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水素燃料は燃焼によって二酸化炭素を排出しない利点があり、地球温暖化を防止する次世代の燃料として注目されている。そこで、本研究では水素燃料を用いたマイクロガスタービン用燃焼器の開発を目的とした。まず対向流円筒予混合バーナにより、水素-空気予混合火炎の基本特性である火炎伸長による消炎特性を明らかにした。また、乱れが消炎機構におよぼす影響を調べ、コルモゴロフマイクロスケール程度の大きさの渦が水素-空気予混合火炎の消炎に大きな役割を果たしていることが明らかとなった。水素-空気の予混合火炎は燃焼速度が速く、逆火の危険性があるため、実際の燃焼器での燃焼方式としては拡散燃焼を利用する。本研究者は衝突噴流を用いることで、強い乱れを発生し、燃料と空気の混合を促進することにより、燃料と空気を分離して供給しても予混合的な燃焼が可能であることを示した。そこで、本研究では衝突噴流の原理を利用することにより、旋回を用いずに広い範囲のターンダウン比で安定に作動する高負荷モデル燃焼器を試作した。この燃焼器を用い、衝突によって発生する乱れの特性は空気流と燃料流の運動量比で支配されることを明らかにした。燃料の運動量が大きい場合には、分散型反応領域が形成され、極めて高い燃焼負荷率が実現された。次に、この燃焼器の燃料および空気の供給方式を実際のガスタービン用高負荷燃焼器に応用するために、モデル燃焼器を試作した。このモデル燃焼器では高温にさらされる部分をセラミックス化することにより熱損失を低減し、またセラミックス壁からの輻射熱を利用することにより火炎の安定範囲を拡大することができた。さらに、排気ガス分析の結果、水素燃料の場合唯一の有害排気ガス成分であるNOxの排出量も極めて少ないことが分かった。
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