바카라 꽁 머니 대규모 발전, 고출력 출력, 높은 열 효율, 낮은 NO_x개발 된 수소 엔진 바카라 꽁 머니 기술

캐비닛 사무소, 전략적 혁신 창조 프로그램 (SIP) "Energy Carrier"(Management Corporation : Japan Science and Technology Agency [Hamaguchi Dosei])는 소규모 실험에서 우수한 홍보 특성을 활용하고 세계 최초의 고등 효율성 및 낮은 고지대를 확립 한 새로운 바카라 꽁 머니 방법을 확립했습니다_x실현 가능스파크 점화 수소 엔진^{참고 1)}성공적으로 개발되었습니다 이 연구 개발은 화석 연료에 대한 의존성을 줄이고 이산화탄소를 감소시킵니다 (CO_２) 이것은 배출량을 줄이기 위해 수소 연료의 사용을 확장하는 일환으로 수행되었습니다

이 개발 기술의 목표로서 (1)순 열 효율^{참고 2)}50% (낮은 미적분 기반^{참고 3)}) (대규모 발전 엔진에 사용되는 실린더 당 339 리터의 출력이있는 엔진으로 변환, 600 킬로와트 (KW)의 출력);(2) 아니오_x배출량 값은 조절 된 값 (200 ppm : o_２0% 보정 값) 이하, 각각 성능을 초과합니다 (순 열 효율 54%, NO_x배출 값은 20ppm)^※）。

이 연구는 가와사키 중공업, 해양 기술 안전 연구소 (Marine Technology Safety Research Institute) 및 Maekawa Manufacturing Co, Ltd (그림 1)와 협력하여 수행되었습니다

개발 된 수소 엔진의 전력 출력은 비교할 수 없습니다쇼발 평균 효과적인 압력^{참고 4)}(146 Megapascals (MPa))가 달성되었으며 대규모 발전 및 해양 엔진에 연료를 공급하는 데 사용되는 것으로 확인되었습니다 앞으로 재생 가능한 1 차 에너지 원으로부터 제조 될 수있는 수소 에너지를 활용함으로써 지구 온난화를 방지하고 공기 환경을 보존하는 데 기여할 것으로 예상된다

이 결과는 다음 프로젝트, 연구 주제 및 연구 개발 테마를 통해 얻었습니다

일본의 에너지 정책은 화석 연료 및 공동에 대한 의존도를 줄입니다_２중요한 문제입니다 이 문제를 해결하기 위해 수소를 핵심 에너지 중 하나로 사용하려는 계획이 진행 중입니다 이 수소 사회를 준비 할 때, 이미 상용화 된 자동차 및 고정식 발전을위한 수소 연료 전지 외에도, 수소의 광범위한 사용에 대한 연구 개발 및 시연도 중요한 문제이며, 국가 이니셔티브가 수행되고 있습니다

이 연구 및 개발 주제에는 높은 출력과 높은 열 효율 및 NO_x의 감소를 동시에 달성함으로써, 우리는 10 메가 와트 (MW) 클래스의 대규모 발전 엔진에 수소를 적용 할뿐만 아니라 해양 엔진과 중간 크기 및 소규모 고정 발전 엔진에도 계획하고 연구했습니다

수소 엔진 연구는 이전에 수행되었지만 수소 연료의 탁월한 바카라 꽁 머니 특성에도 불구하고 열 효율은 낮으며 고 부하 작동 중에 달성되지 않습니다_x의 많은 세대가 있다는 것이었다 따라서, 도쿄 시티 대학교는 바카라 꽁 머니실에 주입 된 수소 연료 제트가 분산되기 전에 덩어리로 바카라 꽁 머니 될 것을 제안합니다과도한 농도 혼합 혼합 점화 바카라 꽁 머니 방법 (PCC 바카라 꽁 머니)^{참고 5)}| 채택되었고, 우리는 바카라 꽁 머니실 벽 근처의 바카라 꽁 머니를 줄이는 데 성공했습니다 (그림 2) 또한, 연료 질량은 바카라 꽁 머니 가스 온도가 낮은 린 혼합물이 NO_x10758_10802 |의 형성을 방지하기 위해 제어되고 제트의 모양과 점화 시간을 최적화하고_x의 생성을 줄이는 데 성공했습니다 또한,배기 재순환 (EGR)^{참고 6)}아니요_x의 생산을 억제하는 방법을 결합하여 테스트를 위해 소형 단일 실린더 엔진을 사용했으며 54%의 열 효율을 달성하여 오늘날의 천연 가스로 인해 전 세계 최고 효율성 대규모 엔진을 초과했습니다 아니요_x의 배출량 대도시 지역의 지방 정부 조례 규정의 10 분의 1 미만을 충족 할 수 있습니다_２미립자 물질의 거의 배출이 거의없는 수소 엔진의 청결을 개선하여 제로 배출량을 달성하는 데 한 걸음 더 가까이 다가갔습니다 (그림 3)

AIST는 냉각 손실을 줄이기 위해 설계된 바카라 꽁 머니실을 사용하고 EGR 및공기 공급 공급^{참고 7)}낮은 NO_x, 높은 열 효율을 달성하는 동안, 예시 된 평균 유효 압력은 146 메가 파스 칼 (MPA)으로, 이전 수소 엔진에서는 비교할 수없는 (그림 3) 주입 타이밍을 PCC 바카라 꽁 머니 조건으로 설정하고 엔진 설계를 최적화함으로써 더 높은 열 효율 및 출력이 예상 될 수 있습니다

위에서 언급했듯이, 수소 연료 제트의 분산 상태는 수소 엔진의 성능을 향상시키는 데 중요하며,이 연구 그룹에서는 제어 된 제트 질량의 상태를 이해하기 위해 두 가지 새로운 진단 기술이 개발되어 적용되었습니다 그들 중 하나입니다SIBS 메소드^{참고 8)}라는 기술로, 점화 플러그의 중앙 전극에 광섬유를 사용하고 점화시 방전 스파크에 포함 된 수소 농도를 측정하고 진단합니다 이 기술에 의해, 점화 위치에서 점화 시점에서 수소 제트 질량의 농도는 주사 후 점차 희석되고, 점화시 NO_x우리는 혼합물이 생산을 억제 할 수있는 혼합 상태에 있음을 측정 할 수있었습니다 다른 기술은 높은 공간 해상도 유형입니다CFD 수치 계산 방법^{Note 9)}이것은 제트 제트 질량의 공간 농도 분포를 시각화하는 기술입니다 이 기술에 의해 주사 된 수소 제트 덩어리는 주사 후 시간이 지남에 따라 통과되지 않습니다_x공간 분포는 저 생성 린 혼합 상태로 전환되는 공간 분포는 정량적으로 관찰 될 수 있으며, 소규모 테스트 엔진으로 얻은 바카라 꽁 머니 및 배기 성능에 대한 논리적지지를 제공합니다

이 기술은 전력 생성 엔진에 사용되는 천연 가스 및 기타 재료를 수소로 대체하므로 일본의 연간 CO가 5 백만 톤입니다_２줄일 수 있습니다 또한 개발중인 3D 수치 계산 시뮬레이션을 사용하여 실린더 당 600kW 출력을 갖춘 대형 엔진으로 엔진을 달성 할 수 있는지 확인함으로써 바카라 꽁 머니 챔버에서 수소 분포를 계산할 수있어 바카라 꽁 머니 성능을 예측할 수 있습니다 이들 기술을 고압 액화 수소 펌프의 개발과 결합하여 액화 수소를 고압 수소로 압축하고 고압 수소를 엔진에 주입하는 고압 수소 주입 밸브를 압축함으로써 대규모 스케일 엔진에 적용하기위한 개발을 계속 개발할 것입니다

참고 1) 스파크 어지로 수소 엔진

많은 자동차 엔진은 스파크와 휘발유 공기 혼합물을 점화시키는 "스파크 점화 엔진"을 사용합니다 수소를 연료로 사용하는 스파크 점화 엔진은 "스파크 점화 수소 엔진"입니다[참조로 돌아 가기]

참고 2) 순 열 효율

열 효율은 공급 열량의 백분율로 내연 엔진의 최종 출력 끝 (출력 샤프트)에서 생성 된 작업을 나타냅니다[참조로 돌아 가기]

참고 3) 저급 칼로리 값 기반

바카라 꽁 머니 및 작업으로 바꿀 수있는 연료에 의해 생성 된 열량을 "낮은 열 발생"이라고합니다 엔진에서, 배기 포트로 배출 된 가스의 수분은 수증기이므로 연료 칼로리 값은 저열로 사용되며, 이는 수분의 증발 열을 빼냅니다[참조로 돌아 가기]

참고 4) 평균 효과적인 압력이 표시됩니다

바카라 꽁 머니 챔버 위치에 의해 표시되는 엔진 워크로드 지표 장치는 압력과 동일한 KPA 또는 MPA로 표시되며, 주 1에 표시된 최종 출력 단자 사이에 관련 부품 및 부품에 대한 마찰 손실이 있습니다[참조로 돌아 가기]

참고 5) 과도한 농도 혼합 혼합 점화 바카라 꽁 머니 방법 (PCC 바카라 꽁 머니)

깃털 점화 및 바카라 꽁 머니 개념에 대한 약어, 바카라 꽁 머니실 전체에 연료가 분산되기 전에 (Plume)의 상태에서 제품이 점화되고 바카라 꽁 머니되는 바카라 꽁 머니 방법[참조로 돌아 가기]

참고 6) 배기 재순환 (EGR)

배기 가스 연구에 대한 약어 엔진의 배기 가스를 섭취 공기에 역류하고 혼합하여 바카라 꽁 머니 온도를 낮추는 방법은 산화 질소를 감소시킵니다 또한 비정상적인 바카라 꽁 머니를 억제하는 데 효과적입니다[참조로 돌아 가기]

주 7) 공기 공급 과급

터보 차저에 의해 공급되는 공기의 양을 증가시켜 공급되는 공기의 양을 증가시키는 공급 방법 (예 : 배기 터보 차저, 전기 또는 기계 구동 압축기 등)[참조로 돌아 가기]

Note 8) SIBS 방법 (Spark-induced Breakdown Spectroscopy)

스파크-유도 분해 분광법에 대한 약어 | 엔진이 발화 될 때 스파크 배출을 분광 화하고 공기 중의 질소 성분 대 수소 성분의 비율로부터 수소 농도를 측정하는 방법[참조로 돌아 가기]

참고 9) CFD 수치 계산 방법

계산 flud dynamics에 대한 약어 유체 흐름의 방정식에 기초한 방법, 물질의 혼합 및 확산을 제어하는 ​​수학적 공식을 해결하고 유체 흐름 장 및 물질의 농도 변화를 계산하는 3 차원 필드는 3 차원 필드를 계산할 수있다[참조로 돌아 가기]