2017 Fiscal Year Annual Research Report
Novel Technology of NOx and PM Removal in Marine diesel Exhaust
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16H04606
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
江原 由泰 東京都市大学, 工学部, 教授 (40308028)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
瑞慶覧 章朝 神奈川工科大学, 工学部, 教授 (00601072)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ディーゼルエンジン / 排ガス / 窒素酸化物 / 微小粒子 / 電気集塵 / プラズマ / バリア放電 / 触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では舶用ディーゼルエンジンの排ガス処理技術として，高濃度な微粒子（PM）と窒素酸化物(NOx)を高効率に除去することを目的とした。高濃度なPMを捕集する際生じる，再飛散を抑制するホール型電気集塵装置(ESP)を独自に開発し，さらにPMとNOxを触媒により同時に除去するシステムの開発を目指している。
本年度は，昨年抽出したESP性能向上に対する構造パラメータを適応した，最適なホール型ESPの構築を行い，性能評価の再確認を行った。また，バリア放電と触媒を併用し，捕集したPMを燃焼除去するユニットにおいて，処理ガス成分によるPM燃焼効率への影響について検討を行った。以下に得られた結果を述べる。
①ホール型ESP内の粒子挙動解析を行い，主流体速度が遅いほど，イオン風の影響により帯電粒子のホール流入率が向上することが分かった。また，粒径が1μmでは主流体速度が遅い場合，ホールに流入せずに手前の平板電極に捕集されやすいことが分かった。②粒子画像流速測定法(PIV解析)によりESP内の再飛散粒子を可視化し，再飛散粒子の挙動について検討した。再飛散粒子は針電極後方の電界により発生頻度が多くなり，主流体速度が速いほど多く発生した。③ホール型ESPにおける処理風速に対する最適な針とホールの位置を確認し，ホール口径は5mmが最適で処理ガスは100℃程度にすると集塵効率が大きく向上することを明らかにした。④バリア放電と触媒を用いてPM燃焼を行い，PMの燃焼量は放電電力に依存することを確認した。PMは燃焼後，そのほとんどがCOおよびCO2になることが認められた。PMの燃焼効率は処理排ガス温度およびガス中の酸素濃度に大きく影響した。また，排ガス中のNOxはPM燃焼に寄与することが分かった。
以上の成果は学術雑誌に掲載し，国内外の学会において発表を行った。
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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
舶用ディーゼルエンジンから排ガス処理するシステムの技術として，ホール型ESPの要素技術であるイオン風のシミュレーションや帯電粒子の挙動解析を行った。主流体速度とホール内に流入する流れの関係を明らかにし，帯電粒子がホール電極内に流入される条件などを明らかにした。また，PIV解析により，再飛散現象の可視化に成功した。再飛散粒子の発生頻度に影響する要因の解明を行った。そして，高濃度PMを捕集可能とするホール型ESPの構築パラメータを抽出し，最適なESPによる性能評価を確認した。プラズマ・触媒ユニットにおいては，PMの燃焼確認と，DBDリアクタによる注入電力や処理ガス温度とPM燃焼特性を検討した。また，処理ガス成分によるPM燃焼効率への影響について検討を行った。これらの得られた知見を再検討し，長期間稼働試験やエネルギー効率の向上を図り，実用システムへの有効性を確認している。
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| Strategy for Future Research Activity |
ホール型ESPの最適な稼働条件を検討し，実用に適したPM除去性能の向上を目指す。複数の針電極を用いたホール型ESPの集塵シミュレーション解析などを行い，ホール型ESPの最適な稼働条件の確認と高風速処理に対応する針電極とホール位置などを検討する。また，粒子挙動のPIV解析を行い，再飛散粒子の挙動を解析するとともに，ホール型ESPにおける再飛散粒子の抑制効果などを確認する。ホール型ESPの最適な稼働条件において長期稼働試験を行い，実用システムに向けた課題の抽出を行う。プラズマ・触媒ユニットにおいては，新たな触媒の性能評価やPM燃焼の最適条件の抽出を行い，プラズマ・触媒におけるPM燃焼効率の向上を目指す。処理するNOxやPM濃度，流速を変化させ，実用システムへ向けた検討を行う。
そして，システムのスケールアップに必要な改良点の検討とエンジニアリング評価，ディーゼルエンジンの負荷や燃料グレードに応じたNOx・PM処理のトータルシステムとしての最適化，設計指針の決定，経済性の評価を行う。
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