Study on plasma-assisted ignition and combustion technology in ultra-lean premixed gas

2019 Fiscal Year Annual Research 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

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いる。
平成29年度は、低周波誘電体バリア放電を用いたプラズマ生成装置の開発および2.45 GHzのマイクロ波を用いたプラズマ生成装置の開発を行い、プラズマ化した希ガス（ヘリウム：Heおよびアルゴン：Ar）を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。平成30年度は、平成29年度に制作した2.45 GHzのマイクロ波を用いたプラズマ生成装置を用い、当量比約0.26程度のメタン・空気予混合気ガスに対して、プラズマによる着火・燃焼が可能であることを確認した。また、同装置を用いて空気をプラズマ化することにより、燃焼促進物質であるオゾンや空気中の水分に起因するOHラジカル等の生成を確認した。平成31年度は、平成30年度に実施したメタン・空気の希薄予混合気ガスの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、装置の改修を行うと共に、マイクロ波出力電電力・火炎撮影用カメラ・ラジカル発光波長計測装置等の計測装置の設置を行った。また、試実験の結果から、メタン・空気の希薄予混合気ガスをプラズマ化した場合、ラジカル発光波長計測から燃焼促進物質であるOHおよびCHラジカル等が確認でき、火炎撮影用カメラによる火炎面の形状から燃焼速度が上昇していることを確認した。
これらの研究結果から、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の１つとして、プラズマ支援着火・燃焼技術が有効であることを確認した。