WO2010092677A1 - 爆発溶射装置 - Google Patents

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WO2010092677A1
WO2010092677A1 PCT/JP2009/052393 JP2009052393W WO2010092677A1 WO 2010092677 A1 WO2010092677 A1 WO 2010092677A1 JP 2009052393 W JP2009052393 W JP 2009052393W WO 2010092677 A1 WO2010092677 A1 WO 2010092677A1
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WO
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combustion chamber
thermal spray
spray material
flow path
chamber
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Application number
PCT/JP2009/052393
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English (en)
French (fr)
Inventor
光一 林
佐藤博之
博隆 深沼
直行 大野
Original Assignee
タマティーエルオー株式会社
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Publication date
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Priority to JP2009512343A priority patent/JP4911648B2/ja
Priority to EP09700005.3A priority patent/EP2386359A4/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/0006—Spraying by means of explosions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/126—Detonation spraying

Definitions

  • the present invention relates to an explosion spraying apparatus, and more particularly to an explosion spraying apparatus using hydrogen fuel.
  • Explosive spraying was invented in 1955 by R.W.Poorman, H.B.Sargent and H.Lamprey of Union Carbide, and has since been applied to many fields as one of the best spraying methods.
  • a mixture of fuel gas, oxidant and powdered spray material is supplied into a tubular explosion chamber having a closed end and an open end.
  • the mixture is then ignited by a spark plug and explodes, creating a detonation wave in the explosion chamber. Due to the rapid expansion of the reaction product gas after passing through the detonation wave tip, the sprayed material particles are heated and accelerated and discharged from the open end at a high speed.
  • the discharged sprayed material particles in the molten state collide with the substrate surface and spread and adhere to form a coating.
  • a hydrocarbon fuel such as acetylene is usually used.
  • acetylene is extremely reactive, there is a problem that it is difficult to handle the thermal spraying apparatus safely.
  • Patent Documents 1 to 3 A basic idea of a detonator using hydrogen fuel intended to shorten the distance of Detonation Transition Length (hereinafter referred to as DDTL) and application of the detonator to a thermal spraying apparatus will be disclosed.
  • the present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a novel explosion spraying apparatus capable of performing stable explosion spraying using hydrogen fuel.
  • the inventors of the present invention have intensively studied a practically sized explosive spraying device that can use hydrogen fuel that is relatively easy to handle, and provided a partition wall having a plurality of through holes formed in the vicinity of the ignition point.
  • the idea of shortening the distance of DDTL was obtained by integrally forming a protrusion extending spirally with respect to the inner wall surface of the adjacent detonation tube through the partition wall.
  • using hydrogen that is less reactive than acetylene As a result of further studies on the configuration of the present invention, the present invention has been achieved.
  • the present inventors in the explosive spraying device, in addition to opposing injection of hydrogen and oxygen to the auxiliary combustion chamber, in addition to the main combustion chamber in which the ridges are spirally formed on the auxiliary combustion chamber and the inner wall, It was demonstrated that stable pulse detonation can be realized with a short DDTL by separating them by a partition wall in which a plurality of through holes are formed. It was also demonstrated that high-frequency operation can be achieved while securing the amount of heat necessary for melting the sprayed material by distributing the combustible gas supply port at the rear end of the auxiliary combustion chamber and the main combustion chamber. Furthermore, the spraying efficiency was improved by adopting a mechanism that intermittently supplies the thermal spray material together with hydrogen fuel. In addition, a means for cooling each of the outer peripheral portion of the combustion chamber and the inside of the partition wall is provided to enable continuous operation for a long time.
  • FIG. 1 is a side view of an explosion spraying apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the explosion spraying apparatus 100 shown in FIG. 1 employs a pipe-flange structure, and is configured so that the apparatus can be easily disassembled and assembled as needed for maintenance or the like.
  • the explosion spraying apparatus 100 includes a unit 10, unit 20, unit 40, unit 60, and unit 70 that are flange-shaped members, and units 30, 50, and 50 that are tubular members with flanges.
  • the combustion chamber having a closed end and an open end is formed as a cylindrical space in the interior thereof by being flange-connected to each other.
  • the unit 10 includes a sub-combustion chamber for generating an initial flame, and the unit 30 includes a main combustion chamber for generating a detonation wave.
  • the unit 20 includes a porous partition wall for separating the sub-combustion chamber and the main combustion chamber, and the unit 40 includes a mechanism for supplying a thermal spray material.
  • the unit 50 includes a thermal spray material melting chamber that is a space for accelerating, heating, and melting the supplied thermal spray material powder, and the unit 60 is provided for ensuring a residence time of the thermal spray material.
  • a diaphragm mechanism is provided.
  • Each unit described above can be formed from a heat resistant material such as stainless steel, duralumin, titanium alloy, nickel superalloy.
  • the explosion spraying apparatus 100 of the present embodiment uses hydrogen as a fuel and oxygen as an oxidant in view of environmental load and safety.
  • Oxygen can be supplied as appropriate in the form of oxygen gas (O 2 ), air, ozone, or the like.
  • oxygen gas O 2
  • air oxygen gas
  • ozone or the like.
  • hydrogen and oxygen are supplied to the auxiliary combustion chamber of the unit 10, and the gas supplied and mixed to the auxiliary combustion chamber is ignited by the ignition means 11 that is pulse-driven, and is initially Generates a flame.
  • the initial flame generated in the unit 10 is then introduced into the main combustion chamber of the unit 30 through a porous partition (not shown) of the unit 20, and transits to a detonation wave while passing through the unit 30.
  • the powder (P) of the thermal spray material supplied together with nitrogen from the thermal spray material supply means of the unit 40 is heated and accelerated by the energy of the detonation wave propagating from the main combustion chamber, and passes through the thermal spray material melting chamber of the unit 50. To melt.
  • the molten sprayed material is discharged from the opening end at a high speed and collides with the surface of the substrate 80 to form a coating 90.
  • the explosion spraying apparatus 100 of the present embodiment includes a water cooling mechanism in order to realize a stable operation.
  • FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of the explosion spraying apparatus 100.
  • the longitudinal section refers to a section along the longitudinal direction of the explosion spraying apparatus 100
  • the transverse section refers to a section orthogonal to the longitudinal direction of the explosion spraying apparatus 100.
  • a cylindrical combustion chamber 101 is formed inside the explosion spraying apparatus 100.
  • Each of the units 30, 50 and 50 which are flanged tubular members, has a double-pipe structure and has a cylindrical cavity therein.
  • the other units (units 10, 20, 40, 60, 70) are formed with through holes that communicate with the cylindrical cavities of the units 30, 50, 50.
  • a series of cavities communicating from the unit 10 to the unit 70 are formed on the outer periphery of the combustion chamber 101 of the explosion spraying apparatus 100, and this series of cavities functions as a flow path for the cooling medium.
  • the cooling medium is not particularly limited, but in the following description, the cooling medium will be described as water.
  • the cooling water (W) introduced from the cooling water inlet 12 of the unit 10 flows down through the units 20 to 60 and then drains from the cooling water outlet 71 of the unit 70.
  • the overall structure of the explosion spraying apparatus 100 of this embodiment has been outlined above. Next, the structure of each unit constituting the explosion spraying apparatus 100 will be described in detail below.
  • FIG. 3 is a diagram showing the unit 10 and the unit 20 in the present embodiment.
  • FIG. 3A shows a longitudinal sectional view of the unit 10 and the unit 20.
  • the unit 30 is also indicated by a broken line.
  • 3B shows a cross-sectional view of the unit 10 taken along the line AA
  • FIG. 3C shows a cross-sectional view of the unit 20 taken along the line BB.
  • both the unit 10 and the unit 20 are configured as circular flange-shaped members.
  • the unit 10 has a hydrogen gas supply port 13 for supplying hydrogen (H 2 ) as a fuel, an oxygen gas supply port 14 for supplying oxygen (O 2 ) as an oxidant, and a scavenging gas.
  • a nitrogen gas supply port 15 for supplying nitrogen (N 2 ) is formed, and a gas flow path extending from each gas supply port communicates with a substantially cylindrical sub-combustion chamber 16 formed therein. Yes.
  • Each gas supply port is configured as a solenoid-type injection valve, and each injection valve is pulse-driven by a control device (not shown) so as to supply gas to the auxiliary combustion chamber 16 intermittently. ing.
  • each gas supply port communicating with the hydrogen gas supply port 13 and the oxygen gas supply port 14 with respect to the auxiliary combustion chamber 16 has its injection direction. It is formed in an opposing shape.
  • each gas supply port communicating with the nitrogen gas supply port 15 is also formed to face the sub-combustion chamber 16 in the injection direction.
  • a spark plug as an ignition means 11 is inserted into the unit 10 so that its electrode faces the sub-combustion chamber 16, and the ignition means 11 is pulse-controlled by a control device (not shown) and intermittently ignited. Is configured to do.
  • the ignition means 11 in this invention is not limited to a spark plug, The system by laser irradiation can also be employ
  • the unit 10 is formed with a donut-shaped cavity a around the auxiliary combustion chamber 16 and a plurality of cooling water flow paths 17 communicating with the cavity a.
  • the unit 10 is formed with a cooling water introduction port 12 for introducing cooling water, and the cooling water introduction port 12 communicates with the cavity a.
  • the unit 20 includes a partition wall 21 at the center, and the partition wall 21 is formed with nine through holes 22 for turbulent flow of the initial flame in a square lattice shape.
  • the number and arrangement of the through holes 22 are not limited to the example shown in FIG. 3, but in this embodiment, the blocking rate (the through holes with respect to the surface area of the partition wall 21 including the opening region of the through holes 22).
  • the ratio of the surface area of the partition wall 21 excluding the 22 open regions) can be 0.7 to 0.9, preferably 0.75 to 0.85.
  • a plurality of cooling water passages 23 are formed around the partition wall 21.
  • the unit 20 is disposed between the unit 10 and the unit 30, and the units 10, 20, and 30 are flange-connected by a bolt and nut structure (not shown), so that a donut-shaped cavity b and cavity c are formed. It is configured to be.
  • the units 10, 20, and 30 are flanged to each other, whereby the auxiliary combustion chamber 16 of the unit 10 and the main combustion chamber 31 of the unit 30 are separated from each other via the partition wall 21, and the cavity b and the cavity c are separated from each other.
  • the cooling water passage 23 communicates.
  • the flange 35 of the unit 30 is formed with a plurality of cooling water passages 32 for communicating the cavity c and the cylindrical cooling water passage 37, and the cooling water introduced from the cooling water inlet 12 of the unit 10. Water is introduced into the cooling water channel 37 of the unit 30 through the cavity a, the cooling water channel 17, the cavity b, the cooling water channel 23, the cavity c, and the cooling water channel 32.
  • the unit 20 further includes a cooling means for cooling the partition wall 21. This will be described in detail later.
  • the unit 10 and the unit 20 have been mainly described above.
  • the unit 30 including a main combustion chamber for generating a detonation wave will be described below.
  • FIG. 4 shows the unit 30 in this embodiment.
  • FIG. 4A shows a longitudinal sectional view of the unit 30.
  • a front view of the flange portion of the unit 30 and a cross-sectional view taken along the line CC are shown together.
  • the unit 30 is configured as a flanged tubular member having a double tube structure.
  • the unit 30 includes an inner tube 33 that constitutes a main combustion chamber, an outer tube 34, and two flanges 35 and 36, and the inner tube 33 is inserted into the outer tube 34. The two ends of each pipe are joined to flanges 35 and 36, respectively.
  • the unit 30 has a cylindrical cavity formed by the outer wall of the inner tube 33 and the inner wall of the outer tube 34, and functions as a cooling water channel 37. As described above, the cooling water that has passed through the units 10 and 20 flows into the cooling water flow path 37 and flows down in the unit 30.
  • FIG. 4B is an enlarged view of the inner tube 33 constituting the main combustion chamber 31, and a portion of the tube wall is cut away to show the inside of the tube.
  • a protrusion 38 protruding toward the center of the inner tube 33 is integrally formed on the inner wall surface of the inner tube 33.
  • the inner tube 33 is spirally formed in the longitudinal direction along the inner wall surface.
  • the protrusion 38 is formed integrally with the inner wall of the inner tube 33, the heat generated in the inner tube 33 due to continuous pulse detonation is cooled via the protrusion 38. It becomes possible to efficiently exchange heat with the cooling water flowing down the water flow path 37.
  • the structure of the units 10, 20, and 30 in the explosion spraying apparatus 100 of the present embodiment has been described above. Next, referring to FIGS. 3 and 4 again, the explosion spraying apparatus 100 of the present embodiment. The detonation generation process will be described below.
  • hydrogen and oxygen are opposedly injected from the hydrogen gas supply port 13 and the oxygen gas supply port 14 that are pulse-driven in synchronization with the ignition means 11 to the sub-combustion chamber 16 of the unit 10. Are mixed.
  • hydrogen and oxygen are controlled so that the injection ends at the same time and are supplied at an equivalence ratio of 1.0.
  • the ignition means 11 is pulse-driven so as to be ignited at the same time as the hydrogen and oxygen injection end time, and the ignition means 11 ignites the hydrogen-oxygen mixed gas, thereby generating an initial flame.
  • the nitrogen gas supply ports 15 and 15 are pulse-driven with a predetermined delay time with respect to the ignition timing of the ignition means 11, and nitrogen gas for scavenging is opposedly injected until the next injection start time of hydrogen / oxygen.
  • the combustible gas remaining in the combustion chamber is exhausted outside the combustion chamber.
  • the initial flame generated in the auxiliary combustion chamber 16 is introduced into the main combustion chamber 31 of the unit 30 through the plurality of through holes 22 provided in the partition wall 21. At this time, the initial flame is discharged into the main combustion chamber 31 as a plurality of turbulent jets corresponding to the plurality of through holes 22. The initial flame released into the main combustion chamber 31 as a plurality of turbulent jets then travels through the main combustion chamber 31 toward the open end, and the spirally formed ridges 38 are formed. A plurality of compression waves are generated depending on the existence.
  • the generated compression waves are mutually reflected by being reflected toward the center side of the main combustion chamber 31 (inner pipe 33), and in the process of propagating while increasing the energy of the shock wave, the detonation state (detonation state ( Transition to detonation.
  • the turbulent action of the initial flame by the plurality of through holes 22 formed in the partition wall 21 and the compression wave by the spirally formed protrusions 38 are provided.
  • Stable pulse detonation can be achieved with a short DDTL by the generation / enhancement effect of the two layers. This makes it possible to keep the length of the explosive spraying apparatus using hydrogen fuel on a practical scale (about 1000 mm).
  • the detonation generation process in the explosion thermal spraying apparatus 100 of the present embodiment has been described.
  • the cooling mechanism of the partition wall 21 provided in the unit 20 described above will be described in detail with reference to FIG. .
  • FIG. 5A shows a longitudinal sectional view of the unit 20, and FIG. 5B shows a view of the cooling mechanism of the partition wall 21 provided in the unit 20 as viewed from the front.
  • a disk-shaped partition wall 21 is formed at the center of the unit 20 to separate the auxiliary combustion chamber 16 of the unit 10 and the main combustion chamber 31 of the unit 30.
  • the partition wall 21 is provided with nine through holes 22.
  • the initial flame generated in the sub-combustion chamber 16 reaches the main combustion chamber 31 through the through hole 22 of the partition wall 21.
  • the initial flame is erected in such a way as to block the progress of the initial flame. Since the high temperature flame always strikes the partition wall 21 during operation, the partition wall 21 is exposed to a thermally severe environment for a long time.
  • the present inventors provided a novel cooling mechanism for the partition wall 21.
  • the unit 20 is provided with two cooling water inlets 24 and 25 and two cooling water outlets 26 and 27.
  • the cooling water inlet 24 and the cooling water outlet are provided.
  • 26 communicates with the four vertical flow paths 28, and the cooling water introduction port 25 and the cooling water discharge port 27 communicate with each other through the four horizontal flow paths 29.
  • the vertical flow path 28 is formed so as to penetrate the partition wall 21 by sewing between the nine through holes 22 in the vertical direction
  • the horizontal flow path 29 is sewn between the nine through holes 22 in the horizontal direction. It is formed so as to penetrate the partition wall 21.
  • the vertical flow path 28 and the horizontal flow path 29 are arranged in a grid pattern in the partition wall 21 as shown in FIG.
  • cooling water (W) is always introduced from the cooling water inlets 24 and 25 during operation, and the introduced cooling water (W) is divided into four vertical lines. It is discharged from the cooling water discharge ports 26 and 27 through the flow path 28 and the horizontal flow path 29.
  • the partition wall 21 is efficiently and evenly cooled.
  • thermal deformation and thermal damage of the partition wall 21 are preferably avoided, and safe continuous operation of the explosion spraying apparatus 100 is guaranteed.
  • the cooling mechanism of the partition wall 21 provided in the unit 20 has been described above.
  • the unit 40 provided with the thermal spray material supply mechanism in the explosion spraying apparatus 100 of the present embodiment will be described below.
  • FIG. 6A and 6B are diagrams showing the unit 40 in the present embodiment.
  • FIG. 6A is a longitudinal sectional view of the unit 40
  • FIG. 6B is a transverse sectional view of the unit 10 taken along the line DD. Indicates.
  • the unit 30 and the unit 50 are also indicated by broken lines.
  • the unit 40 is configured as a circular flange-shaped member having a cylindrical opening 41 at the center thereof.
  • the unit 40 is disposed between the unit 30 and the unit 50 and is flange-connected by a bolt and nut structure (not shown), and has the same diameter as the main combustion chamber 31 of the unit 30 and the thermal spray material melting chamber 51 of the unit 50 described in detail later.
  • the main combustion chamber 31 and the thermal spray material melting chamber 51 communicate with each other through the opening 41 having the above.
  • the units 30, 40, and 50 are configured so that a donut-shaped cavity d and a cavity e are formed by being flange-connected to each other, and the unit 40 is in communication with the cavity d and the cavity e.
  • a plurality of cooling water flow paths 42 are formed.
  • the flange 54 of the unit 50 is formed with a plurality of cooling water passages 57 for communicating the cavity e with the cylindrical cooling water passage 56, and the cooling water flowing down the cooling water passage 37 of the unit 30 is The cooling water channel 39, the cavity d, the cooling water channel 42, the cavity e, and the cooling water channel 57 are introduced into the cooling water channel 56 of the unit 50.
  • the unit 40 is supplied with a thermal spray material supply port 43 for supplying a powder (P) of the thermal spray material, a hydrogen gas supply port 44 for supplying hydrogen as a fuel, and oxygen as an oxidant.
  • An oxygen gas supply port 49 is formed, and a thermal spray material retention chamber 45 configured as a donut-shaped space surrounding the periphery of the opening 41 is formed.
  • the thermal spray material supply port 43 communicates with the thermal spray material retention chamber 45 through the first thermal spray material flow channel 46
  • the hydrogen gas supply port 44 communicates with the thermal spray material retention chamber 45 through the hydrogen gas flow channel 47.
  • the thermal spray material retention chamber 45 communicates with the opening 41 through the two second thermal spray material channels 48.
  • the oxygen gas supply port 49 is also communicated with the opening 41 through the gas flow path.
  • the hydrogen gas supply port 44 and the oxygen gas supply port 49 configured by solenoid type injection valves (not shown) are pulse-driven at a timing synchronized with the supply timing of the hydrogen / oxygen gas in the auxiliary combustion chamber 16, Hydrogen gas and oxygen gas are supplied to the opening 41. Hydrogen and oxygen are preferably supplied at an equivalence ratio of 1.0, controlled so that the injection ends simultaneously. In this embodiment, the hydrogen gas is supplied to the opening 41 through the thermal spray material retention chamber 45. This will be described in detail later.
  • the unit 40 is provided with a combustible gas supply port in addition to the auxiliary combustion chamber 16 of the unit 10 for the following reason. Since hydrogen gas is less reactive than hydrocarbon fuels such as acetylene, in order to obtain an equivalent amount of heat, it is necessary to supply a combustible gas that is several times the volume of the entire combustion chamber per cycle. There is. However, if this is injected from one port in the vicinity of the ignition point, the time for one injection becomes longer and the operation frequency of thermal spraying cannot be increased.
  • the present inventors have conceived the above-described configuration for supplying a necessary and sufficient amount of combustible gas in a short injection time capable of supporting high-frequency operation by dispersing combustible gas supply ports at two or more locations. It was.
  • the explosion spraying apparatus 100 of the present embodiment first, a sufficient amount of combustible gas necessary for generating detonation from the first supply port (the hydrogen gas supply port 13 and the oxygen gas supply port 14 of the unit 10). And a sufficient amount of combustible gas necessary for accelerating and melting the thermal spray material supplied from the second supply port (hydrogen gas supply port 44 and oxygen gas supply port 49 of the unit 40).
  • the thermal spray material powder (P) is continuously supplied from the thermal spray material supply port 43 together with nitrogen gas (N 2 ).
  • the thermal spray material flow path 46 is filled with nitrogen gas.
  • the powder (P) flowing down together does not directly flow into the thermal spray material flow path 48, and most of the powder (P) once stays in the thermal spray material retention chamber 45.
  • the diameter (d1) of the thermal spray material flow path 46 is formed to be about half of the diameter (d2) of the hydrogen gas flow path 47, the flow rate of nitrogen gas is increased, and the minimum nitrogen The powder (P) can be supplied to the thermal spray material retention chamber 45 by gas.
  • the thermal spray material (not shown) in which the pressure fluctuation at the time of explosion communicates with the thermal spray material supply port 43 It is also possible to reduce the influence on the supply device.
  • FIGS. 7A to 7C are conceptual diagrams showing the operation of the thermal spray material supply mechanism of the unit 40 in time series.
  • the thermal spray material supply mechanism is drawn out with a solid line for convenience of explanation.
  • the powder (P) of the thermal spray material is continuously supplied from the thermal spray material supply port 43 by nitrogen gas, and the powder (P) is sprayed. After flowing into the sprayed material staying chamber 45 through the material flow path 46, it temporarily stays in the sprayed material staying chamber 45. At this time, the hydrogen gas supply port 44 is closed.
  • the hydrogen gas supply port 44 opens at a timing synchronized with the supply timing of the hydrogen / oxygen gas in the auxiliary combustion chamber 16, and hydrogen gas about 10 times the volume of the thermal spray material retention chamber 45 passes through the hydrogen gas passage 47. Then, the sprayed material staying chamber 45 is supplied. As a result, as shown in FIG. 7B, the powder (P) of the thermal spray material retained in the thermal spray material retention chamber 45 passes through the thermal spray material flow path 48 together with the hydrogen gas while being agitated by the hydrogen gas. Thus, it is instantaneously discharged into the thermal spray material melting chamber 51. Thereafter, as shown in FIG. 7C, when the hydrogen gas supply port 44 is closed again according to the timing control, the thermal spray material powder (P) supplied from the thermal spray material supply port 43 is again retained in the thermal spray material. Flows into the chamber 45.
  • the powder (P) of the thermal spray material is intermittently supplied to the combustion chamber in synchronization with the timing of the explosion. During the time between explosions, unmelted powder is prevented from leaking out of the thermal spraying apparatus from the combustion chamber. Further, in the above-described spray material supply mechanism, nitrogen is used only in a minimum amount to fill the spray material retention chamber 45 with the spray material, and the spray material is substantially hydrogen as a fuel. Since the gas is released into the combustion chamber, the inflow of nitrogen gas, which hinders combustion, into the combustion chamber is suppressed, and the thermal spray material is efficiently introduced into the explosion flame. As a result, the thermal spray material supplied to the explosion spraying apparatus 100 can be accelerated and melted at a high rate, and the thermal spraying efficiency of the explosion spraying apparatus 100 is remarkably improved.
  • the spray material supply mechanism provided in the unit 40 has been described above.
  • the unit 50 connected to the downstream side of the unit 40 and providing a space for heating and accelerating the spray material will be described below.
  • FIG. 8 shows a longitudinal sectional view of the unit 50 in the present embodiment.
  • FIG. 8 also shows a view of both ends of the unit 50 as viewed from the front, and a cross-sectional view taken along the line EE.
  • the unit 50 is configured as a flanged tubular member having a double tube structure.
  • the unit 50 includes an inner pipe 52 including a thermal spray material melting chamber 51 that is a space for accelerating and heating the thermal spray material, an outer pipe 53, and two flanges 54 and 55. In a state where the inner tube 52 is inserted into the outer tube 53, both ends of each tube are joined to the flanges 54 and 55, respectively.
  • the unit 50 has a cylindrical cavity formed by the outer wall of the inner tube 52 and the inner wall of the outer tube 53, as shown in a cross-sectional view taken along the line EE, and functions as a cooling water channel 56. . As described above, the cooling water introduced into the unit 50 through the unit 40 flows into the cooling water flow path 56 and flows down in the unit 50.
  • the unit 50 has a configuration equivalent to that obtained by removing the spiral protrusion 38 from the unit 30 described above, but the unit 50 is configured to be shorter than the unit 30. . That is, in the present embodiment, by connecting an appropriate number of units 50, the total length of the sprayed material melting chamber 51 can be flexibly changed, and the residence time of the sprayed material depends on the melting state of the sprayed material. Can be adjusted.
  • the unit 50 has been described above.
  • the unit 60 including a throttle mechanism for ensuring the residence time of the thermal spray material will be described below.
  • FIG. 9 is a diagram showing the unit 60 in the present embodiment
  • FIG. 9A shows a longitudinal sectional view of the unit 60
  • FIG. 9B shows a front view of the unit 60 viewed from the right side of the drawing. Show.
  • the units 50 and 50 are also shown by broken lines for convenience of explanation.
  • the unit 60 is configured as a circular flange-shaped member having a contraction opening 61 at the center thereof.
  • the unit 60 is disposed between the units 50 and 50 and is flange-connected by a bolt and nut structure (not shown).
  • the main combustion chamber 31 and the thermal spray material melting chamber 51 are communicated with each other through a contraction opening 61. .
  • the units 50, 60, and 50 are configured so as to form a donut-shaped cavity f and cavity g by being flange-connected to each other, and the unit 60 communicates with the cavity f and the cavity g.
  • a plurality of cooling water flow paths 62 are formed.
  • the flange 55 of the unit 50 is formed with a plurality of cooling water passages 58 for communicating the cavity f with the cylindrical cooling water passage 56, and the cooling water flowing down the cooling water passage 56 of the unit 50 is The cooling water channel 58, the cavity f, the cooling water channel 62, the cavity g, and the cooling water channel 57 are introduced into the cooling water channel 56 of the unit 50.
  • the contraction opening 61 formed at the center of the unit 60 is formed as a space in which two truncated cones are connected on the upper surface, and the bottom surface of each truncated cone is the thermal spray material melting chamber 51 of the unit 50. And have the same diameter. That is, the contraction opening 61 is formed so as to be partially squeezed in the longitudinal direction. Therefore, by inserting the unit 60 having the contraction opening 61 between the two units 50 and 50, the transverse section of the thermal spray material melting chamber 51 formed by connecting the plurality of units 50 is partially in the longitudinal direction. It can be narrowed. As a result, the thermal spray material melting chamber 51 on the upstream side of the unit 60 becomes a high pressure, and the residence time of the thermal spray material can be extended.
  • the explosion spraying apparatus of the present invention has been described with the embodiment adopting the pipe-flange structure, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the combustion chamber (sub-combustion chamber, main combustion chamber) is not limited. And the thermal spray material melting chamber) may be formed integrally.
  • the configuration of the above-described embodiment can be changed within a range that can be conceived by those skilled in the art, and is included in the scope of the present invention as long as the operation and effect of the present invention are exhibited in any aspect. It is.
  • Oxygen (0.4 MPa) and hydrogen (0.21 MPa) were counter-injected from the gas supply port of the unit 10 toward the auxiliary combustion chamber 16 (equivalence ratio 1.0).
  • Oxygen (1.15 MPa) and hydrogen (0.6 MPa) were jetted from the gas supply port of the unit 40 (equivalent ratio 1.0).
  • the oxygen gas supply port 49 and the hydrogen gas supply port 44 were provided at positions of 390 mm and 370 mm from the spark plug electrode, respectively.
  • the operating frequency was 10 Hz, and the gas injection time per time was 60 ms.
  • the ignition delay time was set to 0, and the nitrogen delay time was set to 10 ms.
  • cooling water was circulated through the partition wall 21 and the entire apparatus.
  • the control, data measurement, and data analysis of experimental equipment such as gas injection and ignition were performed using an original program originally developed based on National Instruments' measurement and control software LabVIEW.
  • FIG. 10 shows a pressure waveform measured by the pressure sensors (S1 to S3) installed in the example.
  • S1 position 410 mm from the electrode of the spark plug
  • a sharp rise in pressure waveform seen when combustion waves and shock waves propagate together. was observed.
  • FIG. 11 shows pressure waveforms measured by the pressure sensors (S1 to S3) installed in the comparative example.
  • no sharp rise was observed in the pressure waveform in S1, and variations were observed in the maximum pressures in S1 to S3.
  • FIG. 12 shows the pressure waveform measured by the pressure sensor (S2) when 3 minutes have elapsed since the start of operation.
  • FIG. 12A shows the pressure waveform of the example
  • FIG. 12B shows the pressure waveform of the comparative example.
  • FIG. 12A in the example, a state where no pressure rise was observed (misfire) was hardly observed, indicating that stable detonation generation was achieved. Further, by observing the cross section of the sprayed coating with an electron microscope, it was found that a dense coating having a porosity of 1% or less (0.82%) was formed.
  • the length of the explosive spraying apparatus using hydrogen as a fuel could be within a practical scale (about 1000 mm). Further, according to the present invention, stable pulse detonation was realized at an operating frequency of 10 Hz, and a high-quality high-quality sprayed coating was successfully formed using a ceramic material (alumina).

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Abstract

　本発明は、水素燃料を用いて安定した爆発溶射を行うことのできる新規な爆発溶射装置を提供することを目的とする。　爆発溶射装置において、副燃焼室に対して水素と酸素を対向噴射するとともに、副燃焼室と内壁に突条が螺旋状に形成された主燃焼室とを複数の貫通孔が形成された隔壁によって隔てることによって、安定したパルスデトネーションが短いＤＤＴＬをもって達成される。また、可燃ガスの供給ポートを副燃焼室と主燃焼室の後端に分散することによって、溶射材料の溶融に必要な熱量を確保しながら高周波運転を実現し、さらに、溶射材料を水素燃料とともに間欠的に供給する機構を採用することによって、溶射効率の向上を実現した。

Description

爆発溶射装置
　本発明は、爆発溶射装置に関し、より詳細には、水素燃料を用いる爆発溶射装置に関する。
　爆発溶射法は、1955年にユニオンカーバイド社のR.W.Poorman，H.B.SargentおよびH.Lampreyによって発明され、以来、最も優れた溶射法の一つとして今日まで多くの分野に適用されている。以下、爆発溶射法における溶射プロセスの概要を説明する。まず、閉塞端と開放端を有する管状の爆発チャンバー内に、燃料ガス、酸化剤および粉体状の溶射材料の混合物が供給される。次に、この混合物がスパークプラグによって点火されて爆発し、爆発チャンバー内にデトネーション波が形成される。デトネーション波先端の通過後の反応生成ガスの急激な膨張によって、溶射材料粒子が加熱および加速され開放端から高速で放出される。放出された溶融状態の溶射材料粒子が基板表面に衝突して広がり密着することによって被膜が形成される。
　上述した従来の爆発溶射においては、通常、アセチレンなどの炭化水素燃料を使用するが、炭化水素燃料を使用すると、形成される溶射被膜に不純物としての炭素が混入してしまうという問題があった。また、アセチレンは極めて反応性が高いため、溶射装置の安全な取り扱いが難しくなるという問題があった。
　この点に鑑み、アセチレンよりも反応性が低い水素を燃料として用いることが検討されたが、水素を燃料とした場合、デトネーションが生成されるまでの距離（Deflagration to Detonation Transition Length）がアセチレンを燃料とした場合に比べて長くなるため、爆発チャンバーの長さを延長せざるを得ず、溶射装置の大型化が避けられないという問題があった。
　この点につき、本出願人による先行出願（特許文献１～３）は、Deflagration to
Detonation Transition Length（以下、ＤＤＴＬとして参照する）の短距離化を企図した水素燃料を使用するデトネータ、および、該デトネータの溶射装置への適用について、その基本的な着想を開示する。
特開２００６－２５０３８２号公報 国際公開第２００７／０９９７６８号 特開２００８－２７２６２２号公報
　本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、水素燃料を用いて安定した爆発溶射を行うことのできる新規な爆発溶射装置を提供することを目的とする。
　本発明者らは、取り扱いが比較的容易な水素燃料を使用することができる実用的な大きさの爆発溶射装置につき鋭意検討する中で、着火点近傍に複数の貫通孔が形成された隔壁を設け、該隔壁を介して隣接するデトネーション管の内壁面に対し螺旋状に延びる突条を一体的に形成することによってＤＤＴＬを短距離化する着想を得た。さらに、当該着想を爆発溶射装置に適用するにあたり、その具体化において、アセチレンよりも反応性が低い水素を使用しながら、爆発溶射装置の安定した高周波数運転と高い溶射効率とを同時に実現するための構成について、更なる検討を行なった結果、本発明に至ったのである。
　すなわち、本発明者らは、爆発溶射装置において、副燃焼室に対して水素と酸素を対向噴射することに加えて、副燃焼室と内壁に突条が螺旋状に形成された主燃焼室とを複数の貫通孔が形成された隔壁によって隔てることによって、安定したパルスデトネーションが短いＤＤＴＬをもって実現されることを実証した。また、可燃ガスの供給ポートを副燃焼室と主燃焼室の後端に分散することによって、溶射材料の溶融に必要な熱量を確保しながら高周波運転が実現されることを実証した。さらに、溶射材料を水素燃料とともに間欠的に供給する機構を採用することによって、溶射効率の向上を実現した。さらに加えて、燃焼室の外周部分および隔壁の内部についてそれぞれを専用に冷却する手段を設け、長時間の連続運転を可能にした。
　以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素については同じ符号を用い、適宜その説明を省略するものとする。
　図１は、本発明の実施形態の爆発溶射装置１００の側面図である。図１に示される爆発溶射装置１００は、パイプ－フランジ構造を採用しており、メンテナンス等の必要に応じて、装置の分解・組立てが簡単に行なえるように構成されている。具体的には、爆発溶射装置１００は、フランジ状の部材であるユニット１０、ユニット２０、ユニット４０、ユニット６０、およびユニット７０、ならびに、フランジ付きの管状部材であるユニット３０、５０、５０とを含んで構成され、これらが互いにフランジ接続されることによって、その内部に、閉塞端と開放端を有する燃焼室が円柱状の空間として形成されている。
　ユニット１０は、初期火炎を発生させるため副燃焼室を備え、ユニット３０は、デトネーション波を生成するための主燃焼室を備えている。また、ユニット２０は、副燃焼室と主燃焼室とを隔てるための多孔隔壁を備えており、ユニット４０は、溶射材料を供給する機構を備えている。さらに、ユニット５０は、供給された溶射材料の粉体を加速・加熱して溶融させるための空間である溶射材料溶融室を備えており、ユニット６０は、溶射材料の滞留時間を確保するための絞り機構を備えている。なお、上述した各ユニットは、ステンレススチール、ジュラルミン、チタン合金、ニッケル超合金などの耐熱性材料から形成することができる。
　本実施形態の爆発溶射装置１００は、環境的な負荷および安全性に鑑みて、燃料として水素を用い、酸化剤として酸素を用いる。酸素は、適宜、酸素ガス（Ｏ２）、空気、オゾンなどの形態で供給することができる。爆発溶射装置１００においては、ユニット１０の副燃焼室に対して、水素および酸素が供給され、副燃焼室に供給されて混合されたガスは、パルス駆動される着火手段１１によって着火されて、初期火炎を生成する。ユニット１０で発生した初期火炎は、その後、ユニット２０の図示しない多孔隔壁を経て、ユニット３０の主燃焼室に導入され、ユニット３０を通過する間にデトネーション波へと遷移する。ユニット４０の溶射材料供給手段から窒素と共に供給される溶射材料の粉体（Ｐ）は、主燃焼室から伝播するデトネーション波のエネルギーによって加熱および加速され、ユニット５０の溶射材料溶融室を通過する間に溶融する。溶融した溶射材料は、開口端から高速で放出され、基材８０の表面に衝突して被膜９０を形成する。
　さらに、本実施形態の爆発溶射装置１００は、安定した運転を実現するために、水冷機構を備える。この点につき、図２を参照して具体的に説明する。図２は、爆発溶射装置１００の縦断面図を示す。なお、以下の説明において、縦断面とは、爆発溶射装置１００の長手方向に沿った断面をいい、横断面とは、爆発溶射装置１００の長手方向と直交する断面をいうものとする。
　図２に示されるように、爆発溶射装置１００の内部には円柱状の燃焼室１０１が形成されている。また、フランジ付きの管状部材であるユニット３０、５０、５０は、いずれも二重管構造を備えており、その内部に円筒状の空洞を有する。一方、その他の各ユニット（ユニット１０、２０、４０、６０、７０）には、ユニット３０、５０、５０が有する円筒状の空洞に連通する貫通孔が形成されている。その結果、爆発溶射装置１００の燃焼室１０１の外周には、ユニット１０からユニット７０までを連通する一連の空洞が形成され、この一連の空洞が冷却媒体の流路として機能する。本実施形態においては、冷却媒体について特に限定するものではないが、以下の説明においては、冷却媒体を水として説明する。すなわち、ユニット１０の冷却水導入口１２から導入された冷却水（Ｗ）は、ユニット２０～ユニット６０の内部を流下した後、ユニット７０の冷却水排出口７１から排水される。以上、本実施形態の爆発溶射装置１００の全体構造について概説してきたが、次に、爆発溶射装置１００を構成する各ユニットの構造について、以下詳細に説明する。
　図３は、本実施形態におけるユニット１０およびユニット２０を示す図である。図３（ａ）は、ユニット１０およびユニット２０の縦断面図を示す。なお、図３（ａ）においては、説明の便宜のため、併せてユニット３０を破線で示している。また、図３（ｂ）は、ユニット１０のＡ－Ａ線における横断面図を示し、図３（ｃ）は、ユニット２０のＢ－Ｂ線における横断面図を示す。
　図３（ａ）に示されるように、ユニット１０およびユニット２０は、いずれも円形のフランジ状部材として構成されている。ユニット１０には、燃料としての水素（Ｈ２）を供給するための水素ガス供給口１３、酸化剤としての酸素（Ｏ２)を供給するための酸素ガス供給口１４、および、掃気用ガスとしての窒素（Ｎ２)を供給するための窒素ガス供給口１５が形成されており、各ガス供給口から延びるガス流路は、内部に形成された略円柱状の副燃焼室１６に連通している。
　上記各ガス供給口は、ソレノイド式の噴射バルブとして構成されており、各噴射バルブは図示しない制御装置によってパルス駆動され、副燃焼室１６に対して、間欠的にガスを供給するように構成されている。なお、本実施形態においては、図３（ｂ）に示すように、副燃焼室１６に対して、水素ガス供給口１３および酸素ガス供給口１４に連通する各ガス供給ポートは、その噴射方向を対向する形で形成されている。同様に、窒素ガス供給口１５に連通する各ガス供給ポートも副燃焼室１６に対してその噴射方向を対向する形で形成されている。
　また、ユニット１０には、着火手段１１としてのスパークプラグがその電極を副燃焼室１６内に臨むようにして挿設されており、着火手段１１は、図示しない制御装置によってパルス制御され、間欠的に点火するように構成されている。なお、本発明における着火手段１１は、スパークプラグに限定されるものではなく、レーザ照射による方式を採用することもできる。
　さらに、ユニット１０には、副燃焼室１６の周囲にドーナツ状の空洞ａが形成され、空洞ａに連通する複数の冷却水流路１７が形成されている。また、ユニット１０には、冷却水を導入するための冷却水導入口１２が形成されており、冷却水導入口１２は、空洞ａに連通している。
　一方、ユニット２０は、その中心部に隔壁２１を備えており、隔壁２１には、初期火炎を乱流化するための９つの貫通孔２２が正方格子状に形成されている。なお、貫通孔２２の数およびその配置は、図３に示す例に限定されるものではないが、本実施形態においては、閉塞率（貫通孔２２の開口領域を含む隔壁２１の表面積に対する貫通孔２２の開口領域を除く隔壁２１の表面積の比）を、０．７～０．９とすることができ、０．７５～０．８５とすることが好ましい。また、隔壁２１の周囲に、複数の冷却水流路２３が形成されている。ユニット２０は、ユニット１０とユニット３０との間に配置され、ユニット１０、２０、および３０は、図示しないボルトナット構造によってフランジ接続されており、その結果、ドーナツ状の空洞ｂおよび空洞ｃが形成されるように構成されている。
　ユニット１０、２０、および３０が、互いにフランジ接続されることによって、ユニット１０の副燃焼室１６とユニット３０の主燃焼室３１とは、隔壁２１を介して隔てられるとともに、空洞ｂと空洞ｃは、冷却水流路２３によって連通する。一方、ユニット３０のフランジ３５には、空洞ｃと円筒状の冷却水流路３７を連通するための複数の冷却水流路３２が形成されており、ユニット１０の冷却水導入口１２から導入された冷却水は、空洞ａ、冷却水流路１７、空洞ｂ、冷却水流路２３、空洞ｃ、および冷却水流路３２を経て、ユニット３０の冷却水流路３７に導入される。
　なお、本実施形態においては、ユニット２０は、さらに、隔壁２１を専用に冷却するための冷却手段を備えるが、この点については後に詳説する。以上、ユニット１０およびユニット２０について主に説明してきたが、次に、デトネーション波を生成するための主燃焼室を備えるユニット３０について、以下説明する。
　図４は、本実施形態におけるユニット３０を示す。図４（ａ）は、ユニット３０の縦断面図を示す。なお、図４（ａ）においては、ユニット３０のフランジ部分の正面図、ならびに、Ｃ－Ｃ線における横断面図を併せて示している。図４（ａ）に示されるように、ユニット３０は、二重管構造を備えるフランジ付きの管状部材として構成されている。具体的には、ユニット３０は、主燃焼室を構成する内管３３と、外管３４と、２つのフランジ３５,３６とを備えており、外管３４に内管３３が挿入された状態で、各管の両端を、それぞれフランジ３５,３６に接合することによって形成されている。Ｃ－Ｃ線における横断面図が示すように、ユニット３０には内管３３の外壁と外管３４の内壁によって、円筒状の空洞が形成されており、冷却水流路３７として機能している。上述したように、ユニット１０、２０を経た冷却水は、冷却水流路３７に流入して、ユニット３０内を流下する。
　一方、図４（ｂ）は、主燃焼室３１を構成する内管３３を拡大し、その管壁の一部を切り欠いて管内を示した図である。図４（ａ）および（ｂ）に示されるように、内管３３の内壁面には、内管３３の中心に向かって突出した突条３８が一体的に形成されており、突条３８は、内管３３の内壁面に沿って長手方向に螺旋状に形成されている。本実施形態においては、突条３８が内管３３の内壁と一体化して形成されているため、連続的なパルスデトネーションに伴って内管３３内で発生する熱を、突条３８を介して冷却水流路３７を流下する冷却水と効率よく熱交換することが可能となる。以上、本実施形態の爆発溶射装置１００における、ユニット１０、２０、および３０の構造について説明してきたが、次に、再び、図３および図４を参照して、本実施形態の爆発溶射装置１００における、デトネーションの発生過程について、以下説明する。
　本実施形態においては、まず、ユニット１０の副燃焼室１６に対して、着火手段１１に同期してパルス駆動する水素ガス供給口１３および酸素ガス供給口１４から水素および酸素が対向噴射され、両者が混合される。本実施形態においては、水素と酸素は、その噴射が同時に終了するように制御され、当量比１.０で供給されることが好ましい。
　一方、着火手段１１は、水素および酸素の噴射終了時間と同時に点火するようにパルス駆動されており、着火手段１１の点火によって水素－酸素混合ガスが着火し、初期火炎が生成される。さらに、着火手段１１の点火タイミングに対して所定の遅延時間をもって窒素ガス供給口１５,１５がパルス駆動され、水素・酸素の次の噴射開始時間までの間、掃気用の窒素ガスが対向噴射されることによって、燃焼室内に残存する可燃ガスが燃焼室外に排気される。本実施形態においては、副燃焼室１６に対して水素と酸素が対向噴射されるため、両者が短時間で均等に混合され、その結果、安定した初期火炎の生成が実現される。
　副燃焼室１６内で発生した初期火炎は、隔壁２１に設けられた複数の貫通孔２２を通って、ユニット３０の主燃焼室３１に導入される。この際、初期火炎は、複数の貫通孔２２に対応した複数の乱流噴流となって主燃焼室３１に放出される。複数の乱流噴流となって主燃焼室３１に放出された初期火炎は、その後、主燃焼室３１内を開放端に向って進行していく過程で、螺旋状に形成された突条３８の存在によって複数の圧縮波を生成する。生成した圧縮波は、主燃焼室３１（内管３３）の中心側へと反射されることによって互いに増強し合い、衝撃波のエネルギーを高めながら伝搬していく過程で、爆燃状態から爆轟状態（デトネーション）に遷移する。
　以上、説明したように、本実施形態の爆発溶射装置１００においては、隔壁２１に形成された複数の貫通孔２２による初期火炎の乱流作用と、螺旋状に形成された突条３８による圧縮波の生成・増強作用とが重層的に作用することによって、安定したパルスデトネーションが短いＤＤＴＬをもって達成される。このことは、水素燃料を使用する爆発溶射装置の長さを実用的なスケール（１０００ｍｍ程度）に収めることを可能にする。以上、本実施形態の爆発溶射装置１００における、デトネーションの発生過程について説明してきたが、次に、先に触れたユニット２０が備える隔壁２１の冷却機構について、図５を参照して詳細に説明する。
　図５（ａ）は、ユニット２０の縦断面図を示し、図５（ｂ）は、ユニット２０が備える隔壁２１の冷却機構を正面から見た図を示す。図５（ｂ）に示されるように、ユニット２０の中心部には、ユニット１０の副燃焼室１６とユニット３０の主燃焼室３１とを隔てるための円盤状の隔壁２１が形成されており、隔壁２１には、９つの貫通孔２２が設けられている。先に述べたように、副燃焼室１６で生成した初期火炎は、隔壁２１の貫通孔２２を通って主燃焼室３１に至るが、このとき、初期火炎の進行を遮るかたちで立設されている隔壁２１には、運転中、常に高温の火炎が直撃するため、隔壁２１は、熱的に過酷な環境下に長時間晒されることになる。この点に鑑み、本発明者らは、隔壁２１に対して新規な冷却機構を設けた。
　図５（ｂ）に示されるように、ユニット２０には２つの冷却水導入口２４、２５と２つの冷却水排出口２６、２７が設けられており、冷却水導入口２４と冷却水排出口２６とが４本の縦流路２８によって連通し、冷却水導入口２５と冷却水排出口２７とが４本の横流路２９によって連通している。ここで、縦流路２８は、９つの貫通孔２２の間を縦方向に縫って隔壁２１を貫通するように形成され、横流路２９は、９つの貫通孔２２の間を横方向に縫って隔壁２１を貫通するように形成されている。その結果、縦流路２８と横流路２９は、図５（ｂ）に示すように、隔壁２１内で井桁状に配置される。
　本実施形態の爆発溶射装置１００においては、運転中に、常時、冷却水導入口２４および２５から冷却水（Ｗ）が導入され、導入された冷却水（Ｗ）は、それぞれ、４本の縦流路２８および横流路２９を通って冷却水排出口２６および２７から排出される。本実施形態においては、縦流路２８および横流路２９は、それぞれ、９つの貫通孔２２の間を縫って隔壁２１を貫通しているため、隔壁２１は、効率的、且つ、均等に冷却される。上述した冷却機構によれば、隔壁２１の熱変形および熱破損が好適に回避され、爆発溶射装置１００の安全な連続運転が保証される。以上、ユニット２０が備える隔壁２１の冷却機構について説明してきたが、次に、本実施形態の爆発溶射装置１００における溶射材料供給機構を備えるユニット４０について、以下説明する。
　図６は、本実施形態におけるユニット４０を示す図であり、図６（ａ）は、ユニット４０の縦断面図を示し、図６（ｂ）は、ユニット１０のＤ－Ｄ線における横断面図を示す。なお、図６（ａ）においては、説明の便宜のため、併せてユニット３０およびユニット５０を破線で示している。
　図６（ａ）に示されるように、ユニット４０は、その中心部に円柱状の開口部４１を備える円形のフランジ状部材として構成されている。ユニット４０は、ユニット３０とユニット５０との間に配置され、図示しないボルトナット構造によってフランジ接続されており、ユニット３０の主燃焼室３１および後に詳説するユニット５０の溶射材料溶融室５１と同じ径を有する開口部４１によって、主燃焼室３１と溶射材料溶融室５１とが連通している。
　ユニット３０、４０、および５０は、互いにフランジ接続されることによって、ドーナツ状の空洞ｄおよび空洞ｅが形成されるように構成されており、ユニット４０には、空洞ｄと空洞ｅを連通するための複数の冷却水流路４２が形成されている。一方、ユニット５０のフランジ５４には、空洞ｅと円筒状の冷却水流路５６を連通するための複数の冷却水流路５７が形成されており、ユニット３０の冷却水流路３７を流下した冷却水は、冷却水流路３９、空洞ｄ、冷却水流路４２、空洞ｅ、および冷却水流路５７を経て、ユニット５０の冷却水流路５６に導入される。
　さらに、ユニット４０には、溶射材料の粉体（Ｐ）を供給するための溶射材料供給口４３と、燃料としての水素を供給するための水素ガス供給口４４と、酸化剤としての酸素を供給するための酸素ガス供給口４９が形成されており、さらに開口部４１の周囲を包囲するドーナツ状の空間として構成される溶射材料滞留室４５が形成されている。溶射材料供給口４３は、第１の溶射材料流路４６を通して溶射材料滞留室４５に連通し、水素ガス供給口４４は、水素ガス流路４７を通して溶射材料滞留室４５に連通している。さらに、溶射材料滞留室４５は、２本の第２の溶射材料流路４８を通して開口部４１に連通している。また、酸素ガス供給口４９もガス流路を通して開口部４１に連通している。
　ユニット４０においては、図示しないソレノイド式の噴射バルブによって構成される水素ガス供給口４４および酸素ガス供給口４９は、副燃焼室１６の水素・酸素ガスの供給タイミングに同期するタイミングでパルス駆動され、水素ガスおよび酸素ガスが開口部４１に供給される。水素と酸素は、その噴射が同時に終了するように制御され、当量比１.０で供給されることが好ましい。なお、本実施形態においては、水素ガスは、溶射材料滞留室４５を経て開口部４１に供給されるが、この点については、後に詳説する。
　本実施形態の爆発溶射装置１００において、ユニット１０の副燃焼室１６に加えて、ユニット４０にも可燃ガスの供給ポートを設けたのは、以下の理由による。水素ガスは、アセチレンなどの炭化水素燃料に比べて反応性が低いため、同等の熱量を得るためには、１回のサイクルにつき、燃焼室全体の容積の数倍程度の可燃ガスを供給する必要がある。しかし、これを着火点近傍のポート一箇所から噴射するとなると一回の噴射時間が長くなり、溶射の運転周波数を上げることができない。この点に鑑み、本発明者らは、可燃ガスの供給ポートを２箇所以上に分散することによって、高周波運転に対応しうる短い噴射時間で必要十分な量の可燃ガスを供給する上記構成に想到したのである。
　すなわち、本実施形態の爆発溶射装置１００においては、まず、第１の供給ポート（ユニット１０の水素ガス供給口１３、酸素ガス供給口１４）からデトネーションを生成するために必要十分な量の可燃ガスが供給され、第２の供給ポート（ユニット４０の水素ガス供給口４４、酸素ガス供給口４９）から供給された溶射材料を加速し溶融するために必要十分な量の可燃ガスが供給される。
　一方、ユニット４０においては、溶射材料供給口４３から溶射材料の粉体（Ｐ）が窒素ガス（Ｎ２）と共に連続的に供給される。ユニット４０においては、第１の溶射材料流路４６の流路軸と第２の溶射材料流路４８の流路軸とが一致しないように形成されているため、溶射材料流路４６を窒素ガスと共に流下する粉体（Ｐ）は、溶射材料流路４８に直接流入することなく、その多くは、溶射材料滞留室４５に一旦滞留する。
　本実施形態においては、溶射材料流路４６の径（ｄ１）は、水素ガス流路４７の径（ｄ２）の半分程度に小さく形成されているため、窒素ガスの流速が上がり、最小限の窒素ガスで粉体（Ｐ）を溶射材料滞留室４５に供給することができる。なお、溶射材料流路４６の径（ｄ１）を、水素ガス流路４７の径（ｄ２）の半分程度とすることによって、爆発時の圧力変動が溶射材料供給口４３に連通する図示しない溶射材料供給装置に対して与える影響を少なくすることもできる。
　次に、本実施形態の爆発溶射装置１００における溶射材料の供給機構について、図７を参照して、以下説明する。図７（ａ）～（ｃ）は、ユニット４０の溶射材料供給機構の動作を時系列的に示す概念図である。なお、図７においては、説明の便宜のため、溶射材料供給機構のみを実線で抜き出して示している。図７（ａ）に示すように、本実施形態においては、溶射材料の粉体（Ｐ）が溶射材料供給口４３から窒素ガスによって連続的に供給されており、粉体（Ｐ）は、溶射材料流路４６を通って溶射材料滞留室４５に流入した後、溶射材料滞留室４５内に一旦滞留する。このとき、水素ガス供給口４４は閉じている。
　次に、副燃焼室１６の水素・酸素ガスの供給タイミングに同期するタイミングで水素ガス供給口４４が開き、溶射材料滞留室４５の容積の１０倍程度の水素ガスが水素ガス流路４７を通って溶射材料滞留室４５に供給される。その結果、図７（ｂ）に示すように、溶射材料滞留室４５に滞留していた溶射材料の粉体（Ｐ）は、水素ガスに撹拌されながら、水素ガスと共に溶射材料流路４８を通って、瞬時に溶射材料溶融室５１に放出される。その後、図７（ｃ）に示すように、タイミング制御に従って再び水素ガス供給口４４が閉じると、その間に、溶射材料供給口４３から供給される溶射材料の粉体（Ｐ）が再び溶射材料滞留室４５に流入する。
　図７（ａ）～（ｃ）に示した過程がサイクル毎に繰り返されることによって、溶射材料の粉体（Ｐ）は、爆発のタイミングに同期して燃焼室に間欠的に供給されるため、爆発と爆発の間の時間に、燃焼室内から未溶融の粉体が溶射装置外部に漏れ出すことが防止される。また、上述した溶射材料供給機構においては、窒素は溶射材料を溶射材料滞留室４５へ充填するために最小限の量が使用されるに過ぎず、溶射材料は、実質的には燃料である水素ガスによって燃焼室に放出されるため、燃焼の妨げになる窒素ガスの燃焼室内への流入が抑制されるとともに、溶射材料は、爆発炎中に効率良く導入される。その結果、爆発溶射装置１００に供給された溶射材料を、高い比率で加速・溶融することができ、爆発溶射装置１００の溶射効率は格段に向上する。
　以上、ユニット４０が備える溶射材料供給機構について説明してきたが、次に、ユニット４０の下流側に接続され、溶射材料を加熱・加速するための空間を提供する、ユニット５０について、以下説明する。
　図８は、本実施形態におけるユニット５０の縦断面図を示す。なお、図８においては、ユニット５０の両端を正面から見た図、ならびに、Ｅ－Ｅ線における横断面図を併せて示している。図８に示されるように、ユニット５０は、二重管構造を備えるフランジ付きの管状部材として構成されている。具体的には、ユニット５０は、溶射材料を加速・加熱するための空間である溶射材料溶融室５１を備える内管５２と、外管５３と、２つのフランジ５４,５５とを備えており、外管５３に内管５２が挿入された状態で、各管の両端が、それぞれフランジ５４,５５に接合されることによって形成されている。ユニット５０には、Ｅ－Ｅ線における横断面図が示すように、内管５２の外壁と外管５３の内壁によって、円筒状の空洞が形成されており、冷却水流路５６として機能している。上述したようにユニット４０を経て、ユニット５０に導入された冷却水は、冷却水流路５６に流入して、ユニット５０内を流下する。
　すなわち、ユニット５０は、先に説明したユニット３０から螺旋状の突条３８を取り去ったものと同等の構成を備えているが、ユニット５０は、その長さがユニット３０よりも短く構成されている。つまり、本実施形態においては、適切な数のユニット５０を連結することによって、溶射材料溶融室５１の全長をフレキシブルに変更することができ、溶射材料の溶融状況に応じて、溶射材料の滞留時間を調節することができる。以上、ユニット５０について説明してきたが、次に、溶射材料の滞留時間を確保するための絞り機構を備えるユニット６０について、以下説明する。
　図９は、本実施形態におけるユニット６０を示す図であり、図９（ａ）は、ユニット６０の縦断面図を示し、図９（ｂ）は、ユニット６０を紙面右から見た正面図を示す。なお、図９（ａ）においては、説明の便宜のため、併せてユニット５０,５０を破線で示している。
　図９に示されるように、ユニット６０は、その中心部に収縮開口部６１を備える円形のフランジ状部材として構成されている。ユニット６０は、ユニット５０とユニット５０との間に配置され、図示しないボルトナット構造によってフランジ接続されており、収縮開口部６１によって、主燃焼室３１と溶射材料溶融室５１とが連通している。
　ユニット５０、６０、および５０は、互いにフランジ接続されることによって、ドーナツ状の空洞ｆおよび空洞ｇが形成されるように構成されており、ユニット６０には、空洞ｆと空洞ｇを連通するための複数の冷却水流路６２が形成されている。一方、ユニット５０のフランジ５５には、空洞ｆと円筒状の冷却水流路５６を連通するための複数の冷却水流路５８が形成されており、ユニット５０の冷却水流路５６を流下した冷却水は、冷却水流路５８、空洞ｆ、冷却水流路６２、空洞ｇ、および冷却水流路５７を経て、ユニット５０の冷却水流路５６に導入される。
　一方、ユニット６０の中心部に形成された収縮開口部６１は、二つの円錐台が上面で連結した形状の空間として形成されており、それぞれの円錐台の底面がユニット５０の溶射材料溶融室５１と同じ径を有するように形成されている。すなわち、収縮開口部６１は、その長手方向において、一部が絞られた形で形成されている。したがって、収縮開口部６１を備えるユニット６０を、２つのユニット５０,５０の間に挿入することによって、複数のユニット５０が連結されてなる溶射材料溶融室５１の横断面を長手方向において部分的に狭小化することができる。その結果、ユニット６０の上流側の溶射材料溶融室５１が高圧になり、溶射材料の滞留時間を長くすることができる。
　以上、本発明の爆発溶射装置について、パイプ－フランジ構造を採用する実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、燃焼室（副燃焼室、主燃焼室、および溶射材料溶融室）を一体的に形成してもよい。その他、上述した実施形態の構成は、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
　以下、本発明の爆発溶射装置について、実施例を用いてより具体的に説明を行なうが、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。図１～図９に示したユニットと同様のものを作製して、本実施例の爆発溶射装置を組立て、以下に示す条件下で動作実験を行なった。
（装置構成）
（１）ユニット２０の隔壁２１には、９箇所の孔（直径2.58ｍｍ）を形成して、閉塞率を0.85とし、スパークプラグの電極から26.5ｍｍの位置に配置した。
（２）ユニット３０の内管３３（主燃焼室）は、内径20ｍｍ、長さ300ｍｍとし、突条３８（幅2ｍｍ、高さ２ｍｍ）を15ｍｍのピッチで螺旋状に形成した。
（３）装置の全長を1020ｍｍとした。
（４）ユニット３０の内管３３を、突条３８のない直管とした装置を併せて作製し、これを比較例とした。
（運転条件）
（１）ユニット１０のガス供給口から、酸素（0.4 MPa）および水素（0.21 MPa）を副燃焼室１６に向けて対向噴射した（当量比１.0）。
（２）ユニット４０のガス供給口から、酸素（1.15 MPa）および水素（0.6 MPa）対向噴射した（当量比１.0）。なお、酸素ガス供給口４９および水素ガス供給口４４は、スパークプラグの電極からそれぞれ390ｍｍおよび370ｍｍの位置に設けた。
（３）運転周波数を10Ｈｚとし、一回当たりのガスの噴射時間を60ｍsとした。また、着火遅延時間を０とし、窒素遅延時間を10ｍｓとした。
（４）運転中は、隔壁２１および装置全体について冷却水を循環させた。なお、ガス噴射、着火などの実験装置の制御およびデータ計測、データ解析は、National Instruments社の計測・制御用ソフトウェアLabVIEWをベースに独自開発したオリジナルプログラムを使用して行った。
（デトネーション特性）
　上記装置（実施例および比較例）に対し、スパークプラグの電極から410ｍｍの位置、510ｍｍの位置、610ｍｍの位置に、それぞれ圧力センサーＳ１、Ｓ２、Ｓ３を設置して圧力測定を行なった。
　図１０は、実施例に設置した圧力センサー（Ｓ１～Ｓ３）が測定した圧力波形を示す。実施例については、図１０に示されるように、Ｓ１（スパークプラグの電極から410ｍｍの位置）において、燃焼波と衝撃波が一体となって伝播する場合に見られる圧力波形の鋭い立ち上がり（ノイマンスパイク）が観測された。
　この結果から、実施例の装置においては、火炎は、ユニット３０の内管３３（主燃焼室）を出た時点で、すでにデトネーションに遷移していたものと推察される。また、Ｓ２およびＳ３における圧力の立ち上がり時間とセンサー間距離（100mm）から推算した伝播速度は、複数回の試行に亘って、いずれも理論値（ＣＪ速度＝2841m/s）に近い値を示した。さらに、Ｓ１～Ｓ３の波形から、実施例の装置においては、安定したデトネーションが生成されていることが推察される。
　図１１は、比較例に設置した圧力センサー（Ｓ１～Ｓ３）が測定した圧力波形を示す。図１１に示されるように、Ｓ１においては圧力波形に鋭い立ち上がりが見られず、また、Ｓ１～Ｓ３の最高圧力にばらつきが見られた。また、Ｓ２およびＳ３における圧力の立ち上がり時間とセンサー間距離（100 mm）から推算した伝播速度は、実験毎に、理論値（ＣＪ速度＝2841m/s）を境に大きく上下に変動した。これらの結果から、比較例の装置においては、デトネーションの生成が不安定であると言える。
（水冷効果の検証）
　実施例の装置の隔壁２１について、冷却水を循環させずに連続運転したところ、約３分後に失火した。装置を分解して調べたところ、隔壁２１が焼損していた。
（溶射実験）
　実施例の装置および比較例の装置について、ユニット４０の溶射材料供給口４３からアルミナ粒子を供給し、装置の開放端から50ｍｍ先に固定したアルミ基板に対して溶射を行なった。この際、一般的な溶射の施工時間が３分～５分程度であることに鑑みて、運転開始から３分経過後に、１０秒間にわたって圧力波形を連続的に測定した。
　図１２は、運転開始から３分経過したときの圧力センサー（Ｓ２）が測定した圧力波形を示す。図１２（ａ）は、実施例の圧力波形を示し、図１２（ｂ）は、比較例の圧力波形を示す。図１２（ａ）に示されるように、実施例においては、圧力の立ち上がりが見られない状態（失火）がほとんどみられず、安定したデトネーション生成が達成されていることが示された。また、溶射被膜の断面を電子顕微鏡で観察することによって、気孔率１％以下（0.82％）の緻密な被膜が形成されていることがわかった。
　一方、図１２（ｂ）に示されるように、比較例においては、圧力の立ち上がりが見られない部分が数多く観察され、１０秒間のデータ収録時間の間にかなりの頻度で失火しているものと推察される。
　以上の実験結果が示すように、本発明によれば、燃料として水素を使用した爆発溶射装置において、その長さを実用的なスケール（１０００ｍｍ程度）に収めることができた。また、本発明によれば、運転周波数１０Ｈｚで安定したパルスデトネーションが実現され、セラミック材料（アルミナ）を用いて緻密性の高い高品質の溶射被膜を形成することに成功した。
本実施形態の爆発溶射装置の側面図。 本実施形態の爆発溶射装置の縦断面図。 本実施形態におけるユニット１０およびユニット２０を示す図。 本実施形態におけるユニット３０を示す図。 本実施形態におけるユニット２０を示す図。 本実施形態におけるユニット４０を示す図。 本実施形態における溶射材料供給機構の動作過程を示す図。 本実施形態におけるユニット５０を示す図。 本実施形態におけるユニット６０を示す図。 実施例の装置における圧力波形を示す図。 比較例の装置における圧力波形を示す図。 実施例および比較例の装置における圧力波形を示す図。
符号の説明
１０…ユニット、１１…着火手段、１２…冷却水導入口、１３…水素ガス供給口、１４…酸素ガス供給口、１５…窒素ガス供給口、１６…副燃焼室、１７…冷却水流路、２０…ユニット、２１…隔壁、２２…貫通孔、２３…冷却水流路、２４…冷却水導入口、２５…冷却水導入口、２６…冷却水排出口、２７…冷却水排出口、２８…縦流路、２９…横流路、３０…ユニット、３１…主燃焼室、３２…冷却水流路、３３…内管、３４…外管、３５…フランジ、３６…フランジ、３７…冷却水流路、３８…突条、３９…冷却水流路、４０…ユニット、４１…開口部、４２…流路、４３…溶射材料供給口、４４…水素ガス供給口、４５…溶射材料滞留室、４６…第１の溶射材料流路、４７…水素ガス流路、４８…第２の溶射材料流路、４９…酸素ガス供給口、５０…ユニット、５１…溶射材料溶融室、５２…内管、５３…外管、５４…フランジ、５５…フランジ、５６…冷却水流路、５７…冷却水流路、５８…流路、６０…ユニット、６１…収縮開口部、６２…冷却水流路、７０…ユニット、７１…冷却水排出口、８０…基材、９０…被膜、１００…爆発溶射装置、１０１…燃焼室

Claims (8)

  1. 　燃焼室と、前記燃焼室の閉塞端に設けられパルス駆動する着火手段と、前記着火手段と同期して前記燃焼室に対して燃料および酸化剤を間欠的に供給するガス供給手段と、前記燃焼室に対して溶射材料を供給するための溶射材料供給手段と、前記燃焼室の外周に形成された冷却媒体流路とを備える爆発溶射装置であって、
    　前記燃焼室は、
    　前記着火手段を含む副燃焼室と、
    　複数の貫通孔が形成され、冷却媒体流路を備える隔壁を介して、前記副燃焼室に対して隔てられ、内壁面に突条が螺旋状に形成された主燃焼室と、
    　前記主燃焼室に後続し溶射材料を溶融するため空間を備える溶射材料溶融室とを含み、
    　前記ガス供給手段は、燃料としての水素を供給するための第１および第２の水素噴射手段と、酸化剤としての酸素を供給するための第１および第２の酸素噴射手段とを含み、
    　前記副燃焼室には、前記第１の水素噴射手段と前記第１の酸素噴射手段とが互いにその噴射方向を対向するように設けられ、
    　前記主燃焼室と前記溶射材料溶融室との間には、前記第２の酸素噴射手段と前記溶射材料供給手段とが設けられており、
    　前記溶射材料供給手段は、前記第２の水素噴射手段を含み、該第２の水素噴射手段が噴射する水素ガスと共に溶射材料が前記燃焼室に対して供給される、
    爆発溶射装置。
  2. 　前記溶射材料供給手段は、前記溶射材料が一時的に滞留するための空間である溶射材料滞留室と、第１の溶射材料流路を通して前記溶射材料滞留室に対して前記溶射材料を供給する手段と、前記溶射材料滞留室と前記第２の水素噴射手段とを連通する水素ガス流路と、前記溶射材料滞留室と前記燃焼室とを連通する第２の溶射材料流路とを含み、前記第２の水素噴射手段が噴射する水素ガスと共に前記溶射材料が前記第２の溶射材料流路を通して前記燃焼室に対して供給される、請求項１に記載の爆発溶射装置。
  3. 　前記溶射材料滞留室は、前記燃焼室の周囲を包囲するドーナツ状の空間として構成され、前記第１の溶射材料流路の軸と前記第２の溶射材料流路の軸とが一致しないように形成されている、請求項２に記載の爆発溶射装置。
  4. 　前記第１の溶射材料流路の径が前記水素ガス流路の径よりも小さい、請求項２に記載の爆発溶射装置。
  5. 　前記隔壁を冷却するための冷却媒体流路は、前記隔壁を鉛直方向に貫通する縦流路と、前記隔壁を水平方向に貫通する横流路として形成され、前記縦流路と前記横流路とが前記隔壁内に井桁状に配置される、請求項２に記載の爆発溶射装置。
  6. 　前記溶射材料溶融室は、その横断面が部分的に狭小化した絞り部を備える、請求項２に記載の爆発溶射装置。
  7. 　燃焼室と、前記燃焼室の閉塞端に設けられパルス駆動する着火手段と、前記着火手段と同期して前記燃焼室に対して燃料および酸化剤を間欠的に供給するガス供給手段と、前記燃焼室に対して溶射材料を供給するための溶射材料供給手段と、前記燃焼室の外周に形成された冷却媒体流路とを備える爆発溶射装置であって、
    　前記燃焼室は、
    　前記着火手段を含む副燃焼室と、
    　前記副燃焼室に対して複数の貫通孔が形成された隔壁を介して隔てられ、その内壁面に突条が螺旋状に形成された主燃焼室と、
    　複数の貫通孔が形成され、冷却媒体流路を備える隔壁を介して、前記副燃焼室に対して隔てられ、内壁面に突条が螺旋状に形成された主燃焼室と、
    　前記主燃焼室に後続し溶射材料を溶融するため空間を備える溶射材料溶融室とを含んで構成され、
    　前記隔壁は、該隔壁を縦方向に貫通する縦流路と横方向に貫通する横流路とが前記隔壁内に井桁状に配置される冷却媒体流路を備え、
    　前記ガス供給手段は、燃料としての水素を供給するための第１および第２の水素噴射手段と、酸化剤としての酸素を供給するための第１および第２の酸素噴射手段とを含み、
    　前記副燃焼室には前記第１の水素噴射手段と前記第１の酸素噴射手段とが互いにその噴射方向を対向するように設けられ、
    　前記主燃焼室と前記溶射材料溶融室との間には、前記第２の酸素噴射手段と前記溶射材料供給手段とが設けられており、
    　前記溶射材料供給手段は、前記第２の水素噴射手段と、前記溶射材料が一時的に滞留するために前記燃焼室の周囲を包囲するドーナツ状の空間として構成された溶射材料滞留室と、第１の溶射材料流路を通して前記溶射材料滞留室に対して前記溶射材料を供給する手段と、前記溶射材料滞留室と前記第２の水素噴射手段とを連通する水素ガス流路と、前記溶射材料滞留室と前記燃焼室とを連通する第２の溶射材料流路とを含み、前記第１の溶射材料流路の軸と前記第２の溶射材料流路の軸とが一致しないように形成され、前記第２の水素噴射手段が噴射する水素ガスと共に前記溶射材料が前記第２の溶射材料流路を通して前記燃焼室に対して供給される、
    爆発溶射装置。
  8. 　閉塞端に着火手段を備える副燃焼室と、複数の貫通孔が形成された隔壁を介して前記副燃焼室に対して隔てられ、内壁面に突条が螺旋状に形成された主燃焼室と、前記主燃焼室に後続し溶射材料を溶融するため空間を備える溶射材料溶融室とを含む燃焼室を使用した溶射方法であって、
    　前記着火手段をパルス駆動すると共に、該着火手段に同期して前記副燃焼室に対して燃料としての水素および酸化剤としての酸素を間欠的に対向噴射して初期火炎を生成するステップと、
    　前記初期火炎を前記隔壁の前記複数の貫通孔を通過させて前記主燃焼室内に乱流噴流を放出するステップと、
    　前記乱流噴流を前記主燃焼室内でデトネーションに遷移させるステップと、
    　前記主燃焼室と前記溶射材料溶融室との間において、前記着火手段と同期して前記燃焼室に対し前記酸素を間欠的に噴射すると同時に、前記水素を溶射材料と共に間欠的に噴射するステップと、
    　前記溶射材料溶融室内で前記溶射材料を前記デトネーションによって加速および加熱して前記燃焼室の開放端から高速で放出するステップとを含み、
    　前記各ステップを前記燃焼室の外周および前記隔壁に形成された冷却媒体流路に冷却媒体を流下させながら実行する、溶射方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3452231A4 (en) * 2016-05-05 2020-01-01 National Research Council of Canada POROUS METAL LAYERS USING SPLASH-INDUSTRIAL SPRAYING

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0921660D0 (en) * 2009-12-10 2010-01-27 Zettner Michael Method for increasing the efficiency of a heat exchanger
EP2407248B1 (de) * 2010-07-13 2013-03-20 Sulzer Metco AG Spritzvorrichtung mit einer Spritzpistole, sowie Verfahren zum Betreiben einer Spritzvorrichtung
RU2506341C1 (ru) * 2012-07-11 2014-02-10 Николай Яковлевич Василик Способ газодинамического детонационного ускорения порошков и устройство для его осуществления
CN113154448B (zh) * 2021-04-30 2022-07-19 西安航天动力研究所 用于冲压发动机超声速燃烧室燃油喷注与火焰稳定的装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57144054A (en) * 1981-02-26 1982-09-06 Boroshirofuguraadosukii Mashin Drum body for detonation flame injector
JPS62286567A (ja) * 1986-06-05 1987-12-12 Central Res Inst Of Electric Power Ind 除染用有機高分子樹脂被膜形成装置
JP2007169703A (ja) * 2005-12-21 2007-07-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶射皮膜を有する部材、その部材を備えた回転機械、ならびに溶射皮膜形成方法及び装置
JP2008272622A (ja) * 2007-04-26 2008-11-13 Tama Tlo Kk 溶射装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3176921A (en) * 1961-04-14 1965-04-06 Voe Albert W De Process and apparatus for the combustion firing of asphalt, petroleum and pulverizedcoal
US3516253A (en) * 1967-07-31 1970-06-23 Davies Allport Combustion system for producing high temperature and high pressure gas
US3556408A (en) * 1968-07-25 1971-01-19 Albert W De Voe Apparatus for the combustion firing of asphalt, petroleum and pulverized coal
US4911363A (en) * 1989-01-18 1990-03-27 Stoody Deloro Stellite, Inc. Combustion head for feeding hot combustion gases and spray material to the inlet of the nozzle of a flame spray apparatus
US5932293A (en) * 1996-03-29 1999-08-03 Metalspray U.S.A., Inc. Thermal spray systems
US6245390B1 (en) * 1999-09-10 2001-06-12 Viatcheslav Baranovski High-velocity thermal spray apparatus and method of forming materials
US7261556B2 (en) * 2004-05-12 2007-08-28 Vladimir Belashchenko Combustion apparatus for high velocity thermal spraying
US20110229649A1 (en) * 2010-03-22 2011-09-22 Baranovski Viatcheslav E Supersonic material flame spray method and apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57144054A (en) * 1981-02-26 1982-09-06 Boroshirofuguraadosukii Mashin Drum body for detonation flame injector
JPS62286567A (ja) * 1986-06-05 1987-12-12 Central Res Inst Of Electric Power Ind 除染用有機高分子樹脂被膜形成装置
JP2007169703A (ja) * 2005-12-21 2007-07-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶射皮膜を有する部材、その部材を備えた回転機械、ならびに溶射皮膜形成方法及び装置
JP2008272622A (ja) * 2007-04-26 2008-11-13 Tama Tlo Kk 溶射装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2386359A4 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3452231A4 (en) * 2016-05-05 2020-01-01 National Research Council of Canada POROUS METAL LAYERS USING SPLASH-INDUSTRIAL SPRAYING
US11519075B2 (en) 2016-05-05 2022-12-06 National Research Council Of Canada Porous metal coatings using shockwave induced spraying

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