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申請者らは、これまで粒子間付着力を利用した流動層式PM除去装置を開発し、PM2.5の高効率捕集に成功した。燃焼器から排出されるPMは多くの可燃分を含み、ベッド粒子表面に付着・堆積することから、PMを捕集するとともに酸化処理を同時に行う連続再生式として運用すれば、装置は半永久的に使用可能となる。そこで本研究では、高いPM捕集効率を維持しながら、排ガスの熱で運用可能な高効率連続再生式PM2.5除去装置の開発を目指し、理論的・実験的検討を行った。具体的には、流動層の低温燃焼特性に加えて酸化触媒を適用することにより、PMの低温酸化を促進して運用温度の低温化を試みた。既存の装置では、PMを酸化処理するのに600-650℃程度の熱を外部から加える必要があるが、本法では一般的なバスやトラック等の排ガスに含まれるPM濃度30 mg/m3において、400℃という低温条件で連続再生式としての運用が可能であることが示された。さらに本法の連続再生式としての運用温度を下げるため、酸化促進物質として知られているカリウムをベッド粒子に触媒担持して実験的検討を行った。その結果、PMの酸化反応が促進され、連続再生式の運用温度を大幅に下げることが可能であることが示された。一方、数値シミュレーションでは、高精度のDrag Forceモデルを導入するとともに、ベッド粒子上に堆積したPMの影響を考慮した付着モデルを構築し、コールドモデルにおける解析を実施した。また連続再生式PM除去装置を解析するため、新たな自作の実験装置を製作し、固相－気相間の相対速度を考慮したPM酸化モデルを構築した。さらに、構築したPM酸化モデルを数値シミュレーションコードに組み込んで連続再生式PM2.5除去装置の解析を実施し、本PM酸化モデルの妥当性を確認するとともに、層内におけるPMの流動・付着・燃焼挙動を明らかにした。
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