水素輸送向けアルミ箔およびEVOHバリア層を備えた非接着型フレキシブルパイプの構造設計と機械的性能の実験的調査

本研究は、超高圧水素貯蔵容器の製造品質が水素環境下での信頼性に直接影響することに着目し、ホットスピン加工中に生じる残留応力分布と肉厚変動が水素脆化への感受性に与える影響を調査した。ASTM A519 4142鋼容器を対象に、数値シミュレーションと実験的検証を組み合わせて、ホットスピン加工パラメータ、応力進化、水素脆化挙動の関係を解明した。ホット圧縮試験で高温変形挙動を特徴づけ、平均絶対誤差7.35%のアレニウス型構成モデルを開発した。熱・力学連成有限要素モデルは、適応的メッシュ細分化を取り入れ、計算時間を41.2%削減しつつ予測精度を向上させた。プロセス最適化により、1000°Cの成形温度、…

• MnTiVFeZrベース合金を用いた金属水素化物貯蔵容器で、重量水素貯蔵容量0.992 ± 0.016 wt.%を達成
• 3MPaの低圧運転条件で構造設計を最適化し、STN EN 13322-2規格に基づく実験的強度検証を実施
• ANSYS 2025 R2 Static StructuralおよびANSYS CFXを用いた数値シミュレーションにより構造・熱管理設計を検証

• 液体水素タンクコンテナの内槽を支持するCFRPサスペンションリングを開発し、特殊な樹脂マトリックスと硬化プロセスの最適化により、同サイズのステンレス鋼構造と比較して等価熱伝導率を約88%低減した。
• 40フィート液体水素タンクコンテナに本サスペンションリングを搭載し、1日あたりの液体窒素蒸発率が0.082%/日未満を達成した。
• 90%の液体水素充填率で、圧力が0.14MPaに達するまでの保持時間が192時間を超えることを実証した。

金属水素化物(MH)システムは固体状態での水素貯蔵に有望であるが、充填速度は水素化物層の低い熱伝導率と吸収時の大量の発熱に律速されている。この熱的ボトルネックを水素化物体積を犠牲にせずに解決することが、MHリアクター設計における中心的な課題である。本研究では、横方向フィンと正弦波コルゲート伝熱管を組み合わせた統合熱強化戦略を提案する。これは、コルゲート形状の境界層破壊効果とフィンの拡張された伝熱表面積を組み合わせたものである。多孔質媒体フレームワーク内で3次元過渡数値モデルを開発し、異なるフィン配置を備えた直管およびコルゲート管リアクターを比較する。コルゲート管入口半径、フィン長、フィン傾斜…

• 無補強EGC管、PVA繊維強化EGC管、GFRP強化EGC管、GFRP強化PVA-EGC管の4種で三点載荷試験を実施し、機械的挙動と破壊メカニズムを比較した。
• 無補強EGC管は脆性破壊を示したのに対し、PVA繊維の添加はひび割れ伝播を遅延させ、破壊後の耐荷力と構造的完全性を向上させた。
• PVA-EGC管の究極耐荷力は無補強EGC管比で24.1%増加した。