2011 Fiscal Year Research-status Report
ディスク型ＳＯＦＣ高性能化のための平行円板流路内流れの熱流体制御
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23560210
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
角田 和巳 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (70255644)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
末包 哲也 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (30262314)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2014-03-31
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| Keywords | 流体力学 / 固体酸化物形燃料電池 |
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| Research Abstract |
固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）とマイクロガスタービン（μGT）を複合化したハイブリッドシステムは，次世代発電システムの有力な候補であるが，高い総合効率を実現するためには，電力変換の過半を担うSOFC の信頼性・耐久性を高め，SOFC 単体としての発電効率を向上させることが望まれる．本研究は，SOFC の中でも高出力密度が期待されるディスク型SOFC を対象として，セルに供給された燃料および空気の熱流体挙動を流体力学的な視点に基づいて掌握し，発電性能の向上につながる適切な流動制御方法および熱管理手法を提案することによって，SOFC の高性能化に寄与することを目的とするものである．そこで平成23年度においては，まず，従来の研究によって速度場に対する有効性が実証されたインボリュート曲線形状の集電体を燃料流路内に配置し，圧力損失への影響および圧力変動に関する動特性を調査した．その結果，インボリュート曲線に沿う旋回流れを維持するため，流れと直交する方向に圧力こう配が生じること，流量変動に伴う圧力変動の応答性は高いことが明らかとなり，圧力場の特性も踏まえて最適運転条件を決定することの重要性が示された．また，温度場の影響を調べるため，流路壁面上に伝熱面を設置し，実機で発電時に生じる電極からの発熱条件を考慮した流動実験を行った．赤外線サーモグラフィによる温度場の可視化からは，従来タイプの放射状流れを利用する流路に関しては，流れ場が伝熱面へ及ぼす影響は観察されなかったが，詳細に関しては現在検討中である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実験装置の設置と準備の関係で，平成24年度に実施を計画していた実験の一部を行ったが，研究計画上の支障は無く問題はない．また，伝熱面を設置した温度計測は，従来用いられてきた放射状流路を比較対象として実施したが，インボリュート形状流路を対象とした計測は継続中である．以上の状況から，現在までの研究計画は概ね順調に進展していると判断される．
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| Strategy for Future Research Activity |
前述の温度計測について継続実験を行い，流れ場に対する加熱条件の影響を定量的・定性的に検討する．また，圧力変動の応答性を含めた圧力場の挙動についても加熱条件下での実験を行い，実機の運転条件下で予測される温度場の影響と物理的な特性を明らかにする．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成23年度後半に実施した伝熱実験は，比較検討のために放射状流路を計測対象としたが，同時に速度場の情報を取得するためには，流路スケールの変更が望ましいことが示唆された．特に，平成24年度に予定しているインボリュート形状流路の伝熱実験においては，流路の再設計が必要性であることから，新規流路および伝熱面の作製費用として次年度研究費に含めることとした．
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