KR20170139136A

KR20170139136A - 수소 충전용 호스

Info

Publication number: KR20170139136A
Application number: KR1020177033791A
Authority: KR
Inventors: 카츠마사 이시이; 이쿠마 유사; 히로아키 시바노
Original assignee: 요코하마 고무 가부시키가이샤
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2017-12-18
Also published as: JP6103088B2; US20180172185A1; JP2017003105A; KR102012885B1; US10584810B2

Abstract

호스 쇠장식을 스웨이징하는 부분에서의 보강층의 어긋남 및 내압에 의한 치수 변화를 억제하면서 내압성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 수소 충전용 호스를 제공한다. 90℃에서의 건조 수소 가스의 가스 투과 계수가 1×10^-8cc·cm/㎠·sec.·cmHg 이하인 열가소성 수지제의 내면층(2)과 열가소성 수지제의 외면층(4) 사이에 적어도 2층의 보강층(3)을 동축상으로 적층하고, 보강층(3) 중 최외주에 금속 와이어(m)를 편조하여 형성된 와이어 블레이드 층(3m)을 이용하고, 기타의 보강층(3)에 PBO 섬유 등의 고강도 섬유(f)를 편조하여 형성된 섬유 블레이드 층(3a, 3b)을 이용했다.

Description

수소 충전용 호스

본 발명은 수소 충전용 호스(hydrogen-dispensing hose)에 관한 것이고, 더욱더 상세하게는 호스 쇠장식(金具)을 스웨이징(swaging)하는 부분에서의 보강층의 어긋남(disturbance) 및 내압에 의한 치수 변화를 억제하면서 내압성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 수소 충전용 호스에 관한 것이다.

최근, 연료 전지 자동차 등의 개발이 한창 행해지고 있다. 이에 수반하여, 수소 스테이션에 설치된 디스펜서(dispenser)로부터 연료 전지 자동차 등에 수소 가스를 충전하는 호스의 개발도 진행되고 있다. 이 수소 충전용 호스에는 뛰어난 내수소 가스 투과성이 요구된다. 또한, 연료 전지 자동차 등의 주행 거리를 길게 하기 위해서는 고압으로 수소 가스를 연료 탱크에 충전할 필요가 있기 때문에, 수소 충전용 호스에는 70 MPa 이상의 높은 내압에 견딜 수 있는 실용성이 필요로 되어 있다. 호스의 내압성을 향상시키기 위해서는 보강층을 강화하는 것이 일반적인 수법이지만, 보강층의 구성 부재로서 금속제 보강재를 채용하면 수소에 의해 취화(脆化)하기 때문에 호스의 내용 기간(耐用期間)이 짧아지는 것이 염려된다. 따라서 모든 보강재를 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸[poly(p-phenylenebenzobisoxazole); PBO) 섬유를 편조(編組)하여 형성하는 것이 제안되어 있다(특허문헌 1, 2 참조).

이 호스의 단부에는 니플(nipple)과 소켓(socket)으로 이루어지는 호스 쇠장식이 부착된다. 호스 쇠장식을 호스에 부착하는 때에는 일반적으로 니플과 소켓 사이에 호스의 단부를 끼운 상태로 하고, 소켓의 외주면을 가압하여 소켓을 축경(縮徑) 변형시켜 스웨이징하고 있다. 상기와 같은 수소 충전용 호스에는 높은 내압성이 요구되기 때문에, 호스 쇠장식의 내발성(耐拔性), 밀봉성도 상응하여 향상시킬 필요가 있고, 이에 수반하여 스웨이징 힘이 증대한다. 스웨이징 힘이 과대해지면, 보강층(특히, 최외주(最外周)의 보강층)의 편조 구조가 흐트러진다. 또한, 호스를 흐르는 수소가 고압으로 됨에 따라 호스의 치수 변화(확경 및 축 방향 수축, 또는 축경 및 축 방향 신장)의 양이 증대하기 때문에, 호스 쇠장식에 의해 스웨이징한 부분의 보강층의 편조 구조가 흐트러지기 쉬워진다. 이러한 편조 구조의 흐트러짐은 호스의 내압성이나 내구성을 저하시키는 요인이 된다.

또한, 수소가 고압이 될수록 내면층은 보다 큰 내압을 받기 때문에 치수 변화(확경 변형 등)하기 쉬워진다. 수소에 접하는 내면층은 영하의 저온(예를 들어, 마이너스 40℃ 정도)이 되기 때문에 취화되어, 치수 변화량이 작아도 손상이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 호스의 내압성이나 내구성을 향상시키기 위해서는 호스의 치수 변화를 억제할 필요가 있다.

PBO 섬유를 편조하여 형성된 섬유 보강층을 구비한 호스는 뛰어난 내압성, 내구성을 갖고 있다. 그러나 보강층이 이러한 고강도 섬유를 편조한 섬유 보강층만으로 구성된 호스에서는 흐르는 수소가 종래보다도 고압이 되면 충분한 내압성, 내구성을 확보하는 것이 어려워진다. 내면층의 치수 변화를 억제하는 것도 어려워지기 때문에, 개량이 요망되고 있다.

일본 공개특허공보 제2010-31993호 일본 공개특허공보 제2011-158054호

본 발명의 목적은 호스 쇠장식을 스웨이징하는 부분에서의 보강층의 어긋남 및 내압에 의한 치수 변화를 억제하면서 내압성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 수소 충전용 호스를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수소 충전용 호스는, 동축상으로 적층된 내면층과 외면층 사이에 적어도 2층의 보강층이 동축상으로 적층되고, 상기 내면층이, 90℃에서의 건조 수소 가스의 가스 투과 계수가 1×10^-8 cc·cm/㎠·sec.·cmHg 이하인 열가소성 수지에 의해 형성되며, 상기 외면층이 열가소성 수지에 의해 형성된 수소 충전용 호스에 있어서, 상기 보강층 중 최외주의 보강층이 금속 와이어를 편조하여 형성된 와이어 블레이드(wire blade) 층이며, 기타의 보강층이 고강도 섬유를 편조하여 형성된 섬유 블레이드 층인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 내면층이, 90℃에서의 건조 수소 가스의 가스 투과 계수가 1×10^-8 cc·cm/㎠·sec.·cmHg 이하인 수소 가스 배리어성(barrier property)이 양호한 열가소성 수지에 의해 형성되기 때문에, 뛰어난 내수소 가스 투과성을 얻을 수 있다. 또한, 최외층의 보강층이 와이어 블레이드 층이기 때문에, 호스 단부에 호스 쇠장식을 강하게 스웨이징해도 섬유 블레이드 층의 경우에 비해 편조 구조가 흐트러지기 어렵다. 그리고 와이어 블레이드 층의 내주 측의 보강층이 고강도 섬유를 편조하여 형성된 섬유 블레이드 층이기 때문에 상응하는 내압성을 갖고 있다. 그 때문에, 호스를 흐르는 수소가 고압이 되어도 보강층 전체의 편조 구조가 흐트러지기 어려워진다.

따라서 보강층의 본래의 성능을 충분히 발휘시킬 수 있고, 호스의 내압성, 내구성을 향상시키기에는 유리해진다. 수소가 보다 고압으로 되어도 보강층에 의해 내면층의 치수 변화를 억제하는 것도 가능해진다. 또한, 수소 가스 배리어성이 양호한 열가소성 수지에 의해 내면층을 형성하고, 섬유 블레이드 층을 개재시켜 최외주의 보강층으로서 와이어 블레이드 층을 배치함으로써, 흐르는 수소로부터 와이어 블레이드 층을 멀리 떼어 놓아 수소 취화를 억제하고 있다. 이 구조도 호스의 내구성 향상에 기여하고 있다.

여기서, 예를 들어 상기 내면층의 층 두께가 0.5 mm 이상 1.5 mm 이하이고, 내경이 5 mm 이상 9 mm 이하인 사양으로 한다. 이 사양에 따르면, 내면층의 내구성을 확보하면서 수소의 유량을 증대시키는 것이 가능해진다.

상기 금속 와이어의 선경(線徑) 이 0.25 mm 이상 0.4 mm 이하이고, 그 편조 각도가 45° 이상 55° 이하이며, 상기 와이어 블레이드 층의 편조 밀도가 70% 이상인 사양으로 할 수도 있다. 이 사양에 따르면, 내압에 의한 호스의 치수 변화를 억제하면서 호스의 유연성 및 금속 와이어의 내구성을 확보하기 쉬워진다.

상기 섬유 블레이드 층이 적어도 2층이고, 이들 섬유 블레이드 층을 구성하는 상기 고강도 섬유의 선경이 0.25 mm 이상 0.30 mm 이하이며, 최내주(最內周)의 섬유 블레이드 층의 편조 각도가 45° 이상 55° 이하이고, 2번째로 내주 측의 섬유 블레이드 층의 편조 각도가 50° 이상 60° 이하인 사양으로 할 수도 있다. 이 사양에 따르면, 내압에 의한 호스의 치수 변화를 억제하면서 호스의 유연성 및 고강도 섬유의 내구성을 확보하기 쉬워진다.

또는 상기 금속 와이어의 선경이 0.25 mm 이상 0.4 mm 이하이고, 그 편조 각도가 55° 초과 60° 이하이며, 상기 와이어 블레이드 층의 편조 밀도가 70% 이상인 사양으로 할 수도 있다. 이 사양에 따르면, 내압에 의한 호스의 치수 변화를 억제하면서 호스의 유연성 및 금속 와이어의 내구성을 확보하기에는 점점 유리해진다.

상기 섬유 블레이드 층이 적어도 3층이고, 이들 섬유 블레이드 층을 구성하는 상기 고강도 섬유의 선경이 0.25 mm 이상 0.30 mm 이하이며, 최내주의 섬유 블레이드 층의 편조 각도가 43° 이상 55° 이하이고, 2번째로 내주 측의 섬유 블레이드 층의 편조 각도가 45° 이상 55° 이하이며, 3번째로 내주 측의 섬유 블레이드 층의 편조 각도가 50° 이상 60° 이하인 사양으로 할 수도 있다. 이 사양에 따르면, 내압에 의한 호스의 치수 변화를 억제하면서 호스의 유연성 및 고강도 섬유의 내구성을 더욱더 확보하기 쉬워진다.

상기 고강도 섬유로서는, 예를 들어 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸(PBO) 섬유를 이용한다.

도 1은 본 발명의 수소 충전용 호스를 일부 절개하여 예시하는 측면도이다.
도 2는 도 1의 호스의 횡단면도이다.
도 3은 수소 스테이션에 설치된 디스펜서를 예시하는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 수소 충전용 호스의 다른 실시형태를 일부 절개하여 예시하는 측면도이다.

이하, 본 발명의 수소 충전용 호스를 도면에 나타낸 실시형태에 기초하여 설명한다.

도 1, 도 2에 예시하는 바와 같이, 본 발명의 수소 충전용 호스(1)(이하, 호스(1)라고 한다)는 내주 측으로부터 순서대로 내면층(2), 보강층(3)(제1 섬유 블레이드 층(3a), 제2 섬유 블레이드 층(3b), 와이어 블레이드 층(3m)), 외면층(4)이 동축상으로 적층된 구조로 되어 있다. 도 1의 일점쇄선(CL)은 호스 축심(軸心)을 나타내고 있다.

내면층(2)은, 90℃에서의 건조 수소 가스의 가스 투과 계수가 1×10^-8 cc·cm/㎠·sec.·cmHg 이하인 열가소성 수지에 의해 형성되어 있다. 이 가스 투과 계수는 JIS K7126에 준거하여 측정한 값이다. 이 열가소성 수지로서는 나일론(나일론 6, 나일론 66, 나일론 11 등), 폴리아세탈, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체 등을 예시할 수 있다.

이와 같이 수소 가스 배리어성이 양호한 수지를 내면층(2)에 이용함으로써, 뛰어난 내수소 가스 투과성을 얻을 수 있다. 내면층(2)의 내경(즉, 호스(1)의 내경)은, 예를 들어 4.5 mm 이상 12 mm 이하, 보다 바람직하게는 5 mm 이상 9 mm 이하로 설정된다. 내면층(2)의 내경이 커질수록 수소(H)의 유량을 증대시키기에는 유리해지고, 내경이 작아질수록 내압성을 확보하기에는 유리해진다.

내면층(2)의 층 두께는, 예를 들어 0.5 mm 이상 2.0 mm 이하, 보다 바람직하게는 0.5 mm 이상 1.5 mm 이하로 설정된다. 내면층(2)의 치수 변화를 억제하기 위해서는 층 두께를 두껍게 하는 것이 바람직하다. 한편, 호스(1)의 유연성을 확보하기 위해서는 내면층(2)의 층 두께를 얇게 하는 것이 바람직하다. 내면층(2)의 내구성을 확보하면서 수소(H)의 유량을 증대시키기 위해서는 내면층(2)의 층 두께를 0.5 mm 이상 1.5 mm 이하, 내경을 5 mm 이상 9 mm 이하로 하면 좋다.

외면층(4)은 열가소성 수지에 의해 형성되어 있다. 이 열가소성 수지로서는 폴리우레탄, 폴리에스테르 등을 예시할 수 있다. 외면층(4)의 층 두께는, 예를 들어 0.2 mm 이상 1.0 mm 이하, 보다 바람직하게는 0.5 mm 이상 0.8 mm 이하로 설정된다. 외면층(4)의 외경(즉, 호스(1)의 외경)은, 예를 들어 12 mm 이상 18 mm 이하, 보다 바람직하게는 15 mm 이상 17 mm 이하로 설정된다. 외면층(4)의 층 두께가 커질수록 호스(1)의 내후성을 확보하기에는 유리해지고, 외경이 작아질수록 유연성을 확보하기에는 유리해진다. 호스(1)의 내후성과 유연성을 양립시키기 위해서는 외면층(4)의 층 두께 및 외경을 상술한 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

보강층(3)은 적어도 2층 설치되고, 그중 최외주의 1층은 금속 와이어(m)를 편조하여 형성된 와이어 블레이드 층(3m)이 된다. 기타의 보강층(3)은 고강도 섬유(f)를 편조하여 형성된 섬유 블레이드 층(3a, 3b)이 되어 있다. 이 실시형태에서는, 보강층(3)이 3층이고, 내주 측으로부터 순서대로 2층의 섬유 블레이드 층(3a, 3b), 와이어 블레이드 층(3m)을 적층하여 구성되어 있다. 섬유 블레이드 층(3a, 3b)은 2층에 한정되지 않고, 1층이나 3층 또는 그 이상의 적층 수로 할 수도 있다.

고강도 섬유(f)란, 인장 강도가 2 GPa 이상인 섬유이다. 고강도 섬유(f)로서는, 예를 들어 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸 섬유(PBO 섬유), 아라미드 섬유(aramid fiber), 탄소 섬유 등을 예시할 수 있다.

고강도 섬유(f)의 선경은, 예를 들어 0.25 mm 이상 0.30 mm 이하이다. 제1 섬유 블레이드 층(3a)의 편조 각도(Af)는, 예를 들어 45° 이상 55° 이하이며, 제2 섬유 블레이드 층(3b)의 편조 각도(Af)는, 예를 들어 50° 이상 60° 이하이다. 제1 섬유 블레이드 층(3a)의 편조 각도(Af)보다도 제2 섬유 블레이드 층(3b)의 편조 각도(Af)를 크게 한다. 섬유 블레이드 층이 3층 이상 존재하는 경우는 최내주의 제1 섬유 블레이드 층(3a)의 편조 각도(Af)를 45° 이상 55° 이하로 하고, 제2 섬유 블레이드 층(3b) 및 기타의 섬유 블레이드 층의 편조 각도(Af)를 50° 이상 60° 이하로 한다. 그리고 외주 측에 배치되는 섬유 블레이드 층이 될수록 편조 각도(Af)를 크게 설정한다.

섬유 블레이드 층(3a, 3b)의 경우는 구성 부재로 되는 고강도 섬유(f)가 변형한 상태(찌그러진 상태)로 편조되기 때문에, 편조 밀도를 규정하는 것이 어렵다. 그래서 편조 밀도 대신에 타입(打入) 개수(각 보강층에 권취되는 고강도 섬유(f)의 개수)로 규정하면, 고강도 섬유(f)를 권취하는 외주면의 외경이 7 mm인 경우는, 타입 개수는, 예를 들어 54개 이상 90개 이하로 된다. 고강도 섬유(f)를 권취하는 외주면의 외경이 10 mm, 12 mm인 경우의 타입 개수는, 예를 들어 각각 72개 이상 120개 이하, 90개 이상 150개 이하로 된다.

고강도 섬유(f)의 선경을 0.25 mm 이상 0.30 mm 이하로 하면, 내압에 의한 호스(1)의 치수 변화를 억제하면서 호스(1)의 유연성 및 고강도 섬유(f)의 내구성을 확보하기 쉬워진다.

금속 와이어(m)로서는, 예를 들어 강선, 스테인리스 강선, 피아노선(piano wire) 등을 이용한다. 금속 와이어(m)의 선경은, 예를 들어 0.25 mm 이상 0.4 mm 이하, 보다 바람직하게는 0.3 mm 이상 0.35 mm 이하이다. 편조 각도(Am)는, 예를 들어 45° 이상 55° 이하이며, 와이어 블레이드 층(3m)에 있어서의 편조 밀도(Dm)는, 예를 들어 70% 이상 100% 이하, 보다 바람직하게는 80% 이상 95% 이하로 한다. 편조 밀도(Dm)란, 와이어 블레이드 층(3m)에 있어서의 금속 와이어(m)의 면적 비율을 백분율로 나타내는 것이며, 금속 와이어(m)끼리의 틈새가 제로인 경우는 100%가 된다.

금속 와이어(m)의 선경이 작을수록 편조 밀도(Dm)를 크게 하여, 호스(1)의 내압성과 유연성을 적당히 양립시키는 것이 바람직하다. 편조 밀도(Dm)가 70% 미만이면, 충분한 내압성을 확보하는 것이 어려워진다. 한편, 편조 밀도(Df)가 100%에 근접할수록 유연성이 저하되지만 실용에 지장이 발생하는 경우는 없다. 금속 와이어(m)의 선경을 0.25 mm 이상 0.4 mm 이하, 편조 각도(Am)를 45° 이상 55° 이하, 또한 와이어 블레이드 층(3m)의 편조 밀도(Dm)를 70% 이상으로 하면, 내압에 의한 호스(1)의 치수 변화를 억제하면서 호스(1)의 유연성 및 금속 와이어(m)의 내구성을 확보하기 쉬워진다.

도 3에 예시하는 바와 같이, 이 호스(1)가 수소 스테이션에 설치되는 디스펜서(5)에 장비되는 경우에는, 호스 양단에 호스 쇠장식(6)이 스웨이징되어 부착된다. 호스(1)를 통해 디스펜서(5)로부터 차량(7)으로 저온(예를 들어, 마이너스 40° 이상 마이너스 20° 이하)에서 고압(예를 들어, 45 MPa 이상 87.5 MPa 이하)의 수소(H)가 공급, 충전된다.

이 호스(1)에 따르면, 내면층(2)이, 상술한 바와 같이 수소 가스 배리어성이 양호한 열가소성 수지에 의해 형성되기 때문에, 뛰어난 내수소 가스 투과성을 얻을 수 있다. 즉, 호스(1)를 흐르는 수소(H)가 내면층(2)에 의해 충분히 차단되기 때문에, 내면층(2)의 외주 측에 투과하는 수소(H)의 양을 저감시킬 수 있다.

또한, 최외층의 보강층이 와이어 블레이드 층(3m)이기 때문에, 호스 쇠장식(6)을 강하게 스웨이징해도 섬유를 편조한 보강층의 경우에 비해 호스(1)의 스웨이징한 부분의 편조 구조가 흐트러지기 어렵다. 그리고 와이어 블레이드 층(3m)의 내주 측이 고강도 섬유(f)를 편조하여 형성된 섬유 블레이드 층(3a, 3b)이기 때문에 상응하는 내압성을 갖고 있다. 그 때문에, 호스(1)를 흐르는 수소(H)가 고압이 되어도 보강층(3) 전체의 편조 구조가 흐트러지기 어려워진다.

이와 같이 보강층(3)을 스웨이징해도 편조 구조가 크게 흐트러지는 경우가 없기 때문에, 보강층(3)의 본래의 성능을 충분히 발휘시킬 수 있다. 따라서 호스(1)의 내압성, 내구성을 향상시키기에는 유리해진다. 흐르는 수소(H)가 보다 고압이 되어도 보강층(3)에 의해 내면층(2)의 치수 변화를 억제하는 것도 가능해진다.

수소(H)를 차량(7)에 충전하는 경우에는, 대단히 저온(예를 들어, 마이너스 40℃ ∼ 마이너스 20℃)의 수소(H)가 내면층(2)에 접촉하여 흐르기 때문에, 내면층(2)은 저온 취화한다. 또한, 이 수소(H)는 고압(예를 들어, 45 MPa 이상 87.5 MPa 이하)이기 때문에, 내면층(2)에는 이 압력이 내압으로서 작용한다. 이 내압에 의해 내면층(2)은 치수 변화하지만 저온 취화하고 있기 때문에, 상온에서는 문제가 되지 않는 작은 치수 변형량이라도 이 사용 조건에서는 파손할 가능성이 높아진다.

또한, 수소(H)는 가장 작은 분자이기 때문에, 비교적 용이하게 내면층(2)에 침입할 수 있다. 그 때문에, 내면층(2)의 손상이 미소(微小)이더라도 그곳을 기점으로 하여 수소(H)가 대량으로 침입하여, 파손이 점점 커진다고 하는 악순환이 된다. 수소(H)가 흐르는 호스(1)에는 이러한 특유의 문제가 발생한다.

본 발명에서는, 보강층(3)으로서 고강도 섬유(f)를 편조하여 형성한 제1 섬유 블레이드 층(3a), 제2 섬유 블레이드 층(3b)에 추가하여, 종래 채용이 보류되어 있던 와이어 블레이드 층(3m)을 굳이 채용하고 있다. 그리고 내압에 의해 호스(1)에 작용하는 부하는 실질적으로 제1 섬유 블레이드 층(3a) 및 제2 섬유 블레이드 층(3b)이 부담한다. 이에 의해, 상술의 특유한 문제를 해결하고 있다.

그리고 와이어 블레이드 층(3m)은 내압에 의해 호스(1)에 작용하는 부하를 실질적으로 부담하지 않는 구조로 하고 있다. 그 때문에, 만일 와이어 블레이드 층(3m)을 구성하는 금속 와이어(m)가 수소 취화한 경우라도 호스(1)의 사용에 즉시 지장이 발생하는 경우는 없다.

보강층(3)의 최외주의 1층만을 와이어 블레이드 층(3m)으로 하고, 기타의 보강층(3)은 섬유 블레이드 층(3a, 3b)으로 하고 있기 때문에, 호스(1)의 유연성도 충분히 확보하고 있다. 이와 같이, 내압에 의해 호스(1)에 작용하는 부하를 와이어 블레이드 층(3m)이 실질적으로 부담하는 구조는 아니기 때문에, 와이어 블레이드 층(3m)을 다층으로 하여 설치할 필요가 없고, 호스(1)의 유연성뿐만 아니라 경량화에도 기여하고 있다.

도 4에 예시하는 호스(1)의 실시형태에서는, 보강층(3)이 4층이며, 내주 측으로부터 순서대로 3층의 섬유 블레이드 층(3a, 3b, 3c), 와이어 블레이드 층(3m)을 적층하여 구성되어 있다.

고강도 섬유(f)의 선경은, 예를 들어 0.25 mm 이상 0.30 mm 이하이다. 제1 섬유 블레이드 층(3a)의 편조 각도(Af)는, 예를 들어 43° 이상 55° 이하이고, 제2 섬유 블레이드 층(3b)의 편조 각도(Af)는, 예를 들어 45° 이상 55° 이하이며, 제3 섬유 블레이드 층(3c)의 편조 각도(Af)는, 예를 들어 50° 이상 60° 이하이다. 제1 섬유 블레이드 층(3a)의 편조 각도(Af)보다도 제2 섬유 블레이드 층(3b)의 편조 각도(Af)를 크게, 제2 섬유 블레이드 층(3b)의 편조 각도(Af)보다도 제3 섬유 블레이드 층(3c)의 편조 각도(Af)를 크게 하면 좋다. 예를 들어, 제1 섬유 블레이드 층(3a)의 편조 각도(Af)와 제2 섬유 블레이드 층(3b)의 편조 각도(Af)와의 차이는 4° 이상, 제2 섬유 블레이드 층(3b)의 편조 각도(Af)와 제3 섬유 블레이드 층(3c)의 편조 각도(Af)와의 차이를 4° 이상으로 하면 좋다.

섬유 블레이드 층(3a, 3b, 3c)은 편조 밀도 대신에 타입 개수(각 보강층에 권취하는 고강도 섬유(f)의 개수)로 규정하면, 고강도 섬유(f)를 권취하는 외주면의 외경이 7 mm인 경우는, 타입 개수는, 예를 들어 54개 이상 90개 이하가 된다. 고강도 섬유(f)를 권취하는 외주면의 외경이 10 mm, 12 mm인 경우의 타입 개수는, 예를 들어 각각 72개 이상 120개 이하, 90개 이상 150개 이하가 된다.

금속 와이어(m)의 선경은, 예를 들어 0.25 mm 이상 0.4 mm 이하, 보다 바람직하게는 0.3 mm 이상 0.35 mm 이하이다. 편조 각도(Am)는, 예를 들어 55° 초과 60° 이하이며, 와이어 블레이드 층(3m)에 있어서의 편조 밀도(Dm)는, 예를 들어 70% 이상 100% 이하, 보다 바람직하게는 80% 이상 95% 이하로 한다.

이 실시형태는 앞서의 실시형태에 비해, 금속 와이어(m)의 편조 각도(Am)가 크게 되어 있는 동시에 정지 각도(54.7°) 이상으로 설정되어 있다. 또한, 섬유 블레이드 층(3a, 3b, 3c)의 층수가 더욱 많이 설정되어 있어서 이들 섬유 블레이드 층(3a, 3b, 3c)의 편조 각도(Af)의 설정도 다르고 있다.

이 사양의 상위(相違)에 기인하여, 이 실시형태의 호스(1)는 앞서의 실시형태의 호스(1)에 비해 파괴압이 향상한다. 또한, 호스(1)에 내압이 작용했을 때의 치수 변화율이 보다 작아져서, 치수 안정성이 더욱더 향상하고, 내면층(2)의 뒤틀림도 저감시킬 수 있다.

상술하면, 호스(1)에 내압이 작용한 때에는, 편조 각도(Af)가 실질적으로 정지 각도 이하로 설정되어 있는 제1 섬유 블레이드 층(3a) 및 제2 섬유 블레이드 층(3b)은, 그 편조 각도(Af)가 정지 각도에 근접하려고 하여 확경하고, 작용한 내압을 제3 섬유 블레이드 층(3c) 및 와이어 블레이드 층(3m)에 효율적으로 전한다. 이에 의해, 특정의 보강층(3)이 과도한 내압 부담을 하는 경우가 없고, 각각의 보강층(3)(3a, 3b, 3c, 3m)의 성능을 밸런스 좋게 기능시키는 것이 가능해진다. 이것에 더하여, 섬유 블레이드 층(3a, 3b, 3c)의 층수가 증가하고, 또한 소정의 편조 각도(Af)로 설정하고 있는 것의 상승효과에 의해 호스(1)의 파괴압이 향상한다.

또한, 금속 와이어(m)의 편조 각도(Am)가 정지 각도(54.7°) 이상으로 되어 있기 때문에, 호스(1)에 내압이 작용한 때에는, 편조 각도(Am)는 정지 각도에 근접하려고 하여, 와이어 블레이드 층(3m)이 호스(1)의 확경을 억제한다. 그 결과, 호스(1)의 치수 변화율이 작아지고, 내면층(2)의 뒤틀림(확경 변화)도 효과적으로 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 호스(1)의 내구성이 향상하여 내용 기간을 길게 하기에는 점점 유리해진다.

호스(1)에 수소가 흐르고 있는 때에는, 내면층(2)이 영하 이하의 저온으로 되기 때문에, 내면층(2)이 저온 취화하여 손상하기 쉬운 상태가 된다. 그 때문에, 이 실시형태처럼 내면층(2)의 확경 변형을 충분히 억제하는 것이 가능하다면, 호스(1)로서는 지극히 실용성이 높아진다.

또한, 내압 작용 시의 호스(1)의 치수 변화율이 저감하여, 호스(1)의 길이 방향의 변화가 억제되면, 디스펜서(5)로부터 차량(7)으로 수소(H)를 한창 공급, 충전하고 있는 때에, 호스(1)에는 길이 방향의 불필요한 힘이 발생하기 어려워진다. 이에 수반하여, 호스(1)와 호스 쇠장식(6)과의 접속 상태에 불량을 발생시키려고 하는 힘의 발생을 방지하기에도 유리해진다.

실시예

도 1에 예시한 호스와 마찬가지의 구조의 해석 모델을, 표 1에 나타내는 바와 같이 보강층의 사양만을 바꾸어 4종류(실시예 1∼3, 비교예) 제작하고, 보강층의 어긋남, 내면층의 확경 변화량(치수 변화량)을 해석 평가했다. 표 1의 제1 층은 최내주 층, 제2 층은 제1 층의 외주면에 적층된 층, 제3 층은 최외주 층을 의미하고 있다. 내면층의 90℃에서의 건조 수소의 가스 투과 계수는 1×10^-8 cc·cm/㎠·sec.·cmHg 이하이다. 또한, 이 4종류에 대해 시험 샘플을 제작하여 동일 사양의 호스 쇠장식을 동일의 스웨이징 힘에 의해 호스 단부에 스웨이징하여 부착한 호스 조립체의 내압성을 평가했다. 내압성 시험은 JIS K6330-2에 기재된 방법에 준거하여 파괴압을 측정한 것이다. 이들의 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 파괴압은 비교예를 기준의 100으로 하여 지수 평가했다. 지수가 클수록 내압성이 좋은 것을 나타낸다. 파괴 모드도 함께 기재했다.

[보강층의 어긋남]

동일 사양의 호스 쇠장식을 동일 스웨이징 힘으로 호스 단부에 스웨이징하여 부착하고, 호스 내압을 80 MPa로 한 경우의 최외주의 보강층의 스웨이징된 부분의 블레이드 구조의 어긋남 상태(상하 변동량)를, 비교예를 기준의 100으로 하여 지수 평가했다. 지수가 작을수록 어긋남 상태가 적은 것을 나타낸다.

[내면층의 확경 변화량]

상기의 보강층의 어긋남의 평가와 동일한 조건하에서의 내면층의 내경 확경 변화량을, 비교예를 기준의 100으로 하여 지수 평가했다. 지수가 작을수록 확경 변화량이 작은 것을 나타낸다.

표 1의 결과로부터, 실시예 1∼3은 비교예에 비해 최외주의 보강층의 편조 구조의 어긋남이 작고, 내면층의 확경 변화량이 작은 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1∼3의 호스는, 파괴 모드가 호스 본체 파괴이고 보강층의 본래의 성능을 충분히 발휘할 수 있으며, 뛰어난 내압성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

다음에 표 2에 나타내는 바와 같이, 보강층을 내주 측으로부터 제1 섬유 블레이드 층, 제2 섬유 블레이드 층, 와이어 블레이드 층으로 한 상술의 시험 샘플(실시예 3)에 추가하여, 보강층을 제1 섬유 블레이드 층, 제2 섬유 블레이드 층, 제3 섬유 블레이드 층, 와이어 블레이드 층으로 하고, 보강층의 사양만을 표 2처럼 상이하게 한 3종류의 시험 샘플(실시예 4∼6)을 제작하여 합계 4종류의 시험 샘플에 대해 동일 사양의 호스 쇠장식을 동일의 스웨이징 힘에 의해 호스 단부에 스웨이징하여 부착한 호스 조립체의 내압성, 호스의 가압 시의 치수 변화(길이 변화율과 외경 변화율) 및 내면층의 확경 변화량을 평가했다. 내면층의 90℃에서의 건조 수소의 가스 투과 계수는 1×10^-8 cc·cm/㎠·sec.·cmHg 이하였다. 내압성 시험은 JIS K6330-2에 기재된 방법에 준거하여 파괴압을 측정한 것이다. 이들 평가 결과를 표 2에 나타낸다. 각각의 평가 결과는 실시예 3을 기준의 100으로 하여 지수 평가했다. 지수가 클수록 내압성에 뛰어난 것을 나타내고, 지수가 작을수록 치수 변화율, 확경 변화량이 작은 것을 나타낸다.

표 2의 결과로부터, 실시예 4∼6은 실시예 3에 비해 내압성이 뛰어나고, 호스의 가압 시의 치수 변화(길이 변화율과 외경 변화율) 및 내면층의 확경 변화량이 작은 것을 알 수 있다. 또한, 호스 가압 시의 내면층의 확경 변화량(뒤틀림)을 억제하면 호스 내용 기간이 길어지는 것으로 밝혀져 있고, 내면층의 확경 변화량이 30% 정도 저감하면 호스 내용 기간이 1.5배 이상으로 되는 것도 파악할 수 있었다. 그 때문에, 실시예 4∼6에 따르면, 실시예 3에 비해 호스 내용 기간이 대폭으로 향상한다.

1: 수소 충전용 호스
2: 내면층
3: 보강층
3a: 제1 섬유 블레이드 층
3b: 제2 섬유 블레이드 층
3c: 제3 섬유 블레이드 층
3m: 와이어 블레이드 층
4: 외면층
5: 디스펜서
6: 호스 쇠장식
7: 차량
f: 고강도 섬유
m: 금속 와이어
CL: 호스 축심

Claims

동축상으로 적층된 내면층과 외면층 사이에 적어도 2층의 보강층이 동축상으로 적층되고, 상기 내면층이, 90℃에서의 건조 수소 가스의 가스 투과 계수가 1×10^-8cc·cm/㎠·sec.·cmHg 이하인 열가소성 수지에 의해 형성되며, 상기 외면층이 열가소성 수지에 의해 형성된 수소 충전용 호스에 있어서,
상기 보강층 중 최외주의 보강층이 금속 와이어를 편조하여 형성된 와이어 블레이드 층이며, 기타의 보강층이 고강도 섬유를 편조하여 형성된 섬유 블레이드 층인 것을 특징으로 하는 수소 충전용 호스.
제1항에 있어서,
상기 내면층의 층 두께가 0.5 mm 이상 1.5 mm 이하이고, 내경이 5 mm 이상 9 mm 이하인 수소 충전용 호스.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 와이어의 선경이 0.25 mm 이상 0.4 mm 이하이고, 그 편조 각도가 45° 이상 55° 이하이며, 상기 와이어 블레이드 층의 편조 밀도가 70% 이상인 수소 충전용 호스.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 섬유 블레이드 층이 적어도 2층이고, 이들 섬유 블레이드 층을 구성하는 상기 고강도 섬유의 선경이 0.25 mm 이상 0.30 mm 이하이며, 최내주의 섬유 블레이드 층의 편조 각도가 45° 이상 55° 이하이고, 2번째로 내주 측의 섬유 블레이드 층의 편조 각도가 50° 이상 60° 이하인 수소 충전용 호스.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 와이어의 선경이 0.25 mm 이상 0.4 mm 이하이고, 그 편조 각도가 55° 초과 60° 이하이며, 상기 와이어 블레이드 층의 편조 밀도가 70% 이상인 수소 충전용 호스.
제1항, 제2항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 섬유 블레이드 층이 적어도 3층이고, 이들 섬유 블레이드 층을 구성하는 상기 고강도 섬유의 선경이 0.25 mm 이상 0.30 mm 이하이며, 최내주의 섬유 블레이드 층의 편조 각도가 43° 이상 55° 이하이고, 2번째로 내주 측의 섬유 블레이드 층의 편조 각도가 45° 이상 55° 이하이며, 3번째로 내주 측의 섬유 블레이드 층의 편조 각도가 50° 이상 60° 이하인 수소 충전용 호스.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고강도 섬유가 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸(PBO) 섬유인 수소 충전용 호스.