JPS6188500A - プラズマトーチ - Google Patents

プラズマトーチ

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JPS6188500A
JPS6188500A JP60210352A JP21035285A JPS6188500A JP S6188500 A JPS6188500 A JP S6188500A JP 60210352 A JP60210352 A JP 60210352A JP 21035285 A JP21035285 A JP 21035285A JP S6188500 A JPS6188500 A JP S6188500A
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insulating
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plasma burner
end wall
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ハインリツヒ‐オツトー・ロツスネル
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • HELECTRICITY
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 ノズルが同心に電極ユニットを取り巻きかつ環状管路に
よって電極ユニットから分離されており、ノズルが中空
体として構成されておりまた回転対称内壁部分(11)
 、内壁部分に対し同心に設けられる回転対称外壁部分
(12)および両壁部分(11.12)を結合する端壁
部分(13)をもつプラズマバーナに関スル。
プラズマバーナを操作する際にノズルによって取り囲み
かつ個々の電極あるいは中心補助電極および補助電極を
同心に取り巻く主電極から構成できる中央電極ユニット
と例えば金属溶融浴によってもたらすことができる逆電
極との間に安定したアーク流を構成しなければならない
このアーク流,ρ追求される安定性、従って始めに述べ
た種類のプラズマバーナで操作される装置の効率および
経済性がその際寄生アークにょつて著しく妨げられる可
能性がある。この種の寄生アークは、主アークに対して
平行に燃焼し、その際このアークが特に外側バーナまた
はノズル外周部の下方縁またはノズル端面の外側範囲を
共に電流伝導部へ包含する。
寄生アークを発生の際には三つの関連する電流路が使用
され、第一電流路は、電極とノズルとの間の比較的短か
い区間を橋絡する内部横アークによって形成され、第二
電流路は、ノズルによって用いられる金属導体でチシマ
だ第三電流路は、外側バーナまたはノズル外周部または
ノズル端の外側範囲から逆電極まで燃焼する二重アーク
によって形成される。この種の寄生アークは、とりわけ
高温炉で残電流液体冷却プラズマバーナを挿入する際、
例えばくず鉄を溶融する際に発生しまたとくにノズル前
方外周部分またはノズル端壁の完全溶融によるが、けれ
どもバーナ電極の著しい摩耗によってもプラズマバーナ
の早期故障を発生させる。
この現象を防止するため、主アークの電流強さを減少す
るが、しかし少なくともこの電流強さを限定することが
公知であり、従って完全溶融に対してノズルを保護しか
つ過剰摩耗から電極を防止させるようにする(これに対
しドイツ公告特許第2140241号、ドイツ特許第2
541166号、ドイツ公開特許第2951121号お
よび東独特許第97864号を参照)。
上述の例において寄生アークを検出しかつ主アーク電流
を減少または限定するため著しい装置費を必要とするこ
とはさておき、寄生アークの現象およびその悪い作用は
減少だけされるが、しかし確実に阻止されない。さらに
寄生アークを防止する手段は常に激烈な出力抑制あるい
はそれどころかバーナの遮断さえも必要とする。
さらに高温溶融点あるいは昇華点をもつ導電性層でノズ
ルの外周部を被覆することが公知である(ドイツ公開特
許第aaoqaos号参照)。
例えば固形黒鉛から構成できるこの層は、寄生アークの
作用を受けてゆっくりとかつ連続的に摩耗を防止する。
この保護方法は、時間的にだけ限定されないけれども、
寄生アークによって制約される装置の低い効率を補償す
るにも適していない。さらにこの公知の防止手段にあっ
てはなお中心電極に対する保護をもたらさない。
なぜなら中心電極が内部横アークによって損傷されるか
らである。
加うるに、耐熱性ライニングをもつノズルの端壁を設け
ることが米国特許第8147329号から公知である。
このだめノズルの成る局部的保護がもたらされ、従って
寄生アークの発生が総わる場合に困難であるが、しかし
同様に有効には阻止されない。
本発明の課題は、寄生アークによって発生可能にされる
損傷が簡単な手段によって有効かつ持続して防止できる
プラズマバーナを提供することにある。
この課題は、端壁部分に隣接する内壁部分の区間が当該
壁部分の全横断面を含む少なくとも一つの絶縁個所によ
って外壁部分に隣接する端壁部分の区間から電気的に絶
縁されていることによって解決される。端壁部分へ隣接
または電極ユニットの前方端に近接するノズルの内壁部
分の区間の電気的分離または絶縁は、外壁部分へ隣接す
る端壁部分の区間によって以下のように確保される。す
なわち、電流路は、電極ユニットからノズルまたはバー
ナ外周部の前方範囲あるいはノズルの端壁の外側範囲を
介して逆電極に到るまで存在していないしあるいは、発
生することも可能性がないからでちる。本発明による特
徴にあっては寄生アークの発生が確実に防止されるから
、長期的に見てもそれによって発生させられる損傷はノ
ズルにおいてまた電極ユニットにおいて起らない。
本発明の合理的構成は、副請求範囲で説明されている。
従って特許請求の範囲第2項記載の特徴によれば、二つ
の絶縁個所を設けかつそれらのうちの片方をノズルの端
壁で設けるように提案され、その際端壁部分の絶縁部分
をできるだけ大きくすることによってこの絶縁個所が内
壁部分にできるだけ近くすることが問題でちる。
バーナのこの構成では、この絶縁個所が主アークの半径
方向ビームに直接曝されずまたその限りでは熱的に保護
されることが有利であることが判明する。
さらにその上特許請求の範囲第3項で説明される手段に
よって場合によってはノズルの内壁へかぶさる内方機ア
ークがノズルまたは外周保持部を介してノズルの外壁ま
で達することができないように達成される。同じことは
、特許請求の範囲第4項で説明される手段にも当てはま
る。さらに特許請求の範囲第3および第4項による第二
絶縁区間の配置にとって、上記区間がバーナの1低温“
個所で設けられており、従って低い耐熱性絶縁材料から
装置することができるために有利となる。
特許請求の範囲第5ないし第8項によるプラズマバーナ
の構成では、それらの絶縁リングがノズルの壁部分の内
面の部分となるので、絶縁リングは、冷却液体によって
同様に冷却される。
絶縁材料を有利に使用するため、特許請求の範囲第9項
によりノズルの端壁で設けられる第一絶縁個所を二つの
リングによって実施するように行なわれる。その際一方
のリングは透水性にする必要がなくまた他方のリングは
熱的に保護することができる。
特許請求の範囲第11項によるプラズマバーナの構成で
はそれらの絶縁個所の絶縁作用が拡大されるので、この
バーナを操作する際に低い伝導性をもつ冷却媒体をも使
用することができる。
特許請求の範囲第12項に従ってこのプラズマバーナが
構成される場合、単独の絶縁個所だけで済ますこともで
きる。
本発明の対象の実施例は添付図面で示されまた以下詳細
に説明される。
第1図によるプラズマバーナは、中心に設けた水冷電極
1をもち、電極の尖端2が円錐状外周面3および平らな
端面4で構成されている。
電極1は同様に水冷バーナノズル5(以下ノズルとしか
称されない)によって電極1の軸1′に対し同軸に取り
囲まれている。ノズル5は大体において円筒状透孔6を
もち、この孔がノズル5の端面7に対して内側円錐8を
経て細くなっている。透孔6の内径はそれぞれ電極1の
外径よりも大きくなっている。なぜならば電極1とノズ
ル5との間に環状通過管路9が生じるからである。電極
1からノズル5を絶縁するため、例えば米国特許第81
47329号で詳細に説明されているように、絶縁部材
10が設けられている。
ノズル5は、回転対称内壁部分11、この部分に同心に
設けられる回転対称の外壁部分12および両壁部分11
.12を端面で結合する端壁部分13をもっている。内
壁部分11と外壁部分12との間にさらになお冷却路を
共に形成する隔壁14がある。
端壁13では第一回転対称絶縁部材17が設けられてい
る。回転対称的に構成される第一絶縁部材18は、ノズ
ル5の端面7から見て、内壁部分11の円筒状区間の始
端へ挿入される。
第2図では、第一絶縁部材の第一実施の態様が拡大尺度
にして示されている。この絶縁部材または絶縁リング1
7は、その内側で雌ねじ22を備えており、このねじが
端壁部分13の内側区間13′の雄ねじ21と係合して
いる。絶縁リング17は、その内側においてさらに環状
拡大部23をもち、この拡大部によって雄ねじ21に対
して肩部が形成されている。この肩部で密封リング25
は端壁部分13の内側区間13′で設けられるフランジ
26に対して押圧される。絶縁リング17の外側面27
は円筒状に構成されかつ端壁部分13の外側区間13“
の対応する壁と係合している。流出する冷却水を確保す
るため端壁部分13の外側区間13“は、溝29を備え
、この溝の中へ密封リング30が挿入されている。
第3図による外の実施の態様では第一絶縁リング17a
は滑らかな円筒状内面31をもち、この内面でこのリン
グが内側端壁部分13′の対応する円筒状面32に対し
て接触している。絶縁リング17aはその外側面におい
て隔壁14に近い端面でフランジ33をもち、このフラ
ンジが端壁部分13の外側区間13“の対応する凹部3
4によってとりつけられている。この簡単な実施の態様
は、冷却水が内部過圧の際にノズル5から絶縁リング1
7aを押し出さないように確保する。
第4図による別の実施の態様では絶縁リング17bは、
その中子が金属材料36、例えば、銅から成り、このリ
ングまたは金属材料が電気絶縁材料、例えば、酸化ジル
コンから成る密閉する表面層37によって取り囲まれて
いる。
第5図による絶縁リング170は、再び密閉する電気絶
縁コーチング37で取り囲まれている。
絶縁リング17Cは、内部が同心に組み立てられた多数
の層88.89から形成されており、それらの層のうち
少なくとも各第二層39が電気的に不導性絶縁層である
説明した実施例の変形例では密封する絶縁コーチングは
第6図による絶縁リング17dの際に省略されている。
このリングは二つの金属層as、’ as“だけをもち
、それらの層が鋳造混合物から形成される絶縁層39′
によって機械的に結合される。このように構成された絶
縁リング17dば、全体的に見てかき傷のつかないまた
ノズル5の壁区間13′および13“に対して秀れた密
封をすることができる。
第7図による実施の態様では端壁部分13・の内側区間
13′および外側壁部分と結合される端壁部分13の外
側区間13”がそれぞれ肩部40をもつので、軸1′に
関して同軸の両区間13(13“の結合を保証する。区
間13j13“の絶縁を相互に行なうためそれらの互い
に向き合った表面部分は、それぞれ絶縁層42または4
3を備え、それらの層がそれに隣接する平行な表面部分
へも延びることができ、例えば、区間13′にある層4
2を参照され度し。両肩部A、0.41の間で締めつけ
られる密封リング44によって継ぎ合わされた結合部は
水密にされる。第6図では端壁部分13の区間13?1
3“の結合は組立前では引出し線で示されまた組立後で
は鎖線で左側に示される。
第8図による実゛施の態様によると両区間13、′13
“は、絶縁鋳造混合物45によって2互いに対立して絶
縁されている。
第9図による実施例ではノズル5の内壁部分11はノズ
ルの外壁部12から軸方向に順次設けられる絶縁リング
17e、17fをもつ絶縁個所によって形成される。ノ
ズル5の端面に一直線になって設けられるリング17e
は繰返し温度耐性材料からまたその後方にあるリング1
7fは透水性絶縁材料から成っている。
第二絶縁リング18(第10図も参照)は、第1実施例
ではその外側面が各端面においてそれぞれ雄ねじ46.
47をもち、この雄ねじがそれぞれ内壁部分11の前方
および後方区間11’または11″の対応する雌ねじへ
保合する。この絶縁結合を確実にするため二つの平らな
密封部10が設けられており、それらの密封部は、絶縁
リングのフランジ状突起部51と内壁部分11の両区間
11′または11“の対応する軸方向突起部52.53
の端面との間で締めつけられている。
第2実施例では第二絶縁リング18aが設けらアおシ、
。(71)lJ’7/’−は、そ。横断面が2字状に段
づけされている。その一方の端において絶縁リング18
aは中心に対して段づけされた雄ねじ54をもち、この
雄ねじが後方区間11”の対応する雌ねじ55と係合し
ている。さらに同じ端において後退された円筒状部分5
6があり、この部分は後方区間11“の対応する凹部5
7へ保合する。円筒状結合部56157は、0す/グ5
8によって密封される。第二絶縁リング18aの向か9
会つ層端において内面60から出発人る雌ねじ62をも
つ拡大部があり、この雌ねじは内壁部分11の前方区間
11′の対応する雄ねじ63と係合している。前方区間
11′に対して絶縁リング18aを密封させるためOリ
ング64が設けられており、このOIJングは内壁部分
11の前方区間11’にある溝65で支持されまた絶縁
リング18aの円筒状凹部66に対して押圧される。
第12図による実施例ではこのノズルは透孔6の出口で
電気的に不導性絶縁材料から成る回転対称挿入体67を
もっている。ノズル5の端面7から見て挿入体67の後
方端68は前方部分2の円錐状外周面3の後方で内壁部
分11の後方区間11“と結合されている。挿入体の前
方端において挿入体67は、フランジ状カラー69をも
ち、このカラーは、端壁部分13の外壁部分12に隣接
する区間13“と結合されている。
【図面の簡単な説明】
第1図は、中心電極およびこれを取り囲むノズルをもつ
プラズマバーナの概略的縦断面図(簡単にするため右半
休が鎖線で示されている)、第2〜第9図は第一絶縁個
所の各種の実施の態様の拡大尺度の縦断面図、第10と
第11図とは第二絶縁個所のそれぞれ実施の態様を拡大
尺度(した概略的縦断面図、第12図は絶縁材料から成
る挿入体をもつプラズマバーナの概略的縦断面である。 1…電極ユニツト、5・Φ・ノズル、−9・・・環状管
路、11・・・内壁部分、11′・・・内壁部分の端壁
部分に隣接する区間、12・・・外壁部分、13・・・
端壁部分、13′・・・端壁部分の外壁部分に隣接する
区間、17.18? 67・・i絶縁個所。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、電極ユニット(1)およびノズル(5)を備え、ノ
    ズルが同心に電極ユニットを取り囲みかつ環状管路(9
    )によつて電極ユニットから分離されており、ノズル(
    5)が中空体として構成されておりまた回転対称内壁部
    分(11)、内壁部分に対し同心に設けられる回転対称
    外壁部分(12)および両壁部分(11、12)を結合
    する端壁部分(13)をもつプラズマバーナにおいて、
    端壁部分(13)に隣接する内壁部分(11)の区間(
    11′)が当該壁部分の全横断面を含む少なくとも一つ
    の絶縁個所(17、18;19)によつて外壁部分(1
    2)に隣接する端壁部分(13)の区間(13″)から
    電気的に絶縁されていることを特徴とする、プラズマバ
    ーナ。 2、端壁部分(13)に隣接する内壁部分(11)の区
    間(11′)と外壁部分(12)に隣接する端壁部分の
    区間(13″)との間に別けて設けられる二つの電気絶
    縁個所(17;18)が存在しており、第一絶縁個所(
    17)がノズル(5)の端壁部分(13)で設けられて
    いることを特徴とする、特許請求の範囲第1項記載のプ
    ラズマバーナ。 3、第二絶縁個所(18)がノズル(5)の内壁部分(
    11)の内部に、しかもノズル(5)の端面(7)から
    見て電極ユニット(1)の前方端の後ろに設けられてい
    ることを特徴とする、特許請求の範囲第2項記載のプラ
    ズマバーナ。 4、第二絶縁個所(18)が端壁部分(13)に遠いノ
    ズル(5)の端で設けられていることを特徴とする、特
    許請求の範囲第2項記載のプラズマバーナ。 5、絶縁個所(17;18)が取り外ずし可能にノズル
    (5)の壁部分(11、13)と結合可能な回転対称固
    形均一絶縁材料製環状体として構成されていることを特
    徴とする、特許請求の範囲第2項記載のプラズマバーナ
    。 6、少なくとも第一絶縁個所(17)の絶縁材料が高温
    溶融セラミック物質から成ることを特徴とする、特許請
    求の範囲第5項記載のプラズマバーナ。 7、絶縁個所(17、18)が絶縁鋳造混合物(45)
    から成ることを特徴とする、特許請求の範囲第2項記載
    のプラズマバーナ。 8、絶縁個所(17、18)が結合体(17c)によつ
    て形成されており、結合体がノズル壁区間(13′、1
    3″)の経過から見て導電材料および絶縁材料(38ま
    たは39)から成る層から交互に構成されていることを
    特徴とする、特許請求の範囲第2項記載のプラズマバー
    ナ。 9、第一絶縁個所(17)が二つの取り外ずし可能に端
    壁部分(13)と結合可能な回転対称固形均一絶縁材料
    製環状体(17e、17f)をもち、それらの環状体が
    バーナ軸(1′)の方向に見て前後して設けられており
    、またそれらのうち外側表面(7)で設けられる環状体
    (17e)が繰返し温度耐性絶縁材料からまたその後方
    に設けられる環状体(17f)が透水性絶縁材料から成
    ることを特徴とする、特許請求の範囲第2項記載のプラ
    ズマバーナ。 10、絶縁個所(17、18)が向かい会っている壁区
    間(13′、13″)の端面の少なくとも一つで取りつ
    けられる少なくとも一つの電気絶縁被覆部(42;43
    )によって形成されていることを特徴とする、特許請求
    の範囲第2項記載のプラズマバーナ。 11、ノズル壁区間(13′、13″)が少なくともそ
    の内側でまた本来の絶縁個所(17、18)に少なくと
    も直ぐ隣接して電気絶縁被覆部(42′)を備えている
    ことを特徴とする、特許請求の範囲第2項記載のプラズ
    マバーナ。 12、ノズル(5)が回転対称絶縁体(67)をもち、
    この絶縁体が端壁部分(13)に隣接する内壁部分の区
    間(11′)の部分を構成し、またこの絶縁体が、ノズ
    ル(5)の端面(7)から見て電極ユニット(1)の前
    方端(2)の後方から端壁部分(13)まで延びている
    ことを特徴とする、特許請求の範囲第1項記載のプラズ
    マバーナ。
JP60210352A 1984-09-28 1985-09-25 プラズマトーチ Expired - Lifetime JPH0695478B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3435680.0 1984-09-28
DE19843435680 DE3435680A1 (de) 1984-09-28 1984-09-28 Plasmabrenner

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6188500A true JPS6188500A (ja) 1986-05-06
JPH0695478B2 JPH0695478B2 (ja) 1994-11-24

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60210352A Expired - Lifetime JPH0695478B2 (ja) 1984-09-28 1985-09-25 プラズマトーチ

Country Status (10)

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US (1) US4645899A (ja)
EP (1) EP0176004B1 (ja)
JP (1) JPH0695478B2 (ja)
AT (1) ATE69133T1 (ja)
CA (1) CA1241704A (ja)
DD (1) DD238500A5 (ja)
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