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Die Erfindung betrifft einen induktiv gekoppelten Plasmabrenner nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Induktiv gekoppelte Plasmabrenner bilden einen bekannten Stand der Technik. Bei derartigen Vorrichtungen wird ein Plasma erzeugt, das anschließend einen Brennerkanal durchströmt. Der Brennerkanal ist von einer Spulenwicklung umgeben, die mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden kann und über den dabei erzeugten elektrischen Strom im Brennerkanal ein Magnetfeld erzeugt. Damit kann das in dem Brennerkanal strömende Plasma in seinem Strömungsverhalten beeinflusst und damit der Betrieb des Plasmabrenners gesteuert werden.
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Dieser geometrische Grundaufbau kann konstruktiv auf verschiedene Weise realisiert sein. So kann beispielsweise der Brennerkanal als ein Rohr aus einem dielektrischen Material ausgebildet sein. Dieses Rohr ist meist konzentrisch von einem äußeren Rohr umschlossen. Der Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr wird von einem Kühlmittel durchströmt. Die Spulenwicklung befindet sich dabei entweder eingebettet in einem massiven Zwischenraum, der wiederum von einem Kühlmittel durchströmt wird, oder außerhalb des äußersten Rohres. Durch diesen konstruktiven Aufbau gelingt es, die Spulenwicklung vor der direkten Einwirkung des heißen Plasmas zu schützen und hinreichend zu kühlen. Hierdurch wird ein Betrieb des Plasmabrenners mit hohen Leistungen möglich.
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Ein derartiger Rohraufbau ist jedoch mit einigen gravierenden Nachteilen verbunden. Diese betreffen zum einen die Justage der beiden Rohre. Zum anderen erweist sich der Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittel und der Spulenwicklung sehr oft als unbefriedigend. Ein weiterer Nachteil derartiger Rohrkonstruktionen besteht darin, dass die Spulenwicklung relativ weit von dem zu beeinflussenden Plasmastrom entfernt ist. Dadurch sinkt das magnetische Feld B und der magnetische Fluss Phi innerhalb des Brennerinnenraums.
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Um diesen Problemen zu begegnen, wurde vorgeschlagen, die Spulenwicklung in ein dielektrisches Material einzubetten. In der
DE 2 112 888 A wird ein Hochfrequenz- Induktionsplasmabrenner beschrieben, bei der die Spulenwicklungen entweder in Ausnehmungen einer Wand des Rohres eingelegt sind oder sich direkt in der Wand des Rohres befinden. Für die Spulenwicklung wird in der Druckschrift ein wendelförmiger Aufbau aus einem röhrenartigen leitenden Material, beispielsweise Kupfer, vorgeschlagen, der von dem Kühlmittel durchströmt wird. Die Einbettung der Wicklung in die Rohrwand erfolgt mittels einer aushärtenden, wärmebeständigen Masse, vorzugsweise einem keramischen Material.
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In der
DE 692 16 970 T2 wird ein Induktionsplasmabrenner mit einem wassergekühlten keramischen Abschlussrohr beschrieben. Bei der dort genannten Anordnung ist die Induktionsspule ebenfalls in das Brennerrohr eingebettet. Für das Rohr werden gegossene keramische Materialien oder Verbundpolymere vorgeschlagen.
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Die
US 5 877 471 A schlägt einen Aufbau vor, bei dem die röhrenartige Spulenwicklung zwischen röhrenartige Körper eingeklemmt ist, wobei mindestens einer der Körper aus einem dielektrischen Material besteht. Der durch die Wicklung eingenommene Zwischenraum wird von einem Kühlmittel durchströmt.
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Die
US 5,560,844 A offenbart einen Flüssigfilm-stabilisierten InduktionsPlasmabrenner. Vorgesehen ist dort ein Brennerkörper mit einer darin enthaltenen Induktionsspule. Die Induktionsspule verfügt über elektrische Anschlüsse, über die ein Kühlmedium in die Induktionsspule eingeleitet werden kann. Die Wendeln der Induktionsspule werden von dem Kühlmedium durchströmt, sie sind daher als Röhren ausgebildet. Der Brennerkanal des dort gezeigten Brenners ist von einer Plasma-Einschlussröhre eingeschlossen. Die Einschlussröhre besteht aus einem porösen keramischen Material. Der die Induktionsspule umgebende Brennerkörper ist dort nicht porös ausgebildet. Die Spule selbst ist aus einem von einem kühlenden Fluid durchströmten Rohr ausgebildet.
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Die
US 5,877,471 A offenbart einen Plasmabrenner mit einer Kühlschild-Anordnung. Vorgesehen ist dort eine Induktionsspule. Diese besteht aus einem gewundenen Rohr, das im Inneren mit Kühlwasser durchströmt wird. Die Induktionsspule befindet sich eingeklemmt zwischen einem Brennerkörper, der aus Kunststoff besteht, und einer Schildanordnung, die gekühlt wird. Die Schildanordnung besteht aus gekühlten Röhren, einer keramischen Auskleidung, die die Röhren einschließt, einem dielektrischen Zylinder und einem Isolator. Zwischen dem Zylinder und dem Isolator befindet sich ein Zwischenraum, der mit einer Wasserkühlung durchströmt wird.
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Die
US 5,676,863 A offenbart einen Induktions-Plasma-Brenner. Der dort gezeigte Brenner beinhaltet eine Röhre mit einer im Plasma-Innenraum vorgesehenen Beschichtung. Eine Induktionsspule ist dort vorgesehen. Diese ist gemäß der dort offenbarten Lehre außen um die Brennerwandung herumgeführt.
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Mit derartigen eingebetteten Spulenwicklungen gelingt es, die Kopplung zwischen der Induktionsspule und dem Plasma zu verbessern. Allerdings zeigt sich, dass dieser Vorteil durch eine kompliziert ausgebildete Kühlung der Induktionsspule erkauft werden muss. Da die Einbettung ein Umströmen der Wicklungen mit einem Kühlmittel unmöglich macht oder erschwert, müssen die Wicklungen somit selbst von einem Kühlmittel durchströmt werden. Aufgrund der relativ schlechten Wärmeleitung bei einer solchen Einbettung, muss eine entsprechend höhere Kühlwirkung durch das Kühlmittel erzielt werden. Der prinzipielle Aufbau des Plasmabrenners lässt sich zwar mit einem doppelwandigen Aufbau des Brennerrohres relativ einfach bewerkstelligen, ein einwandiger Aufbau des Brennerrohres mit eingebetteter Spulenwicklung erfordert jedoch zusätzliche Zuführungsleitungen, Bohrungen oder Kanäle und gestaltet sich daher zusätzlich kompliziert. Entsprechend aufwändig gestaltet sich dadurch der Aufbau des Brenners, insbesondere für den Fall eines Austauschs oder anderen Wartungsarbeiten.
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Es besteht somit die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, den an sich in Hinblick auf die induktive Plasmakopplung vorteilhaften in die Wand des Brennerrohres eingebetteten Aufbau der Wicklungen so zu gestalten, dass eine nachhaltige Kühlung der Spulenwicklung in Verbindung mit einem einfachen Aufbau der Wicklung selbst möglich ist. Weiterhin soll ein umstandsloses Heranführen von Prozessmedien in den Plasmastrom ermöglicht werden, wobei das Brennerrohr einen möglichst einfachen Aufbau aufweisen soll. Die gesamte Vorrichtung soll somit einfach montierbar, wartungsarm und damit kostengünstig ausgebildet sein.
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Die Aufgabe wird mit einem induktiv gekoppelten Plasmabrenner mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der induktiv gekoppelte Plasmabrenner, enthaltend einen Brennerkanal, eine den Brennerkanal umgebende Induktionsspule mit einer die Induktionsspule mindestens teilweise einschließenden und die Induktionsspule einbettenden dielektrischen Umhüllung zeichnet sich erfindungsgemäß durch folgende Merkmale aus:
- Erfindungsgemäß weist die dielektrische Umhüllung eine poröse Struktur auf, wobei die poröse Struktur von einem Fluid durchströmbar ist. Erfindungsgemäß steht die poröse Struktur mit der eingebetteten Induktionsspule und dem darin strömenden Fluid in einem thermischen Kontakt und hierdurch ist eine Kühlung der Spulenwindungen bewirkt.
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Der induktiv gekoppelte Plasmabrenner enthält einen von einem Plasma durchströmten Brennerkanal und eine den Brennerkanal umgebende Induktionsspule mit einer die Induktionsspule mindestens teilweise einschließenden dielektrischen Umhüllung. Die dielektrische Umhüllung weist eine poröse Struktur auf. Die poröse Struktur ist von einem Fluid durchströmbar.
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Dem erfindungsgemäßen Aufbau liegt der Gedanke zugrunde, die dielektrische Umhüllung selbst durchlässig zu gespalten. Hierzu weist die Umhüllung eine poröse, beispielsweise eine schwammartige, Struktur auf. Diese poröse Struktur kann zumindest partiell mit einem Fluid geflutet, getränkt und/oder durchströmt werden. Die gesamte poröse Struktur steht dabei sowohl mit der eingebetteten Induktionsspule als auch mit dem darin strömenden Fluid in thermischem Kontakt und ermöglicht so eine intensive Kühlung der Spulenwindungen. Außerdem ist durch die poröse Struktur ein Heranführen und Leiten eines Prozessmediums in einfacher Weise möglich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Vorwärmen des Mediums auftritt und vorteilhaft genutzt werden kann.
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Letzteres ist insbesondere in Hinblick auf eine Verwendung des Plasmabrenners bei Beschichtungsprozessen von Vorteil. Bei vielen Hochtemperaturbeschichtungsprozessen wird das den Precursor enthaltenden Medium mit Temperaturen von deutlich weniger als 150 °C in den Beschichtungsprozess eingeführt. Dadurch existiert ein starker Temperaturgradient zu der mehrere tausend Grad Celsius heißen Plasmaflamme. Die Beschichtungsgeschwindigkeit, welche sich anteilig aus der Reaktionsgeschwindigkeit des Precursors und der Oberflächenprozessen (wie Aufschmelzschritten) zusammensetzt, ist aber im hohen Maße temperatursensibel. Zu schnelles Einströmen eines relativ kalten Precursormediums verringert die Beschichtungsgeschwindigkeit und führt so zu einem erhöhen Energieeinsatz. Eine effiziente Energienutzung ist aber angesichts der steigenden Energiepreise sowohl ökonomisch als auch ökologisch unverzichtbar. Eine Erhöhung der Temperatur des Precursorgases reduziert somit nicht nur das „Kaltblasen“ der heissen Beschichtungszone, sondern steigert ebenfalls die Beschichtungseffizienz bei gleichzeitiger Reduktion der notwendigen Energie.
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Die poröse Struktur kann in verschiedener Weise durchströmbar sein. Bei einer ersten Ausführungsform ist die poröse Struktur in Richtung der Längsachse der Induktionsspule durchströmbar. Eine derartige Ausführungsform ermöglicht vor allem eine Kühlung der Induktionsspule. Zugleich kann dabei ein Medium innerhalb der dielektrischen Umhüllung parallel zum Plasmastrom bewegt und an einer entsprechenden Stelle in den Plasmastrom zugeführt werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist die poröse Struktur in Richtung der Längsachse der Induktionsspule und in Richtung des Brennerkanals durchströmbar. Dadurch kann das in der Umhüllung strömende Fluid sowohl die Induktionsspule kühlen als auch seitlich in den Brennerkanal hinein gelangen und dort dem Plasma als Prozessmedium zugesetzt werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist die poröse Struktur wenigstens eine in den Brennerkanal führende Öffnung auf. Diese kann unabhängig von der jeweils vorliegenden porösen Struktur zusätzlich eingebracht sein.
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Das Fluid ist bei einer ersten Ausführungsform ausschließlich ein Kühlmittel für die eingebettete Induktionsspule. Es besteht vorzugsweise aus einem Gas und/oder Gasgemisch. Ebenfalls denkbar sind elektrisch nicht leidende Liquide (wie N2,l).
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Fluid ein in der porösen Struktur erwärmbares Prozessmedium, vorzugsweise ein Gasgemisch, das zum Einleiten in den Brennerkanal vorgesehen ist. Das Prozessmedium enthält in einer vorteilhaften Ausführungsform Precursoranteile für ein reaktives, im Brennerkanal erfolgendes Umsetzen.
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Die poröse dielektrische Umhüllung kann aus unterschiedlichen Materialen ausgeführt sein. Es ist eine poröse Keramik, poröse Verbundstoffe, ein poröses Glas und/oder ein poröser Polymerkunststoff verwendbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Doppelwandrohr verwendet, dessen Hohlraum zwischen innerer und äußerer Begrenzung eine geeignete Menge an Füllkörpern enthält, die die Porosität erzeugen. Die Spule kann sich innerhalb dieses Hohlraums befinden, sollte deren Kühlung im Vordergrund stehen oder aber auch außerhalb des Doppelwandrohres angebracht sein.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist die poröse dielektrische Umhüllung mindestens abschnittsweise transparent in einem ultravioletten bis infraroten elektromagnetischen Wellenlängenbereich, insbesondere in einem Bereich zwischen 100 bis 2000 nm. Diese Ausführungsform ermöglicht ein spektrales Erfassen der Vorgänge innerhalb des Brennerkanals.
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Ergänzend dazu ist die poröse dielektrische Umhüllung mindestens abschnittsweise optisch intransparent ausgebildet. Dieses ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da durch die optische Abschirmung der Strahlung, die UV-Belastung der Umgebung verringert wird. Bei einem Einsatz des Brenners in einem Beschichtungsverfahren wird durch die Abschirmung ebenfalls in geeigneter Weise die UV-Belastung des Substrats verringert, was sich hinsichtlich dessen optischen und/oder mechanischen Eigenschaften - je nach Substrat- positiv auf dessen Qualität auswirkt.
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Die äußere Form und Kontur der porösen dielektrischen Umhüllung kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Bei einer Ausführungsform weist die poröse dielektrische Umhüllung und/oder die Induktionsspule eine Zylinder- und/oder Ellipsensymmetrie auf. Diese Abweichung kann sich sowohl auf deren innere als auch äußere Geometrie der Umhüllung beziehen.
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Die äußere und/oder innere Begrenzung der porösen dielektrischen Umhüllung weist bei einer Ausführungsform mindestens eine äußere Ecke oder eine vieleckige, insbesondere eine vier- oder sechszählige, Symmetrie auf. Dadurch ist es für den Fall einer eckigen Ausführungsform der äußeren Begrenzung möglich, die Umhüllung mit einem geeigneten Werkzeug zu erfassen und auszutauschen. Durch eine Abweichung von der Kreisgeometrie bei der inneren Begrenzung ist es in vorteilhafter Weise möglich, das Beschichtungsbild an die Substratgeometrie anzupassen.
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Darüberhinaus ist der Einsatz des Brenners bezogen auf die Möglichkeit des Vorwärmens der Precursormedien nicht auf die Heizquelle des induktiven Plasmas beschränkt. Ebenfalls möglich ist der Einsatz von Flammenbrennern mit geeigneten Brennmitteln, wie beispielsweise Wasserstoff, Erdgas, Acetylen und/oder Propanbrennern für die Beschichtungsprozesse.
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Bei einer Ausführungsform ist die dielektrische Umhüllung zweigeteilt ausgeführt. Dabei ist eine an den Brennerkanal unmittelbar anschließende innere Umhüllung und eine die Induktionsspule umhüllende äußere Umhüllung vorgesehen. Mindestens die äußere Umhüllung ist dabei porös ausgebildet.
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Der erfindungsgemäße Brenner ist besonders zur Herstellung von Beschichtungen auf Substraten geeignet. So findet dieser insbesondere Anwendung bei der Herstellung von Halbzeugen für die optische Industrie aus dotiertem bzw. undotierten Quarzglas.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die 1 bis 6b. Es werden für gleiche und gleich wirkende Teile die selben Bezugszeichen verwendet.
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Es zeigt:
- 1 einen beispielhaften Brennerkanal mit einer Induktionsspule in einer porösen Umhüllung,
- 2a eine poröse Umhüllung mit einer in Richtung der Längsachse der Spule durchströmbaren porösen Struktur,
- 2b eine poröse Umhüllung mit einer auch in Richtung des Brennerkanals durchströmbaren porösen Struktur,
- 3a eine Induktionsspule mit einer teilweisen Umhüllung
- 3b eine Induktionsspule mit einer vollständigen transparenten Umhüllung,
- 4a eine Umhüllung mit einer Außenkontur in einer sechszähligen Symmetrie, geteilt in eine innere und äußere Umhüllung,
- 4b eine Umhüllung und einen Brennerkanal in einer elliptischen Grundform,
- 5a eine poröse Umhüllung, mit seitlichen Ein- und Austrittsöffnungen
- 5b eine poröse Umhüllung mit Austrittsöffnungen in Brennerlängsrichtung mit Richtung des Medienstrom zum Brennerzentrum hin
- 6a/6b eine poröse Umhüllung mit seitlichen Eintrittsöffnungen und einem Düsenkranz an der Innenseite der Umhüllung in Richtung Brennerkanal.
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1 zeigt einen beispielhaften Grundaufbau des erfindungsgemäßen induktionsgekoppelten Plasmabrenners. Der Plasmabrenner enthält einen von einem Plasma durchströmten Brennerkanal 1. Dieser ist von einer Induktionsspule 2 umgeben. Die Induktionsspule ist von einer dielektrischen Umhüllung 3 eingeschlossen. Die dielektrische Umhüllung bildet damit gleichzeitig die Wand des Brennerkanals 1. Die dielektrische Umhüllung ist von einer porösen Struktur 4 durchzogen, die bei dem hier gezeigten Beispiel durch eine Musterung angedeutet ist. Die poröse Struktur ermöglicht ein Durchströmen der Umhüllung mit einem Fluid 5. Bei dem hier gezeigten Beispiel tritt das Fluid von unten kommend in die poröse Umhüllung ein, durchtränkt deren Porenstruktur und verlässt die Umhüllung über das obere Ende, die Außenseiten und in Richtung des Brennerkanals 1. Dabei werden die Spulenwindungen der Induktionsspule 2 von dem Fluid umspült. Die innere Oberfläche der porösen Struktur der Umhüllung bewirkt dabei eine beträchtlich vergrößerte Oberfläche der Spulenwindungen und fördert damit die Kühlwirkung des Fluids für die Induktionsspule einerseits und eine Erwärmung des Fluids andererseits.
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Die poröse Struktur kann auf verschiedene Weise gestaltet sein. In 2a ist die poröse Struktur in Form von parallel zur Längsachse der Induktionsspule orientierten Kanälen 6 ausgebildet. Das Fluid 5 durchströmt damit die poröse Struktur parallel zum Brennerkanal 1. Es gelangt damit erst am Ende der Umhüllung in den Bereich des Plasmas. Eine derartige Form der porösen Struktur wird dann bevorzugt, wenn ein Hineinleiten des Fluids in das Plasma nicht beabsichtigt ist und die Induktionsspule vornehmlich nur gekühlt werden soll.
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Die Porosität richtet sich im hohen Maße nach der Viskosität des Fluids. Die Wahl von möglichst kleinen Poren erlaubt eine lange Verweilzeit und somit ein besseres Erwärmen des Fluids zur Erniedrigung des Temperaturgradienten des Precursorgases. Füllkörper oder große Poren erlauben eine gute Kühlung der Spule.
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Durch die poröse Struktur wird insbesondere ein turbulenter Gasstrom vermieden und für eine gleichmäßige Verteilung gesorgt. Dieses ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Precursormedium durch die innere Begrenzung in den Brennerkanal gelangen soll, da sich durch eine geeignete Wahl der Porösität der Stoffstrom gleichmäßig auf alle Austrittsöffnungen verteilen kann. In diesem Fall ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform ebenfalls möglich, die Spule ausserhalb der porösen Schicht, also außerhalb der äußeren Umhüllung, anzubringen.
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Das Fluid selbst besteht vorzugsweise aus einem Gas. Die Zusammensetzung des Gases richtet sich dabei im wesentlichen nach der Funktion des Fluids. Zur Kühlung wird bevorzugt auf Druckluft, Stickstoff oder ein Edelgas zurückgegriffen. Alternativ sind auch Fluide und Fluidmischungen mit Precursor-Zusätzen möglich, die zur Einleitung in den Plasmastrom bestimmt sind und dort in einer vorbestimmten Weise reagieren.
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Bei der Ausführungsform in 2b ist die poröse Struktur als ein Schwamm oder mit Hilfe von Füllkörpern 7 ausgebildet und kann prinzipiell in jede beliebige Richtung durchströmt werden. Bei dem hier gezeigten Beispiel tritt das Fluid 5 von unten in die Umhüllung ein, durchtränkt die schwammartige Struktur und tritt sowohl oben als auch im Bereich des Brennerkanals 1 wieder aus. Eine äußere Abdichtung 8 kann dabei vorgesehen sein, die ein Austreten des Fluids auf der Außenseite der Umhüllung verhindert.
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Die in 2a gezeigte Porenanordnung kann natürlich so modifiziert sein, dass an ausgewählten Stellen ein Übertritt des Fluids in den Brennerkanal möglich ist. Hierzu können auf der Innenseite der Umhüllung, d.h. im Bereich des Brennerkanals, Bohrungen oder Anritzungen angebracht sein, bei denen einige Teile der Kanäle 6 zum Brennerkanal hin geöffnet sind und daher das in ihnen strömende Fluid in den Brennerkanal leiten. Ebenso können in 2b einzelne Abschnitte der inneren Oberfläche der Umhüllung im Brennerkanal überdeckt sein und daher einen Übertritt des Fluids in diesem Bereich nur an einzelnen ausgewählten Stellen ermöglichen. Ein Beispiel für eine derartige Ausgestaltung ist in 6a/b gezeigt.
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Die dielektrische Umhüllung kann aus verschiedenen Materialien bestehen. So sind beispielsweise hitzebeständige Keramiken, Glas, Verbundstoffe oder polymere Kunststoffe verwendbar. Es ist ebenfalls der Einsatz von metallhaltigen Werkstoffen möglich, insbesondere dann falls als Hitzequelle ein Flammenbrenner eingesetzt wird. Die poröse Struktur ergibt sich dabei entweder durch ein Aufschäumen, ein Zusammensintern eines Granulates, Zweikomponentenmischungen mit einem späteren Auswaschen einer löslichen Komponente, wobei im Grundmaterial entsprechende Hohlräume zurückbleiben, und derartige, bekannte Fertigungsverfahren mehr. Ebenfalls ist eine Befüllung mit geeigneten Füllkörpern zur Erzeugung der Porosität ausführbar. Für die in 2a gezeigte Porenstruktur in Längsrichtung ist auch ein schichtweises Auftragen ungebrannter Keramiklamellen bzw. ein Umwickeln der Induktionsspule mit derartigen Lamellen und ein anschließendes Brennen dieser Anordnung möglich.
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Entsprechende Fertigungsschritte können auch mit Polymermaterialien ausgeführt werden. Hier sind insbesondere ein Umwickeln und Kaschieren der Induktionsspule mit einem Gewebe und ein anschließendes Zusammensintern des Gewebes möglich. Dabei verbinden sich die einzelnen Gewebelagen, lassen jedoch zwischen den Kontaktstellen poröse Zwischenräume zum Durchströmen des Fluids bestehen.
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Die Umhüllung muss nicht zwingend die Induktionsspule einschließen. 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer nur abschnittsweise angeordneten Umhüllung. Das Fluid 5 tritt dabei von unten kommend durch die poröse Struktur der Umhüllung und umspült die Induktionsspule 2 von außen. Hierzu kann die Umhüllung einen Abstand von beispielsweise 1 mm bis 80 mm bis zur nächstgelegenen Spulenwindung aufweisen. Die Induktionsspule ist dabei um ein inneres Brennerglas gelegt und liegt an deren Außenseite frei.
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Die Umhüllung kann auch mindestens abschnittsweise transparent ausgeführt sein. 3b zeigt hierfür ein Beispiel. Die Umhüllung besteht in diesem Fall aus einem transparenten Glas oder einem polymeren Kunststoff. Das Material ist vorzugsweise im infraroten bis ultravioletten Spektralbereich, allgemein in dem für das Plasma typischen Spektralbereich, transparent. Es ermöglicht ein Erfassen des Plasmazustandes mittels optischer Analysemethoden, insbesondere spektroskopischen Verfahren.
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Die Formen der Umhüllung und der darin eingeschlossenen Induktionsspulen können von der zylindrischen Grundform abweichen. 4a zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer sechszähligen Symmetrie für die Außenkontur. Diese lässt sich sehr leicht mit einem entsprechenden Werkzeug, beispielsweise einem Schraubenschlüssel, greifen und montieren. Der Brennerkanal 1 und die Induktionsspule 2 behalten bei diesem Beispiel ihre zylindrische Grundform. Bei dem in 4a gezeigten Beispiel ist die Umhüllung in eine innere Umhüllung 9 und eine äußere Umhüllung 10 unterteilt. Die innere Umhüllung schließt unmittelbar an den Brennerkanal an und ist thermisch besonders widerstandsfähig. Die äußere Umhüllung umschließt vor allem die Induktionsspule und bildet die Außenkontur. Für die innere und die äußere Umhüllung können verschiedene Materialien verwendet werden. So kann beispielsweise die innere Umhüllung aus einer Keramik oder einem Glas bestehen, während die äußere Umhüllung aus einem Kunststoff ausgebildet sein kann.
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4b zeigt eine beispielhafte Umhüllung 3 mit Induktionsspule 2 und Brennerkanal 1 mit einem elliptischen Querschnitt. Die sonstigen Eigenschaften der Umhüllung entsprechen dabei den vorhergehend genannten Ausführungsbeispielen.
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Weiterhin ist gemäß des Ausführungsbeispiels aus 5b bei einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, eine Austrittsöffnung 11 in Richtung der Brenneraussenseite anzubringen. Durch diese kann das erwärmte Precurormedium weiteren mechanisch separat positionierbaren Eindüsungen (Nozzlen) zugeführt werden, die wiederum den Stoffstrom an geeigneter Stelle in die Plasmaflamme einblasen. Diese Austrittsöffnungen können aber ebenfalls bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß 5a direkt an der Oberseite des Brenners so angebracht werden, dass Ihre Strömungsrichtung im Wesentlichen zur Brennerinnenseite ausgerichtet sind.
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Weiterhin ist es gemäß einer in den 6a und 6b gezeigten Ausführungsform auch möglich, eine Reihe von Zutrittsöffnungen 13 auf der Brennerinnenseite in einer geeigneten Position anzubringen. Diese Öffnungen sind gestalterisch in Ihrer Anzahl, Position und Öffnungsform geeignet wählbar und können, runde, ovale, eckige Elemente in Form von Einzeldüsen oder Düsenketten beinhalten. In einer geeigneten, in 6b gezeigten Ausführungsform bilden die Zutrittsöffnungen 13 mindestens einen Düsenring.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Im Rahmen fachmännischen Handelns können weitere Änderungen vorgenommen werden. Diese verbleiben sämtlich im Bereich des erfindungsgemäßen Grundgedankens. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennerkanal
- 2
- Induktionsspule
- 3
- dielektrische Umhüllung
- 4
- poröse Struktur
- 5
- Fluid
- 6
- Längskanäle
- 7
- Schwammstruktur
- 8
- äußere Abdichtung
- 9
- innere Umhüllung
- 10
- äußere Umhüllung
- 11
- Austrittöffnung vom erwärmten Medium z.B. zum Anschluss an Nozzle
- 12
- Eintrittsöffnung mit Kühlmittel
- 13
- Innere Zutrittsöffnungen
