8.4 主要補機類の開発

8.4.1 研究開発目標

　水素利用技術の一つとして、環境性に優れかつ画期的高効率が期待できる水素燃焼タービンの主要補機類の開発に関し、パイロットプラント開発のために必要な調査及び基礎技術開発を行うと共に、主要技術の次段階研究に必要な技術的方策を検討する。
　平成６年度は、高温熱交換器に適用可能な伝熱促進技術、熱交換器形成・構造及び材料等に関する調査研究を行った。また、液体水素を気化する高効率でコンパクトな極低温熱交換器の基礎技術の検討を行うとともに、液体水素冷熱利用による酸素製造装置の高性能化の可能性を検討した。

8.4.2 研究成果概要

(1)　冷熱利用技術の開発
　本年度は、下記の項目について調査・検討を実施した。

• 気化システム基本条件の調査検討
• 冷熱利用システム立地条件の調査検討
• 酸素構造動力原単位の検討
• システム特性の検討

　気化システム基本条件の調査検討により液体水素用気化器の構造として、海水使用のオープンラック方式が採用出来る。又設計用データーとしてパラ、オルソ水素の熱特性、移動物性を調査・整理し、材料としてアルミ合金が適用できる。
　冷熱利用システム立地条件の調査検討により酸素構造プロセスに利用可能な冷熱量を想定した。又冷熱輸送媒体として窒素が可能性が高い媒体であると判断した。又酸素製造システムの比較検討を行いプロセスの基本概念を得た。
　酸素製造動力原単位の検討としては、動力原単位を0.4kW／Nｍ³以下とするための、システムについて検討した。また副産物として発生する液化ガス量についても検討した。
　システム特性の検討として動力原単位低減を目的とした酸素構造システムとして、本年度は、シングルカラム方式を中心にシステムのシュミレーションを行い、酸素純度、副産物特性、システム消費動力の削減等について検討した。（運転条件によっては動力原単位が0.3kWh／Nｍ³程度となり大幅な省エネが達成出来る見通しを得た。）

(2)　高温熱交換器の開発
　本年度は下記の項目について調査・検討を実施した。

• 伝熱促進の調査・検討
• 熱交換器の形成・構造の調査・検討
• 熱交換器用材料の調査・検討

　伝熱促進技術の調査・検討の結果、管外対流熱伝達の促進にはセグメントフィンが有効であり、管外伝熱促進として輻射伝熱の積極利用（輻射板等）が有望である。
　熱交換器の形式・構造の調査・検討により高温での構造健全性確保が求められる場合にはバヨネット型、現状の再生熱交換器では直管型又はＵ字管型となる。セラミック熱交換器は長期的要素開発が前提となる。
　熱交換器用材料の調査・検討の結果ニッケル、コバルト及びニオブ系合金の高温強度は1,000℃が限界である。また、高温環境ではセラミックは強度的に有利であるが、接合方法等セラミック特有の課題がある。

8.4.3 今後の課題

　冷熱利用技術の開発としては本年度の検討結果をべースに、冷熱利用酸素製造システムの構築を幅広い範囲で行う予定である。
　高温熱交換器の開発に関しては要素レベルでの検討をほぼ終了したので機器としての成立性を評価検討する予定である。