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固体高分子膜を使った電気化学的水素分離ポンプの研究

研究課題

研究課題/領域番号 17360125
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電力工学・電気機器工学
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

恩田 和夫  豊橋技術科学大学, 大学院工学研究科, 教授 (50281077)

研究分担者 荒木 拓人  豊橋技術科学大学, 大学院工学研究科, 助手 (90378258)
研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
10,800千円 (直接経費: 10,800千円)
2006年度: 5,000千円 (直接経費: 5,000千円)
2005年度: 5,800千円 (直接経費: 5,800千円)
キーワード水素ポンプ / 固体高分子膜 / 等温圧縮 / 水素分離回収 / 水素分離 / 水素圧縮 / 濃淡電池 / 水素分離・圧縮の特性解析
研究概要

固体高分子膜のアノード側に大気圧の加湿水素を流し、外部電源でカソード側に電流を流すと通電電荷量に見合って水素が移動し、電気化学的にカソード側へ昇圧できる。この時、化学的エネルギーは関与せず、圧縮仕事のみが必要となる。この水素ポンプは理想的には等温圧縮過程であり、圧縮動力は現在普及している機械的な断熱圧縮動力の半分程度になり、大幅なエネルギー節約効果が期待できる。また、同様の装置構成で、PEFCなどからの排水素を回収する水素分離ポンプとして動作させることもできる。水素分離ポンプは排水素を回収するだけでなく、排燃料中の残存CO_2を分離する応用も考えられる。これら水素ポンプや水素分離ポンプの基礎動作特性を明らかにすることを本研究の目的とした。その結果、断熱圧縮効率換算でほぼ1となる低圧縮動力での圧縮水素ポンプ運転ができること、将来のさらなる高圧縮比化を想定してのスタック運転による直列多段圧縮運転も問題なく行えることを確認した。法規上の制限から10気圧までの昇圧にとどめたが、実験装置にはまだ余裕があり、より高い圧力までの昇圧も可能であると考えられる。水素分離ポンプでは、窒素や二酸化炭素を混合した1%水素濃度のガスから、ほぼ100%の水素を回収することができた。この時のアノード出口の水素濃度は窒素混合の場合で50ppm以下、二酸化炭素混合の場合で70〜90ppmと極めて低い値であり、水素分離ポンプの水素回収能力が極めて優秀であることが示された。さらに、ガス流量や濃度が変化するような実際に近い状況の試験を行い、そのような場合でも安定的に水素を回収可能であることが確認された。

報告書

(3件)
  • 2006 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2007 2006 2005 その他

すべて 雑誌論文 (13件)

  • [雑誌論文] Separation and Compression Characteristics of Hydrogen by Use of Proton Exchange Membrane2007

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Onda, Keiji Ichihara, Mitsuyuki Nagahama, Yasuo Minamoto, Takuto Araki
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources 164-1

      ページ: 1-8

    • NAID

      110006342852

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書 2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Separation and Compression Characteristics of Hydrogen by Use of Proton Exchange Membrane2007

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Onda, Keiji Ichihara, Mitsuyuki Nagahama, Yasuo Minamoto, Takuto Araki
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources Vol 164, No.1

      ページ: 1-8

    • NAID

      110006342852

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 固体高分子膜による水素の分離・圧縮特性に関する基礎研究2006

    • 著者名/発表者名
      池田孝伸, 市原敬士, 砂川大輔, 服部紀公士, 荒木拓人, 恩田和夫, 五十嵐基仁, 本吉智行
    • 雑誌名

      電気学会論文誌B 126

      ページ: 926-932

    • NAID

      10019289842

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書 2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Basic Study on Hydrogen separation and Compression Characteristics by Polymer electrolyte Membrane2006

    • 著者名/発表者名
      T.Ikeda, K.Ichihara, D.Sunakawa, K.Hattori, T.Araki, K.Onda, M.Igarashi, T.Motoyoshi
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Power and Energy Vol.126, No.9

    • NAID

      10019289842

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 固体高分子膜による低濃度水素の分離特性の研究2006

    • 著者名/発表者名
      池田, 砂川, 市原, 大山, 荒木, 恩田
    • 雑誌名

      平成18年度電気学会全国大会 (発表予定)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 固体高分子膜による水素ポンプの昇圧特性2006

    • 著者名/発表者名
      市原, 池田, 荒木, 恩田
    • 雑誌名

      平成18年度電気学会全国大会 (発表予定)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 固体高分子膜による水素の分離・圧縮特性に関する基礎試験2006

    • 著者名/発表者名
      池田, 市原, 砂川, 服部, 荒木, 恩田, 五十嵐, 本吉
    • 雑誌名

      電気学会論文誌B編 (掲載予定)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 燃料電池排出水素処理に関する研究2005

    • 著者名/発表者名
      池田, 服部, 市原, 砂川, 荒木, 恩田, 五十嵐, 本吉
    • 雑誌名

      平成17年度電気学会電力・エネルギー部門大会講演集

      ページ: 42-23

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Polymer Electrolyte Separation Pump of Exhausted Hydrogen from PEMFC2005

    • 著者名/発表者名
      Onda, Hattori, Ikeda, Ichihara, Araki, Terai, Igarashi, Kusada, Motoyoshi
    • 雑誌名

      2005 Fuel Cell Seminar

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 燃料電池排出水素処理に関する研究2005

    • 著者名/発表者名
      池田, 市原, 大山, 荒木, 恩田, 五十嵐, 本吉
    • 雑誌名

      第46回電池討論会講演集

      ページ: 518-518

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 固体高分子膜を使った水素の分離・圧縮特性

    • 著者名/発表者名
      市原敬士, 長濱光幸, 源 保男, 荒木拓人, 恩田和夫
    • 雑誌名

      機械学会論文集B編 (印刷中)

    • NAID

      110006342852

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Separation and Compression Characteristics of Hydrogen by Use of Proton Exchange Membrane

    • 著者名/発表者名
      Keiji ICHIHARA, Mitsuyuki NAGAHAMA, Yasuo MINAMOTO Takuto ARAKI, Kazuo ONDA
    • 雑誌名

      Trans.JSME B (in printing)

    • NAID

      110006342852

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 固体高分子膜を使った水素の分離・圧縮特性

    • 著者名/発表者名
      市原敬士, 長濱光幸, 源 保男, 荒木拓人, 恩田和夫
    • 雑誌名

      機械学会論文集B編 (印刷中)

    • NAID

      110006342852

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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