| 研究課題/領域番号 |
25420159
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 豊橋技術科学大学 |
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研究代表者 |
野田 進 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60124054)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 燃焼 / マイクロガスタービン / バイオガス燃料 / NOx / 安定燃焼 |
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| 研究概要 |
低カロリーバイオガス燃料を使用するマイクロガスタービン燃焼器（出力5kW）の開発とその燃焼特性の解明が本研究の目的である．本研究では安定供給が可能な下水汚泥由来のバイオガス燃料の適用を検討している．ただし，下水汚泥バイオガス燃料は窒素を多く含み，さらに発熱量がメタンのおよそ10分の1程度となる．したがって，低NOx燃焼技術と安定燃焼技術の両者が同時に求められる．また，バイオガス燃料は起源に依存して，約10%程度の発熱量の変動がある．これらの条件に対応するため，これまでに開発した極めて安定性の高い旋回噴流燃焼器のマイクロガスタービン燃焼器への適用を検討した．平成25年度は常温，常圧下で現有の旋回噴流燃焼器を用い，火炎規模の同定を行った．また，二次旋回燃焼器を製作し，一次旋回噴流燃焼器との組み合わせが火炎特性に如何に影響するかを濃度，温度測定と火炎写真撮影から調査した．また，発熱量の変動の安定特性への影響につても検討した．その結果，平均発熱量（3400kJ/Nm3）の場合，一次噴流燃料流量，一次旋回燃料流量，二次旋回燃料流量の比を1:3:1とすることで，安定な燃焼が可能であることが明らかとなった．また，NOxの排出量が5 mg/kgfuelとなり，極めて低NOx燃焼が実現できることを明らかにした．ただし，発熱量が10%低下した場合には不完全燃焼が発生した．一方，ソフトウェアOpenFORMを使用した旋回噴流燃焼器の解析も行った．実験では測定困難であった燃焼器内の流動を明らかにすることが出来た．次年度はこれらの基礎データを参考に二次燃焼器の改良を行う予定である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
平成25年度に予定していた旋回噴流燃焼器を使用した火炎規模の同定は完全に実施することが出来た．また，OpenFORMを用いた燃焼場の解析も実施した．さらに，これらのデータに基づき，予備的ではあるが二次燃焼器を製作し，その燃焼特性を調査することが出来た．本研究で使用するバイオガス燃料の平均発熱量（3400kJ/Nm3)の場合においては低NOx安定燃焼が可能であったが，発熱量が10%低下した場合は不完全燃焼が発生した．この問題は燃焼器開発において大きな課題であり，次年度以降検討が必要である．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成25年度に製作した二段式マイクロガスタービン燃焼器の燃焼特性を調査した結果，バイオガス燃料の発熱量が平均発熱量（3400kJ/Nm3)よりも10%低下した場合，不完全燃焼となることが明らかになった．ただし，これらの燃焼条件は酸化剤として使用した空気が常温，常圧であった．通常，ガスタービン燃焼器では圧縮機で圧縮された空気が使用される．マイクロガスタービン燃焼器の場合，１MPa程度まで昇圧される．この昇圧に伴い，温度は300℃程度となる．このため，今後昇圧に伴うマイクロガスタービンの燃焼特性について調査を行う．また，不完全燃焼を回避する方法として，水素添加による燃焼促進が考えられる．この点についても調査を行う予定である．
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| 次年度の研究費の使用計画 |
旅行日程の変更により，残額が生じた．
実験に使用する燃料の費用とする．
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