2017 Fiscal Year Research-status Report
マイクロコンバスターを利用した超小型自立パワーユニットに関する研究
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16K06114
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
高橋 周平 岐阜大学, 工学部, 教授 (40293542)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | マイクロ燃焼 / 熱電変換 / 自立システム / 触媒燃焼 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度の研究では，要素試験の成果を踏まえ，マイクロコンバスタと熱電モジュールを組み合わせて発電を行い，その電力の一部を使ってマイクロブロアによる空気供給系を駆動して自立システムが構築できることを示した．この時点では，燃料供給はマスフローコントローラを用いて調整されており，完全自立とはなっていなかった．そこで，平成29年度においては，これらの統合試験の知見を踏まえ，ライター用の燃料タンクにブタン-プロパン液化ガスを貯蔵し，タンク付属のバルブを用いて流量調整を行い，燃料の蒸気圧によって燃料供給を行うことで，外部からの補器を全く必要としない完全自立型のマイクロ発電ユニットを作成した．燃料供給にあたっては，まず，燃料気化に伴う温度変化による供給量の変動挙動を把握した．その後，昨年度の研究で把握した最適マイクロブロア駆動電圧，最適負荷抵抗値を設計点として，発電システムを構築した．試作した完全自立発電システムを駆動した結果，30分以上にわたって定常作動し，燃料の持つエンタルピーから電力への最終変換効率として，1.5～1.8%を記録した．この値は，12Wクラスの熱出力で完全自立する発電システムの変換効率としては，世界初かつ最高水準のものであったが，要素試験および統合試験の結果から予想される値と比べて若干低いものであった．この原因として，燃焼器の個体差による流路内での圧力損失の違いに起因する空気供給量の不安定さが考えられた．次年度においては，この点を踏まえるとともに，携帯に供することができるサイズへの落とし込みを予定している．
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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
当初の予定通り，外部補器を全く必要とせずに定常運転する状態を実現することに成功した．この時の熱出力は12W，最大正味発電量は225mWであり，最終変換効率として1.88%に相当する．この時の熱電モジュールにおける変換効率は2.77%と予想より若干低めであったが（要素試験では3%超），総発電量に対する空気供給仕事（バックワークレシオ）は約32%と，要素試験時より低く抑えることに成功した．試作機は燃料切れとなるまで30分以上にわたり安定に作動した．また，コールド状態から安定動作点までの起動シーケンスの確立も問題なく行うことができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は，実際に携帯可能な手のひらサイズの発電ユニットを作成する．平成29年度の研究成果から，設計点で定常的に長時間作動させるめどがついたので，排熱の放熱特性や発電出力の履歴，また触媒型マイクロ燃焼器の耐久性にも注目して，自立システムとしての性能評価を行う．
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| Causes of Carryover |
完全自立型発電装置の試作にあたり，研究室に設置されている工作機械による自作部品を多く使用したため，加工費が予想より低額となった．これらは次年度の手のひらサイズへの落とし込みに際しての加工費として計上している．
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