JP2964228B2 - プラズマ炉 - Google Patents
プラズマ炉Info
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Description
金属炉,ガラス溶解炉,化学反応炉等として用いられる
プラズマ炉に関するものである。
温ガスを炉体内に噴出するプラズマ炉には、移行型プラ
ズマバーナーを用いるプラズマ炉と、非移行型プラズマ
バーナーを用いるプラズマ炉と、火炎プラズマバーナー
を用いるプラズマ炉とがある。
炉では、炉体内に入ってくる加熱目的物をプラズマバー
ナーの内部電極と反対の電極として、これらの電極間に
高電圧をかけてプラズマバーナーと加熱目的物との間に
プラズマを発生させて、該加熱目的物を加熱するように
なっている。
マ炉では、該プラズマバーナーの内部に一方の極性の電
極とそれに反対の極性の電極とを設け、これら電極間に
高電圧をかけてこれら電極間を通る作動ガスをプラズマ
化して炉体内に噴出させ、そのプラズマガスで加熱目的
物を加熱するようになっている。
では、燃料を燃焼させる空気をプラズマ化し、これを用
いて燃料を燃焼させて火炎プラズマを発生させ、これを
炉体内に噴出させ、その火炎プラズマで加熱目的物を加
熱するようになっている。
うな従来のプラズマ炉では、プラズマガスを炉体内で収
斂させることができず、熱効率を上げることができない
問題点があった。
きるプラズマ炉を提供することにある。
内で収斂させる磁束を効率よく炉体内に透過させること
ができるプラズマ炉を提供することにある。
た高温ガスを炉体内に噴出するプラズマバーナーを取り
付けたプラズマ炉を改良するものである。
の外周に、同極が該炉体を構成する炉壁に対向するよう
にして複数の磁石が配置されていることを特徴とする。
内の各箇所にローレンツ力によるイオン流の渦ができ、
炉心部ではこれらイオン流の渦の合成流としてプラズマ
の渦ができ、このプラズマの渦により、また非一様磁場
による磁気ミラーやドリフト効果等によりプラズマ炎を
炉心部で収斂させることができる。
において、前記磁石の群は前記炉体の軸心方向に複数段
に配置されていることを特徴とする。
プラズマ炎を炉心部でより一層効率よく収斂させること
ができる。
の炉壁側端部に、磁性金属により形成された前記磁石の
端面より面積の大きい磁気拡張板が取り付けられている
ことを特徴とする。
大きくなるため、各磁石に対応した炉体内の各箇所にロ
ーレンツ力によって発生するイオン流の渦は大きくな
り、炉心部でこれら大きいイオン流の渦の合成流として
できるプラズマの渦がプラズマ炎を炉心部でより一層効
率よく収斂させることができる。
灰,飛灰の溶融炉に適用した本発明に係るプラズマ炉に
おける実施の形態の一例を示したものである。
て上部と下部が閉塞された炉体1を備え、この炉体1の
炉壁2は耐高温性耐火物で形成している。炉体1の上部
には、その中心に原料灰からなる加熱目的物を供給する
スクリューコンベア3が接続されている。このスクリュ
ーコンベア3の接続箇所の周囲の炉体1の上部の部分に
は、プラズマ化した高温ガスを炉体1内に噴出する3本
のプラズマバーナーとして火炎プラズマバーナー4が1
20°間隔で取り付けられている。炉体1の側壁の下部
には、溶融スラグを排出する排滓口5が設けられてい
る。
極)が該炉体1を構成する炉壁2に対向するようにして
複数(この例では4つ)の電磁石6よりなる群が上下2
段に配置されている。各電磁石6は、鉄の如き磁性体7
の外周にコイル8を巻装した構造にそれぞれなってい
る。各コイル8は、本例では図4に示すように炉壁2に
対向する磁性体7の端部がN極になるように該磁性体7
に巻装されていて、相互に直列接続されて直流電源9か
ら励磁されるようになっている。また、磁性体7内には
冷却通路10が形成されていて、この冷却通路10には
冷却水入口10aから冷却水が供給され、冷却水出口1
0bから排出されるようになっている。
バーナー4からプラズマ化した火炎が炉体1の内部に噴
出されると、図5に示すようにそのイオンが各電磁石6
による磁場により炉壁2側がN極の場合には、プラズマ
炎が紙面の表から裏に向かって通過するとすると、各電
磁石6のN極が存在する付近ではローレンツ力により左
回りにイオンの渦Aができる。プラズマの内部では、イ
オンが運動量の主体であるから、現象的にはプラズマの
渦と見える。炉心部では、これら4つのイオン流の渦A
の合成流として右回りにプラズマの渦Bができる。この
プラズマの渦Bによりプラズマ炎を炉心部で収斂させる
ことができる。
方向に複数段に配置すると、各段の電磁石6の群により
プラズマ炎を炉心部でより一層効率よく収斂させること
ができる。
2に対向する磁性体7の端部をS極とした場合には、プ
ラズマ炎が紙面の表から裏に向かって通過するとする
と、各電磁石6のS極が存在する付近ではローレンツ力
により右回りにイオンの渦Aができる。炉心部では、こ
れら4つのイオン流の渦Aの合成流として左回りにプラ
ズマの渦Bができる。このプラズマの渦Bによりプラズ
マ炎を炉心部で収斂させることができる。
他、電磁石6による非一様な磁場による磁気ミラー,ド
リフト効果等、観察できない作用も相俟ってプラズマイ
オンが収斂され、炉心では単に火炎プラズマバーナー4
から噴出される火炎温度以上の高温になり、溶融炉の場
合には電磁石6を取り付けない場合には溶融しなかった
原料でも、電磁石6を取り付けてプラズマ炎を収斂させ
ることにより溶融可能となる。一方、電磁石6によりプ
ラズマ炎を収斂させると、炉壁2では高温のプラズマ炎
が接触することがなくなって、電磁石6を設けてない場
合に比べて炉壁2の寿命を延ばすことができる。
プラズマバーナー4である場合につてい説明したが、こ
の効果はプラズマ流の発生源が非移行型プラズマバーナ
ーから噴出される場合であっても同様に得ることができ
る。
実施の形態の他例を示したものであり、本例では、電磁
石6の磁性体7の炉壁2側端部に、磁性金属により形成
された前記磁性体7の端面より面積の大きい磁気拡張板
7aが取り付けられている。また、電磁石6には前記磁
気拡張板7aを冷却する冷却水を収容する冷却函10c
が設けられている。この冷却箱10c内に、前記磁性体
7内に形成された冷却通路10の一方が開口しており、
この冷却通路10の他方の開口部は冷却水入口10aと
なっている。冷却函10cには排水管10dが連設され
ており、排水管10dの開口部が冷却水出口10bとな
っている。
aによって磁気の作用面積が大きくなるため、各電磁石
6に対応した炉体1内の各箇所にローレンツ力によって
発生するイオン流の渦Aは大きくなり、炉心部でこれら
大きいイオン流の渦Aの合成流としてできるプラズマの
渦Bがプラズマ炎を炉心部でより一層効率よく収斂させ
ることができる(図8)。
ズマ炉で用いた火炎プラズマバーナー4の具体的構造の
一例を示したものである。
1を形成する混合筒12を有する。この混合筒12は、
フランジ部12aを基端に有する筒部12bと、該筒部
12bの先端に連設されている拡径段部12cと、該拡
径段部12cの外周に連設されていて入口側から出口側
に向かうにつれて内径が徐々に小さくなるテーパ筒部1
2dと、該テーパ筒部12dの先端外周に設けられたフ
ランジ部12eとで形成されている。
筒13と内筒14とからなる二重構造の空気供給部15
が設けられている。この空気供給部15には、加圧され
た空気が外部から供給されるようになっている。外筒1
3は、両端にフランジ部13a,13bを有し、フラン
ジ部13bが混合筒12のフランジ部12aに重ねられ
て接続されている。
空気流をプラズマ化させてプラズマ流を発生させるプラ
ズマ発生手段16が設けられている。プラズマ発生手段
16は、内筒14の内周に沿って環状の絶縁支持体17
が取り付けられ、該絶縁支持体17には複数本の棒状の
電極18が貫通支持され、これら電極18を陽極とし、
内筒14を陰極として、これら電極間に高電圧を印加す
ることにより、内筒14内を流れる空気流をプラズマ化
するようになっている。
19が螺旋状に配置されて、これら外筒13と内筒14
の間に流れる空気流を旋回流としてプラズマ流を包んで
収斂させるようになっている。内筒14は、この旋回羽
根19によって外筒13に支持されている。
11内のプラズマ流の周囲に燃料を噴出させて旋回流に
混合させる複数の燃料噴射ノズル20が貫通して設けら
れている。混合室11の出口側で混合筒12のフランジ
部12eには、フランジ部21aを介して燃焼筒21が
接続され、内部に筒状の燃焼室22が形成されている。
燃焼筒21の他端にはフランジ部21bが設けられてい
る。このような燃焼筒21には、これを貫通して複数本
の点火プラグ23が接続されている。燃焼筒21の外周
には、同極(本例では、N極)が燃焼室22の周囲に存
在するように4個の電磁石24が90°間隔で配設され
ている。これら電磁石24は、鉄心よりなる磁性体25
にコイル26が同一方向に巻装され、各コイル26は直
列接続されて、図示しない直流電源から励磁電流が供給
されるようになっている。
を流す冷却通路27が形成されている。燃焼筒21の外
周には、冷却ジャケット28が同心配置で設けられてい
る。この冷却ジャケット28の両端は燃焼筒21のフラ
ンジ部21a,21bに接続され、燃焼筒21と冷却ジ
ャケット外壁28との間に冷却室29が形成されてい
る。この冷却室29には、磁性体25の冷却通路27の
開口部27aから冷却水が供給されるようになってい
る。冷却室29内の冷却水は、冷却ジャケット外壁28
の排水口28aから排水されるようになっている。点火
プラグ23の箇所では、冷却水から隔離するように隔離
筒30が設けられている。
部は、炉体1の上部に設けられたバーナーポート31の
箇所で該炉体1の上部に取り付けられている。
によれば、燃焼筒21の外周に電磁石24をその同極が
存在するように配置しているので、前述したと同様の理
由によりプラズマ火炎を収斂させることができる。かか
る火炎プラズマバーナー4と本発明の炉体1をセットに
することによって、プラズマ炎の収斂をより一層顕著に
することができる。
ナーの具体的構造の一例を示したものである。
属製で筒状のバーナーボデイ32a,32bが絶縁板3
3で電気的に絶縁されて接続されている。上部のバーナ
ーボデイ32aの上部からは絶縁スリーブ34を介して
タングステン製の陰電極35が該バーナーボデイ32a
内に挿入されている。該陰電極35は、陰極高圧ケーブ
ル36により図示しない直流電源の陰極に接続されてい
る。下部のバーナーボデイ32bは直流電源の陽極に陽
極高圧ケーブル37によって接続され、このバーナーボ
デイ32bが陰電極35に対し対極となる陽極として作
用するようになっている。上部のバーナーボデイ32a
には作動ガス導入管38が接続され、この作動ガス導入
管38から作動ガスが該バーナーボデイ32a内のボル
テックスチャンバー39に供給されるようになってい
る。バーナーボデイ32a,32b内には冷却通路40
a,40bが設けられ、冷却水供給口41a,41bか
ら供給される冷却水により各バーナーボデイ32a,3
2bの冷却が行われるようになっている。
では、作動ガス導入管38から供給された作動ガスがボ
ルテックスチャンバー39で旋回流となり、陰電極35
とバーナーボデイ32bからなる陽極との間の高電圧に
よりプラズマ化され、スロート42を通り、炉体1の上
部のバーナーポート31から炉体1内にプラズマ流が噴
出される。
合について説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、焼却炉,金属炉,ガラス溶解炉,化学反応炉
等のプラズマ炉にも同様に適用できるものである。
に、同極が該炉体を構成する炉壁に対向するようにして
複数の磁石を配置したので、各磁石に対応した炉体内の
各箇所にローレンツ力によるイオン流の渦ができ、炉心
部ではこれらイオン流の渦の合成流としてプラズマの渦
ができ、このプラズマの渦により、また非一様磁場によ
る磁気ミラーやドリフト効果等によりプラズマ炎を炉心
部で収斂させることができる。このためプラズマ炎熱を
更に高温化することができ、従来のプラズマ炉よりも高
温で加熱目的物を加熱することができる。
マ炉における実施の形態の一例を示した縦断面図であ
る。
の縦断面図である。
コイルの接続状態を示す説明図である。
のプラズマの渦の流れを示す説明図である。
のプラズマの渦の流れを示す説明図である。
他例を示した一部切欠き要部拡大斜視図である。
体に対向させた際の炉体内のプラズマの渦の流れを示す
説明図である。
ナーの具体的構造の一例を示した縦断面図である。
マバーナーの具体的構造の一例を示した縦断面図であ
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 プラズマ化した高温ガスを炉体内に噴出
するプラズマバーナーを取り付けたプラズマ炉におい
て、前記炉体の外周に、同極が該炉体を構成する炉壁に
対向するようにして複数の磁石が配置されていることを
特徴とするプラズマ炉。 - 【請求項2】 前記磁石の群は前記炉体の軸心方向に複
数段に配置されていることを特徴とする請求項1に記載
のプラズマ炉。 - 【請求項3】 前記磁石の炉壁側端部に、磁性金属によ
り形成された前記磁石の端面より面積の大きい磁気拡張
板が取り付けられていることを特徴とする請求項1また
は2に記載のプラズマ炉。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15126997A JP2964228B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | プラズマ炉 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15126997A JP2964228B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | プラズマ炉 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10339584A JPH10339584A (ja) | 1998-12-22 |
JP2964228B2 true JP2964228B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=15514983
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15126997A Expired - Fee Related JP2964228B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | プラズマ炉 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2964228B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN108901115B (zh) * | 2018-09-19 | 2019-06-07 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种等离子体发生器 |
-
1997
- 1997-06-09 JP JP15126997A patent/JP2964228B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10339584A (ja) | 1998-12-22 |
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