JPH04355100A - High enthalpy plasma torch - Google Patents

High enthalpy plasma torch

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JPH04355100A
JPH04355100A JP3310750A JP31075091A JPH04355100A JP H04355100 A JPH04355100 A JP H04355100A JP 3310750 A JP3310750 A JP 3310750A JP 31075091 A JP31075091 A JP 31075091A JP H04355100 A JPH04355100 A JP H04355100A
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plasma
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ピーター ジー.ツアントリゾス
Raynald Lachance
レイナルド ラチャンス
Bruce Henshaw
ブルース ヘンショウ
Lakis T Mavropoulos
ラキス ティー.マブロポウロス
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Abstract

PURPOSE: To heighten enthalpy by fitting torch housings at spaces on the same axis, and providing a vortex generator for introducing a tangent flow of gas through a gap between a rear tubular electrode and a front tubular electrode, and a cooling system for cooling the electrodes. CONSTITUTION: A rear electrode 10 and a front electrode 12 are coaxially installed in the stainless housing. The electrode 10 is screwed in one end of a metal holder 22, the holder 22 also serves as a flid conduit for a torch cooling system and is provided with a hole 24 communicated with the radial opening 26 for passing a cooling fluid, and a water guide device 28 forms an annular passage 30 for cooling the electrode 10. The electrode 12 is fitted to a tubular electrode holder 34 between the rear part 14 of the housing and the front part 16 thereof. A vortex generating ring 62 is provided with a hole 64 in the tangential direction for creating two gas vortexes in the opposite directions to separate the arc adhering point from the ring 62. Thus, the electrode eroding rate is low, and the voltage is high to enable stable operation.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】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。
TECHNICAL FIELD This invention relates to high enthalpy plasma torches.

【0002】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。
BACKGROUND OF THE INVENTION Plasma can be generated using three basic plasma generation devices: high frequency or induction torches, transfer arcs,
and various modifications of DC torches. This high-frequency torch uses no electrodes, and energy is transferred to the plasma by induction from a high-frequency electromagnetic source. but,
Transfer arcs and DC torches both use electrodes to pass current through a gas, thereby creating a plasma. The shape, size, and composition of these electrodes are important in determining the operation and application of the torch. Since this innovation primarily concerns new electrode structures for DC torches, a more elaborate discussion of conventional electrode technology is warranted.

【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。
Two types of DC torches are commonly used. The first type uses a conical thorium tungsten rod as the cathode and a copper tube as the anode. Gas is introduced tangentially after the cathode, creating a vortex past the cathode and through the anode located at the front of the torch. The arc attaches to one end of the cathode tip and rotates along the inner surface of the anode at the other end. The length of the arc can be controlled using the momentum of the plasma gas vortex, the composition of the plasma gas, the diameter of the anode, and the arc current. Since the cathode attachment point is fixed, the anode attachment point determines the length of this arc. These torches, also known as FCC or fluid convection cathode torches, are most commonly used for low power applications such as plasma injection, cutting, and laboratory research. Typical operating characteristics at atmospheric pressure and with nitrogen plasma gas are as follows. That is, plasma gas flow rate = 50-
100 liters/min, arc current = 200-600 amperes, arc voltage = 70-110 volts, and plasma gas enthalpy = 1-3 kJ/kg. The fixed point of attachment of the cathode prevents this torch from operating at very high currents, and the use of thoriated tungsten reduces the composition of the available plasma gas to some inert, reducing gas (e.g. Ar, Ar/H2 mixture, N2, He
). Neither oxygen nor halides can be used as plasma gases. FCC torches are currently commercially available from a wide variety of companies.

【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。
A second type of DC torch uses two coaxial tubes as electrodes. Plasma gas is introduced tangentially between these two electrodes by a vortex generating ring, generating two vortices in opposite directions. Each vortex pushes the arc attachment point away from this vortex generating ring. This arc then extends and the tubular torch provides a significantly higher voltage than the FCC torch. Tubular torches can use electrodes of many different compositions, but copper is the most common. Thorium tungsten is not used because it cannot be made into the large tube sizes needed. One exception is the small (6 mm inner diameter, 16 mm outer diameter) tubular thorium tungsten cathode used by Nippon Steel Corporation. However, the electrode was used in a transfer arc system where the plasma was generated between the lip of the tube and the anode located outside the torch.

【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/kg
。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。
Tubular torches are mostly used for melting and as heaters for high temperature reactors. Unfortunately, they require extremely high gas flow rates to stabilize the arc and prevent electrode destruction. Typical operating characteristics for a 1 megawatt tubular torch at atmospheric pressure and using nitrogen plasma gas are as follows. That is, plasma gas flow rate = 3000-
10000 liters/min, arc current = 500-800
Amps, arc voltage = 700-2000 volts, and plasma gas enthalpy = 0.5-1.5 kJ/kg
. Companies such as Plasma Energy and Aerospeciale sell tubular torches. Their most effective role is as an air heater. However, they run into serious electrode erosion problems when arc currents exceed 800 amps. Conventional tubular torches cannot be used when low plasma gas flow rates are required, such as in plasma spraying and reactors using inert plasma gases. Furthermore, the enormous gas flow rates required make them uneconomical in many applications. Finally, they cannot use halide plasma gases because the halide would destroy conventional electrodes and condense in the gas supply tubes.

【0006】[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。
OBJECTS OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a torch with higher enthalpy, very low electrode erosion rate, extremely stable operation, high voltage, low plasma gas flow rate, and metal halide plasma. An object of the present invention is to provide a direct current plasma torch that can be operated with gas.

【0007】[0007]

【発明の構成】本発明によるプラズマトーチは、トーチ
ハウジング、このハウジング内に互いに隙間を置いて同
軸に取付けられ、共に銅で作られ、耐火性材料の管状イ
ンサートを有する後管状電極及び前管状電極、これら二
つの電極の隙間を通してこれらの管状電極の中に反対方
向のガス接線流を導入するための渦発生器、並びにこれ
らの管状電極を冷却するための冷却システムを含む。
A plasma torch according to the invention comprises a torch housing, a rear tubular electrode and a front tubular electrode, both made of copper and having a tubular insert of refractory material, coaxially mounted spaced apart from each other within this housing. , a vortex generator for introducing gas tangential flows in opposite directions into these tubular electrodes through the gap between the two electrodes, and a cooling system for cooling these tubular electrodes.

【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。
A plasma gas supply system is mounted within the housing and includes an insulated tube to prevent plasma gas from condensing on the cooled electrodes.

【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。
The pre-electrode includes a cup-shaped outlet section including an expanding section followed by a contracting section, both of which provide a back pressure of the plasma gas to improve the rotation of the arc inside the electrode of the torch. This minimizes erosion of the electrode and prevents material from the surrounding atmosphere from entering the electrode area.

【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。
[0010] The refractory electrode material may be a tantalum carbide composite material comprising tantalum carbide infiltrated with thorium tungsten or aluminum or copper. Other refractory electrode materials can be used.

【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。
The cooling system includes a water guide surrounding the rear electrode, a brass cooling jacket surrounding the front electrode, and a cooling fluid circulating in continuous relationship around the rear electrode and then around the front electrode. an annular passageway between the water guiding device and the rear electrode and between the cooling jacket and the front electrode for the purpose of cooling.

【0012】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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention will now be described, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. Referring to the drawings, the rear section 14 and the front section 16
A plasma torch is shown that generally includes a rear electrode (anode) 10 and a front electrode (cathode) 12 coaxially mounted within a stainless steel housing made by assembling the two by bolts 18.

【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、このためにこの保持器の後端には、
例えば水のような冷却流体を通すために半径方向開口2
6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、この電極保持器にねじ込まれ且つ後電極を
囲んでこの後電極を冷却するための流体冷却システムの
一部である環状水通路30を形成する。
The rear electrode includes a copper tubular metal member 20 screwed into one end of a metal electrode holder 22 . The metal electrode holder 22 also provides a fluid conduit for the torch cooling system, and for this purpose the rear end of the holder includes:
Radial opening 2 for passing cooling fluid, e.g. water
6. A water guiding device 28 in the form of a thin-walled metal tube is screwed into this electrode holder and forms an annular water passage 30 that surrounds and is part of a fluid cooling system for cooling the rear electrode. .

【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
た黄銅環状部材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。
The front electrode 12 is mounted within a brass annular member 32 which is itself screwed into a stainless steel tubular electrode holder 34 with a flange 36 clamped between the rear 14 and front 16 of the housing. ing. The pre-electrode holder is electrically isolated from the housing by an insulating annular member 38 made of high temperature chemical resistant plastic material.

【0015】この前電極と後電極は、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部14に固
定されている。狭い環状水通路43が、後に説明する目
的のためにこの案内装置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水通路43に
通じる。この黄銅環状部材32も狭い環状水通路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をこの環状水通路4
8に通じさせるために、この黄銅部材32の後端に設け
られている。複数の半径方向の孔52も、この水通路4
8の前端を陽極保持器34とハウジング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。
The front and rear electrodes are connected by an annular insulating member 40 made of high temperature chemical resistant plastic material and extending rearwardly between the housing portion 14 and the water guide device 28.
isolated from each other. The upper part of this insulating member 40 is
It has an extension 41 made of electrically insulating plastic material, which is fixed to this housing part 14 by a threaded insulating member 42 also made of electrically insulating plastic material. A narrow annular water passage 43 is provided in this annular insulating member 40 after this guide device for purposes to be explained later. A plurality of holes 44 leading to channels 46
opens into an annular water passage 43 spaced around the annular member 40 and forming part of the fluid cooling system. This brass annular member 32 also includes a narrow annular water passage 48, which is part of the cathode cooling system. A plurality of radial holes 50 connect the channel 46 to this annular water passageway 4.
8 is provided at the rear end of the brass member 32. A plurality of radial holes 52 also extend through this water passageway 4.
8 is provided to communicate the front end of the anode holder 34 to an annular passage 54 created between the anode holder 34 and the housing 16 to direct cooling water to an outlet 56.

【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2,025,619
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。
According to the main feature of the invention, these copper electrodes 10 and 12 are provided with inserts 58 and 59, respectively, attached by high temperature soldering. This allows a wider range of electrode materials to be used. In fact, this torch is made of thorium tungsten or 19909
Canadian Patent Application No. 2,025,619 filed on May 18th
operating with all suitable refractory electrode materials, including both tantalum carbide infiltrated with aluminum or copper as described in No. 1, and composite materials suitable for use with metal halide plasma gases. be able to. The rear end of the refractory insert 58 is insulated from the electrode holder 22 by a ceramic electrical insulator 60. Similarly, the rear end of the refractory insert 59 is separated from this plastic insulation material by a ceramic electrical insulation ring 61.

【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。
A conventional vortex generating ring 62 is then mounted between the rear and front electrodes. This vortex generating ring is
A tangential hole 64 is provided in the center of the annular anode and cathode to create two gas vortices (A) and (B) pointing in opposite directions. Each vortex pushes the arc attachment point away from this vortex generating ring 62. This arc then extends and such tubular torches provide significantly higher voltages than FCC torches.

【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
縁リング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62の
接線孔の中へ供給される。
According to another feature of the invention, gas is routed to the vortex ring through an insulated tube 66, such as quartz, which prevents the plasma gas from condensing on the torch body. The plasma gas is fed from the inlet 68 through the opening 70 of the insulating ring 38, through the tube 66, and into the tangential hole of the vortex generating ring 62 through an annular passage 72 around the vortex generating ring.

【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。
At the front end of the front electrode (cathode) there is an expansion section 73 followed by a contraction section 74 near the outlet. This design creates a backpressure of the plasma gas, which considerably improves the rotation of the arc inside the electrode of this torch, thereby minimizing electrode erosion. It provides an area for the arc to stably attach, thereby minimizing power fluctuations. It also confines the arc jet within the expansion, thereby providing a long-tailed, symmetrical flame that is ideally suited for cutting, welding, and spray forming operations. lastly,
It prevents material from the surrounding environment from entering the electrode area and destroying the electrode.

【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
と連続した熱交換関係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30に流
入してこの後電極(陽極)を冷却する。この水は、次に
、この水案内装置の後に流れ戻り、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4
4は、これら電極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)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空間54を通って水出口56
へ戻る。
[0020] The plasma torch cooling system is such that a cooling liquid, such as water, is then applied to the rear electrode 10 and the front electrode 12.
and allows for continuous heat exchange. The cooling water enters the torch through holes 24 in electrode holder 22. This water then flows through the radial holes 26 into an annular passage 30 between the outer surface of the rear electrode and the water guiding device 28 to cool the latter electrode (anode). This water then flows back behind the water guide, enters the hole 44 in the annular insulating member 40 and flows through the channel 46 . These holes 4
It should be noted that 4 is towards the rear of this annular insulating member 40 to avoid the possibility of these electrodes shorting through the cooling water. The cooling water then passes through the holes 50 in the brass cooling jacket 32 and the annular passage 48 around the front electrode 12 to cool the front electrode (anode). This water then passes through the holes 52 in the front end of the cooling jacket and the annular space 54 after the cooling jacket to the water outlet 56.
Return to

【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。
Although the invention has been described by way of example with reference to preferred embodiments, it is understood that the invention is not limited to such embodiments, but that other alternatives are intended to be included within the scope of the appended claims. should be understood.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明によるプラズマトーチの断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a plasma torch according to the invention.

【図2】図1の線2−2による断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 in FIG. 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 10 Back electrode 12 Front electrode 14 Housing rear 16 Front part of housing 28 Water guide device 30 Circular passage 32 Cooling jacket 48 Annular passage 58 insert 59 insert 62 Vortex generator 66 Insulated pipe 73 Expansion part 74 Shrinkage part

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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)、b)  該ハウジング
内に互いに隙間を置いて同軸に取付けられ、共に銅で作
られ、耐火性材料の管状インサート(58,59)を有
する後管状電極(10)及び前管状電極(12)、c)
  これら二つの電極の間の隙間を通して該管状電極の
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)、並びにd)  これらの管状電極を冷却する
ための冷却システムを含むプラズマトーチ。
1. A plasma torch comprising: a) a torch housing (14, 16); b) a tubular insert of refractory material ( 58, 59) with a rear tubular electrode (10) and an anterior tubular electrode (12), c)
a vortex generator (62) for introducing a tangential flow of gas in opposite directions into the tubular electrodes through the gap between these two electrodes; and d) a cooling system for cooling these tubular electrodes. plasma torch.
【請求項2】  請求項1記載のプラズマトーチであっ
て、更に、該ハウジング(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(66)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。
2. A plasma torch according to claim 1, further comprising: a plasma torch mounted within the housing (14, 16), and wherein the plasma gas is connected to the cooled electrodes (10, 16);
12) A plasma torch including a plasma gas supply system including an insulated tube (66) to prevent condensation on it.
【請求項3】  請求項1記載のプラズマトーチに於い
て、前電極(12)が、膨張部(73)とそれに続く収
縮部(74)を含むカップ形出口部を含むプラズマトー
チ。
3. Plasma torch according to claim 1, wherein the front electrode (12) comprises a cup-shaped outlet section comprising an expanding section (73) followed by a contracting section (74).
【請求項4】  請求項1、請求項2又は請求項3のい
ずれか一つに記載のプラズマトーチに於いて、該耐火性
電極材料がトリウムタングステンであるプラズマトーチ
4. A plasma torch according to claim 1, wherein the refractory electrode material is thorium tungsten.
【請求項5】  請求項1、請求項2又は請求項3のい
ずれか一つに記載のプラズマトーチに於いて、該耐火性
電極材料がアルミ又は銅を浸透したタンタルカーバイド
を含むタンタンルカーバイド複合材料であるプラズマト
ーチ。
5. The plasma torch according to claim 1, wherein the refractory electrode material is a tantalum carbide composite comprising tantalum carbide impregnated with aluminum or copper. The material is a plasma torch.
【請求項6】  請求項1、請求項2又は請求項3のい
ずれか一つに記載のプラズマトーチに於いて、該冷却シ
ステムが、該後電極(10)を囲む水案内装置(28)
、該前電極(12)を囲む黄銅冷却ジャケット(32)
並びに冷却液をこの後電極(10)の周りに次いでこの
前電極の周りに熱交換関係に循環させるための、該水案
内装置(28)と該後電極(10)の間の及び該冷却ジ
ャケット(32)と該前電極(12)の間の環状通路(
30,48)を含むプラズマトーチ。
6. A plasma torch according to claim 1, 2 or 3, wherein the cooling system comprises a water guiding device (28) surrounding the rear electrode (10).
, a brass cooling jacket (32) surrounding the front electrode (12)
and a cooling jacket between the water guiding device (28) and the rear electrode (10) for circulating a cooling liquid in heat exchange relationship around the rear electrode (10) and then around the front electrode. (32) and the annular passageway (
30, 48).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102368888A (en) * 2011-09-28 2012-03-07 南京创能电力科技开发有限公司 Cathode terminal of low temperature plasma generator

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2703557B1 (en) * 1993-03-29 1995-05-05 Soudure Autogene Francaise Plasma torch and method of implementation for gouging parts.
CA2118081C (en) * 1993-10-14 2006-10-03 Jacobus Swanepoel Production of fluorocarbon compounds
FR2798247B1 (en) * 1999-09-03 2001-11-09 Soudure Autogene Francaise PLASMA TORCH WITH LONG LIFE ELECTRODE SYSTEM
US6919015B2 (en) 2002-12-16 2005-07-19 3M Innovative Properties Company Process for manufacturing fluoroolefins
GB201106314D0 (en) * 2011-04-14 2011-06-01 Edwards Ltd Plasma torch
WO2013078549A1 (en) * 2011-12-02 2013-06-06 Pyrogenesis Canada Inc. Plasma heated furnace for iron ore pellet induration
CN109014456B (en) * 2018-06-22 2020-06-12 沙迪克(厦门)有限公司 Electric discharge machining apparatus
CN116582993B (en) * 2023-04-10 2023-12-15 盐城工学院 DC atmospheric pressure plasma generator

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB958375A (en) * 1959-08-24 1964-05-21 Nat Res Dev Improvements in or relating to constricted arc or plasma jet torches
US3139509A (en) * 1962-05-07 1964-06-30 Thermal Dynamics Corp Electric arc torch
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 (en) * 1983-04-13 1983-10-13 Centre Rech Metallurgique IMPROVEMENTS IN ELECTRODES FOR PLASMA OVENS.
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
GB2255856B (en) * 1988-01-07 1993-01-27 Toshiba Kk Apparatus for introducing samples into an inductively coupled,plasma source mass spectrometer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102368888A (en) * 2011-09-28 2012-03-07 南京创能电力科技开发有限公司 Cathode terminal of low temperature plasma generator

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