2016 Fiscal Year Research-status Report
消化ガスの酸素富化燃焼：排熱再循環利用のマイクロ火炎と国際安全規格による安全制御
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15K05821
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
門脇 敏 長岡技術科学大学, 技術経営研究科, 教授 (20185888)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
勝身 俊之 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (60601416)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 熱工学 / マイクロ火炎 / 消化ガス / 酸素富化 / 国際安全規格 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，未利用バイオマスの有効利用とエネルギーの高効率利用を目的として，バイオメタンガスなどの消化ガス（またはバイオガス）を燃料とする酸素富化燃焼（または酸素燃焼）を取り扱っている．消化ガスを酸素富化燃焼させるために，マイクロ対向流バーナーを用いている．燃焼装置の設計・製作および実験の遂行は，安全確認型の考えをベースとする国際安全規格（ISO12100:2010, EN1127-1:2011）に基づいて行っている．本実験では，消化ガス・酸素マイクロ対向流拡散火炎の厚みやその径に及ぼすバーナー内径やバーナー間距離，並びにガス流量の影響を調べている．そして，火炎厚みに与える火炎伸長の効果を精査している．
本年度は，燃料としてメタンを採用し，対向流拡散火炎の基本特性を実験的に調べ，消化ガス・酸素マイクロ対向流拡散火炎を取り扱った昨年度の研究結果と比較している．実験で得られた主な知見は次の通りである． ①バーナー内径が大きい場合，狭いバーナー間隔においても，マイクロ対向流拡散火炎は形成される．火炎厚みと火炎径は，バーナー間隔が小さくなると共に減少する．また，ガス流量が増大すると共に，それらは単調に大きくなる．燃料として消化ガスを採用した昨年度の結果と比較すると，より狭いバーナー間隔においても，マイクロ対向流拡散火炎は形成されている． ②火炎伸長率は火炎厚みに強く影響を及ぼしており，それが大きくなると共に火炎は薄くなる．そして，火炎厚みと火炎伸長率の関係は，バーナー内径やガス流量に強く依存する．また，火炎厚みをバーナー内径と燃料流速で標準化すると，火炎伸長率との関係を一律的に示すことが出来ることを確認している．
上記に示した研究成果は，2016年に英文学術雑誌「Mechanical Engineering Letters」で公表している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では，マイクロ対向流拡散火炎を取り扱い，その基本特性を実験的に調べている．そして，消化ガス・酸素マイクロ対向流拡散火炎とメタン・酸素マイクロ対向流拡散火炎を比較し，後者では，より狭いバーナー間隔においてもマイクロ対向流拡散火炎が形成されることを示している．さらに，火炎厚みをバーナー内径と燃料流速で標準化すると，火炎伸長率との関係を一律的に示すことが出来ることを確認している．
本研究で得られた成果は有用なものであり，その成果を英文学術雑誌に公表していることから，本研究はおおむね順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は，燃料としてメタンを採用し，マイクロ対向流拡散火炎の基本特性に関して，有用な知見を得ている．来年度以降は，消化ガスの成分を変化させ，火炎厚みと火炎伸長率の関係をより精密に調べ，バーナー内径やガス流量への依存性を明らかにする．また，バーナー壁面の温度を測定し，火炎特性に及ぼす温度場の影響を精査する．加えて，バーナーを水平と垂直に設置し，重力（浮力）の効果を明確にする．これらの実験で得られる知見を整理して，マイクロ対向流拡散火炎のメカニズムを詳細に探究し，適切なモデリングを行う予定である．
得られる研究成果は，国内外の学会等で発表すると共に学術雑誌等で公表し，広く社会に還元する予定である．
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| Causes of Carryover |
当初予定より旅費を抑制することが出来たため，わずかながら次年度使用額がプラスとなった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験の際の消耗品の一部として使用する予定である．
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