DE60108574T2

DE60108574T2 - Wasserstoffbrennstoffleitung

Info

Publication number: DE60108574T2
Application number: DE60108574T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Kasugai-shi Nishiyama
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2000-09-04
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2021-09-04
Also published as: DE60108574D1; US20020051857A1; EP1184550A3; EP1184550A2; EP1184550B1; JP2002081581A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Wasserstoffbrennstoffschlauch. Insbesondere bezieht sie sich auf einen Schlauch, der eine als eine wirksame Barriere gegen ein hoch permeables Gas wie Wasserstoff dienende Wand aufweist und geeignet ist, andere Probleme zu überwinden, die dem Fördern eines Wasserstoffbrennstoffs in einem Brennstoffzellenfahrzeug eigen sind. Sie bezieht sich auch auf einen Schlauch, der vor Verwendung behandelt wird, um seine Charakteristiken bzw. Eigenschaften wirksam zu entfalten, wie sie oben beschrieben worden sind. Sie bezieht sich auch auf einen Schlauch, der mit einer Leitung aus nichtrostendem Stahl (SUS) verbunden ist.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Ein Brennstoffzellenfahrzeug als ein Fahrzeug der nächsten Generation befindet sich in der Entwicklung, da die Probleme, wie beispielsweise Umweltverschmutzung und Ölknappheit erkannt bzw. ausfindig gemacht worden sind. Wasserstoffgas ist dafür ein typischer Brennstoff. Methanol, Methan etc. können auch verwendet werden, wenn ein Reformer zur Wasserstofferzeugung verfügbar ist. Wasserstoffgas erfordert aufgrund seiner hohen Permeabilität und Brennbarkeit eine vorsichtige Handhabung. Wasserstoffgas wird üblicherweise mit Heißdampf verwendet, so daß die Zelle eine verbesserte Elektrizitätserzeugungseffizienz aufweisen kann, ohne schnell auszutrocknen.
Eine Metalleitung, typischerweise eine aus nichtrostendem Stahl, wird oft zur Förderung eines Wasserstoffbrennstoffs in einem Brennstoffzellenfahrzeug verwendet.
Die Verwendung einer metallischen Faltenbalgleitung wird ebenfalls untersucht. Diesen Metalleitungen fehlt jedoch Flexibilität bzw. Beweglichkeit. Daher können sie weder die Schwingung des Verdichters bzw. Kompressors absorbieren, noch können sie die an der Zelle, am Wasserstofftank, am Reformer etc. auftretende Schwingung absorbieren, wenn das Fahrzeug fährt. Es kann nicht erwartet werden, daß sie jede Einwirkung befriedigend absorbieren, wie es zur Vorbeugung jeglicher Wasserstoffgaslekage infolge eines Unfalls erforderlich wäre. Noch kann erwartet werden, daß sie jede Versetzung bzw. Verschiebung verschiedener Bauteile der zugehörigen Ausstattung aufnehmen, die von thermischer Ausdehnung verursacht wird. Eine gewisse Flexibilität kann von einer metallischen Faltenbalgleitung erwartet werden. Für eine Faltenbalgleitung ist es jedoch erforderlich, daß sie eine Wandstärke aufweist, die beispielsweise 0,5 mm nicht überschreitet, um verschiedene oben erwähnte Schwingungsarten befriedigend absorbieren zu können. Keine Leitung mit einer so geringen Wandstärke kann den hohen Druck des zu fördernden Wasserstoffgases aushalten.
Andere Probleme können aufgrund der Tatsache auftreten, daß die Wand einer solchen Metalleitung oder einer metallischen Faltenbalgleitung direkt einer gasförmigen Mischung aus Wasserstoff und Heißdampf ausgesetzt ist. Erstens ist es wahrscheinlich, daß Metallionen im Wasserdampf gelöst werden und die Verschmutzungsschädigung des Brennstoffzellen-Katalysators bewirken. Die Lösung von Metallionen in einer sehr geringen Menge könnte auftreten und die Verschmutzung des Katalysators verursachen, selbst wenn die Leitung aus nichtrostendem Stahl wäre. Darüber hinaus ist eine Leitung aus nichtrostendem Stahl teuer. Zweitens kann die Diffusion des Wasserstoffgases durch die Leitungswand ihre Versprödung verursachen. Drittens kann die elektrische Leitfähigkeit der Leitung die elektrische Isolierung der Brennstoffzelle beeinträchtigen und einen Erdschlußverlust bzw. Streuverlust davon verursachen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Wasserstoffbrennstoffschlauch bereitzustellen, der eine Wand aufweist, die als eine wirksame Wasserstoffgas-Barriere dient und drei Probleme überwindet, die eigentümlicherweise beim Fördern eines Wasserstoffbrennstoffs in einem Brennstoffzellenfahrzeug auftreten: (1) das Lösen von Metallionen, das eine Schädigung des Brennstoffzellen-Katalysators durch Verschmutzung verursacht, (2) die Diffusion des Wasserstoffgases, die eine Versprödung der Metallwand verursacht, und (3) jeden Faktor, der die elektrische Isolierung der Brennstoffzelle beeinträchtigt. Es ist eine weitere Aufgabe, einen flexiblen Schlauch zum Fördern eines Wasserstoffbrennstoffs bereitzustellen.
Gemäß eines ersten Aspekts dieser Erfindung wird ein Schlauch mit einer mehrschichtigen Wand zum Fördern eines Wasserstoffbrennstoffs in einem Brennstoffzellenfahrzeug bereitgestellt, wobei der Schlauch eine innerste Schicht aus einem Gummimaterial aufweist, das durch ein weder Metalloxid noch Schwefel enthaltendes Agens vulkanisiert ist, und eine für Wasserstoffgas undurchlässige metallische Barriereschicht enthält, die in der die innerste Schicht umgebenden Wand ausgebildet ist.
Der Schlauch gemäß des ersten Aspekts, der die metallische Barriereschicht enthält, stellt die hohe Wasserstoffgas-Undurchlässigkeit der Wand sicher. Die innerste Schicht aus Gummi schützt die metallische Barriereschicht vor direkter Exposition einer gasförmigen Mischung aus Wasserstoff und Heißdampf. Daher tritt weder eine Versprödung des Metalls in der metallischen Barriereschicht durch die Diffusion des Wasserstoffgases dort hindurch, noch eine Lösung von Metallionen auf die die Verschmutzung des Brennstoffzellen-Katalysators verursacht. Obwohl ähnliche Ergebnisse von einer innersten Schicht aus einem Harz erwartet werden können, wird ein Schlauch von niedriger Flexibilität erhalten, dem es an einer dichten Abdichtung beim Anschluß mit einer Leitung mangelt. Kein die Verschmutzung des Brennstoffzellen-Katalysators verursachendes Schwefel- oder Metallion wird aus der Gummischicht gelöst, da das zum Vulkanisieren verwendete Agens weder ein Metalloxid noch Schwefel enthält.
Im übrigen sind die Schläuche, bei denen die innere Schicht ohne Schwefel vulkanisiert wird, aus der US-A-6,074,717 bekannt. Diese Schläuche werden jedoch mit Zinkoxid vulkanisiert.
Gemäß eines zweiten Aspekts erfüllt das Gummimaterial der innersten Schicht mindestens eine der folgenden Erfordernisse:

(1) Heißwasser-Beständigkeit;
(2) Säure- und/oder Alkali- bzw. Basenbeständigkeit; und
(3) einen elektrischen Widerstand von mindestens 10⁶ Ω · cm.

Ein eine Heißwasser-Beständigkeit aufweisendes Gummimaterial verhindert eine Schädigung einer Gummischicht durch die Wärme des durch den Schlauch strömenden Heißdampfes. Eine Gummischicht, die eine Säure- und/oder Alkalibeständigkeit aufweist, verhindert eine Schädigung durch sauren oder alkalischen bzw. basischen Dampf. Folglich macht es die Gummischicht möglich, jede Diffusion von Wasser oder Wasserstoffgas durch die metallische Barriereschicht zu verhindern, die das Lösen von Metallionen oder die Versprödung der Schicht verursachen könnte. Wenn die Gummischicht einen hohen elektrischen Widerstand aufweist, ist nicht zu befürchten, daß die Leitfähigkeit des Schlauchs die elektrische Isolierung der Brennstoffzelle beeinträchtigt.
Gemäß eines dritten Aspekts besteht das Gummimaterial der innersten Schicht vorzugsweise aus Ethylen/Propylen-Dien-Terpolymer-Gummi (EPDM), Ethylen/Propylen-Copolymer-Gummi (EPM), silikon-modifiziertem EPDM oder EPM, Fluorogummi (FKM) oder Butylgummi. Alle diese Gummimaterialien werden aufgrund ihrer hohen Flexibilität, Heißwasser-Beständigkeit und Säure- oder Alkalibeständigkeit bevorzugt.
Gemäß eines vierten Aspekts ist insbesondere EPDM oder EPM als das Gummimaterial zu bevorzugen, das durch ein Peroxid vulkanisiert worden ist, ohne auf Zinkoxid zurückzugreifen.
Gemäß eines fünften Aspekts ist die metallische Barriereschicht eine Metallaminatschicht, die durch eine Metallfolie, die zwischen zwei Harzfilmen gehalten wird, ausgebildet wird. Für die Folie ist eine sehr kleine Stärke ausreichend, um eine effektive Wasserstoffgas-Barriere bereitzustellen, da sie von den Harzfilmen geschützt ist. Die metallische Barriere ist daher hoch flexibel, und demgemäß ist der erfindungsgemäße Schlauch ausreichend flexibel zum Absorbieren jeder Schwingung und Einwirkung, wie erforderlich. Selbst wenn etwas Wasserstoffgas oder Dampf die Gummischicht passieren würde, schließt der angrenzende Harzfilm für jedes solche Wasserstoffgas oder jeden solchen Dampf ein Erreichen der Metallfolie aus, wodurch jedes Lösen von Metallionen oder jede Versprödung der Barriereschicht durch Wasserstoff verhindert wird.
Gemäß eines sechsten Aspekts wird die Metallaminatschicht von mindestens einer einzigen Faltung einer Spiralwicklung oder einer Längsüberlappung eines Bandes und einer Laminatlage ausgebildet, die durch eine zwischen zwei Harzfilmen gehaltene Metallfolie ausgebildet wird. Spiralwickeln bedeutet spiralförmiges Wickeln eines solchen Bandes um einen Kern, um eine zylindrische Gestalt auszubilden, während Längsüberlappung Anlegen eines solchen Bandes in Längsrichtung eines Kerns und sein Wölben entlang seiner Breite bedeutet, um eine zylindrische Gestalt auszubilden. Eine solche Art der Spiralwicklung oder Längsüberlappung erleichtert die schnelle Ausbildung der Metallaminatschicht. Eine einzige Faltung der Wicklung oder Überlappung ist leichter zu bewerkstelligen und ergibt einen flexibleren Schlauch, während zwei oder mehr Faltungen eine noch effektivere Wasserstoffgas-Barriere ergeben.
Gemäß eines siebten Aspekts weist die Mehrschichtwand mindestens eines der folgenden Merkmale auf:

(a) die metallische Barriereschicht ist in Kontakt mit der innersten Gummischicht;
(b) die metallische Barriereschicht bildet einen Teil der die innerste Gummischicht umgebende Wand aus und ist umgeben von einer faserverstärkten Schicht;
(c) die Wand enthält aufeinanderfolgend die innerste Gummischicht, die metallische Barriereschicht, eine Gummizwischenschicht, eine faserverstärkte Schicht und eine äußere Gummischicht; und
(d) die innerste Gummi- und metallische Barriereschicht oder je zwei benachbarte Schichten im oberen Fall (b) oder (c) sind aneinander mit einer Haftscherfestigkeit von mindestens 5 kgf/Zoll gebunden.

Das Merkmal (a) ergibt einen leichtgewichtigen und flexiblen Schlauch der einfachsten Bauart. Die faserverstärkte Schicht (b) trägt die Gummi- und Metallschichten wirksam gegen jeden darauf aufliegenden Druck und schützt sie auch vor jeder äußeren Einwirkung. Das Merkmal (c) ist insbesondere zu bevorzugen, und das Merkmal (d) ist noch mehr zu bevorzugen.
Gemäß eines achten Aspekts besteht die Gummizwischenschicht aus Butylgummi (IIR). Da Butylgummi kaum durchlässig für Wasserstoffgas ist, schützt die Gummizwischenschicht wirksam die metallische Barriereschicht und verbessert auch die Wasserstoffgas-Undurchlässigkeit des gesamten Schlauchs zu einem weiteren Grad.
Gemäß eines neunten Aspekts besteht die äußere Gummischicht aus einem Material mit einem elektrischen Widerstand von mindestens 10⁶ Ω · cm. Die Schicht aus einem solchen Material stellt sicher, daß die Schlauchleitfähigkeit ausreichend gering ist, um die elektrische Isolierung der Brennstoffzelle nicht nachteilig zu beeinflussen, während sie den Schlauch vor jedem äußeren Einfluß oder chemischen Angriff schützt.
Gemäß eines zehnten Aspekts weist der Schlauch als ganzer einen elektrischen Widerstand von mindestens 10⁶ Ω · cm auf, um die elektrische Isolierung der Brennstoffzelle sicherzustellen.
Gemäß eines elften Aspekts der Erfindung wird der Schlauch mit einem Extraktionsmedium gefüllt und unter Wärme-Alterungsbedingungen vor Gebrauch derart behandelt, daß jede unerwünschte Substanz von der Innenwand des Schlauchs extrahiert werden kann. Verunreinigungen, wie beispielsweise Schwefel, Metalle oder Metalloxide, die die innerste Gummischicht in sehr kleinen Mengen enthalten kann, können effektiv entfernt werden, um nicht während des tatsächlichen Gebrauchs von der Schlauchwand gelöst zu werden.
Gemäß eines zwölften Aspekts sind die beiden Schlauchenden jeweils mit einer Leitung aus nichtrostendem Stahl verbunden, wobei die Innenwandfläche für die Adhäsion mit der äußeren Leitungsfläche behandelt worden ist, und die innere und äußere Flächen von einer Hülse befestigt worden sind. Jedes Schlauchende stellt eine Rohrverbindung einfacher Bauart bereit und bildet einen dichten Verschluß gegen Wasserstoffgas aus. Es kommt nahezu kein Lösen von Metallionen aus der Innenwandfläche der Leitung aus nichtrostendem Stahl vor.
Die oberen und weiteren Vorteile dieser Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung und die beigefügte Zeichnung ersichtlicher.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematisches Diagramm, das ein Verfahren zum Testen von Schläuchen auf Gasdurchlässigkeit darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
[Wasserstoffbrennstoffschlauch]
Der erfindungsgemäße Schlauch ist ein Schlauch mit einer Mehrschicht-Wandbauart, der zum Fördern eines Wassertstoffbrennstoffs in einem Brennstoffzellenfahrzeug verwendet wird. Er kann ein ebener oder gerader Schlauch oder ein gebogener Schlauch sein, oder er kann einen faltenbalgartigen Abschnitt aufweisen. Seine Mehrschicht-Wand besteht aus mindestens einer innersten Gummischicht und einer metallischen Barriereschicht, die in der sie umgebenden Wand ausgebildet sind. Die innerste Gummischicht besteht aus einem Gummimaterial, das durch ein Metalloxid- und schwefel-freies Agens vulkanisiert ist, und die metallische Barriereschicht ist undurchlässig für Wasserstoffgas.
Die metallische Barriereschicht berührt vorzugsweise die innerste Gummischicht. Sie kann alternativ einen Teil der die innerste Gummischicht umgebenden Wand ausbilden und von einer faserverstärkten Schicht umgeben sein. Die Mehrschicht-Wand kann alternativ zusammengesetzt sein aus einer innersten Gummischicht, einer metallischen Barriereschicht, einer Gummizwischenschicht, einer faserverstärkten Schicht und einer äußeren Gummischicht. Die innerste Gummi- und metallische Barriereschicht oder je zwei benachbarte Schichten sind vorzugsweise mit einer Haftscherfestigkeit von mindestens 5 kgf/Zoll miteinander verbunden. Jedes bekannte und geeignete Bindemittel oder jede bekannte und geeignete Behandlung kann zum Verbinden dieser Schichten miteinander eingesetzt werden.
Der Schlauch als ganzer weist vorzugsweise einen elektrischen Widerstand von mindestens 10⁶ Ω · cm auf, und insbesondere von mindestens 10⁸ Ω · cm. Ein solcher elektrischer Widerstand kann erzielt werden, wenn die innerste oder äußere Gummischicht aus einem Material ausgebildet ist, das einen korrespondierend hohen elektrischen Widerstand aufweist. Der elektrische Widerstand des Schlauchs als ganzer kann gemessen werden durch Anlegen einer vorbestimmten Spannung an seinen Enden, wobei jedes mit einer metallischen Befestigungsklammer ausgerüstet ist oder nicht.
Der Schlauch kann von jeder beliebigen Größe sein. Er weist vorzugsweise einen Innendurchmesser von beispielsweise 5 bis 50 mm auf, um Gas in einer so großen Menge strömen zu lassen, wie möglich. Obwohl sein Druckwiderstand wie gewünscht gewählt werden kann, sollte er vorzugsweise ein Niveau von beispielsweise 1,5 MPa haben, um eine große Wasserstoffgasmenge bei einem hohen Druck strömen zu lassen.
[Innerste Gummischicht]
Die innerste Gummischicht ist aus einem Material ausgebildet, das durch ein weder ein Metalloxid, wie beispielsweise Zinkoxid, noch Schwefel enthaltendes Agens vulkanisiert ist. Es kann jede An von Gummi sein, solange er durch ein weder ein Metalloxid noch Schwefel enthaltendes Agens vulkanisierbar ist. Es ist nicht erwünscht, einen Gummi zu verwenden, der eine große Menge einer Metallverbindung oder Schwefel enthält, selbst für einen anderen Zweck als den des Vulkanisierens.
Die Behandlung des Schlauchs vor der Verwendung wird bevorzugt, um sicherzustellen, daß sich keine unbestimmte Substanz aus der innersten Gummischicht löst, nachdem der Schlauch angeschlossen worden ist. Insbesondere wird der Schlauch mit einem Extraktionsmedium (z.B. reines Wasser) gefüllt und unter spezifischen Wärme-Alterungsbedingungen derart behandelt, daß jede solche Substanz durch Extraktion vor der Verwendung oder Verschlauchung entfernt werden kann.
Die Schicht besteht vorzugsweise aus einem Material mit Heißwasser-Beständigkeit oder ist insbesondere beständig gegen Beeinträchtigung durch Heißwasser mit einer Temperatur von 120°C. Ein weiteres bevorzugtes Material weist Säure- und/oder Alkalibeständigkeit auf. Ein wiederum weiteres bevorzugtes Material weist einen elektrischen Widerstand von mindestens 10⁶ Ω · cm, und insbesondere von mindestens 10⁸ Ω · cm, auf. Spezifischere Beispiele der Materialien sind EPDM, EPM, silikonmodifizierter EPDM oder EPM, FKM und Butylgummi. Beispiele für Butylgummi schließen Butylgummi (IIR) und halogenierten Butylgummi ein, wie beispielsweise bromierter Butylgummi (Br-IIR) oder chlorierter Butylgummi (Cl-IIR). EPDM oder EPM, das durch ein Peroxid vulkanisiert wird, ohne auf Zinkoxid zurückzugreifen, ist unter anderen zu bevorzugen.
Darüber hinaus weist die innerste Gummischicht vorzugsweise eine Härte von 50 bis 80 (IRHD) und eine Dicke von mindestens 0,2 mm auf.
[Metallische Barriereschicht]
Die metallische Barriereschicht ist in ihrer Bauart nicht besonders begrenzt, kann aber selbst aus einer Metalleitung mit oder ohne einem faltenbalgartigen Abschnitt ausgebildet werden, wenn keine Flexibilität erforderlich ist. Jedoch ist sie vorzugsweise als eine Metallaminatschicht ausgebildet, die durch eine zwischen zwei Harzfilmen gehaltene Metallfolie ausgebildet ist.
Obwohl die Folie aus jedem Metall bestehen kann, werden Aluminium, nichtrostender Stahl (SUS), Titan etc. bevorzugt, da sie in mindestens entweder der Fluidundurchlässigkeit, der Dehnbarkeit (Duktilität) oder der Verformungsanpassungsfähigkeit ausgezeichnet sind. Aluminium oder nichtrostender Stahl wird unter anderen bevorzugt. Obwohl die Stärke der Folie nicht begrenzt ist, weist die Folie vorzugsweise eine Stärke von mindestens 5 μm und insbesondere beispielsweise 7 bis 50 μm auf, um eine gute Fluidbarriere bereitzustellen, während sichergestellt ist, daß der Schlauch ausreichend flexibel ist. Obwohl die Stärke des Harzfilms nicht begrenzt ist, weist jeder Harzfilm vorzugsweise eine Stärke von beispielsweise 5 bis 200 μm auf. Die Harzfilme bestehen vorzugsweise aus Polyamid (PA), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), ein Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) oder Polyphenylensulfid (PPS). Polyamide werden unter anderen bevorzugt, da sie eine gute Ausgewogenheit der Eigenschaften einschließlich Wärmebeständigkeit aufweisen.
Die Metallaminatschicht kann durch jedes Verfahren ausgebildet sein, solange es eine dichte Schicht ausbilden kann. Sie wird jedoch vorzugsweise durch Spiralwicklung oder Längsüberlappung eines Bandes von einer Laminatlage ausgebildet, die durch eine zwischen zwei Harzfilmen gehaltene Metallfolie derart hergestellt wird, daß eine dicht verschlossene Schicht schnell ausgebildet werden kann. Die Laminatlage ist vorzugsweise derart gewunden bzw. gewickelt, daß ein Abschnitt davon eine eine andere überlappende Kante aufweisen kann, um eine wirksame Dichtung sicherzustellen. Je zwei benachbarte Überlappungsabschnitte sind vorzugsweise mit einem Bindemittel aneinander gebunden. Ein solches Verbinden ist auch vorzuziehen, um ein Verbleiben der Schicht in seiner zylindrischen Gestalt sicherzustellen.
[Gummizwischenschicht, faserverstärkte Schicht und äußere Gummischicht]
Die Gummizwischenschicht kann aus jedem Gummi bestehen, der von den Standpunkten der Fluidundurchlässigkeit, Flexibilität, Kosten und Haftfähigkeit an jede benachbarte Schicht geeignet ist. Butylgummi (IIR) wird jedoch aufgrund seiner hohen Wasserstoffgas-Undurchlässigkeit bevorzugt.
Die faserverstärkte Schicht kann aus jedem bekannten Typ und Material bestehen, einschließlich PET-, Vinylon-, Rayon-, Aramid- und Nylonfäden. Die Endfeinheit der faserverstärkten Fäden und der Winkel ihrer Flechtung werden vorzugsweise ausgewählt, um die Bildung einer Schicht mit beispielsweise einem ausreichend hohen Druckwiderstand sicherzustellen.
Obwohl das Material für die äußere Gummischicht nicht beschränkt ist, wird es vorzugsweise aus EPDM, einem Allylglycidylether/Ethylen/Epichlorhydrin-Terpolymer (GECO), einem chlorsulfonierten Polyethylengummi (CSM) oder einem Acrylgummi (ACM) ausgebildet. Alle diese Gummis werden aufgrund ihrer Wetterbeständigkeit, Ozonbeständigkeit, Wärmebeständigkeit und Flexibilität bevorzugt. Darüber hinaus besteht die äußere Gummischicht vorzugsweise aus einem Material, das einen elektrischen Widerstand von mindestens 10⁶ Ω · cm und insbesondere von mindestens 10⁸ Ω · cm aufweist.
[Anschluß des Schlauchs]
An dem Ende des Schlauchs, wo er an eine Leitung angeschlossen wird, ist die Innenwandfläche des Schlauchs (oder seine innerste Gummischicht) vorzugsweise mit der Außenwandfläche der Leitung haftend verbunden, und insbesondere ist zu bevorzugen, das Ende durch ein geeignetes Anschlußstück zu umklammern. Die Leitung besteht vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl (SUS), und seine Außenwandfläche ist beschichtet mit einem oder eingetaucht worden in ein Bindemittel. Eine Hülse aus nichtrostendem Stahl wird vorzugsweise als das Klammer-Anschlußstück verwendet, obwohl ein Anschlußstück aus einem anderen Metall, wie beispielsweise Aluminium oder Eisen, oder ein mit einem solchen Metall überzogenes Anschlußstück gleichermaßen verwendbar ist.
BEISPIELE
[Herstellung von Schläuchen]
Schläuche gemäß Beispiel 1 und 2, die diese Erfindung verkörpern, und Vergleichsbeispiel 1 und 2 wurden hergestellt, wie es in Tabelle 1 dargestellt ist. Die innerste Wandschicht jedes Schlauchs wurde aus dem in Tabelle 1 dargestellten Material ausgebildet. Jeder Schlauch (oder der ebene Abschnitt des Schlauchs gemäß Vergleichsbeispiel 2) weist einen Innendurchmesser von 15 mm auf und war ansonsten, wie es unten beschrieben ist. Je zwei benachbarte Wandschichten sind, wenn überhaupt, miteinander mit einem Bindemittel verbunden worden.
BEISPIEL 1
Der Schlauch weist eine innerste Wandschicht aus Gummi auf, die aus mit einem Peroxid ohne Zinkoxid vulkanisierten EPDM ausgebildet ist und eine Stärke von 1,2 mm aufweist. Die innerste Gummischicht wurde von einer Laminatschicht umgeben, die aus einer Laminatlage ausgebildet ist, die eine zwischen zwei Polyamidfilmen gehaltenen Aluminiumfolie, eine aus IIR ausgebildete Gummizwischenschicht mit einer Stärke von 0,5 mm, eine durch spiralförmiges Wickeln eines PET-Fadens in einer üblichen Weise ausgebildete Verstärkungsschicht und schließlich eine aus EPDM ausgebildete äußere Gummischicht mit einer Stärke von 1,0 mm aufweist.
BEISPIEL 2
Der Schlauch wies eine innerste Wandschicht aus Gummi auf die aus mit einem Peroxid vulkanisierten FKM ausgebildet ist und eine Stärke von 1,2 nun aufweist. Seine Wand war in der Bauart ansonsten identisch mit der des Schlauchs gemäß Beispiel 1.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Der Schlauch wies eine innerste Wandschicht aus Gummi auf, die aus mit Schwefel vulkanisiertem EPDM ausgebildet ist, und eine Stärke von 1,2 mm aufweist. Seine Wand war in der Konstruktion ansonsten identisch mit der des Schlauchs gemäß Beispiel 1.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
Der Schlauch war eine Faltenbalgleitung aus nichtrostendem Stahl (SUS), die eine Wandstärke von 1,0 mm aufweist.
[BEWERTUNG DER SCHLÄUCHE]
Jeder Schlauch wurde auf verschiedene Eigenschaften oder Charakteristika bewertet, wie es im folgenden beschrieben ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. In Tabelle 1 zeigt jeder Kreis (
) oder „OK" an, daß die Ergebnisse über den Erwartungen lagen, und jeder Doppelkreis (
) zeigt an, daß die Ergebnisse weit über den Erwartungen lagen, während jedes x oder „NG" anzeigt, daß die Ergebnisse nicht den Erwartungen entsprachen. Tabelle 1 enthält auch die Bewertung jeden Schlauchs in bezug auf seine Kosten.
Flexibilität
Es wurde ein Versuch unternommen, jeden Schlauch auf einen Dorn aufzuwickeln, der einen Durchmesser von 300 mm aufweist. Das
zeigt an, daß sich der Schlauch auf einfache Weise darauf aufwickeln ließ, und jedes
zeigt an, daß sich der Schlauch aufwickeln ließ, während das x anzeigt, daß sich der Schlauch nicht aufwickeln ließ.
Durchlässigkeit
Gemäß 1 wurde jeder an einem Ende verschlossene Schlauch 1 am anderen Ende mit einer Flasche 2 verbunden, die Heliumgas (als Ersatz für Wasserstoffgas) enthält, bei einem Druck von 1 MPa gehalten und für eine Woche in einem Wasserbad direkt unter einer Haube 4 in einem Tank 3 stehen gelassen, wobei die Wassertemperatur bei 80°C gehalten wurde. Dann wurden die Heliumgas-Blasen 5, die aus dem Schlauch 1 durch seine Wand austraten, in einem Zylinder 6 drei Tage lang gesammelt, und die Gesamtmenge davon bestimmt. Sie wurde zur Berechnung der Heliumgas-Menge verwendet, die pro Meter Schlauchlänge pro Stunde diffundiert. In Tabelle 1 zeigt jedes „OK" an, daß die Menge 5 ml/m/h nicht überschritt, während das „NG" anzeigt, daß 5 ml/m/h überschritten wurden.
Wasserstoffbeständigkeit
Jeder Schlauch wurde mit Wasserstoffgas mit einem Druck von 0,9 MPa gefüllt, wurde bei Raumtemperatur für 168 Stunden stehen gelassen und danach auf Veränderungen in bezug auf Flexibilität oder andere physikalische Eigenschaften untersucht. Die Untersuchung wurde an jedem Schlauch (oder an der innersten Gummischicht des Schlauchs gemäß Beispiel 1 oder 2 oder Vergleichsbeispiel 1 und an einer faltenbalgförmigen Leitung des Vergleichsbeispiels 2) vorgenommen, um zu sehen, ob nicht eine Erhärtung oder Erweichung oder eine deutliche Verringerung der Dichtungseigenschaft, der Druckbeständigkeit oder der Haftscherfestigkeit aufgetreten ist.
Dampfbeständigkeit
Jeder Schlauch wurde mit reinem Wasser gefüllt, bei einer Temperatur von 120°C für 168 Stunden stehen gelassen und danach auf Veränderungen in bezug auf Flexibilität und andere physikalische Eigenschaften untersucht. Die Untersuchung wurde vorgenommen, wie sie unter Wasserstoffbeständigkeit erklärt worden ist.
Säurebeständigkeit
Jeder Schlauch wurde mit einer wässerigen Essigsäurelösung mit einer Konzentration von 33% gefüllt, bei einer Temperatur von 120°C für 168 Stunden stehen gelassen und danach auf Veränderungen in bezug auf Flexibilität und andere physikalische Eigenschaften untersucht. Die Untersuchung wurde vorgenommen, wie sie unter Wasserstoffbeständigkeit erklärt worden ist.
Alkalibeständigkeit
Jeder Schlauch wurde mit einer wässerigen Ammoniumlösung mit einer Konzentration von 10 % gefüllt, bei einer Temperatur von 120°C für 168 Stunden stehen gelassen und danach auf Veränderungen in bezug auf Flexibilität und andere physikalische Eigenschaften untersucht. Die Untersuchung wurde vorgenommen, wie sie unter Wasserstoffbeständigkeit erklärt worden ist.
Extraktanalyse
Jeder Schlauch wurde mit ultrareinem Wasser gefüllt und bei einer Temperatur von 120°C für 168 Stunden stehen gelassen. Dann wurde das Wasser aus dem Schlauch entfernt und auf Extrakt untersucht. Der Schlauch wurde als „OK" erachtet, wenn das Wasser einen Gesamtextraktgehalt von nicht mehr als 1 Gew.% aufwies und nicht mehr als 1 ppm Metallionen, Halogene oder Schwefel enthielt.
Elektrischer Widerstand
Bei jedem Schlauch wurden seine innerste und äußerste Wandschicht auf ihren volumenspezifischen Widerstand nach dem Verfahren JIS K 6911 untersucht. Die Schichten wurden als „OK" erachtet, wenn sie einen Wert von mindestens 10⁶ Ω · cm aufwiesen. Bei jedem Schlauch (oder der faltenbalgartigen Leitung gemäß Vergleichsbeispiel 2) wurde sein volumenspezifischer Widerstand als ganzer durch Anlegen einer Spannung von 500 V an beiden Enden hiervon untersucht, wobei jedes mit einer Hülse aus nichtrostendem Stahl befestigt war. Der Schlauch wurde als „OK" erachtet, wenn er einen Wert von mindestens 10⁶ Ω · cm zeigte.
Druckbeständigkeit
Jeder Schlauch wurde an einem Ende verschlossen und am anderen Ende mit einer hydraulischen Pumpe verbunden, und ein Wasserdruck von 3 MPa wurde an den Schlauch angelegt. Der Schlauch wurde als „OK" erachtet, wenn daraus kein Wasser austrat oder kein Riß auftrat.
Wärmebeständigkeit
Jeder Schlauch wurde für 168 Stunden einer Wärmebehandlung bei 120°C ausgesetzt, wurde an einem Ende verschlossen und am anderen Ende mit einer hydraulischen Pumpe verbunden, und ein Wasserdruck von 3 MPa wurde an den Schlauch angelegt. Der Schlauch wurde als „OK" erachtet, wenn daraus kein Wasser austrat oder kein Riß auftrat.
Haftscherfestigkeit
Jeder Schlauch wurde für 168 Stunden einer Wärmebehandlung bei 120°C ausgesetzt, und seine Haftscherfestigkeit zwischen jeweils zwei benachbarten Wandschichten wurde mit einem üblichen Verfahren gemessen. Der Schlauch wurde als „OK" erachtet, wenn jeweils zwei benachbarte Wandschichten hiervon eine Haftscherfestigkeit von mindestens 5 kgf/Zoll zeigten.
Tabelle 1
Obwohl die Erfindung im Sinne seiner bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ergibt sich, daß Variationen oder Abwandlungen auf einfache Weise von Fachleuten gemacht werden können, ohne vom Schutzumfang dieser Erfindung abzuweichen, der durch die angefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Schlauch aus einer mehrschichtigen Wand zum Fördern eines Wasserstoffbrennstoffs in einem Brennstoffzellenfahrzeug, wobei der Schlauch eine innerste Schicht aus einem Gummimaterial aufweist, das mit einem weder Metalloxid noch Schwefel enthaltenden Agens vulkanisiert ist, und eine wasserstoffgasundurchlässige metallische Barriereschicht enthält, die in der die innerste Schicht umgebende Wand ausgebildet ist.
Schlauch nach Anspruch 1, wobei das Material der innersten Schicht mindestens eine der folgenden Erfordernisse erfüllt: (1) Heißwasser-Beständigkeit; (2) Säure- und/oder Alkalibeständigkeit; und (3) einen elektrischen Widerstand von mindestens 10⁶ Ω · cm.
Schlauch nach Anspruch 1, wobei das Gummimaterial ausgewählt ist aus Ethylen/Propylen-Dien-Terpolymer-Gummi (EPDM), Ethylen/Propylen-Copolymer-Gummi (EPM), silikon-modifiziertes EPDM, silikon-modifiziertes EPM, Fluorogummi (FKM) und Butylgummi.
Schlauch nach Anspruch 1, wobei das Gummimaterial EPDM oder EPM ist, das mit einem Peroxid ohne jedes Zinkoxid vulkanisiert worden ist.
Schlauch nach Anspruch 1, wobei die Barriereschicht eine Metallaminatschicht ist, die durch Halten einer Metallfolie zwischen zwei Harzfilmen ausgebildet wird.
Schlauch nach Anspruch 5, wobei die Laminatschicht aus mindestens einer einzigen Faltung einer Spiralwicklung oder einer Längsüberlappung eines Bandes einer Laminatlage ausgebildet wird, die durch Halten der Folie zwischen zwei Harzfilmen ausgebildet wird.
Schlauch nach Anspruch 1, wobei die Wand mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: (a) die Barriereschicht ist in Kontakt mit der innersten Schicht; (b) die Barriereschicht bildet einen Teil der die innerste Schicht umgebenden Wand und ist umgeben von einer faserverstärkten Schicht; (c) die Wand enthält aufeinanderfolgend die innerste Schicht, die Barriereschicht, eine Gummizwischenschicht, eine faserverstärkte Schicht und eine äußere Gummischicht; und (d) die innerste Schicht und die Barriereschicht oder je zwei benachbarte Schichten im oberen Fall (b) oder (c) sind aneinander mit einer Haftscherfestigkeit von mindestens 5 kgf/Zoll gebunden.
Schlauch nach Anspruch 1, wobei der Schlauch als ganzer einen elektrischen Widerstand von mindestens 10⁶ Ω · cm aufweist.
Schlauch nach Anspruch 1, wobei die Schlauchwand mit einem Extraktionsmedium unter Wärme-Alterungsbedingungen derart behandelt wird, daß jede Substanz, die hiervon extrahiert werden kann, durch Extraktion hiervon vor Gebrauch des Schlauchs entfernt werden kann.
Schlauch nach Anspruch 1, wobei die Wandenden jeweils mit einer Leitung aus nichtrostendem Stahl verbunden sind, eine Innenwandfläche zur Adhäsion mit einer Außenfläche der Leitung aus nichtrostendem Stahl behandelt wird und die inneren und äußeren Flächen mit einer Hülse befestigt sind.