超希薄予混合気ガスにおけるプラズマ支援着火・燃焼技術に関する研究

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K06976
• Research Institution: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• Principal Investigator: 関口 秀紀 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (80415843)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 市川 泰久 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (20586680)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: プラズマ支援着火・燃焼技術

Outline of Annual Research Achievements

近年、地球温暖化防止や原油代替燃料の観点から注目される天然ガスを燃料とする予混合気希薄燃焼方式（リーンバーン）ガス機関は、超希薄予混合気ガスの安定着火・燃焼により、更なる高出力化（高効率化）および温室効果ガスの削減等の高性能化が可能と考えられており、そのためには、超希薄予混合気ガスの着火・燃焼支援技術の開発が重要な研究要素となっている。本研究課題では、予混合気リーンバーンガス機関の高性能化に寄与する超希薄予混合ガスにおける安定着火・燃焼速度維持向上を実現する技術として、強力な着火エネルギーおよびラジカルやオゾン等の燃焼促進物質の供給が可能なプラズマ支援着火・燃焼技術を確立することを目的としており、平成29年度は、超希薄予混合気ガスのプラズマ支援着火・燃焼技術として、以下の研究・開発を行った。
１．低周波誘電体バリア放電を用いた非熱平衡プラズマによる燃焼促進物質の生成装置の開発：高周波・高電圧スイッチング電源（～数百kHz・～数十kV）を製作し、円筒石英ガラスおよび円筒電極を用いて、石英ガラス内の希ガス（ヘリウム：Heおよびアルゴン：Ar）による非熱平衡プラズマ空気に照射することにより、燃焼促進物質であるオゾンを生成可能であることを確認した。
２．2.45 GHzのマイクロ波を用いた熱平衡プラズマによる高温プラズマジェットトーチ生成装置の開発：マグネトロンとアンテナとなる金属棒を接続しマイクロ波（2.45 GHz）を希ガスに照射することにより熱平衡プラズマを生成する、高温プラズマジェットトーチ生成装置を構築し、熱平衡プラズマが生成可能であることを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成29年度は、交付申請書に記載した「研究の目的」に対して、１．低周波誘電体バリア放電を用いた非熱平衡プラズマによる燃焼促進物質の生成装置の開発、および２．2.45 GHzのマイクロ波を用いた熱平衡プラズマによる高温プラズマジェットトーチ生成装置の開発、における装置の基盤構築が完了し、それら構築した装置を用いた動作検証および基礎データ取得が予定通り終了した。これらの研究の進捗から本研究課題は、「(2) おおむね順調に進展している」と考える。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度は、構築したプラズマ支援燃焼技術および支援着火技術の効果を定量的に評価するため、予混合気バーナー実験装置を構築してプラズマ支援燃焼技術および支援着火技術を適用した際の希薄予混合気ガスに対する燃焼速度および着火性の計測を行う。燃焼速度の計測に関しては、高画質カメラにより撮影したバーナー火炎内の火炎面の角度から燃焼速度を評価し、プラズマ支援燃焼技術の効果を定量的に評価する。また、着火性の計測に関しては、希薄混合気ガスの空気過剰率を増加しながら、マイクロ波出力エネルギーと希薄混合気ガスの着火との関係を評価し、プラズマ着火支援技術の効果を定量的に評価する。

Causes of Carryover

【理由】その他に関しては物品購入に関する所属機関の規定に基づき、物品費に振り替えを行っている。また、物品費（＋その他）に関しては所属機関の既存機器等を利用できたために残額が生じ、旅費に関しては出張予定を取りやめたために生じた残額である。
【使用計画】次年度以降、本研究課題を円滑に推進するために必要となる物品購入等（主に構築した装置の改良）に適正に使用する予定である。