2015 Fiscal Year Annual Research Report
バイオガスの過膨張サイクルと直噴成層燃焼による高熱効率化と蓄電池への充電実証
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25420149
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
志賀 聖一 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (00154188)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒木 幹也 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (70344926)
GONZALEZ・P JUAN 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (30720362)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | バイオマス / 熱効率 / 成層燃焼 / 超過膨張サイクル / ガス機関 / 蓄電 / 実バイオガス / 充放電効率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
所期の目的は，バイオマスガス化燃料の廃棄物処理と再生可能エネルギの観点から，火花点火機関利用の観点から，(1)超過膨張(アトキンソン，ミラー)サイクル効果，(2)ガスの直噴成層燃焼と高強度乱流の効果，(3)実バイオガスの変動問題をニッケル水素電池充電で解決できることを実証し，廃棄物処理，再生可能エネルギ利用とともに，ガスエンジン一般の熱効率向上への波及効果をねらうことであった．(1)については，均一予混合自発点火燃焼(HCCI)を適用し，排気再循環と吸気加熱を行うことで，図示熱効率45%を達成できることを明らかにした．(2)については，模擬バイオガスを，高乱流環境をディーゼル機関のボウルインピストン燃焼室で実現したなかで，燃焼実験を行うことができ，乱流強度が熱効率に顕著に影響するほどではないこと，圧縮比の増大も単純に熱効率を増大するわけではないこと，そして，水素割合の増大はノック限界を低下することなどがわかった．また，シリンダ内直接噴射燃焼は，急速圧縮機を用いた実験的研究を行い，従来の大きな問題であった点火限界の再現性の問題を，火花放電回路の接地法改善によって解決し，当量比(Φ)=0.05での安定した点火を，従来の圧縮開始後80ms点火および燃料噴射終了時期とすることで実現した．さらに最終年度において，ガス燃料特有と言われてきた混合の不均一性という問題に対して，完全予混合燃焼における排気成分を用い，当量比の正規分布の平均値と分散で不均一性を定量化したモデルを構築し，その有効性を示した．(3)については，実バイオガス燃焼を小型の天然ガス機関を用いて，低温ガス化で生成したバイオガス燃焼を実現し，最高熱効率30%を抵抗負荷で実現できた．さらに最終年度において，蓄電器への充電においても同一の熱効率を達成でき，充放電効率は80%と一般的な値であること，加えて，高温ガス化の実証も行い，最高熱効率は22%に低下することがわかった．
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