JPH09106896A - プラズマトーチを外部から冷却するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はプラズマトーチを外部から冷却する
ため装置に関する。 【解決手段】 電極とプラズマジーン流体ならびに冷却
回路をチューブ状ケーシング２に収容して入れてあり、
前記装置が、前記チューブ状ケーシング２の少くとも主
要な一部を取囲み、２つの同軸ケーシング８ａ、８ｂ
と、前記シース８の近位端に配置された少くとも１つの
冷却流体入口Ｅと少くとも１つの出口Ｓと、前記シース
８の２つのケーシングの間に配置して前記入口と出口の
間に前記シースの全表面を主として掃気する冷却回路を
構成するシケインの系を備え、前記入口と出口を適当な
冷却流体源に接続されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマトーチ、詳
述すればおそらく２０００℃に達する高温に加熱される
ガラス化取鍋もしくは炉に導入されるプラズマトーチに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマトーチは様々な目的、特に例え
ば廃棄不活性物質の精製を目的とする工業で用いられ
る。

【０００３】プラズマトーチに関する主要問題の１つは
前記トーチにより発生させられるアークプラズマのまず
第１に極端に高い温度のため、また第２にトーチの少く
ともノーズが位置する可能性のある限られた中間部の温
度のため冷却の必要がある。これが特に炉もしくはガラ
ス化取鍋に関する問題である。

【０００４】これが最近設計されたプラズマトーチが下
流の電極の少くとも一部分を外部から冷却し、トーチの
ノーズ、とりわけ後者が炉に部分的に導入される時に、
ある程度保護する冷却回路からなる理由である。

【０００５】しかしながら、この冷却は、炉の内部に比
較的長いチューブ状の部分、いわゆる裸トーチで前記電
極が配置されている部分を導入することが有用な特定の
場合には不適当であることがわかっている。

【０００６】実際に、下流電極の冷却は外面の一部分に
行われるだけであって、トーチの総体的な設計ではこの
冷却が上流電極の外面に行き亘らせない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の正確な目的は
これらのトーチのより効果的かつ十分な冷却ができ、従
って、トーチが炉もしくはガラス化取鍋で遭遇するよう
な高温環境に、より確実な耐性を与えることができる装
置を提供することである。

【０００８】概して言えば、本発明はあらゆる形態のプ
ラズマトーチ、すなわち上述の形態で、２つの電極、す
なわち、片方が上流電極、他方が下流電極からなるプラ
ズマ・アークトーチと、ただ１つの電極からなり、他方
の電極がトーチの外部にある非プラズマ・アークトーチ
にも適用できる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を念頭に入れ
て、本発明は、電極と、プラズマジーン（plasmagene）
流体ならびに冷却回路をチューブ状ケーシングに収容し
て入れた形式のプラズマトーチを外部から冷却するため
の装置の製作にあり、前記装置が前記チューブ状ケーシ
ングの少くとも１つの主要部分を取囲み、かつ２つの同
軸ケーシングで形成された独立シースと、前記シースの
近位端に配置され、前記冷却流体用の少くとも１つの入
口と少くとも１つの出口と、前記シースの２つのケーシ
ングの間に嵌込まれ、前記入口と出口の間に前記シース
の全表面を有効に掃気する冷却回路を構成するシケイン
（chicane ）系からなり、前記入口と出口を適当な冷却
用流体源に接続することを特徴とするものである。

【００１０】トーチを炉壁またはその種の他のものの通
路の開口部に挿入され、また前記通路開口部を取囲む保
持装置と協働するフランジからなる本発明の一応用実施
例によれば、前記シースはその近位端で、前記保持装置
とも協働し、かつ前記シースの冷却流体の流入ならびに
流出用の通路を取付けたフランジからなる。

【００１１】そのうえ、なるべくなら前記冷却流体入口
を前記トーチの冷却流体出口に接続する一方、出口を外
部系の背面に接続するか、或いはトーチの冷却流体を再
生することが好ましい。

【００１２】前記シースの２つの同軸ケーシングの間の
シケイン系を前記シースの軸に平行させ、前記シースの
全長に亘る複数の戻り素子を備える通路を冷却流体用に
限定する。

【００１３】前記シケイン系の一実施例によれば、前記
冷却流体の入口ならびに出口を直径の反対側に配置し、
また前記冷却流体通路を２つの対称部分に分割し、その
各々が半分のシースを覆う。

【００１４】本発明の装置は前記裸トーチ部分に関し
て、またトーチの構造上の問題に介入の必要もなくトー
チを有効に冷却でき、この冷却は引続き全体の裸トーチ
がそれを損傷させるおそれもなく炉の中に導入できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は参照番号１で、円筒状ケー
シング２に収容された上流と下流の一組の電極と、プラ
ズマジーン気体射出装置ならびに様々な流体回路を備え
る非プラズマ・アークトーチでこの部分を「裸トーチ」
として略図で示す。

【００１６】前記チューブ状部分２の後部に接続装置
３、すなわち流体の経路を定める様々の装置と、電流な
らびにトーチの指令と制御装置を配置する。

【００１７】トーチの前記ノーズ４はわずかに小さくな
った直径をもち、前記電極の外面の下流部分を前記トー
チの冷却回路により部分的に冷却する一部分に相当す
る。

【００１８】前記回路は、例えば脱イオン水を用い、ま
た前記接続装置３の後部に水の入口もしくは取水口５と
出口６からなる。

【００１９】前記トーチのチューブ状部２と前記接続装
置３の間の接合点の高さでフランジ７を設けてトーチを
炉の壁に固定（図２で示す）し、ただ一部分２だけが炉
の内側に突出する。

【００２０】本発明によれば、前記トーチもしくは裸ト
ーチのチューブ状部分２でノーズの部分以外をシース８
で取囲み、２つの同軸ケーシングで形成し、冷却流体、
この場合はトーチ１の冷却水を横切らせ、それ自体をト
ーチ冷却水送り回路（図示せず）に接続した可撓性管９
により導入する。

【００２１】詳述すれば図２で示されたように、シース
８は前記トーチのチューブ状部分２と同軸でかつ後者か
ら極く短い距離、例えば１ｍｍを離間させた円筒状内部
ケーシング８ａと、これも円筒状になっていても差支え
なく、前記ケーシング８ａに同軸の外部ケーシング８ｂ
からなる。前記ケーシング８ａと８ｂにより集団的に厚
さが数ｍｍ、例えば１２ｍｍの環状空隙が形成される。

【００２２】前記シース８の遠位端、すなわちトーチの
ノーズ側４で、前記環状空隙を環状端フランジ１１で封
止する一方、トーチ１とシース８の間の前記端における
間隙を適当な繊維状材料、例えばロック・ウールで封止
し、詳述すれば前記トーチとシースの間の間隙に入るわ
ずかなダストも防げる不浸透性を確実にする。

【００２３】その近位端では、前記シース８を前記トー
チのフランジ７と炉壁１４の間に挿入できる固定フラン
ジ１３に取付けると、前記トーチ１とシース８のユニッ
トは前記壁１４に嵌込んだ通路開口部１５に係合する。

【００２４】前記トーチとシースのユニットの固定素子
を前記壁１４で収容できるように前記フランジ１３を配
置し、シースの冷却流体の通路を確保する。例えば、図
２で流体取入通路を参照番号１６で示す。

【００２５】図３と４に関連して、前記シース８の内部
冷却回路の実施例について述べよう。

【００２６】図３に示したように、また一実施例によれ
ば、前記シースの外部ケーシング８は八角形をなし、前
記２つのケーシング８ａと８ｂの間に、前記八角形のケ
ーシング８ｂの面の軸線に沿って配置し、ブレースもし
くはスペーサ１７（図２では示さず）により前記シース
の軸に平行の戻り素子で構成された冷却流体用の通路が
形成される。

【００２７】図４は単一入口Ｅだけから単一出口Ｓと直
径の反対側の前記シース８の近位端における前記入口に
流出する冷却流体の経路の平面図を示す。

【００２８】その端の片方で交互に遠位端１１と近位端
１３に固定された前記ブレース１７が入口流れを互いに
出口８で合流させる２つの対称部分に分割し、各々の部
分が半分のシースを覆うシケインのネットワークを形成
する。

【００２９】前記外部ケーシング８ｂの八角形の形状で
の実施例は実施例の装置により主として指図される。

【００３０】図５は示されたただ１つの素子が開口部１
５をトーチのチューブ状部分２と支承取付素子１９、例
えば４つの素子を炉に導入する開口部１５を９０°だけ
角度的に片寄らせて形成する素子１８である炉の固定構
造上でのトーチ１とシース８のユニットのフランジをつ
けた方式をさらに詳細に示すものである。

【００３１】前記シース８のフランジ１３をトーチ１の
フランジ７と前記固定素子１８の間に挿入する。

【００３２】前記フランジ１３の２つの直径の反対側の
位置に２つの半径方向の通路２０（図６）を前記シース
８の冷却流体の循環用に配置する。これらの２つの通路
２０は前記ケーシング８ａ−８ｂの間の間隙と連絡し
て、例えばトーチ１の冷却回路の出口（図１）から管９
と接続器２１を経て発する水の到着と出発を確実にす
る。

【００３３】前記トーチ１から完全に独立したシース８
の設置は迅速かつ単純である。

【００３４】それをトーチのチューブ状部分２の上に係
合することと、前記ユニットを前記開口部１５に係合さ
せ、その後、前記素子１９、前記フランジ７、１３と接
続装置３のユニットを炉の外部に残して設置するだけで
十分である。

【００３５】前記シース８と前記裸トーチ２の間に間隙
を設けて前記シースの設置を容易にし、また熱膨脹クリ
アランスを可能にするが、この間隙はもちろんのこと可
能な限り限定する必要がある。

【００３６】前記トーチの冷却に用いられる水のシース
８中の再循環は上流電極の冷却により必要とされる高い
流量を利用して、トーチに入る水が通過する水の温度の
上昇が約１０℃と僅かに抑えるので可能であり、従って
それを冷却剤として再使用させる。

【００３７】前記ケーシング８ａと８ｂの間の間隙にあ
るシケインの系（１７）は、それにもかかわらずシース
の内側でほぼ一定に、かつトーチに必要な冷却流量でそ
の最適流量が３乃至４ｍ／秒の循環速度に相当するもの
を達成できるように設計された。

【００３８】もちろん、前記シース８用の水またはどの
ような種類の流体も適当な圧力と流量で独立源から得る
ことができる。

【００３９】前記シース８の回路の入口と出口も前記ト
ーチ１と平行に共通の源に接続できる。

【００４０】前記炉に導入される裸トーチの長さを適当
なブレースをフランジ７、１３と固定取付装置１８の間
に挿入して容易に調整できる。

【００４１】本発明は図１に示されたもの、特に前記チ
ューブ状ケーシングと下流電極の間に挿入された冷却回
路を備えない裸トーチと異なり、前記シース８が前記裸
トーチだけでなくアーク転送トーチの全長に亘って伸び
る種類のプラズマトーチにも明らかに応用できる。

【００４２】最後に、本発明は上記に示され記述された
実施例に明らかに限定されておらないが、反対にあらゆ
る可能性のある変形（特に内部８ａおよび外部８ｂケー
シングの形状に関し）と、内部シケイン系１７の配置
と、シースの内側と外部冷却流体取入と排気回路だけで
なく、前記シースを横断壁１４乃至トーチ１と一体にな
す手段に亘るものである。

【００４３】

【発明の効果】この外部から冷却する装置を用いて、ト
ーチ１は、ガラス化炉に完全に挿入されたその裸トーチ
部分を用いても、主として１６００℃を超え、しばしば
２０００℃に達する温度にも損傷をもたらすこともない
耐熱性を備えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す線図である。

【図２】図１に示された種類のプラズマトーチの部分半
截図で、本発明による冷却シースを炉壁の通路開口部に
適切に配設した部分半截図である。

【図３】本発明により、また円筒状内部ケーシングと多
角形外部ケーシングを備えて示す横断面図である。

【図４】前記冷却流体を前記シースの内側に循環させる
様式を示す線図である。

【図５】前記シースの近位端に固定フランジを備えて示
す部分断面図である。

【図６】前記冷却流体入口の流体面にあるシースの前記
近位端の図である。

【符号の説明】

１ アーク非転送形プラズマトーチ ２ 円筒状ケーシング ３ 接続装置 ４ ノーズ ５ 水入口もしくは取入口 ６ 出口 ７ フランジ ８ シース ８ａ ケーシング ８ｂ 外部ケーシング ９ 可撓性管 １１ 環状端フランジ（遠位フランジ） １２ 適当な繊維状材料 １３ 固定フランジ １４ 炉壁（横断壁） １５ 通路開口部 １６ 流体取入通路 １７ ブレースもしくはスペーサ（シケインの内部系） １８ 前記開口部を決める素子 １９ 支承取付素子 ２０ 半径方向通路 ２１ 接合具 Ｅ 入口／取水口 Ｓ 出口

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極とプラズマジーン流体と冷却回路を
   チューブ状ケーシング（２）に収容して備えるプラズマ
   トーチを外部から冷却するための装置であって、前記チ
   ューブ状ケーシング（２）の少くとも１つの主要部分を
   取囲み、かつ２つの同軸ケーシング（８ａ、８ｂ）で形
   成された独立シース（８）と；該シース（８）の近位端
   に配置された少くとも１つの冷却流体入口（Ｅ）と少く
   とも１つの出口（Ｓ）と；前記シース（８）の２つのケ
   ーシングの間に配置して前記入口と出口の間に前記シー
   スの全表面を主として掃気する冷却回路を構成するシケ
   インの系を備え、前記入口と出口を適当な冷却用流体源
   に接続することを特徴とするプラズマトーチを外部から
   冷却するための装置。
2. 【請求項２】 炉壁（１４）もしくは同様の素子の通路
   開口部（１５）に導入されることが可能で、また該通路
   開口部を取囲む固定装置（１８）と協働するフランジ
   （７）を備える特にトーチの冷却用であり、前記シース
   （８）がその近位端に前記固定装置（１８）と協働し、
   かつ前記シース（８）の冷却流体の流入ならびに流出用
   の通路（２０）を設けたフランジからなることを特徴と
   する請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記シース（８）にある冷却流体の入口
   を前記トーチ（１）の前記冷却流体の出口（６）に接続
   する一方、前記出口を外部の系の背面に接続するか、或
   いは前記トーチの冷却流体を再生することを特徴とする
   請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】 前記シースの前記２つの同軸ケーシング
   （８ａ、８ｂ）の間に前記シケインの系を前記シース
   （８）の軸に平行の内部スペーサ隔壁（１７）により構
   成して、冷却流体用に、前記軸に平行し前記シースの全
   長に亘って複数の戻り素子を備える通路を形成すること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の装
   置。
5. 【請求項５】 前記冷却流体の入口（Ｅ）と出口（Ｓ）
   を直径の反対側に配置し、また前記冷却流体の回路を２
   つの対称部分に分割して、各々が半分のシースを覆うこ
   とを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 前記シースにその遠位端にダスト不浸透
   性であり、前記内部ケーシング（８ａ）と裸トーチ
   （２）の間に挿入されたガスケット（１２）を設けるこ
   とを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の装
   置。