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宮本 喜晟; 小川 益郎; 秋野 詔夫; 椎名 保顕; 稲垣 嘉之; 清水 三郎; 小貫 薫; 石山 新太郎; 片西 昌司; 武田 哲明; et al.
JAERI-Review 2001-006, 147 Pages, 2001/03
JAERI-Review-2001-006.pdf:9.2MB
水素に関する研究の現状を把握し、原研が進めている核熱による水素製造研究開発の位置づけを明らかにするため、水素製造を中心にした研究の現状と今後の展望について検討した。水素の取り扱いに関する特性を明らかにするとともに、将来の水素製造に対する法整備が必要になること、また、原子炉施設との関係では水素の火災爆発に対し離隔距離の考え方が実務的であることを示した。水素製造法を総括し、核熱利用水素製造技術の課題を明らかにした。さらに、核熱水素製造の経済性を評価し、化石燃料燃焼方式より経済性のあることを明らかにした。このほか、我が国のエネルギー需要構造からみて、原子力による高効率発電と化石燃料の代替となるエネルギーの需要が多いことを示した。さらに、今後の水素利用の方法としては燃料電池自動車の燃料としての利用が有望で、燃料電池自動車の導入予測に対応して2020年から2030年では100MWtの高温ガス炉が最大30基程度必要となることがわかった。
宮本 喜晟; 塩沢 周策; 小川 益郎; 稲垣 嘉之; 片西 昌司; 西原 哲夫; 清水 三郎
Hydrogen Energy Progress 13 (Proceedings of the 13th World Hydrogen Energy Conference), p.297 - 302, 2000/06
高温ガス炉の核熱を発電以外の用途において利用するための研究開発の一環として、高温ガス炉の高温のヘリウムガスの熱により液化天然ガスから水素を製造するシステムの開発を進めている。将来はHTTRに接続して、システムの安全性、安定性、水素製造能力等を実証する予定であるが、現在はそれに先立って1/30規模の炉外試験装置により、諸特性の把握を行うことにしており、装置の製作を進めている。炉外試験では、システムの運転開始及び停止の手法を確立すること、水素製造システムにおけるヘリウム温度等の変化が原子炉に外乱として伝わらないようシステム内で十分抑えられることを確認すること、天然ガスの水蒸気改質反応が起こる水蒸気開発器等の高温機器の諸特性の把握等を目的として、試験を行う予定である。
塩沢 周策; 小川 益郎; 稲垣 嘉之; 片西 昌司; 武田 哲明; 西原 哲夫; 清水 三郎; 大橋 弘史; 宮本 喜晟
Proceedings of 12th Pacific Basin Nuclear Conference (PBNC 2000) (CD-ROM), 10 Pages, 2000/01
特会委託研究として進めているHTTR水素製造システムの設計、炉外技術開発試験、要素技術開発試験(水素透過試験,触媒管健全性試験等)、熱化学法ISプロセス閉サイクル試験等の研究開発課題の選択、進め方、現状、今後の計画について報告する。水素の潜在的需要について概観し、核熱による水素製造が重要であることを示す。また、研究開発の効率的推進を図るため、水素製造コストの概算値から、水蒸気改質ではエネルギー費、資本費、原料費がほぼ同じ割合を占め、それぞれ対応する研究課題である高効率化、熱利用施設の非原子力級化、高転化率化に関する研究をほぼ均等に進めること、一方ISプロセスではエネルギー費が水素製造コストの70~80%を占めることから、閉サイクル試験及び高効率化に関する研究課題が材料研究課題に比べ水素製造コストに大きく影響することを示した。
宮本 喜晟
IES-26, p.118 - 127, 2000/00
本報告では、高温ガス炉の特徴とこれまでの開発の経緯、我が国の開発現状として原研が進めているHTTRの概要と建設・試験の状況を示す。また、HTTRからの核熱を利用して水素を製造する世界で初めての実証試験を行うため、水蒸気改質水素製造システムの設計を進めている。この実証試験に先立ち、同システムの1/30規模の炉外技術開発試験装置の製作及び触媒管健全性試験,水素/トリチウム透過試験を行っている概要及び水からの水素製造ISプロセスの研究開発について紹介する。さらに、並行して進めているガスタービン発電高温ガス炉システムの設計検討を述べる。このほか、諸外国の開発現状、今後の高温ガス炉の開発展望について述べる。
Yan, X.; 塩沢 周策; 國富 一彦; 武藤 康; 宮本 喜晟; 片西 昌司
Proceedings of 8th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-8) (CD-ROM), p.8 - 0, 2000/00
高温ガス炉によるガスタービン発電は、高い固有の安全性、低コスト、高効率といった特徴により、将来の原子力のニーズに適合したものとなる可能性を有している。原研では、性能及び経済性を維持しつつ可能な限り単純化された設計となることを目的として、独自の概念による高温ガス炉によるガスタービン発電システケの研究を進めている。実証済の鋼材を用いた圧力容器の採用、独立した横置きのガスタービンの採用及びこれらのモジュール化等により設計の単純化をはかり、メンテナンス性向上、低コスト化が期待できるシステムを提案する。
宮本 喜晟; 塩沢 周策; 小川 益郎; 稲垣 嘉之; 西原 哲夫; 清水 三郎
Proceedings of International Hydrogen Energy Forum 2000, 2, p.271 - 278, 2000/00
高温ガス炉を用いた水素製造システムは、従来の化石燃料システムに比較してCO
の排出量を大幅に削減できることから、環境問題へ貢献できる。このことから、原研は我が国初の高温ガス炉HTTR(熱出力30MW)に天然ガスの水蒸気改質システムを接続して、運転・制御技術を開発する計画を進めている。また、HTTR水素製造システムの安全審査のために、1/30スケールの炉外技術開発試験装置の製作を行っている。さらに、COを全く排出しない水の分解(熱化学法)による技術開発を進めている。これら原研で進めている高温ガス炉の水素製造システムの開発計画について報告する。
武藤 康; 宮本 喜晟; 田中 利幸
火力原子力発電, 50(9), p.1123 - 1130, 1999/09
高温ガス炉に閉サイクルガスタービンを接続することにより、高効率の原子力発電所になると期待できる。それゆえ、本プラントは地球温暖化問題を解決する有効な手段であり、科学技術庁の予算により原研においてフィージビリティスタディが開始された。本プラントの備える特徴、本スタディの成果である600Mwtプラントの設計及び試作した細密プレートフィン型再生熱交換器モデルの内容、将来の高性能化の可能性(原子炉出力ガス温度の上昇、高温FPフィルター、原子炉圧力容器温度、セラミックヘリウムガスタービン)、回転数を3倍にすることにより出力を1/20にするタービンの開発試験方法について述べる。
林 君夫; 石原 正博; 柴田 大受; 石野 栞*; 寺井 隆幸*; 伊藤 久義; 田川 精一*; 勝村 庸介*; 山脇 道夫*; 四竈 樹男*; et al.
Proceedings of 1st Information Exchange Meeting on Basic Studies on High-Temperature Engineering, p.41 - 58,268, 1999/09
原研が提案し共催となって開かれることになったOECD/NEAの「第1回高温工学分野の基礎的研究の調査に関する情報交換会議」に参加し、HTTR及び高温工学に関する先端的基礎研究の現状及び将来の計画について述べる。HTTRは現在出力上昇試験中であり、2001年に950
、全出力での高温試験運転を実施した後、照射試験を開始する予定である。高温工学に関する先端的基礎研究は、HTTRの建設目的の1つである。その予備試験の成果及び今後の計画を、新素材開発(高温酸化物超伝導体の照射改質、高温用SiC半導体の中性子転換ドーピング、耐熱セラミックス複合材料の照射損傷機構)、高温放射線化学研究、核融合炉関連研究(固体トリチウム増殖材料の照射下物性)、高温炉内計測(耐熱・耐放射線光ファイパの開発等)の各分野について述べる。現在、新素材についてHTTR照射の具体的計画を策定し、照射準備を行っている。
佐野川 好母*; 宮本 喜晟; 秋野 詔夫; 椎名 保顕; 菱田 誠*; 小川 益郎; 文沢 元雄; 稲垣 嘉之; 武田 哲明; 高田 昌二; et al.
JAERI-Review 98-024, 403 Pages, 1999/01
JAERI-Review-98-024.pdf:17.17MB
原研は昭和44年5月に、1000
Cの高温核熱を炉外に取り出して種々の目的に利用する多目的高温ガス実験炉(VHTR)の計画を立てた。それ以来この炉の設計・製作に不可欠なデータの取得と、高温のヘリウムガス循環技術の確立を目指して、約30年間にわたって研究開発を行ってきたが、この報告書は、そのなかでも伝熱・流動分野の主な成果の要点を、実際にその研究開発に従事した研究者自身が執筆したものをまとめたものであり、そのなかには、従来の学問上の定説を書き換えた研究もいくつかある。しかしながら、この長い年月の間には、実際に研究開発に従事した者の多くは原研を去り、また資料が散逸してしまったものもあって、すべてを収録することはできなかったが、貴重な知見として現在の高温工学試験研究炉(HTTR)の設計や技術に直接生かされているものばかりである。また、今後の高温ガス炉(HTGR)の研究開発ばかりではなく、高温を取り扱うすべての機器の技術開発にも役立つ貴重な資料である。
宮本 喜晟; 塩沢 周策; 小川 益郎; 秋野 詔夫; 羽田 一彦; 稲垣 嘉之; 清水 三郎; 小貫 薫
Proc. of 9th Canadian Hydrogen Conf., p.205 - 213, 1999/00
本報告は、現在原研で進めている核熱を利用した水素製造システムに関する研究開発について述べたものである。HTTRからの核熱を利用して水素を製造する世界で初めての実証試験を行うため、水蒸気改質法によるHTTR水素製造システムの概念設計等を進めている。また、この実証試験に先立ち、HTTR水素製造システムの約1/30の炉外技術開発試験装置の建設を進めている。一方、最終的に水からの水素製造を目指し、熱化学法の一種であるISプロセスの研究を進めている。ISプロセスの実験室規模での基礎実験の結果、48時間の安定な水素製造に成功し、この結果をもとに、次の段階の研究に移行しているところである。これら水素製造に関する研究開発の現状をまとめた。
宮本 喜晟; 塩沢 周策; 小川 益郎; 羽田 一彦
Proc. of the Int. Conf. on Future Nuclear Systems (GLOBAL'99)(CD-ROM), 7 Pages, 1999/00
本報告では、現在原研で進めている高温ガス炉からの核熱を利用した水素製造に関する研究開発の概要について述べる。この核熱利用水素製造では、天然ガスの水蒸気改質によるHTTR水素製造実証試験のため研究開発及び熱化学法の一種であるISプロセスによる水からの水素製造のための研究を進めている。HTTRを用いた水素製造については、HTTR水素製造システムの設計、このシステムでの実証試験に先立つ炉外技術開発試験装置の製作、水素透過試験及び触媒管健全性試験を実施している。ISプロセスについては、化学実験で48時間の連続水素製造に成功し、工学試験の第一段階として、閉サイクル連続水素製造試験装置の製作に着手した。これら水素製造に関する研究開発の計画、技術・研究開発課題、並びに研究開発の現状について述べる。
武藤 康; 宮本 喜晟; 塩沢 周策
Proceedings of 7th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-7) (CD-ROM), 10 Pages, 1999/00
本研究は科学技術庁から原研への電源特別会計による研究「高温発電システムのフィージビリティスタディ」の成果である。熱出力600MWtの高温ガス炉に直接ガスタービン中間冷却再生サイクルを接続した発電プラントの設計を行うことにより、構成機器の仕様及び熱効率を明らかにした。本設計の特徴は、原子炉においては一体成形型燃料ピン及びC/C制御棒被覆管の採用により、出力密度6MW/m
と燃焼度100GWD/tonを達成するとともに、原子炉入口ガス温度を通常よりもやや低い460Cに選定することにより、原子炉圧力容器重量を製造可能範囲まで軽減したことである。タービン系に関しては、タービン、圧縮機の断熱効率をそれぞれ93%及び90%と高い値とし、かつ製作・保守可能な軸系設計及び配置を達成したことである。このような設計により、原子炉プラントとしては非常に高い46%の正味熱効率を達成することができた。
宮本 喜晟; 塩沢 周策; 小川 益郎; 秋野 詔夫; 清水 三郎; 羽田 一彦; 稲垣 嘉之; 小貫 薫; 武田 哲明; 西原 哲夫
IAEA-TECDOC-1056, p.191 - 200, 1998/11
日本原子力研究所では、高温工学試験研究炉(HTTR)を用いて核熱利用系の実証試験計画を進めている。HTTRに接続する最初の熱利用系は10MWの熱によるメタンガスの水蒸気改質システムを選定している。このシステムに用いる水蒸気改質器の性能を向上させるため、バイオネット型触媒管及びヘリウムガスと触媒管表面の伝達促進構造を採用している。熱利用系をHTTRに接続する前に必要な安全審査等のため、炉外技術開発試験を行う。この試験は、電気ヒータでヘリウムガスを加熱するHTTR熱利用系の1/30規模の試験装置を用いて実機の制御性、運転特性等を把握する。試験装置の製作は今年から着手されており、2001年から試験を実施する。一方、熱利用系の基盤研究として熱化学法ISプロセスによる水からの水素製造研究を進め、実験的に水素の発生を確認した。
宮本 喜晟
第36回原子力総合シンポジウム予稿集, p.37 - 41, 1998/01
高温ガス炉は約1000Cの高温熱を供給することができ、核熱エネルギーの利用を発電のみならず産業用プロセスヒート分野での利用へと拡大できる可能性を有している。また、固有の安全性がきわめて高いことは、原子炉の熱需要立地を可能にするものであり、エネルギー源の多様化、安定確保への大きな貢献が期待できる。そこで、地球温暖化の解決のための高温ガス炉による熱利用の役割、必要性、並びに、高温ガス炉による核熱利用システムについて述べる。また、原研が取り組んでいる熱利用技術の研究開発について目的、内容、スケジュール等を述べる。
佐野川 好母; 藤城 俊夫; 宮本 喜晟; 田中 利幸; 塩沢 周策; 荒井 長利
ECN-R--98-005, p.145 - 156, 1998/00
高温工学試験研究炉(HTTR)は高温工学に関する中核的試験研究施設として、HTGR関連技術開発と共に高温照射試験研究などのために利用する計画である。本発表は後者の利用研究に関連して、将来的に国際協力研究の実現を推進する観点から、HTTRの運転と試験研究の概要、高温照射機能と照射試験設備及び国際協力研究分野の提案などを報告する。国際協力による照射試験研究については、HTGR技術開発としての燃料、炉心材料等の高度化、高温計測機器など、又、先端的基礎研究としてのセラミックス複合材料の照射下挙動と機構の研究などを提案した。そして協力研究の実現のために関係各国の参加による情報交換会議の開催を提言した。
宮本 喜晟; 塩沢 周策; 秋野 詔夫; 小川 益郎; 羽田 一彦; 椎名 保顕; 清水 三郎; 稲垣 嘉之; 小貫 薫; 文沢 元雄; et al.
Proc. of 9th Annual U. S.Hydrogen Meeting, p.367 - 369, 1998/00
本報告は原研における高温ガス炉の核熱利用系に関する開発研究の現状を述べたものである。原研では我が国初の高温ガス炉である高温工学試験研究炉(HTTR)に接続する高温核熱利用システムとして、早期に実用化が可能であるメタンの水蒸気改質による水素製造システムの技術開発を進めている。本報告では、HTTRに接続する水素製造システムの概念設計、水素製造システムの技術開発に必要な基本特性を明らかにするための要素技術試験の現状とこれまでに行った水蒸気改質基礎試験及び水の熱化学分解による水素製造(IS)プロセスの連続試験で得られた結果の概要を述べたものである。
二川 正敏; 内匠 秀樹*; 高田 昌二; 宮本 喜晟
Nuclear Technology, 118(1), p.83 - 88, 1997/04
被引用回数：1 パーセンタイル：14.48(Nuclear Science & Technology)ヘリカルコイル型伝熱管群を有する中間熱交換器IHXの地震時の振動挙動は、センターパイプと伝熱管群との相互作用により複雑となることが考えられる。そこで、IHXの部分モデルを制作し、大型振動台による耐震試験を実施した。これにより、共振時には伝熱管群はセンターパイプとほぼ一体となった振動挙動を示すことが明らかとなった。さらに、伝熱管群をセンターパイプの付加質量として取り扱った簡易モデルによる解析結果を試験結果と比較した。その結果、簡易モデルはIHXの共振特性を表すために有効であるこが分った。
加治 芳行; 井岡 郁夫; 宮本 喜晟; 西口 磯春*
J. Pressure Vessel Technol., 118(2), p.194 - 197, 1996/05
被引用回数：3 パーセンタイル：31.57(Engineering, Mechanical)高温において一定および変動外圧力をうける伝熱管の破壊時間に及ぼす初期偏平率、肉厚および圧力変動の影響について、実験および解析を行い検討した。簡易解析法および有限要素法は、一定外圧力条件下では実験結果と比較して妥当なクリープ変形挙動を予測する。また簡易解析法は、有限要素法と比較してかなり保守的な予測を示す。クリープ座屈によって試験体外表面等に微細な割れおよびボイドは発生するものの、貫通き裂は存在せず、ヘリウムガスの漏洩のないことが確認できた。
稲垣 嘉之; 小磯 浩司*; 井岡 郁夫; 宮本 喜晟
Proc. of ASME
JSME 4th Int. Conf. on Nuclear Engineering 1996 (ICONE-4), 1(PART B), p.633 - 637, 1996/00
高温工学試験研究炉(HTTR)の中間熱交換器(IHX)の実寸大部分モデルを用いた空気流動伝熱実験を行い、ヘリカルコイル型熱交換器の伝熱管外の熱伝達特性、圧力損失特性等を評価した。試験体は、3層54本のヘリカルコイル伝熱管群、センターパイプ等から構成される。本熱交換器の各層の伝熱管群の間には、伝熱促進のために熱放射板が設置されている。空気温度300Cの条件までで、この熱放射板により伝熱管外の熱伝達率が5~13%促進されることを確認した。また、強制対流による伝熱管外の熱伝達率はRe
、圧力損失係数はRe
の関数で表されることを明らかにした。
日野 竜太郎; 会田 秀樹; 関田 健司; 羽賀 勝洋; 岩田 友夫*; 宮本 喜晟
JAERI-Tech 95-049, 20 Pages, 1995/11
高温水蒸気電解法は、高温ガス炉を熱源とする水素製造法の一つとして期待が寄せられている。そこで、電解質支持方式の平板型固体電解要素を試作した。試作した電解要素は、厚さ0.3mmのイットリア安定化ジルコニア電解質の薄板に電極膜を64cm
の面積で成膜してある。電解試験は850Cの電解温度で行い、2.4Nl/hの水素を発生させるとともに、試験結果から平板型電解要素は以前に試験した12セル構造の円筒型電解要素よりも優れた水素製造性能を有することが示された。本報では、平板型電解要素の概要、試験結果、試験を通して得られた課題について述べる。
