JPH08339893A

JPH08339893A - 直流アークプラズマトーチ

Info

Publication number: JPH08339893A
Application number: JP8123611A
Authority: JP
Inventors: Martine Cadre; マルティンヌ・カドル; Maxime Labrot; マキシム・ラブロ
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 1996-12-24
Also published as: DE69600904T2; EP0743811B1; CA2174571A1; FR2734445B1; DE69600904D1; US5688417A; EP0743811A1; ZA962967B; FR2734445A1

Abstract

(57)【要約】【課題】直流アークプラズマトーチにおいて、電極材
料によるプラズマの汚染を防止する。【解決手段】プラズマ生成ガスから化学物質を得るた
めの直流アークプラズマトーチにおいて、第一電極（２
Ａ）が、アーク（１０）が通過し且つその内部でプラズ
マ発生ガス（Ｐ）がアークの作用下にプラズマ（１３）
を生起せしめる第一反応チャンバーを形成している第一
管状部材（２Ｂ）を介して射出チャンバー（３）と結合
しており、かつ第一電極とプラズマとの間に流体バリア
（１４）を形成することを可能とする第一の手段（７、
８、Ｓ）が備えられていることを特徴とする、直流アー
クプラズマトーチ。以上の構成により、電極材料による
プラズマの汚染が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ発生ガス
の分解により化学物質を得ることを特に意図した直流ア
ークプラズマトーチに関する。

【０００２】

【従来の技術および課題】例えば、米国特許第５,２６
２,６１６号明細書は直流アークトーチを開示している
が、該直流アークトーチは、チャンバーの別々の側に互
いに延長線上に配置された２つの同軸管状電極を備えて
おり、例えば空気であるプラズマ発生ガス流が上記チャ
ンバー内に射出されるものである。前記電極はそれぞれ
前記射出チャンバーの側に開口しており、そしてそれら
の電極の片方は前記射出チャンバーから離れた端部でさ
らに開口している。

【０００３】最初に、前記電極の間のアークは前記射出
チャンバーを通過し、そしてその中に導入されたプラズ
マ発生ガスをイオン化する。前記アークはその端脚によ
ってそれぞれ前記電極の内表面に係留されており、そし
て（大気圧から約５バールまでの）高圧および（数千℃
の）非常な高温でイオン化されたガスプラズマが２つの
端部で開口した電極を通過し、この両端開口電極の前記
射出チャンバーから離れた開口部を通って前記トーチ外
へ流れる。

【０００４】そのようなトーチにおいて、プラズマ発生
ガスとして気体状化合物が使用されると、前記トーチか
ら離れるプラズマ流が前記ガスを形成する要素のイオン
を含むこととなるが、それは前記プラズマ発生ガスに対
するアークの作用の結果である。例えば、プラズマ発生
ガスが硫化水素であると、プラズマ流は水素イオンと硫
黄イオンを含むこととなる。そのため、前記プラズマ流
が熱急冷に晒されると、プラズマ発生ガスの要素を収集
することができる。従って、上記の例において、プラズ
マ発生ガスとしての硫化水素の使用およびその後のプラ
ズマの急冷は、一方で硫黄、そしてもう一方で水素の収
集を可能とする。つまり、上記のようなタイプのトーチ
は、プラズマを発生させる気体状化合物の分解のための
反応器として使用されることができる。

【０００５】しかしながら、そのようなトーチの分解反
応器としての使用には次のような困難が生じる。第一
に、上記のようなトーチにおいては、電極内壁から粒子
を引き離すアーク脚部の作用により電極が腐食されるこ
とが広く知られている。従って、その結果、そのような
トーチが分解反応器として使用されると、得られる化学
物質が（例えば銅等の）電極材料の粒子によって汚染さ
れる。そのような施用においては、(例えば硫黄イオン
Ｓ^--等の）幾つかの分解物イオンが電極材料により干渉
されることによって汚染が非常に多くなる。従って、そ
のような分解反応器はすぐに磨耗するだけでなく、分解
製造物を純粋なものとして得ることもできない。

【０００６】そのような欠点の克服を試みるために、２
つの手段がすでに本質的に競っている。第一の手段は、
使用されるプラズマ発生ガスと比較的反応しない、例え
ばタングステンまたはロジウム含有タングステン等の材
料から電極を作成することからなる。第二の手段に関し
て言えば、それは電極の軸の周りでアーク脚部を移動
（rotate）させ得る磁場を発生することにより電極の磨
耗を軸周辺部に散らすことからなる。アーク脚部のその
ような移動を得るための手段は、例えば米国特許第３,
３０１,９９５号明細書および欧州特許出願第０,０３
２,１００号明細書に記載されている。それらは一般的
に、電極を取り囲む電磁コイルにより規定される。従っ
て、入力時にコイルによって発生させられる軸方向の磁
場を加減することにより、アークの係留脚が電極内表面
を動き回って、局部的な火孔の形成および電極の急速な
破壊を回避する。

【０００７】上記した２つの公知手段は、実際に、電極
の磨耗および分解製造物の汚染を減少させることができ
る。しかし、そのような減少は、充分な稼動寿命を有す
る電極を提供し、かつ所望の分解製造物純度を保証する
には一般的に不十分である。さらに、第一の手段は一般
的に高価となる。

【０００８】第二に、さらに、反応器として使用される
そのようなトーチのエネルギー効率は低いので、気体状
化合物をその要素に分解するためには多大な電気エネル
ギーを消費する必要があり、そして上記要素の工業化コ
ストは高価である。

【０００９】本発明の目的はこれらの欠点を克服するこ
とにある。即ち、本発明の目的は、長い稼動寿命を有
し、熱化学的分解反応器として使用されることに特に適
し、高いエネルギー効率で稼動し、そして高純度分解製
造物を得ることを可能とする、アークプラズマトーチを
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する目的
で、本発明によれば、化学物質を含むプラズマ発生ガス
から上記化学物質を得ることを特に意図した直流アーク
プラズマトーチであり、該トーチが、管状、同軸であ
り、そして上記プラズマ発生ガスの射出のためのチャン
バーの別々の側に互いに延長線上に配置され且つ上記射
出チャンバーと対面する端部で開口した第一電極および
第二電極、ならびに上記射出チャンバー内にプラズマ発
生ガス流を射出する手段を包含し、そして、上記電極間
のアークが上記射出チャンバーを通過し、かつその端脚
によってそれぞれ上記電極の内表面に係留され、その際
に上記第一電極は上記アークにより発生させられたプラ
ズマがトーチの外へ流れ出すことができるように、上記
射出チャンバーから離れた端部で開口している直流アー
クプラズマトーチにおいて、上記第一電極が、上記アー
クが通過する第一管状部材を介して上記射出チャンバー
と結合しており、そして上記第一管状部材が第一反応チ
ャンバーを形成しており、上記第一反応チャンバー内部
で上記プラズマ発生ガスが上記アークの作用下にプラズ
マを生起せしめること、ならびに上記第一の電極と上記
プラズマとの間に流体バリアを形成することを可能とす
る第一の手段が備えられていることを特徴とする、直流
アークプラズマトーチが提供される。

【００１１】従って、本発明により、アーク脚部との相
互作用が断たれた反応域においてプラズマが形成される
ので、プラズマが形成されたときに、上記プラズマは電
極材料から引き離された粒子により汚染され得ない。そ
して、対応するアーク脚部により引き離された第一電極
材料粒子がプラズマ内に取り込まれることが防止され
る。

【００１２】それ故に、本発明によるトーチから出て行
くプラズマは非常に純粋である。また、前記流体バリア
はプラズマ中のイオンの腐食作用から第一電極内表面を
保護する鞘を形成する。この電極の稼動寿命は非常に改
善される。

【００１３】

【発明の実施の形態】上記構成をとる本発明の直流アー
クプラズマトーチにおいて、好ましくは前記第一管状部
材は前記第一電極に堅く結合され、そして、上記電極の
張り出した部位であるかのように第一電極と共に単一の
部材を形成することができる。

【００１４】第一管状部材は定常状態ではアークに関し
て何ら電気的機能を備えていないので、気体熱力学的条
件（圧力、温度）が化学場を最適化し、そしてその結果
エネルギー効率を最適化することを可能とするように、
第一管状部材の容積、直径および長さの寸法が決定され
得る。即ち、本発明によれば、トーチのジオメトリーは
設定される熱化学反応の最適化と関係付けられた判定基
準の関数として定義され得るものであり、(従来のトー
チにおいて知られているような）経時に伴うアークの発
達および／または電極の安定性と関係付けられた機能的
評価基準の関数としてだけ定義されるものではない。

【００１５】従って、本発明は、磨耗の減少したプラズ
マトーチを得ることを可能とし、電極腐食発生物により
汚染されていない化学物質の製造を可能とし、そして出
力を制限することなく、反応域の寸法を調整することに
より反応の気体熱力学的条件を最適化することを可能と
する。

【００１６】有利なことに、前記流体バリアを形成する
前記第一手段は、前記電極の内壁において、プラズマの
圧力と少なくともほぼ同等の圧力および上記プラズマの
温度よりも非常に低い温度で、ガスの第一の管状気流を
発生する第一の吹込手段からなるが、上記第一の管状流
体流体流はプラズマ流を取り囲んでプラズマと同一方向
に流れる。従って、アークにより引き離された第一電極
材料の粒子は前記第一の流体流により離されて、プラズ
マと接触することなくトーチ外に流される。

【００１７】それ故、本発明によるプラズマトーチの出
口において、プラズマ発生ガスの分解物イオンを含有す
る中心プラズマ流ならびに、吹込ガスから構成されかつ
上記プラズマの中心流を取り囲む輪状流が得られる。既
述の如く、この中心プラズマ流は（数千℃の）非常な高
温および（大気圧から約５バールまでの）高圧である。
さらに、上記輪状吹込ガスは（例えば周囲温度等の）低
い温度および上記プラズマの圧力に応じた圧力であるこ
とができる。従って、上記中心流と上記輪状流とは大き
く異なった粘性を有し、それによりこれらの流の混合が
防止される。従って、アークにより引き離された電極粒
子は、吹込ガスの輪状流からこの輪状流に取り囲まれた
中心プラズマへ移行することができない。

【００１８】即ち、反応域とアーク脚部との相互作用を
断つことにより、プラズマは電極から引き離された粒子
によって最初に汚染されることがなく、そしてプラズマ
と吹込流との間で混合が起こり得ないために、プラズマ
は上記粒子によってトーチの出口で汚染され得ない。吹
込ガスは、例えば水素であることができる。

【００１９】前記管状バリア流によりプラズマ流を囲い
込むことを容易にするために、前記第一電極が前記第一
管状部材よりも大きな直径を有していること、および前
記第一吹込手段が上記第一管状部材および上記第一電極
との間に配置されていることが有利である。この吹込ガ
スは、前記第一電極の軸と平行に上記第一電極の内壁に
沿って流れることができる。

【００２０】バリエーションとして、プラズマ発生ガス
を射出チャンバー内へ射出するために一般的に採用され
る、渦射出と呼ばれる射出と類似の手法により、前記第
一管状流体流が前記第一電極内部に第一電極内壁に対し
て接線方向に吹込まれることができる。そのような接線
方向への吹込手段は、内側環と外側環とを含んでいるこ
とができるが、それらの環は同軸であり、かつそれらの
間に上記外側環を通って吹込ガスが供給される輪状チャ
ンバーを形成しており、一方、上記内側環内の中心開口
部は、前記第一電極内表面の拡張部を少なくともほぼ形
成しており、そして前記内側環内の中心開口部は、中心
開口部に対して接線方向である少なくとも１つのオリフ
ィスにより上記輪状チャンバーと連絡されている。

【００２１】本発明によるトーチの効率をさらに改善
し、アークにより第二電極から引き離された粒子を排除
するには、次のことが有利である。即ち、上記第二電極
も前記射出チャンバーから離れた端部で開口しており、
それぞれの電極を通る２つの前記プラズマ流が存在して
いること、上記第二電極も上記アークが通過する第二管
状部材を介して上記射出チャンバーと結合しており、上
記第二管状部材が第二反応チャンバーを形成しており、
そして上記第二反応チャンバー内部で上記プラズマ発生
ガスが上記アークの作用下にプラズマを生起せしめるこ
と、ならびに上記第二電極と上記プラズマとの間に流体
バリアを形成することを可能とする第二の手段が備えら
れることである。

【００２２】勿論、前記第二電極およびそれに結合する
要素は、第一電極について既述したと同様な特別な特質
を有することができる。好ましくは、本発明によるプラ
ズマトーチは、上記したような、アーク脚部を移動させ
るための手段を含む。当然、そのような手段は第一およ
び第二の管状部材に作用する必要はなく、２つの電極だ
けに作用すればよい。

【００２３】さらに、電極間にアークを点弧させるため
の手段が備えられるが、それは、２つの電極間で放電を
促すタイプであるか、あるいは例えば補助始動電極を使
用する短絡回路を有するタイプであってもよい、公知の
手法による手段である。それにより、前記電極それぞれ
が前記射出チャンバーに隣接する部分（前記第一および
第二の管状部材）の間にアークを点弧させ、そして上記
アークを、プラズマ発生ガスの渦射出効果の下で、上記
アークの脚部がそれぞれの電極の上記射出チャンバーか
ら離れた前記端部（真の電極部）の内表面に係留される
まで延長させることが可能となる。

【００２４】有利なことに、プラズマ発生ガスを前記チ
ャンバー内に射出する前記手段は、電極の共通軸に対し
て垂直な面に沿って複数の渦状に上記プラズマ発生ガス
を射出することを可能にする。これらの射出手段は前記
電極と同軸であり、かつそれらの電極およびその支持体
と共に前記射出チャンバーの境界を定める、軸対称部材
を包含することができる。この部材内に横断オリフィス
が備えられて、供給回路により供給されるプラズマ発生
ガスのチャンバー内への射出を可能とする。

【００２５】本発明のトーチにおいて、トーチ出口でプ
ラズマが達する温度は５０００℃を越える可能性があ
る。従って、他の理由から従来のプラズマトーチにおい
ても重要であるように、電極のための冷却回路を備える
ことが重要である。

【００２６】硫化水素の分解に特に適した、本発明によ
るプラズマトーチの１つの実施態様において、特別な特
徴は次の通りである。即ち、電力：５００ｋｗ電流：２００〜７００Ａプラズマ発生ガス流速：３５〜１５０Ｎｍ³/ｈ吹込ガス流速：３〜１５Ｎｍ³/ｈ。

【００２７】上述の記載から、前記トーチの唯一の出口
または複数の出口の各々に（何らかの既知のタイプの）
急冷装置がプラズマの通路に配置されていれば非常に高
純度な製造物が得られることが、明確に理解されよう。

【００２８】添付図面により本発明が如何にして実施さ
れ得るのかを明確に説明する。これらの図面において同
一符号は同様の要素を表している。

【００２９】非常に模式的に図１に表された本発明によ
るプラズマトーチの態様Ｉは陽極および陰極部材２を含
んでいるが、これらは管状かつ同軸であり、チャンバー
３の別々の側に、軸Ｘ−Ｘに沿って互いに延長線上に配
置され、上記チャンバー３内に何らかの既知の方法によ
りプラズマ発生ガスが射出される（矢印Ｐ参照)。陽極
１および陰極部材は何らかの既知の適切な方法（図示せ
ず）により冷却される。

【００３０】陽極１は、軸Ｘ−Ｘに沿って延長されてお
り、そして射出チャンバー３と対面するように配置され
た端部に、陽極１の内側を射出チャンバー３に接続する
開口部４を含んでいる。対称的に、射出チャンバー３の
反対側の端部では、陽極１は端壁５により閉じられてい
る。

【００３１】陰極部材２は、射出チャンバーと離れた端
部に、開口部６を通じて外側に開口した陰極２Ａを含ん
でいる。この陰極２Ａは、陰極２Ａの複合部品を形成す
る管状部材２Ｂにより、射出チャンバー３の方向に延長
されている。陰極２Ａは管状部材２Ｂの直径ｄよりも大
きい直径Ｄを有しており、肩７が陰極２Ａと管状部材２
Ｂとを結び付けている。この肩７内に、軸Ｘ−Ｘの周り
に配置されており、かつ軸Ｘ−Ｘと少なくとも実質的に
平行な軸を有している、複数のオリフィス８が備えられ
ている。陰極２Ａと反対側の端部において、管状部材２
Ｂは、陰極部材２の内側を射出チャンバー３に接続する
開口部９を含んでいる。

【００３２】定常状態において、アーク１０が射出チャ
ンバー３および管状部材２Ｂを通過し、そして、その脚
部１０ａおよび１０ｃにより、陽極１の内表面上（射出
チャンバー３と対向する端壁５近傍）および陰極２Ａの
内表面上にそれぞれ係留されている。

【００３３】アーク１０の脚部１０ａおよび１０ｃを軸
Ｘ−Ｘの周りで移動させることを意図した電磁コイル１
１および１２がそれぞれ（端壁５近傍にある）陽極１お
よび陰極２Ａを取り囲んでいる。

【００３４】従って、管状部材２Ｂを貫通するプラズマ
発生ガスＰの流れは管状部材２Ｂにおいてアーク１０の
作用により変換されてプラズマ流１３となり、このプラ
ズマ流１３は、陰極２Ａを通り抜けた後、開口部６を通
ってトーチの外へ出る。つまり、管状部材２Ｂは反応チ
ャンバーを形成しており、この反応チャンバー内でプラ
ズマ発生ガスが、高温および高圧で、このプラズマ発生
ガス構成要素のイオンを含むプラズマに変換される。管
状部材２Ｂはエネルギー効率を最適化するように寸法設
計され得ることは明らかである。

【００３５】さらに、例えば水素であるガスＧが、肩７
内のオリフィス８を通ってプラズマ流１３の周縁に吹込
まれる。このガスが、周囲温度およびプラズマの圧力と
少なくともほぼ等しい圧力でプラズマと同一方向に流れ
る輪状気体状の流れ（管状流体流または流体バリア）１
４を形成する。その結果、陰極２Ａを通過する最中、お
よび陰極２Ａから外（開口部６の下流）へ出るときに、
プラズマ流１３は、気体状輪状流れ１４により形成さ
れ、かつ陰極２Ａとプラズマ流１３との間で流体バリア
を確立する鞘により、完全に取り囲まれる（図２参
照)。

【００３６】この結果、アーク脚部１０ｃにより陰極２
Ａの内表面から引き離される陰極２Ａの材料粒子は、プ
ラズマ流１３と混合し得ないのみならず、さらには、気
体状輪状流れ１４によって除去される。従って、これら
の粒子はプラズマ流１３を汚染することができない。さ
らに、アーク脚部１０ａにより陽極１から引き離され
る、陽極１の材料粒子は陽極１内に留まる（これは、陽
極１が長く、かつアーク脚部１０ａが端壁５近傍に設置
されているという事実による）ので、プラズマ発生ガス
の成分のイオンを含むプラズマ流１３は非常に純粋であ
る。

【００３７】開口部６の下流において、急冷装置（図示
しないが、既知の如何なるタイプであってもよい）が輪
状気体状流れ１４をプラズマ流１３から分離し、次いで
そのプラズマ流１３内にイオン形態で含有される化学成
分を抽出することを可能にする。

【００３８】図３にて非常に模式的に表されている、本
発明によるプラズマトーチの変形である説明のための態
様IIにおいて、要素２、２Ａ、２Ｂ、３および６〜１４
は図１におけると同様である。しかし、この変形におい
て、前記陽極１は陰極部材２に類似の構造である陽極部
材１'に置き換えられている。

【００３９】このために、陽極部材１'は、射出チャン
バー３から離れた端部に、開口部１５を通じて外界に向
けて開口する陽極１'Ａを含んでいる。陽極１'Ａは、該
陽極の複合部品を形成する管状部材１'Ｂにより、射出
チャンバー３の方向に延長されている。陽極１'Ａは管
状部材１'Ｂの直径ｄよりも大きい直径Ｄを有してお
り、そして肩１６が陽極１'Ａと管状部材１'Ｂとを結び
付けている。この肩１６内に、軸Ｘ−Ｘの周りに分配さ
れており、かつ該軸に対して少なくとも実質的に平行な
軸を有している、複数のオリフィス１７が備えられてい
る。陽極１'Ａと反対側の端部において、管状部材１'Ｂ
は陽極部材１'の内側を射出チャンバー３に接続する開
口部１８を含んでいる。

【００４０】定常状態において、アーク１０は射出チャ
ンバー３ならびに管状部材１'Ｂおよび２Ｂを通過し、
そしてそれぞれ陽極１'Ａの内表面および陰極２Ａの内
表面上のアーク脚部１０ａおよび１０ｃにより係留され
る。

【００４１】従って、チャンバー３内に射出されるプラ
ズマ発生ガスは２つの流れに分割されるが、その１つは
管状部材１'Ｂ内を通り、そしてもう一方は管状部材２
Ｂ内を通る。これらの管状部材１'Ｂおよび２Ｂにおい
て、前記プラズマ発生ガス流れが２つの反対向きのプラ
ズマ流１３および１９に変換され、これらのプラズマ流
はそれぞれ陰極２Ａおよび陽極１'Ａを通過した後、開
口部６および１５を通ってトーチの外へ出る。即ち、管
状部材１'Ｂおよび２Ｂが反応チャンバーを形成し、そ
の中でプラズマ発生ガスがプラズマに変換される。

【００４２】輪状ガス流れ１４および２０が、それぞれ
肩７および１６内のオリフィス８および１７を通してプ
ラズマ流１３および１９の周辺部に吹込まれる。これら
の輪状気体状流れは周囲温度かつプラズマの圧力と少な
くともほぼ等しい圧力であり、そしてそれぞれ前記プラ
ズマ流１３および１９と同方向に流れる。その結果、そ
れらが陽極１'Ａおよび陰極２Ａを通過する最中、およ
びトーチから外（開口部６および１５の下流）へ出ると
きに、プラズマ流１３および１９は、それぞれ気体状輪
状流れ１４および２０により形成される鞘によって完全
に取り囲まれる。即ち、これらの輪状流れがそれぞれプ
ラズマ流１３および１９と陰極２Ａおよび陽極１'Ａと
の間で流体バリアを確立し、アーク脚部１０ａおよび１
０ｃによって電極から引き離される材料粒子による上記
プラズマ流の如何なる汚染をも回避する。図３に示す説
明のための態様IIにおいて、急冷装置（図示せず）が開
口部６および１５のそれぞれの下流に備えられる。

【００４３】図４は、図１に示した例Ｉの実施態様を表
している。この図から、陽極１および陰極部材２を取り
囲むプラズマトーチの管状体３０が、(設計簡素の目的
で）互い同士および前記電極と同軸であり、隣同士緊密
に取り付けられた、複数の組合せ部品３０Ａ〜３０Ｆ
（部品数はこれに限定されない）からなることが判る。
さらに、射出チャンバー３から離れた陰極２Ａの開口端
部６と急冷装置（図示せず）とを緊密に接続するため
に、接続手段３１が備えられる。導管３２および３３が
それぞれ、陽極１および陰極部材２の周囲に備えられる
が、これは陽極１および陰極部材２の冷却用の流体を循
環させるためである。

【００４４】射出チャンバー３内にプラズマ発生ガスを
射出するための手段４３は、米国特許第５,２６２,６１
６号に記載されているような、渦射出タイプの手段であ
る。これらは、軸Ｘ−Ｘと同軸で、輪状の溝３５を含
み、かつプラズマ発生ガス（矢印Ｐ）が供給される軸対
称部材から成っており、そして横断オリフィス３６によ
り射出チャンバー３に連絡されている。

【００４５】電極間にアーク１０を点弧させるために、
補助始動電極３８を有する既知のタイプの短絡回路点弧
装置３７が備えられる。かくして、アーク１０は陽極１
の一部と、射出チャンバー３に接続する管状部材２Ｂの
一部との間で点弧されることができ、そしてプラズマ発
生ガスの渦射出の作用下に、コイル１１および１２の場
内において、端壁５近傍の陽極１の内表面および陰極２
Ａの内表面に上記アークの脚部１０ａおよび１０ｃが係
留されるまで延長されることができる。

【００４６】図４に示すトーチは、管状部材２Ｂおよび
陽極２Ａの間に、プラズマ流１３を取り囲む管状流体流
１４を接線方向に吹込むのための装置Ｓを構成する組合
せ部品３０Ｅを含んでいる（図５も参照されたい)。

【００４７】射出チャンバー３内にプラズマ発生ガスを
射出するための手段３４と同様に、吹込装置Ｓは（冷却
導管３３が通る）内側環３９および外側環４０を含んで
いる。これらの環は軸Ｘ−Ｘと同軸であり、そしてその
間隙に輪状チャンバー４１を形成する。この輪状チャン
バー４１には前記外側環４０を通って吹込ガス（矢印Ｇ
参照）が供給される。内側環３９内の中央開口部４２は
直径Ｄを有し、そして陰極２Ａの内表面の拡張部を少な
くともほぼ形成している。従って、中心開口部４２は、
管状部材２Ｂの直径ｄを有する内表面と、陰極２Ａの直
径Ｄを有する内表面との間の移行部を形成している。こ
れは、その内表面に対して接線方向にあるオリフィス４
３により輪状チャンバー４１と連絡されている。

【００４８】図６の断面図に示された、本発明によるプ
ラズマトーチの例IIの実施態様においては、図４および
５に示した実施態様と比べると、図４の陽極１が、陰極
部材２と類似した（しかし軸Ｘ−Ｘに沿って対向する）
陽極部材１'に置き換えられている。実際に、陽極部材
１'は、接線方向への吹込装置Ｓ'により結び付けられ
る、陽極１'Ａおよび管状部材１'Ｂを含んでいる。陽極
１'Ａ、管状部材１'Ｂおよび吹込装置Ｓ'はそれぞれ、
陰極２Ａ、管状部材２Ｂおよび吹込装置Ｓと同等のもの
である。射出チャンバー３から離れた陽極１'Ａの開口
端１５と急冷装置（図示せず）との緊密な接続のため
に、接続手段４４が備えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラズマトーチの第一の例を非
常に模式的に表した縦断面図である。

【図２】プラズマトーチ出口における流体流の、図１
中の線分II−IIに沿った断面図である。

【図３】本発明によるプラズマトーチの第二の例を非
常に模式的に表した縦断面図である。

【図４】図１示したプラズマトーチの１つの実施態様
の、簡略化した縦断面図である。

【図５】図４中の線分Ｖ−Ｖに沿った断面図である。

【図６】図３に示したプラズマトーチのある実施態様
の、簡略化した縦断面図である。

【符号の説明】

１、１'Ａ陽極１' 陽極部材１'Ｂ、２Ｂ管状部材２陰極部材２Ａ陰極３射出チャンバー４、６、９、１５、１８開口部５端壁７、１６肩８、１７、４３オリフィス１０アーク１０ａ、１０ｃアーク脚部１１、１２電磁コイル１３、１９プラズマ（プラズマ流）１４、２０管状流体流３０管状体３０Ａ〜３０Ｆ組合せ部品３１、４４接続手段３２、３３導管３４プラズマ発生ガス射出手段３５輪状の溝３６横断オリフィス３７短絡回路点弧装置３８補助始動電極３９内側環４０外側環４１輪状チャンバー４２中央開口部Ｇ吹込ガスＰプラズマ発生ガスＳ吹込装置Ｓ' 吹込装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者マキシム・ラブロフランス国、33200 ボルドー、リュー・ウィルソン 26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学物質を含むプラズマ発生ガスから上
記化学物質を得ることを特に意図した直流アークプラズ
マトーチであり、該トーチが、管状、同軸であり、そし
て上記プラズマ発生ガスの射出のためのチャンバー
（３）の別々の側に互いに延長線上に配置され且つ上記
射出チャンバーと対面する端部で開口した第一電極およ
び第二電極、ならびに上記射出チャンバー内にプラズマ
発生ガス流を射出する手段（３４）を包含し、そして上
記電極間のアーク（１０）が上記射出チャンバーを通過
し、かつその端脚（１０ｃ、１０ａ）によってそれぞれ
上記電極の内表面に係留され、その際に上記第一電極
（２）は上記アークにより発生させられたプラズマ（１
３）がトーチの外へ流れ出すことができるように、上記
射出チャンバーから離れた端部で開口している直流アー
クプラズマトーチにおいて、上記第一電極（２Ａ）が、上記アーク（１０）が通過し
且つその内部で上記プラズマ発生ガス（Ｐ）が上記アー
ク（１０）の作用下にプラズマ（１３）を生起せしめる
第一反応チャンバーを形成している第一管状部材（２
Ｂ）を介して上記射出チャンバー（３）と結合してお
り、かつ上記第一電極（２Ａ）と上記プラズマ（１３）
との間に流体バリア（１４）を形成することを可能とす
る第一の手段（７、８、Ｓ）が備えられていることを特
徴とする、直流アークプラズマトーチ。
【請求項２】前記第一管状部材（２Ｂ）が前記第一電
極（２Ａ）に堅く結合されている、請求項１に記載のプ
ラズマトーチ。
【請求項３】前記第一管状部材（２Ｂ）と前記第一電
極（２Ａ）が単一の部材（２）を形成している、請求項
２に記載のプラズマトーチ。
【請求項４】前記流体バリアを形成するための前記第
一の手段が、前記第一電極（２Ａ）の内壁上で、プラズ
マの圧力と少なくともほぼ等しい圧力かつ上記プラズマ
（１３）よりも著しく低い温度の、ガスの第一管状流体
流（１４）を発生する第一の吹込手段（７、８、Ｓ）か
らなり、そのとき、上記第一管状流体流（１４）はプラ
ズマ（１３）の流れを取り囲み、かつ上記プラズマ（１
３）の流れと同方向に流れる、請求項１に記載のプラズ
マトーチ。
【請求項５】前記第一管状流体流のガス（Ｇ）が水素
である、請求項４に記載のプラズマトーチ。
【請求項６】前記第一電極（２Ａ）が前記第一管状部
材（２Ｂ）よりも大きい直径Ｄを有し、そして、前記第
一の吹込手段（７、８、Ｓ）が上記第一管状部材と上記
第一電極との間に配置されている、請求項５に記載のプ
ラズマトーチ。
【請求項７】前記第一管状流体流のガスが、前記第一
電極の内壁に沿って、上記第一電極の軸に平行に吹込ま
れる、請求項４に記載のプラズマトーチ。
【請求項８】前記第一管状流体流のガスが、前記第一
電極の内部に、上記第一電極の内壁に対して接線方向に
吹込まれる、請求項４に記載のプラズマトーチ。
【請求項９】前記第一の接線方向への吹込手段（Ｓ）
が、同軸である内側環（３９）および外側環（４０）を
含んでおり、それらの環はその間の空隙に、上記外側環
（４０）を介して吹込ガス（Ｇ）が供給される輪状チャ
ンバー（４１）を形成しており、一方、上記内側環（３
９）の中央開口部（４２）は前記第一電極（２Ａ）の内
表面の拡張部を形成し、かつ内側環内の上記中央開口部
（４２）が、上記中央開口部に対して接線方向である少
なくとも１つのオリフィス（４３）により上記輪状チャ
ンバーに連絡されている、請求項８に記載のプラズマト
ーチ。
【請求項１０】請求項１に記載のプラズマトーチであ
って、前記第二電極（１'Ａ）も、前記第一および第二の電極
それぞれを通る２つの前記プラズマ流（１３、１９）を
存在させるように、前記射出チャンバー（３）と離れた
端部で開口しており、上記第二電極（１'Ａ）も、上記アーク（１０）が通過
し且つその内部で前記プラズマ発生ガス（Ｐ）が上記ア
ーク（１０）の作用下にプラズマを生起せしめる第二反
応チャンバーを形成している第二管状部材（１'Ｂ）を
介して上記射出チャンバー（３）と結合しており、かつ
上記第二電極（１'Ａ）と上記プラズマ（１９）との間
に流体バリア（２０）を形成することを可能とする第二
の手段（１６、１７、Ｓ'）が備えられている、プラズ
マトーチ。
【請求項１１】前記第二管状部材（１'Ｂ）が前記第
二電極（１'Ａ）に堅く結合されている、請求項１０に
記載のプラズマトーチ。
【請求項１２】前記第二管状部材（１'Ｂ）と前記第
二電極（１'Ａ）が単一の部材（１'）を形成している、
請求項１１に記載のプラズマトーチ。
【請求項１３】前記流体バリアを形成するための前記
第二の手段が、前記第二電極（１'Ａ）の内壁上で、プ
ラズマの圧力と少なくともほぼ等しい圧力かつ上記プラ
ズマ（１３）よりも著しく低い温度の、ガスの第二管状
流体流（２０）を発生する第二の吹込手段（１６、１
７、Ｓ'）からなり、そのとき、上記第二管状流体流
（２０）はプラズマ（１９）の流れを取り囲み、かつ上
記プラズマ（１９）の流れと同方向に流れる、請求項１
０に記載のプラズマトーチ。
【請求項１４】前記第二管状流体流のガスが水素であ
る、請求項１３に記載のプラズマトーチ。
【請求項１５】前記第二電極（１'Ａ）が前記第二管
状部材（１'Ｂ）よりも大きい直径Ｄを有しており、そ
して前記第二の吹込手段が上記第二管状部材と上記第二
電極との間に配置されている、請求項１３に記載のプラ
ズマトーチ。
【請求項１６】前記第二管状流体流のガスが、前記第
二電極の内壁に沿って、上記第二電極の軸に平行に吹込
まれる、請求項１３に記載のプラズマトーチ。
【請求項１７】前記第二管状流体流のガスが、前記第
二電極の内部に、上記第二電極の内壁に対して接線方向
に吹込まれる、請求項１３に記載のプラズマトーチ。
【請求項１８】前記第二の接線方向への吹込手段
（Ｓ'）が、同軸である内側環（３９）および外側環
（４０）を含んでおり、それらの環はその間の空隙に、
上記外側環（４０）を介して吹込ガス（Ｇ）が供給され
る輪状チャンバー（４１）を形成しており、一方、上記
内側環（３９）の中央開口部（４２）は前記第二電極
（１'Ａ）の内表面の拡張部を形成し、かつ内側環内の
上記中央開口部（４２）が、上記中央開口部に対して接
線方向である少なくとも１つのオリフィス（４３）によ
り上記輪状チャンバーに連絡されている、請求項１７に
記載のプラズマトーチ。
【請求項１９】互い同士および前記電極と同軸であ
り、かつ隣同士緊密に取り付けられた複数の組合せ部品
（３０Ａ、３０Ｂ、…）からなる、請求項１に記載のプ
ラズマトーチ。
【請求項２０】前記射出チャンバー（３）から離れた
電極の開口端と、前記プラズマを急冷するための装置と
を緊密に接続するための手段（３１、４４）を含んでい
る、請求項１に記載のプラズマトーチ。