2017 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
| Project/Area Number |
15K04715
|
|---|
| Research Institution | Saga University |
|---|
Principal Investigator |
三沢 達也 佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70346873)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 大気圧熱非平衡プラズマ / 立体形状プラズマ / 水ー誘電体多層電極 / プラズマ応用 / 放電メカニズム |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
申請者が新たに開発した「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29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と電気的特性の計測技術の開発を進めた。研究機関中に発生した高電圧の漏電によるトラブルを防ぐため、必要な電源の設計、準備を行った。
以上の検討と並行し、平行平板型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。平行平板型の単純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を観測した。電極間に複数の柱状放電からなる大気圧放電が観測された。また、放電電圧などの放電パラメータの変化に伴って、柱状放電の密度が増加し、細分化されることが分かった。柱状放電の移動スピードは、直管型電極や釣り鐘型電極を用いた場合と比べてかなり遅く、電界が比較的均一の為、誘電体内での温度分布が緩和されるなどの理由により、移動スピードが減少している可能性が示唆される。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成28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、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。前年度までに発生した、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、電圧の印可方法の改善と、その為の電源の改造、および計測系の分離によって対処する。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、準備を行った。
以上の実験と並行して、上記のガラス対向平板容器を用いた、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。平行平板型の単純形状を持つ電極を用い、放電領域内で発生する放電パターンと動的挙動、放電条件に付いて実験を行った。一般的なバリア放電プラズマと同様に、電極間を繋ぐ様な複数の柱状放電からなる大気圧放電が観測された。さらに、それらの放電構造が時間的に位置を移動しながら、連続的に放電する様子が観測され、直管状や釣り鐘状の電極と同様に、水の誘電率の変化に伴って放電構造が動的に移動していることが示唆される。また、柱状放電の移動スピードは、直管状や釣り鐘型の電極の場合に比べてかなり遅い。電界が比較的均一である為、誘電体内での温度分布や電界分布が緩和されるなどの理由により、移動スピードが減少している可能性が示唆される。
|
| Strategy for Future Research Activity |
発生したトラブルに対する対策の目途がほぼ立った為、引き続き、実験と計測を進める。高電圧電源の改造については、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、放電中の水の温度から放電中の誘電率を類推する。
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。
|
| Causes of Carryover |
研究で必要であるペルチェ式循環系冷却システムが、原理上、冷却水に印可される高電圧に起因する漏電によって破損し、その修理、電源回路の変更などの耐電圧対策、装置の設計変更に想定以上の時間を取られた。また、上記理由に起因し、成果発表等が遅れている為、延長を申請する。成果発表としては、2018年9月にドイツで開催されるPSE2018での発表、2018年度中の学会発表、論文投稿を予定している。
|
