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西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 古澤 彰憲; 鳥本 和弘; 上田 雅司; 福田 直晃*; 平尾 一之*
E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 9(2), p.52 - 59, 2017/08
超短パルスレーザーによる点描加工を用いて耐熱FBGセンサを製作した。このFBGセンサは高温の産業プラントの熱管理に最適のセンサである。ここでは金属モールドの内部に耐熱FBGセンサを埋め込み、ナトリウム循環配管に設置した。配管にはナノサイズ銀粒子による接着を行った。ナトリウム循環配管はナトリウム取扱い技術高度化のための実証施設である。この施設では500度を超える高温ナトリウムを毎秒5メートルの流速で循環させることが可能である。耐熱FBGセンサは配管エルボに設置され、熱膨張を明確に検出できた。さらに、急激な冷却過程では配管の収縮過程を解明することができた。我々は、耐熱FBGセンサを用いることで高温産業プラントに対して先進的な遠隔からの熱管理が可能であることを提案する。
西村 昭彦; 竹仲 佑介*
スマートプロセス学会誌, 6(2), p.74 - 79, 2017/03
ピコ秒レーザーによる点描加工による耐熱FBGセンサの製作とステンレス配管への実装結果についての成果である。実装には、ナノ銀コロイド接着剤を使用した。耐熱FBGセンサの製作には、ピコ秒パルスレーザーと顕微鏡及び微動ステージの組み合わせにより実施した。ステージの等速運動の制御により、1530nmから1560nmの範囲において、半値全幅2から3nmのライン幅のFBGセンサの製作に成功した。500度を超えるナトリウムループの熱膨張の監視技術として、高速炉の保全はもとより石油化学プラントや製鉄設備など、様々な高温産業プラントの安全性向上に資することができる。
西村 昭彦
no journal, ,
高温大型構造物の代表である原子炉、とりわけ高速中性子を利用する次世代炉においては、その安全性向上のために定期検査の充実のみならず運転中のオンラインモニタリングが不可欠である。原子力機構では、新たにナトリウム循環施設の建設を進めており、本施設を利用した各種の保守保全技術の高度化を計画している。今回、原子力機構では、超短パルスレーザ加工により製作した耐熱FBGセンサをナトリウム配管に実装し、その熱膨張や重量歪みを計測できるようにした。本施設の最高運転温度は550度である。本技術は800度以上の高温で運転される高温ガス炉による水素製造ループのオンラインモニタリングの基盤技術に役立つ。
下村 拓也; 西村 昭彦; 寺田 隆哉; 竹仲 佑介*; 大道 博行
no journal, ,
フェムト秒レーザー加工により600度を超える高温で使用可能な耐熱FBGセンサを製作した。これを白木地区に建設が進むナトリウム工学施設の配管のエルボ部分に実装に成功した。これによりエルボで生じる熱膨張と歪の実時間監視が可能となった。
西尾 悠平*; 西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 鈴木 裕士; 兼松 学*
no journal, ,
鉄筋コンクリート構造体は火災時に損傷を受けるが、高温での鉄筋コンクリートの特性変化についてはよく知られていない。そのためには高温での鉄筋コンクリートの機械特性の計測技術が必要とされている。鉄筋コンクリートに実装された耐熱FBGセンサは鉄筋に与える機械特性の変化を最小限に保ちつつ、高温での歪特性の計測が可能である。本研究では、鉄筋への耐熱FBGセンサの実装とこれを使用した高温歪計測試験の概要について発表する。
西村 昭彦
no journal, ,
東日本大震災を経た現在、日本再興戦略の政府方針の下で、IoTを最大限活用する施策が進められている。建築土木の分野では、構造体の健全性モニタリングとして、高速多点計測が可能なFiber Bragg Grating (FBG)センシングの導入が進められている。講演者が開発した耐熱FBGセンサの普及が進めば、再稼働が進む原子力発電所や高経年化が懸念される石油化学プラントなど、高温かつ高圧の流体を輸送する施設の配管やタンクの溶接部の健全性の監視に役立つ。講演では、点描法を用いたパルスレーザ加工による耐熱FBGセンサの開発と高温Na配管への実装について経緯を振り返る。また、日本で初めて導入されるカルノーバッテリーシステム(溶融塩蓄熱発電)についての適用について発表する。
西村 昭彦; 竹仲 佑介; 安濃田 良成
no journal, ,
福島原子力発電所の事故により日本のエネルギー事情は大きく変化し、再生可能エネルギーの導入が希求されるようになった。エネルギーベストミックスと再生可能エネルギーの安定化のために、レーザー技術に基盤を置く保守保全技術が蓄熱プラントという新たな概念に役立つことになる。レーザー技術の中でも、耐熱FBGセンサによる歪測定技術は、蓄熱プラントのために最も有効な技術となり得る。光ファイバに回折格子構造(FBG)を描き込んだ耐熱FBGセンサのは金属接着剤による強固に保護された。これまで開発した技術の活用と蓄熱プラントへの適用に向けての新たな課題について述べる。
西村 昭彦; 井出 次男*; 石原 信之*; 高崎 浩司
no journal, ,
高温且つ高放射線環境下での利用を目的として、耐熱FBGセンサの研究開発を紹介する。廃止措置に有効なロボットアームに耐熱FBGセンサを実装し、福島原子力発電所の炉心溶融状態における核燃料デブリの取り出しに応用することが可能である。12年にわたる水中での風化により強度の低下した燃料デブリを、適切な保持力で掴むためのフィードバックシステムを開発する。
西村 昭彦; 石原 信之*
no journal, ,
本フォーラムにおいて、紹介する技術は、レーザ精密加工技術を光ファイバのコアに施すことで、コア内部に回折格子を描画する技術(FBGセンサ)である。原子力機構では、製作したFBGセンサを高速炉の流動状態を模擬するためのナトリウム循環ループ施設に実装し、配管の熱膨張計測を行うことに成功した。現在、FBGセンサの製作技術の企業移転を進め、さらに表面の面処理とナノコロイド接着技術を組み合わせることで、様々な応用分野への活用を推進している。高温で放射線下の大型施設や装置の保守保全において、熱膨張歪の監視はまさに「転ばぬ先の杖」として、リスク管理上極めて重要である。とりわけ、施設の建設時に要所にFBGセンサをはじめとする各種のインテリジェントセンサを組み込んでおくことは、流動による加速腐食による配管減肉の兆候の検知が可能である。なぜならば、減肉により強度低下が進む配管は自重による微小変形が起きるからである。また、地震による過大な外力の印加など、配管溶接部に生じる亀裂による変形を探知することにより、実際の漏洩を未然に予見できる。以上、廃止措置分野や原子力分野を中心に代表的な応用の可能性について報告する。
