JP2575361Y2

JP2575361Y2 - アークヒータの冷却構造

Info

Publication number: JP2575361Y2
Application number: JP1991094045U
Authority: JP
Inventors: 雅博石井; 尚記安田
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1991-11-15
Filing date: 1991-11-15
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2006-11-15
Also published as: JPH0545998U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、プラズマを用いた加熱
装置であるアークヒータ、特にその冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】アークヒータは、一般にプラズマ化学反
応用熱源としてのプラズマジェットを作り出す装置であ
る。

【０００３】図５は、従来のアークヒータの構成を示す
もので、環状のアノード電極ａと同軸的に棒状のカソー
ド電極ｂを設け、これら電極ａ，ｂ間に直流電圧を印加
してアークｃを発生させ、このアークｃにより作動ガス
ｄをプラズマ状態にして、上記アノード電極ａ内面側か
ら外部に噴出させている。

【０００４】一方、アークヒータの電極ａ，ｂは、アー
ク温度やガス温度が高いことによる特性劣化を防ぐため
に、冷却水による冷却が行われている。アノード電極ａ
については、その肉厚内に環状の冷却水流路ｆが形成さ
れており、この流路ｆに冷却水を一側から供給し逆側か
ら排出することにより冷却されている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】ところで、上述したア
ノード電極ａの冷却構造としては、その電極ａの加熱面
である内面ｅ側を重点的に冷却する必要がある。しかし
ながら、従来の冷却構造では、図５(b) のように、冷却
水が環状流路ｆ内側部であるスロート部ｇの周囲を二手
に分かれて流れるため、電極内面ｅに加えられた熱は、
主として環状流路ｆ内側を流れる冷却水により排出され
るだけで、流路ｆ外側の冷却水はほとんど冷却に寄与し
ない。このため、従来の冷却構造では、甚だ冷却能力が
低く、より大きなパワーのアークヒータには適用が難し
かった。

【０００６】そこで本考案の目的は、冷却能力を向上さ
せて高温特性を維持できるアークヒータの冷却構造を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本考案は、環状のアノード電極と棒状のカソード電極
とを同軸的に配設したアークヒータにおいて、上記環状
のアノード電極を、アークジェットを導入するアーク通
路が形成された第２環状部材とアークジェットを噴射す
る噴射口が形成された第１環状部材とそれら部材間に介
設され絶縁材からなる環状の仕切板とで構成し、上記第
１環状部材内に冷却用の冷却水流路を形成し、上記第２
環状部材内に冷却用の環状の空間を形成すると共に、該
環状空間に、その内周側にのみ冷却水流路を形成する中
子を設けたものである。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、第１環状部材と第２環状部
材には別々に冷却水が供給される。第２環状部材内の環
状の空間に給水された冷却水は、その環状の空間の内側
に形成された、従来に比べて狭い冷却水流路を通って流
れていく。これにより、第２環状部材内に供給された冷
却水は、流速が高まり、かつ均一に第２環状部材から冷
却水に伝熱され、アノード電極から冷却水への熱伝達量
を増やすことができる。

【０００９】

【実施例】以下、本考案の実施例を添附図面に基づいて
説明する。

【００１０】図１は、アークヒータの全体構成を示すも
ので、１は円環状のＳＵＳ製フランジ、２はフランジ１
の内面側に嵌着されアークジェットを噴射する噴射口２
５が形成された銅製の第１環状部材であり、アークジェ
ットを導入するアーク通路２６が形成された後述する第
２環状部材８と対をなす。このフランジ１および環状部
材２からなるブロック３には、内部に冷却水を流すため
に冷却水流路４が形成されている。冷却水流路４は、環
状部材２の厚肉内にこれと同心に形成した環状流路４
ａ、環状流路４ａにフランジ１外周の２箇所から互いに
逆方向に冷却水を供給する給水流路４ｂ，４ｂ、これら
流路４ｂによる給水箇所と直交する２箇所から冷却水を
排出する排水流路４ｃ，４ｃ（図２）からなる。環状流
路４ａは、その外周が十分な大きさとされており、環状
部材２の外周にその周方向に連続して溝６を形成し、こ
の環状部材２をフランジ１に嵌着することで得られてい
る。給水流路４ｂ，４ｂは、図２に示すように、環状流
路４ａに対しその径方向外方から互いに直線状に連通さ
れ、それらの噴射口が環状流路４ａ内側のスロート部２
ａを挾んで相対向している。これと同様に排水流路４
ｃ，４ｃは、両給水流路４ｂと直交する位置に連通形成
されている。なお、これらの流路４ｂ，４ｃは、フラン
ジ１にその外周から内周にまで延在させて環状流路４ａ
に向けて４つの連通孔５を放射状に形成することで得ら
れている。

【００１１】また、７は上記フランジ１の一側面に取付
けられたＦＲＰ製の構体で、その中央に貫通孔７ａを有
する。貫通孔７ａのフランジ１側には複数段の段差部７
ｂが形成され、この段差部７ｂに銅製の第２環状部材８
と絶縁材製のカソードカバ９が嵌着されている。第２環
状部材８は、構体７のフランジ１への取付時に上記第１
環状部材２の側面凹部２ｂに嵌め込まれ、この環状部材
２に対し同軸に位置決めされている。第１・第２環状部
材２，８間には、絶縁材からなる断面コ字状の環状仕切
板１０が介設されており、いわば従来のアノード電極を
互いに絶縁された２つの環状部材２，８に分割した構造
となっている。このように本例で、分割型のアノード電
極構造を採用したのは、第１環状部材２を定常時に、第
２環状部材８を放電スタート時にそれぞれ使用するため
である。

【００１２】上記構体７及び第２環状部材８等は、上記
フランジ１に一体物として取付けられるブロック１１を
なし、このブロック１１にも、上記ブロック３と同様に
冷却水流路１２が形成されている。冷却水流路１２は、
第２環状部材８内に形成した流路１２ａ、この流路１２
ａに構体７外から冷却水を供給する給水流路１２ｂ、給
水流路１２ｂと逆側から流路１２ａの冷却水を排出する
排水流路１２ｃからなる。すなわち、構体７の外周から
上記孔７ａの段差部７ｂに延在させて連通孔１３，１３
を形成し、この段差部７ｂに第２環状部材８を嵌着して
流路１２ａと両連通孔１３を連通させることで得られて
いる。

【００１３】図３は、第２環状部材８内の流路１２ａ形
状を示したものである。第２環状部材８は、軸方向に互
いに対峙された２つの環状片１４，１５からなる。環状
片１５の接合面には予め環状溝１５ａが同心的に形成さ
れており、これにより環状部材８内部には環状の空間１
６が区画形成されている。空間１６は環状部材８外観と
ほぼ同一形状とされ、その内部には部材８と同じ銅製の
中子１８が配設されている。中子１８は、図４に示すよ
うに、空間１６と同じ幅Ｗ及び外径Ｄをもつ環状のベー
ス部１８ａと、このベース部１８ａの内面側に一体形成
された区画部１８ｂからなり、この区画部１８ｂが空間
１６と同一形状とされている。このため、中子１８を図
３のように空間１６内に設けることで、空間１６の内側
には環状部材８内面側と略同一形状 (断面略Ｖ字状) の
細い冷却水流路１９が区画形成される。中子１８の外周
２箇所には、中心に向けて孔１８ｃが設けてあり、この
孔１８ｃはこれと交差する孔１８ｄにより上記冷却水流
路１９と連通している。なお、１７は、環状片１５に形
成した連通孔で、上記孔１８ｃを給水流路１２ｂおよび
排水流路１２ｃと接続する。

【００１４】図１において、上記環状部材２，８の一端
側には、棒状のカソード電極２０が配置されている。カ
ソード電極２０は、予めカソードホルダー２１に支持さ
れており、このホルダ２１を上記構体７の孔７ａ内に嵌
め込むことで、上記カソードカバ９の内側に且つ両環状
部材２，８と同軸に配設されている。なお、図１中、２
２はカソード電極２０を冷却するための冷却水流路、２
３は構体７内側に作動ガスを注入するためのガス流路で
ある。

【００１５】次に、本実施例の作用について説明する。

【００１６】いま、構体７の内側にガス流路２３を通じ
て作動ガスを注入し、カソード電極２０および第１環状
部材２間に直流電圧を印加した状態で第２環状部材８に
トリガー電圧を印加すると、カソード電極２０先端で生
じたアークは、第２環状部材８の内面に付着したのち、
その付着点が第１環状部材２の内面上に移る。これによ
り、注入ガスはアークにより加熱されてプラズマ状態と
なり、両環状部材２，８内を通過して外部に噴射され
る。

【００１７】このとき、冷却水流路４，１２には冷却水
が供給され、これによって両環状部材２，８は冷却され
ている。即ち、冷却水流路４には、図２のように、その
給水流路４ｂ，４ｂにフランジ１外から冷却水が供給さ
れ、この冷却水が流路４ｂ，４ｂを通って環状流路４ａ
に導入される。このとき、給水流路４ｂ，４ｂは、環状
部材２中央のスロート部２ａを挾んで相対向しているた
め、これら流路４ｂからの冷却水はスロート部２ａにそ
の両側から噴射されたのち、排出流路４ｃ，４ｃを経て
フランジ１外に排出される。一方、冷却水流路１２に
は、図１のように、その給水流路１２ｂに構体７外から
冷却水が供給され、この冷却水が環状部材８内に導入さ
れる。環状部材８では、図３のように、冷却水が連通孔
１７、中子１８の孔１８ｃ，１８ｄを通って流路１９に
供給され、この流路１９内を二手に分かれて周方向に流
れたのち、逆側の連通孔１７を通って排水流路１２ｃに
導かれる。そして、この排水流路１２ｃにより構体７外
部に排出される。

【００１８】以上のように、本アークヒータでは、従来
型アノード電極を２つの環状部材２，８に分割し、カソ
ード電極２０とこれに対し遠方の環状部材２間にアーク
を発生させたので、同じ投入電力に対し電流よりも電圧
を相対的に大きくし、熱効率の向上等を図ることができ
る。また、近方の環状部材８はアーク発生時のトリガー
として使用したので、上述のように放電路を長くして
も、着火性に劣ることはない。

【００１９】また、環状部材２内に環状流路４ａを形成
し、この流路４ａ内側のスロート部２ａに互いに逆側か
ら冷却水を噴射させるようにしたので、環状流路４ａ内
の冷却水を攪拌し、従来、冷却に寄与しない環状流路４
ａ外側の冷却水をも冷却に利用でき、冷却能力を向上す
ることができる。

【００２０】また、環状部材８内にはこれと同軸に環状
の空間１６を形成し、この空間１６に中子１８を設けて
その空間１６内側にのみ冷却水流路１９を形成したの
で、その流路１９の断面を従来に比べて飛躍的に狭め
て、冷却水の流速を増大させることができる。しかも、
中子１８を冷却に寄与しない空間１６外側に設けたの
で、環状部材８の冷却性を阻害することもない。従っ
て、冷却水への熱伝達量を増大させて環状部材８の発熱
を速やかに抑えることができ、冷却能力を大幅に向上で
きる。通常、冷却能力を高めるためには、流路を大きく
し且つ冷却水量を増せばよいが、環状部材８は上記環状
部材２との兼合いで大きくすることが難しい。本冷却構
造によれば、小さな環状部材８のまま冷却能力を向上で
きるので極めて有用である。

【００２１】なお、上記実施例では、環状部材８の冷却
構造を分割型アノード電極構造に適用した例について説
明したが、通常の一体型アノード電極に適用してもよい
ことは当然である。また、この冷却構造における中子１
８の形状は、上述したものに限られない。

【００２２】

【考案の効果】以上要するに本考案によれば、第１環状
部材と第２環状部材の温度に応じて別々に冷却できる。
また、第２環状部材から冷却水への熱伝達量を増大させ
て、冷却能力を向上させることができ、恒温特性を良好
に維持できる。また、本考案は、冷却水流路を大きく形
成したり冷却水量を多くしたりせずに冷却能力を向上で
きるので、極めて有用な冷却構造といえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案冷却構造が適用されるアークヒータの一
例を示す断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視縮小断面図である。

【図３】アークヒータの部分拡大断面図である。

【図４】中子の概略構成図である。

【図５】従来のアークヒータを示す断面図である。

【符号の説明】

１フランジ２第１環状部材（アノード電極）７構体８第２環状部材（アノード電極）１６環状空間１８中子１９冷却水流路２０カソード電極

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05H 1/28 - 1/34

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】環状のアノード電極と棒状のカソード電
極とを同軸的に配設したアークヒータにおいて、上記環
状のアノード電極を、アークジェットを導入するアーク
通路が形成された第２環状部材とアークジェットを噴射
する噴射口が形成された第１環状部材とそれら部材間に
介設され絶縁材からなる環状の仕切板とで構成し、上記
第１環状部材内に冷却用の冷却水流路を形成し、上記第
２環状部材内に冷却用の環状の空間を形成すると共に、
該環状空間に、その内周側にのみ冷却水流路を形成する
中子を設けたことを特徴とするアークヒータの冷却構
造。