| 研究概要 |
火力発電においてはガスタービンによる発電が主力であるが,ガスタービン単体の効率を改善するための最も明快な手法であるタービン入口温度の上昇は,材料の耐久性等により制限され,その方向での劇的な効率向上は難しいのが現状である.燃焼は一般に定圧,あるいは,定容積という条件下で行われているが,実際には膨張過程を用いれば燃焼を等温条件下で行うことが可能である.この等温膨張燃焼は燃焼により生成するエネルギーを熱ではなく運動エネルギーの形態で流体に蓄積する燃焼法と言える.本研究の目的は,この等温膨張燃焼を組み込んだサイクルの解析を行い従来のものと比較し,さらに,流体力学的考察を踏まえた上で等温膨張燃焼実現のための実験を行うことである.まず,等温膨張燃焼を導入したガスタービンサイクルのサイクル解析を行った.その結果,等温膨張燃焼ガスタービンサイクルは従来のサイクルと比較し,最高温度を上げずとも圧力比を大きくすることにより効率を改善することが可能であることが明らかになった.また,排出ガスの温度は比較的高いため,再生サイクルとした場合やコンバインドサイクルのトッピングとして利用する場合に更に有利であるという特質が示された.また,並行して行われた熱流体力学的観点からの考察によると等温膨張燃焼は高温・高速流中に行われる必要があることが明らかになった.そこで,コンプレッサにより加圧された空気を外部の燃焼ガスと熱交換することにより温度を向上させる装置を製作し,それにより産み出された空気を用いて高温・高速流中における燃焼実験を行っている.
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