ダストモニタの低濃度使用時における性能測定用風洞の最適設計手法の確立

• 研究課題/領域番号: 23K03638
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分18030:設計工学関連
• 研究機関: 日本文理大学
• 研究代表者: 原田 敦史 日本文理大学, 工学部, 准教授 (40612023)
• 研究分担者: 和田 匡司 地方独立行政法人大阪府立環境農林水産総合研究所(環境研究部、食と農の研究部及び水産研究部), その他部局等, 主任研究員 (00413766)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2025年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 設計工学 / 流体工学 / 環境工学 / ダストモニタ

研究開始時の研究の概要

工場や発電所などから排出される煤煙は，環境問題の観点から排出規制が進んでいる。これらを監視する装置としてダストモニタがあるが，これらの装置の性能を定量的に評価する装置は存在しておらず，設計指針等も明らかにされていない。また，煤塵に注目した場合，集塵装置等の高性能化により低濃度微粒子となっている。これらの条件を常時，安定に再現することができる性能評価用の風洞装置の開発を行う。

研究実績の概要

近年，工場などから排出される煤煙の排出は，大気汚染防止法に基づく排出規制によって低下し，大気環境は格段に改善されている．煤煙の質は変化し，PM2.5などの微小粒子の割合が高くなり，さらに低濃度化に進んでいる．日本は，規格化の遅れなどにより手作業による測定が主流であり，常時監視に対応できないなどの問題が生じている．
本研究では，ダストモニタの性能を評価するため，現代の環境レベルに合わせた新しい試験用風洞の設計指針を明らかにする．既存装置はダスト(粒子)の帯電により，内部に付着するなどの問題が生じるため，流路形状変化と外部から流体力を与える方式により既存装置と同様の性能を作り出す．このアイデアの実現により、長時間低濃度評価試験が可能となり、低濃度条件で稼働中のダストモニタ値の保障ができる評価手法が確立される。
令和5年度の研究に関しては，実験およびシミュレーションの2点から進めた。実験においては，令和5年度の予算の関係から，試作する風洞の内部を計測するための熱線流速計の購入を行い，さらにこれらを稼働させるための予備実験や周辺機器の製作を行った。主に熱線風速計の校正装置やトラバース装置の設計などを進めている。また，実験のデータを保管するためのシミュレーションに関しては，本研究においては粒子の数が毎秒106個となるため，評価の方法が困難であるため，これらの評価手法の構築を進める必要がある。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

熱線風速計の校正装置に関しては，概ね完成させることができたが，トラバース装置に関しては設計の段階で終わっているため，令和6年度以降に製作を進める予定である。また，シミュレーションの評価手法に関して，粒子の滞在時間等を評価することにより，分散の状況等を把握することができている。

今後の研究の推進方策

ダストモニタを取り付けることができる試験用風洞の試作機を完成させ，シミュレーションの結果との比較を行える状態まで進める。