JP6482218B2 - 水素移送管 - Google Patents

Description

本発明は、水素を移送するための管に関する。具体的には、本発明は、自動車、船、ポータブルジェネレータ等において使用される水素電池に水素を安全に供給できる、水素移送用の管に関する。

輸送分野に適用される環境規制および炭素燃料の枯渇のため、電力を自動車、船等に供給するための新しい方法が示されてきた。これらの新しい方法は、電力を使用するうえで最も簡潔であると考えられるかもしれないが、輸送手段における電気エネルギーの蓄積は問題を有している。公知の蓄電池は比較的重く、体積を増加させ、長距離移動のために十分な量のエネルギーを蓄積することができない。

従って、一般的な蓄電池を燃料電池と置き換えることが試みられている。燃料電池は、電気分解の反対の原理を利用している。一般に、燃料としての水素および酸化剤としての酸素の化学反応により電気を生じさせる。水素は、輸送手段に搭載されたタンクに収容される。水素は、高温（１００℃以上）および高圧（約５ｂａｒ）に耐えられる、鋼でできたパイプを通して移送される。鋼は、水素に対して実質的に不活性であるという利点を有し、従って、水素ガスまたはガス汚染に起因するパイプの分解を防ぐ。

しかしながら、酸素は鋼を劣化させる傾向がある。さらに、鋼パイプは、それが重く、柔軟性がない、そして高価であるという点で問題を有している。

本発明は、先行技術で生じる上記の問題を解決するために発明され、本発明の１つの態様は、水素を移送するための管、すなわち、高温および高圧に耐えることができ、柔軟である水素移送管を提供することである。

本発明の別の態様は、低温かつ高圧下、および高温かつ高圧下でさえも耐久性があり、そして柔軟である水素移送管を提供することである。

これらの目的を達成するために、以下を含む水素移送管が提供される：水素に対する耐溶出性を有する材料で形成された第一層；および水素の浸透を防ぐためにポリウレタンで形成された、第一層の外表面を囲む別個の層としての第二層。

ここで、前記第一層の材料は、ポリアミドをベースとする材料である。

前記の水素移送管は、さらに、前記第一層および前記第二層を囲むために配置されて、該管に対する耐衝撃性および耐熱性を付与する第一の保護層を含むことができる。

前記第一の保護層は、熱可塑性エラストマーから形成することができる。

前記の水素移送管は、さらに、前記第一層および前記第二層を囲むために配置されて、該管に対する耐衝撃性および耐熱性を付与する第二の保護層を含むことができる。

前記第二の保護層は、熱可塑性エラストマーから形成することができる。

前記第一の保護層は、前記第二の保護層の外表面を囲むために配置することができる。

本発明の上記および他の目的、特徴及び利点は、添付の図と併せて以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。

図１は、本発明の１つの実施態様による４つの層から構成される水素移送管を示す透視図である。

好ましい態様の詳細な説明
ここでは、本発明の１つの実施態様による水素移送管１００を説明する。ここで記載する水素移送管１００は、水素燃料を使用することにより電力を発生させる装置において水素燃料を移送するために使用されるものとして例証されるものである。例えば、水素移送管１００は、水素燃料によって駆動する自動車または船における燃料電池に、水素燃料を供給するための供給パイプとして利用することができる。本発明の１つの実施態様による水素移送管１００は、第一層１１０および第二層１２０を含む。

図１を、水素移送管１００を構成する前記第一層１１０および第二層１２０を例証するために提示する。図１は、多重層から構成される管を示す透視図である。図１は、本発明の１つの実施態様に従って、内側から連続的に第一層および第二層から構成される水素移送管を図示している。

前記第一層１１０は、水素移送管１００を通過する水素流と直接接触する層を形成する。従って、第一層１１０は好ましくは、第一層１１０を構成する成分の水素移送管１００中への溶出による水素の汚染を防ぐように、耐溶出性材料から形成される。１つの実施態様において、前記第一層１１０のための材料は、ポリアミドをベースとする材料であることができる。慣用的に使用されるフッ化材料は、アルコールに対して低い浸透性を有し、流体が気体である場合よりも流体が液体である場合にその材料の溶出がより少ないという利点を有する。しかしながら、前記流体が水素のような気体の場合、ポリアミドをベースとする材料、例えばナイロンは、優れた耐溶出性を有する。前記第一層１１０の厚さは、前記水素移送管の必要とされる耐久性および強さにより適切に変えることができる。

前記第二層１２０は、水素移送管１００に気密性を付与する層を形成する。水素ガス分子は分子の中で最も小さい体積および重量を有し、高い漏洩可能性を有しており、それが漏洩した場合には爆発の高いリスクを有する。従って、前記水素移送管の気密性は、最も重要である。前記第二層１２０は、好ましくは、水素の浸透を防ぐために、ポリウレタンから製造される。従来の場合、ポリウレタンは、多重層管において２つの層を互いに付着させる接着層のために使用される。しかしながら、本発明の水素移送管１００では、ポリウレタン層が、気密性のために所定の厚さを有する個別の層として提供される。前記の第二層は、水素移送管１００の必要とされる耐久性、気密性および強さに応じて、適切な厚さを有することができる。

本発明の１つの実施態様において、水素移送管１００は、さらに第一の保護層１３０を含むことができる。

図１は、本発明の１つの態様による、第一層１１０、第二層１２０および第一の保護層１３０を含む水素移送管１００を示す。図１を参照すると、前記の第一の保護層１３０は、第一層１１０および第二層１２０を囲むために形成される。前記の第一の保護層１３０は、水素移送管１００に耐衝撃性および耐熱性（難燃性）を付与する。すなわち、前記の第一の保護層１３０は、水素移送管１００に対する物理的耐久性を増強し、そして、第一の保護層１３０を配置することにより、水素移送管１００は例えば、１１５℃の高温または−４０℃の低温に耐えることができ、そして外部から加えられた衝撃に耐えることができる。水素移送管１００の前記の優れた物理的耐久性は、当該水素移送管１００を装備した自動車または船が砂漠、熱帯、寒冷または極地域で使用される場合に、または水素移送管１００が自動車の底面に装備され、移動中に小さな石が跳ね上がるかもしれない場合に、利点を与える。１つの実施態様において、前記の第一の保護層１３０は、好ましくは、熱可塑性エラストマーから形成される。

本発明の１つの実施態様において、水素移送管１００は、さらに第二の保護層１４０を含むことができる。

図１は、本発明の１つの態様による、第一層１１０、第二層１２０、第一の保護層１３０および第二の保護層１４０を含む水素移送管１００を示す。図１を参照すると、前記の第二の保護層１４０は、第一層１１０および第二層１２０を囲むために形成される。前記の第二の保護層１４０は、水素移送管１００に耐薬品性を付与する。すなわち、前記の第二の保護層１４０は、外部から水素移送管１００に加えられた化学的衝撃に対する耐久性を増強する。第二の保護層１４０を配置することにより、水素移送管１００は例えば、１０ｂａｒ以上の高圧に耐えることができ、そして外部から入ってくる物質による劣化を防ぐことができる。１つの実施態様において、前記の第二の保護層１４０は、好
ましくは、ポリエステルをベースとする材料から形成される。さらに、本発明の１つの実施態様において、第二の保護層１４０は、好ましくは、第一の保護層１３０の内側に形成される。

以下に、本発明の１つの実施態様における水素移送管の性能試験の結果を示
す。

＜水素漏洩試験＞
試験を以下のように実施した。
１）１／２インチの管を設置する。
２）各温度（２５℃室温、−４０℃の低温および１１５℃の高温）に関して、ソーク（ｓｏａｋｉｎｇ）を４時間行うために、水素（純度：９９％）を加える（２０ｂａｒｇ）
３）ソーク後、１時間にわたる圧力変化を確認する。
４）圧力変化を、漏洩した水素の量および管の変形を検証するために使用する。

当該試験結果により、気密性の維持により圧力変化が起きなかったこと、および漏洩した水素の量が規格値よりも少なかったことが示された。

前記の規格値は、欧州規格（ＥＣ４０６）もしくはＯＥＭ輸送手段等の最終供給者からの個々の規格値であることができる。

本願の試験により、本発明の１つの実施態様における水素移送管が、室温、低温および高温での温度変化において、耐浸透性の観点から、大量生産用の従来の管よりも優れた効果を有することが確認された。

＜破裂圧評価＞
破裂圧は、６０ｂａｒｇ以上であることが要求される。

試験結果は以下のとおりであった。

表１は、本発明の１つの実施態様における水素移送管の破裂圧が、要求される破裂圧と比較して、室温および前記の低温で３倍以上であったこと、および前記の高温で２倍以上であったことを示す。

本願の試験から、本発明の１つの実施態様における水素移送管が、室温、低温および高温の破裂圧試験での温度変化において、耐浸透性の観点から、大量生産用の従来の管よりも優れた効果を有していたことがわかる。

＜圧力循環評価＞
圧力循環評価の目的は、反復的な循環評価の極限条件下で試験を実施した場合の、製品の変形および気密性の維持を検証することである。試験は、最小圧力５ｂａｒｇおよび最大圧力２０ｂａｒｇで１０秒あたり１サイクルで１００，０００サイクル行った。

以下は、前記試験サイクルにおけるおよその具体的圧力である。

試験結果は以下のとおりであった。

表３は、本発明の１つの実施態様における水素移送管が、１００，０００サイクルの圧力循環試験下でさえも、室温、低温および高温で、変形しなかったことを示す。

圧力循環試験の後に、製品の変形および気密性の維持を検証するために、水素漏洩試験および破裂圧試験を行った。試験結果は以下のとおりであった。

表４は、本願の圧力循環試験から、本発明の１つの実施態様における水素移送管に関して、漏洩した水素の量が、室温、低温および高温で正常から外れなかったこと、ならびに、破裂圧が破裂圧試験において必要とされた破裂圧（６０ｂａｒｇ）と比較して、室温および前記低温において３倍であり、前記高温において２倍であったことを示す。従って、本発明の１つの実施態様における水素移送管は、大量生産用の管と比較して、温度変化および圧力変化に応じた効果において優れていた。

＜圧力／振動／温度試験＞
圧力／振動／温度試験（ＰＶＴ）試験は、圧力、振動および温度に関する包括的な性能評価であり、各温度において１目あたり１サイクルで１４日間行う。ＰＶＴ試験の後に、水素漏洩試験および破裂圧試験を順次行った。

試験結果は以下のとおりであった。

表５は、室温、低温および高温での１４サイクルのＰＶＴ試験後に、本発明の１つの実施態様における水素移送管に関して、漏洩した水素の量が、室温、低温および高温で正常から外れなかったこと、ならびに、破裂圧が破裂圧試験において必要とされた破裂圧（６０ｂａｒｇ）と比較して、室温および前記低温において３倍であり、前記高温において２倍であったことを示す。本願の試験から、室温、低温および高温での水素漏洩試験および破裂圧試験において、本発明の１つの実施態様における水素移送管が、大量生産用の管と比較して、温度変化および圧力変化に応じた効果において優れていたことが理解できる。

本発明の好ましい実施態様を主に記載したが、添付の特許請求の範囲に記載される発明の範囲内において種々の変更を施すことができる。
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下も包含し得る。
１．以下：
水素に対する耐溶出性を有する材料で形成された第一層；および
水素の浸透を防ぐためにポリウレタンで形成された、第一層の外表面を囲む別個の層としての第二層、
を含む、水素移送管。
２．前記第一層の材料が、ポリアミドをベースとする材料である、上記１の水素移送管。
３．前記第一層および前記第二層を囲むために配置され、前記管に対して耐衝撃性および耐熱性を付与する第一の保護層をさらに含む、上記１の水素移送管。
４．前記第一の保護層が、熱可塑性エラストマーから形成されている、上記３の水素移送管。
５．前記第一層および前記第二層を囲むために配置され、前記管に対して耐薬品性を付与する第二の保護層をさらに含む、上記３の水素移送管。
６．前記第二の保護層が、ポリエステルをベースとする材料から形成されている、上記５の水素移送管。
７．前記第一の保護層が、前記第二の保護層の外表面を囲むために配置されている、上記５の水素移送管。

Claims (6)

1. 以下：
   水素に対する耐溶出性を有する材料で形成された第一層；および
   水素の浸透を防ぐためにポリウレタンで形成された、第一層の外表面を囲む別個の層としての第二層、
   を含む、水素移送管であって、前記第一層の材料がポリアミドをベースとする材料である水素移送管。
2. 前記第一層および前記第二層を囲むために配置され、前記管に対して耐衝撃性および耐熱性を付与する第一の保護層をさらに含む、請求項１の水素移送管。
3. 前記第一の保護層が、熱可塑性エラストマーから形成されている、請求項２の水素移送管。
4. 前記第一層および前記第二層を囲むために配置され、前記管に対して耐薬品性を付与する第二の保護層をさらに含む、請求項２の水素移送管。
5. 前記第二の保護層が、ポリエステルをベースとする材料から形成されている、請求項４の水素移送管。
6. 前記第一の保護層が、前記第二の保護層の外表面を囲むために配置されている、請求項４の水素移送管。

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