2016 Fiscal Year Research-status Report
複雑な立体形状に適応した大気圧非平衡プラズマの安定化メカニズム
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15K04715
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
三沢 達也 佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70346873)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 大気圧熱非平衡プラズマ / 立体形状プラズマ / 水－誘電体多層電極 / プラズマ応用 / 放電メカニズム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者が開発した「水―誘電体多層電極」を用いて生成される，立体形状を持つ大気圧プラズマ生成技術のメカニズムの解明を行う為に、誘電体の誘電率，導電率，電気双極子モーメント等の電気的特性を放電中にリアルタイムで計測し，放電挙動と比較することにより，本技術のメカニズムの解明と応用技術の開発を目指している。上記電極を用いた放電形式では，大気圧非平衡プラズマを生成する際に用いられる誘電体に，水などの液体を併用することにより，電界の不均一が発生しやすい立体形状の大気圧非平衡プラズマの生成が可能である。
平成28年度は、前年度に引き続き、上記技術を用いた放電装置の改良、液体誘電体の誘電率、導電率等の電気的特性の計測技術の開発を進めた。前年度に、発生した高電圧の漏電によるトラブルを防ぐための電源および実験装置の条件の設定をし、必要な電源の設計及び手配の一部を行った。また、平成27年度に破損した１次循環系及び２次循環系の冷却装置の修理、修理および装置構成の再検討を行った。
以上の検討と並行し、既存のガラス容器などを用いた水―誘電体多層電極を用いた大気圧放電メカニズムの定性的な解明を進めた。釣り鐘型の複雑形状を持つ電極内部での放電パターンおよび動的挙動と放電条件、特に誘電体である水温との関係を観測した。放電パターンの高速カメラを用いた観測によると、平成２７年度と同様に、ストリーマ状の放電構造が、温度の上昇に伴って移動することが明らかになったが、移動速度が非常に速く、直前の放電構造からの逐次の追跡が難しく、観測方法を検討する必要がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成２７年度に引き続き、実験装置の改良を進めた。放電装置は、ガラス製対向平板電極を用い、電極の法線方向から放電の様子を直接観測することが出来る様にし、放電電極のガラスとアクリル部材で囲まれた領域に水を循環させる。放電電極間にガスを流した後に交流高電圧（Vp-p=10kV、f=10kHz）を印可することで電極間にプラズマを生成する。平成２７年度に発生した、高電圧の漏電による冷却系及び実験装置の破損については、電圧の印可方法、具体的には接地電位に対する各電極の放電電圧の低減と、その為の電源の改造、および計測系の分離によって対処した。電源については、電源メーカーに特殊仕様の電源の設計と開発を依頼し、準備を進めている。また、液体誘電体の誘電率、導電率等の電気的特性の計測については、同時計測を改め、事前に計測する方式とした。
以上の実験と並行して、既存のガラス容器を用いた、水―誘電体多層電極の放電メカニズムの定性的な解明を進めた。既存の釣り鐘型電極を用い、電極内部での放電パターンおよび動的挙動と放電条件、特に誘電体である水温との関係を観測した。温度の上昇に伴って放電構造が変化し、より一様化することは観測できたが、平成２７年度に行った直管形電極を用いた放電で見られた様な、ストリーマ状放電の高速移動および移動スピードの計測については、面内の放電位置の移動速度が速いと思われ、高速カメラでも逐次の追跡が難しく、改善が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２７年度に発生したトラブルに対する対策の目途が２８年度にほぼ立った為、引き続き、いくつかの対策を講じることで、計測を進める。高電圧電源の改造については、平 平成２７年度に発生したトラブルに対する対策の目途が２８年度にほぼ立った為、引き続き、いくつかの対策を講じることで、計測を進める。高電圧電源の改造については、平成２９年度に追加の部品を購入予定である。冷却循環系の耐電圧対策としては、放電電極からガラス製熱交換器までの１次循環系、計測装置及び冷却装置までの２次循環系までの長さを、断熱樹脂チューブを用いて長く保つことにより解決する。水の誘電率は、温度がコントロールされた水循環系と誘電体計測セルの計測系で事前に計測しておき、放電中の水の温度から放電中の誘電率を類推する。リアルタイム計測が可能な計測回路については、絶縁アンプ等を用いた絶縁計測回路を用いる予定である。水温については、放電中でも計測可能であることが分かっている。
放電の様子をマクロレンズ付きデジタルカメラ、高速カメラを用いて観察し、水の誘電率などの電気的パラメータとの比較を行うことによって、放電のメカニズムを明らかにする。温度の上昇に伴って、放電中のストリーマ状放電構造が移動することが分かっており、移動速度、構造と水の温度との因果関係を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
本研究では平成２７年度に、実験で使用する水循環系に、高周波電源から印可された交流高電圧による漏電と、循環冷却装置が漏電によって破損するトラブルが発生した為、電源も含めた対策を行い、新規の交流高電圧電源の購入することに変更した。電源の改造の検討の為に、平成２８年度に電源の一部を先に購入し、主な改造部分を含む部品を平成２９年度に購入することとした。購入予定金額は、およそ７０万円程度であり、その分が次年度使用額として繰り越されている。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
使用計画としては、特に交流高電圧電源の改造された追加部品の購入、および前年度に引き続いて高電圧環境下で誘電率を計測する為に計測方法の開発に用いる。具体的には、交流高電圧電源の出力トランスにセンタータップを設置して接地電位とする電源を採用し、放電電極の接地電位に対する電圧を、放電電極間の放電電圧の半分にすることで、以上のトラブルを防ぐ構成とし、電源回路の改造を依頼した。改造を必要としない電源回路の主要部分は平成２８年度に購入しており、平成２９年度に主な改造を施した部品を追加購入し、実験に利用する。
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Research Products
(1 results)
