い、開発計画立案、効果検証を行った。
・ダイナミックシミュレーションを用いた充填解析を行い、差圧充填型、続いて、圧縮機併用型差圧充填型での最適機器構成の検討を行った。
・システム技術開発、水素先端基礎研究事業と連携し、九州産業大学と共同で、温度変化も含めた水素充填状態の推定が可能な数値解析プログラム開発を行った。

(2) 鋼製蓄圧器開発に関わるFS検討および開発 (日本製鋼所)
 水素ステーション用鋼製蓄圧器の高容量化を実現するために、強度・靭性の優れた大型化対応材料としてASME SA-723鋼を選定し、成分や製造条件の最適化により耐水素脆化特性の向上を図った。また、蓄圧器の耐久性向上を実現するための製造技術を検討し、高容量化蓄圧器に対する高耐久化製造技術を確立した。
 その結果、世界初となる450Lの高容量化水素蓄圧器は、従来の鋼製蓄圧器に比べ使用寿命として上限回数と上限年数共に大幅に延長され、コストとして半減以下の見通しを得て、開発目標を達成した。本蓄圧器は、実際の水素ステーションに設置され運転が開始された。

(3) 水素用高圧バルブ開発(キッツ)
 70MPa級水素ステーションの課題は充填時間とコストであり、ON/OFF用途のバルブにおいて、充填時間短縮かつコスト低減の課題に対し、ボールバルブの開発が必要であるとの結論に至った。
 「非金属材料の選定」、「高圧水素ガスの封止構造検討」、「コンパクト化技術検討」を行い、設計を完了させた。この試作品に対し、高圧水素ガスによる性能試験を実施し、目標の性能を確認した。高圧水素ガスによる開閉作動耐久試験を4種類の温度条件にて実施し、目標回数(4万回)に対し合格した。
 更に重要部位の性能試験結果から、改良設計を行い、量産試作の性能を確認後、実水素ステーションにて実機評価を行った。プレクール出口を模擬した試験条件にて、高圧水素ガスによる開閉作動耐久試験を実施し、目標回数(8万回)に対し合格した。
 
(4) 低コスト・高強度金属材料開発(JRCM)
 ・JIS SUS316L材と耐水素性が同等で、強度が30-50%向上する材料を開発した。
・バルブメーカー等へ開発材料を提供し、加工性においても問題がないことを確認した。

(5) 制御システム開発(アズビル)
・水素ステーション制御集中化による制御機器を統合し、制御機器費用の低減を実現した。
・水素ステーション仕様の標準化、ソフトウエアの共通化によりシステム設計費の低減を達成した。

(6) 流量調節弁開発(アズビル)
 ・世界最高水準のシール技術を開発し、水素中で30万回の作動耐久性を実現した。
 ・流量調節弁のコスト低減においても、目標とするコスト低減を実現した。






英文要約Title:“Research and Development for Hydrogen Production, Transportation and Storage System/Research and Development for Elemental Technology of Hydrogen Refueling Station Components/Research and Development for Low-cost 70MPa Hydrogen Refueling Station”

(1) 70MPa Hydrogen Station cost estimation, optimization study, and modeling for filling process (JPEC/KSU)
- 70MPa Hydrogen station base model was studied, and it was estimated that the construction cost of a low-cost model.
- The optimized differential pressure station model was studied using dynamic simulation as to refueling time. For further cost reduction, a compressor assisted differential pressure refueling model was studied and the optimized station component model was obtained.
- A new computer program has been developed for the dynamic simulation of hydrogen stations.
The temperature, pressure and mass flow trend obtained from this program almost agree with experimental values.

(2) Feasibility study and development of 70MPa class large capacity steel hydrogen storage tanks (The Japan Steel Works, Ltd.)
 ASME SA-723 steel, which has the required strength and ductility for larger pressure tanks in a hydrogen station, was selected. The chemical composition and manufacturing conditions were optimized to improve the hydrogen embrittlement resistance. Methods for high-durability fabrication technology for steel tanks were examined and established.
 As a result, a prototype of the world’s first experienced large capacity hydrogen storage tank (450 L) with a significantly extended operating life and reduced cost by conventional one was developed and was put into operation at an actual hydrogen station.

(3) Production and assembly of high pressure hydrogen ball valve(KITZ Corporation)
 Reducing refueling time to FCV is the most critical issue for current 70 MPa Hydrogen fuel station. A ball valve, which can be designed compact and have better flow efficiency, seems to be the most economical solution.
 Material selection and FEM analysis was conducted for good durability performance of a ball valve, which can be designed. From each parts verification result, primary design of ball valves was completed. Trial production and assembly of high-pressure hydrogen ball valve were carried out. We made the design for improved product performance verification testing various reflecting the best results. Simulating of the outlet of Pre-cooling durability test performed by high-pressure hydrogen gas, were carried out.

(4) High-strength and low-cost materials(JRCM)
 Effective methodology for strengthening and suppress of high-cost-nickel use for cost reduction of austenitic stainless steels were focused to obtain new materials. For the achievements of the target, we took 1) solution precipitation and work hardening approaches for the material strengthening and 2) alternative raw elements selection such as manganese. Lab-scaled materials were produced and served to manufacturers, and the obtained data such as SSRT testing was provided to further evaluation.
 
(5) Control System Development (Azbil Coroporation)
- Reduced control system hardware costs by integration of control related devises and panels based on centralization of control nd monitoring functions.
- Reduced control system design and implementation cost by standardization of specifications for Hydrogen stations and control software.

(6) Control Valve Development
-Developed the world-top class sealing technique and achieved durabilityfor 300,000 strokes of control valve action.
-Reduced cost of a control valve for Hydrogen station to the target level.







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