温度・湿度を操作する空気清浄法の浮遊粒子状物質輸送特性
| Project/Area Number |
13J11032
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Research Field |
Thermal engineering
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
小野田 渚 明治大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2013
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2013)
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| Budget Amount *help |
¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | 空気清浄 / 浮遊粒子状物質 / エアロゾル / 核凝縮 / 熱泳動 / 拡散泳動 |
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| Research Abstract |
空気中の浮遊粒子状物質を加熱加湿・冷却除湿を行う温度・湿度の操作により除去する空気清浄法の確立を目指し, 除去特性の実験的検証と除去メカニズムのモデル化を行った. 本手法は, 冷却除湿時に生じる熱泳動・吸い込み流れ・核凝縮により粒子を壁面へ輸送する事で, ナノ～ミクロンサイズにわたる全浮遊粒子状物質を除去する事を意図して着手したものである. 大気を試料空気とし温湿度操作を行った結果, 残存率(出口濃度/入口濃度)は絶対湿度差(加湿後・除湿後空気の絶対湿度の差)に対して指数的に減衰する傾向となり, 入口濃度21～9800個/ccの範囲で粒子濃度依存性は無く, 高流速なほど除去性能が低下する特性となった. 粒径毎にみると, 絶対湿度差0.06以下の条件では総数同様指数的減衰であったが, 0.06以上では粒径0.3～1ミクロンの範囲で小さい階級から順次増加に転じた. これは, 入口で0.3ミクロン以下であった粒子が核凝縮(浮遊粒子を核に水蒸気が凝縮して液滴となる)で成長したためである. 続いて, 然泳動(温度勾配で粒子が低温側へ移動)吸い込み流れ(壁面での水蒸気の凝縮に伴うStefan流れ)の粒子除去効果をモデル化・解析した, その結果, 除去率は実験結果に対して少なく見積もられ, 除去効果は温湿度操作量のみで決まり, 流速にはよらない結果となった. この結果は実験結果に反するものであり, モデルが実験環境を正確に説明していないと考えられる. そこで, 核凝縮で成長した粒子が重力沈降により除去される効果の検証に取り組んだ. まず, レーザーシート光を流路内に照射し, 成長粒子の散乱光軌跡の観察を行うと, 除湿器内で粒子が降下し流路底部に到達する軌跡が観察された. さらに, レーザー干渉画像法による浮遊液滴径計測を行ったところ, 10.7ミクロンにピークを持つ液滴径分布となった. 両結果からは自然対流で流路下部へ輸送された粒子が重力で分離され流路底部へ沈着するという除去機構が導かれた.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初計画にある, "温度・湿度操作条件"と"熱泳動・拡散泳動・吸い込み流れによる粒子輸送量"の関係の定量化によって, 上記の粒子輸送作用は粒子除去の主要因ではないことが明らかになった. さらに, 粒子軌跡の可視化・浮遊液滴径計測により, 核凝縮による粒子の成長が主要因と考えられる事を定性的に示す事が出来た.
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| Strategy for Future Research Activity |
現在, 粒子軌跡の可視化及び浮遊液滴径計測において, 冷却部の改造や観察窓の加熱を要している. そのため, 成長径が減少し, 自然対流速度成分が増加しており, 成長粒子の重力沈降の寄与を定量的に評価できていない. そこで, 光学系に合わせて試験装置を再構築し, 比侵襲な可視化・計測を行う必要がある.
また, 粒子の成長においては伝熱面前縁付近の過飽和壕が支配的となると考えられるが, 局所の温湿度を正確に計測することは困難である. そこで, 解析的に粒子の成長を予測し, 流路断面で一様に粒子が成長する冷却条件を実現する事が重要である.
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
