2015 Fiscal Year Annual Research Report
高電界下における水滴の共振振動を利用した帯電水滴生成法の研究
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15H03957
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
東山 禎夫 山形大学, 理工学研究科, 教授 (50144209)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉本 俊之 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (10282237)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 細管電極 / コロナ放電 / 水滴の先鋭化 / ナノ粒子 / コロナ電流パルス / 導電率 / 粒子個数 / 減衰時間 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
直流電界下に置かれた水滴からの負極性コロナ放電現象が水滴の共振振動による頻度で起きることから、振動の起動力になる水滴の先鋭化とそれに続く分裂時の微小水滴の噴霧過程を明らかにすることを目的とし、27年度は微小水滴の粒径分布の計測法を確立し、コロナ放電電流波形波形の解析を行った。得られた知見は下記の通りである。
１．コロナ放電時の微小液滴の粒子測径測定システムの構築：直径0.18mmの細管先端に水滴を突き出し、対向するリング電極に直流正電圧を印加することにより、水滴からのコロナ放電を起こさせた。水滴先端から放出される帯電微小粒子の大を評価するため、帯電液滴発生槽の中でコロナ放電を起こし粒子径測定器で10～100 nmの粒径を測定した。
２．コロナ放電時の微小液滴の発生条件の探索：細管－リング電極系の電極間の印加電圧の大きさ、試料水の導電率を変えて、生成される帯電微小粒子の大きさの分布と時間変化を明らかにした。細管先端の水滴からコロナ放電が起きていても水滴先端のテーラーコーンが分裂しない状況では帯電微小水滴は殆ど生成されない。コロナ放電を周期的に起こすことが可能な条件の下で、コーン分裂時のコロナ放電電流波形の第一パルスの大きさがナノ水滴粒子の発生数に大きく関係することを明らかにした。
３．コロナ放電波形の解析
水滴からのコロナ放電電流波形は先鋭化したテーラーコーン先端の分裂に伴う微小水滴発生の有無、水滴の体積で決まる振動周波数できまる。周波数帯域の広デジタルオシロスコープで捉えた液滴分裂時の電流波形における第一パルスの減衰時間は水滴の導電率により異なり、一方、後続のパルス電流の減衰時間は導電率によらないことが明らかになった。第一パルスの減衰時間は、生成された微小水滴の数に関係すること、また、後続パルスは水滴先端近傍でのコロナ放電であり、水滴の放出を伴わないことが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
購入した粒子径測定器（パーティクルサイザー）で得られる情報は、これまで推定の域を得なかった、10～200nmの粒子の生成状況を明らかにでき、特に、水滴の導電率と粒子生成数、水滴からの負極性コロナ放電電流波形で特徴的なパルス群の中の第一パルの大きさと粒子数との関係を明らかにすることができた。粒子数の時間変化からは生成した粒子が凝集して大きくなっていることも推定でき、さらなる今後の検討が必要であることが確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度の研究成果に基づき、今後、下記のような計画で研究を進める。
１．生成される帯電微小水滴の大きさと寿命の検討：水の表面張力および粘度を変化させたときの水滴からのコロナ放電で生成される粒子径への影響を明らかにする。試料水に界面活性剤を添加して表面張力を変え、ポリエチレングリコールを加えて粘度を変え、さらに、イオン交換水に硝酸あるいは塩化ナトリウムを加えて導電率を変化させたときの帯電微小液滴の粒径分布を把握する。所定の大きさの密閉空間内に帯電微小水滴を放出し、帯電微小液滴の寿命と水滴の性状との関係を明らかにする。
２．液滴先端の分裂時の形状と水滴分裂との関係：水滴からのコロナ放電時の微小水滴の分裂状況を、購入予定の500,000コマ／ｓの高速度ビデオカメラを用いて捉える。水滴の先鋭化から分裂までの時間、さらにコロナ放電が持続している時間の水滴の変化を捉える。特に、先端部の分裂直後の水滴先端の形状を把握することにより、水滴先端部の電界の強さの分布を求め、表面電荷の大きさを把握する。この表面電荷から先鋭化した水滴からの分裂による放出電荷量を電界計算により推定する。
３．空気中水分の帯電微小水滴による凝集と湿度制御
帯電微小水滴を高い湿度の空気中に放出し、帯電微小水滴に水分を吸着させて粒径を大きくし、大きくした帯電液滴を取り除くことで、高湿空気の除湿を行う。帯電微小液滴はコロナ放電で生成されるイオンと異なり、数10nmの大きさを持つので、テーラーコーン先端の分裂時に伴って噴出したあと、自らの持つ運動エネルギーにより空間に飛び出すことができる。この帯電微粒子には周囲の水分子を吸着しながら、液滴周囲の水分子を効果的に取り込むことができることが予想される。密閉空間を一定の湿度に保ち、その中で帯電水滴を噴出させて除湿効果を検討する。
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| Remarks |
http://higashi.yz.yamagata-u.ac.jp
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