JPH0311598A - プラズマトーチ並びにその運転方法 - Google Patents
プラズマトーチ並びにその運転方法Info
- Publication number
- JPH0311598A JPH0311598A JP1143062A JP14306289A JPH0311598A JP H0311598 A JPH0311598 A JP H0311598A JP 1143062 A JP1143062 A JP 1143062A JP 14306289 A JP14306289 A JP 14306289A JP H0311598 A JPH0311598 A JP H0311598A
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- Japan
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- electrode
- plasma
- liquid
- torch
- internal electrode
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- Pending
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- Plasma Technology (AREA)
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］
本発明は金属精練並びにエネルギー関連分野に用いるプ
ラズマトーチおよびその運転方法に関する。
ラズマトーチおよびその運転方法に関する。
［従来の技術］
プラズマ技術は多くの産業分野で広く用いられている。
金属の精練、溶接、溶断あるいはコンパクトな熱源とし
て用いられることも多い。しかるに運転の維持管理にあ
る程度の用役とコストを要することも否定できない。
て用いられることも多い。しかるに運転の維持管理にあ
る程度の用役とコストを要することも否定できない。
例えば、ＵＳ Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ、３．６７３．３７
５に開示されているプラズマトーチは、第２図に示すご
ときものである。この図にしたがって、このプラズマの
原理を説明すれば次の通りになる。
５に開示されているプラズマトーチは、第２図に示すご
ときものである。この図にしたがって、このプラズマの
原理を説明すれば次の通りになる。
トーチは内部電極１とポルテックスジエネレタ２、イン
シュレータ３ Ｊ３よびコリメータ４から構成されてい
る。一方向部電極に対してもう一方の電極は、トーチ前
方に置かれた外部電極７である。ポルテックスジェネレ
ータ２に設＆−Ｊられたガス導入孔８は、破線で示した
トーチ内孔９の周方向に沿う方向に穿孔されている。
シュレータ３ Ｊ３よびコリメータ４から構成されてい
る。一方向部電極に対してもう一方の電極は、トーチ前
方に置かれた外部電極７である。ポルテックスジェネレ
ータ２に設＆−Ｊられたガス導入孔８は、破線で示した
トーチ内孔９の周方向に沿う方向に穿孔されている。
ガス導入孔８からガスを導入すると導入されたガスはト
ーチ内孔に沿う渦流を形成しつつ導入位置で双手に別れ
る。その一方のガスはトーチ前方に進みインシュレータ
３およびコリメータ４を通過しトーチ外部に排出される
。もう一方のガスはトーチ後方に内部電極内を戻り圧力
のバランスした位置で折返し、渦の中央を通ってトーチ
前方に進んで外部に排出される。この折返す位置の電極
内面がアーク発生５屯となり、プラズマアークは戻るガ
ス流に乗って渦の中心部のガス圧力の低いところを進み
外部電極に到達するアークを形成する。
ーチ内孔に沿う渦流を形成しつつ導入位置で双手に別れ
る。その一方のガスはトーチ前方に進みインシュレータ
３およびコリメータ４を通過しトーチ外部に排出される
。もう一方のガスはトーチ後方に内部電極内を戻り圧力
のバランスした位置で折返し、渦の中央を通ってトーチ
前方に進んで外部に排出される。この折返す位置の電極
内面がアーク発生５屯となり、プラズマアークは戻るガ
ス流に乗って渦の中心部のガス圧力の低いところを進み
外部電極に到達するアークを形成する。
このプラズマトーチては、プラズマガスの吹込み圧力を
上下設定値の間で周期的に変化させ、ガスの折返し点を
内部電極の前後方向に変え、さらにガスが渦流を形成す
ることによりアーク発生点を旋回させて、アーク発生点
を内部電極の内面全面に一様に変化するようにしている
。
上下設定値の間で周期的に変化させ、ガスの折返し点を
内部電極の前後方向に変え、さらにガスが渦流を形成す
ることによりアーク発生点を旋回させて、アーク発生点
を内部電極の内面全面に一様に変化するようにしている
。
プラズマアークにおける電圧変化は、アークの発生点と
到着点において著しい電極降下が発生し、大きな発熱を
伴なう。従って、その熱によってアーク発生点あるいは
到着点は溶損を生じる。
到着点において著しい電極降下が発生し、大きな発熱を
伴なう。従って、その熱によってアーク発生点あるいは
到着点は溶損を生じる。
また発生した熱は電極の冷却水によって系外に取除かれ
るため、プラズマの熱利用効率を著しく低下させる。
るため、プラズマの熱利用効率を著しく低下させる。
上記ＵＳ Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ、３．６７３．３７５の
プラズマトーチにおいても、内部電極の損耗が大きく、
漏水の点検、トーチの交換、さらに電極の冷却損失等、
用役、コストおよび電力原単位の点で問題があり工業化
へのネックとなっていた。
プラズマトーチにおいても、内部電極の損耗が大きく、
漏水の点検、トーチの交換、さらに電極の冷却損失等、
用役、コストおよび電力原単位の点で問題があり工業化
へのネックとなっていた。
〔発明が解決しようとする課題１
本発明者らはプラズマトーチの電極寿命の向上、用役負
担の軽減、さらに電力原単位低減を、−挙に解決すべ（
プラズマの基本原理に立脚した新たなプラズマトーチの
構造およびその運転方法を開発した。
担の軽減、さらに電力原単位低減を、−挙に解決すべ（
プラズマの基本原理に立脚した新たなプラズマトーチの
構造およびその運転方法を開発した。
本発明はこのような新技術を提供することを目的とする
。
。
ｆ課題を解決するための手段］
本発明は上記問題点を基本的に解決する技術を提供する
もので、トーチ内部電極中に渦流を形成するガス吹込装
置、内部電極を形成する金属円筒、およびプラズマアー
クの出口に位置するコリメータからなるプラズマトーチ
本体と、このトチ本体の外部に設置される外部電極とか
らなる移行型のプラズマトーチにおいて、内部電極の後
方端近傍および前方端近傍にそれぞれ電極内周切線方向
に開口した給液口および排液口を設け、内部電極の前方
端に内径を絞った絶縁物のリン・グ壁を設け、内部電極
の後方端は絶縁物で密閉したごとを特徴とするプラズマ
トーチである。
もので、トーチ内部電極中に渦流を形成するガス吹込装
置、内部電極を形成する金属円筒、およびプラズマアー
クの出口に位置するコリメータからなるプラズマトーチ
本体と、このトチ本体の外部に設置される外部電極とか
らなる移行型のプラズマトーチにおいて、内部電極の後
方端近傍および前方端近傍にそれぞれ電極内周切線方向
に開口した給液口および排液口を設け、内部電極の前方
端に内径を絞った絶縁物のリン・グ壁を設け、内部電極
の後方端は絶縁物で密閉したごとを特徴とするプラズマ
トーチである。
このプラズマトーチの運転方法は次の通りである。まず
電気伝導性液体をｖ３７ｐｉ口より内部電極内に導入し
、電極内面上に薄い液膜を形成して内面全面を被覆状態
にした後、排液口より供給液とバランスするように液体
を排出して電極内面の全面被覆状態を定常に維持し、該
定常状態が形成された後に、ガス吹込み装置から１−−
チ内にガスを吹込み、渦流を形成させた状態でプラズマ
アーク着火させ、内部電極と外部電極との間でプラズマ
アークを発生させる。
電気伝導性液体をｖ３７ｐｉ口より内部電極内に導入し
、電極内面上に薄い液膜を形成して内面全面を被覆状態
にした後、排液口より供給液とバランスするように液体
を排出して電極内面の全面被覆状態を定常に維持し、該
定常状態が形成された後に、ガス吹込み装置から１−−
チ内にガスを吹込み、渦流を形成させた状態でプラズマ
アーク着火させ、内部電極と外部電極との間でプラズマ
アークを発生させる。
［作用］
本発明装置は簡易な構造で長寿命、低電力原単位である
。この装置を用いて、プラズマ熱利用効率の高い運転を
容、易に行うことができる。
。この装置を用いて、プラズマ熱利用効率の高い運転を
容、易に行うことができる。
〔実施例１
本発明の実施例を第１図によって詳細に説明する。第１
図は本発明におけるプラズマトーチの構成を示す縦断面
図である。
図は本発明におけるプラズマトーチの構成を示す縦断面
図である。
プラズマトーチ本体は、内部電極１、ポルテックスジェ
ネレータ２、インシュレータ３およびコＪメータ４によ
って構成される−そして内部電極の機能が第２図の場合
と異なる。
ネレータ２、インシュレータ３およびコＪメータ４によ
って構成される−そして内部電極の機能が第２図の場合
と異なる。
本発明においては、内部電極の後方端近傍と１１１方端
近傍の２ケ所に電極内周方向に沿う方向に穿孔した冷却
用液体の給液口１１および排液口■２が設けられている
。また内部電極の前方端は内径を小径にした絶縁物のリ
ング１３を設けている。
近傍の２ケ所に電極内周方向に沿う方向に穿孔した冷却
用液体の給液口１１および排液口■２が設けられている
。また内部電極の前方端は内径を小径にした絶縁物のリ
ング１３を設けている。
方、内部電極の後方端はインシュレータ９をもって密閉
する。
する。
本発明装置では電気伝導性のある冷却用液体、例えば水
を用いる場合には塩あるいは有機物等を添加してイオン
伝導性を増やした水を用いる。このような液体を内部電
極後方端の給液口１１より内部電極内に高速で導入する
。高速での周回運動の結果、液体は、電極内面を薄い液
膜を形成し全面被覆状態が実現する。一方、内部電極前
方端にはリング壁１３を設け、液体がそのまま電極外部
に流出しないようにしておく。給液口１１から導入され
る液体は排液口Ｉ２よりバランスをとりつつ排出する。
を用いる場合には塩あるいは有機物等を添加してイオン
伝導性を増やした水を用いる。このような液体を内部電
極後方端の給液口１１より内部電極内に高速で導入する
。高速での周回運動の結果、液体は、電極内面を薄い液
膜を形成し全面被覆状態が実現する。一方、内部電極前
方端にはリング壁１３を設け、液体がそのまま電極外部
に流出しないようにしておく。給液口１１から導入され
る液体は排液口Ｉ２よりバランスをとりつつ排出する。
内部電極の内面冷却が定常状態に到達した後、プラズマ
ガス（例えば空気）８をポルテックスジェネレータ２に
設けられたガス導入孔１０を通して吹き込み、第２図の
場合と同しく渦流を形成させる。第１図には示されてい
ないプラズマ起動装置を起動してプラズマを発生せしめ
、内部電極をアーク発生点とし、トーチ外部に設けた外
部電極７をアーク到達点とする移行型のプラズマアク〔
５をＪ［≧成する。
ガス（例えば空気）８をポルテックスジェネレータ２に
設けられたガス導入孔１０を通して吹き込み、第２図の
場合と同しく渦流を形成させる。第１図には示されてい
ないプラズマ起動装置を起動してプラズマを発生せしめ
、内部電極をアーク発生点とし、トーチ外部に設けた外
部電極７をアーク到達点とする移行型のプラズマアク〔
５をＪ［≧成する。
この場合、アーク発生点は電気伝導性のある冷却用液体
の表面となり、電極降下により生ずる高温かつ多量の熱
は液体により直接冷却されるとともに、液体の蒸発の潜
熱となり、さらに液体の解離、電離を促進することに用
いられる。すなわち、蒸発した液体はプラズマガスの一
部を構成することになり、電極降下に相当するエネルギ
ーはプラズマアークに含まれてトーチ外へ出力される。
の表面となり、電極降下により生ずる高温かつ多量の熱
は液体により直接冷却されるとともに、液体の蒸発の潜
熱となり、さらに液体の解離、電離を促進することに用
いられる。すなわち、蒸発した液体はプラズマガスの一
部を構成することになり、電極降下に相当するエネルギ
ーはプラズマアークに含まれてトーチ外へ出力される。
その結果電極冷却に要する熱量のごく一部のみが冷却液
体の昇渦として系外に持去られるだけでプラズマトーチ
の熱効率は著しく向上する。
体の昇渦として系外に持去られるだけでプラズマトーチ
の熱効率は著しく向上する。
さらに、従来のトーチではアーク発生点の溶損によるト
ーチの寿命の低下が著しく、電極原単位増加が問題であ
ったが、本発明によるプラズマトーチでは、アーク発生
点が冷却用液体で被覆保護されるため電極自体の溶損は
ほとんど発生ぜず、電極はほぼ半永久的に用いることが
可能である。
ーチの寿命の低下が著しく、電極原単位増加が問題であ
ったが、本発明によるプラズマトーチでは、アーク発生
点が冷却用液体で被覆保護されるため電極自体の溶損は
ほとんど発生ぜず、電極はほぼ半永久的に用いることが
可能である。
本発明において従来技術同様、プラズマガスの吹込圧力
を」１下設定値の間で周期的に変化さセ、ガスの折返し
点を内部電極の前後方向に変え、アーク発生点を内部電
極の内面全面にわたって一様に変化させることは必要で
ある。何故ならアクが一箇所に集中すると液膜が破れ、
上に述べた本発明の効果が損なわれてしまうからである
。
を」１下設定値の間で周期的に変化さセ、ガスの折返し
点を内部電極の前後方向に変え、アーク発生点を内部電
極の内面全面にわたって一様に変化させることは必要で
ある。何故ならアクが一箇所に集中すると液膜が破れ、
上に述べた本発明の効果が損なわれてしまうからである
。
プラズマガスとして空気を使うと通常多量のＮＯｘが発
生し、これは別途、他の手段を用いて対処しなければな
らない。しかるに、本発明においては冷却液体として水
を用いるならば水はＮ２と０２に解離しさらに電離した
Ｉ］＋が生成したＮＯｘを還元してＮ２と０２に戻すの
でプラズマガスに空気を用いた場合でもＮＯＸを含まな
いプラズマアークが得られる。
生し、これは別途、他の手段を用いて対処しなければな
らない。しかるに、本発明においては冷却液体として水
を用いるならば水はＮ２と０２に解離しさらに電離した
Ｉ］＋が生成したＮＯｘを還元してＮ２と０２に戻すの
でプラズマガスに空気を用いた場合でもＮＯＸを含まな
いプラズマアークが得られる。
本発明に係るプラズマトーチは上記構成となっているの
で、本発明方法に好適に使用することができ、 イ）プラズマの熱利用効率が向上する。
で、本発明方法に好適に使用することができ、 イ）プラズマの熱利用効率が向上する。
口）プラズマトーチが長寿命である。
ハ）プラズマガスとして空気を用いることができ、この
場合ＮＯＸの発生が抑制される。
場合ＮＯＸの発生が抑制される。
などのすぐれた効果を奏する。
第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図は従来例の
斜視図である。 ■−・内部電極 ２−・・ポルテックスジェネレータ ３・・・インシュレータ ４・・・コリメータ５−・−
渦流 ６・−プラズマアーク７・・−外部電
極 ８・・・プラズマガス９・・・インシュレー
タ １０・・・ガス導入孔 ０ ｌ １・・−給液口 ２・・・排液口 １３・・−リング 出 願 人 崎 製 鉄 株 式 式 社 代 理 人
斜視図である。 ■−・内部電極 ２−・・ポルテックスジェネレータ ３・・・インシュレータ ４・・・コリメータ５−・−
渦流 ６・−プラズマアーク７・・−外部電
極 ８・・・プラズマガス９・・・インシュレー
タ １０・・・ガス導入孔 ０ ｌ １・・−給液口 ２・・・排液口 １３・・−リング 出 願 人 崎 製 鉄 株 式 式 社 代 理 人
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ トーチ内部電極中に渦流を形成するガス吹込装置、
内部電極を形成する金属円筒、およびプラズマアークの
出口に位置するコリメータからなるプラズマトーチ本体
と、該トーチ本体の外部に設置される外部電極とからな
る移行型のプラズマトーチにおいて、内部電極の後方端
近傍および前方端近傍にそれぞれ電極内周切線方向に開
口した給液口および排液口を設け、内部電極の前方端に
内径を絞った絶縁物のリング壁を設け、内部電極の後方
端は絶縁物で密閉したことを特徴とするプラズマトーチ
。 ２ 請求項１記載のプラズマトーチを用い、電気伝導性
液体を給液口より内部電極内に導入し、電極内面上に薄
い液膜を形成して内面全面を被覆し、排液口より供給液
とバランスするように液体を排出して電極内面の全面被
覆状態を定常に維持し、次いでガス吹込み装置からトー
チ内にガスを吹込んで渦流を形成し、プラズマアーク着
火させて内部電極と外部電極との間でプラズマアークを
発生させることをを特徴とするプラズマトーチの運転方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1143062A JPH0311598A (ja) | 1989-06-07 | 1989-06-07 | プラズマトーチ並びにその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1143062A JPH0311598A (ja) | 1989-06-07 | 1989-06-07 | プラズマトーチ並びにその運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0311598A true JPH0311598A (ja) | 1991-01-18 |
Family
ID=15330027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1143062A Pending JPH0311598A (ja) | 1989-06-07 | 1989-06-07 | プラズマトーチ並びにその運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0311598A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006190493A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-20 | Tohoku Techno Arch Co Ltd | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
| JP2007136558A (ja) * | 2005-11-14 | 2007-06-07 | Takahashi Keisei:Kk | 抜き型および抜き型システム |
| KR20220042561A (ko) * | 2020-09-28 | 2022-04-05 | (주) 플라즈닉스 | 플라즈마 토치 및 이를 이용하여 대상기체를 처리하는 방법 |
-
1989
- 1989-06-07 JP JP1143062A patent/JPH0311598A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006190493A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-20 | Tohoku Techno Arch Co Ltd | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
| JP2007136558A (ja) * | 2005-11-14 | 2007-06-07 | Takahashi Keisei:Kk | 抜き型および抜き型システム |
| KR20220042561A (ko) * | 2020-09-28 | 2022-04-05 | (주) 플라즈닉스 | 플라즈마 토치 및 이를 이용하여 대상기체를 처리하는 방법 |
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