温度・湿度を操作する空気清浄法の浮遊粒子状物質輸送特性

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空気中の浮遊粒子状物質を加熱加湿・冷却除湿を行う温度・湿度の操作により除去する空気清浄法の確立を目指し, 除去特性の実験的検証と除去メカニズムのモデル化を行った. 本手法は, 冷却除湿時に生じる熱泳動・吸い込み流れ・核凝縮により粒子を壁面へ輸送する事で, ナノ～ミクロンサイズにわたる全浮遊粒子状物質を除去する事を意図して着手したものである. 大気を試料空気とし温湿度操作を行った結果, 残存率(出口濃度/入口濃度)は絶対湿度差(加湿後・除湿後空気の絶対湿度の差)に対して指数的に減衰する傾向となり, 入口濃度21～9800個/ccの範囲で粒子濃度依存性は無く, 高流速なほど除去性能が低下する特性となった. 粒径毎にみると, 絶対湿度差0.06以下の条件では総数同様指数的減衰であったが, 0.06以上では粒径0.3～1ミクロンの範囲で小さい階級から順次増加に転じた. これは, 入口で0.3ミクロン以下であった粒子が核凝縮(浮遊粒子を核に水蒸気が凝縮して液滴となる)で成長したためである. 続いて, 然泳動(温度勾配で粒子が低温側へ移動)吸い込み流れ(壁面での水蒸気の凝縮に伴うStefan流れ)の粒子除去効果をモデル化・解析した, その結果, 除去率は実験結果に対して少なく見積もられ, 除去効果は温湿度操作量のみで決まり, 流速にはよらない結果となった. この結果は実験結果に反するものであり, モデルが実験環境を正確に説明していないと考えられる. そこで, 核凝縮で成長した粒子が重力沈降により除去される効果の検証に取り組んだ. まず, レーザーシート光を流路内に照射し, 成長粒子の散乱光軌跡の観察を行うと, 除湿器内で粒子が降下し流路底部に到達する軌跡が観察された. さらに, レーザー干渉画像法による浮遊液滴径計測を行ったところ, 10.7ミクロンにピークを持つ液滴径分布となった. 両結果からは自然対流で流路下部へ輸送された粒子が重力で分離され流路底部へ沈着するという除去機構が導かれた.