JPH05135898A - アークヒータ - Google Patents
アークヒータInfo
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- JPH05135898A JPH05135898A JP3292932A JP29293291A JPH05135898A JP H05135898 A JPH05135898 A JP H05135898A JP 3292932 A JP3292932 A JP 3292932A JP 29293291 A JP29293291 A JP 29293291A JP H05135898 A JPH05135898 A JP H05135898A
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- electrode
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アーク電流に対し電圧を大きくし、熱効率の
向上及び電極損傷の抑止を可能とする。 【構成】 従来型アノード電極を、互いに仕切板７によ
り絶縁された２つの環状部材４，６に分割し、これら環
状部材４，６の一端側には棒状のカソード電極を同軸的
に設けている。そして、カソード電極９とこれに対し遠
方の環状部材４との間に直流電源１２より直流電圧を印
加してアークを発生させ、このアークによりアーク室８
内に供給された作動ガスをプラズマ状態にして室２に排
出する。
向上及び電極損傷の抑止を可能とする。 【構成】 従来型アノード電極を、互いに仕切板７によ
り絶縁された２つの環状部材４，６に分割し、これら環
状部材４，６の一端側には棒状のカソード電極を同軸的
に設けている。そして、カソード電極９とこれに対し遠
方の環状部材４との間に直流電源１２より直流電圧を印
加してアークを発生させ、このアークによりアーク室８
内に供給された作動ガスをプラズマ状態にして室２に排
出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを用いた加熱
装置であるアークヒータに関する。
装置であるアークヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】アークヒータは、一般にプラズマ化学反
応用熱源としての直流アークジェットを作り出す装置で
ある。
応用熱源としての直流アークジェットを作り出す装置で
ある。
【０００３】図４は、従来のアークヒータの構成を示す
もので、噴射ノズル兼用の環状のアノード電極ａの一端
側に棒状のカソード電極ｃを同軸的に設け、これら電極
ａ，ｃ間に直流電圧を印加して、カソード電極ｃ先端と
アノード電極ａ内面間にアークｄを発生させ、このアー
クｄを用いてそこを通過する作動ガスｅをプラズマ状態
とし、同時にアークｄとそれ自身が作る磁場の相互作用
(ローレンツ力) によりプラズマ流を加速して外部に噴
射させている。
もので、噴射ノズル兼用の環状のアノード電極ａの一端
側に棒状のカソード電極ｃを同軸的に設け、これら電極
ａ，ｃ間に直流電圧を印加して、カソード電極ｃ先端と
アノード電極ａ内面間にアークｄを発生させ、このアー
クｄを用いてそこを通過する作動ガスｅをプラズマ状態
とし、同時にアークｄとそれ自身が作る磁場の相互作用
(ローレンツ力) によりプラズマ流を加速して外部に噴
射させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したア
ークヒータにおいて熱効率を高め、しかも電極の損傷を
抑えるためには、同じ投入電力に対して電流よりも電圧
を上げる方が有利である。しかしながら、従来のアーク
ヒータにおいては、なんらアノード電極ａ上のアーク付
着点ｆを制御しておらず、その付着点ｆがカソードｃ側
に集中しやすいため、放電路を長くとることができず、
電圧を上げるのは実質的に困難であった。なお、電圧を
上げるために電極ａ，ｃ間の距離を大きくすることも考
えられるが、この場合、アークｄが広がって安定せず、
逆に効率低下を招くことになる。
ークヒータにおいて熱効率を高め、しかも電極の損傷を
抑えるためには、同じ投入電力に対して電流よりも電圧
を上げる方が有利である。しかしながら、従来のアーク
ヒータにおいては、なんらアノード電極ａ上のアーク付
着点ｆを制御しておらず、その付着点ｆがカソードｃ側
に集中しやすいため、放電路を長くとることができず、
電圧を上げるのは実質的に困難であった。なお、電圧を
上げるために電極ａ，ｃ間の距離を大きくすることも考
えられるが、この場合、アークｄが広がって安定せず、
逆に効率低下を招くことになる。
【０００５】そこで本発明の目的は、電流に対して電圧
を大きくでき、熱効率の向上及び電極損傷の抑止を図る
ことができるアークヒータを提供することにある。
を大きくでき、熱効率の向上及び電極損傷の抑止を図る
ことができるアークヒータを提供することにある。
【０００６】
【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、環状のアノード電極の一端側に棒状のカソ
ード電極を同軸的に設け、これらカソード電極先端とア
ノード電極内面間にアークを発生させ、このアークによ
り作動ガスをプラズマ状態にして排出するアークヒータ
において、上記アノード電極を、互いに絶縁され、カソ
ード電極に対し遠方と近方の２つの環状部材に分割し、
上記カソード電極とこれに対し遠方の環状部材との間に
直流電圧を印加してアークを発生させたものである。こ
こで、カソード電極とこれに対し近方の環状部材との間
には、アーク発生時にトリガー電圧を印加することが望
ましい。
に本発明は、環状のアノード電極の一端側に棒状のカソ
ード電極を同軸的に設け、これらカソード電極先端とア
ノード電極内面間にアークを発生させ、このアークによ
り作動ガスをプラズマ状態にして排出するアークヒータ
において、上記アノード電極を、互いに絶縁され、カソ
ード電極に対し遠方と近方の２つの環状部材に分割し、
上記カソード電極とこれに対し遠方の環状部材との間に
直流電圧を印加してアークを発生させたものである。こ
こで、カソード電極とこれに対し近方の環状部材との間
には、アーク発生時にトリガー電圧を印加することが望
ましい。
【０００７】
【作用】アノード電極を２つの環状部材に分割し、カソ
ード電極とこれに対し遠方の環状部材との間にアークを
発生させることで、カソード電極に対しアノード電極上
のアーク付着点を強制的に遠ざけて、放電路を長くする
ことができる。しかも、このアークは、近方の環状部材
内を通過することにより周囲から冷却されるため、いわ
ゆる熱ピンチ効果により集束されて安定化する。
ード電極とこれに対し遠方の環状部材との間にアークを
発生させることで、カソード電極に対しアノード電極上
のアーク付着点を強制的に遠ざけて、放電路を長くする
ことができる。しかも、このアークは、近方の環状部材
内を通過することにより周囲から冷却されるため、いわ
ゆる熱ピンチ効果により集束されて安定化する。
【０００８】また、カソード電極とこれに対し近方の環
状部材との間にアーク発生時にトリガー電圧を印加すれ
ば、上述のように放電路を長くしても、アークの着火性
が劣化することはない。
状部材との間にアーク発生時にトリガー電圧を印加すれ
ば、上述のように放電路を長くしても、アークの着火性
が劣化することはない。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
説明する。
【００１０】図１において、１はＳＵＳ製のフランジ
で、プラズマ流が噴出される室２に臨んで配設されてい
る。３はＦＲＰ製の構体で、フランジ１の上記室２と反
対側面に取付けられている。フランジ１には、その中央
開口に噴射ノズル兼アノード電極として機能する銅製の
第１環状部材４が嵌着されている。一方、構体３には、
そのフランジ１側に絶縁材製のカソードカバー５と銅製
の第２環状部材６が取付けられており、この第２環状部
材６が第１環状部材４と並置されている。第１環状部材
４と第２環状部材６との間には、例えば窒化ボロン (Ｂ
Ｎ) などの絶縁材からなる環状の仕切板７が介設されて
おり、いわば従来のアノード電極を仕切板７により２つ
の環状部材４，６に分割した構造となっている。
で、プラズマ流が噴出される室２に臨んで配設されてい
る。３はＦＲＰ製の構体で、フランジ１の上記室２と反
対側面に取付けられている。フランジ１には、その中央
開口に噴射ノズル兼アノード電極として機能する銅製の
第１環状部材４が嵌着されている。一方、構体３には、
そのフランジ１側に絶縁材製のカソードカバー５と銅製
の第２環状部材６が取付けられており、この第２環状部
材６が第１環状部材４と並置されている。第１環状部材
４と第２環状部材６との間には、例えば窒化ボロン (Ｂ
Ｎ) などの絶縁材からなる環状の仕切板７が介設されて
おり、いわば従来のアノード電極を仕切板７により２つ
の環状部材４，６に分割した構造となっている。
【００１１】上記カソードカバー５、環状部材４，６及
び仕切板７の内面は、互いに連通されてアーク室８を区
画形成しており、このアーク室８内にタングステン製の
カソード電極９が配設されている。カソード電極９は、
従来同様に棒状とされ、カソードホルダ１０の先端に保
持されている。そして、このホルダ１０を構体３の貫通
孔３ａに図の左側から嵌入することで、上記カバー５の
内面側に間隔をおいて且つ環状部材４，６と同軸的に配
設されている。
び仕切板７の内面は、互いに連通されてアーク室８を区
画形成しており、このアーク室８内にタングステン製の
カソード電極９が配設されている。カソード電極９は、
従来同様に棒状とされ、カソードホルダ１０の先端に保
持されている。そして、このホルダ１０を構体３の貫通
孔３ａに図の左側から嵌入することで、上記カバー５の
内面側に間隔をおいて且つ環状部材４，６と同軸的に配
設されている。
【００１２】さて、上述したように分割型のアノード電
極構造を採用したのは、カソード電極９に対し遠方の第
１環状部材４をアノード電極として、近方の第２環状部
材６をアーク発生時のトリガー電極としてそれぞれ使用
するためである。そのため、カソード電極９と第１環状
部材４との間にはスイッチ１１を介して直流電源１２が
接続され、また、カソード電極９と第２環状部材６との
間にはスイッチ１３を介してトリガー電源１４が接続さ
れている。両環状部材４，６には、それぞれ冷却水を流
して冷却するための環状流路１５，１６が形成されてい
る。これら環状流路１５，１６は、フランジ１及び構体
３にそれぞれ形成した直線流路１７，１８と連通してお
り、この直線流路１７，１８を通じて供給された冷却水
により個別に冷却される。なお、１９はカソード電極９
を冷却するための冷却水流路、２０はアーク室８に作動
ガスを注入するためのガス流路である。
極構造を採用したのは、カソード電極９に対し遠方の第
１環状部材４をアノード電極として、近方の第２環状部
材６をアーク発生時のトリガー電極としてそれぞれ使用
するためである。そのため、カソード電極９と第１環状
部材４との間にはスイッチ１１を介して直流電源１２が
接続され、また、カソード電極９と第２環状部材６との
間にはスイッチ１３を介してトリガー電源１４が接続さ
れている。両環状部材４，６には、それぞれ冷却水を流
して冷却するための環状流路１５，１６が形成されてい
る。これら環状流路１５，１６は、フランジ１及び構体
３にそれぞれ形成した直線流路１７，１８と連通してお
り、この直線流路１７，１８を通じて供給された冷却水
により個別に冷却される。なお、１９はカソード電極９
を冷却するための冷却水流路、２０はアーク室８に作動
ガスを注入するためのガス流路である。
【００１３】次に、上記構成におけるアーク発生動作に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００１４】アーク発生に先立ち、まずスイッチ１１を
オンにし、カソード電極９と第１環状部材４との間に電
源１２より直流電圧を印加しておく (図３(b))。この状
態で、スイッチ１３をオンにすると、カソード電極９と
第２環状部材６との間には電源１４よりトリガー電圧が
印加される (図３(a))。これにより、電極９と第２環状
部材６間には、図２に二点鎖線で示すように、一瞬アー
クｄが発生する。このとき第１環状部材４には既に直流
電圧が印加してあるため、上記トリガー電圧が切れると
同時に、アークｄの付着点が第２環状部材６から第１環
状部材４上に移行し、以降、第１環状部材４とカソード
電極９間でアークｄが発生する (図３(d))。つまり、定
常時には、図２に実線で示すように、カソード電極９先
端からのアークｄは、第２環状部材６内を通過し、第１
環状部材４内に達すると、その内面に対して放射状に分
岐して終端する。
オンにし、カソード電極９と第１環状部材４との間に電
源１２より直流電圧を印加しておく (図３(b))。この状
態で、スイッチ１３をオンにすると、カソード電極９と
第２環状部材６との間には電源１４よりトリガー電圧が
印加される (図３(a))。これにより、電極９と第２環状
部材６間には、図２に二点鎖線で示すように、一瞬アー
クｄが発生する。このとき第１環状部材４には既に直流
電圧が印加してあるため、上記トリガー電圧が切れると
同時に、アークｄの付着点が第２環状部材６から第１環
状部材４上に移行し、以降、第１環状部材４とカソード
電極９間でアークｄが発生する (図３(d))。つまり、定
常時には、図２に実線で示すように、カソード電極９先
端からのアークｄは、第２環状部材６内を通過し、第１
環状部材４内に達すると、その内面に対して放射状に分
岐して終端する。
【００１５】このように、本実施例によれば、カソード
電極８先端と第１環状部材４内面間にアークが発生し、
従来よりも放電路が長くなるので、これに伴い電流に対
し電圧を相対的に大きくでき、熱効率の飛躍的な向上が
図れる。通常、熱効率は電極降下電圧と呼ばれる損失に
より制限され、この損失は電圧よりも電流に起因して増
加するという性質をもつ。このため、電流を抑制して電
圧を上げることで熱効率は高められる。しかも、電流に
対し電圧を上げると、カソード電極９や第１環状部材４
の損傷も低減できる。
電極８先端と第１環状部材４内面間にアークが発生し、
従来よりも放電路が長くなるので、これに伴い電流に対
し電圧を相対的に大きくでき、熱効率の飛躍的な向上が
図れる。通常、熱効率は電極降下電圧と呼ばれる損失に
より制限され、この損失は電圧よりも電流に起因して増
加するという性質をもつ。このため、電流を抑制して電
圧を上げることで熱効率は高められる。しかも、電流に
対し電圧を上げると、カソード電極９や第１環状部材４
の損傷も低減できる。
【００１６】また、アークｄは第２環状部材６によって
周囲から冷却されるので、いわゆる熱ピンチ効果により
絞られ極細となる。従って、この点からも、熱効率を高
め、高温のプラズマ流を得ることができる。
周囲から冷却されるので、いわゆる熱ピンチ効果により
絞られ極細となる。従って、この点からも、熱効率を高
め、高温のプラズマ流を得ることができる。
【００１７】また、第２環状部材６をアーク発生時のト
リガーとして使用したので、放電スタート時の着火性を
劣化させることなく、容易にアークを発生させることが
できる。
リガーとして使用したので、放電スタート時の着火性を
劣化させることなく、容易にアークを発生させることが
できる。
【００１８】なお、上記実施例では、従来型アノード電
極を２つの環状部材４，６に分割した構造を採用した
が、これに限定されることなく、更に多くの環状部材に
分割してもよい。また、第２環状部材６をアーク発生時
のトリガー電極として使用したが、単にフローティング
電極としてもよい。但し、トリガーに用いればアークの
着火性を向上できる。
極を２つの環状部材４，６に分割した構造を採用した
が、これに限定されることなく、更に多くの環状部材に
分割してもよい。また、第２環状部材６をアーク発生時
のトリガー電極として使用したが、単にフローティング
電極としてもよい。但し、トリガーに用いればアークの
着火性を向上できる。
【００１９】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次の如く
優れた効果を発揮する。
優れた効果を発揮する。
【００２０】請求項１では、アノード電極を互いに絶縁
した２つの環状部材に分割し、カソード電極先端とこれ
に対し遠方の環状部材内面との間にアークを発生させた
ので、電流に対し電圧を相対的に大きくでき、熱効率の
向上及び電極損傷の抑制を図ることができる。
した２つの環状部材に分割し、カソード電極先端とこれ
に対し遠方の環状部材内面との間にアークを発生させた
ので、電流に対し電圧を相対的に大きくでき、熱効率の
向上及び電極損傷の抑制を図ることができる。
【００２１】請求項２では、カソード電極に対し近方の
環状部材をアーク発生時のトリガーとして使用したの
で、アークの着火性を良好に保つことができる。
環状部材をアーク発生時のトリガーとして使用したの
で、アークの着火性を良好に保つことができる。
【図１】本発明のアークヒータの一実施例を示す概略断
面図である。
面図である。
【図２】アークヒータの要部拡大断面図である。
【図３】直流電源及びトリガー電源による動作波形を示
す図である。
す図である。
【図４】従来のアークヒータの概略図である。
１ フランジ ３ 構体 ４ 第１環状部材 ６ 第２環状部材 ７ 仕切板 ９ カソード電極 １２ 直流電源 １４ トリガー電源
Claims (2)
- 【請求項１】 環状のアノード電極の一端側に棒状のカ
ソード電極を同軸的に設け、これらカソード電極先端と
アノード電極内面間にアークを発生させ、このアークに
より作動ガスをプラズマ状態にして排出するアークヒー
タにおいて、上記アノード電極を、互いに絶縁され、カ
ソード電極に対し遠方と近方の２つの環状部材に分割
し、上記カソード電極とこれに対し遠方の環状部材との
間に直流電圧を印加してアークを発生させたことを特徴
とするアークヒータ。 - 【請求項２】 上記カソード電極とこれに対し近方の環
状部材との間には、上記アークの発生時にトリガー電圧
を印加するようにしたことを特徴とする請求項１記載の
アークヒータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03292932A JP3102097B2 (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | アークヒータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03292932A JP3102097B2 (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | アークヒータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05135898A true JPH05135898A (ja) | 1993-06-01 |
| JP3102097B2 JP3102097B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=17788278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03292932A Expired - Fee Related JP3102097B2 (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | アークヒータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3102097B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100784413B1 (ko) * | 2006-09-28 | 2007-12-11 | 주식회사 케이피씨 | 플라즈마 아크 토치 및 그 플라즈마 아크 토치를 이용한스크러버 |
| WO2018091762A1 (en) * | 2016-11-15 | 2018-05-24 | Outotec (Finland) Oy | Method for controlling the electric arc in an electric arc furnace and electric arc furnace |
-
1991
- 1991-11-08 JP JP03292932A patent/JP3102097B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100784413B1 (ko) * | 2006-09-28 | 2007-12-11 | 주식회사 케이피씨 | 플라즈마 아크 토치 및 그 플라즈마 아크 토치를 이용한스크러버 |
| WO2018091762A1 (en) * | 2016-11-15 | 2018-05-24 | Outotec (Finland) Oy | Method for controlling the electric arc in an electric arc furnace and electric arc furnace |
| CN109964538A (zh) * | 2016-11-15 | 2019-07-02 | 奥图泰(芬兰)公司 | 用于控制电弧炉中的电弧的方法和电弧炉 |
| EA037755B1 (ru) * | 2016-11-15 | 2021-05-18 | Метсо Ототек Финланд Ой | Способ управления электрической дугой в электродуговой печи и электродуговая печь |
| CN109964538B (zh) * | 2016-11-15 | 2021-12-24 | 奥图泰(芬兰)公司 | 用于控制电弧炉中的电弧的方法和电弧炉 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3102097B2 (ja) | 2000-10-23 |
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Legal Events
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