(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ軸対称の構造を有するプラズマトーチであって、
Ａ)  裸トーチ（１）と呼ばれる管状部分で、その中に、
冷却流体を用いて冷却回路により冷却される、単一上流電極もしくは同軸に配置される上流電極（１８）ならびに下流電極（１６）からなる一対の電極と；
アークの足部を移動させる磁界コイル（２５）と；
前記上流電極（１８）と下流電極（１６）との間又は前記上流電極の下流にプラズマ生成気体を噴射させ、さらに前記トーチの始動を確実にするため配設されたプラズマジーン気体噴射手段（１７）
を備える前記管状部分と；
Ｂ)  前記裸トーチ（１）とその近位端で一体であり、
前記裸トーチの外部との、流体連結と電気連結を備えた
外部構造（２）と；
を備える形式のプラズマトーチにおいて、
前記裸トーチ（１）は、
前記外部構造（２）と重複しかつ少なくとも部分的に一体となっている３つの同軸ケーシングで形成された構造体を備え、
前記３つの同軸ケーシングは、
・金属製外部ケーシング（７）と、
・前記外部ケーシング（７）と共に、前記電極（１８、１６）の前記冷却流体の帰り用回路と前記磁界コイル（２５）を形成する中間金属製ケーシング（８）と、
・前記中間金属性ケーシング（８）と共に、前記プラズマ生成気体を前記プラズマジーン気体噴射手段（１７）と流通路に入れるための回路を形成し、またその内面を介して前記冷却流体の流入流れを、少なくとも前記上流電極（１８）と、前記磁界コイル（２５）の方向に流す内部ケーシング（９）の３つのケーシングから形成され、同一の冷却回路を備えた構造体からなる、
ことを特徴とするほぼ軸対称の構造を有するプラズマトーチ。
【請求項２】
瞬時に下流電極（１６）にスタータージャック（４２）を接近させるために上流電極（１８）に作用する前記スタータージャック（４２）を有する始動装置を備え、
前記スタータージャック（４２）は；
前記外部構造の本体（４）の外部に配置し、前記スタータージャックを通り真直に横切るジャック棒（４１）を構成し、
前記外部構造の本体（４）及び前記内部ケーシング（９）まで伸びる連結棒（３７）によって上流電極（１８）に接続し、
前記冷却流体の流入流れが、前記上流電極（１８）にかかる前記冷却流体の圧力を釣り合わせる逆圧を前記ジャック棒（４１）に加えることを可能にする断面を有する構成とし；
一方で前記ジャック棒（４１）の外部先端は前記棒（４１）の変位を制御する手段（４６）を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の移動不可アーク形式であるトーチ。
【請求項３】
前記磁界コイル（２５）が、
外側で前記上流電極（１８）を取囲み、その内および外面で冷却され、
最初に、差し込み可能な連接棒によって前記内部ケーシング（９）の内部に配置され他方の先端が前記外部構造（２）の電気端子（５１）と接続した電気的接続棒（５０）に電気的接続し、
次に前記スタータージャック（４２）と前記上流電極（１８）の間の連結棒（３６，３７）との滑動的接続によって前記上流電極（１８）に電気的接続する
ことを特徴とする請求項１または２記載のトーチ。
【請求項４】
空間（１２，２１，５３）が、それぞれ前記外部ケーシング（７）と前記中間ケーシング（８）の間、前記中間ケーシングと前記内部ケーシング（９）の間と、前記内部ケーシング（９）の内部を区切り、
また、第１の環状空間（１３）、第２の環状空間（２２）と第３の空間（５３）とそれぞれ連絡し、
これら３つの空間全部が前記外部構造部材（２）に設けられ、前記第３と第１の空間（５３、１３）がそれぞれトーチ冷却流体取入口（５４）と出口（１４）と通じ、
一方、前記第２の空間（２２）がプラズマジーン気体源（２３）と通じる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のトーチ。
【請求項５】
前記プラズマジーン気体噴射手段（１７）は
前記中間ケーシング（８）の内部に配置し、
環状素子（２６）の内面と前記トーチの軸（１９）と同軸の通路（３１）に配置した均質化室（２８）の方向に通路（２９）を設けた前記環状素子（２６）を形成し、
前記上流電極（１８）と下流電極（１６）の外面の冷却回路の連続性を確保し、
前記均質化室（２８）の反対側にあり、前記両電極（１８，１６）の間の間隙に配置された孔あき環状グリット（２７）を設けた
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載のトーチ。
【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、限定的ではないが非プラズマアークトーチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
概して言えば、この形式のプラズマトーチは２つの同軸チューブ状電極を備え、その片方が他方に伸び、そして各々をそれを取囲む支持材に配置する。前記両電極の間に電気アークを始動させる手段ならびにプラズマジーン（plasmagene）気体、例えば空気の噴射手段も設ける。前記電極の冷却用手段も各々の電極支持材に配設する。
【０００３】
そのうえ、プラズマトーチになるべくなら電気アークのロッキングフート（locking foot）を前記上流電極上に移動させる。前記上流電極の支持材を取囲む電磁コイルにより構成された手段を配設する。
【０００４】
さらに詳述すれば、本発明は、電気アークの始動を、前記スタータジャックによって前記上流電極を前記下流電極に接触させる一時的移動により両電極間に作られた一時的短絡により行うプラズマトーチに適用できる。
【０００５】
本発明のこの種類のプラズマトーチをさらに詳細に示すため、フランス国特許第ＦＲ−Ａ−２，６５４，２９４号の図６の実施例に言及する。
【０００６】
この実施例は廃ガラス化炉への取付けを目的とする縮小した空間必要条件を伴う小型プラズマトーチに関するものである。
【０００７】
このトーチは一般に、前記上流ならびに下流電極だけでなくプラズマジーン気体の噴射装置、前記電極冷却装置、前記上流電極を移動して始動させるジャック装置ならびに前記アーク足部を移動させる磁界コイルを収容するチューブ状ケーシングからなる。
【０００８】
前記ケーシングをその近位端で接続ブロックに接続して、前記チューブ状ケーシングと後部接続部分の間の連結点の高さにあるフランジ装置により炉壁に固定させるトーチの外側部分との流体ならびに電気的連結を確実にする。前記チューブ状ケーシングの部分、いわゆる裸トーチは前記炉中に係合している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この形式のプラズマトーチの設計は複雑で様々の長さの裸トーチを容易に設計して特定の工業上の必要条件を満すことはできない。
【００１０】
そのうえ、電極の冷却は完全に満足できるものではなく、冷却回路の複雑性は結果として著しい圧力降下をもたらし、例えば約１２バールの高圧力の使用に対する依存が避けられなくなる。
【００１１】
そのうえ、この高圧は上流電極を移動して始動させるジャックの制御に必要な圧力に影響を及ぼす。それは前記上流電極の始動に続く収縮の間、前記ジャックが冷却流体による上流電極に加えられる下流トラストに打ち勝つ必要があるからである。これが前記ジャックを作動させる約１６０バールの圧力を必要とする理由である。
【００１２】
最後に、この形式のトーチはトーチの消耗用部品（上流ならびに下流電極）に対し、またその制御、例えばスタータジャックの位置や変位に対する制御実施の満足できる容易性を提供しない。事実、実際問題として、トーチの完璧な分解が必要である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明はこの形式のプラズマトーチの上述の様々な欠点の軽減、さらに一般的には用いられる始動装置のいかんにかかわらず、簡略化された全体構成、すなわちほとんど全体的にほぼ軸対称で、従ってトーチの製造ならびにその保管の双方を容易にするトーチを提案することで、非プラズマアークあるいはアークプラズマアーク型トーチの探求にある。
【００１４】
この趣旨で、本発明はほぼ軸対称の一般構造のもので、
・単一の上流電極もしくは上流および下流の同軸の円筒状をなし、適当な冷却回路により冷却される電極と、アーク足部を移動させる磁界コイルと、前記上流電極の下流もしくは上流電極と下流電極の間にプラズマジーン気体を噴射させ、そのうえトーチの始動を確実にさせるため配設された手段を収容するチューブ状部分、いわゆる裸トーチと；
・前記裸トーチとその近位端で一体で、前記冷却流体とトーチの外部との電気的連結をグループ分けした外部構造部材と；
を備える形式をなし、前記裸トーチが３つの同軸ケーシングで、互いが部分的に重複してなり、前記外部構造部材と一体をなし、すなわち、１つは外部金属製ケーシング、２つに前記外部ケーシングによって前記電極とコイルの冷却流体帰り回路を形成する金属製中間ケーシングと、そして３つは前記中間ケーシングによって前記プラズマジーン気体を前記噴射手段に入れ、またその内面を介して前記冷却流体の流入流れを前記上流電極、前記磁界コイル、可能ならば下流電極の方向にも流路をつける回路を形成する内部ケーシングとからなることを特徴とする。
【００１５】
この配置はトーチの素子の数を削減すること、詳述すれば後者に連続するケーシング、すなわちその長さに関係なく標準的内部素子、すなわち電極と、磁界コイルと、プラズマジーン気体噴射装置、冷却回路のセパレーターならびに始動手段を収容する裸トーチの長さに関して必要とされる長さを与えることができる。
【００１６】
本発明の上流電極に作用し、それを下流電極に一時的により接近させるスタータジャックからなる始動装置を配設した非プラズマアークトーチに対する本発明の１つの特定の応用によれば、前記スタータジャックが前記外部構造部材の本体の外部に配置され、そして前記ジャックを真直に横切る棒からなり；上流電極に前記外部構造部材の本体に、また前記内部ケーシングに延長する連結棒により接続され；また前記冷却流体の流入流れを働かせ前記ジャック棒に前記冷却流体の上流電極上の圧力を釣合わせる反対圧力を加えることができる断面をもつ一方、前記ジャックの棒の外端にこの棒の変位制御の手段を配設する。
【００１７】
本発明の構成はさらに、公知のトーチの冷却回路の圧力降下より明らかに小さい降下を示す冷却回路をかなり単純化し、従って対等の冷却能力で冷却流体により必要とされる圧力を、例えば１２から６バールへ、非プラズマアークトーチならびにスタータトーチの場合、スタータジャックの作動に必要な圧力に比例した減圧による間接的な有利な結果を伴う著しい圧力の減少を可能にする。
【００１８】
他の特性と利点は次掲の本発明に適合するプラズマトーチの実施例の記述と、実施例と添付図面を参照して示される記述の解釈からさらに容易に見えてくるに違いない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に適合し、廃ガラス化炉での使用ができかつ２つの主部、すなわち外部構造部材で形成された前部がほぼ円筒状になった裸トーチ部分１と後部接続部分２で形成され、冷却流体とトーチの外部との電気的連結を確実にし、またトーチの輸送と取扱いを可能にするプラズマトーチを示す。
【００２０】
前記裸トーチ１は直径が僅かに小さくなった遠位端もしくはノーズ３を備える一方、前記裸トーチ１を壁に設けられた適当な開口部により後者に導入された時、炉の外部に残ったままになるので外部構造部材として周知の構造部材２を、前記裸トーチ１と同軸のチューブ状本体４として、その端部に２つの菱形フランジ５を設け、その端部ジャーナル６で支承して前記トーチを吊上げビーム（図示せず）まで吊上げできるよう形成する。
【００２１】
本発明の１つの特性によれば、前記裸トーチ１は３つの部分的に重複する同軸ケーシング、すなわち１つは外部金属製ケーシング７、２つは中間金属製ケーシング８および３つは非導電性材料製の内部ケーシング９で形成された支承構造部材（図２、３と４）からなる。
【００２２】
前記ケーシング７は円筒状であって、前記裸トーチ１の全長に亘って伸び、その近位端で前記外部構造部材２のチューブ状本体４に環状連結部品１０を用いて接続される。
【００２３】
前記ケーシング８も円筒状であり、前記ケーシング７のほぼ全長に亘り最も大きい直径を備えて伸び、それをほぼ中心領域でねじ込み頭頂部１１により防水性をもたせて固定する本体４の内部に入る。
【００２４】
前記２つのケーシング７、８の間に、前記本体４とケーシング８の間に形成される環状空間１３と連絡する環状空間１２が設けられる。
【００２５】
前記空間１３は図１の参照番号１４で示され、また図２、３と４で同じ参照番号で表され、トーチの熱い部分の冷却流体（この場合、脱イオン水）を戻らせる帰り管（図示せず）を備える通路により連絡する。
【００２６】
その遠位端で、前記中間ケーシング８を用いて、遠位端をトーチのノーズに固定した従来の電極である下流電極の冷却回路の環状セパレーター１５を支持させる。
【００２７】
前記中間ケーシング８の遠位端も、後記するように、前記プラズマジーン気体噴射装置１７と、これも前記下流電極１６のような従来の同軸環状電極とを前記トーチの軸１９に固定するために用いる。
【００２８】
前記ケーシング９は前記上流電極１８の近位端と、前記本体４の前記ねじ込み頭頂部２０により固定させることにより、前記部品１１の僅かな後方で本体４の位置とのほぼ間に伸びる円筒状チューブである。
【００２９】
前記構造部材２側で前記本体４の内部の環状空間２２と連絡し、また図１の参照番号２３で示され、また図２、３と４の同じ参照番号により単に示された通路を介して取入れ管（図示せず）と連絡して、この場合空気であるプラズマジーン流体を流入させる環状空間２１が前記チューブ９により形成される。
【００３０】
前記内部ケーシング９の遠位端を前記上流電極１８の冷却回路の環状セパレーター２４の端部とシールに接触させる。
【００３１】
アーク足部を上流電極１８上への移動に用いる磁界コイル２５として周知の従来の電磁チューブ状コイルがこの電極を外部から覆う。前記セパレーター２４のこの遠位端を前記中間ケーシング８の遠位端に、前記プラズマジーン気体噴射装置の支持材である非導電材料製の環状連結素子２６を介して接続する。
【００３２】
この噴射装置（図６も参照）は非導電材料製で前記両電極１６、１８の間の間隙の連結棒３６，３７と滑動的に接続し、また素子２６に囲繞された均質化室２８を配設した外面に配置した孔あき環状グリッド２７を備える。
【００３３】
前記室２８は前記素子２６を横切る孔２９を介して前記空間２１と連絡する。前記孔２９（この場合６つ…前記素子２ｌの全断面の斜視図を示す図６参照）を規則正しく分布させ、それらの軸３０は前記素子２６の軸を切断せずに、空気が前記孔２９を通って前記均質化室２８に入る時、渦効果を生ずるようにする。
【００３４】
そのうえ、前記素子２６は該素子２６の軸に平行な、すなわち前記トーチの軸１９に平行な一連の孔３１によって穿設されており、前記冷却回路、上流電極１８、磁界コイル２５、そして下流電極１６の連続性を逐次確保している。
【００３５】
図２、３と４は前記一連の孔３１が前記セパレーター２４と、適当な距離をとって前記磁界コイル２５を取囲むセパレーターチューブ３３の間に形成される環状空間３２と、前記セパレーター１５と前記下流電極１６の間に範囲を形成された環状空間とを連絡させることを示している。
【００３６】
前記上流電極１８の反対側の前記下流電極１６の近位端に点火ピンとして周知のストップピン３５を固定する。
【００３７】
その近位端において、前記上流電極１８は、フランジ３９の内腔３８に滑動的に取付けられた非導電性伝達軸の端部に固定した金属銅棒３６の端部に固定され、該スランジ３９は大きい断面を有しかつその端部を前記本体４の外端に取付けられている。
【００３８】
前記軸３７の前記滑動端部は前記本体４の外部のフランジ３９に固定されたスタータージャック４２の中空棒４１の内部に延長する棒４０と一体であり、逆圧をジャック棒４１に加えることを可能にする断面を有する。
【００３９】
前記中間棒４１は前記ジャック４２を完全に横切って、その外端でナットと逆ナットの対４３により前記棒４０と一体となっている。その他端で、棒４１がダンパーばね４５により前記棒４０と一体の座金４４に接して支えられている。
【００４０】
前記ジャック棒４１にある位置制御型ねじ止め４６が、前記ジャック４２の端部に関し、その距離の修正により前記ジャック棒の変位を制御できる。
【００４１】
前記棒３６は前記磁界コイル２５の支持材に滑動的に取付けられ、それと一体で、前記コイルの巻きの上で接続された金属ブッシュを支える。
【００４２】
前記コイル２５との電気接続用のブッシュ４９は、前記内部チューブ状ケーシング９の反対側に延長する軸１９に平行しかつ材料が非導電材料であるフランジ３９に固定される前記本体４を横切る電気接続棒５０の端部に固定される。
【００４３】
前記棒５０を電気接続端子５１（＋極）に接続するが、接続端子５２で構成された一極は金属製本体４に接続される。
【００４４】
従って前記電極の電気供給回路は、棒５０、素子４９、直列に取付けた磁界コイル２５、素子４７、棒３６、上流電極１８、下流電極１６、トーチノーズ、外部ケーシング７ならびに本体４を備える。
【００４５】
前記内部ケーシング９はその内面を介して前記本体４により、また前記棒３６と３７が延長する軸内にまで形成される空間５３と接触する。
【００４６】
この空間５３は図１の参照番号５４で示され、また図２で同じ参照番号によりただ示された通路を介して取入管（図示せず）と連絡し、接続して前記トーチの冷却水を入れることができる。
【００４７】
前記冷却水回路は、前記素子４７に設けられかつ前記上流電極１８の端片４８ｃと前記コイル２５と一体のベンチュリ素子を形成しかつ水の流路を前記上流電極１８と，電界コイル２５の間の空間の方に向ける環状の偏向板４８ｄとの間に配設された環状空間４８ｂに備えられた孔４８ａを介して連絡する空間５３により構成する。その後、前記水は前記コイル２５とチューブ３３の間の空間に、次に空間３２に（前記チューブ３３の近位端の孔５５を経由）、さらに空間３４に、そしてその後空間１２に、最後に空間１３の中に入って通過する。このようにして、この回路は完全に、またできる限り直接に非導電部分５０、４９、４７と、上流端片４８Ｃと、そしてその後、上流電極１８の外面と、前記磁界コイル２５の２つの面と、噴射装置１７と、下流電極１６の外面と最後に裸トーチのその全長に亘る外面をスイープする。
【００４８】
この回路は従来のトーチのそれと比較すると構造的に比較的単純である。それは前記トーチの熱い部分ならびにその外部ケーシング７のどれもの冷却を最大限にし、前記トーチをガラス化炉に存在するしばしば１６００℃を超え、時には２０００℃に達する温度に安全に耐えさせる。
【００４９】
そのうえ、前記冷却回路の圧力降下は、前記トーチの冷却水源の使用圧力の減圧を可能にする従来の回路の圧力降下に関するよりも低下する。これが本出願人の非プラズマアークトーチに対する冷却水の圧力を１２から６バールに低下させた理由である。
【００５０】
前記トーチの主素子（電極、噴射装置、磁界コイル）を支え、それを接続ブロック２に接続する構造部材の同軸チューブ状ケーシング７、８と９の形にする設計が前記裸トーチ１の長さを自由自在に決められるといえることが大切である。
【００５１】
これを確めるに、図２、３と４と、前記トーチの前記棒３６の高さにおける領域を関係させることは、裸トーチの長さの修正が、前記ケーシング７、８、９と棒３６、３７、５０の長さに影響を簡単に及ぼす可能性のあることを立証するだけで十分である。
【００５２】
従って、様々な長さの裸トーチに同じ素子（電極、噴射器、磁界コイル、セパレーター、電気結合素子など）を内部に設置できるはずであり、流体（空気と水）の循環を様々なケーシング７、８、９の間に設けられた空間により同様に保証できる。
【００５３】
本発明の１つの重要な特性によれば、冷却水にトーチ入口で浸漬された大きい断面の接続棒３７を備える本体４の完全に外部にスタータジャックを特別に取付けると、前記ジャックの変位を先ず制御することを可能にし、保管を容易にすることと、第２に前記ジャック４２を標準スタータジャックに関し減圧した流体を用いて制御できる。
【００５４】
実際に、この形式のトーチの上流電極を外部で冷却し、水圧が電極に著しい下向きスラストを起こさせる。
【００５５】
さて、始動させると、上流電極はジャック４２により始動でストップピン３５と接触するようになる。
【００５６】
この接触は直接高アンペア短絡の危険結果を避けるため十分な持続時間を必要とする。そのため、スタータジャックに適当な力を与えて、冷却水によりもたらされる前記下向きスラストを克服して上流電極を引込めさせる必要がある。
【００５７】
本発明により前記接続棒３７に極端に大きい断面を与えることで、前記スラストを下向きに補正して、それによりジャック４２からの力が少くてすむようにする。
【００５８】
このように、約１６０バールの標準的圧力の替わりに、前記ジャック４２には基本的には単に２分の１以下の圧力で供給できる。
【００５９】
前記スタータジャックに必要な圧力を実に、例えば７バールにまで十分に減圧できる場合、前記トーチの冷却水を用いて前記ジャックを作動させることができる。
【００６０】
そのうえ、前記ケーシング７、８、９の同軸の構造部材が外部のケーシング７を置いて前記電極もしくはその他の素子の取替え、あるいはどのような種類の保管あるいは修理作業が容易に実施できる。
【００６１】
この点につき、注意すべきことは電気的接続棒５０の端部を前記連結素子４９により前記コイル２５とセパレーター２４と一体の接続乃至心合せピン５６に簡単に差込めることである。
【００６２】
さらに注意すべきことは、前記ケーシング９の遠位端は前記セパレーター２４と一体ではなく、前記ケーシング９だけのトーチの外部への抜出しを可能にし、前記中間ケーシング８の固定装置１１に接近できる。
【００６３】
前記ケーシング７、８、９の相互の位置決めを案内ピン５７により確実にすることができる。
【００６４】
本発明は上述ならび図示された実施例だけに限定されないばかりでなく、逆にあらゆる可能性のある変形、特にプラズマジーン気体噴射装置の配置、磁界コイル２５、上流電極の始動での移動制御手段の配置あるいは外部構造部材２の配置に関するものである。
【００６５】
【発明の効果】
最後に、本発明は一般にあらゆる形式の非プラズマアークトーチに始動装置のいかんにかかわらず、またあらゆる形式のプラズマアークトーチにも応用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラズマトーチの図解斜視図である。
【図２】図１のトーチ端部の軸方向の切欠き半截図である。
【図３】図１のトーチ中間部の軸方向の切欠き半截図である。
【図４】図１のトーチのもう１つの端部の軸方向の切欠き半截図である。
【図５】上流電極と接続棒の間の電気結合具の高さにあるトーチ部分の斜視断面半截図である。
【図６】プラズマジーン気体噴射装置の高さにあるトーチの斜視断面半截図である。
【符号の説明】
１  円筒状裸トーチ部分
２  後部接続部分
３  ノーズ
４  チューブ状本体
５  菱形フランジ
６  端部ジャーナル
７  外部金属製ケーシング
８  中間金属製ケーシング
９  内部金属製ケーシング
１０  環状連結部分
１１  ねじ込頭頂部
１２  環状空間
１３  環状空間
１４  通路
１５  環状セパレーター
１６  下流電極
１７  プラズマジーン気体噴射装置
１８  上流電極
１９  軸
２０  ねじ込み頭頂部
２１  環状空間
２２  環状空間
２３  通路
２４  環状セパレーター
２５  磁界コイル
２６  環状連結素子
２７  孔あき環状グリッド
２８  均質化室
２９  孔
３０  軸
３１  孔
３２  環状空間
３３  セパレーターチューブ
３４  環状空間
３５  ストップピン
３６  金属銅棒
３７  棒
３８  内腔
３９  フランジ
４０  棒
４１  中空
４２  スタータジャック
４３  ナット／逆ナットの組
４４  座金
４５  ダンプばね
４６  位置制御型ねじ止め
４７  金属製ブッシュ
４８ａ  孔
４８ｂ  環状空間
４８ｃ  端片
４８ｄ  環状偏向板
４９  ブッシュ
５０  棒
５１  電気接続端子
５２  接続端子
５３  空間
５４  接続
５５  孔
５６  接続／心合せピン
５７  案内ピン
【図１】
0004108775.tif 000002
【図２】
0004108775.tif 000003
【図３】
0004108775.tif 000004
【図４】
0004108775.tif 000005
【図５】
0004108775.tif 000006
【図６】
0004108775.tif 000007