JPH0148817B2 - - Google Patents

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JPH0148817B2
JPH0148817B2 JP59152745A JP15274584A JPH0148817B2 JP H0148817 B2 JPH0148817 B2 JP H0148817B2 JP 59152745 A JP59152745 A JP 59152745A JP 15274584 A JP15274584 A JP 15274584A JP H0148817 B2 JPH0148817 B2 JP H0148817B2
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jet
plasma
injecting
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Pieeru Serurano Jan
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AEROSUPASHIARU SOC NASHONARU IND
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    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
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Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明はプラズマジエツトの蒸気流中に、微粒
子材料や各種溶液（以下、リージエンツ
（Reagents）という）を注入し、これを均一に溶
解、混合、反応あるいは分布させるための技術に
関するものであつて、主として金属やセラミツク
のような高融点物質の表面処理や接合に用いられ
るものである。
＜従来技術及びその問題点＞ 時としてプラズマ化学と呼ばれる種々の化学的
な反応処理（溶解、再結晶、高融点材料の物体表
面への塗布等）は近年になつて発展させられたも
ので、粉末、溶液等の微粒子材料とプラズマジエ
ツトとが用いられる。この技術では、一般にリー
ジエンツと呼ばれる微粒子材料がプラズマジエツ
トよりなる熱気流に注入される。
その注入の結果得られる物の品質、リージエン
ツの注入にとつては、その熱気流にリージエンツ
が均一に分布し、かつ完全に溶解することが特に
重要なことである。今日では、プラズマジエツト
は高速であり、解決されるべきリージエンツの注
入という問題は微妙な問題であることが知られて
いる。特に、溶液又は粒状の小滴（その寸法は数
ミクロンから1000ミクロンと種々である）を2000
℃ないし6000℃の温度と１ないし20バールの圧力
とを有するプラズマジエツトに注入する場合には
そうである。
プラズマジエツトにリージエンツを注入する方
法としては、既にいくつかの別の方法が提案され
ており、これらの方法では、プラズマ化される物
質、例えば高圧ガスへのリージエンツの注入はプ
ラズマ発生装置のプラズマ化する段階、又はその
前後の段階で行なわれている。
プラズマ発生装置よりも前の段階でリージエン
ツを注入する第１の場合、いくつかの問題、特
に、プラズマジエツトが高速であるために高温の
それと低温のリージエンツとを混合させるという
問題が避けられる。
他方、この方法では、リージエンツをプラズマ
ジエツト発生装置に通さねばならないので、プラ
ズマ発生装置の壁や電極と反応するおそれがある
リージエンツを用いることはできない。更に、そ
の様な注入に適した構造のプラズマ発生装置にの
み利用できる。プラズマ発生装置の下流で注入す
る場合には、別の操作方法が可能である。流動床
を形成し、その中に付加的な容器中で懸濁化され
たリージエンツの粒子を含ましめ、それらの粒子
をプラズマジエツトに送る。そのために、プラズ
マジエツトの速度に起因する上述の問題に出合う
ことになる。又、粒子はプラズマジエツト中で重
力によつて降下させられることになる。そのう
え、リージエンツの粒子のプラズマジエツトへの
混合は僅かだけであり、大部分のリージエンツの
粒子はそれから反発する傾向がある。
＜本発明の目的＞ 本発明の目的は、これらの欠点を克服し、プラ
ズマジエツト中にリージエンツが完全に均一に容
解される様にすることである。
＜本発明方法の構成＞ 本発明に係るプラズマジエツトの微粒子材料注
入方法は、上述の目的を達成するために、プラズ
マジエツトの経路中にスクリーンを挿入し、この
スクリーンに該プラズマジエツトの周りに複数個
の分流ジエツト形成用オリフイスを適当な間隔を
置いて配置し、これらのオリフイスを貫通させる
ことにより該プラズマジエツトを少なくともほぼ
同方向に向く複数の各分流ジエツトに分流させ、
少なくとも部分的にいくつかの上記オリフイスで
取り囲まれる少なくとも１個の微粒子材料流出用
ノズルに微粒子材料を導入して、上記分流ジエツ
トとほぼ同方向に向けられ、上記プラズマジエツ
トの分流ジエツトの少なくともいくつかによつて
取り囲まれた少なくとも１つの微粒子材料の流れ
を形成するという手順をふむ。
即ち、A.プラズマジエツト発生装置からプラ
ズマジエツトを噴出させるプラズマジエツト噴出
工程、B.プラズマジエツト発生装置から噴出し
たプラズマジエツトを、その噴出方向の途中部で
分流させて、複数の細い分流ジエツトを形成する
プラズマジエツト分流工程、C.複数の細い分流ジ
エツトを、その下流部で互いに分流させて、太い
合流ジエツトを形成する分流ジエツト合流工程、
D.プラズマジエツトが、プラズマジエツト発生
装置から噴射されてから、複数の細い分流ジエツ
トに変えられた後、さらに太い合流ジエツトに変
えられるに至るまでの間において、プラズマジエ
ツト及び合流ジエツトのジエツト流断面の外周縁
よりも内側で微粒子材料を流出させるともに、こ
の微粒子材料の流出軸心をプラズマジエツト及び
分流ジエツトのジエツト流軸心とほぼ平行に方向
づける微粒子材料流出工程、E.前記ジエツト流断
面の外周縁よりも内側に流出した微粒子材料を、
プラズマジエツトと合流ジエツトとのいずれか一
方に拡散させながら混合させる微粒子材料拡散混
合工程、以上の各工程Ａ〜Ｅの組合せから成るも
のである。
＜本発明装置の構成＞ 本発明の装置は、上述のプラズマジエツトへの
微粒子材料注入方法の実施に使用するために、ス
クリーン６の板状の本体１２にプラズマジエツト
４を分流させるための複数個の分流ジエツト形成
用オリフイス１３とこれらオリフイス１３により
少なくとも部分的に取り囲まれた少なくとも１個
の粒子材料流出用ノズル１４とを設け、上記オリ
フイス１３及びノズル１４の軸心をほぼ同方向に
向け、上記ノズル１４に微粒子材料９を供給する
微粒子材料供給路５を上記スクリーン本体１２の
内部に形成する。
即ち、プラズマジエツト発生装置１の前側でプ
ラズマジエツト４の噴出長さの途中部に、スクリ
ーン６を横断状に設け、スクリーン６の板状の本
体１２におけるプラズマジエツト４の噴射領域部
内に、複数個の分流ジエツト形成用オリフイス１
３を貫通させ、スクリーン本体１２のプラズマジ
エツト噴射領域部内で、その前面と後面とのいず
れか一方に微粒子材料流出用ノズル１４を少なく
とも１つにし、このノズル１４のノズル軸心２０
はプラズマジエツト発生装置１から噴出するプラ
ズマジエツト４のジエツト流軸５とほぼ平行に方
向づけ、ノズル１４は複数個のオリフイス１３に
近い位置に位置させ、ノズル１４に微粒子材料を
供給する微粒子材料供給路１５をスクリーン本体
１２内に形成するものである。
＜本発明の効果＞ この様に構成された本発明の装置によれば、上
記プラズマジエツトがスクリーン本体の分流ジエ
ツト形成用オリフイスによつてほぼ同方向に向つ
て流れる複数の分流ジエツトに分流させられると
ともに、少なくとも１つの微粒子材料の流れが少
なくとも部分的に上記分流ジエツトに取り囲まれ
る状態で上記分流ジエツトと同方向に又逆方向に
流出させられる本発明の方法の手順を実施でき、
このような手順によれば、プラズマジエツト中に
ほぼ同軸心状に微粒子材料の流れを形成でき、プ
ラズマジエツトとリージエンツとの拡散状態が最
適となり、混合流の均一化が促進される一方、プ
ラズマジエツトに全種類のリージエンツの粒子を
乗せて、反応させることができるのである。
混合流の拡散及び均一化を一層改善するため
に、微粒子材料の流れも複数に分流して少なくと
も部分的にプラズマジエツトの分流ジエツトを形
成するためのいくつかのオリフイスで取り囲まれ
る複数個の微粒子材料流出用ノズルに送ることが
有利である。
この様な微粒子材料の分流はそのスクリーンを
プラズマジエツトが通過する段階又はそれよりも
上流で行なわれる。
更に、１つのプラズマジエツトに複数のリージ
エンツを注入できる様にするためには、各種の微
粒子材料を受け入れる複数のノズルを設け、各ノ
ズルを少なくとも部分的にプラズマジエツトの分
流ジエツトを形成するためのいくつかのオリフイ
スで取り囲ませる。
微粒子材料の流れがプラズマジエツトの分流ジ
エツトと同方向に注入されるか、それに逆流する
方向に注入されるかは行なわれる反応処理によ
る。
上記各微粒子材料供給路は、微粒子材料供給装
置と接続するために、好ましくは本体又はスクリ
ーンの周面に個別的に又は共通に開口させられ
る。
上記本体又はスクリーンは複数の板を組み立て
ることにより形成できる。接合面間での熱伝達が
低くなることを避けるためには上記本体又はスク
リーンを１枚の厚板で構成することが好ましい。
本発明の装置のスクリーンは、例えばセラミツ
クスなどの耐火材で形成すればよい。プラズマジ
エツトの温度が約2000℃をこえない場合には特に
そうである。この場合、冷却装置を設ける必要は
なく、本体又はスクリーンの全体にわたつてオリ
フイスやノズルを自由に配置できることになる。
他方、プラズマジエツトの温度が3000℃台又はそ
れを上回る場合には、銅などで造られた冷却スク
リーンを用いなければならない。その場合、冷却
液を循環させるために本体又はスクリーン内部に
冷却液用通路を設ける必要がある。これによりそ
のオリフイスやノズルの配置に関して制限が与え
られることになる。しかし、この制限は微粒子材
料供給用の微粒子材料供給路と冷却液用通路とを
異なる平面の上に配置されることにより緩和され
る。
プラズマジエツト分流ジエツトを形成するため
のオリフイスの径は同じでも異なつていてもよ
い。上記スクリーンを挿入することによりプラズ
マジエツトの温度又は圧力がその上流側と下流側
とで同じになつても、異なつてもよく、後者の場
合にはスクリーンの下流側のプラズマジエツトが
上流側に比べれば異ならせられる様に構成しても
よい。
プラズマジエツトの分流ジエツトを形成するた
めのオリフイスは、例えば、円筒形、円錐形、コ
ンバージエント・ダイバージエント結合形など、
どの様な形にしてもよい。プラズマジエツトの分
流を促進するものであればその他の形であつても
よい。それらのオリフイスの軸心はプラズマジエ
ツトの中心軸に平行であつても、例えば分流ジエ
ツトがその中心軸に向かつて収束させられたり、
それを中心に旋回流を形成するように傾斜させら
れていたりしてもよい。
同様に、リージエンツを注入するためのノズル
はプラズマジエツトの中へのリージエンツの混入
を促進する様な形でありさえすれば、円筒形で
も、円錐形でもよい。リージエンツの拡散度を改
善するために霧化具を設けることもできる。
＜実施例＞ 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。
第１図及び第２図はそれぞれ概略的に示された
本発明に係るプラズマジエツトへの微粒子材料注
入装置は、プラズマジエツト４を軸心５に沿つて
出力するプラズマジエツト発生装置１と微粒子材
料共給装置１０とを備える。プラズマジエツト４
の進路上に、該プラズマジエツト４を少なくとも
実質上平行な分流ジエツト７に分流し、かつ、微
粒子材料供給装置１０により送り出された微粒子
材料９をこれらの分流ジエツト７に少なくとも実
質上平行な１つ又は複数の流れ８にして流出させ
るために注入装置（スクリーン）６が装入され
る。これにより、該注入装置６の下流側では、プ
ラズマジエツト４と微粒子材料９との相互作用及
び／又は反応が結合して行なわれる結果、均一な
合流ジエツト１１を得ることができる。
第１図の装置では、微粒子材料９流れ８はプラ
ズマジエツトの分流ジエツト７と同じ方向で、結
果的に生じる均一な分流ジエツト１１に向けられ
ている。他方、第２図の装置では、微粒子材料９
の流れ８はプラズマジエツトの分流ジエツト７と
は逆にプラズマジエツト４に向けられている。こ
の場合、流れ８から出て来た微粒子材料９は注入
装置６を通つててプラズマジエツトの分流ジエツ
ト７によつて下流に運ばれる。
第３図ないし第６図に示された上記注入装置６
の一実施例は、板状の本体１２を備える。この本
体１２の中心の周りには貫通孔よりなる複数個の
分流ジエツト形成用オリフイス１３が設けられ
る。ここでは各オリフイス１３はコンバージエツ
ト・ダイバージエツト結合形であり、互いに直交
する直線を有する十文字形に配列されている。こ
れらのオリフイス１３によつてプラズマジエツト
から複数の分流ジエツト７が作られるのである。
更に、この注入装置６は、オリフイス１３の間
に盲穴よりなる微粒子材料流出用ノズル１４を備
え、該ノズル１４を本体１２内に形成した微粒子
材料供給路１５を介して１個又はそれより多数個
の微粒子材料供給装置１０に接続される。１６は
接続具である。上記ノズル１４の内部には霧化器
１７が配置され、この霧化器１７から微粒子材料
９が噴霧されるようになつている。その結果、微
粒子材料９は中立又は反応に加わる噴霧ガスによ
つて運ばれる。
最後に、冷却液を循環させるために本体１２内
に冷却液用通路１８が設けられ、その冷却液の供
給と排出のためにマニフオルド１９及び２０が設
けられる。
図示の例では、４個の霧化器１７がオリフイス
１３が並らぶ十文字形の二等分線上にその中心か
ら等しい距離の箇所に配置されている。
第３図ないし第６図に示した実施例は、もちろ
ん限定なものではなく、プラズマジエツト４の温
度が3500℃台でその圧力が５バール、粒径が数ミ
クロンから500ミクロンの範囲の混合粉流体専用
のものである。この場合、本体１２は銅製であ
り、冷却液には高速で冷却液用通路１８を循環す
る水が用いられる。
微粒子材料９を供給するための微粒子材料供給
路１５は本体１２の周囲に個別的に（接続具１６
を介して）開口させられているので、接続具１６
を異なる微粒子材料の供給源に接続することがで
き、その結果、ノズル１４がプラズマジエツトの
中に異なる微粒子材料９を噴出することになり、
数種の微粒子材料９を注入することが容易となる
ことは特記すべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図はそれぞれ本発明に係るプラズ
マジエツトへの微粒子材料注入方法及びこれに使
用する装置の各実施例の概略構成図、第３図は本
発明に係る注入装置の一実施例の正面図、第４
図、第５図及び第６図はそれぞれ第３図の―
線、―線及び―線に沿う断面図である。 ４……プラズマジエツト、６……スクリーン、
１０……微粒子材料供給装置、１２……本体、１
３……分流ジエツト形成用オリフイス、１４……
微粒子材料流出用ノズル、１５……微粒子材料供
給路、１８……冷却液用通路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ Ａ プラズマジエツト発生装置からプラズマ
    ジエツトを噴出させるプラズマジエツト噴出工
    程、 Ｂ プラズマジエツト発生装置から噴出したプラ
    ズマジエツトを、その噴出方向の途中部で分流
    させて、複数の細い分流ジエツトを形成するプ
    ラズマジエツト分流工程、 Ｃ 複数の細い分流ジエツトを、その下流部で互
    いに分流させて、太い合流ジエツトを形成する
    分流ジエツト合流工程、 Ｄ プラズマジエツトが、プラズマジエツト発生
    装置から噴射されてから、複数の細い分流ジエ
    ツトに変えられた後、さらに太い合流ジエツト
    に変えられるに至るまでの間において、プラズ
    マジエツト及び合流ジエツトのジエツト流断面
    の外周縁よりも内側で微粒子材料を流出させる
    とともに、この微粒子材料の流出軸心をプラズ
    マジエツト及び合流ジエツトのジエツト流軸心
    とほぼ平行に方向づける微粒子材料流出工程、 Ｅ 前記ジエツト流断面の外周縁よりも内側に流
    出した微粒子材料を、プラズマジエツトと合流
    ジエツトとのいずれか一方に拡散させながら混
    合させる微粒子材料拡散混合工程、 以上の各工程Ａ〜Ｅの組合せから成るプラズマ
    ジエツトへの微粒子材料注入方法。 ２ 上記微粒子材料をも複数に分流させる特許請
    求の範囲第１項のプラズマジエツトへの微粒子材
    料注入方法。 ３ 複数に分流された微粒子材料がそれぞれ異な
    る微粒子材料からなる特許請求の範囲第１項のプ
    ラズマジエツトへの微粒子材料注入方法。 ４ 微粒子材料をプラズマジエツトに拡散させな
    がら混合させる特許請求の範囲第１項のプラズマ
    ジエツトへの微粒子材料注入方法。 ５ 微粒子材料を合流ジエツトに拡散させながら
    混合させる特許請求の範囲第１項のプラズマジエ
    ツトへの微粒子材料注入方法。 ６ プラズマジエツト発生装置１の前側で、プラ
    ズマジエツト４の噴出長さの途中部に、スクリー
    ン６を横断状に設け、 スクリーン６の板状の本体１２におけるプラズ
    マジエツト４の噴射領域部内に、複数個の分流ジ
    エツト形成用オリフイス１３を貫通させ、 スクリーン本体１２のプラズマジエツト噴射領
    域部内で、その前面と後面とのいずれか一方に微
    粒子材料流出用ノズル１４を少なくとも１つ開口
    し、このノズル１４のノズル軸心はプラズマジエ
    ツト発生装置１から噴出するプラズマジエツト４
    のジエツト流軸５とほぼ平行に方向づけ、 ノズル１４は複数個のオリフイス１３に近い位
    置に位置させ、 ノズル１４に微粒子材料を供給する微粒子材料
    供給路１５をスクリーン本体１２内に形成した事
    を特徴とする、 特許請求の範囲第１項のプラズマジエツトへの
    微粒子材料注入方法の実施に使用するプラズマジ
    エツトへの微粒子材料注入装置。 ７ 上記スクリーン本体１２の周面に各微粒子材
    料供給路１５を個別的に又は共通に開口させた特
    許請求の範囲第６項のプラズマジエツトへの微粒
    子材料注入装置。 ８ 上記微粒子材料流出用ノズル１４をスクリー
    ン本体１２の前面に開口した特許請求の範囲第６
    項のプラズマジエツトへの微粒子材料注入装置。 ９ 上記微粒子材料流出用ノズル１４をスクリー
    ン本体１２の後面に開口した特許請求の範囲第６
    項のプラズマジエツトへの微粒子材料注入装置。 １０ 上記スクリーン本体１２の内部に冷却液用
    通路１８を設けた特許請求の範囲第６項のプラズ
    マジエツトへの微粒子材料注入装置。
JP59152745A 1983-08-08 1984-07-23 プラズマジェットへの微粒子材料注入方法及びこれに使用する装置 Granted JPS6044038A (ja)

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