パルスデトネーション技術を利用した新型高効率内燃機関の開発

keywords.jpg内燃機関,デトネーション,タービンエンジン,発電,航空推進 

遠藤 琢磨 

TAKUMA ENDO

division.jpg工学研究院 エネルギー・環境部門 エネルギー工学講座

position.jpg教授

研究概要

研究の背景

デトネーションは燃焼温度の高い特殊な燃焼モードであり、それ故、従来型の定圧燃焼に比べて燃焼時のエントロピー増大が小さい。このことから、デトネーションを利用した内燃機関は高い理論熱効率を持つことが知られている[遠藤琢磨 他,パルスデトネーションタービンエンジンの性能に関する熱力学的解析,Science and Technology of Energetic Materials, Vol. 65, No. 4, pp. 103-110, 2004]。我々は、このような理論解析の結果を踏まえ、安価で熱効率の高い新型ガスタービンエンジンの開発を進めている。

研究内容

現在は、理論熱効率と実験的に測定される熱効率との隔たりの原因を究明し、効率低下の原因を一つずつ最小化すべく技術開発を進めているところである。また、現在は外部コンプレッサ―を使ってエンジンに空気を供給しているが、外部空気源を使わない自立運転を目指した技術開発も進めている。

成果

これまでに、パルスデトネーションタービンエンジンに関するエネルギーバランスを明らかにし[T. Takahashi et al, Experiments on Energy Balance and Thermal Efficiency of Pulse Detonation Turbine Engine, Science and Technology of Energetic Materials, Vol. 73, No. 6, pp. 181-187, 2012]、熱損失を最小化し、タービン等エントロピー効率を高めることが重要な技術開発課題であることを明らかにした。また、外部空気源を使わない自立運転の実現には既燃ガスのパージやタービンの冷却に使う空気流量の削減が不可欠であることに着目し、そのための新しい技術を開発した。

実用化に向けて(想定業界・用途、課題、企業への期待など)

本研究の適用・応用について共同研究を希望する。
タービン技術を有する企業との共同開発を行いたい。
応用分野
航空推進用内燃機関,発電用内燃機関

本研究の特徴・優位性

これまでに比べ、格段に高い周波数でパルスデトネーション燃焼器を運転することが可能になりました。

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・第14回日本航空宇宙学会論文賞(2005年4月6日),A Simplified Analysis on a Pulse Detonation Engine Model, (T. Endo and T. Fujiwara, Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 44, No. 146, pp. 217-222, 2002).
・Pressure History at the Thrust Wall of a Simplified Pulse Detonation Engine,T. Endo, J. Kasahara, A. Matsuo, K. Inaba, S. Sato, and T. Fujiwara, AIAA Journal, Vol. 42, No. 9, pp. 1921-1930, 2004.
・デトネーションを利用した新しい内燃機関(解説), 遠藤琢磨,クリーンエネルギー,第16巻,第9号,ページ37-43(2007.9).
・パルスデトネーションエンジンの気体力学と熱力学(解説),遠藤琢磨,日本航空宇宙学会誌,第60巻,第5号,ページ185-191(2012.5).

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