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論文

${it Operando}$ structure observation of pyroelectric ceramics during power generation cycle

川崎 卓郎; 福田 竜生; 山中 暁*; 坂本 友和*; 村山 一郎*; 加藤 孝典*; 馬場 将亮*; 橋本 英樹*; Harjo, S.; 相澤 一也; et al.

Journal of Applied Physics, 131(13), p.134103_1 - 134103_7, 2022/04

The microscopic origin of the pyroelectric power generation using ferroelectric ceramics for energy harvesting from time-varying waste heat can be understood by conducting ${it operando}$ neutron diffraction measurements. The behavior of the domain orientation and lattice strain in the lead zirconate titanate (PZT)-based ceramics with a tetragonal structure during the novel power generation cycle combining electric field and temperature change were investigated. The [001] domains and the lattice strain of the (111) plane in the direction of parallel to the electric field increase in the process of simultaneous rise in the electric field and temperature, and rapidly decrease in the process of the field drop. The alignment of the domain orientation by the electric field and its randomization by the higher temperature during the cycle are critical features of the current power generation system.

論文

Pyroelectric power generation from the waste heat of automotive exhaust gas

Kim, J.*; 山中 暁*; 村山 一郎*; 加藤 孝典*; 坂本 友和*; 川崎 卓郎; 福田 竜生; 関野 徹*; 中山 忠親*; 武田 雅敏*; et al.

Sustainable Energy & Fuels (Internet), 4(3), p.1143 - 1149, 2020/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:51.8(Chemistry, Physical)

Waste heat is a potentially exploitable energy source but remains a problem awaiting a solution. To explore solutions for automobile applications, we investigate pyroelectric power generation from the temperature variation of exhaust gas using a novel electro-thermodynamic cycle. Niobium-doped lead zirconate titanate stannate (PNZST) ceramics were applied as pyroelectric materials, and their structural characteristics were investigated. In the driving cycle assessments (JC-08) using real exhaust gas, the maximum power generated was identified as 143.9 mW cm$$^{-3}$$ (777.3 J L$$^{-1}$$ per 1 cycle) over a temperature range of 150-220 $$^{circ}$$C and an electric field of 13 kV cm-1. The net mean generating power of the total driving cycle was 40.8 mW cm$$^{-3}$$, which is the most enhanced result in our power generating systems to date and 314 times greater than our first report. Materials with sharp transition behaviors with the temperature and electric field are worthy of study with regard to pyroelectric energy harvesting materials, and their corresponding crystal and domain structures were investigated to optimize performance.

論文

中性子ラジオグラフィによるダイナミックCTシステムの開発と燃料電池スタック内水分布の連続三次元可視化

村川 英樹*; 橋本 迪矩*; 杉本 勝美*; 浅野 等*; 竹中 信幸*; 持木 幸一*; 安田 良

日本機械学会論文集,B, 77(784), p.2255 - 2262, 2011/12

A dynamic CT system was developed for visualization of consecutive three-dimensional water behavior in a PEFC stack for neutron radiography. The system is composed of a neutron image intensifier and a C-MOS high speed videocamera. An operating stack with three cells based on the Japan Automobile Research Institute standard was visualized using the neutron radiography system at a research reactor JRR-3 in Japan Atomic Energy Agency. The dynamic water behavior in channels in the operating PEFC stack was clearly visualized every 15 seconds by using the system. The water amount in each cell was evaluated by the CT reconstructed images. It was shown that a cell voltage decreased gradually when the water increased and increased rapidly when the water was evacuated. It was estimated that the power generation stopped when the channel of a cell was partly filled with the water because the air supply was blocked to a cell in the stack.

論文

Visualization of dynamic 3-D water behavior in polymer electrolyte fuel cell by using neutron image intensifier

竹中 信幸*; 浅野 等*; 杉本 勝美*; 村川 英樹*; 橋本 迪矩*; 進藤 徳高*; 持木 幸一*; 安田 良

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.277 - 281, 2011/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:36.36(Instruments & Instrumentation)

Visualization of dynamic three-dimensional water behavior in a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) stack was carried out by neutron CT using a neutron image intensifier. The neutron radiography system at JRR-3 in Japan Atomic Energy Agency was used. An operating stack with three cells based on Japan Automobile Research Institute standard was visualized. A consecutive CT reconstruction method by rotating the fuel stack continuously was developed using a neutron image intensifier and a C-MOS high speed video camera. The dynamic water behavior in channels in the operating PEFC stack was clearly visualized in 15 s intervals by the present dynamic neutron CT system.

報告書

瑞浪超深地層研究所におけるグラウチング効果に関する研究(受託研究)

河村 秀紀*; 安藤 賢一*; 納多 勝*; 田中 達也*; 松田 武*; 藤井 治彦*; 橋本 秀爾*; 上田 正*; 松井 裕哉; 竹内 真司; et al.

JAEA-Technology 2009-081, 182 Pages, 2010/03

JAEA-Technology-2009-081.pdf:28.89MB

グラウチングは、地下構造物の施工において湧水を抑制するうえで重要な技術である。一方、地層処分の観点からは、グラウチングに使用されるセメント材料が人工バリアの性能に影響を及ぼす可能性を避けるために、グラウチングの効果やその浸透範囲を定量的に把握する必要がある。このような観点から、経済産業省資源エネルギー庁からの研究受託の一環として、瑞浪超深地層研究所の深度200mレベルに掘削した避難所周辺を対象とし、グラウチングの効果に関する研究を実施した。本研究では、プレグラウチング後に掘削した避難所から計10本のボーリング孔を掘削し各種調査を行うとともに、その結果を総合的に評価し水理地質構造モデルの構築及び地下水流動解析を実施し、グラウト材の浸透範囲やその効果を定量的に検討した。その結果、既存のグラウチング手法は結晶質岩の大量湧水抑制対策として十分な効果を発揮していることを確認するとともに、グラウチングにより1オーダー以上の透水性の低減があったと推定された。

論文

溶融炉心/冷却材相互作用の解析コード開発

森山 清史; 丸山 結; 中村 秀夫; 橋本 和一郎; 加茂 英樹*; 大貫 晃; 秋本 肇

第7回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集 (00-11), p.451 - 456, 2000/11

JASMINE-preは、軽水炉シビアアクシデント時の水蒸気爆発における粗混合過程を解析するための伝熱流動シミュレーションコードである。本コードは、新たに開発した溶融物モデルを二相流解析コードACE-3Dと結合したものである。溶融物モデルは、溶融物ジェット、プール、液滴という3成分から成り、ジェットとプールは各々垂直方向及び半径方向の1次元モデル、液滴は粒子群を1つのラグランジュ粒子で表すグループ粒子モデルで記述している。本コードを用いて、低融点金属の溶融物ジェットを水プール中に落下させた実験(非沸騰条件)、及び、アルミナ溶融物ジェットを水プール中に落下させた実験(沸騰を伴う条件)のシミュレーションを行い、本コードがこれらの条件で溶融物ジェットの水プール中での分裂、粗混合領域の形成、デブリベッドの堆積を扱えることを確認した。

報告書

中性子検出器応答評価モンテカルロ計算コードNRESP98の開発;球形BF$$_{3}$$比例計数管の応答評価

橋本 周; 齋藤 圭; 安藤 秀樹

PNC TN9410 98-061, 59 Pages, 1998/05

PNC-TN9410-98-061.pdf:2.58MB

中性子線量当量率測定器や多減速材型中性子スペクトロメータとして広く用いられている球形BF$$_{3}$$比例計数管の応答特性について計算的に評価する手法を開発した。応答評価用の計算コードとして、既存の中性子検出器応答計算コードNRESPシリーズを選んだ。従来のNRESPシリーズは適用範囲が限定されていたため、検出器形状、構成元素などを拡張し、汎用型中性子検出器応答計算コードNRESP98として整備した。NRESP98の検証は、球形BF$$_{3}$$比例計数管の応答特性について行った。検出器内の増幅率分布の影響、荷電粒子輸送の詳細評価及び統計的分散の影響を加味することで、試験結果に対して+-10%以内で、検出器の応答特性を評価することができた。

論文

Electron beam treatment of lignite-burning flue gas with high concentrations of sulfur dioxide and water

南波 秀樹; 橋本 昭司; 徳永 興公; 鈴木 良治*

Radiation Physics and Chemistry, 53(6), p.673 - 681, 1998/00

 被引用回数:11 パーセンタイル:67.76(Chemistry, Physical)

SO$$_{2}$$(4,800ppm)、NO(320ppm)、H$$_{2}$$O(22%)を含む模擬リグナイト燃焼排煙からのSO$$_{2}$$、NO$$_{x}$$除去を調べるための実験を行った。10.3kGy照射、リークアンモニア無しの条件でのSO$$_{2}$$とNO$$_{x}$$の除去効率は、それぞれ、70$$^{circ}$$Cで97%と88%、80$$^{circ}$$Cで74%と85%に達した。SO$$_{2}$$とNO$$_{x}$$の除去効率は、同一処理条件では、800ppmのSO$$_{2}$$と225ppmのNOならびに7.5%の水を含む石炭燃焼排煙よりも高かった。この高い除去効率は、主として、HO$$_{2}$$とOHラジカルによってNOをNO$$_{2}$$に、SO$$_{2}$$をSO$$_{3}$$に酸化する効果的なラジカル反応に起因するものと思われる。NラジカルとNH$$_{2}$$ラジカルによるNO$$_{x}$$のN$$_{2}$$ならびにN$$_{2}$$Oへの還元反応もまたリグナイト燃焼排煙中の除去反応を促進する。副生物は若干のH$$_{2}$$SO$$_{4}$$を含む(NH$$_{4}$$)$$_{2}$$SO$$_{4}$$とNH$$_{4}$$NO$$_{3}$$の混合物であった。

論文

Application of "EGS4" to the Development of a Radioactive Gas Monitor using Plastic Scintillation Fibers

高田 千恵; 野崎 達夫; 鳥居 建男; 安藤 秀樹; 橋本 周

First International Workshop on EGS4, P. 23, 1997/00

核分裂生成物の消滅処理を目的とした大電流電子線形加速器が開発中であるが、将来予定される実証段階では、その運転に伴い放出される高エネルギ-の制動放射線による光核反応により空気等が放射化し、13Nや15Oが生成すると考えられる。しかし、従来のガスモニタでは、この13N、15Oに対する管理区域からの排気の濃度限度(6$$times$$10^-4Bg/cm^3)までの検出が不可能であった。そこで,プラスティックシンチレーションファイバを用いた高感度ガスモニタ検出器の開発を行ってきた。この開発では,"EGS4"によるシミュレーション応答解析を行い,検出器の形状,大きさ等の最適化を図った上で実機を製作し,感度試験等を行った。この結果,U字型のガスモニタを採用し,目標を達成した。

報告書

複合型中性子線量当量測定器の開発

橋本 周; 鳥居 建男; 安藤 秀樹

PNC TN9410 95-189, 69 Pages, 1995/08

PNC-TN9410-95-189.pdf:2.88MB

ICRl990年勧告で、被ばく評価方法について従来の線質係数に代わり新しく放射線荷重係数が導入された。この変更により、従来の中性子による線量当量の評価方法に比べて中速領域の中性子による寄与が重く評価されている。したがって、従来の勧告に基づいた中性子線量当量は、新勧告に基づいて評価した中性子線量当量に比べて過小評価となる場合があることを示唆している。そこで、新勧告に対応した中性子線量当量率計の開発を目的として、新しい中性子検出器を試作した。検出器には、従来の中性子線量当量率計に使われていた減速型検出器ではなく、多検出器法の理論による複合型検出器を採用した。本検出器の特性を把握するためにエネルギー応答計算を行うとともに、その結果に基づく試作器について中性子線源及び加速器を用いて特性試験を実施した。エネルギー応答計算の結果がらは、目的とするエネルギー範囲において多検出器法の理論を適用できることが示された。また、特性試験の結果がら線量当量率計として使用しうることかわかった。こさらに、特性試験rの過程において、241Am-Beと239Pu-Beの中性子のスペクトルの違いを検出することが可能なことが示され、中速領域の中性子に対して、そのエネルギーの違いに極めて敏感であることがわがった。今後は、より実用的な線量当量評価を行えるように改良を施すとともに、エネルギー分解能を利用した応用についても検討していく。

論文

乾式同時脱硫・脱硝技術の確立を目指して:電子ビーム照射による石炭燃焼排煙処理技術の開発

田中 雅*; 小倉 義己*; 徳永 興公; 橋本 昭司; 南波 秀樹; 土居 祥孝*; 青木 慎治*

電気評論, 0(8), p.70 - 73, 1995/08

電子ビーム排煙処理法は、乾式で同時に脱硫・脱硝ができ、副生品は肥料として回収できる新しい排煙処理法である。この電子ビーム排煙処理法の実用化を目指して、日本原子力研究所、中部電力(株)、(株)荏原製作所は共同で、大型パイロットプラントを建設し、実証試験を行った。その結果、従来法に勝るとも劣らない性能を持っていることを実証した。この実証試験の成果に基づいて、実機の試設計を行ったところ、従来法に比べて建設費で約25%、運転費で約20%の削減が図れることが分かった。

報告書

電子ビームによる排煙処理パイロット試験結果

南波 秀樹; 徳永 興公; 橋本 昭司; 田中 雅*; 小倉 義己*; 土居 祥孝*; 青木 慎治*; 井筒 政弘*

JAERI-Tech 95-013, 6 Pages, 1995/03

JAERI-Tech-95-013.pdf:0.57MB

本報告書は、乾式で同時に脱硫・脱硝ができる電子ビーム照射式排煙処理法の技術的確立を図ることを目的として、中部電力(株)新名古屋火力発電所の構内に、実際の石炭燃焼排煙(12000m$$^{3}$$N/h)を用いたパイロットプラントを建設し、平成4年11月から平成5年12月にかけて行った実証試験の成果をまとまたものである。

論文

Pilot-scale test for electron beam purification of flue gas from coal-combustion boiler

橋本 昭司; 南波 秀樹; 徳永 興公; 青木 慎治*; 土居 祥孝*; 井筒 政弘*; 田中 雅*; 小倉 義己*

1995 SO$$_{2}$$ Control Symp., Book 3, 0, 10 Pages, 1995/03

処理規模12000m$$^{3}$$N/hの電子線排煙処理を1992年11月、中部電力新名古屋火力発電所構内に建設し、パイロット試験を1年余にわたって実施した。SO$$_{2}$$の除去率を94%、NO$$_{x}$$については80%を目標とし、検討を行った結果、電子線量、排煙温度、アンモニア添加量などのコントロールにより効率良く、これらの有害物を除去できることを明らかにした。また、粉末状の副生物の除去は、静電式集じん器により効果的に行えることを明らかにした。

論文

電子ビームによる石炭火力発電所排煙処理実証試験

土居 祥孝*; 林 和昭*; 井筒 政弘*; 渡邊 茂治*; 南波 秀樹; 徳永 興公; 橋本 昭司; 田中 雅*; 小倉 義己*

エバラ時報, (166), p.56 - 64, 1995/00

原研、中部電力、荏原製作所の共同研究のため、処理規模12000m$$^{3}$$/hrの電子ビーム排煙処理パイロットプラントを中部電力新名古屋火力発電所構内に建設した。電子ビーム量、ガス温度、アンモニア吹込み量等の諸条件を変えて試験を行い、電子ビーム法により従来の排煙処理法で得られる最高水準以上のSO$$_{2}$$、NO$$_{x}$$除去効果が得られることを確認した。また、副生物は窒素肥料として極めて有効であることを明らかにした。

論文

Pilot-scale test for electron beam purification of flue gas from coal-combustion boiler

南波 秀樹; 徳永 興公; 橋本 昭司; 田中 雅*; 小倉 義巳*; 土居 祥孝*; 青木 慎治*; 井筒 政弘*

Radiation Physics and Chemistry, 46(4-6), p.1103 - 1106, 1995/00

 被引用回数:34 パーセンタイル:93.95(Chemistry, Physical)

原研、中部電力、荏原製作所は共同で、名古屋の新名古屋火力発電所構内の石炭燃焼ボイラーからの排煙(12000Nm$$^{3}$$/hr)を電子線を用いて処理するパイロット試験を行った。14ヵ月間の運転を通して、この方法は適当な運転条件(線量、温度)を設定することにより、SO$$_{2}$$(250-2000ppm)とNO$$_{x}$$(140-240ppm)の広い濃度領域で、従来技術以上の高い効率でSO$$_{2}$$とNO$$_{x}$$を同時に除去できることが実証された。このパイロットプラントは操作が容易で、充分な制御性と耐久性を持ち、重大な問題もなく長期間の運転が行えた。この処理で生成する副生物(硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム)は良好な品質を持つ窒素肥料であることが実証された。

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