高エネルギー大出力プラズマ熱源を用いた超高温多機能試験炉の開発に関する研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05555199
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 小林 明 大阪大学, 溶接工学研究所, 助教授 (70110773)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 羽原 康裕 日本金属工業, 研究部, 主席(研究員) ; 宮田 昇 京都大学, 工学研究科, 講師 (10026221) ; 平田 好則 大阪大学, 工学部, 講師 (00116089) ; 吉川 孝雄 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (00029498) ; 黒田 敏雄 大阪大学, 溶接工学研究所, 助手 (00107096)
• Keywords: プラズマ熱源 / 多機能試験炉 / プラズマ炉 / 高エネルギー / 超高温 / 大出力 / 機能性材料

Research Abstract

現有の真空小型チャンバーにガストンネル型大出力プラズマジェットを取り付けることにより、超高温プラズマ炉を試作し、その性能テストを行ない以下の結果を得ている。
(1)このプラズマ炉の熱効率を知るため、ガストンネル型プラズマジェットの熱効率を測定した結果、約20kWの入力のとき真空中において80%の高熱効率であった。また、入力の増大にともない熱効率が上昇することが確認されている。
(2)超高温プラズマ炉の基本データとして、チャンバー内の各箇所で温度を測定した結果、大気圧中の実験では、20kWの入力のとき炉内中心(トーチからの距離が100mmの位置)で1750Kの温度であった。また、400hPa以下の圧力で炉心温度は急上昇し、150hPaで2000Kとなり、約40hPaの圧力では、3000K以上の超高温となっている。
(3)この真空中の超高温プラズマ炉内の温度分布(炉心温度3000K)を測定した結果、2000K以上の高温領域が軸方向及び、半径方向に大きく広がることを確認し、多機能超高温プラズマ炉として実際の応用のための目標の性能が得られた。
また、以上の研究とともに、大出力プラズマ熱源の開発に関する研究、プラズマ炉のエネルギー収支についての解明、機能性材料の高温特性、機能性評価に関する研究を同時に行っている。
今後、以上の結果の追試を行なうとともに、この超高温プラズマ炉の安定性、熱効率など性能を向上させるためにプラズマトーチ、炉心管の改良を行なう。また、機能性材料の高温試験、表面改質などの応用研究を進め、超高温プラズマ炉としての実用化の基礎研究とする予定である。

Research Products

• [Publications] 小林 明: "高エネルギー大出力プラズマ熱源を用いた超高温多機能試験炉の開発" プラズマ応用科学. 1. 24-29 (1993)
• [Publications] Akira Kobayashi: "Wear Resistance of Zirconia Coating by Gas Tunnel Type Plasma Spraying" Trans.of JWRI. 22. 233-238 (1993)
• [Publications] Takao Yoshikawa: "Applications of Quasi-Steady Magneto-Plasma Dynamic Arc Jets to Ceramics Coatings" Jpn.J.of Appl.Phys.32. 5122-5128 (1993)
• [Publications] 小林 明: "高エネルギープラズマ溶射による複合機能材料の作製" プラズマ溶射による複合機能材料. 2. 61-66 (1993)