日中コンサルティング

開発・設計

水素エネルギーの課題

将来のエネルギーシステムを支える技術として期待されている水素エネルギー技術は、燃料電池技術を筆頭に輝かしい発展を見せていますが、水素エネルギーのさらなる普及と水素社会実現に向けては、解決すべき課題が多く残されています。

1.水素の低コスト化

水素をエネルギーとして利用するためには、格段の低コスト化が必要です。
現在経済産業省資源エネルギー庁の「水素・燃料電池戦略ロードマップ」1Nm3当たりのコストを30円にすることを中・長期目標とする考え方が示されていますが、発電用燃料など、社会の基幹エネルギー分野で利用するためには、さらなるコストダウンが必要不可欠と考えられています。
当社は、既に天然ガス等化石燃料改質による水素製造装置の設備費を大幅に低コスト化することにより、水素のコストダウンに成功しております。
水素のコストダウンの決め手の一つである水素製造装置の低コスト化を通して、水素の低コスト化の課題に貢献して行きたいと願っております。

2.水素ステーションの低コスト化と普及

国の水素・燃料電池戦略ロードマップによれば、燃料電池自動車(FCV)の導入目標は、2020年までに4万台程度、2025年までに20万台程度、2030年までに30万台程度とされています。
それをサポートする水素ステーションの設置基数は、2020年度までに160箇所とされており、2020年代後半までに水素ステーション事業の自立化を目指すとされています。
この目標を達成するためには、ステーション建設コストのさらなる低減が必要と考えます。
当社は、都市ガス改質型オンサイト水素ステーションの水素製造装置の低コスト化と、水素生成装置PSAの最適化を図ることで、水素ステーションのエネルギー効率の高効率化と建設コストの低減を同時に達成する技術の開発に成功しております。
今後、LPGを原料とするオンサイトステーションの低コスト化などにも当社の技術を展開して、石油系燃料改質型オンサイト水素ステーションの低コスト化に貢献して行きます。

3.新しい水素利用技術の開発

水素の利用分野として期待されているものに、水素燃料発電技術があります。
水素燃料発電技術には、主に産業用コジェネレ－ション設備として開発が進んでいる、天然ガス・水素混合ガスを燃料とする空気燃焼タービン発電技術から、電力事業用水素・酸素燃焼タービン技術まで幅広い仕様があります。
当社は、水素燃焼に関する技術蓄積を基に発電技術の基本となる水素燃焼器の開発・設計・製作・評価などの面で、新しい水素発電技術の開発と実用化に貢献して参ります。
水素の新しい利用分野として現在世界的な注目を集めているパワー・ツー・ガス（Power-To-Gas：P2G）システムについても、水電解装置のシステム解析や、P2Gシステム全体のシステム設計及び効率解析などさまざまな側面からP2G技術の実用化に貢献したいと考えております。

4.水素供給チェーンの構築

水素社会の実現を目指して、FCVやエネファームの普及に向けた努力が続けられています。
これら燃料電池関連用途への水素供給に加えて、将来の水素燃料発電の実用化も視野に入れた場合には、燃料水素を低コストで、安定に、かつ大量に供給するための（CO2 フリー）水素供給チェーンの構築が重要な課題となります。
現在、オーストラリア褐炭を利用するCO2 フリー水素供給チェーンなどの実証研究が民間企業ベースで進められているほか、アルゼンチン・パタゴニアの風力資源を利用するCO2 フリー水素供給チェーン構想、あるいは、国内風力資源を利用するCO2 フリー水素供給チェーン構想等様々な努力が展開されております。
当社は、水素供給のインフラストラクチャー構築を目指すこのような研究開発努力を支援するために、保有する技術ポテンシャルを最大限に活用させていただきたいと願っております。

5.水素安全技術、規制見直し・規制緩和

水素を安心して使うためには、水素にかかわる安全技術の充実が必須です。
水素の安全を確保する技術（水素安全技術）の開発と相まって、水素を使いやすくするための規制見直しと、必要に応じた規制緩和が必要です。
当社は、東日本大震災による福島第一原子力発電所の事故解析などの経験から、法令等による規制のある施設・設備の設計・製作に必要な知見を保持しております。
水素にかかわる法規制を踏まえた設備等の設計・製作を積極的に提案させていただきます。
当社は、既に天然ガス等化石燃料改質による水素製造装置の設備費を大幅に低コスト化することにより、水素のコストダウンに成功しております。
水素のコストダウンの決め手の一つである水素製造装置の低コスト化を通して、水素の低コスト化の課題に貢献してゆきたいと願っております。

燃料電池・水素

燃料電池評価装置、触媒評価装置・耐久装置

自動車会社には100kw級自動車用燃料電池評価装置を納入しています。
その他、自動車会社、石油会社、ガス会社の研究所、大学等に納入しています。
他社では技術的に対応困難な特殊な燃料電池評価装置や触媒評価装置・耐久装置を多数納入しています。

超小型・高性能燃焼器

エネファームに搭載する改質器用燃焼器として超小型、高性能燃焼器の開発を行っています。

水素ステーション低コスト化

現在、オンサイト型水素ステーション用水素製造装置は、装置のコストを5,000万円以下にする為の開発が進められている。
しかしながら従来の水素製造装置では、装置を構成する機器類の点数の多さから価格目標を達成するためには更なる技術開発が必要と思われます。
当社では2013年度にNEDO（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）【水素利用技術研究開発/燃料電池自動車及び水素ステーション用低コスト機器・システムに関する開発】事業において（オンサイト型水素ステーション用低価格水素製造装置の開発）を採択頂き、【水蒸気改質器】、【CO転化器】、【蒸気発生器】を高度に一体化した複合型改質器を水素製造装置に搭載することで、FCVの普及に貢献する事を目的に水素製造装置を構成する機器点数を従来の2分の1以下に削減した小型で低コストである水素製造装置の開発を行いました。

水素製造装置の目標コスト：5,000万円以下を達成する。（100Nm³/h）

複合型改質器

家庭用燃料電池システム用改質器の開発では、大学と共同で1kw級PEFC用改質器の開発を行い、当時世界最小クラスの複合型改質器を開発致しました。

ISプロセスによる連続水素製造試験設備

2013年度に、(国研)日本原子力研究開発機構大洗研究開発センターに、硫酸やヨウ化水素を用いた化学反応を利用し、熱エネルギーによって水を分解し、水素と酸素 を生成するISプロセスによる連続水素製造試験設備を納入致しました。

ISプロセスの原理

ISプロセスは、ヨウ素（Ｉ）と硫黄（Ｓ）の化合物を利用した３つの熱化学反応を組み合わせることにより、水を熱分解する化学プロセスです。
高温ガス炉から供給される300～900℃の熱を用いて、硫酸やヨウ化水素の分解することによって水素と酸素を生成致します。
水以外のヨウ素、硫酸等の反応物質が、プロセス内で繰り返し使用される閉サイクル性が大きな特長です。

アンモニア合成試験設備

2017年度に、(国研)産業技術総合研究所 福島再生可能エネルギー研究センター向けに、アンモニア合成用の新触媒の性能確認として、アンモニア合成試験設備を納入しております。
産総研では、再生可能エネルギーを利用して製造した水素（再エネ水素）からのアンモニア（再エネアンモニア）の合成を実現するために、圧力を上げると性能が低下するルテニウム触媒特有の問題を克服し、10 MPa（約100気圧）以下の圧力範囲で高い活性を維持できる新規触媒を作製致しました。
日揮(株)殿が本触媒を用いて開発したプロセスにより、供給量が変動する再エネ水素からのアンモニア製造が可能となり、本触媒を搭載した実証試験装置を福島再生可能エネルギー研究所殿に建設して、本格的に実証試験を開始した。
アンモニアは、水素貯蔵物質として有用で大量に輸送でき、さらに、アンモニア自身が燃焼時に二酸化炭素(CO2)を排出しない燃料としても用いられることからエネルギーキャリアとして期待されております。
（［出典］(国)産業技術総合研究所）

水素混合ガスの供給利用実証事業

2018年度、2019年度にかけて環境省の再エネ電解水素の製造貯蔵および水素混合ガスの供給利用実証事業を進めています。
LPG改質および水電解装置からの水素を混合し、都市ガス相当の熱量のガスを製造致します。製造したガスは模擬住宅に送り、市販されているガス器具等で燃焼させることができます。

実証事業の概要

風力発電により水素を製造し、都市ガスに類似したガスに混合致します。
同混合ガスをガス配管により隣接地に設置した利用場所へ供給し、市販ガス機器において、水素混合ガスを実際に使用致します。

水素ステーション低コスト化

現在、オンサイト型水素ステーション用水素製造装置は、装置のコストを5,000万円以下にする為の開発が進められております。
しかしながら従来の水素製造装置では、装置を構成する機器類の点数の多さから価格目標を達成するためには更なる技術開発が必要と思われます。
当社では2013年度にNEDO（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）【水素利用技術研究開発/燃料電池自動車及び水素ステーション用低コスト機器・システムに関する開発】事業において（オンサイト型水素ステーション用低価格水素製造装置の開発）を採択頂き、【水蒸気改質器】【CO転化器】【蒸気発生器】を高度に一体化した複合型改質器を水素製造装置に搭載することで、水素製造装置を構成する機器点数を従来の2分の1以下に削減した小型で低コストである水素製造装置を開発して、FCVの普及に貢献する事を目的に開発を行いました。

水素製造装置の目標コスト：5,000万円以下を達成する。（100Nm³/h）

都市ガス改質水素供給設備について

従来型改質器を搭載した水素製造装置システムフロー（参考）

複合型改質器を搭載した水素製造装置システムフロー

複合型改質器のタイプ・構造

• 原料ガスは混合器で水蒸気と混合して低温シフト反応用触媒層（発熱反応）の内側と外側に設けた伝熱粒子層を通過する際、低温シフトの反応熱を吸収しながら加熱されます。
• 原料ガスは混合器で水蒸気と混合して低温シフト反応用触媒層更に加熱された原料ガスは高温シフト反応用触媒層（発熱反応）の内側と外側に設けた予備改質反応用触媒層（吸熱反応）を通過する際、高温シフトの反応熱を吸収して一部改質されます。
• 一部改質された原料ガスは下部の改質反応用触媒層（吸熱反応）で燃焼器からの燃焼熱により本改質されます。
• COを含む改質ガスは高温・低温シフト反応用触媒層を通過することによりCOの濃度を低減して、改質ガス精製装置(PSA)に送られます。
• 改質反応に必要な水蒸気は改質反応用触媒層の外側に設置した蒸気発生器で生成します。
• 燃焼器は複合型改質器の中心に設置し、外装の断熱材は高性能断熱材を採用して改質器の小型化を図ります。

実証試験機

CAE解析ソリューション

当社では長年にわたり原子力分野において培ってきた技術をベースに、CAE(コンピュータによる設計・製造支援)による受託解析やコンサルティングサービスを 提供しております。
お客様が抱えている様々な問題について、ものづくりとCAEという、ハード・ソフトの双方に対する知識と経験を活用し、最適なアプローチ手法のご提案や 解析結果の評価等、幅広い面からのサポートも行っております。
その他、特定の問題解決に対するシステム開発支援についても対応致します。

CAE受託解析サービス

弊社ではエネルギー、土木、建築、機械、自動車、航空宇宙、EDAからコンシューマなどの広範な領域におけるCAE受託解析サービスを行っております。
大規模な構造・熱解析から、流体解析、流体構造連成(FSI)を考慮したマルチフィジックス分野へ展開など、広範囲に及びます。
また設計に対する規格基準にも対応可能です。新規の開発業務には、準拠すべき規格基準に基づいた構造の妥当性評価が必要となりますが、弊社ではJSME、ASMEといった各規格Codeに従った解析・結果評価等を提供致します。

使用実績のあるソフトウェア

弊社では以下のソフトウエアの使用実績がございます。

• プリ/ポストプロセッサー：Femap, HyperMesh
• 解析ソルバー：ANSYS, NX Nastran, ABAQUS, ADINA, LS-DYNA, FLOW-3D, FloEFD

CAEコンサルティングサービス

弊社では経験豊富なCAE解析コンサルタントが、お客様のCAEに関する問題解決のオンサイト支援を提供致します。
※お客様に最適な契約形態や期間は内容により異なります。詳細はお打合せの上、確定致します。

CAEソフトウェアの販売・サポートおよび開発

弊社では以下のソフトウェアの販売・サポートを行っております。

• Femap：CAE 業界トップに位置する有限要素解析用プリ/ポストプロセッサーです。
• NX Nastran：米国のNASAにより開発されたMSC.Nastranをベースとする世界最高水準の汎用ソフトウェアです。
• Femap with NX Nastran：FemapとNX Nastranを統合させた高度な解析機能を有するNX Nastranソルバーがシームレスに連携されております。
• FLOW-3D：米国のFlow Science社により開発された汎用3次元CFDソフトウェアです。
  特に自由表面問題を高精度に解くことに定評があります。
  最新のF.SAI機能により流体－構造連成解析を行うことができます。

CAEによる解析事例

タービンブレード固有振動解析

弾塑性解析

軸対称応力集中解析

配管耐震解析

津波解析

地形形状や構造物を詳細にモデル化し津波現象を解析。
さらに津波による発生圧力を考慮した構造強度評価。

スロッシング解析

加振による液面の搖動の解析結果。

流体-構造連成解析
 

円柱の固有振動数と後流に発生するカルマン渦の渦放出振動数が同期するロックイン現象。

フレーム構造の振動解析
（はり＋シェルモデル）

フレームによる二重ボックス形状の振動解析、内側ボックスを含めすべてシェル要素でモデル化した詳細モデル。

フレーム構造の振動解析
（詳細シェルモデル）

フレームによる二重ボックス形状の振動解析、内側ボックスをはり要素でモデル化した簡易モデル。

タービンブレード固有値解析
（一次モード：ひずみエネルギー分布）

ランチョス法により求めたタービンブレードの一次固有振動数とひずみエネルギー分布。

タービンブレード固有値解析
（一次モード：変位分布）

ランチョス法により求めたタービンブレードの一次固有振動数、変形モードと変位分布。