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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

高温ガス炉核熱を用いた熱化学水素製造法の研究開発

笠原 清司; 久保 真治; 小川 益郎

伝熱, 44(188), p.25 - 30, 2005/09

原研では高温ガス炉水素製造システムを構成する高温ガス炉,高温ガス炉と水素製造プロセスとのシステムインテグレーション技術,水素製造プロセスの各々について、研究開発を進めている。本稿では、高温ガス炉水素製造システムの研究開発の経緯と現状を、熱化学水素製造法ISプロセスに重点を置いて概説する。

論文

核熱を用いた水の熱化学分解による水素製造

小貫 薫

化学装置, 45(4), p.114 - 119, 2003/04

核熱を用いた水からの水素製造技術の研究開発の現状を概説した。まず、熱化学サイクルを構成することにより、水の直接熱分解に必要な温度より低温の熱のみを用いて水を分解できる熱化学水素製造法の原理を述べた。次いで、高温ガス炉を熱源として熱化学水素製造プロセスを駆動することにより、水素エネルギーシステムにおける大量の水素需要に応え得る炭酸ガスフリーの水素製造システムが構築できることを述べるとともに、これまでの熱化学サイクル研究の概要を紹介した。最後に、高温ガス炉-熱化学法による水素製造システムを具体化するための技術課題である原子炉技術,接続技術,熱化学サイクルについて総合的な研究開発を進めている原研のHTTR計画を紹介した。

口頭

熱化学水素製造法改善のためのカチオン交換膜開発

小平 岳秀*; 池田 歩*; 松山 絵美*; 大浦 琴音*; 澤田 真一; 八巻 徹也; 野村 幹弘*

no journal, , 

本研究の目的は、放射線グラフト重合法によって、熱化学水素製造法ISプロセスの膜ブンゼン反応(SO$$_{2}$$ + I$$_{2}$$ + 2H$$_{2}$$O = H$$_{2}$$SO$$_{4}$$ + 2HI)に必要なカチオン交換膜を開発することである。今回は、膜ブンゼン反応におけるHI濃縮性能の低下は膜内水の移動によって起こることから、水移動を抑制した化学架橋カチオン交換膜を作製した。試料は、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体膜を基材として、スチレンとジビニルベンゼン(DVB)の$$gamma$$線グラフト共重合によって作製し、その水透過性はパーベーパレーション試験により調べた。放射線グラフト重合によるカチオン交換膜は、ナフィオンと比較して、水透過流束が半分、水拡散係数の活性化エネルギーが約3倍であった。つまり、DVBによるグラフト鎖の化学架橋が水の透過抑制に有効に働くことが明らかになった。

口頭

Development of radiation-grafted cation exchange membranes for hydrogen production; Designing a new grafting container for large-size membranes

八巻 徹也; 澤田 真一; 野村 幹弘*

no journal, , 

熱化学水素製造法ISプロセスにおいては、効率的な膜ブンゼン反応(SO$$_{2}$$ + I$$_{2}$$ + 2H$$_{2}$$O = H$$_{2}$$SO$$_{4}$$ + 2HI)を実現することが重要である。我々は、放射線グラフト重合法を利用して、膜ブンゼン反応に用いるための新しいカチオン交換膜を開発することを目的としている。発表では、本研究の一環として、ISプロセスの大型化に必要な大面積カチオン交換膜の作製に向け、従来から用いられているセパラブルガラス容器と大型化が期待できるステンレス製容器の可能性について比較検討した。2種の容器で同様の反応性を得るためには、反応溶液の温度制御、基材膜の設置方法が最も重要であることが明らかになった。

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