希薄予混合燃焼器を搭載した水素ガスタービンシステムの開発研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555069
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Institute of Technology
• Principal Investigator: 湯浅 三郎 東京都立科学技術大学, 工学部, 教授 (60123147)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 登 東京都立科学技術大学, 工学部, 助手 (50099363)
• Keywords: 水素ガスタービン / 希薄予混合燃焼器 / 水素吸蔵合金 / 低NOx

Research Abstract

1.実機予混合燃焼器の燃焼方式の決定と試作
水素の場合、完全混合希薄予混合器では常に逆火の危険が伴う。これを避けるために過濃予混合噴流火炎を空気流中で燃焼させ、最終的に希薄燃焼させる二段燃焼方式によるNOx低減効果を化学動力学的に解析した。これによって初期の過濃予混合火炎の当量比と燃焼器内の反応時間とによって二段燃焼の効果が大きく変わることがわかった。また試験燃焼器を用いて、周囲空気流の流速や旋回強さを変えたときの過濃予混合噴流火炎の安定性や火炎形状の変化を調べた。これらの結果に基づき、過濃予混合気を用いる実機燃焼器の中心的な部品であるインジェクターを製作した。来年度はこれらのインジェクターを用いて燃焼実験を実施する。
2.Mg系水素吸蔵合金の熱化学特性の測定
昨年度製作した水素吸蔵合金の加熱装置を用いて、Mg2NiとCaMg1.8Ni0.5の熱伝導率や水素放出特性を測定した。その結果、微粉化されたMg系水素吸蔵合金の有効熱伝導率はステンレスのそれよりも一桁小さいこと、Mg2Niの有効熱伝導率はCaMgl.8Ni0.5よりも大きいこと、水素化物の有効熱伝導率は水素吸蔵合金よりも低いことがわかった。さらに水素吸蔵合金の容器が比較的小さい場合には、Mg2Niの水素化物は反応容器の温度と圧力とを一定に保ちながら水素供給が可能であるが、CaMg1.8Ni0.5nの水素化物は放出された水素が再吸蔵されるため定常的な水素供給は困難であることが確かめられた。
3.水素ガスタービン用排熱利用型水素供給システムの検討
タービンの排熱を水素吸蔵合金からの水素放出の熱媒体として利用する水素供給システムを備えた水素ガスタービンサイクルの性能予測を行った。Mg2Ni合金を用いた圧力比の低い水素ガスタービンの場合は、熱交換率よりも熱交換器の圧力損失の影響を強く受けるがサイクルの自立は十分に可能であることがわかった。

Research Products

• [Publications] YUASA Saburo: "On the Lift off Height of Various Fuel Jet Flames"Proceedings of the Second Asia-Pacific Conference on Combustion. 390-393 (1999)
• [Publications] MINAKAWA Katsuhiro: "Development of a Lean Prernixed-type Combustor with a Divergent Flameholder for a Hydrogen-Fueled MicroGas Turbine"Proceedings of the 14th ISABE. ISABE99-7010. (1999)
• [Publications] YUASA Saburo: "Operating Characteristics of a Hydrogen Feed System Using Metal Hydride for a Hydrogen-Fueled Micro Gas Turbine"Proceedings of the International Gas Turbine Congress 1999 Kobe. II. 1063-1068 (1999)
• [Publications] 湯浅三郎: "水素吸蔵合金を用いた水素ガスタービン用排熱利用型燃料供給システムの検討"第14回ガスタービン秋季講演会講演論文集. 135-140 (1999)
• [Publications] 皆川 和大: "過濃予混合火炎を用いた超小型水素ガスタービン燃焼器に関する研究―火炎安定限界とインジェクター形状の検討―"第28回ガスタービン定期講演会. (2000)