(57)【要約】  本発明は、バーナハンドル（６ａ）及びバーナベース（６ｂ）を備える蒸気プラズマバーナ（６）に関する。バーナベース（６ｂ）内部には、液体供給管（３２）、加熱装置（２６）、バーナチャンバ（２７）、陰極支持部（２８）に接続される陰極（２２）、及び、ノズル（２３）として構成され、出口開口部（２５）を有する陽極（２４）が配置される。本発明は、このような蒸気プラズマバーナ（６）用の陰極（２２）及びノズル（２３）にも関する。本発明の目的は、最適に着火でき、磨耗部分を容易に除去できる蒸気プラズマバーナ（６）を提供することである。この目的のため、陰極支持部（２８）は、軸方向に変位可能なピストンとして陰極（２２）とともに構成され、陰極（２２）が静止位置において、ノズル（２３）に押し付けられるようにバネ素子（３０）に接続され、動作中に水が提供されるとき、陰極（２２）がノズル（２３）から持ち上げられるように陰極支持部（２８）が液体供給ライン（３２）と連絡して、電気アークを陰極（２２）と陽極（２４）間で着火することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナハンドル（６ａ）とバーナベース（６ｂ）とを備え、前記バーナベース（６ｂ）内部に、液体供給管（３２）と、加熱装置（２６）と、バーナチャンバ（２７）と、陰極支持部（２８）に接続される陰極（２２）と、ノズル（２３）として構成され出口開口部（２５）を有する陽極（２４）とが配置される蒸気プラズマバーナ（６）であって、前記陰極支持部（２８）が軸方向に変位可能なピストンとして前記陰極（２２）とともに構成され、静止位置において、前記陰極（２２）が前記ノズル（２３）に押し付けられるようにバネ素子（３０）に接続され、動作中に、水が供給されるときに前記陰極（２２）が前記ノズル（２３）から持ち上げられるように、前記陰極支持部（２８）が前記液体供給管（３２）に連通されて、電気アークが前記陰極（２２）と前記陽極（２４）との間で着火されることを特徴とする蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項２】
バーナハンドル（６ａ）とバーナベース（６ｂ）とを備え、前記バーナベース（６ｂ）内部に、液体供給管（３２）と、加熱装置（２６）と、バーナチャンバ（２７）と、陰極支持部（２８）に接続される陰極（２２）と、ノズル（２３）として構成され出口開口部（２５）を有する陽極（２４）とが配置される蒸気プラズマバーナ（６）であって、供給された液体（８）が最初に冷却流路（３３）を介して前記陰極支持部（２８）に沿って導かれ、次に前記バーナチャンバ（２７）の方向に前記加熱装置（２６）に沿って導かれるように、前記バーナチャンバ（２７）につながり前記バーナベース（６ｂ）内部に配置される前記液体供給管（３２）が構成されることを特徴とする蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項３】
空間が前記陰極支持部（２８）の周囲に配置され、前記空間はピストン素子（３１）によって画定され前記液体供給管（３２）に接続されて、液体（８）が供給され前記陰極支持部（２８）及び前記陰極（２２）が前記ノズル（２３）から持ち上げられるときに、前記空間が満たされることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項４】
前記陰極（２２）の先端形状が前記ノズル（２３）の内部形状に対応することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項５】
前記バネ素子（３０）がコイルバネにより形成されることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項６】
封止リング（３５）が前記陰極支持部（２８）に配置されることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項７】
前記陰極支持部（２８）が電気絶縁被覆、好ましくは封止被覆を有することを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項８】
前記陰極（２２）が銅又は銅合金製であることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項９】
前記陰極（２２）に少なくとも部分的に電気的絶縁、特にセラミック被覆が設けられることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項１０】
前記陰極（２２）がネジ（２９）を介して前記陰極支持部（２８）に接続されることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項１１】
前記陰極（２２）が停止フランジ（３９）を有することを特徴とする、請求項１０に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項１２】
歪み防止手段が前記陰極支持部（２８）に配置され、該手段はたとえば前記陰極支持部（２８）の横孔（４１）に配置される軸（４０）によって形成されることを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項１３】
前記陰極支持部（２８）が前記液体供給管（３２）に接続される少なくとも１つの冷却流路（３３）に囲まれることで、水を冷却媒体として使用し得ることを特徴とする、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの冷却流路（３３）が好ましくは螺旋状に前記陰極支持部（２８）の周囲をこれに沿って延びることを特徴とする、請求項１３に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項１５】
戻り流路（３６）が前記液体を前記加熱装置（２６）に戻すために設けられることを特徴とする、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項１６】
前記加熱装置（２６）が前記液体を導く螺旋状の流路（３７）を有することを特徴とする、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項１７】
ハウジング（２１）が適切に配置されたときに始動させ得る保護スイッチが設けられることを特徴とする、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項１８】
前記ノズル（２３）が冷却液を導く冷却流路を有することを特徴とする、請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項１９】
前記ノズル（２３）がネジ（４２）を介して前記ハウジング（２１）に接続されることを特徴とする、請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）
【請求項２０】
スペーサ（４４）が前記ノズル（２３）に配置されることを特徴とする、請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項２１】
前記スペーサ（４４）は好ましくは、前記出口開口部（２５）周囲にリングとして配置されることを特徴とする、請求項２０に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項２２】
前記スペーサ（４４）が前記ノズル（２３）と一体的に作成されることを特徴とする、請求項２０又は請求項２１に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項２３】
前記スペーサ（４４）が装着可能なワイヤボウにより形成されることを特徴とする、請求項２０に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項２４】
前記スペーサ（４４）が装着可能な保護管により形成されることを特徴とする、請求項２０に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項２５】
前記スペーサ（４４）が電気絶縁材料により製造又は被覆されることを特徴とする、請求項２０から請求項２４のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）。
【請求項２６】
前記陰極（２２）の先端形状が前記ノズル（２３）の内部形状に本質的に対応することを特徴とする、請求項１から請求項２５のいずれか１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）用の陰極（２２）。
【請求項２７】
前記陰極（２２）が銅又は銅合金製であることを特徴とする、請求項２６に記載の陰極（２２）。
【請求項２８】
少なくとも部分的なセラミック被覆が設けられることを特徴とする、請求項２６又は請求項２７に記載の陰極（２２）。
【請求項２９】
ネジ（２９）が前記陰極支持部（２８）との接続のために設けられることを特徴とする、請求項２６から請求項２８のいずれか１項に記載の陰極（２２）。
【請求項３０】
停止フランジ（３９）が設けられることを特徴とする、請求項２６に記載の陰極（２２）。
【請求項３１】
スペーサ（４４）が設けられることを特徴とする、プラズマビームが出射する開口部（２５）を有する請求項１から請求項２５のいずれかに１項に記載の蒸気プラズマバーナ（６）用のノズル（２３）。
【請求項３２】
前記スペーサ（４４）が好ましくは前記出口開口部（２５）の周囲にリングとして配置されることを特徴とする、請求項３１に記載のノズル（２３）。
【請求項３３】
前記スペーサ（４４）が前記ノズル（２３）と一体的に作成されることを特徴とする、請求項３１又は請求項３２に記載のノズル（２３）。
【請求項３４】
前記スペーサ（４４）が装着可能なワイヤボウにより形成されることを特徴とする、請求項３１に記載のノズル（２３）。
【請求項３５】
前記スペーサ（４４）が装着可能な保護管により形成されることを特徴とする、請求項３１に記載のノズル（２３）。
【請求項３６】
前記スペーサ（４４）が電気絶縁材料により製造又は被覆されることを特徴とする、請求項３１から請求項３５のいずれか１項に記載のノズル（２３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナハンドル及びバーナベースを備える蒸気プラズマバーナに関し、バーナベース内部には、液体供給管、加熱装置、バーナチャンバ、陰極支持部に接続される陰極、及びノズルとして形成され出口開口部を有する陽極が配置される。
【０００２】
さらに、本発明は、かかる蒸気プラズマバーナ用の陰極及びノズルに関する。
【背景技術】
【０００３】
現行の種類の蒸気プラズマバーナでは、負に帯電した陰極と正に帯電した陽極との間のアークがバーナ先端でノズルとして構成され、電力源を介して着火される。液体又は水は、タンクからバーナに液体供給管を介して送られ、そこで加熱装置によって気化され、流路を介してバーナチャンバに送られ、チャンバでは、プラズマ生成媒体として使用されてプラズマを生成する。前記プラズマビームは、無電流でノズルを出て、高エネルギー密度によりワークを溶解するのに使用し得る。前記プラズマビームは無電流でバーナノズルを出て、ノズルとワークの間でアークが生成されないので、非導電物質でも熱的に加工し得る。切断に加えて、蒸気プラズマバーナは、ワークを接合するのに使用してもよい。
【０００４】
たとえば、特許文献１は、他の用途のためにプラズマバーナ先端での低いエネルギーレベルを実現するように特別に形成された蒸気プラズマバーナを記載している。
【０００５】
作動流体タンクがトーチに一体化される現行の種類の電気アークプラズマトーチが、特許文献２に記載されている。
【０００６】
特許文献３は、切断プロセスの動作時間をできる限り長くするように特別に形成された蒸気プラズマバーナを記載している。
【０００７】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１０００８２５５号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第０６４０４２６号明細書
【特許文献３】欧州特許第１０５０２００号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、できる限り正確にアークを着火でき、最適動作のためにできる限り良好に冷却され得る上記蒸気プラズマバーナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の別の目的は、最適な着火を可能とし、最適動作条件及び動作のためにできる限り長時間良好に冷却され得る上記蒸気プラズマバーナ用の陰極及びノズルを提供することである。
【００１０】
本発明の前記第１の目的は、陰極支持部が軸方向に変位可能なピストンとして陰極とともに構成され、静止位置において、陰極がノズルに押し付けられるようにバネ素子に接続され、動作中に、液体又は水が供給されるときに陰極がノズルから持ち上げられるように陰極支持部が液体供給管に連通されて、電気アークが陰極と陽極間で着火され得る上記蒸気プラズマバーナによって達成される。本蒸気プラズマバーナは、軸方向に変位可能であって、接触着火を可能にする陰極を特徴とする。静止位置では、陰極は陽極に接触して、電気的短絡を生成する。蒸気プラズマバーナの動作中、陰極は自動的に水によって持ち上げられることにより、陰極と陽極間の電位を生成し、陰極と陽極間でアークを生成させる。もう１つの利点は、ノズルがほぼ完全に封止されるため、静止位置において水がほとんどバーナから漏れないことである。陰極がプラズマバーナの作動媒体によって陽極から持ち上げられるため、媒体が存在する場合にのみアークが着火され得る。
【００１１】
本発明の目的は、バーナベース内に配置されるバーナチャンバに向かう液体供給管が、供給された液体が最初に冷却流路を介して陰極支持部に沿って延び、次いでバーナチャンバの方向に加熱装置に沿って延びるように構成される、上述の蒸気プラズマバーナによって達成される。よって、陰極が液体又は水によってより良好に冷却される蒸気プラズマバーナが提供される。液体が熱を吸収するので、その後の気化のためのエネルギーが少なくてすむ。
【００１２】
有益なことに、ピストン素子によって制限される空間が陰極支持部の周囲に配置され、その空間は液体供給管に接続されるため、液体が供給され前記陰極支持部が前記陰極とともに前記ノズルから持ち上げられるときに、前記空間に液体が充填される。
【００１３】
プラズマバーナの静止位置においてノズルの略気密密閉を達成し、力の配分による陰極又はノズルの損傷を回避するため、陰極先端の形状は好ましくはノズルの内部形状に対応する。好ましくは、前記陰極及びノズルを成形する際、鋭い縁部や角部は避けられる。
【００１４】
静止位置においてノズルに対して陰極を押し付けるバネ素子は、好ましくはコイルバネにより形成される。これは、簡単かつ確実で、コスト効率のいい解決策である。
【００１５】
陰極及び陰極支持部は軸方向に変位可能であるため、封止リングは好ましくは前記陰極支持部に配置される。前記封止リングは、通常の蒸気プラズマバーナ温度に耐える弾性材料、たとえばシリコン又はテフロン合成材料で製造される。前記封止リングは、前記蒸気プラズマバーナのシリンダを取り囲む際に前記陰極支持部を中心に置く役割も果たしてよい。
【００１６】
電流担持陰極が他の蒸気プラズマバーナ構成要素と接触しないように、陰極支持部は電気絶縁被覆を有する。前記被覆は、良好な電気的絶縁だけでなく、結果的に生じる熱を伝導する良好な熱伝導率をもたらす。さらに、前記絶縁被覆は好ましくは封止される。
【００１７】
本発明の別の特徴によると、蒸気プラズマバーナの陰極は銅又は銅合金製である。
【００１８】
前記陰極を高温から保護するため、陰極には少なくとも部分的に電気的絶縁、特にセラミック被覆を設けてよい。
【００１９】
陰極は好ましくは、前記陰極の迅速な交換を可能にするため、ネジを介して陰極支持部に接続される。前記ネジは比較的長いため、前記陰極から前記陰極支持部への良好な伝熱を可能にする。
【００２０】
前記陰極は好ましくは、前記陰極が前記陰極支持部に深くねじ込まれすぎてネジの損傷を招くのを防ぐ停止フランジを有する。さらに、前記停止フランジは陰極と陰極支持部間の接続を封止し、作動媒体が入り込むのを防ぐ。
【００２１】
好ましくは、前記陰極の取付け又は取り外しの際に前記陰極支持部が歪まないように、歪み防止手段が陰極支持部に配置される。前記手段はたとえば、前記陰極支持部の横孔に配置される軸によって形成される。
【００２２】
蒸気プラズマバーナの十分な冷却を達成するため、陰極支持部は、液体供給管と連通する少なくとも１つの冷却流路によって囲まれるため、液体、特に水又は好適な水混合物が冷却剤として使用され得る。液体供給管が前記陰極支持部の周囲を前記少なくとも１つの冷却流路に沿って前記液体をチャンバに導き、その結果、前記陰極支持部は前記液体によって冷却される。前記蒸気プラズマバーナの液体が冷却媒体として使用されるため、自身の冷却媒体を有する別個の冷却回路を設ける必要がない。前記少なくとも１つの冷却流路は好ましくは螺旋状に、前記陰極支持部に沿ってその周囲を延びる。これにより、水が前記陰極支持部周囲に均等に分配される。有益なことに、前記冷却流路に加えて、陰極支持部全体の周りの小さな環状ギャップには、自由に前記冷却媒体が入ることができる。このため、陰極支持面全体が必ず湿潤され、前記陰極支持部の局所過熱が回避される。
【００２３】
蒸気プラズマバーナの寸法を小型に維持するために、冷却用の前記陰極支持部の周囲を流れる液体は、戻り流路を介して加熱装置に戻される。
【００２４】
前記加熱装置は好ましくは、前記液体を導く螺旋状の流路を有し、この流路内で液体は気化される。前記螺旋状の流路は、通常電気ヒータを備える加熱装置を用いて気化される液体が、渦を巻き、渦巻き状態で前記バーナチャンバに到達するという利点を有する。
【００２５】
ハウジングが適切に配置されていない状態での前記蒸気プラズマバーナの動作を避けるため、ハウジングが適切に配置されるときのみ始動可能な保護スイッチを設けてよい。前記保護スイッチは、適切にねじ込まれる、あるいは搭載されるハウジングによって起動されるマイクロプッシュボタンにより形成してよい。前記保護スイッチが閉鎖している場合にのみ、液体を供給し、電源を入れることができる。
【００２６】
蒸気プラズマバーナノズルの冷却も可能にするため、前記ノズルは冷却液を導く冷却流路を有してもよい。前記ノズルは、ネジを介して前記ノズルをハウジングに接続することによっても、ある程度まで冷却され得る。よって、前記ノズルで生成される熱は、前記ネジを介して前記ハウジングに導き得る。
【００２７】
ノズルを機械的な損傷から保護し、ワークからの特定の最小距離を保持するため、スペーサを前記ノズルに配置してよい。
【００２８】
前記スペーサは好ましくは、出口開口部周囲にリングとして配置される。
【００２９】
前記スペーサはノズルと一体的に作成してもよい。
【００３０】
前記スペーサは装着可能なワイヤボウにより形成してもよい。これは、特に簡易でコスト効率のよい解決策である。前記スペーサは、装着可能な保護管により形成してもよい。
【００３１】
前記スペーサは電気絶縁材料で製造又は被覆される。よって、電流担持陽極は、アークが伝えられない場合に環境から絶縁される。
【００３２】
本発明の目的は、陰極先端の形状がノズル内部の形状に本質的に対応する、上記蒸気プラズマバーナ用の上記陰極によって達成される。
【００３３】
蒸気プラズマバーナの上記の説明からは、さらなる特徴が自明である。
【００３４】
最後に、本発明の目的は、プラズマビームが出射する開口部を有する上記蒸気プラズマバーナ用ノズルによって達成され、スペーサが前記出口の近傍に配置される。
【００３５】
さらなる特徴が、蒸気プラズマバーナの上記説明から自明である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
添付図面を用いて本発明を以下により詳細に説明する。
【００３７】
図１は、蒸気切断用の基本装置１ａを有する蒸気カッタ１を示す。基本装置１ａは、電流源２と、制御装置３と、制御装置３に付与される遮断素子４とを備える。遮断素子４は、容器５及び蒸気プラズマバーナ６に接続され、この蒸気プラズマバーナ６は、蒸気プラズマバーナ６に容器５内に配置される液体８が供給されるように、供給管７を介してバーナハンドル６ａ及びバーナベース６ｂを備える。蒸気プラズマバーナ６には、ケーブル９、１０を介して電流源２から電気エネルギーが供給される。
【００３８】
冷却のため、蒸気プラズマバーナ６は、任意で流れ制御装置１２に設けられる冷却回路１１を介して液体容器１３に接続される。蒸気プラズマバーナ６又は基本装置１ａが作動されると、冷却回路１１は制御装置３によって始動されて、冷却回路１１を介して蒸気プラズマバーナ６を冷却することができる。蒸気プラズマバーナ６は冷却管１４、１５を介して液体容器１３に接続されて、冷却回路１１を形成する。
【００３９】
さらに、基本装置１ａは、蒸気カッタ１の各種パラメータ及び動作モードを設定し表示するための入力及び／又は表示装置１６を有してよい。入力及び／又は表示装置１６を介して設定されるパラメータは制御装置３に連絡され、個々の蒸気カッタ１の構成要素をそれに応じて起動する。
【００４０】
さらに、蒸気プラズマバーナ６は、少なくとも１つの動作素子１７、特にプッシュボタン１８を有してよい。動作素子１７、特にプッシュボタン１８から、ユーザはプッシュボタン１８を起動及び／又は停止することによって、蒸気プラズマバーナ６から制御装置３に蒸気切断プロセスを開始又は実行するように命令してよい。さらに、入力及び／又は表示装置１６はたとえば、切断される物質、使用される液体、及びたとえば電流及び電圧特性を予め設定する、特に予め定義するために使用してよい。蒸気プラズマバーナ６には当然ながら、蒸気プラズマバーナ６から蒸気カッタ１の１つ以上の動作パラメータを設定する動作素子をさらに設けてよい。動作素子は、直接ラインを介して、あるいはバスシステムを介して基本装置１ａ、特に制御装置３に接続されてよい。
【００４１】
プッシュボタン１８が起動されると、制御装置３は、蒸気切断に必要な個々の構成要素を起動する。たとえば、まずポンプ（図示せず）、遮断素子４、及び電流源２が始動されることによって、蒸気プラズマバーナ６への液体６及び電力の供給が開始される。次に、制御装置３は冷却回路１１を起動して、バーナ６を冷却させる。バーナ６に液体８及びエネルギー、特に電流及び電圧が供給されると、バーナ６内の液体８は高温ガス１９、特にプラズマに変換されるので、バーナ６を出るガス１９はワーク２０を切断するのに使用し得る。
【００４２】
図２ａ及び２ｂは、静止位置及び動作位置における本発明に係る蒸気プラズマバーナ６、特にバーナノズル２３の概略図である。蒸気プラズマバーナ６は、電流源２に接続される陰極２２を含むハウジング２１を有する。ノズル２３として構成される陽極２４は、電流源２の正極に接続される。図２ａによる静止位置では、本発明によれば軸方向に変位可能な陰極２２は、ノズル２３に強制的に押し付けられる。この状態で、陰極２２及び陽極２４は短絡しているので、これらの間でアークを着火することはできない。水を気化するために蒸気プラズマバーナ６に含まれる加熱装置２５は、作動流体を予熱するために既にスイッチオンされていてよい。
【００４３】
陰極２２と陽極２４間でアーク、すなわち、伝えられないアークを着火させるため、作動流体（本発明では液体８）供給が図２ｂに示されるようにオンに切り換えられて、ノズル２３から軸方向に変位可能な陰極２２を持ち上げる。電力供給が十分であれば、アークは陰極２２と陽極２４間で着火される。加熱装置内で気化された水はバーナチャンバ２７に送られ、そこでプラズマビームのための媒体として機能する。プラズマビームはノズル２３の開口部２５を強制的に通過させられ、高エネルギー密度により、ワーク２０を切断又は接合するために使用されてよい
【００４４】
図３ａ及び３ｂは、蒸気プラズマバーナ６、特にバーナインサートの実施形態の断面図である。図３ａでは、蒸気プラズマバーナ６は静止位置にある、すなわち陰極２２はノズル２３として構成される陽極２４に押し付けられる。蒸気プラズマバーナはハウジング２１、加熱装置２６、及びバーナチャンバ２７を備え、気化した液体８は、ノズル２３の出口開口部２５を通って出射するプラズマビーム用の媒体として生成される。陰極２２は、好ましくは留めネジ２９を介して陰極支持部２８に接続される。陰極支持部２８は、バネ３０（破線）を介してノズル２３に押し付けられる。蒸気プラズマバーナ６には、液体供給管３２を介して液体８が供給される。陰極２２は、陰極支持部２８とともに軸方向に変位可能である。液体供給管３２は、液体が供給されるときに陰極２２がノズル２３から持ち上げられるように陰極支持部２８に接続されるため、アークを陰極２２と陽極２４の間で着火し得る。これは、液体供給管３２から陰極支持部２８周囲の空間に液体８を導くことによって実行され、この空間はピストン素子３１によって画定される。水圧のため、ピストン素子３１は、図３ｂに示される陰極支持部２８及び陰極２２とともに、バネ３０の力に対抗して後方に強制的に動かされる。
【００４５】
好ましくは陰極支持部２８の周囲を螺旋状に配置される冷却流路３３を介して、液体８は次に封止リング３５として構成される転回素子３４に至る。封止リング３５はさらに、軸方向に変位可能な陰極支持部２８を中心に位置決めすることができる。戻り流路３６を介して、液体８は加熱装置２６に戻され、そこで螺旋状の流路３７内で気化される。流路３７の螺旋状配列のため、気化した液体８は環状空間３８で渦を巻き、合流してバーナチャンバ２７に入る。プラズマに変換可能な媒体は、陰極２２と陽極２４間のアークによってプラズマビームに変えられ、このビームはノズルの出口開口部２５を介して出射する。陰極２２と陰極支持部２８を接続するネジ２９は、陰極２２から陰極支持部２８への最適な伝熱を保証するためにできる限り長く成形される。陰極２２には、陰極２２が陰極支持部２８に深くねじ込まれすぎるのを防ぐ停止フランジ３９が設けられる。陰極２２は、任意でセラミック被覆を有する銅又は銅合金製であってよい。歪み防止手段は、陰極２２が螺着又は外されるときに陰極支持部２８が歪むのを保護するために設けてよい。歪み防止手段はたとえば、横孔４１内の軸４０により形成してよい。
【００４６】
ノズル２３は、交換しやすいように、たとえばネジ４２を介して、ハウジング２１又は蒸気プラズマバーナ６の他の部品と接続可能な別の消耗部品である。ノズル２３は、封止リング４３によりバーナチャンバ２７に対して封止される。ノズル２３には、出口開口部２５の周囲に配置され、ワーク２０（図示せず）との接触による損傷からノズル２３を保護するスペーサ４４が設けられてよい。好ましくは、スペーサ４４は、装着可能なワイヤボウ又は装着可能な保護管によって形成されてよく、電気絶縁材料により製造又は被覆される。
【００４７】
最後に、保護スイッチ４５は、ハウジング２１が適切に配置されたときのみ始動可能な蒸気プラズマバーナ６に設けてよい。これにより、蒸気プラズマバーナ６はハウジング２１が適切に装着された場合にのみ動作可能となることにより、たとえば加熱装置２６への接触から生じる負傷を有効に防止することができる。
【００４８】
図４は、すべてのラインとリード線を備えるホースパック４６（概略的にのみ示す）の接続を含め、蒸気プラズマバーナ６全体、すなわちバーナハンドル６ａ及びバーナベース６ｂの一部断面概略図である。
【００４９】
図面で分かるように、閉冷却回路１１は、たとえば接続素子４９を介して冷却回路供給管４７を冷却回路戻り管４８に接続することによって、本発明に係るバーナハンドル６ａに設けられる。さらに、接続素子４９には、概略的に図示されるように、バーナベース６ｂ内部の液体供給管３２に接続されるバイパス管５０が設けられる。好ましくは、バイパス管５０は冷却回路供給管４７と冷却回路戻り管４８より直径が小さいので、ごく少量の液体８がバーナハンドル６ａ内部の閉冷却回路１１から出ていく。当然ながら、特定量又は特定体積だけがバーナベース６ｂに送られるように、出ていく液体の量を電子的又は機械的に調整する接続素子４９内の適切な素子又はバルブを設けることが可能である。本実施形態の蒸気プラズマバーナ６は、バーナハンドル６ａが最適に冷却されることを保証し、ユーザが火傷するか、あるいはバーナハンドル６ａの持ち手部分が熱すぎてユーザがつかめない程度まで、バーナハンドル６ａを加熱するバーナベース６ｂから再移送することができないようにする。同時に、本実施形態では、冷却回路供給管４７及び冷却回路戻り管４８は冷却回路１１がバーナベース６ｂを介して導かれた場合よりも大きな直径を有してよく、したがってバーナベース６ａ内部の空間が小さくなるため、冷却回路内でかなり速い流速が可能になる。さらに、これによって、より多くの戻り熱を運ぶことができる。
【００５０】
さらに、切断プロセスが終了すると、圧力が低下し、液体８が自動的に冷却回路内に戻されるため、バーナベース６ｂからの液体８の戻りが向上する。言い換えれば、プロセスの最後で、冷却回路供給管４７及び冷却回路戻り管４８内部の圧力は、特に液体供給管３２内部では直径が小さくなっていくために、バーナベース６ｂ内部では高いままでありながら低減する。したがって、液体８は、バーナベース６ｂ、特に液体供給管３２から戻って、冷却回路１１に、すなわち冷却回路供給管４７及び冷却回路戻り管４８に流れ込み、加熱された液体８はバーナハンドル６ａ内部の冷却回路１１を介して直ちに運ばれる。これにより、切断プロセスの終了後、バーナベース６ｂの過熱が防止される。
【００５１】
バイパス管５０は、断面又は直径がバーナベース６ｂ、特に液体供給管３２で低減されるために、冷却回路供給管４７及び冷却回路戻り管４８と同じ断面又は直径も有し得るので、切断プロセス又は溶接プロセスに必要な分と等しく、液体８がバーナチャンバ２７に到達する。液体８の量は圧力により制御し得る。
【００５２】
完璧を期すため、たとえば陽極２４及び陰極２２用の電流ケーブルなどの追加ケーブル、及び任意の制御ケーブルは明瞭化のために図示されていないことを言及しておくべきである。
【００５３】
さらに、図４に示すように、スイッチ１８は保護スイッチ５１として構成されることにより、蒸気プラズマバーナ６が切られたときに保護スイッチ５１が始動されないように保証する。保護スイッチ５１には、スイッチ素子５３の上方に配置される安全フック５２が設けられる。スイッチ素子５３を始動しようとするユーザは最初に、安全フック５２を押して指がスイッチ素子５３に触れるように前方へ送らなければならない。安全フック５２の動きが、たとえばマイクロスイッチ（図示せず）の形態の解放装置を起動させ、スイッチ素子５３の起動後に信号が制御装置３に送信される。解放装置は、安全フック５２が始動されたときにだけスイッチ素子５３が起動されるように保証する。安全フック５２が故障した場合、スイッチ素子５３は起動できない。
【００５４】
基本的に、蒸気プラズマバーナ６の設計を説明すると、再伝熱は、バーナベース６ｂが動作中に過熱するのを防ぐため、プラズマビーム２５の出口に近接する範囲の部品において特に重要であることを言及しておくべきである。この目的のため、陰極２２はたとえば、バーナチャンバ２７の領域から陰極支持部２８の後ろの領域に熱を伝導させるように成形される。この目的のため、陰極２２は、陰極支持部２８の領域で平面又は平らな前面を有する。好ましくは、陰極支持部２８がねじ込まれるとき、この表面全体が陰極支持部２８の材料に接続される。よって、陰極２２のバックストップすら陰極支持部２８とともに熱を最適に送る役割を果たし、留めネジ２９と陰極２２のバックストップを介してより多くの熱エネルギーを移送する。
【００５５】
さらに、陰極支持部２８は被覆、特に追加の封止層を有するセラミック被覆を有することにより、陰極支持部２８から平行冷却管内の液体８へのより良好な伝熱を可能にする。セラミック被覆は、陰極支持部２８を液体８又はその他の接触部品から絶縁する役割を果たす一方、封止層はセラミック層を液体８から封止して、液体８がセラミック層を通って陰極支持部に浸透するのを回避する役割を果たす。封止層はたとえば樹脂ベースであるので、高い温度抵抗をもたらす。好ましくは、セラミック層は１００μｍ〜４００μｍ、特に２００μｍ厚である。
【００５６】
セラミック被覆の表面は特定の構造を有してよく、特に、表面積を増大させ、より良好な伝熱を可能にするようにできる限り粗く（表面粗度）してよい。永久的な封止を確実にするために、陰極支持部２８の領域における表面粗度は０．２μｍ〜１μｍ、好ましくは０．５μｍである。
【００５７】
さらに、有益なことに、容易な交換のために、陰極２２はネジ肩部に、長さが２ｍｍ〜５ｍｍで、外径が陰極支持部２８の留めネジ２９の内径に相当する円筒部を有する。これにより、陰極２２が陰極支持部２８に装着されるときのセンタリングと位置調整が可能になるため、単純にねじり圧力を印加することによって、陰極を陰極支持部２８に容易にねじ込むことができる。さらに、陰極２２は、バーナチャンバ２７の方向でネジの端部に位置する、ネジの領域の中央面を有する。つまり、ネジは円筒領域と中央面との間に形成される。中央面は、２ｍｍ〜８ｍｍの特定の長さ、好ましくは４．５ｍｍの長さを有する。
【００５８】
最後に、横孔４０は歪み防止手段として機能するだけでなく、陰極２２、特に陰極支持部２８を持ち上げる所定の肩部としても機能することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】蒸気カッタの概略図である。
【図２ａ】静止位置及び動作位置にある本発明に係る軸方向に変位可能な陰極を有する蒸気プラズマバーナの概略図である。
【図２ｂ】静止位置及び動作位置にある本発明に係る軸方向に変位可能な陰極を有する蒸気プラズマバーナの概略図である。
【図３ａ】静止位置及び動作位置にある一実施形態の蒸気プラズマバーナの断面図である。
【図３ｂ】静止位置及び動作位置にある一実施形態の蒸気プラズマバーナの断面図である。
【図４】バーナハンドル及びバーナベースを有する蒸気プラズマバーナの概略図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  蒸気カッタ
１ａ  基本装置
２  電流源
３  制御装置
４  遮断素子
６  蒸気プラズマバーナ
６ａ  バーナハンドル
６ｂ  バーナベース
２２  陰極
２３  ノズル
２４  陽極
２５  出口開口部
２７  バーナチャンバ
２８  陰極支持部
２９  留めネジ
３２  液体供給管
３３  冷却流路
４０  軸
４４  スペーサ
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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