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報告書

熱化学水素製造法ISプロセスの実用材料製反応機器およびヨウ化水素濃縮技術に関する研究開発

久保 真治; 岩月 仁; 竹上 弘彰; 笠原 清司; 田中 伸幸; 野口 弘喜; 上地 優; 小貫 薫

JAEA-Technology 2015-028, 32 Pages, 2015/10

JAEA-Technology-2015-028.pdf:23.69MB

熱化学水素製造法ISプロセスは、水素社会に向けた大量の水素を安定に供給できる水素製造技術の候補として期待されている。実用材料製反応機器の健全性及びヨウ化水素濃縮技術の研究を実施した。機器健全性の研究では、ISプロセスを構成する3つの反応工程について、実用材料製反応機器の試作試験を行った。ブンゼン反応工程では、フッ素樹脂被覆材等を素材とするブンゼン反応器を製作し、反応溶液を循環しつつ30回の熱サイクル負荷試験を行って健全性を確認した。硫酸分解反応工程では、炭化ケイ素製硫酸分解反応器を製作し、100時間の反応試験を行って健全性を確認した。同様に、ヨウ化水素分解反応工程では、ハステロイC-276を装置材料に用いてヨウ化水素分解反応器を製作し、100時間の反応試験を行って健全性を確認した。ヨウ化水素濃縮技術の研究では、カチオン交換膜を用いてHIx溶液を濃縮する電解電気透析法に取り組み、アノード液中の微量硫酸は濃縮挙動に影響しないことを見出して、HIx溶液の精製操作を簡略化できる可能性を明らかにした。さらに、Nafion膜及び放射線グラフト重合法で試作したETFE-St膜の性能を予測するため、Nernst-Planck式とSmoluchowski式に基づいてプロトン輸率, 水透過係数, 膜内IR損を定式化し、HIx溶液の電解電気透析における濃縮効率を支配する、膜におけるプロトン透過選択性、溶媒水透過性および膜の電気抵抗(IR損に伴なう電位差)の推算を可能にした。

論文

熱化学水素製造法ISプロセスと分離技術

久保 真治; 吉田 光徳; 桜井 誠*; 田中 耕太郎*; 宮下 礼子*

分離技術, 35(3), p.148 - 152, 2005/05

熱化学水素製造法は、複数の化学反応を組合せることによって、直接熱分解に要求される数千度という高温より低い温度レベルの熱エネルギーを用いて、水を分解しようとするものである。近年の燃料電池技術の急速な進展に伴って、原子力エネルギーを熱源とした熱化学水素製造法は、二酸化炭素を排出することなく大量の水素需要に応えることのできる水素製造技術として注目されるようになった。本稿では、熱化学水素製造法の中で有望と考えられているISプロセスについて、プロセスに用いられる分離,液液相分離のモデル化,ヨウ化水素の濃縮分離に関する問題点について述べる。

報告書

連続水素製造試験装置(毎時50NL規模)の安全対策

小貫 薫; 秋野 詔夫; 清水 三郎; 中島 隼人; 東 俊一; 久保 真治

JAERI-Tech 2001-032, 63 Pages, 2001/03

JAERI-Tech-2001-032.pdf:4.63MB

熱化学水素製造法ISプロセスでは、硫酸,ヨウ素,ヨウ化水素酸等の有害な薬品を使用するため、試験研究の実施に際しては安全性に対する配慮が重要である。そこで、ISプロセスの閉サイクル運転制御方法に関する研究を行うことを目的とする水素発生量毎時50NL規模の連続水素製造試験装置の製作にあたり、その設計製作仕様から装置を用いた試験内容に関して、安全性確保の観点から検討を行った。特に、連続水素製造試験装置は主要材料にガラスを用いているため装置破損防止対策及び地震等の異常時の評価と安全対策に重点をおいた。本報告書はそれらの検討結果を取りまとめたものである。

論文

Electrodialysis of hydriodic acid in the presence of iodine

小貫 薫; Hwang, G.; 清水 三郎

Journal of Membrane Science, 175(1), p.171 - 179, 2000/07

市販イオン交換膜CMH及びAPSを用い、HI重量モル濃度8~12mol/kgの範囲で、ヨウ素を溶解したヨウ化水素酸の電気透析挙動を調べた結果、高濃度溶液にもかかわらず高い対イオン輸率及び低い水透過性が認められ濃縮可能であることが示された。本系では、陰イオン交換膜APSにおいて、水透過の著しい抑制、及び、ヨウ化物イオンの移動と逆方向への中性ヨウ素分子の輸送という2つの特異な現象が生起した。ヨウ化水素酸の濃度勾配の下での拡散透析においても、ヨウ化水素分子の透過と逆方向へのヨウ素の輸送という類似の現象が観察された。なお、これらのヨウ素の輸送はヨウ素濃度の勾配に逆らって進行した。以上の結果に関して、膜へのヨウ素の吸着の観点から考察した。

論文

Comparative study of gas composition in a low temperature operated copper vapor laser

大図 章; 加藤 政明; 丸山 庸一郎

Optics Communications, 177(1-6), p.355 - 361, 2000/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:72.35

低温型銅蒸気レーザーのガス組成、ハロゲンガス(HBr,HI)とバッファーガス(He,Ne,Ar)の組み合わせに関する特性試験を行った。同じ試験条件で発振試験を行った結果、銅蒸気レーザーのレーザー出力、パラメータ依存性はガス組成に大きく影響を受けることがわかった。80Wの出力がハロゲンガスHBr,HIとNeガスの組み合わせにおいて得られた。Heガスでは、その半分の出力が得られた。Arガスではレーザー発振が得られなかった。レーザー発振繰り返し数17kHz以上では、HIとNeの組み合わせがHBrとNeの組み合わせよりも高出力を発生させるのに適していることがわかった。この違いは、レーザー管中で生成されるハロゲン化銅CuIとCuBrの蒸気圧の差によるものと考えられる。

論文

ヨウ素を溶解したヨウ化水素酸の高温電気透析

小貫 薫; Hwang, G.; 清水 三郎

膜シンポジウム'99報文集, (11), p.37 - 40, 1999/00

ヨウ素を溶解したヨウ化水素酸(HI重量モル濃度10mol/kg)の高温電気透析による濃縮に関して予備的検討を行った。供試イオン交換膜は市販のCMH及びAPSであり、95$$^{circ}C$$試験液への117時間浸漬試験により当該環境における化学的安定性を調べた結果、いずれの膜のイオン交換容量にも変化は認められなかった。電気透析試験では、通常の陽及び陰イオン交換膜を用いる方式に加えて、本系の電極反応がI$$^{-}$$/I$$_{2}$$の酸化還元反応であることを利用した陽イオン交換膜のみを用いる方式を取り上げて、60~70$$^{circ}C$$での濃縮挙動を調べた結果、本系では後者の方式が有効であることが示唆された。セル抵抗については、膜抵抗の温度依存性を反映して高温ほど大きく減少すること、また、カーボンクロスが高温域でのセル抵抗支配因子である電極反応抵抗の低減に有効であることを明らかにした。

論文

ESR study of hydrogen atoms in solid nitrogen

V.Shevtsov*; 正木 信行

Chemical Physics Letters, 244, p.188 - 194, 1995/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:85.05(Chemistry, Physical)

外国人研究者招へい制度を利用して、ロシア・クルチャトフ研から研究者を招へいした際の研究成果である。低温マトリクス中の量子拡散は、低温物理、化学反応研究の両面から重要な課題である。トンネル効果により固体水素中を拡散する水素原子の実験の比較として、固体窒素中の水素原子を取り上げた。液体ヘリウム温度の固体窒素中における水素原子の生成と、その水素原子の電子スピン共鳴分光法(ESR)による研究を行った。ヨウ化水素を紫外光により光分解することで水素原子を生成した。固体窒素中のヨウ化水素の初期濃度を10$$^{-2}$$から10$$^{-4}$$として光分解を行い、水素原子をESRにより観測したが、ヨウ素原子の信号は観測できなかった。低濃度のヨウ化水素を用いた場合、捕捉された水素原子のESRスペクトルに超微細構造が観測された。シミュレーションにより、このスペクトルは固体窒素の四面体格子間サイトに捕捉された水素原子によると同定した。

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