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レシプロエンジンとガスタービンエンジンとを比較した場合、ガスタービンエンジン...

kou********さん

2011/5/2011:51:28

レシプロエンジンとガスタービンエンジンとを比較した場合、ガスタービンエンジンには使用可能燃料の幅が広いという利点があると思うのですが、なぜガスタービンエンジンはいろいろな燃料をしようできるのですか?

詳しい方がいましたら、教えてください。



また、ガスタービンの方がNOxなどの排出量が少ないという利点もありますが、
これは、ガスタービンは希薄燃焼が可能で火炎温度が低いからという理由でいいのでしょうか?
その場合、レシプロエンジンではなぜ希薄燃焼が無理なのでしょうか??

よろしくお願いします。。

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ベストアンサーに選ばれた回答

編集あり2011/5/2608:45:24

> レシプロエンジンとガスタービンエンジンとを比較した場合、

> ガスタービンエンジンには使用可能燃料の幅が広いという利点があると思うのですが、

確かにそれは言えますね。

しかし、レシプロエンジンの中でも、「ディーゼルエンジン」ならば、やはりと言うか、燃料の種類の幅は、「ガスタービンと同様」に広い範囲を持っていると思います。


> なぜガスタービンエンジンはいろいろな燃料をしようできるのですか?

「ガソリンのレシプロエンジン」などとは違って、
-----------
1. 「低オクタンの燃料」でも、ノッキングが存在しないため作動が可能。
2. 「気化し難い燃料」でも、ガス化して着火の要件が無く作動が可能。
3. 「高粘度の燃料」でも、ノズルでの噴射方式を使うので作動が可能。
4. 「燃焼速度の遅い燃料」でも、燃焼室流速が遅ければ作動が可能。
5. 「微粉炭」でも、機械摩擦部分も無く水に溶かせば作動が可能かも。
6. 「お酒」でも、アルコール分が多いと水の影響も少なく作動可能かも。
-----------


> また、ガスタービンの方がNOxなどの排出量が少ないという利点もありますが、これは、ガスタービンは希薄燃焼が可能で火炎温度が低いからという理由でいいのでしょうか?

どうも、そのようですね。

● ・ ・ ・ ・ ・ 〔 ガスタービン 〕 ・ ・ ・ ・ ・
http://www.turbo-so.jp/turbo_descript/turbo_for_kids08.htm

> ○ 環境にやさしいエンジン

> ガスタービンはディーゼルエンジンに比べて最高燃焼温度が低く、NOX の排出が少ないですが、 それでも以下のような種々のNOX 対策をとっています。

> 燃焼温度が高くなるとNOX が増えますので、燃焼温度が上がらないように燃料に対して空気を増やしたり(希薄燃焼)、逆に減らしたりする方法(過濃燃焼)や、

> あらかじめ燃料と空気を混ぜてから燃焼させることによって局部的に火炎の温度が上がらないようにする方法(予混合燃焼)などの燃焼を制御する方法です。


> その場合、レシプロエンジンではなぜ希薄燃焼が無理なのでしょうか??

「レシプロのガソリンエンジン」でも、「希薄燃焼の方式」は既に使われていますし、EGR(排気ガス再循環装置)で、冷却した排気ガスを吸気中に混ぜ、酸素を少なくすることで、NOX(窒素酸化物)を減らす方法も、考えられているようですね。

しかし、吸気を絞らない、「ディーゼルエンジンのような希薄燃焼になりがちなエンジン」の方が、「燃焼しないまま残る酸素の量も多い」と言う理由から、基本的には「 NOx 」も増える傾向になる筈なのですが。。。


● 川崎重工 ガスタービンビジネスセンター 低NOx技術
http://www.khi.co.jp/gasturbine/tech/gasturbine/no.html

> 地球にやさしい、低エミッション技術
> 燃焼温度が高くなるとNOxの発生量は指数関数的に増加してしまうため、

● 環境への取り組み 大気汚染防止対策 ■窒素酸化物(NOx)対策
http://www.tepco.co.jp/tp/eco/nox/index-j.html

> ボイラやガスタービン燃焼器内での燃焼温度を抑えることにより、
> NOxの発生を抑制する方式で、代表的なものは次の通りです。

> ボイラにおける燃焼改善方法 ・燃焼空気に排ガスの一部を混ぜる
> ことにより、燃焼空気中の酸素濃度を低下させ、緩慢な燃焼を行わせる方法


● 尿素SCRシステム - Wikipedia
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B0%BF%E7%B4%A0SCR%E3%82%B7%E3%82%B...

「 NOx 」に対処する方法には、尿素水噴射と言うのを行う方法が有るのですが、最近これらも不要とするディーゼルエンジン技術が、スバルとマツダで開発されたと言うニュースを、最近聞いています。

このことから、少なくとも「ディーゼルエンジン」に関しては、日本メーカーは世界の頂点に位置したと、言えるのではないでしょうか。

質問した人からのコメント

2011/5/26 10:10:50

降参 非常に細かく回答頂きありがとうございます。少しづつ自分でも考えが整理できてきました。

ベストアンサー以外の回答

1〜1件/1件中

k_f********さん

2011/5/2014:11:35

多様な燃料に対応し易いのは、レシプロの様に間欠燃焼では無く、連続燃焼だからではないでしょうか。一回一回の着火性を問題にされる事もありませんし。


レシプロエンジンでも、希薄燃焼は可能です。代表例はディーゼルエンジンでしょう。2つの点から希薄燃焼だと言えます。
ディーゼルの場合、燃料の噴射量で出力制御するので、大多数の部分負荷領域では吸入した酸素を余らせる運転をしています。広義の希薄燃焼ですね。
又、吸入した酸素を全て使い切る程(理論空燃比)には燃料を濃く吹き込む事が出来ません。黒煙とNOx発生を同時に抑制出来ないからです。以前はλ=1.3と言われた物で、吸入した空気の3割位を余らせていました。
ここからも、希薄燃焼です。

逆に、電気火花で点火着火しているガソリンエンジンに代表されるオットーサイクルは、確実な点火着火が第一なので、理論空燃比で運転される事が基本に成っています。特に排ガス対策の為に三元触媒を働かそうと思うなら、理論空燃比を厳格に守る必要が在ります。(余剰酸素が出ているとNOxの乖離が出来ない)
出力の制御は、空燃比を変えずに吸入量その物を絞って行ってますよね。

希薄燃焼は、空燃比16位が燃費最高に成ります。がNOx排出量も最高、排気温も最高に成ります。それ以上薄く成るに従って、今度はトルクや排気温が下がって来る事から判る通り、燃焼温度も下がって来ます。ので、三元触媒が効かないけど排出量も下がって来るから「そこを使おう」としたのがトヨタの第二世代リーンバーンエンジンでした。空燃比22〜23辺りを使った筈ですが、点火着火の不確実さでトルクがガタガタし、その限界ギリギリを維持する様に、燃焼圧センサーを開発して実装してたと聞き及んでます。

ですから、「レシプロ」と一括りには出来ません。

ディーゼルでNoxが厳しいのは、噴射された燃料液滴近傍が局部的に高温に成る事、比較的低速回転なので、高温に晒される時間が長い事等が原因として挙げられます。から、ジェット or ガスタービンでも今後、タービンブレード用材料開発が飛躍的に進んで、熱効率改善の為に高温化が進むと、ググッとNOx対策が取沙汰されて来るのではないかと見ています。未だ発展中なのです。

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