2022 Fiscal Year Annual Research Report
軽油・重油へのファインバブル添加による燃費改善および排ガスクリーン化
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20K05409
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| Research Institution | Kurume National College of Technology |
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Principal Investigator |
中武 靖仁 久留米工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (30280481)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ファインバブル / ディーゼル機関 / 燃料消費率 / 有害排気ガス / 燃焼解析 / 燃焼促進 / 微粒化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ファインバブルを添加したディーゼル燃料の燃焼改善のメカニズムとしては，燃料がシリンダー内部へ噴射された直後，ファインバブルの再析出や膨張破裂により，噴霧燃料の微粒化の促進と混合気形成の向上を引き起こす．さらに，噴霧された液滴燃料表面の揺らぎを誘発し，伝熱・蒸発・燃焼の促進を引き起こす．結果として，着火性の向上，燃焼時間の短縮，燃えきり性の向上による燃費の低減，およびNOxやすすの低減から排ガスクリーン化へつながるものと考えられる．
しかしながら，大型船舶や火力発電所等の燃料であるＣ重油は，高温（150℃程度）・高圧（0.5 MPa程度）・高粘度（100cSt程度）という過酷な環境下で使用されている．ファインバブル添加の有利性を最大限に発揮させるためには，機関サイズやタイプの異なる各種ディーゼル機関に，最適な気泡径と気泡量にコントロールする必要がある．
そこで本研究は，高温・高圧・高粘度な劣悪ディーゼル燃料中へのファインバブル添加技術開発と，それによる燃費改善と排ガスクリーン化を目的とした．
燃料はＣ重油を用い，燃料消費量1 L/min.に対して，空気混入量を変化させて，燃費と排ガスに及ぼすボイド率の影響について実験・検討を行った．空気混入量0.2 L/min.のときに，燃費が負荷平均5.7％，最大で7.2％低減され，スモークは最大52％低減された．燃料への空気混入量には最適値があり，空気混入量が少ないと燃料への混入気泡数自体が少なくなり，一方で多くなりすぎると気泡径が大きく，気泡数は少なくなり，燃費とスモークの低減効果が低下することがわかった．
筒内圧計測により，燃料中にファインバブルを添加することで，燃料噴射時にファインバブルが圧縮・溶解されるため噴射時期が遅れるが，熱発生期間すなわち燃焼時間が短時間になることで，燃費が低減されることが明らかとなった．
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