JP3017802B2 - アーク伝播用プラズマ生成器 - Google Patents

アーク伝播用プラズマ生成器

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ロスナー，ハインリヒ−オットー
トマラ，ゲープハルト
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、中心の電極およびこれに同心的に配設した
ノズル支持部を備えるアーク伝播用プラズマ生成器であ
って、上記電極と該電極を取り囲むバーナ外被との間に
形成した第１の環状通路からプラズマガスを供給するこ
とが可能な環状間隙を上記電極と上記ノズル支持部との
間に備え、上記電極のまわりに同心的に形成したバーナ
外被を有し、上記ノズル支持部と上記バーナ外被との間
の端面側に第２の環状通路を備え、上記バーナ外被の内
管が、電気的に絶縁する２つの部分からなる管状の絶縁
装置を備え、上記第１の環状通路と上記第２の環状通路
との間に、円周方向に均等に分散配置した通路を設けた
アーク伝播用プラズマ生成器に関する。
背景技術 特に交流および直流によってプラズマ生成器を作動す
る場合における主な問題点は、主アークと並列に生成す
る寄生アークの発生であり、特に、これは、下部ノズル
外被、言い換えるとバーナ外被の下縁およびノズル端面
側言い換えるとプラズマ生成器の端面側の外側の電流の
流れの中に限られる。寄生アークはアークコラムの安定
性に影響するだけでなく、プラズマ生成器またはこのプ
ラズマ生成器と共に作動する装置の効率および経済性を
著しく阻害し、その結果、一般にプラズマ生成器を完全
に破壊するようにさえなる。ドイツ連邦共和国特許第33
28777号公報に記載されているように、寄生アークを防
止するため、ノズル内側における電極とノズルの間の環
状通路に電気絶縁被覆を設けることが知られている。し
かしながら、この対策は、絶縁被覆の外部に寄生アーク
を生じる場合があるため、部分的な保護作用を行うに過
ぎない。寄生アークを抑制する別の対策が、ドイツ連邦
共和国特許第3435680号公報が知られている。この場合
は、水冷却ノズルの内壁部分の端面壁部に隣接する一部
が、分離したそれぞれ該当する２つの壁部によって、全
体の横断面を貫通する絶縁部分を介して、端面壁部の外
壁部に隣接する部分から電気的に絶縁され、一方の絶縁
部がノズルの端面壁部に設けられている。しかしなが
ら、極めて高温の炉雰囲気の場合、ノズルの端面壁に適
した絶縁材料を取り付けるには極めて高額の費用を必要
とする。
上述の概念の別の実施形態においては、ノズルの端面
に設けられる絶縁体が端面側の溝に設けられている。そ
のようなプラズマ生成器も実施されている。端面側の溝
は、一方の側ではノズル支持体、言い換えるとノズル端
部の外壁によって形成され、他方の側ではプラズマ生成
器外被によって形成され、その場合、プラズマ生成器外
被はその端面側にプラズマ生成器軸線の方へ向いたフラ
ンジを有し、このフランジが、後方にある絶縁体に対し
てある程度の加熱保護の役割を果たす。しかしながら、
このプラズマ生成器が、導電粒子たとえば金属の埃また
は製錬所の埃を有する雰囲気の中で作動する場合、冷却
された絶縁体に導電性の埃が付着し、したがって、電気
的な短絡がノズル支持体からプラズマ生成器のバーナ外
被に形成され、寄生アークがプラズマ生成器のバーナ外
被の外部端面側の縁部へ流れる場合がある。
技術的課題 本発明の基本的な目的は、特に交流で作動した場合に
おける寄生アークが発生する危険を、従来以上に、換言
すれば、一層大きな成果が得られるように、抑止するこ
とである。
発明の開示 この目的は、プラズマガス用の環状通路と端面側の環
状通路との間に、周囲にわたって均等に分散した通路を
設けることによって達成される。この通路を通してプラ
ズマガスの一部が分岐され、端面側の環状通路に導かれ
る。この通路を通って流れるガスが、端面側の環状通路
の開口部または流出部を冷却する。発生した僅かな導電
性の蒸気または埃が通路に入ることが防止される。さら
に、逆方向のプラズマアーク寄生部が防止され、環状通
路に侵入する溶融くずおよび噴霧が排除され、冷却され
る。さらに、環状通路を通って流れるガス冷却作用によ
って、開口部の近くにある上層部または被覆の寿命が長
くなる。全体的に、プラズマ生成器の使用寿命が長くな
る。
本発明の有利な実施態様が、請求の範囲の従属項に記
載されている。管状の絶縁装置を通路に通すことによっ
て、ちょうど対応する箇所における導電性の蒸気または
埃の付着が防止される。
管状の絶縁装置は２つのリングからなる。そのうちの
１つは冷却回路の方に向き、これによって支持され、他
方のリングは、圧力密の絶縁材料からなる冒頭に述べた
リングを熱的衝撃、高い温度勾配および汚れから保護す
る、高い耐熱性の絶縁材料（セラミックス）からなって
いる。
高い耐熱性材料からなるリングは、特に、軸方向およ
び半径方向の遊び間隙を備えて支承されている。作動を
起こさせる振動励起によって、このリングが回転するこ
とができ、その結果、電気的短絡によって導電性の埃の
付着が防止される。
好ましくは、前面側の環状通路が、プラズマ生成器軸
線に対して同心的に円錐状に細くなる開口部を備え、前
面側の通路を形成する前面側におけるノズル外部の内径
は、環状通路の円錐移行部の前の管状絶縁体の外径より
小さい。環状通路のこの有効な構成によって、絶縁装置
に対する熱放射を防止する特別な保護が得られる。
端面側の環状通路を形成するノズル外側部分の内壁
は、ノズル内部に摺動自在に嵌着されたフランジを有し
ている。ノズル外側部分が縦方向に伸びた場合に生じる
フランジとノズル内側部分との間の相対運動によって、
同様に汚れからなる電気的な短絡が抑止される。
前面側環状通路の全体の内面または外面を絶縁材料に
するか、または絶縁材料からなる被覆層で被覆すること
ができる。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明の一実施例を示す縦断面図である。
発明の最良の実施形態 本発明の実施例が、図に縦断面図で示されており、次
に一層詳細に説明する。
プラズマ生成器は載頭円錐状の被覆部端面または終端
面２を備えた中央電極１を有し、この終端面２のまわり
に、内壁部４、端面部５および外壁部６を有するノズル
支持体（またはノズル端部）３が同軸に設けられてい
る。内壁部４は僅かに円錐状をなした壁部７を有し、そ
の側線は電極１の終端面２の側線とほぼ平行に延びてい
る。端面部５と外壁部６との間に、急峻な円錐形の移行
部８がある。開口部において、タングステンからなる摩
耗保護リング９がノズル支持体３にねじ込まれている。
端面部５の端面が、アークの方向に見て、電極１の平ら
に形成された端面10から突出している。
ノズル支持体３の内壁部４は、補強された高性能合成
樹脂からなる絶縁環状帯11と、外部ねじによって分解可
能に固定されている。絶縁環状体11は、ねじ対を介して
ノズル内側部分12と結合され、さらに、このノズル内側
部分12は、ねじ対を介してバーナ外被内管13に螺着され
ている。したがって、ノズル支持体３の軸方向の位置
は、絶縁環状体11、ノズル内側部分12およびバーナ外被
内管13によって定められる。
バーナ外被内管13の上端部が管継手（図示せず）と結
合され、これによってバーナ外被中央管14およびバーナ
外被16のバーナ外被外管15が保持される。
バーナ外被内管13および電極１が、プラズマガスの主
環状通路17を形成し、この通路が、電極１とノズル支持
体３との間の環状通路部19に通じている。このために絶
縁環状体11はバーナ軸線20と平行に延びる通路21を備え
ている。
その下端部において、ノズル内側部分12は、外側へ開
いた開口部を有し、耐熱衝撃性および高い耐熱性材料
（セラミックス）からなる絶縁リング22、および加圧水
密材料（セラミックス）からなる下部絶縁リング24を備
えている。高い耐熱性の絶縁リング22は一周する開口部
23を主環状通路17側に有し、絶縁リング22が固定されず
に回転することができるように軸方向および半径方向に
遊び間隙を備えて組み立てられている。ノズル内側部分
12の一部とノズル支持体３の外壁部６は共通の外面を形
成している。加圧水密の下部絶縁リング24は、ノズル内
側部分12からノズル支持体３の外壁部６の内側まで達し
ている。
絶縁リング22およびノズル支持体３の共通の外面より
若干大きな円周外面を有する金属環状体25が、ノズル内
側部分12のまわりに設けられている。
バーナ外被中央管14の下端部は、ノズル内側部分12と
気密に結合され、直径が金属環状体25の外面の直径より
大きい円筒形の外側部分面を備える。
外側のノズル外被27と、内側壁部28とからなるノズル
外側部分26が、バーナ外被外管15に螺着されている。内
側壁部28はフランジ29を介して金属環状体25に気密に摺
動自在に嵌着されている。フランジ29はバーナ軸線20の
方へ向いた環状の突起30を有し、この突起30はノズル内
側部分12および絶縁リング22の共通の外面を滑ることが
できる。さらに、フランジ29には、ノズル外側部分26の
中央壁または方向変換壁32がスペーサ31を介して保持さ
れている。中央壁32はバーナ外被中央管14の下部円筒フ
ランジに気密に摺動自在に嵌着されている。
ノズル支持体３の外壁部６と、高い耐熱性の絶縁リン
グ22と、フランジ29と、ノズル外側部分26の内側壁部28
とは、後側端部が閉じ前側が開いた環状通路33を形成し
ている。ノズル支持体３の傾斜した移行部８、および内
側壁部28の円錐状部分34によって、環状通路33は前方
へ、プラズマバーナの軸線20の方へ向いた円錐移行部に
なっている。
冷却媒体回路用の方向変換部35が、ノズル内側部分12
に固定されている。
冷却媒体は、バーナ外被内管13とバーナ外被中央管14
とからなる環状通路36を通り、均等に周囲に分散した通
路部分37,38に流れ、この通路部分37,38はバーナ外被中
央管14の下部、およびノズル内側部分12を貫通してい
る。その後、さらに、ノズル支持体３の内壁部４と方向
変換部35とによって形成される環状通路を通って流れ、
上に向かって方向変換部35とノズル内側部分12の中間に
達し、ノズル内側部分12および金属環状体25を通る通路
部分39,40を通ってノズル外側部分26に入る。ノズル外
側部分26において、まず内側壁部28と方向変換壁32との
間を流れ、方向変換壁32によって方向変換され、方向変
換壁32とノズル外被27とからなる環状通路を通して流
れ、さらに、バーナ外被中央管14とバーナ外被外管15と
からなる環状通路41を通して出口に戻される。ノズル外
側部分26およびノズル支持体３を有するバーナ外被16
は、共通の冷却媒体回路を有している。
通路部分37ないし40は、それぞれ全周にわたって均等
に分布された半径方向の切断面に延びている。これと異
なるそれぞれ他の半径方向の切断面において、ノズル内
側部分12を通って、それぞれ１つの通路部分または穴43
が貫通しており、これらは主環状通路17から絶縁リング
22の囲繞する開口部23に通じている。さらに、高い耐熱
性の絶縁リング22に形成された穴または通路部分44が、
その囲繞する開口部23からその外面したがって端面側の
環状通路33に通じている。したがって、全体的に、主ガ
ス通路または空圧導通路が主環状通路17から端面側の環
状通路33に通じている。
フロントページの続き (72)発明者 ロスナー，ハインリヒ−オットー ドイツ連邦共和国、デー 4300 エッセ ン、ペッテンコーファーシュトラーセ 18 (72)発明者 トマラ，ゲープハルト ドイツ連邦共和国、デー 4300 エッセ ン １、ヴォルトベルクローデ 13 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05H 1/28,1/34,1/38 B23K 10/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】中心の電極（１）およびこれに同心的に配
    設したノズル支持部（３）を備えるアーク伝播用プラズ
    マ生成器であって、上記電極（１）と該電極を取り囲む
    バーナ外被（16）との間に形成した第１の環状通路（1
    7）からプラズマガスを供給することが可能な環状間隙
    （21）を上記電極（１）と上記ノズル支持部（３）との
    間に備え、上記電極（１）のまわりに同心的に形成した
    バーナ外被（16）を有し、上記ノズル支持部（３）と上
    記バーナ外被（16）との間の端面側に第２の環状通路
    （33）を備え、上記バーナ外被（16）の内管（13）が、
    電気的に絶縁する２つの部分からなる管状の絶縁装置
    （22,24）を備え、上記第１の環状通路（17）と上記第
    ２の管状通路（33）との間に、円周方向に均等に分散配
    置した通路（43,44）を設けたことを特徴とするアーク
    伝播用プラズマ生成器。
  2. 【請求項２】上記通路（43,44）が、上記絶縁装置（22,
    24）を通して端面側の上記第２の環状通路（33）に通じ
    ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のアーク伝
    播用プラズマ生成器。
  3. 【請求項３】上記絶縁装置（22,24）が、冷却回路によ
    って囲まれ気密の絶縁材料からなるリング（24）と、端
    面側の上記第２の環状通路（33）の壁の一部を形成し高
    い耐熱性の材料からなるリング（22）とからなり、上記
    通路（43,44）が上記リング（22）を通して上記第２の
    環状通路（33）に通じることを特徴とする請求の範囲第
    ２項に記載のアーク伝播用プラズマ生成器。
  4. 【請求項４】上記第２の環状通路（33）の壁の一部を形
    成する上記リング（22）が、軸方向および半径方向に遊
    び間隙をおいて支えられていることを特徴とする請求の
    範囲第３項に記載のアーク伝播用プラズマ生成器。
  5. 【請求項５】上記環状通路（21）が、該プラズマ生成器
    の軸線（20）の方へ収斂可能な開口部を有し、端面側に
    おける上記第２の環状通路（33）を形成するノズル外側
    部分（26）の内径が、上記絶縁装置（22,24）の外径よ
    り小さいことを特徴とする請求の範囲第２項ないし第４
    項のいずれかに記載のアーク伝播用プラズマ生成器。
  6. 【請求項６】上記第２の環状通路（33）を形成するノズ
    ル外側部分（26）の内側部分（28）が、ノズル内側部分
    （12）のまわりに配設した環状体（25）に摺動自在に嵌
    着されたフランジ（29）を有することを特徴とする請求
    の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載のアーク伝
    播用プラズマ生成器。
  7. 【請求項７】上記第２の環状通路（33）の内面および／
    または外面が、絶縁材料からなるか、または絶縁材料か
    らなる被覆層を有することを特徴とする請求の範囲第１
    項ないし第６項のいずれかに記載のアーク伝播用プラズ
    マ生成器。
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