| 研究課題/領域番号 |
17H03490
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
段 智久 神戸大学, 海事科学研究科, 教授 (80314516)
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| 研究分担者 |
松村 千里 (財)ひょうご環境創造協会(兵庫県環境研究センター), 兵庫県環境研究センター水環境科(安全科学担当), 研究員(移行) (30446794)
岡村 秀雄 神戸大学, 内海域環境教育研究センター, 教授 (90253020)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 熱機関 / 代替燃料 / 排気エミッション / 環境影響評価 / PM / PAH / 変異原性 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は，液化ジメチルエーテル（DME）を連続混合する装置製作の基礎実験として，液化DMEと木タールの混合燃料の流動特性を調べ，既得の加圧型定容容器混合装置を使用して噴霧特性解析及び燃焼特性解析を行なった。
昨年度は木タール単体の流動特性を解析し，その結果，供試木タールの粘度範囲は比較的軽質な重油と同程度であることを得た。今年度は木タールに液化DMEを30wt.%混合した燃料について，密封式のセルに封入した毛細管式粘度計で流動特性を計測した。その結果，木タールの粘度は液化DMEを混合することで大幅に低下し，わずかな過熱でエンジン燃料として使用できる可能性を明らかにした。そこで，この混合割合を条件として連続混合装置の追加設計を行ない，本年度は加圧条件下で攪拌実験装置を使用できる容器部分を製作した。
つぎに液化DME混合木タール燃料の微粒化特性を解析するために，既得の単発燃料噴射装置を使用して，大気雰囲気場における燃料噴霧の拡散状況を調べた。揮発するDMEを可視化するためにシュリーレン光学系を用いて，高速度ビデオカメラによって拡散画像を撮影した。その結果，液化DMEを混合した場合，噴霧周辺に揮発するDMEが広範囲に分散し，噴霧体積が著しく増大するという結果を得た。今後はさらに詳細な噴霧特性の解析を行なっていく予定である。
また液化DME混合時における燃料の燃焼特性について，定容量燃料混合装置を使用して液化DME混合燃料を調製し，予備的な燃焼解析を行なった。木タールに液化DME30wt.%を混合した試験油について，燃焼試験を実施した。エンジン試験の途上，不完全燃焼成分の生成によって運転性能が安定せず，今年度は十分な燃焼解析を行なうことができなかった。今後は吸気温度の高温化，燃料噴射圧力の高圧化などの燃焼改善対策を行なって，燃焼試験を実施していく必要がある。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
液化DMEを混合した木タールの流動特性を調査したこところ，C重油に液化DMEを混合した燃料と同様に大幅な粘度低減が可能であり，燃料のわずかな加熱でエンジンで使用できることを明らかにできた。そこで，本課題で開発を目指す液化DME連続混合装置（以下，連続燃料混合装置）の追加設計として，燃料の揮発を抑制する装置部（以下，高圧容器実験装置）の設計製作を行なうことができた。
高圧容器実験装置部分は，昨年度設計製作した攪拌実験装置部分をフランジと円筒容器で封入する構造とし，容器上部フランジから調製した混合燃料を取り出せる仕組みとした。三年目となる平成31年度は，この攪拌装置・高圧容器の両装置の動作特性を確認しながら，エンジンに連続供給できるシステムへと完成させていく。
また混合燃料の燃焼特性の解析として，既得済みの加圧容器内での液化DME混合調製装置（以下，定容量燃料混合装置）を用いて，噴霧特性に関する試験を実施することができた。試験では，自由大気雰囲気に噴射される燃料噴霧の拡散状況を高速度ビデオカメラ（デモンストレーションレンタル）によってシュリーレン撮影をし，液化DMEが液相である木タールまわりで急速に蒸発する様相を明らかにすることができた。今後は燃料液滴の分散特性を顕微鏡撮影等で明らかにしていく。
以上のように順調に研究は進展しているが，液化DME混合木タールについてエンジン燃焼試験を予備的に行なったところ，安定したエンジン運転状況を得ることができなかった。燃焼性を改善するための方策をエンジン条件側で施す必要性があり，今年度検討を行なっていく。
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| 今後の研究の推進方策 |
連続燃料混合装置については次のとおりに計画している（研究代表者：段 智久）。初年度，二種の燃料を回転槽の中で攪拌しながら混合する装置（攪拌実験装置）部分を製作した。平成30年度は，高圧下雰囲気中で液化DMEの揮発を抑制しながら同装置が稼動できるようにする容器装置（高圧容器実験装置）を製作した。これによって装置の基本的な構造製作が完了したので，混合燃料を安定してエンジンに供給できる部分を製作して完成させていく。
改質燃料の燃料特性解析については次のとおりに計画している。既得の定容量燃料混合装置を併用しながら，液化DME混合割合30%にて各種ベース燃料の噴霧特性及び燃焼特性の解析を行なう。噴霧特性としては受け止め法（シリコンオイルを塗布したガラス上に分散液滴を捕集する）によって微粒化燃料の液滴直径分布を顕微鏡撮影によって明らかにする。燃焼解析としては，これまでと同様に3気筒予燃焼室式ディーゼルエンジンを用いて，混合燃料の燃料消費や排ガスの機関性能を計測する（研究代表者：段 智久）。液化DMEを混合する基本燃料として，木タールに加えて，粘性の高い重油（C重油）を供試する予定である。木タールについては，吸気温度・燃料噴射圧力等のエンジン側条件を改善して安定した燃焼性を得られるようにする。
あわせて，排ガス中の微小粒子状物質（PM）を採取し，多環芳香族炭化水素（PAH）や金属成分含有量などの化学的評価（研究分担者：松村千里，研究協力者：中坪良平(兵庫県環境研究センター)，羽賀雄紀(兵庫県環境研究センター)）および変異原性を主とした生物的評価（研究分担者：岡村秀雄）を実施し，改質燃料の燃焼エミッションの環境影響を明確に評価していく。
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