工学部 電気電子工学科

大澤直樹 研究室

OSAWA Naoki
LABORATORY

放電やプラズマの制御:空気や水の浄化、材料の高機能化、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、プラズマ化学反応による空気や水の浄化、材料の高機能化、高電圧絶縁、大電流遮断など数多くのテーマに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
  • 省エネルギー

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、プラスチック材料の表面処理やオゾンの生成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]。このテーマでは、高速度カメラや非接触の表面電位計を用いて、放電の発光様相や、誘電体表面に蓄積される荷電粒子の様子を調べ、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。

文献
[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)

放電式オゾン発生装置(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、プールなどで利用されています。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、少ない電力で大量のオゾンを発生する方法を明らかにしています。

文献
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", Eur. Phys. J. Appl. Phys., 78, 20804 (2017)

オゾンとパルス放電を用いた水の浄化

研究内容

水中で放電を発生させると、オゾンよりも強い酸化力を持つヒドロキシラジカル(OHラジカル)を生成することができます。OHラジカルは、ダイオキシンといった難分解性有機化合物を分解する能力があります。このテーマでは、電流電圧波形観測装置、放電発光観察装置、高速度カメラなどを用いて、パルス放電を効率よく発生させる方法や、水中有機物の分解メカニズムの解明に挑戦しています。

文献
[1] S. Yamaguchi, T. Oyama, R. Nakano, N. Osawa, Y. Yoshioka, "Decomposition of indigo carmine solution by ozone bubble pulsed discharge: Effect of the number of electrode pairs and injected ozone gas concentration", International Journal of Plasma Environmental Science and Technology (IJPEST), Vol.14, No.1, e01010, 11pages (2020)

固体絶縁物のすき間を進展する放電現象の特性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ります。このテーマでは、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進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、固体絶縁物の種類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。

文献
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,Vol.139,No.3,pp.147-153 (2019)

研究設備の紹介

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、各種分析器があり、自由に利用することができます。

【電源】
 ◇高電圧発生用変圧器: 13kV, 15kV, 30kV, 50kV
 ◇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
 ◇高速度カメラ
 ◇NOx濃度計
 ◇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

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。准教授を経て、2019年現職。

専門分野

専門:放電・プラズマ基礎、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:電気学会:放電技術委員会('14-'18)・論文委員会('20-)、応物:PE分科会幹事('17-'18)、静電気学会:放電プラズマによる水処理研究委員会、HAKONE ISC ('18-)、電験3種

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、ご当地マグネット集め

近況

「大気圧空気中でもストリーマ放電が発生しない誘電体バリア放電現象」、「固体絶縁物接続部の微小間隙を進展する放電現象」、「放電を使った水処理」、「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を積極的に行っています。

オリジナルコンテンツ

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