2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Pulse Power Purification System of NOx and PM Emission from Ships
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19H02367
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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) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 船舶 / 排ガス / 電気集塵 / パルスパワー / 窒素酸化物 / 微小粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
船舶からの排出ガスに対する国際的な規制は，今後さらに厳しくなることが予想されている。欧米の一部海域では，粒子状物質(PM)自体の規制が始まり，ブラックカーボン(BC)の環境への影響も懸念されている。船舶の環境保全技術に関して，我が国が先進的かつ主導的な役割を果たすために，NOxおよびBCを含めたPM除去装置を開発することは大変有意義と考えられる。
本研究では，舶用ディーゼル排出ガス中のNOx・PM同時処理技術として，常温から400℃まで適応するパルスパワーを用いた処理システムを構築することを目的としている。パルスパワーは均一で強力な非熱平衡プラズマを発生するため，高温度ガス中においてもスパークせずに安定したプラズマ放電の発生が可能となる。このパルスパワーを電気集塵装置に適応し，NOx・PM同時処理システムの構築を図っている。NOx・PM浄化処理システムは，電気集塵装置(ESPユニット)とプラズマ・触媒ユニットから構成される。ESPユニットでは，パルスストリーマ放電によりPMを捕集する。プラズマ・触媒ユニットは，ブラックカーボン(BC)を含むPMを酸化燃焼する。さらに，排出ガス中のNOもプラズマ・触媒ユニットにおいて除去される。
2019年度は，ESPユニットにパルスパワーを適応するため，パルスストリーマ放電の基礎特性として，放電開始電圧やスパーク電圧に対する処理ガス温度の影響について検討した。また，ESPユニット内において，粒子の可視化による粒子画像流速測定法(PIV) 解析を行い，粒子挙動に対する印加電圧やパルス繰返し頻度の影響について検討を行った。そして，パルスパワーによる集塵プロセスの３次元シミュレーションを確立した。さらに，プラズマ・触媒ユニットにおいて，触媒に対するプラズマアシスト効果の温度特性などを計測した。
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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
船舶用ディーゼルエンジン排ガス用のESPユニット性能向上を目指し，高温度雰囲気下におけるパルスストリーマ放電特性の検討などを行った。高温の排ガス雰囲気下においては，直流コロナ放電のスパークオーバ電圧は低下する。したがって，高効率で安定した集塵効率を確保するために必要な電極構成と，それらの安定コロナ放電領域の把握は必要である。2019度は排ガス温度400℃以下及の雰囲気下において，安定したパルスストリーマ放電の維持可能領域や，最適な電極形状および電極構成などの条件の抽出を行った。また，直流コロナ放電の温度特性を計測し，パルスストリーマ放電の有効性を検証した。
一方，パルスパワース型ESP内部の粒子挙動に関して，PIV解析手法を用い粒子速度などの解析を行った。その結果，特定の放電荷電領域において，印加電圧が増加すると粒子速度は増加する傾向がみられた。また，パルス幅200ns程度の高電圧パルスパワー用いることによって，粒子を集じんできることが示唆されている。
さらに，パルスパワー型ESP内の粒子シミュレーション解析も行った。ESPユニット内のパルス放電によるイオン風シミュレーションの確立や，粒子挙動の解析，パルス立上り時間と放電安定領域の関係など，有益なデータが得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は昨年度の成果を元に，研究タスクとして下記の3項目を実施し，システム性能の最適化を図ることにした。① ESPユニットを再構築し，印加するパルス電圧の立上り時間などを検討し，集じん性能の向上を図る。最適化したESPユニットにおいて，処理風速やエンジン負荷などを変化させ，PM濃度変化による集塵特性などを把握する。② ESPユニットにおけるPIV 解析により，印加するパルス電圧の極性や，立上り時間の影響などを検討する。また，主流体速度やホール径などを変化させ，印加電圧値と粒子挙動の関係を解析する。さらに，試験パラメータを変化させた，集塵プロセスの３次元シミュレーションを行い，PM粒子の挙動を予測する。③ プラズマ・触媒ユニットにおいて，各設定温度においてSV値を変化させ，触媒に対するプラズマアシスト効果について検証する。
研究代表者の江原は研究計画の実施に関して，NOx・PM浄化処理システムの設計や最適化及び研究統括を行う。研究分担者の瑞慶覧はPM中のBCやSOF，サルフェート成分の測定と集塵プロセスの３次元シミュレーションを行う。
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