電磁場とプラズマの相互作用を通した高温燃焼火炎の新しい制御

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本研究ではエネルギーの有効かつ効率的利用と有害ガス成分排出の極小化の観点から注目されている高温燃焼酸素火炎の新しい制御の確立のために、誘導熱プラズマ技術をベースとした制御法を提案した.基礎となる電磁波と高温燃焼酸素火炎との相互作用について,高温燃焼酸素火炎をプラズマという視点から捉え,高周波電磁場印加時の火炎の変化を,電気的特性,分光計測,探針計測により明らかにした.(1)酸素燃焼火炎中の電子密度・温度評価を行うために,高速掃引型ダブルプローブ製作し,電流-電圧特性を計測した。その結果電流-電圧特性は,通常の低圧プラズマで観測されるシース形成に伴う非線形特性を示さず,線形的な特性であるという結果を得た。電流-電圧特性より酸素燃焼火炎中の導電率を算出したところ,10^<-4>S/mという値が得られた。この導電率と酸素燃焼火炎の平衡組成から算出した導電率を比較することにょり,導電率1x10^<-4>S/mにおいて,電子温度2850K,電子密度0.78x10^<15>m^<-3>という結果を得た。計測された電子温度はメタン酸素燃焼火炎の理論断熱平衡燃焼温度3050Kよりも若干低い値となっており,妥当な計測結果となっていると考えられる。(2)OHラジカルとCHラジカルの自発光分光計測の結果より、1MHZの高周波電磁場印加時に燃焼度向上を示唆するOHラジカルの発光強度が上昇することが確認された。またこの時,回路解析から1.7kWの電力が火炎に吸収されていることが明らかになった。(3)27MHzの高周波電磁場印加実験を行ったところ,出力電力1.3kW以上で急激な反射係数の上昇が観測された。これは,火炎中のプラズマ密度の上昇によりインダクタンスが変化し,回路の直列共振点が変化したことを示唆している。出力電力1.5kW時に約100Wの高周波電力が火炎に投入され,この時ピーク電子密度が約2倍程度増加することが明らかになった。