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JPH0695478B2 - プラズマトーチ - Google Patents

プラズマトーチ

Info

Publication number
JPH0695478B2
JPH0695478B2 JP60210352A JP21035285A JPH0695478B2 JP H0695478 B2 JPH0695478 B2 JP H0695478B2 JP 60210352 A JP60210352 A JP 60210352A JP 21035285 A JP21035285 A JP 21035285A JP H0695478 B2 JPH0695478 B2 JP H0695478B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wall portion
nozzle
insulating
wall
end wall
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP60210352A
Other languages
English (en)
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JPS6188500A (ja
Inventor
ハンス・ヨーゼフ・ベツベル
ハインリツヒ‐オツトー・ロツスネル
ゲプハルト・トマラ
Original Assignee
マンネスマン・アクチエンゲゼルシヤフト
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by マンネスマン・アクチエンゲゼルシヤフト filed Critical マンネスマン・アクチエンゲゼルシヤフト
Publication of JPS6188500A publication Critical patent/JPS6188500A/ja
Publication of JPH0695478B2 publication Critical patent/JPH0695478B2/ja
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3436—Hollow cathodes with internal coolant flow

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電極ユニツトおよびノズルを備え、ノズルが
同心状に電極ユニツトを取り囲みかつ環状管路によって
電極ユニツトから分離されており、またノズルが中空体
として構成され、回転対称内壁部分、該内壁部分に対し
同心状に設けられた回転対称外壁部分および両壁部分を
結合する端壁部分をもつプラズマトーチに関する。
プラズマトーチを操作する際には単一の電極、あるいは
中心補助電極およびその補助電極を同心状に取り巻く主
電極から構成でき、ノズルによって取り囲まれる中央電
極ユニツトと例えば金属溶融池によってもたらされる逆
電極との間に安定したアーク流を構成しなければならな
い。このアーク流の追求される安定性、従って始めに述
べた種類のプラズマトーチで操作される装置の効率およ
び経済性はその際寄生アークによって著しく妨げられる
可能性がある。この種の寄生アークは、主アークに対し
て平行に発生し、その際この寄生アークが特に外側トー
チまたはノズル外周部の下方縁とノズル端面の外側領域
を共に電流伝導部の中へ包含してしまう。
寄生アークの発生の際には三つの関連する電流路が使用
され、第一電流路は、電極とノズルとの間の比較的短い
区間を橋絡する内部横アークによって形成され、第二電
流路は、ノズルに用いられる金属導体であり、また第三
電流路は、外側トーチまたはノズル外周部またはノズル
端面の外側領域から逆電極に対して発生する二重アーク
によって形成される。この種の寄生アークは、とりわけ
高温炉で強電流液体冷却プラズマトーチを挿入する際、
例えばくず鉄を溶融する際に発生し、またとくにノズル
前方外周部分またはノズル端壁の完全溶融によって、或
いはまたトーチ電極の著しい摩耗によってプラズマトー
チの早期故障を発生させる。
この現象を防止するため、主アークの電流強さを減少さ
せるか、少なくともこの電流強さを限定することが公知
であり、それによって完全溶融に対してノズルを保護
し、かつ過剰摩耗から電極を防止するようにしている
（これに対してはドイツ公告特許第2140241号、ドイツ
特許第2541166号、ドイツ公開特許第2951121号および東
独特許第97364号を参照）。
上述の例において寄生アークを検出し、かつ主アーク電
流を減少または限定するために著しい装置費を必要とす
ることはさておき、寄生アークの現象およびその悪い作
用は減少はされるが、しかし確実には阻止できない。さ
らに寄生アークを防止する手段は常に徹底した出力抑制
あるいはそれどころかトーチの遮断さえも必要とする。
さらに高温溶融点あるいは昇華点をもつ導電性層でノズ
ルの外周部を被覆することが公知である（ドイツ公開特
許第3307308号参照）。例えば固形黒鉛から構成できる
この層は、寄生アークの作用を受けてゆっくりとかつ連
続的に摩耗し、それによって固有の金属製ノズルの早過
ぎる、或いは急な摩耗を防止する。この保護方法は、時
間的には限定されないけれども、寄生アークによって制
約される装置の低い効率を補償するのにも適していな
い。さらにこの公知の防止手段にあってはなお中心電極
に対する保護をもたらさない。なぜなら中心電極が内部
横アークによって損傷されるからである。
加うるに、耐熱性ライニングをもつノズルの端壁を設け
ることが米国特許第3147329号から公知である。これに
よればノズルに或る程度の局部的保護がもたらされ、従
って寄生アークの発生が場合によっては困難になるが、
しかし同様に有効には阻止されない。
本発明の課題は、寄生アークによって発生可能にされる
損傷が簡単な手段によって有効かつ持続して防止できる
プラズマトーチを提供することにある。
この課題は、特許請求の範囲第１項に記載するように、
端壁部分に隣接する内壁部分の前方区域がそれぞれ該当
する壁部分を表面側から裏面側まで完全に横断して存在
する二つの別個の絶縁部材によって外壁部分に隣接する
端壁部分の外側区域と内壁部分の後方区域とから電気的
に絶縁してあり、前記絶縁部材のうちの一方の第一絶縁
部材がノズルの端壁部分の内側区域と外側区域の間に配
設されており、他方の第二絶縁部材がノズルの内壁部分
の中に、しかもノズルの端面から見て電極ユニットの前
端部の後方で、内壁部分の前方区域と後方区域の間に配
設されていることによって解決される。端壁部分に隣接
しまた電極ユニツトの前方端に近接するノズルの内壁部
分の前方区域の、外壁部分に隣接する端壁部分の外側区
域及び内壁部分の後方区域に対する電気的分離、即ち絶
縁によって以下のような作用効果が確実になされる。即
ち、電流路は、電極ユニツトからノズルの外周部または
トーチの外周部の前方領域、或いはノズルの端壁部分の
外側領域を経て逆電極に達するようには発生しないし、
あるいはまた発生する可能性もない。このように本発明
の特徴とする構成によれば、寄生アークの発生が確実に
防止されるから、長期的に見てもそれによって生ずる損
傷はノズルにもまた電極ユニツトにも起らない。
本発明の特許請求の範囲第１項記載の特徴によれば、二
つの絶縁部材を設け、かつそれらのうちの片方をノズル
の端壁部分に設けるようにし、その際端壁部分の絶縁さ
れた部分をできるだけ大きくするように、この絶縁部材
を内壁部分にできるだけ近くすることが重要である。ト
ーチのこの構成では、この絶縁部材が主アークの半径方
向ビームに直接曝されず、またその限りで熱から保護さ
れるという有利なことが生じる。
さらにその上、ノズルの内壁へかぶさる内方横アークが
ノズルまたは外周保持部を経てノズルの外壁部分まで達
しないようにすることが達成される。さらに第二絶縁部
材の配置によって、上記部材がトーチの“低温”箇所に
設けられ、従って低い耐熱性絶縁材料から製造すること
ができるために有利となる。
特許請求の範囲第１項によるプラズマトーチの構成で
は、それらの絶縁部材がノズルの壁部分の内面に迄達し
ているので、絶縁部材は、冷却液体によって同様に冷却
される。
絶縁材料を有利に使用するため、特許請求の範囲第２項
によればノズルの端壁部分に設けられる第一絶縁部材を
二つの環状体によって実施するようにされる。その際、
一方の環状体は非透水性にする必要がなくまた他方の環
状体は熱的に保護されることができる。
特許請求の範囲第４項によるプラズマトーチの構成では
それらの絶縁部材の絶縁作用が拡大されるので、このト
ーチを動作させる際には低い伝導性をもつ冷却媒体をも
使用することができる。
本発明の対象の実施例は添付図面で示されまた以下詳細
に説明される。
第１図によるプラズマトーチは、中心に設けた水冷電極
である電極ユニツト１をもち、電極の前端部２が円錐状
外周面３および平らな端面４で構成されている。電極１
は同様に水冷トーチノズル５（以下ノズルとしか称され
ない）によって電極１の軸線１′に対し同軸に取り囲ま
れている。ノズル５は大体において円筒状透孔６をも
ち、この孔がノズル５の端面７に向かって内側円錐８を
経て細くなっている。透孔６の内径はそれぞれ電極１の
外径よりも大きくなっている。なぜならば電極１とノズ
ル５との間に環状管路９が存在するからである。電極１
からノズル５を絶縁するため、例えば米国特許第314732
9号で詳細に説明されているように、絶縁部材10が設け
られている。
ノズル５は、回転対称内壁部分11、この部分に同心状に
設けられる回転対称外壁部分12および両壁部分11,12を
端面で結合する端壁部分13をもっている。内壁部分11と
外壁部分12との間にさらになお冷却路を共に形成する隔
壁14がある。
端壁部分13には回転対称の第一絶縁部材17が設けられて
いる。回転対称的に構成される第二絶縁部材18は、ノズ
ル５の端面７から見て、内壁部分11の円筒状区間の始め
の部分即ち前方区域11′と後方区域11″の間に装入され
る。ここで少なくとも第一絶縁部材17の絶縁材料として
高温溶融セラミック物質を使用することが好ましい。
第２図では、第一絶縁部材17の第一の実施態様が拡大尺
度にして示されている。この絶縁部材即ち絶縁リング17
は、取り外し可能に端壁部分13と結合可能な回転対称固
形均一絶縁材料製環状体として構成され、その内側で雌
ねじ22を備えており、このねじが端壁部分13の内側区域
13′の雄ねじ21と係合している。絶縁リング17は、その
内側においてさらに環状拡大部23をもち、この拡大部に
よって雄ねじ21に対して肩部が形成されている。この肩
部で密封リング25は端壁部分13の内側区域13′に設けら
れるフランジ26に対して押圧される。絶縁リング17の外
側面28は円筒状に構成され、かつ端壁部分13の外側区域
13″の対応する壁と係合している。漏出する冷却水を防
止するため端壁部分13の外側区域13″は、溝29を備え、
この溝の中へ密封リング30が挿入されている。
第３図による他の実施態様では第一絶縁リング17aは滑
らかな円筒状内面31をもち、この内面でこのリングが端
壁部分の内側区域13′の対応する円筒状面32に対して接
触している。絶縁リング17aはその外側面において隔壁1
4に近い端面にフランジ33をもち、このフランジが端壁
部分13の外側区域13″の対応する凹部34に係合してい
る。この簡単な実施態様は、冷却水が内部過圧の際にノ
ズル５から絶縁リング17aを押し出さないように確保す
る。
第４図による別の実施態様では絶縁リング17bは、その
心部が金属材料36、例えば、銅から成り、この金属材料
が電気絶縁材料、例えば、酸化ジルコンから成る密閉表
面層37によって取り囲まれている。
第５図による絶縁リング17cもまた電気絶縁の密閉表面
層37で取り囲まれている。絶縁リング17cは、内部が同
心に組み立てられた多数の層38,39の結合体から形成さ
れており、それらの層のうち少なくとも第二の層39が電
気的に不導電性絶縁層である。
絶縁密閉表面層は、以上説明した実施例の変形例である
第６図に示す絶縁リング17dでは省略されている。この
リングは二つの金属層38′,38″だけをもち、それらの
層が封止合成物質から形成される絶縁層39′によって機
械的に結合される。このように構成された絶縁リング17
dは、全体的に見てかき傷のつかないまたノズル５の端
壁部分の区域13′および13″に対し秀れた密封をするこ
とができる。
第７図による実施態様では端壁部分13の内側区域13′お
よび外壁部分と結合される端壁部分13の外側区域13″が
それぞれ肩部40,41をもつので、電極の軸線１′に関し
て同軸の両区域13′,13″の結合を保証する。区域13′,
13″の絶縁を相互に行なうためそれらの互いに向き合っ
た表面部分は、それぞれ電気絶縁被覆層42,43を備え、
それらの層がそれに直ぐ隣接する平行な表面部分へも延
びることができる。例えば、区域13′にある電気絶縁被
覆層42′を参照されたい。両肩部40,41の間で締めつけ
られる密封リング44によって、はめ合わされた結合部は
水密となる。第７図では端壁部分13の区域13′,13″の
結合は組立前が実線で示され、また組立後が一点鎖線で
上側図面に示されている。
第８図による実施態様によると、両区域13′,13″は、
絶縁性合成物質45から成る絶縁部材によって互いに絶縁
されている。
第９図による実施例ではノズル５の内壁部分11はノズル
の外壁部分12から、取り外し可能に端壁部分13と結合可
能な軸方向に順次設けられた二つの回転対称固形均一絶
縁材料製環状体である絶縁リング17e,17fをもつ絶縁部
材によって絶縁されている。ノズル５の端面７に沿って
設けられるリング17eは繰返し温度への耐性をもった絶
縁材料から、またその後方にあるリング17fは非透水性
絶縁材料から成っている。
第10図に示す第二絶縁部材である第二絶縁リング18の一
つの実施例では、絶縁リング18は取り外し可能に内壁部
分11と結合可能な回転対称固形均一絶縁材料製環状体と
して構成され、その外側面が各端面においてそれぞれ雄
ねじ46,47をもち、この雄ねじがそれぞれ内壁部分11の
前方および後方区域11′および11″の対応する雌ねじ4
8,49へ係合する。この絶縁結合の密封のため二つの平ら
な密封部材50が設けられており、それらの密封部材は、
絶縁リングのフランジ状突起部51と内壁部分11の両区域
11′および11″の対応する軸方向突起部52,53の端面と
の間で締めつけられる。
第11図に示す他の実施例では第二絶縁リング18aが設け
られており、このリングは、その横断面がＺ字状に段づ
けされている。その一方の端において絶縁リング18aは
中心に対して段づけされた雄ねじ54をもち、この雄ねじ
が後方区域11″の対応する雌ねじ55と係合している。さ
らに同じ端に後退した円筒状部分56があり、この部分は
後方区域11″の対応する凹部57へ係合する。円筒状結合
部56/57は、Ｏリング58によって密封される。第二絶縁
リング18aの反対側の端において内面60からはじまる雌
ねじ62をもつ拡張部があり、この雌ねじは内壁部分11の
前方区域11′の対応する雄ねじ63と係合している。前方
区域11′に対して絶縁リング18aを密封させるためＯリ
ング64が設けられており、このＯリングは内壁部分11の
前方区域11′にある溝65に支持され、また絶縁リング18
aの円筒状凹部66に対して押圧される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、中心電極およびこれを取り囲むノズルをもつ
プラズマトーチの概略的縦断面図（簡単にするため右半
分は一点鎖線で輪郭だけが示されている）、第２〜第９
図は第一絶縁部材の各種の実施態様の拡大尺度の縦断面
図、第10と第11図とは第二絶縁部材の実施態様をそれぞ
れ拡大尺度にした概略的縦断面図である。 図中符号 １……電極ユニツト、５……ノズル、９……環状管路、
11……内壁部分、11′……内壁部分の前方区域、12……
外壁部分、13……端壁部分、13″……端壁部分の外側区
域、17,18……絶縁部材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭51−105031（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭44−8346（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭56−4351（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭52−50198（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電極ユニツト（１）およびノズル（５）を
    備え、ノズルが同心状に電極ユニツトを取り囲みかつ環
    状管路（９）によって電極ユニツトから分離されてお
    り、またノズル（５）が中空体として構成され、回転対
    称内壁部分（11）、該内壁部分に対し同心状に設けられ
    た回転対称外壁部分（12）および両壁部分（11,12）を
    結合する端壁部分（13）をもつプラズマトーチにおい
    て、端壁部分（13）に隣接する内壁部分（11）の前方区
    域（11′）がそれぞれ該当する壁部分を表面側から裏面
    側まで完全に横断して存在する二つの別個の絶縁部材
    （17,18）によって外壁部分（12）に隣接する端壁部分
    （13）の外側区域（13″）と内壁部分（11）の後方区域
    （11″）とから電気的に絶縁してあり、前記絶縁部材の
    うちの一方の第一絶縁部材（17）がノズル（５）の端壁
    部分（13）の内側区域（13′）と外側区域（13″）の間
    に配設されており、他方の第二絶縁部材（18）がノズル
    （５）の内壁部分（11）の中に、しかもノズル（５）の
    端面（７）から見て電極ユニツト（１）の前端部（２）
    の後方で、内壁部分（11）の前方区域（11′）と後方区
    域（11″）の間に配設されていることを特徴とするプラ
    ズマトーチ。
  2. 【請求項２】第一絶縁部材（17）が取り外し可能に端壁
    部分（13）と結合可能な二つの回転対称固形均一絶縁材
    料製環状体（17e,17f）をもち、それらの環状体が電極
    の軸線（１′）の方向に見て前後して設けられており、
    またそれらのうち外側表面である端面（７）に設けられ
    る環状体（17e）が繰返し温度耐性絶縁材料から、また
    その後方に設けられる環状体（17f）が非透水性絶縁材
    料から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    のプラズマトーチ。
  3. 【請求項３】絶縁部材（17）が向かい合っている端壁部
    分の内、外側の二つの区域（13′,13″）の端面の少な
    くとも一方に取りつけられた少なくとも一つの電気絶縁
    被覆層（42,43）によって形成されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載のプラズマトーチ。
  4. 【請求項４】ノズルの端壁部分の区域（13′,13″）が
    少なくともその内側に、また本来の絶縁部材に少なくと
    も直ぐ隣接して電気絶縁被覆層（42′）を備えているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズマト
    ーチ。
JP60210352A 1984-09-28 1985-09-25 プラズマトーチ Expired - Lifetime JPH0695478B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3435680.0 1984-09-28
DE19843435680 DE3435680A1 (de) 1984-09-28 1984-09-28 Plasmabrenner

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6188500A JPS6188500A (ja) 1986-05-06
JPH0695478B2 true JPH0695478B2 (ja) 1994-11-24

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ID=6246632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60210352A Expired - Lifetime JPH0695478B2 (ja) 1984-09-28 1985-09-25 プラズマトーチ

Country Status (10)

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US (1) US4645899A (ja)
EP (1) EP0176004B1 (ja)
JP (1) JPH0695478B2 (ja)
AT (1) ATE69133T1 (ja)
CA (1) CA1241704A (ja)
DD (1) DD238500A5 (ja)
DE (1) DE3435680A1 (ja)
ES (1) ES296059Y (ja)
NO (1) NO167444C (ja)
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