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2017 年度 実績報告書

渦流による可燃限界拡張・高速熱伝達現象のメカニズム解明と小型発電システムへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 15H05509
研究機関広島大学

研究代表者

下栗 大右  広島大学, 工学研究科, 准教授 (40432687)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード次世代小型発電システム / 渦流燃焼 / 可燃範囲 / 熱伝達 / 小型発電システム
研究実績の概要

本研究では,渦流中における可燃限界拡張,および高速熱伝達現象を解明するべく基礎研究を行ったほか,小型渦流燃焼器を用いた次世代型小型発電システムの開発を行った.
渦流中を伝播する火炎に対してレーザー計測を行い,様々な混合気において消炎付近での火炎先端温度が約1200℃であることを明らかにした.このことから,渦流によって燃焼範囲が拡大するのは,ルイス数効果や圧力拡散等の効果によって火炎先端が増加することに起因することが判明した.
渦流中における高速熱伝達現象については,メタン・プロパン・ブタンといったいくつかの燃料で伝熱評価を行い,未燃混合気の旋回速度によって熱伝達が大きく変化することを明らかにした.また,接線方向吹き出し速度を用いたレイノルズ数を用いて評価を行うことにより,旋回流中での熱伝達が接線方向速度によって支配されていることも明らかとした.
以上の渦流による可燃限界拡張現象,および高速熱伝達現象を応用し,世界的にも例を見ない高出力小型発電システムの開発にも取り組み,出力20Wを超える小型燃焼器(5^3cm3)の開発に成功した.この値は,小型燃焼発電システムとしては世界第一である(第二位は米国カルフォルニア州立大学Dunn-Rankin教授のグループによる10W),エネルギー密度は最大で176MW/m3のである.さらに,燃料・空気供給を含む全てを自立した小型自立発電システムの構築にも成功し,重さ500gのシステムで,完全自立で出力10Wの出力を達成した.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2017

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Development of a powerful miniature power system with a meso-scale vortex combustor2017

    • 著者名/発表者名
      Shimokuri, D., Taomoto, Y., and Matsumoto, R
    • 雑誌名

      Proceedings of the combustion institute

      巻: 36 ページ: 4235-4242

    • DOI

      10.1016/j.proci.2016.06.180

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Laser measurement on oxy-fuel flame with optically accesible tubular flame burner2017

    • 著者名/発表者名
      Set Naing, D. Shimokuri
    • 雑誌名

      The Japanese Society for Experimental Mechanics

      巻: 17 ページ: 204-209

  • [学会発表] Autonomous Power System Using Small Scale Vortex Combustor2017

    • 著者名/発表者名
      Daisuke SHIMOKURI
    • 学会等名
      Power MEMS 2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of Powerful Miniature System with Heat Transfer Controlled Vortex Combustor and Thermo Electric Device2017

    • 著者名/発表者名
      Daisuke SHIMOKURI
    • 学会等名
      Power MEMS 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] 小型渦流燃焼発電システムにおける伝熱の制御による高効率化2017

    • 著者名/発表者名
      垰本 優樹
    • 学会等名
      第55回燃焼シンポジウム

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公開日: 2018-12-17  

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