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野口 弘喜; 竹上 弘彰; 上地 優; 田中 伸幸; 岩月 仁; 笠原 清司; 久保 真治
International Journal of Hydrogen Energy, 44(25), p.12583 - 12592, 2019/05
被引用回数：19 パーセンタイル：55.29(Chemistry, Physical)工業材料製の連続水素製造試験設備によるプラント機器技術(耐食性、機器性能)及び運転手順の信頼性を確証する水素製造試験に取り組んでいる。本プロセスを構成する3つの反応工程(ブンゼン反応工程,硫酸分解反応工程, HI分解反応工程)を連結した連続水素製造試験を実施し、10NL/h、8時間の水素製造に成功した。この試験を通じて明らかとなった高濃度ヨウ素溶液を移送する耐食定量ポンプの軸封部に固体ヨウ素が蓄積し、ポンプが停止する課題に対し、固体ヨウ素の溶解除去を狙いとした、気液を併用して軸封部に流通させる軸バリアを開発した。本技術開発を用いることで、20NL/h、31時間と水素製造時間を延伸させることに成功した。
笠原 清司; 今井 良行; 鈴木 孝一*; 岩月 仁; 寺田 敦彦; Yan, X.
Nuclear Engineering and Design, 329, p.213 - 222, 2018/04
被引用回数：21 パーセンタイル：90.78(Nuclear Science & Technology)原子力機構が開発を行っている商用高温ガス炉GTHTR300C(Gas Turbine High Temperature Reactor Cogeneration)を熱源とした、熱化学水素製造IS(iodine-sulfur)プロセスのフロー計算による概念設計を行った。水素製造効率を向上させる以下の革新的技術を提案し、プロセスに組み込んだ:ブンゼン反応排熱の硫酸フラッシュ濃縮への回収、硫酸濃縮塔頂からの硫酸溶液投入による硫酸留出の抑制、ヨウ化水素蒸留塔内でのヨウ素凝縮熱回収。熱物質収支計算により、GTHTR300Cからの170MWの熱によって約31,900Nm
/hの水素製造が見積もられた。革新的技術と、将来の研究開発により期待される高性能HI濃縮、分解器、熱交換器の採用によって、50.2%の水素製造効率の達成が見込まれた。
野口 弘喜; 竹上 弘彰; 笠原 清司; 田中 伸幸; 上地 優; 岩月 仁; 会田 秀樹; 久保 真治
Energy Procedia, 131, p.113 - 118, 2017/12
被引用回数：22 パーセンタイル：99.79(Energy & Fuels)ISプロセスは最も研究された熱化学水素製造プロセスである。現在、原子力機構は実用材料機器を用いた設備による試験の段階にある。主な課題は、プロセス全体の成立性と過酷な環境下での安定した水素製造の確証である。そのために、耐食材料を用いた水素製造能力100L/hの試験設備を作製した。初めに、工程ごとの試験により反応器や分離器の基礎的な性能を確認した。その後、全工程を接続して運転を行い、8時間連続での10L/hの水素製造に成功した。
SO
decomposition, HI distillation, and HI decomposition section野口 弘喜; 竹上 弘彰; 上地 優; 田中 伸幸; 岩月 仁; 笠原 清司; 久保 真治
Proceedings of 8th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2016) (CD-ROM), p.1029 - 1038, 2016/11
原子力機構では、高温ガス炉の核熱利用技術として熱化学法ISプロセスの研究開発を行っている。工業材料を用いて100L/h規模の連続水素製造試験装置を製作した。初めに、本試験装置の各機器の機能確認を行うため、5つに分割された工程毎に試験を実施した。本報告では、5工程のうち、硫酸分解工程、HI蒸留工程及びHI分解工程の結果を示した。硫酸分解工程では、硫酸分解器による硫酸分解反応試験を行い、酸素製造量は供給硫酸量に比例することを示し、また、SO
分解率は約80%であった。以上より、設計通りの性能を有していることを明らかにした。HI蒸留工程では、共沸以上のHIx水溶液を用いた蒸留試験を行い、塔頂から高濃度HI水溶液、塔底から共沸組成のHIx水溶液の生成を確認し、蒸留による分離が設計通りに行われていることを示した。HI分解工程では、HI分解器によるHI分解反応試験を行い、分解率約18%で安定した水素製造が可能であることを示し、設計通りの性能を有していることを示した。シリーズ(I)で示すブンゼン反応工程、HI濃縮工程の結果と合わせて、工程別試験を完了した。その後、これらの結果を基に、連続水素製造試験を実施し、8時間の水素製造に成功した。
田中 伸幸; 竹上 弘彰; 野口 弘喜; 上地 優; 岩月 仁; 会田 秀樹; 笠原 清司; 久保 真治
Proceedings of 8th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2016) (CD-ROM), p.1022 - 1028, 2016/11
原子力機構では、工業製材料を使用した100L/hr規模の連続水素製造試験装置を完成させた。連続水素製造試験に先立って、製作した各機器の機能確認を行うため、5つある工程の工程別試験をそれぞれ実施した。本発表では、5工程のうち、ブンゼン反応工程及びHI濃縮工程の結果を示した。ブンゼン反応工程では、供給された反応原料がブンゼン反応器において混合され、ブンゼン反応が進行しなければならない。反応原料のSOが全て溶液中に吸収されていることから、原料が確実に混合され、かつ、ブンゼン反応が速やかに進行していることを示し、ブンゼン反応器の機能が設計通りであることを明らかにした。HI濃縮工程では、製作した電解電気透析(EED)スタックを用いて、HI濃縮試験を実施した。その結果、既報の予測式に一致する濃縮性能を持つことを確認し、EEDスタックの機能確認を完了した。シリーズ(II)で示す硫酸工程, HI蒸留, HI分解工程の結果と合わせて、工程別試験を完了した。その後、これらの結果を基に、連続水素製造試験を実施し、8時間の水素製造に成功した。
塩沢 周策; 小川 益郎; 稲垣 嘉之; 小貫 薫; 武田 哲明; 西原 哲夫; 林 光二; 久保 真治; 稲葉 良知; 大橋 弘史
Proceedings of 17th KAIF/KNS Annual Conference, p.557 - 567, 2002/04
核熱を用いた水素製造に関する開発研究が1997年1月から文部科学省の受託研究として開始された。HTTRに接続する水素製造システムはHTTRにより供給される10MWの核熱を用いて天然ガスの水蒸気改質により約4000m/hの水素が製造可能なように設計が進められている。HTTR水素製造システムは世界で初めて原子炉に接続されるものであり、実証試験を行う前に炉外実証試験を実施することとした。HTTR水素製造システムにおける制御性,安全性及び主要機器の性能を確証するために、約1/30スケールモデル炉外試験装置を建設した。炉外実証試験と平行して、安全審査や解析コード開発に必要な詳細データを取得するために、要素試験として触媒管の腐食試験,伝熱管や触媒管の水素同位体試験及び高温隔離弁の健全性試験を実施している。また,より効果的でさまざまな核熱利用に対して、ISプロセスと呼ばれる熱化学法による水素製造技術の基礎研究を進めている。本論文では原研におけるHTTR水素製造システム開発研究の現状と今後の計画を述べる。
小貫 薫; 井岡 郁夫; 二川 正敏; 中島 隼人; 清水 三郎; 田山 一郎*
材料と環境, 46(2), p.113 - 117, 1997/00
熱化学水素製造法ISプロセス用装置材料の候補材選定を目的とした腐食試験を実施した。試験は微量のヨウ化水素酸を含む50wt%硫酸の95
C及び120Cの環境、及び200~400CのHI/I/HOの混合気体環境にて行った。前者の環境では、タンタル、ジルコニウム、透明石英ガラス及び鉛が優れた耐食性を示した。テフロンPFAは、素材自体は耐食性を示したがヨウ素の浸透が認められた。後者の環境では、チタン及びハステロイC-276が優れた耐食性を示した。インコネル600及び1Cr-1/2Moもこれらに次ぐ小さな腐食速度であったが、インコネル600には粒界浸食が認められた。
佐藤 章一; 清水 三郎; 中島 隼人; 小貫 薫; 池添 康正
Int.J.Hydrogen Energy, 11(9), p.571 - 575, 1986/00
被引用回数：3 パーセンタイル：60.06(Chemistry, Physical)ニッケル・ヨウ素・硫黄プロセス(NISプロセス)による水素製造の研究を行った。酸混合物中へのニッケルの溶解,ヨウ素分圧をもつ雰囲気中でのヨウ化ニッケルの熱分解,硫酸ニッケルの熱分解、などの反応について実験した。硫酸ニッケルの分解ガスは、三酸化硫黄の二酸化硫黄と酸素への分解反応の平衡組成に近い組成であった。新たにニッケルと代え、メタノールを用いるプロセスの研究を開始した。
佐藤 章一; 清水 三郎; 中島 隼人; 小貫 薫; 池添 康正
Hydrogen Energy,Proc.5th World Conf., p.457 - 465, 1984/00
ニッケル、ヨウ素、硫黄を用いる熱化学水素製造プロセスの研究を行い、適当な操作条件を求めた。プロセス中の反応のうち、混酸へのニッケル粉末溶解、硫酸ニッケル熱分解などを研究した。硫酸ニッケルの分解ガス組成は、三酸化硫黄の二酸化硫黄と酸素への分解反応の平衝組成に近い。ニッケルの代りにメタノールを用いる新プロセスの研究も行った。
佐藤 章一; 清水 三郎; 中島 隼人; 小貫 薫; 池添 康正; 諏訪 武
Int.J.Hydrogen Energy, 9(3), p.191 - 196, 1984/00
被引用回数：6 パーセンタイル：75.3(Chemistry, Physical)ニッケル・ヨウ素・硫黄を用いる水素製造プロセスについて研究した。ヨウ化ニッケルを硫酸ニッケルから分離する方法として、溶媒抽出に代えて晶出分離を行うことにより、プロセス効率は大幅に上昇した。その他、ニッケル塩の溶解度、沃化ニッケル含水塩、無水塩の分解平衡圧、沃化ニッケルの熱分解速度、三酸化硫黄の接触分解など、プロセスに含まれる平衡、速度の測定を行った。プロセスの熱収支を算出した。
佐藤 章一; 清水 三郎; 中島 隼人; 池添 康正
Int.J.Hydrogen Energy, 8(1), p.15 - 22, 1983/00
被引用回数：13 パーセンタイル：85.67(Chemistry, Physical)沃素・硫黄系プロセスを改良し、ニッケル・沃素・硫黄を用いる新プロセス(NISプロセス)を考案した。本プロセスの特徴に、沃化ニッケルと硫酸ニッケルの溶媒抽出による分離と、高温反応に水または水素を含まない点である。主な単位操作についての実験結果と、フローシートに基づく熱収支、熱効率の検討結果についても述べた。
佐藤 章一; 池添 康正; 諏訪 武; 清水 三郎; 中島 隼人; 小貫 薫
JAERI-M 9724, 128 Pages, 1981/10
核エネルギーによる閉サイクル水素製造プロセスに関して、昭和55年度に行った研究について報告した。熱化学法の研究では、ニッケル・沃素・硫黄を用いるプロセス(NISプロセス)について、沃化ニッケルと硫酸ニッケルの含水塩と無水塩の分解平衡圧の測定、沃化ニッケル無水塩の熱分解速度の測定、三酸化硫黄の触媒による分解など、プロセスに含まれる主要ステップの平衡、速度の測定を行った。メタノールを用いた新プロセスについて、予備的に検討した。放射線化学法の研究では、炭酸ガス分解反応における逆反応機構の研究、特にイオン反応に対する水と一酸化炭素を含むイオン種の影響について研究した。使用済核燃料の線源利用の文献調査結果についても述べた。
佐藤 章一; 池添 康正; 清水 三郎; 中島 隼人
JAERI-M 8828, 52 Pages, 1980/04
核エネルギーによる閉サイクル水素製造法について、昭和53年、54年度に行った研究について報告した。ニッケル、沃素、硫黄を用いた熱化学プロセスに関しては、硫酸ニッケルの熱分解、沃化ニッケルと硫酸ニッケルの脱水の速度、ならびにニッケル塩の含火エタノール中への溶解度などを研究した。本プロセスプラントの概念設計結果から、総合熱効率34%が期待され、エタノール抽出条件の変更などにより36%まで上昇が予想された。新しい熱化学プロセス、関連反応の熱力学的検討、一酸化炭素転化反応の実験についても述べた。放射線科学法の研究では、二酸化窒素とプロパンを添加物とする炭素ガス分解を研究した。炭酸ガスと水の放射線分解について、エネルギー変換効率を議論した。
佐藤 章一; 清水 三郎; 中島 隼人; 池添 康正
Hydrogen Energy Progress, p.389 - 399, 1980/00
沃素・硫黄系プロセスを改良して、ニッケル・沃素・硫黄プロセス(NISプロセス)を考案した。本プロセスの特徴は、沃化ニッケルと硫酸ニッケルの溶媒抽出による分離と、高温反応に水または水素を含まない点である。主な単位操作についての実験結果と、フローシートに基づく熱収支,熱効率の検討結果について述べる。
佐藤 章一; 池添 康正; 清水 三郎; 中島 隼人
JAERI-M 8490, 17 Pages, 1979/10
核エネルギーによる閉サイクル水素製造法探索を行い、熱化学的および放射線化学的プロセスとして適当と思われる反応を研究した。熱化学プロセスの研究では、ニッケル・沃素・硫黄を用いるプロセス(NISプロセス)を研究した。また炭酸ガスを用いるプロセスとして、沃化鉄を用いる実行可能なプロセスを見出した。放射線化学プロセスの研究では、添加物を用いた炭酸ガスの放射線分解について、生成物である一酸化炭素の収率を下げる再酸化反応(逆反応)の機構を中心に実験を行った。
Myagmarjav, O.
no journal, ,
The high-temperature gas-cooled reactor (HTGR) has excellent safety features and can generate heat above 900C, which can be used not only for power generation but also for effective heat utilization including low-cost carbon-free hydrogen production. JAEA possesses the high temperature engineering test reactor equipped with world-leading technologies, which has achieved an operation of world highest 950C for 50 days. Also, JAEA succeeded in producing hydrogen continuously for 150 hours using a thermochemical iodine-sulfur process herein necessary heat was supplied from electric heaters instead of heat from HTGR. JAEA will continue to develop innovation technologies for realizing decarbonization and hydrogen society.
