CZ20101002A3 - Plazmatron s obloukem stabilizovaným kapalinou - Google Patents

Abstract

Rešení se týká plazmatronu s obloukem stabilizovaným kapalinou, ve kterém je elektrický oblouk horící mezi katodou (1) a anodou (2), které jsou pripojené k hlavnímu napájecímu obvodu (A) pres spínac (13), stabilizovaný parami kapaliny uvolnovanými z kapaliny v sériove usporádaných vírových komorách (6) stabilizacního kanálu (15) usporádaného mezi katodou (1) a anodou (2). Katoda (1) je od stabilizacního kanálu (15) oddelená katodovou tryskou (3), ke které je pripojený vysokonapetový obvod (B) pro generování vysokonapetového pulzu pri startu plazmatronu, který je pripojený jednak pres oddelovací obvod (C) k anodovému výstupu hlavního napájecího obvodu (A) a jednak ke katode (1).

Description

Plazmatron s obloukem stabilizovaným kapalinou

Oblast techn i ky

Vynález se týká plazmatronu se stabilizaci oblouku kapalinou resp, jejími parami, které se uvolňuji z vnitřních sLěn vírů kapaliny vytvářených v sériově uspořádaných vírových komorách stabilizačního kanálu uspořádaného mezi katodou a anodou, mezi nimiž hoří oblouk.

Dosavadní stav techniky

Vedle běžně používaných plazmatronu se stabilizací oblouku proudícím plynem jsou pro některé plazmové technologie, jako je zejména plazmové stříkáni, rozklad odpadů a zplynování organických látek, používány plazmatrony se stabilizaci oblouku kapalinou, což je u dosud užívaných provedení voda. Tyto plazmatrony vykazují v některých aplikacích unikátní vlastnosti, které souvisejí s vysokými ÍCLami. a rychlostmi plazmatu generovaného v oblouku sb i 1 i. z ováném vodou. U plazmatronu stabilizovaných kapu 1 i nou je oblouk hořící mezi elektródami stabilizován kontaktem s vnitřní stěnou víru kapaliny, který je vytvořený ve stabilzační komoře s tangenciálním vstřikem kapaliny. U dosud známých řešení je vir kapaliny rozdělený na několik sc ku í oddělených od sebe přepážkami s centrálními otvory, které vymezují vnitřní průměr víru. Kapalina se přivádí samostatně do každé sekce a je odsávána v jednom nebo několika místech podél stabilizačního kanálu. Známo a regrsano jo několik řešení systému přepážek, které map.

i ' i s i .i.m abi lni vir kapaliny a 11 m i stabilní hořen i. .o ] ou k u a požadované pa ráme t r y generovaného proudu pl a zrna tu , v: z napu“, cs. patent č. 232421. Pro zlepšeni vlastností máti 1 i zadního víru kapaliny bylo podle patentu US č. ?, /12,99ú navrženo řešení, ve kterém je rozvod kapaliny do d - c i k o i i rr olován řízen ým i ve n tily.

Stabilizační systém plazmatronů a uspořádání vírových a víru jo navržený odsávacích komor se zlepšenou stabilitou se zároveň řešeni s oddělenou katodovou komorou s ochrannou atmosférou plynu, která zajišťuje ochranu kyslíku, katody před atmosférou s která je vytvořená ve stabilizačním kanálu obsahem a která vede k silné erozi a ubýváni katody.

Základním problémem plazmatronů stabilizovaných u všech dosavadních řešeni kapalinou je zapa .1 ován i oblouku.

Pro dosažení stabilního hoření oblouku a dostatečného elektrického výkonu musí mít stabilizační vír kapaliny dostatečnou délku a jeho vnitřní průměr musí být dostatečně malý. Zapálení oblouku mezi elektrodami umístěnými na konc í ch viru je za těchto podmínek obt i žné a není možné použit ani žádné řešení zapalování oblouku využívané u plazmatronů stabilizovaných plynem.

dosavadních řešeni plazmatronů stabilizovaných výbuchem drátku, který je plazmatronů a spojuje vodivě vodou se zasouván katodu s anodou.

Zasunuti drátku do oblouk zapaluje před uvnitř startem do plazmatronů dlouhého úzkého stabilizačního kanálu s rotující kapa 1inou je obtížné. Při drátku a nedostatečném elektrickém kontaktu s katodou je zplynění zachycovány vodním vírem zablokování vstřikovacích otvorů a poruchu íunkce plazmatronů, což je

Tato skutečnost podstatně komplikuje využiti plazmatronů a je příčinou jeho dosavadního omezeného rozsahu zasunutím drátku navíc zcela vylučuje v uzavřených reaktorech a podstatně tak omezuje plazmatronů odpadů a zp využití vodou například plazmatronů využitelnost pro rozklad

U ko1em předloženého vynálezu je tedy navrhnout ulazmatron s obloukem stabilizovaným kapalinou, který by

eliminoval shora zmíněné nedostatky známých plazmatronů, snadno by se zapaloval bez použití startovacích drátků nebo pohybu elektrod a byl využitelný pro plazmové technologie, jako je plazmové stříkáni, plazmové řezání, zplynováni biomasy a organických látek a pro rozklad odpadů a škodlivých látek.

Podstata vynálezu

Shora uvedené nedostatky popsaného stavu techniky prakticky odstraňuje a vytčený úkol řeší plazmatron s obloukem stabilizovaným kapalinou, ve kterém je elektrický oblouk hořící mezi katodou a anodou, které jsou připojené k hlavnímu napájecímu obvodu přes spínač, stabilizovaný parami kapaliny uvoiňovanými z vnitřních stěn vírů kapaliny v sériově uspořádaných vírových komorách stablizačniho kanálu uspořádaného mezi katodou a anodou, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že katoda je od stabilizačního kanálu oddělená katodovou tryskou, ke které je připojený vysokonapěťový obvod pro generování vysokonapěťového pulzu při startu plazmatronů a tento vysokonapěťový obvod je připojený jednak přes oddělovací obvod k anodovému výstupu

hlavniho	napájecího	obvodu a	jednak ke katodě.
Podle	j ednoho	výhodného	provedení	je vysokonapěťový
obvod připojený ke	katodě	přes hlavní	napájecí obvod a
spínač.
Pod 1 e	dalšího	výhodného	proveden í	vynálezu je anoda

lvoř ená vyst upni tryskou pía zmat ronu.

U ρ 1 a z	. itu ironu	podle	vynálezu	je s výhodou anoda
umí sténá v c	: směr u	proudu	pla zrna tu v	ně za ústím výstupní
trysky.
Výhodné	je pak	takové	provedení,	u kterého je výstupní
tryska přes	druhý	konden zá	tor a odpor	připojená k anodovému

vvstupu hlavního napájecího obvodu.

• · · · ·	• · *	•	♦ ♦
• · ·			*	•
* v	• ·	•	•	•
• · ·	·	•	•	•
·· « · «	«··	• * ·	• ·

U plazmatronu podle vynálezu je anoda s výhodou tvořená rotujícím diskem chlazeným kapalinou.

Jako účelné se pak ukázalo vytvořit oddělovací obvod z oddělovací diody a kondenzátoru.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn na příkladech konkrétních provedení plazmatronu znázorněných na připojených výkresech, na kterých představuje:

obrázek 1 - plazmatron s vnější anodou umístěnou před výstupní tryskou, obrázek 2 - pla zmat ron s anodou ve formě výstupní trysky, přičemž oba obrázky ukazuji alternativy rozmístění vstupu a výstupu pro přívod resp. odsávání kapaliny ze stabilizačního kanálu, a obrázek 3 - jednu alternativu zapojeni zapalovacího obvodu.

P Pí klady provedeni vynálezu

Z obrázků 1 a 2 je dobře patrné, že katoda 2 plazmatronu je od stabilizačního kanálu 15 s vírem kapaliny oddělená katodovou t ryskou 3. Anoda 2 je podle obr. 1 umístěná ve směru proudu plazmatu za výstupní tryskou 4, zatímco podle 'b!~. 2 výstupní trysku tvoří. Prstencové přepážky 5 se iLÍedovymi otvory vymezují vnitřní průměr viru kapaliny uvnitř st. abi 1 i za čni ho kanálu 15 . Kapalina se vstřikuje do prostorů vírových komor 6 mezi přepážkami 5 popřípadě mezi přepážkami 2 a katodouvou tryskou 3 a výstupní tryskou 4 tangenciálně ve vstupních polohách naznačených šipkami a je odsávána z odsávacích komor 2 ve výstupních polohách označených rovněž příslušně orientovanými šipkami. Ve s rabi i začn irn kanálu 15 je tak vytvořený vodní vír resp. vír kapaliny. Do katodového prostoru 9 mezi katodou 1 a katodovou tryskou 3^ se dodává plyn, který proudí otvorem katodové trysky 3 do stabilizačního kapalného víru ve stabilizačním kanálu L5 plazmatronu.

Mezi anodu 2 a katodu jL je přes spínač 13 připojený hlavní napájecí obvod A. Mezi katodu 1 a katodovou trysku 3 je zapojený vysokonapěťový obvod B, který je připojený k anodové části hlavního napájecího obvodu A přes oddělovací obvod C, terý je u znázorněného příkladu provedení tvořený prvním kondenzátorem 10 a oddělovací diodou 11. U provedení s vnější anodou 2 podle obrázku 1 může být výstupní tryska £ připojená k anodovému obvodu pro zlepšení přes odpor 12 . V sérii druhý kondenzátem protékáj ícího obiouku. Jak s odporem 12 pak který trys kou ukázáno na

11/ výstupní je obvod B připojený oddělovací obvod C v y s o k o n a p ě ť o v y zapoj cný mezi straně druhé k anodovému výstupu funkce zapalování může být zapojený zajišťuje omezení proudu 4 po zapálení hlavního obrázku 3, může tak, že je na jedné a katodovou trysku hlavního napájecího ¹ být straně a na obvodu

Při startu plazmatronu dojde po sepnutí spínače ýj < iniciaci vysokonapěťového obvodu B, který generuje vysokonapěťový impulz o napětí vyšším, než je průrazné napětí mezery mezi katodou a katodovou tryskou 3, mezi nimiž se vytvoří j iskrovy výboj. Po přeskou je přes vodivý kanál vytvořený mezi katodou 1 a katodovou tryskou 3 nabíjen z hlavního napájecího obvodu A první kondenzátor 10 a kat odo vén; prostoru se vytvoří pomocný ob lou k. Pia zrna tohoto pomocného oblouku je transportováno proudícím plynem stabilizačním kanálem 15 s virem kapaliny resp. vodním virem směrem k anodě 2. Po dosažení anody 2 dojde k vodivému spojení katody 1 s anodou 2 a je zapálen hlavní oblouk napájený z hlavního napájecího obvodu A. Pokud je u provedení s vnější anodou 2 podle obr. 1 zapojen odpor 12,

• 4 · ·	4	• · ·	• ·
•	4 4	44 · 4	,·· ·	•
♦	•	• O	• ·	4
• ·	4	• 4'	•	•
• 4	44 4	444 4 · · ·	4 4 4 4 4

dojde po dosažení výstupní trysky £ k průchodu proudu mezi katodou _1 a výstupní tryskou £ a tím k dodání energie do vodivého kanálu plazmatu, částečnému ohřevu plazmatu a zlepšeni funkce zapalování. Elektrické obvody A a B a C jsou řešeny tak, že po zapálení hlavního oblouku mezi katodou 1 a anodou 2 dojde k samovolnému uhašení pomocného oblouku hořícího mezi katodou a katodovou tryskou 3.

Vynález tedy řeší problém zapalování oblouku umožňuj e vypnut í v plazmatronu, úprav po jeho v uzavřených reaktorech stabilizačního kanálu opa kované zapálení plazmatronu be z umožňuje zapalování a odstraňuje nebezpečí plazmatronu při plazmatronu kontamí nace opa kovaných startech. Tím technologických se podstatně rožšiřuje aplikací plazmatronu rozsah možností stabilizovaných kapalinou a zlepšuje se operativnost obsluhy plazmatronu a spolehlivost jejich funkce.

Průmyslová využi telnost

Zařízení podle ynálezu je využitelné pro generování proudu termického plazmatu s vysokou entalpíi resp. energetickým obsahem, vysokou teplotou a rychlosti. Takovéto plazma je pouzítené pro různé plazmové technologie, především pro vytváření ochranných vrstev plazmovým stříkáním, pro plazmové řezání, pro rozklad a likvidaci chemicky stálých škodlivých látek a pro zplynování organ i o kých látek a biomasy a produkci synt e 11c koho plynu.

9 9 9 9 9	9 9 9	9		··
9 9 9	9 9 9 9	9 9	9	*
9 9	9 9	9	9	•
9 9 9	9 ·	9	9	9
• 1 99 9	999 III·	• 9 9		• 9

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Plazmatron s obloukem stabilizovaným kapalinou, ve oblouk hořící mezi katodou (1) a anodou kterém je elektrický (
2. 2), které jsou připojené k hlavnímu napájecímu obvodu (A) přes spínač (13), stabilizovaný parami kapaliny uvolňovanými z vnitřních stěn vírů vírových komorách uspořádaného j i c i s kanálu (15) připojený vysokonapěťového při pojený jednak výstupu hlavního (1) (6) mezi katodou kapaliny v sériově stablizačniho (1) a anodou (2) že katoda (1) je e tím, oddělená katodovou tryskou vysokonapěťový obvod pulzu při startu přes oddělovací napájecího obvodu (B) od uspořádaných kanálu (15) y z n a č u stabili zadního (3) , pro plazmatronu, obvod (C) k a jednak ke které je generování který je anodovému (A) ke katodě

   Plazma t ron podle nároku 1, vysokonapěťový obvod připojený přes hlavní napájecí obvod (A) a

   V z (B) u j i c i katodě (1) (13) .
3. 3. Plazmatron podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj ίο i s e t i m, že anoda (2) je tvořená výstupní tryskou '4j plazmatronu.
4. 4. Plazmatron podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj ίο í s e tím, že anoda (2) je umístěná ve směru proudu plazmatu vně za ústím výstupní trysky (4).
5. 5. P t a zrna t ron podle nároku 4, v y z n a č u j i c i se t í m, že výstupní tryska (4) je přes druhý kondensátor (14) a odpor (12) připojená k anodovému výstupu hlavního napájecího obvodu (A).

   aa · · a • a - • * a • • · ·· * · • « ♦ • * < • a ’ ♦ • • • · • a a a • • « · »» • a · aa a a··« • a a a • < t
6. 6. PlazmaLron podle nároků 4 nebo 5, vyznačuj i - t i m, že anoda (2) je tvořená rotujícím diskem chlazeným kapalinou.
7. 7. Plazmatron podle nároků 1 až 6, vyznačující se t i m, že a oddělovací obvod (C) je tvořený oddělovací diodou (11) a prvním kondensátorem (10).