2015 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 | 渦輪 / 予混合燃焼 / 拡散燃焼 / 消火 / 不活性ガス / 消火剤輸送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本科学研究助成での研究目的は液体燃料により形成された燃焼ガス渦輪による消火である．しかし燃焼ガス渦輪の基礎的な消火特性を検討する場合，液体燃料を用いた予混合燃焼の当量比の調節は実験的に簡単では無い．そこで平成27年度では，相変化を必要とせず当量比の調節が容易な気体燃料であるメタンを用い，メタン－空気予混合燃焼を用いて燃焼ガス渦輪を形成した．当量比は，メタンと空気の流量比によって正確に調節した．また，メタンは燃焼速度などの予混合火炎としての基礎データが，様々な実験と解析から明らかにされているため，燃焼ガス渦輪の消火特性を検討する上で有用となる．他方，消火対象としてはメタン－空気の噴流拡散火炎を用いた．噴流は上方へ燃料を噴出して火炎を形成し，燃焼ガス渦輪は噴流火炎の下方から供給した．この燃焼ガス渦輪による消火可能範囲，この実験では渦輪発生装置と消火対象の距離を変化させて，消火確率が１となる最小距離の値を明らかにした．また，高速度カメラを用いて燃焼ガス渦輪の形成過程を観察した．その結果，最大の消火可能範囲が得られたのは，当量比1.05であることが明らかとなった．この値は，メタン－空気予混合火炎が示す燃焼速度が最大となる当量比に等しい．そのため燃焼ガス渦輪の消火効果が，渦輪形成のために使用している予混合火炎の燃焼速度に強く依存していることが明らかとなった．これは，燃焼速度が大きいほど形成される渦輪の移動速度が大きくなるためだと考えられる．渦輪の移動速度が大きいほど，渦輪の吹き飛びによる消火効果は増加する．また，燃焼ガス組成の消火効果については，希薄，過濃燃焼条件で大きな違いは観察されなかった．このことは，燃焼のガス組成の大半が窒素であるためだと考えられる．
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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
燃焼ガス渦輪の基礎的な消火効果について，実験的に明らかにすることに成功している．また，その消火効果が，渦輪を形成するために用いている予混合火炎の燃焼速度の大きさに強く依存していることも明らかとなった．また，渦輪形成過程の高速度カメラ映像の解析から，燃焼速度の大きさと，形成された渦輪移動速度に相関があることも明らかにしている．更に，渦輪形成のための予混合燃焼によって生じた燃焼ガス組成の消火への影響については，結局，生成された燃焼ガスの多くが窒素であることから，燃焼ガスによる消火効果の大きな違いは生じなかったモノと言える．このように，燃焼ガス渦輪の基礎的な知見，特に，消火効果の要因を明らかにできてきている．以上のように，これまで得られた実験結果に関して，当初の研究計画から大きな時間的な変更はなく進んでいる．そのため，上記で選択した区分としては，『おおむね順調に進展している』を選択している．
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| Strategy for Future Research Activity |
先に述べた実験結果を踏まえて，平成２８年度は，比較的小さな実規模火災（燃料噴出直径が直径30 cm程度）を対象にして，消火実験を行う．これにより，燃焼ガス渦輪消火の実用化の可能性について検討する．ただし，実規模火災の形成は大学の研究室で行うことは不可能なため，青森県にある消防学校の実験棟を使用して，消火実験を行う予定である．
また同時に，これまで予混合燃焼の酸化剤として，窒素－酸素の混合気を利用していたが，平成２８年度では，二酸化炭素－空気，アルゴン－空気，ヘリウム－空気など，空気の不活性ガス成分を変化させて燃焼ガス渦輪を形成して，消火実験を行う．このように，燃焼ガスの多くを占めるガス成分を変化させることで，燃焼ガス渦輪によるガス消火剤の輸送状況を明らかにすることが可能となる．
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