| 研究課題/領域番号 |
16H04606
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| 研究機関 | 東京都市大学 |
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研究代表者 |
江原 由泰 東京都市大学, 工学部, 教授 (40308028)
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| 研究分担者 |
瑞慶覧 章朝 神奈川工科大学, 工学部, 教授 (00601072)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | ディーゼルエンジン / 排ガス / 窒素酸化物 / 微小粒子 / 電気集塵 / プラズマ / バリア放電 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では舶用ディーゼルエンジンの排ガス処理技術として，高濃度な微粒子（PM）と窒素酸化物(NOx)を高効率に除去することを目的とした。高濃度なPMを捕集する際には，一度捕集した粒子が電極から飛散する再飛散現象が生じる。この問題に対して，再飛散を抑制するホール型電気集塵装置(ESP)を独自に開発し，低濃度となったPMとNOxを触媒により同時に除去するシステムの開発を目指している。ホール型ESPは，集塵電極にホールを開けたESPのことである。粒子はクーロン力やコロナ放電により生じるイオン風の影響を受け，ホール内に誘導される。このとき、電界がゼロの捕集空間に粒子を誘導することで，再飛散現象の抑制ができる 。
本年度は，ホール型ESPにおける粒子挙動シミュレーション解析や平行平板電極を有するホール型ESPの開発を行い，基礎特性の抽出と性能評価を行った。また，プラズマ・触媒ユニットとしてバリア放電と触媒を併用し，捕集したPMを低温でも燃焼効率の高いPM除去装置の開発を行った。以下に得られた結果を述べる。
1.イオン風のシミュレーション解析において，主流体速度を変化させて流体解析を行った。主流体速度が遅い場合，ホール内へ入る流れが形成され，主流体速度が速いと，ホールへの流入が少ない傾向となった。2.針対平板電極のモデルにおいて，粒子画像流速測定法(PIV解析)によりESP内の再飛散粒子を可視化することができた。また，集塵時間が長いほど再飛散粒子が多く発生した。3.平行平板ホール型ESPを構築し，針とホールの最適位置や集塵率に対する放電電流特性などを確認した。4.バリア放電と触媒を用いてPM燃焼を行い，両者を併用することがPM燃焼に対して有効に作用することを確認した。また，200~300℃の温度範囲では，PM燃焼量は放電電力量に依存していた。
以上の成果は学術雑誌に掲載し，学会発表を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
舶用ディーゼルエンジンから排ガス処理するシステムの技術として，ホール型ESPの要素技術であるイオン風のシミュレーション解析を行った。主流体速度とホール内に流入する流れについて解析し，ホール電極に取り込まれる粒子の挙動を明らかにした。また，PIV解析により，再飛散現象の可視化に成功した。そして，高濃度なPMを捕集するホール型ESPを構築し，基礎特性の抽出と性能評価を行い，再飛散抑制効果を確認した。プラズマ・触媒ユニットにおいては，PMの燃焼確認と，DBDリアクタによる注入電力や処理ガス温度とPM燃焼特性の抽出を行った。これらの要素技術を再検討し，実用化に向けたシステムの構築準備を進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
ホール型ESPの集塵プロセスを検討し，PMの集塵効率の向上を目指す。集塵プロセスのシミュレーション解析を継続して行い，高風速処理に対応する放電ギャップ長やホール径，開口率などの構造パラメータを抽出する。また，PMに及ぼすガス流やイオン風，クーロン力の影響を，粒子挙動の可視化によるPIV解析し，最適な印加電圧や電極間隔，電流密度などを検討する。
昨年度に製作したホール型ESP において，PM集塵試験で得られたノウハウやシミュレーション解析，PIV解析をベースに最適化したNOx・PM浄化処理システムを製作する。その後，同様のPM集塵試験を行い，ESP性能の再評価を行う。
プラズマ・触媒ユニットにおいては，PM燃焼における触媒活性の低温度効果を検証し，プラズマ・触媒における重畳効果の確認と有効性を確証する。そして，PMの除去のエネルギー効率向上により，経済性・実用性の両面から比較検討を行う。
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