伊東弘行研究室　研究概要

 


○高密度バイオマスブリケットの燃焼挙動解明

　地球温暖化や化石燃料資源の枯渇の問題から、再生可能エネルギーのひとつとしてバイオマスが注目されています。バイオ

マス燃料は古来よりエネルギー源として利用されており、現在もチップをはじめペレットやブリケットなど圧縮成型した燃料

として利用されています。バイオマス燃料への関心の高まりから、様々なバイオマスを原料とした種々の形態の燃料製造が試

行されていますが、エネルギーを取り出す燃焼の観点から検討された例は多くはありません。当研究室では、様々な種類の原

材料から様々なサイズ、形状のブリケットを製造し、燃焼利用の観点から、バイオマス固体燃料の形態、サイズ、原材料、燃

焼条件などの燃焼挙動への影響を調べています。


 

　(a) ヒノキ 　 (b) 竹　 　(c) もみ殻　 　(d) 紙　　　　　　　　　　　　ブリケット燃焼実験装置概略

　　 異なる原材料から製造されたブリケット（Φ30×60 mm）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


(a) 表面燃焼　 　(b) 気相燃焼　 　(c) チャー燃焼　　　　　　　　　　　ブリケット燃焼時の質量減少履歴

　　　　　　　　ブリケット燃焼形態（ヒノキ）

 

　高密度固体バイオマスブリケットを全体燃焼した場合、表面燃焼に続いて気相燃焼（ブリケット周囲で揮発分が燃焼）と、

チャー燃焼（揮発分が抜けたチャー表面で燃焼）という燃焼形態が観察されます。当研究室では、様々なサイズの直径：高さ

が１：２の円柱形状ブリケットを用いて燃焼実験を行い、気相燃焼時間とチャー燃焼時間を測定しました。その結果、原材料

が同一の場合、気相燃焼時間（tf）はブリケット密度と比表面積の逆数の二乗（ρ(V/S)2、ここで、ブリケット密度：ρ、ブ

リケット体積：V、ブリケット表面積：S）に比例（比例定数：Cf）することを見出しました。また、チャー燃焼時間（tc）は

ブリケットの固定炭素密度と比表面積の逆数の二乗（ρch(V/S)2、ここで、固定炭素密度:ρch）に比例（比例定数：Cc）する

ことを見出しました。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


気相燃焼時間とブリケット性状の関係例（竹）　　　　チャー燃焼時間とブリケット性状の関係例（竹）

 


 

比例定数Cfと試料中のセルロース割合の関係　　　　　　　　　比例定数Ccと試料中配分割合の関係

 

 

 

　ブリケット原材料種類の影響を調べたところ、比例定数Cfは原材料中のセルロース割合の増大とともに増大し、KやNaなど

の低沸点成分割合が多くなるとCfも大きくなることがわかりました。また、比例定数Ccの逆数の1/Ccは、原材料中の灰分割

合の増大とともに小さくなり、その依存度は灰分割合の増大とともに小さくなることが見出されています。これら知見に加え、

ブリケット形状、燃焼条件（空気温度、空気流速、酸素濃度など）の燃焼挙動への影響を明らかにすることで、使用条件に見

合ったより効率的な燃焼機器の設計に役立てることができます。

 

 

○バイオマス原材料からの灰分の除去

　バイオマスの燃焼利用における課題の一つに、燃焼灰の排出があります。バイオマスには、NaやKといったアルカリ金属、

MgやCaといったアルカリ土類金属などが多く含まれ、これらが燃焼中に蒸発・飛散することで燃焼炉壁や熱交換器などに付

着して腐食させるほか、熱効率の低下や溶融灰が空気流路を塞ぐなど、安定燃焼の継続阻害、さらには燃焼機器の損傷をも引

き起こす可能性があります。燃焼後に排出される灰を回収して処分するには輸送コストや手間を要するのに加え、燃焼後に回

収される灰には燃焼装置由来の重金属なども含まれるため、ほとんどは有効に利用されていません。バイオマス燃料を燃焼す

る前に、とくにブリケット化する際の粉砕状態において金属成分を取り除ければ、上述の問題を大幅に削減できます。当研究

室では、バイオマス粉砕原材料を水、酸、アルカリ水溶液などを用いて含侵、洗浄することでバイオマス原材料からの灰除去

効果を調べています。また含侵の際に直流、および交流電圧を印加することで、灰除去効果が促進され、その効果には印加電

圧や周波数が影響することがわかってきています。


 

ヒノキ含侵用試料（粉砕前および粉砕後：180〜425μm）　　　　　　　　　　　含侵実験装置概略

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


電気泳動によるヒノキ灰の除去効果（塩酸濃度0.1 mol/L）

 

 

　バイオマス中のアルカリ金属、アルカリ土類金属などには触媒効果があり、燃焼を促進する作用があると言われています。

当研究室では、実際に触媒効果が作用するかどうかを確認するため、灰除去を行った試料を用いてブリケットを製造し、燃焼

挙動を確認しています。

 

 

○その他

　当研究室では、上記に挙げた研究テーマのほか、燃焼からの放射エネルギーの観察、非平衡プラズマを用いたバイオオイル

製造、改質および性能評価、火災の消火、拡散火炎中すすの観察、自励振動ヒートパイプの性能向上、熱利用技術、防災など

熱エネルギーに関わる多岐にわたるテーマを取りあげ研究を行っています。

 

 

研究業績

 


○　学術論文

・ Influence of biomass raw materials on combustion behavior of highly densified single cylindrical biomass briquette,

H.Ito, R.Tokunaga, S.Nogami, M.Miura, Combustion Science and Technology, Vol.194, No.10 (2022) pp.2072-2086.

・ 流路内を往復振動する液柱が形成する液膜の平均厚さの予測式, 三浦正義, 趙懿斌, 伊東弘行, 日本機械学会論文集, Vol.87,

No.894 (2021) 10.1299/transjsme. 20-00414 (13 pages).

・ 竹含有灰分の洗浄除去への洗浄条件の影響, 伊東弘行, 宮田滉也, 三浦正義, スマートプロセス学会誌, Vol.9, No.6 (2020)

pp.281-285.

・ 自励振動ヒートパイプにおいて往復振動する液柱が形成する液膜に関する研究, 三浦正義, 荒井治紀，小椋隆晶，伊東弘行,

日本機械学会論文集, Vol.85, No.879 (2019) 10.1299/transjsme.19-00307 (13 pages).

・ 高密度バイオマスブリケット有炎燃焼挙動に及ぼすバイオマス原材料の影響, 伊東弘行, 徳長 稜，野上 駿平，三浦 正義,

日本機械学会論文集, Vol.85, No.879 (2019) 10.1299/transjsme.19-00208 (11 pages).

・ 高密度バイオマスブリケット燃焼挙動へのブリケットサイズおよび密度の影響, 伊東弘行, 日本機械学会論文集, Vol.83,

No.852, (2017) 10.1299/transjsme.17-00080 (13 pages).

・ 高密度バイオマスブリケット燃焼挙動へのブリケットサイズの影響, 伊東弘行, スマートプロセス学会誌, Vol.5, No.2 (2016)

pp.129-135.

・ Study on One-dimensional Steady Combustion of Highly Densified Biomass Briquette (Bio-coke) in Air Flow,

T.Nakahara, H.Yan, H.Ito, O.Fujita, Proceedings of the Combustion Institute, Vol.35, Issue 2 (2015) pp.2415-2422.

・ Interaction Between Propagation Speed and Flame Structure in Downward Cellular Propagating Flame in a Combustion

Tube with CO2 Laser Irradiation, K.Aguilar, H.Taniyama, H.Ito, O.Fujita, Combustion Science and Technology, Vol.186,

(2014) pp.1434-1446.

・Extinction Limits of Spreading Flames over Wires in Microgravity, S.Takahashi, H.Ito, Y.Nakamura, O.Fujita,

Combustion and Flame, Vol.160, Issue.9, (2013) pp.1900-1902.

・Investigation of Applying DC Electric Field Effect on Carbon Nanotube Synthesis, K.Masunaga, H.Ito, O.Fujita,

 Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering, Vol.8, Issue.2, (2013) pp.246-253.

・Ignition Limit of Short-term Overloaded Electric Wire in Microgravity, Y.Takano, O.Fujita, N.Shigeta, Y.Nakamura,

 H.Ito, Proceedings of the Combustion Institute, Volume 34, Issue 2 (2013) pp.2665–2673.

・Study on Unsteady Molten Insulation Volume Change during Flame Spreading over Wire Insulation in Microgravity,

 S.Takahashi, H.Takeuchi, H.Ito, Y.Nakamura, O.Fujita, Proceedings of the Combustion Institute, Volume 34, Issue 2

 (2013), pp.2657-2664.

・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, 日本スマートプロセス学会誌, 第1巻　第2号, (2012) pp.36-43.

・高圧縮固体バイオマス燃料の燃焼利用：　Combustion of Highly Densified Solid Biomass Fuel, 伊東弘行, 酒井雄人，井

田民男，藤田修, 日本燃焼学会誌，第53巻164号, (2011) pp.1-6.

・Ignition Behavior of Bio-coke (Highly Densified Biomass Fuel) in High-Temperature Air Flows, H.Ito, Y.Sakai, T.Ida,

Y.Nakamura, O.Fujita, Journal of Thermal Science and Technology,Vol.6, No.1 (2011) pp.111-122.

・Transition of Flat Flames to Turbulent Motion Induced by External Laser Irradiation, J.S.Park, O.Fujita, Y.Nakamura,

H.Ito, Proc.Combustion Institute Vol.33, Issue 1, (2011) pp.1105-1112.

・Ignition of electrical wire insulation with short-term excess electric current in microgravity, O.Fujita, T.Kyono, Y.Kido,

H.Ito, Y.Nakamura, Proc.Combustion Institute Vol.33, Issue2, (2011) pp.2617-2623.

                                                                                   

ほか

 

○学会発表など

・ 単一バイオオイル液滴の燃焼挙動への水分の影響, 伊東, 間宮, 田中, 第32回環境工学総合シンポジウム2022, (2022) 2201-04-01.

・ 液柱往復振動に伴い生じる液膜の厚さに及ぼす液柱加減速の影響, 三浦, 趙, 齋藤, 佃, 伊東, 第59回日本伝熱シンポジウム

講演論文集, (2022) H333.

・ バイオマスブリケットチャー燃焼における放射エネルギーへの周囲空気中の酸素濃度の影響, 鞠, 櫻田, 三浦, 伊東, 機械学会

関東支部第28期総会・講演会, (2022) 15F01.

・ マイクロカプセル相変化物質を用いた自励振動ヒートパイプの熱輸送性能向上, 三浦, 大河内, 小澤, 伊東, 機械学会関東支部

第28期総会・講演会, (2022) 15J08.

・ Similarity of meniscus shape in circular tube by different liquids, H.Ito, Y.Zhao, M.Miura, Proc. of 9th International

Symposium on Scale Modeling, (2022) pp.139-142.

・ 円柱バイオマスブリケット燃焼継続時間への灰種類の影響, 伊東, 富山, 石田, 三浦, 熱工学コンファレンス2021講演論文集,

(2021) H123.

・ 細管流路において液柱往復振動に伴い形成される液膜の厚さに及ぼす設置姿勢の影響, 趙, 齋藤, 佃, 三浦, 伊東, 熱工学コン

ファレンス2021講演論文集, (2021) H115.

・ バイオマスブリケットチャー燃焼における放射エネルギーへの燃焼条件の影響, 鞠, 櫻田, 三浦, 伊東, 熱工学コンファレン

ス2021講演論文集, (2021) H114.

・ 高密度単一円柱バイオマスブリケットチャー燃焼継続時間への原材料の影響, 伊東, 岡崎, 奥谷, 三浦, 第31回環境工学総合

シンポジウム2021, (2021) 220.

・ 細管流路内において液柱往復振動に伴い形成される液膜の厚さ(作動流体および流路直径の影響), 趙, 伊東, 三浦, 第58回日

本伝熱シンポジウム講演論文集, (2021) BPA1404.

・ 垂直円管内を往復振動する液柱が形成する液膜に関する研究, 三浦, 趙, 伊東, 熱工学コンファレンス2020講演論文集, (2020)

C214.

・ 高密度単一円柱バイオマスブリケット燃焼継続時間への構成成分の影響, 伊東, 奥谷, 岡崎, 三浦, 熱工学コンファレンス2020

講演論文集, (2020) F222.

・ Influence of temperature, flow rate and oxygen concentration of oxidizer on the flaming combustion behavior of single

columned biomass briquette,H.Ito, Y.Nishimaki, M.Miura, The Second Pacific Rim Thermal Engineering Conference

(PRTEC2019), (2019) PRTEC-24091.

・ Thickness of a Liquid Film Formed during Oscillation of a Liquid Column in a Pulsating Heat Pipe (Measurement

Using a Forced Oscillation System), M.Miura, H.Arai, H.Ito, The Second Pacific Rim Thermal Engineering Conference

(PRTEC2019), (2019) PRTEC-24021.

・ 自励振動ヒートパイプの往復振動流において液柱が形成する液膜の厚さ（加振機構を用いた測定）, 三浦, 荒井, 趙, 伊東,

熱工学コンファレンス2019講演論文集, (2019) F121.

・ Influence of oxidation gas conditions on the combustion behavior of single columned biomass briquette, H.Ito,

K.Sakakibara, Y.Nishimaki, M.Miura, International Workshop on Environmental Engineering 2019, (2019) E201.

・ 自励振動ヒートパイプにおける往復振動液柱が形成する液膜に関する研究（作動流体の影響）, 三浦, 荒井, 伊東, 第56回日

本伝熱シンポジウム講演論文集, (2019) E222.

・ Characteristics of Liquid Film Formed with Liquid Column Oscillation in Pulsating Heat Pipe (Observation by Using

Forced Oscillation System), M.Miura, H.Arai, T.Ogura, H.Ito, Proceedings of the 15th International Conference on Flow

Dynamics (ICFD2018), (2018) GS1-20.

・ 自励振動ヒートパイプにおける液柱往復振動に伴い生じる液膜に関する研究−垂直円管の場合−, 三浦, 荒井, 伊東, 熱工学

コンファレンス2018講演論文集, (2018) I221.

・ 高密度円筒バイオマスブリケット外周面を伝播する気相燃焼挙動, 伊東, 菊地, 斎藤, 三浦, 熱工学コンファレンス2018講演

論文集, (2018) G211.

・ 水平円管内を往復振動する液柱が形成する液膜に関する研究, 三浦, 小椋, 伊東, 第55回日本伝熱シンポジウム, (2018) 2349.

・ Influence of air flow rate on the end face combustion behavior of highly densified cylindrical briquette, H.Ito,

A.Sekiguchi, M.Wakebe, Ninth JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference, (2017) TFEC9-1093.

・ Study on the Influence of Briquette Size and Density on the Char Combustion Duration, H.Ito, M.Hirakawa,

H.Nakamura, Eighth International Symposium on Scale Modeling (ISSM-8), (2017) F4-1.

・ 高密度円筒バイオマスブリケット端面燃焼挙動への二次空気供給の影響, 伊東, 井手, 白井, 第27回環境工学総合シンポジウ

ム, (2017) 209.

・ 円柱形状高密度バイオマスブリケット燃焼挙動へのブリケットサイズの影響, 伊東, 熱工学コンファレンス2016講演論文集,

(2016) F211.

・ Research on steady state combustion of highly densified cylindrical biomass briquette, H.Ito, A.Furusawa, 36th

International Symposium on Combustion, (2016) 5P076.

・ バイオマスブリケットの端面燃焼挙動に及ぼすブリケット形状の影響, 古澤, 伊東, 熱工学コンファレンス2015講演論文集,

(2015) F221.

・ 木質バイオマスブリケット加熱における熱拡散への密度および水分の影響, 伊東, 斉藤, 森本, 熱工学コンファレンス2015講

演論文集, (2015) H141.

・ 低温域におけるセルロース熱分解への非平衡Arプラズマ供給の影響, 古澤, 伊東, 熱工学コンファレンス2014講演論文集,

(2014) F221.

・ 木質バイオマスブリケット加熱における熱拡散への密度および水分の影響, 伊東, 多田, 松本, 熱工学コンファレンス2014講

演論文集, (2014) I142.

・ セルロース熱分解への非平衡プラズマ供給条件の影響, 伊東, 遠藤, 神原, 藤田, 熱工学コンファレンス2013講演論文集,

(2013) pp.61-62.

・ リチウムイオン電池用電解液燃焼における消炎現象の観察, 稲月, 西村, 伊東, 藤田, 平成25年度日本火災学会研究発表会概要

集，(2013) pp.164-165.

・ 微小重力下で電線被覆上を燃え拡がる火炎の消炎限界に被覆厚さが与える影響, 出雲, 高橋, 伊東, 藤田, 「第10回HASTIC学

術講演会」兼「第22回短時間無重力利用に関する講演会」講演論文集，(2013) pp.7-8.

・ Ignition limit of electric wire insulation with continuous excess current in several microgravity periods, N.Shigeta,

H.Ito, O.Fujita, 43rd International Conference on Environmental Systems, (2013) AIAA 2013-3387.

・ Effect of Conductor on Spreading Flames over Wire in Microgravity, S.Takahashi, H.Ito, Y.Nakamura, O.Fujita,

43rd International Conference on Environmental Systems, (2013) AIAA 2013-3388.

・ Competition between Buoyancy Effects and Propagation Speed on Flame Structure in Downward Cellular Propagating

Flame in a Combustion Tube with Time Controlled CO2 Laser Irradiation, K.Aguilar, Y.Taniyama, H.Ito, O.Fujita, Proc.

9th Asia-Pacific Conference on Combustion (9th ASPACC), (2013) 187.

・ Interaction between Propagation Speed and Flame Structure in Downward Cellular Propagating Flame in a Combustion

Tube with CO2 Laser Irradiation, K.Aguilar, Y.Taniyama, H.Ito, O.Fujita, 24th International Colloquium on the Dynamics

of Explosions and Reactive Systems (ICDERS2013), (2013) #132.

・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, 平成25年度　スマートプロセス学会　春季総合学術講演会, (2013) p,5-6.

・微小重力場における電線被覆の過電流連続通電による着火限界, 重田, 伊東，藤田, 第26回日本マイクログラビティ応用学

会講演会（九州）講演論文集, (2012) 21A02.

・Transient Deformation of Downwards Propagating Cellular Structure Flame in a Combustion Tube with External Laser

Irradiation, K.Aguilar, Y.Taniyama, H.Ito, O.Fujita, 第50回燃焼シンポジウム講演論文集, (2012) pp.214-215.

・外部レーザ加熱を伴う管内下方伝播火炎に対する音響振動の影響, 谷山, 伊東，藤田, 第50回燃焼シンポジウム講演論文集,

(2012) pp.116-117.

・微小重力環境における噴流拡散火炎からの輻射とすす生成に関する研究, 七澤, 篠塚, 伊東, 藤田, 第50回燃焼シンポジウ

ム講演論文集, (2012) pp.280-281.

・微小重力場における電線被覆上燃え拡がり火炎の消炎限界を支配する因子, 高橋, 伊東, 中村, 藤田, 第50回燃焼シンポジ

ウム講演論文集, (2012) pp.284-285.

・一様空気流中に置かれたバイオコークス端面燃焼の定常性に関する検討, 中原, 伊東, 藤田, 第50回燃焼シンポジウム講演

論文集, (2012) pp.108-109.

・セルロース熱分解における非平衡Arプラズマ供給の影響, 伊東, 根生, 神原, 藤田, 熱工学カンファレンス2012講演論文集,

(2012) pp.477-478.

・Study on Opposed Flow Flame Spread over Polyethylene Insulated Wire in Microgravity -Behavior of Molten Insulation

in Flames-, S.Takahashi, H.Takeuchi, H.Ito, Y.Nakamura, O.Fujita, 8th JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering

Conference,(2012) GST04-4(on USB).

・Effects of DC Electric Field on Catalytic Activity in Carbon Nanotube Synthesis, K.Masunaga, A.Onishi, H.Ito, O.Fujita,

The 14th Asia Pacific Confederation of Chemical Engineering (APCChE 2012), (2012) 228 (on USB).

・バイオコークスブロックの着火および燃焼に関する検討, 伊東, 中原，酒井，井田，藤田, 第7回バイオマス科学会議発表論

文集, (2012) pp.150-151.

 

ほか