JP3531682B2 - プラズマトーチノズル - Google Patents
プラズマトーチノズルInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、航空機エンジン、自動
車エンジン等の内燃機関の着火装置あるいは切断、溶接
用のプラズマトーチノズルに関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来のプラズマトーチは、たとえば、図
3に示すような構成からなっている。図3において、1
は先端部からプラズマを噴射させる噴射ノズルである。
この噴射ノズル1はノズル本体2と、該ノズル本体2の
先端部に設けられて、このノズル本体2をその先端部が
燃焼室3内に露出するように燃焼室3の一部に取り付け
るノズル外周部材4とから構成されている。 【0003】そして、ノズル本体2には、その軸心部に
円柱形状の陰極ロッド5が設けられており、この陰極ロ
ッド5がアーク発生電極とされている。この陰極ロッド
5の先端部には、その表面部に高融点酸化膜を促進形成
する金属、たとえば、ハフニウム等によって形成された
陰極部6が形成されている。この陰極部6には所定の間
隔を隔ててアーク発生電極の陽極部を構成するノズル部
7が設けられている。アーク発生電極を構成する陰極部
6と陽極部となるノズル部7との間隙には、作動流体が
通過する噴出通路8が形成されており、この噴出通路8
は、ノズル部7の前記陰極ロッド5の軸心上位置に形成
したノズル口9に連通されている。 【0004】しかも、前記陰極部6の上流側の外周には
陰極部を包囲するように環状の供給通路10が形成され
ており、この供給通路10へ上流側から作動流体が供給
されるようになっている。さらに、供給通路10の陰極
部6の先端近傍まで延びた下端には、前記噴出通路8と
連通する供給路11が形成されており、供給通路10へ
送り込まれた作動流体がこの供給路11を通り、前記噴
出通路8へ供給されるようになっている。また陽極部を
構成するノズル部7には、複数の冷却路12が形成され
ており、この冷却路12には、冷却ガス供給管13から
送り込まれる高圧の冷却ガスが流入されて、ノズル本体
2の先端部近傍が冷却されようになっている。 【0005】上記構成のプラズマトーチにおいて、供給
通路10から作動流体を高圧で供給すると、供給通路1
0から供給された高圧の作動流体が、噴出通路8を通過
する際に、陰極部6と陽極部であるノズル部7とからな
るアーク発生電極にて発生するアークによってプラズマ
化され、その後、ノズル口9から加速されて噴射され、
燃焼室3内へ深く入り込む。またこのとき、冷却ガス供
給管13から冷却路12へ高圧にて送り込まれた冷却ガ
スによってノズル本体2の先端部が冷却される。 【0006】そして、このプラズマトーチから噴射され
たプラズマによって燃焼室3内の燃料が着火され、燃焼
室3内にて燃料が燃焼される。また図3に示したプラズ
マトーチのノズル部7は、図4に拡大して示すように、
ノズル口9の直径をd、該ノズル口9の直管部の長さを
L、ノズル端部の厚みをHとすると、前記Lはdの3
倍、前記HはLより僅かに大きい値になっている。つま
り、該ノズル口9の出口面取りは、内周縁を、ごく僅か
に切削した程度になっている。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プラズマトーチの噴射ノズル1のノズル部7において
は、図4に示すように、ノズル口9の直管部の長さLは
該ノズル口9の直径dの3倍もあるので、充分に安定し
たプラズマアークが得られるが、該ノズル口9の出口面
取りは、ごく僅かに行なわれているだけなので、プラズ
マアークが集中し、熱負荷が増大してノズル部の寿命を
著しく短くするという問題点があった。 【0008】本発明は上記のような問題点を解決しよう
とするものである。すなわち、本発明は、ノズル部での
プラズマアークを分散させることができて、該ノズル部
の熱負荷を低減し、ノズルの耐久性の向上を図ることが
できるプラズマトーチノズルを提供することを目的とす
るものである。 【0009】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ノズル部のノズル口の直径をd、該ノズ
ル口の直管部の長さをL、ノズル端部の厚みをH、出口
面取り部の拡開角をθとするとき、前記Lが(1〜1.
5)d、Hが(2.5〜3)d、θが90°〜120°
になっているものとした。 【0010】 【作用】本発明によれば、ノズル部のノズル口の直径を
d、該ノズル口の直管部の長さをL、前記ノズル口の入
口端からノズル先端までのノズル端部の厚みをH、前記
ノズル部の出口面取り部の拡開角をθとするとき、前記
Lが(1〜1.5)d、Hが(2.5〜3)d、θが9
0°〜120°になっているので、すなわち、ノズル口
の直管部の長さLがノズル口の直径dの1倍以上である
ことからして、安定したプラズマアークが得られ、か
つ、ノズル端部の厚みHが前記dの2.5〜3倍であ
り、出口面取り部の拡開角θが90°〜120°の範囲
であるため、ノズル部でのプラズマアークが分散して該
ノズル部での熱負荷が低減され、ノズルの耐久性が向上
する。 【0011】 【実施例】図1は本発明の一実施例のプラズマトーチノ
ズルを有するトーチを示した一部切欠正面断面図であ
る。図1において、符号1〜13は図3に示したものと
同じである。そして、14は後述する出口面取り部であ
る。 【0012】前記出口面取り部14を含むノズル部7に
ついては、図2に拡大して示すように、ノズル部7のノ
ズル口9の直径をd、該ノズル口9の直管部の長さを
L、前記ノズル口の入口端からノズル先端までのノズル
端部の厚みをH、前記ノズル部の出口面取り部14の拡
開角をθとするとき、前記Lが(1〜1.5)d、Hが
(2.5〜3)d、θが90°〜120°になってい
る。 【0013】前記Lを(1〜1.5)d、Hを(2.5
〜3)d、θを90°〜120°にしたのは、実験から
得られたものである。すなわち、前記Lを、dより小さ
くした場合は安定したプラズマアークを得ることができ
なかった。また前記Lを、1.5dを越える長さに増加
しても、プラズマアークの安定度は、それほど増加しな
かった。 【0014】またLを1.5d、Hを2.5dとして、
θを変えた場合、θが90°未満のときは、プラズマア
ークが、まだ集中していて所望の熱負荷低減をさせる分
散にはならず、また120°を越える値にすると、前記
分散が大きすぎてアークの安定度が落ちるようになっ
た。さらに、Lを1.5d、θ=90°としてHを変え
た場合、Hを2.5dより小さくすると、プラズマアー
クがまだ集中していて所望の熱負荷低減させる分散には
ならず、また3dを越える値にすると、前記分散が大き
すぎてアークの安定度が落ちるようになった。 【0015】実験によると、図3に示した従来のプラズ
マトーチでは、2分間の連続着火でノズル部7が消耗し
たが、図1に示した本発明を施したプラズマトーチで
は、5分間の連続着火でも、ノズル部7が消耗しなかっ
た。着火性能については、両トーチも、同じであった。 【0016】なお図2に示した本発明の実施例では、出
口面取り部14の拡開形状が円すい形になっているが、
これを放物線形やらっぱ形などにしてもよい。 【0017】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ノズル部のノズル口の直径をd、該ノズル口の直管部の
長さをL、前記ノズル口の入口端からノズル先端までの
ノズル端部の厚みをH、前記ノズル部の出口面取り部の
拡開角をθとするとき、前記Lが(1〜1.5)d、H
が(2.5〜3)d、θが90°〜120°になってい
るので、すなわち、ノズル口の直管部の長さLがノズル
口の直径dの1倍以上であることからして、安定したプ
ラズマアークが得られ、かつ、ノズル端部の厚みHが前
記dの2.5〜3倍であり、出口面取り部の拡開角θが
90°〜120°の範囲であるため、ノズル部でのプラ
ズマアークが分散して該ノズル部での熱負荷が低減さ
れ、ノズルの耐久性が向上する。このことからして、特
別な冷却装置が不要で、小型の高耐久性のプラズマトー
チノズルが得られる。
車エンジン等の内燃機関の着火装置あるいは切断、溶接
用のプラズマトーチノズルに関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来のプラズマトーチは、たとえば、図
3に示すような構成からなっている。図3において、1
は先端部からプラズマを噴射させる噴射ノズルである。
この噴射ノズル1はノズル本体2と、該ノズル本体2の
先端部に設けられて、このノズル本体2をその先端部が
燃焼室3内に露出するように燃焼室3の一部に取り付け
るノズル外周部材4とから構成されている。 【0003】そして、ノズル本体2には、その軸心部に
円柱形状の陰極ロッド5が設けられており、この陰極ロ
ッド5がアーク発生電極とされている。この陰極ロッド
5の先端部には、その表面部に高融点酸化膜を促進形成
する金属、たとえば、ハフニウム等によって形成された
陰極部6が形成されている。この陰極部6には所定の間
隔を隔ててアーク発生電極の陽極部を構成するノズル部
7が設けられている。アーク発生電極を構成する陰極部
6と陽極部となるノズル部7との間隙には、作動流体が
通過する噴出通路8が形成されており、この噴出通路8
は、ノズル部7の前記陰極ロッド5の軸心上位置に形成
したノズル口9に連通されている。 【0004】しかも、前記陰極部6の上流側の外周には
陰極部を包囲するように環状の供給通路10が形成され
ており、この供給通路10へ上流側から作動流体が供給
されるようになっている。さらに、供給通路10の陰極
部6の先端近傍まで延びた下端には、前記噴出通路8と
連通する供給路11が形成されており、供給通路10へ
送り込まれた作動流体がこの供給路11を通り、前記噴
出通路8へ供給されるようになっている。また陽極部を
構成するノズル部7には、複数の冷却路12が形成され
ており、この冷却路12には、冷却ガス供給管13から
送り込まれる高圧の冷却ガスが流入されて、ノズル本体
2の先端部近傍が冷却されようになっている。 【0005】上記構成のプラズマトーチにおいて、供給
通路10から作動流体を高圧で供給すると、供給通路1
0から供給された高圧の作動流体が、噴出通路8を通過
する際に、陰極部6と陽極部であるノズル部7とからな
るアーク発生電極にて発生するアークによってプラズマ
化され、その後、ノズル口9から加速されて噴射され、
燃焼室3内へ深く入り込む。またこのとき、冷却ガス供
給管13から冷却路12へ高圧にて送り込まれた冷却ガ
スによってノズル本体2の先端部が冷却される。 【0006】そして、このプラズマトーチから噴射され
たプラズマによって燃焼室3内の燃料が着火され、燃焼
室3内にて燃料が燃焼される。また図3に示したプラズ
マトーチのノズル部7は、図4に拡大して示すように、
ノズル口9の直径をd、該ノズル口9の直管部の長さを
L、ノズル端部の厚みをHとすると、前記Lはdの3
倍、前記HはLより僅かに大きい値になっている。つま
り、該ノズル口9の出口面取りは、内周縁を、ごく僅か
に切削した程度になっている。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プラズマトーチの噴射ノズル1のノズル部7において
は、図4に示すように、ノズル口9の直管部の長さLは
該ノズル口9の直径dの3倍もあるので、充分に安定し
たプラズマアークが得られるが、該ノズル口9の出口面
取りは、ごく僅かに行なわれているだけなので、プラズ
マアークが集中し、熱負荷が増大してノズル部の寿命を
著しく短くするという問題点があった。 【0008】本発明は上記のような問題点を解決しよう
とするものである。すなわち、本発明は、ノズル部での
プラズマアークを分散させることができて、該ノズル部
の熱負荷を低減し、ノズルの耐久性の向上を図ることが
できるプラズマトーチノズルを提供することを目的とす
るものである。 【0009】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ノズル部のノズル口の直径をd、該ノズ
ル口の直管部の長さをL、ノズル端部の厚みをH、出口
面取り部の拡開角をθとするとき、前記Lが(1〜1.
5)d、Hが(2.5〜3)d、θが90°〜120°
になっているものとした。 【0010】 【作用】本発明によれば、ノズル部のノズル口の直径を
d、該ノズル口の直管部の長さをL、前記ノズル口の入
口端からノズル先端までのノズル端部の厚みをH、前記
ノズル部の出口面取り部の拡開角をθとするとき、前記
Lが(1〜1.5)d、Hが(2.5〜3)d、θが9
0°〜120°になっているので、すなわち、ノズル口
の直管部の長さLがノズル口の直径dの1倍以上である
ことからして、安定したプラズマアークが得られ、か
つ、ノズル端部の厚みHが前記dの2.5〜3倍であ
り、出口面取り部の拡開角θが90°〜120°の範囲
であるため、ノズル部でのプラズマアークが分散して該
ノズル部での熱負荷が低減され、ノズルの耐久性が向上
する。 【0011】 【実施例】図1は本発明の一実施例のプラズマトーチノ
ズルを有するトーチを示した一部切欠正面断面図であ
る。図1において、符号1〜13は図3に示したものと
同じである。そして、14は後述する出口面取り部であ
る。 【0012】前記出口面取り部14を含むノズル部7に
ついては、図2に拡大して示すように、ノズル部7のノ
ズル口9の直径をd、該ノズル口9の直管部の長さを
L、前記ノズル口の入口端からノズル先端までのノズル
端部の厚みをH、前記ノズル部の出口面取り部14の拡
開角をθとするとき、前記Lが(1〜1.5)d、Hが
(2.5〜3)d、θが90°〜120°になってい
る。 【0013】前記Lを(1〜1.5)d、Hを(2.5
〜3)d、θを90°〜120°にしたのは、実験から
得られたものである。すなわち、前記Lを、dより小さ
くした場合は安定したプラズマアークを得ることができ
なかった。また前記Lを、1.5dを越える長さに増加
しても、プラズマアークの安定度は、それほど増加しな
かった。 【0014】またLを1.5d、Hを2.5dとして、
θを変えた場合、θが90°未満のときは、プラズマア
ークが、まだ集中していて所望の熱負荷低減をさせる分
散にはならず、また120°を越える値にすると、前記
分散が大きすぎてアークの安定度が落ちるようになっ
た。さらに、Lを1.5d、θ=90°としてHを変え
た場合、Hを2.5dより小さくすると、プラズマアー
クがまだ集中していて所望の熱負荷低減させる分散には
ならず、また3dを越える値にすると、前記分散が大き
すぎてアークの安定度が落ちるようになった。 【0015】実験によると、図3に示した従来のプラズ
マトーチでは、2分間の連続着火でノズル部7が消耗し
たが、図1に示した本発明を施したプラズマトーチで
は、5分間の連続着火でも、ノズル部7が消耗しなかっ
た。着火性能については、両トーチも、同じであった。 【0016】なお図2に示した本発明の実施例では、出
口面取り部14の拡開形状が円すい形になっているが、
これを放物線形やらっぱ形などにしてもよい。 【0017】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ノズル部のノズル口の直径をd、該ノズル口の直管部の
長さをL、前記ノズル口の入口端からノズル先端までの
ノズル端部の厚みをH、前記ノズル部の出口面取り部の
拡開角をθとするとき、前記Lが(1〜1.5)d、H
が(2.5〜3)d、θが90°〜120°になってい
るので、すなわち、ノズル口の直管部の長さLがノズル
口の直径dの1倍以上であることからして、安定したプ
ラズマアークが得られ、かつ、ノズル端部の厚みHが前
記dの2.5〜3倍であり、出口面取り部の拡開角θが
90°〜120°の範囲であるため、ノズル部でのプラ
ズマアークが分散して該ノズル部での熱負荷が低減さ
れ、ノズルの耐久性が向上する。このことからして、特
別な冷却装置が不要で、小型の高耐久性のプラズマトー
チノズルが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のプラズマトーチノズルを有
するトーチを示した一部切欠正面断面図である。 【図2】図1のノズル部を拡大して示した正面断面図で
ある。 【図3】従来のプラズマトーチの一例を示した一部切欠
正面断面図である。 【図4】図3のノズル部を拡大して示した正面断面図で
ある。 【符号の説明】 1 噴射ノズル 7 ノズル部 9 ノズル口 14 出口面取り部 d ノズル口の直径 L ノズル口の直管部の長さ H ノズル端部の厚み θ 出口面取り部の拡開角
するトーチを示した一部切欠正面断面図である。 【図2】図1のノズル部を拡大して示した正面断面図で
ある。 【図3】従来のプラズマトーチの一例を示した一部切欠
正面断面図である。 【図4】図3のノズル部を拡大して示した正面断面図で
ある。 【符号の説明】 1 噴射ノズル 7 ノズル部 9 ノズル口 14 出口面取り部 d ノズル口の直径 L ノズル口の直管部の長さ H ノズル端部の厚み θ 出口面取り部の拡開角
フロントページの続き
(72)発明者 土屋 和之
神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地
石川島播磨重工業株式会社 技術研究所
内
(56)参考文献 特開 平5−237664(JP,A)
特開 昭54−136193(JP,A)
特開 平6−295795(JP,A)
特開 昭61−179100(JP,A)
特開 昭52−52845(JP,A)
特公 昭56−38307(JP,B2)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H05H 1/34
B05B 1/00
B23K 10/00 504
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 ノズル部のノズル口の直径をd、該ノズ
ル口の直管部の長さをL、前記ノズル口の入口端からノ
ズル先端までのノズル先端部の厚みをH、前記ノズル部
の出口面取り部の拡開角をθ、とするとき、前記Lが
(1〜1.5)d、Hが(2.5〜3)d、θが90°
〜120°になっていることを特徴とする、プラズマト
ーチノズル。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02921594A JP3531682B2 (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | プラズマトーチノズル |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02921594A JP3531682B2 (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | プラズマトーチノズル |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07240297A JPH07240297A (ja) | 1995-09-12 |
JP3531682B2 true JP3531682B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=12269982
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP02921594A Expired - Fee Related JP3531682B2 (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | プラズマトーチノズル |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3531682B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4678973B2 (ja) * | 2001-03-29 | 2011-04-27 | 西日本プラント工業株式会社 | 溶射トーチのプラズマアークの発生装置及び発生方法 |
JP4653348B2 (ja) * | 2001-07-18 | 2011-03-16 | 新日本製鐵株式会社 | 溶鋼加熱用プラズマトーチ |
KR100541278B1 (ko) * | 2003-04-21 | 2006-01-10 | 윤휘준 | 비대칭 토치 타입 대기압 플라즈마 발생장치 |
DE102018100917A1 (de) * | 2017-09-22 | 2019-03-28 | Kjellberg-Stiftung | Düse für einen Plasmabrennerkopf, Laserschneidkopf und Plasma-Laser-Schneidkopf, Anordnungen, Plasmabrennerkopf und Plasmabrenner mit selbiger/selbigen, Laserschneidkopf mit selbiger/selbigen und Plasma-Laser-Schneidkopf mit selbiger/selbigen |
JP2022128909A (ja) * | 2021-02-24 | 2022-09-05 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ノズル及び液体噴射装置 |
-
1994
- 1994-02-28 JP JP02921594A patent/JP3531682B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07240297A (ja) | 1995-09-12 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
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