2021 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of a multi-stage gas turbine system with extremely low environmental impact using nitrous oxide as energy source
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18K19885
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| Research Institution | Kitakyushu National College of Technology |
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Principal Investigator |
山本 洋司 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 教授 (50707453)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橘 武史 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 特命教授 (50179719)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2022-03-31
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| Keywords | 環境負荷低減 / 亜酸化窒素 / 分解発熱 / ガスタービン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，ガスタービンの作動ガスに亜酸化窒素（N2O）を用い，N2Oの分解発熱を利用して，燃料を使用しない或いは殆ど使用せずにガスタービンを駆動させる，極低環境負荷型N2Oガスタービンシステムの実現に向けて挑戦するものである．
昨年まで行った，N2Oに僅かに炭化水素系燃料を混合することで分解を促進させる基礎実験を応用し，レシプロエンジンでその効果を確認した．用いたガソリンエンジンは，定格回転数の3600 rpmでの運転ではガソリン消費量は5.3 mL/minであるが，吸気をN2Oとした場合2.8 mL/minと約半分となった．
N2Oでガスタービンを運転させるためには流動中でのN2O分解が必要であるため，流路にグロープラグ（84 W）を配置して分解する方法と，電極を配置してネオントランスによる放電（200 VA）により分解する方法を試みた．分解後の生成ガスの酸素（O2）濃度を測定したところ，N2O流量0.5 L/minで，グロープラグ方式では0.6vol%，放電方式では3vol%と完全分解時のO2濃度33.3vol%にはほど遠い結果となった．これらの結果より，N2Oの高温部との接触時間を長くし，すべてのN2Oを確実に接触させることで分解が促進されるとわかったので，発熱体長さ32 mm，直径8 mm，最高電力440 W，反応室直径が8.5 mmの小型熱風発生器を改造した反応器を製作し実験を行った．N2O流量5 L/min，電力290 Wでは，N2O温度が1000℃になると火炎が発生し，それと同時に1300℃まで一気に上昇した．最終的には1550℃と化学平衡計算での分解時温度1600℃に近い値となった．O2濃度は10vol%と完全分解には至っていないが，分解が促進されており，今後はさらに接触時間を長くしたり，反応器に白金族コーティングを施したりすることにより完全分解を目指す．
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