成果報告書詳細
管理番号20160000000691
タイトル平成25年度-27年度成果報告書 水素利用技術研究開発事業 燃料電池自動車及び水素ステーション用低コスト機器・システム等に関する研究開発 スチール製ライナー低コスト複合容器蓄圧器の開発
公開日2016/8/26
報告書年度2013 - 2015
委託先名JFEスチール株式会社 JFEコンテイナー株式会社
プロジェクト番号P13002
部署名新エネルギー部
和文要約和文要約
 水素ステーションの低コスト化に寄与できるスチールライナ-CFRPタイプ3複合容器蓄圧器の開発を行った。タイプ3容器は、一般的には金属ライナはライナはガスバリア層として位置付けられ、耐圧性能は繊維がになっているが、本開発では低コスト化のため、ライナにも圧力を分担する設計とした。得られた結果は以下のとおり。
・スチールライナ-CFRPタイプ3複合容器蓄圧器の基本設計を完了した。
・スチールライナ-CFRPタイプ3複合容器蓄圧器で設計係数4で寿命10万回を超える容器が設計可能であることを確認した。
・スチールライナ-CFRP タイプ3複合容器蓄圧器は破裂試験において、厚肉ライナになると従来のタイプ3容器と異なり、CFRP層が破断してもライナが破壊しなかった。
・スチールライナ-CFRP タイプ3複合容器蓄圧器の圧力サイクル特性はライナの最大フープ応力で支配されることを確認した。
・ライナの非破壊検査において、渦流探傷を用いて0.225mmまでの疵を検出できた。
・スチールライナ用低合金高強度鋼の高圧水素中での特性評価を行い、寿命10万回以上を達成できる結果を得た。
・高圧水素環境下での材料試験は、極少数の機関でしか実施できず、データ蓄積に長時間を要する。本研究を加速するため、高圧水素環境下材料特性を高圧水素を用いない手法で推測する手法を検討した。その結果、0.1M NaOH水溶液中で100A/m2の電流密度で陰極チャージしながら疲労試験を行うことで、115MPa高圧水素ガス中の疲労試験片と同等の疲労試験結果を得られることを示した。両条件では試験片表面での水素の逃散能が同等であると推測された。また、水素の逃散能以外に、陰極チャージ疲労試験中に試験片が腐食しない溶液および電流条件を設定することが重要であることを示した。本手法は種々の機関で実施可能であるため、様々な研究が実施でき、高圧水素環境下での材料の水素脆化に、関する知見をより多く蓄積できると期待される。
 ・低合金鋼を水素ステーション用蓄圧器に簡便に適用するための規制見直しについて関係機関と議論を実施し、スチールライナ-CFRP複合容器ガイドラインおよび技術基準策定のための各種検討が開始された。
英文要約Summary
Steel liner - CFRP Type3 composite construction pressure vessel which can contribute to cost reduction of hydrogen station was developed. In type3 vessel, the role of a metallic liner is generally gas barrier layer and almost pressure is borne by CFRP. The cost of CFRP is higher than that of metal. Therefore, in this development, the vessel design in which almost part of the pressure is borne by a steel liner was investigated. The results as follows are obtained.
1. A basic design of steel liner - CFRP Type3 composite construction pressure vessel was completed.
2. The life of the designed vessel was confirmed over 100 thousands cycles at 4 of the safety ratio.
3. In the burst test, the conventional Type3 vessel with a thin liner inevitably fractures the CFRP fractures, however, the developed type3 vessel with a thick steel liner didn’t fracture in spite the fact that CFRP fractured.
4. The pressure cycle property of the developed Type3 vessel was controlled by maximum hoop stress of liner.
5. The defects in liner with the depth of 0.225mm or more were detected by the Eddy Current examination.
6. A high strength low alloy steel for steel liners was evaluated under high pressure hydrogen gas. The life of the steel liner made of the high strength low alloy steel was estimated 100 thousand cycle and over.
7. Tests for materials under the high pressure hydrogen environment were able to be conducted by only a few company or university or institute. Therefore, it takes long time to acquire the material data under high pressure hydrogen. For acceleration of this development, the evaluation method which mechanical property under high pressure hydrogen gas environment can be predicted without high pressure hydrogen gas was investigated. As the result, by the fatigue test with cathodic charging method in 0.1M NaOH solution with the current density of 100A/m2, the same fatigue property as that under 115MPa high pressure hydrogen gas environment can be obtained. The reason was estimated why the hydrogen fugacities on the surface of the specimen were almost the same under those two conditions. Moreover, in addition to the hydrogen fugacity, it is clarified that the current density, electric potential and solution condition setting under which the specimen doesn’t corrode are also important. Fatigue test with cathodic charging can be carried out in many company or university or institute. So, it is expected that various kinds of research can be conducted and more experimental results and knowledge for hydrogen degradation phenomena under high pressure hydrogen gas environment are acquired.
8. The meetings for the modification of the regulation of pressure vessels for the hydrogen station were held and logics for easy application of high strength low alloy steel to the vessel were discussed with institutions concerned. Various actions were started for the guideline and technical standard of steel liner-CFRP composite construction pressure vessel for establishment of the hydrogen station.
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