2008 Fiscal Year Annual Research Report
ディスク型SOFC用平行円板流路内のガス流動制御に関する研究
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20560169
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
角田 和巳 Shibaura Institute of Technology, 工学部, 教授 (70255644)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
末包 哲也 徳島大学, 大学院・ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (30262314)
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| Keywords | 固体酸化物型燃料電池 / ディスク型SOFC / 放射状流れ / 旋回流れ / 粒子画像流速計 / 低レイノルズ数 |
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| Research Abstract |
固体酸化物型燃料電池(SOFC)の一種であるディスク型SOFCの流路を想定し,平行円板間に生じるガス流動の計測と流動場の最適化を試みた.SOFCに供給される空気および燃料は,電気化学反応を伴う高温場で流動するため,実際の運転条件下で流動状態の詳細を計測することは困難である.したがって本研究では,実機と同一スケールの流路を作製して力学的に相似な流れ場を再現し,熱管理ならびに発電効率向上の実現に必要な流れ場の一様化を実験的に検証した.
流れ場の計測には粒子画像流速計(PIV)を適用し,円板に平行な面内の速度ベクトルを異なる流量のもとで取得した.燃料や空気の流動様式は,電流経路を確保する目的で流路内に配置されている集電体の形状と配置によって決定されるが,本研究では流れの一様性が実現できるような集電体について数値シミュレーションの結果を踏まえて検討し,インボリュート曲線形状の集電体を等間隔で設置した流路を作製した.この流路内の流れ場に対してPIV計測を実施した結果,流路全域でほぼ一定の流速が維持されることが確認された.これは,隣り合うインボリュート曲線によって構成される流路が幾何学的特性によって等断面流路として機能するためであり,従来の放射状流れと比較して流れの一様性が大きく改善されることが実験的に示された.燃料流路と空気流路とではガスの供給方法が異なるため,流路入口では速度分布の様子に違いが観察されたが,全体的な流れ場の構造は共通であり,本手法の有効性が認められた.また,空気流路に関しては,ガス供給孔の個数と面積を増やすことによって噴流状の流れが緩和され,流れの一様化に寄与することがPIV計測の結果から確認された.これらの傾向は広範囲の流量に対して観察され,運転流量の変動を吸収できる可能性がある.
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