○.020.05○.I○.2 ○・s
dp["m]
Fig．2‑13Comparisonofexperimentalparticle penetrationthroughSMWPfilter withpredictedones.
=1.6"m,dip=7．8が、として透過率を推定したのが,Fig.2‑
1 1 の 実 線 で あ る ． 推 定 線 は ， 最 大 透 過 率 付 近 で 多 少 の 実 験 値 よ り 高 く な っ て い る が ， か な り 良 く 実 験 値 の 傾 向 を 表 現 で き て い る ． ま た ，
Fig.2‑13は，凝集粒状のフィルターであるSMWPについて，透過率の 推 定 線 と 実 験 値 を 比 較 し た も の で あ る が ， こ の フ ィ ル タ ー で は , d
is=1.6"m,dip=6．9四mと仮定することにより，推定線は実
験データをうまく表現できることがわかる．なお，これらFigs、2‑
11,13に示したフィルターの公称孔径はいずれも5がmであり，拡
散捕集に有効な孔径dipと比較的近い値となっている．公称の孔径は ， お も に バ プ リ ン グ テ ス ト と 呼 ば れ る 簡 単 な 試 験 に よ り 決 定 さ れ て い る た め ， 粒 子 の 捕 集 に 有 効 な 径 と は 大 き く 異 な っ て も 不 思 議 で は な い と 考 え ら れ る が ， こ の よ う に 比 較 的 近 い 値 に な っ た こ と は 興
味 深 い ．
第 3 章 ェ 1 − ク フ ト 一 ツ ト ご フ ィ ノ レ タ ー の 安 定 ｣ t 生
エ レ ク ト レ ッ ト 繊 維 は 、 半 永 久 的 に 分 極 し た 帯 電 繊 維 で 、 こ の よ うな繊維を充填して作られたエレクトレットフィルターは静電気力 を利用することにより、従来の機械的炉過では達成困難である低圧 損失、高捕集効率を目指したもので、省エネルギー型フィルターと して注目されている。しかし、エレクトレットフィルターは長時間 使用すると集塵性能が低下するといわれているが、これについて定 量的に詳しく述べた研究は少ない。そこで本研究では、まず初期集 塵性能を理論と実験の両面から求め比較検討したのち、長時間使用
し た 場 合 の 湿 度 お よ び 堆 積 粒 子 に よ る 集 塵 性 能 の 経 時 変 化 に つ い て
検 討 を 行 っ た 。
3 ． 1 初 期 捕 集 効 率 の 理 論 解 析
エ レ ク ト レ ッ ト フ イ ル タ ー 繊 維 の 帯 電 量 分 布 の モ デ ル と し て 、 F i g .
3‑1に示すものを用いた。直径df、比誘電率Ef、円柱表面の半 分は正、残り半分は負に分極しており、表面電荷密度は正、負の境 界でo、境界から90oで最大電荷密度Ooとなり最大電荷密度の 回転角から角度ゆでの表面電荷密度をO(｡)=OoCOSゅと表わすこ と が で き る と 仮 定 す る 3 ） 。 こ の 場 合 、 平 均 表 面 電 荷 密 度 は 、 o ＝
2o｡/兀となる。気流の流れ方向と平行に円柱中心を原点として x軸をとり、x軸からの最大電荷密度の回転角をrとすると、円柱近 傍 の 電 界 強 度 の r 、 e 方 向 成 分 は 次 式 で 表 わ す こ と が で き る 。
y
】【
X
Fig.3‑1Electrostaticchargedistributiononan
electretfiber.
兀Odf2COS(､e一γ）
E r =
8 E ｡ ( 1 + E f ) r 2
兀odfzsin(e一γ）
(3−1）
E ■■■■■■d ■ ■ ■ ■ ■
S E ｡ ( 1 + E f ) r 2
こ こ で 、 E o は 真 空 の 誘 電 率 で あ る 。 繊 維 の み 帯 電 し て い る 場 合 に 働 く 誘 起 力 、 お よ び 繊 維 、 粒 子 と 共 に 帯 電 し て い る 場 合 に 働 く ク ー ロ ン カ を そ れ ぞ れ 求 め 、 E q . ( 3 ‑ 2 ) で 与 え ら れ る 慣 性 項 を 無 視 し た 粒 子 の 運 動 方 程 式 に 代 入 し 、 r = 2 r / d f , u = u / u , v = v / u , t = 2 t u / d f で 無 次 元 化 す る と 、 誘 起 力 が 働 く 場 合 の 粒 子 の 無 次 元 運 動 方 程 式 は E q . ( 3 ‑ 3 ) と な る 。
(3−2）
v = u + B F
d r l
vr=‑‑‑‑‑‑=ur‑KIn‑‑‑‑‑‑
d t V･5
ｕ
一一
８ｔ ．ｄ
ｒ
ｌ−ｖ
(3−3）
1 KIn=一一
6
e p− 1 C c 7 Z 2 O Z d p z
E p + 2 s o ( 1 + E f ) 2 " d f u
(3−4）
K 】 n は 誘 起 力 と 流 体 抗 力 の 大 き さ の 比 を 表 わ す 無 次 元 パ ラ メ ー タ で 、 誘 起 力 パ ラ メ ー タ と 呼 ば れ る 。 円 柱 回 り の 流 れ に 桑 原 流 れ を 用 い、Eq.(3‑3)を桑原セル境界上から出発点高さを種々に変えて逐次 積 分 し て 粒 子 軌 跡 を 計 算 し 、 限 界 粒 子 軌 跡 を 得 る こ と に よ り 単 一 繊 維 捕 集 効 率 を 求 め た 。 ク ー ロ ン カ が 働 く 場 合 の 単 一 繊 維 捕 集 効 率 は 、 B r o w n が 行 っ た と 同 様 、 次 式 で 表 わ さ れ る 粒 子 の 流 れ 関 数 抄 p を 導 入 し 、 流 体 の 流 れ 関 数 抄 に 桑 原 流 れ を 用 い て 、 E q . ( 3 ‑ 5 ) 式 か ら 限 界 粒 子 軌 跡 を 得 る こ と に よ り 求 め た 。
s i n ( e 一 γ ） u ' p = 抄 − K c
r ・
C c n p e o
(3−5）
K c = ( 3 ‑ 6 )
6 E ｡ ( 1 + E f ) " d p u
K c ク ー ロ ン カ と 流 体 抗 力 の 大 き さ の 比 を 表 わ す 無 次 元 パ ラ メ ー タ で ク ー ロ ン カ パ ラ メ ー タ と 呼 ば れ る 。
F i g . 3 ‑ 2 に 粒 子 軌 跡 計 算 結 果 の 一 例 を 示 す 。 ( a ) は 誘 起 力 が 働 く 場 合 で あ り 、 質 点 粒 子 の 場 合 、 限 界 粒 子 軌 跡 を と る 粒 子 は 後 方 淀 み 点 で 捕 集 さ れ る こ と か ら 粒 子 は 円 柱 全 面 に 沈 着 す る こ と が わ か る 。
( b ) ( c ) は ク ー ロ ン カ が 働 く 場 合 で あ り 、 粒 子 軌 跡 は γ に 大 き く 依 存 し 、 質 点 粒 子 は 粒 子 の も つ 電 荷 と 反 対 極 性 の 円 柱 表 面 全 て に 沈 着 す る の で は 無 く 、 捕 集 さ れ る 範 囲 は γ に よ り 異 な る こ と が わ か る 。 α を 変 化 さ せ て 計 算 を 行 っ た 結 果 、 粒 子 が ほ ぼ 質 点 と 見 な せ る 場 合 誘 起 力 に よ る 単 一 繊 維 捕 集 効 率 刀 ！ n は 次 の 近 似 式 で 表 わ す こ と
が で き る 。
ー
●●●０００
■兎
○.44B
ロ■■■
' 】 q 4 C
4【】【
.950
フ■｡.OE rplROo
兄 .BIg
】̲‐】【
Fig.3‑2Examplesofcalculatedparticletrajectories.
0 ． 9 3
刀,n=1．48KIn (10‑4<K!n≦10‑2)
刀Ⅱn=0.51hx‑o･35K]no･73I10‑2<K#n<10o)(3‑7) 刀Ⅱ｡=0.38hk‑o･49K]no･44(10o<K]n<102)
こ こ で h k = ‑ 0 . 5 1 n q + α − 0 . 2 5 q 2 ‑ 0 . 7 5 は 桑 原 の 水 力 学 因 子 で あ る 。 ま た ク ー ロ ン カ が 働 く 場 合 は 実 際 の フ ィ ル タ ー 内 で は γ は ラ ン ダ ム で あ る と 考 え ら れ る の で 全 面 の 刀 c を 平 均 化 し た 単 一 繊 維 捕 集 効 率 を 刀 c と す る と 、 次 の 近 似 式 で 表 わ さ れ る 。
刀 c = 0 . 7 8 K c (10‑3<Kc<10‑｣)
（3−8） 刀c=0.59hx‑o･)7Kco･83(10‑3<Kc<10‑])
3 ． 2 初 期 捕 集 効 率 の 実 験 的 検 討
3 ． 2 ． 1 実 験 装 置 お よ び 方 法
実 験 装 置 を F i g . 3 ‑ 3 に 示 す 。 粒 子 発 生 装 置 よ り 発 生 し た セ バ シ ン 酸 ジ オ ク チ ル ( D O S ) 液 体 粒 子 を D M A で 分 級 し た 後 、 粒 子 帯 電 数 を 調 整 し フ ィ ル タ ー テ ス ト 部 へ 送 る 。 フ ィ ル タ ー テ ス ト 部 で フ ィ ル タ ー 前 後 の エ ア ロ ゾ ル 濃 度 を C N C で 測 定 し 透 過 率 P を 求 め る 。 実 験 は 構 造 が 全 く 同 じ で あ る 無 帯 電 フ ィ ル タ ー と エ レ ク ト レ ッ ト フ ィ ル タ ー を 用 い 、 無 帯 電 フ ィ ル タ ー に つ い て は 無 帯 電 粒 子 、 エ レ ク ト
レ ッ ト フ ィ ル タ ー に つ い て は 無 帯 電 粒 子 お よ び 、 帯 電 数 が 1 お よ び 、 2 の 帯 電 粒 子 に つ い て 透 過 率 の 測 定 を 行 っ た 。
3 ． 2 ． 2 実 験 結 果 お よ び 考 察
Fig.3‑4に実験結果の一例としてu=30cm/sでのPとd霧の関係
を 示 す 。 繊 維 、 粒 子 と も に 無 帯 電 の 場 合 と 繊 維 の み 帯 電 し て い る 場
HMSupply
韮 三 欝 孑 f 両
D M A
争 孵 l u t e
pexcessoIr
sin9lyd]orged derosol
generotor silicogel filtertest section muijiplechorged
H M
D M A
241
A m
241
A、
fil#er unchorged
: H M pressure
雀
tronsduc
241
A m
一一
v o c u u m
pump
Fig.3‑3Experimentalsetupforthemeasurementof perticlepenetrationthroughelectretmters.
合 を 比 較 す る と 、 粒 径 が 小 さ い と こ ろ で は 両 者 は 一 致 し て い る が 粒 径 が 大 き く な る に つ れ て 誘 起 力 が 働 く た め 帯 電 繊 維 の デ ー タ が 低 く な っ て い る 。 ま た 、 繊 維 、 粒 子 と も に 帯 電 し て い る 場 合 に は 、 繊 維 の み 帯 電 し て い る 場 合 の デ ー タ と 比 較 す る と 、 粒 径 が 小 さ い 領 域 で は 、 ク ー ロ ン カ が 有 効 と な る た め 帯 電 粒 子 を 用 い た 場 合 の 透 過 率 は 著 し く 小 さ く な っ て い る が 、 粒 径 が 大 き く な る に つ れ て ク ー ロ ン カ が 弱 ま る た め 両 者 は 一 致 し て い る 。 繊 維 、 粒 子 と も に 無 帯 電 の 場 合 の 透 過 率 か ら 求 め た 単 一 繊 維 捕 集 効 率 を 刀 凹 、 帯 電 繊 維 一 無 帯 電 粒
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