2004 Fiscal Year Annual Research Report
エネルギー可変型バリア放電による高密度広断面大気圧プラズマの発生と産業応用
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14380207
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
藤原 民也 岩手大学, 工学部, 教授 (70042207)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 浩一 岩手大学, 工学部, 助教授 (00216615)
向川 政治 岩手大学, 工学部, 助手 (60333754)
小石原 利明 岩手製鉄(株), 次長・研究職
桑島 孝幸 岩手県工業技術センター, 主任専門研究員
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| Keywords | 大気圧プラズマ / 自己消弧型放電 / 誘電体バリア放電 / マイクロ放電 / 投入エネルギー / 広断面積化・高密度化 / 放電機構 / 進展速度 |
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| Research Abstract |
本研究では、従来の誘電体バリア放電とは異なる新しい方式CCMD(Capacity-Coupled Multi Discharge)を考案し、プラズマへの投入エネルギーの増大化、大気圧プラズマの広断面積化・高密度化、放電機構の解明と電気物理的特性の明示を目的とした研究を行った。CCMDは、誘電体バリア放電における誘電体を、消弧用コンデンサに置き換えた放電形式である。産業応用に対する取り組みとして、本プラズマをオゾン生成に応用し、プラズマによる排ガス処理の技術向上と実用化について検討した。以下にこれまでの成果をまとめる。
1)放電機構の解明:新方式CCMDにおける大気圧プラズマは、無声放電と同様に、絶縁破壊によるマイクロ放電の発生と自己消弧を繰り返すことによって持続されている。消弧用コンデンサに接続された針電極の電位は、10ns程度の短いマイクロ放電で消弧用コンデンサが充放電されることによって変動する。本研究では、この針電極の電位変動によって自己消弧がおこることを実験的に明らかにした。また、短ギャップ(1mm程度)と長ギャップ(3mm以上)では放電形態が異なることを明らかにし、短ギャップにおいて投入電力の理論式を得た。
2)プラズマへの投入電力の制御:本研究で解明された放電機構の情報に基づけば、プラズマへの投入エネルギーは、印加電圧と絶縁破壊電圧の比(特に整数部分)に比例し、消弧用コンデンサの容量に比例し、放電の周波数に比例する。本研究では、これら3つの要素を独立に制御することで、プラズマへの投入電力を制御することに成功した。
3)マイクロ放電の進展速度:電気物理的特性としてマイクロ放電の進展速度を光学的方法で測定したところ、放電の進展速度は約3×10^5m/sであることが明らかとなった。
4)オゾン生成への応用:CCMD方式の広断面化のため29本の針電極を並列接続し、この方式でオゾン生成を試みた。その結果、酸素原料で41.5g/kWhのオゾン生成効率を得た。
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