マイクロコンバスタ内の振動燃焼を利用した超小型圧電素子発電デバイスの開発

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04J02973
• Research Institution: Tohoku University
• Research Fellow: 横森 剛 東北大学, 流体科学研究所, 特別研究員(PD)
• Keywords: 燃焼 / 予混合 / 振動 / MEMS / 微小空間 / 圧電素子 / バイモルフ / 起電力

Research Abstract

近年注目を集めているMEMSエネルギー供給源(Power MEMS)の一手段として、微小空間領域で発生する振動燃焼を利用した圧電素子発電デバイスの開発を目的として研究を行った。本研究で利用する微小空間での振動燃焼は近年見出された新規の現象であり、その特性は未だ不明な部分が多い。そこで本年度はまず、昨年度に引き続いて、燃焼振動の基本的特性の把握・検討を行った。方法としては、外部加熱された石英微細管内に燃焼用予混合気を供給し、そこでの燃焼挙動について実験的に観察した。その結果、振動燃焼はある混合気流速の範囲において起こり、それよりも高及び低流速になると火炎は定常安定することがわかった。また、管径によって振動燃焼範囲が変化し、管内径が小さい場合、つまり燃焼領域が微小になるほど、振動燃焼は高流速域側へシフトすることがわかった。さらに、流速等の条件によって、燃焼振動の振動周波数は数Hzから数百Hzまで、火炎位置の振幅は数mmから数十mmまで変化させることが可能なことがわかった。これらの現象は、燃焼の反応熱と着火遅れ時間、及び管壁への熱損失の影響に強く依存していると考えられ、微小空間で起こる振動燃焼の利用に重要な知見となった。また、発電システムとしては、燃焼振動による既燃ガスの流速変動を利用して、管出口に設置された圧電バイモルフにひずみ変動を誘引する系を考え、そこから発生する起電力特性について主に燃焼振動特性の観点から検討した。