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2013 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

本年度は引き続き以下A,Bの研究を各研究者協働で継続実施し,不足点の検討を重点的に行った。
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(Diesel Particulate Filter, 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,最適化した。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。主な内容は以下の通りである。
1.リアクタの最適化:DPF再生のためのリアクタを試作し,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実施した。
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た実験と解析を行った。
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。この原理に基づく浄化システムを試作し試験を行う。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解析,試験を行った。

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,成果の公表にもさらに力を入れる。(6)の実験に関しては,装置の改良に時間がかかったが,今年度中に一通りの性能試験を実施し終えた段階である。試験を継続し,装置の改良を実施し,来年度にさらに高い性能が実証でき,実験を完遂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 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (13件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (5件) 図書 (2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Pilot-Scale Aftertreatment Using Nonthermal Plasma Reduction of Adsorbed NOx in Marine Diesel-Engine Exhaust Gas2014

    • 著者名/発表者名
      T. Kuwahara, K. Yoshida, T. Kuroki, K. Hanamoto, K. Sato, M. Okubo
    • 雑誌名

      Plasma Chemistry and Plasma Processing, Springer

      巻: 34 ページ: 65-81

    • DOI

      10.1007/s11090-013-9486-0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ガラス溶解炉向けオゾン注入・ケミカル複合脱硝処理システム ―半乾式モデル装置による試験―2014

    • 著者名/発表者名
      黒木智之,山本柱,藤島英勝,髙田大地,山戸雄介,大久保雅章
    • 雑誌名

      静電気学会誌

      巻: 38 ページ: 52-58

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Marine Diesel Particulate Emissions Control Using Ozone Injection2014

    • 著者名/発表者名
      M. Okubo, K. Yoshida, T. Kuwahara, T. Kuroki
    • 雑誌名

      Abstract for International Conference of PM2.5 & Energy Security 2014

      巻: 1 ページ: 47-47

  • [雑誌論文] プラズマ複合排ガス処理によるスーパークリーンマリンディーゼルの開発2014

    • 著者名/発表者名
      桑原拓也, 黒木智之, 吉田恵一郎, 花本健一, 佐藤和利, 大久保雅章
    • 雑誌名

      日本マリンエンジニアリング学会誌

      巻: 48 ページ: 540-545

  • [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,西本昌文,吉田恵一郎,黒木智之,大久保雅章
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(B 編)

      巻: 79 ページ: 723-727

    • DOI

      10.1299/kikaib.79.723

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Towards Ideal NOx Control Technology for Bio-Oils and a Gas Multi-Fuel Boiler System Using a Plasma-Chemical Hybrid Process2013

    • 著者名/発表者名
      H. Fujishima, K. Takekoshi, T. Kuroki, A. Tanaka, K. Otsuka, M. Okubo
    • 雑誌名

      Applied Energy, Elsevier

      巻: 111 ページ: 394-400

    • DOI

      10.1016/j.apenergy.2013.05.011

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Complete Regeneration Characteristics of Diesel Particulate Filter Using Ozone Injection2013

    • 著者名/発表者名
      T. Kuwahara, S. Nishii, T. Kuroki, M. Okubo
    • 雑誌名

      Applied Energy, Elsevier

      巻: 111 ページ: 652-656

    • DOI

      10.1016/j.apenergy.2013.05.041

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diesel Emission Control Technology Using Nonthermal Plasma Hybrid Process2013

    • 著者名/発表者名
      M. Okubo, T. Kuwahara, K. Yoshida, M. Kawai, K. Hanamoto, K. Sato, T. Kuroki
    • 雑誌名

      Total Marine Proceedings of 27th CIMAC World Congress on Combustion Engine Technology for Ship Propulsion, Power Generation and Rail Traction

      巻: Paper No. 153 ページ: 全13ページ

  • [雑誌論文] Total Emission Control for Multi-Fuel Boiler System with Plasma-Chemical Aftertreatment2013

    • 著者名/発表者名
      H. Fujishima, K. Fukumoto, T. Kuroki, A. Tanaka, K. Otsuka, M. Okubo
    • 雑誌名

      International Conference on Electrostatic Precipitation 2013

      巻: 1 ページ: 全7ページ

  • [雑誌論文] Pilot-Scale Experiment of Total Marine Diesel Emission Control Using Ozone Injection and Nonthermal Plasma Reduction2013

    • 著者名/発表者名
      T. Kuwahara, T. Kuroki, M. Okubo, K. Yoshida, K. Hanamoto and K. Sato
    • 雑誌名

      Conference Record of 2013 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting

      巻: 1 ページ: 全11ページ

  • [雑誌論文] Super Clean Diesel Engine Power Generation Using Plasma Hybrid Aftertreatment2013

    • 著者名/発表者名
      M. Okubo, M. Kawai, T. Kuroki, T. Kuwahara, K. Yoshida, K. Hanamoto, K. Sato
    • 雑誌名

      Proceedings of IWEC2013

      巻: 1 ページ: 全11ページ

  • [雑誌論文] 後処理―その性能と新方式2013

    • 著者名/発表者名
      大久保雅章
    • 雑誌名

      日内連技報第6号, 世界の内燃機関の最新技術と動向,「第27回CIMAC上海大会」 報告, 日本内燃機関連合会

      巻: 1 ページ: 133-137

  • [雑誌論文] プラズマ処理によるスーパークリーンマリンディーゼルの開発-PM・NOxの総合的浄化システム-2013

    • 著者名/発表者名
      大久保雅章,桑原拓也,黒木智之
    • 雑誌名

      静電気学会誌

      巻: 37 ページ: 256-261

  • [学会発表] 気液界面プラズマによる排ガス浄化2013

    • 著者名/発表者名
      桑原拓也,西井俊輔,泉卓磨,黒木智之,大久保雅章
    • 学会等名
      電気学会平成25年基礎・材料・共通部門大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(横浜)
    • 年月日
      20130912-20130913
  • [学会発表] プラズマ複合処理による船舶ディーゼルエンジンの総合的排ガス処理技術2013

    • 著者名/発表者名
      大久保雅章,桑原拓也,河井将史,黒木智之,吉田恵一郎,花本健一,佐藤和利
    • 学会等名
      第83回マリンエンジニアリング学術講演会
    • 発表場所
      グランシップ静岡(静岡)
    • 年月日
      20130902-20130904
  • [学会発表] 燃焼機器排ガスのプラズマ複合処理技術 (最近の研究成果の報告)2013

    • 著者名/発表者名
      大久保雅章,桑原拓也,藤島英勝,黒木智之
    • 学会等名
      日本機械学会第23回環境工学総合シンポジウム2013
    • 発表場所
      東京海洋大学(東京)
    • 年月日
      20130710-20130712
  • [学会発表] プラズマ形成ラジカルを用いた船舶ディーゼルエンジンの排ガス微粒子浄化技術2013

    • 著者名/発表者名
      桑原拓也,吉田恵一郎,花本健一,佐藤和利,黒木智之,大久保雅章
    • 学会等名
      日本機械学会第23回環境工学総合シンポジウム2013
    • 発表場所
      東京海洋大学(東京)
    • 年月日
      20130710-20130712
  • [学会発表] プラズマ複合排ガス処理技術の基礎と産業応用2013

    • 著者名/発表者名
      大久保雅章
    • 学会等名
      日本機械学会環境工学部門, 大気圧プラズマによる環境対策に関する特別講演会―健康社会・環境改善のための最先端プラズマ技術
    • 発表場所
      日本機械学会(東京)
    • 年月日
      20130508-20130508
  • [図書] 大気圧プラズマ反応工学ハンドブック―反応過程の基礎とシミュレーションの実際第5章 伝熱の基礎2013

    • 著者名/発表者名
      神原信志,野崎智洋,安岡康一,佐藤岳彦,大久保雅章,関根泰,渡邉隆行,小野亮,竹内希,西田哲,小室淳史,三浦友規,高木浩一,森田一二夫,島田竜太郎,斎藤敬
    • 総ページ数
      27
    • 出版者
      株式会社エヌ・ティー・エス
  • [図書] IR分析テクニック事例集 13章 ガス状の試料を分析 3-7節,14章 表面の状態を解析する 5節2013

    • 著者名/発表者名
      大久保雅章,黒木智之 他
    • 総ページ数
      12
    • 出版者
      株式会社技術情報協会
  • [備考] 大阪府立大学 環境保全学研究グループ

    • URL

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

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公開日: 2015-05-28  

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