2014 Fiscal Year Research-status Report
燃焼ガスによって形成した渦輪を利用した不活性ガス消火法の研究
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26560170
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
鳥飼 宏之 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (50431432)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 予混合燃焼 / 拡散燃焼 / 消火 / 渦輪 / 不活性ガス / 当量比 / 燃焼速度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度は，燃焼ガスで形成した渦輪の消火特性を調べるために渦輪発生装置を作製した．そして，不活性ガスとして用いる燃焼ガスを，エタノールと空気の予混合燃焼によって形成した．そして，パラメータとしては予混合火炎の当量比を変化させ最も高い消火効果が得られる当量比について検討した．
燃焼ガス渦輪を形成する燃焼容器は直径30 mmの円孔を有する角柱型のアクリル製容器(内部寸法：62×62×98 mm)を用いた．エタノールは液量を測定し､それを密閉容器内で蒸発させて空気と混合して用いた．当量比φは0.89から1.42の範囲で変化させた．当量比が変化することで燃焼速度が変化し，渦輪移動速度と燃焼ガス組成に変化が生じる．着火方法は容器下部から5 mmの位置に設置した線径0.9 mmのピアノ線の間に，ピエゾ素子を使って電気スパークを発生させることで行った．また消火対象には，球状多孔質バーナ(材質：セラミックス，直径25.4 mm)を用い，メタン-空気対向流拡散火炎を形成した．メタン流量は1.550 cm3/minとした．渦輪発生装置と消火対象は上下に配置し，その距離は50cmとした．また消火効果を定量化するために，消火成功回数を試行回数の20回で除したものを消火確率を各当量比で測定した．
得られた結果としては，φ＜1ではφの減少に伴ってPが減少し，φ＞1ではφの増加に伴ってPが減少する．どちらもバーナでの燃焼反応を促進する酸素または燃料を渦輪によって供給してしまうためと考えられる．ただし，その減少傾向はφ＜1に比べてφ＞1の方が緩やかであることがわかった．また，消火に最も効果的であったφは1.07であることがわかった．このことから，燃焼ガス渦輪の消火効果が最も高いのは，燃焼速度が大きく，完全燃焼に近い反応が起こる当量比1付近であることが分かった．
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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
初年度である平成26年度は，燃焼ガスによって形成した渦輪による消火特性を明らかにすることを目的としていた．特に，燃焼ガスを生成する予混合燃焼の当量比の値と消火特性のとの関係は，消火法を確立する上でも重要で有り，かつ燃焼学的にも興味深い問題である．そして，エタノールを燃料に用いた予混合燃焼によって形成される燃焼ガス渦輪を用いて消火実験を行い，当量比１付近が最も消火効果が高い燃焼ガス渦輪が形成されることを明らかにした．また実験前に予想していたように，当量比が1より小さく希薄燃焼の状態で，燃焼ガスに酸素が残る場合には燃焼ガス渦輪の消火効果は減少し，また当量比が1より大きく，燃焼ガスに燃料ガス成分がのこる過濃燃焼状態でも，やはり燃焼ガス渦輪の消火効果が減少することを明らかにした．この消火特性の解明によって，初年度計画の8割程度を達成したと言える．ただし，渦輪直径の何倍の距離まで維持されるかという消火特性の解明も重要である．この検討に関しては，先の当量比と燃焼ガス渦輪との消火特性の関係を明らかにした燃焼ガス渦輪実験装置を改良したモノを既に作製し，実験に着手している．
以上のように，燃焼ガス渦輪の消火特性についてほぼ当初の計画に従って解明が進んでおり，本研究はおおむね順調に進展していると評価できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度は，改良した燃焼ガス渦輪発生装置を用いて燃焼ガス渦輪の消火機構について解明することを目的とする．改良した燃焼ガス渦輪装置は，装置への燃料供給をより容易とし，及び当量比の設定精度を高めるために，メタン-空気予混合火炎を用いる．このメタン-空気予混合燃焼によって形成される燃焼ガス渦輪の形成過程と消火過程をシュリーレン法，シリコンオイルミストを用いたシートレーザによる流れの可視化及びPIV測定，また，燃焼ガス渦輪のCO2濃度等を検討する．これらの実験結果から燃焼ガス渦輪による消火機構を明らかにする．
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