Conceptual design for Japan Sodium-cooled Fast Reactor, 4; Developmental study of steel plate reinforced concrete containment vessel for JSFR

根岸 和生; 細谷 拓三郎; 佐藤 健一郎*; 杣木 孝裕*; 松尾 一平*; 清水 克祐*

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9418_1 - 9418_7, 2009/05

ナトリウム冷却高速増殖炉の経済性向上を目的として、鋼板コンクリート構造格納容器(SCCV)の開発研究を行っている。本研究では、SC造による建屋構造や建設方法とともに、高速炉へ適用するための設計条件について検討を行った。また過酷事象時におけるSCCVの成立性を見通すために、高温下で曲げ試験を行う等の部材特性把握試験を実施した。この報告では、試験計画とともに試験の結果の一部を示す。

熱化学法水素製造プロセス環境下における構造材料腐食層の力学特性評価

二川 正敏; 久保 真治; 涌井 隆*; 小貫 薫; 清水 三郎; 山口 明久*

実験力学, 3(2), p.109 - 114, 2003/06

https://doi.org/10.11395/jjsem2001.3.109

熱化学法水素製造ISプロセス環境下で構造材料に形成される腐食層の力学特性を評価した。まず、4種類の金属材料(316SS,Ni-Alloy,Ti及びTa)に対して、ISプロセスのヨウ化水素分解環境を想定した条件下で100時間の腐食試験を行った結果、316SSは腐食層を形成し、Tiは粒内に水素脆化が確認されず、良好な耐食性を示すことを確認した。腐食層の評価には、微小押し込み試験法から得た押込み荷重と深さの関係に対して、逆解析を行い、ヤング率,降伏応力,加工硬化係数,加工硬化指数の変化を評価した。これより、Taについては、表層約200ミクロンまでの厚さにおいて延性の低下を示し、最大引張強度の増加及び均一伸びの減少を示すことがわかった。

水素エネルギー研究の現状と高温ガス炉水素製造システムの将来展望

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。

高温ガス炉を利用した熱化学法による水素製造

久保 真治; 中島 隼人; 小貫 薫; 清水 三郎

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.293 - 298, 2000/11

現在、日本原子力研究所では、熱のみを用いて水を分解し水素を製造できるISプロセスの研究開発を進めている。本プロセスは将来において高温ガス炉の熱利用系としての応用が期待できる。本報告では、このISプロセスを構成する化学反応の概要、これまでに達成した48時間連続水素製造試験の概略、課題として取り組んでいる、高温耐食性材料の開発、膜分離を応用したプロセス高効率化の研究、閉サイクル運転方法の開発の現状について述べる。

Research and development of hydrogen production systems with HTGR in Japan

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。

Separation of hydrogen from H-HO-HI gaseous mixture using a silica membrane

Hwang, G.; 小貫 薫; 清水 三郎

AIChE Journal, 46(1), p.92 - 98, 2000/01

https://doi.org/10.1002/aic.690460112

熱化学法ISプロセスのヨウ化水素分離反応への適用を目的として、CVD法によりシリカ膜を作製し、H-HO-HI混合ガスからの水素分離特性を評価した。平均孔径10mmの細孔を有する多孔質アルミナ管に、TEOSを原料とするCVD法によりシリカ被覆処理を施して、有効膜長20mm(S膜)及び100mm(L膜)の分離膜を試作した。試作に際して、シリカ蒸着量の制御により細孔閉塞度を制御して、低いHI透過速度及び高いH透過速度を発現させることを試みた。He/N選択性を指標としてシリカ蒸着量を制御した結果、600においてH/N選択性が53,9.2,4.1,135,6.6を示す膜(S1,S2,S3,L1,L2)を得た。300~600におけるH-HO-HI混合ガス分離実験の結果、水素透過速度に対する共存ガスの影響は小さくないこと、また、H/HO及びH/HI分離係数がそれぞれ3及び150以上であることを明らかにした。特に、S3膜は、10mol/Pa・m・sオーダーの水素透過速度を有し、かつ、450において高いH/HI分離係数(650)を示した。

Research and development program of hydrogen production system with high-temperature gas-cooled reactor

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。

鉄-シリコン合金の沸騰硫酸中耐食試験

井岡 郁夫; 小貫 薫; 二川 正敏; 栗木 良郎*; 名越 正泰*; 中島 隼人; 清水 三郎

硫酸と工業, 52(4), p.1 - 6, 1999/04

http://ci.nii.ac.jp/naid/40003752127

95wt%硫酸及び50wt%硫酸の沸騰環境におけるFe-Si合金の腐食挙動を調べた。合金の耐食性は、硫酸組成に応じて特定のSi含有量にて急変した。合金を不動態化するために必要な臨界組成は、95wt%硫酸では9-10%Si,50wt%硫酸では12-15%Siの範囲に存在する。耐食性合金表面に形成される酸化皮膜をオージェ分光及びX線回折により調べた結果、皮膜は非晶質のSiOから成り、酸化性の95wt%硫酸中で生成する場合はSを含み、還元性の50wt%硫酸中で生成する場合はSを含まないことが判明した。皮膜成長速度は、母材のSi含有量と硫酸濃度に大きく依存した。

Hydrogen separation in H-HO-HI gaseous mixture using the silica membrance prepared by chemical vapor deposition

Hwang, G.*; 小貫 薫; 清水 三郎; 大矢 晴彦*

J. Membr. Sci., 162(1-2), p.83 - 90, 1999/00

https://doi.org/10.1016/S0376-7388(99)00125-8

熱化学ISプロセスにおけるHI分解への適用のため、セラミックスを基膜とする水素分離膜を作製した。膜は、100nm(M1)と10nm(M2)の細孔径を有するアルミナ多孔質チューブを基膜として用い、TEOSを反応原料とする化学蒸着法により作製した。He,N,Hの純ガス透過実験は、300~600Cの範囲で行った。HeとNガスは、細孔が析出するシリカによって閉塞されたため、活性化拡散機構により流れた。作製した膜の600Cにおける水素ガス透過速度は、約610mol/Pa・m・sであった。H/Nの選択性はM1とM2膜でそれぞれ5.2と160を示した。H-HO-HI混合ガス分離実験を300~600C範囲で行った。水素の透過速度は水素単独に用いた場合とほぼ同等であり、HI透過速度は110mol/Pa・m・s以下であった。450CにおけるH-HO-HI(モル比0.23:0.65:0.12)混合ガスでの膜の水素透過速度は、一日後でも変化しなかった。

Research and development of hydrogen production systems with HTGR in Japan

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。