プラズマトーチの燃焼性向上における振動励起分子の効果

プラズマジェット(PJ)トーチの着火・燃焼実験を種々の燃料と作動ガスの組み合わせで行い、PJの着火性に最も影響を及ぼす因子を調べた。実験結果において、燃料水素に対しては水素割合の高い水素/窒素混合作動ガスが最も着火性が高く、燃料メタンに対しては純粋酸素作動ガスが最も着火性が高いことを見出した。水素に対して水素/窒素混合作動ガスの着火性が高いのはPJ噴射時に解離しなかった水素分子が主流中で燃焼し、その発熱効果がPJの着火・燃焼性を高めたためと結論付けた。一方、メタンの着火遅れ時間の解析において、メタンに対してはOラジカルではなくHラジカルの着火促進効果が最大であること、また雰囲気酸素濃度の上昇も着火遅れの短縮にはそれほど影響しないことなどがわかった。ゆえに、メタンに対する酸素PJの有利性は単純なラジカル添加による着火遅れの短縮の議論からでは推測できず、ラジカル以外の振動励起分子やイオンの存在が重要であることを示唆する結果と考えられる。また、PJの分光計測によりPJからラジカルや振動励起分子等の種々の発光を検出することができた。ラジカルや振動励起分子の失活は速く、PJ噴射口下流10mm以上では、発光はほとんど検出できなかった。この速い失活が燃料をPJの上流から噴射したほうが下流から噴射するより着火性が高い理由である。また本研究では、特にメタンを混合させた作動ガスに注目し、C_2分子からのスペクトルがメタン濃度に比例することなどを明らかにした。しかし、PJの着火性そのものはメタンの体積割合が高い程、悪くなることがわかった。

プラズマジェット(PJ)トーチの着火・燃焼実験を種々の燃料と作動ガスの組み合わせで行い、PJの着火性に最も影響を及ぼす因子を調べた。実験結果において、燃料水素に対しては水素割合の高い水素/窒素混合作動ガスが最も着火性が高く、燃料メタンに対しては純粋酸素作動ガスが最も着火性が高いことを見出した。水素に対して水素/窒素混合作動ガスの着火性が高いのはPJ噴射時に解離しなかった水素分子が主流中で燃焼し、その発熱効果がPJの着火・燃焼性を高めたためと結論付けた。一方、メタンの着火遅れ時間の解析において、メタンに対してはOラジカルではなくHラジカルの着火促進効果が最大であること、また雰囲気酸素濃度の上昇も着火遅れの短縮にはそれほど影響しないことなどがわかった。ゆえに、メタンに対する酸素PJの有利性は単純なラジカル添加による着火遅れの短縮の議論からでは推測できず、ラジカル以外の振動励起分子やイオンの存在が重要であることを示唆する結果と考えられる。また、PJの分光計測によりPJからラジカルや振動励起分子等の種々の発光を検出することができた。ラジカルや振動励起分子の失活は速く、PJ噴射口下流10mm以上では、発光はほとんど検出できなかった。この速い失活が燃料をPJの上流から噴射したほうが下流から噴射するより着火性が高い理由である。また本研究では、特にメタンを混合させた作動ガスに注目し、C_2分子からのスペクトルがメタン濃度に比例することなどを明らかにした。しかし、PJの着火性そのものはメタンの体積割合が高い程、悪くなることがわかった。