CS224425B1

CS224425B1 - Output part of the plasma chamber discharge chamber

Info

Publication number: CS224425B1
Application number: CS687581A
Authority: CS
Inventors: Jiri Ing Csc Dundr
Original assignee: Jiri Ing Csc Dundr
Priority date: 1981-09-17
Filing date: 1981-09-17
Publication date: 1984-01-16

Abstract

Vynález se týká výstupní části výbojové komory plazmatronu, která je upravena tak, aby se na výstupu výbojové komory mohla odebírat okrajová chladnější vrstva plynu, který se recirkulací může znovu použít. Ve výbojové komoře plazmatronu je na jednom konci umístěna jedna elektroda a v její blízkosti je vstup plynu, který se má ohřát na vysokou teplotu. V některých případech je ještě samostatný vstup pro ochranný plyn v těsné blízkosti této elektrody, který má omezit intenzivní korosi elektrody. Na druhém konci výbojové komory, v blízkosti výstupního otvoru, je výstupní elektroda. Mezi oběma elektrodami hoří elektrický oblouk, který ohřívá nejvíce porud plynu v blízkosti osy výbojové komory, kde hoří elektrický oblouk. U stěny výbojové komory plyn není ohříván vůbec a má tedy — ve srovnání s oblastí elektrického oblouku velmi nízkou teplotu. Z výstupní části za výstupní elektrodou vytéká ve střední části žhavé plazma společně s okrajovou chladnější vrstvou plynu, s níž se částečně smísí a ochlazuje. Okrajová chladnější vrstva plynu tímto způsobem ovlivňuje vlastnosti vytékajícího volného proudu plazmatu. Okrajová chladnější vrstva tak odchází nevyužita a naopak ochlazuje dodatečně plazmu. Jsou známy usměrňovači segmenty umístěné ve výstupní části výbojové komory. Tyto usměrňovači segmenty mají tvar prstence, jehož otvorem prochází plazma. Okrajová chladnější vrstva plynu je tímto prstencem oddělena a proudí štěrbinou mezi vnější stěnou prstence a vnitřní stěnou výstupního otvoru. Tímto usměrňovacím segmentem se sice zabrání ochlazování plynu nalézajícího se ve žhavé oblasti elektrického oblouku směšováním se studeným plynem proudícím v blízkosti stěny, avšak okrajová chladnější vrstva plynu uniká do okolí, což může být nehospodárně, jedná-li se o vzácnější plyn. I při použití běžných technických plynů, jako např. vzduch, dusík apod., únikem do okolí by se ztratila její tepelná energie. Uvedené nevýhody odstraňuje uspořádání výstupní části výbojové komory podle tohoto vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že v obvodu výstupní části před výstupní elektrodou, je vytvořen alespoň jeden odběrový prstenec spojený přes sběrnou komoru a regulační člen s odsávacím zařízením. Nové uspořádání výstupní části podle vynálezu poskytuje možnost odebírat okrajovou chladnější vrstvu plynu, čímž se jednak zamezí ochlazování plazmy a jednak se odstraní z větší části nepříznivé ovlivnění generovaného proudu plazmatu. Kromě toho lze odebranou část plynu recirkulací znovu použít a tím se do výbojové komory přivádí již předehřátý plyn a zvýší se účinnost plazmatronu.The invention relates to the outlet part of the discharge chamber of a plasmatron, which is arranged so that a peripheral, cooler layer of gas can be removed at the outlet of the discharge chamber, which can be reused by recirculation. In the discharge chamber of the plasmatron, one electrode is located at one end and near it is an inlet for gas to be heated to a high temperature. In some cases, there is also a separate inlet for protective gas in close proximity to this electrode, which is intended to limit intensive corrosion of the electrode. At the other end of the discharge chamber, near the outlet opening, there is an outlet electrode. An electric arc burns between the two electrodes, which heats the gas region most near the axis of the discharge chamber, where the electric arc burns. At the wall of the discharge chamber, the gas is not heated at all and therefore has a very low temperature compared to the area of the electric arc. From the outlet part behind the outlet electrode, hot plasma flows out in the middle part together with a peripheral, cooler layer of gas, with which it is partially mixed and cooled. The peripheral, cooler layer of gas in this way influences the properties of the flowing free plasma stream. The peripheral, cooler layer thus leaves unused and, on the contrary, additionally cools the plasma. Rectifying segments located in the outlet part of the discharge chamber are known. These rectifying segments have the shape of a ring, through the opening of which the plasma passes. The peripheral, cooler layer of gas is separated by this ring and flows through the gap between the outer wall of the ring and the inner wall of the outlet opening. Although this rectifying segment prevents the cooling of the gas located in the hot area of the electric arc by mixing with the cold gas flowing near the wall, the peripheral, cooler layer of gas escapes into the surroundings, which can be uneconomical if it is a rare gas. Even when using common technical gases, such as air, nitrogen, etc., its thermal energy would be lost by leakage into the surroundings. The above-mentioned disadvantages are eliminated by the arrangement of the outlet part of the discharge chamber according to the present invention. The essence of the invention is that in the circuit of the output part in front of the output electrode, at least one sampling ring is formed connected via a collection chamber and a regulating member with an exhaust device. The new arrangement of the output part according to the invention provides the possibility of sampling the peripheral, cooler layer of gas, which on the one hand prevents the cooling of the plasma and on the other hand eliminates the adverse influence of the generated plasma stream to a large extent. In addition, the sampled part of the gas can be reused by recirculation, and thus the already preheated gas is supplied to the discharge chamber and the efficiency of the plasmatron is increased.

Description

Vynález se týká výstupní části výbojové komory plazmatronu, která je upravena tak, aby se na výstupu výbojové komory mohla odebírat okrajová chladnější vrstva plynu, který se recirkulací může znovu použít.The present invention relates to an outlet portion of a plasma chamber discharge chamber, which is adapted so that a peripheral, cooler gas layer can be removed at the discharge chamber outlet and can be reused by recirculation.

Ve výbojové komoře plazmatronu je na jednom konci umístěna jedna elektroda a v její blízkosti je vstup plynu, který se má ohřát na vysokou teplotu. V některých případech je ještě samostatný vstup pro ochranný plyn v těsné blízkosti této elektrody, který má omezit intenzivní korosi elektrody. Na druhém konci výbojové komory, v blízkosti výstupního otvoru, je výstupní elektroda. Mezi oběma elektrodami hoří elektrický oblouk, který ohřívá nejvíce porud plynu v blízkosti osy výbojové komory, kde hoří elektrický oblouk. U stěny výbojové komory plyn není ohříván vůbec a má tedy — ve srovnání s oblastí elektrického oblouku velmi nízkou teplotu. Z výstupní části za výstupní elektrodou vytéká ve střední části žhavé plazma společně s okrajovou chladnější vrstvou plynu, s níž se částečně smísí a ochlazuje. Okrajová chladnější vrstva plynu tímto způsobem ovlivňuje vlastnosti vytékajícího volného proudu plazmatu. Okrajová chladnější vrstva tak odchází nevyužita a naopak ochlazuje dodatečně plazmu.One electrode is located at one end in the plasma chamber of the plasmatron, and in its vicinity is an inlet of gas to be heated to a high temperature. In some cases, a separate shielding gas inlet is in close proximity to the electrode to reduce intense corrosion of the electrode. At the other end of the discharge chamber, near the outlet opening, is an outlet electrode. Between the two electrodes, an electric arc is fired, which most heats the gas burst near the discharge chamber axis where the electric arc is burning. At the discharge chamber wall, the gas is not heated at all and therefore has a very low temperature compared to the arc region. Glowing plasma flows from the outlet section downstream of the outlet electrode along with a frigid, cooler gas layer with which it is partially mixed and cooled. In this way, the colder gas layer affects the properties of the free-flowing plasma stream. Thus, the cooler outer layer leaves unused and, on the contrary, cools the plasma additionally.

Jsou známy usměrňovači segmenty umístěné ve výstupní části výbojové komory. Tyto usměrňovači segmenty mají tvar prstence, jehož otvorem prochází plazma. Okrajová chladnější vrstva plynu je tímto prstencem oddělena a proudí štěrbinou mezi vnější stěnou prstence a vnitřní stěnou výstupního otvoru. Tímto usměrňovacím segmentem se sice zabrání ochlazování plynu nalézajícího se ve žhavé oblasti elektrického oblouku směšováním se studeným plynem proudícím v blízkosti stěny, avšak okrajová chladnější vrstva plynu uniká do okolí, což může být nehospodárně, jedná-li se o vzácnější plyn. I při použití běžných technických plynů, jako např. vzduch, dusík apod., únikem do okolí by se ztratila její tepelná energie.Rectifier segments located in the discharge portion of the discharge chamber are known. These rectifier segments have the shape of a ring, through which plasma passes. The peripheral cooler gas layer is separated by this ring and flows through a gap between the outer wall of the ring and the inner wall of the outlet opening. Although this rectifier segment prevents cooling of the gas present in the hot region of the electric arc by mixing with the cold gas flowing near the wall, the frigid cooler layer of gas escapes into the environment, which may be uneconomical if it is a rare gas. Even with the use of conventional technical gases such as air, nitrogen, etc., its thermal energy would be lost by escaping into the environment.

Uvedené nevýhody odstraňuje uspořádání výstupní části výbojové komory podle tohoto vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že v obvodu výstupní části před výstupní elektrodou, je vytvořen alespoň jeden odběrový prstenec spojený přes sběrnou komoru a regulační člen s odsávacím zařízením.These disadvantages are overcome by the arrangement of the discharge portion of the discharge chamber of the present invention. SUMMARY OF THE INVENTION In the circumference of the outlet portion upstream of the outlet electrode, there is provided at least one sampling ring connected through the collecting chamber and the control member to the suction device.

Nové uspořádání výstupní části podle vynálezu poskytuje možnost odebírat okrajovou chladnější vrstvu plynu, čímž se jednak zamezí ochlazování plazmy a jednak se odstraní z větší části nepříznivé ovlivnění generovaného proudu plazmatu. Kromě toho lze odebranou část plynu recirkulací znovu použít a tím se do výbojové komory přivádí již předehřátý plyn a zvýší se účinnost plazmatronu.The new configuration of the outlet portion of the present invention provides the ability to remove a peripheral cooler layer of gas, thereby avoiding cooling of the plasma on the one hand, and, on the other hand, eliminating the adverse effect on the generated plasma stream. In addition, part of the gas taken can be re-used by recirculation, thereby introducing pre-heated gas into the discharge chamber and increasing the efficiency of the plasmatron.

Použije-li se vzácnějšího plynu, má úspora také ekonomický význam.If the scarcer gas is used, savings are also of economic importance.

Výstupní část, vyřešená podle tohoto vynálezu je na výkresu znázorněna ve svislém řezu.The outlet part according to the invention is shown in a vertical section in the drawing.

V příkladném provedení se předpokládá, že výbojová komora plazmatronu je ukončena kruhovou výstupín části 1, k jejíž čelní hraně je připojena výstupní elektroda — anoda — 2. Střední vrstva plynu 3, která je nejžhavější, proudí do výstupní části 1 a do anody 2 společně s chladnější okrajovou vrstvou 4, která proudí při stěně výbojové komory. Kdyby tyto dvě teplotně odlišné vrstvy 3, 4 opustily výstupní část 1 společně, došlo by V oblasti výstupní elektrody 2, působením rychlého přemísťování radiální části elektrického oblouku a vlivem pohybu anodových stop, k intensivnímuIn the exemplary embodiment, it is assumed that the plasma chamber of the plasmatron is terminated by the circular exit of part 1, to whose leading edge the output electrode - anode - 2 is connected. The middle hottest gas layer 3 flows into the outlet part 1 and into the anode 2 together with a cooler edge layer 4 that flows along the discharge chamber wall. If the two temperature-distinct layers 3, 4 leave the outlet portion 1 together, intense displacement of the electrode 2, due to the rapid displacement of the radial portion of the electric arc and the movement of the anode tracks, would result in an intense

Claims

The output part of the discharge chamber of the plasmatron, to the front edge of which the output electrode is connected, characterized in that in the periphery of the output part (1),

22442-5 mixing of the two gas layers 3, 4, thereby reducing the mean temperature of the generated plasma and at the same time shortening the range of the plasma stream. Therefore, a sampling ring 5 is formed around the periphery of the outlet portion 1, upstream of the outlet electrode 2, and opens into the collecting chamber 6. The directional chamber 6 is connected to the suction device via the regulating member 7. By sucking off the edge cooler gas layer 4, the temperature different layers in the anode compartment are not mixed. The preheated gas thus obtained can be reused by recirculation. The amount of gas taken from the colder layer 4 can be influenced by the regulating member 7, so that, if necessary, a portion of the shielding gas can surround the plasma beyond the outlet electrode.

2.

OF THE INVENTION through the output electrode (2), at least one sampling ring (5) is formed connected through the collecting chamber (6) and the regulating member (7) to the suction device.

1 drawing