| 研究課題/領域番号 |
21K03890
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
柴田 元 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70613785)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 燃料改質 / ピストン圧縮 / ディーゼルエンジン / 合成ガス / バイオガス / 部分酸化反応 / 水性ガスシフト反応 / ピストン圧縮改質 / 改質ガス / 水素 / 一酸化炭素 / 化学動力学計算 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，燃料をディーゼルエンジンの改質気筒でピストン圧縮により水素，一酸化炭素，メタンなどのガスに改質して着火性を変更し，そのガスを出力気筒に導入して出力気筒の運転条件に最適な改質ガスを供給し，系全体での熱効率の向上を図るものである．研究では特に改質気筒での燃料改質に着目し，改質条件（当量比，酸素濃度，改質温度）が改質効率および総合効率に与える影響を調べ，改質ガスの生成プロセスについて化学動力学計算CHEMKIN Proとエンジン実験の両面から明らかにする．この知見をベースに，例えば水蒸気改質反応や二酸化炭素改質反応を用いて改質ガスを能動的に生成する方法について提案をする．
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| 研究成果の概要 |
ディーゼルエンジンのピストン圧縮により液体燃料を合成ガス（水素、一酸化炭素）への改質実験を行い、化学動力学計算により化学反応解析を行なった。燃料の改質には当量比と改質時の最高到達温度が関与しており、通常のエンジン回転数では化学反応時間は十分に早い。酸素濃度6%から10%程度、当量比2から4の間で合成ガスの収率が高くなる。
液体燃料ではスモーク排出が課題となるため、実験燃料をメタンに変更し着火用に微量の軽油を筒内噴射し、ドライリフォーミング反応を狙って希釈ガスを窒素から二酸化炭素に変更して実験をした。研究の結果、部分酸化反応と水性ガス逆シフト反応により合成ガスが生成していることが明らかとなった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
エンジン車のさらなる高効率化が必要であり、市場の軽油やガソリンの着火性を変更できればエンジンはさらなる高性能化が期待できる。燃料の改質には触媒が用いられることが多いが耐久性が課題であり、ピストンの圧縮着火を利用した今回の研究は学術的に注目される。液体燃料の改質因子は圧縮時の温度と当量比であり、改質ガスの生成要因を突き止めることができた。また、後半はスモーク低減を目指して主燃料をメタンとし希釈ガスを二酸化炭素で実験をした。メタンや二酸化炭素でも水素や一酸化炭素の製造が可能であり、この結果は、エンジンを用いて温室効果ガスを削減し液体合成燃料の原料である合成ガスを製造できることを示唆している。
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