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2016 年度 実施状況報告書

大気圧プラズマを用いた氷結晶中の水素結合の切断と融雪装置への応用

研究課題

研究課題/領域番号 15K13606
研究機関東北大学

研究代表者

安藤 晃  東北大学, 工学研究科, 教授 (90182998)

研究分担者 小室 淳史  東北大学, 工学研究科, 助教 (70733137)
高橋 和貴  東北大学, 工学研究科, 准教授 (80451491)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード大気圧プラズマ
研究実績の概要

研究開始から2年目である本年は放電リアクタの製作と放電発光計測に主眼点をおき、研究を行った。製作した放電リアクタはアルミ製であり、リアクタ側面に8Aのペルチェ素子を2つ取り付けることで、内部の温度を-30度から100度まで自由に変えられるような仕組みとなっている。リアクタ内部の温度計測には小型のサーミスタプローブを用い、温度と湿度の時間変化を記録できるようになっている。放電電極には初年度で実験を行ったものと同様の針対平板電極を用いた。
実験は温度を変えた場合の放電発光計測と、電極を氷で覆った場合と覆わない場合での放電発光計測を行った。リアクタ内部の温度を-30度から100度まで変えた結果、放電発光強度が2倍程度強くなり、また放電チャネルの半径が大きくなることが観測された。これは、リアクタ内部の温度が変わることで空気の密度が変化し、結果として換算電界が大きくなったためであると考えられる。次に、平板電極を氷で覆って放電をさせた場合、電圧が低い場合には放電が氷上を這うように進展し、放電発光は極端に弱くなることが観測された。また電圧を40kVほどに上げることにより、氷に亀裂が入ることが確認できた。これは、放電強度が強くなったことによる急激な温度変化か、もしくは放電で発生した衝撃波が寄与しているものと考えられる。
最終年度には砕氷を行うための最適な放電条件の模索と、その原理の解明を中心的に行う予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

温度を自由に変えることのできる放電リアクタを制作し、低温下での放電現象の発光観測を行うことが出来た。また、実際の氷に放電を行い、条件によっては氷に亀裂を生じさせることが出来ることがわかった。最終年度で計画している原理解明実験に向けての実験基盤を整えることが出来た。

今後の研究の推進方策

最終年度は開発したリアクタを用いて、実際の氷や雪上での放電現象の観測を行う。まずは電源側のパラメータ(パルス電圧波形や印加電圧)を様々に変え、効率的に砕氷が行える条件を模索する。次に、得られた条件下での放電発光計測、分光計測、シュリーレン計測を行い、砕氷が放電による物理的な影響(衝撃波や熱など)で実現しているのか、もしくは化学反応過程が影響しているのかを観測し、その原理解明を行う。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Simulation of spatio-temporal variation of OH radical density in atmospheric-pressure streamer discharge2017

    • 著者名/発表者名
      Komuro Atsushi、Ando Akira
    • 雑誌名

      Plasma Sources Science and Technology

      巻: 26 ページ: 065003~065003

    • DOI

      10.1088/1361-6595/aa638d

    • 査読あり
  • [学会発表] 大気圧ストリーマ放電における荷電粒子の反応過程2017

    • 著者名/発表者名
      小室淳史、安藤晃
    • 学会等名
      第18回静電気学会春期講演会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス(文京区、東京都)
    • 年月日
      2017-03-07 – 2017-03-07
  • [学会発表] 高ガス温度中の大気圧ストリーマ放電における 荷電粒子反応モデルに関する検討2017

    • 著者名/発表者名
      小室淳史、高橋和貴、安藤晃
    • 学会等名
      第18回静電気学会春期講演会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス(文京区、東京都)
    • 年月日
      2017-03-07 – 2017-03-07
  • [学会発表] Effects of pulse voltage waveforms on fast gas heating in an atmospheric pressure streamer discharge: Comparison between experiments and numerical simulation2016

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Komuro, Akira, Ando
    • 学会等名
      15th High Pressure Low Temperature Plasma Chemistry Symposium
    • 発表場所
      Brno, Czech Republic
    • 年月日
      2016-09-11 – 2016-09-16
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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