JP5073720B2 - プラズマトーチの電極交換装置、プラズマ溶融炉およびプラズマトーチの電極交換方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融炉内にプラズマアークを発生させて廃棄物を溶融処理するプラズマ溶融炉に用いられるプラズマトーチに内蔵される電極の交換装置および交換方法に関する。

廃棄物を処理するための溶融処理装置として、溶融炉内にプラズマアークを発生させて廃棄物を高温下で溶融処理するものが知られている。

例えば、特許文献１には、プラズマアークを発生させるための電極が内蔵されたプラズマトーチがプラズマ溶融炉の炉本体の天壁に鉛直方向に配置されたプラズマ溶融装置が開示されている。このプラズマ溶融装置には、プラズマトーチを鉛直方向に昇降して炉本体の天壁に形成された貫通孔を通してプラズマトーチを炉本体上方から炉本体内に挿入するとともに炉本体内から炉本体上方に取り出すための昇降装置と、溶融炉外に設けられたマストを中心として炉本体上方に取り出されたプラズマトーチを炉本体上方とこの炉本体上方から水平方向に離間した溶融炉外の所定位置との間で回動させるための回動装置とが備えられている。

特許第３２８１１５２号公報

前記プラズマトーチに内蔵された電極は所定のタイミングで交換する必要がある。この電極はプラズマを炉内に発生させるべくプラズマトーチの先端部に取り付けられているとともに重量が大きい。そのため、前記特許文献１の装置では前記昇降装置および回動装置によりプラズマトーチを溶融炉外に比較的容易に移動させることができるが、この移動後はプラズマトーチを前記回動装置等から取り外して横に倒した状態で電極の交換作業を行わねばならず、プラズマトーチを横に倒すための広いスペースが必要になるとともに、電極交換作業に手間がかかるという問題がある。

本発明は、かかる事情に鑑み、より狭い作業スペースで電極交換作業を容易に行うことができるプラズマトーチの電極交換装置の提供を目的とする。

前記課題を解決するために本発明は、プラズマ溶融炉に用いられるプラズマトーチにおいて当該プラズマトーチの特定方向に延びるトーチボディの先端部に螺合される電極を交換するためのプラズマトーチの電極交換装置であって、設置面上に立設されて、前記トーチボディを前記電極が螺合される先端部が前記設置面から上方に離間した位置において下端となるように鉛直方向に延びる状態で保持するトーチ保持部材と、前記トーチ保持部材に連結されて、前記電極を下側から保持可能な電極保持部材とを備え、前記電極保持部材は、前記電極に下方から当接するとともに当該電極と相対回転不能に係合する係合部と、当該係合部と前記トーチ保持部材の下部とを連結してこの係合部を前記トーチボディに対して回転可能に支持する支持部とを有し、前記係合部は、前記トーチ保持部材に保持された前記トーチボディの下方に配置されて、前記電極と係合した状態で前記電極と前記トーチボディとを螺合するあるいはこの螺合を解除するように前記トーチボディに対して回
転するように操作されることを特徴とするプラズマトーチの電極交換装置を提供する（請求項１）。

この装置によれば、プラズマトーチを横に倒すことなくプラズマトーチの電極を交換することができ、プラズマトーチを横に倒して電極交換作業を行う場合に比べて作業スペースを狭くすることができるとともに電極を容易に交換することができる。すなわち、この装置では、前記電極に下方から当接するとともに当該電極と相対回転不能に係合する係合部を有する電極保持部材がトーチ保持部材に連結されており、電極を下方から保持しつつこの係合部を回転させることで電極とトーチボディとを螺合あるいはこの螺合を解除することができるため、トーチ保持部材によりトーチボディを鉛直方向に保持したままトーチボディに対して電極と取り付けあるいは取り外すことができる。

ここで、前記係合部の回転操作は、前記係合部を前記トーチボディに対して回転操作するための回転操作部材を用いて行なってもよい（請求項２）。

また本発明において、前記係合部は、前記電極の下方を覆う底部と、この底部の外周端から上方に延びて前記電極の下端部を外側から囲む遮断壁とを有するのが好ましい（請求項３）。

このようにすれば、前記電極と前記トーチボディとの螺合の解除に伴い前記トーチボディから流出する冷却水が前記遮断壁と前記底部とに囲まれた領域外、例えばプラズマ溶融炉の炉本体側等に飛散するのを抑制することができる。

また本発明において、前記係合部の下方に配置されて上方に開口するとともに内部に水を貯留可能な水受け部を有し、前記係合部の底部には、当該底部の表裏を貫通しこの底部上に溜まった水を前記水受け部に排出可能な貫通孔が形成されているのが好ましい（請求項４）。

このようにすれば、前記電極と前記トーチボディとの螺合の解除に伴い前記トーチボディから流出する多量の冷却水を前記水受け部に貯留することができ、この水が炉本体側等に飛散するのをより確実に抑制することができる。

また、本発明において、前記支持部は、前記トーチ保持部材との連結部分と前記係合部との連結部分との間で伸縮可能であるのが好ましい（請求項５）。

このようにすれば、前記係合部の位置を細かく調整することができ、特に電極を取り外す場合において、前記トーチボディに螺合している電極と係合部とを容易に係合することができる。

また本発明は、炉本体と、この炉本体内に設置されるプラズマトーチと、このプラズマトーチのトーチボディの先端部に螺合される前記電極を交換するための請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマトーチの電極交換装置とを備えたプラズマ溶融炉であって、前記トーチボディは、その前記電極が螺合される先端部が下端となるように鉛直方向に延びる状態で前記炉本体内に設置されており、前記炉本体の天壁には、その表裏を貫通して当該炉本体の内外を連通する貫通孔が形成されており、前記トーチの電極交換装置のトーチ保持部材は、前記炉本体の天壁上に立設されて、前記トーチボディと連結可能な連結部と、当該連結部を鉛直方向に昇降駆動する昇降駆動部とを備え、前記昇降駆動部は、前記連結部を昇降駆動することで、この連結部に連結された前記トーチボディを、前記貫通孔を通して、当該トーチボディの少なくとも下端が前記炉本体内に配置される使用位置と当該下端が前記炉本体の天壁の上方に位置して前記トーチ保持部材に連結された前記電極保持部材の係合部がこの下端に螺合している前記電極の下方に配置可能となる炉外位置との間で昇降させることを特徴とするプラズマ溶融炉を提供する（請求項６）。

このプラズマ溶融炉によれば、前記トーチ保持部材の昇降駆動部により前記トーチボディを炉本体内の設置位置から炉本体の天壁上方の炉外位置に上昇移動させることで、この炉外位置からさらに別の作業スペースに移動させることなく、そのまま前記トーチ保持部材に連結されている前記電極保持部材により前記電極とトーチボディとの螺合解除およびこれらの螺合を行うことができ、トーチボディを炉本体上方から別の作業スペースに移動させる場合に比べて作業スペースを小さくすることができるとともにこの移動にかかる作業時間を短縮することができる。

前記プラズマ溶融炉において、前記トーチの電極交換装置の支持部は、この支持部に支持される前記トーチの電極交換装置の係合部が前記炉外位置にある前記トーチボディの下方に位置して当該係合部と前記トーチボディに螺合している電極とが係合可能となる係合位置と、前記係合部が前記トーチボディの下方より水平方向に離間して当該係合部が前記トーチボディの前記設置位置と前記炉外位置との間の昇降移動を妨げない退避位置との間で移動可能に前記トーチ保持部材に連結されているのが好ましい（請求項７）。

このようにすれば、前記支持部を前記係合位置と前記退避位置との間で回動操作するという簡単な作業により、前記トーチボディの昇降移動と、前記係合部と前記電極との係合とを行なうことができる。

また本発明は、プラズマ溶融炉の炉本体内に鉛直方向に延びる状態で設置されるプラズマトーチにおいて当該プラズマトーチのトーチボディの下端に螺合される電極を交換するためのプラズマトーチの電極交換方法であって、昇降装置の連結部に前記トーチボディを連結するとともに、前記昇降装置の昇降駆動部により前記連結部を上昇駆動することにより前記トーチボディを前記炉本体内から当該炉本体の上方に上昇させてこの炉本体の上方位置に保持するトーチボディ上昇工程と、前記昇降装置に連結された電極保持部材の係合部を前記炉本体上方に配置されたプラズマトーチのトーチボディの下方に配置し、当該係合部を前記電極と相対回転不能に係合する電極係合工程と、前記係合部を前記電極に下方から当接させることで当該電極を前記電極保持部材により下側から保持するとともに前記係合部と前記昇降装置の連結部とを鉛直方向に相対変位させることで当該係合部と前記連結部に連結されている前記トーチボディとを離間させつつ、前記係合部を回転させて前記電極と前記トーチボディとの螺合を解除して前記電極を前記トーチボディから取り外す電極取り外し工程と、前記電極保持部材により保持されている電極を当該電極保持部材から取り外し、新たな電極を前記係合部と相対回転不能に係合しつつこの係合部と当接させることで前記電極保持部材に保持する電極交換工程と、前記係合部を回転させて前記新たな電極を前記トーチボディに螺合して当該電極をトーチボディに取り付ける電極取付け工程とを備えることを特徴とするプラズマトーチの電極交換方法を提供する（請求項８）。

この方法によれば、トーチボディ上昇工程において炉本体の上方に上昇して鉛直方向に延びた状態で保持されているトーチボディに対して、電極保持部材の係合部を電極に当接させるとともにこの電極と相対回転不能に係合させた後この係合部を回転させることで、プラズマトーチを横に倒すことなく電極を下から支えながらトーチボディから容易に取り外すことができる。また、この係合部に新たな電極を係合してトーチボディに対してこの係合部を回転させることで、新たな電極をトーチボディに容易に取付けることができる。

以上説明したように、本発明によれば、プラズマトーチの電極交換作業をより狭い作業スペースで容易に行なうことができる。

本発明に係るプラズマ溶融炉の概略構成図である。 プラズマトーチにおける電極の取り付け状態を説明するための概略断面図である。 プラズマトーチの先端の形状を示す図である。 図１に示すプラズマ溶融炉のプラズマトーチの電極交換装置の概略側面図である。 図４に示す電極交換用治具の概略上面図である。 図４に示す電極交換用治具の概略構成図である。 プラズマトーチを炉外位置に配置した状態を示す図である。 陰極電極を取り外している状態を示す図である。 陰極電極を新たな陰極電極と交換している状態を示す図である。 陰極電極と係合部とが係合している状態を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。

本発明に係るプラズマ溶融炉１は、図１に示すように、炉本体２０と、この炉本体２０内に設置されて使用されるプラズマトーチ３０と、このプラズマトーチ３０に内蔵される電極（この実施の形態では後述する陰極電極３６）を交換するためのプラズマトーチの電極交換装置１０とを備えている。図１では、炉本体２０を鉛直面で切断した状態で示している。

前記プラズマ溶融炉の炉本体２０は、廃棄物を溶融分解するためのものである。この炉本体２０では、例えば焼却灰が図示しない投入口から内側に投入されて、前記プラズマトーチ３０により炉本体２０内に発生したプラズマアークにより前記焼却灰を無害化、減容化させ、高温で溶融処理する。その際生成するスラグは資源として利用される。

前記プラズマトーチ３０は、前述のように、炉本体２０内にプラズマアークを発生させるためのものである。このプラズマトーチ３０は、図２に示すように、軸方向に延びる略円筒状のトーチボディ３２とこのトーチボディ３２に内蔵される陽極電極３４および陰極電極３６とを備えている。このプラズマトーチ３０は、前記陽極電極３４と陰極電極３６とが通電されることで非常に高い温度（１５００℃以上）のガス（プラズマアーク）を発生させる。

前記陽極電極３４は、その一方端に開口して軸方向に延びる丸孔が形成された略円柱状を有している。この陽極電極３４は、前記トーチボディ３２の内側にこのトーチボディ３２と同軸となるように挿入され、トーチボディ３２と螺合することでこのトーチボディ３２の軸方向中央付近に取り付けられる。

前記陰極電極３６は、軸方向に貫通する貫通孔が形成された略円筒状を有している。この陰極電極３６は、前記トーチボディ３２の内側にこのトーチボディ３２と同軸となるように挿入されて、トーチボディ３２の先端側に前記陽極電極３４と離間した状態で取り付けられる。具体的には、この陰極電極３６は、その軸方向一方端３６ａに設けられたねじ部３６ｂと前記トーチボディ３２の内周面に形成されたねじ部３２ａとが螺合することでトーチボディ３２内に取り付けられる。この取り付け状態において、陰極電極３６の軸方向他方端３６ｃはトーチボディ３２の先端部３２ｃから外側に突出している。この陰極電極３６の他方端３６ｃの外側面３６ｄは、図３に示すように、その断面が八角形となる形状を有している。

前記各電極３４、３６が前記トーチボディ３２の内側に取り付けられた状態で、これら各電極３４、３６の外側面とトーチボディ３２の内側面との間には隙間が形成されている。この隙間には、プラズマトーチ３０の使用時に各電極３４，３６を冷却するために冷却水が送り込まれる。

前記プラズマトーチ３０は、使用時には、図１に示すように、前記陰極電極３６が螺合されている先端部３２ｃが下端となるように鉛直方向に延びた状態で前記炉本体２０の天壁２２に固定される。前記炉本体２０の天壁２２には、その表裏を貫通して炉本体２０の内外を連通する貫通孔２２ａが形成されている。前記プラズマトーチ３０は、この貫通孔２２ａに挿通されてその下部が前記天壁２２から下方に突出した状態で固定される。

前記各電極３４、３６は消耗品であり、所定のタイミングで交換する必要がある。前記プラズマトーチ３０の電極交換装置１０は、これら電極３４，３６のうち重量の大きい陰極電極３６を交換するための装置である。

前記プラズマトーチ３０の電極交換装置１０は、図４等に示すように、トーチ昇降装置４０（トーチ保持部材）と、電極交換用治具５０（電極保持部材）と、水受け部８２と、回転操作部材９０とを備えている。

前記トーチ昇降装置４０は、前記プラズマトーチ３０を鉛直方向に延びた状態で保持するとともに鉛直方向に昇降させるものである。このトーチ昇降装置４０は、トーチボディ３２の上端に連結される連結部４２と、この連結部４２を鉛直方向に昇降駆動する昇降駆動部４４とを備えている。

前記昇降駆動部４４は、鉛直方向に延びる後壁４４ａとこの後壁４４ａの両端から前方に突出する側壁４４ｂ、４４ｂとを有している。この昇降駆動部４４は、その後壁４４ａと側壁４４ｂ、４４ｂで囲まれた領域が炉本体２０の天壁２２に形成された貫通孔２２ａと対応するように、前記天壁２２上に立設されている。本実施形態では、前記天壁２２にこの昇降駆動部４４を支持するための設置板４６が設けられており、昇降駆動部４４はこの設置板４６上に立設されている。前記連結部４２は前記後壁４４ａに沿って昇降駆動され、これに伴い、この連結部４２に連結されたトーチボディ３２は前記貫通孔２２ａを通って昇降移動する。

前記電極交換用治具５０は、前記陰極電極３６を前記トーチボディ３２から取り外し、また新たな陰極電極３６を前記トーチボディ３２に取り付けるための治具である。

この電極交換用治具５０は、前記トーチ昇降装置４０の一方の側壁４４ｂに連結されている。この電極交換用治具５０は、前記側壁４４ｂに固定される固定部５２と、鉛直方向に延びるシャフト５４と、このシャフト５４を保持するとともにこのシャフト５４の上下方向の位置を調整するための調整部５９と、このシャフト５４が挿通されてこのシャフト５４を軸として水平方向に回動する第１アーム（支持部）５６と、この第１アーム５６に連結される第２アーム（支持部）５７と、この第２アーム５７に回転可能に支持される係合部６０と、前記第１アーム５６の下方に配置されるスプリング５８とを有している。この電極交換用治具５０の上面図を図５に示すとともに、側面図を図６に示す。図６では、前記係合部６０をその中心を通る鉛直面で切断した状態で示している。

前記固定部５２は、前記側壁４４ｂに固定される固定板５２ａと、この固定板５２ａからそれぞれ外側に突出するシャフト保持部５２ｂ，５２ｂおよび調整ねじ螺合部５２ｃとを有している。前記シャフト保持部５２ｂ、５２ｂには鉛直方向に貫通して前記シャフト５４が挿通される貫通孔がそれぞれ形成されている。前記調整ねじ螺合部５２ｃには鉛直方向に貫通するねじ孔が形成されている。

前記調整部５９は、ボルト５９ａと、このボルト５９ａを操作するためのボルト操作部材５９ｂとを有している。前記シャフト５４はこのボルト５９ａ上に載置されており、このボルト５９ａが前記調整ねじ螺合部５２ｃのねじ孔と螺合することで、前記シャフト保持部５２ｂ、５２ｂの貫通孔に挿通されて鉛直方向に延びた状態で所定の位置に保持される。そして、このシャフト５４は、ボルト操作部材５９ｂの操作に応じてボルト５９ａが調整ねじ螺合部５２ｃに対して鉛直方向に螺進、螺退するのに伴い、上昇あるいは降下し、その上下方向の位置が調整される。

前記第１アーム５６は、円筒状のシャフト挿通部５６ａと、板状の第１アーム板５６ｂとを有している。前記シャフト挿通部５６ａは、前記シャフト５４が挿通される部分であり、この第１アーム５６は前記シャフト５４に対して回転可能に支持されている。具体的には、このシャフト挿通部５６ａは、前記シャフト５４に設けられた鍔部５４ａにこの鍔部５４ａとの間に前記スプリング５８を挟み込んだ状態で支持されている。

前記第１アーム板５６ｂは、前記シャフト挿通部５６ａの外周面から水平方向に延びており、図５に示すように、前記シャフト挿通部５６ａの外周面から所定方向に延びた後垂直に折れ曲がる略Ｌ字状を有している。この第１アーム板５６ｂには、その外側面から外側に突出する複数の突起部５６ｃが設けられている。本実施形態では、４つの突起部５６ｃが設けられている。これら突起部５６ｃは、この第１アーム板５６ｂと前記第２アーム５７とを連結するためのものである。また、この第１アーム板５６ｂには、第１アーム５６と第２アーム５７との相対位置を調整するためのアーム調整ボルト５５と螺合するアーム調整ボルト螺合部５６ｄが設けられている。前記アーム調整ボルト５５は、水平方向に延びた状態で前記アーム調整ボルト螺合部５６ｄと螺合するとともに前記第２アーム５７の後述するボルト連結部５７ｄに連結されている。

前記第２アーム５７は、前記第１アーム板５６ｂに連結されて水平方向に延びる板状の第２アーム板５７ｂと、この第２アーム板５７ｂの先端に設けられて前記係合部６０の後述する係合部シャフト６２が挿通されるシャフト挿通部５７ａとを有している。

前記第２アーム板５７ｂには、前記第１アーム板５６ｂの複数の突起部５６ｃに対応してその表裏を貫通する複数の長孔５７ｃが形成されている。前記第２アーム板５６ｂと第２アーム板５７ｂは、前記突起部５６ｃがそれぞれ前記長孔５７ｃに挿入されることで、互いに連結される。前記長孔５７ｃの水平方向の寸法は、前記突起部５６ｃの水平方向の寸法よりも長く設定されており、前記第２アーム板５７ｂは第１アーム板５６ｂに対して水平方向に移動可能となっている。

前記第２アーム板５７ｂの第１アーム板５６ｂに対する水平方向の相対位置の調整は、前記アーム調整ボルト５５を用いて行われる。すなわち、前記第２アーム板５７ｂには、前記アーム調整ボルト５５の一端に連結されるボルト連結部５７ｄが設けられている。このボルト連結部５７ｄにおいて前記アーム調整ボルト５５は回転可能である一方螺進退は不可能となるように連結されている。従って、アーム調整ボルト５５が回転操作されて前記アーム調整ボルト螺合部５７ｄに対して螺進、螺退すると、このアーム調整ボルト５５に連結された前記ボルト連結部５７ｄひいては第２アーム板５７が第１アーム板５６に対して水平方向に移動しアーム部分が伸縮する。これにより、前記固定部５２と前記シャフト挿通部５７ａに挿通される係合部シャフト６２ひいては係合部６０の距離が変化する。

前記係合部６０は、前記陰極電極３６と相対回転不能に係合しつつこの陰極電極３６に下方から当接する部分である。

この係合部６０は、その中心に鉛直方向に延びる円柱状の係合部シャフト６２を備えた係合部本体７０と、この係合部本体７０に固定された防水壁（遮断壁）８０とを有している。

この係合部６０は、前記係合部シャフト６２が前記第２アーム５７のシャフト挿通部５７ａに挿通されて、後述する当接部７２の下面がこのシャフト挿通部５７ａの上端と当接することで、このシャフト挿通部５７ａに係合部シャフト６２を軸として回転可能に保持されている。

前記係合部本体７０は、前記係合部シャフト６２の外周面から外側に広がる当接部７２と、この当接部７２の外周端から下方に延びる内壁７４と、この内壁の下端から外側に広がる底壁７６と、この底壁７６の外周端から上方に伸びる外壁７８とを有している。図１０に示すように、この係合部本体７０には、前記外壁７８で囲まれた領域に前記陰極電極３６の下端部３６ｃがその内側に前記係合部シャフト６２の上部が挿入された状態で挿入される。

前記当接部７２は、前記陰極電極３６の下端に下方から当接する部分である。この当接部７２は、前記外壁７８で囲まれた領域内に前記陰極電極３６の下端部３６ｃが挿入された状態で、この下端部３２ｃに下方から当接する。この当接により、陰極電極３６はこの当接部７２の上方に延びた状態で保持される。

前記外壁７８の上部には、レンチ部７８ａが形成されている。このレンチ部７８ａは前記陰極電極３６の下端部３２ｃと相対回転不能に係合する部分である。このレンチ部７８ａの内側面７８ｂは、図５に示すように、陰極電極３６の下端部３６ｃの八角形の外側面３６ｄに対応して平面視で略八角形状を有しており、この内側面７８ｂで囲まれた領域に陰極電極３６の下端部３６ｃが挿入されることでこの下端部３６ｃとレンチ部７８ａとは相対回転不能に係合する。

ここで、前記当接部７２から前記レンチ部７８ａの上端までの鉛直方向の寸法は、陰極電極３６がトーチボディ３２に取り付けられた状態における陰極電極３６の下端から前記トーチボディ３２の下端までの鉛直方向の寸法よりも短く設定されている。そのため、当接部７２と陰極電極３６とが当接した状態で、前記トーチボディ３２は前記レンチ部７８ａよりも上方に位置し、レンチ部７８ａとトーチボディ３２とは接触しない。従って、レンチ部７８ａに陰極電極３６が係合された状態でこのレンチ部７８ａすなわち係合部本体７０を回転させると、陰極電極３６のみが回転し、陰極電極３６はトーチボディ３２に対して相対回転する。

前記外壁７８の下部には、その表裏を貫通する水平方向に延びる操作用孔７８ｃが複数形成されている。この操作用孔７８ｃは、前記回転操作部材９０が挿入される部分である。

前記回転操作部材９０は、図４に示すように、棒状部材であり、前記係合部６０を回転操作するために用いられる。作業者等は、この回転操作部材９０の一方端を前記操作用孔７８ｃに挿入して、他方端側を操作することで係合部６０を回転操作することができる。

前記底壁７６には、その表裏を貫通する水抜き孔７６ａが複数形成されている。本実施形態では、図５に示すように、周方向に一定間隔で６つの水抜き孔７６ａが形成されている。前述のように、使用時において陰極電極３６とトーチボディ３２との間には冷却水が流れており、この陰極電極３６をトーチボディ３２から取り外すと前記冷却水が外部に流出する。前記水抜き孔７６ａは、この流出した冷却水を係合部本体７０からこの係合部本体７０の下方に排出するためのものである。

前記防水壁８０は、前記冷却水がトーチボディ３２の周囲に飛散するのを防止するためのものである。この防水壁８０は、前記係合部本体７０の外壁７８の上端から水平方向に延びた後上方に延びて、前記トーチボディ３２を外側から囲む形状を有している。

前記水受け部８２は、前記水抜き孔７６ａから排出された冷却水を貯留するためのものである。この水受け部８２は、上方に開口する箱状部材である。この水受け部８２は、図７に示すように、前記昇降装置４０の側壁４４ｂに設けられた水受け部支持部４５上であって、前記係合部本体７０の下方となる位置に設置される。

次に、前記のように構成されたプラズマトーチの電極交換装置１０を用いて前記陰極電極３６を交換するための方法について説明する。

まず、図１に示すように、前記第１アーム５６が図１および図７の破線で示す退避位置、すなわち、この第１アームに第２アームを介して保持されている前記係合部６０が前記昇降装置４０の後壁４４ａおよび側壁４４ｂ、４４ｂで囲まれた領域外に配置されており、前記プラズマトーチ３０が使用時の位置すなわちトーチボディ３２の下部が前記炉本体２０の天壁２２から下方に突出して炉本体２０に配置される使用位置にある状態で、このトーチボディ３２の上端に前記昇降装置４０の連結部４２を連結する。

そして、この連結部４２を前記昇降駆動部４４により上昇させて、前記貫通孔２２ａを通して前記トーチボディ３２を上方に引き抜く。具体的には、図７に示すように、プラズマトーチ３０の下端すなわちトーチボディ３２に螺合している陰極電極３６が前記係合部６０よりも上方となる炉外位置に前記トーチボディ３２を上昇移動させる（トーチボディ上昇工程）。

前記トーチボディ３２を炉外位置に引き抜いた後、炉本体２０に形成された前記貫通孔２２ａを通して炉外から水等が炉本体２０内に浸入するのを抑制するべく、この貫通孔２２ａ開口部を炉蓋２２ｂにより覆う。また、前記水受け部支持部４５上に前記水受け部８２を載置して、前記トーチボディ３２の下方にこの水受け部８２を配置する。

次に、前記第１アーム５６を前記シャフト５４を中心として前記退避位置から図１および図７の実線で示す係合位置に回動させる。この係合位置は、前記係合部６０が前記昇降装置４０の後壁４４ａおよび側壁４４ｂ、４４ｂで囲まれた領域内であって、前記昇降装置４０に保持されているトーチボディ３２の下方に配置される位置である。

そして、前記昇降駆動部４４により前記連結部４２を下降させて、前記トーチボディ３２の下端部３２ｃを前記係合部６０に近接させる。この下端部３２ｃと係合部６０とを所定量近接させた後は、前記電極交換用治具５０の調整部５９のボルト操作部材５９ｂを操作してボルト５９ａを螺進させる。これにより、シャフト５４、各アーム５６、５７および前記係合部６０を上昇させて、図８および図１０に示すように、陰極電極３６の下端部３６ｃを係合部６０の外壁７８で囲まれた領域に挿入する。このとき、陰極電極３６の下端部３６ｃを係合部６０の前記レンチ部７８ａと相対回転不能に係合させつつ、この下端部３６ｃが前記当接部７２と当接するまで陰極電極３６を前記外壁７８で囲まれた領域に挿入する。ここで、前記陰極電極３６の下端部３６ｃとレンチ部７８ａとの係合を行う際には、この係合が容易に行われるよう前記アーム調整ボルト５５を操作して第２アーム５７を水平方向に移動させて係合部６０の位置を調整しておく（電極係合工程）。

次に、前記回転操作部材９０を前記係合部本体７０の操作用孔７８ｃに挿入し、この回転操作部材９０を操作して係合部本体７０を回転させる。前記トーチボディ３２は前記昇降装置４０により保持されている。従って、この係合部本体７０の回転に伴い陰極電極３６が回転すると、陰極電極３６のねじ部３６ｂとトーチボディ３２のねじ部３２ａとの螺合が解除されていく。この螺合の解除の進行に伴い前記陰極電極３６は下方に移動する。本実施形態では、前記調整部５９の操作部材５９ｂを操作して前記ボルト５９ａを螺退させることで前記シャフト５４を介して前記係合部６０を下降させつつ、係合部本体７０ひいては係合部６０の回転操作を行う。なお、この係合部本体７０の下降は前記スプリング５８の変位により行なってもよい。

前記螺合が解除されると、陰極電極３６は前記当接部７２との当接によって電極交換用治具５０に下側から保持される。この螺合の解除時には、当接部７２ひいては係合部６０に陰極電極３６の全重量が付加されるが、前述のように前記第１アーム５６の下方にはスプリング５８が配置されておりこのスプリング５８により前記重量付加に伴って係合部６０および第１アーム５６、第２アーム５７に加えられる衝撃は緩和される。

ここで、前記螺合が解除されて陰極電極３６がトーチボディ３２から離間するのに伴い、この陰極電極３６とトーチボディ３２との隙間から冷却水が外部に流出するが、この冷却水は前記防水壁８０により周囲へ飛散することなく係合部本体７０の底壁７６に形成された水抜き孔７６ａから前記水受け部８２に排出され貯留されていく。

前記螺合が解除された後は、前記連結部４２を上昇駆動して前記トーチボディ３２を上昇移動させ、陰極電極３６全体をトーチボディ３２の外側に抜き出しこの陰極電極３６をトーチボディ３２から取り外す（電極取り外し工程）。

次に、図９に示すように、陰極電極３６を当接部７２上に保持しつつ前記第１アーム５６を前記退避位置に回動させて、陰極電極３６をトーチボディ３２の下方から移動させる。そしてこの陰極電極３６を係合部６０から取り外し、新たな陰極電極３６を前記レンチ部７８ａと回転不能に係合させつつ係合部６０に保持させる（電極交換工程）。

次に、第１アーム５６を前記係合位置に回動させる。そして、トーチボディ３２を下降させてこのトーチボディ３２内に陰極電極３６を挿入する。陰極電極３６がある程度トーチボディ３２内に挿入された後は、前記調整部５９のボルト操作部材５９ｂを操作してボルト５９ａを螺進させ、係合部６０を上昇させて、陰極電極３６をそのねじ部３６ｂとトーチボディ３２のねじ部３２ａとの螺合が開始する位置に配置する。その後、前記回転操作部材９０を操作して係合部６０をトーチボディ３２に対して相対回転させて、陰極電極３６のねじ部３６ｂとトーチボディ３２のねじ部３２ａとを螺合して陰極電極３６をトーチボディ３２に取り付ける（電極取り付け工程）。

次に、前記第１アーム５６を前記退避位置に回動させる。そして、前記連結部４２を下降駆動させて前記トーチボディ３２を下降させ前記貫通孔２２ａを通して炉本体２２内の前記設置位置に配置する。これにより、電極交換作業が終了する。なお、このトーチボディ３２の下降を実施する前には、前記電極取り外し工程以降の所定のタイミングで、前記炉蓋２２ｂを貫通孔２２ａから取り外すとともに、前記水受け部８２を前記トーチボディ３２の下方から移動させておく。

以上のように、前記プラズマトーチの電極交換装置１０を用いた電極交換方法によれば、電極交換用治具５０により陰極電極３６が下側から保持されるため、トーチボディ３２を炉本体２０内の設置位置から炉本体２０上方の炉外位置に鉛直方向に引き抜いた状態のままこのトーチボディ３２に対して重量の大きい陰極電極３６の取り外しおよび取り付けを行うことができる。従って、トーチボディ３２を炉本体２０から引き抜いた後、別の作業スペースに移動させてトーチボディ３２を横に倒してこの取り付け作業等を行う場合に比べてより狭い作業スペースでこの作業を容易に行うことができる。

ここで、前記電極交換用治具５０において、前記防水壁８０は省略可能である。ただし、この防水壁８０を設けておけば、陰極電極３６の取り外し時に前記冷却水がトーチボディ３２の周囲に飛散するのを抑制することができ、この冷却水が炉本体２０内に浸入して水蒸気爆発等を引き起こすのをより確実に回避することができる。

また、前記水受け部８２および前記底壁７６の水抜き穴７６ａは省略可能である。ただし、この水受け部８２を設けるとともに水抜き孔７４ａを形成しておけば、前記冷却水が多量の場合にも冷却水をトーチボディ３２の周囲に飛散させることなく水受け部８２内に貯留することができ、この冷却水の炉本体２０内への浸入等をより確実に回避することができる。

また、前記第１アーム５６と第２アーム５７とは相対移動不能に固定されていてもよい。ただし、これらが水平方向に相対移動して第２アーム５７に保持される前記係合部６０の位置が調整可能となれば、トーチボディ３２に螺合されている陰極電極３６と係合部６０を容易に係合させることができる。

１ プラズマ溶融炉
１０ プラズマトーチの電極交換装置
２０ 炉本体
２２ 天壁
３０ プラズマトーチ
３２ トーチボディ
３４ 陽極電極
３６ 陰極電極
４０ 昇降装置（トーチボディ保持部材）
４２ 連結部
４４ 昇降駆動部
５０ 電極交換用治具（電極保持部材）
５６ 第１アーム（支持部）
５７ 第２アーム（支持部）
６０ 係合部
７２ 当接部
７４ 底壁
７４ａ 水抜き孔
７８ａ レンチ部
８０ 防水壁（遮断壁）
８２ 水受け部
９０ 操作部材

Claims (8)

1. プラズマ溶融炉に用いられるプラズマトーチにおいて当該プラズマトーチの特定方向に延びるトーチボディの先端部に螺合される電極を交換するためのプラズマトーチの電極交換装置であって、
   設置面上に立設されて、前記トーチボディを前記電極が螺合される先端部が前記設置面から上方に離間した位置において下端となるように鉛直方向に延びる状態で保持するトーチ保持部材と、
   前記トーチ保持部材に連結されて、前記電極を下側から保持可能な電極保持部材とを備え、
   前記電極保持部材は、前記電極に下方から当接するとともに当該電極と相対回転不能に係合する係合部と、当該係合部と前記トーチ保持部材の下部とを連結してこの係合部を前記トーチボディに対して回転可能に支持する支持部とを有し、
   前記係合部は、前記トーチ保持部材に保持された前記トーチボディの下方に配置されて、前記電極と係合した状態で前記電極と前記トーチボディとを螺合するあるいはこの螺合を解除するように前記トーチボディに対して回転するように操作されることを特徴とするプラズマトーチの電極交換装置。
2. 請求項１に記載のプラズマトーチの電極交換装置であって、
   前記係合部を前記トーチボディに対して回転操作するための回転操作部材を有することを特徴とするプラズマトーチの電極交換装置。
3. 請求項１または２に記載のプラズマトーチの電極交換装置であって、
   前記係合部は、前記電極の下方を覆う底部と、この底部の外周端から上方に延びて前記電極の下端部を外側から囲む遮断壁とを有することを特徴とするプラズマトーチの電極交換装置。
4. 請求項３に記載のプラズマトーチの電極交換装置であって、
   前記係合部の下方に配置されて上方に開口するとともに内部に水を貯留可能な水受け部を有し、
   前記係合部の底部には、当該底部の表裏を貫通しこの底部上に溜まった水を前記水受け部に排出可能な水抜き孔が形成されていることを特徴とするプラズマトーチの電極交換装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマトーチの電極交換装置であって、
   前記支持部は、前記トーチ保持部材との連結部分と前記係合部との連結部分との間で伸縮可能であることを特徴とするプラズマトーチの電極交換装置。
6. 炉本体と、この炉本体内に設置されるプラズマトーチと、このプラズマトーチのトーチボディの先端部に螺合される前記電極を交換するための請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマトーチの電極交換装置とを備えたプラズマ溶融炉であって、
   前記トーチボディは、その前記電極が螺合される先端部が下端となるように鉛直方向に延びる状態で前記炉本体内に設置されており、
   前記炉本体の天壁には、その表裏を貫通して当該炉本体の内外を連通する貫通孔が形成されており、
   前記トーチの電極交換装置のトーチ保持部材は、前記炉本体の天壁上に立設されて、前記トーチボディと連結可能な連結部と、当該連結部を鉛直方向に昇降駆動する昇降駆動部とを備え、
   前記昇降駆動部は、前記連結部を昇降駆動することで、この連結部に連結された前記トーチボディを、前記貫通孔を通して、当該トーチボディの少なくとも下端が前記炉本体内
   に配置される使用位置と当該下端が前記炉本体の天壁の上方に位置して前記トーチ保持部材に連結された前記電極保持部材の係合部がこの下端に螺合している前記電極の下方に配置可能となる炉外位置との間で昇降させることを特徴とするプラズマ溶融炉。
7. 請求項６に記載のプラズマ溶融炉であって、
   前記トーチの電極交換装置の支持部は、この支持部に支持される前記トーチの電極交換装置の係合部が前記炉外位置にある前記トーチボディの下方に位置して当該係合部と前記トーチボディに螺合している電極とが係合可能となる係合位置と、前記係合部が前記トーチボディの下方より水平方向に離間して当該係合部が前記トーチボディの前記設置位置と前記炉外位置との間の昇降移動を妨げない退避位置との間で移動可能に前記トーチ保持部材に連結されていることを特徴とするプラズマ溶融炉。
8. プラズマ溶融炉の炉本体内に鉛直方向に延びる状態で設置されるプラズマトーチにおいて当該プラズマトーチのトーチボディの下端に螺合される電極を交換するためのプラズマトーチの電極交換方法であって、
   昇降装置の連結部に前記トーチボディを連結するとともに、前記昇降装置の昇降駆動部により前記連結部を上昇駆動することにより前記トーチボディを前記炉本体内から当該炉本体の上方に上昇させてこの炉本体の上方位置に保持するトーチボディ上昇工程と、
   前記昇降装置に連結された電極保持部材の係合部を前記炉本体上方に配置されたプラズマトーチのトーチボディの下方に配置し、当該係合部を前記電極と相対回転不能に係合する電極係合工程と、
   前記係合部を前記電極に下方から当接させることで当該電極を前記電極保持部材により下側から保持するとともに前記係合部と前記昇降装置の連結部とを鉛直方向に相対変位させることで当該係合部と前記連結部に連結されている前記トーチボディとを離間させつつ、前記係合部を回転させて前記電極と前記トーチボディとの螺合を解除して前記電極を前記トーチボディから取り外す電極取り外し工程と、
   前記電極保持部材により保持されている電極を当該電極保持部材から取り外し、新たな電極を前記係合部と相対回転不能に係合しつつこの係合部と当接させることで前記電極保持部材に保持する電極交換工程と、
   前記係合部を回転させて前記新たな電極を前記トーチボディに螺合して当該電極をトーチボディに取り付ける電極取付け工程とを備えることを特徴とするプラズマトーチの電極交換方法。
   

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