水素－酸素燃焼タービンサイクルの研究
Hydrogen-Oxygen Combustion Turbine Cycles

近未来のエネルギー源の一つとして期待されている水素には多くの利用方法が存在するが，中でも，二酸化炭素ガスや窒素酸化物を排出しない水素－酸素燃焼を用いる高効率のタービンシステムにより，水素エネルギーを電力へ変換する方法が有望視される。このようなシステムに有効な熱力学的サイクルとして，Graz工科大学のH. Jericha教授により考案されたGrazサイクルが知られている。
本研究では，オリジナルのGrazサイクル（GRAZ-HX2と表示）の熱効率を向上させるため，水素－酸素燃焼発電の２つの熱力学的サイクルを提案した。第一は，燃焼器入口蒸気を予熱するために，GRAZ-HX2に1個の再生熱交換器を追加したGRAZ-HX3サイクルである。第二は，さらに燃料（水素）と酸化剤（酸素）を予熱するために，GRAZ-HX3に3個の再生熱交換器を追加したGRAZ-HX6サイクルである。このように再生熱交換器を付加すると，圧縮機流量割合が増加し，かなりの熱効率改善をはかりうることが分かった。例えば，代表的条件で62.5%のGRAZ-HX2の熱効率は，GRAZ-HX3では66.9%，GRAZ-HX6では70.2%へそれぞれ向上する。

There are many ways to utilize the hydrogen which is being expected as one of the future energy sources. Among them, the most promising one is thought to be the conversion of hydrogen energy into electric power through a high efficiency turbine system thermally powered by the hydrogen-oxygen combustion which is free from the carbon dioxide and nitrogen oxide emissions. "Graz cycle" invented by Prof. H. Jericha, Graz University of Technology is well-known as a effective thermodynamic cycle for this system.
Two thermodynamic cycles for the hydrogen-oxygen combustion power generation have been proposed for the improvement of the thermal efficiency of the original Graz cycle designated as GRAZ-HX2. One is GRAZ-HX3 in which one regenerative heat exchanger is appended to GRAZ-HX2 in order to preheat the combustor inlet steam. The other is GRAZ-HX6 in which three regenerative heat exchangers are appended to GRAZ-HX3 in order to preheat the fuel (H₂) and oxidizer (O₂). The addition of these regenerative heat exchangers brings the improvement of the thermal efficiency due to the increase in the compressor flow rate. At a typical condition, the thermal efficiency based on HHV increases from of 62.5% of GRAZ-HX2 to 66.9% and 70.2% for GRAZ-HX3 and GRAZ-HX6, respectively.

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