天然ガスとHCCI燃焼を用いた対向ピストン型フリーピストンリニアジェネレータにおける50%効率達成に向けて

本研究は、低炭素電力生成に向けた水素強化天然ガスの利用可能性を探るため、ガスタービン燃焼器における水素・メタン混合燃焼の実験的および熱力学的解析を組み合わせた。特許取得済みの二段渦燃焼器を用い、水素比率(γ = 0–40%)、渦巻き羽根角度(30°、45°、60°)、当量比(φ = 0.17–1.00)、燃料噴射戦略といった240の運転条件で、NOx・CO排出量とリーンブローアウト安定性への影響を測定した。水素比率が10%増加するごとに、NOxはゼルデビッチ熱機構により23–24%増加したが、COはφ = 0.3、60°でOHラジカル活性の向上により最大28.5%減少した。最小NOx排出量は…

• 高CO2希釈下での水素酸素燃焼について実験的・数値的に実証し、広範囲の圧力条件下で安定した火炎運転を達成した。

• Ansys Fluentを用いたCFDシミュレーションで、当量比とアンモニア分解率を変えた条件のNOx排出量を検証した。
• アンモニア分解率約60%でNOx排出量が最大となり、その後急減、完全分解時はピーク時の1桁以上少ないNOx排出量となった。
• 燃焼前にアンモニアを完全分解することで、アンモニア燃料特有の高いNOx排出量を大幅削減できる可能性が示唆された。

• 中国・杭州の発電所にある255.6MW重負荷ガスタービンを対象に、水素・アンモニア混焼時の熱力学的性能をシミュレーションモデルで解析
• モデルは定格出力254.59MW、効率36.33%を予測し、設計値との誤差はそれぞれ-0.4%、-1.54%
• 水素・アンモニア混焼時に第2・第3段タービン静翼出口マッハ数が安全限界の1を超えることが判明し、IGV角度の低減で安全性が向上する一方効率はわずかに低下

本研究では、水電解によって生成される水素・酸素ガス混合物(HHOガス)で動作する水素動力ユニットの実験的調査を行った。分子状水素をさらに添加し、水素濃度が燃焼特性とシステム性能に与える影響を調査した。HHO + H2混合物の火炎温度は水素濃度関数として測定され、約30体積%の水素濃度で約2800°Cに達することが示された。しかし、HHOガスは酸素と過剰な水蒸気を含むため、純水素と比較して有効な発熱量は大幅に低い。水蒸気は熱希釈剤として作用し、燃焼挙動に影響を与え、自己着火を抑制する。実験測定から水素動力ユニットの最適な動作パラメータが決定され、水素富化HHO混合物は制御された条件下で安全に動…