舶用液体水素タンク内部における熱流動現象の解明 -計測・数値解析-

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K14883
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 前川 一真 神戸大学, 海事科学研究科, 特命助教 (20760664)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 水素 / 超伝導応用 / 液面センサー / 海上輸送 / スロッシング / 熱流動 / 低温計測

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、極低温液体である液体水素を海上輸送するための基盤技術の確立を目指して、海上輸送時における舶用液体水素タンク内部のスロッシングに伴う熱流動現象について解明する。本年度では、主に以下の研究成果を得た。

1.液体水素タンク内部の温度分布計測システムの構築：本研究では、液体水素タンク内部の温度分布を測定するために、CCS温度計を購入し、温度計の較正試験を行った。較正試験では、較正試験装置を製作し、計測ソフトであるLabVIEWを用いて4 Kから300 Kまで較正可能なプログラムを構築した。本研究では、６個のCCS温度計を較正した後、すべての温度計を液体水素タンク内部に設置し、液体窒素、液体水素をタンク内部に満たして作動試験を行い、良好な結果を得た。
2.超伝導液面センサーの液面検知特性実験システムの構築：超伝導液面センサーの液面検知特性を評価するために、光学観測窓付クライオスタット内部に5本の超伝導液面センサーを取り付け、光学観測窓から高速度カメラを用いて液面を観測し、各液面位置におけるセンサー出力を同時計測できるシステムの構築を行った。また、加圧下における液面検知特性を明らかにするために、圧力調整器を用いて、クライオスタット内部の圧力をコントロールするためのシステムを構築した。液体窒素による予備試験を行った結果、0.3 MPaGまで精度よく圧力を一定に保持することができたので、超伝導液面センサーの圧力下での特性評価実験が可能となった。
3.熱流体解析ソフトウェアSTAR-CCM+を用いた熱流体解析：本年度は、STAR-CCM+を用いて、基本的な熱流体解析モデルの構築を行った。その結果、メッシュ形状、物理モデル等の違いによる解析精度、解析時間に関する知見を得た。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、液体水素タンク内部の温度分布計測システムの構築に成功し、液体水素タンク内部の温度分布計測が可能となった。また、超伝導液面センサーの液面検知特性実験システムの構築に成功し、超伝導液面センサーの大気圧下、加圧下における静的・動的液面検知特性の評価実験が行える段階に到達した。数値解析においても、基本的な熱流体解析モデルの構築が整っている。

Strategy for Future Research Activity

今後の推進方策として、まず、平成29年度に構築を終えた超伝導液面センサーの液面検知特性実験システムを使用し、超伝導液面センサーの静的・動的液面検知特性を大気圧下、加圧下の両方で調べる。その後、較正を行ったCCS温度計、超伝導液面センサーを使用して、神戸大学海事科学研究科附属練習船深江丸の後部甲板に液体水素実験システムを構築し、液体水素海上輸送実験を行う。実験では、航海中における液体水素タンク内部の液面・温度・圧力、船体動揺等を同時計測し、スロッシング時における液体水素タンク内部の熱流動現象を実験的に明らかにする。さらに、熱流体解析ソフトウェアSTAR-CCM+を用いて、スロッシング時における液体水素タンク内部の温度・圧力解析を行う。

Causes of Carryover

液体水素タンク内部の温度分布計測をするためのCCS温度計が当初予定していた額より低価格で購入することができたため、次年度使用額が生じることになった。

平成30年度分助成金に関しては、超伝導液面センサーの静的・動的液面検知特性試験、深江丸を用いた液体水素海上輸送実験で使用するための実験費用、STAR-CCM+のメンテナンス費用等に使用し、平成29年度に生じた次年度使用額は、実験で使用する消耗品等の購入費として使用する。