JP2501598Y2

JP2501598Y2 - ア―クヒ―タ

Info

Publication number: JP2501598Y2
Application number: JP1990047659U
Authority: JP
Inventors: 和夫上松; 進治森本; 鈴木　　寛; 尚記安田
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1990-05-09
Filing date: 1990-05-09
Publication date: 1996-06-19
Anticipated expiration: 2005-05-09
Also published as: JPH048400U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は、プラズマを用いた加熱装置であるアークヒ
ータ、特にその電極構造に関するものである。

［従来の技術］アークヒータは、一般にプラズマ化学反応用熱源とし
ての直流アークジェットを作り出す装置であり、例え
ば、メタンをプラズマ化してアンモニアを作るような熱
処理の熱源に利用される。

第５図は、従来のコンストリクタ形アークヒータの構
成を示したもので、コンストリクタ部ａの両端に、それ
ぞれ数個の電極ユニットを軸方向に並置して成る陽極電
極ｂ及び陰極電極ｃを設け、両電極間に直流電源ｅから
直流電圧を印加して、両電極b,c間にアーク電流ｉを発
生させ、このアークを用いて外部から供給した酸素或い
は空気そのままの気体ｄを高温高圧のプラズマ状態とし
外部に噴射させている。

一方、上記アークヒータの電極b,cを構成する電極ユ
ニットは、アークスポットが１箇所に集中することによ
る電極b,cの損耗を低減させるため、従来、第６図及び
第７図に示すように、環状の電極体ｇの肉厚内に数ター
ン程度の磁場用内部コイルｌを設けた構造を採用してい
る。即ち、この磁場用内部コイルｌによりアーク電流ｉ
の付着点ｊに外部磁場ｍを与えてアークスポット（付着
点ｊ）を矢印ｆで示す周方向に回転させ、これにより電
極b,cにおける電極体ｇの局所集中加熱を防止してい
る。尚、ｈはアークヒータ電極の電極端子、ｋは絶縁
体、ｎは水冷管である。

［考案が解決しようとする課題］しかし、上述した従来の外部磁場形電極ユニットでは
磁場用内部コイルｌが必要であり、これを電極体ｇ内部
に設けるため構造も複雑となる上、電極体ｇの一部が損
耗した場合には電極ユニットの交換を必要とする。ま
た、電極の一部の寿命が電極全体の寿命となるため、電
極全体の交換時期が早期に到来する。

例えば、10KVを印加して5KAのアーク放電を起こさせ
る程度のもので、通常約６時間程度にて電極全体の交換
を必要とする。従って、アークヒータの維持コストが高
い。

本考案は、上記問題点に鑑みてなされたもので、電極
が長寿命で維持コストの安いアークヒータを提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］本考案は、コンストリクタ部の一端に陽極電極を有す
ると共に他端に陰極電極を有し、内部に導いたガス若し
くは空気をプラズマ状態として外部に排出するアークヒ
ータにおいて、上記陽極電極及び陰極電極を、環状基体
と、この環状基体に外部から挿抜可能且つ突出量調整可
能に差し込んで環状基体の周方向に均等に分配させた分
割電極とから構成すると共に、不活性ガスを各分割電極
の少なくとも突出部周囲に流すためのガス流路を形成し
たものである。

［作用］環状基体の周方向に分割電極を均等に配置しているた
め、１分割電極当りの放電電流は比較的小さく、電極の
損耗が抑えられる。また、分割電極表面の損耗による放
電状態の変動に対しては、分割電極を個々にその減り具
合によって電極先端位置を調整することにより、放電条
件の均一化が図れる。これにより、電極ユニットの交換
寿命を１桁程度延ばすことができる。一方、各分割電極
自体も、その突出部周囲が不活性ガスによって被われる
ため、酸化から保護される。

［実施例］以下、本考案を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図にアークヒータの全体の基本的構成を示す。従
来のコンストリクタ形アークヒータ（第５図）と同様の
構成であるが、従来と異なり、コンストリクタ部ａの両
端に設けられる陽極電極ｂ及び陰極電極ｃは、第２図に
示すように、分割電極型の電極ユニット１として構成さ
れている。

第２図において、分割電極型の電極ユニット１は、導
電性を有する環状基体２と、この環状基体２の内部に突
出する分割電極３とから構成されている。分割電極３は
棒状の電極片４、例えばタングステン棒から成り、環状
基体２にその肉厚部を半径方向に貫くように設けた挿入
孔に、外部から挿抜可能且つ突出量調整可能に差し込ま
れている。また、分割電極３は環状基体２の周方向に均
等に分配して複数個設けられており、いわば従来の電極
を周方向に複数個の分割電極３に分割した形態となって
いる。

これらの各電極片４は、絶縁部材５により相互に絶縁
されると共に、絶縁部材５により個別に環状基体２に固
定される。その際、各電極片４の先端部が基体内壁2aか
ら若干突出されるが、それぞれの突出量が同一となるよ
うに調整される。

各電極片４の外周壁及び環状基体２の挿入孔内周壁に
は、窒素ガス，アルゴンガス等の不活性ガスを電極片４
の根元からその周囲に沿って環状基体２内に流入させる
ため、軸方向に不活性ガス流路６が形成されている。各
電極片４の軸方向中間部外周壁に設けた凹部７は、この
不活性ガス流路６の一部を形成している。８はガス洩れ
を防ぐためのＯリングであり、電極片４と絶縁部材５と
の間に介在させてある。アルゴンガス等の不活性ガス
は、上記凹部７から各不活性ガス流路６に入って電極片
４の根元から噴出し、電極片４の先端突出部周囲を酸素
から保護する。

尚、環状基体２は内部に冷却流路９を有し、水冷管10
から導入される冷却水により冷却される。

上記構成の分割電極型電極ユニット下では、図示の如
くアーク柱からアーク電流が分割電極３の各々に対し放
射状に均一に分岐して終端する。従って、１電極当りの
放電電流を低減し、電極損耗を抑えることができる。

また、特定の１以上の分割電極３即ち電極片４のみが
アークスポットにより減った場合には、その減った分だ
け該当する電極片４を前に出すことで突出量を加減し、
再び均一な放電間隔を維持することができる。即ち、電
極表面の損耗による放電状態の変動に対し、棒状電極を
個々に、その減り具合によって電極先端位置を調整する
ことにより、放電条件の均一化が図れる。これにより電
極ユニットの交換はまだ必要でなくなり、電極ユニット
の交換寿命は、外部磁場方式の場合（６時間）に比べ
て、１桁程度（10時間−100時間）も長くなる。また、
従来の磁場用電源が不必要であり、かつ、磁場用内部コ
イルも不要であるため、構造も簡単である。

更に、環状基体２の内周面からアルゴンガス等の不活
性ガスが流され、電極片４の先端突出部周囲を被うた
め、酸素との接触が断たれ電極片４がその酸化から保護
される。従って電極片４即ち分割電極３自体も比較的寿
命が長い。この場合、コンストリクタ部ａ内に流される
気体ｄは、量的にも酸素或いは空気そのままが主であ
り、ある程度高温であれば、電極側でプラズマジェット
の特性が多少違っても、耐熱タイル等の特性試験には影
響を与えない。

第３図，第４図は他の実施例を示す。

この実施例では、分割電極３は、棒状の電極担持部材
11と、その先端に捩じ込み式に取り付けた棒状の電極片
12とから成る。13は、環状基体２に設けた挿入孔に予め
螺入固定した円筒状の絶縁部材であり、上記棒状の電極
担持部材11はこの絶縁部材13内に外部から挿抜可能に差
し込まれている。ただし、電極担持部材11と絶縁部材13
とには相互に係合するネジ部14が設けられており、電極
担持部材11を回すことにより、その先端に設けてある電
極片12の基体内壁2aからの突出量を調整できるようにな
っている。

従って、この実施例においても、分割電極３は、環状
基体２に対し、外部から挿抜可能且つ突出量調整可能に
差し込まれている。但し、第２図の場合と異なり、必要
に応じて電極片12のみを部分的に取り替えることができ
る。

電極担持部材11の軸方向に不活性ガス流路を形成する
ため、電極担持部材11には、その外側端部（ガス注入
口）からその中心を通る軸方向流路15と、電極片12の手
前で軸方向路15から外周囲に抜ける半径方向流路16とが
設けてある。また、絶縁部材13の先端側の内径は、電極
担持部材11よりも若干大きく形成されており、これによ
り、電極片12を最も引っ込めた場合でも、半径方向流路
16の存在する箇所より電極基体２の内側方向の領域にお
いて、常に不活性ガスの流れる隙間17が残るようにして
ある。

上記軸方向流路15,半径方向流路16,隙間17及び絶縁部
材13の先端内部により不活性ガス流路が形成される。従
って、不活性ガスは次のように流れる。即ち、電極担持
部材11の外側端部のガス注入口から軸方向流路15に入
り、半径方向流路16を通って電極担持部材11の外周囲に
抜け、その後、隙間17を通って電極片12の外側周囲を軸
方向に流れる。これにより電極片12の表面が不活性ガス
で保護される。

18はガス洩れを防ぐためのＯリングであり、電極基体
２の挿入孔における絶縁部材13との間、及び、絶縁部材
13と電極担持部材11との間に、それぞれ介在させてあ
る。

上記実施例では、電極ユニット１つを単独に説明した
が、電極ユニット数個をコンストリクタ部の軸方向に並
列して使用することもできる。この形態では、分割電極
は周方向にも軸方向にも分布することになる。また、こ
の電極ユニット数個を並列接続的に使用するに際して
は、個々の電極ユニットは抵抗を介して分割接続するこ
とが好ましい。

尚、本考案のアークヒータは、耐熱タイルの耐久性試
験の熱源として適するが、これに限定されるものではな
い。

［考案の効果］以上述べたように、本考案によれば、周方向に均等に
配置した分割電極の１電極当りの放電電流が比較的小さ
く、電流損耗を抑えることができる。また、分割電極表
面の損耗による放電状態の変動に対しては、分割電極を
個々にその減り具合によって電極先端位置を調整するこ
とにより、放電条件の均一化が図れる。また、各分割電
極も、その突出部周囲が不活性ガスによって被われるた
め、分割電極自体も比較的長持ちする。このため、電極
ユニット全体の交換寿命は、外部磁場方式に比べて１桁
程度延寿することが可能である。更にまた、磁場用電源
が不要で、かつ、磁場用内部コイルも不要であるため、
構造も簡単である。従って、維持コストの安いアークヒ
ータが提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例に係るアークヒータの概略図、
第２図はその電極ユニットを一部を切り欠いて示した正
面図、第３図は本考案の他の実施例に係るアークヒータ
の電極ユニットを示す部分側面図、第４図はそのIV−IV
断面図、第５図は従来のアークヒータの概略図、第６図
は従来の電極ユニットの一部を切り欠いて示した正面
図、第７図はそのＡ−Ａ断面図である。図中、１は分割電極型の電極ユニット、２は環状基体、
３は分割電極、４は電極片、５は絶縁部材、６は不活性
ガス流路、７は凹部、８はＯリング、９は冷却流路、10
は水冷管10、11は電極担持部材、12は電極片、13は絶縁
部材、14はネジ部、15は軸方向流路、16は半径方向流
路、17は隙間、18はＯリングを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者安田尚記東京都江東区豊洲３丁目２番16号石川島播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内 (56)参考文献特開昭51−97505（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】コンストリクタ部の一端に陽極電極を有す
ると共に他端に陰極電極を有し、内部に導いたガス若し
くは空気をプラズマ状態として外部に排出するアークヒ
ータにおいて、上記陽極電極及び陰極電極を、環状基体
と、この環状基体に外部から挿抜可能且つ突出量調整可
能に差し込んで環状基体の周方向に均等に分配させた分
割電極とから構成すると共に、不活性ガスを各分割電極
の少なくとも突出部周囲に流すためのガス流路を形成し
たことを特徴とするアークヒータ。