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平成23年度水素ネットワーク 構築導管保安技術調査
平成２３年度経済産業省委託事業 平成２３年度水素ネットワーク 構築導管保安技術調査 「水素導管圧力解析調査」 調 査 報 告 書 平成２４年３月 三井化学産資株式会社 Ⅰ調査の概要 １．背景と目的 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ １ ２．調査体制 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ １ ３．調査内容 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ４ ３．１ 圧力損失解析式の導出過程及び暫定実用式導出に向けた要因選定 ・・・・・・ ４ ３．２ 圧力損失測定試験の試験装置の検討及び測定における事前調査 ・・・・・・・ ４ ３．３ 圧力損失測定試験の試験設備稼働方法の検討 ・・・・・・・・・・・・・・・ ４ ３．４ 圧力損失測定試験結果 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ４ ３．５ 水素暫定実用式の導出 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ４ Ⅱ圧力損失解析式の事前調査及び暫定実用式導出に向けた要因選定 １．圧力損失解析式の事前調査 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ５ １．１ Darcy-Weisbach の式 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ５ １．２ ＪＧＡ本支管指針の式 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ７ １．３ その他の圧力損失要因式 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ９ １．３．１ 螺旋管における圧力損失式 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ １．３．２ 継手（エルボ）における圧力損失式 ９ ・・・・・・・・・・・・・・・・ ９ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ １０ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ １０ ２．暫定実用式導出に向けた要因選定 ２．１ 平成１９年度調査結果 ２．２ 圧力損失における関連要因の選定 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ― i― １２ Ⅲ圧力損失測定試験の試験装置の検討及び測定における事前調査 １．試験設備の仕様 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ １．２ 試験設備設計思想 １．３ 配管図 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ １３ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ １６ ２．測定における事前調査 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ２．１ マノメータによる差圧測定の妥当性確認 ２．２ 系内の気体濃度管理 ２．３ 各管種での口径測定結果 ２．４ 各管種での表面粗度測定結果 ２．５ 試験温度の許容範囲調査 ２．６ 本試験で想定される圧力損失の算出 ３．試験条件 １３ １９ ・・・・・・・・・・・・・・・・・ １９ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ １９ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ２２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ２２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ２７ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ２８ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ３０ Ⅳ圧力損失測定試験の試験設備稼働方法の検討 １．各気体におけるライン全体のパージ方法及びシール方法 ・・・・・・・・・・・・・ ３１ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ３１ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ３４ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ３７ １．１ Ｎ２パージ及びＮ２シール １．２ Ｈ２置換及びＨ２シール ２．圧力損失試験方法 ２．１ 試験設備運転方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ３７ ２．２ 測定方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ３７ ３．異常時の対応及び不在時の維持管理 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ３９ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ３９ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ３９ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ３９ ３．１ ボンベハウス内の水素漏洩 ３．２ 屋外ライン中の水素漏洩 ３．３ ブロワの作動異常 ３．４ 不在時における維持管理 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ― ii― ３９ Ⅴ圧力損失測定試験結果 １．各種気体におけるポリエチレン管の圧力損失測定 ・・・・・・・・・・・・・・・・ １．１ 各種気体におけるポリエチレン管の圧力損失調査 １．２ 調査結果 １．３ 実測値と Darcy-Weisbach の式による理論値との比較 ・・・・・・・・・・・・・ ４０ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ４１ ２．延長による圧力損失への影響調査 ・・・・・・・・・・・ ４３ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ４６ ２．１ 各種延長におけるポリエチレン管の水素圧力損失調査 ２．２ 調査結果 ２．３ 実測値と Darcy-Weisbach の式による理論値との比較 ・・・・・・・・・・・ ４８ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ４７ ・・・・・・・・・・・ ４９ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ５１ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ５１ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ５２ ３．表面粗度による圧力損失への影響調査 ３．１ 鋼管の水素圧力損失調査 ３．２ 調査結果 ３．３ 実測値と Darcy-Weisbach の式による理論値との比較 ４．口径の圧力損失への影響調査 ・・・・・・・・・・・ ５５ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ５６ ４．１ 小口径管の水素圧力損失調査 ４．２ 調査結果 ４．３ 実測値と Darcy-Weisbach の式による理論値との比較 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ５６ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ５８ ５．コイル管による圧力損失への影響調査 ・・・・・・・・・・・ ５９ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ６１ ５．１ 螺旋状ポリエチレン管の水素圧力損失調査 ５．２ 調査結果 ５．３ 実測値と Darcy-Weisbach の式による理論値との比較 ・・・・・・・・・・・・・・・・ ６１ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ６２ ６．継手（エルボ）による圧力損失への影響調査 ・・・・・・・・・・・ ６３ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ６５ ６．１ 継手を介したポリエチレン管の水素圧力損失調査 ６．２ 調査結果 ６．３ 実測値と Darcy-Weisbach の式による理論値との比較 ７．調査結果まとめ ４０ ・・・・・・・・・・・・・ ６５ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ６６ ・・・・・・・・・・・ ６８ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ７５ ― iii― Ⅵ水素暫定実用式の導出 １．水素暫定実用式の導出 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ １．１ 暫定式導出に向けた課題と方策 １．２ 暫定実用式の提示 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ７６ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ７６ １．２．１ 想定される水素使用設計条件下での実測値と既存理論式との比較 １．２．２ １．２．３ Ⅶ総括 参考文献 ７６ ・・・ ７６ 暫定実用式の提示と既存理論式との比較（Ｋｈ値固定） ・・・・・・・ ７８ 暫定実用式の提示と既存理論式との比較（Ｋｈ値変動） ・・・・・・・ ８０ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ８３ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ８４ ― iv― Ⅰ．調査の概要 １．背景と目的 平成２１年７月の総合資源エネルギー調査会都市熱エネルギー部会において「低炭素社会における ガス事業のあり方」についての提言がなされ、「省ＣＯ２を図りつつ安定的なエネルギーの供給を確 保する為には（中略）二次エネルギーとして将来的に水素を活用することが重要」であり、「水素ス テーションを起点に水素パイプラインを通じて水素を供給できるようなネットワーク（ローカル水素 ネットワーク）を構築していくことが重要な課題」と提起されている。 しかしながら、水素のパイプライン供給に関しては、水素に特有の挙動特性等の基礎的な技術調査 や、系統的な技術検討がこれまでなされておらず、実用化に至っていない。 そこで、一般需要家向けの水素パイプライン供給に際して、保安技術確保のために必要となる導管 等のガス工作物について、そのネットワークとしての運用に係わる安全基準や工法等の具体的処置を 明確化するため、これに有用な基盤技術、知見を整理し、ガス事業法の技術基準等の見直しに反映さ せることで、水素ネットワーク社会構築における保安確保を図ることを本調査の目的とする。 ２．調査体制 経済産業省では平成２３年度より水素ネットワーク構築導管保安技術調査事業を開始し、初年度に あたる今回は調査事業全体が４事業に分割され、一般競争入札が実施された。 三井化学産資㈱ではそのうち「水素導管圧力解析調査」の調査事業を受託した。本調査にあたって は、「委員会の運営等」の調査事業を受託した一般社団法人日本ガス協会により運営される以下の委 員会、ワーキンググループにて協議することで効率的な事業推進を行う。 （１）特別専門委員会 （２）推進ワーキンググループ （３）事業連携会議 （一般社団法人日本ガス協会、ガス事業者との個別検討会議） 図２．１に調査実施体制（全体関連図）、図２．２に調査実施体制（三井化学産資㈱）を示す。ま た、表２．１に委員会等の名簿を示す。 ― １― 経済産業省 原子力安全・保安院 ガス安全課 ＜水素ネットワーク構築導管保安技術調査＞ 「委員会の運営等」/一般社団法人日本ガス協会 運営 ・委員会の設置、運営 ・他調査の実施者に対する助言 ・水素パイプラインの利用と保安に関する事例調査 委託 「水素漏えい・拡散挙動調査」／(独)産業技術総合研究所 ・水素の漏えい挙動、拡散挙動、着火影響、静電気着火に 係る調査の実施 特別専門委員会 審議 事業説明等 「付臭剤添加による金属系材料の水素脆化影響調査」 ／日鉄パイプライン㈱ ・付臭剤を添加した水素が金属系配管材料に及ぼす影響を 調査するための試験方法を計画 ・水素混入天然ガスの適用可能性検討 「施工方法の安全性評価調査」／日立金属㈱ ・PE 管融着作業時の安全性評価（温度）調査 ・鋼管孔作業時の安全性評価（温度）調査 「水素導管圧力解析調査」／三井化学産資㈱ ・水素パイプラインにおける圧力損失測定調査 ・水素暫定圧力式の算出 図２．１ 調査実施体制（全体関連図） ― 2― 推進ﾜｰｷﾝｸﾞｸﾞﾙｰﾌﾟ 管材事業部 事業部長 美濃田 武 実働部隊 本社 管材事業部 ガスパイプ部 部長 福留俊明 管材事業部 ガスパイプ部 担当部長 横峰勝重 大竹事業所 大竹事業所 管材開発部 部長 田中宏明 事業所長 田中泰夫 大竹事業所 管材開発部 担当 岩崎雅也 大竹 事業所 大竹事業所 管材開発部 担当 塩野井真 （Ａ）管材事業部 ガスパイプ部（１人） ・経済産業省および運営担当事業者との窓口、折衝業務 ・本調査事業の統括業務 （Ｂ）大竹事業所 管材開発部（３人） ・本調査事業計画の立案および実施 ・本調査事業の進捗管理 ・評価結果の解析 ・技術文献調査 ・工場関係各所との折衝・調整 ・経済産業省および運営担当事業者への経過報告 図２．２ 表２．１ 委員長 岡崎 委 吉川 暢宏 員 健 三井化学産資㈱の事業調査体制 水素ネットワーク構築導管保安技術調査特別専門委員会名簿 東京工業大学大学院 理工学研究科 教授 東京大学 生産技術研究所 革新的シュミレーション研究センター教授 粟飯原 周二 東京大学 工学系研究科 システム創成学専攻教授 西村 寛之 京都工芸繊維大学大学院 工芸科学研究科 先端ファイブロ科学部門教授 長もちの科学研究センター長 井上 雅弘 九州大学大学院 工学研究院 地球資源システム工学部門 水素エネルギー国際研究センター准教授 関係者 事務局 長谷 耕志 東京ガス株式会社 技術開発本部 基盤技術部長 藤井 貴 大阪ガス株式会社 理事 エンジニアリング部長 杉 経済産業省 原子力安全・保安院 ガス安全課 基準班長 司 篠原 秀和 経済産業省 原子力安全・保安院 ガス安全課 基準班 浅野 由香 経済産業省 原子力安全・保安院 ガス安全課 ガス安全専門職 一般社団法人 ガス工作物係長 日本ガス協会 技術開発部 燃料電池・水素グループ ― 3― ３．調査内容 都市ガス事業における導管材料としては、鋼管、ダクタイル鋳鉄管、ポリエチレン管等が主とし て用いられており、それぞれの材質に水素が及ぼす影響調査は、別途調査事業にて行われていると ころである。三井化学産資においても、ポリエチレン管についての調査を平成１９年度地方都市ガ ス事業天然ガス化促進対策調査「水素供給システム安全性技術調査（樹脂系材料の仕様検討）」に て実施し、性能への影響がないことを確認している。 上記の調査結果より、水素パイプライン供給に対しては、現状の都市ガス用圧力解析式（“ＪＧ Ａ本支管指針の式”、“Darcy-Weisbach の式” ）をそのままでは適用出来ないと結論付けているが、 水素ネットワークの効率的な導管網形成が実現できるように、水素パイプライン供給に適合した水 素の圧力解析式を導き出すための調査を実施した。 本年度は平成１９年度の調査結果を受け、下記の５項目を調査した。 ３．１ 圧力損失解析式の事前調査及び暫定実用式導出に向けた要因選定 本項目は、既存の圧力損失解析式や今回の測定で検討が必要な圧力損失要因式を洗い出し、暫定 実用式導出に必要な測定パラメータについて抽出し、導出の為の解析手段について調査した。 ３．２ 圧力損失測定試験の試験装置の検討及び測定における事前調査 本項目は、圧力損失を測定する為の敷地や試験装置の設計思想について検証し、その測定装置か ら想定される様々な測定誤差要因について調査した。 ３．３ 圧力損失測定試験の試験設備稼働方法の検討 本項目は、圧力損失測定試験にて実際に水素を取り扱う為、爆発混合気による着火等の災害・危 険性に対して細心の注意を払う必要があり、事前にあらゆる危険源を特定し、水素による着火事故 等を未然に防止する為の作業方法について調査した。 ３．４ 圧力損失測定試験結果 本項目は、水素配管時に重要となる圧力損失について、様々な条件下での水素圧力損失を確認し、 更に Darcy-Weisbach の式やその他の圧力損失要因式を用いた圧力損失計算結果と、様々な条件下 での水素圧力損失実測値と比較し、計算による水素圧力損失の妥当性について調査した。 ３．５ 水素暫定実用式の導出 本項目は、３．４で取得した圧力損失測定結果を基に、水素のパイプラインに適用可能な暫定圧 力式導出の為の課題と方策を挙げ、暫定実用式の導出及び適用可否について調査した。 ― 4― Ⅱ．圧力損失解析式の事前調査及び暫定実用式導出に向けた要因選定 １．圧力損失解析式の事前調査 暫定実用式導出に当り、試験結果の妥当性を確認する為の理論的に圧力損失理論値の算出可能な式 を使用する必要がある。今回は、圧力損失を導出する為の理論式の種類や都市ガス設計における従来 技術について調査を実施した。 １．１ Darcy-Weisbach の式 上記でも述べた通り、一般的な圧力解析式である Darcy-Weisbach の式は、 （１）式のように定義 される。 P ρ L 2D 2 V －（１） ΔＰ（Ｈ） ：起点圧力と終点圧力の差（圧力損失） ［Ｐａ］ Ｖ：ガス流速［ｍ／ｓ］ ρ：ガス密度［ｋｇ／ｍ３］ Ｄ：内径［ｍ］ λ：管摩擦係数［－］ Ｌ：本支管延長 ［ｍ］ ここで、管摩擦係数：λは、レイノルズ数：Ｒｅ及び相対粗さ：ε／Ｄに関係するが、層流と乱 流とでは全く異なった値を示す。 層流の場合の流体摩擦は、円管内の流れはポワズイユ流れとして取り扱うことが出来、レイノル ズ数：Ｒｅを（２）式と定義することで、管摩擦係数：λは（３）式のようになる。なお、νは動 粘性率［ｍ２／ｓ］を示す。 Re V D V D ν μρ λ 64 Re －（２） －（３） 乱流の場合の流体摩擦は、主として乱れ速度に基づく運動量の交換であって、慣性力の影響が大 きい為、管摩擦係数：λはレイノルズ数：Ｒｅのみならず、管壁の粗さの影響を受ける。このとき の管摩擦係数：λは（４）式のようになる。なお、（４）式はコールブルック（Cole-brook）の式 と呼ばれている。 ― 5― 1 2.51 εD -2 log λ 3.71 Re λ －（４） また、レイノルズ数：Ｒｅと相対粗さ：ε／Ｄから管摩擦係数：λを求める方法として、図１． １に示すムーディ線図（Moody diagram）を用いることとした。 図１．１ ムーディ線図 ― 6― １．２ ＪＧＡ本支管指針の式 一般社団法人日本ガス協会編「本支管指針（設計編） 」（ＪＧＡ試－２０１－０２）に、低圧本支 管の供給能力の算定として、（５）式で規定されている。なお、前記の参考資料には内径をセンチ メートルで表記されている為、センチメートル単位での内径（Ｄｃ）として記載する。 1000 H D c S Lg Q K 5 －（５） （５）式から圧力損失Ｈ（＝ΔＰ）を求める式に変換すると、 （６）式のようになる。 P Q S L g 5 K 2 Dc 2 －（６） ΔＰ（Ｈ） ：起点圧力と終点圧力の差（圧力損失） ［Ｐａ］ Ｑ：ガス流量［ｍ３／ｈｒ］ Ｓ：ガス比重［－／－ Ａｉｒ］ Ｄｃ：内径［ｃｍ］ Ｋ：流量係数［－］ Ｌ：本支管延長［ｍ］ ｇ：重力加速度［９．８ｍ／ｓｅｃ２］ また、流量係数：Ｋはポールの定数、米花の係数がある（表１．２）。今回調査に用いる、口径 ２５Ａの係数は規定されていないが、５０Ａ，７５Ａ，１００Ａの数値から定数を外挿して求めて 用いることとした（図１．２） 。 表１．２ 係数K 内径 (mm) D 50 80 100 150 200 300 低圧時の流量係数 米花 ポール ポール （定数） （内径ごとの定数） K=0.837(1+4.35/D)-1/2 鋼管 ＰＥ管 鋼管 ＰＥ管 鋼管 ＰＥ管 ＰＥ管 鋳鉄管 （１号U 鋳鉄管 （１号管） 鋳鉄管 （１号管） （２号管） ＰＥ管 管） (0.707) 0.632 0.623 0.612 0.607 － － (0.707) 0.685 0.668 0.674 0.660 － － 0.707 0.699 0.690 0.694 0.698 0.707 0.737 0.727 0.730 0.734 (0.707) 0.759 0.749 0.752 0.755 (0.707) 0.782 － － － ― 7― ポールの定数（PE１号管） 0.8 外挿値 文献値 0.7 0.6 0.5 25A 0.4 0 20 40 60 80 100 パイプ内径(mm) 図１．２ ２５Ａでの流量係数の算出 様々な文献で Darcy-Weisbach の式が一般的に取り上げられているが、実際の導管設計において上 式に含まれる管摩擦係数λや流速Ｖを都度導出する必要がある。一方、一般社団法人日本ガス協会で は、上記の方策では計算手順が煩雑になることを考慮し、Darcy-Weisbach の式から流量Ｑや流量係 数Ｋ等の導管設計に置き換えた式を規定したものと推測する。以上から、目的に応じて様々な式の形 態が存在するが、本質的には同じ原理に基づいたものであることが言える。 ― 8― １．３ その他の圧力損失解析式の事前調査 １．３．１ 螺旋管における圧力損失式 後述でも紹介するが、平成１９年度の調査では圧力損失の実測値と、ＪＧＡ本支管指針の式と は傾向が一致しないことを報告している。その中で、実測値と理論値との乖離の要因として想定 されるのは、その際に使用した試験体が螺旋状であったことである。直線状と螺旋状とで、圧力 損失導出に大きく影響する管摩擦係数が異なるからである。 乱流域での螺旋管の管摩擦係数：λｃは、実験から（７）式のように表すことが出来る。 R λc a 1 2 a 2 0 . 029 0 . 304 Re R 1 4 －（７） 但し、適用範囲： 0.034 Re a R 300 2 参考文献： 「機械工学便覧 基礎編 Ａ５ 流体工学」日本機械学会 λｃ：螺旋管の管摩擦係数［－］ ａ：管の半径［ｍ］ Ｒ：管中心軸の曲率半径［ｍ］ 今回、水素における試験流量範囲は２０～２００Ｎｍ３／ｈであり、そこからレイノルズ数を 算出し、試験に用いた螺旋管（呼び径：２５Ａ、５０Ａ）の管半径及び曲率半径を適用範囲に代 入すると、この試験流量範囲においては適用可能であることを確認した。螺旋管での実測値と理 論値との比較に当たっては、（７）式を適用する。 １．３．２ 継手（エルボ）における圧力損失式 一般的に折返し（ベンド）による圧力損失は、（８）式のように管摩擦係数と曲がりによる圧 力損失の和で表すことが出来る。 (ζλ l / D) ρ V 2 P 2 －（８） 参考文献： 「水力学－流れ現象の基礎と構造」実教出版 「機械工学便覧 基礎編 Ａ５ 流体工学」日本機械学会 ΔＰ（Ｈ） ：起点圧力と終点圧力の差（圧力損失） ［Ｐａ］ Ｖ：ガス流速［ｍ／ｓ］ ρ：ガス密度［ｋｇ／ｍ３］ Ｄ：内径［ｍ］ λ：管摩擦係数［－］ ζ：方向転換による損失係数［－］ ｌ ：曲がりの中心線に沿う長さ［ｍ］ ― 9― ２．暫定実用式導出に向けた要因選定 平成１９年度は、空気、都市ガスおよび水素と分子量が近い擬似水素ガスとしてヘリウムガスを用 いて圧力損失を実測し、得られた実測値と各種設計式、計算式による算出結果とを比較し、計算式の 適用性について調査した。 上記の調査結果から、水素パイプライン供給に対しては、現状の都市ガス用圧力解析式（“ＪＧＡ 本支管指針の式”、 “Darcy-Weisbach の式”）をそのままでは適用出来ないと結論付けているが、ヘリ ウムガスを使用し、かつ、非常に小さな流量でしか圧力損失を確認しておらず、実際に水素の使用が 想定される低～中流量域（～２００Ｎｍ３／ｈ）でのポリエチレン管に対する圧力損失への影響につ いて詳細な調査がなされていない。 その為、平成２３年度は、平成１９年度とは異なり、実際に水素を使用した圧力損失の測定調査を 実施した。 ２．１ 平成１９年度調査結果 平成１９年度の調査として、水素配管時に重要となる圧力損失について、一般社団法人日本ガス協 会編「本支管指針（設計編）」の低圧本支管の供給能力算定式および、一般社団法人配管技術協会編 「圧力損失ｖｅｒ．３．０」の Darcy-Weisbach の式を用いた圧力損失計算結果と、空気、都市ガス および水素擬似ガスとしてヘリウムガスを使用しての圧力損失実測値と比較し、計算による水素圧力 損失の妥当性を調査した。 （１）図２．１に示した通り、空気および都市ガスの場合、圧力損失の実測と、Darcy-Weisbach の式とは非常に良く一致している事が確認できた。 （２）ヘリウムガスの場合、５Nｍ３／ｈｒ以下の低流域では実測値と Darcy-Weisbach の式とは比 較的近いことが確認できた。しかし、５Nｍ３／ｈｒを超えた流域では実測と計算結果は乖 離が徐々に大きくなった。 上記を纏めると、以下の通りである。 （１）都市ガスとヘリウムガスの圧力損失実測の結果、流量が５Nｍ３／ｈｒ以下では両者はほぼ 同等の圧力損失であり、それ以上の流量域ではヘリウムガスの圧力損失は都市ガスの約 ６０％程度であった。 （２）空気、都市ガスの実測値は、一般社団法人日本ガス協会編「本支管指針（設計編）」計算式 および Darcy-Weisbach の式ともに良く一致した。しかしヘリウムガスの場合は両式と実測 は一致しなかった。その為、今後、低比重ガスを使用した場合には、正確な供給設計式を確 立する為更なる調査が必要である。 ― 10― 10 圧力損失 (kPa) 1 【空気】 0.1 0.01 測定値 JGA本支管指針(設計編) Darcy-Weisbachの式 0.001 1 10 100 3 試験流量 (Nm /hr) 10 圧力損失 (kPa) 1 【都市ガス（13A）】 0.1 0.01 測定値 JGA本支管指針(設計編) Darcy-Weisbachの式 0.001 1 10 100 3 試験流量 (Nm /hr) 10 圧力損失 (kPa) 1 【ヘリウムガス】 0.1 0.01 測定値 JGA本支管指針(設計編) Darcy-Weisbachの式 0.001 1 10 100 3 試験流量 (Nm /hr) 図２．１ 各種ガスによる圧力損失計算結果と実測値比較（２５Ａパイプ、４０ｍ長） ― 11― ２．２ 圧力損失における関連要因の選定 １．事前調査にて示した結果より、圧力損失に寄与する計算要因、即ち圧力損失に影響を及ぼす 要素として、下表２．１が起因するものと仮定し、調査を実施した。 表２．１ 圧力損失試験での確認項目 計算要素 パラメータ 条件 流体の種類（比重、粘度） 水素、ヘリウム、空気 管種（表面粗度、管摩擦係数） ＰＥ管、鋼管（ＳＧＰ） 管の圧損特性 口径 ２５Ａ、５０Ａ 温度 常温（配管水没等を行い温度影響を可能な限り低減） 配管長さ ２５ｍ、７０ｍ 導管設計 継手（エルボ） ２つ曲がり、４つ曲がり ― 12― Ⅲ．圧力損失測定試験の試験装置の検討及び測定における事前調査 １．試験設備の仕様 今回、製作及び使用した試験設備について以下に示す。 １．１ 試験設備設計思想 圧力損失測定時の圧力、温度及び流量の安定化を図り、かつ、任意に値を調整することを目的 とし、前項の確認項目を満足させるべく、次項に示すような圧送設備を設計・製作した。 測定にあたり、開放系での流れの場合、２００Ｎｍ３／ｈで各気体を流す為には大量の気体を 必要とすることから、循環系での流れで測定を行えるような設備を設計した。具体的な流量調整 は、ブロワからバッファタンク間で流れる流量のバランスを、タンク出側の流量調節弁により試 験体に流れる流量を調整し、任意の流量での圧力損失を測定するものである。 試験体（ポリエチレン管）についても試験装置と合わせて折返しを有する形状での接続とし、 直線での長さは、想定試験流量内で、圧力損失が確認出来、必要最小限の実施可能な延長（４０ ｍ、測定有効延長として３５ｍ）で設定した。 装置類は屋外に設置し、場合により雤滴からの養生をテント等により行う。また、水素、ヘリ ウム、窒素のボンベはボンベハウスに入れて管理を行いボンベハウス上部に水素検知器を配置す るものとする。加えて、検知器動作時には、緊急遮断弁にて水素を遮断する等の機能（安全対 策）を有することで、十分安全に配慮した各種検証が可能である。 ルーツ ブロワ バッファ タンク 試験体（ＰＥ管） ボンベ ハウス ４０ｍ（測定有効延長３５ｍ） 図１．１－１ 機器概略図 また、試験設備工事完工後の様子を以下に示した。 図１．１－２ 試験設備全景 ― 13― 図１．１－３ 図１．１－４ 試験設備ブロワ・バッファタンク部 試験設備ボンベハウス内部 なお、試験体は塩ビ管（呼び径として３００Ａ）を加工して製作した簡易水槽内に水没させるこ とで気体温度の安定化を図るものとする。水没させた際に、ポリエチレン管が浮力により浮き上が る為、固定冶具を別途製作し、冷却能力を高めることを期待する。 ― 14― 図１．１－５ 試験設備簡易水槽部（水没時） 図１．１－６ 固定冶具拡大 ― 15― １．２ 配管図 圧力損失測定試験を実施するにあたり、下図の試験配管で設計を実施した。 図１．２－１ 配管・計装図 ― 16― 図１．２－２ ― 17― 配管図 表１．２ 機器名 基数 防爆 主要機器リスト 形式 能力 仕様 メーカー 3相 200V 22ｋＷ ルーツブロワー 4Nm3/min（240Nm3/h） 0.03MPaG ㈱四葉機械製作所 レンジ：0～200Nm3/h(水素) 0～300Nm3/h（空気） 測定誤差：±1～2% 日本エマソン㈱ レンジ：0～2kPa 0～20kPa 測定誤差：±1%（2kPa） ±0.5%（20kPa） 長野計器㈱ ブロワー 1 d2G4 オリフィス流量計 1 d2G4 差圧計 1 d2G4 ガバナー 1- バッファタンク 1- 第二種圧力容器 安全弁（タンク付） 1- ｺﾝﾍﾟﾝｼｮﾅﾙ型 ﾃｽﾄﾌﾟﾗｸﾞ付 フレームアレスタ 1- 50A 水素検知器 1 d3aG4 空気中濃度0.5%（5000ppm）で検知 圧力計 5- レンジ：max 0.4MPaG 面積式流量計 1- ﾃｰﾊﾟｶﾞﾗｽ管 0～50L/min（運転 26L/min） 20℃ 下流側ニードル弁付き 流体工業㈱ 温度計 3- 直結型 ｻｰﾓｳｪﾙ付 JIS10K：25A レンジ：0～100℃ バイメタル・φ 125 ㈱佐藤計量器製作所 緊急遮断弁 1 d3aG4 ｴｱ駆動弁 FAIL CLOSE 電源喪失時クローズ 駆動ガスは、 N2ボンベより供給 KTM フレキシブルホース 8- 1m SUS316L 関西フレックス工業㈱ φ 100 一次側：30kPaG 二次側：10～30kPaG φ 1200×1000H SS400（1.58m3） 伊藤工機㈱ DP：0.5MPaG DT：100℃ 中条鉄工㈱ ㈱ミハナ製作所 SUS304 金子産業㈱ ― 18― パトライト（屋外）アラーム 新コスモス電機㈱ 長野計器㈱ ２．測定における事前調査 今回の圧力損失測定を行うに当り、各パラメータの妥当性及びその影響の度合いを把握しておく必 要がある。そこで、様々な測定パラメータについて事前に調査を行うことで、より精度の高い測定が 可能となる。以下には、その方策を示す。 ２．１ マノメータによる差圧測定の妥当性確認 表２．１－１ 流量計 （参考） 4.25 6.29 7.66 9.43 11.49 14.01 差圧計 2kPaレンジ 0.12 0.15 0.24 0.35 0.46 0.69 1.23 1.74 - 差圧計の妥当性確認 マノメーター 計測器差 誤差（FS比較） 20kPaレンジ 差圧［kPa］ 0.13 0.01 0.5% 0.16 0.01 0.5% 0.26 0.02 1.0% 0.37 0.02 1.0% 0.47 0.01 0.5% 0.69 0.00 0.0% 1.24 0.01 0.5% 1.73 -0.01 -0.5% 2.3 2.44 0.14 0.7% 3.2 3.30 0.10 0.5% 4.2 4.29 0.09 0.4% 5.5 5.61 0.11 0.5% 差圧計による差圧指示とマノメータによる差圧指示との比較により、各差圧測定値でのフルス ケールとしての測定誤差の割合を算出した。２ｋＰａレンジの差圧計の測定保証範囲は±１％、２ ０ｋＰａレンジの差圧計の測定保証範囲は±０．５％である為、いずれの差圧計も概ね測定保証範 囲内での測定が可能であることが確認出来た。 ２．２ 系内の気体濃度管理 本試験では試験気体で試験装置内をパージすることにより、系内の入替を実施する。その際、 水素は空気に比べて密度が小さい為、水素中に窒素が残存している場合、僅かな割合で残存してい ても混合気の密度は大きく変化し圧力損失にも影響することが想定される。そこで、水素中に含ま れる窒素の割合とそれによる密度変化、及び Darcy-Weisbach 式による混合気の密度毎の圧力損失 の関係を試算し、その結果を下図に示す。 ― 19― 0.18 0.16 推定密度（kg/m3） ※残部を窒素とする 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 100 99 98 図２．２－１ 97 96 95 水素濃度（％） 94 93 92 水素濃度による密度変化 圧力損失（ｋPa） 10 1 100% 99% 98% 97% 96% 95% 94% 93% 92% 0.1 0.01 10 図２．２－２ 100 流量（Nm3/h） 1000 混合気の密度毎の圧力損失変化（ＰＥ管使用、７０ｍ延長、水素使用条件） 上記の試算結果から、系内の水素中に窒素濃度が１０％程度含有していれば、圧力損失は純水素 と比較して約２倍大きくなる傾向にあることが確認出来た。 このことから、純水素としての測定精度を上げる為に、測定前後はガスサンプルを採取し、ガス クロマトグラフィーにて気体濃度が９９％以上であることを確認し、密度の違いによる圧力損失へ ― 20― の影響は極力出ないように配慮した。系内の気体を窒素から水素に切り替えて、水素の圧力損失試 験の開始と終了までの各気体濃度測定結果の一例を下図に示す。 0.25 100.0 99.93 0.22 99.8 99.78 0.15 0.14 0.10 99.6 99.4 H2濃度［%］ N2濃度［%］ 0.20 99.86 0.07 0.05 99.2 N2 H2 0.00 99.0 39 51（試験開始前） ﾊﾟｰｼﾞ所要時間［min］ 図２．２－３ 試験終了後 各気体濃度測定結果 本事業での実験装置では、窒素から水素に系内中の気体を切替るのに５０分程度所要することで ９９．９％の水素濃度を得ることが出来た。また、試験前後の水素濃度についても、測定上問題無 い程度の変化であることを確認した。 ― 21― ２．３ 各管種での口径測定結果 管口径は圧力損失に関わるパラメータ（レイノルズ数：Ｒｅ、管摩擦係数：λ等）の要因となっ ている。圧力損失実測値との比較に当り、圧力損失計算の精度を高める為に、公称値のみではなく 管種の各口径の実測値にて圧力損失を算出した。各管種の口径別測定結果を下表に示す。 表２．３ 測定値［mm］ 口径 規格中心値 （呼び） ［mm］ 管種 PE管 SGM管 ２．４ 各管種口径別測定結果一覧 1 2 3 4 Ave. 16A 15.6 15.41 15.44 15.66 15.42 15.48 25A 26.6 25.92 25.87 25.81 25.96 25.89 50A 48.2 47.80 47.80 47.86 48.04 47.88 50A 52.9 53.32 53.32 53.27 52.99 53.23 各管種での表面粗度測定精査 コールブルックの式やムーディ線図から、表面粗度によって管摩擦係数は変化し、管摩擦係数の影 響により圧力損失に影響するものと推測する。一般的に、ポリエチレン管の表面粗度は「合成樹脂管 の十分平滑なもの」である”１．６２［μｍ］”を、鋼管の表面粗度は「市販鋼管」である”５０ ［μｍ］”として取り扱われているが、文献値から実際に使用した各管種の表面粗度を測定した実測 値に変更した。表面粗度の測定は、２－３ｃｍ程度の管を半割りにしたものをそれぞれ３箇所ずつで 測定を実施した。各管種の表面粗度測定結果を下表及び下図に示す。 表２．４ 管種 口径 文献値 （呼び） ［μ m］ 各管種表面粗度測定結果一覧 測定値［μ m］ 1 2 3 4 5 6 Ave. PE管 16A 1.62 2.0527 1.933 2.1282 2.0855 2.2781 2.1773 2.1091 SGM管 50A 50 7.2634 10.2463 11.7545 12.2943 10.1587 10.3228 10.340 ― 22― 図２．４－１ ポリエチレン管表面粗度測定結果（１／２） ― 23― 図２．４－２ ポリエチレン管表面粗度測定結果（２／２） ― 24― 図２．４－３ 鋼管表面粗度測定結果（１／２） ― 25― 図２．４－４ 鋼管表面粗度測定結果（２／２） ― 26― ２．５ 試験温度の許容範囲調査 圧力損失測定の際は、ブロワを稼動し続ける為、測定時間が長い程ブロワの稼動熱と気体の系 内循環により、試験気体の温度が高くなることが想定される。そこで、熱膨張による配管及び内径 の変化に対する圧力損失への影響について試算した。 三井化学産資㈱独自の測定結果により、ポリエチレンの熱膨張係数は０．０００１８３（１℃に つき）であることが判明している。また、一般的に熱膨張量は、配管について（９）式、内径につ いて（１０）式で求めることが出来る。 L α（ t 2 t1） L －（９） D α（ t 2 t1） D －（１０） 参考文献： 「熱による鋼管の膨張と荷重」住友金属工業㈱ホームページ ΔＬ（ΔＤ）：熱膨張量［ｍｍ］ Ｌ：膨張前の配管長さ［ｍ］ Ｄ：膨張前の内径［ｍｍ］ α：熱膨張係数 ［－］ ｔ１：変化前の温度 ［℃］ ｔ２：変化後の温度 ［℃］ （９）式、（１０）式を使用して、ポリエチレン管使用、７０ｍ延長、水素使用下の条件におい て試験前温度が２０℃で任意の試験終了後の温度での配管及び内径変化、それに伴う圧力損失の試 算結果を以下に示す。 表２．５ 熱膨張による配管及び内径の変化一覧（ＰＥ管、７０ｍ延長、水素使用下条件） 初期温度［℃］ 終了温度［℃］ 配管の伸び[mm] 配管延長[m] 内径の伸び[mm] 配管内径[mm] 20 20 0 70.00 0 47.90 20 25 63 70.06 0.04311 47.94 20 50 378 70.38 0.25866 48.16 ― 27― 10 圧力損失（kPa） 1 0.1 H2理論値（DW式使用、遷移域≒乱流域、20℃（70m）） H2理論値（DW式使用、遷移域≒乱流域、25℃（70.063m）) H2理論値（DW式使用、遷移域≒乱流域、50℃（70.378m）) 0.01 10 100 流量（Nm3/h） 図２．５ 1000 熱膨張による圧力損失への影響（ＰＥ管、７０ｍ延長、水素使用下条件） 上図より、試験中にたとえ温度が２０℃から５０℃まで温度が上昇していても、配管延長の膨張 による圧力損失増加と、配管内径の膨張による圧力損失減尐の両方が影響している為、圧力損失は 殆ど影響しないことが確認出来た。 この結果より、試験中における多尐の温度変化は無視して問題無いものと判断する。 ２．６ 本試験で想定される圧力損失の算出 ２．３から２．５にて検証した圧力損失要因のパラメータを用いることで、より精度の高い理論 値の算出が期待出来る。従来の Darcy-Weisbach の式での算出理論値と継手（エルボ）２個分の圧 力損失も含めた測定パラメータ精査後の算出結果の比較を行った。その一例として、ポリエチレン 管使用、２５ｍ延長、水素使用下の条件での算出結果を下図に示す。なお、各理論値の算出に当り、 理論式で使用する各気体の物性値を下表に示す。 表２．６ 水素 気体 温度 粘性率 μ 各気体の物性比較 [℃] 0 20 ヘリウム 23 0 20 窒素 0 20 [kg/m s] 8.35E-06 8.76E-06 8.82E-06 1.86E-05 1.96E-05 1.66E-05 1.72E-05 密度 ρ [kg/m3] 0.08988 0.08412 0.08332 動粘性率 ν [m2/s] 9.29E-05 1.04E-04 1.06E-04 1.04E-04 1.10E-04 1.33E-05 1.48E-05 ガス比重 S [-/-Air] 6.95E-02 6.98E-02 6.97E-02 1.38E-01 1.48E-01 9.68E-01 9.65E-01 ― 28― 0.1785 0.1663 1.251 1.163 圧力損失（kPa） 1.0 0.1 H2理論値（従来、遷移域=乱流域） H2理論値（ｴﾙﾎﾞの圧損による補正実施） H2理論値（ｴﾙﾎﾞの圧損、内径による補正 実施） H2理論値（ｴﾙﾎﾞの圧損、内径、表面粗度・ 熱膨張係数による補正実施） 0.0 10 100 1000 流量（Nm3/h） 図２．６ 本試験で想定される圧力損失（ＰＥ管、２５ｍ延長、水素使用下条件） 本事業の測定において、最も影響が大きいものと考えられる圧力損失要因はエルボの圧損による ものであり、他の測定パラメータは圧力損失に実際の使用に支障をきたすほど大きな影響を及ぼさ ないことが確認出来た。この結果を基に、後述で紹介する試験測定値との比較を行った。 ― 29― ３．試験条件 表１．２－２で示した圧力損失試験での確認項目について、全ての項目を確認すべく以下の試験 条件を策定した。得られた結果を都度確認した上で次の試験に挑む工程で計画を組んでいる為、年度 内に三期に分けて実施するものとした。 なお、第一期では１９年度結果との比較や水素使用下の圧力損失測定の基礎データ採取、第二期で は表面粗度や管形状（＝生曲がり）の異なる試験条件での第一期結果との比較、第三期では継手によ る圧力損失への影響の確認を主目的として試験を実施した。 表３．１ 圧力損失測定条件一覧 試験 期間 試験 番号 管種 口径 （呼び） 長さ （ｍ） 管形状 エルボ 曲がり 第一期 （１１月） ① ＰＥ管 ５０Ａ ７０ 直管 ２曲がり Ｎ２ Ｈｅ、Ｈ２との比較用 ② ＰＥ管 ５０Ａ ７０ 直管 ２曲がり Ｈｅ 平成１９年度結果との比較用 ③ ＰＥ管 ５０Ａ ２０、４０ ７０ 直管 ２曲がり 無し Ｈ２ ５ｋＰａＧ下でも実施 ① ＳＧＭ管 ５０Ａ ７０ 直管 ２曲がり Ｈ２ 表面粗度による圧損への影響把握 ② ＰＥ管 ５０Ａ ７０ コイル管 無し Ｈ２ ③ ＰＥ管 ２５Ａ ７０ コイル管 無し Ｈ２ ④ ＰＥ管 ２５Ａ ７０ 直管 ２曲がり Ｈ２ ⑤ ＰＥ管 １６Ａ ７０ 直管 ２曲がり Ｈ２ ① ＰＥ管 ５０Ａ ２５ 直管 ４曲がり Ｈ２ 曲がりの一辺：５ｍ ② ＰＥ管 ５０Ａ ２５ 直管 ４曲がり Ｈ２ 曲がりの一辺：０．５ｍ ③ ＰＥ管 ５０Ａ ２５ 直管 ２曲がり Ｈ２ ４曲がりとの比較用 ④ ＰＥ管 ５０Ａ ２５ 直管 １曲がり Ｈ２ ２曲がりとの比較用 ⑤ ＰＥ管 ５０Ａ ２５ 直管 なし Ｈ２ ２曲がり、４曲がりとの比較用 ⑥ ＰＥ管 ５０Ａ ７８．５ 直管 ６曲がり Ｈ２ 試験配管の都合により、延長は成行 ⑦ ＰＥ管 ５０Ａ ９０ 直管 １０曲がり Ｈ２ 試験配管の都合により、延長は成行 第二期 （１２月） 第三期 （１月） ※大気圧（０［ＰａＧ］） 、常温の条件下にて測定を実施。 ― 30― 気体 備考 小口径による圧損への影響把握 Ⅳ．圧力損失測定試験の試験設備稼働方法の検討 １．各気体におけるライン全体のパージ方法及びシール方法 今回の圧力損失測定試験では実際に水素を取り扱うに当たる為、爆発混合気による着火等の災害・ 危険性に対して細心の注意を払って試験を行うべきである。また、装置駆動による騒音や振動等、試 験場所周辺への配慮も必要である。 事前にあらゆる危険源を特定し、試験者が安全に試験を実施出来るような作業手順を作成すること により、水素による着火事故等を未然に防止することが可能となる。以下には、その作業方法の一部 を紹介した。 １．１ Ｎ２パージ及びＮ２シール スタートアップの第１段階としてＮ２パージを実施する。また、Ｈ ２での試験後の配管施工前や、 試験終了時にも、Ｎ２パージを実施する。目的は①系のＮ ２置換による可燃性ガス、可燃性液体の着 火防止②支燃気体であるＯ２の除去である。管理目標値はＯ２濃度１％以下とする。 ［Ｎ２パージ］ ＜事前準備＞ （１）系内のバッファタンクテストエリア側の各バルブ（⑩、⑪、⑫、⑬）が開いている事、及びそ れ以外の各バルブ（①～⑨、⑭～）が閉じている事を確認する。なお、計器類の各バルブは 常時開とする。 （ａ～ｐ） （２）ブロワの冷却水循環ポンプを起動させ、ポンプに付帯する流量計を見て冷却水をブロワに送液 可能であることを確認する。 ＜ボンベハウス内の残留ガスパージライン＞ （３）ライン内をパージする際にパージ用の気体でバッファタンク内の圧力が過圧状態（０．４５Ｍ ＰａＧ以上）にならないよう、予めブロワ入側～フレームアレスタへの抜出しラインのバルブ （⑭）を開ける。但し、バッファタンク上部の圧力計（バルブｅに付帯する圧力計）で大気圧 （０ＰａＧ）未満である場合は、先に操作（４）を行った後に実施する。 （４）Ｎ２ボンベ出側の減圧弁の二次側の圧力計にて０ＰａＧであることを確認し、Ｎ ２ボンべ元弁、 減圧弁出側の流量調整バルブ及びボンベに付帯したフレキシブルホースをラインに接続する側 のバルブ（①～④のいずれか１つ）を尐開する。このときに、Ｎ ２の一次側の圧力に注意する。 尐開後、減圧弁の二次側の圧力を減圧弁の圧力調整バルブにて０．３ＭＰａＧに調整し、 圧力計（ｃ）の読み及び緊急遮断弁の開度を確認し、遮断弁を開にした後に圧力計のバルブ （ｃ）を閉にする。この操作は、緊急遮断弁駆動の為に、０．３ＭＰａＧ加圧する必要がある 為に実施する。 （５）Ｈ２ボンベラインのバルブを開けて、フレキシブルホース接続口のバルブ（⑰～⑳）から１～ ２秒間Ｎ２ブローし、残ガスをパージ後、同様のバルブを閉にする。また、ライン内からＨ ２ を追い出す際はバルブ⑰のみを使用する。この操作は、パージ操作にてＨ２がハウス内で一時 的に滞留し、緊急遮断弁の作動を防止する為に実施する。 （６）ボンベハウス出側（⑤）のバルブを開けて、屋外の設備エリアへＮ ２パージする。このときに、 フレームアレスタ付近の酸欠に注意し、それらの機器に顔を近付けないようにする。 ― 31― ＜残留ガスパージライン サイクル①＞ （７）ブロワ出側（⑥）のバルブを開にする。また、サイクル③から移行する際は、ブロワと停止 させ、ブロワ入側～フレームアレスタへの抜出しラインのバルブ（⑭）を開、バッファタン クバイパス側（⑦）及びブロワ入側のバルブ（⑮）を閉にする。その状態から、テストエリ ア及び大気開放ラインを３分間パージする。また、３分間よりも多目パージする場合は１０ 分間とする。 ＜残留ガスパージライン サイクル②＞ （８）サイクル①終了後、バッファタンクバイパス側（⑦）、ブロワ出側のバイパス弁及びブロワ 入側のバルブ（⑮）を開、ブロワ入側～フレームアレスタへの抜出しラインのバルブ（⑭） を閉にする。その状態から、バイパスライン及びブロワ入側ラインで３０秒間Ｎ ２循環させ る。 ＜残留ガスパージライン サイクル③＞ （９）サイクル②終了後、ブロワを起動し、テストエリア経由で３０秒間Ｎ ２循環させる。以降、 パージを続ける際は、サイクル①の操作から再開する。このときに、Ｎ ２で循環させる際の 騒音に注意する。またこのサイクルを１５回繰り返すと、所定濃度により近くなることが判 明した。 （第一期実施の結果から、所要時間６０分） ＜サンプリング＞ （１０）サイクル③終了後、ブロワ入側のサンプリングバルブ（⑯）からサンプリングし、Ｏ ２濃度 が所定濃度以下であることを確認する。 ［Ｎ２シール］ （１）Ｏ２濃度を確認し、サイクル③終了後、ブロワを停止し、ブロワ入側～フレームアレスタへ の抜出しラインのバルブ（⑭）を一時開にし、以下の順でバルブを閉め、Ｎ ２シールとする。 （⑭→①～④→⑤→⑥） （２）長時間使用しない際はＮ２ボンベ元弁を閉じて、ボンベ出側の減圧弁の二次圧側を０ＰａＧ に調整する。また、系内のバッファタンクテストエリア側の各バルブ（⑩、⑪、⑫、⑬）を 閉にする。 ― 32― 図１．１－１ Ｎ２パージライン サイクル① 図１．１－２ Ｎ２パージライン サイクル② ― 33― １．２ Ｈ２置換及びＨ２シール 試験ライン内をＨ２雰囲気にすべく、Ｎ２或いはＨｅからＨ２に試験気体の置換を実施する。目的は ① Ｈ２の圧力損失試験では、Ｈ２雰囲気で実施②系のＨ２置換による他気体の混合防止である。管理 目標値はＨ２濃度９９％以上とする。 ［Ｈ２置換］ ＜事前準備＞ （１）Ｎ２或いはＨｅシールの状態で、系内のバッファタンクテストエリア側の各バルブ（⑩、⑪、 ⑫、⑬）が開いている事、及びそれ以外の各バルブ（①～⑨、⑭～）が閉じている事を確認す る。この操作は、ライン内に空気が存在すると、Ｈ２が可燃性混合気となり得る為、必ずＮ ２ シール或いはＨｅシールを実施した後に実施する。なお、計器類の各バルブは常時開とする。 （ａ～ｐ） （２）ブロワの冷却水循環ポンプを起動させ、ポンプに付帯する流量計を見て冷却水をブロワに送液 可能であることを確認する。Ｎ２パージの操作と併せて実施の場合、この操作は割愛する。 ＜ボンベハウス内の残留ガスパージライン＞ （３）バッファタンク上部の圧力計（バルブｅに付帯する圧力計）で大気圧（０ＰａＧ）以上である ことを確認し、ブロワ入側～フレームアレスタへの抜出しラインのバルブ（⑭）を開ける。大 気圧（０ＰａＧ）未満である場合は、先に操作（４）を行った後に実施する。 （４）Ｎ２ボンベ出側の減圧弁の二次側の圧力計にて０ＰａＧであることを確認し、Ｎ ２ボンベ元弁、 減圧弁出側の流量調整 バルブ及びボンベに付帯したフレキシブルホースをラインに接続 する側のバルブ（①～④のいずれか１つ）を尐開する。このときに、Ｎ２の一次側の圧力に注 意する。尐開後、減圧弁の二次側の圧力を減圧弁の圧力調整バルブにて０．３ＭＰａＧに調整 し、圧力計（ｃ）の読み及び緊急遮断弁の開度を確認し、遮断弁を開にした後に圧力計のバル ブ（ｃ）を閉にする。Ｎ２パージの操作と併せて実施の場合、この操作は割愛する。 （５）Ｈ２ボンベ出側の減圧弁の二次側の圧力計にて０ＰａＧであることを確認し、Ｈ２ボンベ元 弁、減圧弁出側の流量調整バルブ及びボンベに付帯したフレキシブルホースをラインに接続す る側のバルブ（⑰～⑳のいずれか１つ）を尐開する。このときに、Ｈ２の一次側の圧力に注意 する。尐開後、減圧弁の二次側の圧力を減圧弁の圧力調整バルブにて０．１ＭＰａＧに調整す る。 （６）ボンベハウス出側のバルブを開けて、屋外の設備エリアへＨ ２置換する。また、バルブにてラ インを開放する際は、都度リークテスタにて、各配管（鋼管、ＰＥ管）の繋ぎ口からのＨ ２の 漏れが無きことを確認する。 ＜残留ガスパージライン サイクル①＞ （７）ブロワ出側（⑥）のバルブを開にする。また、サイクル③から移行する際は、ブロワと停止さ せ、ブロワ入側～フレームアレスタへの抜出しラインのバルブ（⑭）を開、バッファタンクバ イパス側（⑦）及びブロワ入側のバルブ（⑮）を閉にする。その状態から、テストエリア及び 大気開放ラインを３分間パージする。また、３分間よりも多目パージする場合は１０分間とす る。 ＜残留ガスパージライン サイクル②＞ （８）サイクル①終了後、バッファタンクバイパス側（⑦）、ブロワ出側のバイパス弁及びブロワ入 ― 34― 側のバルブ（⑮）を開、ブロワ入側～フレームアレスタへの抜出しラインのバルブ（⑭）を 閉にする。その状態から、バイパスライン及びブロワ入側ラインで３０秒間Ｈ ２循環させる。 ＜残留ガスパージライン サイクル③＞ （９）サイクル②終了後、ブロワを起動し、テストエリア経由で３０秒間Ｈ２循環させる。以降、パ ージを続ける際は、サイクル①の操作から再開する。このときに、Ｈ２で循環させる際の騒 音に注意する。またこのサイクルを１５回繰り返すと、所定濃度により近くなることが判明 した。（第一期実施の結果から、所要時間６０分） ＜サンプリング＞ （１０）サイクル③終了後、ブロワ入側のサンプリングバルブ（⑯）からサンプリングし、Ｏ ２濃度 が所定濃度以下であることを確認する。Ｈ２置換する際は都度、濃度を確認する。 ［Ｈ２シール］ （１）Ｈ２濃度を確認し、サイクル③終了後、ブロワを停止し、ブロワ入側～フレームアレスタへの 抜出しラインのバルブ（⑭）を一時開にし、以下の順でバルブを閉め、Ｈ ２ シールとする。 （⑭→⑰～⑳→⑥） （２）試験時以外の休憩等、一時的に試験設備から離れる際は Ｈ２ボンベ元弁を閉じて、ボンべ出 側の減圧弁の二次圧側を０ＰａＧに調整する。 （３）長時間使用しない際はＨ２ボンベの元弁が閉であることを確認し、２．１の手順に沿ってＮ２ パージを実施する。 ― 35― 図１．２－１ Ｈ２置換ライン サイクル① 図１．２－２ Ｈ２置換ライン サイクル② ― 36― ２．圧力損失試験方法 適正なガス流量、圧力の調整に必要な機器操作を実施する。目的は①各気体における圧力損失（差 圧）測定②圧力損失に付帯する各パラメータ測定（流量、温度、圧力）である。管理目標値は①流 量：０～２００Ｎｍ３／ｈ（Ｈ２、Ｈｅ）、０～３００Ｎｍ３／ｈ（Ｎ２）②温度：常温（試験中に大 幅な温度変化が無きこと）③圧力：０～０．０３ＭＰａＧとする。 ２．１ 試験装置運転方法 ＜事前準備＞ （１）各気体シールの状態で、系内の各バルブ（①～）が閉じている事を確認する。この操作は、混 合気でのデータは不要である為、必ず各気体シールを実施した後に行うものとする。（但し、 空気で試験を行う場合は、この限りでは無い。）なお、計器類の各バルブは常時開とする。 （ａ ～ｐ） ＜ライン操作＞ （２）バッファタンクテストエリア側（⑩或いは⑪→⑫→⑬）～ブロワ入側（⑮）の各バルブを開け て、ブロワを起動し、テストエリア経由で試験流体を循環させる。また、バルブにてラインを 開放する際は、都度リークテスタにてＨ ２の漏れが無きことを確認する。なお、試験配管無し での運転を行う際は、テストエリアに循環用スプールピースを差し替えるものとする。 （３）試験気体の流量及び圧力を根本的に変更する場合は、試験流体のボンベバルブを尐開し、ブロ ワ出側迄のバルブの開度を調節し、排気流量を調整する。（Ｎ ２、Ｈｅ使用時：①～④のいず れか１つ→⑤→⑥、Ｈ２使用時：⑰～⑳のいずれか１つ→⑥）このときに、バッファタンク上 部の圧力計で各試験気体の圧力に注意する。 （４）バッファタンクの内圧が安定しない場合は、バッファタンクバイパス側のバルブ（⑦）の開度 を調節し、圧力調整する。 （５）テストエリア入り側の圧力が、希望する圧力迄整圧出来ていない場合は、ガバナーのスプリン グを切り替えて、バッファタンク出側の二次側の圧力を変更する。また、ガバナー内部のスプ リングの切替時は、一時的にライン内が開放状態になる為、切替前後でＮ ２パージを実施する。 （６）流量計及び差圧計レンジを変更する場合は、必要に応じて各バルブの開閉により、流量計（⑩ 或いは⑪）及び差圧計（ｍ或いはｎ）の流路をそれぞれ１方向になるよう変更する。 （７）運転準備が整った時点で圧力損失等の測定を開始する。また、試験終了時は速やかにブロワ及 び冷却ポンプを停止する。 ２．２ 測定方法 （１）差圧計、流量計、熱電対（温度）の接点をＰＣ側に接続する。このときに、試験体側の接点か ら、水が流入しないよう注意する。 （２）試験体に接続した測定用ソケットにエアチューブを差込みエアチューブのもう片方を差圧計の 差込口に接続し、データロガーにて、ＰＣに経時での測定データを取り込む。 （３）圧力等、データロガーで拾えないパラメータに関しては、必要に応じて都度、現場からゲージ を読み取り、記録する。 ― 37― 図２．１ 運転ライン ― 38― ３．異常時の対応及び不在時の維持管理 スタートアップ時及び試験時に系内（ボンベハウス内、屋外ライン）よりＨ ２の漏洩の異常があっ た場合、 直ちにボンベ出側の緊急遮断弁で系内のＨ２供給を停止し、ブロワ排気にて異常排気ライ ンからの大量 流出を防止する。また、ブロワの作動異常時も、ブロワを直ちに停止させ、Ｎ２パー ジにてライン中のＨ２をフレームアレスタ経由で大気放出する。 ３．１ ボンベハウス内の水素漏洩 （１）ボンベハウス内の水素検知器のアラームで漏洩を検知する。但し、漏洩の疑いなければ水素検 知器誤作動も考えられるので、原因を調査する。 （２）検知と同時に緊急遮断弁によりテストエリアへのＨ２供給を停止させる。 （３）Ｈ２リークテスタにて漏洩箇所を見つけ、漏洩防止を図る。 （４）漏洩箇所を復旧後、Ｈ ２ボンベバルブの元弁、及びフレキシブルホース接続口のバルブ（⑰～ ⑳）を閉にした後にボンベを取り外す。このときに、ハウス内にＨ ２が充満していることを懸 念し換気を十分に行い作業する。 ３．２ 屋外ライン中の水素漏洩 （１）Ｈ２リークテスタのアラームで漏洩を検知する。 （２）Ｈ２ボンベバルブを閉じて、テストエリアへのＨ２供給を停止させる。 （３）Ｈ２リークテスタにて漏洩箇所を見つけ、漏洩防止を図る。 （４）Ｎ２ボンベ側（①～④）～ブロワ出側（⑤、⑥）迄の各バルブを開けて、Ｎ ２パージにて残留 Ｈ２を系外へ大気放出する。 （５）復旧後、再度リークテストを行う。また、スタート前に全員で、事例検討を行い、再発防止に 努める。 ３．３ ブロワの作動異常 作動時に以下の異常を想定する。また、ブロワ異常による火花発生には十分に注意する。 （１）排気（静圧）不良、電動機異音 （２）発熱異常 ： ： 速やかにブロワと停止する。 速やかにブロワを停止し、水冷クーラーにより温度を沈静させる。 （３）冷却ユニット（水中ポンプ）不良 ： ユニット（水中ポンプ）を停止し、小型ファンで冷却 可能か検討し、不可能ならブロワも停止する。系内の残留気体は、Ｎ ２パージにて圧送し、大 気放出する。 ３．４ 不在時における維持管理 （１）退出時は必ず各ボンベの元弁が閉になっていること、ボンベ出側の減圧弁の二次圧側を０Ｐａ Ｇになっていること、及びブロワ等の各種電源がＯＦＦになっていることを確認する。 （２）ボンベハウス内気体漏洩による酸欠防止の為、ハウス内の風通しを良い状態で維持する。 （３）ボンベを設置する際は、常時壁側に設置し、周囲をチェーンで巻くことにより固定し、使用時 も含めてボンベ転倒を防止する。使用していないボンベについては、横に寝かせた状態で、ボ ンベハウス内に保管する。 （４）試験設備を長期で使用しない場合は、試験設備全体をブルーシート等で覆い、またボンベもボ ンベメーカーに返却する。 （５）万が一、不在時に問題が発生した際は、現場まで急行し、直ちに原因追求にあたる。 ― 39― Ⅴ．圧力損失測定試験結果 前項までの既存式、試験装置の検証を踏まえ、以下に測定結果を記載する。 １．各種気体におけるポリエチレン管の圧力損失 １．１ 各種気体におけるポリエチレン管の圧力損失測定 国内での水素を用いた圧力損失調査は報告された事例が尐ない。まずは水素の圧力損失が他の 気体に対しての圧力損失差を把握する為に、水素使用下での圧力損失測定、及びその比較として ヘリウム、窒素の圧力損失を測定した。 水素はヘリウムや窒素よりも比重が軽く、粘性が小さいため圧力損失が小さいことが予想され る。試験装置の能力及び今回の試験場での最大延長を想定し、５０Ａパイプで７０ｍ直管（継手 ２個による折返し）を使用した。今回、評価に供したパイプ、ガスを下記に示す。 ・パイプ：ＧＰ５０ＡＬ 直管（７０ｍ） 外径＝６０．０ｍｍ 内径＝４８．２ｍｍ（規格中心値）、４７．９ｍｍ（測定値） 製造・販売元：三井化学産資㈱ ・ガス ：水素、ヘリウム、窒素 不純物濃度 水＝３ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 酸素＝２ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 メタン＝０．５ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 販売元：㈱エア・ガシズ北九州 測定は、パイプの根元にある入側の圧力取り出し口から７０ｍの位置に出側の圧力取り出し 口を取付け、圧力の差圧を測定する。 直線部の差圧測定として使用 平面図 差圧計 ﾌﾞﾛﾜ戻り方向 この距離の倍をエルボ（２個）を 含んだ差圧測定として使用 ﾊﾞｯﾌｧﾀﾝｸ 側面図 流量計 差圧計 差圧計を任意の管長さ位置に 移動して測定 図１．１ 各測定位置 流量範囲２０Ｎｍ３／ｈ～２００Ｎｍ３／ｈ、大気圧（０ＰａＧ）、常温（２０℃）下での測定 とし、供給ガスの温度は圧力損失測定時に、流量や圧力損失と併せて都度測定した。 ― 40― １．２ 調査結果 水素、ヘリウム及び窒素での圧力損失結果を表１．２及び図１．２に示す。なお、流量計の保 証範囲は２５～２２５［Ｎｍ３／ｈ］（水素、ヘリウム）、３７～３３７［Ｎｍ３／ｈ］（窒素） である為、それ以外の範囲での流量実測値及びそれに伴う圧力損失実測値は参考値として取り扱 うものとする。 表１．２ 気体：H2 ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] 23.6 0.044 27.9 0.060 29.2 0.070 31.7 0.084 37.1 0.111 47.3 0.172 57.7 0.236 68.6 0.320 83.3 0.446 97.9 0.586 104.3 0.654 110.5 0.722 119.2 0.821 136.2 1.029 147.1 1.174 163.1 1.410 172.1 1.541 188.7 1.800 206.3 2.097 211.9 2.523 各種気体における圧力損失測定結果 気体：He 気体：N2 ガス流量Q 圧力損失⊿P ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] [Nm3/h] [kPa] 25.3 0.090 42.1 0.963 30.9 0.136 47.1 1.290 38.7 0.242 50.8 1.531 48.0 0.352 61.0 2.120 53.3 0.422 74.1 3.043 58.5 0.497 100.2 5.168 60.2 0.520 108.3 6.060 70.5 0.681 118.7 7.230 79.7 0.835 126.8 8.188 89.9 1.024 138.7 9.735 99.7 1.221 151.1 11.575 111.8 1.494 126.5 1.840 140.7 2.211 151.4 2.628 100 圧力損失（kPa） 10 H2実測値 1 He実測値 0.1 N2実測値 0.01 10 100 流量（Nm3/h） 図１．２ 各種気体における圧力損失測定結果 ― 41― 1000 ４０Ｎｍ３／ｈから１５０Ｎｍ３／ｈまでの流量範囲において、密度が小さい気体程圧力損失も 小さくなることが確認出来た。また、２０℃における水素の密度が０．０８４１２［ｋｇ／ｍ３］、 窒素の密度が１．１６３［ｋｇ／ｍ３］と約１０倍程異なることに対して、圧力損失も同様に流量 に依らず約１０倍程異なることから、圧力損失の要因には気体の密度が大きく寄与することが確認 出来た。 ― 42― １．３ 実測値と Darcy-Weisbach の式による理論値との比較 実測値の比較を目的に、Ⅱ１．１ Darcy-Weisbach 式及びⅡ１．３．２ 継手（エルボ）に おける圧力損失式に準拠して、理論値を算出し、その比較結果を表１．３－１～１．３－３及び 図１．３－１～図１．３－３に示す。 表１．３－１ 水素における圧力損失比較結果 圧力損失⊿P [kPa] ガス流量Q ガス流速V Re数 管摩擦係数λ ※ 理論値 実測値 [Nm3/h] [Nm/s] [-] [-] 23.6 3.64 1675 0.038 0.033 0.044 27.9 4.29 1978 0.032 0.040 0.060 29.2 4.50 2074 0.049 0.064 0.070 31.7 4.89 2253 0.048 0.074 0.084 37.1 5.72 2634 0.045 0.096 0.111 47.3 7.29 3361 0.042 0.146 0.172 57.7 8.89 4095 0.040 0.205 0.236 68.6 10.58 4873 0.038 0.277 0.320 83.3 12.85 5918 0.036 0.388 0.446 97.9 15.09 6952 0.034 0.513 0.586 104.3 16.08 7408 0.034 0.573 0.654 110.5 17.04 7849 0.033 0.634 0.722 119.2 18.38 8466 0.032 0.724 0.821 136.2 21.00 9673 0.031 0.914 1.029 147.1 22.68 10448 0.031 1.046 1.174 163.1 25.14 11584 0.030 1.255 1.410 172.1 26.52 12219 0.029 1.378 1.541 188.7 29.09 13401 0.029 1.622 1.800 206.3 31.79 14648 0.028 1.898 2.097 211.9 32.66 15048 0.028 1.991 2.523 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 表１．３－２ ヘリウムにおける圧力損失比較結果 圧力損失⊿P [kPa] ガス流量Q ガス流速V Re数 管摩擦係数λ ※ 理論値 実測値 [Nm3/h] [Nm/s] [-] [-] 25.3 3.91 1588 0.053 0.079 0.090 30.9 4.76 1937 0.050 0.098 0.136 38.7 5.97 2428 0.047 0.213 0.242 48.0 7.40 3008 0.044 0.307 0.352 53.3 8.21 3338 0.042 0.366 0.422 58.5 9.02 3668 0.041 0.431 0.497 60.2 9.28 3771 0.041 0.452 0.520 70.5 10.87 4419 0.039 0.593 0.681 79.7 12.29 4997 0.037 0.734 0.835 89.9 13.86 5634 0.036 0.903 1.024 99.7 15.38 6252 0.035 1.082 1.221 111.8 17.23 7005 0.034 1.319 1.494 126.5 19.50 7930 0.033 1.638 1.840 140.7 21.69 8816 0.032 1.972 2.211 151.4 23.33 9486 0.031 2.242 2.628 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 表１．３－３ 窒素における圧力損失比較結果 ガス流量Q ガス流速V Re数 [Nm3/h] [Nm/s] [-] 42.1 6.49 21075 47.1 7.26 23573 50.8 7.83 25419 61.0 9.39 30503 74.1 11.41 37055 100.2 15.44 50139 108.3 16.69 54205 118.7 18.28 59388 126.8 19.54 63457 138.7 21.36 69385 151.1 23.27 75599 管摩擦係数λ [-] 0.026 0.025 0.025 0.024 0.022 0.021 0.021 0.020 0.020 0.020 0.019 ― 43― 圧力損失⊿P [kPa] 理論値 実測値 1.009 0.963 1.232 1.290 1.409 1.531 1.952 2.120 2.768 3.043 4.771 5.168 5.493 6.060 6.479 7.230 7.305 8.188 8.589 9.735 10.037 11.575 10 圧力損失（kPa） 1 0.1 H2理論式（Darcy-Weisbach式、遷移域=乱流域） H2実測値 0.01 10 遷移域 100 1000 流量（Nm3/h） 図１．３－１ 水素における圧力損失比較結果 10 圧力損失（kPa） 1 0.1 He理論式（Darcy-Weisbach式、遷移域=乱流域） He実測値 0.01 10 遷移域 100 流量（Nm3/h） 図１．３－２ ヘリウムにおける圧力損失比較結果 ― 44― 1000 100 圧力損失（kPa） 10 1 N2理論式（Darcy-Weisbach式） N2実測値 0.1 10 100 1000 流量（Nm3/h） 図１．３－３ 窒素における圧力損失比較結果 各気体依存のパラメータ（密度：ρ、管摩擦係数：λ）を Darcy-Weisbach の式に適用すること により、この流量範囲においていずれの気体でも圧力損失実測値を再現することが確認出来た。 但し、層流域においては、乱流域での測定結果と比べて、圧力損失の差異が若干大きくなる結果 が得られた。この要因として、ルーツブロワの断続的な圧力供給により系内の圧力が脈動した為乱 流に近い挙動になったこと、助走区間（配管径の約５～１０倍）以上でも圧力が安定していない可 能性があること等が考えられるが、原因の特定には至らなかった。 ― 45― ２．延長による圧力損失への影響調査 ２．１ 各種延長におけるポリエチレン管の水素圧力損失調査 配管設計にあたり、流体が管内を通過する際に、管内と接する距離が長い程圧力損失が増大す ることを推定出来ることから、水素の場合でも都市ガスと同様に、延長による圧力損失差を把握 しなくてはならない。そこで、延長による圧力損失差を把握すべく、各延長における水素使用下 での圧力損失を測定した。 試験装置の能力及び今回の試験場での最大延長迄の区間での延長変更を想定し、５０Ａパイプ で７０ｍ直管（継手２個による折返し）を使用した。今回、評価に供したパイプ、ガスを下記に 示す。 ・パイプ：ＧＰ５０ＡＬ 直管（７０ｍ） 外径＝６０．０ｍｍ 内径＝４８．２ｍｍ（規格中心値）、４７．９ｍｍ（測定値） 製造・販売元：三井化学産資㈱ ・ガス ：水素 不純物濃度 水＝３ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 酸素＝２ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 メタン＝０．５ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 販売元：㈱エア・ガシズ北九州 測定は、パイプの根元にある入側の圧力取り出し口から２０ｍ、４０ｍ、６０ｍ、７０ｍの位 置に出側の圧力取り出し口を取付け、各距離の圧力の差圧を測定する。圧力取り出し口の取り付 け方法は、下図に準拠する。 70 ｍ 60 ｍ 40 ｍ 20 ｍ ガスの流れ 図２．１ 測定位置図 流量範囲２０Ｎｍ３／ｈ～２００Ｎｍ３／ｈ、大気圧（０ＰａＧ）、常温（２０℃）下での測定 とし、供給ガスの温度は圧力損失測定時に、流量や圧力損失と併せて都度測定した。 ― 46― ２．２ 調査結果 ２０ｍ、４０ｍ、６０ｍ延長での水素圧力損失結果を表２．２－１及び図２．２－１に示す。 なお、流量計の保証範囲は２５～２２５［Ｎｍ３／ｈ］である為、それ以外の範囲での流量実測 値及びそれに伴う圧力損失実測値は参考値として取り扱うものとする。 表２．２－１ 各種延長における水素圧力損失測定結果 延長：20m 延長：40m 延長：60m ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] 24.1 29.5 34.1 38.9 49.4 57.8 67.3 78.3 87.6 95.0 103.8 115.8 129.6 148.2 162.1 177.5 196.1 208.5 0.013 0.020 0.028 0.036 0.055 0.072 0.091 0.121 0.148 0.172 0.200 0.244 0.296 0.380 0.444 0.521 0.627 0.752 23.2 26.0 28.0 29.6 36.1 44.8 55.1 60.9 69.2 79.6 88.4 102.1 115.2 132.0 149.0 161.4 184.1 208.5 0.029 0.032 0.038 0.045 0.062 0.091 0.132 0.155 0.193 0.244 0.293 0.374 0.464 0.582 0.719 0.822 1.044 1.300 23.5 24.7 26.1 27.9 30.1 33.1 35.6 40.0 44.8 48.6 50.8 54.4 57.9 63.3 66.8 73.0 76.3 80.1 83.8 90.1 93.5 101.3 115.3 128.3 141.2 157.4 177.3 201.2 207.8 0.031 0.034 0.039 0.047 0.059 0.071 0.085 0.105 0.127 0.149 0.161 0.184 0.205 0.239 0.262 0.305 0.328 0.357 0.388 0.438 0.467 0.538 0.669 0.809 0.954 1.157 1.428 1.780 2.096 10 差圧（kPa） 1 H2実測値（20m) 0.1 H2実測値(40m) H2実測値(60m) H2実測値(70m） 0.01 10 遷移域 100 流量（Nm3/ｈ） 図２．２－１ 各種延長における水素圧力損失測定結果 ― 47― 1000 表２．２－２ 延長：20m 圧力損失⊿P ガス流量Q （単位延長当り） [Nm3/h] [kPa] 24.1 0.0006 29.5 0.0010 34.1 0.0014 38.9 0.0018 49.4 0.0028 57.8 0.0036 67.3 0.0046 78.3 0.0060 87.6 0.0074 95.0 0.0086 103.8 0.0100 115.8 0.0122 129.6 0.0148 148.2 0.0190 162.1 0.0222 177.5 0.0260 196.1 0.0313 208.5 0.0375 単位延長当りでの各種延長における水素圧力損失測定結果 延長：40m 圧力損失⊿P ガス流量Q （単位延長当り） [Nm3/h] [kPa] 23.2 0.0007 26.0 0.0008 28.0 0.0009 29.6 0.0011 36.1 0.0016 44.8 0.0023 55.1 0.0033 60.9 0.0039 69.2 0.0048 79.6 0.0061 88.4 0.0073 102.1 0.0093 115.2 0.0116 132.0 0.0145 149.0 0.0179 161.4 0.0205 184.1 0.0261 208.5 0.0324 延長：60m 圧力損失⊿P ガス流量Q （単位延長当り） [Nm3/h] [kPa] 23.5 0.0005 24.7 0.0006 26.1 0.0006 27.9 0.0008 30.1 0.0010 33.1 0.0012 35.6 0.0014 40.0 0.0017 44.8 0.0021 48.6 0.0025 50.8 0.0027 54.4 0.0031 57.9 0.0034 63.3 0.0040 66.8 0.0044 73.0 0.0051 76.3 0.0055 80.1 0.0059 83.8 0.0065 90.1 0.0073 93.5 0.0078 101.3 0.0089 115.3 0.0111 128.3 0.0135 141.2 0.0159 157.4 0.0193 177.3 0.0238 201.2 0.0296 207.8 0.0349 延長：70m 圧力損失⊿P ガス流量Q （単位延長当り） [Nm3/h] [kPa] 23.6 0.0006 27.9 0.0009 29.2 0.0010 31.7 0.0012 37.1 0.0016 47.3 0.0025 57.7 0.0034 68.6 0.0046 83.3 0.0064 97.9 0.0084 104.3 0.0093 110.5 0.0103 119.2 0.0117 136.2 0.0147 147.1 0.0168 163.1 0.0201 172.1 0.0220 188.7 0.0257 206.3 0.0299 211.9 0.0360 0.1 差圧（kPa） 0.01 H2実測値（20m) 0.001 H2実測値(40m) H2実測値(60m) H2実測値(70m） 遷移域 0.0001 10 100 1000 流量（Nm3/ｈ） 図２．２－２ 単位延長当りでの各延長における水素圧力損失測定結果 各延長どうしの比較を行うため、単位長さあたりの差圧に変換し比較を行った。その結果、 図２．２－２となり同一傾向の圧力損失であることが確認できた。 また、この数値内には各延長それぞれにエルボ２個による圧力損失の影響を含んでいるが、 単位長さに変換する際、２０～７０分の１になっているため誤差程度に小さくなっているものと 考える。 ― 48― ２．３ 実測値と Darcy-Weisbach の式による理論値との比較 実測値の比較を目的に、Ⅱ１．１ Darcy-Weisbach 式及びⅡ１．３．２ 継手（エルボ）に おける圧力損失式に準拠して、理論値を算出し、その比較結果を表２．３－１～２．３－３及び 図２．３に示す。７０ｍ延長での水素圧力損失比較結果はⅤ１．３水素の圧力損失比較結果に準 拠する。 表２．３－１ ２０ｍ延長における水素圧力損失比較結果 ガス流量Q ガス流速V Re数 管摩擦係数λ [Nm3/h] [Nm/s] [-] [-] 24.1 29.5 34.1 38.9 49.4 57.8 67.3 78.3 87.6 95.0 103.8 115.8 129.6 148.2 162.1 177.5 196.1 208.5 3.71 4.54 5.25 5.99 7.61 8.90 10.36 12.06 13.49 14.63 15.98 17.83 19.95 22.82 24.95 27.33 30.20 32.10 表２．３－２ 1709 2093 2421 2762 3507 4104 4776 5559 6220 6745 7366 8217 9197 10518 11501 12599 13919 14797 ※ 圧力損失⊿P [kPa] 理論値 実測値 0.037 0.011 0.013 0.049 0.021 0.020 0.047 0.027 0.028 0.045 0.034 0.036 0.042 0.051 0.055 0.040 0.067 0.072 0.038 0.088 0.091 0.036 0.115 0.121 0.035 0.141 0.148 0.034 0.162 0.172 0.034 0.190 0.200 0.033 0.231 0.244 0.032 0.282 0.296 0.031 0.359 0.380 0.030 0.422 0.444 0.029 0.497 0.521 0.028 0.594 0.627 0.028 0.664 0.752 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 ４０ｍ延長における水素圧力損失比較結果 圧力損失⊿P [kPa] ガス流量Q ガス流速V Re数 管摩擦係数λ ※ 理論値 実測値 [Nm3/h] [Nm/s] [-] [-] 23.2 3.57 1648 0.039 0.019 0.029 26.0 4.01 1848 0.035 0.022 0.032 28.0 4.30 1983 0.032 0.024 0.038 29.6 4.55 2099 0.049 0.039 0.045 36.1 5.55 2561 0.046 0.054 0.062 44.8 6.89 3176 0.043 0.079 0.091 55.1 8.48 3911 0.040 0.113 0.132 60.9 9.37 4320 0.039 0.134 0.155 69.2 10.65 4911 0.038 0.167 0.193 79.6 12.26 5651 0.036 0.214 0.244 88.4 13.60 6270 0.035 0.257 0.293 102.1 15.72 7246 0.034 0.331 0.374 115.2 17.74 8178 0.033 0.409 0.464 132.0 20.32 9369 0.031 0.520 0.582 149.0 22.94 10576 0.030 0.644 0.719 161.4 24.84 11452 0.030 0.742 0.822 184.1 28.33 13062 0.029 0.937 1.044 208.5 32.09 14796 0.028 1.170 1.300 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 ― 49― 表２．３－３ ６０ｍ延長における水素圧力損失比較結果 ガス流量Q ガス流速V Re数 [Nm3/h] [Nm/s] [-] 23.5 3.61 1666 24.7 3.80 1754 26.1 4.02 1853 27.9 4.30 1982 30.1 4.64 2138 33.1 5.10 2352 35.6 5.48 2528 40.0 6.15 2837 44.8 6.89 3177 48.6 7.49 3452 50.8 7.82 3605 54.4 8.38 3862 57.9 8.91 4110 63.3 9.74 4489 66.8 10.29 4743 73.0 11.23 5179 76.3 11.74 5412 80.1 12.33 5687 83.8 12.90 5946 90.1 13.86 6392 93.5 14.39 6633 101.3 15.59 7186 115.3 17.75 8183 128.3 19.75 9104 141.2 21.73 10019 157.4 24.23 11171 177.3 27.29 12581 201.2 30.96 14274 207.8 31.98 14744 圧力損失⊿P [kPa] 管摩擦係数λ 理論値 実測値 [-] 0.038 0.028 0.031 0.036 0.030 0.034 0.035 0.032 0.039 0.032 0.034 0.047 0.048 0.058 0.059 0.047 0.068 0.071 0.046 0.077 0.085 0.044 0.094 0.105 0.043 0.114 0.127 0.042 0.132 0.149 0.041 0.142 0.161 0.040 0.160 0.184 0.040 0.178 0.205 0.039 0.208 0.239 0.038 0.228 0.262 0.037 0.266 0.305 0.037 0.287 0.328 0.036 0.313 0.357 0.036 0.338 0.388 0.035 0.383 0.438 0.035 0.409 0.467 0.034 0.470 0.538 0.033 0.590 0.669 0.032 0.712 0.809 0.031 0.842 0.954 0.030 1.020 1.157 0.029 1.258 1.428 0.028 1.573 1.780 0.028 1.666 2.096 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 10 H2実測値（20m) H2実測値(40m) 1 差圧（kPa） H2実測値(60m) H2実測値(70m） H2理論値（20m、Darcy-Weisbach式、 遷移域=乱流域） H2理論値（40m、Darcy-Weisbach式、 遷移域=乱流域） H2理論値（60m、Darcy-Weisbach式、 遷移域=乱流域） H2理論値（70m、Darcy-Weisbach式、 遷移域=乱流域） 0.1 0.01 10 遷移域 100 1000 流量（Nm3/ｈ） 表２．３ 各種延長における圧力損失比較結果 各延長を Darcy-Weisbach の式に適用することにより、この流量範囲においていずれの延長で も圧力損失実測値を再現することを確認出来た。これにより、任意の延長においても DarcyWeisbach の式を用いることで、水素使用下でも圧力損失が算出可能であることを確認出来た。 ― 50― ３．表面粗度による圧力損失への影響調査 ３．１ 鋼管の水素圧力損失調査 配管の選定にあたり、流体が管内を通過する際に、管内との接触面が粗い程、圧力損失が増大 することを推定出来ることから、水素の場合でも都市ガスと同様に、表面粗さによる圧力損失差 を把握しなくてはならない。そこで、表面粗さ（管種）による圧力損失差を把握すべく、鋼管を 使用した際の水素使用下での圧力損失を測定した。 上記の通り、表面粗度が大きい程圧力損失が大きいことが予想される。低圧での導管網におけ る圧送、かつ今回の試験場での最大延長を想定し、５０Ａパイプで７０ｍ直管（継手２個による 折返し）を使用した。今回、評価に供したパイプ、ガスを下記に示す。 ・パイプ：配管用炭素鋼管（ＳＧＰ） 直管（７０ｍ） 外径＝６０．５ｍｍ 内径＝５２．９ｍｍ（規格中心値）、５３．２ｍｍ（測定値） 製造・販売元：ＪＦＥスチール㈱ ・ガス ：水素 不純物濃度 水＝３ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 酸素＝２ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 メタン＝０．５ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 販売元：㈱エア・ガシズ北九州 測定は、パイプの根元にある入側の圧力取り出し口から７０ｍの位置に出側の圧力取り出し口 を取付け、圧力の差圧を測定する。 流量範囲２０Ｎｍ３／ｈ～２００Ｎｍ３／ｈ、大気圧（０ＰａＧ）、常温（２０℃）下での測定 とし、供給ガスの温度は圧力損失測定時に、流量や圧力損失と併せて都度測定した。鋼管は、下 図のようにポリエチレン管と並列して試験装置に接続し、測定温度は成り行きとした。 図３．１ 鋼管接続時の様子 ― 51― ３．２ 調査結果 鋼管での圧力損失結果を表３．２及び図３．２－１に示す。比較用のポリエチレン管での圧力 損失結果はⅤ１．２水素の圧力損失測定結果に準拠する。なお、流量計の保証範囲は２５～２２ ５［Ｎｍ３／ｈ］である為、それ以外の範囲での流量実測値及びそれに伴う圧力損失実測値は参 考値として取り扱うものとする。 表３．２ 鋼管の水素圧力損失測定結果 ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] 33.5 0.044 36.4 0.053 38.4 0.063 41.5 0.074 44.1 0.083 47.7 0.098 50.6 0.108 56.6 0.134 59.8 0.149 64.2 0.172 69.0 0.193 75.9 0.232 78.4 0.245 83.0 0.270 91.5 0.321 100.4 0.382 108.3 0.439 120.6 0.527 132.9 0.628 143.7 0.720 150.3 0.780 159.3 0.863 166.0 0.932 176.4 1.040 184.0 1.120 198.4 1.281 10.0 圧力損失（kPa） 1.0 0.1 H2実測値（PE管） H2実測値（SGP管） 遷移域 0.0 10 100 流量（Nm3/h） 図３．２－１ 鋼管の水素圧力損失測定結果 ― 52― 1000 ポリエチレン管と鋼管とでは、配管の呼び径が同じでも、実内径がポリエチレン管よりも鋼管 のほうが大きいことから、表面粗さが大きい鋼管のほうが圧力損失は小さくなる結果が得られた。 圧力損失の要因として、表面粗度以外に内径も影響すると、表面粗度による圧力損失の違いが確 認出来ないことから、下図に実測値をポリエチレン管の内径に換算した値を使用した際の比較結 果を示す。 10.0 圧力損失（kPa） 1.0 H2実測値（PE管） 0.1 H2実測値（SGP管）［PE管口径へ換算］ H2理論値（SGP管、Darcy-Weisbach式） 0.0 遷移域 10 100 1000 流量（Nm3/h） 図３．２－２ 鋼管の水素圧力損失測定結果（ポリエチレン管口径へ換算後） 層流 遷移域（不安定領域） 乱流 λ ＳＧＰ：０.０３１ ＰＥ：０.０２９ Ｒｅ＝１３０００ 図３．２－３ 参照ＵＲＬ：http://m-sudo.blogspot.com/2010/05/blog-post_26.html 管摩擦係数比較 ― 53― 鋼管での圧力損失実測値をポリエチレン管の内径に換算した値を使用することにより、ポリエ チレン管での圧力損失実測値と殆ど一致することを確認出来た。このことから図３．２－１で提 示した結果は、内径による圧力損失への影響が支配的であり、表面粗度の影響は尐ないことが確 認出来た。このことは、管摩擦係数を算出した上でも同じことが言える。例えば、図３．２－３ の管摩擦係数の比較により、流量が１９０Ｎｍ３／ｈであるときのレイノルズ数は１３０００に 相当し、それに伴う管摩擦係数λは、ポリエチレン管で０．０２９、鋼管で０．０３１となる為、 今回実験した流量域よりもさらに流量（流速）が増加する場合においては、表面粗度の影響がよ り顕著になる傾向にある為、注意が必要である。 ― 54― ３．３ 実測値と Darcy-Weisbach の式による理論値との比較 実測値の比較を目的に、Ⅱ１．１ Darcy-Weisbach 式及びⅡ１．３．２ 継手（エルボ）に おける圧力損失式に準拠して、理論値を算出し、その比較結果を表３．３及び図３．３に示す。 ポリエチレン管での水素圧力損失比較結果はⅤ１．３水素の圧力損失比較結果に準拠する。 表３．３ 鋼管の水素圧力損失比較結果 ガス流量Q ガス流速V Re数 管摩擦係数λ ※ 圧力損失⊿P（口径換算後）[kPa] 理論値 実測値 [Nm3/h] [Nm/s] [-] [-] 33.5 5.17 2381 0.047 0.081 0.070 36.4 5.62 2587 0.046 0.094 0.084 38.4 5.93 2729 0.045 0.103 0.100 41.5 6.41 2949 0.044 0.117 0.118 44.1 6.81 3134 0.043 0.130 0.132 47.7 7.36 3390 0.042 0.149 0.156 50.6 7.81 3596 0.041 0.165 0.172 56.6 8.74 4022 0.040 0.200 0.213 59.8 9.23 4249 0.039 0.220 0.237 64.2 9.91 4562 0.039 0.248 0.274 69.0 10.65 4903 0.038 0.281 0.307 75.9 11.72 5394 0.037 0.332 0.369 78.4 12.10 5571 0.037 0.351 0.390 83.0 12.81 5898 0.036 0.388 0.430 91.5 14.12 6502 0.035 0.460 0.511 100.4 15.50 7135 0.034 0.541 0.608 108.3 16.72 7696 0.033 0.617 0.699 120.6 18.61 8570 0.032 0.745 0.839 132.9 20.51 9444 0.032 0.884 1.000 143.7 22.18 10212 0.031 1.015 1.147 150.3 23.20 10681 0.031 1.098 1.242 159.3 24.59 11320 0.030 1.217 1.374 166.0 25.62 11796 0.030 1.309 1.484 176.4 27.23 12535 0.029 1.457 1.656 184.0 28.40 13075 0.029 1.570 1.783 198.4 30.62 14099 0.029 1.795 2.040 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 10.0 圧力損失（kPa） 1.0 0.1 H2実測値（SGP管）［PE管口径へ換算］ H2理論値（SGP管、Darcy-Weisbach式） 0.0 10 遷移域 100 1000 流量（Nm3/h） 図３．３ 鋼管の水素圧力損失測定結果 鋼管での管摩擦係数を Darcy-Weisbach の式に適用することにより、この流領域において鋼管 でも圧力損失実測値を再現することを確認出来た。これにより、任意の管種においても DarcyWeisbach の式を用いることで、水素使用下でも圧力損失が算出可能であることを確認出来た。 ― 55― ４．口径の圧力損失への影響調査 ４．１ 小口径管の水素圧力損失調査 今回の調査では、口径の違いによる理論式の整合性を確認する為、別口径による圧力損失測定 を行った。 試験装置の能力及び今回の試験場での最大延長を想定し、２５Ａパイプで７０ｍ直管（継手２ 個による折返し）を使用した。また、参考用として、更に小口径とした比較対象の給水給湯用１ ６Ａパイプも使用した。今回、評価に供したパイプ、ガスを下記に示す。 ・パイプ：ＧＰ２５Ａ 直管（７０ｍ） 外径＝３４．０ｍｍ 内径＝２６．６ｍｍ（規格中心値）、２５．９ｍｍ（測定値） ＪＣＰ－１６ＳＴ（エルメックス） 直管（７０ｍ） 外径＝２１．５ｍｍ 内径＝１５．６ｍｍ（規格中心値）、１５．５ｍｍ（測定値） 製造・販売元：三井化学産資㈱ ・ガス ：水素 不純物濃度 水＝３ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 酸素＝２ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 メタン＝０．５ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 販売元：㈱エア・ガシズ北九州 測定は、パイプの根元にある入側の圧力取り出し口から７０ｍの位置に出側の圧力取り出し口 を取付け、圧力の差圧を測定する。 流量範囲２０Ｎｍ３／ｈ～２００Ｎｍ３／ｈ、大気圧（０ＰａＧ）、常温（２０℃）下での測定 とし、供給ガスの温度は圧力損失測定時に、流量や圧力損失と併せて都度測定した。なお、ポリ エチレン管は、下図のように２５Ａ配管と１６Ａ配管で並列して試験装置に接続した。ポリエチ レン製のバルブ操作により、１６Ａ或いは２５Ａ配管への流路の切り替えを行うものとする。 ― 56― 図４．１ 小口径管接続時の様子① 図４．２ 小口径管接続時の様子② ― 57― ４．２ 調査結果 小口径管での圧力損失結果を表４．２及び図４．２に示す。なお、流量計の保証範囲は２５～ ２２５［Ｎｍ３／ｈ］である為、それ以外の範囲での流量実測値及びそれに伴う圧力損失実測値 は参考値として取り扱うものとする。 表４．２ 各小口径管の水素圧力損失測定結果 16A ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] 3.3 1.33 5.3 1.76 8.0 2.98 10.5 4.17 13.4 5.49 15.6 6.88 17.7 8.27 20.5 10.55 24.1 13.87 26.4 16.35 25A ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] 4.4 0.19 6.3 0.21 9.3 0.26 12.5 0.36 13.9 0.48 17.3 0.63 21.4 0.86 26.0 1.17 29.7 1.40 33.4 1.69 39.2 2.15 41.4 2.37 46.4 2.83 50.2 3.24 55.6 3.80 58.3 4.12 64.6 4.89 69.1 5.45 73.8 6.07 78.9 6.78 85.4 7.75 90.1 8.49 97.8 9.69 104.4 10.81 110.7 11.94 118.4 13.32 121.5 13.92 132.5 16.12 100 圧力損失（kPa） 10 1 H2実測値（16A） H2実測値（25A） 0.1 1 10 100 1000 流量（Nm3/h） 図４．２ 各小径管の水素圧力損失測定結果 上記の結果から、１６Ａの圧力損失は２５Ａの圧力損失の約１０倍に相当する結果が得られた。 ― 58― ４．３ 実測値と Darcy-Weisbach の式による理論値との比較 実測値の比較を目的に、Ⅱ１．１ Darcy-Weisbach 式及びⅡ１．３．２ 継手（エルボ）に おける圧力損失式に準拠して、理論値を算出し、その比較結果を表４．３－１～４．３－２及び 図４．３に示す。 表４．３－１ ガス流量Q [Nm3/h] 3.3 5.3 8.0 10.5 13.4 15.6 17.7 20.5 24.1 26.4 ガス流速V [Nm/s] 4.92 7.89 11.83 15.44 19.76 23.04 26.08 30.26 35.60 38.92 Re数 管摩擦係数λ [-] [-] 732 0.087 1174 0.055 1762 0.036 2299 0.047 2942 0.044 3431 0.042 3884 0.040 4507 0.039 5301 0.037 5796 0.036 表４．３－２ ガス流量Q [Nm3/h] 4.4 6.3 9.3 12.5 13.9 17.3 21.4 26.0 29.7 33.4 39.2 41.4 46.4 50.2 55.6 58.3 64.6 69.1 73.8 78.9 85.4 90.1 97.8 104.4 110.7 118.4 121.5 132.5 ガス流速V [Nm/s] 2.30 3.32 4.87 6.54 7.30 9.07 11.24 13.65 15.60 17.56 20.60 21.76 24.36 26.36 29.23 30.63 33.94 36.32 38.78 41.44 44.85 47.32 51.36 54.84 58.15 62.20 63.82 69.59 １６Ａ管の水素圧力損失比較結果 ※ 圧力損失⊿P [kPa] 理論値 実測値 0.41 1.33 0.65 1.76 0.99 2.98 2.19 4.17 3.32 5.49 4.31 6.88 5.33 8.27 6.88 10.55 9.10 13.87 10.61 16.35 ２５Ａ管の水素圧力損失比較結果 Re数 管摩擦係数λ [-] [-] 574 0.111 828 0.077 1215 0.053 1633 0.039 1822 0.035 2263 0.048 2804 0.045 3405 0.042 3893 0.040 4382 0.039 5142 0.037 5431 0.037 6077 0.035 6577 0.035 7293 0.034 7643 0.033 8468 0.032 9064 0.032 9678 0.031 10340 0.031 11191 0.030 11808 0.030 12816 0.029 13683 0.029 14509 0.028 15521 0.028 15926 0.028 17366 0.027 ― 59― ※ 圧力損失⊿P [kPa] 理論値 実測値 0.07 0.19 0.10 0.21 0.15 0.26 0.20 0.36 0.22 0.48 0.46 0.63 0.66 0.86 0.92 1.17 1.15 1.40 1.41 1.69 1.86 2.15 2.04 2.37 2.48 2.83 2.85 3.24 3.41 3.80 3.70 4.12 4.42 4.89 4.97 5.45 5.58 6.07 6.26 6.78 7.19 7.75 7.90 8.49 9.12 9.69 10.24 10.81 11.35 11.94 12.78 13.32 13.37 13.92 15.59 16.12 100 圧力損失（kPa） 10 H2実測値（16A） 1 H2実測値（25A） H2理論値（16A、Darcy-Weisbach式、 遷移域=乱流域） H2理論値（25A、Darcy-Weisbach式、 遷移域=乱流域） 0.1 1 10 100 1000 流量（Nm3/h） 図４．３ 各小径管の水素圧力損失比較結果 小口径での内径、それに伴う管摩擦係数を Darcy-Weisbach の式に適用することにより、この 流領域において２５Ａ管でも圧力損失実測値を再現することが確認出来た。１６Ａ管で実測値と 理論値が乖離したのは、圧力損失が高くなり過ぎる為、流量の測定可能範囲下限で測定していた こと、或いは１６Ａ継手には内装に融着接合時のパイプ膨張を防止する為の仕切り板（スティフ ナー）が設けてあり、その分、流路が小さくなる為、見かけ上の圧力損失より実測の圧力損失の ほうが大きいことが考えられる。１６Ａ管を使用した目的は小口径による流速増加を期待してい たが、外乱による影響が大きい為 実測値との乖離は大きくなった。しかし、傾向としては、理 論値に沿っている為、この外乱を正しく除外する環境とすれば、更に理論値に近づくものと推測 する。 ― 60― ５．コイル管による圧力損失への影響調査 ５．１ 螺旋状ポリエチレン管の水素圧力損失調査 配管の施工にあたり、ポリエチレン管の特性（管の柔軟性）を生かし、直線状だけでなく生曲 げの状態での施工も実施可能である。水素においてもそのような曲がり管よる圧力損失差を把握 すべく、コイル管を使用した際の圧力損失を測定した。 直線状の測定と比較を行う為、２５Ａ及び５０Ａパイプで７０ｍコイル管を使用した。今回、 評価に供したパイプ、ガスを下記に示す。 ・パイプ：ＧＰＣ５０Ａ コイル管（７０ｍ） 外径＝６０．０ｍｍ 内径＝４８．２ｍｍ（規格中心値）、４７．９ｍｍ（測定値） ＧＰＣ２５ＡＨ コイル管（７０ｍ） 外径＝３４．０ｍｍ 内径＝２６．６ｍｍ（規格中心値）、２５．９ｍｍ（測定値） 製造・販売元：三井化学産資㈱ ・ガス ：水素 不純物濃度 水＝３ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 酸素＝２ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 メタン＝０．５ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 販売元：㈱エア・ガシズ北九州 測定は、パイプの根元にある入側の圧力取り出し口から７０ｍの位置に出側の圧力取り出し口 を取付け、圧力の差圧を測定する。 流量範囲２０Ｎｍ３／ｈ～２００Ｎｍ３／ｈ、大気圧（０ＰａＧ）、常温（２０℃）下での測定 とし、供給ガスの温度は圧力損失測定時に、流量や圧力損失と併せて都度測定した。なお、コイ ル管は、下図のように５０Ａ配管と並列して試験装置に接続した。直線での測定では配管を水没 させ温度の安定化を図ったが、コイル管では成り行きとした。 図５．１ コイル径管接続時の様子 ― 61― ５．２ 調査結果 コイル管での圧力損失結果を表５．２及び図５．２に示す。なお、流量計の保証範囲は２５～ ２２５［Ｎｍ３／ｈ］である為、それ以外の範囲での流量実測値及びそれに伴う圧力損失実測値 は参考値として取り扱うものとする。 表５．２ 各コイル管の水素圧力損失測定結果 25A ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] 2.7 0.22 4.1 0.25 5.8 0.30 9.3 0.42 12.3 0.54 17.8 0.79 19.1 0.86 22.5 1.05 25.8 1.22 30.3 1.43 33.2 1.61 36.6 1.85 39.1 2.03 42.2 2.29 46.7 2.70 51.7 3.24 56.6 3.82 61.7 4.44 64.9 4.87 72.2 5.94 76.8 6.55 81.7 7.37 85.4 7.94 89.8 8.72 96.5 9.96 103.1 11.17 108.4 12.23 114.1 13.38 122.7 15.18 130.1 16.87 139.6 19.18 151.5 20.98 50A ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] 19.6 0.062 20.8 0.068 23.0 0.076 26.0 0.090 28.3 0.101 31.3 0.113 34.1 0.129 41.9 0.171 45.8 0.190 48.8 0.209 59.4 0.272 63.9 0.299 69.9 0.332 78.1 0.393 83.9 0.445 90.8 0.502 97.6 0.568 104.9 0.642 112.0 0.722 119.2 0.805 124.8 0.875 133.4 0.993 140.2 1.091 151.2 1.256 163.0 1.437 171.3 1.578 181.7 1.751 192.4 1.949 196.0 2.017 206.4 2.099 100 圧力損失（kPa） 10 1 H2実測値（25A） H2実測値（50A） 0.1 10 100 1000 流量（Nm3/h） 図５．２ 各コイル管の水素圧力損失測定結果 上記の結果から、２５Ａの圧力損失は５０Ａの圧力損失の約１０倍に相当する結果が得られた。 ― 62― ５．３ 実測値と Darcy-Weisbach の式による理論値との比較 実測値の比較を目的に、Ⅱ１．１ Darcy-Weisbach 式及びⅡ１．３．１ 螺旋管における圧 力損失式に準拠して、理論値を算出し、その比較結果を表５．３－１～５．３－２及び図５．３ －１～５．３－２に示す。 表５．３－１ ２５Ａコイル管の水素圧力損失比較結果 圧力損失⊿P [kPa] ガス流量Q ガス流速V Re数 管摩擦係数λ ※ 理論値 実測値 [Nm3/h] [Nm/s] [-] [-] 17.8 9.36 2336 0.048 0.48 0.79 19.1 10.03 2503 0.047 0.54 0.86 22.5 11.83 2952 0.046 0.72 1.05 25.8 13.55 3380 0.044 0.92 1.22 30.3 15.90 3968 0.043 1.22 1.43 33.2 17.44 4352 0.042 1.44 1.61 36.6 19.25 4804 0.041 1.72 1.85 39.1 20.54 5125 0.040 1.93 2.03 42.2 22.19 5537 0.040 2.21 2.29 46.7 24.52 6120 0.039 2.64 2.70 51.7 27.18 6783 0.038 3.17 3.24 56.6 29.72 7415 0.037 3.71 3.82 61.7 32.40 8085 0.036 4.33 4.44 64.9 34.13 8515 0.036 4.75 4.87 72.2 37.94 9467 0.035 5.74 5.94 76.8 40.37 10074 0.035 6.41 6.55 81.7 42.95 10718 0.034 7.16 7.37 85.4 44.86 11192 0.034 7.73 7.94 89.8 47.20 11777 0.033 8.46 8.72 96.5 50.73 12658 0.033 9.62 9.96 103.1 54.16 13514 0.032 10.82 11.17 108.4 56.96 14213 0.032 11.83 12.23 114.1 59.97 14964 0.032 12.97 13.38 122.7 64.45 16081 0.031 14.75 15.18 130.1 68.37 17059 0.031 16.39 16.87 139.6 73.34 18299 0.030 18.57 19.18 151.5 79.58 19858 0.030 21.49 20.98 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 表５．３－２ ５０Ａコイル管の水素圧力損失比較結果 圧力損失⊿P [kPa] ガス流量Q ガス流速V Re数 管摩擦係数λ ※ 理論値 実測値 [Nm3/h] [Nm/s] [-] [-] 28.3 4.36 2010 0.050 0.059 0.101 31.3 4.83 2225 0.049 0.071 0.113 34.1 5.26 2425 0.048 0.082 0.129 41.9 6.45 2973 0.046 0.118 0.171 45.8 7.05 3249 0.045 0.138 0.190 48.8 7.53 3469 0.044 0.155 0.209 59.4 9.16 4221 0.043 0.220 0.272 63.9 9.85 4537 0.042 0.250 0.299 69.9 10.77 4962 0.041 0.293 0.332 78.1 12.04 5548 0.040 0.358 0.393 83.9 12.93 5957 0.039 0.406 0.445 90.8 14.00 6452 0.039 0.468 0.502 97.6 15.05 6934 0.038 0.532 0.568 104.9 16.17 7451 0.038 0.605 0.642 112.0 17.27 7957 0.037 0.680 0.722 119.2 18.37 8464 0.037 0.759 0.805 124.8 19.23 8861 0.036 0.824 0.875 133.4 20.56 9472 0.036 0.928 0.993 140.2 21.62 9959 0.035 1.015 1.091 151.2 23.31 10740 0.035 1.161 1.256 163.0 25.12 11572 0.034 1.326 1.437 171.3 26.41 12167 0.034 1.450 1.578 181.7 28.02 12907 0.033 1.612 1.751 192.4 29.66 13664 0.033 1.785 1.949 196.0 30.22 13920 0.033 1.845 2.017 206.4 31.82 14659 0.032 2.023 2.099 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 ― 63― 100 圧力損失（kPa） 10 1 H2実測値 H2理論値（螺旋管、遷移域=乱流） 0.1 10 遷移域 100 1000 流量（Nm3/h） 図５．３－１ ２５Ａコイル管の水素圧力損失比較結果 10 圧力損失（kPa） 1 0.1 H2実測値 H2理論値（螺旋管、遷移域=乱流） 0.01 10 遷移域 100 1000 流量（Nm3/h） 図５．３－２ Ⅱ１．３．１ ５０Ａコイル管の水素圧力損失比較結果 螺旋管における圧力損失式は適用範囲を乱流域のみとしているとおり、乱流域 では測定値と同傾向となる事が確認された。 遷移域以下においては一般的に確立されている螺旋管の圧力損失式がないため、整合性の比較 はできないが、実際の配管施工では今回試験したほどの多くの曲がりは存在しないため、測定結 果から判断すると導管全体への影響は微弱であると考える。 ― 64― ６．継手（エルボ）による圧力損失への影響調査 ６．１ 継手を介したポリエチレン管の水素圧力損失調査 Ⅲ２．６本試験で想定される圧力損失の試算から、継手（エルボ）による曲がりは圧力損失に 大きな影響を与えていると推測出来る。そこで、継手を介した圧力損失差を把握すべく、継手を 複数個使用した際の水素使用下での圧力損失を測定した。 直線状との比較及び継手（エルボ）に関して以下の検証を想定した。 ＜エルボの想定条件＞ ・エルボの個数（０、１、２、４、６、１０個） ・エルボによる曲がり区間の広さ（０．５ｍ、５ｍ） ５０Ａパイプで９０ｍ配管（継手１０個による曲がり）を使用した。今回、評価に供したパイ プ、ガスを下記に示す。 ・パイプ：ＧＰ５０ＡＬ 直管（７０ｍ） 外径＝６０．０ｍｍ 内径＝４８．２ｍｍ（規格中心値）、４７．９ｍｍ（測定値） 製造・販売元：三井化学産資㈱ ・ガス ：水素 不純物濃度 水＝３ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 酸素＝２ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 メタン＝０．５ ｖｏｌ ｐｐｍ未満 販売元：㈱エア・ガシズ北九州 測定は、以下の配管図を参考に、継手４曲がり迄は２５ｍ区間で、継手６曲がり及び１０曲が りでは任意の区間（７８．５ｍ、９０ｍ）で圧力取り出し口を取付け、この２点の圧力の差圧を 測定する。圧力取り出し口の取り付け方法は、下図に準拠する。 ③（25ｍ） 5m 2.5m ⑤（25ｍ） 5m 2.5m 5ｍ 5m 7m 10.5m 5m 37.5ｍ ⑥（78.5ｍ） ②（25ｍ） ⑦（90ｍ） 1m ガスの流れ 5m 40.5ｍ 5m 0.5m 13.5m 7m 0.5m 5m 4.5m 0.5m ①（25ｍ） ④（25ｍ） 図６．１ 継手を介した試験体（ポリエチレン管）の配管図 流量範囲２０Ｎｍ３／ｈ～２００Ｎｍ３／ｈ、大気圧（０ＰａＧ）、常温（２０℃）下での測定 とし、供給ガスの温度は圧力損失測定時に、流量や圧力損失と併せて都度測定した。直線での測 定では配管を水没させ温度の安定化を図ったが、この配管では成り行きとした。 ― 65― ６．２ 調査結果 各継手個数の水素圧力損失結果を表６．２－１～６．２－３及び図６．２－１に示す。７０ｍ 延長での水素圧力損失結果はⅤ１．２水素の圧力損失測定結果に準拠する。なお、流量計の保証 範囲は２５～２２５［Ｎｍ３／ｈ］である為、それ以外の範囲での流量実測値及びそれに伴う圧 力損失実測値は参考値として取り扱うものとする。 表６．２－１ 小エルボ4曲がり（25m） ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] 24.2 0.013 30.6 0.026 34.0 0.033 43.6 0.055 49.2 0.069 52.7 0.079 60.9 0.102 69.2 0.130 76.5 0.157 84.1 0.185 92.8 0.222 99.6 0.251 107.5 0.288 117.2 0.334 126.0 0.380 132.6 0.419 140.7 0.464 150.9 0.527 160.4 0.589 170.8 0.656 182.5 0.738 195.9 0.839 199.1 0.862 表６．２－２ 各継手個数の水素圧力損失測定結果①（２５ｍ延長） 折返しエルボ2曲がり（25m） ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] 23.7 0.006 27.8 0.013 31.8 0.023 34.9 0.029 39.2 0.037 44.4 0.049 50.3 0.061 55.9 0.076 59.7 0.087 64.2 0.099 69.8 0.116 77.2 0.140 82.3 0.158 86.7 0.171 94.2 0.198 100.3 0.223 108.8 0.256 118.4 0.301 127.2 0.343 136.2 0.386 143.7 0.426 150.5 0.466 158.0 0.506 163.8 0.541 170.4 0.581 177.4 0.625 186.2 0.681 197.9 0.760 大エルボ4曲がり（25m） ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] 23.6 0.011 25.7 0.015 29.5 0.022 33.3 0.031 37.8 0.041 44.1 0.057 51.4 0.076 60.7 0.103 67.6 0.126 72.6 0.143 81.9 0.177 89.4 0.209 100.4 0.258 108.1 0.294 115.6 0.333 132.3 0.424 141.2 0.479 150.2 0.535 156.2 0.572 164.6 0.632 179.8 0.739 194.9 0.855 各継手個数の水素圧力損失測定結果②（２５ｍ延長） エルボ無し（25m） ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] 23.7 0.005 26.6 0.009 28.1 0.013 29.2 0.016 32.1 0.021 35.2 0.026 40.5 0.036 44.3 0.044 52.0 0.061 58.1 0.075 64.4 0.090 69.3 0.103 75.0 0.119 82.5 0.142 90.3 0.166 99.0 0.195 109.2 0.230 118.7 0.267 129.7 0.312 138.6 0.353 149.9 0.402 159.8 0.450 168.3 0.492 179.8 0.551 191.7 0.617 ― 66― エルボ1曲がり（25m） ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] 22.9 0.005 27.2 0.010 30.0 0.020 33.6 0.025 38.4 0.034 42.6 0.042 47.5 0.053 54.7 0.070 61.2 0.087 67.8 0.103 76.9 0.132 84.4 0.157 91.2 0.180 99.0 0.209 105.5 0.233 113.0 0.263 121.2 0.299 128.6 0.331 139.0 0.380 146.6 0.419 154.2 0.458 162.5 0.504 167.4 0.530 175.1 0.574 186.8 0.644 191.0 0.670 表６．２－３ 各継手個数の水素圧力損失測定結果②（７８．５ｍ、９０ｍ延長） エルボ6曲がり（78.5m） エルボ10曲がり（90m） ガス流量Q 圧力損失⊿P ガス流量Q 圧力損失⊿P [Nm3/h] [kPa] [Nm3/h] [kPa] 24.0 0.045 23.3 0.056 28.1 0.066 27.0 0.074 30.0 0.084 29.3 0.095 33.4 0.105 31.1 0.114 38.7 0.139 34.9 0.139 44.6 0.182 38.5 0.168 53.7 0.251 43.4 0.208 61.9 0.319 48.0 0.244 68.7 0.383 51.8 0.281 73.8 0.431 56.1 0.321 82.1 0.519 61.3 0.375 93.8 0.648 66.3 0.429 98.1 0.699 73.1 0.506 105.7 0.794 80.4 0.597 112.6 0.891 86.8 0.685 120.6 0.999 94.5 0.786 129.8 1.140 102.8 0.912 138.4 1.271 111.6 1.055 149.6 1.453 117.0 1.147 162.1 1.669 125.3 1.287 175.0 1.911 136.4 1.493 143.9 1.639 152.1 1.809 157.2 1.909 10 圧力損失（kPa） 1 H2実測値（小ｴﾙﾎﾞ4曲がり） H2実測値（折返しｴﾙﾎﾞ2曲がり） 0.1 H2実測値（大ｴﾙﾎﾞ4曲がり） H2実測値（ｴﾙﾎﾞ無し） 0.01 H2実測値（ｴﾙﾎﾞ1曲がり） H2実測値（ｴﾙﾎﾞ6曲がり［78.5m］） H2実測値（ｴﾙﾎﾞ10曲がり［90m］） 0.001 10 遷移域 100 1000 流量（Nm3/h） 図６．２ 各継手個数の水素圧力損失測定結果 ２５ｍ同一延長での圧力損失測定結果を比較した際に、継手（エルボ）無しを起点に継手個数 の増加に伴い圧力損失も大きくなる傾向が得られた。また、継手４個同士の圧力損失測定結果を 比較すると、継手間距離による圧力損失への影響は微小である為、導管設計上における圧力損失 へ決定的な要因には至らないものと推測する。 ― 67― ６．３ 実測値と Darcy-Weisbach の式による理論値との比較 実測値の比較を目的に、Ⅱ１．１ Darcy-Weisbach 式及びⅡ１．３．２ 継手（エルボ）に おける圧力損失式に準拠して、理論値を算出し、その比較結果を表６．３－１～６．３－７及び 図６．３－１～６．３－７に示す。 表６．３－１ 小エルボ４曲がりでの水素圧力損失比較結果 ガス流量Q ガス流速V [Nm3/h] [Nm/s] 24.2 3.73 30.6 4.72 34.0 5.24 43.6 6.73 49.2 7.59 52.7 8.13 60.9 9.39 69.2 10.67 76.5 11.80 84.1 12.97 92.8 14.32 99.6 15.36 107.5 16.58 117.2 18.08 126.0 19.44 132.6 20.45 140.7 21.70 150.9 23.28 160.4 24.74 170.8 26.35 182.5 28.15 195.9 30.22 199.1 30.71 表６．３－２ 圧力損失⊿P [kPa] Re数 管摩擦係数λ ※ 理論値 実測値 [-] [-] 1719 0.037 0.016 0.013 2174 0.048 0.031 0.026 2415 0.047 0.037 0.033 3097 0.043 0.057 0.055 3495 0.042 0.070 0.069 3744 0.041 0.080 0.079 4326 0.039 0.103 0.102 4916 0.038 0.129 0.130 5435 0.037 0.155 0.157 5975 0.036 0.183 0.185 6593 0.035 0.219 0.222 7076 0.034 0.249 0.251 7637 0.033 0.285 0.288 8326 0.032 0.333 0.334 8951 0.032 0.380 0.380 9420 0.031 0.417 0.419 9995 0.031 0.464 0.464 10720 0.030 0.527 0.527 11395 0.030 0.589 0.589 12134 0.029 0.661 0.656 12965 0.029 0.746 0.738 13917 0.028 0.849 0.839 14144 0.028 0.874 0.862 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 折返しエルボ２曲がりでの水素圧力損失比較結果 ガス流量Q ガス流速V [Nm3/h] [Nm/s] 23.7 3.65 27.8 4.28 31.8 4.90 34.9 5.38 39.2 6.04 44.4 6.84 50.3 7.75 55.9 8.62 59.7 9.20 64.2 9.89 69.8 10.76 77.2 11.90 82.3 12.68 86.7 13.36 94.2 14.52 100.3 15.46 108.8 16.77 118.4 18.25 127.2 19.60 136.2 20.99 143.7 22.15 150.5 23.19 158.0 24.35 163.8 25.24 170.4 26.26 177.4 27.34 186.2 28.70 197.9 30.50 Re数 [-] 1683 1974 2258 2478 2783 3153 3572 3969 4239 4559 4956 5482 5844 6156 6689 7122 7726 8407 9032 9671 10204 10687 11219 11631 12100 12597 13222 14052 圧力損失⊿P [kPa] 管摩擦係数λ ※ 理論値 実測値 [-] 0.038 0.013 0.006 0.032 0.016 0.013 0.048 0.029 0.023 0.046 0.034 0.029 0.045 0.041 0.037 0.043 0.051 0.049 0.041 0.064 0.061 0.040 0.077 0.076 0.039 0.086 0.087 0.038 0.098 0.099 0.038 0.113 0.116 0.036 0.135 0.140 0.036 0.151 0.158 0.035 0.166 0.171 0.034 0.192 0.198 0.034 0.215 0.223 0.033 0.248 0.256 0.032 0.288 0.301 0.032 0.327 0.343 0.031 0.370 0.386 0.031 0.407 0.426 0.030 0.442 0.466 0.030 0.482 0.506 0.030 0.514 0.541 0.029 0.551 0.581 0.029 0.593 0.625 0.029 0.646 0.681 0.028 0.721 0.760 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 ― 68― 表６．３－３ ガス流量Q ガス流速V [Nm3/h] [Nm/s] 23.6 3.64 25.7 3.96 29.5 4.55 33.3 5.13 37.8 5.83 44.1 6.80 51.4 7.92 60.7 9.36 67.6 10.42 72.6 11.19 81.9 12.62 89.4 13.78 100.4 15.48 108.1 16.66 115.6 17.82 132.3 20.39 141.2 21.76 150.2 23.15 156.2 24.08 164.6 25.37 179.8 27.71 194.9 30.04 表６．３－４ ガス流量Q ガス流速V [Nm3/h] [Nm/s] 23.7 3.65 26.6 4.10 28.1 4.33 29.2 4.50 32.1 4.95 35.2 5.43 40.5 6.24 44.3 6.83 52.0 8.02 58.1 8.96 64.4 9.93 69.3 10.68 75.0 11.56 82.5 12.72 90.3 13.92 99.0 15.26 109.2 16.83 118.7 18.30 129.7 19.99 138.6 21.36 149.9 23.11 159.8 24.63 168.3 25.94 179.8 27.71 191.7 29.55 大エルボ４曲がりでの水素圧力損失比較結果 Re数 [-] 1676 1825 2095 2365 2684 3132 3650 4310 4800 5155 5816 6349 7130 7676 8209 9395 10027 10666 11092 11689 12768 13840 圧力損失⊿P [kPa] 管摩擦係数λ ※ 理論値 実測値 [-] 0.038 0.015 0.011 0.035 0.017 0.015 0.049 0.029 0.022 0.047 0.035 0.031 0.045 0.044 0.041 0.043 0.058 0.057 0.041 0.076 0.076 0.039 0.102 0.103 0.038 0.124 0.126 0.037 0.141 0.143 0.036 0.175 0.177 0.035 0.204 0.209 0.034 0.252 0.258 0.033 0.288 0.294 0.033 0.325 0.333 0.031 0.415 0.424 0.031 0.467 0.479 0.030 0.522 0.535 0.030 0.561 0.572 0.030 0.617 0.632 0.029 0.725 0.739 0.028 0.839 0.855 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 直線（エルボ無し）での水素圧力損失比較結果 Re数 [-] 1683 1889 1995 2074 2279 2500 2876 3146 3693 4126 4573 4921 5326 5859 6412 7030 7755 8429 9210 9842 10645 11348 11951 12768 13613 圧力損失⊿P [kPa] 管摩擦係数λ ※ 理論値 実測値 [-] 0.038 0.011 0.005 0.034 0.013 0.009 0.032 0.013 0.013 0.049 0.022 0.016 0.047 0.026 0.021 0.046 0.030 0.026 0.044 0.038 0.036 0.043 0.044 0.044 0.041 0.058 0.061 0.040 0.070 0.075 0.038 0.083 0.090 0.038 0.094 0.103 0.037 0.108 0.119 0.036 0.127 0.142 0.035 0.148 0.166 0.034 0.174 0.195 0.033 0.206 0.230 0.032 0.238 0.267 0.032 0.278 0.312 0.031 0.312 0.353 0.030 0.357 0.402 0.030 0.399 0.450 0.030 0.437 0.492 0.029 0.490 0.551 0.029 0.548 0.617 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 ― 69― 表６．３－５ エルボ１曲がりでの水素圧力損失比較結果 ガス流量Q ガス流速V Re数 [Nm3/h] [Nm/s] [-] 22.9 3.53 1626 27.2 4.19 1931 30.0 4.62 2130 33.6 5.18 2386 38.4 5.92 2727 42.6 6.56 3025 47.5 7.32 3373 54.7 8.43 3884 61.2 9.43 4345 67.8 10.45 4814 76.9 11.85 5460 84.4 13.01 5993 91.2 14.05 6476 99.0 15.26 7029 105.5 16.26 7491 113.0 17.41 8023 121.2 18.68 8606 128.6 19.82 9131 139.0 21.42 9869 146.6 22.59 10409 154.2 23.76 10949 162.5 25.04 11538 167.4 25.80 11886 175.1 26.98 12433 186.8 28.79 13263 191.0 29.43 13562 表６．３－６ ガス流量Q ガス流速V [Nm3/h] [Nm/s] 24.0 3.69 28.1 4.33 30.0 4.62 33.4 5.15 38.7 5.96 44.6 6.87 53.7 8.28 61.9 9.55 68.7 10.58 73.8 11.37 82.1 12.65 93.8 14.46 98.1 15.12 105.7 16.29 112.6 17.35 120.6 18.59 129.8 20.00 138.4 21.33 149.6 23.06 162.1 24.98 175.0 26.97 ※ 圧力損失⊿P [kPa] 管摩擦係数λ 理論値 実測値 [-] 0.039 0.012 0.005 0.033 0.014 0.010 0.048 0.024 0.020 0.047 0.030 0.025 0.045 0.037 0.034 0.043 0.044 0.042 0.042 0.054 0.053 0.040 0.068 0.070 0.039 0.083 0.087 0.038 0.099 0.103 0.037 0.123 0.132 0.036 0.145 0.157 0.035 0.166 0.180 0.034 0.192 0.209 0.033 0.214 0.233 0.033 0.242 0.263 0.032 0.273 0.299 0.032 0.303 0.331 0.031 0.348 0.380 0.031 0.382 0.419 0.030 0.418 0.458 0.030 0.459 0.504 0.030 0.483 0.530 0.029 0.523 0.574 0.029 0.587 0.644 0.029 0.610 0.670 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 エルボ６曲がりでの水素圧力損失比較結果 圧力損失⊿P [kPa] Re数 管摩擦係数λ ※ 理論値 実測値 [-] [-] 1701 0.038 0.042 0.045 1994 0.032 0.050 0.066 2129 0.048 0.081 0.084 2373 0.047 0.098 0.105 2745 0.045 0.126 0.139 3164 0.043 0.161 0.182 3814 0.041 0.223 0.251 4398 0.039 0.286 0.319 4875 0.038 0.343 0.383 5238 0.037 0.389 0.431 5828 0.036 0.469 0.519 6662 0.035 0.594 0.648 6966 0.034 0.643 0.699 7504 0.033 0.733 0.794 7996 0.033 0.821 0.891 8564 0.032 0.927 0.999 9216 0.032 1.056 1.140 9830 0.031 1.185 1.271 10624 0.030 1.361 1.453 11511 0.030 1.570 1.669 12428 0.029 1.801 1.911 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 ― 70― 表６．３－７ ガス流量Q ガス流速V [Nm3/h] [Nm/s] 23.3 3.60 27.0 4.15 29.3 4.52 31.1 4.79 34.9 5.38 38.5 5.94 43.4 6.69 48.0 7.40 51.8 7.98 56.1 8.65 61.3 9.45 66.3 10.22 73.1 11.26 80.4 12.39 86.8 13.38 94.5 14.56 102.8 15.83 111.6 17.20 117.0 18.03 125.3 19.31 136.4 21.01 143.9 22.17 152.1 23.44 157.2 24.23 エルボ１０曲がりでの水素圧力損失比較結果 圧力損失⊿P [kPa] Re数 管摩擦係数λ ※ 理論値 実測値 [-] [-] 1656 0.039 0.049 0.056 1913 0.033 0.059 0.074 2081 0.049 0.095 0.095 2208 0.048 0.105 0.114 2478 0.046 0.128 0.139 2735 0.045 0.152 0.168 3081 0.043 0.187 0.208 3409 0.042 0.224 0.244 3675 0.041 0.255 0.281 3982 0.040 0.294 0.321 4352 0.039 0.344 0.375 4706 0.038 0.395 0.429 5187 0.037 0.469 0.506 5707 0.036 0.556 0.597 6162 0.035 0.637 0.685 6707 0.034 0.740 0.786 7294 0.034 0.860 0.912 7921 0.033 0.997 1.055 8307 0.033 1.085 1.147 8895 0.032 1.226 1.287 9679 0.031 1.427 1.493 10213 0.031 1.572 1.639 10799 0.030 1.738 1.809 11160 0.030 1.844 1.909 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 圧力損失（kPa） 1 0.1 H2理論式（Darcy-Weisbach式、遷移域=乱流域） H2実測値 0.01 10 遷移域 100 流量（Nm3/h） 図６．３－１ 小エルボ４曲がりでの水素圧力損失比較結果 ― 71― 1000 1 圧力損失（kPa） 0.1 0.01 H2理論式（Darcy-Weisbach式、遷移域=乱流域） H2実測値 0.001 10 遷移域 100 1000 流量（Nm3/h） 図６．３－２ 折返しエルボ２曲がりでの水素圧力損失比較結果 圧力損失（kPa） 1 0.1 H2理論式（Darcy-Weisbach式、遷移域=乱流域） H2実測値 0.01 10 遷移域 100 流量（Nm3/h） 図６．３－３ 大エルボ４曲がりでの水素圧力損失比較結果 ― 72― 1000 1 圧力損失（kPa） 0.1 0.01 H2理論式（Darcy-Weisbach式、遷移域=乱流域） H2実測値 0.001 10 遷移域 100 1000 流量（Nm3/h） 図６．３－４ 直線（エルボ無し）での水素圧力損失比較結果 1 圧力損失（kPa） 0.1 0.01 H2理論式（Darcy-Weisbach式、遷移域=乱流域） H2実測値 0.001 10 遷移域 100 流量（Nm3/h） 図６．３－５ エルボ１曲がりでの水素圧力損失比較結果 ― 73― 1000 10 圧力損失（kPa） 1 0.1 H2理論式（Darcy-Weisbach式、遷移域=乱流域） H2実測値 0.01 遷移域 10 100 1000 流量（Nm3/h） 図６．３－６ エルボ６曲がりでの水素圧力損失比較結果 10 圧力損失（kPa） 1 0.1 H2理論式（Darcy-Weisbach式、遷移域=乱流域） H2実測値 遷移域 0.01 10 100 1000 流量（Nm3/h） 図６．３－７ エルボ１０曲がりでの水素圧力損失比較結果 各延長を Darcy-Weisbach の式に適用し、継手の個数に応じた継手分の圧力損失を加算するこ とで、実体に近い値を導くことが可能であると確認出来た。今回の試験では、圧力損失理論値よ りも実測値のほうが低い結果となったが、理論式内では継手の形状による変数を含まないため継 手毎に増減する可能性が考えられる。そのため継手の圧力損失が重要となる場合においては個々 の圧損を確認する必要があると考える。 ― 74― ７． 調査結果まとめ 水素配管時に重要となる圧力損失について、様々な条件下での水素圧力損失を確認し、更に Darcy-Weisbach の式やその他の圧力損失要因式を用いた圧力損失計算結果と、様々な条件下での 水素圧力損失実測値と比較し、計算による水素圧力損失の妥当性を調査した。 その結果は、以下に示した（１）～（４）の圧力損失結果比較で、圧力損失理論値が概ね圧力損 失実測値を再現していることを確認した。但し、いずれも完璧に一致する訳ではなく、この差につ いての原因は明確には分かっておらず、恐らく脈動による系内の圧力挙動変化、或いは測定装置特 有の誤差要因であると推測する。今後の暫定実用式導出においても、このバラツキを考慮した上で 導出する必要があることを把握した。 （１） 水素と他気体との圧力損失結果比較にて、密度が小さい気体程圧力損失も小さくなること から、圧力損失の要因には気体の密度が大きく寄与することを確認出来た。 （２） 表面粗度による圧力損失結果比較にて、ポリエチレン管と鋼管の圧力損失実測値が殆ど一 致することを確認し、都市ガス同等の流量域では管摩擦係数λによる圧力損失への影響が小 さいことを確認出来た。 （３） コイル管による圧力損失結果比較にて、螺旋管における圧力損失式は完全な乱流域におい ては、直線状の管と同様に、いずれのコイル管でも圧力損失実測値を再現することを確認出 来た。 （６） 継手（エルボ）による圧力損失結果比較にて、継手個数の増加に伴い、概ね理論値通り、 圧力損失も大きくなることを確認出来た。 ― 75― Ⅵ．水素暫定実用式の導出 １．水素暫定実用式の導出 １．１ 暫定実用式導出に向けた課題と方策 Ｖ．圧力損失測定試験結果から、Darcy-Weisbach の式で算出した圧力損失理論値は、水素を流 した際でも圧力損失実測値を概ね再現していることを確認した。但し、Darcy-Weisbach の式その もので実際の導管設計を行うと、配管依存の係数（レイノルズ数：Ｒｅ、相対粗さ：ε／Ｄ、管摩 擦係数：λ）を流量から流速に変換した後に、流速に応じて変更しなければいけない為、導管設計 時に活用し易い形態とした実用式が望ましい。 上記の理由から、Darcy-Weisbach の式に基づき簡略化した暫定実用式の導出を試みるが、それ に当り、以下の点を考慮して実施した。 １）導管設計による配管は、現実の施工では土中の障害物により変更を余儀なくされ継手の数 （特にエルボ）が増加することがある為、設計の時点では継手の数を限定するのは困難であ る。 ２）導管設計における圧力損失の算定には流量や流量係数等の尐ないパラメータから問うのから 求められるように、簡便な算出手法が一般的に活用されている。 （流量に応じてレイノルズ数を算出し、ムーディ線図やコールブルックの式を用いて都度流 量毎の管摩擦係数：λを求めるのは設計実務においては比較的複雑で時間を要する。 ） ３）Darcy-Weisbach の式中の配管依存の係数（管摩擦係数：λ等）を流量に依らず固定値で扱 うことで式の簡略化が可能だが、これら係数は流量により変化する為、流量によっては実測 値との誤差が大きくなる。 これらの課題を解決する為の方策として、都市ガス導管設計の考え方や導管材料使用平均実績か ら水素の使用の前提条件を絞り込み、試験実測値に余裕分として圧力損失要因を加味した水素特有 の暫定実用式を導出することとした。 １．２ 暫定実用式の提示 １．２．１ 想定される水素使用設計条件下での実測値と既存理論式との比較 暫定実用式の導出にあたり、係数固定の簡略化した式では流量範囲よって実測値との乖離が大 きくなる場合があることから、実際に使用する特定流量範囲での活用を想定した。その想定にお いて、現時点では指標とする水素使用機器の想定が困難である為、都市ガスにおける基準を参考 にして設定を行った。 ― 76― 表１．２．１－１ 項目 想定される水素使用設定条件 条件 備考 エルボ１個当りの等価管長は３ｍとする （実測値から算出） 継手数 ５０Ａ：２５ｍにつき４個 エルボ個数は日本ガス協会による 使用実績からの試算による （エルボ数） 使用流量 （）内は供給 圧力を仮定 ① ３０～４０Ｎｍ３／ｈ（２．５ｋＰａ） ② ４０～７０ Ｎｍ３／ｈ（５ｋＰａ） 現行の都市ガス設計基準と同等な 配管選定を水素において行う際の使用流量 ③ ７０～１２０Ｎｍ３／ｈ（１０ｋＰａ） 温度 ０℃ 日本国内での埋設深度を想定した場合の最低温度 上記の表の条件から、Ⅴ６．継手（エルボ）による圧力損失への影響調査で測定した継手無し での圧力損失結果を基に、温度を測定温度（２０℃）から０℃での圧力損失に換算し（温度変化 による内径、延長の収縮も加味）、更に継手（エルボ）を４個分追加した際の圧損を算出するこ とで、余裕分や継手（エルボ）による曲がり分も含む圧力損失想定値を導出した。 表１．２．１ 余裕分も含む圧力損失実測値と既存理論式及び圧力損失想定値との比較 （測定条件：５０Ａポリエチレン管、水素使用、２５ｍ延長、継手による曲がり無し） 圧力損失⊿P [kPa] 実測値 理論値 実測値 （温度誤差分、継手４個分加味） 0.038 0.011 0.005 0.010 0.034 0.013 0.009 0.015 0.032 0.013 0.013 0.019 0.049 0.022 0.016 0.026 0.047 0.026 0.021 0.033 0.046 0.030 0.026 0.040 0.044 0.038 0.036 0.053 0.043 0.044 0.044 0.064 0.041 0.058 0.061 0.087 0.040 0.070 0.075 0.106 0.038 0.083 0.09 0.127 0.038 0.094 0.103 0.145 0.037 0.108 0.119 0.167 0.036 0.127 0.142 0.199 0.035 0.148 0.166 0.232 0.034 0.174 0.195 0.273 0.033 0.206 0.23 0.322 0.032 0.238 0.267 0.373 0.032 0.278 0.312 0.436 0.031 0.312 0.353 0.492 0.030 0.357 0.402 0.561 0.030 0.399 0.45 0.628 0.030 0.437 0.492 0.687 0.029 0.490 0.551 0.770 0.029 0.548 0.617 0.862 ※ Re数＞2000で乱流域と見なした場合 ガス流量Q ガス流速V Re数 管摩擦係数λ [Nm3/h] [Nm/s] [-] [-] 23.7 26.6 28.1 29.2 32.1 35.2 40.5 44.3 52 58.1 64.4 69.3 75 82.5 90.3 99 109.2 118.7 129.7 138.6 149.9 159.8 168.3 179.8 191.7 3.65 4.10 4.33 4.50 4.95 5.43 6.24 6.83 8.02 8.96 9.93 10.68 11.56 12.72 13.92 15.26 16.83 18.30 19.99 21.36 23.11 24.63 25.94 27.71 29.55 1683 1889 1995 2074 2279 2500 2876 3146 3693 4126 4573 4921 5326 5859 6412 7030 7755 8429 9210 9842 10645 11348 11951 12768 13613 ※ ― 77― 圧力損失（kPa） 1.00 0.10 H2理論値（Darcy-Weisbach式） H2実測値 H2想定値（安全率、継手4個分加味） 0.01 10 100 1000 流量（Nm3/h） 図１．２．１ 余裕分も含む圧力損失実測値と既存理論式及び圧力損失想定値との比較 （測定条件：５０Ａポリエチレン管、水素使用、２５ｍ延長、継手による曲がり無し） １．２．２ 暫定実用式の提示と既存理論式との比較（Ｋｈ値固定） 暫定実用式導出においては、計算値よりも圧力損失実測値が大きいと水素供給が滞る可能性が ある為、水素特有の係数を既存の理論値から余裕分等を含む実測値を満足する範囲で選定する必 要がある。なお、水素特有の係数は、既存の Darcy-Weisbach の式中の流速：Ｖを流量：Ｑに置 き換え、更に流量：Ｑ、管延長：Ｌ、管内径：Ｄ以外を一括り纏めたものとして取り扱う。 既存の Darcy-Weisbach の式から流速：Ｖを流量：Ｑに置き換えると、 （１１）式のように変換 出来る。 Q 2 ρ L Pa P 1.62 106 π2 D5 －（１１） また、内径をメートル単位：Ｄからセンチメートル単位：Ｄｃに換算すると、（１２）式のよ うになる。 Q 2 ρ L Pa P 5 4 2 1 . 62 10 π D c －（１２） （１２）式の流量：Ｑ、延長：Ｌ、内径：Ｄｃ以外の係数を一括りにしたものを水素流量 係数：Ｋｈと定義し、Ｋｈ値を定義した後の圧力損失導出式は（１４）式のように定義出来る。 ― 78― Kh λ ρ 1 . 62 10 4 π 2 P Kh Q 2 L Dc 5 Pa －（１３） －（１４） この（１４）式を用いて、想定される水素使用設計条件下での実測値との整合を実施し、実 測値や温度誤差分を加味した上で、表１．２．１－１の想定されるそれぞれの使用流量範囲で の水素流量係数：Ｋｈを定義した。なお、Ｋｈ値を使用した際に、標準条件（２３℃、継手無 し）で入力しても、余裕分として圧力損失が大きくなる条件（０℃、継手４個含む）下での圧 力損失が算出出来るように、Ｋｈ値を補正した。その結果を下表、下図、及び（１５）式～ （１７）式に示す。 表１．２．２ 余裕分も含む圧力損失実測値と暫定実用式との比較（Ｋｈ値固定） （測定条件：５０Ａポリエチレン管、水素使用、２５ｍ延長、継手による曲がり無し） ガス流量Q [Nm3/h] 23.7 26.6 28.1 29.2 32.1 35.2 40.5 44.3 52 58.1 64.4 69.3 75 82.5 90.3 99 109.2 118.7 129.7 138.6 149.9 159.8 168.3 179.8 191.7 圧力損失⊿P [kPa] 理論値 実測値 （Kh値①②③使用） （温度誤差分、継手４個分加味） 0.010 0.015 0.019 0.026 0.033 0.033 0.040 0.040 0.053 0.053 0.064 0.064 0.110 0.087 0.135 0.106 0.156 0.127 0.168 0.145 0.203 0.167 0.243 0.199 0.292 0.232 0.355 0.273 0.420 0.322 0.373 0.436 0.492 0.561 0.628 0.687 0.770 0.862 ― 79― 圧力損失（kPa） 1.00 0.10 H2理論値（Darcy-Weisbach式） H2理論値（Darcy-Weisbach式、水素流量係数Kh①使用） H2理論値（Darcy-Weisbach式、水素流量係数Kh②使用） H2理論値（Darcy-Weisbach式、水素流量係数Kh③使用） H2実測値 ① ③ ② H2想定値（温度誤差分、継手4個分加味） 0.01 使用流量範囲 10 100 1000 流量（Nm3/h） 図１．２．２ 余裕分も含む圧力損失実測値と暫定実用式との比較（Ｋｈ値固定） （測定条件：５０Ａポリエチレン管、水素使用、２５ｍ延長、継手による曲がり無し） Kh① 3.34 －（１５） Kh② 3.39 －（１６） Kh③ 3.10 －（１７） 上記の検討により、水素流量係数：Ｋｈを使用流量範囲により使い分けることで、任意の流量 範囲での実測値との整合を可能とした。但し、Ｋｈ値自身が固定値であり、傾きは一定である為、 適用流量範囲外での使用は実測値と整合しないことに注意が必要である。 １．２．３ 暫定実用式の提示と既存理論式との比較（Ｋｈ値変動） １．２．２で暫定実用式について紹介したが、水素流量係数：Ｋｈを固定値で扱うと、適用範 囲外の使用では現実と合わない値が算出される。そこで、Ｋｈ値を流量：Ｑの関数として取り扱 うことで、より Darcy-Weisbach の式に整合させることが期待出来る為、以下に検討を行った。 ― 80― 検討に当たっては、まず実測により得られた流量－圧力損失の関係に継手（エルボ）分の圧力 損失等の余裕分を加算し、その結果を Darcy-Weisbach の式によりＫｈ値を逆算し求めた。それ により得られたＫｈ値と流量の関係から近似式を求め、（１８）式のようにＫｈ値の関数とした。 表１．２．３ 安全率も含む圧力損失実測値と暫定実用式との比較（Ｋｈ値変動） （測定条件：５０Ａポリエチレン管、水素使用、２５ｍ延長、継手による曲がり無し） ガス流量Q 水素流量係数Kh [Nm3/h] [-] 23.7 26.6 28.1 29.2 32.1 35.2 40.5 44.3 52 58.1 64.4 69.3 75 82.5 90.3 99 109.2 118.7 129.7 138.6 149.9 159.8 168.3 179.8 191.7 4.01 3.92 3.88 3.85 3.78 3.71 3.61 3.54 3.43 3.35 3.29 3.24 3.19 3.13 3.07 3.02 2.96 2.91 2.86 2.82 2.78 2.74 2.71 2.68 2.64 理論値 （Kh値使用） 0.022 0.027 0.029 0.032 0.037 0.044 0.057 0.067 0.089 0.109 0.131 0.149 0.172 0.205 0.241 0.284 0.339 0.394 0.462 0.520 0.599 0.672 0.738 0.831 0.933 圧力損失⊿P [kPa] 実測値 （温度誤差分、継手４個分加味） 0.010 0.015 0.019 0.026 0.033 0.040 0.053 0.064 0.087 0.106 0.127 0.145 0.167 0.199 0.232 0.273 0.322 0.373 0.436 0.492 0.561 0.628 0.687 0.770 0.862 10 0.10 H2理論値（Darcy-Weisbach式） H2理論値（Darcy-Weisbach式、水素流量係数Kh使用） H2実測値 H2想定値（温度誤差分、継手4個分加味） 水素流量係数Kh 累乗 (水素流量係数Kh) 0.01 10 100 1 1000 流量（Nm3/h） 図１．２．３ 安全率も含む圧力損失実測値と暫定実用式との比較（Ｋｈ値変動） （測定条件：５０Ａポリエチレン管、水素使用、２５ｍ延長、継手による曲がり無し） ― 81― 水素流量係数Kh(-） 圧力損失（kPa） 1.00 Kh 7.56 Q 0 .2 －（１８） 近似式としては今回採用した累乗関数以外にも多くあり、かつより整合性が高い関数も存在 するが、本来の実用式の意図である“簡便に計算可能なこと”を踏まえると累乗関数が適して いると考えた。但し、（１８）式は流速ではなく流量の関数であり、管口径が異なるとＫｈ値 もそれぞれ異なる。今回は、一例として内径が５０Ａとしての（１８）式を導出したが、他の 口径での使用の際は、別途導出する必要がある。 ― 82― Ⅶ．総括 本事業では、水素導管における圧力損失解析について、下記事項を調査した。 （１）水素パイプラインにおける圧力損失測定 ・各圧力損失測定結果から得られた気体依存のパラメータ（密度：ρ、管摩擦係数：λ）、 及び配管依存のパラメータ（延長：Ｌ、口径：Ｄ）を Darcy-Weisbach の式に適用するこ とにより、試験流量範囲（２０～２００Ｎｍ３／ｈ）において、水素やヘリウム等の低比 重の気体でも圧力損失実測値を再現することが確認出来た。 （２）水素暫定圧力式の算出 ・既存の圧力解析式である Darcy-Weisbach の式をベースに検討した結果、水素使用流量範 囲による使い分けを行うことで、任意の流量範囲での実測値との整合を可能とする水素の 暫定実用式を導出した。 ― 83― ＜参考文献＞ １）平成１９年度地方都市ガス事業 天然ガス化促進対策調査 「水素供給システム安全性技術調査」 （樹脂系材料の仕様検討）調査報告書 ２）平成１９年度地方都市ガス事業 三井化学㈱ 天然ガス化促進対策調査 「水素供給システム安全性技術調査」 （内管の仕様検討）調査報告書 日立金属㈱ｐ４１－８７ ３） 「導管網解析ハンドブック」： （社）日本ガス協会 昭和６２年８月 ４） 「基礎流体力学（基礎流体力学編集委員会編）」 ： 産業図書㈱（Ｈ１８．８．９） ５） 「水力学－流れ現象の基礎と構造」： ６） 「機械工学便覧 基礎編 Ａ５ ７） 「化学工学便覧改訂５版」 ８） 「岩波 実教出版（１９８２）ｐ１３１－１３２ 流体工学」 ： 日本機械学会（１９９９）ｐ７８－７９，８４ ：（社）化学工学会 理化学辞典第５版」： 岩波書店㈱ ｐ８２－８５，２６０－２６９ （１９９８．２．２０） ９） 「水素の基本特性」： （独）新エネルギー・産業技術総合開発機構 １０）板橋明吉 ｐ１６２－１６３ 状況別インデックス ：「管路の圧力損失係数に関する巨視的評価（第２報，エルボの損失係数）」 日本機械学会論文集 Ｖｏｌ．７３，Ｎｏ．７２５，１７６－１８１ （２００７） １１）L.F.Moody: Functional Factor for pipe flow,ASTM Trans.， Ｖｏｌ．６６，ｐｐ６７１－６８４， （１９４４） １２）荻野正男、梶本光廣 原子力安全基盤機構 ： 「事故時の格納容器内水素挙動に関する大規模試験」 原子力システム安全部 １３）「地中温度等に関する資料」 ： 農林水産省 １４）「水素ヒヤリハット事例解析集」： （２００９年１０月２３日） 気象庁 九州大学 昭和５７年３月 統合技術会議 （２００８年１月２５日） １５）「三井ＰＥガス導管システム」カタログ：三井化学産資㈱ １６）「三井給水給湯配管システム １７）「ガス用ヒシパイプＰＥ エルメックス」 ： 三井化学㈱ ガス用ヒシＰＥ継手」： １８）「エスロンガス用ポリエチレン管・継手」 ： 積水化学㈱ １９）「日立ガス用ポリエチレン配管システム」カタログ ２０）「ガス配管用管継手類」カタログ ２１）「防爆規格」 ： ㈱ノーケン ２２）「熱流体力学」木下祥次 ２３）「気体の粘度」流体工業㈱ ： 三菱樹脂㈱ ： ホームページより ホームページより 日立金属㈱ 日立金属㈱ ホームページより ホームページより ホームページより ２４）「熱による鋼管の膨張と荷重」住友金属工業㈱ ― 84― ホームページより