(57)【要約】【課題】高温ガスの流量及び温度の制御範囲を拡大できるようにする。【解決手段】高温ガスを生成するためのプラズマガス生成装置であって、内管２の先端に設けられ中心に陰極開口７を有する陰極３と、陰極３の後方に接触配置されて陰極３に電子を供給する浮遊電極４と、内管２と浮遊電極４との間を介して陰極開口７に陰極ガス５を導く陰極ガス流路６と、陰極３及び内管２の外側に設けられ陰極開口７の下流に陽極開口１１を有する陽極８と、内管２と陽極８との間を介して陽極開口１１に陽極ガス９を供給する陽極ガス流路１０と、陽極８の外側に設けた外側部材１２と、外側部材１２と陽極８との間を介して希釈ガス供給装置１３からの希釈ガス１４を供給する希釈ガス流路１５とを有する。【選択図】図１
2012059548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ガスを生成するためのプラズマガス生成装置であって、
内管の先端に設けられ中心に陰極開口を有する陰極と、該陰極の後方に接触配置されて陰極に電子を供給する浮遊電極と、前記内管と浮遊電極との間を介して前記陰極開口に陰極ガスを導く陰極ガス流路と、
前記陰極及び内管の外側に設けられ前記陰極開口の下流に陽極開口を有する陽極と、前記内管と陽極との間を介して前記陽極開口に陽極ガスを供給する陽極ガス流路と、
前記陽極の外側に設けた外側部材と、該外側部材と前記陽極との間を介して希釈ガス供給装置からの希釈ガスを供給する希釈ガス流路と
を有することを特徴とするプラズマガス生成装置。
【請求項２】
前記外側部材が絶縁材によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマガス生成装置。
【請求項３】
前記陽極開口の下流に配置して高温ガスの温度を検出する高温ガス温度計と、該高温ガス温度計からの検出温度に基づいて前記プラズマガス生成装置のプラズマ電源を制御するガス温度制御器を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマガス生成装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマガス生成装置によって生成される高温ガスを微粉炭粒子の搬送ガスとして用いるようにしたことを特徴とする微粉炭燃焼試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマガス生成装置及びそれを用いた微粉炭燃焼試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマガス生成装置は、陽極と陰極との間に作動ガスを供給すると共に、陽極と陰極との間にパルス電圧を印加してアーク放電することにより作動ガスをプラズマ化して高温ガスを発生している（特許文献１、２等参照）。プラズマガス生成装置は比較的小型の装置によって作動ガスをプラズマ化して高温ガスを生成することができるため、燃焼、金属の表面加工、切断等の種々の分野に利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−０２８５５４号公報
【特許文献２】特開２００８−１０３１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記プラズマガス生成装置は、該プラズマガス生成装置の仕様に基づいた比較的狭い範囲の高温ガス量、電気入力量（電流、電圧）での運転、即ち、狭い安定運転域での使用に限られていた。
【０００５】
即ち、プラズマガス生成装置による高温ガスの温度の制御は、プラズマガス生成装置に対する印加電流の調節と作動ガスの供給量の調節によって行われる。この時、高温で大量の高温ガスが要求された場合には、プラズマガス生成装置に対する印加電流を増加すると共に、プラズマガス生成装置に供給する作動ガスの供給量を増加することになるが、作動ガスの供給量を増加すると作動ガスの流速の増加によってアークが吹き消える問題があり、従って、このために高温で大量の高温ガスを生成することには限界があった。
【０００６】
又、低温で大量の高温ガスが要求された場合にも、前記したように作動ガスの流速の増加によってアークが吹き消える問題があるために、作動ガス量を増加して高温ガスの温度を低く制御することには限界があった。
【０００７】
一方、上記問題のために、前記プラズマガス生成装置で生成した高温ガスに対して下流側で添加ガスを添加するようにして高温ガスの流量を制御することが考えられる。しかしこの場合、前記プラズマガス生成装置で生成される高温ガスは粘性が高いために他のガスとの混合性が低いという問題があり、従って、高温ガスと添加ガスを均一に混合するためには長い混合装置が必要となり装置が大型化するという問題がある。
【０００８】
又、前記プラズマガス生成装置で生成した高温ガスをガス流路によって下流の装置に導く場合には、プラズマガス生成装置と下流の装置との間に絶縁材を備えて絶縁を行う必要があるが、プラズマによって高温ガスが生成した直後の熱エネルギーが周りの絶縁材に直ちに拡散・吸収され、高温ガスと絶縁材との間の温度勾配が非常に大きくなるために、絶縁材が熱によって損傷するという問題を有していた。
【０００９】
本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたもので、高温ガスの流量及び温度の制御範囲を拡大できるようにしたプラズマガス生成装置及びそれを用いた微粉炭燃焼試験装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、高温ガスを生成するためのプラズマガス生成装置であって、
内管の先端に設けられ中心に陰極開口を有する陰極と、該陰極の後方に接触配置されて陰極に電子を供給する浮遊電極と、前記内管と浮遊電極との間を介して前記陰極開口に陰極ガスを導く陰極ガス流路と、
前記陰極及び内管の外側に設けられ前記陰極開口の下流に陽極開口を有する陽極と、前記内管と陽極との間を介して前記陽極開口に陽極ガスを供給する陽極ガス流路と、
前記陽極の外側に設けた外側部材と、該外側部材と前記陽極との間を介して希釈ガス供給装置からの希釈ガスを供給する希釈ガス流路と
を有することを特徴とするプラズマガス生成装置である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、前記外側部材が絶縁材によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマガス生成装置である。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記陽極開口の下流に配置して高温ガスの温度を検出する高温ガス温度計と、該高温ガス温度計からの検出温度に基づいて前記プラズマガス生成装置のプラズマ電源を制御するガス温度制御器を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマガス生成装置である。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマガス生成装置によって生成される高温ガスを微粉炭粒子の搬送ガスとして用いるようにしたことを特徴とする微粉炭燃焼試験装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のプラズマガス生成装置及びそれを用いた微粉炭燃焼試験装置によれば、浮遊電極により電子が供給される陰極と陽極との間の放電により陰極ガスをプラズマ化してプラズマガスを生成し、このプラズマガスに陽極ガスを供給して一部プラズマ化させつつ混合すると共に、更に、このプラズマガスに外側から希釈ガスを供給して均一混合することにより高温ガスを生成するようにしたので、希釈ガスの混合によって温度と流量が広い範囲で制御可能な均一の高温ガスを安定して生成できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のプラズマガス生成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】本発明のプラズマガス生成装置における希釈ガス流量とガス温度と電流値の関係を示す線図である。
【図３】本発明のプラズマガス生成装置による高温ガスを、微粉炭燃焼試験装置において微粉炭粒子を搬送するための搬送ガスに利用した場合の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１７】
図１は本発明のプラズマガス生成装置１の一実施例を示すもので、このプラズマガス生成装置１は、内管２の先端に陰極３が設けてあり、該陰極３の後方には内管２の内面と間隔を有する浮遊電極４が接触配置されており、該浮遊電極４により前記陰極３に電子（−）を供給するようになっている。前記内管２と浮遊電極４との間には陰極ガス５（空気又は窒素等）を供給する陰極ガス流路６が形成してあり、該陰極ガス流路６の陰極ガス５は陰極３の中心に設けた陰極開口７から下流に噴出するようになっている。
【００１８】
前記陰極３及び内管２の外側には間隔を有して陽極８が設けてあり、該陽極８と前記内管２との間には陽極ガス９（空気又は窒素等）を供給する陽極ガス流路１０が形成してあり、該陽極ガス流路１０の陽極ガス９は前記陰極開口７の下流に位置するよう陽極８の中心に設けた陽極開口１１から噴出するようになっている。
【００１９】
更に、前記陽極８の外側には間隔を有して外側部材１２が設けてあり、該外側部材１２と前記陽極８との間には、希釈ガス供給装置１３からの希釈ガス１４（空気又は窒素等）を供給する希釈ガス流路１５が設けてあり、希釈ガス１４は前記陽極８の周方向外側から先端に向かって噴出するようになっている。前記希釈ガス供給装置１３により供給する希釈ガス１４の流量は流量指令１６によって調整されるようになっており、前記陰極ガス５及び陽極ガス９から生成するプラズマガスの流量と前記希釈ガス１４の流量の総和が高温ガス１７として噴射されるようになっている。そして、前記プラズマガス生成装置１で生成されるプラズマガスと希釈ガス１４とが略等量の状態のときの高温ガス１７の噴射量を安定運転域での高温ガス１７の噴射量としている。
【００２０】
上記プラズマガス生成装置１において、陽極開口１１の下流には高温ガス１７の温度を検出する高温ガス温度計１８を設けており、更に、該高温ガス温度計１８からの検出温度を入力して、前記高温ガス１７の温度が温度指令１９に一致するように前記プラズマガス生成装置１のプラズマ電源２０を制御するガス温度制御器２１を設けている。又、図１に示す外側部材１２は絶縁材によって構成している。
【００２１】
本発明者らは、プラズマガス生成装置１による希釈ガス１４のガス流量とガス温度とプラズマガス生成装置１に供給する電流値の関係を求める試験を実施し、その結果を図２に示した。
【００２２】
図２によれば、希釈ガス１４のガス流量が増加するとガス温度は低下し、プラズマガス生成装置１に供給するプラズマ電源２０の電流値を増加するとガス温度は増加する。従って、希釈ガス供給装置１３によって供給する希釈ガス１４の供給量を一定に保持した状態において、高温ガス温度計１８の検出温度が所定の温度になるように、ガス温度制御器２１によりプラズマ電源２０を介してプラズマガス生成装置１に供給する電流値を調節することにより、一定温度に保持された高温ガス１７を生成することができる。
【００２３】
以下、上記実施例による作動を説明する。
【００２４】
図１のプラズマガス生成装置１では、陰極ガス流路６から陰極開口７に向かって陰極ガス５を供給した状態で、浮遊電極４によって電子（−）が供給される陰極３と陽極８との間で放電を行うと、前記陰極ガス５がプラズマ化して高温のプラズマガスを生成する。このとき、陽極ガス流路１０から陽極開口１１に向かう陽極ガス９も前記放電によって一部がプラズマ化し、陽極開口１１を通る間に前記プラズマガスと均一に混合され、これによって、高温で均一温度のプラズマガスが生成される。更に、陽極８の外側に設けた希釈ガス流路１５の希釈ガス１４が、前記プラズマガスを取り囲むように外側から供給されることで均一に混合される。これにより、所定の希釈ガス１４が混合されて均一温度に保持された高温ガス１７を生成することができる。
【００２５】
従って、陰極３と陽極８により安定したプラズマガスを生成している安定運転域において、図２に示すように、プラズマガス生成装置１に供給する電流値を調節することにより、高温ガス１７の温度を安定運転域において変化させることができる。
【００２６】
又、前記陰極ガス５及び陽極ガス９の供給量と、プラズマガス生成装置１に供給する電流値の調整によって安定運転域でプラズマガスが生成されている状態では、希釈ガス１４の供給量を変化してもプラズマガスの生成に影響を及ぼすことはないので、希釈ガス１４の供給量を増加して高温ガス１７の生成量を増加し、又、希釈ガス１４の供給量を減少して高温ガス１７の生成量を減少することで、広い範囲において高温ガス１７の生成を変化させることができる。又、希釈ガス１４の供給量を変化した場合には、同時にガス温度が変化するので、高温ガス１７の流量が問題にならない場合には、前記プラズマガス生成装置１に供給する電流値の調節を行うと共に、希釈ガス１４の供給量の調節を行うことにより、高温ガス１７の温度を広い範囲で制御することができる。
【００２７】
図３は、前記プラズマガス生成装置１による高温ガス１７を、微粉炭燃焼試験装置１００において微粉炭粒子を搬送する搬送ガスに利用した場合の一例を示すものである。
【００２８】
図３中、２２は鉛直に設けられたアルミナ管等からなるドロップチューブであり、該ドロップチューブ２２には、例えば外面に蛇行配置されたファインセラミックスヒータ２３（ＳｉＣヒータ）が設けてあり、ドロップチューブ２２の内部壁面の温度を１８００℃前後までの任意の温度（例えば１２００℃）に加熱できるようになっている。
【００２９】
図３のドロップチューブ２２の一端（上端）には、テーブルフィーダ等の微粉炭粒子供給装置２４により定量供給される微粉炭粒子２５に供給ガス２６（空気又は窒素等）が混合された微粉炭粒子２５が、粒子供給管２７を介して供給されている。
【００３０】
更に、ドロップチューブ２２の一端（上端）には、前記粒子供給管２７の下端外周を包囲するガス供給部２８を介して搬送ガス２９が供給されており、該搬送ガス２９によって、前記粒子供給管２７から供給される微粉炭粒子２５を浮遊させてドロップチューブ２２内に供給するようになっている。
【００３１】
又、前記ドロップチューブ２２の他端（下端）には、上端に取出口３０'を有するプローブ管３０が同心状に挿入されており、該プローブ管３０は矢印で示すように昇降させることによって、ドロップチューブ２２に対する取出口３０'の挿入深さを任意に変更できるようになっている。
【００３２】
プローブ管３０の下端は、入口に調節弁３１を備えた吸引ファン３２に吸引管３３を介して接続されており、前記調節弁３１入口の吸引管３３には、ドロップチューブ２２内で微粉炭粒子２５が加熱されてプローブ管３０に導かれた加熱後粒子２５'を回収するためのフィルタ３４を備えている。そして、該フィルタ３４で回収した加熱後粒子２５'は粒子回収容器３５に導かれ、粒子回収容器３５内に回収された加熱後粒子２５'は重量計測、成分分析等を行うようになっている。一方、前記吸引ファン３２から排出される加熱後ガス３６は、ガス回収容器３７に導かれ、ガス回収容器３７内に回収された加熱後ガス３６は成分分析等を行うようになっている。上記した加熱後粒子２５'と加熱後ガス３６の成分分析等を行うことにより、ドロップチューブ２２内の所定の加熱温度で加熱され、且つプローブ管３０の取出口３０'に導かれる時間（加熱時間）での性状の変化から微粉炭粒子２５の燃焼性能を測定することができる。
【００３３】
又、前記ドロップチューブ２２の下端は、入口に調節弁３８を備えた吸引ファン３９に吸引管指令を介して接続されており、前記調節弁３８入口の吸引管４０には、ドロップチューブ２２内で微粉炭粒子２５が加熱されてプローブ管３０に導かれなかった加熱後粒子２５''を回収するためのフィルタ４１を備えている。尚、必要に応じて、フィルタ４１で回収した加熱後粒子２５''及び吸引ファン３９から排出される加熱後ガス４２についても、前記と同様に成分分析等を行うようにしてもよい。
【００３４】
上記した微粉炭燃焼試験装置１００において、前記ガス供給部２８を介してドロップチューブ２２内に搬送ガス２９を供給するための装置として、図１に示したプラズマガス生成装置１を設け、該プラズマガス生成装置１によって生成される高温ガス１７を搬送ガス２９として供給する。
【００３５】
又、図３では、前記高温ガス１７の温度を検出する高温ガス温度計１８の検出温度をガス温度制御器２１に入力すると共に、ドロップチューブ２２の温度を検出するチューブ温度計４３を設けて、該チューブ温度計４３の検出温度を前記ガス温度制御器２１に入力している。そして、ガス温度制御器２１は、前記チューブ温度計４３の検出温度と高温ガス温度計１８の検出温度が対応する（同一となる）ように前記プラズマガス生成装置１のプラズマ電源２０を制御している。
【００３６】
又、前記微粉炭燃焼試験装置１００においては、試験の目的等に応じて、ドロップチューブ２２内における微粉炭粒子２５の流下速度が設定した速度になるように、希釈ガス供給装置１３により供給する希釈ガス１４の供給量を流量指令１６によって設定している。
【００３７】
図３に示すような微粉炭燃焼試験装置１００においては、微粉炭ボイラの火炉内温度を再現して微粉炭粒子２５の燃焼試験を行うために、ドロップチューブ２２の温度を例えば１２００℃に加熱しており、この時、前記プラズマガス生成装置１による高温ガス１７も前記ドロップチューブ２２と同じ１２００℃に保持することによって、ドロップチューブ２２内を均一な温度雰囲気に保持する必要がある。
【００３８】
この時、前記プラズマガス生成装置１によれば、１２００℃の温度で且つ均一に保持された高温ガス１７を容易に生成することができるので、微粉炭燃焼試験装置１００における微粉炭粒子２５の供給に好適に適用することができる。
【００３９】
又、微粉炭燃焼試験装置１００では、ドロップチューブ２２内を浮遊移動する微粉炭粒子２５の移動速度を微粉炭ボイラの火炉に対応させて変化させる要求があるが、前記プラズマガス生成装置１では、希釈ガス供給装置１３による希釈ガス１４の供給量を変更することにより高温ガス１７の生成量を任意に変化させて、ドロップチューブ２２内の微粉炭粒子２５の移動速度を任意に調節することができるので、微粉炭燃焼試験装置１００に好適に利用することができる。
【００４０】
又、図１に示すプラズマガス生成装置１を図３に示す微粉炭燃焼試験装置１００に接続して備える場合には、相互間に絶縁材を配置する必要があるが、前記したように、陽極８を包囲する外側部材１２を絶縁材で構成することにより、プラズマガス生成装置１と微粉炭燃焼試験装置１００との間を絶縁できると共に、外側部材１２が希釈ガス１４によって保護されるために、外側部材１２が熱によって損傷する問題を低減できる。
【００４１】
尚、本発明のプラズマガス生成装置及びそれを用いた微粉炭燃焼試験装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
１  プラズマガス生成装置
２  内管
３  陰極
４  浮遊電極
５  陰極ガス
６  陰極ガス流路
７  陰極開口
８  陽極
９  陽極ガス
１０  陽極ガス流路
１１  陽極開口
１２  外側部材
１３  希釈ガス供給装置
１４  希釈ガス
１５  希釈ガス流路
１７  高温ガス
１８  高温ガス温度計
２０  プラズマ電源
２１  ガス温度制御器
２５  微粉炭粒子
２９  搬送ガス
１００  微粉炭燃焼試験装置
【図１】
2012059548.tif 000003
【図２】
2012059548.tif 000004
【図３】
2012059548.tif 000005