アルカリ金属シードを用いない高効率MHD発電の実証実験

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450109
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 原田 信弘 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (80134849)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 入澤 壽逸 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (10016537) ; 八井 浄 長岡技術科学大学, 極限エネルギー密度工学研究センター, 教授 (80029454)
• Keywords: MHD発電 / 高効率直接発電 / クローズドサイクルMHD発電 / 電磁流体力学 / 非平衡プラズマ / 混合希ガス作動流体 / キセノンシード / 衝撃波管実験

Research Abstract

平成14年度には、衝撃波管の駆動実験を行うよう、計測系のセットアップを優先的に行った。当初、高圧部と低圧部を隔てる隔膜はマイラ製とし、膜厚、重ねる枚数によって破膜圧を変えて衝撃波の条件を変更する予備実験を行った。同時に、半導体圧力変換器による圧力変化の高速計測を行い、衝撃波管各点での圧力履歴を計測して、これまでに確立している、CIP mono-tone法による衝撃波館内の衝撃波伝播の数値解析と比較検討を行った。結果として、圧力波形については、詳細なずれはあるものの概略でよく一致し、衝撃波管の運転条件の違いによる動作特性の変化など十分に、開発した数値解析で知ることができることがわかった。
数値解析では、これまでに衝撃波管実験装置の動作解析を行っていたが、MHD発電機と組み合わせた発電実験に向けて、衝撃波管で作られた高温、高圧の作動気体をMHD発電機に導くことを想定して、衝撃波管端での温度と圧力条件をMHD発電機の入力条件として、時間的に変化する淀み点温度、淀み点圧力のもとで発電特性を解析する手法を開発した。発電性能として、シード率、負荷抵抗値を変えて検討した結果、シード率、負荷抵抗によって発電出力やエンタルピー抽出率は変化するが、発電機出ロマッハ数はちょうど1程度の条件で発電性能が最大になることがわかった。さらに、同一のシード率や負荷抵抗値の条件でも、入口淀み点圧力や淀み点温度の時間変化によって、発電性能にゆらぎが出ること。また、このときも発電機出口マッハ数が1になるタイミングで発電出力の最大値が得られることが明らかになった。
ディスク型MHD発電機では、混合希ガス作動流体を用いたときの放電構造とプラズマの安定性や発電性能の解析が行われ、プラズマの再結合係数が放電構造や安定性、さらに発電性能と深く関係していることが明らかになった。