JP2016151326A - Hydrogen supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は水素消費部に水素ガスを供給する水素供給システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen supply system that supplies hydrogen gas to a hydrogen consumption unit.
従来、水素ガスを供給する水素供給源としての水素タンクと、水素タンクに接続され水素タンクからの水素ガスが通過可能な流路を形成する機械要素とを備える水素供給システムが知られている(特許文献1)。機械要素は摺動面を備える。摺動面は、水素脆性に対して耐久性を有する金属で形成されている。このような金属としては、JIS−SUS316L等のステンレス鋼、A6061−T6等のアルミニウム合金が挙げられる。これにより、機械要素を構成する摺動面における水素脆性に対する耐久性が向上している。 2. Description of the Related Art Conventionally, a hydrogen supply system including a hydrogen tank as a hydrogen supply source that supplies hydrogen gas and a mechanical element that is connected to the hydrogen tank and that allows passage of hydrogen gas from the hydrogen tank is known ( Patent Document 1). The machine element comprises a sliding surface. The sliding surface is made of a metal having durability against hydrogen embrittlement. Examples of such metals include stainless steel such as JIS-SUS316L and aluminum alloys such as A6061-T6. Thereby, the durability with respect to hydrogen embrittlement in the sliding surface which comprises a machine element is improving.
上記した水素供給システムによれば、水素脆性に対する耐久性が向上しているものの、このような金属は摺動性が充分ではない。使用条件によっては、摺動面の母材において焼き付きが発生する可能性がある。また、水素ガスが高圧である場合には、通過する高圧の水素ガスの経路に潤滑グリースが存在するとき、高圧の水素ガスにより潤滑グリースの基油が蒸発したり、物理的に飛ばされたりすることも考えられる。この場合、摺動面の母材の焼き付きが一層発生し易いおそれがある。 According to the hydrogen supply system described above, although durability against hydrogen embrittlement is improved, such a metal is not sufficiently slidable. Depending on the use conditions, seizure may occur in the base material of the sliding surface. In addition, when the hydrogen gas is high pressure, when the lubricating grease is present in the passage of the high-pressure hydrogen gas that passes through, the base oil of the lubricating grease evaporates or is physically blown off by the high-pressure hydrogen gas. It is also possible. In this case, there is a possibility that the base material of the sliding surface is more likely to be seized.
それに対して、特許文献2の摺動部潤滑に関する構成は、200℃における蒸気圧が1×10−2Pa以下に設定されている基油を主要成分とする潤滑グリースであり、その基油にはフッ素系高分子樹脂ポリマーで形成された微粒子を包含しているものである。 On the other hand, the configuration related to sliding portion lubrication in Patent Document 2 is a lubricating grease whose main component is a base oil whose vapor pressure at 200 ° C. is set to 1 × 10 −2 Pa or less. Includes fine particles formed of a fluoropolymer resin polymer.
しかしながら、この構成ではフッ素系グリースを用いており、これは非常に蒸気圧が低いものではあるが、耐摩耗性は不十分であった。さらに、化学的に付着していない余分のフッ素系潤滑油が蒸発することによりアウトガスが発生しやすい。さらに、余分なフッ素系潤滑油は発塵粒子としても放出されることから、アウトガスや発塵による有機汚染がほとんど許容されない環境下で使用するためには、アウトガスや発塵を、より高度に抑制可能な対策が要求されることとなる. However, this configuration uses a fluorine-based grease, which has a very low vapor pressure, but has insufficient wear resistance. Furthermore, outgassing is likely to occur due to evaporation of excess fluorine-based lubricating oil that is not chemically attached. In addition, excess fluorine-based lubricating oil is released as dust particles, so that outgas and dust are suppressed to a higher degree for use in environments where organic contamination due to outgas and dust generation is almost unacceptable. Possible measures will be required.
そこで、本発明は水素供給システムの摺動部の素材としてポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートのいずれかを用いるという新規な構成を採用することにより、無潤滑でも、摩耗し難く、発塵やアウトガスを抑制できる。 Therefore, the present invention adopts a new configuration in which any one of polyethylene, polypropylene, and polyethylene terephthalate is used as the material of the sliding portion of the hydrogen supply system, so that it is difficult to wear even without lubrication and suppresses dust generation and outgassing. it can.
上記課題を解決するために、本発明の水素供給システムは、水素消費部に水素ガスを供給する水素供給源と、水素供給源に接続され摺動面を備える機械要素とを具備し、前記機械要素の少なくとも1つの摺動部の素材として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートのいずれかの樹脂を用いることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a hydrogen supply system of the present invention includes a hydrogen supply source that supplies hydrogen gas to a hydrogen consuming unit, and a mechanical element that is connected to the hydrogen supply source and includes a sliding surface. As a material for at least one sliding portion of the element, any one of polyethylene, polypropylene, and polyethylene terephthalate is used.
好ましくは、前記機械要素が弁装置であれば、弁体を金属、弁体の相手側である弁座を前記樹脂とすることができる。前記金属として、機械要素の摺動面は、特に高圧水素中での耐水素ぜい性を有する金属で形成されていることが好ましい。このような金属としては、オーステナイト系の鋼(JIS−SUS316L等のステンレス鋼)、A6061−T6等のアルミニウム合金が挙げられる。また、前記金属の摩耗を抑制する為には、窒化処理することが好ましい。 Preferably, if the mechanical element is a valve device, the valve body can be made of metal and the valve seat on the other side of the valve body can be made of the resin. As the metal, the sliding surface of the machine element is preferably formed of a metal having hydrogen embrittlement resistance particularly in high-pressure hydrogen. Examples of such metals include austenitic steel (stainless steel such as JIS-SUS316L) and aluminum alloys such as A6061-T6. In order to suppress wear of the metal, nitriding treatment is preferable.
摺動部の粗さは、前記金属、前記樹脂ともに、中心線平均粗さRaを0.002〜1.6μmとすることが好ましい。粗さが小さすぎると、焼き付きが発生し易くなり、粗さが大きすぎると、摩耗の進行が速くなるためである。また、樹脂部品の成型方法は削り出しと射出成型のどちらでも可能であるが、量産する場合は射出成型が望ましい。 As for the roughness of the sliding portion, it is preferable that the center line average roughness Ra is 0.002 to 1.6 μm for both the metal and the resin. This is because if the roughness is too small, seizure is likely to occur, and if the roughness is too large, the progress of wear is accelerated. In addition, the resin component can be molded by either cutting or injection molding, but injection molding is desirable for mass production.
好ましくは、水素供給システム内の摺動部に上記の樹脂を使用すると、無潤滑でも摩耗し難い為、発塵やアウトガスを抑制できる。特に、超高分子量ポリエチレン(分子量100万〜700万)を使用した場合、摺動材料にPEEKを用いてグリースで潤滑した場合と同等の寿命を維持できる。さらに、潤滑剤に必要であったコストも削減できる。 Preferably, when the above resin is used for the sliding portion in the hydrogen supply system, it is difficult to wear even without lubrication, so that dust generation and outgassing can be suppressed. In particular, when ultra high molecular weight polyethylene (molecular weight 1 million to 7 million) is used, the same life as when lubricated with grease using PEEK as the sliding material can be maintained. Furthermore, the cost required for the lubricant can be reduced.
また、前記水素供給システムの摩耗を抑制する為には、前記摺動部の摺動時の滑り速度は、150mm/s以下、または、前記摺動部の接触面圧は0.1〜5MPaのいずれかまたは両方の条件を満たすことが好ましい。 Further, in order to suppress wear of the hydrogen supply system, the sliding speed during sliding of the sliding portion is 150 mm / s or less, or the contact surface pressure of the sliding portion is 0.1 to 5 MPa. It is preferable to satisfy either or both conditions.
本発明によれば、水素供給システムの摺動部が、無潤滑でも、摩耗し難く、発塵やアウトガスを抑制できる。 According to the present invention, even if the sliding portion of the hydrogen supply system is unlubricated, it is difficult to wear and dust generation and outgassing can be suppressed.
以下、本発明に関して詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本実施形態は、主に、燃料電池車に搭載される水素供給システムに適用する。水素供給システムは、図1に示すように、水素ガス(圧力:最高圧100MPa)を貯蔵するタンク室1aを備える水素供給源である水素タンク1と、水素タンク1に組み付けられた基部2とを有する。なお水素ガスは次の特性をもつ。水素ガスは粘性が非常に小さく、空気の約半分であり、比重が軽い。更に水素ガスは比熱が大きく、熱伝導度が高い。また、ガス充填時には、ガス温度が上昇し、ガス放出時にはガス温度が低下するため、広い温度域で使用可能な摺動部が必要となる。
This embodiment is mainly applied to a hydrogen supply system mounted on a fuel cell vehicle. As shown in FIG. 1, the hydrogen supply system includes a hydrogen tank 1 that is a hydrogen supply source including a tank chamber 1 a that stores hydrogen gas (pressure:
図1に示すように、基部2は、電磁弁3と、出口マニュアル弁4と、ガス充填孔5と、ス充填孔5に連通しタンク室1aに対面する供給孔6とを備える。電磁弁3は基部2の作動孔2hに嵌め込まれている。電磁弁3は、フィルタ3aと、プランジャ3bと、スプリング3cと、主弁体3dと、主弁座3eとを備える。出口マニュアル弁4は、ニードル4aと、アジャストスクリュー4bと、ニードル4aを付勢するスプリング4cと、弁座シート4eと、通路孔4fを備えるスリーブ4hとを有する。図2に示すように、基部2は、水素ガスを水素タンク1に充填するためのインポート2iと、水素ガスを燃料電池に向けて吐出するアウトポート2oと、水素ガスの圧力を減圧してアウトポート2oに供給する減圧弁7と、入口マニュアル弁8と、逆止弁9と、水素ガスの圧力を検知する圧力センサ10と、非常時に水素ガスを抜き取る圧抜き弁11と、溶栓弁14とを備える。水素タンク1に水素ガスを充填する場合には、水素ガスは、図2に矢印A1、矢印A2、矢印A3として示すように、インポート2i、入口マニュアル弁8、逆止弁9、通過孔12、通過孔13を順に経てガス充填孔5に至り、更に、図1に矢印B1、矢印B2として示すように、ガス充填孔5および供給孔6を経て、水素タンク1のタンク室1aに供給されて水素タンク1に高圧状態で貯蔵される。これに対して、水素タンク1に貯蔵されている水素ガスを燃料電池に供給する場合には、電磁弁3が開弁する。この場合、水素タンク1のタンク室1aに貯蔵されている高圧(使用範囲は0.5〜100MPa)の水素ガスは、電磁弁3のフィルタ3a、主弁体3dと主弁座3eとの流路、スリーブ4hの通過孔4f、出口マニュアル弁4を経て通過孔4mに至り、更に図2に示すように通過孔2r、減圧弁7の弁口7d、通過孔2t、2u、アウトポート2oを順に経て、更に他の減圧弁900(図6参照)を経て燃料電池の水素極に供給される。
As shown in FIG. 1, the base 2 includes an
減圧弁7の要部を図3に示す。図3の右半分の(A)は減圧弁7が閉弁している状態を示す。図3の左半分の(B)は減圧弁7が開弁している状態を示す。図3に示すように、減圧弁7は、基部2に搭載された固定筒体であるプラグ7aと、プラグ7aの中央孔7bに嵌合された可動子である可動弁体7cと、ポリアミド樹脂で形成されている弁口7dを備える弁座シート7eと、可動弁体7cを閉弁方向(矢印Y1方向)に付勢するバネ7ko、バネ座7mとを備える。
The principal part of the pressure reducing valve 7 is shown in FIG. FIG. 3A shows a state where the pressure reducing valve 7 is closed. (B) in the left half of FIG. 3 shows a state where the pressure reducing valve 7 is open. As shown in FIG. 3, the pressure reducing valve 7 includes a
図5は可動弁体7cの先端部を示す。図5に示すように、可動弁体7cの先端部には、先方に向かうにつれて外径が小さくなる円錐形状となる閉鎖面7xを備える。バネ7ko(図3参照)による閉弁力により、可動弁体7cが閉弁方向(矢印Y1方向)に移動すると、可動弁体7cの閉鎖面7xが弁座シート7eの弁口7dを区画するシール面7kに当たり、減圧弁7の弁口7dは閉弁される(図3の(A)、図5参照)。可動弁体7cが開弁方向(矢印Y2方向)に移動すると、可動弁体7cの閉鎖面7xが弁座シート7eから離脱し、減圧弁7の弁口7dは開弁される(図3の(B)参照)。
FIG. 5 shows the tip of the
(実施例1)
本形態によれば、水素供給システムの摺動部の少なくとも1つの素材に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートのいずれかの樹脂を用いる。換言すると、図3に示すように、プラグ7aの中央孔7bを形成する内周壁面7i(摺動面に相当)と可動弁体7cの外周壁面7o(摺動面に相当)等の摺動面を有する摺動部の少なくとも1つの素材に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートのいずれかの樹脂を用いる。
Example 1
According to this embodiment, a resin of polyethylene, polypropylene, or polyethylene terephthalate is used as at least one material of the sliding portion of the hydrogen supply system. In other words, as shown in FIG. 3, sliding of the inner
この様な構成にすることにより、水素の清浄度を保ったまま、耐摩耗性を改善できる。例えば、前記摺動部の一方をSUS316L(ステンレス鋼)、これに対する他方の摺動部材をEnsinger社のポリエチレン、TECAFINE PE 10bhとし、両者の表面粗さを0.1〜1μmRa、無潤滑、すべり速度を60mm/s、接触面圧2MPaとした場合、同じ条件で「TECAFINE PE→PEEK」「無潤滑→フッ素グリース潤滑」という点のみ変更した場合と比較して、摩耗量は同等となる。その上で、先に述べたように低発塵、低アウトガス、低コストという改善を実現できる。 By adopting such a configuration, the wear resistance can be improved while maintaining the cleanliness of hydrogen. For example, one of the sliding parts is SUS316L (stainless steel) and the other sliding member is polyethylene of Ensinger, TECAFINE PE 10bh. Is 60 mm / s and the contact surface pressure is 2 MPa, the amount of wear is the same as when only “TECAFINE PE → PEEK” and “no lubrication → fluorine grease lubrication” are changed under the same conditions. In addition, as described above, improvements such as low dust generation, low outgas, and low cost can be realized.
(実施例2)
実施例1で、構造上、すべり速度を上げる(100〜150mm/s)必要がある場合、ポリエチレンの代わりにポリプロピレンを用いると、耐熱性が高い為、焼き付きを更に抑制することができる。
(Example 2)
In Example 1, when it is necessary to increase the sliding speed (100 to 150 mm / s) due to the structure, if polypropylene is used instead of polyethylene, the heat resistance is high, so that seizure can be further suppressed.
またバネ支持部材7fの外周壁面7fi(摺動面に相当)と第2基部2Sの中央孔2kの内周壁面2ki(摺動面に相当)の少なくとも1つの摺動面100を有する摺動部の素材に、前記樹脂を有することが好ましい。さらに図3に示すように、可動弁体7c、バネ支持部材7fとの間に挟まれるように、これらの可動弁体7c、バネ支持部材7fと同軸上に設けられた弁軸70の外周壁面70p(摺動面に相当)と弁軸ガイド部材72の中央孔73の内周壁面73i(摺動面に相当)の少なくとも1つの摺動面100を有する摺動部の素材には、前記樹脂を有することが好ましい。なお、図4は図3のIV−IV線に沿った断面を示す。図4において、プラグ7aの内周壁面7iは円形である。可動弁体7cは、ほぼ正方形を基礎とし、その隅部7coを、前記内周壁面7iと嵌合可能な大きさの円形に面取りし、外周壁面7oを形成した形状を呈している。弁軸ガイド部材72(内周壁面)、弁軸70も同様な形状としている。
The sliding portion having at least one sliding
図1に示すように、プランジャ3bの外周壁面3bo(摺動面に相当)と作動孔2hの内周壁面2hi(摺動面に相当)の少なくとも1つの摺動面100を有する摺動部の素材には、前記樹脂を有することが好ましい。
As shown in FIG. 1, the sliding part having at least one sliding
1…水素タンク
2…基部
3…電磁弁
7…減圧弁
100…摺動面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydrogen tank 2 ...
Claims (1)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015029736A JP2016151326A (en) | 2015-02-18 | 2015-02-18 | Hydrogen supply system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2016151326A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110573789A (en) * | 2018-01-30 | 2019-12-13 | 株式会社龙野 | Filling device |
-
2015
- 2015-02-18 JP JP2015029736A patent/JP2016151326A/en active Pending
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CN110573789A (en) * | 2018-01-30 | 2019-12-13 | 株式会社龙野 | Filling device |
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