試験研究

　当財団の定款第４条第１項第（2）号に定める事業の一環として、工業技術の発明考案の実用化の試験研究及び提言事業を実施し我が国の工業技術水準の向上に寄与することを目的とする。

「粒子状物質の有害性評価のための気中粒子操作分析技術の応用」

　本研究では、慶應大が保有する気中粒子操作分析技術（例えば、バーチャルインパクターやサイクロン、ただしこれらに限らない）を粒子状物質の有害性評価に応用する技術を、天野工技研と共同で開発することを目的として試験研究事業を実施した。

3.1.　小型可搬開閉型サイクロン装置の共同製作

3.2.　小型開閉型サイクロンを用いた粒子状物質捕集装置のスケールアップ

　小型サイクロン装置の大気粒子捕集性能が高いことは慶應大にて実証済み（Alimov et al., 2022, AJAE 16, 103-121）であるが、その一方でサイクロンが小型かつ大流量であり圧力損失が大きくなるため、空気を吸引するためには強力なポンプが必要であった。今後装置をスケールアップして粒子捕集量を増やしていくにあたり、複数個のサイクロンを大型ポンプで吸引させた際の実証データが必要である。そこで、従来よりも大型のポンプを選定し、慶應大屋上にてサイクロンを接続して稼働を開始した。経緯は以下の通り。
2022/ 6/15　ポンプ発注（オリオン KCPH30-V-01A-50）
2022/ 9/ 2　ポンプ設置工事完了
2022/10/ 7　ポンプ配管接続完了、試運転開始

3.3.　小型開閉型サイクロン内部のCFD解析

　小型サイクロン装置の主要デバイスであるサイクロン本体の内部諸元は市販品（URG-2000-30EHB, 50%分粒径 1 μm@16.7 L/min）に基づいているが、本装置のように想定よりも大流量（約 100 L/min）を通気させる際には、諸元に最適化の余地がある。そこで、サイクロン本体内部の流れ特性を解析するため、CFD シミュレーションを構築した。流れ場データを解析したところ、流量を80、90、100 L/minと変化させると渦構造が明らかに変化することが示唆された。経緯は以下の通り。
2022/10/ 3　サイクロン内部シミュレーションの構築開始
2022/12/27　流体シミュレーションのプロトタイプ完成、初期の流れ場データ解析実施

　3.3.1.　解析結果

流体シミュレーションの諸条件は以下の通りとした。

▽数値モデル

・ソフトウエア:OpenFOAM v9 （https://openfoam.org）

・方法:定常、非圧縮、単相（流体）

・乱流モデル:Reynolds-averaged Navier Stokes （RANS）、kOmegaSST

▽使用 PC

・CPU:AMD Ryzen9 7950X 4.50 GHz 16C/32T （RAM 128 GB）

▽流体物質

・密度:1.2 kg/m³

・粘度:1.8×10^-5 Pa s

▽メッシュ

・要素数:130,595

・ベースの要素:1 mm

・壁面近傍のメッシュ層数:4

・拡大率:1.0

　K-TRiC の小型サイクロンの諸元を設定し、サイクロン内部の流体挙動を解析した結果を Fig. 1 に示す。これより、操作流量に応じたサイクロン内部の流体シミュレーション結果が得られることがわかった。今後は粒子シミュレーションを実施し、さらに計算結果と実測値の比較を実施する予定である。

Fig. 1.　製作した小型サイクロン（開閉型）の写真と流体シミュレーションの結果

研究期間(年度）	試験研究	共同研究
1963ー1979	新しい電子式タクシーメータシステムの開発
1987ー1990	火花点火機関における燃焼ガス温度の測定
1987ー1990	風向・風速データ統計処理装置の開発
1993－1999	電力回生式三相交流誘導電気動力計の開発
2003ー2009		動力計の新しい方式に関する基礎研究
2010－2015	太陽光発電に於ける発電効率改善の研究
2012－2016		高出力化が可能な熱電変換の研究
2016－2020		高速＆低温メタン化でCO2の削減と利活用を図る構造体触媒変換システムの開拓
2019－2020	小型木材チップ製造機の調査・開発
2022～		粒子状物質の有害性評価のための大流量開閉式サイクロン装置の開発実用化

　年次報告書の発行年度別のリストである。実施年度は、1年前である。実施されているが、報告されていない継続研究はのっていない。