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論文題目「多相交流アークの放電現象の解析」
鶴岡洋佑
近年，熱プラズマは産業界における幅広い分野に用いられている．様々な熱プラズマの発生法がある中で，本研究では新規のプラズマ発生技術である多相交流アークに着目した．多相交流アークは，他の熱プラズマと比較して，エネルギー効率が高く，プラズマ体積が大きい，更にプラズマの流速が遅いという特徴から，粉体を効率よく加熱できると考えられる．これらの事から多相交流アークの実用化が期待されるが，多相交流アークの放電現象についての研究は極めて少なく，放電現象の解明が課題となっている．そこで，本研究では多相交流アークの放電現象の理解を深めるため，高速度カメラ，及びオシロスコープを用いた放電現象の解析を行った．
第二章では，2，6，12相での多相交流アークを発生させ，これらの放電の様子を高速度カメラとオシロスコープの同期計測を行い検討した．画像解析結果より，6相，12相放電では，放電パターンが周期的に繰り返されることが確認された．6相放電では，これらの放電パターンを1/6周期(1周期:20 ms)，12相放電では1/12周期で繰り返すことが確認された．以上のことより，多相交流アークでは相数に応じた規則正しい周期を有していることが確認された
第三章では，多相交流アークにおける電極近傍のアーク挙動を調べるため，2, 6, 12相放電の電極近傍におけるアーク挙動の観察を行った．結果より，相数の増加に伴い，アークが左右に大きく振れる様子が確認された．これらは多相交流アーク特有の，常に複数のアークが電極間に存在することから，アーク由来の複雑な電磁場が生じ，アークが左右に振れる様子が現れたと考えられた．
第四章では，電極配置を変化することにより放電経路の変化が可能と考え，電極配置の異なる多相交流アークの放電経路の検討を行った．結果より，電極配置を変化することにより放電経路は変化し，電極間の高温領域を自由に制御することができることが分かった．
第五章では，粉体処理に適した効率の良い熱源を検討するため，多相交流アークと燃焼炎を組み合わせたハイブリッドプラズマを用いてガラス原料の溶融化実験を行った．結果よりハイブリッドプラズマを用いることでよりガラス化率が高く，ホウ酸の揮発率が小さい最適なガラス化条件に近づいたという結果が得られた．
以上のことから，本研究により多相交流アークの放電現象についての理解が深まり，今後の実用化が期待されると考えられる．
修士論文の内容は2010年3月14日にテレビ朝日の「マルミセ！百聞一見録」にてテレビ放映されました。
修士論文の内容は2010年10月27日にテレビ東京の「モーニングサテライト」にてテレビ放映されました。
2010年9月 創造エネルギー専攻修士課程中間発表会でPresentaion Awardを受賞しました．受賞対象の研究発表は「Investigation of Discharge Behavior and Stability of Multi-phase AC Arc」です．
研究論文
- Manabu Tanaka, Yosuke Tsuruoka, Yaping Liu, and Takayuki Watanabe: Investigation of In-Flight Melting Behavior of Granulated Glass Raw Material by Multi-Phase AC Arc Plasma and Hybrid Plasma, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 18, 112010 (2011.7).
- Yaping Liu, Yosuke Tsuruoka, Manabu Tanaka, Toshio Ichihashi, Tetsuji Yano, and Takayuki Watanabe: In-flight Melting Behavior of Different Glass Raw Materials by Hybrid Heating of Twelve-Phase AC Arc with Oxygen Burner, Thin Solid Films, 519 (20), p.7005-7008 (2011.8).
- Manabu Tanaka, Yosuke Tsuruoka, Yaping Liu, Tsugio Matsuura, and Takayuki Watanabe: Stability Analysis of Multi-Phase AC Arc Discharge for In-Flight Glass Melting, Current Applied Physics, 11 (5), p.S35-S39 (2011.9).
- Manabu Tanaka, Yosuke Tsuruoka, Yaping Liu, and Takayuki Watanabe: Investigation of Multi-Phase AC Arc Behavior by High-Speed Video Observation, IEEE Transactions on Plasma Science, 39 (11), p.2904-2905 (2011.11).
- Manabu Tanaka, Yaping Liu, Yosuke Tsuruoka, and Takayuki Watanabe, Experimental Investigation of In-Flight Melting by Hybrid Heating of Multi-Phase AC Arc with Oxygen Burner for Alkali-Free Glass Raw Materials, Thin Solid Films, 523 (15), p.67-71 (2012.11).
国際学会
- Yosuke Tsuruoka, Manabu Tanaka, Toshio Ichihashi, Tsugio Matsuura, and Takayuki Watanabe: Stability Analysis of Multi-Phase AC Arc Discharge for In-Flight Glass Melting, Abstracts of 10th Asia-Pacific Conference on Plasma Science and Technology, PC220, p.299 (2010.7.6 Jeju, Korea).
- Yaping Liu, Yosuke Tsuruoka, Manabu Tanaka, Toshio Ichihashi, Tetsuji Yano, and Takayuki Watanabe: In-flight Melting Behavior of Different Glass Raw Materials by Hybrid Heating of Twelve-Phase AC Arc with Oxygen Burner, Abstracts of 10th Asia-Pacific Conference on Plasma Science and Technology, PC221, p.300 (2010.7.6 Jeju, Korea).
- Manabu Tanaka, Yosuke Tsuruoka, Yaping Liu, Takayuki Watanabe, Jun Taguchi, and Tetsuji Yano: Investigation of In-Flight Melting AC Arc Plasma, Abstracts of 3rd International Congress on Ceramics, S8-038 Behavior of Granulated Glass Raw Material by Multi-Phase (2010.11.17 Osaka International Congress Center).
- Tsugio Matsuura, Manabu Tanaka, Yosuke Tsuruoka, and Takayuki Watanabe: Discharge Mechanism of Multi-Phase AC Arc for In-Flight Glass Melting, Abstracts of 3rd International Congress on Ceramics, S8-039 (2010.11.17 Osaka International Congress Center).
- Yaping Liu, Manabu Tanaka, Yosuke Tsuruoka, and Takayuki Watanabe: In-Flight Melting Behavior of Granular Alkali-Free glass by Multi-Phase AC Arc and Hybrid Plasma, 4th International Conference on Plasma Nanotechnology & Science (2011.3 Takayama).
- Manabu Tanaka, Yaping Liu, Yosuke Tsuruoka, Takayuki Watanabe: In-Flight Melting Behavior of Alkaline Free Glass by Combination of Multi-Phase AC Arc with Oxygen Burner, Abstracts of The 9th International Conference on Advances in The Fusion and Processing of Glass (2011.7.11 Cairns, Australia).
- Manabu Tanaka, Yaping Liu, Yosuke Tsuruoka, and Takayuki Watanabe: Investigation of In-Flight Melting Behavior of Granulated Glass Raw Materials by Hybrid Heating of Twelve-Phase AC Arc with Oxygen Burner, Proceedings of 20th International Symposium on Plasma Chemistry (2011.7.26 Philadelphia, USA).
- Tsugio Matsuura, Manabu Tanaka, Yosuke Tsuruoka, Yaping Liu, and Takayuki Watanabe: Discharge Phenomena of Multi-Phase AC Arc for In-Flight Processing, Proceedings of 20th International Symposium on Plasma Chemistry, SOU13 (2011.7.28 Philadelphia, USA).
- Yaping Liu, Manabu Tanaka, Yosuke Tsuruoka, and Takayuki Watanabe: In-Flight Particle Measurement of Glass Raw Materials in Multi-Phase AC Arc Plasma, Proceedings of 20th International Symposium on Plasma Chemistry, THE04 (2011.7.26 Philadelphia, USA).
国内学会
- 鶴岡洋佑, 市橋利夫, 渡辺隆行, 松浦次雄: インフライト溶融ガラス製造技術に用いる多相アークの安定性, 化学工学会第75年会研究発表講演要旨集, O116 (2010.3.18 鹿児島大学).
- 市橋利夫, 鶴岡洋佑, 渡辺隆行, 矢野哲司: 多相アークを用いたインフライト溶融ガラス粒子の特性, 化学工学会第75年会研究発表講演要旨集, G109 (2010.3.18 鹿児島大学).
- 田中学, 鶴岡洋佑, 劉雅萍, 松浦次雄, 渡辺隆行, 矢野哲司: ガラス造粒粉体の多相アークによるインフライト溶融特性, 化学工学会第42回秋季大会研究発表講演要旨集, J215 (2010.9.7 同志社大学).
- 田中学, 劉雅萍, 鶴岡洋佑, 渡辺隆行: 多相アークプラズマと酸素燃焼炎のハイブリッド加熱によるガラス原料のインフライト溶融挙動の検討, 4大学ナノナノ・マイクロファブリケーションコンソーシアム拠点形成シンポジウム (2011.3.4 川崎市産業振興会館).
- 田中学, 劉雅萍, 鶴岡洋佑, 松浦次雄, 渡辺隆行: 多相アークを用いたガラス原料のインフライト溶融中の粒子特性の検討, 化学工学会第76年会研究発表講演要旨集, Q322 (2011.3 東京農工大学).
- 松浦次雄, 田中学, 鶴岡洋佑, 劉雅萍, 渡辺隆行: インフライト溶融ガラス製造技術に用いる多相アークの放電現象の解析, 化学工学会第76年会研究発表講演要旨集, Q323 (2011.3 東京農工大学).
- Manabu Tanaka, Yaping Liu, Yosuke Tsuruoka, and Takayuki Watanabe, In-Flight Melting Behavior of Alkali-Free Glass by Hybrid Heating of Multi-Phase AC Arc with Oxygen Burner, Abstracts of Papers of 24th Symposium on Plasma Science for Materials, p.95, B5-3 (2011.7.20 大阪大学).
- 田中学, 鶴岡洋佑, 劉雅萍, 松浦次雄, 渡辺隆行: インフライトガラス溶融に用いる多相アークの放電特性の解析, 熱工学カンファレンス講演論文集, p.229-230, A211 (2011.10.30 静岡大学).
- Manabu Tanaka, Yaping Liu, Yosuke Tsuruoka, Tomoki Ikeba, and Takayuki Watanabe: Discharge Characteristics of Multi-Phase AC Arc for In-Flight Processing, Plasma Conference 2011, 23D04 (2011.11.23 石川県立音楽堂).
