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2012 年度 実績報告書

プラズマ複合排ガス処理によるスーパークリーン船舶ディーゼルエンジンシステムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 24246145
研究種目

基盤研究(A)

研究機関大阪府立大学

研究代表者

大久保 雅章  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40223763)

研究分担者 黒木 智之  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00326274)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード船舶工学 / 舶用機関・燃料 / プラズマ / ディーゼルエンジン / 排ガス処理
研究概要

本年度は前述した研究目的を実現するために,A,Bの項目の研究を実施した。
A. 非熱プラズマDPF再生:セラミックディーゼル微粒子フィルタ(DPF)に捕集された微粒子の非熱大気圧プラズマによる新規な燃焼再生方式を舶用重油燃料駆動ディーゼルエンジンに対して実証,最適化する。この方法では,低温プラズマで励起された活性種をDPFに注入し,ディーゼル微粒子を,低温で燃焼除去するものである。船舶ディーゼル排ガスのPMはDry Soot, SOF(可溶性有機物), HCs(炭化水素状粒子)などが含まれ,プラズマ反応は未解明であるが,本研究ではDPFの完全再生にあえて挑戦した。内容は以下の通り。
1.リアクタの最適化:DPF再生のためのリアクタを何種類か試作し,放電状態の観測を行う。並行して,電子温度,電子数密度の計測を光学的方法で行う。その他,オゾンのNO酸化特性に及ぼすガス温度の影響など,様々なプラズマの特性の解明に関する試験を行った。2.間接再生実験:現有のパルスコロナ高電圧装置 により非熱プラズマをDPF外部に発生させ,DPFを完全再生する技術の確証実験とDPF再生時間の短縮を目指し成功した。3.大気圧プラズマの数値シミュレーション:電離状態のシミュレーションを汎用ソフトCFD-ACE+を使用し実施し,船舶排ガスに対する新規有用プロセスの開拓と実験的検証を行った。
B. 非熱プラズマ脱着NOx還元:エンジンの運転モード(燃料噴射モード)を切り替え,酸素リッチな状態ではNOxを含む排ガスを一度吸着させ,その後,酸素量が少なくHC, COの多い状態へエンジン運転モードを切り替え,プラズマを印加してNOxを脱着・還元させ,同時にHC, COを酸化無害化するシステムを実証した。また,排ガス中のNOxを一度吸着させ,エンジン吸気に循環させ,NOx排出削減を図る独自技術に関しても試験した。

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

研究項目は,(1)非熱プラズマDPF再生,(2)プラズマリアクタの最適化,(3)間接再生実験,(4)大気圧プラズマの数値シミュレーション,(5)非熱プラズマ脱着NOx還元,(6)排ガス成分再循環NOx還元,の6つであるが,(1)~(5)は今年度もひととおりの試験,解析を実施することができた。当初の計画通り,不足分を来年度も十分に行っていき,成果の公表にも力を入れる。(6)の実験に関しては,装置の完成に時間がかかったが,今年度完成し性能試験を開始した段階である。試験を継続し,装置の改良を実施し,来年度に高い性能が実証できるような研究計画を作成中である。

今後の研究の推進方策

今後も引き続き,前期(1)~(6)の実験ならびにシミュレーションを継続して推進する。大学のラボ実験やシミュレーション研究を行う上での問題点は特に発生していない。研究期間中に,企業内に設置している大型の船舶ディーゼルエンジンでの試験の実施や実船試験などを実施すべく,関連企業と調整,打ち合わせ中である。大学でのラボ試験が成功裏に終われば,これらの大規模実証試験の実施もスムーズに実現できると考えている。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Influence of injection of concentrated NOx into diesel engine intake on exhaust gas components and fuel consumption2013

    • 著者名/発表者名
      Keiichiro Yoshida
    • 雑誌名

      Electrical Engineering in Japan (English translation of Denki Gakkai Ronbunshi)

      巻: 182 ページ: 39-47

    • DOI

      10.1002/eej.22341

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 燃焼機器排ガスのプラズマ複合処理技術2013

    • 著者名/発表者名
      大久保 雅章
    • 雑誌名

      プラズマ・核融合学会誌

      巻: 89 ページ: 152-157

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 間接プラズマを用いたディーゼル微粒子低温除去に及ぼす排ガス温度の影響2013

    • 著者名/発表者名
      桑原 拓也
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(B編)(掲載決定)

      巻: 未定 ページ: 未定

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pilot-scale experiments of continuous regeneration of ceramic diesel particulate filter in marine diesel engine using nonthermal plasma-induced radicals2012

    • 著者名/発表者名
      Takuya Kuwahara
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industry Applications

      巻: 48 ページ: 1649-1656

    • DOI

      10.1109/TIA.2012.2209389

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diesel NOx aftertreatment by combined process using temperature swing adsorption, NOx reduction by nonthermal plasma, and NOx recirculation: Improvement of the recirculation process2012

    • 著者名/発表者名
      Keiichiro Yoshida
    • 雑誌名

      Journal of Hazardous Materials

      巻: 231-232 ページ: 18-25

    • DOI

      10.1016/j.jhazmat.2012.06.026

    • 査読あり
  • [雑誌論文] プラズマ複合排ガス処理システムによるクリーンディーゼルエンジンの開発(非熱プラズマおよびEGCRによる除去効率385 g(NO2) / kWhの達成)2012

    • 著者名/発表者名
      桑原 拓也
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(B編)

      巻: 78B ページ: 1029-1033

    • DOI

      10.1299/kikaib.78.1029

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Continuous regeneration characteristics of ceramic particulate filter in marine diesel engine using nonthermal plasma-induced ozone injection2012

    • 著者名/発表者名
      Takuya Kuwahara
    • 雑誌名

      日本マリンエンジニアリング学会誌

      巻: 47 ページ: 379-384

    • 査読あり
  • [雑誌論文] プラズマ複合処理によるスーパークリーンディーゼル・燃焼炉の開発2012

    • 著者名/発表者名
      大久保 雅章
    • 雑誌名

      伝熱

      巻: 51 ページ: 55-63

  • [雑誌論文] Higher-efficiency CO2 dissociation using nonthermal plasma desorption2012

    • 著者名/発表者名
      Masaaki Okubo
    • 雑誌名

      Proc. the 39th IEEE International Conference on Plasma Science

      巻: なし ページ: 計1ページ

  • [学会発表] プラズマ複合排ガス処理によるスーパークリーンディーゼルの開発

    • 著者名/発表者名
      大久保 雅章
    • 学会等名
      自動車技術会ガソリン機関部門委員会
    • 発表場所
      自動車技術会本部(東京)
    • 招待講演
  • [学会発表] プラズマ処理によるスーパークリーンディーゼル・燃焼炉の開発―最近の研究成果の報告―

    • 著者名/発表者名
      大久保 雅章
    • 学会等名
      日本機械学会第21回環境工学総合シンポジウム2011
    • 発表場所
      独立行政法人産業技術総合研究所(東京)
  • [学会発表] 間接プラズマを用いたディーゼル微粒子低温除去に及ぼす排ガス温度の影響

    • 著者名/発表者名
      桑原 拓也
    • 学会等名
      日本機械学会第21回環境工学総合シンポジウム2011
    • 発表場所
      独立行政法人産業技術総合研究所(東京)
  • [学会発表] 間接プラズマによるディーゼル微粒子の低温燃焼完全除去

    • 著者名/発表者名
      西井 俊輔
    • 学会等名
      第29回エアロゾル科学・技術研究討論会
    • 発表場所
      北九州学術研究都市会議場(北九州)
  • [学会発表] Development of Superclean Diesel Engine and Combustor Using Nonthermal Plasma Hybrid Aftertreatment

    • 著者名/発表者名
      Masaaki Okubo
    • 学会等名
      International Symposium on Plasma Science and Technology for Environmental Applications
    • 発表場所
      Zhejiang University (Hangzhou, China)
    • 招待講演
  • [学会発表] プラズマ処理によるスーパークリーンディーゼル・燃焼炉の開発(最近の研究成果)

    • 著者名/発表者名
      大久保 雅章
    • 学会等名
      第36回静電気学会全国大会
    • 発表場所
      八戸工業大学(八戸)
  • [学会発表] 間接プラズマによるディーゼル微粒子フィルターの完全再生特性

    • 著者名/発表者名
      桑原 拓也
    • 学会等名
      第36回静電気学会全国大会
    • 発表場所
      八戸工業大学(八戸)
  • [学会発表] 二塔式プラズマ複合NOx 再循環・還元後処理によるディーゼルエンジンの排ガス浄化

    • 著者名/発表者名
      中口 晴允
    • 学会等名
      第36回静電気学会全国大会
    • 発表場所
      八戸工業大学(八戸)
  • [学会発表] プラズマ複合プロセス後処理装置を用いた船舶ディーゼルエンジンの排ガス浄化実機実験

    • 著者名/発表者名
      桑原 拓也
    • 学会等名
      日本機械学会2012年度年次大会
    • 発表場所
      金沢大学(金沢)
  • [学会発表] プラズマ複合排ガス処理によるスーパークリーンディーゼルの開発

    • 著者名/発表者名
      大久保 雅章
    • 学会等名
      マリンエンジニアリング学術講演会
    • 発表場所
      サンポートホール高松(高松)
  • [図書] プラズマ反応工学(分担執筆)2013

    • 著者名/発表者名
      大久保 雅章
    • 総ページ数
      未定
    • 出版者
      株式会社エヌ・ティー・エス
  • [備考] 大阪府立大学環境保全学研究室

    • URL

      http://www.me.osakafu-u.ac.jp/plasma/

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公開日: 2014-07-24  

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