高温水蒸気流の非接触温度測定法の研究
Spectroscopic Temperature Measurement of High Temperature Steam Flow

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。しかし，このようなタービンシステムの研究開発では，将来的には2000℃に達すると予想される水蒸気流の温度測定が重要な問題になるものと考えられる。そのため，本研究では，実用的な分光学的温度測定法の開発を目指し，次の２通りの方法により研究を進めている。
まず，予熱水蒸気により希釈した水素－酸素燃焼により生成した高温水蒸気流からの放射光の分光測定を行った。放射光の測定領域は水分子からの発光が見られる近赤外から，OHラジカルからの発光が主となる紫外域である。実験結果によれば，燃焼領域から離れた位置での水蒸気流の温度測定には，水分子の近赤外発光を利用するのが有効である。
一方，良く知られているように，水蒸気は広い波長域にわたり赤外光を吸収する。1300nmの半導体レーザーを利用する高分解分光は，比較的簡単な方法ながら，水蒸気の温度および密度に関する情報を与えてくれる。しかし，得られる吸収スペクトルは圧力に強く依存し，解析は容易でない。そのため，レーザー分光を水蒸気流の温度測定に応用するための研究を行っている。

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. In the research and development of this turbine system, there is an important problem of how to determine the temperature of the steam flow which will reach probably about 2000℃ in the future. Therefore, we undertake the studies of the spectroscopic temperature measurement by the following two ways.
The spectroscopic study has been made about the radiation emitted from the high temperature steam flow which is generated by the hydrogen-oxygen combustion diluted with a preheated steam. The measured range of radiation is from the near infrared to the ultraviolet. The ultraviolet emission comes from OH radical. The results show that the near infrared radiation from water molecule is useful for the measurement of the steam flow temperature at a short distance from combustion region.
On the other hand, the water vapor absorbs the infrared radiation over the wide wavelength range. The high resolution absorption spectroscopy using a laser diode of 1300 nm is relatively simple in construction but brings the information about the temperature and concentration of the vapor. However, the absorption spectra obtained depend considerably on the pressure and involves difficulties in analysis. Therefore, the laser diode spectroscopy is studied for the application to the temperature measurement of the steam flow.

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