成果報告書詳細
管理番号100013162
タイトル平成17年度-平成19年度成果報告書 水素安全利用等基盤技術開発 車両関連機器に関する研究開発 圧縮水素容器系の高圧化要素技術の開発
公開日2009/4/24
報告書年度2005 - 2007
委託先名JFEコンテイナー株式会社 JFEテクノリサーチ株式会社
プロジェクト番号P03015
部署名燃料電池・水素技術開発部
和文要約平成17年度から19年度にかけて、「圧縮水素容器系の高圧化要素技術の開発」について、以下の6項目の研究開発を実施した。(1)ライナー材料の選定高圧水素環境下で圧力サイクルを受けても水素脆化を起こさない、アルミニウム合金以外の疲労特性に優れたライナー材料を選定することを目的として、圧力サイクル試験装置を導入し、SUS316LとCr-Mo鋼の評価試験を行った。SUS316Lは複合容器のライナー材料として使用できると考えられる。Cr-Mo鋼については、実使用条件の低応力・高サイクル疲労条件での検討が必要である。(2)附属品用金属材料の選定超高圧水素環境下で使用可能な、バルブなど付属品の材料選定を目的として、ISO/DIS11114-4(MethodC)による、ステンレス鋼と真鍮の水素脆化評価試験を行った。ステンレス鋼については、水素中疲労試験による評価も行った。供試材としたいずれの材料においても、実際の使用条件を想定した試験で、水素脆化は認められなかった。(3)シール材料・構造の開発シール性能評価技術の確立と、超高圧水素用シール材料と構造の適正化を目的として、シール性能評価試験装置を導入し、ゴム製Oリングの評価試験を実施した。シール性能試験方法を確立し、ニトリルゴム(NBR)とエチレンプロピレンゴム(EPDM)が有望であることを明らかにした。(4)減圧弁の耐久性評価技術の確立とシート材の選定減圧弁の耐久性評価試験方法を確立し、減圧弁のシート材を選定することを目的として、減圧弁の耐久性評価試験装置を導入し、ポリイミドとPEEKをシート材に用いた減圧弁について評価試験を行った。いずれのシート材においても、耐久試験中にリークは発生せず、サイクル試験後のシート材表面検査においても、異常は認められなかった。(5)70MPa級圧縮水素容器の開発70MPa級圧縮水素容器の開発を目的として、本研究開発を実施した。まず、70MPa仕様の水素容器の製造技術を確立し、新しいタイプの容器開発の指針とするため、アルミニウム合金ライナー・CFRP複合容器を製作・検証した。さらに、アルミニウム合金ライナー・CFRP複合容器と比較して、使用する炭素繊維量を減らしてコスト低減を図るために、スチールライナー・CFRP複合容器の試作を行った。(6)充填中のガス・容器の温度予測モデル開発実容器から切り出したCFRP試験片を用いて測定した熱物性値を組み込んだ、水素充填中の水素と容器の温度予測モデルを開発し、高精度の温度予測が可能となった。今後は、水素ステーションの運用や車載容器充填の最適化など、実際の事例への活用が期待される。
英文要約Six research items have been conducted from fiscal 2005 to 2007 as follows. (1) Research on Liner Material The purpose of this research project is to explore metal liner materials other than aluminum alloys which have longer fatigue life than aluminum alloys and are not susceptible to hydrogen embrittlement under pressure cycling. A new test equipment was developed and set up. SUS316L and chromium-molybdenum alloyed steel (Cr-Mo steel) were tested in this project. SUS316L can be used as a liner material. The Cr-Mo steel test seems to have been done under high stress-low cycle fatigue condition. It might be necessary to perform low stress-high cycle fatigue test on the Cr-Mo steel for correct evaluation. (2) Research on Component Material The purpose of this research project is to examine metal materials for components such as valves which may be able to be used with high pressure hydrogen. Evaluation tests on stainless steels and brasses were performed based on ISO/DIS11114-4, Method C. Fatigue tests were performed on SUS316 and SUS316L in hydrogen. All the tested material showed no hydrogen embrittlement under the practical conditions. (3) Research on Seal The purpose of this research project is to establish how to examine seals for high pressure hydrogen and to explore the proper seals. Rubber O-rings were tested. Nitrile butadiene rubber (NBR) and ethylene propylene diene monomer rubber (EPDM) are promising for high pressure hydrogen use. (4) Research on durability of regulators The purpose of this research project is to establish how to examine the durability of a regulator and to explore valve seat material for a regulator. A test facility was developed and set up. Durability tests were performed on regulators, in which valve seat of polyimide and PEEK (polyetheretherketone) was used. Neither polyimide regulator nor PEEK regulator had leakage. After the tests, the valve seats were observed and showed no defect. (5) Development of 70MPa hydrogen cylinder The purpose of this research project is to develope vehicle on-board 70MPa hydrogen cylinders. At first, fully wrapped composite cylinders with an aluminum alloy liner were made for trial. And then, fully wrapped composite cylinders with a steel liner were developed to reduce the amount of CFRP and manufacturing cost. (6) Temperature model of gas and cylinder during filling A model to simulate temperature during hydrogen filling was developed. Thermal parameters of CFRP in the direction of layers were measured and used in the model in order to improve the accuracy of the model. From now on, it is expected that the model will be used practically in the cases such as, operation of a hydrogen station, optimization of filling of a vehicle on-board cylinder.
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