JPH035221B2 - - Google Patents
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- JPH035221B2 JPH035221B2 JP2659585A JP2659585A JPH035221B2 JP H035221 B2 JPH035221 B2 JP H035221B2 JP 2659585 A JP2659585 A JP 2659585A JP 2659585 A JP2659585 A JP 2659585A JP H035221 B2 JPH035221 B2 JP H035221B2
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、プラズマ溶射あるいはプラズマ溶接
において用いられるプラズマトーチの陰極あるい
は陽極部位を冷却する方法に係わる。
において用いられるプラズマトーチの陰極あるい
は陽極部位を冷却する方法に係わる。
（従来の技術とその問題点）
従来、目的部位の冷却には水（液体）を接触通
過させ除熱する方法が採られている。この方法で
は、水の流量をＶ〔ｇ／分〕、入口温度をTI〔℃〕、
出口温度をTp〔℃〕、比熱をCp〔cal／ｇ℃〕で表
わせばＱ＝Ｖ・Cp・（Tp−TI）〔cal／分〕なる除
熱量を得る。
過させ除熱する方法が採られている。この方法で
は、水の流量をＶ〔ｇ／分〕、入口温度をTI〔℃〕、
出口温度をTp〔℃〕、比熱をCp〔cal／ｇ℃〕で表
わせばＱ＝Ｖ・Cp・（Tp−TI）〔cal／分〕なる除
熱量を得る。
ちなみに、現在実用されている最大出力レベル
の80KWプラズマ溶射トーチでは、必要除熱量は
25000Kcal／時位であるから、25℃の市水を通し
て安全な温度80℃で戻すとすれば略８／分の水
を必要とする。こうして、冷却に使用された温水
は放水するか冷水循環装置で除熱後再利用するか
の方法が採られるが、放水すれば毎日数トンの水
を棄てることになるし、再利用するには80KWプ
ラズマ溶射トーチ１台につき10KW程度の空冷式
ヒートポンプ設備と電力が新たに必要となる。
の80KWプラズマ溶射トーチでは、必要除熱量は
25000Kcal／時位であるから、25℃の市水を通し
て安全な温度80℃で戻すとすれば略８／分の水
を必要とする。こうして、冷却に使用された温水
は放水するか冷水循環装置で除熱後再利用するか
の方法が採られるが、放水すれば毎日数トンの水
を棄てることになるし、再利用するには80KWプ
ラズマ溶射トーチ１台につき10KW程度の空冷式
ヒートポンプ設備と電力が新たに必要となる。
また、プラズマトーチの内部構造は複雑であ
り、放熱面上に巧妙に設けられた冷却水の通路は
かなり大きな圧力損失をもたらす。このため、冷
却水流量を確保するには圧力も高くしなければな
らずこれは漏水につながりやすい。
り、放熱面上に巧妙に設けられた冷却水の通路は
かなり大きな圧力損失をもたらす。このため、冷
却水流量を確保するには圧力も高くしなければな
らずこれは漏水につながりやすい。
（発明の目的、構成、作用）
本発明は前述の事情からなされたもので、冷却
水の使用量を可能な限り少くし、経済的で信頼性
の高いプラズマトーチの冷却方法を提供すること
を目的とする。
水の使用量を可能な限り少くし、経済的で信頼性
の高いプラズマトーチの冷却方法を提供すること
を目的とする。
しかして、本発明の冷却方法は、溶射あるいは
溶接に使用されるプラズマトーチの陰極あるいは
陽極部位を冷却する方法において、該冷却部位の
放熱面を囲繞する小空間を常時大気圧以下に減圧
し、該小空間内の放熱面に向い無数の沸点に達し
ていない水流を遷移流以上の速度で放出し、該水
流が該放熱面に衝突して蒸発する際に奪う主に気
化熱によつて冷却することを特徴とする。
溶接に使用されるプラズマトーチの陰極あるいは
陽極部位を冷却する方法において、該冷却部位の
放熱面を囲繞する小空間を常時大気圧以下に減圧
し、該小空間内の放熱面に向い無数の沸点に達し
ていない水流を遷移流以上の速度で放出し、該水
流が該放熱面に衝突して蒸発する際に奪う主に気
化熱によつて冷却することを特徴とする。
第１図ａ及び第１図ｂは本発明を実施するため
のプラズマトーチの構成例を示す。１は陰極ホル
ダー２の先端に溶接された陰極、３は先端に噴出
口４、後部に冷却水入口５を備え、水蒸気出口６
をもつ陰極ホルダー２に挿入固定されている陰極
冷却チユーブである。７は陰極１をつつみ適当な
間隔をもつて配置されている陽極ノズル、８は陽
極ノズル７を囲繞し、表面に無数の噴出口９を有
する陽極冷却管、１０は陽極ノズル７、陽極冷却
管８、後部キヤツプ１１及びインシユレーター１
２で構成される小空間であり、該小空間１０は、
パツキン１２′、Ｏリング１３，１４，２０で外
部に対し気密性が保たれている。１５は陽極冷却
管８、後部キヤツプ１１及び前部キヤツプ１９と
で冷却水２３の通路を構成するフランジで、Ｏリ
ング１７，１８で水密性が保たれている。１６は
冷却水入口、２１は陰極１と陽極ノズル７間に発
生したアークプラズマ炎、２２は図示せぬ通路を
経て冷却水２３を送るポンプ、２３′はポンプ２
２の発生する圧力によつて噴出口４及び９から
各々陰極１と陰極ホルダー２及び陽極ノズル７に
向つて放出された水流である。
のプラズマトーチの構成例を示す。１は陰極ホル
ダー２の先端に溶接された陰極、３は先端に噴出
口４、後部に冷却水入口５を備え、水蒸気出口６
をもつ陰極ホルダー２に挿入固定されている陰極
冷却チユーブである。７は陰極１をつつみ適当な
間隔をもつて配置されている陽極ノズル、８は陽
極ノズル７を囲繞し、表面に無数の噴出口９を有
する陽極冷却管、１０は陽極ノズル７、陽極冷却
管８、後部キヤツプ１１及びインシユレーター１
２で構成される小空間であり、該小空間１０は、
パツキン１２′、Ｏリング１３，１４，２０で外
部に対し気密性が保たれている。１５は陽極冷却
管８、後部キヤツプ１１及び前部キヤツプ１９と
で冷却水２３の通路を構成するフランジで、Ｏリ
ング１７，１８で水密性が保たれている。１６は
冷却水入口、２１は陰極１と陽極ノズル７間に発
生したアークプラズマ炎、２２は図示せぬ通路を
経て冷却水２３を送るポンプ、２３′はポンプ２
２の発生する圧力によつて噴出口４及び９から
各々陰極１と陰極ホルダー２及び陽極ノズル７に
向つて放出された水流である。
又、２４は、圧縮空気導入管２５と水（液体あ
るいは蒸気）の吸入管２６及び吐出口２９を有す
る減圧ノズル、３０はコンプレツサー、３１は図
示せぬ通路を通る圧縮空気、３２はプラズマアー
ク発生用の電源で、導線３３を通し電力を供給す
る。３４はプラズマガス入口である。
るいは蒸気）の吸入管２６及び吐出口２９を有す
る減圧ノズル、３０はコンプレツサー、３１は図
示せぬ通路を通る圧縮空気、３２はプラズマアー
ク発生用の電源で、導線３３を通し電力を供給す
る。３４はプラズマガス入口である。
以上の構成において、電源３２の供給する電力
によつて維持されるプラズマ炎２１は大量の熱を
周辺の陰極１、陰極ホルダー２及び陽極ノズル７
に与える。この熱を速かに除くことができねば受
熱した部位はたちどころに溶融破損するに至る。
従来方法は、この部位に大量の水（液体）を接融
通過させ除熱しているわけであるが、本発明によ
ればこの水使用量は格段に少なくてすむ。以下に
その作用を説明する。
によつて維持されるプラズマ炎２１は大量の熱を
周辺の陰極１、陰極ホルダー２及び陽極ノズル７
に与える。この熱を速かに除くことができねば受
熱した部位はたちどころに溶融破損するに至る。
従来方法は、この部位に大量の水（液体）を接融
通過させ除熱しているわけであるが、本発明によ
ればこの水使用量は格段に少なくてすむ。以下に
その作用を説明する。
ポンプ２２によつて、冷却水入口５及び１６を
通して送り込まれた冷却水２３は、ポンプ２２の
発生する圧力で陰極冷却チユーブ３及び陽極冷却
管８に設けられた無数の噴出口４及び９から各々
陰極１と陰極ホルダー２及び陽極ノズル７との放
熱面に向つて勢いよく噴出する。噴出口４，９の
穴径は、この噴出水流２３′が粒状又は霧状を呈
する、いわゆる遷移流以上の速度になるようポン
プ２２の発生圧力との関係で選ぶ。各々の放熱面
に衝突した水の粒子は放熱面を通してプラズマ炎
２１の熱を奪い瞬間気化する。気化と同時に発生
する大量の水蒸気は、水蒸気出口６及び２７から
減圧ノズル２４に吸引され排出される。かくし
て、噴出口４，９から噴出する水流が遷移流以上
の速度である必要は、気化効率を高めるためと理
解される。また、小空間１０を常時大気圧以下に
したおくことによつて、水の沸点を下げ気化を促
進することができる。
通して送り込まれた冷却水２３は、ポンプ２２の
発生する圧力で陰極冷却チユーブ３及び陽極冷却
管８に設けられた無数の噴出口４及び９から各々
陰極１と陰極ホルダー２及び陽極ノズル７との放
熱面に向つて勢いよく噴出する。噴出口４，９の
穴径は、この噴出水流２３′が粒状又は霧状を呈
する、いわゆる遷移流以上の速度になるようポン
プ２２の発生圧力との関係で選ぶ。各々の放熱面
に衝突した水の粒子は放熱面を通してプラズマ炎
２１の熱を奪い瞬間気化する。気化と同時に発生
する大量の水蒸気は、水蒸気出口６及び２７から
減圧ノズル２４に吸引され排出される。かくし
て、噴出口４，９から噴出する水流が遷移流以上
の速度である必要は、気化効率を高めるためと理
解される。また、小空間１０を常時大気圧以下に
したおくことによつて、水の沸点を下げ気化を促
進することができる。
減圧ノズル２４の減圧作用はいわゆるインジエ
クターと同一機能によるもので、コンプレツサー
３０によつて圧縮空気３１を圧縮空気導入管２５
に吹き込むことによつて、吸入管２６に接続され
る系内の水蒸気が排出されることにより生れる。
クターと同一機能によるもので、コンプレツサー
３０によつて圧縮空気３１を圧縮空気導入管２５
に吹き込むことによつて、吸入管２６に接続され
る系内の水蒸気が排出されることにより生れる。
本発明の効果を先にあげた80KWプラズマ溶射
トーチを例に説明する。本発明の除熱効果は蒸気
の温度上昇を無視すれば、先の例に水の気化熱
（０℃、1atmにおき539cal／ｇ）によるものが加
えられるから、25℃の水１ｇが気化することによ
り除熱量は（100−25）＋539＝614calとなる。従
つて、25000Kcal／時を除熱するには略0.71／分
の水を送れば良いわけで、実に従来法の1/10以下
ですむことになる。この効果は甚大である。
トーチを例に説明する。本発明の除熱効果は蒸気
の温度上昇を無視すれば、先の例に水の気化熱
（０℃、1atmにおき539cal／ｇ）によるものが加
えられるから、25℃の水１ｇが気化することによ
り除熱量は（100−25）＋539＝614calとなる。従
つて、25000Kcal／時を除熱するには略0.71／分
の水を送れば良いわけで、実に従来法の1/10以下
ですむことになる。この効果は甚大である。
第２図は第２の発明の構成例を示す。第１の発
明と同一番号を付した要素は全く同じ名称、構
造、機能を有する。新たに付加された要素につい
てのみ説明するに、２２−１，２２−２は、温度
センサー３５−１，３５−２の検出温度によつて
制御電源３７により働く制御装置３６−１，３６
−２からパワーケーブル３８−１，３８−２を介
して電力の供給を受け動作する水ポンプである。
明と同一番号を付した要素は全く同じ名称、構
造、機能を有する。新たに付加された要素につい
てのみ説明するに、２２−１，２２−２は、温度
センサー３５−１，３５−２の検出温度によつて
制御電源３７により働く制御装置３６−１，３６
−２からパワーケーブル３８−１，３８−２を介
して電力の供給を受け動作する水ポンプである。
以上の構成において、水蒸気出口６及び２７よ
り排出される水は送り込まれる量によつて第３図
のように状態を変える。すなわち水の量が少なけ
れば（V1以下）水は完全に気化、過熱蒸気とな
るし、多ければ（V2以上）気化することなく温
水として排出される。V1とV2の間では蒸気と温
水２相状態になる。前述した本発明の第１方法の
最も望ましい利用状態は、供給された水は完全に
気化し過熱程度は少い状態であり、この状態を発
熱量や熱損失量の変動によらず常に維持するため
には排出された水の温度によつて水量をコントロ
ールすればよい。
り排出される水は送り込まれる量によつて第３図
のように状態を変える。すなわち水の量が少なけ
れば（V1以下）水は完全に気化、過熱蒸気とな
るし、多ければ（V2以上）気化することなく温
水として排出される。V1とV2の間では蒸気と温
水２相状態になる。前述した本発明の第１方法の
最も望ましい利用状態は、供給された水は完全に
気化し過熱程度は少い状態であり、この状態を発
熱量や熱損失量の変動によらず常に維持するため
には排出された水の温度によつて水量をコントロ
ールすればよい。
第２図における制御装置３６−１及び３６−２
は、各々の温度センサー３５−１及び３５−２の
検出温度によつて水ポンプ２２−１及び２２−２
の回転数を変え流量をコントロールしている。水
ポンプ２２−１及び２２−２がACモーターを使
つているものであれば、インバーターによる周波
数制御でこれは容易に実現する。また、ポンプは
定数回転にしておき各々のポンプの吐出側にモー
タードライブ式の流量調整弁を設け、これを検出
温度によつて制御装置３６−１，３６−２を介し
て開閉する方法でもよい。
は、各々の温度センサー３５−１及び３５−２の
検出温度によつて水ポンプ２２−１及び２２−２
の回転数を変え流量をコントロールしている。水
ポンプ２２−１及び２２−２がACモーターを使
つているものであれば、インバーターによる周波
数制御でこれは容易に実現する。また、ポンプは
定数回転にしておき各々のポンプの吐出側にモー
タードライブ式の流量調整弁を設け、これを検出
温度によつて制御装置３６−１，３６−２を介し
て開閉する方法でもよい。
本発明が第１の発明を補充する上で極めて有用
であることは明らかである。
であることは明らかである。
（実施例）
プラズマスプレートーチ出力 100KW
必要除熱量 34400Kcal／時
冷却水入口温度 40℃
冷却水出口温度 105±２℃
冷却水流量 １±0.1／分
内部圧力 500Torr
（発明の効果）
以上説明した本発明によれば、冷却水を気化さ
せるため、その除熱効果が極めて高く、少ない冷
却水量で効率的なトーチの冷却が可能となり、そ
の工業的な効果は非常に大きい。
せるため、その除熱効果が極めて高く、少ない冷
却水量で効率的なトーチの冷却が可能となり、そ
の工業的な効果は非常に大きい。
第１図ａは本発明の構成を断面で示したもの。
第１図ｂは第１図のＡ−A′断面図。第２図は第
２の発明の構成図。第３図は第２の発明の作用を
説明する図。 １……陰極、２……陰極ホルダー、３……陰極
冷却チユーブ、４……噴出口、５……冷却水入
口、６……水蒸気出口、７……陽極ノズル、８…
…陽極冷却管、９……噴出口、１０……小空間、
１１……後部キヤツプ、１２……インシユレータ
ー、１３，１４，１７，１８，２０……Ｏリン
グ、１５……フランジ、１６……冷却水入口、１
９……前部キヤツプ、２１……アークプラズマ
炎、２２……ポンプ、２３……冷却水、２３′…
…水流、２４……減圧ノズル、２５……圧縮空気
導入管、２６……吸入管、２７……水蒸気出口、
２８……水蒸気、２９……吐出口、３０……コン
プレツサー、３１……圧縮空気、３２……電源、
３３……導線、３４……プラズマガス入口、３５
−１……温度センサー、３５−２……温度センサ
ー、３６−１……制御装置、３６−２……制御装
置。
第１図ｂは第１図のＡ−A′断面図。第２図は第
２の発明の構成図。第３図は第２の発明の作用を
説明する図。 １……陰極、２……陰極ホルダー、３……陰極
冷却チユーブ、４……噴出口、５……冷却水入
口、６……水蒸気出口、７……陽極ノズル、８…
…陽極冷却管、９……噴出口、１０……小空間、
１１……後部キヤツプ、１２……インシユレータ
ー、１３，１４，１７，１８，２０……Ｏリン
グ、１５……フランジ、１６……冷却水入口、１
９……前部キヤツプ、２１……アークプラズマ
炎、２２……ポンプ、２３……冷却水、２３′…
…水流、２４……減圧ノズル、２５……圧縮空気
導入管、２６……吸入管、２７……水蒸気出口、
２８……水蒸気、２９……吐出口、３０……コン
プレツサー、３１……圧縮空気、３２……電源、
３３……導線、３４……プラズマガス入口、３５
−１……温度センサー、３５−２……温度センサ
ー、３６−１……制御装置、３６−２……制御装
置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 溶射あるいは溶接に使用されるプラズマトー
チの陰極あるいは陽極部位を冷却する方法におい
て、該冷却部位の放熱面を囲繞する小空間を常時
大気圧下に減圧し、該小空間内の放熱面に向い無
数の沸点に達していない水流を遷移流以上の速度
で放出し、該水流が該放熱面に衝突して蒸発する
際に奪う主に気化熱によつて冷却することを特徴
とするプラズマトーチの冷却方法。 ２ 小空間より排出される水の温度を検出し温度
によつて水の流量を調節する特許請求の範囲第１
項記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2659585A JPS61187959A (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | プラズマト−チの冷却方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2659585A JPS61187959A (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | プラズマト−チの冷却方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61187959A JPS61187959A (ja) | 1986-08-21 |
| JPH035221B2 true JPH035221B2 (ja) | 1991-01-25 |
Family
ID=12197881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2659585A Granted JPS61187959A (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | プラズマト−チの冷却方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61187959A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5247152A (en) * | 1991-02-25 | 1993-09-21 | Blankenship George D | Plasma torch with improved cooling |
| FI20031331A (fi) * | 2003-09-17 | 2005-03-18 | Tomion Oy | Jäähdytetty plasmapoltin ja menetelmä polttimen jäähdyttämiseksi |
| WO2007080372A1 (en) * | 2006-01-11 | 2007-07-19 | Bae Systems Plc | Improvements relating to coolant delivery |
| FR2943209B1 (fr) * | 2009-03-12 | 2013-03-08 | Saint Gobain Ct Recherches | Torche a plasma avec injecteur lateral |
-
1985
- 1985-02-15 JP JP2659585A patent/JPS61187959A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61187959A (ja) | 1986-08-21 |
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