強いローレンツ力下でのMHD発電機の性能

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本研究では、シード率を10〜100PPM程度まで下げ、これを完全電離させて運転されるクローズドサイクルMHD発電機を取り上げ、強いローレンツ力下で、この発電機からどの程度のエンタルピー抽出率が得られるかを調べる事を目的とした。1.ヘリウムを用いたMHD発電機の性能:ヘリウムを作動気体とした場合には、プラズマを安定化できる電子温度の領域が広いこと、更に、アルゴンと同一のマッハ数の流れでも、非常に高い流速(2000〜4000m/s)が得られ、起電力が大きくなる。従って、同一の出力を得る場合にMHD発電機が小型化できるという利点を有する。そこで、これを作動気体とするディスク型およびファラデー型発電機の性能を調べた。その結果、(1)ディスク型発電機でヘリウムを作動気体とし、2200Kのよどみ点温度で実験を行ったところ、出力451KW、エンタルピー抽出率21.1%と優れた性能が得られた。同時に、ヘリウムの持つ広い安定領域と高出力密度が実験的に確認された。(2)ファラデー型発電機でも、低シード率でヘリウムを用いて運転した場合には、アルゴンよりも優れた性能が期待できる事が分かった。本実験では、最大出力約100KW、エンタルピー抽出率11.9%が得られ、また、発電流路のほぼ全域でシード完全電離が達成された。2.アルゴンを作動気体とするディスク型MHD発電機の性能:アルゴンを作動気体とした場合には、安定領域はヘリウムよりも狭いが、高いよどみ点圧力で安定化が可能となる。これを実験的に検証するため、ブローダウン装置「FUJI-1」で、初めて熱入力6MWで超電導磁石を用いた定格運転を行った。今回の実験では、蓄熱型熱交換器の底部の加熱が不十分であったため、アルゴン中の水分が多く、その結果、電子のジュール加熱が小さくなり、出力電圧に大きなゆらぎが見られた。しかし、時間平均出力60KW、瞬間最大出力500KW以上の値が得られた。