作業空間の空気環境改善のためのオイルミスト分布の数値解析手法と換気システムの開発

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26420591
• Research Institution: Tokyo City University
• Principal Investigator: 近藤 靖史 東京都市大学, 工学部, 教授 (20267339)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: オイルミスト / 換気 / 空間分布 / 粒度分布 / 工場 / 業務用厨房

Outline of Annual Research Achievements

工場や業務用厨房において発生するオイルミストは臭気や汚れの原因となる。また、ダクトに付着したオイルミストは火災の原因となる。これらの課題を解決するためにはオイルミストの挙動を把握する必要がある。業務用厨房を対象とした既往の研究では、オイルミストの粒子数に着目すると粒径の小さいオイルミスト(1μm以下)が卓越しているが、質量に着目すると粒径の大きいオイルミスト(1μm〜数10μm)が重要となることが明らかにされている。ただし、粒径の大きいオイルミストについては重力沈降や吸着などの影響は明らかにされていない。また、測定機器の制約から測定は調理機器の直上のみなどに限定されていた。
本研究では、決められた手順に従い調理を行う実調理実験と、模擬負荷装置を使用した模擬調理実験とを行い、発生するオイルミストの粒度分布を測定する。本研究では実験室内のオイルミストの空間分布を測定するため、センサー部の位置を容易に移動できる計測器を使用した。先ず、模擬調理実験においては模擬負荷条件を調整し、実調理実験の結果との対応を検討した。次に、実験室内のオイルミストの空間分布を測定し、オイルミストの拡散状況を検討し、以下の知見を得た。
1 オイルミストの粒子数濃度の粒度分布はほぼ対数正規分布となる。オイルミストのほとんどの粒子が1μm以下である。ただし、1μm以上の粒径の大きなオイルミストは少ないが、質量濃度の粒度分布では粒径の大きなオイルミストが占める割合が大きい。
2 模擬調理実験の結果は、実調理実験より大きい粒径のオイルミストの発生量が多かった。
3 フードから漏れ出たオイルミストは測定した粒径の範囲内ではその大小に関係なく、空間上部に滞留していた。オイルミストの空間分布は室内の気流性状に影響を受けているが、粒径の大きなオイルミストの拡散は相対的に少ない。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

1 模擬調理時の実験室内のオイルミスト分布の測定
実験室内でオイルミストを発生させ、オイルミストの粒度分布(粒子径ごとの粒子数)を測定した。実験室(4.0m×4.0m×2.5mh)に、オイルミストを発生する調理機器としてフライヤとグリドルを設置した。実験室は空間下部から給気し、実験室天井に設置した排気フードから排気する。オイルミストの測定はエアロゾルスペクトロメーター・Welas Promo 2000(PALAS社製)を用いて、粒子径0.2μm～10μmのオイルミストに対し粒子径ごとの粒子数を測った。測定点は調理機器直上でFL+1,000、1,700mmの2点、その他の点でFL+100、1,000、1,700、2,400mmの4点ずつ、計34点である。フライヤではバブリングを、グリドルでは油・水定量滴下を行い、模擬的にオイルミストを発生させる。バブリング装置の窒素発生量と油･水滴下装置の滴下量を調整した模擬調理実験を約40ケース行い、実調理の結果と最も対応する条件を見出すことができた。
2 実調理時の実験室内のオイルミスト分布の測定
オイルミストはグリドルやフライヤで実際に調理することにより発生させる。測定点は調理機器直上でFL+1,000、1,700mmの2点、もう一方の実験室中央の点でFL+100、1,000、1,700、2,400mmの4点の計6点測定を行った。食材はフライヤでは冷凍コロッケ、グリドルではハンバーグとした。
以上のように、当初想定した「a. 実験室内におけるオイルミストの空間分布の測定」を行った。また当初想定していた「b. 業務厨房におけるオイルミストの実測」は上記(2)の実調理時の測定に変更した。その理由は工場や業務厨房での実測ではオイルミスト以外の粉じんが測定されてしまい、オイルミストだけをとらえることが困難であると判断したためである。

Strategy for Future Research Activity

平成27年度は、「オイルミストのエアロゾルとしての特性の検討」と「粒子径の大きいオイルミストのエアロゾル特性をCFD解析へ組み込む方法の検討」を実施する。
前者の「オイルミストのエアロゾルとしての特性の検討」では、①重力沈降(Stokesの重力沈降速度式)、②凝集(乱流凝集、ブラウン凝集)、③ブラウン拡散、④壁面への沈着・脱着について検討する。
後者の「粒子径の大きいオイルミストのエアロゾル特性をCFD解析へ組み込む方法の検討」では、1μmより小さいオイルミストはガス状物質と同様に扱い、粒子径の大きいオイルミストは1μm、5μm、10μmなどの代表的な粒子径ごとにCFD解析を行い、オイルミストの空間分布を求める。また、平成26年度に実施した実験結果との比較から、解析結果の妥当性を検証する。