2014 Fiscal Year Annual Research Report
水素爆発予知のための包括的反応モデルの構築と高圧化学反応追跡法の確立
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24510232
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
高橋 和夫 上智大学, 理工学部, 准教授 (10241019)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久世 信彦 上智大学, 理工学部, 准教授 (80286757)
村上 能規 長岡工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (70293256)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 水素爆発 / 水素着火 / 酸水素モデル / 高圧衝撃波管 / 高圧着火特性 / 着火誘導期 / メタン / エタン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素は，地球温暖化の原因物質である二酸化炭素を排出しないクリーンエネルギーとして注目されている。将来的には水素が二次エネルギー源の主役となる可能性は十分に考えられるが，そのためには高圧縮充填した高圧水素を貯蔵・運搬する際の爆発・火災に対する安全対策が施されなくてはならない。このような水素爆発による事故を未然に防止するためには，爆発条件を定量的に予測しなくてはならない。このような背景のもと，水素の爆発（着火）限界を正確に予測することのできる包括的な酸水素燃焼反応モデルの構築が望まれている。
研究最終年度にあたる平成26年度は，水素に低級炭化水素が混入した場合の着火（爆発）に及ぼす影響について検討した。最終的には再生可能エネルギーを用いて水素の製造を目指すべきであるが，当面の現実的な水素製造法として天然ガスの水蒸気改質に頼るしかない。このような状況のもと，天然ガスの主成分であるメタンおよびエタンが水素に混入した場合の着火特性を衝撃波管を用いて調べた。
メタンもエタンも水素着火を抑制する効果があり，安全工学上問題はないという実験結果を得た。しかしながら，メタンとエタンでは着火抑制効果に異なる挙動が認められた。水素－メタン系では，着火誘導期の対数はメタン添加率に対してほぼ直線的に長くなるのに対し，水素－エタン系では僅かなエタン添加でも抑制効果が認められ，添加率50%で着火誘導期はほぼ一定となる。
こうした水素着火に及ぼすメタンとエタンの抑制効果は，これまでの反応モデルを用いることにより再現できることを確認した。水素着火には連鎖分岐反応H+O2=O+OH(R1)が重要であるが，炭化水素を添加するとH+RH=R+H2(R2)が競争して起こるために(R1)の速度が低下して着火が抑制される。メタンとエタンの抑制効果の違いは反応(R2)の速度定数の大小関係により説明することができた。
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