JPH05505697A - アークトーチ用ガス冷却カソード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 アークトーチ用ガス冷却カソード 発明の技術分野 本発明は直流（ｄ　ｃ）アークトーチ用ガス冷却カソードに関するものである。

直流アークトーチは、ワークピースでアノードを構成するＴＩＧ溶接器などの転 移アーク装置（ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ　ａｒｃ　ｄｅｖｉｃｅｓ）とは異なる 。ＴＩＧ溶接器の場合カソードをシース（ｓｈｅａｔｈ）で包囲しており、当該 シースを通して極めて高い流量の不活性ガス（動作ガス（ｉｒｏｒｋｆｎｇ　ｇ ａｓ）ではない）をポンプで供給して不活性環境を作りだし、カソードとワーク ピースの酸化を防いでいる。

また、直流アークトーチは、ジェットエンジン用に考案。

された断続アーク装置（ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ　ａｒｃ　ｄｅｖｉｃｅｓ） とも異なる。

直流アークトーチの場合、直流（ｄｃ）アークでプラズマを発生させて動作ガス を加熱し、中空アノードから成るノズルを通して外部に排出させている。この装 置は長時間連続した運転を行うものであり、例えば前記プラズマは蒸気発生ボイ ラー内の微粉砕石炭などの燃料の点火に使用することにより発電に利用すること ができる。あるいは、石炭の燃焼の安定化に利用したり、噴射炉などに使用して 処理熱を発生させたりするなど幅広い利用が考えられる。

発明の背景技術 従来の直流アークトーチは水冷であり、カソードとアノードの双方を貫通するよ うに水路が配設されている。融点または沸点になるとカソードが劣化してしまう ため冷却は不可欠である。あるいは、高温になるとカソードからの輻射熱によっ てアークが制御不能となることもある。従来は、アノードとカソードの遮断する 絶縁材内部の流路から両者の間に介在する空間に直接動作ガスを注入していた。

水冷構造の場合、トーチと水管が接続されており、水に導電性があるため水管路 を電気的に絶縁しなくてはならなかった。しかしながら、このような装置の場合 、使用中にホースの一部が外れて高温、高電圧の水が噴出すると制御不能に陥る 危険性を本質的に有している。

発明の開示 本発明は、直流アークトーチ用ガス冷却カソードを提供するものである。前記カ ソード本体にほのチップが接続されている。前記カソード本体内部と前記チップ 近傍には動作ガス用ガス路が貫設されており、前記チップに近接する前記カソー ド本体部分から外部に通じている。前記カソードとアノードとは絶縁材でできた 継ぎ輪によって互いに隔てられ絶縁されている。

アークを維持するうえで必要な動作ガスは全てカソードを通して供給されており 、アノードへ供給されてく過程で前記カソードを冷却する。

前記ガスが前記カソード本体の外部へと流出する流出口から下流側の前記カソー ドチップの周囲に旋回翼を装着するのが好ましい。ガスを渦運動させるとカソー ド部分のアークの安定性が向上し、アノードの根元も回転するためアノードの腐 食が減少する。トーチが運転温度まで加熱すると前記旋回翼が膨張して継ぎ輪が 封止されてしまいその結果カソードとアノードは遮断されるため特に金属製の旋 回翼が好ましい。

本発明の特に好適な実施例においては、前記カソード内のガス路と前記チップは 連設されており、従って前記カソード内を通過する際に動作ガスは前記チップと 接触する。

図面の簡単な説明 添付図面を参照しながら実施例のみを用いて本発明を説明する。図中、 第１図は、本発明の実施例に係るアークトーチを使用した蒸気発生式ボイラーの 外壁部分の断面図である。

第２ａ図は、本発明の実施例に係るアークトーチの正面および部分断面図である 。

第２ｂ図は、第２ａ図のアノード部分の線ｌＩｂ−ｌＩｂにおける断面図である 。

第３ａ図は、第２ａ図のカソード部分の正面図である。

第３ｂ図は、第３ａ図のカソードチップの正面図である。

発明の好適実施例の説明 第１図には典型的な蒸気発生式ボイラーが示されており、外壁１と内壁２で構成 されており、当該内壁に沿って水管３が配設されている。前記壁面のくぼみの部 分には直流アークトーチ４が収容されている。前記外壁１側からは流路５が伸長 しており、アークトーチへ動作ガスを供給している。

使用状態では、アークトーチ４からは前記ボイラーの内部へ向けて領域６で示さ れているプラズマ舌（ｔｏｎｇｕｅ）を放射してチューブ３の内部の水を加熱す る。矢印７で概略的に示したダクトからは直接プラズマ内に炭塵をポンプ注入し てエネルギーの発生量を増加させており、エネルギーの発生量は１０倍はど増加 する。２次空気室からの空気８をさらに炭塵と混合して旋回翼９から矢印１０で 示す方向へプラズマ領域へとポンプ注入する。前記炭塵はプラズマ内で発火して 熱発生量はさらに増大し、通常は１０倍はどになる。

第２図にはアークトーチ４の詳細が図示されており、当該トーチはカソード１１ と中空アノード１２で構成されている。さらに前記カソードは、銅製カソード本 体１３（第３ａ図参照）とトリウムタングステンチップ１４（第３ｂ図参照）で 構成されている。絶縁セラミック（マコール（磨ａｃｏｒ）　）継ぎ輪１５か前 記カソードを巻装しており、さらにこの継ぎ輪を真鍮ハウジング１６が巻装して いる。前記アノード１７は銅製であり、アノードとカソードは互いに離れており 、継ぎ輪１５で絶縁されている。

前記アノードの外被には、第２ｂ図に示すような溝加工１８が長手方向に施され ており、全体を真鍮製水ガイド１９が巻装してアノードの外面に沿って長手方向 に水路を形成している。前記水ガイドとアノードを真鍮製アノードハウジング２ ０が支持している。環状注入室２１からポンプ注入された冷却水は流路に沿って 前記アノードの外部を長手方向に流れていく。やがてこの冷却水は水ガイド１９ の外部に沿って環状水排出室２２へと還流する。

次ぎに第３ａ図を参照しながらカソード１１の構造を詳細に説明する。外側端部 から前記カソード１３の内部へは同軸上にガスチャンネル２３が挿入されている 。前記ガスチャンネル２３と内側に螺刻したチャンネル２４とは互いに連設され ており、当該チャンネル２４はカソード内端部から本体方向へと伸長している。

ガスチャンネル２３から外部方向へは放射状に広がりを持つ流路２５が伸張形成 されており、チャンネル２４と接合している。カソード本体１３の最内端部には 銅製旋回翼２６が取り付けられており、外側へ放射状に広がりをもっている。

第３ｂ図に示しているように、カソードチップ１４はドーム状端部２７で構成さ れ、当該端部には外部に螺刻を施したステム２８が取り付けられており軸方向に 伸びている。

カソード本体１３には前記チップが螺着されており、ステム２８のねじとチャン ネル２４のネジ切りとが螺合し、従ってステム１８がチャンネル２４を完全に閉 鎖し、ステムの先端部はガスチャンネル２３の端部に近接している。

実際には、酸化作用を及ぼさない窒素などの動作ガスを流路５からチャンネル２ ３へとポンプ注入する。動作ガスはステム２８の先端部に衝突し、放射状に広が りを持つ流路２５からカソードの外部へと流出する。このガスはカソード本体側 面の切り込み部と絶縁継ぎ輪１５との間に封入される。次ぎに、旋回翼２６によ ってアノード１７の中空内へと強制的に送出され、カソードチップ１４とアノー ド１７との間での放電によってエネルギーを供給されてプラズマ状態となる。

チャンネル２３内を流動中の窒素は低温状態にあり、ステム２８の先端部と衝突 するためチップ１４全体は運転中宮に冷却されていることになり、またカソード 本体１３も常に冷却状態にある。

通常、旋回ｊ！２６は銅などの金属でできているため、トーチを動作温度まで加 熱すると前記旋回翼は膨張し絶縁継ぎ輪１５との間を封止する。

現実には、本発明の実施例に係るアークトーチで長時間十分な運転を行うにはト ーチの構造や運転条件の判断に十分な注意を払わなくてはならない。実用的な実 施例としては、前記カソードチップ１４の径を２０ｍｍまた長さを２５ｍｍとし 、前記ネジ切りステム２８の突出部の長さを１０ｍｍとする。ガス流路の径を約 ７ｍｍとし、窒素のポンプ供給流量を約２．５ｇｍ／秒とする。アークに３００ 　Ｖ。

２００Ａの電流を印加する場合、旋回翼２６で発生する温度は８００℃を越える ことはない。

特定の実施例を参照としながら本願発明を説明してきたが、実施形態は上述の態 様に限定されるものではない。例えば、他の構成としてガス流路が前記カソード 内部を貫通してもよい。あるいは、必要であれば、アノード１２をもガス冷却し て構わない。また、前記カソードチップの素材はトリウムタングステンチップに のみ限定されるものではなく、融点が高く、熱電子放出が可能であればどのよう な素材でも構わない。

要　約　書 直流アークトーチ（４）用ガス冷却カソード（１３）。

前記カソードは本体に接続されたチップ（１４）を有している。作業ガス用ガス 流路は、前記カソードの本体内を貫通し、前記チップの近傍を通り、前記チップ 近傍の前記本体から外部へと通じている。前記カソードは、絶縁材でてきた継ぎ 輪（１５）によってアノード（１７）から離間および絶縁されている。

補正間の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の８） 平成４年７月１７日国

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．カソード本体にチップを接続した直流アークトーチ用ガス冷却カソードにお いて、動作ガス用ガス流路が前記本体内部及び前記チップ近傍に貫設されており 、前記チップに近接する本体部分から外部へと通じていることを特徴とする直流 アークトーチ用ガス冷却カソード。
2. ２．前記カソード本体から前記ガスが流出する流出口の下流側のカソードチップ の周囲に旋回翼が装着されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の直流 アークトーチ用ガス冷却カソード。
3. ３．前記旋回翼は金属製であり、使用状態では、運転温度までトーチが加熱する と当該旋回翼は膨張して継ぎ輪との間を封止し、カソードとアノードとを絶縁す ることを特徴とする請求の範囲第２項記載の直流アークトーチ用ガス冷却カソー ド。
4. ４．前記カソード内に貫設された前記流路と前記チップとは連設されており、従 って前記動作ガスは前記カソード内部を通過する過程で前記チップと接触するこ とを特徴とする請求の範囲第１−３項のいずれか１項記載の直流アークトーチ用 ガス冷却カソード。