超高精度燃焼反応モデル実現に向けた可燃性冷媒の特異着火現象の解明

阐明可燃制冷剂的特定点火现象，实现超高精度燃烧反应模型

• 批准号: 20J12398
• 负责人: 高橋 伸太郎
• 金额: $ 1.34万
• 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: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J12398/
• 关键词: 燃焼; 化学反応; フッ化炭化水素; 詳細化学反応機構; 冷媒

令和3年度、前年度に引き続き、可燃性冷媒の燃焼性解明に向けた研究に取り組んだ。国内外の学会で研究成果を発表、特に可燃性冷媒分子内のフッ素と水素の比が、試料の反応性に及ぼす影響を明らかにし、冷媒の反応性を包括的に評価する指標を示した。複数の冷媒組成の反応性評価からこれまで燃焼性が低いとされてきたフッ素の割合が多い冷媒において、反応性が高くなる傾向を見いだした。この結果は従来の冷媒燃焼性リスク評価の前提を覆すものであった。さらに今年度は、新冷媒として電気自動車への採用が期待されるオレフィン系の冷媒に着目し、研究を行った。反応管実験によって代表的なオレフィン系冷媒である2,3,3,3テトラフルオロプロペンの化学種分布データを取得し、そのデータをもとに新たな燃焼反応モデルを構築した。また、従来のモデルと今回構築したモデルで、2,3,3,3テトラフルオロプロペンの着火遅れ時間に大きな差異があることを発見した。この知見は、2,3,3,3テトラフルオロプロペンが今後、電気自動車等に採用される上で、火災安全の観点から重要な示唆となった。この研究成果は基礎燃焼学分野で最も権威ある国際学術誌Combustion and Flame(IF: 4.570)に投稿準備中である。その他にも令和2年度から、冷媒の燃焼性研究を発展させた、リチウムイオン電池の発火原因解明を図る研究を進めている。特に電解液溶媒の反応性に着目し、溶媒として広く利用されている炭酸エステルの気相反応性を明らかにしつつある。反応管実験で取得した化学種分布データをもとに炭酸エチルメチルの気相反応の燃焼反応モデルを世界に先駆けて構築している。この研究結果については、Combustion and Flameに採択され、筆頭著者として原著論文が公開された。

在2021财政年度，与上一年一样，我们从事旨在阐明易燃制冷剂的易燃性的研究。研究结果均在日本和国外的学术会议上提出，尤其是易燃制冷剂分子中氟与氢的比率对样品反应性的影响，以及一种全面评估制冷剂反应性的指标。从评估多种制冷剂组成的反应性，反应性倾向于增加氟比率高的制冷剂，这被认为是易燃性低的。该结果推翻了常规制冷剂易燃性风险评估的前提。此外，今年，我们进行了针对烯烃制冷剂的研究，预计将被用作电动汽车的新制冷剂。通过反应管实验获得了2,3,3,3,3,3四氟丙烯的化学分布数据，一种典型的烯烃制冷剂，并根据数据构建了新的燃烧反应模型。我们还发现，这次的上一个模型与构建的模型之间的点火延迟时间存在显着差异。从消防安全的角度来看，当将来的电动汽车和其他地区采用2,3,3,3,3四氟丙烯时，这一发现已成为重要的迹象。目前，这项研究发现正在准备将其提交给燃烧和火焰（如果：4.570），这是基本燃烧科学领域中最负盛名的国际学术期刊。此外，自2020财年以来，我们一直在进行研究以阐明锂离子电池的点火原因，锂离子电池已开发了对制冷剂易燃性的研究。特别关注电解质溶剂的反应性，广泛用作溶剂的碳酸盐酯的蒸气相反应性已开始澄清。基于反应管实验中获得的化学物种分布数据，我们正在为世界上首先在世界上建立一个燃烧反应模型。这项研究的结果是通过燃烧和火焰选择的，原始论文被发表为主要作者。

项目成果

Study on oxidation and pyrolysis of carbonate esters using a micro flow reactor with a controlled temperature profile. Part II: Chemical kinetic modeling of ethyl methyl carbonate

• DOI: 10.1016/j.combustflame.2021.111878
• 发表时间: 2021-11
• 期刊: Combustion and Flame
• 影响因子: 4.4
• 作者: Shintaro Takahashi;Keisuke Kanayama;Shota Morikura;H. Nakamura;T. Tezuka;K. Maruta

Study on Effects of F/H Ratios on the Reactivities of CH2F2/C2HF5 Refrigerant Blends using a Micro Flow Reactor with a Controlled Temperature Profile

使用具有受控温度分布的微流反应器研究 F/H 比对 CH2F2/C2HF5 制冷剂混合物反应性的影响

• 发表时间: 2020
• 作者: S. Takahashi;H. Nakamura;T. Tezuka;K. Maruta
• 通讯作者: K. Maruta

Experiments and Kinetics for Oxidation and Pyrolysis of Ethyl Methyl Carbonate examined by a Micro Flow Reactor with a Controlled Temperature Profile ,

通过具有受控温度曲线的微流反应器检查碳酸乙酯的氧化和热解的实验和动力学，

• 发表时间: 2021
• 作者: S.Takahashi ;S.Morikura;K.Kanayama;H.Nakamura;T.Tezuka;K.Maruta,
• 通讯作者: K.Maruta,

On the reactivity of carbonate esters examined by weak flames in a micro flow reactor with a controlled temperature profile, Low-Carbon Combustion

关于在受控温度分布的微流反应器中通过弱火焰检查碳酸酯的反应性，低碳燃烧

• 发表时间: 2020
• 作者: S. Takahashi;S. Morikura;K. Kanayama;H. Nakamura;T. Tezuka;K. Maruta;T. Shirane;K. Nakura
• 通讯作者: K. Nakura

Study on oxidation and pyrolysis of carbonate esters using a micro flow reactor with a controlled temperature profile. Part I: Reactivities of dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and diethyl carbonate

• DOI: 10.1016/j.combustflame.2021.111810
• 发表时间: 2022
• 期刊: Combustion and Flame
• 影响因子: 4.4
• 作者: Keisuke Kanayama;Shintaro Takahashi;Shota Morikura;H. Nakamura;T. Tezuka;K. Maruta