JPH07220894A - プラズマトーチの冷却構造 - Google Patents
プラズマトーチの冷却構造Info
- Publication number
- JPH07220894A JPH07220894A JP6011907A JP1190794A JPH07220894A JP H07220894 A JPH07220894 A JP H07220894A JP 6011907 A JP6011907 A JP 6011907A JP 1190794 A JP1190794 A JP 1190794A JP H07220894 A JPH07220894 A JP H07220894A
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- Japan
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- plasma torch
- nozzle
- cooling medium
- cooling
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- Plasma Technology (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、プラズマトーチにおいて、カソー
ドとノズルの冷却経路を従来の２系統から１系統に減少
することで、プラズマトーチの構造を簡略化するととも
に冷却系を簡素化することを目的とする。 【構成】 プラズマトーチのカソード内の冷却媒体流路
Ａと、ノズル内の冷却媒体流路Ｂとを絶縁体からなる冷
却媒体流路Ｃにより連接し、流路Ａないしは流路Ｂの一
端から冷却媒体を流入し、流路Ｃを介して、他方の一端
より流出する。 【効果】 従来のプラズマトーチの５重管構造を１系統
で冷却することで３重管構造にでき、プラズマトーチの
構造を簡略化できたためトーチ重量の軽量化や製作コス
トの削減が実現できた。また、冷却系も簡素化でき流量
計などの計器類の簡素化による冷却系のコスト削減が実
現できた。
ドとノズルの冷却経路を従来の２系統から１系統に減少
することで、プラズマトーチの構造を簡略化するととも
に冷却系を簡素化することを目的とする。 【構成】 プラズマトーチのカソード内の冷却媒体流路
Ａと、ノズル内の冷却媒体流路Ｂとを絶縁体からなる冷
却媒体流路Ｃにより連接し、流路Ａないしは流路Ｂの一
端から冷却媒体を流入し、流路Ｃを介して、他方の一端
より流出する。 【効果】 従来のプラズマトーチの５重管構造を１系統
で冷却することで３重管構造にでき、プラズマトーチの
構造を簡略化できたためトーチ重量の軽量化や製作コス
トの削減が実現できた。また、冷却系も簡素化でき流量
計などの計器類の簡素化による冷却系のコスト削減が実
現できた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、カソードと加熱対象物
との間にプラズマアークを発生させる移行型プラズマト
ーチに係わり、特に金属プロセスにおける精錬・抽出、
溶解・精錬、溶射、また表面に改質等に使用されるプラ
ズマトーチの冷却構造に関する。
との間にプラズマアークを発生させる移行型プラズマト
ーチに係わり、特に金属プロセスにおける精錬・抽出、
溶解・精錬、溶射、また表面に改質等に使用されるプラ
ズマトーチの冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマの金属プロセスへの適用は、高
温冶金反応への応用研究として、大容量合金鋼溶鉱炉や
還元ガス加熱など数多く試行され、また実操業設備とし
て営業運転されているものも多い。このような用途に
は、加熱対象物を対極として放電を発生させる移行型プ
ラズマトーチが用いられる場合が多い。放電を発生させ
ている際は、プラズマトーチのカソード先端電極とノズ
ルは高温にさらされるため冷却する必要がある。
温冶金反応への応用研究として、大容量合金鋼溶鉱炉や
還元ガス加熱など数多く試行され、また実操業設備とし
て営業運転されているものも多い。このような用途に
は、加熱対象物を対極として放電を発生させる移行型プ
ラズマトーチが用いられる場合が多い。放電を発生させ
ている際は、プラズマトーチのカソード先端電極とノズ
ルは高温にさらされるため冷却する必要がある。
【０００３】従来のプラズマトーチの冷却構造として
は、例えば特開平３−１４９７９７号公報の従来の技術
に示されたものがある（図４及び図５）。１はカソード
であってカソードの外筒１２とカソード内筒１３よりな
り、その先端にはタングステン等よりなり形状が先頭状
のカソード電極１４を備えている。カソード電極１４と
加熱対象物１７との間にプラズマアーク１６を発生させ
ることで、加熱対象物を加熱する。このカソード１を囲
んでその同心状にノズル２（内筒２０、仕切り筒１８及
び外筒２１からなる）が配置されている。カソード１と
ノズル２の間には間隙が設けられ、この間隙はプラズマ
作動ガス７の流路となっている。そして、この流路は、
トーチ先端部で絞られた構造になっており、プラズマ作
動ガス７がトーチの軸方向に向けて大きな流速で噴出す
るようになっている。なお、カソード１およびノズル２
は、水冷構造となっている。１５は冷却水を示す。又、
１１は、カソード１とノズル２を分離する絶縁スペーサ
である。
は、例えば特開平３−１４９７９７号公報の従来の技術
に示されたものがある（図４及び図５）。１はカソード
であってカソードの外筒１２とカソード内筒１３よりな
り、その先端にはタングステン等よりなり形状が先頭状
のカソード電極１４を備えている。カソード電極１４と
加熱対象物１７との間にプラズマアーク１６を発生させ
ることで、加熱対象物を加熱する。このカソード１を囲
んでその同心状にノズル２（内筒２０、仕切り筒１８及
び外筒２１からなる）が配置されている。カソード１と
ノズル２の間には間隙が設けられ、この間隙はプラズマ
作動ガス７の流路となっている。そして、この流路は、
トーチ先端部で絞られた構造になっており、プラズマ作
動ガス７がトーチの軸方向に向けて大きな流速で噴出す
るようになっている。なお、カソード１およびノズル２
は、水冷構造となっている。１５は冷却水を示す。又、
１１は、カソード１とノズル２を分離する絶縁スペーサ
である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術において
は、カソードおよびノズルに関する構成部品は各々個別
に構成され、固有の冷却系統を有する互いに絶縁されて
いるユニットとなっている。すなわちカソードもノズル
もそれぞれ個別に冷却媒体により冷却されているわけで
ある。そのため、カソードを冷却するために、２つの円
筒管が同心状に配置され、さらにノズルを冷却するため
に３つの円筒管が同心状に配置され、それらが同軸状に
配置されてプラズマトーチが構成されている。
は、カソードおよびノズルに関する構成部品は各々個別
に構成され、固有の冷却系統を有する互いに絶縁されて
いるユニットとなっている。すなわちカソードもノズル
もそれぞれ個別に冷却媒体により冷却されているわけで
ある。そのため、カソードを冷却するために、２つの円
筒管が同心状に配置され、さらにノズルを冷却するため
に３つの円筒管が同心状に配置され、それらが同軸状に
配置されてプラズマトーチが構成されている。
【０００５】このように従来の公知のプラズマトーチは
カソードとノズルが合わせて５重管構造となっているた
め、構造的に複雑であるため製作にあたっての材料費コ
ストや製造コストがかかる。また、冷却系統もカソード
とノズルの２系統必要となるため、冷却媒体供給用ポン
プも２系統分の流量を流せる容量が必要となるだけでな
く、冷却媒体の配管がそれぞれの入側と出側を考慮する
と４本も必要となり、冷却媒体の流量計など計装機器も
２系統分必要であり設備コストが高くつくとともに、配
管取り回しなど作業性の面でも扱い難さがあった。
カソードとノズルが合わせて５重管構造となっているた
め、構造的に複雑であるため製作にあたっての材料費コ
ストや製造コストがかかる。また、冷却系統もカソード
とノズルの２系統必要となるため、冷却媒体供給用ポン
プも２系統分の流量を流せる容量が必要となるだけでな
く、冷却媒体の配管がそれぞれの入側と出側を考慮する
と４本も必要となり、冷却媒体の流量計など計装機器も
２系統分必要であり設備コストが高くつくとともに、配
管取り回しなど作業性の面でも扱い難さがあった。
【０００６】また、５重管構造では必然的にトーチの外
径も大きくなり、重量も大きくなるためトーチの取扱が
不便となるうえ、トーチ駆動装置などの設備規模も大き
くなりコスト高につながっていた。
径も大きくなり、重量も大きくなるためトーチの取扱が
不便となるうえ、トーチ駆動装置などの設備規模も大き
くなりコスト高につながっていた。
【０００７】本発明は、このような上記従来技術の問題
を解決し、全体構造を簡略化するとともに冷却系を簡素
化することができる移行型プラズマトーチを提供するこ
とを目的とする。
を解決し、全体構造を簡略化するとともに冷却系を簡素
化することができる移行型プラズマトーチを提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明では、中心軸上を冷却媒体により冷却され先端に
放電用の電極を備えたカソードと、そのカソードを囲み
カソードの同心円上に配置され冷却媒体により冷却され
たノズルよりなるプラズマトーチにおいて、カソード内
に形成されている冷却媒体流路Ａとノズル内に形成され
ている冷却媒体流路Ｂとを絶縁体からなる冷却媒体流路
Ｃとにより連接せしめ、流路Ａないしは流路Ｂのいずれ
か一方の一端から冷却媒体を流入し、前記流路Ｃを介
し、他方の一端より流出せしめる如く形成したことを特
徴とするプラズマトーチの冷却構造を提案するものであ
る。
本発明では、中心軸上を冷却媒体により冷却され先端に
放電用の電極を備えたカソードと、そのカソードを囲み
カソードの同心円上に配置され冷却媒体により冷却され
たノズルよりなるプラズマトーチにおいて、カソード内
に形成されている冷却媒体流路Ａとノズル内に形成され
ている冷却媒体流路Ｂとを絶縁体からなる冷却媒体流路
Ｃとにより連接せしめ、流路Ａないしは流路Ｂのいずれ
か一方の一端から冷却媒体を流入し、前記流路Ｃを介
し、他方の一端より流出せしめる如く形成したことを特
徴とするプラズマトーチの冷却構造を提案するものであ
る。
【０００９】
【作用】以下作用に付いては、冷却媒体が流路Ａから流
路Ｃ、流路Ｂの順に流れる場合に付いて説明する。
路Ｃ、流路Ｂの順に流れる場合に付いて説明する。
【００１０】通常プラズマトーチは、主構成部品として
カソード１およびノズル２を有しており、これらは電気
的にそれぞれ絶縁してある。カソード１の内部には冷却
媒体流路Ａが構成され、特に先端近くではカソード用仕
切筒１０によりカソード先端に備えられている放電用電
極１４の冷却面を適当な流速にて冷却した後、絶縁体か
らなる冷却媒体流路Ｃに冷却媒体が流れるように流路を
形成している。冷却媒体流路Ｃは、図２に示されるよう
に流路Ａと流路Ｂを複数本の流路Ｃにより連接した絶縁
スリーブ８内に形成されている。絶縁スリ−ブ８内には
プラズマ作動ガスも通すためのガス流路１９が流路Ｃと
干渉しないように形成されている。
カソード１およびノズル２を有しており、これらは電気
的にそれぞれ絶縁してある。カソード１の内部には冷却
媒体流路Ａが構成され、特に先端近くではカソード用仕
切筒１０によりカソード先端に備えられている放電用電
極１４の冷却面を適当な流速にて冷却した後、絶縁体か
らなる冷却媒体流路Ｃに冷却媒体が流れるように流路を
形成している。冷却媒体流路Ｃは、図２に示されるよう
に流路Ａと流路Ｂを複数本の流路Ｃにより連接した絶縁
スリーブ８内に形成されている。絶縁スリ−ブ８内には
プラズマ作動ガスも通すためのガス流路１９が流路Ｃと
干渉しないように形成されている。
【００１１】流路Ｂでは流路Ｃから流入した冷却媒体が
ノズル２の先端部を冷却するように、ノズル用仕切筒９
が装着されており、冷却媒体はノズル用仕切筒９に沿っ
て流れ流路Ｂの一端より流出する。
ノズル２の先端部を冷却するように、ノズル用仕切筒９
が装着されており、冷却媒体はノズル用仕切筒９に沿っ
て流れ流路Ｂの一端より流出する。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の一実施の断面図を示してい
る。プラズマトーチは、主構成部品としてカソード１お
よびノズル２を同心円上に配置しており、これらは電気
的にそれぞれ絶縁してある。カソード１およびノズル２
は、共通の冷却媒体６によって冷却されている。冷却媒
体６は、まず内筒３の一端から供給され内筒３の内部を
通りカソード用仕切筒１０の内側から外側へと通過する
際にカソード１を冷却し、絶縁スリーブ８内に形成され
た流路Ｃを介し流路Ｂに流入する。流路Ｂでは更にノズ
ル仕切筒９の内側を通りノズル２の先端を冷却し、ノズ
ル仕切筒９の外側に回り込み外筒５とノズル仕切筒９の
間を通り、中筒４と外筒５の間を通ったのち流路Ｂの一
端から流出する。
る。プラズマトーチは、主構成部品としてカソード１お
よびノズル２を同心円上に配置しており、これらは電気
的にそれぞれ絶縁してある。カソード１およびノズル２
は、共通の冷却媒体６によって冷却されている。冷却媒
体６は、まず内筒３の一端から供給され内筒３の内部を
通りカソード用仕切筒１０の内側から外側へと通過する
際にカソード１を冷却し、絶縁スリーブ８内に形成され
た流路Ｃを介し流路Ｂに流入する。流路Ｂでは更にノズ
ル仕切筒９の内側を通りノズル２の先端を冷却し、ノズ
ル仕切筒９の外側に回り込み外筒５とノズル仕切筒９の
間を通り、中筒４と外筒５の間を通ったのち流路Ｂの一
端から流出する。
【００１３】一方、プラズマ作動ガス７は、内筒３と中
筒４の間を通った後、絶縁スリーブ８に形成されている
軸方向のガス流路１９を介し、カソード先端へと供給さ
れる。すなわち、絶縁スリーブ８は、図２に示すよう
に、円周方向にガス流路１９と冷却媒体流路Ｃのそれぞ
れを有しているわけである。プラズマアークを発生する
ための主電流は、内筒３を介してカソード電極１４へと
供給される。
筒４の間を通った後、絶縁スリーブ８に形成されている
軸方向のガス流路１９を介し、カソード先端へと供給さ
れる。すなわち、絶縁スリーブ８は、図２に示すよう
に、円周方向にガス流路１９と冷却媒体流路Ｃのそれぞ
れを有しているわけである。プラズマアークを発生する
ための主電流は、内筒３を介してカソード電極１４へと
供給される。
【００１４】本実施例に示したように、プラズマトーチ
の円筒管構造は図３に示したように３重管構造とするこ
とができ、従来の５重管構造から簡素化することができ
た。また、冷却水系統を１系統としたため、冷却媒体の
配管も４本から２本と簡素化できるとともに、計装品も
１系統分に簡素化されている。
の円筒管構造は図３に示したように３重管構造とするこ
とができ、従来の５重管構造から簡素化することができ
た。また、冷却水系統を１系統としたため、冷却媒体の
配管も４本から２本と簡素化できるとともに、計装品も
１系統分に簡素化されている。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
トーチによれば、カソードとノズルの冷却を共通の冷却
媒体の循環することにより、トーチを構成する円筒管の
本数が減少するためのコストを削減できたばかりではな
く、プラズマトーチの冷却水供給装置の通水流量の容量
を低減できたとともに、冷却媒体の配管や計装品類を全
て半分に簡単化できたので冷却系統の大幅なコスト削減
が可能となった。また、トーチの外径も縮小することが
可能となり設備のコンパクト化などの優れた効果を得る
ことができた。
トーチによれば、カソードとノズルの冷却を共通の冷却
媒体の循環することにより、トーチを構成する円筒管の
本数が減少するためのコストを削減できたばかりではな
く、プラズマトーチの冷却水供給装置の通水流量の容量
を低減できたとともに、冷却媒体の配管や計装品類を全
て半分に簡単化できたので冷却系統の大幅なコスト削減
が可能となった。また、トーチの外径も縮小することが
可能となり設備のコンパクト化などの優れた効果を得る
ことができた。
【図１】本発明に係るプラズマトーチの実施例を示す縦
断面図。
断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ′断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ′横断面図。
【図４】従来のプラズマトーチを示す縦断面図。
【図５】従来のプラズマトーチを示す横断面図。
１ カソード ２ ノズル ３ 内筒 ４ 中筒 ５ 外筒 ６ 冷却媒体 ７ プラズマ作動ガス ８ 絶縁スリーブ ９ ノズル用仕切筒 １０ カソード用仕切筒 １１ ガスインジェクター １２ カソード外筒 １３ カソード内筒 １４ カソード電極 １５ 冷却水 １６ プラズマアーク １７ 加熱対象物 １８ 仕切筒 １９ 絶縁スリーブ内ガス流路 ２０ ノズル内筒 ２１ ノズル外筒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芦刈 透 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 日 鐵プラント設計株式会社内 (72)発明者 篠田 強志 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新 日本製鐵株式会社機械・プラント事業部内
Claims (1)
- 【請求項１】 中心軸上を冷却媒体により冷却され先端
に放電用の電極を備えたカソードと、そのカソードを囲
みカソードの同心円上に配置され冷却媒体により冷却さ
れたノズルよりなるプラズマトーチにおいて、カソード
内に形成されている冷却媒体流路Ａとノズル内に形成さ
れている冷却媒体流路Ｂとを絶縁体からなる冷却媒体流
路Ｃとにより連接せしめ、流路Ａないしは流路Ｂのいず
れか一方の一端から冷却媒体を流入し、前記流路Ｃを介
し、他方の一端より流出せしめる如く形成したことを特
徴とするプラズマトーチの冷却構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6011907A JPH07220894A (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | プラズマトーチの冷却構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6011907A JPH07220894A (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | プラズマトーチの冷却構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07220894A true JPH07220894A (ja) | 1995-08-18 |
Family
ID=11790801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6011907A Pending JPH07220894A (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | プラズマトーチの冷却構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07220894A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000188200A (ja) * | 1998-12-21 | 2000-07-04 | Sulzer Metco Ag | プラズマト―チ用ノズル |
| JP2002248576A (ja) * | 2001-02-26 | 2002-09-03 | Nippon Steel Corp | プラズマトーチの冷却構造 |
| JP2003197397A (ja) * | 2001-10-15 | 2003-07-11 | Sekisui Chem Co Ltd | プラズマ処理装置 |
| KR100586466B1 (ko) * | 2004-05-13 | 2006-06-07 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 반응물 주입을 위한 모듈형 수랭식 주입기와 다단식 노즐구조를 갖는 고주파 유도결합 플라즈마 토치 |
| JP2009050872A (ja) * | 2007-08-24 | 2009-03-12 | Yaskawa Electric Corp | Ｔｉｇアーク溶接装置 |
| JP2010137266A (ja) * | 2008-12-14 | 2010-06-24 | Nippon Steel & Sumikin Welding Co Ltd | インサートチップおよびプラズマトーチ |
| JP2011222502A (ja) * | 2007-09-20 | 2011-11-04 | Posco | プラズマトーチ装置 |
| KR101320949B1 (ko) * | 2012-02-16 | 2013-10-23 | (주) 엠에이케이 | 슬릿형 플라즈마 토치 발생장치 |
| RU2637548C1 (ru) * | 2016-06-08 | 2017-12-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) | Плазмотрон |
| WO2018163747A1 (ja) * | 2017-03-07 | 2018-09-13 | 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 | プラズマトーチ、プラズマトーチ用の先端電極、及び溶湯加熱装置 |
| CN109743832A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-05-10 | 西安航天动力研究所 | 一种大功率长寿命等离子体炬复合冷却装置及设计方法 |
-
1994
- 1994-02-03 JP JP6011907A patent/JPH07220894A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000620 |