JPS61187959A - プラズマト−チの冷却方法 - Google Patents
プラズマト−チの冷却方法Info
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- JPS61187959A JPS61187959A JP2659585A JP2659585A JPS61187959A JP S61187959 A JPS61187959 A JP S61187959A JP 2659585 A JP2659585 A JP 2659585A JP 2659585 A JP2659585 A JP 2659585A JP S61187959 A JPS61187959 A JP S61187959A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、プラズマ溶射あるいはプラズマ溶接において
用いられるプラズマトーチの陰極あるいは陽極部位を冷
却する方法に係わる。
用いられるプラズマトーチの陰極あるいは陽極部位を冷
却する方法に係わる。
（従来の技術とその問題点）
従来、目的部位の冷却には水（液体）を接触通過させ除
熱する方法が採られている。この方法では、水の流量を
Ｖ（ｇ／分〕 、入口温度をＴｒ〔℃〕、出口温度をＴ
ｏ （”ｃ）、比熱をＣｐ （ｃａｌ／ｇ”０）で表
わせばＱ ＝ Ｖ ＊ Ｃｐ ＊ （Ｔｏ−Ｔｒ）
（ｃａｌ／分］なる除熱量を得る。
熱する方法が採られている。この方法では、水の流量を
Ｖ（ｇ／分〕 、入口温度をＴｒ〔℃〕、出口温度をＴ
ｏ （”ｃ）、比熱をＣｐ （ｃａｌ／ｇ”０）で表
わせばＱ ＝ Ｖ ＊ Ｃｐ ＊ （Ｔｏ−Ｔｒ）
（ｃａｌ／分］なる除熱量を得る。
ちなみに、現在実用されている最大出力レベルの８０Ｋ
Ｗプラズマ溶射トーチでは、必要除熱量は２５．０００
Ｋｃａｌ／時位であるから、２５℃の市水を通して安全
な温度８０℃で戻すとすれば略８！Ｌ／分の水を必要と
する。こうして、冷却に使用された温水は放水するか冷
水循環装置で除熱後回利用するかの方法が採られるが、
放水すれば毎日数トンの水を棄てることになるし、再利
用するには８０ＫＷプラズマ溶射ト一チ１台につきｌ０
ＫＷ程度の空冷式ヒートポンプ設備と電力が新たに必要
となる。
Ｗプラズマ溶射トーチでは、必要除熱量は２５．０００
Ｋｃａｌ／時位であるから、２５℃の市水を通して安全
な温度８０℃で戻すとすれば略８！Ｌ／分の水を必要と
する。こうして、冷却に使用された温水は放水するか冷
水循環装置で除熱後回利用するかの方法が採られるが、
放水すれば毎日数トンの水を棄てることになるし、再利
用するには８０ＫＷプラズマ溶射ト一チ１台につきｌ０
ＫＷ程度の空冷式ヒートポンプ設備と電力が新たに必要
となる。
また、プラズマトーチの内部構造は複雑であり、放熱面
上に巧妙に設けられた冷却水の通路はかなり大きな圧力
損失をもたらす、このため、冷加水流量を確保するには
圧力も高くしなければならずこれは漏水につながりやす
い。
上に巧妙に設けられた冷却水の通路はかなり大きな圧力
損失をもたらす、このため、冷加水流量を確保するには
圧力も高くしなければならずこれは漏水につながりやす
い。
（発明の目的、構成９作用）
本発明は前述の事情からなされたもので、冷却水の使用
量を可能な限り少くし、経済的で信頼性の高いプラズマ
トーチの冷却方法を提供することを目的とする。
量を可能な限り少くし、経済的で信頼性の高いプラズマ
トーチの冷却方法を提供することを目的とする。
しかして、本発明の冷却方法は、溶射あるいは溶接に使
用されるプラズマトーチの陰極あるいは陽極部位を冷却
する方法において、該冷却部位の放熱面を囲繞する小空
間を常時大気圧以下に減圧し、該小空間内の放熱面に向
い無数の沸点に達していない水流を遷移流以上の速度で
放出し、該水流が該放熱面に衝突して蒸発する際に奪う
主に気化熱によって冷却することを特徴とする。
用されるプラズマトーチの陰極あるいは陽極部位を冷却
する方法において、該冷却部位の放熱面を囲繞する小空
間を常時大気圧以下に減圧し、該小空間内の放熱面に向
い無数の沸点に達していない水流を遷移流以上の速度で
放出し、該水流が該放熱面に衝突して蒸発する際に奪う
主に気化熱によって冷却することを特徴とする。
第１図ａ及び第２図すは本発明を実施するためのプラズ
マトーチの構成例を示す、ｌは陰極ホルダー２の先端に
溶接された陰極、３は先端に噴出口４．後部に冷却水人
口５を備え、水蒸気出口６をもつ陰極ホルダー２に挿入
固定されている陰極冷却チューブである。７は陰極ｌを
つつみ適当な間隔をもって配置されている陽極ノズル、
８は陽極ノズル７を囲繞し、表面に無数の噴出口９を有
する陽極冷却管、１０は陽極ノズル７、陽極冷却管８、
後部キャー２プ１１及びインシュレーター１２で構成さ
れる小空間であり、該小空Ｍ１０は、パツキン１２’、
Ｏリング１３，１４．２０で外部に対し気密性が保た
れている。１５は陽極冷却管８．後部キャップ１１及び
前部キャップ１８とで冷却水２３の通路を構成するフラ
ンジで、０リング１７．１８で水密性が保たれている。
マトーチの構成例を示す、ｌは陰極ホルダー２の先端に
溶接された陰極、３は先端に噴出口４．後部に冷却水人
口５を備え、水蒸気出口６をもつ陰極ホルダー２に挿入
固定されている陰極冷却チューブである。７は陰極ｌを
つつみ適当な間隔をもって配置されている陽極ノズル、
８は陽極ノズル７を囲繞し、表面に無数の噴出口９を有
する陽極冷却管、１０は陽極ノズル７、陽極冷却管８、
後部キャー２プ１１及びインシュレーター１２で構成さ
れる小空間であり、該小空Ｍ１０は、パツキン１２’、
Ｏリング１３，１４．２０で外部に対し気密性が保た
れている。１５は陽極冷却管８．後部キャップ１１及び
前部キャップ１８とで冷却水２３の通路を構成するフラ
ンジで、０リング１７．１８で水密性が保たれている。
１Ｇは冷却水入口、２１は陰極１と陽極ノズル７間に発
生したアークプラズマ炎、２２は図示せぬ通路を経て冷
却水２３を送るポンプ、２３′はポンプ２２の発生する
圧力によって噴出口４及び９から各々陰極ｌと陰極ホル
ダー２及び陽極ノズル７に向って放出された水流である
。
生したアークプラズマ炎、２２は図示せぬ通路を経て冷
却水２３を送るポンプ、２３′はポンプ２２の発生する
圧力によって噴出口４及び９から各々陰極ｌと陰極ホル
ダー２及び陽極ノズル７に向って放出された水流である
。
又、２４は、圧縮空気導入管２５と水（液体あるいは蒸
気）の吸入管２Ｂ及び吐出口２９を有する減圧ノズル、
３０はコンプレッサー、３１は図示せぬ通路を通る圧縮
空気、３２はプラズマアーク発生用の電源で、導線３３
を通し電力を供給する。３４はプラズマガス入口である
。
気）の吸入管２Ｂ及び吐出口２９を有する減圧ノズル、
３０はコンプレッサー、３１は図示せぬ通路を通る圧縮
空気、３２はプラズマアーク発生用の電源で、導線３３
を通し電力を供給する。３４はプラズマガス入口である
。
以りの構成において、電源３２の供給する電力によって
維持されるプラズマ炎２１は大量の熱を周辺の陰極１．
陰極ホルダー２及び陽極ノズル７に与える。この熱を速
かに除くことができねば受熱した部位はたちどころに溶
融破損するに至る。従来方法は、この部位に大量の水（
液体）を接融通過させ除熱しているわけであるが、本発
明によればこの水使用橡は格段に少くてすむ、以下にそ
の作用を説明する。
維持されるプラズマ炎２１は大量の熱を周辺の陰極１．
陰極ホルダー２及び陽極ノズル７に与える。この熱を速
かに除くことができねば受熱した部位はたちどころに溶
融破損するに至る。従来方法は、この部位に大量の水（
液体）を接融通過させ除熱しているわけであるが、本発
明によればこの水使用橡は格段に少くてすむ、以下にそ
の作用を説明する。
ポンプ２２によって、冷却水入口５及び１６を通して送
り込まれた冷却水２３は、ポンプ２２の発生する圧力で
陰極冷却チューブ５及び陽極冷却管８に設けられた無数
の噴出口４及び９から各々陰極ｌと陰極ホルダー２及び
陽極ノズル７の放熱面に向って勢いよく噴出する。噴出
口４．９の穴径は、この噴出水流２３′が粒状又は霧状
を呈する、いわゆる遷移流以上の速度になるようポンプ
２２の発生圧力との関係で選ぶ、各々の放熱面に衝突し
た水の粒子は放熱面を通してプラズマ炎２１の熱を奪い
瞬間気化する。気化と同時に発生する大量の水蒸気は、
水蒸気出口６及び２７から減圧ノズル２４に吸引され排
出される。かくして、噴出口４，９から噴出する水流が
遷移流以上の速度である必要は、気化効率を高めるため
と理解される。また、小空間１０を常時大気圧以下にし
たおくことによって、水の沸点を下げ気化を促進するこ
とができる。
り込まれた冷却水２３は、ポンプ２２の発生する圧力で
陰極冷却チューブ５及び陽極冷却管８に設けられた無数
の噴出口４及び９から各々陰極ｌと陰極ホルダー２及び
陽極ノズル７の放熱面に向って勢いよく噴出する。噴出
口４．９の穴径は、この噴出水流２３′が粒状又は霧状
を呈する、いわゆる遷移流以上の速度になるようポンプ
２２の発生圧力との関係で選ぶ、各々の放熱面に衝突し
た水の粒子は放熱面を通してプラズマ炎２１の熱を奪い
瞬間気化する。気化と同時に発生する大量の水蒸気は、
水蒸気出口６及び２７から減圧ノズル２４に吸引され排
出される。かくして、噴出口４，９から噴出する水流が
遷移流以上の速度である必要は、気化効率を高めるため
と理解される。また、小空間１０を常時大気圧以下にし
たおくことによって、水の沸点を下げ気化を促進するこ
とができる。
減圧ノズル２４の減圧作用はいわゆるインジェクターと
同一機能によるもので、コンプレッサー３０によって圧
縮空気３１を圧縮空気導入管２５に吹き込むことによっ
て、吸入管２Ｂに接続される系内の水蒸気が排出される
ことにより生れる。
同一機能によるもので、コンプレッサー３０によって圧
縮空気３１を圧縮空気導入管２５に吹き込むことによっ
て、吸入管２Ｂに接続される系内の水蒸気が排出される
ことにより生れる。
本発明の効果を先にあげた８０ＫＷプラズマ溶射トーチ
を例に説明する０本発明の除熱効果は蒸気の温度上昇を
無視すれば、先の例に水の気化熱（０℃、ｌａｔｍにお
き５３９ｃａ ｌ／ｇ）によるものが加えられるから、
２５℃の水１ｇが気化することにより除熱量は（１００
−２５） ＋ ５３９ ＝ ８１４ ｃａｌ となる。
を例に説明する０本発明の除熱効果は蒸気の温度上昇を
無視すれば、先の例に水の気化熱（０℃、ｌａｔｍにお
き５３９ｃａ ｌ／ｇ）によるものが加えられるから、
２５℃の水１ｇが気化することにより除熱量は（１００
−２５） ＋ ５３９ ＝ ８１４ ｃａｌ となる。
従ッテ、２５，０ＱＯＫｃａｌ／時を除熱するには略０
．７１／分の水を送れば良いわけで、実に従来法の１／
１０以丁ですむことになる。この効果は甚大である。
．７１／分の水を送れば良いわけで、実に従来法の１／
１０以丁ですむことになる。この効果は甚大である。
第２図は第２の発明の構成例を示す、第１の発明と同一
番号を付した要素は全く同じ名称、構造９機能を有する
。新たに付加された要素についてのみ説明するに、 ２
２−１ 、２２−２は、温度センサー３５−１．３５−
２の検出温度によって働く制御装置３Ｂ−１，３６−２
からパワーケーブル３８−１．３８−２を介して電力の
供給を受は動作する水ポンプである。
番号を付した要素は全く同じ名称、構造９機能を有する
。新たに付加された要素についてのみ説明するに、 ２
２−１ 、２２−２は、温度センサー３５−１．３５−
２の検出温度によって働く制御装置３Ｂ−１，３６−２
からパワーケーブル３８−１．３８−２を介して電力の
供給を受は動作する水ポンプである。
以上の構成において、水蒸気出口６及び２７より排出さ
れる水は送り込まれる量によって第３図のように状態を
変える。すなわち水の量が少なければ（Ｖ１以下）水は
完全に気化、過熱蒸気となるし、多ければ（Ｖ２以上）
気化することなく温水として排出される。ｖｌ とｖ２
の間では蒸気と温水２相状態になる。前述した本発明の
第１方法の最も望ましい利用状態は、供給された水は完
全に気化し過熱程度は少い状態であり、この状態を発明
量や熱損失量の変動によらず常に維持するためには排出
された水の温度によって水量をコントロールすればよい
。
れる水は送り込まれる量によって第３図のように状態を
変える。すなわち水の量が少なければ（Ｖ１以下）水は
完全に気化、過熱蒸気となるし、多ければ（Ｖ２以上）
気化することなく温水として排出される。ｖｌ とｖ２
の間では蒸気と温水２相状態になる。前述した本発明の
第１方法の最も望ましい利用状態は、供給された水は完
全に気化し過熱程度は少い状態であり、この状態を発明
量や熱損失量の変動によらず常に維持するためには排出
された水の温度によって水量をコントロールすればよい
。
第２図における制御装置３６−１及び３Ｂ−２は、各々
の温度センサー３５−１及び３５−２の検出温度によっ
て水ポンプ２２−１及び２２−２の回転数を変え流量を
コントロールしている。水ポンプ２２−１及び２２−２
がＡＣモーターを使っているものであれば、インバータ
ーによる周波数制御でこれは容易に実現する。
の温度センサー３５−１及び３５−２の検出温度によっ
て水ポンプ２２−１及び２２−２の回転数を変え流量を
コントロールしている。水ポンプ２２−１及び２２−２
がＡＣモーターを使っているものであれば、インバータ
ーによる周波数制御でこれは容易に実現する。
また、ポンプは定速回転にしておき各々のポンプの吐出
側にモータードライブ式の流量調整弁を設け、これを検
出温度によって制御装置３１３−１．３８−２を介して
開閉する方法でもよい。
側にモータードライブ式の流量調整弁を設け、これを検
出温度によって制御装置３１３−１．３８−２を介して
開閉する方法でもよい。
本発明が第１の発明を補充する上で極めて有用であるこ
とは明らかである。
とは明らかである。
（実施例）
プラズマスプレートーチ出力 １００ Ｋ％１必要除熱
量 ３４．４００Ｋｃａｌ／時冷却水入口温度
４０℃ 冷却水出口温度 １０５±２℃ 冷却水流量 ｌ±０．ＨＬ／分内部圧力
５００ Ｔｏｒｒ（発明の効果） 以上説明した本発明によれば、冷却水を気化させるため
、その除熱効果が極めて高く、少ない冷却水量で効率的
なトーチの冷却が可能となり、その工業的な効果は非常
に大きい。
量 ３４．４００Ｋｃａｌ／時冷却水入口温度
４０℃ 冷却水出口温度 １０５±２℃ 冷却水流量 ｌ±０．ＨＬ／分内部圧力
５００ Ｔｏｒｒ（発明の効果） 以上説明した本発明によれば、冷却水を気化させるため
、その除熱効果が極めて高く、少ない冷却水量で効率的
なトーチの冷却が可能となり、その工業的な効果は非常
に大きい。
第１図ａは本発明の構成を断面で示したもの。
第１図すは第１図のＡ−Ａ断面図、第２図は第２の発明
の構成図、第３図は第２の発明の詳細な説明する図。 ｌ・・・陰極、２・・・陰極ホルダー、３・・・陰極冷
却チューブ、４・・・噴出口、５・・・冷却水入口、６
・・・水蒸気出口、７・・・陽極ノズル、８・・・陽極
冷却管、９・・・噴出口、１０・・・小空間、１１・・
・後部キャップ、１２・・・インシュレーター、１３，
１４．１？、１８．２０・・・Ｏリング、１５・・・フ
ランジ、１８・・・冷却水入口、１８川前部キャップ、
２１・・・アークプラズマ炎、２２・・・ポンプ、２３
・・・冷却水、２３−・・水流、２４・・・減圧ノズル
、２５・・・圧縮空気導入管、２Ｂ・・・吸入管、２７
・・・水蒸気出０．２Ｂ・・・水蒸気、２８・・・吐出
口、３０・・・コンプレッサー、３１・・・圧縮空気、
３２・・・電源、３３・・・導線、３４・・・プラズマ
ガス入口、３５−１・・・温度センサー、３５−２・・
・温度センサー。 ３８−１・・・制御装置、 ３Ｂ−２・・・制御装置。
の構成図、第３図は第２の発明の詳細な説明する図。 ｌ・・・陰極、２・・・陰極ホルダー、３・・・陰極冷
却チューブ、４・・・噴出口、５・・・冷却水入口、６
・・・水蒸気出口、７・・・陽極ノズル、８・・・陽極
冷却管、９・・・噴出口、１０・・・小空間、１１・・
・後部キャップ、１２・・・インシュレーター、１３，
１４．１？、１８．２０・・・Ｏリング、１５・・・フ
ランジ、１８・・・冷却水入口、１８川前部キャップ、
２１・・・アークプラズマ炎、２２・・・ポンプ、２３
・・・冷却水、２３−・・水流、２４・・・減圧ノズル
、２５・・・圧縮空気導入管、２Ｂ・・・吸入管、２７
・・・水蒸気出０．２Ｂ・・・水蒸気、２８・・・吐出
口、３０・・・コンプレッサー、３１・・・圧縮空気、
３２・・・電源、３３・・・導線、３４・・・プラズマ
ガス入口、３５−１・・・温度センサー、３５−２・・
・温度センサー。 ３８−１・・・制御装置、 ３Ｂ−２・・・制御装置。
Claims (2)
- （１）溶射あるいは溶接に使用されるプラズマトーチの
陰極あるいは陽極部位を冷却する方法において、該冷却
部位の放熱面を囲繞する小空間を常時大気圧以下に減圧
し、該小空間内の放熱面に向い無数の沸点に達していな
い水流を遷移流以上の速度で放出し、該水流が該放熱面
に衝突して蒸発する際に奪う主に気化熱によって冷却す
ることを特徴とするプラズマトーチの冷却方法。 - （２）小空間より排出される水の温度を検出し温度によ
って水の流量を調節する特許請求の範囲第１項記載の方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2659585A JPS61187959A (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | プラズマト−チの冷却方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2659585A JPS61187959A (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | プラズマト−チの冷却方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61187959A true JPS61187959A (ja) | 1986-08-21 |
| JPH035221B2 JPH035221B2 (ja) | 1991-01-25 |
Family
ID=12197881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2659585A Granted JPS61187959A (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | プラズマト−チの冷却方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61187959A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2673352A1 (fr) * | 1991-02-25 | 1992-08-28 | Lincoln Electric Co | Torche a plasma a refroidissement perfectionne. |
| JP2008528934A (ja) * | 2006-01-11 | 2008-07-31 | ビ−エイイ− システムズ パブリック リミテッド カンパニ− | 冷却剤送出に関する改良 |
| JP4795241B2 (ja) * | 2003-09-17 | 2011-10-19 | トミオン オイ | 冷却プラズマトーチ及びトーチを冷却するための方法 |
| JP2012520171A (ja) * | 2009-03-12 | 2012-09-06 | サン−ゴバン サントル ド レシェルシュ エ デテュド ユーロペアン | 側面インジェクタを有するプラズマトーチ |
-
1985
- 1985-02-15 JP JP2659585A patent/JPS61187959A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2673352A1 (fr) * | 1991-02-25 | 1992-08-28 | Lincoln Electric Co | Torche a plasma a refroidissement perfectionne. |
| JP4795241B2 (ja) * | 2003-09-17 | 2011-10-19 | トミオン オイ | 冷却プラズマトーチ及びトーチを冷却するための方法 |
| JP2008528934A (ja) * | 2006-01-11 | 2008-07-31 | ビ−エイイ− システムズ パブリック リミテッド カンパニ− | 冷却剤送出に関する改良 |
| JP2012520171A (ja) * | 2009-03-12 | 2012-09-06 | サン−ゴバン サントル ド レシェルシュ エ デテュド ユーロペアン | 側面インジェクタを有するプラズマトーチ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH035221B2 (ja) | 1991-01-25 |
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