直流重畳型ナノ秒パルス高電圧発生装置の出力特性及びその応用

摘要

放電によって形成される非熱平衡プラズマは、その化学的活性度の高さから窒素酸化物（NO_x)や微粒子（PM)を含む燃焼排気ガスの浄化、揮発性有機化合物（VOCs)等の産業排気ガスの浄化、次世代の酸化剤として期待されるオゾン（O_3)の生成など、多岐にわたる応用展開の研究が行われている。本研究室では、立上りおよび立下り約2ns、パルス持続時間約5ns、ピーク電圧60kV超のパルス高電圧を発生させるナノ秒パルス放電に関する応用研究を進めてきた。ナノ秒パルス放電は、ほぼストリーマ放電のみで構成されるため、熱損失が少なく、電源と放電リアクタ間のインピーダンス整合も比較的容易となる。これらの特徴によりナノ秒パルス放電は高いエネルギー効率を誇る。以上のように高いエネルギー効率を誇るナノ秒パルス放電であるが、更なる性能向上のために改善すべき点がある。一つ目は、電源と放電リアクタ間での不完全なマッチングとそれによるグロー放電やアーク放電への移行である。現在、ナノ秒パルス電源の特性インピーダンスは50 Ωとなるように設計されている。一方で、今回使用した放電リアクタの特性インピーダンスは約216 Ωと計算される。マッチングを改善するためには放電リアクタの特性インピーダンスが50 Ωに近づくように設計すれば良いのだが、後述する理由により現実的ではなく、他の手法が求められる。二つ目はいくつかの処理プロセスにおいて能力の飽和がみられる事である。例えばディーゼル排ガスは現状の注入エネルギーでは完全に処理が出来ていない。そのため、更なる注入エネルギーの増加を行う必要がある。インピーダンスマッチング改善やエネルギー増加の手法として直流高電圧をパルス電圧に重畳する方法が報告されている。そこで本研究では、ナノ秒パルス放電に直流電圧を重畳する直流重畳型ナノ秒パルス放電を形成し、その特性の取得を行った。さらに、応用研究として直流重畳型ナノ秒パルス放電を用いた一酸化窒素（NO)処理およびオゾン生成を行った。