論文 - 成瀬　一郎

燃焼プロセスにおける有害金属の生成機構とその制御 : アメリカにおける研究動向

成瀬 一郎

日本機械学会誌   100 巻 ( 947 ) 頁： 1108   1997年

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記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：一般社団法人 日本機械学会  

DOI： 10.1299/jsmemag.100.947_1108

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バイオブリケットの基礎燃焼特性

呂 国慶, 外山 哲也, 金 煕濬, 成瀬 一郎, 大竹 一友, 上出 光志

化学工学論文集   23 巻 ( 3 ) 頁： 404 - 412   1997年

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記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：公益社団法人 化学工学会  

低品位炭の清浄燃焼のために開発された石炭とバイオマスを高圧成型した複合燃料であるバイオブリケットの熱分解と燃焼特性を基礎的に解明することを目的に, 単一バイオブリケットの熱分解, 燃焼特性に及ぼすバイオマスの種類と添加率などの影響をバッチ式電子天秤付電気加熱反応炉を用いて実験的に明らかにした.<BR>主な結果として, バイオブリケット中の揮発成分量はバイオマス添加率と正比例の関係があること, バイオマス添加により石炭ブリケットよりも着火性と燃え切り性が良好になること, バイオブリケットの燃焼は揮発成分放出・燃焼とチャーの燃焼の二段階で進行すること, 揮発成分放出・燃焼段階では体積モデルが適用でき, 反応次数と反応速度定数ともバイオマス添加量との間に直線関係が存在すること, チャーの燃焼段階は未反応核モデル的に進行し, 外部からの酸素の拡散律速であることなどを明らかにした.ガス境膜における酸素の移動係数並びに灰層における酸素有効拡散係数から, 両拡散現象の寄与がほとんど同オーダであることを示した.

DOI： 10.1252/kakoronbunshu.23.404

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流れの数値解析と化学装置のモデリング　　バイオブリケットの燃焼速度に及ぼす炭種・成型条件の影響

呂 国慶, 金 煕濬, 成瀬 一郎, 大竹 一友, 上出 光志

化学工学論文集   23 巻 ( 6 ) 頁： 954 - 961   1997年

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記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：公益社団法人 化学工学会  

バイオブリケットの燃焼に対して, 揮発成分放出・燃焼段階では体積モデルを, チャーの燃焼段階では未反応核モデルを用いて, バイオブリケットの燃焼性に及ぼす成型形状, 成型圧力および炭種などの影響を解明した.<BR>主な結果として, 同一直径の球状および円柱状 (柱の高さと直径は同一) のバイオブリケットの燃焼では, 形状による燃焼性の影響がほぼないこと, 成型圧力は揮発成分放出・燃焼には影響を与えないが, チャーの燃焼では約245MPa以下で試料密度を介して燃焼性に影響を与えること, 石炭ブリケットの揮発成分放出・燃焼段階での反応次数と反応速度定数は石炭の燃料比と直線関係があること, 炭種と成型条件は灰層の気孔率を介してチャーの燃焼に影響を与えることなどを明らかにした.石炭・バイオマスの工業・元素分析, 灰の真密度と本論文で提案したモデルと半経験式からバイオブリケットの燃焼速度を精度良く解析できることを示した.

DOI： 10.1252/kakoronbunshu.23.954

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アルカリ金属化合物の基礎蒸発特性

野田 玲治, 高野 剛志, 成瀬 一郎, 大竹 一友

化学工学論文集   23 巻 ( 5 ) 頁： 635 - 643   1997年

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記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：公益社団法人 化学工学会  

石炭からのアルカリ金属の蒸発速度を予測するために, 石炭中に存在する無機アルカリ (Na, K) 化合物のうち塩化物および硫酸塩について不活性, 酸化性および還元性雰囲気下で熱天秤を用いて蒸発速度を測定した.実測値について蒸発経路および律速段階を同定するために拡散モデルによる検討を行った.その結果, 塩化物は単体および2量体として蒸発し, その蒸発速度は飽和蒸気圧を用いて拡散モデルから計算した値によって説明することができた.硫酸塩は単体の蒸発に加え, 不活性および酸化性雰囲気では以下の分解反応が生じることを示した.<BR>M<SUB>2</SUB>SO<SUB>4</SUB>⇒2M+SO<SUB>2</SUB>+O<SUB>2</SUB><BR>不活性雰囲気などで, 上記の分解反応が顕著になる場合, 分解速度によって蒸発速度が律速されることを明らかにした.還元性雰囲気では予想された以下の反応<BR>M<SUB>2</SUB>SO<SUB>4</SUB>+2CO⇒2M+SO<SUB>2</SUB>+2CO<SUB>2</SUB><BR>は平衡に達しておらず, 以下の2つの反応速度が蒸発速度を律速している可能性を示した.<BR>M<SUB>2</SUB>SO<SUB>4</SUB>+4CO⇒2M+COS+5CO<SUB>2</SUB><BR>COS+2CO<SUB>2</SUB>⇒SO<SUB>2</SUB>+3CO

DOI： 10.1252/kakoronbunshu.23.635

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4-1.バイオブリケットの燃焼特性と高性能脱硫剤の探索(研究・研究者間ネットワーク…,Session(4)若手の会)

成瀬 一郎

日本エネルギー学会大会講演要旨集   4 巻 ( 0 ) 頁： 103 - 106   1995年

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記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：一般社団法人 日本エネルギー学会  

DOI： 10.20550/jietaikaiyoushi.4.0_103

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貝殻による脱硫反応特性

成瀬 一郎, 西村 喜芳, 大竹 一友, 川部 庭資

化学工学論文集   21 巻 ( 5 ) 頁： 904 - 909   1995年

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記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：公益社団法人 化学工学会  

熱天秤を用いて, 3種類の貝殻 (ホタテ, アサリおよびカキ) の脱硫特性を明らかにした.また, 比較のために, 津久見産および船尾産石灰石も使用し同様な実験を行った.実験にあたり, まず, 各試料の物性として粒子比表面積, 細孔径分布および元素組成を測定した.実験方法は, 窒素中で試料を焼成しその後N<SUB>2</SUB>ベースのSO<SUB>2</SUB>+O<SUB>2</SUB>ガスに切り替えて脱硫実験を行った.その際, 試料粒径 (297～420μm) は固定し, 焼成温度, それに至るまでの昇温速度および脱硫温度を変化させた.脱硫後の粒子については, その断面の硫黄分布を2次元XMAで計測した.結果として, 脱硫効率と粒子比表面積には相関はなく, 粒子内の細孔径分布に依存すること, ならびに同一条件での貝殻と石灰石の脱硫効率は, どの貝殻も石灰石を上回っていることが明らかとなった.このような差異が生じた理由は, 石灰石の場合, 細孔径が小さいために反応生成物であるCaSO<SUB>4</SUB>により細孔が閉塞し, 粒子表面近傍しか脱硫に寄与しないのに対して, 貝殻の場合は, 大きな細孔が内部まで存在しているため, 粒子内部も脱硫反応に寄与することによる.

DOI： 10.1252/kakoronbunshu.21.904

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チャー燃焼場におけるＮ２０生成特性

倉本 浩司, 小泉 一博, 成瀬 一郎, 大竹 一友

化学工学論文集   20 巻 ( 4 ) 頁： 482 - 488   1994年

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記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：公益社団法人 化学工学会  

気泡流動層石炭燃焼から排出される亜酸化窒素 (N<SUB>2</SUB>O) に関して, チャー燃焼場からの生成・消滅特性をチャー粒子単層充填反応管を用いて実験的に検討した.実験は, 層温度, 供給酸素濃度およびチャー炭種を変化させて, 燃焼過程中の生成ガスならびに固体成分の変化を分析することにより考察した.<BR>結果として, 燃焼過程中のNOおよびN<SUB>2</SUB>O濃度変化より, チャー燃焼過程の初期において, NO濃度は急激に増加するがN<SUB>2</SUB>O濃度は緩やかに増加した。これは, COが酸化される際に生成するHラジカルがN<SUB>2</SUB>O分解に寄与することによる.しかし, 燃焼後半になると, Hラジカルの供給が減少して生成N2O濃度は増加する.排出されるN<SUB>2</SUB>O濃度は, 層温度の低下および供給酸素濃度の増加に伴って増加し, 揮発分燃焼場において得られた知見と一致した.また, 固体側の分析結果より, チャーの違いを検討したところ, 燃焼過程におけるチャーの表面あるいは内部構造の差異 (網目構造あるいはバルーン構造) が, チャー中のN分の放出挙動に影響を与えることが明らかとなった.

DOI： 10.1252/kakoronbunshu.20.482

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特集　化石エネルギー利用技術　低温微粉炭燃焼場におけるＮ２Ｏ生成消滅特性の解明

成瀬 一郎, 山本 康之, 伊藤 嘉文, 大竹 一友

化学工学論文集   20 巻 ( 6 ) 頁： 843 - 848   1994年

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記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：公益社団法人 化学工学会  

石炭燃焼から排出される窒素酸化物の中でとくにN<SUB>2</SUB>Oに着目し, 電気加熱式1次元層流石炭燃焼炉を用いて多種類の石炭の低温場における燃焼実験を行った.実験は, 燃焼過程における粒子およびガスを採集・分析して, 石炭中窒素分の放出形態 (HCNおよびNH<SUB>3</SUB>) およびそれらの燃焼過程における転換形態を粒子およびガス側の両情報を関連付けながら詳細に検討した.<BR>結果として, N<SUB>2</SUB>Oは主として揮発分燃焼領域で生成されること, NH<SUB>3</SUB>よりもHCNを放出する石炭の方が生成N<SUB>2</SUB>O濃度が高くなること, 揮発分燃焼がほぼ完了した後流領域では, NO濃度は緩やかに減少するがN<SUB>2</SUB>O濃度は増加する傾向を示すことを明らかにした.この領域でのN<SUB>2</SUB>O生成は, ガスおよび粒子中の窒素分析から, NOがチャー中の炭素と反応してNCOになり, これがNOと反応しN<SUB>2</SUB>Oになる経路およびNOとチャー中の窒素が反応して生成する経路による.N<SUB>2</SUB>Oの転換率は, 燃焼率の増加および高燃料比炭ほど増加する.これは, 粒子周りの温度ならびに燃焼雰囲気の還元性の違いによる.

DOI： 10.1252/kakoronbunshu.20.843

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気泡流動層石炭燃焼場におけるＮ２Ｏの生成特性とその機構

成瀬 一郎, 今成 正雄, 小泉 一博, 袁 建偉, 大竹 一友

化学工学論文集   20 巻 ( 2 ) 頁： 178 - 185   1994年

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記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：公益社団法人 化学工学会  

低温場での石炭燃焼法の一つである気泡流動層において, そこから生成されるN<SUB>2</SUB>Oの生成特性およびその生成・消滅機構を実験ならびに反応速度論によって明らかにした.燃焼実験は, 層温度, 空気比, 炭種ならびに石炭供給方式を変化させて行った.反応速度論計算では, 流動層フリーボードでの気相反応に着目して, 温度, 空気比および揮発分含有窒素化学種をそれぞれ変化させて計算した.<BR>結果として燃焼実験および理論計算から, 生成N<SUB>2</SUB>O濃度は層温度の減少および空気比の増加にともなって増加し, 一方, NO濃度は層温度にあまり影響されず空気比の増加にともなって増加した.石炭供給方式の変化により, N<SUB>2</SUB>Oは主として揮発分燃焼によって生成していることを明らかにした.石炭中の水素と窒素含有量の比が小さい石炭ほどN<SUB>2</SUB>O生成量は増大した.本結果は, 反応速度論計算より得られたHCNがNH<SUB>3</SUB>よりN<SUB>2</SUB>O生成に寄与することを裏付けている.N<SUB>2</SUB>Oの消滅は, COの酸化によって生ずるHラジカルにより促進されている.

DOI： 10.1252/kakoronbunshu.20.178

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循環流動層石炭燃焼装置からのＮ２Ｏの発生特性

平間 利昌, 細田 英雄, 守富 寛, 鈴木 善三, 原田 道昭, 清水 忠明, 成瀬 一郎

日本エネルギー学会誌   72 巻 ( 4 ) 頁： 252 - 262   1993年

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記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：一般社団法人 日本エネルギー学会  

DOI： 10.3775/jie.72.252

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未燃分を含有する石炭灰の燃焼反応速度解析

陳 勇, 松田 仁樹, 架谷 昌信, 近藤 聖, 成瀬 一郎

化学工学論文集   19 巻 ( 1 ) 頁： 48 - 54   1993年

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記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：公益社団法人 化学工学会  

熱天秤を用いた非等温熱分析法によってそれぞれ炉温1673Kの微粉炭燃焼器ならびに1123Kの流動層燃焼器より排出された約10%の未燃分を含むfly ash Aならびにfly ashBの燃焼性を検討した.実験は, 加熱速度1～1000K/min, 燃焼温度1173Kまで, 粒径37μm以下の条件下で空気流通系で行った.その結果, 次のような知見が得られた.<BR>1) 燃焼過程を以下のように分離できた.加熱速度2K/min以下では, 燃焼反応律速となる.加熱速度700K/min以上では, 酸素の灰中における拡散が律速となる.<BR>2) fly ashAとfly ash Bの燃焼反応速度パラメータと酸素の灰中の有効拡散係数はfly ash Aについて, <BR><I>E</I>=70.1 (kJ/mol), <I>A</I>=0.71 (1/s kPa), <I>D</I><I><SUB>c</SUB></I>=1.66×10<SUP>-5</SUP> (cm<SUP>2</SUP>/s) <BR>fly ash Bについて, <BR><I>E</I>=82.0 (kJ/mol), <I>A</I>=13.3 (1/skPa), <I>D</I><I><SUB>c</SUB></I>=1.94×10<SUP>-5</SUP> (cm<SUP>2</SUP>/s) である.<BR>3) 1673Kの微粉炭ボイラより排出されたfly ash Aでは.未燃炭素の一部が黒鉛化しており, 燃焼性は同種炭チャーのものより劣る.<BR>4) 1123Kの流動層ボイラより排出されたfly ash Bでは, フライアッシュ中の未燃炭は気孔の生成によって比表面積が増大しており, そのため, フライアッシュの燃焼性は同種炭チャーのものよりも若干良くなる.

DOI： 10.1252/kakoronbunshu.19.48

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Study on N<inf>2</inf>O formation/destruction characteristics in coal combustion under a wide temperature range

Naruse I., Yamamoto Y., Imanari M., Yuan J., Ohtake K.

Symposium (International) on Combustion   24 巻 ( 1 ) 頁： 1415 - 1421   1992年

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記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Symposium (International) on Combustion  

Characteristics of N2O formation/destruction in coal combustion are studied experimentally and theoretically over a wide range of combustion temperature. The combustion experiments are carried out in pulverized (1200-1700 K) and bubbling fluidized bed (1000-1200 K) coal combustors to find the influence of combustion temperature, combustion air ratio and coal type on N2O formation. The effect of catalytic reactions by char, CaO and stainless steel particles on the N2O destruction reaction are also tested by using a packed bed reactor. In order to get a deeper understanding of the mechanisms of N2O formation/destruction, numerical simulations are carried out for homogeneous volatile combustion and for combustion of single coal particles. The controlling reactions of N2O formation/destruction are analyzed. The experimental and numerical study found that N2O was mainly formed from the volatiles combustion. The low temperature and oxidizing atmosphere favor N2O formation. N2O concentration increases with decreasing temperature and with increasing air ratio. HCN and NH3, evolved as volatile-N species, make important contributions to the formation of N2O as well as NO. Especially, HCN contributes more to the formation of N2O than NH3 in the low temperature range. On the other hand, H radicals produced by the oxidation reactions of CO and H2 promote the destruction of N2O. Char, CaO and stainless steel particles also act as N2O destruction catalysts. © 1992 Combustion Institute.

DOI： 10.1016/S0082-0784(06)80165-7

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循環流動層における粒子‐流体間伝熱

渡辺 智秀, 陳 勇, 成瀬 一郎, 架谷 昌信

化学工学論文集   18 巻 ( 5 ) 頁： 600 - 606   1992年

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記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：公益社団法人 化学工学会  

循環流動層における粒子-流体間伝熱実験を行い, 局所ならびに平均熱伝達率を求めて, 粒子-流体間伝熱特性に及ぼす諸因子について考察した.その結果として, 局所熱伝達率は, 分散板直上部で高い値を示すが, その後は減少して, 一定値に漸近した.つまり, 局所熱伝達率は, 粒子-流体間のスリップ速度の変化によって影響される.また, 平均熱伝達率を用いた粒子ヌッセルト数をスリップ速度を用いた粒子レイノルズ数で整理したところ比較的よい相関が認められたが, 本結果は, 希薄輸送層ならびに気泡流動層の結果よりも小さい値となった.さらに, 層内全粒子ホールドアップの増大に伴い粒子ヌッセルト数は減少した.これらの結果から, 徳環流動層内の粒子-流体間伝熱は, 粒子-粒子間内の空間の流動状態に依存することが明らかとなった.

DOI： 10.1252/kakoronbunshu.18.600

CiNii Research

発変電機器における漏油検知シートの開発

成瀬 一郎, 井上 俊夫, 堺 松成, 安井 潔, 架谷 昌信

化学工学論文集   18 巻 ( 5 ) 頁： 562 - 569   1992年

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記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：公益社団法人 化学工学会  

発変電機器における保守点検中の漏油の有無の確認作業において, 直接的かつ簡易的な漏油検知方法を提案した.そこでまず, 検知シートを実際に試作し, 絶縁油, 潤滑油および制御油を用いて実験室レベルの基礎実験を行った.つぎに, 基礎実験の結果を基に, 実機における実証試験も行った.さらに, 漏油検知機構を明らかにするために, FIDガスクロマトグラフ, 質量分析計および核磁気共鳴分析計を用いて漏油検知に関与する化学種を同定した.<BR>基礎実験結果から, 油溶性の発色剤とこれを発色させる顕色剤とをそれぞれシート上に2層塗布するという化学反応を利用する方法が, 簡便でしかも水などの妨害成分による影響が皆無であり有効であった.本検知シートの発色反応には各種油中に含まれている微量の芳香族水素が寄与していた.実証試験を行う前に, 本検知シートの安全性について確認したところ, 電気抵抗, 絶縁破壊電圧ならびに温度特性とも使用上問題はなかった.実機における暴露試験結果から, 本検知シートが実用上支障なく使用可能であることが検証できた.

DOI： 10.1252/kakoronbunshu.18.562

CiNii Research

微粉炭燃焼場における粒子およびガス温度の光学的同時分離測定

山本 康之, 後藤 勝治, 市丸 広志, 成瀬 一郎, 大竹 一友

化学工学論文集   18 巻 ( 5 ) 頁： 643 - 651   1992年

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記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：公益社団法人 化学工学会  

微粉炭燃焼機構を解明するための基本的なパラメータである粒子ならびにガス温度の光学的同時分離測定法を開発した.粒子温度は, 高速2色高温計, ガス温度はNa-D線反転法の原理を用いてそれぞれ検出し, 乱流炉内の断面瞬時粒子およびガス温度分布をCT手法を適用して推算した.計算に際して, 光路に沿う放射の粒子による減衰を考慮した.CT手法による算出誤差を予めシミュレーション実験により見積った.粒子減衰係数, 粒子温度およびガス温度の断面分布をそれぞれ仮定して投影データを求め, それを逆投影して仮定した分布と比較した.<BR>結果として, CT手法による算出誤差はわずかであり, 実験投影データから正確に炉内温度分布が算出できた.実験で得られた炉内瞬時粒子およびガス温度分布の結果から, 粒子温度とガス温度には明らかな差が存在していることが示された.つまり, 上流の揮発分燃焼領域では粒子温度がガス温度よりも高く, 瞬間温度の変動も粒子の方が大きくなった.しかし, 下流のチャー燃焼領域では, ガス温度の方が高くなることが明らかになった.

DOI： 10.1252/kakoronbunshu.18.643

CiNii Research

熱循環式ＣＦＭ層型２段燃焼装置における石炭の燃焼限界

成瀬 一郎, 松田 仁樹, 架谷 昌信

化学工学論文集   15 巻 ( 1 ) 頁： 105 - 112   1989年

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記述言語：日本語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：公益社団法人 化学工学会  

高効率燃焼と同時に環境対策をも具備する石炭燃焼装置を開発するために, 高速流動層と移動層とを装置内で組み合わせたCFM層型固気接触装置を提案し, 本装置における石炭粒子の燃焼特性を実験的に検討した.本装置の構造は2重管型であり, 燃焼方式は, 内管部において高速流動層あるいは気流層を形成しつつ石炭の部分燃焼を行い, 環状部出口付近の移動層部においてチャー燃焼を行う方法を採用している.<BR>本報では, Loy Yang炭およびコークスを試料として用い, 特にそれらの過濃ならびに希薄燃焼限界に着目した検討を行った.その結果, 1次空気比が0.3から2.4を越える領域まで連続的に安定燃焼が可能であり, 本装置が広い空気比で操作可能であることが明らかになった.さらにこれらの結果から, 本装置の着火機構は内管部での粒子循環効果のみならず環状部から内管部への熱循環効果も寄与することが明らかになった.

DOI： 10.1252/kakoronbunshu.15.105

CiNii Research

Ash deposition mechanisms in Waste-to-Energy plants 招待有り 査読有り

Hiroshi NAGANUMA, Takehito MORI, Sho WATANABE, Akihiro SAWADA, Taeko GOTO, Yasuaki UEKI, Ryo YOSHIIE, Ichiro NARUSE

J-STAGE Mechanical Engineering Journal     2022年5月

Ash deposition mechanisms in Waste-to-Energy plants, 査読有り

Hiroshi NAGANUMA, Takehito MORI, Sho WATANABE, Akihiro SAWADA, Taeko GOTO, Yasuaki UEKI, Ryo YOSHIIE, Ichiro NARUSE

J-STAGE Mechanical Engineering Journal, Article ID: 21-00435     2022年5月

Ash Particle Behaviors during Combustion and Gasification of Coke 査読有り

Ueki Yasuaki, Teshima Koki, Yoshiie Ryo, Naruse Ichiro

ISIJ INTERNATIONAL   60 巻 ( 7 ) 頁： 1427 - 1433   2021年

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掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

DOI： 10.2355/isijintemational.ISIJINT-2019-692

Web of Science

4-11　微量炭化水素による固体酸化物燃料電池の劣化挙動

張 慧, 義家 亮, 成瀬 一郎, 植木 保昭

日本エネルギー学会大会講演要旨集   29 巻 ( 0 ) 頁： 130 - 131   2020年

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掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：一般社団法人 日本エネルギー学会  

<p>In this study, effects of tar-containing fuel gas on the SOFC with Ni-YSZ as anode electrode are evaluated. The simulated gas was hydrogen contaminated with toluene as model substance of tar. Electrochemical behaviors were investigated under several toluene concentrations in wet (2.3vol% H₂O) H₂ at 850°C during 30h using constant current measurement and impedance analysis in order to assess the SOFC's stability. Constant current measurements were conducted under 200mA/cm² mainly and impedance analysis was conducted under OCV conditions. Experimental results show that the presence of tar dramatically reduces the electrochemical performance of SOFC even under a low concentration of 100ppm. It was also indicated this reduction tend to be serious when concentration of toluene increase.</p>

DOI： 10.20550/jietaikaiyoushi.29.0_130