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成果報告書詳細
管理番号20160000000904
タイトル平成27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) 超小型、低価格水素ステーションに向けた冷却技術の開発
公開日2017/6/7
報告書年度2015 - 2015
委託先名株式会社WELCON 国立大学法人長岡技術科学大学 国立大学法人筑波大学
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約小型マイクロチャンネル熱交換器の開発では、流体の温度分布および境界層をリセットする新流路構造を開発し、熱交換効率の向上を図った。小型モデルを製作し、日本自動車研究所にて水素と冷媒の熱交換器性能を測定した。新流路構造により従来の流路構造の1.6倍の伝熱性能を達成した。加減圧による新流路構造の疲労試験では、材料の疲労試験を実施し、水素熱交換器の疲労破壊の指針を得た。新流路構造に対し4倍耐圧試験を実施し、内部形状の観察を行ったが、いずれの形状においても破壊は見られなかった。以上を踏まえて新流路構造で100MPa-100万回の疲労試験を開始した。マイクロチャンネルを利用した、金属中実部と断熱構造による蓄冷器の開発では、水素充填プロファイルから、畜冷は2.26kWで冷凍機出力を20kW以下に出来ると算出した。小型蓄冷器を製作し、7min以内の蓄冷が可能であり、冷媒出口温度の追従性も1度以下であり、熱容量、応答性とも良好であった。断熱サブタンクと冷却手法の開発では、冷媒を貯める手法では、システムのサイズを低減できず、蓄冷器に比べ効果が低いことが示された。よって、本手法は採用せず、畜冷器を採用した。システムの実証試験では冷凍機、熱交換器、蓄冷器の順に接続し、システムの検証を行った。熱交換器で上昇したブライン温度を蓄冷器で冷却し、チラーへと戻すサイクルを構築でき、冷凍機負荷の低減が可能であることが示された。蒸気インジェクタによる動力負荷低減の検討では、スロート径0.6mmの蒸気インジェクタに対し作動条件の探索を行い、安定作動および入口圧に対する吐出圧1.1倍を達成した。マルチスロート型の検討はシングルスロート型の作動条件探索を優先し、取り組みを見送った。事業化計画の策定では、国内:計量器メーカー、エンジニアリング会社、米国:エネルギー省分科会、カリフォルニアフュエルセルパートナーシップ、欧州:展示会で調査を行い、今後の見通しについて情報収集を行った。高温高圧の用途の開拓では、耐熱材料であるインコネル、インコロイの疲労試験を実施した。熱履歴により僅かに疲労強度が低下するが、実用上問題ない疲労強度を維持でき、高温用途向け材料が適用できることが示された。
英文要約Title:New Energy Venture Business Technology Innovation Program / New Energy Venture Business Technology Innovation Program (Fuel cell ・ Storage cell) /Development of cooling technology for ultra-small and low cost hydrogen station (FY2015) Final Report

Development of compact type heat exchanger with micro-channels.Improvement of heat exchange coefficient was aimed by the newly developed flow pass structure which resets fluid temperature distribution and boundary layer. The compact model was manufactured and the heat exchange performance of hydrogen and coolant was measured at JARI. 1.6 times heat transfer efficiency was achieved by the new flow pass structure compared to the conventional one. Fatigue test of new flow pass structure by pressure cycle.Material fatigue was tested and the guideline of hydrogen heat exchanger fatigue destruction was obtained. Internal shape of new flow pass structure after 4 times pressure test showed no destruction at each part. As the result, fatigue test of the new flow pass structure with pressure cycle of 1 million times at 100 MPa started.Development of regenerator with partly continuous and partly heat insulating metal structure using micro channels.20% or lower refrigeration output at 2.26kW regeneration was estimated from hydrogen charging profile. The small size regenerator was manufactured and it was proved that regeneration was within 7 min. and the output coolant temperature responded within 1 degree. Both of the heat capacity and response were acceptable.Development of heat insulating sub-tank and cooling method.Investigation results showed that the system size could not be reduced with the coolant storage method and the efficiency was lower than regenerator. Regenerator was adopted while sub-tank was abandoned.Verification test of the system.The series system from the refrigeration, the heat exchanger to the regenerator was verified. Cycle from rising refrigerator brine temperature and cooling by regenerator to returning to chiller was established and it was shown that refrigeration load could be reduced.Investigation of power load reduction by steam injector.Operating condition of the single throat steam injector with 0.6mm throat diameter was investigated. Stable operation and 1.1 times pressure of discharge to inlet one were achieved.Investigation of multi-throat type was not applied as investigation of single throat type operation condition was prioritized.Planning of industrialization(Investigation of applications other than hydrogen station.)Target: Planning of industrialization.Domestic: Meter maker, Engineering company. USA: Department of Energy Subcommittee. California Fuel Cell Partner Ship. Europe: Information gathering at exhibitions for future outlook.Development of high temperature and high pressure application.Target: High temperature fatigue test of heat-resistant materialFatigue test of Inconel and Incoloy were carried out. Although fatigue strength became slightly lower after thermal hysteresis, it was shown that fatigue strength could be maintained as practical level and the heat-resistant materials could be applied.
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