高温ガス炉熱を利用した高温ヒートポンプ水素製造システム構築研究

• 研究課題/領域番号: 22656212
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 原子力学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 深田 智 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (50117230)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 3,570千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 570千円); 2012年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2011年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2010年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: 水素 / 原子力 / エネルギー効率化 / ヒートポンプ / 水素吸蔵合金 / 原子炉熱 / 有効利用 / 熱効率 / 原子力エネルギー

研究概要

原子炉熱の有効利用のため、水から水素へI-Sサイクルの熱還元作用を用いて転換し、水素利用することを考えている。I-Sサイクルを効率よく働かせるには、このサイクルに含まれる三つの反応温度に適した熱源を原子炉の一次と二次熱交換器の温度条件で供給し、その中に水素吸蔵合金を用いたヒートポンプを内蔵させ、この増熱作用を利用して水素製造効率を上昇させ、水から水素への転換を促進し、水素製造システムを高効率化する研究を実験と解析に基づいておこなった。本科研費の実験では、Zr(V1-XFeX)2の置換率Xを変化させ、プラトー温度を水素製造温度に適合させることができることを確認し、原理的にヒートポンプ作用が可能であることを確認した。

研究成果

• [雑誌論文] Nomura, Relation between water adsorption in polymer electrolyte fuel cell and its electric power (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Fukada, K. Ohba, A. Nomura
  • 雑誌名: Energy Conversion and Management 巻: 71 ページ: 126-130
  • DOI: 10.1016/j.enconman.2013.03.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relation between water adsorption in polymer-electrolyte fuel cell and its electric power (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Fukada, Kazuto Ohba, Atsushi Nomura
  • 雑誌名: Energy Conversion and Management 巻: 70
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of preadsorbed H2O and CH4on H2and He adsorption of activated carbon at cryogenic temperature (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Fukada, M. Ueda, T. Izumi, G. Wu, K. Katayama
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 61 ページ: 282-289
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fundamental experiment and analysis of direct energy conversion using proton-conducting ceramic fuel cells supplied with high-temperature nuclear reactor heat and natural gas (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Fukada, S. Suemori
  • 雑誌名: Transactions of Fusion Science and Technology 巻: 61 ページ: 441-446
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen isotopes recovery from liquid lithium under dynamic conditions (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Katekari, Y. Hatachi, Y. Edao, S. Fukada
  • 雑誌名: Journal of Energy and Power Engineering 巻: 6 ページ: 900-905
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fundamental experiment and analysis of direct energy conversion using proton-conducting ceramic fuel cells supplied with high-temperature nuclear heat and natural gas (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Fukada, Shigenori Suemori
  • 雑誌名: Transaction of Fusion Science and Technology 巻: 61 ページ: 441-445
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of preadsorbed H2O and CH4 on H2 and He adsorption of activated carbon at cryogenic temperature (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Fukada, Makoto Ueda, Takaaki Izumi, Go Wu, and Kazunari Katayama
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 61 ページ: 282-289
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen isotopes recovery from liquid lithium under dynamic conditions (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Katekari, Y.Hatachi, Y.Edao, S.Fukada
  • 雑誌名: Journal of Energy and Power Engineering 巻: 6(In printing)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dependence of the cell resistance on external potential in DMFC system (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Oikawa, L. L. Abella, S. Fukada, T. atsumoto, K. Fukuda
  • 雑誌名: Memoirs of the Faculty of Engineering, Kyushu University 巻: 67 ページ: 67-76
  • NAID: 120003678717
• [雑誌論文] Experiments of hydrogen isotope permeation, diffusion and dissolution in Li-Pb (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Edao, H. Noguchi, S. Fukada
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 417 号: 1-3 ページ: 1179-1182
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2010.12.296
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unresolved issues on tritium mass transfer in Li-Pb liquid blankets (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Fukada, Y. Edao
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 417 ページ: 727-730
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experiments of hydrogen isotope permeation, diffusion and dissolution in Li-Pb (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Edao, H.Noguchi, S.Fukada
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 417 号: 1-3 ページ: 723-726
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2010.12.126
  • 査読あり
• [雑誌論文] Leakage control of tritium through heat cycles of conceptual-design laser-fusion reactor Koyo-F (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Norimatsu, H.Saika, H.Homma, M.Nakai, S.Fukada
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 60 ページ: 893-896
  • 査読あり
• [雑誌論文] Permeation of two-component hydrogen isotopes in lithium-lead eutecticalloy (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Edao, H.Okitsu, H.Noguchi, S.Fukada
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 60 ページ: 1163-1166
  • 査読あり
• [雑誌論文] Removal rates of hydrogen isotope from liquid Li by HF-treated Y plate (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Wu, Y. Edao, S. Fukada, H. Nakamura, H. Kondo
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 85 号: 7-9 ページ: 1484-1487
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2010.04.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Behavior of separative desorption of hydrogen, helium and methane from cryosorption pump (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Fukada, M. Terashita
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 57 ページ: 112-119
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isotopicexchange between hydrogen and deuterium in the process of permeating through Li0.17Pb0.3 (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Edao, H. Noguchi, S. Fukada
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 85 号: 7-9 ページ: 1225-1228
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2010.03.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] 溶融塩ブランケットにおける水素同位体の挙動 (2010)
  • 著者名/発表者名: 胡静波、宮入嘉夫、深田智
  • 雑誌名: 九州共立大学総合研究所紀要 巻: 4 ページ: 13-18
  • NAID: 40018755726
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mixed desorption of He, H2and CH4adsorbed on charcoal maximally cooled at 10K (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Fukada, M. Terashita
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Science and Technology 巻: 47 号: 12 ページ: 1219-1216
  • DOI: 10.1080/18811248.2010.9720989
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mixed desorption of He, H_2 and CH_4 adsorbed on charcoal maximally cooled at 10K (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Fukada, M.Terashita
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Science and Technology 巻: Vol.47, No.12 ページ: 1-8
  • NAID: 10027127067
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isotopic exchange between hydrogen and deuterium in the process of permeating through Li_<0.17>Pb_<0.83> (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Edao, H.Noguchi, S.Fukada
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 85 ページ: 1225-1228
  • 査読あり
• [雑誌論文] Behavior of separative dsorption of hydrogen, helium and methane from cryosorption pump (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Fukada, M.Terashita
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 57 ページ: 112-119
  • 査読あり
• [学会発表] W 堆積層における水素同位体透過挙動に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上原敬一朗,片山一成,深田智,西川正史,大西泰 仁本田拓也
  • 学会等名: 日本原子力学会九州支部第31回発表講演会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2012-12-01
• [学会発表] 水素利用におけるメタン分解の性能の研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 江崎鴻史郎、和泉宇晃、深田智
  • 学会等名: 日本原子力学会九州支部第31回発表講演会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2012-12-01
• [学会発表] Study on hydrogen absorption in tungsten deposits formed by hydrogen plasma sputtering (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohnishi, K. Katayama, S. Fukada, M.Nishikawa
  • 学会等名: 27th Symposium on Fusion Technology
  • 発表場所: Belgium.
• [学会発表] 水素利用におけるメタン分解の性能の研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 江崎鴻史郎、和泉宇晃、深田智
  • 学会等名: 日本原子力学会九州支部第31回発表講演会
  • 発表場所: 福岡市
• [学会発表] W 堆積層における水素同位体透過挙動に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上原敬一朗,片山一成 深田智 西川正史 大西泰仁本田拓也
  • 学会等名: 日本原子力学会九州支部第31回発表講演会
  • 発表場所: 福岡市
• [学会発表] Study on hydrogen absorption in tungsten deposits formed by hydrogen plasma sputtering (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhito Ohnishi, Kazunari Katayama, Satoshi Fukada, Masabumi Nishikawa
  • 学会等名: 27th Symposium on Fusion Technology, SOFT2012
  • 発表場所: Liege, Belgium
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池内部における水分と電池出力に関する研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大庭一仁、野村篤嗣、深田智、西 川 正 史
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2011-09-15
• [学会発表] 水素熱回収両立試験溶融塩ループOrosh2i-1における水素回収部の設計と製作 (2011)
  • 著者名/発表者名: 長坂琢也
  • 学会等名: 日本原子力学会2011年春の年会
  • 発表場所: 福井
  • 年月日: 2011-03-29
• [学会発表] Study on relation between moisture in solid polymer type fuel cell and battery output (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Ohba, A. Nomura, S. Fukada, M. Nishikawa
  • 学会等名: 7th International Conference on Clean Coal Technology and Fuel Cells
  • 発表場所: Fukuoka.
• [学会発表] Fundamental experiment and analysis of direct energy conversion using proton-conducting ceramic fuel cell supplied with high-temperature nuclear heat and natural gas (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Fukada, S. Suemori
  • 学会等名: 15th International Conference on Emerging Nuclear Energy Systems
  • 発表場所: San Francisco
• [学会発表] Fundamental experiment and analysis of direct energy conversion using proton-conducting ceramic fuel cell supplied with high-temperature nuclear heat and natural gas (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Fukada, S.Suemori
  • 学会等名: 15th International Conference on Emerging Nuclear Energy Systems
  • 発表場所: San Francisco (USA)
• [学会発表] Study on relation between moisture in solid polymer type fuel cell and battery output (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Ohba, A.Nomura, S.Fukada, M.Nishikawa
  • 学会等名: 7th International Conference on Clean Coal Technology and Fuel Cells
  • 発表場所: Fukuoka (Japan)
• [学会発表] Analysis of simultaneous H and D permeation through lithium-lead (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Okada, H.Okitsu, Y.Edao, S.Fukada
  • 学会等名: 21th International Toki Conference (ITC-21)
  • 発表場所: Toki (Japan)
• [学会発表] Effect of water vapor on tritium permeation behavior (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Yamasaki, H.Kashimura, S.Matsuda, T.Kanazawa, T.Hanada, K.Katayama, S.Fukada, M.Nishikawa
  • 学会等名: 10th International Symposium on Fusion Nuclear Technology
  • 発表場所: Portland (USA)
• [学会発表] Tritium recovery from liquid blanket systems of fusion reactor (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Fukada, Y.Edao, K.Katekari, H.Okitsu, Y.Hatachi, M.Okada, K.Tamari
  • 学会等名: 15th International Conference on Emerging Nuclear Energy Systems
  • 発表場所: San Francisco (USA)(招待講演)
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池内部における水分と電池出力に関する研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大庭一仁、野村篤嗣、深田智、西川正史
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
• [学会発表] 水素熱回収両立試験溶融塩ループOrosh2i-1における水素回収部の設計と製作 (2011)
  • 著者名/発表者名: 長坂琢也, 他9名
  • 学会等名: 日本原子力学会2011年春の年会
  • 発表場所: 福井市
• [学会発表] 流動状態リチウムからのイットリウムによる水素同位体の回収 (2011)
  • 著者名/発表者名: 深田智, 他4名
  • 学会等名: 日本原子力学会2011年春の年会
  • 発表場所: 福井市
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池における内部物質移動現象に関する研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 野村篤嗣
  • 学会等名: 化学工学会第42回秋季大会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] 原子炉熱の有効利用のための水素吸蔵合金充填層ヒートポンプ作用基礎実験研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 深田智
  • 学会等名: 化学工学会第42回秋季大会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Isotope effect on solubility and diffusivity of hydrogen isotopes in Li-Pb eutectic alloy (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Fukada, et al
  • 学会等名: International workshop on liquid metal breeder blankets
  • 発表場所: Nara.
• [学会発表] Permeation behavior of two-component hydrogen isotopes in lithium-lead eutectic alloy (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Edao, H. Okitsu, H. Noguchi, S. Fukada
  • 学会等名: 9thInternational Conference on Tritium Science and Technology
  • 発表場所: Nara.
• [学会発表] Permeation behavior of two-component hydrogen isotopes in lithium-lead eutectic alloy (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Edao, et al., 他3名
  • 学会等名: 9^<th> International Conference on Tritium Science and Technology
  • 発表場所: Nara, Japan
• [学会発表] Isotope effect on solubility and diffusivity of hydrogen isotopes in Li-Pb eutectic alloy (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Fukada, et al
  • 学会等名: International workshop on liquid metal breeder blankets
  • 発表場所: Madrid, Spain
• [学会発表] 原子炉熱の有効利用のための水素吸蔵合金充填層ヒートポンプ作用基礎実験研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 深田智, 他2名
  • 学会等名: 化学工学会第42回秋季大会
  • 発表場所: 京都市
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池における内部物質移動現象に関する研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 野村篤嗣, 他3名
  • 学会等名: 化学工学会第42回秋季大会
  • 発表場所: 京都市
• [図書] Nuclear Production of Hydrogen (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Fukada, N. Hayashi
  • 出版者: OECD/Nuclear Energy Agency
• [図書] Nuclear Production of Hydrogen, heat pump cycle of hydrogen-absorbing alloys to assist high-temperature gas-cooled reactor in producing hydrogen (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Fukada, N.Hayashi
  • 出版者: OECD/Nuclear Energy Agency、ISBN 978-92-64-08713-2
• [備考]
  • URL: http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K001210/index.html