JPH0545999U - アークヒータの冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 環状部材 (アノード電極) ２内にこれと同心
的に環状流路４ａを形成すると共に、２本の給水流路４
ｂ，４ｂを環状流路４ａの径方向外方から互いに直線状
に連通させて、冷却水を環状流路４ａに供給する。

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】

上記目的を達成するために、本考案の冷却構造は、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置したアークヒータにおいて、上記アノード電極 内にこれと同心的に大径の環状流路を形成すると共に、この環状流路に冷却水を 供給すべく複数の給水流路を上記環状流路にその径方向外方から互いに放射状に 連通させたものである。

【０００８】

【作用】

アノード電極内に大径の環状流路を形成し、複数本の給水流路を環状流路の径 方向外方から互いに放射状に連通させることで、これら給水流路から環状流路に 供給された冷却水は、アノード電極の環状部材内側部に直接噴射され、環状流路 内の冷却水を攪拌することができる。このため、従来は冷却に寄与していない環 状流路外側の冷却水も冷却に供せられることになり、冷却能力を向上できる。

【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た銅製の第１環状部材であり、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の肉厚内にこれと同心に形成した環状流路４ａ、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、その外径が十分な大きさ 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、それらの噴出口が環状流路４ａ内側のスロート部２ａを挾んで相対向して いる。これと同様に、排水流路４ｃ，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７ｂ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１２ａ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。具体的には、構体７の外周テーパ部から上記孔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と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１ ５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１６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１ ８ｂ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、 ２２はカソード電極２０を冷却するための冷却水流路、２３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、これに起因して環状流路 ４ａ内の冷却水が十分に攪拌される。こうして攪拌された冷却水は、その後、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内に比較的大きな環状流路４ａを形成すると共に、２本の給 水流路４ｂ，４ｂを環状流路４ａにその径方向外方から互いに対向させて連通さ せたので、環状流路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 せて、環状流路４ａ内の冷却水を攪拌することが可能となる。従って、環状部材 ２のスロート部２ｂは、流路４ａ内の冷却水全体で冷却され、従来は冷却に寄与 していない流路４ａ外側の冷却水も冷却に利用できるようになり、冷却能力を大 幅に向上することができる。また、環状流路４ａを十分に大きく形成しているか ら、給水流路４ｂからの冷却水が直接排水流路４ｃから排出されることなく、冷 却能力を良好に維持できる。さらに、給水流路４ｂと排水流路４ｃを２本ずつ設 けたので、環状流路４ａを広くしても、実質的に圧力損失を上げることなく充分 な冷却水量を供給できる。

【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、狭 い流路１９を得て冷却水の流速を速め、冷却水への熱伝達量を増大させることが できる。

【００２１】 なお、上記実施例では、環状部材２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給水流路４ｂおよび排水流路４ｃは 、上述した２本に限らず、さらに多く設けてもよい。

【００２２】

【考案の効果】

以上要するに本考案によれば、アノード電極内に大径の環状流路を形成し、複 数本の給水流路を環状流路にその径方向外方から互いに放射状に連通させたので 、環状流路内で冷却水を攪拌させて、冷却能力を向上させることができ、高温特 性を良好に維持できる。

【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） ２ａ スロート部 ４ 冷却水流路 ４ａ 環状流路 ４ｂ 給水流路 ４ｃ 排水流路 ８ 第２環状部材（アノード電極） ２０ カソード電極

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状のアノード電極と棒状のカソード電
   極とを同軸的に配置したアークヒータにおいて、上記ア
   ノード電極内にこれと同心的に大径の環状流路を形成す
   ると共に、この環状流路に冷却水を供給すべく複数の給
   水流路を上記環状流路にその径方向外方から互いに放射
   状に連通させたことを特徴とするアークヒータの冷却構
   造。