2019 Fiscal Year Annual Research Report

導電性粒子の異常再飛散現象の制御を利用した電気集塵

Research Project

Project/Area Number	19H02129
Research Institution	Toyohashi University of Technology
Principal Investigator	高島和則豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60303707)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	小口達夫豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90324491)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	再飛散 / 凝集 / 捕集
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は電気集塵装置内における導電性微粒子の帯電・捕集・再飛散・凝集等の素過程の解明を通して、再飛散を抑制する手法あるいは微粒子の凝集状態を制御する手法を見出すことによって、導電性微粒子の捕集効率を向上させる手法や装置の構造に関する知見を得ることである。一般的には電気集塵装置内で再飛散が発生すると、集塵電極上で電荷を失った粒子が空間に放出されるため、捕集効率が低下する。しかしながら、条件によっては再飛散時に凝集した状態で空間に放出される可能性があることが考えられる。この場合は再飛散した粒子がコロナ放電によって再び帯電され捕集される過程が、処理対象のガスにもともと含まれていた粒子に対する帯電・捕集過程と異なることが考えられる。そこで本研究では、再飛散現象に対する粒子の導電率や付着性、粒径等の一次粒子の性質の影響、放電プラズマへの暴露による粒子表面の化学修飾の影響、集塵電極近傍の電界強度やコロナ放電により空間側から集塵電極上の粒子に供給される電荷量の影響を実験的に調べるモデル電気集塵装置を構築した。また、ディーゼル排ガス中に含まれるPMを用いてモデル電気集塵装置の基礎的な特性を取得した。炭素微粒子の構造の制御に関する実験系を構築し、計算機シミュレーションにより化学反応モデルの妥当性を検討した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 今年度は、モデル電気集塵装置として、集塵電極上に面状の誘電体バリア放電(DBD)を生成するデバイスを組み込んだ平行平板型電気集塵装置を構築した。これを用いてコロナ放電発生のための直流高電圧値およびDBD発生のための交流高電圧値の様々な組み合わせに対して、想定される排ガスの温度領域において電気集塵装置の電気的特性を調べた。その結果、DBDの発生がコロナ放電電流を軽度に増加させ、安定して印加可能な直流高電圧値の最大値を若干低下させるものの、通常の実験条件下においては直流高電圧と交流高電圧の干渉効果は無視できることが分かった。電気集塵装置内での放電プラズマ化学反応による微粒子の化学反応モデルの構築を目指し、初年度はよりシンプルな実験系である熱反応によりアセチレンを起源として炭素微粒子を生成する実験系を構築し、温度分布が生成される炭素微粒子の構造に及ぼす影響を検討した。また、計算機シミュレーションソフトウェアとしてChemkin-Proを用い、化学反応モデルにKAUSTモデルに基づく数値シミュレーション系を構築し、実験結果との比較を行った。以上のように本研究の遂行に必要な基本的な実験系が構築され、一部データの取得が開始されたことから本研究はおおむね順調に進展していると判断した。
Strategy for Future Research Activity	今年度の研究によってディーゼル排ガス中に含まれるPMを電気集塵装置を用いて捕集し、捕集したPMを誘電体バリア放電を用いて集塵電極上で反応させる実験系の構築し、その基礎的な特性を取得した。また、実排ガス条件における検討の前段階としてよりシンプルなアセチレンを起源とする微粒子生成系とその計算機シミュレーション系を構築し、実験および計算結果のprimitiveな比較を行った。次年度は実験系を改良するとともに、捕集された微粒子の再飛散に影響を及ぼすと思われる電気的条件（放電条件）について実験的検討を進めるとともに、粒子の表面状態の変化を通して粒子の凝集性に影響を及ぼすと思われる誘電体バリア放電について実験的検討を進める。また、計算機シミュレーション手法の改良を行い、より複雑なより大きな分子量を持つ微粒子やある程度凝集が進行した粒子に対する解析手法の確立を目指し、実排ガス条件下での放電プラズマ化学反応による微粒子表面の化学修飾過程を実験・計算の両面から解明することを目指す。