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

利用微型燃烧器中的振荡燃烧开发超小型压电发电装置

• 批准号: 04J02973
• 负责人: 横森 剛
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J02973/
• 关键词: 燃焼; 予混合火災; 振動燃焼; マイクロ燃焼; MEMS; 圧電素子; 予混合; 振動; 微小空間; バイモルフ; 起電力; 微小領域; 高速度撮影

高エネルギー密度を有する化石燃料をMEMSエネルギー供給源(Power MEMS)等の小型デバイスに有効利用することを目的とし、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新規開発を目的として研究を行った。実験は、外部ヒーターにより加熱された微小石英管内にメタン/空気予混合気を流入させ、その内部における燃焼挙動について検討した。当量比を0.85に設定した場合、混合気流速が約40cm/s以上もしくは3.5cm/s以下では火炎が定在・安定し、振動燃焼は起こらないが、その中間領域(3.5〜40cm/s)では振動燃焼が観察された。振動燃焼時における火炎の位置変動の振幅は2mmから30mm程度、振動周波数は数十Hzから数百Hz程度の範囲内で、設定条件に応じて変化した。また、高速度ビデオカメラによって、その挙動を詳細に観察したところ、安定・不安定の境界条件付近では、火炎が流れ方向に2mm度の僅かな振動変動をするが、一方、それ以外の不安定領域においては、下流側で着火した火炎が上流側へ伝播し消炎するという特異な挙動を繰り返した振動現象であることが明らかとなった。また、この着火・消炎を繰り返す振動現象での変動振幅は10mm以上と比較的大きく、圧力変動に起因すると考えられる振動音も伴っていた。このことから、着火・消炎を繰り返す振動現象の方が、圧電素子を周期的に変位させるための駆動力に適していると考えられる。これらの知見は、振動燃焼を利用した小型発電デバイスにおける燃焼条件の最適化に有用で、今後の開発に大きく貢献するものである。

High エ ネ ル ギ ー density を have す る fossil fuels を MEMS エ ネ ル ギ ー supply source (such as Power MEMS) の small デ バ イ ス に a sharper use す る こ と を purpose と し, tiny space で 発 raw す る vibration combustion 焼 を using し た 圧 electric element child 発 electric デ バ イ ス の new rules open 発 を purpose と し を line っ て research た. Be 験 は, external ヒ ー タ ー に よ り heating さ れ た tiny quartz tube に メ タ ン / empty 気 to mixed 気 を inflows さ せ, そ の internal に お け る combustion 焼 挙 dynamic に つ い て beg し 検 た. Equivalent を 0.85 に set し た occasions, mixed が 気 velocity more than 40 cm/s も し く は below 3.5 cm/s で は fire inflammation が on combustion stability し, vibration 焼 は up こ ら な い が, そ の middle area (3.5 ~ 40 cm/s) で は vibration combustion 焼 が 観 examine さ れ た. When vibrating and igniting 焼, the における flame <s:1> position changes, the <s:1> amplitude changes, the <s:1> 2mm <s:1> ら30mm degree, the vibration frequency changes, the <s:1> tens of Hz ら hundreds of Hz degree, the <s:1> range 囲 で, and the set conditions に応じて change, the た た. ま た, high speed ビ デ オ カ メ ラ に よ っ て, そ の 挙 dynamic を detailed に 観 examine し た と こ ろ, stability and instability の boundary conditions to pay nearly で は, fire inflammation に れ が flow direction only 2 mm degree の か な vibration - move を す る が, one party, そ areas other than の unrest れ に お い て は, nasty side で fire し た fire inflammation が upper side へ 伝 sowing し antiphlogistic す る と い う specific The な挙 moving を is reflected in the <s:1> た vibration phenomenon である となった とが is bright ら ら となった となった. ま た, こ の is on fire, antiphlogistic を Qiao り return で す vibration phenomenon の dynamic amplitude は - more than 10 mm と compare big き く, pressure - move に cause す る と exam え ら れ る vibration sound も with っ て い た. こ の こ と か ら, fire, antiphlogistic を Qiao り return す の party が vibration phenomenon, 圧 electric element に を cycle - a さ せ る た め の 駆 power に optimum し て い る と exam え ら れ る. こ れ ら の knowledge は, vibration combustion 焼 を using し た small 発 electric デ バ イ ス に お け る optimal combustion conditions 焼 の に useful で, future の 発 に big き く contribution す る も の で あ る.

项目成果

Development and scale effects of small Swiss-roll combustors

• DOI: 10.1016/j.proci.2006.08.077
• 发表时间: 2007-01-01
• 期刊: PROCEEDINGS OF THE COMBUSTION INSTITUTE
• 影响因子: 3.4
• 作者: Kim, Nam Il;Alzumi, Satoshi;Maruta, Kaoru
• 通讯作者: Maruta, Kaoru

Flame stabilization and emission of small Swiss-roll combustors as heaters

• DOI: 10.1016/j.combustflame.2005.01.006
• 发表时间: 2005-05-01
• 期刊: COMBUSTION AND FLAME
• 影响因子: 4.4
• 作者: Kim, NI;Kato, S;Maruta, K
• 通讯作者: Maruta, K