事例シリーズ｜フロントランナーへのご提案
達成成果
セパレータ性能を最大限発揮する内部構造の開発
KEYWORD
#高圧型アルカリ水電解装置の研究
#内部の気泡挙動を可視化したい
#実際の運転条件で観察したい
#一日でも早く実験を開始したい
#短期間のプロジェクトで、着実に成果を得たい
▼
耐圧対応型透明アルカリ水電解装置で
加熱・加圧条件での内部観察を実現
STEP UP SUPPORT
ステップアップをご支援いたしました
| 基礎研究 |
応用研究・開発 |
製品化 |
事業化 |
| 1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
基礎
理論 |
単機
実験 |
ラボ
スケール |
パイロット
スケール |
実証
実験 |
試作品
製造 |
量産
体制 |
市場
投入 |
ビジネス
展開 |
ご依頼企業
A社様
プロジェクトのご紹介
アルカリ水電解では、電解槽の内部構造により電極近傍での気泡分離が不十分になり、その結果ガス抵抗が増加して性能が低下することがある。そこで本研究では、可視透過セルを用いて気泡の発生・成長をミクロに観察し、電極基材の表面仕様などを詳細に検討した。さらに内部構成の見直しに取り組み、気泡径の制御とガス抵抗の低減を図った。
耐圧対応型・耐熱耐圧対応型 透明水電解セルの試作開発および製作
Why NIIGATA
ニイガタが選ばれる理由
ニイガタでは、前例のないテーマに挑むフロントランナーの皆様をご支援させていただいております。今回は、加熱・加圧条件下における水電解装置の内部観察をご支援させていただきました。実際の流れと、ご担当者様へのインタビューで、ニイガタだからこその提案力・実現力を探ります。
APPROACH
try and errorの実践
検討開始からご提供・ご活用までのスピード感を重視し、段階的な試作を重ねるアプローチにてご提案させていただきました。
要件定義：最終目標と、現在の課題をお伺い
□ 大型アルカリ水電解装置の開発で、装置内に発生する気泡による抵抗を詳細に分析したい
□ 電極の種類によるガス発生の差を評価し最適な仕様を選定するため、実際の運転条件下で気泡の挙動を可視化したい
■ご提供速度を最重視し、設計製作の工夫で耐圧対応型を製作
■ご希望仕様に沿いながらも、加工速度を重視した設計
■お客様の既存設備に取付・運転可能な設計
■全面研磨で高透明度を確保
➡ ご使用後、さらなる課題をフィードバックいただきました。
▼
■耐熱耐圧対応型の製作に向け、素材の選定・試作のご提案
■ご希望仕様に対応可能な樹脂材の選定、ご提案
■耐熱性・耐薬品性等の各種性能から、ペレット材の某樹脂を選定
■ペレット材から加工母材を成型（試作）
■試作した母材にて、切削加工と研磨加工の試行
■加工性と研磨で実現可能な透明度を確認し、素材として本採用
➡ 試行により、素材の特性をとらえた設計製作が可能となりました。
▼
■1stステップ、2ndステップの知見を活かし設計製作
■仕様最適化のご提案で、納期短縮
➡ 1stステップでいただいた「さらなる課題」と2ndステップで掴んだ「素材の特性」により、お客様の成果実現のために重要な仕様と簡略可能な仕様を区別したご提案が可能となりました。また、ペレット材である某樹脂に狙いを定め、成型試作から段階的に行うアプローチを通して、従来は困難だった耐熱耐圧対応型の透明セルのご提供を実現しました。
仕様概要
| ■設計圧力：0.8MPa |
| ■設計温度：80℃ |
| ■耐薬品性：強アルカリ |
求められた性能要件
| ■耐熱性・耐圧性：金属製セルと同様の運転条件で運転可能なこと |
| ■高透明度：アルカリ水電解によって発生する各種ガスの気泡の挙動、および「ガス離れ」の様子をハイスピードカメラで観察できること |
| ■安全性：破裂の危険がないこと |
INTERVIEW
「やってみないと分からない」に伴走する
「なぜニイガタだったのか？」「ニイガタの強みはどこなのか？」
今回のご依頼の動機には、フロントランナーとしてどのような試行錯誤があったのか。ご担当者様（A社ご所属）にお伺いいたしました。
| Q |
ニイガタへの依頼を通して解決できた課題や、達成できた成果等について教えてください。
|
| A |
今回の依頼を通して、これまで諦めていた「水電解装置の内部観察を、加熱・加圧条件下で行う」ことが可能になりました。
これにより、高圧型アルカリ水電解装置の最適な電極仕様を評価・選定する上での、確かな知見が得られました。
以前から汎用樹脂製の透明セルを保有していましたが、耐熱性や耐圧性が低く、普段金属製セルで行っている
ような厳しい運転条件下での試験が困難でした。今回ニイガタ様に設計・製作していただいた透明セルは、
厳しい運転条件下での試験が可能になったので、現在も重宝しています。
|
| Q |
特に「やってみないと分からなかった」ことを教えてください。
|
| A |
実際の運転条件で、気泡挙動がどうなっているのかはやってみないと分からなかった点です。製作いただいた透明セルで観察することで、気泡径の観測が可能になりました。特に耐熱耐圧対応型では、運用を繰り返す中で見えてきた素材の課題もありましたが、実際の加熱・加圧条件下で内部観察ができた時は大きな手応えを感じました。
|
| Q |
スケジュール進行上の課題もあったとお伺いしています。
特に、ニイガタの提案で印象に残っていらっしゃる内容はありますか。
|
| A |
スケジュール進行上の課題に寄り添った柔軟な対応が非常に助かりました。全体を通して、まずは、元々持っている「こんな実験を行いたい」「この成果を達成したい」というイメージをニイガタ様にお伝えしました。そこから、ニイガタ様に「スケジュール期間内に成果獲得まで可能な仕様」をご提案いただき、段階的な目標設定に落とし込んでいただきました。
印象に残っている提案は、3rdステップでの仕様の簡略化です。当時は、1日でも早く実験を始めてデータを揃えたい状況でした。そこで、ニイガタ様に加工方法や内部仕様の変更による納期短縮を提案していただき、早期に実験に取り組むことができました。
|
| Q |
ご依頼にあたって、当初の懸念などはありましたか？
|
| A |
透明セルの製作にあたって、私たちが最も懸念していたのは安全面（樹脂の破裂事故）でした。これに対し、強度計算を実施しながら設計を進めていただくことができました。
|
| Q |
ご依頼当初の課題が一段落した後も、本製品をご利用いただいているとお伺いしました。
|
| A |
現在も、社内における水電解の研究開発は続いています。セルの内部を可視化したいと感じることは多く、年に数回は利用してハイスピードカメラでのデータ取得を行っています。電極の種類によるガス離れの差を定性的に確認するなど、方向性の検討等に活かしています。
|
| Q |
今後ニイガタに依頼をしてみたいこと・もしくはニイガタの推しポイントを教えてください。
|
| A |
水電解は勿論、その他の分野においても、反応の可視化を検討する際は御社に相談させていただきたく存じます。
|
御礼
貴重なお時間をいただき、取材のご協力誠にありがとうございます。当時のご所感や現在のご利用状況を直接お伺いでき、貴重な体験をさせて頂きました。誠にありがとうございました。
