JP2780026B2 - 微粉炭点火トーチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は微粉炭点火トーチに係り、特にプラズマフレ
ームによって微粉炭の着火を容易に行うための点火トー
チに関する。

〔従来の技術〕

従来、一般の石炭焚ボイラにおいては、主燃料の石炭
に加えて、起動用に重油、点火用に軽油と、３種類の燃
料が使用されている。この起動用及び点火用バーナ燃料
を石炭とすると、燃料系統が一系統となり、燃料の貯
蔵、供給設備が著しく簡略化される。そこで、その実現
の手段として、微粉炭をプラズマで直接着火する幾つか
の試みが進められている。

第３図は、特公昭58−1330号公報が開示されているも
ので、アーク点火トーチ31を用いて、プラズマフレーム
32を微粉炭バーナ33から噴出する微粉炭と空気の混合流
34に接触させ、高温のプラズマフレーム32によって微粉
炭を着火する方法である。

第４図は第３図に使用されているプラズマ点火トーチ
31の構造を示したものである。基本的には、渦流安定化
方式の装置であり、向かい合わせた１対の筒状の銅など
非消耗型金属電極35,36を絶縁ブッシュ37で結合してお
り、側面の複数のガス導入孔38を通して空気等の加圧ガ
スを導入しながら、金属電極35,36間に電源40により電
圧を印加してアーク39を形成して、高温高速のプラズマ
フレーム32を作っている。

陰電極36側で冷陰極発生点における発熱が大きく、一
点に止めて置くと、電極が直ちに溶融損傷するので、外
部コイル41により磁界を形成してアーク39を円筒状陰極
内部で高速に回転して安定化させている。

このような構造のために安定したアークを得るために
は大電流が必要となるので、この例の場合には、アーク
電流は明確ではないが、出力は56kWと非常に大きくなっ
ている。

第５図は、特開昭60−194211号公報で開示されている
微粉炭着火用のプラズマトーチの例である。陰極には熱
電子放出型であるＷ電極52を用い、陽極ノズル53にはCu
を用いている。空気54を動作ガスとしてプラズマフレー
ム57を形成しているが、Ｗ電極52は酸化性雰囲気中では
著しく消耗するのでそれを防止するために、陽極ノズル
53の外側に空気用ノズル55を設けた二重ノズル構造と
し、Ｗ電極52の周囲に不活性ガスのアルゴン56が流れる
ようにしている。このトーチを用いると、比較的低い電
流まで安定したアークを形成でき、出力1.5kW以上で好
調に動作するとされている。

しかし、水冷構造を含めたトーチ構造が複雑で高価に
つき、また、形状も大きくなり、直径40mm以下にするこ
とは困難である。

〔発明が解決しょうとする課題〕

上記した従来のトーチの場合、大電力を必要とした
り、装置が複雑化、大型化し、また、酸化防止のために
アルゴンガス等の不活性ガスを必要とする等の問題があ
った。

本発明の目的は、上記した従来のトーチの有する課題
を解決し、空気を動作ガスとする最も簡単な構造で、小
型の微粉炭点火トーチを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記した目的は、プラズマを用いて着火を行う点火装
置において、動作ガスとして空気を用い、陰極にHf,Zr
等の酸化雰囲気中でも酸化消耗がほとんど生じない熱電
子放出型電極材を使用し、陽極を微粉炭着火火炎側に置
くことにより達成される。

〔作用〕

陰極のアーク発生点付近にHf,Zr等の熱電子放出型の
電極材を使用すると、空気等の酸化性雰囲気中において
も、酸化消耗することなく、安定した熱電子放出型の陰
極として機能する。それによって、低い電流でも空気雰
囲気中で安定したアークプラズマを形成するようになる
ので、アルゴン等の高価な不活性ガスを使用する必要が
なく、また、アークを維持するための大電流とする必要
もない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例に図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の微粉炭点火トーチの一実施例を示す
断面図、第２図は第１図の側面図である。

この微粉炭点火トーチは内筒１と、陰極２と、外筒３
と、陽極４ノズルとからなっている。内筒１はCuからな
るとともに円筒状に形成され、その一部には周方向に開
口された複数の噴出孔1aが設けられている。内筒１は図
示していないアーク電源のマイナス出力端子に接続され
ている。この内筒１の先端部に円柱状の陰極２がねじ止
めにより固定されている。

この陰極２は先端部が半球状に形成されると共にその
半球状の中心部（陰極２の軸方向先端部）に陰極先端部
材2aが埋設されている。陰極先端部材2aは空気等の酸化
性雰囲気中において、酸化消耗されにくく、安定した熱
電子放出型として機能する材質のものが有効である。こ
のような材質の例として、Hf,Zr等を挙げることができ
る。

内筒１の外周囲には、絶縁部材５を介して内筒１と所
定の間隔をおいて外筒３が配置され、その外筒３に先端
内壁面が半球状に形成された筒状の陽極ノズル４がねじ
止めにより固定されている。

上記のようにして内筒１及び陰極２と、外筒３及び陽
極ノズル４との間にはガス流路６が形成されている。外
筒３は図示されていないアーク電源のプラス出力端子に
接続され、かつ接地されている。

また、陽極ノズル４には孔７が形成され、この孔７の
孔内壁面からトーチの周方向に厚みを有する板状の突起
部材８が一体的に構成されている。

次に上記のように構成される微粉炭点火トーチの作用
について説明する。

陰極２、陽極ノズル４に電圧を印加すると両電極間に
アークが発生する。この状態で図中、９で示す動作ガス
としての加圧空気は内筒１に設けられた噴出口1aからガ
ス流路６内に流入する。そして、ガス流路６内の動作ガ
スは、孔７より噴出する。この結果、両電極間に発生す
るアークは、孔７より噴出する動作ガスの作用により、
そのアークの陽極点10が陽極ノズル４と一体的に構成さ
れた突起部材８の位置で安定し、アークプラズマ11を形
成する。

したがって、アークの陽極点10は、直接微粉炭と空気
との混合流12に接触する領域に曝されることになり、微
粉炭は高温のアークプラズマ10に接触して加熱され、着
火する。しかし、陰極２は陽極ノズル４内に配置されて
おり、かつ点孤していないときも常時冷却をかねた空気
９を流出しているので、陰極２は汚染された外部の燃焼
雰囲気に曝されることはない。

このような構造になっているので、陰極２は微粉炭と
空気との混合流12に曝されることなく、清浄な空気に囲
まれた状態でアークを形成できるので、汚染や摩耗から
保護される。

次に陰極２を直径6mmのCuとして、陰極先端部材2aと
して直径2mm、長さ4mmのHfを埋設し、直径6mm、内径2mm
の内筒１にねじ止めにより固定し、陽極ノズル４に直径
1.6mmの孔７を設けた。そして、空気流量15/min、ア
ーク電流20A、アーク電圧120Vで電気入力2.4kWで運転し
た。

この結果、プラズマフレームにより微粉炭を安定に着
火でき、かつ陰極の汚染、摩耗を防止できた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、動作ガスとして空気のみを用い、ア
ルゴン等の高価な不活性ガスを必要とせず、水冷構造を
とる必要もない。このため、構造が極めて簡単にでき、
かつ小型化できる。

また、トーチに対して電気と圧縮空気を送り込むのみ
でよく、実用性の極めて高いプラズマ点火トーチを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る微粉炭点火トーチの一実施例を示
す断面図、第２図は第１図の側面図、第３図は従来の微
粉炭点火トーチの概略的構成図、第４図及び第５図は従
来の微粉炭点火トーチの断面図である。 １……内筒、1a……噴出孔、２……陰極、2a……陰極先
端部材、３……外筒、４……陽極ノズル、５……絶縁部
材、６……空気流路、７……孔、８……突起部材、９…
…動作ガス（空気）、10……アーク陽極点、11……アー
クプラズマ、12……微粉炭と空気との混合流。

フロントページの続き (72)発明者 沖浦 邦夫 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日 立株式会社呉研究所内 (72)発明者 馬場 彰 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日 立株式会社呉研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−194211（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−253183（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−74283（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−62923（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−16516（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭38−23983（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23Q 3/00 102 F23Q 13/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】陰極のアーク発生点付近を酸化性雰囲気中
   で酸化消耗を生じない熱電子放出型電極材で構成し、こ
   の陰極を動作ガスとしての空気の流路を介して陽極ノズ
   ルで包囲し、この陽極ノズルに設けられた孔に近接する
   と共に微粉炭と空気との混合流の領域付近に陽極アーク
   陽極点を形成するための陽極突起部材を設けたことを特
   徴とする微粉炭点火トーチ。
2. 【請求項２】前記熱電子放出型電極材が、Hf又はZrから
   なることを特徴とする請求項（１）記載の微粉炭点火ト
   ーチ。