水素エネルギーシステムの統合型安全管理技術を開発 － 水素エネルギーリスク科学の新展開 －

水素エネルギーシステムの統合型安全管理技術を開発－水素エネルギーリスク科学の新展開－

2021年12月 1日 10:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇流体科学研究所　未到エネルギー研究センター　教授　石本淳
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

高圧水素タンクの材料破壊から水素漏えい?拡散?着火燃焼に至るまでの一连の现象解明に関して、新型の连成解析^注1手法の开発に成功した。
水素脆化^注2に起因する初期円形欠陥からき裂进展した场合の反応性水素の漏えい特性が明らかとなった。
漏えい水素が着火した直后、火炎反応帯が下流侧に移动せず、一时的に上流侧に移动するという特异な反応性移流拡散挙动を発见した。

【概要】

水素をエネルギーキャリアとして使用するにあたっては、十分な量のエネルギーを确保するために、水素ガスを圧缩した状态で输送?贮蔵する必要があります。そして水素を高圧で充填する际の安全性を确保するためには、水素の可燃性限界や最小着火エネルギーなどを十分に考虑した水素ステーションの设计指针が必须であり、また、水素脆化や繰返し応力による材料劣化の影响を考虑した高圧水素タンクの设计が不可欠です。しかし、従来型の水素エネルギーシステムに関する研究では、流体?材料?反応侧からのそれぞれ独立细分化された研究が主流であり、水素施设で何らかの欠陥や事故が発生した场合に起こりうる高圧贮蔵タンクや配管の破损现象に対して要请される异分野融合的研究アプローチは、重要性であるにもかかわらず、その复雑さゆえにほとんど行われていないのが现状です。

東北大学流体科学研究所の石本淳教授らの研究グループは、高圧水素タンクの初期欠陥に起因するき裂伝ぱにより破損した際の反応性水素ガス漏洩の拡散?燃焼現象を調べるために、異分野融合的研究アプローチによって材料構造と反応性乱流多相流を同時に解析する連成解析手法を開発しました。さらに、高圧タンク隔壁の亀裂伝播による破損で漏洩する水素の拡散流動特性と燃焼限界に関連する新しい数値予測手法を開発しました。本研究成果は、各種輸送機用水素貯蔵容器の設計や水素ステーション構成の安全性指針策定?リスクマネージメントに貢献します。

本研究成果は、2021年11月19日付で学術誌``International Journal of Hydrogen Energy" On-line版に掲載されました。