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成果報告書詳細
管理番号20180000000672
タイトル平成29年度成果報告書 ベンチャー企業等による新エネルギー技術革新支援事業 ベンチャー企業等による新エネルギー技術革新支援事業(バイオマス) 木質バイオマス発電の発電コスト低減に向けた熱交換チューブ再生技術の開発
公開日2018/12/27
報告書年度2017 - 2017
委託先名シンワ工業株式会社 九電産業株式会社 学校法人足利工業大学
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約1.開発の背景と経緯
木質バイオマス発電の流動床ボイラーは石炭焚きボイラーに比べ熱交換チューブの摩耗・腐食が激しく、この維持管理費削減が重要課題となっており、安価な減肉対策や減肉部の再生方法が模索されている。施工方法には溶射や溶接肉盛りがあるが、溶射施工においては皮膜品質が均一でなく破孔トラブルの原因となったり、補修で上塗りを行なう際に残膜の剥離のリスクや基材組織へのダメージや収縮等があるため、維持管理コストと品質の両面を満たす施工方法が確立されていない。この度、幣社が開発したアキシャルフィード型プラズマ溶射装置を使って破孔トラブルの心配の無い均一な品質で、補修可能な溶射施工技術の開発を行なった。
2.開発品(アキシャルフィード型プラズマ溶射装置)の特徴
溶射装置にはガス炎を熱源とする物やアークを熱源とする物など多種あるが、プラズマを熱源とするプラズマ溶射はフレーム温度が1万℃以上と一番高く、皮膜への不純物の混入が少ない溶射方法であり、特に高融点材料の溶射に優れている。本開発品は、プラズマフレームの軸芯後方から溶射材料を投入する構造である。プラズマアークが長い特徴を持ち、このため同一出力で他のプラズマ溶射装置と比較すると、溶射材料の滞留時間が長いのでプラズマの温度が低くても溶射でき、溶射材料の酸化が抑制され酸化皮膜が少ない皮膜となる。また、従来の溶射装置では材料をフレームに直角に投入するのに対し、フレームの軸芯方向に投入するため、従来よりも微細な溶射材料が使用できる。
3.開発結果
再溶融処理を必要としないNi系自溶性金属を使った熱交換チューブパネルの実用的な施工技術を確立した。付着効率90%、密着力50N/mm2、ビッカース硬度500を達成し、均一な皮膜でのパネル補修を可能とした。また、チタン溶射施工が本開発品で施工可能である事が確認でき、付着効率95%、密着力80N/mm2、ビッカース硬度850を達成した。チタン溶射が常圧大気下で施工できるのは画期的な事で、この皮膜は純チタンと窒化チタンの混合物である事が判明した。皮膜中に酸化チタンは検出されなかったため窒化チタンはシーリングガスの窒素ガスとチタンがプラズマフレーム中で生成されたものと考えられる。この皮膜は、軽くて硬いため、施工厚みを薄くできるので施工コストも実用的になると考える。また、本装置によるNi系自溶性金属皮膜、及びチタン皮膜は、共にPH2までの耐食性や貫通気孔を無くせる事が確認できた。
4.転用先 
本開発皮膜の転用先として地熱発電の炭素鋼ケーシング管の内面施工やチタン製品の代替がある。また、セラミックのスラリー溶射も可能となったので、医療分野(人工関節やインプラント)や半導体・液晶製造装置分野での適用が期待できる。
英文要約Title: New Energy Technology Innovation Support by Venture Companies etc.
New energy Technology Innovation Support Project (Biomass)
"Development of heat exchange tube regeneration cost of wood biomass power
generation" (FY2017)Fainal Report

<1.Background of development> In fluidized bed boiler of wood biomass power generation,this maintenance and management cost reduction has become an important issue.This time,we developed a technique for solving the top coating that can be repaired at a low cost with uniform quality without worry of puncture.
<2.Development products features> The development product, the plasma of the frame axis from the rear of the spraying material to cast,which is the
structure. the plasma arc is long.This was for spraying the material's
retension time is long,the plasma temperature is low if spraying is possible,spray material oxidation is suppressed.Moreover,conventional spraying apparatus is material to the frame at right angles to the input,whereas the axial core direction to achieve than the conventional fine thermal spraying material can be used. <3.The develpoment result> The melting process does not require the nickel-based self-fluxing metal by use of heat exchange tube panels of practical construction techniques were established.The adhesion efficiency of 90%, the adhesion strenght 50N/mm2 Vikers hardness 500 achieve a uniform coating of the panel repair possible.Also,titanium spraying construction is the new product in the construction of possible things you can the adhesion efficiency of 95% the adhesion force 80N/mm2,Vickers Hardness of850 was achieved.Titanium spraying under atmospheric pressure can be a breakthrough thing.this coating is pure titanium and titanium nitrade that is a mixture of things turned out .the coating of the titanium oxide is detected for titaium nitrade sealing gas of nitrogen gas and titaium plasma frame generated in the considered.This coating is light and stiff for construction thickness can be .The construction cost become practical to think.Also,it was confirmed that both the nickel based self
solving metallic coating and titanium coating formed by this equipment could eliminate corrosion resistance up to PH 2 and through pores.
<4.Transfer destination> The diversion destination in the developed coating of the transfer destination as the geothermal power of the carbon steel casing pipe of the inner surface construction.Titaium products replaced titanium sprayed product.also, the ceramic slurry spray was capable of ,in the medical field (artificial joint implant)and semiconductor liquid crystal manufacturing equipment in the field of application can be expected one.
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