2013 Fiscal Year Annual Research Report
海洋と水素エネルギー：超伝導応用の水素製造・貯蔵・輸送技術への新展開
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24246143
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
武田 実 神戸大学, 海事科学研究科(研究院), 教授 (50206992)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
熊倉 浩明 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, NIMS招聘研究員 (90354307)
松本 真治 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 主任研究員 (70354313)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 海洋工学 / 超伝導応用 / 水素 / 再生可能エネルギー / MHD |
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| Research Abstract |
我々がこれまでに蓄積してきた超伝導技術をベースとして、海洋に無尽蔵に存在する水素エネルギーを製造・貯蔵・輸送するために、新しい応用展開を図っている。海流MHD（Magneto-Hydro-Dynamics；電磁流体力学）発電／水素発生に関する研究（テーマＡ）と液体水素のスロッシング（液面揺動）に関する研究（テーマＢ）に分けて、主に以下の研究成果を得た。
海流MHD発電／水素発生に関する研究（テーマＡ）：新型（ヘリカル型）海流MHD発電／水素発生器の電極の特性改善を目指して、電気分解電圧を低く抑えることができるDSE電極を設置した電極分割式MHD発電／水素発生器を製作した。これを用いて7 Tの磁場下で実験を行ったところ、電気分解電圧の低減効果および電極の直列接続による起電力上昇効果が得られた。続いて、海流MHD発電／水素発生器のプロトタイプモデルおよび実用モデルを設計するために、流体損失、起電力、発電出力等に関する単純な計算モデルの検討を行った。この計算モデルによる計算値は過去の実験値に近いものであり、大型化に伴う性能予測から最適形状に関する知見が得られた。
液体水素のスロッシングに関する研究（テーマＢ）：スロッシング計測の高精度化のために、外部加熱型超伝導MgB2（二ホウ化マグネシウム）液面センサーの測定電流依存性を詳しく調べた。その結果、出力信号の直線性に着目すると測定電流に依存しないが、有効液面検知長さの割合に着目すると測定電流に依存することがわかった。続いて、超伝導液面センサーの温度分布および静的液面検知特性を調べ、超伝導液面センサーを長尺化した場合の最適なヒーター入力値の予測が可能になった。さらに、海上輸送中のスロッシング状態の解明を目指して、停泊中の練習船深江丸の船上において小型容器を対象とした、液面・温度・圧力・加速度の同時計測システムを構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
海流MHD発電／水素発生実験および液体水素のスロッシングに関する実験において、神戸大学の大学院生および連携研究者より実験補助・データ解析の協力がある。
また、超伝導MgB2（二ホウ化マグネシウム）線材の作製において、物質・材料研究機構より、全面的なバックアップがある。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに行った実験的研究および計算的研究より得られた研究成果を踏まえて、主に以下の研究を推進する。
海流MHD発電／水素発生に関する研究（テーマＡ）：電極分割式ヘリカル型海流MHD発電／水素発生器を製作し、発電／水素発生特性等を明らかにする。また、同特性に及ぼす整流器設置の効果および電磁ブレーキの影響を調べるだけでなく、特殊電極を用いて特性改善を試みる。次に、主に高温超伝導線材を対象として、線材に働くフープ力に着目したマグネットの最大磁場および磁場分布を計算し、プロトタイプモデルの超伝導マグネットを設計する。さらに、黒潮の海流や明石・鳴門海峡の潮流等を対象として、超伝導マグネットを内蔵した海流MHD発電／水素発生器のプロトタイプモデルを設計するとともに、スケールメリット等を調べる。
液体水素のスロッシングに関する研究（テーマＢ）：舶用液体水素（LH2）タンク内部のスロッシング状態を解明するために、製作した中型容器を対象として、超伝導MgB2（二ホウ化マグネシウム）液面センサーを複数用いて、液面の時間変化を計測するとともに、観測窓を通じてハイスピードカメラの画像データを同時計測する。次に、LH2運搬船の大型タンク用液面センサーの長尺化を目指し、数値シミュレーション等を援用して、長尺センサーのヒーター入力・形状等の最適値および長尺MgB2線材の作製プロセス等だけでなく、長尺MgB2線材の超伝導特性および熱伝達率等を調べる。さらに、LH2タンク大型化のための計算モデルを構築し、これを用いて舶用LH2タンクのプロトタイプモデルを設計するとともに、スロッシング防止板の効果等を調べる。
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