工学部 電気電子工学科

大澤直樹 研究室

OSAWA NAOKI
LABORATORY

放電やプラズマ技術の応用を探求する:空気・排ガス・水の浄化、放電化学反応、高電圧絶縁、大電流遮断など

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

  • 放電・プラズマ
  • 空気・水の浄化(環境保全)
  • 高電圧絶縁
  • 大電流遮断

研究紹介

RESEARCH

大気圧空気中で発生する均一な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(筋状)のストリーマ放電が多数にランダムに発生します。この放電は、誘電体バリア放電と呼ばれ、表面処理やガス処理などに利用されています。大澤研究室では、2009年、誘電体材料を工夫することにより、大気圧空気中や酸素中でもストリーマ放電が1本も発生しない誘電体バリア放電を発生させることに成功しました[1]。このプロジェクトでは、均一な誘電体バリア放電の発生メカニズムの解明に挑戦しています。
[1] Naoki Osawa, Yoshio Yoshioka; "Generation of low-frequency homogeneous dielectric barrier discharge at atmospheric pressure", IEEE Trans. Plasma Sci., Vol. 40, No. 1, pp. 2-8 (2011)

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

オゾン発生器(オゾナイザ)の高性能化

研究内容

3つの酸素原子から構成されるオゾンは強力な酸化力を持っています。自然に分解して酸素に戻るという性質があります。殺菌,消臭,有機物分解などが可能であることから,上水道,工場排水処理,プールなどに利用されています。オゾンの生成には様々な方法がありますが,大容量のオゾン発生器では,誘電体バリア放電を用いる方法が一般的です。大澤研究室では、電流電圧波形観測装置、放電発光観察装置、ガス分析装置などを用いて、オゾン発生器内で発生する様々な放電現象を調べ,高性能化に挑戦しています。

成果
◇Ayman Abdelaziz, Tatsuo Ishijima, Naoki Osawa, Takafumi Seto, "Quantitative Analysis of Ozone and Nitrogen Oxides Produced by a Low Power Miniaturized Surface Dielectric Barrier Discharge: Effect of Oxygen Content and Humidity Level", Plasma Chemistry and Plasma Processing, Vol. 39, No. 1, pp. 165-185 (2019)
◇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

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

固体絶縁物のすき間を伸展する放電現象の解明と高電圧絶縁性能向上法

研究内容

固体絶縁物で被覆された導体の接続部や電力ケーブルとの接続部などでは、二つの固体絶縁物の接する部分に微小な空隙が形成されてしまうため、絶縁性能が低下してしまう課題がある。大澤研究室では、電圧電流波形観察装置、放電発光観察装置、界面の機械力分布測定技術,画像処理ソフトを駆使して,二つの固体絶縁物のすき間を伸展する放電現象を調べています。二つの固体絶縁物を押す力,固体絶縁物材料が固体絶縁物の密着度や絶縁破壊電圧に及ぼす影響を明らかにしています。

[成果]
◇大澤直樹,増井秀好,青島司幸,今井隆太,森林巧,吉岡芳夫,柳瀬博雅,岡本健次:「固体絶縁物接続部の界面における絶縁破壊特性-樹脂の種類と面圧の影響-」,電気学会論文誌A,139巻,3号,pp.147-153 (2019)

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

装置の紹介

研究内容

実験室には,放電・プラズマの研究に欠かせない高電圧電源,高速度カメラ,分析器などがあります。いろんな研究を楽しむことができます。

【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  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。2019年現職。

専門分野

専門:放電・プラズマ、放電・プラズマ応用(空気や水の浄化)、高電圧絶縁、大電流遮断
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-'10)、電気学会放電技術委員会1号委員('14-'18)、応用物理学会プラズマエレクトロニクス分科会幹事('17-'18)

横顔

一人ひとりの個性を大切にした指導とわかりやすい授業を心がけています。学生には、研究活動を通して自身の成長を実感し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・博物館巡り、ドライブ

近況

「大気圧空気中でもストリーマを伴わない誘電体バリア放電」、「スキマを伸展する放電」、「パワーエレクトロニクス技術を活用した放電制御」、「放電応用機器の高性能化」などを研究中です。国内外での学会活動や企業との共同研究が積極的です。高気圧低温プラズマ化学に関する国際シンポジウムのISCに就任しました。

オリジナルコンテンツ

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