| 研究課題/領域番号 |
24246143
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
武田 実 神戸大学, 海事科学研究科(研究院), 教授 (50206992)
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| 研究分担者 |
熊倉 浩明 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (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, その他 (70354313)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 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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| 研究実績の概要 |
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等を目指して、電気分解特性に及ぼす強磁場の効果を調べるために、小型発電セルを製作した。これを用いて10 Tの強磁場下で実験を行ったところ、印加電圧一定の状態で回路内電流の増加が見られた。続いて、海流MHD発電／水素発生器のプロトタイプモデルを設計するための知見を得るために、模擬発電機を製作して、線形テーパー設置の影響について調べた。この発電機を回流水槽の水面下へ固定して、5孔ピトー管による発電機内部の流速測定を行い、内部流量比に対する線形テーパー設置の影響を明らかにした。
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、外部加熱型超伝導MgB2（二ホウ化マグネシウム）液面センサーを5本用いて、液面位置の時間変化を計測した。センサー出力電圧と高速度ビデオカメラの画像データを比較して、センサーの良好な動的液面検知特性を確認した。続いて、MgB2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、およびセンサー性能のセンサー長依存性を明らかにした。さらに、舶用LH2タンクのプロトタイプモデルを設計するための計算モデルを構築するために、市販の解析ソフトを用いて、大型LH2タンク内部の熱流体解析を試みた。その結果、液面位置の時間変化に対して初期充填率による違いが見られた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
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。
さらに、液体水素の実験において、海上輸送技術および安全技術確立の観点から、民間企業より専門的な情報が得られる環境にある。
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| 今後の研究の推進方策 |
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。特に、同特性に及ぼす電磁ブレーキの影響および電気分解特性に及ぼす強磁場効果を調べるとともに、電極の特性改善を試みる。次に、主に高温超伝導線材を対象として、磁場の空間体積、強度、均一度、時間安定性等の条件設定を行い、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・鳴門海峡の潮流を対象として、超伝導マグネットを内蔵した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、エネルギー効率等を調べる。
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、練習船深江丸の船上等で３Dスロッシング計測を試みる。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、長さ数メートルを超える長尺MgB2線材の作製を試みるとともに、作製プロセス等を確立する。また、長尺MgB2線材の超伝導特性および気体水素中の熱伝達率等を調べる。さらに、小型および中型容器を対象とした液面・温度・圧力・加速度および蒸発ガス量の同時計測結果と数値シミュレーション結果を比較して、大型化のための計算モデルを構築する。この計算モデルを用いて、プロトタイプモデルを設計するとともに、外国航路を想定した場合の入熱量等を調べる。
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