JPS6188500A - プラズマトーチ - 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】 ノズルが同心に電極ユニットを取り巻きかつ環状管路に
よって電極ユニットから分離されており、ノズルが中空
体として構成されておりまた回転対称内壁部分（１１）
　、内壁部分に対し同心に設けられる回転対称外壁部分
（１２）および両壁部分（１１．１２）を結合する端壁
部分（１３）をもつプラズマバーナに関スル。

プラズマバーナを操作する際にノズルによって取り囲み
かつ個々の電極あるいは中心補助電極および補助電極を
同心に取り巻く主電極から構成できる中央電極ユニット
と例えば金属溶融浴によってもたらすことができる逆電
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，ρ追求される安定性、従って始めに述べ
た種類のプラズマバーナで操作される装置の効率および
経済性がその際寄生アークにょつ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
平行に燃焼し、その際このアークが特に外側バーナまた
はノズル外周部の下方縁またはノズル端面の外側範囲を
共に電流伝導部へ包含する。

寄生アークを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か
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、ノズルによって用いられる金属導体でチシマ
だ第三電流路は、外側バーナまたはノズル外周部または
ノズル端の外側範囲から逆電極まで燃焼する二重アーク
によって形成される。この種の寄生アークは、とりわけ
高温炉で残電流液体冷却プラズマバーナを挿入する際、
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るが、けれ
どもバーナ電極の著しい摩耗によってもプラズマバーナ
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す
るが、しかし少なくともこの電流強さを限定することが
公知であり、従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させるようにする（これに対
しドイツ公告特許第２１４０２４１号、ドイツ特許第２
５４１１６６号、ドイツ公開特許第２９５１１２１号お
よび東独特許第９７８６４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
減少だけされるが、しかし確実に阻止されない。さらに
寄生アークを防止する手段は常に激烈な出力抑制あるい
はそれどころかバーナ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ａａｏｑａｏｓ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を防止する。

この保護方法は、時間的にだけ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８１４７３２９号から公知である。

このだめノズルの成る局部的保護がもたらされ、従って
寄生アークの発生が総わる場合に困難であるが、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
プラズマバーナを提供することにある。

この課題は、端壁部分に隣接する内壁部分の区間が当該
壁部分の全横断面を含む少なくとも一つの絶縁個所によ
って外壁部分に隣接する端壁部分の区間から電気的に絶
縁されていることによって解決される。端壁部分へ隣接
または電極ユニットの前方端に近接するノズルの内壁部
分の区間の電気的分離または絶縁は、外壁部分へ隣接す
る端壁部分の区間によって以下のように確保される。す
なわち、電流路は、電極ユニットからノズルまたはバー
ナ外周部の前方範囲あるいはノズルの端壁の外側範囲を
介して逆電極に到るまで存在していないしあるいは、発
生することも可能性がないからでちる。本発明による特
徴にあっては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発生させられる損傷はノ
ズルにおいてまた電極ユニットにおいて起らない。

本発明の合理的構成は、副請求範囲で説明されている。

従って特許請求の範囲第２項記載の特徴によれば、二つ
の絶縁個所を設けかつそれらのうちの片方をノズルの端
壁で設けるように提案され、その際端壁部分の絶縁部分
をできるだけ大きくすることによってこの絶縁個所が内
壁部分にできるだけ近くすることが問題でちる。

バーナのこの構成では、この絶縁個所が主アークの半径
方向ビームに直接曝されずまたその限りでは熱的に保護
されることが有利であることが判明する。

さらにその上特許請求の範囲第３項で説明される手段に
よって場合によってはノズルの内壁へかぶさる内方機ア
ークがノズルまたは外周保持部を介してノズルの外壁ま
で達することができないように達成される。同じことは
、特許請求の範囲第４項で説明される手段にも当てはま
る。さらに特許請求の範囲第３および第４項による第二
絶縁区間の配置にとって、上記区間がバーナの１低温“
個所で設けられており、従って低い耐熱性絶縁材料から
装置することができるために有利となる。

特許請求の範囲第５ないし第８項によるプラズマバーナ
の構成では、それらの絶縁リングがノズルの壁部分の内
面の部分となるので、絶縁リングは、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９項
によりノズルの端壁で設けられる第一絶縁個所を二つの
リングによって実施するように行なわれる。その際一方
のリングは透水性にする必要がなくまた他方のリングは
熱的に保護することができる。

特許請求の範囲第１１項によるプラズマバーナの構成で
はそれらの絶縁個所の絶縁作用が拡大されるので、この
バーナを操作する際に低い伝導性をもつ冷却媒体をも使
用することができる。

特許請求の範囲第１２項に従ってこのプラズマバーナが
構成される場合、単独の絶縁個所だけで済ますこともで
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図によるプラズマバーナは、中心に設けた水冷電極
１をもち、電極の尖端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は同様に水冷バーナノズル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に対して内側円錐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との間に環状通過管路９が生じるからである。電極
１からノズル５を絶縁するため、例えば米国特許第８１
４７３２９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、この部分に同心に
設けられる回転対称の外壁部分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１３では第一回転対称絶縁部材１７が設けられてい
る。回転対称的に構成される第一絶縁部材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
端へ挿入される。

第２図では、第一絶縁部材の第一実施の態様が拡大尺度
にして示されている。この絶縁部材または絶縁リング１
７は、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の内側区間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の内側区間１３′で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２７
は円筒状に構成されかつ端壁部分１３の外側区間１３“
の対応する壁と係合している。流出する冷却水を確保す
るため端壁部分１３の外側区間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図による外の実施の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
グが内側端壁部分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１４に近い端面でフランジ３３をもち、このフラ
ンジが端壁部分１３の外側区間１３“の対応する凹部３
４によってとりつけられている。この簡単な実施の態様
は、冷却水が内部過圧の際にノズル５から絶縁リング１
７ａを押し出さないように確保する。

第４図による別の実施の態様では絶縁リング１７ｂは、
その中子が金属材料３６、例えば、銅から成り、このリ
ングまたは金属材料が電気絶縁材料、例えば、酸化ジル
コンから成る密閉する表面層３７によって取り囲まれて
いる。

第５図による絶縁リング１７０は、再び密閉する電気絶
縁コーチング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８８．８９から形成されており、それらの層のうち
少なくとも各第二層３９が電気的に不導性絶縁層である
。

説明した実施例の変形例では密封する絶縁コーチングは
第６図による絶縁リング１７ｄの際に省略されている。

このリングは二つの金属層ａｓ、’　ａｓ“だけをもち
、それらの層が鋳造混合物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１７ｄば、全体的に見てかき傷のつかないまた
ノズル５の壁区間１３′および１３“に対して秀れた密
封をすることができる。

第７図による実施の態様では端壁部分１３・の内側区間
１３′および外側壁部分と結合される端壁部分１３の外
側区間１３”がそれぞれ肩部４０をもつので、軸１′に
関して同軸の両区間１３（１３“の結合を保証する。区
間１３ｊ１３“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、それぞれ絶縁層４２または４
３を備え、それらの層がそれに隣接する平行な表面部分
へも延びることができ、例えば、区間１３′にある層４
２を参照され度し。両肩部Ａ、０．４１の間で締めつけ
られる密封リング４４によって継ぎ合わされた結合部は
水密にされる。第６図では端壁部分１３の区間１３？１
３“の結合は組立前では引出し線で示されまた組立後で
は鎖線で左側に示される。

第８図による実゛施の態様によると両区間１３、′１３
“は、絶縁鋳造混合物４５によって２互いに対立して絶
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１２から軸方向に順次設けられる絶縁リング
１７ｅ、１７ｆをもつ絶縁個所によって形成される。ノ
ズル５の端面に一直線になって設けられるリング１７ｅ
は繰返し温度耐性材料からまたその後方にあるリング１
７ｆは透水性絶縁材料から成っている。

第二絶縁リング１８（第１０図も参照）は、第１実施例
では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
および後方区間１１’または１１″の対応する雌ねじへ
保合する。この絶縁結合を確実にするため二つの平らな
密封部１０が設けられており、それらの密封部は、絶縁
リングのフランジ状突起部５１と内壁部分１１の両区間
１１′または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ている。

第２実施例では第二絶縁リング１８ａが設けらアおシ、
。（７１）ｌＪ’７／’−は、そ。横断面が２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１８
ａは中心に対して段づけされた雄ねじ５４をもち、この
雄ねじが後方区間１１”の対応する雌ねじ５５と係合し
ている。さらに同じ端において後退された円筒状部分５
６があり、この部分は後方区間１１“の対応する凹部５
７へ保合する。円筒状結合部５６１５７は、０す／グ５
８によって密封される。第二絶縁リング１８ａの向か９
会つ層端において内面６０から出発人る雌ねじ６２をも
つ拡大部があり、この雌ねじは内壁部分１１の前方区間
１１′の対応する雄ねじ６３と係合している。前方区間
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ＯＩＪングは内壁部分
１１の前方区間１１’にある溝６５で支持されまた絶縁
リング１８ａの円筒状凹部６６に対して押圧される。

第１２図による実施例ではこのノズルは透孔６の出口で
電気的に不導性絶縁材料から成る回転対称挿入体６７を
もっている。ノズル５の端面７から見て挿入体６７の後
方端６８は前方部分２の円錐状外周面３の後方で内壁部
分１１の後方区間１１“と結合されている。挿入体の前
方端において挿入体６７は、フランジ状カラー６９をも
ち、このカラーは、端壁部分１３の外壁部分１２に隣接
する区間１３“と結合されている。

【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
プラズマバーナの概略的縦断面図（簡単にするため右半
休が鎖線で示されている）、第２〜第９図は第一絶縁個
所の各種の実施の態様の拡大尺度の縦断面図、第１０と
第１１図とは第二絶縁個所のそれぞれ実施の態様を拡大
尺度（した概略的縦断面図、第１２図は絶縁材料から成
る挿入体をもつプラズマバーナの概略的縦断面である。 １…電極ユニツト、５・Φ・ノズル、−９・・・環状管
路、１１・・・内壁部分、１１′・・・内壁部分の端壁
部分に隣接する区間、１２・・・外壁部分、１３・・・
端壁部分、１３′・・・端壁部分の外壁部分に隣接する
区間、１７．１８？　６７・・ｉ絶縁個所。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電極ユニット（１）およびノズル（５）を備え、ノ
   ズルが同心に電極ユニットを取り囲みかつ環状管路（９
   ）によつて電極ユニットから分離されており、ノズル（
   ５）が中空体として構成されておりまた回転対称内壁部
   分（１１）、内壁部分に対し同心に設けられる回転対称
   外壁部分（１２）および両壁部分（１１、１２）を結合
   する端壁部分（１３）をもつプラズマバーナにおいて、
   端壁部分（１３）に隣接する内壁部分（１１）の区間（
   １１′）が当該壁部分の全横断面を含む少なくとも一つ
   の絶縁個所（１７、１８；１９）によつて外壁部分（１
   ２）に隣接する端壁部分（１３）の区間（１３″）から
   電気的に絶縁されていることを特徴とする、プラズマバ
   ーナ。 ２、端壁部分（１３）に隣接する内壁部分（１１）の区
   間（１１′）と外壁部分（１２）に隣接する端壁部分の
   区間（１３″）との間に別けて設けられる二つの電気絶
   縁個所（１７；１８）が存在しており、第一絶縁個所（
   １７）がノズル（５）の端壁部分（１３）で設けられて
   いることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載のプ
   ラズマバーナ。 ３、第二絶縁個所（１８）がノズル（５）の内壁部分（
   １１）の内部に、しかもノズル（５）の端面（７）から
   見て電極ユニット（１）の前方端の後ろに設けられてい
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第２項記載のプラ
   ズマバーナ。 ４、第二絶縁個所（１８）が端壁部分（１３）に遠いノ
   ズル（５）の端で設けられていることを特徴とする、特
   許請求の範囲第２項記載のプラズマバーナ。 ５、絶縁個所（１７；１８）が取り外ずし可能にノズル
   （５）の壁部分（１１、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ていることを特
   徴とする、特許請求の範囲第２項記載のプラズマバーナ
   。 ６、少なくとも第一絶縁個所（１７）の絶縁材料が高温
   溶融セラミック物質から成ることを特徴とする、特許請
   求の範囲第５項記載のプラズマバーナ。 ７、絶縁個所（１７、１８）が絶縁鋳造混合物（４５）
   から成ることを特徴とする、特許請求の範囲第２項記載
   のプラズマバーナ。 ８、絶縁個所（１７、１８）が結合体（１７ｃ）によつ
   て形成されており、結合体がノズル壁区間（１３′、１
   ３″）の経過から見て導電材料および絶縁材料（３８ま
   たは３９）から成る層から交互に構成されていることを
   特徴とする、特許請求の範囲第２項記載のプラズマバー
   ナ。 ９、第一絶縁個所（１７）が二つの取り外ずし可能に端
   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（１７ｅ、１７ｆ）をもち、それらの環状体が
   バーナ軸（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（７）で設けられる環状体
   （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２項記載のプラ
   ズマバーナ。 １０、絶縁個所（１７、１８）が向かい会っている壁区
   間（１３′、１３″）の端面の少なくとも一つで取りつ
   けられる少なくとも一つの電気絶縁被覆部（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２項記載のプラズマバーナ。 １１、ノズル壁区間（１３′、１３″）が少なくともそ
   の内側でまた本来の絶縁個所（１７、１８）に少なくと
   も直ぐ隣接して電気絶縁被覆部（４２′）を備えている
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第２項記載のプラズ
   マバーナ。 １２、ノズル（５）が回転対称絶縁体（６７）をもち、
   この絶縁体が端壁部分（１３）に隣接する内壁部分の区
   間（１１′）の部分を構成し、またこの絶縁体が、ノズ
   ル（５）の端面（７）から見て電極ユニット（１）の前
   方端（２）の後方から端壁部分（１３）まで延びている
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載のプラズ
   マバーナ。