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通商産業省 工業技術院 機械技術研究所 Research 1990-3 Mechanical Engineering Laboratory |
| 24-1 地球規模環境問題 Countermeasures against Greenhouse Effect | 
| 地球規模環境問題 地球温暖化対策に寄与することを目的として、エネルギー消費が環境に与える影響の分析・評価手法、化石燃料から生じるCO2の回収・固定技術等について研究しています。 回収技術に関しては、燃料改質により水素とCO2に転換するシステムを中心に、大気中へ拡散する前の密度の高い発生源の段階で、CO2を効率的に分離・回収するプラントについて検討しています。しかし、液体または固体として回収されるCO2は極めて膨大な量になると予想されます。そのため、海洋の吸収能力を積極的に利用して半永久的に固定化する技術について、CO2の動的な吸収メカニズムの解明に重点を置いて研究を進めています。 Countermeasures against Greenhouse Effect This work addresses the problem of mitigating the global greenhouse effect through investigations towards the production of powerplants which use CO2 recovery techniques to minimize emissions, and studies of the feasibility of disposing of the CO2 recovered in such systems by absorbing it in deep sea water. Supporting studies, such as the environmental impact of various energy systems, are also being carried out. |
| 24-2 高性能熱交換技術 Advanced Heat Exchange Technology | 
| 高性能熱交換技術 エネルギーの有効利用や熱制御技術の確立のため、高温ガス熱交換器、極限環境下での熱輸送に用いるヒートパイプ技術、形状記憶合金による微小温度差利用技術、EHD熱交換技術等の研究を行っています。 EHD熱交換技術の研究では、高電圧の作用で生じる種々の電気流体力学現象を利用し、ヒートポンプ等の小温度差システム用の熱交換器を開発しています。凝縮器では、液体排除効果と擬似滴状凝縮現象を組み合わせ、垂直平滑管の５倍以上の伝熱性能を得ています。対流伝熱は流速１m/s以上のEHD液体ジェットによって促進できます。沸騰熱伝達でも、気泡が伝熱面に押し付けられ分裂しながら動き回る現象を見出し、プール沸騰の過熱度を1／50以下に減少させています。 Advanced Heat Exchange Technology This research aims to promote the conservation of energy and to establish advanced thermal control technology through work on: High temperature gas heat exchangers, Heat pipes, Heat pumps, Heat engines using shape memory alloys, and Electrohydrodynamical (EHD) heat exchangers. EHD condensers have been developed for high performance heat pumps which use EHD liquid extraction and EHD pseudo-dropwise condensation. These heat exchangers typically have 5 times the heat transfer capability of a smooth vertical tube type of exchanger. High velocity (greater than 1 m/s) EHD liquid jets, and EHD pool boiling phenomena have been discovered and are being applied to the enhancement of convective and boiling heat transfer. |
| 25-1 熱機関の高効率・無公害化 Advanced Engine Systems | 
| 熱機関の高効率・無公害化 ガソリン機関やディーゼル機関で代表される熱機関は広く使用されていますが、ディーゼル排ガス問題等に見られるように、低公害化、高効率化、燃料多様化等にまだまだ多くの問題を抱えています。 ディーゼル機関のNOxや粒子状物質の排出抑制については、燃焼制御やフィルタートラップの研究に取り組んでいます。さらにコジェネレーション用として、遮熱ディーゼル機関とガスタービンの間に再熱燃焼器を設け、熱回収と排ガス浄化を行う再熱サイクル複合機関の研究も行っています。また、未来燃料として期待される水素燃料についても、水素吸蔵合金を貯蔵源とする水素自動車を完成させたのに引き続き、酸素一水素を不活性ガス中で燃焼させ、水のみを排出する不活性ガス循環型動力システムの研究を進めています。 Advanced Engine Systems The research in this project is aimed at improving the efficiency and cleanliness of heat engines. Towards this end, research is currently under way on the following topics: A hybrid engine system consisting of an adiabatic diesel engine combined with a gas turbine, a hydrogen fueled car which uses a spark ignition engine and metal hydride hydrogen storage, hydrogen - oxygen combustion in recycling inert gas flow, and combustion control and exhaust filtering techniques for diesel engine emission control. |
| 25-2 燃焼過程の計測と解析 Measurement and Analysis of Combustion | 
| 燃焼過程の計測と解析 熱機関を始めとする燃焼機器の抜本的な性能向上を図るために、燃焼状態の精密な計測データの蓄積と、それに基づく燃焼のモデル化が強く望まれています。そのため、LDV（レーザ・ドップラ流速計）、CARS（コヒーレント反ストークス・ラマン分光）等のレーザ計測技術を用いる燃焼室内の流れ・温度・成分濃度の瞬時測定、多重光減衰法等による排ガス中の煤粒子濃度とSOF（可溶性有機成分）濃度の分離測定、従来からの排ガス分析等を組み合わせて、燃焼現象の解析を行っています。これらの測定結果は、ディーゼル機関における煤粒子・SOFの生成要因の研究、定常乱流燃焼に対する熱流体モデルの創成のために利用しています。 Measurement and Analysis of Combustion In this project, optical techniques such as Laser Doppler Velocimetry (LDV) and Coherent Anti-stokes Raman Spectroscopy (CARS) are used to determine flow, temperature, and gas concentrations in combustion chambers, towards understanding and modelling reactive turbulent flows and diesel combustion. A high sensitivity smoke meter and a detector for determining the concentrations of soot and soluble organic fractions in diesel exhaust gas are also under development. |
| 26-1 セラミックガスタービン（CGT） Ceramic Gas Turbine (CGT) | 
| セラミックガスタービン（CGT） 小型ガスタービンの主要部品をセラミックス化することにより、1350℃以上のタービン入口温度を達成し、その熱効率を大幅に向上させることをめざしています。 セラミックスの中でもカーボン／カーボン複合材は高温強度に特に優れた材料として注目されています。そこで、この材料を用いて、成形性、強度特性、空気力学的性能、耐酸化性に優れたタービンロータを開発するために、設計技術の研究、空力特性の解析、酸化防止用表面コーティング法の研究を行っています。また、CGTの低公害性を確保するために不可欠な低NOx燃焼器、伝熱・シール性能がCGTの熱効率を左右する回転蓄熱式再生器、CGT利用システムの評価技術についても研究を進めています。 Ceramic Gas Turbine (CGT) The thermal efficiency of small gas turbines is proportional to the turbine inlet temperature, and the application of ceramic materials is one way in which these temperatures may be raised. The topics covered in this project include: Improvements in aerodynamic design methods for high temperature high speed turbines, development of strong, high efficiency turbine rotors using carbon-carbon composites, development of high efficiency burners to reduce NOx emissions, work on high performance rotary regenerators, and development of evaluation methods for CGT systems. |
| 26-2 風力発電 Wind Turbine Generator (WTG) | 
| 風力発電 再生可能な風力エネルギーの実用化を図るため、風力発電システムの大型化・高性能化技術について研究しています。大型化に不可欠な先端技術を実証し、同時に台風を含む日本特有の風況下での特性試験を行うため、ロータ直径１５mの風力発電システム「WINDMEL」を開発しました。WINDMELは、機械系にティータードロータ、制御系にメカニカルガバナー、電気系にDCリンク方式が採用されており、システム全体が柔設計になっています。一方、風車の空力的設計手法を確立するために、風洞を用いた風車ロータ流れ場の精密計測、解析理論の開発を行っているほか、翼型の開発、制御系・伝達系の研究、騒音特性の解析等も進めています。 Wind Turbine Generator (WTG) Wind energy is a clean and renewable energy source which has the potential to make a significant contribution to future energy needs. Research into high efficiency wind Energy Conversion Systems (WECS) at the Mechanical Engineering Laboratory makes use of a 15 meter diameter field test machine known as WINDMEL. This machine incorporates new ideas such as a teetered hub mechanism, a pitch control system with mechanical governors, and variable speed operation. Theoretical and experimental studies on rotor dynamics, new wing sections, and noise and vibration, are also in progress using techniques such as wind tunnel testing, Laser Doppler Velocity measurement, and computer simulation of fluid dynamics. |
| 27-1 非平衡現象の応用 Applications of Non-equilibrium Phenomena | 
| 非平衡現象の応用 エネルギー技術に新領域をひらく可能性のある原子、分子レベルの非平衡現象を応用するための研究を行っています。 加工用をめざして研究中の酸素・沃素化学レーザは、化学反応で生じる励起状態の非平衡分布を利用しています。直接発電技術として研究中のクローズドサイクルMHD発電は、高温ガスにシードしたアルカリ金属原子の非平衡電離現象を特徴としています。反応や電離のない液体中でも非平衡現象は現われ、ソリトンと呼ばれる非線形波動の発生と関連しています。ソリトンは流体輸送や情報伝達への応用が期待されるため、その基礎研究として、強力な超音波によって生じるアコースティツク・ストリーミング等を対象に非線形波動現象の研究を進めています。 Applications of Non-equilibrium Phenomena This project consists of research towards developing new energy technologies which make use of non-equilibrium phenomena in atoms and molecules. Examples of studies which are under way include: Work on a chemical oxygen-iodine laser which makes use of a non-equilibrium population inversion occurring as a result of a chemical reaction, Investigations into closed cycle MHD power generation which makes use of the non-equilibrium ionization of alkali metals which are seeded into the high temperature working gas, and Research into solitons which are nonlinear waves related to non-equilibrium phenomena in non-reactive fluids. Solitons have potential applications in fluid transportation and information transfer, and nonlinear wave phenomena such as acoustic streaming produced by intense ultrasound are being investigated. |
| 27-2 微粒子計測とその応用 Fine Particle Technology | 
| 微粒子計測とその応用 エネルギー技術では、燃料噴射ノズルを始めとして、微粒子が関与し、その特性や挙動の解明が重要な課題となっています。クローズドサイクルMHD発電の研究では、高温ガス中にアルカリ金属蒸気を均一にシードするために、液体金属の微粒化法と添加法を開発し、発電実験に応用しています。これに村し、冷媒の微粒子が対象のヒートポンプ用圧縮機の研究では、シリンダ内へ噴霧後の微粒子の蒸発過程を追跡して、液噴霧が圧縮機性能に及ぼす影響を調べています。また、清浄度向上と省エネルギー化を狙ったクリーンルームに関する研究では、発塵や清浄度の評価に不可欠な微小粒子のその場計測手法と気流の可視化手法を開発しています。 Fine Particle Technology Fine particles are of importance in energy engineering, for instance they play an important role in the operation of oil burner nozzles. In this project, research is in progress in several areas of fine particle technology. A method for atomizing alkali metals has been developed and is being applied to closed cycle MHD power generation. Investigations are also under way towards improving heat pump compressor performance by studies of the evaporation processes occurring in the atomized refrigerant. New types of particle analyzers, for the evaluation of clean rooms and dust emissions from machines, are also under development. |
