成果報告書詳細
管理番号20150000000019
タイトル平成22年度-平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業 (燃料電池・蓄電池) 安全性と耐久性に優れた燃料電池用水素循環ブロワの技術開発
公開日2015/4/17
報告書年度2010 - 2012
委託先名株式会社テクノ高槻 国立大学法人九州大学
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約件名:平成22年度-平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業/新エネルギーベンチャー技術革新事業(燃料電池・蓄電池)/安全性と耐久性に優れた燃料電池用水素循環ブロワの技術開発

燃料電池用水素循環ブロワは水素を昇圧循環する事から、信頼性と安全性が要求される。しかし、適切なブロワが存在せず、防爆仕様のコンプレッサなどが代用され、移動体用燃料電池システム実用化への足枷となっている。本研究開発ではコスト面で優位な電磁式ダイヤフラムブロワを採用し、安全性と耐久性に優れた低コスト燃料電池用水素循環ブロワを実用化する事で、燃料電池システムの普及をサポートし、低炭素化社会を早期に実現すべく、研究開発を行った。 1.水素劣化の影響把握 ダイヤフラムゴムの水素環境下における劣化影響を確認する為、ダンベル試験片を温度の異なる水素及び空気環境下に暴露後、引張試験を行い、引張強さ(Tb)及び伸び(Eb)の低下率を比較した。その結果、水素環境下ではゴムの酸化劣化が抑制され、TbおよびEbの低下率が小さくなった。これにより水素環境中では耐久性が向上することが確認できた。また、水素脆化が懸念されるネオジムマグネットについて水素曝露試験を実施し、表面のコーティングにより水素脆化が抑制されることを確認した。 2.低漏洩構造の研究開発 燃料電池を開発するシステムメーカーに対して水素循環ブロワに必要なスペックのヒアリングを行い、要求仕様を確定した。そして、要求仕様を満足しかつ内部に金属隔壁を有する事で低漏洩構造を実現する1次試作機を完成させた。 3.ビジネスプランの策定 開発する水素循環ブロワは水素を燃料とする様々な燃料電池システムに使用される。この為、自動車やオートバイ、産業用車両などの移動体のほか、携帯電話基地局の補助電源や、可搬型発電機などへの展開を想定し、これらの市場に対する市場調査を行なった。この結果、市場導入時期が早く、市場規模があり、技術的なハードルが比較的低い、フォークリフト、各種電動カート、補助電源用の燃料電池を導入時のターゲットとするビジネスプランを作成した。 4.実ガス環境における実証試験 実ガス条件における水素循環ブロワの耐久試験を実施するため、実ガス循環試験装置を開発し、3,300時間の実ガス循環動作を完了した。この循環動作試験は実際の燃料電池システムで想定される環境温度より高い70℃で実施しており、ダンベル試験片による実ガス暴露後の引張試験の結果、70℃の実ガス循環試験では加速係数が10.179倍であったことから、実証データと加速係数を合わせて最大33,590時間の耐久性が確認できた。 5.水素循環ブロワ2次試作機開発 2次試作機の開発において、ブロワを構成する個々の材料の実ガスに対する影響評価を行い最適な材料選定を行った。また、1次試作機の開発時に課題となった、ネオジムマグネットの水素脆化対策として、最適なバリア材と表面コーティング法を選定した。1次試作機ではマグネットと電磁石の隙間にアルミダイキャスト筐体と一体構造となる金属の隔壁を配置する事で、優れた気密性を有する構造となっていたが、この金属の隔壁を磁路が通過する事により渦電流が発生し、ブロワの効率を低下させる原因にもなっていた。この対策として今年度設計した2次試作機では、隔壁部を中子構造とする事で樹脂化に成功し、消費電力を約35%削減する事に成功した。 6.フィールドテスト 完成した2次試作機については、システムメーカーに協力を仰ぎ、実際の燃料電池システムに搭載して評価を行なった。これまでに合計6台の試作機を各システムメーカーに提供し、試作機を搭載したシステムでも安定動作が可能である事、水素循環ブロワを搭載しないシステムとの比較で水素消費量が格段に低下するなどの評価結果を得た。
英文要約Title : New Energy Technology Research Development/ New Energy Venture Business Technology Innovation Program (Fuel Cells and Batteries)/ Development of safe and reliable hydrogen recycling blower for fuel cell system (FY2010-FY2012) Final Report

The hydrogen recirculation blower (hereinafter HRB) that is the objective of this project is used to pressurize remaining hydrogen fuel from the power generation process in a fuel cell and to send it back to the upstream of the fuel cell. Since HRB carries hydrogen fuel, it requires explosion proof, higher reliability and safety. No commercial blower meeting such requirements is available. We determined to utilize electromagnetic diaphragm system as HRB. We studied for improvement of the reliability and safety of HRB. (1) Effect of fuel hydrogen on the degradation of diaphragm rubber The tensile-tested of rubber for diaphragm after exposure to wet mixed gas at elevated temperatures were performed as aging test. According to the results, HRB shows higher durability than the air blower the anti-oxidizing atmosphere. (2) Design for leak-proof diaphragm pump In terms of the bulkheads between electromagnets and neodymium magnet rod, we have manufactured prototype for leak-proof design establishment. (3) Judgment of business plan According to the marketing research, our HRB can be applicable to various fuel cells systems, such as powertrain of fuel cell vehicles or motorcycles, industrial vehicles, auxiliary power units for mobile phone stations, portable on-site power generators, and so on. (4) Study on durability of HRB and degradation of diaphragm rubber by fuel hydrogen gas Fuel gas in the fuel cell system consists of wet mixed gas of hydrogen and nitrogen. In terms of clarify the effect of the fuel hydrogen gas on the durability of HRB, we have developed the wet mixed gas recycling system and conducted the recycling test of the prototype of HRB. The recycle system equipped with on-line wetter of the recycling mixed gas at upstream of HRB and on-line dryer of wet recycled gas at downstream of HRB. We confirmed 3,400-hour durability of the prototype HRB by the recycling test. (5) Development of prototype of HRB We determined the suitable design of HRB prototype and selected the materials used for the components of HRB according to the results of dry hydrogen gas recycling test for the first trial prototype of HRB. According to the results of aging test of the materials in hydrogen fuel gas, we have selected suitable materials for the casing and surface coating materials of neodymium magnet for wet hydrogen fuel gas barrier. We designed advanced prototype, which consists of aluminum die-casting casing and internal resin bulkhead for leak-proof structure. 35% of energy consumption has been cut in terms of this structure. (6) Field test We supplied 6 HRB's to the fuel cell system manufacturing industries for the test as the auxiliary power units of mobile phone station and electric power train system of industrial load carrier vehicles or forklift trucks. We obtained evaluation results of prototype HRB. The results show that the fuel consumption of fuel cell system decreased in terms of HRB. These data will give us important information for improvement of HRB.
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