| 研究課題/領域番号 |
20K22390
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
佐藤 大輔 長岡技術科学大学, 工学研究科, 講師 (30883897)
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| 研究期間 (年度) |
2020-09-11 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 燃焼 / 火炎 / 輻射＜ふくしゃ＞ / スペクトル / バイオガス / マグネシウム / 熱電変換 / 光電変換 / 水素 / ふく射 / 出力密度 / 変換効率 / 電力密度 / 火炎輻射 / メタン / 火炎輻射《ふくしゃ》 / スペクトル制御 / 分散型エネルギー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
燃焼はガスタービンやボイラーなどに用いられている代表的なエネルギー生成技術だが，火炎の輻射《ふくしゃ》（可視発光＋赤外放射）からの直接発電のポテンシャルは未だ解明されてない．本研究では，火炎の輻射スペクトルを燃料と酸化剤の種類および両者の混合割合で制御できる可能性に着目し，この特性と光電/熱電変換を組み合わせた火炎輻射直接発電の高効率化の可能性追究と実証を行う．火炎の輻射特性の解析と制御，発電システムの最適設計解析，試作システムを用いた発電実験を通じてコンセプトの実証を目指す．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，クリーンな未利用エネルギーであるバイオガスとマグネシウムに着目し，これらの燃焼によって形成させる火炎の輻射から直接電力変換する技術として，2種類のコンセプトを提案し技術ポテンシャルを調査した．(1) バイオガスの酸素燃焼によるマイクロフレームと熱電変換を組み合わせた超小型燃焼発電システムを試作し，IoT機器駆動への応用に十分な電力（>10 mW）が得られた．(2) マグネシウム燃焼火炎の輻射スペクトルは結晶シリコン太陽電池の発電感度スペクトルと傾向がよく一致した．太陽電池に入射する放射強度が同じ場合，太陽光よりもマグネシウム燃焼火炎輻射の方が高い光電変換効率を示した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では，これまで着目されていなかった火炎輻射からの直接発電のポテンシャルを，未利用のカーボンフリー／カーボンニュートラル燃料の燃焼を用いて実証した．本研究で得られた知見は，燃焼エネルギーの新たな利用形態の可能性を示すものとして学術的に意義があり，クリーンな未利用エネルギーを有効活用する新たな技術として脱炭素化社会への早期転換に資するものである．
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