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2011 Fiscal Year Annual Research Report

太陽光エネルギー高度利用型クリーンMHD発電の新展開に向けた基盤形成

Research Project

Project/Area Number 22246130
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

奥野 喜裕  東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (10194507)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 村上 朝之  東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教 (20323818)
KeywordsMHD発電 / エネルギー変換 / 電力発生 / 太陽エネルギー / プラズマ / 電磁流体 / 高温希ガス / シード剤フリー
Research Abstract

本研究の目的は,太陽光エネルギーの高度利用を念頭においたクリーンMHD発電(エネルギー源はもちろんのこと,作動気体を希ガスとし,従来型のアルカリ金属等のシード剤を一切不要とする)の実現可能性を格段に高め,究極にある「太陽光エネルギー高度利用型MHD発電システム」の構築に向けて研究・開発基盤を確立することにある。
平成22年度(初年度)は,衝撃波管駆動MHD発電実験装置に新たにリニア形状ファラデー型発電機を組み込み,本システムの基本要素である高温希ガスプラズマMHD発電の実証試験を実施し,初期の段階ではあるが,シード剤を用いない高温希ガスプラズマを用いたリニア形状発電機において,有意な発電が可能であることを実験的に示した。
この成果を受けて,本年度(平成23年度)は,更なる性能の向上とその定量的評価,ならびに希ガスプラズマ・電磁流体挙動の解明に重点を置いて研究を遂行した。その結果,希ガス(アルゴン)入口全温度~9,000K,圧力~0.15MPa,磁束密度4Tの下で,MHD発電機の電圧-電流特性を明らかにし,最大発電出力19.6kW,エンタルピー抽出率10.9%,出力密度(4番電極領域)244MW/m^3を達成し,先導研究で実績のあるディスク形状発電機に匹敵し,かつ従前のシードプラズマ発電機と同等以上の発電性能を有することを世界で初めて定量的に実証した。さらに,光学計測によるプラズマの電子温度の評価から,プラズマが非平衡状態にあることやその変動が小さいことが明確となり,本方式の潜在力の高さと学術的意義を進化させることができた。一方,関連して進めている数値シミュレーションでは,未だ改善の余地は残されているものの,定量的に相応しい評価が得られており,実験結果の妥当性を確認することができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

9.研究実績の概要で述べたとおり,本研究の本質であるクリーンMHD発電(エネルギー源はもちろんのこと,作動気体を希ガスとし,従来型のアルカリ金属等のシード剤を一切不要とする)の実現可能性を世界に先駆けて実証できる段階に至っており,当初の計画通り,次の研究ステップとなるパルス熱源駆動温希ガスMHD発電実証試験に向けての基盤を確立できたものと判断している。

Strategy for Future Research Activity

本研究は当初の計画通り順調に進展しており,来年度には衝撃波管駆動高温希ガスプラズマMHD発電の有用性に関する第一段階評価を確立するとともに,CO_2パルスレーザーを模擬したパルス放電による高温希ガスMHD発電実証試験の着手と性能向上への指針の明確化を目指して研究を更に進展させる。前者は,初年度,本年度の2年間の成果を更なる研究の積み重ねからより定量的に評価し,本発電方式の潜在力と有用性の確度を高める。一方,後者は,やや萌芽的要素を含み,多少の試行錯誤が予測されるが,原理実証試験や数値シミュレーションの概算から立ち上げ,徐々に確実かつ高性能なMHD発電実証へと研究を展開し,研究目的の達成に至りたい。

  • Research Products

    (14 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (10 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Magnetohydrodynamic electrical power generation using convexly divergent channel I. Experimental demonstration2011

    • Author(s)
      Tomoyuki Murakami, Yoshihiro Okuno
    • Journal Title

      Journal of Physics D : Applied Physics

      Volume: 44 Pages: 185201(8)

    • DOI

      10.1088/0022-3727/44/18/185201

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Magnetohydrodynamic electrical power generation using convexly divergent channel II. Numerical simulation2011

    • Author(s)
      Tomoyuki Murakami, Yoshihiro Okuno
    • Journal Title

      Journal of Physics D : Applied Physics

      Volume: 44 Pages: 185202(10)

    • DOI

      10.1088/0022-3727/44/18/185202

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transient Behavior of Magnetohydrodynamic Power-Generating Plasma2011

    • Author(s)
      Tomoyuki Murakami, Yoshihiro Okuno
    • Journal Title

      IEEE Trans. Plasma Science

      Volume: 39 Pages: 2940-2941

    • DOI

      10.1109/TPS.2011.2158858

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] インパルス放電希ガス加熱によるMHD発電実験2012

    • Author(s)
      栗山廉士, 村上朝之, 奥野喜裕
    • Organizer
      電気学会全国大会
    • Place of Presentation
      広島
    • Year and Date
      2012-03-21
  • [Presentation] パルス熱源駆動MHD発電機の電磁流体シミュレーション2012

    • Author(s)
      河村一平, 村上朝之, 奥野喜裕
    • Organizer
      電気学会全国大会
    • Place of Presentation
      広島
    • Year and Date
      2012-03-21
  • [Presentation] ファラデー形発電機を用いた高温希ガスプラズマMHD発電実験2012

    • Author(s)
      庄雲欽, 村上朝之, 奥野喜裕
    • Organizer
      電気学会全国大会
    • Place of Presentation
      広島
    • Year and Date
      2012-03-21
  • [Presentation] 高温希ガスプラズマを利用するファラデー形MHD発電機の発電特性に関する数値計算2012

    • Author(s)
      王立波, 鈴木仁章, 村上朝之, 奥野喜裕
    • Organizer
      電気学会全国大会
    • Place of Presentation
      広島
    • Year and Date
      2012-03-21
  • [Presentation] Magnetohydrodynamic Energy Conversion with Supersonic Argon Plasma Flow2012

    • Author(s)
      Libo Wang, Yunqin Zhuang, Tomoyuki Murakami, Yoshihiro Okuno
    • Organizer
      Asian Joint Conference on Propulsion and Power 2012
    • Place of Presentation
      Xi'an
    • Year and Date
      2012-03-02
  • [Presentation] ファラデー形発電機を用いた衝撃波管駆動高温希ガスプラズマMHD発電実験2011

    • Author(s)
      庄雲欽, 川崎央, 村上朝之, 奥野喜裕
    • Organizer
      電気学会新エネルギー・環境研究会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2011-08-26
  • [Presentation] 高温希ガスプラズマを利用するファラデー形MHD発電機の発電特性に関する数値計算2011

    • Author(s)
      王立波, 村上朝之, 奥野喜裕
    • Organizer
      電気学会新エネルギー・環境研究会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2011-08-26
  • [Presentation] MHD Electrical Power Generation with Seed-Free Pure-Inert-Gas Plasma2011

    • Author(s)
      Akira Kawasaki, Libo Wang, Kazuhito Watanabe, Tomoyuki Murakami, Yoshihiro Okuno
    • Organizer
      The International Conference on Electrical Engineering 2011
    • Place of Presentation
      Hong Kong
    • Year and Date
      2011-07-12
  • [Presentation] Experimental Studies of Seed-Free Pure-Inert-Gas Working MHD Power Generation2011

    • Author(s)
      Yoshihiro Okuno, Kazuhito Watanabe, Akira Kawasaki, Tomomuyuki Murakami
    • Organizer
      The 18th International Conference on MHD Energy Conversion
    • Place of Presentation
      Honolulu
    • Year and Date
      2011-06-27
  • [Presentation] Experiment and simulation of MHD power generation using convexly divergent channel2011

    • Author(s)
      Tomoyuki Murakami, Yoshihiro Okuno
    • Organizer
      The 18th International Conference on MHD Energy Conversion
    • Place of Presentation
      Honolulu
    • Year and Date
      2011-06-27
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.es.titech.ac.jp/okuno/index-j.html

URL: 

Published: 2013-06-26  

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