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論文

Conceptual design of the iodine-sulfur process flowsheet with more than 50% thermal efficiency for hydrogen production

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:4 パーセンタイル:36.35(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$$^{3}$$/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。

論文

Flowsheet study of the thermochemical water-splitting IS process for effective hydrogen production

笠原 清司; 久保 真治; 日野 竜太郎; 小貫 薫; 野村 幹弘*; 中尾 真一*

Proceedings of AIChE 2005 Spring National Meeting (CD-ROM), 8 Pages, 2005/04

原研では、高温ガス炉(HTGR)から供給される1000$$^{circ}$$C近い熱を利用した、熱化学的水素製造法ISプロセスの研究開発を行ってきた。主な研究内容は、連続水素製造のための制御技術,HI分解反応工程の高度化,耐食構造材料の予備的選定である。ここでは、現在の研究状況、特にHI分解反応工程への膜技術の導入を考慮したフローシートの研究について紹介する。

論文

フェムト秒高効率高出力FELによる大規模非熱精密加工技術の開発

峰原 英介

Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.402 - 403, 2003/08

原研超伝導リニアック駆動自由電子レーザーは、既に数年前に6%高効率,数百フェムト秒,数kW級高出力FEL光を生成することに成功していた。これをさらに高出力化することによって大規模非熱精密加工技術を開発する計画について以下に報告する。

論文

Effects of process parameters of the IS process on total thermal efficiency to produce hydrogen from water

笠原 清司; Hwang, G.*; 中島 隼人; Choi, H.*; 小貫 薫; 野村 幹弘

Journal of Chemical Engineering of Japan, 36(7), p.887 - 899, 2003/07

 被引用回数:59 パーセンタイル:11.74(Engineering, Chemical)

熱化学的水素製造プロセスであるISプロセスについて熱効率に対する操作条件の影響を評価した。HI濃縮に電気透析(EED)セル,HIの分解反応にメンブレンリアクターを適用した。4つの操作条件(HI分解反応器の転化率,HI蒸留塔の還流比,HI蒸留塔の圧力,及びEEDセル直後のHI濃度)の感度解析を行った。EEDセル直後HI濃度が熱効率に最も大きい影響があり、熱効率が13.3%変動した。他の操作条件の熱効率への影響は2%以下であった。プロセスの非理想性(EEDセルの電気エネルギーロス,熱交換器のロス,及び排熱からの電力回収におけるロス)の影響が評価された。EEDセルのロスによる熱効率の損失は11.4%だった。熱交換器のロスによって熱効率は5.7%減少した。電力回収のロスは6.3%効率を低下させた。装置が改良された後には、最大の熱効率を得るためにEEDセル直後HI濃度のような操作条件を最適化すべきである。EEDセル,熱交換器及び排熱回収を理想的に行った条件の下では、操作条件を最適化したプロセスの熱効率は56.8%であった。

報告書

水素製造ISプロセスの熱効率の熱力学的評価

野村 幹弘; 笠原 清司; 小貫 薫

JAERI-Research 2002-039, 24 Pages, 2003/01

JAERI-Research-2002-039.pdf:1.01MB

水素製造ISプロセスの熱効率を熱力学的視点で評価した。ISプロセスに限らず、熱を用いて水素を製造するプロセスの熱効率の上限はカルノー効率で得られる仕事量で制限されることを示した。高温熱源温度を1123K,熱源への返却温度733Kとすると、熱効率の上限は81.3%である。さらに、ISプロセスの最大熱効率を各反応,分離操作のG-T線図を書くことにより評価した。分離仕事を考慮しない場合のISプロセスの最大熱効率は78.2%となる。実際は、硫酸の濃縮操作及びHI水溶液の濃縮操作は温度によらずギブスエネルギーが常に正なので、仕事を投入する必要がある。分離操作は熱効率に大きな影響を与え、分離操作の有無により熱効率が53.5%から76.6%と23.1%変化した。また、正確な評価には精度ある熱力学データーが重要であり、今回の評価でブンゼン反応におけるヨウ素の添加の影響を調べる必要があることがわかった。

論文

高温ガス炉ガスタービンシステム用コンパクト再生熱交換器の開発,2; 超細密オフセットフィンの伝熱流動特性試験

石山 新太郎; 武藤 康; 緒方 寛*; 上戸 好美*

日本原子力学会誌, 43(7), p.708 - 717, 2001/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:79.29(Nuclear Science & Technology)

フィン高さ$$times$$厚さ$$times$$オフセット長$$times$$ピッチ,1.2mm$$times$$0.2mm$$times$$5.0mm$$times$$1.6mmの超微細フィンを用いて試作した超細密プレートフィン式熱交換器コア部(=縦$$times$$$$times$$長さ,100mm$$times$$100mm$$times$$100mm)の伝熱/流動特性試験を実施し、供試熱交換器の伝熱特性及び圧力損失特性を把握した。その結果、下記結論が得られた。(1)Wietingの予測式と比較して熱伝達率は10%~13%,圧力損失特性は0%~27%それぞれ低い値となった。(2)試験データの解析より、高精度伝熱/流動実験式を導出した。この実験式により実験データは、熱伝導率は90%のデータで偏差$$pm$$5%,摩擦損失係数は85%でデータが偏差$$pm$$5%で整理することができる。

報告書

ヘリウム閉サイクルガスタービンの一般特性と技術課題

下村 寛昭

JAERI-Research 96-034, 73 Pages, 1996/06

JAERI-Research-96-034.pdf:2.47MB

高温ガス炉の利点を活かし得る原子力ガスタービンの技術的課題を明確にするため、閉サイクル・ヘリウムガスタービンと開放サイクルガスタービンとの相違点について検討するとともに、閉サイクルガスタービンの基本的問題、出力と熱効率について考察した。次に、熱交換器類を中心とする圧力損失がガスタービンの主要要素である圧縮機及びタービンの断熱効率に及ぼす影響を検討し、これによる出力と熱効率の低下について計算例を挙げて説明した。さらに、ヘリウムタービンの比速度がもたらす設計諸元及び取り扱いの困難性等に対する種々の問題点を指摘し、これらの妥当性をドイツのヘリウムタービン運転実績によって証明した。最後に、ヘリウム閉サイクルガスタービンの困難を克服し、高温ガス炉との結合を成功させるために必要な基本的課題とその解決のための概念的方策を示した。

報告書

高温ガス炉の核熱利用による水蒸気改質プロセスの検討

竹田 武司*; 田所 啓弘; 安川 茂

JAERI-M 90-082, 44 Pages, 1990/05

JAERI-M-90-082.pdf:1.16MB

本報告書は、高温ガス炉の核熱利用による水蒸気改質プロセスの低温稼動の可能性について計算コードHIGHTEXを使用して解析した研究成果をまとめたものである。本研究においては、水蒸気改質反応と水性ガス交換反応による水素製造プロセスの熱物質収支を含めた総合的な検討を行い、その際、水素製造能力は商用規模20000(Nm$$^{3}$$/hr)とした。解析の結果、低温水蒸気改質反応において生じる製品収率の低下はプロセスガス入口圧力を下げ、スチーム・カーボン比を高くすることで補えることがわかった。また、蒸気タービンの抽気蒸気を利用して原料ガスを予熱する水素製造プロセスの核熱熱量原単位およびプラント熱効率は高温ケースに対しそれぞれ0.91(Mcal/Nm$$^{3}$$)、92.4(%)、低温ケースに対し0.92(Mcal/Nm$$^{3}$$)、92.0(%)との試算結果を得た。

論文

Coupling of thermochemical hydrogen production processes with an HTGR

小貫 薫; 清水 三郎; 中島 隼人; 池添 康正; 佐藤 章一

Int.J.Hydrogen Energy, 9(5), p.391 - 396, 1984/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:30.11(Chemistry, Physical)

我々の提案した熱化学法水素製造プロセスを高温ガス炉と結合した場合に期待し得る水素製造量の上限を推算した。また、プロセスの最高温反応の反応温度および2次ヘリウム最高温度に対する水素製造量の感度を解析した。我々の提案した2つの熱化学プロセスは、いづれも700$$^{circ}$$C以上の高温度域において、相対的に多量の熱を必要とするため、その水素製造量は上記温度に対して敏感であることが判明した。

論文

ニッケル・沃素・硫黄系熱化学水素製造プロセス,I; 提案

清水 三郎; 佐藤 章一; 池添 康正; 中島 隼人

電気化学及び工業物理化学, 49(11), p.699 - 704, 1981/00

ニッケル、沃素および二酸化硫黄を循環物質とする熱化学水素製造法を提案する。本プロセスの構成上の特徴は、沃化水素酸と硫酸を直接分離するかわりに、沃化ニッケル(II)と硫酸ニッケル(II)を分離する点である。実験結果から、プロセスを構成する諸反応および分離操作の速度と転化率は充分に大きいことが明らかになった。熱収支の検討結果、排熱回収率を70~80%に仮定するとき、熱効率($$eta$$$$_{H}$$$$_{H}$$$$_{D}$$)として30~39%が期待できる。

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