太陽光エネルギー変換の高度化に向けたレーザー駆動ＭＨＤ発電機の開発

• 研究課題/領域番号: 24561054
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: エネルギー学
• 研究機関: 成蹊大学 (2015); 東京工業大学 (2012-2014)
• 研究代表者: 村上 朝之 成蹊大学, 理工学部, 准教授 (20323818)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2013年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2012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: 電磁流体力学発電 / 大気圧プラズマ / 電磁流体力学 / エネルギー変換 / MHD発電 / 発電 / プラズマ

研究成果の概要

先進的なレーザー電気エネルギー変換を可能とする電磁流体力学（ＭＨＤ)発電機の開発を目的とした。衝撃波管装置、パルスパワー電源、CO2レーザー装置を利用した実験研究および多次元数値シミュレーション研究により、高温希ガスプラズマMHD 発電の性能を明らかにした。特に、ファラデー型MHD発電機の電磁流体挙動の詳細を明らかにした。また、研究当初の目的である、レーザー駆動MHD発電を実証した。このことは、次世代の太陽光高度利用エネルギー変換の実現に大きく寄与する。

研究成果

• [国際共同研究] Queens University Belast/York University(英国)
• [国際共同研究] Wesleyan University(米国)
• [国際共同研究] INP(ドイツ)
• [国際共同研究] Lublin University of Technology(ポーランド)
• [雑誌論文] Plasma fluid flow behavior and power generation characteristics in a high-temperature inert gas plasma Faraday MHD generator (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Tanaka, T. Murakami and Y. Okuno
  • 雑誌名: Electrical Engineering in Japan 巻: 194 号: 2 ページ: 46-53
  • DOI: 10.1002/eej.22783
  • NAID: 210000182231
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] RF-powered atmospheric pressure plasma jet in surface treatment of high-impact polystyrene (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Pawat, J. Diatczyk, R. Samo and T. Murakami
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science 巻: 44 号: 3 ページ: 314-320
  • DOI: 10.1109/tps.2015.2436061
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Numerical Simulation of Performance of a High Temperature Inert Gas Plasma Faraday-type MHD Generator (2015)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka，T.Murakami，Y.Okuno
  • 雑誌名: Journal of Propulsion and Power 巻: 31 号: 11 ページ: 1362-1369
  • DOI: 10.2514/3.7989
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experiments on high-temperature inert gas plasma MHD electrical power generation with Hall and diagonal connections (2015)
  • 著者名/発表者名: F. Komatsu, M. Tanaka, T. Murakami and Y. Okuno
  • 雑誌名: Electrical Engineering in Japan 巻: 193 号: 3 ページ: 17-23
  • DOI: 10.1002/eej.22761
  • NAID: 210000160068
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Power generation experiments with a high temperature inert gas plasma Faraday type MHD generator (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Tanaka, T. Murakami and Y. Okuno
  • 雑誌名: Electrical Engineering in Japan 巻: 193 号: 4 ページ: 58-65
  • DOI: 10.1002/eej.22768
  • NAID: 210000175019
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Investigating the dynamics of laser induced sparks in atmospheric helium using Rayleigh and Thomson scattering (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Nedanovska, G. Nersisyan, T. J. Morgan, L. Huwel, T. Murakami, C.L.S Lewis, D. Riley, and W.G. Graham
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 117 号: 1 ページ: 013302-013302
  • DOI: 10.1063/1.4905190
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Plasma Characteristics and Performance of Magnetohydrodynamic Generator with High-Temperature Inert Gas Plasma (2014)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka, T.Murakami, Y.Okuno
  • 雑誌名: IEEE Trans. Plasma Science 巻: 142 号: 12 ページ: 4020-4025
  • DOI: 10.1109/tps.2014.2365591
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Contribution of electrons, Ar(3P0,2), H2O+, and H3O+ to production of OH(A2Σ+) in a micro dielectric barrier discharge of Ar/H2O (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Shirafuji and T. Murakami
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 54 号: 1S ページ: 01AC03-01AC03
  • DOI: 10.7567/jjap.54.01ac03
  • NAID: 210000144737
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ホール接続およびダイアゴナル接続における高温希ガスプラズマMHD発電実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小松文彦，田中 学，村上朝之，奥野喜裕
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｂ（電力・エネルギー部門誌） 巻: 134 号: 7 ページ: 620-625
  • DOI: 10.1541/ieejpes.134.620
  • NAID: 130004446668
  • ISSN: 0385-4213, 1348-8147
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ファラデー形発電機を用いた高温希ガスプラズマMHD発電実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中 学，村上朝之，奥野喜裕
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｂ（電力・エネルギー部門誌） 巻: 134 号: 7 ページ: 614-619
  • DOI: 10.1541/ieejpes.134.614
  • NAID: 130004446667
  • ISSN: 0385-4213, 1348-8147
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 高温希ガスプラズマファラデー形MHD発電機におけるプラズマ電磁流体挙動と発電特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中 学，村上朝之，奥野喜裕
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｂ（電力・エネルギー部門誌） 巻: 134 号: 5 ページ: 464-469
  • DOI: 10.1541/ieejpes.134.464
  • NAID: 130004869761
  • ISSN: 0385-4213, 1348-8147
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Influence of Inlet total temperature on the Performance of MHD Generator with High-Temperature Inert Gas Plasma (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Tanaka, T. Murakami and Y. Okuno
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-temperature inert gas plasma magnetohydrodynamic energy conversion by using linear-shaped Faraday-type channel (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Murakami, Y.Zhuang, Y.Okuno
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 113 号: 6 ページ: 0633031-6
  • DOI: 10.1063/1.4792056
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical kinetics and reactive species in atmospheric pressure helium-oxygen plasmas with humid air impurities (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Murakami
  • 雑誌名: Plasma Sources Science and Technology 巻: 22 号: 1 ページ: 15003-15003
  • DOI: 10.1088/0963-0252/22/1/015003
  • 査読あり
• [学会発表] Laser Plasma Effects in Water (2016)
  • 著者名/発表者名: T. J . Morgan
  • 学会等名: IOP Plasma Physics Conference
  • 発表場所: 連合王国
  • 年月日: 2016-05-23
  • 国際学会
• [学会発表] Modeling of atmospheric pressure plasmas reacting with air and water (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Murakami
  • 学会等名: APCPST2016
  • 発表場所: 中華人民共和国
  • 年月日: 2016-05-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atmospheric-pressure plasma chemistry, Fundamental and application (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Murakami
  • 学会等名: QUB Workshop on Physics, Chemistry and Pharmacy
  • 発表場所: 連合王国
  • 年月日: 2016-03-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Laser interactions at the interface between water and air (2016)
  • 著者名/発表者名: T. J . Morgan
  • 学会等名: Atomic Molecular Optical International Workshop
  • 発表場所: メキシコ
  • 年月日: 2016-01-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Key insights into the reacting kinetics of atmospheric pressure plasmas using He+N2/O2/CO2/H2O/Air mixtures (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Murakami
  • 学会等名: GEC-68/ICRP-9/SPP-33
  • 発表場所: 合衆国
  • 年月日: 2015-10-15
  • 国際学会
• [学会発表] Laser induced breakdown at the air-water interface (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Murakami
  • 学会等名: eCOST CMST-TD1208&MPNS-MP1101
  • 発表場所: イタリア
  • 年月日: 2015-09-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Key pathways and networks in the reaction kinetics of atmospheric-pressure plasmas (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Murakami
  • 学会等名: German Japanese Collaboration on Cold Plasma Medicine
  • 発表場所: ドイツ
  • 年月日: 2015-05-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Key insights into the chemical reaction kinetics of atmospheric-pressure non-thermal plasmas (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Murakami
  • 学会等名: 7th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials / 8th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science
  • 発表場所: 愛知県名古屋大学
  • 年月日: 2015-03-27 – 2015-03-30
  • 招待講演
• [学会発表] Non-equilibrium chemical network in atmospheric-pressure non-thermal plasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Murakami
  • 学会等名: 24th Annual Meeting of Materials Research Society of Japan
  • 発表場所: 横浜市開港記念館
  • 年月日: 2014-12-10 – 2014-12-12
  • 招待講演
• [学会発表] 大気圧プラズマのモデリング：化学反応ネットワークの理解 (2014)
  • 著者名/発表者名: 村上朝之
  • 学会等名: 非平衡反応場の創出と化学合成プロセスへの応用
  • 発表場所: 東京都東京工業大学
  • 年月日: 2014-11-28
  • 招待講演
• [学会発表] Global modelling of chemical kinetics and reactive species in atmospheric-pressure helium-oxygen plasmas with humid-air impurities (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Murakami
  • 学会等名: PLASMA2014
  • 発表場所: 新潟県朱鷺メッセ
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] Numerical Simulation of Performance of a High Temperature Inert Gas Plasma Faraday-type MHD Generator with Segmented Electrodes (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Tanaka
  • 学会等名: AIAA Propulsion and Energy Forum and Exposition
  • 発表場所: オハイオ（ＵＳＡ）
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-07-30
• [学会発表] Kinetic chemistry modelling for plasma medicine (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Murakami
  • 学会等名: International Workshop on Diagnostics and Modelling for Plasma Medicine
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 2014-05-23 – 2014-05-24
  • 招待講演
• [学会発表] Plasma structure and performance in a high temperature inert gas plasma MHD generator (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Tanaka
  • 学会等名: 12nd International Conference on Fluid Control, Measurements, and Visualization
  • 発表場所: 奈良県新公会堂（奈良県）
• [学会発表] Magnetohydrodynamic energy conversion using high-temperature inert-gas plasma (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Murakami
  • 学会等名: 31st International Conference on Phenomena in Ionized Gases
  • 発表場所: グラナダ（スペイン）
• [学会発表] Experiments of High Temperature Inert Gas Plasma MHD Power Generation with a Faraday Type Generator (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Tanaka
  • 学会等名: 44th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference
  • 発表場所: サンディエゴ（アメリカ合衆国）
• [学会発表] インパルス放電希ガス加熱を利用したMHD発電機の基礎特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小林洋平
  • 学会等名: 電気学会全国大会
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] 高温希ガスプラズマMHD発電機の発電性能に対する入口温度圧力条件の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中学
  • 学会等名: 電気学会全国大会
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] High-temperature inert-gas plasma magnetohydrodynamic electrical power generation (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Murakami
  • 学会等名: 9th International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: Sendai
• [学会発表] 高温希ガスプラズマファラデー形MHD発電機の発電特性に関する数値計算 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木仁章
  • 学会等名: 電気学会 新エネルギー・環境研究会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] インパルス放電希ガス加熱を利用したMHD発電実験 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小林洋平
  • 学会等名: 電気学会 新エネルギー・環境研究会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 衝撃波管駆動高温希ガスプラズマMHD発電実験 (2012)
  • 著者名/発表者名: 庄雲欽
  • 学会等名: 電気学会 新エネルギー・環境研究会
  • 発表場所: 東京
• [備考] プラズマエネルギーデザイン研究室
  • URL: http://www.sd.seikei.ac.jp/lab/pedl/index.html