JPH06511348A - 化学的プロセス用のトーチ装置 - 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】 化学的プロセス用のトーチ装置 本発明は、トーチの中心軸の回りにアークを回転するための軸方向の磁界を備え るプラズマトーチ装置に関する。

プラズマトーチは、主に、２つの原理に従って設計される。−の実施例において 、２又はそれ以−ヒの管状電極が、互いに外側に共軸上に配置されて使用される 。第２の実施例においては、各電極が互いに対向して共軸上に配置される２又は それ以上の電極が使用される。各電極は、電源に接続され、交流電流か直流電流 のいずれかが供給される。ガスは、通常電極を通じて、即ち、電極間を通ってト ーチに供給される。高温プラズマは、電極間に亘る電気アークによって加熱され るガスによって形成される。

磁界を備えたプラズマトーチは公知である。ドイツ国特許公告公報第ＤＥ　ｌ　 ３００　１８２号からは、互いに外側に共軸上に配置された２つの管状電極を備 えたプラズマトーチが公知である。直流電流が供給されるコイルが、外側電極の 周囲に配設される。コイルは、トーチ内に軸方向の磁界を生み出し、それはアー クをトーチの中心軸の回りに回転させることとなる。

この特許公報は、互いに対向して共軸上に配置される２つの管状電極を有するプ ラズマトーチも記載する。コイルは、アークを回転させる磁界を生み出す中空電 極のそれぞれに配設される。

磁界の目的は、主に、アークに作用する電磁力を提供することであり、トーチの 中心軸の回りにそれを回転させ、それによって、トーチ周囲の均等な消耗を達成 し、実際の電極の均等な回転対称を維持する。更に、アークが十分に早く回転す るとき、アークのフットポイント（アークの発生するポイント）の最高温度が減 少し、それによって、電極材料の蒸発速度を減少し、若しくは、言い替えれば、 消耗と傷を減少する。結果的に、電極に負荷される電力が増加される。磁界を利 用したプラズマトーチには、−又はそれ以上の環状コイル又は−又はそれ以上の 環状永久磁石を設ける。そのようなコイル、又は、磁石は、通常、電極の周囲に 、そして、アークが形成されるトーチの領域内、又は、この領域に近接して配設 される。コイル又は磁石の軸は、通常、電極の中心軸と一致する。

コイルに直流電流が加えられた時、回転対称磁界がその周囲に発生する。コイル の断面においては、磁界は軸方向でほとんど均一である。それは、コイルの端部 に向かって偏向され、端面では、磁界の強さがコイルの中央の値に関して減少さ れる。コイル端面の外側では、磁界の強さが急減し、端部から僅かな距離のとこ ろで既にコイルの中央の値のたった僅かなパーセンテージにまで減少する。

そこに配設された通電導体及び磁性体は、コイルの断面においてこの磁界に影響 を与える。特に、強磁性体は磁界に影響を与え、それを当初のものから全く異な る形状と特性にさせることとなる。

経済的、実施上、並びに、技術的な理由のために、実現可能な最小のコイル寸法 によってアークが作動するトーチ軸付近において実現可能な最強の磁界を得るこ とはプラズマトーチにとっては有利である。提案された解決方法は、それをトー チ軸にできるだけ近接させるために、中空電極の内側にコイルを配置し、従って 、アーク領域内での実現可能な最強の磁界を発生することである。しかし、この ようなコイルは、中実電極内には配置できない。消耗電極ではなく、従って、冷 却を要する中空電極においては、冷媒の通過流の減少を伴わずには、十分に大き なコイルを配置することは難しい。従って、中空電極内に配置されたコイルは、 いかなる実際上の適用にも達しなかった。

本発明の目的は、アークの作動領域内において実現可能な最強の磁界を達成する 装置を提供することである。

このことは、提出された請求の範囲の請求項の特徴によって、特徴づけられる。

トーチの中心軸内若しくはその軸に沿つって強磁性材料から成る−又はそれ以上 の磁性体を配置することによって、この又はこれらの強磁性体の端部の外側では 磁界の強さ又はフラックス密度の増加となる。−又はそれ以上のこのような磁性 体が、好ましくは均一な磁界を有する領域から延出し、その端面のうちの一つが アークが作動する領域に近接するようにそれらが配設される時、磁界の集束がこ の領域で得られる。正確に配置された磁性体によって、アークゾーン内の磁界は 、１０倍又はそれ以上の程度で部分的に増大されることが判明された。

このような磁性体は多様な形状を有する。それは、任意の形状の棒状磁性体とし て、又、管状体として設計される。

この磁性体は、プラズマトーチの一体部分を形成し、プラズマゾーンに向かって 延出する部材の一部として設計される。このことは、電極内で壁の形式の設計、 即ち、電極の一部としての設計及び電極ホルダー内の−又はそれ以上の壁として の設計を伴う。該磁性体は、冷却チャンネル又は冷却管内の−又はそれ以上の壁 又は分画板の形式で設計され、又は、混合用供給管内の−又はそれ以上の壁又は 分画板としても設計される。

あらゆるタイプの強磁性体、例えば、鋼、ニッケル、コバルト若しくはこれらの 合金が、このような磁性体のために使用される。高度に均一な透磁性を有する材 料は、特に重要である。特別な磁性特性を存するサーメットも使用できる。

この種の強磁性体は、通常、冷媒用のチャンネルを設けることによって冷却され るか、又は、それはトーチ内の他の冷却部材に近接配置される。それは、プラズ マトーチ内で冷却される部材と一体にすることもでき、この部材の−又はそれ以 上の部分は、強磁性体で構成することもできる。

該磁性体の長さは、好ましくは、それが、軸方向の最強の磁界が存在する領域、 例えば、コイルの中心からアークの作動領域に延在することができるように調節 される。該磁性体の長さが、少なくともコイルと同じ長さであり、コイルの一端 からアークの作動領域に延在するように、該磁性体の長さが磁界を発生するコイ ルに対して調節されることは有利である。該磁性体がプラズマトーチの一部を構 成する部材自体又はその部分として設計される時、該磁性体の長さは該部材の長 さとしてもよい。

このような強磁性体の寸法と軸方向の位置を変化することによって、磁界は、ア ークの作動領域内でその強さと方向の両方において増大する。

このことは、本発明の利点の一つである。

磁界の放射状の成分の効果は、電流の接線方向の成分と共に、それがアークにト ーチの長手方向に作用する力を提供することである。電流の方向と磁界の放射状 の成分の方向の適正な組み合わせによって、この力は、アークを槍形の先におい て軸方向の位置に保持するのに役立つ。強磁性体からなる磁性体は、大きさと方 向の双方において磁界に影響を与えるが、その事実は、本願発明において利用さ れる。

ガスの化学反応用に設計されたプラズマトーチにおいて、アークの軸方向の安定 性と回転速度の組み合わせは、化学的プロセスにとっての最適条件を提供する。

強磁性体が電極の端面に関して適正な位置にあるとき、この組み合わせが達成さ れる。

本発明の他の有利な点は、磁界がアークゾーンに案内されることである。例えば 、アークゾーンが反応室内におかれた場合には、実施上の理由から、アークの作 動領域の周囲にコイルを配置することは困難である。

この場合に、十分な強さの所望の磁界を発生するためには、大きな寸法のコイル が使用されねばならない。このような場合には、コイルは、通常の方法で、トー チの電極の周囲に配置される。トーチの中心軸に沿って配置された強磁性体は、 コイルによって取り囲まれた領域からアークの作動領域に磁界を案内する。コイ ルの端部において、磁界は、急に偏向し、従って、この磁性体無しではアークゾ ーン内の磁界は非常に低い強度となる。

本発明の範囲内で、強磁性材料で構成される磁性体の多（の異なる設計が用いら れ、そして、本発明は、本出願人のノールウェイ国特許出願第９１　４９０７号 に記載されたプラズマトーチのような、多くの異なるタイプのプラズマトーチに 使用される。

以下の節において、本発明はプラズマトーチ内に配置された強磁性体のいくつか の実施例を略式に示した図面に関連してより詳細に記載される。

図１，２．３及び４は、本発明のプラズマトーチの縦断面図である。

図１に図示されたプラズマトーチには、外側の電極ｌと中央電極２が設けられて いる。該両電極は、環状の形状であり、互いに内側に共軸上に配置される。両１ ！極は、中実電極であり、そして、消耗電極であってもよい。冷却された電極も 、使用できる。アークの作動領域内で両電極の周囲には環状コイル３が配置され る。該コイルの断面において、軸方向の磁界が発生する。強磁性材料で構成され る、好ましくは、円筒形の形状の棒状体４は、トーチの軸に沿って配置される。

該磁性体４には、それが必要なときには冷媒の輸送用の冷却チャンネル５．６が 設けられる。該磁性体４は、実現可能な最強の磁界がアークの作動領域内で達成 されるように磁界を集束する。

図２に図示されたプラズマトーチには、外側の電極ｌと中央電極２が設けられて いる。該両電極は、環状の形状であり、互いに内側に共軸上に配置される。両電 極は、分画板を備え、従って、冷媒の輸送用のチャンネルを形成することによっ て冷却される。電極の周囲には環状コイル３が配置される。コイルの断面におい て、軸方向の磁界が発生する。強磁性材料で構成される環状体４は、中央電極２ の冷却された内部壁に接して配置される。該磁性体４は、中央電極２の内壁又− は内壁の一部としても設けられるが、この壁又はその一部は、強磁性体で構成さ れる。該磁性体４は、実現可能な最強の磁界がアークの作動領域内で達成される ように磁界を集束する。

図３に図示されたプラズマトーチには、外側の電極ｌと中央電極２が設けられて いる。該両電極は、環状の形状であり、互いに内側に共軸上に配置される。両電 極は、中実電極であり、そして、消耗電極であってもよい。冷却された電極も、 使用できる。両電極は、例えば、反応室のような熱が供給される空間３に突出す る。両電極の周囲には、環状コイル４が配設される。コイルの断面において、軸 方向の磁界が発生する。

相当多くの場合、空間３内の壁は、強磁性材料で構成される。他の場合には、空 間３の大きさが、アークの作動領域の周囲に電磁コイルを配設することを難しく する。強磁性材料で構成される、好ましくは、円筒形の形状の磁性体５は、トー チの軸に沿って配置される。それには、必要な時には、冷却チャンネル６．７が 設けられる。該磁性体５は、好ましくは、コイルに達しない領域からトーチ内の アークゾーンに延在する。

これは、より強い軸方向の磁界を有する領域からアークの作動領域に磁界を案内 するけれども、同時に、実現可能な最強の磁界を達成するためにそれを集束する 。

図４に図示されたプラズマトーチには、左側の電極ｌと右側の電極２に示される ２つの電極が設けられている。該両電極は、環状の形状であり、互いに対向して 共軸上に配置される。両電極は、好ましくは、分画板を備え、従って、冷媒の輸 送用のチャンネルを形成することによって冷却される。中実電極も使用される。

アークの作動領域内で、電極の周囲には環状コイル３．４が配置される。軸方向 の磁界がコイルの断面に発生する。各電極ｌ、２の夫々には、好ましくは円筒形 状の磁性体５と６が配置される。これらは、強磁性体で構成され、各電極の軸に 沿って配置される。該磁性体５．６は、冷媒輸送用のチャンネル７．８．９と１ ０が設けられている。該磁性体５．６の一端は、アークの作動領域に近接して配 置され、この領域内で実現可能な最強の磁界を得るために、磁界を集束する。

補正書の翻訳文の提出書（特許法第１８４条の８）平成６年６月１ＯＮ呪

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．トーチの中心軸の周囲にアークを回転するために、アークの作動領域内で好 ましくは軸方向の磁界が供給されるプラズマトーチ装置において、一又はそれ以 上の強磁性材製の磁性体が、その一端をアークの作動領域に近接配置して、トー チの中心軸内又はそれに沿って配設されることと、該磁性体が、好ましくは、軸 方向の最強の磁界を有する領域からアークの作動領域に延在することと、該磁性 体が軸方向に移動できることを特徴とするプラズマトーチ装置。
2. ２．強磁性材製の磁性体が棒状であるか、又は、任意の断面形状を有する管状で あることを特徴とする請求項１に記載のプラズマトーチ装置。
3. ３．該磁性体が、好ましくは、冷媒用のチャンネルを設けることによつて冷却さ れるか、又は、トーチ内の冷却部材に近接して配置されることを特徴とする請求 項１又は２に記載のプラズマトーチ装置。
4. ４．該磁性体が、トーチの一体部品を構成する部材又はその一部として設計され 、その部材又はその一部が強磁性材料で構成されることを特徴とする請求項１に 記載のプラズマトーチ装置。