JPH11293443A - プラズマトーチ - Google Patents

プラズマトーチ

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JPH11293443A
JPH11293443A JP10097210A JP9721098A JPH11293443A JP H11293443 A JPH11293443 A JP H11293443A JP 10097210 A JP10097210 A JP 10097210A JP 9721098 A JP9721098 A JP 9721098A JP H11293443 A JPH11293443 A JP H11293443A
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JP
Japan
Prior art keywords
plasma
jet
plasma jet
additive
plasma torch
Prior art date
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Pending
Application number
JP10097210A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Baba
裕幸 馬場
Masamichi Abe
正道 阿部
Kazuhiro Hanazawa
和浩 花澤
Naomichi Nakamura
尚道 中村
Kenkichi Yushimo
憲吉 湯下
Yoshihide Kato
嘉英 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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  • Plasma Technology (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマジェットに添加ガス又は粉体等の添加
物を添加する場合に、混合をよくする。 【解決手段】プラズマトーチ1は、中心部に添加物7を
吹出す吹出ノズル5を設け、その周囲にリング状のプラ
ズマノズル4を設けた。このようなトーチ構造とするこ
とによって、プラズマジェットが円筒状に噴出し、その
中心部に添加物7が添加され、添加物はすべてプラズマ
ジェットに,混合され高温に加熱されて有効に利用され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は溶射、高温ガス反応
等を行うプラズマジェットを噴射するプラズマトーチに
関する。
【0002】
【従来の技術】図7は溶射、高温ガス反応等を行うプラ
ズマジェットを噴射する従来のプラズマトーチの縦断面
図である。プラズマジェット10に粉末やガスなどの添
加物7を混入させるように添加し、溶射や高温ガス反応
を行うためのプラズマトーチ1は、従来、棒状の中心電
極3(負極)及びこれを取り巻く円筒電極2(正極)か
らなり、中心電極3と円筒電極2との間でアークを発生
させ、円筒電極2の先端開口からプラズマジェット10
を噴出させ、このプラズマジェット10の噴出流の周囲
の孔5c、5dから水素、水蒸気等の添加ガスや粉体等
の添加物7を吹き出してプラズマジェット10に混合さ
せる型式のものであった。図8は図7を下側から見た図
で、中心のプラズマ噴出口4に向かって、添加物吹出孔
5c、5dが配置されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術で
は、図9に示すように、プラズマジェット10が高速ジ
ェット流6を形成しており、その側方の孔5dからプラ
ズマジェット10のジェット流6に沿うようにガス又は
粉体などの添加物7を供給するため、添加物の一部はプ
ラズマジェット10に巻き込まれて混合部11を形成す
るが、添加物の他の部分は反発されて遊離部12を形成
し、反応対象物20の表面に効果的に供給されない。従
って、 (a)添加物が十分加熱されない。
【0004】(b)添加物はジェット流の中央まで到達
することができず、ジェット流の周囲に飛散する。 (c)添加物7の添加孔5dが間隔を開けて配置されて
いるので、この間隔の部分でジェット流が雰囲気ガスを
巻き込み、添加ガスや粉体などの添加物7の濃度が低下
し、例えば目的とする反応対象物20の脱ボロン反応等
の反応速度が低下する。 等の問題があった。その結果、効率の良い添加物7の添
加、加熱が達成されず、反応速度が不十分で非効率的と
なる等の問題があった。
【0005】本発明は上記欠点を改善し、添加物のプラ
ズマジェットへの混合加熱を完全にし、反応を容易にし
た技術を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
改善するために開発されたもので、プラズマジェットを
噴出する噴出口と、プラズマジェットに混入させる添加
物を吹出す吹出口とを同心円状に配置し、噴出口と吹出
孔の一方が他方を包囲するようにしたことを特徴とする
プラズマトーチを提供する。
【0007】このようなプラズマトーチとしては、中心
に添加物を吹出する吹出孔を設け、吹出孔の周囲にプラ
ズマジェットを噴出するリング状断面の噴出口を設けた
プラズマトーチが好適である。この場合、前記リング状
断面の噴出口は、噴出するプラズマジェットを先細り縮
流させるように流れ方向縦断面を形成したことにより中
心から吹出するガス又は粉体をプラズマジェット内にす
べて取り込み、効率のよい反応を確保することができ
る。さらに、前記噴出口はプラズマジェットに旋回流を
付与する螺旋溝を通路の内壁に備えたことによって、ガ
ス又は粉体とプラズマジェットの混合接触を高め、ガス
又は粉体の加熱を促進し、反応速度を高めることができ
る。
【0008】また、中心にプラズマジェットを噴出する
円形断面の噴出口を備え、その周囲にプラズマジェット
に混入させる添加物を吹出すリング状の1又は複数のス
リットを設けると、プラズマジェットに雰囲気ガスを巻
き込むことを防止し、例えば金属精錬における精製速度
を高める等の効果を得ることができる。さらに、前記リ
ング状の1又は複数のスリット内に、スリットを円周方
向に多数の区画に分割する多数の仕切板を設け、プラズ
マジェットに混入させる添加物を各区画に配分する分配
装置を備えることとし、種類の異なる添加物を順次これ
らの区画に分配すると、少数のスリットで多種の添加物
を均等化させて添加することができる。さらに、前記仕
切板は、吹出す添加物を螺旋状に吹き出すように誘導す
る同形の先端側湾曲部をそれぞれ備えることによって効
果的な混合を図ることができる。
【0009】さらに、本発明は、中心にプラズマジェッ
トを噴出する円形断面の噴出口を備え、その周囲にプラ
ズマジェットに混入される添加物を吹出す多数の小径の
吹出孔をリング状に連接し、吹出物の筒状カーテンを形
成するようにしたプラズマトーチを提供する。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明はプラズマジェット流を用
いる溶解、溶射、加熱処理等において、添加物やガスを
効率より添加し、加熱又は反応を高効率で促進させるも
のである。プラズマジェット流は横断面の中央部が最も
高温高速である。従来、添加ガスや添加粉体等はプラズ
マジェットの外部から斜めにプラズマジェット内に進入
させるようにしていた。この場合、添加ガス等は高速プ
ラズマジェットの表面で一部はプラズマジェット内に取
り込まれて高温となるが、一部は反射して飛散し、十分
に加熱されることなく、未利用となっていた。すなわ
ち、プラズマジェット流の横断面内部に供給されなかっ
た。
【0011】本発明はプラズマ溶射における高融点粉末
の溶解溶射の場合に優れた溶射層を効率よく形成する場
合や太陽電池用のシリコンのプラズマによる脱ボロン工
程におけるプラズマに添加する水蒸気の高温火点を供給
する場合等に最も好適に適用することができる。以下、
図面を参照して説明する。
【0012】図1は、本発明の実施例のプラズマトーチ
の縦断面図、図2は、その出口側から見た外形図(図1
のA−A矢視図)である。このプラズマトーチは、中心
部に添加物7を吹出す吹出孔(吹出ノズル)5があり、
その周囲にプラズマジェットを噴出するリング状の噴出
口(プラズマノズル)4がある。リング状の噴出口4を
形成するノズルの内筒は負電極、外筒は正電極となって
おり、内筒と外筒間で高電圧によるアークを発生する。
このようなプラズマトーチ構造とすることによって、プ
ラズマジェット10が円筒状に噴出し、その中心部に添
加物7が添加される。プラズマジェット10は高速流で
あり、その内側には負圧を生ずると共に激しい混乱流を
生じ、添加物7は高温のプラズマジェット中に取り込ま
れて十分に混合され高温となって、反応対象物20に衝
突する。従って、最も効率よく、溶射又は化学反応を行
うことができる。
【0013】なお、図示していないが、前記リング状断
面の噴出口は、噴出するプラズマジェットを先細り縮流
させるように流れ方向縦断面を形成したプラズマトーチ
としたり、前記噴出口はプラズマジェットに旋回流を付
与する螺旋溝を通路の内壁に備えたプラズマトーチとす
れば、上記混合は一層完全となり好ましい結果を得るこ
とができる。
【0014】図3は、別の実施例のプラズマトーチ1の
出口側から見た図で、中央に噴出口(プラズマノズル)
4を備え、その周囲に添加物を吹出すリング状のスリッ
ト5a、5bを形成したものである。プラズマジェット
は、噴出口4から高速で噴出し、リング状のスリット5
a、5bから吹出す添加物を巻き込み、雰囲気ガスを巻
き込まないので、添加物はプラズマジェット10に同伴
され高温となって反応対象物20に効率よく到達する。
【0015】図4は、他の実施例のプラズマトーチの噴
出口の正面図である。この実施例は図3と同様に中央に
プラズマノズル4を備え、その周囲に添加物を吹出すリ
ング状のスリット5a、5bを形成したものである。プ
ラズマジェットは、プラズマノズル4から高速で噴出す
る。このスリット5aは、円周方向に多数の仕切板8を
備え、多数の区画に分割されている。この多数の区画に
添加物を分配する。例えば、仕切板8によって、添加物
の種類の整数倍の区画を設け、この区画に順次別の添加
物を隣接して分配すると、添加物全体は円筒状のカーテ
ンを形成し、添加物相互は均一に混合してプラズマジェ
ット内に混入される。この場合、仕切板8を円周方向に
湾曲させると、添加物の吹出流が旋回流となる。
【0016】図5は、図4のスリット5aを展開した展
開図である。図5に示すように仕切板8は下端で同一円
周方向に曲がっており、添加物7は図5に示すように流
れ、旋回流を形成する。図6は、別の実施例の噴出口の
正面図を示すもので、中央にプラズマノズル4を備え、
その周囲に添加物を吹出すリング状のスリット5a、5
bを形成したものである。プラズマジェットは、プラズ
マノズル4から高速で噴出し、添加物は中央のプラズマ
ノズルと同心円の円周上に密に連設された小径の吹出孔
9から吹き出すようにした。この相互間隔を狭くして連
設された多数の小径の吹出孔9から吹き出す添加物は、
図3に示すスリットから吹き出す添加物と同様に、全体
として添加物カーテンを形成し、プラズマジェットの周
囲を包囲する。従って、図3の実施例と同様の作用効果
がある。また、複数種類の添加物を各小径の吹出孔9に
分配することによって図4に示すスリットに仕切板を設
けた実施例と同様の効果を奏する。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマジェットに添
加する添加物を効率よく混合高温化することができ、こ
れを反応対象物に到達させ、反応速度の向上を達成する
ことができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のプラズマトーチの一部を示す縦断面図
である。
【図2】図1のA−A矢視図である。
【図3】他の実施例のプラズマトーチの噴出口の正面図
である。
【図4】他の実施例のプラズマトーチの噴出口の正面図
である。
【図5】図4のスリットを展開した展開図である。
【図6】他の実施例の噴出口の正面図である。
【図7】従来のプラズマトーチの縦断面図である。
【図8】従来のプラズマトーチの噴出口の正面図であ
る。
【図9】従来のプラズマトーチの作用の説明図である。
【符号の説明】
1 プラズマトーチ 2 円筒電極 3 中心電極 4 噴出口(プラズマノズル) 5 吹出孔(吹出ノズル) 5a,5b スリット 5c,5d 孔 6 ジェット流 7 添加物 8 仕切板 9 小径の吹出孔 10 プラズマジェット 11 混合部 12 遊離部 20 反応対象物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花澤 和浩 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 中村 尚道 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 湯下 憲吉 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 加藤 嘉英 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマジェットを噴出する噴出口と、
    プラズマジェットに混入させる添加物を吹出す吹出孔と
    を同心円状に配置し、一方が他方を包囲するようにした
    ことを特徴とするプラズマトーチ。
  2. 【請求項2】 中心に添加物を吹出す噴出口を設け、該
    吹出孔の周囲にプラズマジェットを噴出するリング状断
    面の噴出口を設けたことを特徴とする請求項1記載のプ
    ラズマトーチ。
  3. 【請求項3】 前記リング状断面の噴出口は、噴出する
    プラズマジェットを先細り縮流させるように流れ方向縦
    断面を形成したことを特徴とする請求項2記載のプラズ
    マトーチ。
  4. 【請求項4】 前記噴出口はプラズマジェットに旋回流
    を付与する螺旋溝を通路の内壁に備えたことを特徴とす
    る請求項2又は3記載のプラズマトーチ。
  5. 【請求項5】 中心にプラズマジェットを噴出する円形
    断面の噴出口を備え、その周囲にプラズマジェットに混
    入される添加物を吹出すリング状の1又は複数のスリッ
    トを設けたことを特徴とする請求項1記載のプラズマト
    ーチ。
  6. 【請求項6】 前記リング状の1又は複数のスリット内
    に、該スリットを円周方向に多数の区画に分割する多数
    の仕切板を設け、プラズマジェットに混入させる添加物
    を各区画に配分する分配装置を備えたことを特徴とする
    請求項5記載のプラズマトーチ。
  7. 【請求項7】 前記仕切板は、吹出す添加物を螺旋状に
    吹き出すように誘導する同形の先端側湾曲部をそれぞれ
    備えたことを特徴とする請求項6記載のプラズマトー
    チ。
  8. 【請求項8】 中心にプラズマジェットを噴出する円形
    断面の噴出口を備え、その周囲にプラズマジェットに混
    入される添加物を吹出す多数の小径の吹出孔をリング状
    に連設したことを特徴とする請求項1記載のプラズマト
    ーチ。
JP10097210A 1998-04-09 1998-04-09 プラズマトーチ Pending JPH11293443A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004284944A (ja) * 2003-03-03 2004-10-14 Sumitomo Electric Ind Ltd ガラス加工方法及びガラス加工装置
US20110100556A1 (en) * 2009-11-02 2011-05-05 Industrial Technology Research Institute Plasma System with Injection Device
JP2013532063A (ja) * 2010-06-28 2013-08-15 ピーピージー・インダストリーズ・オハイオ・インコーポレイテッド 制御された圧力ゾーンを有するプラズマシステムにおける超微粒子の製造

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