In the present study, a simple corona-wire charger for unipolar diffusion charging of aerosol particles is designed, constructed, and characterized. Experimental characterizations of the electrostatic discharge in terms of current-voltage relationships of positive and negative coronas of the corona-wire charger are also presented and discussed. The charging current and ion concentration in the charging zone increased monotonically with corona voltage. The negative corona showed higher current than the positive corona. At the same corona voltages, the current in the discharge zone is about 600 times larger than the charging current. The ion number concentrations ranged within approximately $5.0{\times}10^{10}$ to $1.24{\times}10^{16}$ and $4.5{\times}10^{12}$ to $2{\times}10^{16}$ ions/$m^3$ in the discharge and charging zones, respectively. A numerical model is used to predict the behavior of the electric potential lines. Numerical results of ion penetration through the inner electrode are in good agreement with the experimental results.
In this paper, the unipolar corona-needle charger was developed and its capabilities were both numerically and experimentally investigated. The experimental corona discharges and particle losses in the charger were obtained at different corona voltage, aerosol flow rate and particle diameter for positive and negative coronas. Inside the charger, the electric field and charge distribution and the transport behavior of the charged particle were predicted by a numerical simulation. The experimental results yielded the highest ion number concentrations of about $1.087{\times}10^{15}ions/m^3$ for a positive corona voltage of about 3.2 kV, and $1.247{\times}10^{16}ions/m^3$ for a negative corona voltage of about 2.9 kV, and the highest $N_it$ product for positive and negative coronas was found to about $7.53{\times}10^{13}$ and $8.65{\times}10^{14}ions/m^3$ s was occurred at the positive and negative corona voltages of about 3.2 and 2.9 kV, respectively, and the flow rate of 0.3 L/min. The highest diffusion loss was found to occur at particles with diameter of 30 nm to be about 62.50 and 19.33 % for the aerosol flow rate of 0.3 and 1.5 L/min, respectively, and the highest electrostatic loss was found to occur at particles with diameters of 75 and 50 nm to be about 86.29 and 72.92 % for positive and negative corona voltages of about 2.9 and 2.5 kV, respectively. The numerical results for the electric field distribution and the charged particles migration inside the charger were used to guide the description of the electric field and the behavior of charged particle trajectories to improve the design and refinement of a unipolar corona-needle charger that otherwise could not be seen from the experimental data.
오늘날 탄소 및 배기가스 저감을 위한 해결책으로 전기자동차의 개발 및 보급이 증가하고 있다. 국내에서는 환경부 주관으로 전기 자동차의 보급과 충전기의 확충이 해마다 빠른 속도로 증가하고 있다. 본 논문에서는 전기 자동차 충전기의 보급과정에서 필연적으로 나타나는 고장에 관한 문제를 해결하기 위하여 전기 자동차 및 충전기 양쪽의 충전관련 고장에 대한 신속한 점검을 가능하게 하는 휴대용 스마트 시험 기술에 대하여 연구하였다. 전기 자동차 및 충전기 간의 통신 프로토콜의 정상동작을 검증하기 위해 하드웨어 모듈과 소프트웨어를 구성하였으며, V2G 기술까지 고려된 국제 표준규격에 기반을 둔 휴대용 시험기를 개발하여 시험 평가하였다.
In order to reduce particulate matters (PM) from marine diesel engines, we developed novel electrostatic diesel particulate matter filtration system. Electrostatic diesel particulate filtration (DPF) system consists of electrostatic charger and filtration part. The electrostatic charger and filtration part are composed of a metal discharge electrode and a metal fiber filter (porosity: 68.1-86.1%), respectively. In the electrostatic charger part, diesel soot particles are reduced by electrostatic force. The filtration part after electrostatic charger part reduces diesel soot particles through inertial and diffusion forces. The filtration efficiency of electrostatic DPF system was examined through the experiments using engine dynamometer system (300 kW) and ship (200 kW). The PM reduction efficiencies due to inertial and electrostatic forces showed about 70-75% and 80-90%, respectively, according to the RPM of the engine. The differential pressure of the electrostatic DPF system applied to the ship was about 1-9 mbar, which was less than the allowable differential pressure for ship engines in South Korea (100 mbar). The results show that the electrostatic DPF system is suitable for application to the PM reduction emitted from ships.
Numerous researchers have proposed that surface area is a more appropriate indicator than mass for evaluating pulmonary inflammatory responses caused by exposure to fine and ultrafine particles. In this study, measurements of surface area concentrations of aerosols were conducted in Yokohama, Japan, using the diffusion charging method. $PM_{2.5}$ mass concentration and black carbon concentration in $PM_{2.5}$ were also measured. The 24-hour continuous measurement campaigns were conducted 39 times from March to November, 2014. The surface area concentration was more closely correlated with the black carbon concentration than with the $PM_{2.5}$ mass concentration. It is considered that the abundance of black carbon particles significantly affects the surface area concentration of $PM_{2.5}$. The strength of the correlation between the surface area and black carbon concentrations varied considerably among the measurement campaigns. A relatively weaker afternoon correlation was observed compared with the other time zones (morning, evening, and night). We consider that these phenomena are due to the transportation/formation of the particles other than black carbon that affects surface area concentration and/or the variation of the surface condition of the black carbon particles.
Unipolar diffusion charging of non-spherical particles was investigated for various particle shapes. We researched with TiO$_2$agglomerates produced by the thermal decomposition of titanium tetraisopropoxide (TTIP) vapor. TTIP was converted into TiO$_2$, in the furnace reactor and was subsequently introduced into the sintering furnace. Increasing the temperature in the sintering furnace, aggregates were restructured into higher fractal dimensions. The aggregates were classified according to their mobility using a differential mobility analyzer. The projection area and the mass fractal dimension of particles were measured with an image processing technique performed by using transmission electron microscope (TEM) photograph. The selected aggregates were charged by the indirect photoelectric-charger and the average number of charges per particle was measured by an aerosol electrometer and a condensation particle counter. For the particles of same mobility diameter, our results showed that the particle charge quantity decreases as the sintering temperature increases. This result is understandable because particles with lower fractal dimension have larger capacitance and geometric surface area.
Background: Surfactant-containing water sprays are commonly used in coal mines to collect dust. This study investigates the dust collection performance of different surfactant types for a range of coal dust particle sizes and charges. Methods: Bituminous coal dust aerosol was generated in a wind tunnel. The charge of the aerosol was either left unaltered, charge-neutralized with a neutralizer, or positively- or negatively-charged using a diffusion charger after the particles were neutralized. An anionic, cationic, or nonionic surfactant spray or a plain water spray was used to remove the particles from the air flow. Some particles were captured while passing through spray section, whereas remaining particles were charge-separated using an electrostatic classifier. Particle size and concentration of the charge-separated particles were measured using an aerodynamic particle sizer. Measurements were made with the spray on and off to calculate overall collection efficiencies (integrated across all charge levels) and efficiencies of particles with specific charge levels. Results: The diameter of the tested coal dust aerosol was $0.89{\mu}m{\pm}1.45$ [geometric $mean{\pm}geometric$ standard deviations (SD)]. Respirable particle mass was collected with $75.5{\pm}5.9%$ ($mean{\pm}SD$) efficiency overall. Collection efficiency was correlated with particle size. Surfactant type significantly impacted collection efficiency: charged particle collection by nonionic surfactant sprays was greater than or equal to collection by other sprays, especially for weakly-charged aerosols. Particle charge strength was significantly correlated with collection efficiency. Conclusion: Surfactant type affects charged particle spray collection efficiency. Nonionic surfactant sprays performed well in coal dust capture in many of the tested conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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