模型用ジェットエンジンを用いたガスタービン発電教材の開発

• Project/Area Number: 15H00203
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 教科教育学Ⅱ(理科系)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 濵名 芳晴 東京大学, 大学院工学系研究科, 技術専門職員
• Project Period (FY): 2015
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2015: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
• Keywords: 模型用ジェットエンジン / ターボチャージャー / 教材開発

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、初等・中等教育おいて理科に関心を抱くことに重点をおき、かつ安全に運用可能な理科教育に用いるガスタービン発電教材の開発が目的である。
1、圧縮空気による模型用ジェットエンジン教材
安全性を考慮し、模型用ジェットエンジンに燃料を使用せず、安価なコンプレッサーを用いて4.0Mpaの圧縮空気で回転させ、タービンが定常に回転することが確認できた。また、圧縮空気の圧力と模型用ジェットエンジンの回転数の関係を調べ、回転数を制御できることが分かった。さらに、ジェットエンジン特有の回転音が確認でき、初等・中等教育の児童、生徒等にとって、非常に興味の引く教材と成りうる可能性を示せた。
また、GUIにより教材として取り扱いが簡便な、圧縮空気の圧力制御と回転数をリアルタイムで計測するシステムを開発した。
2、車載ターボチャーヂャーの有効性
模型用ジェットエンジンを分解するのは困難であったため、車載ターボチャージャーの検討を行った。車載ターボチャーヂャーは、入手性に優れており、模型用ジェットエンジンよりも安価である。さらに、模型用ジェットエンジンと同様に圧縮空気を用いて回転させて、定常及び回転数の制御が行えることが確認できた。したがって、車載ターボチャーヂャーは教材化において、非常に有効であることがわかった。
3、大出力熱風ヒーターの検討
安全に模型用ジェットエンジンの自立運転を行うために、大出力熱風ヒーターの検討を行った。大出力熱風ヒーターでは、空気流量と空気圧力、ヒーター加熱量の関係が密接に関係しており、本研究の範囲において、単一のヒーターでは、制御が困難であることが分かった。したがって、空気流量と空気圧力、ヒーター加熱量に関して、綿密に調査する必要性が分かった。
4、発電出力計測装置及び接続方法の検討
発電実験のためにモーターで回転させた三相交流PM同期発電機に接続する抵抗負荷を変化させて出力特性の測定を行い、発電できることが確認できた。また、発電機と模型用ジェットエンジンの接続方法は、模型用ジェットエンジンの圧縮機の加工を提案した。