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

2001 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 / 過濃予混合火炎 / 希薄予混合燃焼器 / 水素吸蔵合金

Research Abstract

1.実機予混合燃焼器用インジェクターを用いた排気ガス特性の測定
水素/空気予混合火炎を一つの燃焼器内で過濃燃焼させた後に希薄燃焼させる一段燃焼方式用の2種類のインジェクター(パイプ型と旋回噴流型)を用いて、試験燃焼器の火炎安定限界と火炎特性を調べ比較した。その結果、火炎安定性と高燃焼負荷性の面で旋回噴流型インジェクターが優れていることがわかった。続いてこのインジェクターを装着した試験燃焼器の排気ガス濃度と燃焼機内温度分布を調べ、燃焼場と排気ガス特性との関係を考察した。過濃予混合火炎の当量比が低いほどNOx濃度は低下するが逆に燃焼効率は若干低下すること、また過濃予混合火炎の火炎面の部分的開閉によって燃焼場の温度が変化し、NOx濃度や燃焼効率に影響がでることなどが明らかになった。いずれの場合も、現有の超小型水素ガスタービンの燃焼負荷率やNOx濃度の面では優れた結果が得られているが、より高負荷な燃焼条件(燃焼器の全体当量比=0.6相当)の実験を実施するには実験用空気供給装置の改良が必要で、その実験は今後継続する。
2.排熱利用型再生水素ガスタービンサイクルの性能予測
水素ガスタービンの排熱を水素放出の熱媒体として利用する排熱利用型水素供給装置(使用水素吸蔵合金:Mg2Ni)と再生用熱交換器を取り付けた水素ガスタービンサイクルの性能予側を行った。その結果、再生熱交換器での熱交換率を0.3〜0.5の範囲で作動させる一方でMg2Niの排熱利用型水素供給装置での熱交換率は極力大きくするシステムが、超小型水素ガスタービンにとって効率的な運転であることがわかった。
3.水素ガスタービン用排熱利用型水素供給装置の性能測定
試作した実機搭載型排熱利用水素供給装置(使用合金:Mg2Ni、充填量:18.2kg、設計水素流量:0.4g/s 15分間@雰囲気温度380℃、耐圧:5MPa)の活性化処理、水素放出実験を実施した。予備実験の結果、活性化が不十分なため所定の水素流量を維持できず、また微細化した水素吸蔵合金による水素取出口の目詰まり等の不具合が確認された。

Research Products

• [Publications] 皆川 和大, 他: "過濃予混合火炎を用いた超小型水素ガスタービン用試験燃焼器の火炎安定性"第29回ガスタービン定期講演会. 95-100 (2001)
• [Publications] 朝日 雅博, 他: "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装置の研究開発"第29回ガスタービン定期講演会. 65-70 (2001)
• [Publications] 皆川 和大, 他: "過濃予混合火炎を用いた超小型水素ガスタービン用試験燃焼器の排気ガス特性"第16回ガスタービン秋季講演会. 117-181 (2001)