噴霧流を用いたメタノール改質システムの低エクセルギー損失化

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次世代のエネルギーシステムにおいて,水素を最終燃料とする事によるエネルギー損失の低減,およびCO2フリー燃焼を実現化する上で,高効率の水素製造技術の確立が必要となる.低質な熱エネルギ源からのエクセルギ再生産を実現するために,比較的低温下で反応が生じるメタノール-水蒸気改質反応を,200〜400℃程度の中低温排熱をもちいて行うことを目的とし,メタノールの蒸発過程から改質過程までを連続的に行う反応装置を新たに提案した.具体的には,微噴霧ノズルから発生される数十μmのメタノール・水混合液滴を含む気液二相流を多段のヒ-タ郡を配した流路内に流動させることにより,熱滴損失を低減し,低温熱源のみを用いて液相の蒸発および過熱蒸気の生成を実現する.初年度の結果より伝熱面近傍の流動の基本的な特性が明らかとなった.また,昨年度の結果より垂直上昇閉流路における蒸発効率の向上と過熱蒸気の生成が実現した.その結果を踏まえて本年度は蒸発過程の最適化と本システムのエクセルギ解析を行った.その結果,過熱板の幾何的配置の最適条件を実験的に見積もり,約95%の液滴を蒸発させ,520K程度の過熱蒸気を生成することができた.また,未蒸発の液滴も初年度の数値計算により明らかにされたヒ-タ郡の最適配置の考察を参考に,後段の過熱円柱により慣性捕集することが可能となった.また,入口流体温度を飽和温度付近に上昇させることにより,蒸発効率の向上とともに,エクセルギ損失の低減が実現した.一方,本研究により提案するシステムと従来のシステムをエクセルギ評価し比較した結果,エクセルギ効率が数%向上しており,本システムの有効性が示唆された.