JP3042919B2 - 高エンタルピープラズマトーチ - Google Patents
高エンタルピープラズマトーチInfo
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- H05H1/24—Generating plasma
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- Plasma Technology (AREA)
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Description
【０００１】
【技術分野】本発明は高エンタルピープラズマトーチに
関する。
関する。
【０００２】
【従来技術】プラズマは、三つの基本的プラズマ発生装
置、即ち高周波又は誘導トーチ、トランスファアーク、
及び直流トーチの種々の変形を使って作られている。こ
の高周波トーチは電極を使わず、エネルギーが高周波電
磁源から誘導によってプラズマに伝えられる。しかし、
トランスファアークと直流トーチは共に電極を使ってガ
スに電流を流しそれによってプラズマを発生する。これ
らの電極の形状・大きさ及び成分は、このトーチの動作
及び用途を決めるに際して重要である。この改革は主と
して直流トーチ用の新規な電極構造に関するので、従来
の電極技術についての更に念入りな議論をするのは当然
である。
置、即ち高周波又は誘導トーチ、トランスファアーク、
及び直流トーチの種々の変形を使って作られている。こ
の高周波トーチは電極を使わず、エネルギーが高周波電
磁源から誘導によってプラズマに伝えられる。しかし、
トランスファアークと直流トーチは共に電極を使ってガ
スに電流を流しそれによってプラズマを発生する。これ
らの電極の形状・大きさ及び成分は、このトーチの動作
及び用途を決めるに際して重要である。この改革は主と
して直流トーチ用の新規な電極構造に関するので、従来
の電極技術についての更に念入りな議論をするのは当然
である。
【０００３】普通２種類の直流トーチが使われている。
第１の種類は、円錐形トリウムタングステン棒を陰極に
且つ銅管を陽極に使う。ガスは、この陰極の後に接線方
向に導入され、この陰極を通過する渦を作り、このトー
チの前部に位置する陽極を通る。アークは、この陰極の
先端の一端に付き、他端でこの陽極の内面に沿って回転
する。このプラズマガス渦の運動量、プラズマガスの成
分、陽極の直径及びアーク電流を使ってこのアークの長
さを制御することができる。陰極の付着点は固定してい
るので、陽極の付着点がこのアークの長さを決定する。
これらのトーチは、ＦＣＣ又は流体対流陰極トーチとし
ても知られ、例えばプラズマ容射、切断及び研究室の研
究のような、低出力用途に最も普通に使われている。大
気圧での及び窒素プラズマガスを使った典型的な作動特
性は次のようである。即ち、プラズマガス流量＝５０−
１００リットル／分、アーク電流＝２００−６００アン
ペア、アーク電圧＝７０−１１０ボルト、及びプラズマ
ガスエンタルピー＝１−３ｋＪ／ｋｇ。陰極の付着点が
固定していることはこのトーチが非常に高電流で動作す
ることを妨げ、トリウムタングステンの使用は使用でき
るプラズマガスの成分をいくつかの不活性で還元性のガ
ス（例えば、Ａｒ、Ａｒ／Ｈ2 混合物、Ｎ2 、Ｈｅ）に
限定する。酸素もハロゲン化物もプラズマガスとしては
使うことができない。ＦＣＣトーチは現在広範囲の会社
から市販されている。
第１の種類は、円錐形トリウムタングステン棒を陰極に
且つ銅管を陽極に使う。ガスは、この陰極の後に接線方
向に導入され、この陰極を通過する渦を作り、このトー
チの前部に位置する陽極を通る。アークは、この陰極の
先端の一端に付き、他端でこの陽極の内面に沿って回転
する。このプラズマガス渦の運動量、プラズマガスの成
分、陽極の直径及びアーク電流を使ってこのアークの長
さを制御することができる。陰極の付着点は固定してい
るので、陽極の付着点がこのアークの長さを決定する。
これらのトーチは、ＦＣＣ又は流体対流陰極トーチとし
ても知られ、例えばプラズマ容射、切断及び研究室の研
究のような、低出力用途に最も普通に使われている。大
気圧での及び窒素プラズマガスを使った典型的な作動特
性は次のようである。即ち、プラズマガス流量＝５０−
１００リットル／分、アーク電流＝２００−６００アン
ペア、アーク電圧＝７０−１１０ボルト、及びプラズマ
ガスエンタルピー＝１−３ｋＪ／ｋｇ。陰極の付着点が
固定していることはこのトーチが非常に高電流で動作す
ることを妨げ、トリウムタングステンの使用は使用でき
るプラズマガスの成分をいくつかの不活性で還元性のガ
ス（例えば、Ａｒ、Ａｒ／Ｈ2 混合物、Ｎ2 、Ｈｅ）に
限定する。酸素もハロゲン化物もプラズマガスとしては
使うことができない。ＦＣＣトーチは現在広範囲の会社
から市販されている。
【０００４】第２の種類の直流トーチは、電極として二
つの同軸管を使用する。プラズマガスは渦発生リングに
よってこれら二つの電極の間に接線方向に導入され、反
対方向の二つの渦を発生する。各渦はアーク付着点をこ
の渦発生リングから離れるように押す。それで、このア
ークが延び、管状トーチはＦＣＣトーチよりかなり高い
電圧を提供する。管状トーチは多種の成分の電極を使う
ことができるが、銅が最も普通である。トリウムタング
ステンは、必要とする大きなサイズの管に作られていな
いので、使われていない。一つの例外は新日本製鉄
（株）が使用する小さな（内径６mm、外径１６mm）管状
トリウムタングステン陰極である。しかし、その電極
は、プラズマがこの管の唇とこのトーチの外側に位置す
る陽極の間に生ずるトランスファアークシステムで使わ
れた。
つの同軸管を使用する。プラズマガスは渦発生リングに
よってこれら二つの電極の間に接線方向に導入され、反
対方向の二つの渦を発生する。各渦はアーク付着点をこ
の渦発生リングから離れるように押す。それで、このア
ークが延び、管状トーチはＦＣＣトーチよりかなり高い
電圧を提供する。管状トーチは多種の成分の電極を使う
ことができるが、銅が最も普通である。トリウムタング
ステンは、必要とする大きなサイズの管に作られていな
いので、使われていない。一つの例外は新日本製鉄
（株）が使用する小さな（内径６mm、外径１６mm）管状
トリウムタングステン陰極である。しかし、その電極
は、プラズマがこの管の唇とこのトーチの外側に位置す
る陽極の間に生ずるトランスファアークシステムで使わ
れた。
【０００５】管状トーチは、大てい融解用に及び高温反
応器用ヒータとして使われている。不幸にも、それらは
アークを安定化し、電極の破壊を防ぐために極端に大き
いガス流量を要する。大気圧での及び窒素プラズマガス
を使った１メガワットの管状トーチの典型的作動特性は
次の通りである。即ち、プラズマガス流量＝３０００−
１００００リットル／分、アーク電流＝５００−８００
アンペア、アーク電圧＝７００−２０００ボルト、及び
プラズマガスエンタルピー＝０．５−１．５ｋＪ／ｋ
ｇ。プラズマエネルギー社及びアエロスペシアーレのよ
うな会社が管状トーチを販売している。それらの最も有
効な役割は空気ヒータである。しかし、それらは、アー
ク電流が８００アンペアを超えると重大な電極浸蝕の問
題にぶつかる。従来の管状トーチは、プラズマ溶射や不
活性プラズマガスを使用する反応器の場合のように、プ
ラズマガスの流量が低いことを要求されるときは使うこ
とができない。更に、要求するガス流量が莫大であるこ
とは、それらが多くの用途で経済的ではなくしている。
最後に、それらは、ハロゲン化物が従来の電極を破壊
し、ガス供給管に凝結するので、ハロゲン化物プラズマ
ガスを使うことができない。
応器用ヒータとして使われている。不幸にも、それらは
アークを安定化し、電極の破壊を防ぐために極端に大き
いガス流量を要する。大気圧での及び窒素プラズマガス
を使った１メガワットの管状トーチの典型的作動特性は
次の通りである。即ち、プラズマガス流量＝３０００−
１００００リットル／分、アーク電流＝５００−８００
アンペア、アーク電圧＝７００−２０００ボルト、及び
プラズマガスエンタルピー＝０．５−１．５ｋＪ／ｋ
ｇ。プラズマエネルギー社及びアエロスペシアーレのよ
うな会社が管状トーチを販売している。それらの最も有
効な役割は空気ヒータである。しかし、それらは、アー
ク電流が８００アンペアを超えると重大な電極浸蝕の問
題にぶつかる。従来の管状トーチは、プラズマ溶射や不
活性プラズマガスを使用する反応器の場合のように、プ
ラズマガスの流量が低いことを要求されるときは使うこ
とができない。更に、要求するガス流量が莫大であるこ
とは、それらが多くの用途で経済的ではなくしている。
最後に、それらは、ハロゲン化物が従来の電極を破壊
し、ガス供給管に凝結するので、ハロゲン化物プラズマ
ガスを使うことができない。
【０００６】
【発明の目的】本発明の目的は、従来のトーチよりエン
タルピーが高く、電極浸蝕率が非常に低く、運転が極端
に安定していて、電圧が高く、プラズマガス流量が低
く、金属ハロゲン化物プラズマガスで作動できる直流プ
ラズマトーチを提供することである。
タルピーが高く、電極浸蝕率が非常に低く、運転が極端
に安定していて、電圧が高く、プラズマガス流量が低
く、金属ハロゲン化物プラズマガスで作動できる直流プ
ラズマトーチを提供することである。
【０００７】
【発明の構成】後に説明する実施例に用いられている符
号を参考のために付記して記述すると、本発明によれ
ば、プラズマトーチであって、 ａ） トーチハウジング（１４，１６）と、 ｂ） 前記トーチハウジング（１４，１６）内に同軸に
且つ互いに隙間を置いて装着された管状の後陽極電極
（１０）及び管状の前陰極電極（１２）にして、これら
電極（１０，１２）は銅で作られ且つアークを形成する
面を形成する耐火性材料の管状インサート（５８，５
９）を有し、前記前陰極電極（１２）は膨張部（７３）
とそれに続く収縮部（７４）とを含むカップ形出口部を
有し、前記膨張部（７３）はアークが安定して付着する
領域を提供し、前記収縮部（７４）は周囲環境からの材
料が電極領域に入るのを防止し、前記膨張部（７３）及
び前記収縮部（７４）はプラズマガスの背圧を生じさせ
て前記プラズマトーチの前記後陽極電極（１０）及び前
記前陰極電極（１２）の内側でのアークの回転を改善
し、それによって電極の浸蝕を最少にするようになって
いる、前記後陽極電極（１０）及び前記前陰極電極（１
２）と、 ｃ） 前記後陽極電極（１０）と前記前陰極電極（１
２）との間の前記隙間を通してこれらの管状の電極（１
０，１２）の中に反対方向のガスの接線流を導入するた
めの渦発生器（６２）と、 ｄ） これらの管状の電極（１０，１２）を冷却するた
めの冷却システムと、 を含むプラズマトーチが提供され
る。
号を参考のために付記して記述すると、本発明によれ
ば、プラズマトーチであって、 ａ） トーチハウジング（１４，１６）と、 ｂ） 前記トーチハウジング（１４，１６）内に同軸に
且つ互いに隙間を置いて装着された管状の後陽極電極
（１０）及び管状の前陰極電極（１２）にして、これら
電極（１０，１２）は銅で作られ且つアークを形成する
面を形成する耐火性材料の管状インサート（５８，５
９）を有し、前記前陰極電極（１２）は膨張部（７３）
とそれに続く収縮部（７４）とを含むカップ形出口部を
有し、前記膨張部（７３）はアークが安定して付着する
領域を提供し、前記収縮部（７４）は周囲環境からの材
料が電極領域に入るのを防止し、前記膨張部（７３）及
び前記収縮部（７４）はプラズマガスの背圧を生じさせ
て前記プラズマトーチの前記後陽極電極（１０）及び前
記前陰極電極（１２）の内側でのアークの回転を改善
し、それによって電極の浸蝕を最少にするようになって
いる、前記後陽極電極（１０）及び前記前陰極電極（１
２）と、 ｃ） 前記後陽極電極（１０）と前記前陰極電極（１
２）との間の前記隙間を通してこれらの管状の電極（１
０，１２）の中に反対方向のガスの接線流を導入するた
めの渦発生器（６２）と、 ｄ） これらの管状の電極（１０，１２）を冷却するた
めの冷却システムと、 を含むプラズマトーチが提供され
る。
【０００８】プラズマガス供給システムは、このハウジ
ングの中に取付けられ、且つプラズマガスがこれらの冷
却した電極上に凝結するのを防ぐための断熱管を含む。
ングの中に取付けられ、且つプラズマガスがこれらの冷
却した電極上に凝結するのを防ぐための断熱管を含む。
【０００９】この前電極は、膨張部とそれに続く収縮部
を含むカップ形出口部を含み、それらの両方はこのトー
チの電極の内側でのアークの回転を改善するためにプラ
ズマガスの背圧を作り、それによって電極の浸蝕を最少
にし且つ周囲大気からの材料がこの電極領域に入るのを
防ぐ。
を含むカップ形出口部を含み、それらの両方はこのトー
チの電極の内側でのアークの回転を改善するためにプラ
ズマガスの背圧を作り、それによって電極の浸蝕を最少
にし且つ周囲大気からの材料がこの電極領域に入るのを
防ぐ。
【００１０】この耐火性電極材料は、トリウムタングス
テン又はアルミ若しくは銅を浸透したタンタルカーバイ
ドを含むタンタルカーバイド複合材料でもよい。他の耐
火性電極材料を使うことができる。
テン又はアルミ若しくは銅を浸透したタンタルカーバイ
ドを含むタンタルカーバイド複合材料でもよい。他の耐
火性電極材料を使うことができる。
【００１１】この冷却システムは、この後電極を囲む水
案内装置、この前電極を囲む黄銅冷却ジャケット、並び
に冷却液をこの後電極の周りに、次いでこの前電極の周
りに連続した関係に循環させるための、この水案内装置
と後電極の間の及びこの冷却ジャケットと前電極の間の
環状通路を含む。
案内装置、この前電極を囲む黄銅冷却ジャケット、並び
に冷却液をこの後電極の周りに、次いでこの前電極の周
りに連続した関係に循環させるための、この水案内装置
と後電極の間の及びこの冷却ジャケットと前電極の間の
環状通路を含む。
【００１２】
【実施例】次に、本発明を、例として、添付の図面に従
って説明する。図面を参照すると、後部１４と前部１６
をボルト１８によって組付けて作ったステンレスハウジ
ングの中に同軸に取付けられた後電極（陽極）１０と前
電極（陰極）１２を一般的に含むプラズマトーチが図示
されている。
って説明する。図面を参照すると、後部１４と前部１６
をボルト１８によって組付けて作ったステンレスハウジ
ングの中に同軸に取付けられた後電極（陽極）１０と前
電極（陰極）１２を一般的に含むプラズマトーチが図示
されている。
【００１３】この後電極は、金属電極保持器２２の一端
にねじ込まれた、銅製の管状金属部材２０を含む。この
金属電極保持器２２はこのトーチ冷却システムのための
流体導管ともなり、このためにこの金属電極保持器２２
の後端には、例えば水のような冷却流体を通すために半
径方向開口２６に通じる孔２４を含む。薄壁金属管の形
をした水案内装置２８は、この金属電極保持器２２にね
じ込まれ且つ後電極１０を囲んでこの後電極１０を冷却
するための流体冷却システムの一部である環状通路３０
を形成する。
にねじ込まれた、銅製の管状金属部材２０を含む。この
金属電極保持器２２はこのトーチ冷却システムのための
流体導管ともなり、このためにこの金属電極保持器２２
の後端には、例えば水のような冷却流体を通すために半
径方向開口２６に通じる孔２４を含む。薄壁金属管の形
をした水案内装置２８は、この金属電極保持器２２にね
じ込まれ且つ後電極１０を囲んでこの後電極１０を冷却
するための流体冷却システムの一部である環状通路３０
を形成する。
【００１４】この前電極１２は、このハウジングの後部
１４と前部１６の間に締付けられたフランジ３６をもつ
ステンレスの管状電極保持器３４にそれ自身ねじ込まれ
た黄銅冷却ジャケット３２の中に取付られている。この
前電極保持器は、高温耐薬品性プラスチック材料で作っ
た絶縁環状部材３８によってこのハウジングから電気的
に絶縁されている。
１４と前部１６の間に締付けられたフランジ３６をもつ
ステンレスの管状電極保持器３４にそれ自身ねじ込まれ
た黄銅冷却ジャケット３２の中に取付られている。この
前電極保持器は、高温耐薬品性プラスチック材料で作っ
た絶縁環状部材３８によってこのハウジングから電気的
に絶縁されている。
【００１５】この前電極１２と後電極１０は、高温耐薬
品性プラスチック材料で作られこのハウジング後部１４
と水案内装置２８の間を後方に延びる環状絶縁部材４０
によって、互いから絶縁されている。この環状絶縁部材
４０の上部は、電気絶縁性のプラスチック材料で作った
延長部４１を有し、それはこれも電気絶縁性プラスチッ
ク材料で作ったねじ付絶縁部材４２によってこのハウジ
ング後部１４に固定されている。狭い環状通路４３が、
後に説明する目的のためにこの水案内装置２８の後でこ
の環状絶縁部材４０に設けられている。チャンネル４６
に通じる複数の孔４４は、この環状絶縁部材４０の周り
に離間して設けられ且つこの流体冷却システムの一部を
形成する環状通路４３に通じる。この黄銅冷却ジャケッ
ト３２も狭い環状通路４８を備え、それは陰極冷却シス
テムの一部である。複数の半径方向の孔５０が、チャン
ネル４６をこの環状通路４８に通じさせるために、この
黄銅冷却ジャケット３２の後端に設けられている。複数
の半径方向の孔５２も、この環状通路４８の前端を管状
電極保持器３４とハウジング前部１６の間に作られた環
状通路５４に通じさせるために設けられ、冷却水を出口
５６へ向ける。
品性プラスチック材料で作られこのハウジング後部１４
と水案内装置２８の間を後方に延びる環状絶縁部材４０
によって、互いから絶縁されている。この環状絶縁部材
４０の上部は、電気絶縁性のプラスチック材料で作った
延長部４１を有し、それはこれも電気絶縁性プラスチッ
ク材料で作ったねじ付絶縁部材４２によってこのハウジ
ング後部１４に固定されている。狭い環状通路４３が、
後に説明する目的のためにこの水案内装置２８の後でこ
の環状絶縁部材４０に設けられている。チャンネル４６
に通じる複数の孔４４は、この環状絶縁部材４０の周り
に離間して設けられ且つこの流体冷却システムの一部を
形成する環状通路４３に通じる。この黄銅冷却ジャケッ
ト３２も狭い環状通路４８を備え、それは陰極冷却シス
テムの一部である。複数の半径方向の孔５０が、チャン
ネル４６をこの環状通路４８に通じさせるために、この
黄銅冷却ジャケット３２の後端に設けられている。複数
の半径方向の孔５２も、この環状通路４８の前端を管状
電極保持器３４とハウジング前部１６の間に作られた環
状通路５４に通じさせるために設けられ、冷却水を出口
５６へ向ける。
【００１６】本発明の主たる特徴によれば、これらの銅
電極１０及び１２は、それぞれ、高温はんだ付けによっ
て付けられたインサート５８及び５９を備える。これ
は、より広範囲の電極材料を使用できるようにする。実
際このトーチは、トリウムタングステン又は１９９０年
９月１８日出願のカナダ国特許出願第２，０２５，６１
９号に記載のようにアルミ若しくは銅を侵透したタンタ
ルカーバイドを含み且つ金属ハロゲン化物プラズマガス
で使用するのに適した複合材料の両方を含む、全ての適
当な耐火性電極材料を使って運転することができる。こ
の耐火性インサート５８の後端は、セラミック電気絶縁
体６０によって電極保持器２２から絶縁されている。同
様に、耐火性インサート５９の後端は、セラミック電気
絶縁リング６１によってこのプラスチック絶縁材料から
分離されている。
電極１０及び１２は、それぞれ、高温はんだ付けによっ
て付けられたインサート５８及び５９を備える。これ
は、より広範囲の電極材料を使用できるようにする。実
際このトーチは、トリウムタングステン又は１９９０年
９月１８日出願のカナダ国特許出願第２，０２５，６１
９号に記載のようにアルミ若しくは銅を侵透したタンタ
ルカーバイドを含み且つ金属ハロゲン化物プラズマガス
で使用するのに適した複合材料の両方を含む、全ての適
当な耐火性電極材料を使って運転することができる。こ
の耐火性インサート５８の後端は、セラミック電気絶縁
体６０によって電極保持器２２から絶縁されている。同
様に、耐火性インサート５９の後端は、セラミック電気
絶縁リング６１によってこのプラスチック絶縁材料から
分離されている。
【００１７】通常の渦発生リング６２は、この後電極と
前電極の間に取付けられている。この渦発生リングは、
環状陽極及び陰極の中心に反対方向を向いた二つのガス
渦（Ａ）及び（Ｂ）を作るための接線方向の孔６４を備
える。各渦は、アーク付着点をこの渦発生リング６２か
ら離すように押す。それでこのアークが延び且つそのよ
うな管状トーチはＦＣＣトーチよりかなり高い電圧を提
供する。
前電極の間に取付けられている。この渦発生リングは、
環状陽極及び陰極の中心に反対方向を向いた二つのガス
渦（Ａ）及び（Ｂ）を作るための接線方向の孔６４を備
える。各渦は、アーク付着点をこの渦発生リング６２か
ら離すように押す。それでこのアークが延び且つそのよ
うな管状トーチはＦＣＣトーチよりかなり高い電圧を提
供する。
【００１８】本発明の他の特徴によれば、ガスは、水晶
のような断熱管６６を通してこの渦発生リングへ送ら
れ、その管がこのプラズマガスがこのトーチ本体上に凝
結するのを防ぐ。このプラズマガスは、流入口６８から
絶縁環状部材３８の開口部７０、管６６、及び渦発生リ
ングの周りの環状通路７２を通してこの渦発生リング６
２の接線孔の中へ供給される。
のような断熱管６６を通してこの渦発生リングへ送ら
れ、その管がこのプラズマガスがこのトーチ本体上に凝
結するのを防ぐ。このプラズマガスは、流入口６８から
絶縁環状部材３８の開口部７０、管６６、及び渦発生リ
ングの周りの環状通路７２を通してこの渦発生リング６
２の接線孔の中へ供給される。
【００１９】前電極（陰極）の前端には膨張部７３があ
り、それに続いて出口近くに収縮部７４がある。この設
計はプラズマガスの背圧を生じ、それがこのトーチの電
極の内側でのアークの回転をかなり改善し、それによっ
て電極の浸蝕を最少にする。それはアークが安定に付着
する領域を提供し、それによって出力の変動を最小にす
る。それは又、このアークジェットをこの膨張部の中に
拘束し、それによって、切断、溶接及び溶射成形作業に
理想的に適した尾が長く対称な炎を提供する。最後に、
それは周囲環境からの材料が電極領域に入って電極を破
壊するのを防ぐ。
り、それに続いて出口近くに収縮部７４がある。この設
計はプラズマガスの背圧を生じ、それがこのトーチの電
極の内側でのアークの回転をかなり改善し、それによっ
て電極の浸蝕を最少にする。それはアークが安定に付着
する領域を提供し、それによって出力の変動を最小にす
る。それは又、このアークジェットをこの膨張部の中に
拘束し、それによって、切断、溶接及び溶射成形作業に
理想的に適した尾が長く対称な炎を提供する。最後に、
それは周囲環境からの材料が電極領域に入って電極を破
壊するのを防ぐ。
【００２０】このプラズマトーチ冷却システムは、例え
ば水のような、冷却液がこの後電極１０及び前電極１２
と連続した熱交換を行うように循環することを可能にす
る。この冷却水は、電極保持器２２の孔２４を通ってこ
のトーチに入る。次にこの水は、半径方向の孔２６を通
り、後電極の外側面と水案内装置２８の間の環状通路３
０に流入してこの後電極（陽極）１０を冷却する。この
水は、次に、この水案内装置２８の後に流れ戻り、環状
絶縁部材４０の孔４４に入り、チャンネル４６を流れ
る。これらの孔４４は、これら電極１０，１２がこの冷
却水を介して短絡する可能性を避けるため、この環状絶
縁部材４０の後部の方にあることに注意すべきである。
次にこの冷却水は、黄銅冷却ジャケット３２の孔５０及
び前電極１２の周りの環状通路４８を通ってこの前電極
（陽極）１２を冷却する。この水は、次に、この冷却ジ
ャケットの前端の孔５２及びこの冷却ジャケットの後の
環状通路５４を通って水出口５６へ戻る。
ば水のような、冷却液がこの後電極１０及び前電極１２
と連続した熱交換を行うように循環することを可能にす
る。この冷却水は、電極保持器２２の孔２４を通ってこ
のトーチに入る。次にこの水は、半径方向の孔２６を通
り、後電極の外側面と水案内装置２８の間の環状通路３
０に流入してこの後電極（陽極）１０を冷却する。この
水は、次に、この水案内装置２８の後に流れ戻り、環状
絶縁部材４０の孔４４に入り、チャンネル４６を流れ
る。これらの孔４４は、これら電極１０，１２がこの冷
却水を介して短絡する可能性を避けるため、この環状絶
縁部材４０の後部の方にあることに注意すべきである。
次にこの冷却水は、黄銅冷却ジャケット３２の孔５０及
び前電極１２の周りの環状通路４８を通ってこの前電極
（陽極）１２を冷却する。この水は、次に、この冷却ジ
ャケットの前端の孔５２及びこの冷却ジャケットの後の
環状通路５４を通って水出口５６へ戻る。
【００２１】本発明を、例として、好ましい実施例を参
照して説明したが、本発明はそのような実施例には限定
されず、他の代案も前記特許請求の範囲に含めるつもり
であることを理解すべきである。
照して説明したが、本発明はそのような実施例には限定
されず、他の代案も前記特許請求の範囲に含めるつもり
であることを理解すべきである。
【図１】本発明によるプラズマトーチの断面図。
【図２】図１の線２−２による断面図。
１０ 後電極 １２ 前電極 １４ ハウジング後部 １６ ハウジング前部 ２８ 水案内装置 ３０ 環状通路 ３２ 冷却ジャケット ４８ 環状通路 ５８ インサート ５９ インサート ６２ 渦発生器 ６６ 断熱管 ７３ 膨張部 ７４ 収縮部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブルース ヘンショウ カナダ国ジェイ０ピー １ピー０ ケベ ック，リゴウド，アールアールナンバー １，ダニエルエスティー 756 (72)発明者 ラキス ティー．マブロポウロス カナダ国エッチ３ティー １ジェイ７ ケベック，モントリオール，アパートメ ント 201，エドウァード モントペテ ィット 2930 (56)参考文献 特開 昭48−79593（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05H 1/34 B23K 10/00
Claims (5)
- 【請求項１】 プラズマトーチであって、 ａ） トーチハウジング（１４，１６）と、 ｂ） 前記トーチハウジング（１４，１６）内に同軸に
且つ互いに隙間を置いて装着された管状の後陽極電極
（１０）及び管状の前陰極電極（１２）にして、これら
電極（１０，１２）は銅で作られ且つアークを形成する
面を形成する耐火性材料の管状インサート（５８，５
９）を有し、前記前陰極電極（１２）は膨張部（７３）
とそれに続く収縮部（７４）とを含むカップ形出口部を
有し、前記膨張部（７３）はアークが安定して付着する
領域を提供し、前記収縮部（７４）は周囲環境からの材
料が電極領域に入るのを防止し、前記膨張部（７３）及
び前記収縮部（７４）はプラズマガスの背圧を生じさせ
て前記プラズマトーチの前記後陽極電極（１０）及び前
記前陰極電極（１２）の内側でのアークの回転を改善
し、それによって電極の浸蝕を最少にするようになって
いる、前記後陽極電極（１０）及び前記前陰極電極（１
２）と、 ｃ） 前記後陽極電極（１０）と前記前陰極電極（１
２）との間の前記隙間を通してこれらの管状の電極（１
０，１２）の中に反対方向のガスの接線流を導入するた
めの渦発生器（６２）と、 ｄ） これらの管状の電極（１０，１２）を冷却するた
めの冷却システムと、を含むプラズマトーチ。 - 【請求項２】 請求項１記載のプラズマトーチにおい
て、更に、前記トーチハウジング（１４，１６）の中に
取付けられ、且つプラズマガスがこれらの冷却した電極
（１０，１２）上に凝結するのを防ぐための断熱管（６
６）を含むプラズマガス供給システムを含むプラズマト
ーチ。 - 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載のプラズマ
トーチにおいて、前記耐火性材料がトリウムタングステ
ンであるプラズマトーチ。 - 【請求項４】 請求項１又は請求項２に記載のプラズマ
トーチにおいて、前記耐火性材料がアルミ又は銅を浸透
したタンタルカーバイドを含むタンタルカーバイド複合
材料であるプラズマトーチ。 - 【請求項５】 請求項１又は請求項２に記載のプラズマ
トーチにおいて、前 記冷却システムが前記後陽極電極
（１０）を囲む水案内装置（２８）と、前記前陰極電極
（１２）を囲む黄銅冷却ジャケット（３２）と、冷却液
を前記後陽極電極（１０）の周りに、次いで前記前陰極
電極（１２）の周りに熱交換を行なうように循環させる
ための、前記水案内装置（２８）と前記後陽極電極（１
０）との間、及び前記黄銅冷却ジャケット（３２）と前
記前陰極電極（１２）との間の環状通路（３０，４８）
とを含むプラズマトーチ。
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|---|---|---|---|
| CA002043504A CA2043504C (en) | 1991-05-29 | 1991-05-29 | High enthalpy plasma torch |
| CA2043504 | 1991-05-29 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH04355100A JPH04355100A (ja) | 1992-12-09 |
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Family Applications (1)
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| JP (1) | JP3042919B2 (ja) |
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| FR2798247B1 (fr) * | 1999-09-03 | 2001-11-09 | Soudure Autogene Francaise | Torche a plasma avec systeme d'electrode a longue duree de vie |
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| WO2013078549A1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-06-06 | Pyrogenesis Canada Inc. | Plasma heated furnace for iron ore pellet induration |
| CN109014456B (zh) | 2018-06-22 | 2020-06-12 | 沙迪克(厦门)有限公司 | 放电加工装置 |
| CN116582993B (zh) * | 2023-04-10 | 2023-12-15 | 盐城工学院 | 一种直流大气压等离子体发生器 |
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|---|---|---|---|---|
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| US3301995A (en) * | 1963-12-02 | 1967-01-31 | Union Carbide Corp | Electric arc heating and acceleration of gases |
| US3567898A (en) * | 1968-07-01 | 1971-03-02 | Crucible Inc | Plasma arc cutting torch |
| US4549065A (en) * | 1983-01-21 | 1985-10-22 | Technology Application Services Corporation | Plasma generator and method |
| BE896448A (fr) * | 1983-04-13 | 1983-10-13 | Centre Rech Metallurgique | Perfectionnements aux electrodes pour fours a plasma. |
| US4668853A (en) * | 1985-10-31 | 1987-05-26 | Westinghouse Electric Corp. | Arc-heated plasma lance |
| US4928027A (en) * | 1987-08-20 | 1990-05-22 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | High temperature refractory member with radiation emissive overcoat |
| GB2213636B (en) * | 1988-01-07 | 1993-01-27 | Toshiba Kk | Apparatus for introducing samples into an inductively coupled,plasma source mass spectrometer |
-
1991
- 1991-05-29 CA CA002043504A patent/CA2043504C/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-11-26 JP JP3310750A patent/JP3042919B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-05-20 DE DE69214878T patent/DE69214878T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-05-20 EP EP92108547A patent/EP0515975B1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| EP0515975B1 (en) | 1996-10-30 |
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| EP0515975A3 (en) | 1993-05-12 |
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