Development of Air Scrubber Device using Negative Electric Particles for Diesel Combustion Engines

Abstract

Particles PM 2.5 from diesel engines harm for humans and living things. Several world organizations for health and environment therefore launch policies in order to reduce PM2.5 emission for modern cars, such as the Euro Emission Standards 5-6 that strict on the installation of a Diesel Particulate Filter (DPF) for every car. However, using DPF for a long time would degrade capability of PM 2.5 mitigation and thus the regeneration system with temperature higher than 600 degrees Celsius has to be used, but could not be operated at low driving speed; otherwise, a longer driving time is required to achieve sufficient accumulated heat.

This research proposes the application of plasma technology with negative ion generation at high electric voltage level to mitigate PM 2.5 particles, which would never implement for the diesel engines before. The study found that the voltage range of 1-8 kV would be the most suitable range due to the ability of negative ion generation while retain safety for the user. The experimental test results showed that using 8 kV at the surrounding temperature of 25 degree Celsius could reduce particles PM 2.5 with 990 ug Density 7,927 ug/m3 (equivalent to 0.10 liter of the fuel) with the shortest time of 9.00-10.00 minute for 0 ug. In turn, using 1-2 kV spent time of 169.00 -171.00 and 114.00-117.00 minutes, respectively. In addition, researchers also conducted the tests for the case that the surroundings temperature was changed. It is found that when the temperature increased to 30-50 degree Celsius, the time to reduce PM 2.5 reduced to 8.00-9.00 minutes 7.00-8.00 minutes and 7.00-8.00 minutes; which was 11.11-12.50% 25.00-28.58% and 25.00-28.58% in PM 2.5 reduction capability, respectively.

อนุภาค PM2.5 จากไอเสียเครื่องยนต์ดีเซลเป็นอันตรายต่อมนุษย์และสิ่งมีชีวิต องค์กรด้านสุขภาพและสิ่งแวดล้อมระดับโลกหลายองค์กรจึงได้มีการกำหนดมาตรการเพื่อช่วยลดการปล่อยอนุภาค PM2.5 สำหรับรถยนต์ดีเซลรุ่นใหม่ขึ้น เช่น มาตรฐาน Euro Emission Standards 5-6 ได้กำหนดให้มีการติดตั้งอุปกรณ์ Diesel Particulate Filter (DPF) เป็นต้น อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้อุปกรณ์ DPF เป็นระยะเวลานานอาจเกิดการอุดตันและไม่สามารถกรองอนุภาค PM2.5 ได้ DPF จึงจำเป็นต้องมีระบบรีเจนเนอเรชันเพื่อสลายอนุภาค PM2.5 ให้เล็กลงด้วยความร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่า 600 องศาเซลเซียส ซึ่งไม่สามารถทำได้ที่ความเร็วขับเคลื่อนต่ำหรืออาจต้องใช้ระยะเวลานานในการสะสมความร้อนให้เพียงพอ

งานวิจัยนี้เป็นการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีพลาสมาด้วยการสร้างอนุภาคไอออนลบที่ระดับไฟฟ้าแรงดันสูงเพื่อช่วยลดปริมาณอนุภาค PM2.5 ซึ่งพบว่า ยังไม่มีการประยุกต์ใช้กับการลดปริมาณอนุภาค PM2.5 สำหรับไอเสียเครื่องยนต์ดีเซลมาก่อน การศึกษาพบว่า ช่วงแรงดันไฟฟ้า 1-8 กิโลโวลต์ เป็นช่วงแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมในการใช้งานเนื่องจากเป็นช่วงที่สามารถสร้างอนุภาคไอออนลบได้ ในขณะที่ยังปลอดภัยต่อผู้ใช้งาน ผลการทดลองพบว่า การใช้แรงดันไฟฟ้า 8 กิโลโวลต์ ณ อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส สามารถลดปริมาณอนุภาค PM2.5 990 ไมโครกรัม ความหนาแน่น 7,927 ไมโครกรัมต่อตารางเมตร (ปริมาณเทียบเท่ากับใช้เชื้อเพลิง 0.10 ลิตร) สามารถลดปริมาณอนุภาค PM2.5 โดยใช้ระยะเวลาน้อยที่สุด โดยลดลงเหลือ 0 ไมโครกรัม ภายใน 9.00-10.00 นาที ในขณะที่ที่ระดับแรงดันไฟฟ้า 1–2 กิโลโวลต์ ใช้เวลา 169.00-171.00 นาที และ 114.00-117.00 นาที ตามลำดับ ผู้วิจัยยังได้ทำการทดลองเพิ่มเติมสำหรับอุปกรณ์ที่พัฒนาขึ้นในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงระดับอุณหภูมิ ซึ่งพบว่า เมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นเป็น 30-50 องศาเซลเซียส ที่ระดับแรงดันไฟฟ้า 8 กิโลโวลต์ จะใช้ระยะเวลากำจัด PM2.5 8.00-9.00 นาที 7.00-8.00 นาที และ 7.00-8.00 นาที กล่าวคือ สมรรถนะการกำจัดอนุภาคPM2.5 เพิ่มขึ้น 11.11-12.50% 25.00-28.58% และ 25.00-28.58% ตามลำดับ