高断熱効率を有する非平衡ファラデー型MHD発電機の開発

• 研究課題/領域番号: 08780468
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: エネルギー学一般・原子力学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 末包 哲也 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (30262314)
• 研究期間 (年度): 1996
• 研究課題ステータス: 完了 (1996年度)
• 配分額: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 1996年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: MHD発電 / クロースドサイクル / ファラデー型 / 断熱効率 / 予備電離 / 高繰り返し放電

研究概要

セシウムを添加したアルゴンを作動気体に用いて、10.2%のエンタルピー抽出率を実証した、衝撃波管駆動のファラデー型MHD発電実験装置を用いて実験を行った。衝撃波管装置によって澱み点圧力0.4MPa、澱み点温度2000Kの超音速ガス流を約1ms流すことができる。発電機の発電流路入口に相当する部分に放電のための電極を3対設置し、高繰り返しパルス発生装置によって放電を行いプラズマの発生を試みた。断熱効率の計測には、澱み点圧力の計測が不可欠であり、澱み点圧力の損失メカニズムを明らかにするために、新たに澱み点圧測定用のピト-管を設置し、計測を行った。
はじめに、断熱効率と発電機入口出口断面積比の理論的指摘を確認するために、流路断面積比、出口マッハ数、断熱効率の関係について調べた。作動流体にはアルゴン、ヘリウムを用い、それぞれの作動流体に対して、理論的に予測される値とよく一致した実験結果が得られた。また、ヘリウムを用いた場合、アルゴンに比べ高い負荷率での運転が可能であることが分かり、14.1%のエンタルピー抽出率と42.2%の断熱効率を実証した。
次に、予備電離による性能向上の可能性を探る実験を行った。予備電離に必要な高繰り返し放電のための装置を試作し、試験を行った。その結果、シ-ドした作動流体がノズル内にある場合、良好な放電特性を得た。これを用いて、予備電離をした場合としていない場合を比較した実験を行った。放電構造の一様化が観察され、低負荷抵抗時の発電流路入り口付近での発電性能の向上か見られた。なお、予備電離の実験についてはシ-ド率の変化による影響も指摘されており、今後、より詳細な検討が必要であることが分かった。