藤田 修 (フジタ オサム)

教育イノベーション機構 教育推進研究部特任教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 工学博士, 北海道大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 燃焼工学
  • 火災安全
  • 代替燃料
  • 微小重力科学
  • 宇宙環境利用
研究分野
  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学), 熱工学
  • フロンティア(航空・船舶), 航空宇宙工学

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2026年04月 - 現在
    北海道大学教育イノベーション機構, 教育開発センター, センター長, 特任教授, 日本国
  • 2022年04月 - 2026年03月
    北海道大学大学院教育推進機構, 副機構長(特任教授), 日本国
  • 2003年04月 - 2025年03月
    北海道大学, 大学院工学研究院 機械・宇宙航空工学部門, 教授, 日本国
  • 1990年04月 - 2003年03月
    北海道大学, 工学部機械工学科, 助教授
  • 1994年03月 - 1994年12月
    University of California at Berkeley, Department of Mechanical Engineering, Visiting Professor
  • 1987年04月 - 1990年03月
    北海道大学, 工学部機械工学科, 講師
  • 1986年04月 - 1987年03月
    日本学術振興会, 特別研究員
学歴
  • 1984年04月 - 1987年03月, 北海道大学, 工学研究科, 機械工学専攻博士課程
  • 1982年04月 - 1984年03月, 北海道大学 大学院, 工学研究院, 機械工学専攻修士課程
  • 1978年04月 - 1982年03月, 北海道大学, 工学部, 機械工学科
委員歴
  • 2024年07月 - 現在
    国際燃焼学会, 第41回国際燃焼シンポジウム 共同プログラム委員長, 学協会
  • 2024年01月 - 現在
    ISO(国際標準化機構)/TC244, 国際議長, その他
  • 2020年07月 - 現在
    国際燃焼学会, 副会長, 学協会
  • 2014年10月 - 現在
    日本学術会議, 連携会員, 政府
  • 2014年08月 - 現在
    国際燃焼学会, 理事, 学協会
  • 2009年04月 - 2023年09月
    宇宙航空研究開発機構, 宇宙環境利用科学専門委員会委員(2022.2-2023.9 委員長), その他
  • 2017年06月 - 2021年03月
    宇宙航空研究開発機構(JAXA), 宇宙科学運営協議会 運営協議員, 政府
  • 2017年03月 - 2021年03月
    日本マイクログラビティ応用学会, 会長, 学協会
  • 2019年04月 - 2020年03月
    日本機械学会, 副会長, 学協会
  • 2017年06月 - 2019年06月
    日本燃焼学会, 会長, 学協会
  • 2004年04月 - 2019年06月
    日本燃焼学会, 理事(2011-2012専務理事、2013-2017副会長), 学協会
  • 2017年04月 - 2018年03月
    北海道大学工学研究院機械宇宙工学部門, 部門長, その他
  • 2017年04月 - 2018年03月
    日本機械学会熱工学部門, 部門長, 学協会
  • 2015年05月 - 2017年04月
    宇宙航空研究開発機構(JAXA), 宇宙科学研究所 宇宙工学委員, 政府
  • 2016年04月 - 2017年03月
    北海道大学大学院工学研究院, 国際交流室 室長, その他
  • 2013年04月 - 2017年03月
    北海道大学, 企画・経営室室員, その他
  • 2015年03月 - 2016年02月
    日本航空宇宙学会, 北部支部 支部長, 学協会
  • 2010年04月 - 2015年03月
    日本マイクログラビティ応用学会, 理事(2003-2006, 2010-2015), 学協会
  • 2008年04月 - 2010年03月
    日本機械学会, 理事, 学協会
  • 2006年 - 2008年
    日本航空宇宙学会, 宇宙利用部門 部門長, 学協会

研究活動情報

■ 受賞
  • 2025年03月, 一般社団法人日本機械学会 北海道支部, 日本機械学会北海道支部支部賞(貢献賞)
    熱工学、特に燃焼工学分野を中心とした業績と北海道支部への貢献
    藤田 修
  • 2024年11月, APS/DFD (The American Physical Society, Division of Fluid Dynamics), 2024 APS/DFD Gallery of Fluid Motion Award
    管内下方伝播予混合火炎の燃焼振動発生に至る遷移過程で生じるパラメトリック構造)
    Jerric Delfin;橋本 望;藤田 修, 40646070
  • 2024年11月, 一般財団法人機器研究会, 流体科学研究賞
    微小重力環境における固体材料の燃焼特性に関するに関する研究
    藤田 修
  • 2024年10月, 日本機械学会熱工学部門, 国際功績賞
    微小重力燃焼研究などで国際プ ロジェクトを先導するなど,燃焼研究の国際展開と基礎燃焼工学の発展に寄与
    藤田 修
  • 2023年10月, 北海道大学高等教育推進機構, ベスト・エクセレント・ティーチャー
    令和4年度全学教育科目
    藤田 修
  • 2023年02月, 国際燃焼学会, 39th International Symposium on Combustion Distinguished Paper Award
    Experimental study on downward/opposed flame spread and extinction over electric wires in partial gravity environments
    Yusuke Konno;Yutao Li;Jean-Marie Citerne;Guillaume Legros;Augustin Guibaud;Nozomu Hashimoto;Osamu Fujita
  • 2022年11月, 一般社団法人日本燃焼学会, 2022年『美しい炎』の写真展最優秀作品賞
    菊の炎
    DELFIN, Jerric;郭 峰;橋本 望;藤田 修
  • 2022年09月, 日本マイクログラビティ応用学会, 論文賞
    Limiting Oxygen Concentration Trend of ETFE-Insulated Wires under Microgravity
    水谷拳;宮本恭輔;橋本 望;金野佑亮;藤田修
  • 2018年11月, 公益財団法人 谷川熱技術振興基金, 粉生熱技術振興賞
    燃焼工学の進歩発展、とくに工業用加熱炉の燃焼現象の解明
    藤田 修
  • 2018年02月, The Combustion Institute, Fellow
    藤田 修
  • 2015年03月, 日本航空宇宙学会, フェロー
    藤田 修
  • 2015年03月, 北海道大学, 教育総長賞
    Hokkaido ユニバーサルキャンパス・イニシャチブ事業への貢献
    藤田 修
  • 2014年12月, 日本燃焼学会, 2014年「美しい炎」の写真展最優秀作品賞
    1歳のバースデーケーキ
    Sunghwan YOON;Taejoon NOH;藤田 修
  • 2013年10月, 機械学会熱工学部門部門表彰, 第90期熱工学部門研究業績表彰
    熱工学、とりわけ微小重力環境を利用した火炎中のすす生成、および固体燃焼などの分野における研究業績
    藤田 修
  • 2013年05月, 日本スマートプロセス学会(高温学会), 2013年度Best Reviewer 賞
    固体バイオマスの燃焼研究、-高圧縮バイオマスブリケットの燃焼特性-
    伊東弘行;酒井雄人;中原毅朗;井田民男;藤田 修
  • 2013年04月, 日本機械学会, フェロー
    藤田 修
  • 2012年11月, 日本機械学会熱工学部門部門, 一般表彰(講演論文表彰)
    バイオコークス燃料の熱分解ガス放出特性に関する検討
    伊東弘行;酒井雄人;井田民男;若月薫;藤田修
  • 2007年04月, 日本機械学会, 日本機械学会「論文賞」
    壁面に沿う拡散火炎中から壁面へのすす付着に及ぼす壁面温度の影響
    藤田 修, 日本国
  • 2006年10月, 日本マイクログラビティ応用学会, 日本マイクログラビティ応用学会「論文賞」
    微小重力場における低速空気流中のポリエチレン被覆導線の燃焼挙動
    藤田 修, 日本国
  • 1999年11月, 日本燃焼学会, 日本燃焼学会「奨励賞」
    微小重力環境を利用した固体材料の燃焼性と燃焼生成物に関する研究
    藤田 修, 日本国
■ 論文
■ その他活動・業績
■ 書籍等出版物
  • 燃焼現象の基礎
    2.1節および2.2節
    オーム社, 2001年08月01日, 4274087131, 377, 日本語, [分担執筆]
  • 環境圏の新しい燃焼工学
    フジテクノシステム, 1999年
■ 講演・口頭発表等
  • Fundamental research on solid material combustion utilizing long-term microgravity environment provided by ISS/KIBO
    Osamu Fujita
    15th Asia-Pacific Conference on Combustion (ASPACC 2025), 2025年05月19日, 英語, 口頭発表(基調)
    [招待講演]
  • Role of Microgravity Utilization in Combustion Research
    Osamu Fujita
    14th Asian Microgravity Symposium, 2024年12月02日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    2024年12月01日 - 2024年12月06日, [招待講演]
  • Research on Solid Material Flammability in Microgravity for Fire Safety in Space (受賞講演)
    藤田 修
    ICFD (International Conference on Flow Dynamics), 2024年11月19日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    2024年11月19日 - 2024年11月21日, [招待講演]
  • 微小重力環境を利用した燃焼研究(特別講演)
    藤田 修
    第61回燃焼シンポジウム, 2023年11月15日, 日本燃焼学会, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    2023年11月15日 - 2023年11月17日, 秋田市, 日本国, [招待講演], [国内会議]
  • Introduction of Combustion Research Project "FLARE" utilizing ISS/KIBO for Fire Safety Standard in the Next Generation
    藤田 修
    6th International Symposium on Physical Science in space, 2015年09月16日, 英語, 口頭発表(基調)
    [招待講演], [国際会議]
  • INTERACTION BETWEEN ACOUSTIC VIBRATION AND PROPAGATING FLAMES DEFORMED BY EXTERNAL LASER IRRADIATION IN A COMBUSTION TUBE
    Osamu Fujita; Yoshikazu Taniyama
    The 5th East Asia Mechanical and Aerospace Engineering Workshop, 2015年05月28日, 英語, 口頭発表(基調)
    [招待講演], [国際会議]
  • Impact of Gravity on Wire Insulation Combustion
    藤田 修
    Asian Microgravity Symposium 2014, 2014年10月30日, 英語, 口頭発表(基調)
    [招待講演], [国際会議]
  • Solid Combustion Research in Microgravity as a Base of Fire Safety in Space
    藤田 修
    35th International Symposium on Combustion, 2014年08月06日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Impact of Gravitational Field on Flammability of Solid Material
    藤田 修
    8th Asia-Pacific Conference on Combustion, 2010年12月12日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
■ 所属学協会
  • 2025年03月
    日本ガスタービン学会
  • 2025年03月
    日本自動車技術会
  • 国際燃焼学会
  • 日本火災学会
  • 日本マイクログラビティ応用学会
  • 日本航空宇宙学会
  • 日本燃焼学会
  • 日本機械学会
■ Works(作品等)
  • 50m級微小重力実験設備の設置
    2006年
  • Construction of New 50m dorp tower for microgravity experiments
    2006年
  • 外部から見たNASDAの先端実験設備の利用に対する期待(招請講演)
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 月面基地等の低重力環境下における固体材料火災安全性評価手法の開発
    科学研究費助成事業
    2024年06月28日 - 2026年03月31日
    橋本 望; 藤田 修; 金野 佑亮
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 24K21649
  • 管内を伝播するNH3予混合火炎の燃焼振動発現条件の定量的予測
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2022年04月 - 2025年03月
    藤田 修; 橋本 望
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 22H01408
  • 微小重力場における可燃性複合材料の燃焼と燃え拡がりの物理
    科学研究費助成事業
    2023年03月08日 - 2024年03月31日
    藤田 修; WANG QIANG
    実験で使用される複合材料として回路基板でしばしば使用されるフェノール樹脂と銅箔を結合させたもの、解析の容易さを考慮してPMMAと銅箔を貼り合わせたもの、そして、電線の被覆材の三種類を選定した。また、PMMAに関しては比較実験として銅箔のないものについて実験を行った。フェノール樹脂とPMMAについては燃え拡がり現象の観察、電線に関しては短絡が生じた場合の着火現象を対象として研究を行った。
    複合材料の燃え広がり実験については、昨年度確立した実験手法を活用し、試料の厚さおよび幅の影響、試料と周囲壁の間隔の影響、周囲流速影響、酸素濃度影響など、実験の変数を増やし、系統的なデータ取得を行った。さらに、複合材料上を燃え拡がる火炎に現れる非定常燃え拡がり現象についても実験的観察を行い多くの実験結果を得た。例えば、燃え拡がり速度は、一般に試料厚みに反比例するが、複合材料ではその関係性は成り立たず、新たな理論モデル構築が必要となることがわかった。微小重力場では形成される火炎に対する重力影響が本質的な影響を持つことから、噴流火炎に対する重力影響を調べるため、燃料噴流の重力方向に対する角度の違いによる火炎の安定限界の変化についても系統的に取得することに成功した。
    複合材料の微小重力場における着火実験については、新たな実験装置を製作したうえで、北海道赤平市にある50m級落下塔を使用した実験に成功した。その結果、着火限界条件は微小重力場の方が通常重力場に比べ拡大するものの、周囲空間のサイズによりその限界条件が大きく変化することがわかった。また、並行して数値解析を進め、計算による着火遅れ時間が実験で得られた傾向を再現できることを確認した。
    これらの研究で得られた成果は、国際学術誌(Combustion and Flame)や講演会(航空宇宙学会、日本燃焼学会、等)で公表した。
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 北海道大学, 22KF0008
  • 微小重力場における可燃性複合材料の燃焼と燃え拡がりの物理
    科学研究費助成事業
    2021年11月18日 - 2024年03月31日
    藤田 修; WANG QIANG
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 北海道大学, 21F21343
  • 微小重力場における可燃性複合材料の燃焼と燃え拡がりの物理
    科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
    2022年07月 - 2024年03月
    藤田 修; WANG QIANG
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 北海道大学, 22F21343
  • レーザ加熱火炎面曲率制御法による予混合火炎と圧力振動のCoupling機構解明
    科学研究費補助金基盤研究(A)
    2018年04月 - 2023年03月
    藤田 修
    本年度は、再生可能エネルギー由来の燃料として期待されるNH3に重点を置いた研究を進め、以下の3つの項目について成果を得た。
    (1)管内伝播火炎の燃焼振動発生におよぼす代替燃料の混入割合の影響:再生可能エネルギー由来の燃料として期待されるNH3を選択し、その代替率と不安定性が発現する限界条件の関係を実験的に取得した。この結果、混合燃料(NH3とCH4の混合)中のNH3比率に対する不安定性の変化を特定の当量比について取得し、NH3の混合割合が増加すると燃焼振動の発生限界が拡大することを示した。また、この結果について考察を行い、NH3による燃料代替率が上昇するとルイス数が低下することが大きな影響を与えている可能性を指摘した。また、NH3を混入すると伝播管内で不安定性の増幅する火炎位置が変化するという結果が得られており、Pressure Couplingの不安定性への寄与を考慮する必要性を示した。
    (2)平面火炎の圧力変動に対する不安定現象発現時の火炎構造の観察:従来から炭化水素燃料を対象として行ってきた、平面火炎に現れるParametric Instability発生時の詳細構造をNH3火炎を対象として観察し、炭化水素を燃料とした場合と比較を行った。この結果、火炎面に現れるセル構造の波数や発光強度の時間変化は両者で異なり、反応過程で生じる中間生成物(H2や活性化学種)を含めた拡散係数を考慮した不安定性の議論が必要であることを示した。
    (3)変形を与えた火炎の不安定性の観察:これまでの研究で確立してきたレーザ照射法により、変形させた火炎の圧力変動の増幅率や不安定性の発生限界をNH3/C2H4混合燃料に対して調べた。この結果、火炎変形はNH3混合燃料の場合でも圧力増幅率を増加させ、Velocity couplingは依然として燃焼振動を発生させる重要な機構の一つであることが示された。また、純粋な炭化水素燃料と比較すると(1)でも述べたとおりNH3の混入が不安定性を増加させるという結果が得られた。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 18H03755
  • 固体燃料とガス燃料混焼時の相互作用メカニズムの解明とモデル構築
    科学研究費助成事業
    2019年04月01日 - 2022年03月31日
    橋本 望; 藤田 修; 武藤 昌也
    本研究では,ガス燃料と固体燃料粒子群の混焼場における火炎伝播現象について,その詳細な火炎構造およびガス燃料と固体粒子群の相互作用について明らかにした.すなわち,ガス燃料/固体粒子群混焼時は,火炎の予熱帯において,(1)粒子がガスから熱を吸収し,火炎伝播速度を低下させる効果,および(2)固体粒子から揮発分が放出され,火炎反応帯前縁において当量比を増加させる効果,の両方が作用していることが解明された.本研究による研究成果は,今後導入が進むと考えられるCO2フリーのエネルギーキャリアガスの固体燃料を扱う様々な高温プロセスへの導入およびその後の運用に役立てられることが期待される.
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 19H02073
  • レーザ加熱火炎面曲率制御法によるGT燃焼器の不安定振動燃焼トリガー機構の研究
    科学研究費補助金基盤研究(B)
    2014年03月 - 2018年03月
    藤田 修
    日本学術振興会, 研究代表者, 競争的資金
  • 固体燃焼場における粒子状物質(PM)生成・酸化プロセスのモデリング
    科学研究費助成事業
    2015年04月01日 - 2017年03月31日
    橋本 望; 渡邊 裕章; 黒瀬 良一; 藤田 修; 髙橋 弥楊
    固体燃焼場の非定常シミュレーションを対象として,粒子から揮発分が放出され,揮発分からPM(すす)が生成される現象を再現できる高精度なモデルを開発した.タールを含む13の化学種を揮発分として仮定し,粒子の昇温速度に応じて揮発分の放出量および放出速度が変化する現象を再現できるモデルとした.開発したモデルを数値解析コードへ組込み,4 kWの微粉炭燃焼場を対象としたラージ・エディ・シミュレーションを実施した.数値シミュレーションにより予測されたすす粒子濃度分布の傾向は,光学計測により取得したすす粒子の濃度分布の傾向と非常に良く一致し,開発したモデルの計算精度が高いことが検証された.
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 15K17992
  • 圧密化固体バイオマス燃料の新規燃焼利用方式の開発
    科学研究費助成事業
    2014年04月01日 - 2017年03月31日
    伊東 弘行; 藤田 修
    任意の形状に揃えて製造できるバイオマスブリケットの特長を活かし、柱状ブリケットの一端面に燃焼域を形成し一次元的に進行させる燃焼方式の実現性について検討した。燃焼実験の結果、円筒ブリケットでは質量減少速度がほぼ一定となる条件のあることがわかった。この場合に、ブリケット外周下方および先端部に火炎が形成され、火炎下流側(上方)に赤熱して表面燃焼するチャー燃焼部が長く伸びた形態で燃焼する様子が観察された。ブリケット密度1100、1300 kg/m3ともに、周囲空気流速が大きい場合および小さい場合に質量減少速度および燃焼効率が低下し、それぞれピークを示す空気流量のあることが確認された。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 神奈川大学, 26420160
  • Oxy-fuel 燃焼におけるすす生成条件Mapの提示とその拡大手法の検討
    科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究
    2015年04月 - 2017年03月
    藤田 修
    日本学術振興会, 研究代表者, 競争的資金
  • 固体材料の微小重力場における着火・消炎およびすす生成挙動に関する研究
    科学研究費助成事業
    2012年04月01日 - 2015年03月31日
    藤田 修; HU Longhua
    本研究においては、研究計画に沿って、以下の2項目について実施した。
    1. 固体材料表面を燃え広がる火炎の燃え広がり速度におよぼす試料傾きの影響
    実験用試料として、ポリエチレン被覆の電線を選定し、この燃え広がり速度に及ぼす角度の影響(水平からの傾きの角度:-90度~+90度)を調べた。電線の心線材質としては通常の銅の他にニクロム心線を用いた。また、実験変数として雰囲気圧力を変化させた。この結果、電線上火炎燃え広がり速度は、銅心線の場合角度が0度(水平)の場合が最も燃え広がり速度が小さくなり、角度が正、負のいずれに傾いても(すなわち、自然対流が同軸流、対向流のいずれも場合でも)燃え広がり速度は増大することがわかった。一方、心線がニクロムとなった場合は、試料の傾きが正の角度(対向流)が負の角度(同軸流)へ変化すると燃え広がり速度は単調減少することがわかった。これらのことが生じる要因を、新たに構築した熱循環モデルに基づき検討し、実験結果を良く再現できることを明らかにした。これらの結果は、Proc.Combustion Instituteにて公表されている。
    2.燃え広がり火炎の消炎限界に対する試料傾きの影響
    上記の実験に引き続いて、電線上燃え広がり火炎の消炎限界酸素濃度(LOC)に対する試料傾きの影響を調べた。この結果静止雰囲気においては、LOCは、試料が水平の時最も大きな値を示しそれよりいずれの方向に傾いても低下するという興味深い結果が得られた。さらに、周囲に流動を与えた場合は、試料周囲に生じる自然対流の電線に沿う速度成分と対向周囲流速がちょうど釣り合うような条件の時に、LOCが極大になることを実験的に初めて示した。この結果は、Asian Microgravity SymposiumのKey Note Speechとして発表している。


    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 北海道大学, 12F02360
  • レーザ加熱法を用いた火炎面曲率制御によるFlame Dynamicsの研究
    科学研究費補助金基盤研究(B)
    2009年04月 - 2013年03月
    藤田 修
    日本学術振興会, 研究代表者, 競争的資金
  • 非平衡プラズマを利用したバイオマス由来軽質石油代替材料の選択的合成に関する研究
    科学研究費助成事業
    2011年 - 2013年
    伊東 弘行; 藤田 修
    木や廃棄物などの固体バイオマスを加熱すると、熱分解により液化して化石代替の燃料や化学材料を得ることが出来る。しかしながら、熱を加えるだけでは得られる液体成分割合を変えることは従来困難であった。本研究では、ガスにエネルギーを加えて電離させ、高エネルギーの電子やイオン(非平衡プラズマ)として熱分解反応に与えることで、熱分解生成物の生成量や成分割合を変えることが可能か否か確認することを目的とした。主に木の主成分のひとつであるセルロースを試料とし、非平衡プラズマを与えることで、ガスおよび液体成分割合の変化が確認され、またアルゴンプラズマを与えることで低温度領域での熱分解促進が示唆された。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 23603001
  • バイオ原料由来高密度固体燃料の定常端面燃焼の研究
    科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究
    2010年04月 - 2012年03月
    藤田 修
    日本学術振興会, 研究代表者, 競争的資金
  • 火炎プラズマを用いたカーボンナノチューブ生成促進メカニズムの解明
    科学研究費助成事業
    2008年 - 2010年
    伊東 弘行; 藤田 修
    カーボンナノチューブ(CNT)を安価に大量に生成できると期待される火炎プラズマを有する燃焼合成法において、直流電場を与えることによりCNT生成が促進される。本研究では、電場印加によるCNT生成場の温度や化学種濃度の変化、生成CNT量および性状への効果を調べるとともに、電気炉中におけるCNT合成に電場を与えCNT成長への電場の効果を調べた。その結果、電場の付与によりCNT成長促進、結晶度の向上が見られ、燃焼合成法における電場付与のCNT合成への効果として、火炎プラズマ移動にともなうCNT捕集増大と金属触媒活性の向上が示唆された。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 20560176
  • レーザー加熱法を用いた火炎面曲率制御による火炎不安定現象の研究
    科学研究費補助金基盤研究(B)
    2006年04月 - 2009年03月
    藤田 修
    日本学術振興会, 研究代表者, 競争的資金
  • 微小重力燃焼研究に基づく地下空間火災安全に関する基礎研究
    科学研究費補助金基盤研究(C)
    2004年04月 - 2005年03月
    藤田 修
    日本学術振興会, 研究代表者, 競争的資金
  • 微小重力環境を利用した浮遊微小粒子群の火炎伝播および熱輸送特性
    科学研究費補助金基盤研究(C)
    1995年04月 - 1997年03月
    藤田 修
    日本学術振興会, 研究代表者, 競争的資金
  • DME/メタノール混合燃料のエンジン適合性と環境負荷低減に関する燃焼学的検討
    科学研究費助成事業
    1996年 - 1997年
    伊藤 献一; 森川 多津子; 藤田 修
    近年その製法が確立され新たな代替燃料として期待されるDME(ジメチルエーテル)のディーゼルエンジンへの適用の可能性を知る上での基礎的データとしてその触媒反応性について検討を行った。
    前年度までの研究で、DME単体(ニート)あるいはDME/メタノール混合燃料を自動車用燃料として使用した場合を想定し、これらを燃料とする排ガスの触媒浄化に関する基礎的データを得てきた。とくに、NOx還元触媒(Co-γAl203やSn-γAl203)を利用し、酸素共存下での、これらの燃料成分やNOxの浄化特性について検討してきた。
    本年度は、新たに触媒として市販のリーンエンジン排ガス用触媒を用い、同様な実験を行った。この結果、DMEは100°C付近で浄化が開始し300°C以上ではほぼ100%近い浄化率を示した。ただし、この浄化率は排ガス中のNOx濃度に強く影響をうけ、NOxが250ppm程度共存すると、反応温度は100°CC以上高くなる。これとあわ、NOxが共存すると、反応過程でホルムアルデヒドの生成される可能性が示された。一方、NOxはかなり低温度条件から濃度低下が観察され、触媒への吸着作用の強いことがわかった。これらの実験結果から、すでに実用化の実績のある触媒で、ある程度DME排ガス浄化が可能であることが示された。このことは、DMEをジ-ゼル代替燃料として使用した場合、すすの発生がほとんどないことを考えあわせると、その排気を触媒との組み合わせで、十分浄化できる可能性のあることを示している。
    このほか、昨年からの使用しているNOx触媒あるいは酸化触媒(Pt-γAl203)を用いて、エンジン始動時等を想定した非定常実験も行い、触媒非定常作動特性に対し、触媒での吸着離脱現象が重要な役割を果たすことが示された。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 08455097
  • 微小重力燃焼における機能性カーボン粒子の生成と構造
    科学研究費奨励研究(A)
    1993年04月 - 1994年03月
    藤田 修
    日本学術振興会, 研究代表者, 競争的資金
  • マイクログラビティ環境における固体の燃焼-多孔性物質の場合-
    科学研究費助成事業
    1992年 - 1994年
    伊藤 献一; 田任 正弘; 藤田 修
    固体の燃焼は自然対流の存在により現象が複雑化する。そこで、本研究では微小重力環境を利用して自然対流の影響を取り除き現象を単純化して、固体材料,燃焼現象の理解を試みた。
    まず、平成4年度は、種々の落下塔による微小重力実験技術の確立を行った。5m,50m,500m級の3種類の落下塔を使用して、紙片や糸などの単純な形状を持つ試料の微小重力下での燃え広がり速度の測定に成功した。
    平成5年度は、引き続き紙片の燃焼について種々のパラメータの影響を明らかにした。試料片が細いほど、また酸素濃度が高いほど火炎伝播速度が大きくなることや、通常重力下との比較から、微小重力下の方が火炎伝播速度の大きくなる場合が存在することなどもわかった。また、多孔性材料の例として、紙片を格子状に組み立てた試料の微小重力下における燃焼挙動の観察を行った。格子寸法や格子間のガスの通気性の有無の影響を種々の酸素濃度について調べた。この結果、通常重力下では格子間隔や通気性が火炎伝播速度に大きな影響をおよぼすのに対し、微小重力下ではこれらの影響は現れずほぼ一定の伝播速度を示すこともわかった。
    平成6年度は、固体材料の燃焼特性を支配する因子を明らかにするために、単一組成で単純な形状をもつ発砲ポリスチレン球を使用しこれを任意の配列で並べて多孔性材料の燃焼を模擬することを試みた。この結果、固体材料の燃焼は、未燃焼部への熱の輸送と燃焼部への酸素の供給の両者により支配されていることがわか った。前者が支配的な場合には、微小重力下の方が火炎伝播速度は大きくなるが、後者が支配的な場合は通常重力下の方が火炎伝播速度が大きくなるなることがわかった。多孔性材料の場合も、十分な酸化剤が内包されている場合を除けば酸素の供給が現象を支配する形となり、通常重力下のほうが燃焼は容易になることが予想された。
    日本学術振興会, 一般研究(B), 北海道大学, 04452143
  • 乱流拡散燃焼過程における可視長波長域発光現象と燃焼生成物
    科学研究費助成事業
    1990年 - 1990年
    伊藤 献一; 田住 正弘; 藤田 修
    燃料吹き出しを伴うブラフボディ後流拡散火炎を対象として、せん断層に形成される渦火炎の構造を、可視波長域発光現象および従来からの手法である温度変動、イオン電流変動、シュリ-レン写真撮影、ガス成分濃度分布測結果に基づいて、明らかにした。また、レ-ザ-誘起螢光法により、乱流火炎中のホルムアルデヒド濃度の非接触測定について検討した。これらの結果、以下のような成果が得られた。
    (1)せん断層に形成される火炎は明確な渦構造を有し、この構造は組織的かつ連続的にあらわれる。
    (2)この渦火炎においては、高温の燃焼ガスが過濃混合気を抱き込むようにしながら層状の渦構造を形成し、燃焼はこの渦内へ向かうような形で進行し最終的には均質な燃焼生成物の塊となる。
    (3)この均質化の過程において、渦内での独立した燃焼が進行するために周囲に酸素が存在していても局所的に不完全燃焼が生じることになる。とくに下流域においては、混合気の選択拡散の影響となり過濃燃焼となりやすく、不完全燃焼が生じやすい。これは、酸素過剰な条件における一酸化炭素の生成機構の一つであるとともに、濃淡燃焼によるNOxの抑制につながるものである。
    (4)火炎発光現象に基づく画像処理によって上記の濃淡燃焼の状況をとらえることができた。とくに、渦火炎の内部あるいは燃焼場の下流域において火炎の当量比が高くなる傾向にあることが確認できた。
    (5)レ-ザ-誘起螢光法により乱流火炎内のホルムアルデヒド濃度分布が測定できる可能性が示された。とくに、燃焼場が混合律速場であるか反応律速場であるかの違いをとらえることが可能であることが示された。
    日本学術振興会, 重点領域研究, 北海道大学, 02209201
  • 乱流拡散燃焼過程における可視長波長域発光現象と燃焼生成物
    科学研究費助成事業
    1989年 - 1989年
    伊藤 献一; 田住 正弘; 藤田 修
    本年度は、乱流拡散火炎の可視波長域発光現象の結果として生じる火炎色情報を利用することにより、比較的大規模な二次元渦火炎構造の観察を行った。このために以下に示す項目について検討を行い、同時に行われた成果についても示す。
    1.火炎色の定量化
    火炎色を定量的に表現することにより、火炎の色情報を燃焼計測のための一情報はとして利用可能とした。具体的には色彩学法に基づいて火炎色をCIE等色関数に基づく色度座標(X,Y,Z)により表現することが可能となった。
    2.火炎色と空気比あるいはラジカル濃度分布との関連性の検討
    火炎色は、反応帯に存在するラジカルの発光や化学反応の結果として生じるために、ラジカル濃度分布や空気比と関連性をもつことが予想される。この関連性について検討した結果、プロパンを燃料とした場合、色度座標は空気比に対して一意的に変化し火炎色から空気比の予測が可能であることが示された。また、火炎の発光源が限られている場合には火炎中のラジカル発光強度分布を予測できる可能性が示された。
    3.火炎色による乱流火炎構造の観察
    (1)乱流拡散火炎の基本特性の把握 本年度は、ブラフボディ後流に形成される拡散火炎を対象とし、とくに再循環領域と主流の境界せん断領域に形成される渦火炎に注目した。この構造を高速度シュリ-レン像、温度変動、イオン電流変動により観察しその火炎構造の規則性あるいは火炎の渦構造を明らかにした。
    (2)火炎色による乱流火炎構造の観察 上記の火炎を対象とし火炎色による火炎構造の観察を行なった。渦火炎中の空気比分布などの推定を行い、(1)で得られた結果と矛盾のない分布であることが示された。
    日本学術振興会, 重点領域研究, 北海道大学, 01627501
  • 乱流拡散燃焼過程における可視長波長域発光現象と燃焼生成物
    科学研究費助成事業
    1988年 - 1988年
    伊藤 献一; 田住 正弘; 藤田 修
    1〕目的: 本研究は火炎の分光スペクトルをもとに、色彩学的取扱いにより火炎色を数量にして表現し、火炎色と燃焼過程の関連性を解明することにある。対象として可視長波長域発光現象を取上げた。
    2〕手法: 水素、メタノール、炭火水素の各種火炎を対象とし、(1)分光スペクトルの測定、(2)等色関数を用い、色刺激に相当する三刺激値および刺激和を求める。(3)これらの色度座標を決定する。
    3〕知見: 火炎色の数量化手法により、水素火炎およびメタノール火炎にみられる可視長波長域発光現象の解析を行なった。その結果、H┣_<2┫>O分子による700nm域の赤色発光の寄与は少なく、むしろ、燃焼用空気中あるいは燃料中に含まれる微量Naによる線スペクトルと、Co炎バンドによる連続スペクトルとの混色発光が主因であることを明らかにできた。また、炭化水素予混合火炎に対して、火炎色と当量比の関連を色度図上に表すことを試み、当量比土0.01〜0.05の精度で識別が可能であることを見出した。
    4〕検討中の事項および今後の課題:(1)火炎色のより詳細な基礎特性の把握 (2)カラー画像処理による火炎色の実時間測定 (3)発光強度を考慮した火炎色の表現 (4)反応機構と火炎色との関連性の解明 (5)工学的応用を含めた火炎色彩学の確立
    5〕まとめ:本研究の成果は次のようにまとめられる。
    (1)火炎色を色度座標で数値的に表現した。
    (2)水素およびメタノール火炎にみられる可視長波長域発光現象には、空気中および燃料中に含まれるNaの熱発光が重要な役割を果している。
    (3)火炎色数値比の工学的応用の第一歩として、炭化水素予混合火炎における当量比計測の可能性を示した。
    (4)火炎色彩学という新分野を拓くことの可能性が認められた。
    日本学術振興会, 重点領域研究, 北海道大学, 63627501
■ 産業財産権
  • 成型固体バイオマス燃料の燃焼装置
    特許権
    特願2011-027133