JPS584290A - ア−クヒ−タ− - Google Patents

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】 この発明はアークヒーターに関し、特に高圧源を必要と
せずまたはガスの渦巻き流動に影響を与えずに大きなガ
ス流量を可能とする自己始　゛動性のアークヒーターに
関するものである。

多くの産業的処理には、その処理において要求される熱
量を供給するために大量のプラズマガス流が必要とされ
る。−との型式のアークヒーターは米国特許第ダ、Ｊ／
ダ、り３４号および第Ｊ、７ｏｒ、ｔｔｓ号明細書（開
示されている。アークヒーターの設計において特に重要
な点はガス流量に対する電極間隙の寸法である。−牧に
１間隙を通してガスを高速で流動させることが望ましく
、かつ安定し九よシ効率的なヒーターの作　　　□動が
要求される場合には、ガスは接線方向に放射されてアー
ク室内に渦巻を発生される。しかし、電極間隙が電気絶
縁破壊要求を満足する適切な寸法にある場合は１間隙は
供給圧力でガスを導入するには小さ過ぎる。よシ高圧の
ガス供給源を利用すれば、ガス装置要素、特に圧縮機は
高価になる・さらに、小間隙を通して高流量のガスを流
動させる場合は１間隙を通る所望のガス速度接線成分が
減少し、アークヒーターの作動が影響を受ける。　− したがって、高圧供給源を必要とせず、あるいはガスの
渦巻き流忙影響しないで、高ガス流量を可能とするアー
クヒーターを形成することがｉＩましい、さらに、隣接
電極端部間の間隔が。

小間隙設計における望ましい自己始動性の特徴に影響す
ることなく、増大される装置を提供することが望ましい
、また、異なる誘電特性を有する異なるガス圧適合でき
゛るように、アークヒーターの絶縁破壊間隙寸法を調整
自在にすることが望ましい、さら忙、異なる厚さの絶縁
プレートを利用しないで１間隙寸法を調整できることが
望ましい。

この発明によれば室と、前記室内に配置され九第１電極
と、前記室内に配置され、前記第７電極から細心方向に
隔置されて大流量のガスを通過させることができる間隙
を形成する第一電極と、前記第７１ｍおよび前記第一電
極間に配置され、前記第２電１７ｋまたは前記第１電極
との間に電気アークを発生させて、前記ＩＩｌ電極およ
び前記第１電極間に電気アークを発生させる始動チップ
装置とを備えた高流量ガス用のアークヒーターが得られ
る。

便宜的に杜、実質的に円筒形の第１電極を備えるアーク
ヒーターが、実質的に円筒形のｌ［Ｊ電極から軸心方向
に隔置されて、その間を大流量のプラズマガス流が通過
できるようＫされている。複数配置することができるア
ーク始動チップ装置は、第１’ｔたは第１電極間の空間
に配置されて、実質的に円筒形の第７および第１電極間
にアークを発生させる間隙を形成している。

電位源が始動テップ装置に適用されて、実質的に円筒形
の第１およびＳ−電極間＠にアークが発生されて、実質
的忙円筒形の第１および第１電極間隙を通過するガスが
加熱される。

次にこの発明を図面を参照して例示的に説−する。

第１図は垂直断面図を示している。アークヒーター／Ｊ
の構造および作動の説明は、米国特許＄Ｉ４１．Ｊ／４
１，７Ｊ４号明細書に詳細に示されている。

アークヒーター１１は上流側電極／ｌと、チップ付電極
１４を備えている。電極／＊、／４はｉｔで示すように
、たとえば／Ｉ１１のアーク発生間隙だけ間隔を有して
おシ、たとえばほぼ参上のライン電源（図示しない）に
適応しており。

電源は交流でも直流でもかまわない、アークＪ０は関＠
／Ｉで発生し、そこでは流入ガス１１がアークを空間ｉ
ｔから、アーク室コ参の内部へ吹飛ばす、アークＪＯは
、内部に取付けられたコイルコ＆、ＪｆＫよシもたらさ
れる磁界と、アーク電ｔＩｔ（数千アンペア）との相互
作用によシ、毎秒約ｉ、ｏ０ａ回転の速度で回転する。

この速度によ抄作動効率は非常に高くなり、長いアーク
１０社最終的にガスにより、溶融量（図示しない）へ向
けて、かつ室内へ放射される。

電力はケーブル３０．３２によりアークヒーター／Ｊへ
供給される。さらに、アークヒーター／Ｊは取付はフラ
ンジを含み、これはＪ６で示され、かつ３４１で総体的
に示されている。フランジ３ｔは溶融室（図示し壜い）
の外側金属面参〇に固定される。フランジ３４．３ｇは
半径方向に隔置されたボルトナツト装置４１Ｊによシ固
定される。７ランジＪ６は水流入口参事と水吐出口４１
４を含み、これにより冷却水が電極ｌ参。

／基を冷却するために、アークヒーター内へ循環される
。同様に、ガス流入口ＪＪが設けられて、供給ガスーー
を間隙Ｉｔへ、そしてアークヒーターの上流＠ｌｌ！１
１１部へ導入するよう罠なっている。

第１図には、電極チップを利用する第１図の部分子ＡＪ
の拡大図を示している。第一図は第１図の部分子ＡＪの
要素の一部の拡大図であるから。

第１図におけるのと同一の要素は、ｔｓＪ図にシいて同
一数字を有して−る。電極スベーナ央出部ｇｏを備える
上流側電Ｊ！／参と、電極スベーナ突出部ｊＪを備える
チップ付電極／４紘、絶縁プレートｊ参と接触リング！
／、ＩＪＫより隔置されている。絶縁プレート！ダと接
触リング１／、ＩＪＫよシ、精巧な装置または調整操作
を必要としないで、電極／参と１６の間が正確に分離さ
れる。流入ガスＪＪ紘ガス流入口コＪを通して導入され
、電極／参と／４の孔間隔内でアークＪ０によシ加熱さ
れる。電極チップ９１は電極／４と同一材料にされ、あ
るいはたとえば銅−タンゲステン、または銀−タングス
テン。

Ｏように異なる材料とされる。電極チップ４Ｉｔにより
間隔参ｇを、たとえば−〜参闘と大きくすることができ
、したがって、たとえば／ａという比較的小さい破壊間
隔を形成しながら、流入ガスを高流量で間＠／１へ流入
させることができる。し九がって、比較的小さい破壊間
隙を形成しながら、隣接電極端部／参、／４の間隔を増
大することＫよ）、ガス流量が増大される。

仁れｋよ〕１期待されるアーク電圧および供給電力に対
して、流入ガスＪＪの誘導特性を適合させることができ
る。電極チップ参ｔはチップ付電極／４にねじ込まれた
状態が図示されているが、電極チップ亭ｔｌｄ、プレス
、はんだ付け。

溶接または機械加工によるｔのとすることも可能である
。さらに、電極チップ４Ｉｔのテップ形　フ状は図示の
略々円形のもの以外の、たとえば参角形ま、えは４角形
の形状にすることもできる。

さらに、異なるガスは異なる誘電特性を有するから、破
壊間隙寸法！６は単に、電極チップ参ｔの寸法を変えて
、Ｊ％なる肉厚の絶縁プレー）ｊ４１を利用する必要な
く、変化させることができる。一つの電極テップａｔの
みを図示しであるが、電極端部に追加の電極チップを設
けることが可能であると共に、それが通常である。

たとえば上流側電極／４１またはチップ付電極１６（＠
示のようＫ）、あるいは両電極ｌ参。

１４に多数０１１Ｅ＠チツプ４Ｉｔを設けることができ
る・ 第３図には、第１図に示される電極７番の頂部ＷＪＷＪ
が示されている。この発明の好ましい実施例においては
、相互に正反対位置に置かれた一つの電極チップ参ｌが
備えられている。

第参図に１機械加工された電極チップａｔの断面図が示
されている０機械加工された電極２１は、第２図に示さ
れるのと同様の電極スベーナ突出部！コ１を備えている
。さらに１機械加工された電極テップ４０が１機械加工
された電極ｊｆの頂部に配置され、８に１図において議
論されたのとは異なり９機械加工された電極テップ６０
は電極ｓｒの一部になっている０機械加工された電極２
ｇの頂面図が第３図に示されてお抄、ここには相互に正
反対位置に投けられた。

一つの機械加工され、た電極チップ４０．４０’が示さ
れている。第参図および第１図に示される機械加工され
た電＠＃１の斜視図が第６図に示されている。

第７図に、隣接始動チップ４−を利用するように修正さ
れ友、第１！！ｌＩＫ示される「人」部分の拡大図が示
されている・電極スペーサ突出部ｊｏ’を備えるよｆｆ
１ｌｌｔｌｉ／＃’と、電極スペーサ突出部ｊＪ’を備
える下流側電極４Ｊは、絶縁プレートｊ１’および接触
リング３戸、ＩＪ’によシ装置されている。絶縁プレー
）ｊ４１’および接触リング！／’、　ｊＪＪｃよ〕、
精巧な装置または調整操作を必要としないで、電１ｉ／
＃’と４３を正確に分離させることができる。流入ガス
はガス流入ロー５１を介して導入され、電極／亭’、４
Ｊの孔間隙においてアークによ〉加熱される。隣接始動
チップ４Ｊは下流側電極４Ｊと同一材料。

またはたとえば、銅−タンゲステンまたは銀−タングス
テンのように、異なる材料とすることができる。隣接始
動テップ４ＪＩ／ｉ接触リングＩＪ’に電気的Ｋ１１Ｌ
付けられて、隣接始動チップ４Ｊは下流側電極基３と同
電位に置かれる。隣接始動チップ４コは空間ｉｔ’内へ
突出して、１ｓ゛−図、票参図の実施例と同様の絶縁破
壊間隙ｊＡ′を形成している。隣接始動テップ６Ｊは所
望の絶縁破壊間隙Ｉ４’を形成する丸めの所望位置に適
合させるため１曲げまたは曲面に形成することができる
。さらに、＊接始動チップ４Ｊは上流側電極／ｌ’と共
に、接触リング５戸を利用して配置できる。さらに、多
数の始動チップ４Ｊを、たとえば上流側電極／＄’また
は下流側電極（図示のようＫ）、あるいは゛両電極［Ｉ
ＩＩＩして設けることができる。したがってこれ忙より
、第一図、第参図の電極を利用したのと同様のガス流動
特性がもえもされる。

第を図に、中央に隔置された始動チップ４＃を利用する
ように修正された。第１ＷＪＫ示される部分「人」の拡
大図が示されている。この形態の構造および作動社、中
央に隔置された始動テップ１参を除いて、第１図、第９
図に示されるものと同様である。中央に隔置された始動
チップ４１は、電極／４１’または６３１の電位から、
電気的に完全に絶縁されている。中央に隔置され九始動
チップ１参は、絶縁プレートｊ参、！枦（第一図、第７
図に示される）が置かれる位置に配置されて、接触リン
グ５戸、　ｊＪ’と電気的ＫＩＩ触させるように、カバ
ーリング４ｇ’を利用することＫより、電気的に導通さ
れる。第１ＷＡに示される実施例＃Ｃおいて、カバーリ
ング４４”は接触リングｊＪ’と電気的に接触されて、
中央に隔置された始動チップ６参が、下流側電極４Ｊ’
と同一ポテンシャルに置かれる。したがって、中央に隔
置された始動チップ４亭は、上流側電極ｌ亭１である異
なる電位の電極付近に置かれる。中央に隔置され九始動
チップ＆４Ｉの微調整は、チップ４参に屈自部または曲
面部を設けるととくより、達成できる。さらに、中央に
隔置された始動チップ４−は他の形状、たとえば円形を
九は１角形にすることができる。さらＫ。

中央に隔置された始動チップ６参を多数、たとえば上流
側電極７４＋”ｌ良は下流側電極４３′（図示のようＫ
）ｔえ紘その組合わされ友ものと同電位に置いて、異な
る始動チップを上流側電極ｌ＃１または下流側電１ｊｉ
’の電位圧することができる。

ｇｔ図には、電気絶縁された絶縁始動チップ４ｔｔ利用
するように修正された。第１図に示され石部分子ＡＪの
拡大図が示されている。同様に、この方法の作動社絶縁
始動チップ＆ｔＫ対して別の電力が供給される点を除い
て、第１図。

ＩＩＥＪ図、第７図および第８図における作動と同様で
ある。絶縁始動チップ４ｇは、電極／参’。

４ｊ’［供給されるのと祉完全に別の電源から電力を供
給される。この二次電源（図示しない）は、たとえば始
動Ｗ＃にのみ付勢され、したがって、アークと一ター用
電力供給源が、高い開回路電圧特性を有する必要はない
、さらに、電カフアクター補正装置、九とえはコンデン
サーは。

アークと一ター用供給電力およびそれに関連する変圧器
に要する電圧が減少されることによシ。

大いに減じられる。絶縁始動チップ６ｔは支持鴛ツドク
ＯＫ連結され、ロツドクＱは絶縁プレー）　！？虻によ
り、包囲装置から電気絶縁状態で所定位置く確実に保持
される。導電性材料からなる支持ロツドク０はＩＩ点？
−まで延び、接点クコは端子りｔへ、そして始動電カケ
ープル１０を介して二次電力供給ｆｌｌ（図示したい）
へ接続される。支持ロツドツＯは調整機構？ＪＫより移
動されて、その空間／ｌ’内での位置が変動されて、絶
縁始動チップ４Ｓと電ｆｌ／４’ｌたは４３’との間の
点火間隙距離が前動される。端子７ＩとｉＩ点クコは、
アークヒーター９カバー？参の側部に配置された絶縁体
り１．り７に支持されている。絶縁始動チップ４ｔは異
なる形状および寸法にして、異なる誘電破壊強度を有す
る異なるガス、および電＠／ｌ’、　　！Ｊ’に供給さ
れる異なる供給電圧に適合するようにできる。

また、絶縁始動チップ１１は、一方の電極または他方の
電極に好ましい小点火間隙を形成するように、屈曲また
は曲面にすることができる。

さらに、多数の絶縁始動チップ４１ｔＰ、アークヒータ
ー空間／ｌ’に設けることができる。さらに、絶縁始動
チップ４ｔＫ供給される電圧は。

電極／ｌ’、　４Ｊ’の一方の電位、または電極／４１
’。

ＡＪ’の電極より大きい、また拡小さい電位、および電
極／ｌ’、　４Ｊ’の電位の間の電位に１等しい電位に
することができる。さらに、アークヒーターが二次電力
供給源（図示しない）を利用して、絶縁始動チップ６ｔ
により一度始動されると、絶縁始動チップ４ｔに供給さ
れる始動電カケープルｔｏからの電力は、アークヒータ
ー電力供給源と相互に接続されて、九と見ば装置電圧が
降下してアークが消失した場合に、再点火が行なわれる
。

この発明の範囲内でこの発明の種々の変更が可能である
ことは明らかであろう。たとえば。

電極チップおよび追加電極チップに、異なる距離を利用
できる。さらに、よシ高流量のプラズマ、低流量のプラ
ズマ、異なるアーク回転、供給電圧、および異なるガス
銹導特性に適合するように０図示のものと異なる破壊間
隙を利用することができる。

間隙は、実質ＩＷｆｆ−修正なしで変更できる。さらに
、ここに開示された発明においては、電力供給装置を複
雑でないものにでき、かつ最適な自己始動特性を有して
いる。したがって、この発明によ〉複雑でなく、かつコ
ストの低い構造゛を有すると共に、高流量で作動できる
グツズ！・アークヒーターが提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は電極の位置を示すアークヒーターの垂直断藺図
、第−図は一体電極チツブを利用する第７図のｒＡＪの
拡大、図、第３図はｉｌＪ図の鐘■−ロ］つて見た下部
電極の頂面図、　゛第参図に示される電極の頂面図、第
４図は第参図、＠１図に示される電極の一部の等大間、
第７図は取付けられた始動チップを利用する第１図に示
される部分子ＡＪの拡大図、第１図は中央に配置された
始動チップを利用する第１図の部分子ＡＪの拡大図、Ｉ
Ｉｔ図は別の電力供給源を有する始動チップを利用する
。第１図の部分子ＡＪの拡大図である。 ／Ｊ＠・アークヒーター、ｌダ・・第１電極。 １６・・第１電極、／Ｉ＠・間隙、Ｊコ・−ガス、　参
ｔ、４０．４Ｊ、４４Ｉ、４１・・始動チップ装置 ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、　４　　　　　　　　　ＦＩＧ、　６ＦＩＧ、
　８ ＦＩＧ、　７ ＦＩＧ、　９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （／）　　電と、前記室内に配置されえＩＩ／電１１と
   。 前記直円に配置され、前記ｌｌＩ／電極から軸心方向に
   隔置されて大線量のガスを通過させることができる間−
   を形成する１ＩＪｔ＠と、前記ＩＩ／電極および前記第
   コ電極間に配置畜れ。 前記纂コ電［ｉまたは前記第７．１極との関に電気アー
   クを発生させて、前記ＩＩ／電極および前記第１電極関
   に電気アークを発生させる始動テップ装置とを備えた高
   流量ガス用のア一／に一ター。 （Ｊｌ　　前記第１電＠および前記第１電極が実質的Ｋ
   Ｐ１ｍ１Ｍ形である特許請求の範囲第１項記載Ｏアーク
   ヒーター。 （菊　前記始動チップ装置が前記第１電極を九紘曽記１
   １１ＪＩＥ極に取付けられ、前記始動チップが前記間隙
   内に延びており、前記始動チップ装置と前Ｉｅ第１電１
   ｉオたは前記第７電極と０間に、前記間隙の寸法に対し
   て比稜的小さい間隙が形成されてなる特許請求の範Ｉ！
   第７項または第一項記載のアークヒーター。 （＃）複数の始動チップ装置が、少なくとも一方の前記
   ｌ［／電極および前記第１電極に順付けられてなる特許
   請求の範Ｓ菖Ｊ項記載のアークヒーター。 （ｊ）　　前記始動テップ装置が、前記第１ＩＫ極また
   は前記第１電極に並列である特許請求ｏｍｌ！Ｉ第１項
   乃至第参項のいずれか記載のアークヒーター。 （４）前記始動チップ装置が、前記１［／電極および前
   記第１電極間に直角に配置されてなる特許請求の範ｉ！
   Ｉ第１項乃至第参項のいずれか記載０アークに一ター。 （７）前記始動テップ装置が、前記ＩＩｌ電＠または前
   記第１電＠に電気的に取付けられてなる特許請求の範囲
   第５項また紘ＩＩ４項記載のアークヒーター。 ＜１＞　　前記始動テップ制置が、前記第１円筒電極よ
   ）を前記第一電極に近接して配置されてなる特許請求の
   範囲第７項記載のアークと一ター・ （り前記始動チップ装置が、前記第１円筒電極よ〉も前
   記第１円筒電極に近接して配置されてなる特許請求の範
   囲第７項記載のアークヒーター。 （／の　前記始動チップ装置が弧状を有してなる特許請
   求の範１１１ｊ／項乃至第を項のいずれか記載のアーク
   ヒーター。 （ｌ／）前記始動テップ錬置が前記電気アークの発生時
   、前記第１電極および前記第一電極間の電位を有し、あ
   るいは前記第１電極まえは前記第１電極に対して異なる
   電位を有する特許請求の範囲第１項乃至第１Ｏ項のいず
   れか記載のアークヒーター。 （／Ｊ）複数の前記始動チップ装置が、前記第１電極お
   よび前記第１電極間に配置されてなる特許請求の範囲１
   １Ｅ／項記載のアークヒーター。 よび実質的に円形の形状のうちいずれかの形状を有する
   特許請求の範囲第１項乃至第１Ｊ項のいずれか記載のア
   ークヒーター。