JP2002213659A

JP2002213659A - 水素ホース

Info

Publication number: JP2002213659A
Application number: JP2001009819A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamaguchi; 博山口; Nobuaki Kameda; 宜暁亀田
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2002-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】水素ホース１０は、樹脂により軽量化および
振動箇所における耐久性を図るとともに、耐水素透過性
および耐水性に優れたものとすること。【解決手段】水素ホース１０は、流路１０ａに面し温
度２０℃、湿度６５％のときの平衡吸水率が０．１％以
下の第１樹脂材料から形成された内層１２と、内層上に
積層されエチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯ
Ｈ）から形成された中間層１４と、中間層１４上に積層
され、温度２０℃、湿度６５％のときの平衡吸水率が
０．７％以上の第２樹脂材料から形成された外層１６と
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素ガスまたは水
素を含んだ水を流すための樹脂製の水素ホースに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の水素ガスの送給のために
使用するホースとして、例えば、特開平９−１４５２８
号公報の技術が知られている。図３は従来の技術にかか
る水素ホース１００の一端側を示す断面図である。図３
において、水素ホース１００は、口金１０１ａと一体的
に形成されたスチール製の蛇腹管１０１と、蛇腹管１０
１の外周表面に被覆された熱収縮性のＥＰＤＭゴム製の
チューブ１０２と、チューブ１０２の外周表面に編組さ
れたカーボン繊維からなる繊維ブレード層１０３とから
構成されている。上記チューブ１０２および繊維ブレー
ド層１０３は、かしめリング１０４により口金１０１ａ
の端部に締結されている。

【０００３】この水素ホース１００を製造するには、ま
ず、口金１０１ａと蛇腹管１０１とからなる金属管を用
意する。次に熱収縮前のチューブ（図示省略）を用意す
る。このとき、チューブの内径は、口金１０１ａの最大
外径程度とする。このチューブを、口金１０１ａから挿
通して蛇腹管１０１の外周表面に位置させる。その状態
でチューブを加熱して熱収縮させ、チューブ１０２とす
る。続いて、カーボン繊維製の糸を用いて、チューブ１
０２の外周表面に、ブレーダ機（図示省略）で編組する
ことで繊維ブレード層１０３を形成する。水素ホース１
００では、肉厚の薄い蛇腹管１０１により水素透過性お
よび可撓性を高めるとともに、繊維ブレード層１０３に
より、大きな内圧に対して蛇腹管１０１の長手方向への
変形を抑制している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、水素ホース１
００は、スチール製であるので、軽量化への支障となる
だけでなく、燃料電池のポンプなどの振動箇所に使用し
た場合に金属疲労を生じて十分な耐久性を得ることがで
きないという問題があった。また、水素ホースにおい
て、水素と同時に水も流れる場合には、水がイオン化し
て酸性水となって流れるために、錆などに対する対策を
講じる必要があり、コストアップを招く。

【０００５】これを解決する手段として、耐水素透過性
に優れた樹脂材料、たとえば、エチレンビニルアルコー
ル共重合体（ＥＶＯＨ）からホースを形成することも検
討されている。しかし、ＥＶＯＨは、耐水性に劣るため
に、ホース内を水が流れる場合に、機械的強度の低下を
招くとともに、耐水素透過性を劣化させるという問題が
あった。

【０００６】本発明は、上記従来の技術の問題を解決す
るものであり、樹脂により軽量化および振動箇所におけ
る耐久性を図るとともに、耐水素透過性および耐水性に
優れた水素ホースを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するためになされた本発明は、内層、中間
層および外層を備えた水素ホースにおいて、中間層は、
エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）から形
成され、内層は、平衡吸水率が中間層より小さい第１樹
脂材料から形成され、外層は、平衡吸水率が内層より大
きい第２樹脂材料から形成されたことを特徴とする。

【０００８】本発明にかかる水素ホースは、耐水透過性
に優れたＥＶＯＨから形成された中間層を有しているの
で、流路に流れる水素が外部に逃げるのを防止する。水
素ホースは、内層、中間層および外層の３層とも樹脂材
料で形成されているので、軽量であり、しかも振動に強
く、耐久性に優れている。

【０００９】本発明の好適な態様として、流路に面し、
温度２０℃、湿度６５％のときの平衡吸水率が０．１％
以下の第１樹脂材料から形成された内層と、内層上に積
層され、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯ
Ｈ）から形成された中間層と、中間層上に積層され、温
度２０℃、湿度６５％のときの平衡吸水率が０．７〜
４．０％の第２樹脂材料から形成された外層と、を備え
たことを特徴とする。

【００１０】内層は、平衡吸水率が中間層より小さい第
１樹脂材料、例えば、温度２０℃、湿度６５％のときの
平衡吸水率が０．１％以下の第１樹脂材料から形成され
ているので、流路を流れる流体により大きく膨潤したり
することがなく、中間層のＥＶＯＨが湿度の高い状態に
なるのを防ぐ。すなわち、内層は、ＥＶＯＨを水により
膨潤させないで、耐水素透過性を劣化させるのを防止す
る。

【００１１】また、外層は、内層より平衡吸水率が大き
い材料、例えば、温度２０℃、湿度６５％のときの平衡
吸水率が０．７〜４．０％の第２樹脂材料から形成され
ているので、ＥＶＯＨからなる中間層が膨潤した場合に
も水分を速やかに吸収する。外層の水分は、該外層の表
面から蒸発により逃がされる。

【００１２】したがって、中間層は、流路を流れる流体
に対して内層により膨潤しないように保護され、水分を
含んだときには外層へ速やかに移行するから、水分をた
くさん含んだ状態になることがなく、耐水素透過性の低
下や機械的強度の低下を生じることがない。

【００１３】また、外層は、ＥＶＯＨと異なった樹脂材
料で形成できるので、他の機能、例えば、機械的強度の
向上や、耐熱性などの他の機能を付加することができ
る。

【００１４】第１樹脂材料の好適な材料として、ポリエ
チレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、オレフィン
系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）、フッ素系樹脂、ス
チロール系樹脂のいずれかを適用することができる。ま
た、第２樹脂材料の好適な材料として、ナイロン６、ナ
イロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２などのポリア
ミド（ＰＡ）、アセチルセルロース、フェノールなどの
樹脂材料のいずれかを適用することができる。

【００１５】また、水素ホースとして、内層、中間層お
よび外層を蛇腹管の積層体に適用することにより、曲げ
箇所への使用を容易にし引き回し性を向上させるととも
に、耐振動性を向上させることができ、さらに蛇腹管の
ように水分が除去し難い形状に対して一層耐水性を向上
させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例
について説明する。

【００１７】図１は本発明の第１の実施の形態にかかる
水素ホース１０を長手方向に切断した断面図である。図
１において、水素ホース１０は、図示しない燃料電池装
置のポンプに接続されるホースであり、３層に積層され
ることにより、フレキシブル性、耐圧性、耐水素透過
性、耐水性および耐酸性を有するように形成されてい
る。すなわち、水素ホース１０は、流路１０ａに面する
内層１２と、中間層１４と、外層１６とを積層すること
により構成されている。

【００１８】以下、水素ホース１０の各部の構成につい
て説明する。（１）内層１２内層１２は、耐水性に優れた第１樹脂材料から形成され
ている。第１樹脂材料として、ポリエチレン（ＰＥ）、
ポリプロピレン（ＰＰ）、オレフィン系熱可塑性エラス
トマー（ＴＰＯ）、フッ素系樹脂、スチロール系樹脂の
いずれかを適用することができる。樹脂層の耐水性を、
一定条件下（温度、湿度）における平衡吸水率により定
義すると、第１樹脂材料は、温度２０℃、湿度６５％の
ときの平衡吸水率が０．１％以下に、好ましくは、０．
００１〜０．０１％に調製する。

【００１９】（２）中間層１４中間層１４は、耐水素透過性に優れたポリエチレンビニ
ルアルコール（ＥＶＯＨ）から形成されている。ＥＶＯ
Ｈとして、湿度６５％のときの平衡吸水率が０．５〜
５．０％に調製したものを用いることができる。

【００２０】（３）外層１６外層１６は、含水特性に富んだ第２樹脂材料から形成さ
れている。第２樹脂材料として、耐熱性に優れたポリア
ミド樹脂（ナイロン）、フッ素系樹脂、スチロール系樹
脂などを用いることができる。外層１６の第２樹脂材料
は、内層１２と同様に、平衡吸水率により定義すると、
温度２０℃、湿度６５％のときの平衡吸水率が０．７〜
４．０％に、好ましくは、１．５〜３．５％に調製した
ものを用いることができる。

【００２１】なお、内層１２と中間層１４との間、また
は中間層１４と外層１６との間には、各層の接合性を高
めるために、接着剤や各層の樹脂材料をブレンドした接
着層を設けてもよい。中間層１４と外層１６との間に接
着剤を用いた場合には、中間層１４に含まれた水分を逃
がすために透水性を備えていることが好ましい。

【００２２】水素ホース１０の各層の厚さも、フレキシ
ブル性、耐圧性、耐水素透過性、耐水性などを考慮して
定められており、たとえば、水素ホース１０の内径φを
８〜１６ｍｍ、肉厚ｔを０．５〜２ｍｍとした場合にお
いて、内層１２が０．３〜１ｍｍ、中間層１４が０．２
〜１ｍｍ、外層１６が０．３〜１ｍｍの範囲に定める。

【００２３】水素ホース１０は、内層１２、中間層１４
および外層１６を同時押出する方法、内層１２から順次
積層する方法、中間層１４を形成した後に内層１２また
は外層１６をコーティングする方法により製造すること
ができる。

【００２４】上記実施の形態にかかる水素ホース１０
は、耐水素透過性に優れたＥＶＯＨから形成された中間
層１４を有しているので、流路１０ａに流れる水素が外
部に逃がす量をきわめて低減できる。

【００２５】水素ホースは、内層１２、中間層１４およ
び外層１６の３層とも樹脂材料で形成されているので、
軽量であり、しかも振動に強く、耐久性に優れている。
このような耐振動特性に優れているから、燃料電池装置
における水素を供給するためのポンプに適用した場合に
は、振動を吸収し、金属パイプを用いた場合のように疲
労による劣化を生じない。

【００２６】また、内層１２は、温度２０℃、湿度６５
％のときの平衡吸水率が０．１％以下の第１樹脂材料、
つまり耐水性に優れた樹脂材料から形成されているの
で、流路１０ａを流れる流体により膨潤する量がきわめ
て少なく、中間層１４が水分を多く含んだ状態になるの
を防ぐ。すなわち、内層１２は、ＥＶＯＨの中間層１４
が水により膨潤して耐水素透過性を劣化させるのを防止
することができる。

【００２７】さらに、外層１６は、温度２０℃、湿度６
５％のときの平衡吸水率が０．７％以上の第２樹脂材
料、つまり、内層１２より吸水率に優れた樹脂材料から
形成されているので、中間層１４中の水分が速やかに外
層１６へ移行する。外層１６の水分は、該外層１６の表
面から蒸発により逃がされる。

【００２８】したがって、中間層１４は、流路１０ａを
流れる流体に対して内層１２により膨潤しないように保
護され、水分量が多くなったときには、外層１６へ速や
かに移行するから、水分をたくさん含んだ状態になるこ
とがなく、耐水素透過性の低下や機械的強度の低下を生
じることがない。

【００２９】また、外層１６は、中間層１４と異なった
樹脂材料で形成されているので、他の機能、例えば、機
械的強度の向上や、耐熱性などの他の機能を付加するこ
とができる。

【００３０】ここで、水素ホース１０のガス透過量を測
定するにあたり、水素ガスの代用として、Ｈｅガスを用
い、以下の実験により測定した。Ｈｅは高分子素材を透
過する際の透過量が水素の透過量と概ね同様の挙動を示
すため、安全性と簡便性の観点からＨｅによる透過量測
定を実施した。本実施の形態にかかる内層ＰＰ、中間層
ＥＶＯＨ、外層ＰＡの水素ホース１０（実施例）と、Ｅ
ＶＯＨからなる中間層に接する内層および外層にＰＰを
用いた比較例１と、外層を用いない内層ＰＰおよび中間
層ＥＶＯＨからなる比較例２とを作成し、それらについ
て温度２０℃、Ｈｅ内圧１ａｔｍ、相対湿度６５％の条
件下において、Ｈｅの透過量を調べた。まず、前述の条
件下に２４ｈｒ以上調整した後、Ｈｅガスを封入し、透
過量を測定した場合、実施例１および比較例１，２はい
ずれも０．５ｃｃ・ｃｍ／ｍ^２・２４ｈｒ・ａｔｍの透
過量であったのに対し、各試料に水を流し、水滴が付着
した状態で同様の測定を行なったところ、実施例１で
は、０．６ｃｃ・ｃｍ／ｍ^２・２４ｈｒ・ａｔｍであっ
たのに対し、比較例１は、０．８ｃｃ・ｃｍ／ｍ^２・２
４ｈｒ・ａｔｍ、また、比較例２は、１．０ｃｃ・ｃｍ
／ｍ^２・２４ｈｒ・ａｔｍとなった。

【００３１】図２は第２の実施の形態にかかる水素ホー
ス２０を説明する説明図である。第２の実施の形態は、
水素ホース２０の一部を蛇腹部で形成した構成に特徴を
有している。水素ホース２０は、蛇腹部２２を有するホ
ース本体２１と、補強層としての網状袋体３０と、リン
グ３４と、口金３６とを備えている。

【００３２】ホース本体２１は、谷部２２ａと山部２２
ｂとを順次配列した蛇腹部２２と、この蛇腹部２２の両
端のスリーブ２４とを一体に形成し、第１の実施の形態
にかかる水素ホースと同じ積層体から形成されている。
蛇腹部２２は、筒状管体を、図示しない金型の蛇腹形状
の成形面に倣わせるようにブロー成形する方法や、転造
などにより形成することができる。また、スリーブ２４
は、蛇腹部２２の両端部からそれぞれ筒状に形成されて
いる。

【００３３】上記網状袋体３０は、綾織りで形成されか
つ両側に開口を有する袋状であり、蛇腹部２２を覆った
ときに長手方向に引張り状態かつ伸び難い状態にて、つ
まり蛇腹部２２の山部２２ｂを押圧した状態で覆ってい
る。網状袋体３０を織るための糸として、引張強度が強
く、かつ剛性の高い、いわゆる腰の強いものが好まし
く、例えば、１本または数本のモノフィラメントを合糸
した補強糸を用いることができる。こうした補強糸の一
例として、1本に１２６０デニールのポリアミド（ナイ
ロン）糸と２本の５００デニールのポリエステル糸とを
合糸したものを用いることができる。このような補強糸
を用いて綾織りで網状袋体３０を形成すると、網状袋体
３０を長手方向に圧縮したり引っ張ったりしても、補強
糸自体は、伸び縮みすることがなく、補強糸同士のなす
角度だけを変化させるので、円筒形状を保持したまま網
状袋体３０の径を拡径したり縮径したりすることができ
る。

【００３４】網状袋体３０の両端部は、スリーブ２４の
外周でリング３４，３４によりそれぞれ固定され、すな
わち、スリーブ２４，２４の両側に口金３６，３６をそ
れぞれ挿入し、各スリーブ２４の上に網状袋体３０の端
部を乗せて、リング３４により、かしめ固定されてい
る。

【００３５】上記水素ホース２０の構成において、流路
に水素ガスなどを通過させたときに、蛇腹部２２を膨張
させる内圧が加わる。この内圧は、蛇腹部２２を拡径さ
せるよりも、主に伸長させる力として作用する。このと
き、網状袋体３０は、その両端でリング３４を介して蛇
腹部２２に固定され、蛇腹部２２を長手方向に伸ばす力
に対して大きな抵抗力を発揮する。

【００３６】次に、水素ホース２０を製造する工程につ
いて説明する。まず、３層のパリソンを成形した後に、
パリソンをブロー成形や転造により蛇腹部２２の形状に
賦形することによりホース本体２１を成形する。その
後、網状袋体３０を拡径させてスリーブ２４から蛇腹部
２２に挿入する。そして、網状袋体３０を、長手方向に
引き伸ばすことで縮径させて蛇腹部２２に密着させて外
周を覆う。さらに、網状袋体３０の両端で、リング３
４，３４をかしめることにより、スリーブ２４，２４に
固定する。これにより、本実施の形態の水素ホース２０
が得られる。

【００３７】上記水素ホース２０によれば、蛇腹部２２
を有するホース本体２１を３層に形成することにより、
耐水性、耐水素透過性などの第１の実施の形態と同様な
特長を有するとともに、曲げ箇所への使用を容易にし引
き回し性を向上させ、さらに蛇腹管のように水分が除去
し難い形状につき一層耐水性を向上させることができ
る。

【００３８】なお、この発明は上記実施例に限られるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の
態様において実施することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる水素ホース
１０を長手方向に切断した断面図である。

【図２】第２の実施の形態にかかる水素ホース２０を説
明する説明図である。

【図３】従来の技術にかかる水素ホース１００の一端側
を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…水素ホース１０ａ…流路１２…内層１４…中間層１６…外層２０…水素ホース２１…ホース本体２２…蛇腹部２２ａ…谷部２２ｂ…山部２４…スリーブ３０…網状袋体３４…リング３６…口金

フロントページの続きＦターム(参考） 3H111 AA02 BA15 BA25 BA34 CA47 CA53 CB04 CC13 CC19 DA07 DA26 DB02 EA06 4F100 AK01B AK01C AK03B AK04B AK07B AK46C AK62B AK66B AK69A AL09B BA03 BA07 BA10B BA10C BA15 DA11 DA13 GB31 GB90 JB07 JB16B JD02 JD15B JD15C JL00 JL03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内層、中間層および外層を備えた水素ホ
ースにおいて、中間層は、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯ
Ｈ）から形成され、内層は、平衡吸水率が中間層より小さい第１樹脂材料か
ら形成され、外層は、平衡吸水率が内層より大きい第２樹脂材料から
形成されたことを特徴とする水素ホース。
【請求項２】流路に面し、温度２０℃、湿度６５％の
ときの平衡吸水率が０．１％以下の第１樹脂材料から形
成された内層と、内層上に積層され、エチレンビニルアルコール共重合体
（ＥＶＯＨ）から形成された中間層と、中間層上に積層され、温度２０℃、湿度６５％のときの
平衡吸水率が０．７〜４．０％の第２樹脂材料から形成
された外層と、を備えたことを特徴とする水素ホース。
【請求項３】請求項２の水素ホースにおいて、第１樹脂材料は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレ
ン（ＰＰ）、オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰ
Ｏ）のいずれかにより形成され、上記第２樹脂材料は、
ポリアミド（ＰＡ）から形成されている水素ホース。
【請求項４】請求項２または請求項３の水素ホースに
おいて、内層、中間層および外層は、蛇腹管を構成している水素
ホース。