マイクロガスタービン高効率化のためのタービン内全温-定膨張燃焼に関する研究

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17760164
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 齋藤 元浩 京都大学, 工学研究科, 助手 (90314236)
• Keywords: マイクロガスタービン / 全温一定膨張燃焼 / 熱効率 / フレームホルダ

Research Abstract

マイクロガスタービンサイクルに全温一定過程の導入すれば,タービン入口温度を上昇させなくとも熱効率が向上すると考えられる.本研究において,全温一定過程はタービン動翼内で燃焼を行うことを想定している.本来,タービンでは仕事抽出のために全エンタルピーが低下するが,燃焼による発熱で補うことで全温を一定に保つ.本実験の行うことを大まか並べると,タービンを用意し「タービンを運転」「運転中のタービン動翼内に燃料を投入」「着火」「火炎を保持」「タービン動翼の入口・内部・出口の温度を測定し全温一定であるかを確認」「タービンのする仕事を測定」となる.この一連の実験を市販の自動車用ターボチャージャを用いて実施し以下のような知見を得た.
・ケーシングにノズルを設置することによりタービンの効率を改善することができ,またノズルの角度の変化による性能の違いについて知ることができた.
・フレームホルダ付き燃料供給口をタービン動翼付近に設置することによってタービン動翼入口において高速流中でも安定にタービン内燃焼に近い燃焼を行うことができ,その可燃範囲についても知ることができた.また主流の温度を高温にすることによって可燃範囲は大きく広がるが,高温でのタービン熱落差を補うのに必要な燃料の量は,本実験でのフレームホルダの可燃範囲の外にあることがわかった.
・燃焼による投入熱量と,タービン作動空気のエンタルピー上昇,コンプレッサ仕事の増加などを調べ,投入した熱量と作動空気の温度上昇や仕事の増加などを比較し,エネルギーの移動の概要をつかむことができた.また,高温時の実験では常温時に比べて値のずれが大きくなり,熱量に関する各測定の方法・精度,実験装置の断熱対策がまだ不十分であることがわかった.