2018 年度実施状況報告書

亜酸化窒素を作動ガスとする極低環境負荷型多段ガスタービンシステム構築への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号	18K19885
研究機関	北九州工業高等専門学校
研究代表者	山本洋司北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 教授 (50707453)
研究分担者	橘武史北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 特命教授 (50179719)
研究期間 (年度)	2018-06-29 – 2021-03-31
キーワード	環境負荷低減 / 亜酸化窒素 / 分解発熱 / ガスタービン
研究実績の概要	本研究は、ガスタービンの作動ガスに亜酸化窒素（N2O）を用い、N2Oの自己分解発熱を利用して、燃料を使用しない或いは殆ど使用せずにガスタービンを駆動させ、さらに酸素濃度の高い排気ガスを他のガスタービンの作動ガスとし、ウルトラリーン燃焼で運転させることのできる極低環境負荷型N2O多段ガスタービンシステム実現へ向けて挑戦するものである。 N2Oの自己分解特性を把握するため、ヒーターを内蔵した高温高圧密閉容器を製作し、これを用いてN2Oの自己分解実験を行った。N2Oは600°C程度で自己分解するはずであるが、容器内を600°C以上加熱しても簡単に分解しないことを確認した。反応メカニズムを用いた計算においても、分解するまでに時間を要することが示された。N2Oに軽油やジメチルエーテルなどの燃料を僅かに添加すると燃焼（すなわちN2Oも分解）したので、ガスタービン始動時に僅かに燃料を添加する必要があるかもしれない。よって、ガスタービン燃焼器（熱供給器）の設計に関しては、確実に分解する圧力、温度の設定や容器、ヒーター形状など、さらなる検討が必要である。ガスタービンでの実証実験のための自動車用ターボチャージャーを用いたガスタービン実験装置を考案し、製作を行った。コンプレッサーおよびタービンの出入口の温度圧力、吸入空気量、空燃比、排気ガス成分などの測定が可能である。まずは、空気を吸入し、燃料にメタンを用いて本実験装置の動作確認を行った。
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当初の予定通り、N2Oの自己分解特性を把握する実験や計算を進めている。また、ガスタービン実験装置を製作し、動作確認の実験を行っている。よって、おおむね順調に進んでいると言える。
今後の研究の推進方策	N2Oの自己分解が当初考えていたのとは違い、簡単ではないことを確認したので、密閉容器やヒーターの形状などを変更し、確実に分解する条件や方法を見つけ、ガスタービン燃焼器の設計に反映する。燃料の添加が僅かでも燃焼が行えるため、メタンやジメチルエーテルを用い、希薄可燃限界や排気ガス成分などを測定する。ガスタービン実験装置では、空気を吸入し、燃料にメタンを用いて燃焼させ自立運転する条件を見つけ、本実験装置の基本的な性能を把握し、N2Oを作動ガスとした場合の実証実験へ向けた準備を行う。
次年度使用額が生じた理由	ガスタービン実験装置の製作（試運転を含む）に注力したので、亜酸化窒素や校正ガス等の消耗品の購入が当初の予定より少なかったたため、次年度使用額が生じた。ガスタービン実験装置に回転計とデータ取得機能の追加などの改造、亜酸化窒素分解基礎実験装置にヒーターの変更等に翌年度の助成金を主に使用する。