工学部 電気電子工学科

大澤直樹 研究室

OSAWA NAOKI
LABORATORY

プラズマの応用技術を探求する:空気・排ガス・水の浄化、水の高機能化、高電圧絶縁、大電流遮断

電子やイオンがばらばらになった状態をプラズマといいます。固体、液体、気体に次ぐ第四の状態と呼ばれています。プラズマ研究の魅力は、高い反応性により様々な化学反応を起こせることです。本研究室では、新しい大気圧プラズマの発生方法やプラズマ中の活性種の制御方法といった基礎的な研究から、空気・排ガス・水の浄化、水の高機能化、高電圧絶縁、大電流遮断などの応用的な研究まで、幅広くチャレンジしています。

キーワード

  • 大気圧プラズマ
  • プラズマ化学
  • 大気汚染防止技術
  • 活性種(オゾン・ラジカル)
  • エネルギー分野(高電圧絶縁・大電流遮断)

研究紹介

RESEARCH

空間一様に発生する誘電体バリア放電の発生メカニズムの解明

研究内容

電極間に誘電体(ガラスやプラスチックなど)を少なくとも一枚挿入した状態で電極に交流高電圧を印加すると、電極の間にはフィラメント状のストリーマ放電が多数ランダムに発生する。これまでの研究では、窒素ガス中やヘリウムガス中でのみ空間一様モードのバリア放電が発生するといわれていた。2009年、大澤研究室では、誘電体材料にある種の材料を使用することにより、大気圧空気中や酸素中でも空間一様モードのバリア放電を発生させることに世界で初めて成功した。この研究テーマでは、その新しいバリア放電の発生メカニズムの解明に挑戦している。

成果
◇Naoki Osawa, Yoshio Yoshioka, "Progresses of Fundamental Research and Application of Atmospheric Pressure Townsend Discharge", Journal of Advanced Oxidation Technologies, Vol. 17, No. 2, pp. 217-229 (2014)
◇Naoki Osawa, Ami Takashi, Yoshio Yoshioka, Ryoichi Hanaoka, "Generation of high pressure homogeneous dielectric barrier discharge in air", European Physical Journal - Applied Physics, 61, 24317 (2013)
◇Naoki Osawa, Yoshio Yoshioka, "Generation of low-frequency homogeneous dielectric barrier discharge at atmospheric pressure", IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 40, No.1, pp. 2-8 (2012)
◇大澤直樹,吉岡芳夫,花岡良,望月祐太朗,小林祐介,山田雄太:「誘電体バリア放電装置における大気圧空気中での均一放電の発生」,電気学会論文誌A(基礎・材料・共通部門誌),130巻,4号,pp. 306-312 (2010)
など

大気圧プラズマと脱硝触媒を用いたディーゼルエンジン排ガス浄化法の高性能化

研究内容

ディーゼルエンジン排ガス中の窒素酸化物(NOx)の除去には、尿素選択触媒還元(尿素SCR,SCR: Selective Catalytic Reduction)法が実用化されている。この方法では、高温の排気ガスによって動作温度まで脱硝触媒が温められるとNOx除去が可能となる。エンジン始動直後や寒冷地では排気ガスによって触媒を十分温めることができないので、NOx除去性能が低下する問題がある。この研究テーマでは、大気圧プラズマの発生空間に脱硝触媒を充填した触媒充填大気圧プラズマリアクタを用いて、排気ガスの温度が低い状態でもNOx性能が低下しない方法を研究中である。

成果
◇Naoki Osawa, Takayuki Suetomi, Yasushi Hafuka, Kousaku Tsuha, Yoshio Yoshioka, Rryoichi Hanaoka, "Investigation on Reactor Configuration of Non Thermal Plasma Catalytic Hybrid Method for NOx Removal of Diesel Engine Exhaust", International Journal of Plasma Environmental Science & Technology, Vol. 6, No. 2, pp. 119-124 (2012)
など

地球環境に優しい空気原料オゾン発生器の高性能化

研究内容

3つの酸素原子で構成されるオゾンは強力な酸化力を持っています。殺菌や消臭、有機物の分解などに応用されています。自然分解する性質と分解後は酸素に戻る性質があります。オゾンの生成法には様々な方法がありますが、誘電体バリア放電やコロナ放電などの低温プラズマを用いる方式が一般的です。
 原料ガスに空気(窒素:79%、酸素:21%)を使用すると、空気中の酸素・窒素・水分が反応し、オゾンだけではなく窒素酸化物や硝酸などの副生成物が発生してしまいます。大澤研究室では、2009年に発見した『大気圧空気中での均一バリア放電』をオゾン生成に用いることにより、亜酸化窒素(N2O)や硝酸の発生を大幅に抑制できることを明らかにしました。現在、この空気原料オゾン発生器において副生成物の発生が抑制されるメカニズムの解明や高性能化に挑戦中です。

成果
◇Naoki Osawa, Takafumi Tsuji, Ryota Ogiso and Yoshio Yoshioka, "Effect of nitrogen addition to ozone generation characteristics by diffuse and filamentary dielectric barrier discharges at atmospheric pressure", European Physical Journal - Applied Physics, 78, 20804 (2017)
◇Ayman A Abdelaziz, Tatsuo Ishijima, Takafumi Seto, Naoki Osawa, Hassan Wedaa, Yoshio Otani, "Characterization of surface dielectric barrier discharge influenced by intermediate frequency for ozone production", Plasma Sources Science and Technology, Vol. 25, No. 3, 135012 (2016)
◇大澤直樹,守本祐生,吉岡芳夫,花岡良一:「大気圧空気や酸素中で発生する均一バリア放電によるオゾン生成」,電気学会論文誌A(基礎・材料・共通部門誌),134巻,2号,pp. 98-104 (2014)
◇Naoki Osawa, Hiroyasu Kaga, Yoshihiro Fukuda, Shouhei Harada, Yoshio Yoshioka, Ryoichi Hanaoka, "Comparison of the ozone generation efficiency by two different discharge modes of dielectric barrier discharge", European Physical Journal - Applied Physics, 55, 13802 (2011)
◇科研費 若手研究(B)25820111:「均一バリア放電を用いた空気原料オゾナイザにおけるNOxの発生抑制とオゾン収率向上」(2013/04/01-15/03/31)
◇科研費 若手研究(B)23760270:「大気圧空気や酸素中で空間一様に発光するバリア放電を用いたオゾン発生装置の効率向上」(2011/04/01-13/03/31)
など

気流解析技術を用いた自力消弧形ガス遮断器の設計法の研究

設備紹介

研究内容

【電源】
 ◇高電圧発生用変圧器: 13kV, 15kV, 30kV
 ◇パルスパワー電源: 30kV(立ち上がり時間:約50ns)
 ◇高速高圧アンプリファイア: 10kV/40mA, 20kV/20mA
【分析器&測定器】
 ◇フーリエ変換赤外分光光度計(1回反射ATR, 長光路ガスセル(1m, 3m))
 ◇マルチチャンネル分光器
 ◇燃焼排ガス分析計
 ◇オゾン濃度計
 ◇蛍光式光ファイバー温度計
 ◇オシロスコープ,信号発生器,データロガーなどなど

教員紹介

TEACHERS

大澤直樹  准教授・博士(工学)

石川県加賀高校出身

略歴

金沢工業大学工学部電気工学科卒。同大学大学院工学研究科博士課程(電気電子工学専攻)修了。(株)日立製作所電力・電機開発研究所を経て、2007年本学講師就任。2013年現職。

専門分野

専門:大気圧低温プラズマ、大気圧低温プラズマ応用(オゾン生成、排ガス浄化、水処理、高分子材料や炭素繊維などの表面改質など)、高電圧工学、大電流遮断、高電圧絶縁
論文・著書:Generation of Low-Frequency Homogeneous Dielectric Barrier Discharge at Atmospheric Pressure, IEEE Trans. Plasma Scienceほか
受賞:電気学会優秀論文発表賞(2回)、電気学会優秀論文発表賞(基礎・材料・共通部門表彰)
その他専門情報:教育士(工学・技術)、第三種電気主任技術者、電気学会北陸支部協議員(09/5-11/5)、電気学会放電技術委員会1号委員(14/4-)、応用物理学会プラズマエレクトロニクス分科会幹事(17/04-)

横顔

「学力」だけではなく「コミュニケーション能力」や「行動力」などもバランス良く身につけてほしいと考えています。インドア派です。

趣味

雑談、散歩、美術館巡り、ドライブ、みんなで楽しくお酒を飲むこと

近況

新しい大気圧低温プラズマの発生法やその応用法(オゾンの発生、排ガスの浄化、高分子材料の表面高機能化、バイオ応用など)を研究しています。電力流通機器内で生じる超高圧放電やアーク現象も研究しています。

オリジナルコンテンツ

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