ソノプロセスを用いた気液異相緩和による液体燃料燃焼の高度化に関する研究

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燃焼反応を伴うエネルギー変換機器で使用される液体燃料の中でも、エネルギー密度の高いものは一般的に蒸気圧が低い。その液物性ゆえに、噴霧液滴群の燃焼反応では火炎中に局所高温帯が高確率で局在し、窒素酸化物の濃度の増加を促進するということが問題点とされてきた。本研究では、高エネルギー変換効率、低NOx, CO性の観点からソノプロセス(超音波技術)を導入した気化燃焼プロセスを提案した。本年度は以下の項目について実験的検討および理論的考察を行いそれぞれ新たな学術的知見を得た。1.液体燃料燃焼用のバーナ構造について、燃焼エネルギーの輻射還流による気化潜熱の補填を目的とした多穴体セラミックバーナの火炎安定化機構を工学的見地より解析し、希薄域での安定燃焼範囲の拡大させうる効果をしめした。2.また瞬時的な可燃予混合気の形成を目的として、液体燃料への超音波照射効果を検討した。実験的検討の結果、気液界面におけるレイリー・テイラーの不安定性に起因する微視的な分子の表面吸着の促進により、特定燃料成分の選択的な物質移動が認められた。これにより超音波照射による燃焼法に最適な燃焼装置の設置指針を得た。3.超音波照射による燃焼法を行う燃焼器を試作し、燃焼反応による、OH, CHラジカル種の発光の変化から燃焼の不均一性を検討した。レーザ計測により燃焼器依存の流れを特定し、予混合気生成過程が燃焼反応に対して顕著に影響することが示唆された。4.上記基礎的結果に基づいた当該超音波照射による液体燃料燃焼法によってNOx, CO等の排出を測定した結果、均一燃焼が安定して継続する範囲で、現行の低いNOxボイラの排出規制値を大きく下回る燃焼装置の開発に至った。