| 研究課題/領域番号 |
15K06608
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
野村 浩司 日本大学, 生産工学部, 教授 (30246847)
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| 研究分担者 |
岡井 敬一 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00358516)
田頭 剛 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 研究員 (00344250)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 航空推進機 / 燃料電池 / 燃焼器 |
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| 研究実績の概要 |
航空輸送量の継続的な増大が予想される中，環境保全・エネルギー戦略の観点から，航空機の電化度向上が注目されている。航空機複合発電機において燃料電池は，空気供給源および燃料電池のオフガス処理を介してガスタービンと結びついており，燃焼器と燃料電池を組み合わせた反応器システム（リアクタ）としての評価が重要である。特に航空用途での検討には効率運用・安定作動の視点が重要であり，未解明な点が多い。以下，平成27年度の計画に沿って研究実績を記述する。
１．固体酸化物形燃料電池小型単一セルによる高温高圧発電基礎特性試験の実施： 作動温度700～900 ℃，作動圧力0.10～0.40 MPaの条件で，平板固体酸化物形燃料電池の加圧発電試験を行った。作動圧力を0.1から0.4 MPaに増大すると，最大電力密度は約10.7%増大した。作動温度を700から900 ℃に増大させることで最大電力密度が5.8倍になった．発電性能試験を行う際の極間電圧変化率(VSR: Voltage Scan Rate)を変化させることで負荷変動試験を行った．VSRを1 mV/sから増大させると，100 mV/sまでの範囲で最大出力密度は増大するが，それ以上では減少した．
２．航空用発電システム評価ツールを作成： JAXAで開発されたジェットエンジン性能解析ツールを，従来のジェット燃料だけでなく，水素燃料にも対応させた上で、燃料電池モジュールと関連する熱交換器モジュール等を追加し，航空機用発電システム評価ツールを作成した。負荷モジュールは、エンジン主電源としてだけでなく，補助電源等の用途へも適用可能とした。
３．高温高圧燃焼試験設備適用燃料電池モジュールの基礎設計と数値計算による評価：28年度に製作を予定している模擬複合発電機リアクタの燃料電池の初期設計を行った。燃料電池で使用されなかった水素（オフガス）を燃やすためのリアクタ用燃料インジェクタ・保炎機構を，燃料電池特有の制約条件を考慮して提案できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
１．固体酸化物形燃料電池小型単一セルによる高温高圧発電基礎特性試験の実施について： 作動温度に関しては幅広い範囲で実験が行えたが，作動圧力は0.4 MPaまでしか発電試験が行えなかった。これは，発電試験装置の管路が狭く，発電試験部の圧力を高く設定すると空気源との差圧が減少し，充分な空気流量が確保できなかったためである。今後，空気流路の拡大および空気源の高圧化を図る。
２．航空用発電システム評価ツールを作成について：計画通り進んだ。
３．高温高圧燃焼試験設備適用燃料電池モジュールの基礎設計と数値計算による評価について： 設計した燃料電池の発電性能および温度分布評価を，3次元数値解析を用いて行う予定であったが，燃料電池の設計に時間を要したため，行えなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
固体酸化物形燃料電池小型単一セルの発電試験については，発電試験装置の改良を行った後，継続して行う。燃料電池モジュールについては，模擬燃料電池スタックを製作し，リアクタ用燃料インジェクタの保炎性能を実験的に調べる。その際，設計の意図通り，起動・停止時に空気が燃料管内に侵入しないことを確認する。侵入していた場合には，インジェクタの形状に改良を施す。研究最終年度においては，模擬燃料電池スタックの一部を燃料電池に置き換え，燃焼風洞で発電試験を行う予定である。実験結果と3次元数値解析（熱流体・燃料電池発電解析）結果を比較・検討し，解析の予測精度を高める。また，システム解析プログラムの予測高精度化を並行して進め，現行の航空機発電システムに比較してどの程度の優位性があるかを最終的に示せるようにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
最後に購入した物品が計画より若干安くなったため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度早々に消耗品として使用する予定。
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