| 研究課題/領域番号 |
23K26322
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| 補助金の研究課題番号 |
23H01628 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分24020:船舶海洋工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所 |
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研究代表者 |
山本 譲司 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, グループ長 (00586703)
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| 研究分担者 |
山本 マルシオ 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 研究員 (10608631)
中島 康晴 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 上席研究員 (30344237)
藤原 智 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 主任研究員 (70511591)
高野 慧 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 研究員 (90636820)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
15,340千円 (直接経費: 11,800千円、間接経費: 3,540千円)
2025年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2024年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2023年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
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| キーワード | メタンハイドレート / 管内閉塞 / 移送管挙動 / 数値モデル / 資源開発 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
表層型メタンハイドレートの回収時において、メタンハイドレートと海水を同時に移送、揚上する場合に、管内外の流体の流れや海上生産施設の動揺により移送管が振動すること、またポンプの錆や海底土など核となる物質の存在により、内部流体の凍結が促進され閉塞する可能性が考えられる。海水中の溶存ガスが圧力・温度変化により気化し急速な再ハイドレート化を引き起こす懸念もある。
本研究では、管内流体の過冷却状態における凍結現象の発生条件（管振動条件）と溶存ガスの気化に伴う急激な温度低下と圧力上昇による管内凍結（閉塞）が生じる条件（流量、溶存ガス濃度、各相温度、圧力など）について試験と数値解析により明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、メタンハイドレート等の低温海底資源を移送する際に、移送管の動揺に伴う管内流体の氷核形成条件と溶存ガスの気化による凍結・閉塞条件を明らかにするため、常圧環境下及び高圧環境下において模型試験を実施し、評価モデルの構築を行う。
本年度は、過冷却状態における移送管の挙動による内部流阻害の発生有無及び発生条件を明らかにするための常圧環境下試験に使用する試験装置の製作及び加振装置の架台の製作を行った。併せて、ハイドレート生成装置と内部流体を循環させるためのポンプの作成を行った。当初は、既存のループ試験装置を改良する計画であったが、内部流と加振影響を観測するにあたり、内部流を循環させた状態で温度管理をすることが困難であることが判明したため、移送管の部分模型を製作し、当該模型を加振し観測する方法に変更した。
製作した模型は、移送管を模擬した複数サイズの円柱管（以下、模擬管と記す）であり、模擬管は外部から内部流体の変化が確認できるように透明な樹脂を使用し、カメラ観測部分にはウオータージャケットを用い歪み補正可能な機構を設けた。また、土粒子や揚鉱ポンプ等から発生する金属片が氷核の発生に影響を及ぼすかを確認するため、管内に模擬粒子を固定する機構も設けた。加振条件については、表層型メタンハイドレートが発見されている日本海の海気象条件を考慮し、移送管の挙動解析を行い決定した。
併せて、内部流体の循環に使用するポンプ及びハイドレートの分解過程を確認できる試験装置の検討及び製作を行った。製作したポンプは、熱を発生し難い機構として、磁気駆動式非接触型とした。
試験条件の検討及び、内部流の評価モデルの検討に係る成果は、国内外の学会、国際会議にて3件の発表を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
試験装置の製作は計画通り実施した。しかし、常圧環境下試験で使用を予定していた加振装置について、別件業務での使用期間が延びたため、製作した装置の動作確認のみ実施し、本試験は次年度（令和6年度）に実施することとしたため、やや遅れぎみである。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和6年度以降は、令和5年度に製作した試験装置を使用し、試験流体には人工海水を用い、内部流を過冷却状態になる温度まで下げた状態で試験装置を加振し、内部流の観測を行う。取得データは、管内外環境の温度、圧力、流速変化、加振情報であり、内部流の凍結状況は、管内圧力及び流速変化、カメラ観測により確認する。試験で取得したデータをもとに、内部流の評価モデルの検証を実施する予定である。
また、ハイドレートの分解過程を観測可能な高圧下試験装置の改造を行い、動作確認等の予備試験を実施する。当該試験は、温度管理された低温室にて実施する予定である。
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