Development of Particulate Matter Generator from Marine Fuel Oil for Element Test

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K13944
• Research Institution: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• Principal Investigator: 中村 真由子 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (10762057)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 舶用機関 / 粒子状物質 / サーマルオプティカル法

Outline of Annual Research Achievements

舶用ディーゼル機関から排出される粒子は様々な成分を含み、機関の種類や燃料によってその組成は大きく変化する。大気環境の観点から、船舶の分野でも粒子の計測、分析、削減に関する研究が重要視されている。現状では機関を運転するために大量の燃料が必要であり、多くのパラメータが付随し、安定した粒子を得ることが難しい。粒子の組成を制御し、安定して粒子を発生できれば分析法や削減法の基礎的な試験ができる。本研究では少量の燃料を燃焼させ、組成の異なる粒子を意図的に生成させる装置を作製し、装置から生成する粒子の特性を明らかにし、粒子成分分析法の一つである炭素成分分析法を改善することを目的とした。
粒子生成装置はプール火炎を用いた燃焼室を作成し、燃料カップを加温することで粘度が高く、引火点の高い燃料も燃焼可能にした。空気量を制御し、整流して供給した。燃料はヘキサデカン、軽油、A重油、C重油を用いた。それぞれ引火点付近まで燃料カップの温度を上昇させた。フィルタへは燃焼ガス全量をポンプで吸引した。炭素成分の分析はカーボンエアロゾル分析装置を用いて、サーマルオプティカル法(TOA法)によって分析した。プロトコルは大気環境用のサンプルに広く用いられているIMPROVE法と筆者が改良したrevised protocolを用いた。
ヘキサデカンを燃焼させた際、OCのみ生成された。軽油、A重油、C重油はECの割合が93-95%と高かった。次に本装置で生成したPMを用いて、TOA法のプロトコルを検証した。これまでのプロトコルに関する検討で熱分解炭素(PC)生成の抑制が誤差に低減繋がるとわかった。高沸点のOCを適切な温度で遊離させることも重要であり、蓄積した知見に基づいてrevised protocolを作成した。PCの生成がrevised protocolでは既存の方法と比較して大幅に抑制されていることがわかった。