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海水と接触する大容量放電プラズマの生成とバラスト水中バクテリアの殺菌

研究課題

研究課題/領域番号 17K14636
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 電力工学・電力変換・電気機器
研究機関岩手大学

研究代表者

秋山 雅裕  岩手大学, 理工学部, 准教授 (50611430)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワードパルスパワー / バラスト水 / 海水 / 高電圧 / 水中放電 / バラスト / プラズマ / 沿面放電 / FPGA / 電気機器工学 / プラズマ・核融合
研究成果の概要

1ショットが0.5 jのパルスパワー発生装置を用いて水中放電を行い、500ショット/秒の時、電子温度は7841.8 K、電子密度は6.0×10の17乗であった。電圧最大値は約25 kV、電流最大値は約20 A、パルス幅は約3 μmであった。H2O2の計測結果は0.732 mg/Lの生成量となった。
誘電体バリア放電を用いて大腸菌を処理した結果、国際海事機関の示す基準をクリアした。水中放電も基準値に近い値となった。腸球菌とVibrio sp.でも同様に、ショット数を増やすことでコロニー数を減らせる結果を得た。プランクトンの実験では、水中放電では50匹を0匹まで除去した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

水が関与する放電プラズマ現象は、水中放電、沿面放電、泡の中での放電等多くの研究がなされ、水処理への応用もなされている。しかしながら、海水等、高い導電率を持つ水が関与する放電プラズマの研究は、バラスト水処理、温泉水処理等多くの応用があるにもかかわらず、その難しさからほとんど行われていない。本研究によって、放電プラズマによりIMOが定めるバラスト水排出基準の5種類中4種類に関して新たな処理の可能性を見出せた。

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2021 2020 2019 2017

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 7件)

  • [雑誌論文] Pulsed Discharge Plasmas in Contact with Water and their Applications2021

    • 著者名/発表者名
      Hidenori Akiyama, Masahiro Akiyama
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering

      巻: 16 号: 1 ページ: 6-14

    • DOI

      10.1002/tee.23282

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Study of Conductivity on Hydrogen Peroxide Concentration by High Repetitive Underwater Discharge2020

    • 著者名/発表者名
      Daiki Sugawara;Shunsei Kawamura;Hisanori Sone;Masahiro Akiyama
    • 雑誌名

      2019 IEEE Pulsed Power & Plasma Science (PPPS)

      巻: 1 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/ppps34859.2019.9009723

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sterilization of E. coli in Seawater using Discharge in Water and Dielectric Barrier Discharge2019

    • 著者名/発表者名
      H. Sone, M. Akiyama et. al.
    • 雑誌名

      IEEE

      巻: 1 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/ppps34859.2019.9009711

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Characteristics of discharge plasma in liquid using less than 3 kV2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Hosono, Kazuki Kimura, Masatoshi Fue, Takuma Oikawa and Masahiro Akiyama
    • 雑誌名

      Proceedings of 2017 IEEE 21st International Conference on Pulsed Power

      巻: 印刷中 ページ: 1-4

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of high performance pulsed power generator using FPGA and Arduino2017

    • 著者名/発表者名
      Seiya Komatsudaira, Ryoma Ogata, Katsuyuki Takahashi, Masahiro Akiyama and Koichi Takaki
    • 雑誌名

      Proceedings of 2017 IEEE 21st International Conference on Pulsed Power

      巻: 印刷中 ページ: 1-4

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparison of bubbles due to frequency change and electrode direction in high repetitive plasma in water2017

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Kimura, Takuma Oikawa, Daiki Sugawara, Masahiro Akiyama and Hidenori Akiyama
    • 雑誌名

      Proceedings of 2017 IEEE 21st International Conference on Pulsed Power

      巻: 印刷中 ページ: 1-4

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] FLEXIBLE CONTROL OF PULSED POWER GENERATOR FOR RESEARCH APPLICATIONS WITH SENSORS2019

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Akiyama
    • 学会等名
      IEEE PPPS2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sterilization of E.coli in Ballast water using Pulsed Power2019

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Akiyama
    • 学会等名
      IEEE 2019PSPPA
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Pulsed Power Generator's Controller system2019

    • 著者名/発表者名
      Shunsei Kawamura, Seiya Komatsudaira, Masahiro Akiyama
    • 学会等名
      ISHPMNB 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of change in Conductivity on High Repetitive Discharges in water2019

    • 著者名/発表者名
      Daiki Sugawara, Kazuki Kimura, Shunsei Kawamura, Masahiro Akiyama
    • 学会等名
      ISHPMNB 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mikimasa Sugawara, Masahiro Hosono, Masahiro Akiyama2019

    • 著者名/発表者名
      Energy Characteristics of Discharge in water using Capacitor Discharge in 3 kV or less
    • 学会等名
      ISHPMNB 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sterilization using Discharge in Water with Changing Conductivity2019

    • 著者名/発表者名
      Hisanori Sone, Shunsei Kawamura, Masahiro Akiyama, Katsuyuki Takahashi, Koichi Takaki
    • 学会等名
      ISHPMNB 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sterilization of Yeast and E.coli using Discharge in water2019

    • 著者名/発表者名
      曽根久徳,川村俊成,菅原大樹,木村和貴,秋山雅裕
    • 学会等名
      平成30年度電気関係学会東北支部連合大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Measurement Concentration of Hydrogen Peroxide produced by High Repetitive Underwater Discharges2019

    • 著者名/発表者名
      菅原大樹,木村和貴,川村俊成,秋山雅裕
    • 学会等名
      平成30年度電気関係学会東北支部連合大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ArduinoとFPGAを用いたパルスパワー発生装置のコントローラ開発2019

    • 著者名/発表者名
      川村俊成,小松平晟矢,秋山雅裕
    • 学会等名
      平成30年度電気関係学会東北支部連合大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 3 kV以下でのコンデンサ放電を用いた水中放電のエネルギー特性2019

    • 著者名/発表者名
      菅原幹雅,細野雅広,川村俊成,秋山雅裕
    • 学会等名
      平成30年度電気関係学会東北支部連合大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Energy Control of Pulsed Power using Embedded System and Magnetic Pulsed Compression Circuits2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Akiyama, Ryoma Ogata, Seiya Komatsudaira and Hidenori Akiyama
    • 学会等名
      2017 IEEE 21st International Conference on Pulsed Power
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高繰り返し水中放電時の放電形態変化の要因に関して2017

    • 著者名/発表者名
      及川拓磨,木村和貴,秋山雅裕
    • 学会等名
      平成29 年度電気関係学会東北支部連合大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 微細気泡がもたらす水中放電への影響2017

    • 著者名/発表者名
      笛 雅俊,秋山 雅裕,高木 浩一,高橋 克幸
    • 学会等名
      平成29 年度電気関係学会東北支部連合大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-01-27  

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