2013 Fiscal Year Research-status Report
バイオガスの過膨張サイクルと直噴成層燃焼による高熱効率化と蓄電池への充電実証
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25420149
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
志賀 聖一 群馬大学, 理工学研究院, 教授 (00154188)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒木 幹也 群馬大学, 理工学研究院, 准教授 (70344926)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | バイオマス / ガス化 / ガス燃料 / 熱効率 / 内燃機関 / 排気 |
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| Research Abstract |
一般のガス機関に対する熱効率改善という波及効果を考慮し，研究の目的は以下を提案，検証することにある．
(1)過膨張サイクルバイオガス機関，高強度乱流機関，および筒内直噴燃焼による低NOx化と正味熱効率の向上：ボウルインピストン方式の高強度乱流機関を用いて，高膨張比での燃焼期間短縮の効果を検証し，それにガス直噴燃焼を組み合わせることによって，NOx ≦ 500ppm，正味熱効率40%以上をめざす．本目的のためのディーゼルベース機関(412cc)のテストベンチ構築を行った。シリンダヘッドを改造し、点火栓と圧力変換器を取り付け、ECUを自作し、ガス燃料での運転を可能にした。その結果、メタン、水素の2燃料ガスに加え、CO2希釈の効果を調べるシステムを構築することがでいた。当量比(φ)=0.65-0.8, BMEP=0.28MPa, で正味熱効率22%を達成した。目標の40%には遠く及んでいないが、過大な乱流と低BMEPがおもな原因であり、対策が必要ではあるが、実験システム構築の目的は達成できた。
(2)実バイオガスでの実証とニッケル水素電池充電による変動問題の解決：実バイオガスを，上記ボウルインピストンの直噴成層燃焼機関を用い，実バイオガスでの高効率発電運転を実証する．さらに，ニッケル水素電池に充電を行う：実バイオガスを163ccの天然ガス機関を用いて、実証試験を行った。結果は論文執筆に値するもので、従来の他システムでの結果を支持することができた。正味熱効率は低負荷にもかかわらず29%に達し、天然ガスでの最高効率とほぼ等しく、水素成分の貢献が確認できた。
(3)論文は執筆中で、日韓共同セミナーへの申請は実施した。（結果は未定）
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
実験装置の構築にあたり、模擬バイオ燃料の装置において、乱れ増大を期待した燃焼室を持つディーゼル機関ベースの火花点火への転用、ガス燃料による運転を行うことはできた。しかし、(1)負荷の上限が不十分で、限界の調査が必要、(2)乱れ増大は想像されるが、過度な増大となっており、機関の熱負荷が過大となっている可能性がある、という二つの問題が発生した。これを解決するために、燃焼室の形状変更、上限の探索を実施しているが、この部分においては予想した結果が得られているとは言えない。一方、実バイオ燃料を用いた機関運転実験は、ほぼ順調に推移し、論文執筆を行っている。しかし、論文執筆に時間がかかりすぎており、順調な経過とは言えないと判断した。成層燃焼実験においては、結果の再現性に重大な問題が発生しており、解決を急いでいる段階であり、論文執筆までの段階にまだ達しておらず、十分な成果となっていない。
さらに、充電実験準備において、ギガセル（川崎重工製ニッケル水素電池）の販売を停止したことが判明した。そこで、比較的容量の大きい、2Whクラスを20個パッケージされたニッケル水素電池の試行を行うべく、購入し、ラインからの充電実験を開始した。本件は、最終年度に予定していた充電実験の前倒し検討に着手したと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度における計画は、模擬バイオガスによる高強度乱流と直噴成層燃焼の効果を明らかにし，実バイオガス実験による模擬バイオガス実験結果の検証とタール成分の凍結法による評価を行うことと申請書に記載した。したがって、実験システム構築を目的とした25年度の成果を踏まえて、運転を行い、性能パラメータの評価を実質的に行うのが今年度のテーマとなる。具体的には以下を実施する。
(1)今年度に構築した模擬バイオ実験システムの性能特性を、負荷限界を含む広範な条件下で明らかにする。
(2)現状の実バイオガス実験システムの供試機関を平成25年度において構築した高強度乱流と直噴成層燃焼機関で置き換え，正味熱効率40%以上，NOx500ppm以下を目標とした実バイオガス実証運転を行う．大きな変更は，模擬バイオガスでは燃料噴射での制御が可能であったものが，実バイオガスではガスミキサーとなり，高度なフィードバック制御を開発せざるを得ない．本研究では，次年度に実施するニッケル水素電池への蓄電を行うことで変動の問題を解決する．
(3)懸念されるタールの生成過程を，平成23までの別テーマ科研費（液体窒素凍結法による噴霧粒子径計測）で開発した、噴霧粒子の直接凍結法によって可視化し，生成過程と除去方法を検討する．
(4)すでに前倒しで購入済みのニッケル水素イオン電池への充電実験を、ライン電源を用いて実施し、充電効率、変圧器効率などの基本特性を明らかにする。この充電システムを用いて、模擬バイオシステムによる充電の実証試験を実施し、エンジンによる充電試験を実施する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
購入予定物品の金額予測の精度が必ずしも十分でなく、若干の残金となった。
次年度の交付額と合わせて計画的に使用する。
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Research Products
(2 results)
