成果報告書詳細
管理番号20160000000865
タイトル平成25年度ー平成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 アルミ製ライナー低コスト複合容器蓄圧器の開発
公開日2016/11/16
報告書年度2013 - 2015
委託先名JX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P13002
部署名新エネルギー部
和文要約件名:平成25年度ー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 「アルミ製ライナー低コスト複合容器蓄圧器の開発」

燃料電池自動車の普及に向け水素供給インフラの整備を進める必要がある。本事業では、水素ステーションの建設コストの設備費に占める比率の高い蓄圧器の低コスト化を目指す。炭素繊維強化プラスチック(CFRP)容器は従来WET法で製造されていたが、本研究開発では、高圧水素用蓄圧器の低コスト化を目指した新たな技術開発として、CFRP容器のDRY法による製造技術開発〔以下の(1)ー(3)〕の検討を行った。その結果、国内の水素ステーション用蓄圧器として標準的に採用されている常用最高圧力90MPa、内容積300LのCFRP容器を用いることで、最終目標である製造コスト1.5万円/L、サイクル使用回数10万回以上を達成した。(1)CFRP容器成型技術の開発 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」において、「水素供給インフラの技術実証」事業に提供する70MPa充填対応複合蓄圧器の開発と詳細基準事前評価(特認)を取得した。本事業では更にコストダウンを行うべく内容量をアップした300L容器設計に取り組んだ。本容器設計においてライナー径を最適化することで破裂強度を向上した。また、シミュレーション解析より、CFRP肉厚とライナー壁厚の最適比率を算出し、CFRP厚みの削減と、強度発現率向上による汎用グレード炭素繊維(CF)の適用を実現した。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ーFW法)の開発を行い、高速化したFW方法を検証し、量産体制を確立した。従来のWET法に比べて約1.5倍の生産性向上を実現した。TPPを加熱しながらFWすることで、FW中に樹脂硬化を進めることにより、容器製造時間を短縮するとともに、加熱条件を最適化することで強度発現率向上を目指した。この結果、7.5Lスケールの小型容器で従来法同等の強度発現率向上を確認した。(2)CFRP容器材料の開発 大型CFRP容器の製造に適した、硬化前の粘度が低く、従来の樹脂に比べて硬化剤の分散性を向上させた樹脂の開発を行い、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。また、本樹脂を使用したTPPに汎用CFを採用し、TPP材料のコストダウンを図ることができた。(3)CFRP容器基準、検査に関する他事業との連携 「FCV及び水素供給インフラの国内規制適正化、国際基準調和・国際標準化に関する研究開発/FCV及び水素ステーション関連機器向け使用可能鋼材の拡大及び複合容器の基準整備等に関する研究開発/自動車用圧縮水素容器の基準整備・国際基準調和に関する研究開発」において、高圧水素用アルミニウム合金(AL)の新材料を検討している。そちらから情報収集を行った。現状のところ、基準化の動向としては、材料種の認可ではなく、定められた評価方法をクリアすれば新材料が認められる基準(=性能基準化)にするとの情報を得たものの、現時点で結論はでていない。このため、今回、新規AL材の適用検討については見送った。他事業「複合圧力容器蓄圧器の基準整備等に関する研究開発」から情報を収集し、25年度水素ステーションでの使用認定取得を推進した。他事業「水素ステーション用複合容器の供用中検査手法の研究開発」で千代田化工建設と情報交換、AE計測の協力を行った。
英文要約Title:Hydrogen Utilization Technology Development Development of Low-cost equipment/system for FCV and HRS Development of Low-cost Accumulators of CFRP Tanks Made from Aluminium Alloy Liner (FY2013-FY2015) Final Report

To encourage spreading of FCVs, we have to make possible the rapid spread of hydrogen refueling stations (HRS). In this project, we aimed to cost reduction of the tank in hydrogen refueling stations, which was still very much part of hydrogen refueling station’s construction costs. We have developed the manufacturing method of the large-scale carbon fiber reinforced plastic (CFRP) tanks by DRY method, in order to reduce manufacturing cost. We have achieved the goal of manufacturing costs, \15,000/L, and pressure cycle number, 100,000, for CFRP tank having an internal volume of 300L at the design pressure 90MPa, which has been adopted in HTS. (1)Development of the technology of manufacturing CFRP tanks We have developed the larger 300L tank compared to conventional tank. For this tank design, diameter and thickness of the aluminum liner was optimized. For this result, the burst pressure had been improved. DRY-method was Filament Winding (FW) process using Tow-prepreg (TPP), which is Carbon Fiber (CF) pre-impregnated with resin that could be used relatively longer time. We have developed the DRY-FW method and established the mass production technology reviewing the data obtained by high speed FW method. We computed the optimal ratio of the CFRP thickness to liner wall thickness analysis, then achieved CFRP thick reduction and the application of strength general purpose grade carbon fiber (CF). Using the method of heating TPP during FW because of the curing in the FW process, we targeted in the increase of burst strength and reduction of the manufacturing time. By the heating FW method, we could increase in strength compared with conventional method. (2)Development of materials of CFRP tanks We have developed the resin which could be used longer time and had low viscosity. This resin was applied to new TPP, of which make burst strength of tanks improve compared to conventional TPP. And also, cost reduction was achieved by using the commodity CF.(3)Cooperation with other project of standard and inspection of CFRP tanks We have collected information from other NEDO projects about new aluminum alloy material development and the standardization for hydrogen station. In the project, new aluminum alloy have already developed but the evaluation method has not yet been established. Therefore, the material was excluded from our consideration.We cooperated in the verification of acoustic emission (AE) measurement developed by Chiyoda Cooperation in other NEDO project.
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