DE102011008575A1

DE102011008575A1 - Inductive coupled plasma burner comprises a tubular burner channel, an induction coil surrounding the burner channel and a dielectric envelope having a closed or a porous structure

Info

Publication number: DE102011008575A1
Application number: DE102011008575A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing.(FT) Kötzing Jörg; Dr. Auth Matthias; Dipl.-Phys. Brehm Lothar
Original assignee: J Plasma GmbH
Current assignee: J Plasma GmbH
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2012-07-19

Abstract

Inductive coupled plasma burner comprises a tubular burner channel (1), an induction coil (2) surrounding the burner channel and a dielectric envelope (3). The dielectric envelope comprises a closed or a porous structure (4). The porous structure or the clearance space is flowed through between the outer wall of the burner channel and the envelope by a fluid (5). The induction coil is closely located at the burner channel and the envelope reaches up to the induction coil in longitudinal axis direction of the overall arrangement, which is not yet enclosed. Inductive coupled plasma burner comprises a tubular burner channel (1), an induction coil (2) surrounding the burner channel and a dielectric envelope (3). The dielectric envelope comprises a closed or a porous structure (4). The porous structure or the clearance space is flowed through between the outer wall of the burner channel and the envelope by a fluid (5). The induction coil is closely located at the burner channel and the envelope reaches up to the induction coil in longitudinal axis direction of the overall arrangement, which is not yet enclosed. The burner-top of the clearance space or the porous structure is enclosed relative to the fluid flow. The fluid suctions radially arranged on burner-top is present in the envelope, where the fluid entry takes place via burner-under-side open clearance space.

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiv gekoppelten Plasmabrenner nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 4 als Zusatz zur Patentanmeldung DE 10 2010 014 056 .The invention relates to an inductively coupled plasma torch according to the preamble of claim 1 or 4 as an addition to the patent application DE 10 2010 014 056 ,

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.Inductively coupled plasma torches form a known state of the art. In such devices, a plasma is generated, which then flows through a burner channel. The burner channel is surrounded by a coil winding which can be acted upon by an electrical voltage and generates a magnetic field in the burner channel via the electric current generated thereby. Thus, the plasma flowing in the burner channel can be influenced in its flow behavior and thus the operation of the plasma torch can be controlled.

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.This basic geometric structure can be realized constructively in various ways. For example, the burner channel may be formed as a tube of a dielectric material. This tube is usually concentrically enclosed by an outer tube. The gap between the inner and the outer tube is flowed through by a coolant. The coil winding is either embedded in a massive gap, which in turn is flowed through by a coolant, or outside the outermost tube. This design makes it possible to protect the coil winding from the direct action of the hot plasma and to cool sufficiently. As a result, operation of the plasma torch with high power is possible.

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.However, such a pipe construction is associated with some serious disadvantages. These affect on the one hand the adjustment of the two tubes. On the other hand, the heat transfer between the coolant and the coil winding very often proves to be unsatisfactory. Another disadvantage of such tubular structures is that the coil winding is relatively far away from the plasma stream to be influenced. As a result, the magnetic field B and the magnetic flux Phi within the torch interior decreases.

Um diesen Problemen zu begegnen, wurde vorgeschlagen, die Spulenwicklung in ein dielektrisches Material einzubetten. In der DE 2 112 888 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.To address these problems, it has been proposed to embed the coil winding in a dielectric material. In the DE 2 112 888 a high-frequency induction plasma torch is described, in which the coil windings are either inserted into recesses of a wall of the tube or are located directly in the wall of the tube. For the coil winding in the document, a helical structure of a tubular conductive material, such as copper, proposed, which is flowed through by the coolant. The embedding of the winding in the pipe wall by means of a thermosetting, heat-resistant material, preferably a ceramic material.

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.In the DE 692 16 970 T2 An induction plasma torch with a water-cooled ceramic termination tube will be described. In the arrangement mentioned there, the induction coil is also embedded in the burner tube. For the tube, cast ceramic materials or composite polymers are proposed.

Die US 5 877 471 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.The US 5,877,471 proposes a structure in which the tubular coil winding is sandwiched between tubular bodies, at least one of the bodies being made of a dielectric material. The space occupied by the winding is traversed by a coolant.

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.With such embedded coil windings, it is possible to improve the coupling between the induction coil and the plasma. However, it turns out that this advantage has to be paid for by a complex cooling of the induction coil. Since the embedding makes it impossible or difficult to circulate the windings with a coolant, the windings must thus be flowed through by a coolant itself. Due to the relatively poor heat conduction in such an embedding, a correspondingly higher cooling effect must be achieved by the coolant. Although the basic structure of the plasma torch can be relatively easily accomplished with a double-walled construction of the burner tube, a single-walled construction of the burner tube with embedded coil winding, however, requires additional supply lines, holes or channels and therefore is additionally complicated. As a result, the structure of the burner is correspondingly complex, in particular in the event of replacement or other maintenance work.

Es besteht somit die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine Brenneranordnung zu schaffen, welche eine optimale Plasmaflammenverteilung sowie eine leichte Austauschbarkeit ermöglicht und bei welcher eine nachhaltige Kühlung der Spulenwicklung in Verbindung mit einem einfachen Aufbau der Wicklung gegeben 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.It is therefore the object underlying the invention to provide a burner assembly which allows optimal plasma flame distribution and easy interchangeability and in which a sustainable cooling of the coil winding is given in conjunction with a simple construction of the winding. Furthermore, a trouble-free introduction of process media into the plasma stream should be made possible, wherein the burner tube should have the simplest possible structure. The entire device should therefore be easy to assemble, low maintenance and thus cost-effective.

Die Aufgabe wird mit einem induktiv gekoppelten Plasmabrenner mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 bzw. 4 gelöst.The object is achieved with an inductively coupled plasma torch with the features of the independent claims 1 and 4, respectively.

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. Erfindungsgemäß zeichnet sich der Plasmabrenner bei einer Ausführungsform dadurch aus, dass die dielektrische Umhüllung eine poröse Struktur aufweist. Die poröse Struktur ist von einem Fluid durchströmbar. The inductively coupled plasma torch includes a torch channel through which a plasma flows, and an induction coil surrounding the torch passage with a dielectric sheath at least partially enclosing the induction coil. According to the invention, in one embodiment, the plasma torch is distinguished by the fact that the dielectric sheath has a porous structure. The porous structure can be traversed by a fluid.

Dem erfindungsgemäßen Aufbau liegt einerseits der Gedanke zugrunde, die dielektrische Umhüllung selbst durchlässig zu gestalten. 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.The construction according to the invention is based on the one hand on the idea of making the dielectric coating itself permeable. For this purpose, the envelope has a porous, for example a spongy, structure. This porous structure can be at least partially flooded with a fluid, soaked and / or flowed through. The entire porous structure is in thermal contact both with the embedded induction coil and with the fluid flowing therein, thus allowing intensive cooling of the coil turns. In addition, the porous structure makes it possible to introduce and guide a process medium in a simple manner. Another advantage is that a preheating of the medium occurs and can be used to advantage.

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.The latter is particularly advantageous with regard to use of the plasma torch in coating processes. In many high temperature coating processes, the precursor containing medium is introduced into the coating process at temperatures significantly less than 150 ° C. As a result, there is a strong temperature gradient to the several thousand degrees Celsius hot plasma flame. The coating speed, which is composed proportionally of the reaction rate of the precursor and the surface processes (such as melting steps), but is highly sensitive to temperature. Too rapid inflow of a relatively cold precursor medium reduces the coating speed and thus leads to an increased use of energy. However, efficient use of energy is indispensable both economically and ecologically in the face of rising energy prices. Increasing the temperature of the Precursorgases thus not only reduces the "cold blowing" of the hot coating zone, but also increases the coating efficiency while reducing the necessary energy.

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 allen 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.The porous structure can be flowed through in various ways. In a first embodiment, the porous structure can be flowed through in the direction of the longitudinal axis of the induction coil. Such an embodiment enables above all a cooling of the induction coil. At the same time, a medium can be moved parallel to the plasma stream within the dielectric envelope and fed into the plasma stream at a corresponding point.

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.In another embodiment, the porous structure can be traversed in the direction of the longitudinal axis of the induction coil and in the direction of the burner channel. As a result, the fluid flowing in the sheath can both cool the induction coil and also pass laterally into the burner channel, where it is added to the plasma as the process medium.

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.In a further embodiment, the porous structure has at least one opening leading into the burner channel. This can be introduced independently of the particular porous structure present.

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 N_2,1).In a first embodiment, the fluid is exclusively a coolant for the embedded induction coil. It preferably consists of a gas and / or gas mixture. Also conceivable are electrically non-suffering liquids (such as N _2,1 ).

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.In a further embodiment, the fluid is a process medium which can be heated in the porous structure, preferably a gas mixture which is provided for introduction into the burner channel. In an advantageous embodiment, the process medium contains precursor components for a reactive conversion taking place in the burner channel.

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.The porous dielectric sheath may be made of different materials. It is a porous ceramic, porous composites, a porous glass and / or a porous polymer polymer used.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Doppelwandrohr verwendet, dessen Hohlraum zwischen innerer und äußerer Begrenzung eine geeignete Menge an Füllkörpern enthält, die die Porösität erzeugen. Die Spule kann sich innerhalb dieses Hohlraums befinden, sollte deren Kühlung im Vordergrund stehen oder aber auch außerhalb des Doppelwandrohres angebracht sein.In a preferred embodiment, a double-walled tube is used, the cavity between inner and outer boundary containing a suitable amount of packing that produce the porosity. The coil may be located within this cavity should its cooling be in the foreground or else be mounted outside the double wall tube.

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.In an expedient embodiment, the porous dielectric sheath is at least partially transparent in an ultraviolet to infrared electromagnetic wavelength range, in particular in a range between 100 to 2000 nm. This embodiment enables a spectral detection of the processes within the burner channel.

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.In addition to the porous dielectric sheath is formed at least partially optically intransparent. This is in particular therefore advantageous because the optical shielding of the radiation, the UV exposure of the environment is reduced. When the burner is used in a coating process, the shielding also suitably reduces the UV load on the substrate, which has a positive effect on its quality with regard to its optical and / or mechanical properties, depending on the substrate.

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.The outer shape and contour of the porous dielectric sheath may be formed in various ways. In one embodiment, the porous dielectric sheath and / or the induction coil has a cylinder and / or elliptical symmetry. This deviation may refer to both the inner and outer geometry of the envelope.

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.The outer and / or inner boundary of the porous dielectric sheath has in one embodiment at least one outer corner or a polygonal, in particular a four- or six-fold, symmetry. As a result, in the case of an angular embodiment of the perimeter, it is possible to grasp and replace the envelope with a suitable tool. By a deviation from the circular geometry in the inner boundary, it is advantageously possible to adapt the coating image to the substrate geometry.

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.Moreover, the use of the burner based on the possibility of preheating the precursor media is not limited to the heat source of the inductive plasma. Also possible is the use of flame burners with suitable fuels, such as hydrogen, natural gas, acetylene and / or propane burners for the coating processes.

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. Die äußere Umhüllung kann dabei porös ausgebildet sein.In one embodiment, the dielectric cladding is made in two parts. In this case, an inner casing immediately adjacent to the burner channel and an outer casing enveloping the induction coil are provided. The outer envelope may be porous.

Dem erfindungsgemäßen Aufbau liegt andererseits der Gedanke zugrunde, dass die dielektrische Umhüllung eine geschlossene Struktur aufweist, wobei der Abstandsraum zwischen der Außenwandung des Brennerkanals und der dielektrischen Umhüllung von einem Fluid durchströmbar ist, wobei die Induktionsspule eng anliegend am Brennerkanal befindlich ist und die Umhüllung in Längsachsenrichtung der Gesamtanordnung bis an die Induktionsspule heranreicht, diese jedoch nicht umschließt.On the other hand, the structure according to the invention is based on the idea that the dielectric sheath has a closed structure, wherein the distance space between the outer wall of the burner channel and the dielectric sheath can be traversed by a fluid, wherein the induction coil is located close to the burner channel and the sheath in the longitudinal axis direction the overall arrangement reaches up to the induction coil, but this does not surround.

Bei diesem erfindungsgemäßen Lösungsaspekt reicht die äußere Brennerbegrenzung, d. h. die dielektrische Umhüllung nur bis zur Induktionsspule heran. In diesem Fall ist eine sehr enge Wicklung der Induktionsspule um den rohrförmigen Brennerkanal, ausgebildet als quasi inneres Brennerglas möglich, was neben einer Energieeinsparung auch zu einer verbesserten Plasmaflammenverteilung führt. Bei dieser Lösung lassen sich besonders hohe Abscheideraten bzw. Abscheideeffizienzen erreichen.In this solution aspect of the invention, the outer burner boundary, d. H. the dielectric enclosure only up to the induction coil zoom. In this case, a very narrow winding of the induction coil around the tubular burner channel, designed as a quasi inner burner glass is possible, which leads not only to an energy saving but also to an improved plasma flame distribution. With this solution, particularly high deposition rates or separation efficiencies can be achieved.

Bei einem dritten erfindungsgemäßen Grundgedanken wird wiederum von einem induktiv gekoppelten Plasmamaterial, enthaltend einen rohrförmigen Brennerkanal, ausgegangen, wobei eine den Brennerkanal umgebende Induktionsspule vorhanden ist. In diesem Fall ist die dielektrische Umhüllung mit einer geschlossenen oder einen porösen Struktur versehen, wobei die poröse Struktur oder der Abstandsraum zwischen der Außenwandung des Brennerkanals und der Umhüllung von einem Fluid durchströmbar ist. Weiterhin ist bezogen auf die Fluidströmung brenneroberseitig der Abstandsraum oder die poröse Struktur geschlossen ausgeführt. Ergänzend sind brenneroberseitig radial angeordnete Fluidaustrittsöffnungen in der Umhüllung vorhanden, wobei der Fluideintritt durch den brennerunterseitig offenen Abstandsraum erfolgt. Es ist also hier bei einer Doppelrohranordnung nur die obere Kante geschlossen. Die untere Seite der Doppelrohranordnung ist offen und kann in einen an sich bekannten Brennerfuß eingespannt werden. Der Anschluss des Brennerfußes wird bei dieser Lösung insbesondere für die Einspeisung eines SiCl₄/N₂-Gemisches verwendet, wobei die Austrittsöffnungen das erwärmte Prozessgas zu zusätzlichen, oberhalb der Spule bzw. oberhalb des Brenners befindlichen Düsen führen.In a third basic idea according to the invention, in turn, an inductively coupled plasma material containing a tubular burner channel is assumed, with an induction coil surrounding the burner channel being present. In this case, the dielectric sheath is provided with a closed or a porous structure, wherein the porous structure or the distance space between the outer wall of the burner channel and the envelope can be traversed by a fluid. Furthermore, based on the fluid flow on the burner upper side of the distance space or the porous structure executed closed. In addition, the upper side radially arranged fluid outlet openings are present in the enclosure, wherein the fluid enters through the burner underside open distance space. So here it is only closed at a double pipe arrangement, the upper edge. The lower side of the double tube assembly is open and can be clamped in a known Brennerfuß. The connection of the burner foot is used in this solution, in particular for the feeding of a SiCl ₄ / N ₂ mixture, wherein the outlet openings lead the heated process gas to additional, located above the coil or above the burner nozzles.

Bei dieser Ausführungsform ist es ohne Demontage oder Austausch der Spule möglich, beschädigte Brennerrohre oder Brennergläser zu ersetzen, da hier die Induktionsspule nicht zwischen Gaseintritts- und Gasaustrittsöffnungen quasi eingeklemmt ist. Durch die brenneroberseitig vorhandene geschlossene Ausbildung kann sich die vorgegebene Ausrichtung zwischen Brennerkanal und dielektrischer Umhüllung nicht mehr ändern.In this embodiment, it is possible without disassembly or replacement of the coil to replace damaged burner tubes or burner glasses, since here the induction coil is not clamped between gas inlet and gas outlet openings quasi. Due to the upper side of the burner present closed training, the predetermined orientation between the burner channel and dielectric sheath can not change.

Zur Formung des Plasmagasstroms besteht ergänzend die Möglichkeit, dass der rohrförmige Brennerkanal radial zur Kanalmitte orientierte Ausbauchungen aufweist. Diese können mit Hilfe an sich bekannter Glasbearbeitungstechniken erstellt werden.To form the plasma gas stream, there is additionally the possibility that the tubular burner channel has bulges oriented radially to the middle of the channel. These can be created using per se known glass processing techniques.

Die dielektrische Umhüllung weist gemäß dem hier vorgestellten Grundgedanken der Erfindung, bevorzugt brennerunterseitig, eine zum rohrförmigen Brennerkanal, bevorzugt diesen berührend, ausgebildete Ausbauchung zum Heranführen eines elektrischen Zündmittels auf. Ein ansonsten erforderliches Zündrohr kann gemäß diesem Erfindungsgedanken entfallen.According to the basic concept of the invention presented here, preferably on the underside of the burner, the dielectric sheath has a bulge for the introduction of a tubular burner channel, preferably in contact with it electric ignition means. An otherwise required ignition tube can be omitted according to this inventive idea.

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.The burner according to the invention is particularly suitable for the production of coatings on substrates. Thus, it finds particular application in the production of semi-finished products for the optical industry from doped or undoped quartz glass.

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.The device according to the invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. To clarify serve the 1 to 6b , The same reference numbers are used for identical and identically acting parts.

Es zeigt:It shows:

1 einen beispielhaften Brennerkanal mit einer Induktionsspule in einer porösen Umhüllung, 1 an exemplary burner channel with an induction coil in a porous envelope,

2a eine poröse Umhüllung mit einer in Richtung der Längsachse der Spule durchströmbaren porösen Struktur, 2a a porous casing with a porous structure which can be flowed through in the direction of the longitudinal axis of the coil,

2b eine poröse Umhüllung mit einer auch in Richtung des Brennerkanals durchströmbaren porösen Struktur, 2 B a porous casing with a porous structure which can also be flowed through in the direction of the burner channel,

3a eine Induktionsspule mit einer teilweisen Umhüllung, 3a an induction coil with a partial cladding,

3b eine Induktionsspule mit einer vollständigen transparenten Umhüllung, 3b an induction coil with a complete transparent cladding,

4a eine Umhüllung mit einer Außenkontur in einer sechszähligen Symmetrie, geteilt in eine innere und äußere Umhüllung, 4a an envelope having an outer contour in a six-fold symmetry, divided into an inner and outer envelope,

4b eine Umhüllung und einen Brennerkanal in einer elliptischen Grundform, 4b an envelope and a burner channel in an elliptical basic shape,

5a eine poröse Umhüllung, mit seitlichen Ein- und Austrittsöffnungen, 5a a porous envelope, with lateral inlet and outlet openings,

5b eine poröse Umhüllung mit Austrittsöffnungen in Brennerlängsrichtung mit Richtung des Medienstrom zum Brennerzentrum hin, 5b a porous enclosure with outlet openings in the burner longitudinal direction with the direction of the medium flow towards the burner center,

6a/6b eine poröse Umhüllung mit seitlichen Eintrittsöffnungen und einem Düsenkranz an der Innenseite der Umhüllung in Richtung Brennerkanal, 6a / 6b a porous enclosure with lateral inlet openings and a nozzle ring on the inside of the enclosure in the direction of the burner channel,

7 eine Ausführungsform eines Plasmabrenners mit geschlossener Oberseite und Gaszuführung über einen Brennerfuß und mittels offenem Abstandsraum bzw. offener poröser Struktur, die sich brennerunterseitig befindet, und einer zur Kanalmitte orientierten Ausbauchung im rohrförmigen Brennerkanal zur Formung des Plasmagasstroms sowie 7 an embodiment of a plasma torch with a closed upper side and gas supply via a burner base and by means of open space or open porous structure, which is burner bottom side, and oriented to the channel center bulge in the tubular burner channel for forming the plasma gas flow and

8 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 7, jedoch mit geradlinigem Brennerkanal und Ausbauchung in der dielektrischen Umhüllung zum Heranführen eines elektrischen Zündmittels, insbesondere eines Zünddrahts. 8th a representation similar to that after 7 but with rectilinear torch channel and bulge in the dielectric sheath for introducing an electrical ignition means, in particular an ignition wire.

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. 1 shows an exemplary basic structure of the inductance-coupled plasma burner according to the invention. The plasma burner contains a burner channel through which a plasma flows 1 , This one is from an induction coil 2 surround. The induction coil is of a dielectric cladding 3 locked in. The dielectric sheath thus forms at the same time the wall of the burner channel 1 , The dielectric cladding is of a porous structure 4 crossed, which is indicated in the example shown here by a pattern. The porous structure allows the envelope to flow through a fluid 5 , In the example shown here, the fluid enters the porous casing from below, impregnates its pore structure and leaves the casing over the top, the outside and in the direction of the burner channel 1 , In this case, the coil turns of the induction coil 2 lapped by the fluid. The inner surface of the porous structure of the envelope thereby causes a considerably enlarged surface of the coil turns and thus promotes the cooling effect of the fluid for the induction coil on the one hand and a heating of the fluid on the other.

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.The porous structure can be designed in various ways. In 2a is the porous structure in the form of parallel to the longitudinal axis of the induction coil oriented channels 6 educated. The fluid 5 thus flows through the porous structure parallel to the burner channel 1 , It thus only reaches the area of the plasma at the end of the coating. Such a shape of the porous structure is preferred when it is not intended to introduce the fluid into the plasma and to primarily only cool the induction coil.

Die Porösität 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.The porosity depends to a large extent on the viscosity of the fluid. The choice of the smallest possible pores allows a long residence time and thus a better heating of the fluid for lowering the temperature gradient of the precursor gas. Packing or large pores allow good cooling of the coil.

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.In particular, a turbulent gas flow is avoided by the porous structure and ensures a uniform distribution. This is particularly advantageous when the precursor medium is to pass through the inner boundary in the burner channel, as is determined by a suitable choice the porosity of the material flow can be evenly distributed to all outlet openings. In this case, it is also possible in a preferred embodiment to attach the coil outside the porous layer, ie outside the outer envelope.

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.The fluid itself preferably consists of a gas. The composition of the gas depends essentially on the function of the fluid. For cooling, preference is given to compressed air, nitrogen or a noble gas. Alternatively, fluids and fluid mixtures with precursor additives are possible, which are intended for introduction into the plasma stream and react there in a predetermined manner.

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.In the embodiment in 2 B is the porous structure as a sponge or with the help of packing 7 trained and can be flowed through in principle in any direction. In the example shown here, the fluid enters 5 from below into the casing, soaks the sponge-like structure and occurs both at the top and in the area of the burner channel 1 out again. An outer seal 8th can be provided, which prevents leakage of the fluid on the outside of the enclosure.

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.In the 2a Of course, the pore arrangement shown may of course be modified so that at selected locations a passage of the fluid into the burner channel is possible. For this purpose, on the inside of the envelope, ie in the region of the burner channel, holes or scratches be attached, in which some parts of the channels 6 are open to the burner channel and therefore conduct the flowing fluid in them in the burner channel. Likewise, in 2 B individual sections of the inner surface of the enclosure to be covered in the burner channel and therefore allow passage of the fluid in this area only at individual selected locations. An example of such a configuration is in 6a / b shown.

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 Porösität 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.The dielectric sheath may be made of various materials. For example, heat-resistant ceramics, glass, composites or polymeric plastics can be used. It is also the use of metal-containing materials possible, especially if a flame burner is used as the heat source. The porous structure results either by foaming, co-sintering of a granulate, two-component mixtures with subsequent leaching of a soluble component, wherein in the base material corresponding cavities remain, and such, known manufacturing processes more. Also, a filling with suitable packing to produce the porosity executable. For the in 2a shown pore structure in the longitudinal direction is also a layered application of unfired ceramic lamellae or a wrapping of the induction coil with such lamellae and a subsequent burning this arrangement possible.

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.Corresponding production steps can also be carried out with polymer materials. In particular, wrapping and laminating the induction coil with a tissue and subsequent sintering together of the tissue are possible. In this case, the individual layers of fabric combine, but allow between the contact points porous spaces to flow through the fluid.

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 oder den dort vorhandenen Abstandsraum 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 sehr eng um ein inneres Brennerglas gelegt und liegt an deren Außenseite frei.The enclosure does not necessarily include the induction coil. 3a shows an embodiment with a cladding only partially arranged. The fluid 5 Comes from below coming through the porous structure of the enclosure or the existing space there and laps the induction coil 2 from the outside. For this purpose, the envelope may have a distance of, for example, 1 mm to 80 mm to the nearest coil turn. The induction coil is placed very tightly around an inner burner glass and is exposed on the outside.

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.The envelope may also be made transparent at least in sections. 3b shows an example for this. The enclosure consists in this case of a transparent glass or a polymeric plastic. The material is preferably transparent in the infrared to ultraviolet spectral region, generally in the spectral region typical of the plasma. It makes it possible to detect the plasma state by means of optical analysis methods, in particular spectroscopic methods.

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.The shapes of the envelope and the inductors enclosed therein may differ from the cylindrical basic shape. 4a shows an embodiment with a sixfold symmetry for the outer contour. This can be very easily with a suitable tool, such as a wrench, grab and assemble. The burner channel 1 and the induction coil 2 keep their basic cylindrical shape in this example. At the in 4a The example shown is the wrapper in an inner wrapper 9 and an outer cladding 10 divided. The inner cover connects directly to the burner channel and is thermally particularly resistant. The outer envelope encloses above all the induction coil and forms the outer contour. Different materials can be used for the inner and outer sheaths. For example, the inner sheath may consist of a ceramic or a glass, while the outer sheath may be formed of a plastic.

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. 4b shows an exemplary enclosure 3 with induction coil 2 and burner channel 1 with an elliptical cross section. The other properties of the envelope correspond to the aforementioned embodiments.

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 Precursormedium 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.Furthermore, according to the embodiment of 5b provided in a further embodiment, an outlet opening 11 in the direction of the burner outside. By means of these, the heated precursor medium can be supplied to further injections (nozzls) which can be positioned separately in a separate manner, which in turn inject the material stream into the plasma flame at a suitable point. But these outlet openings can also in a preferred embodiment according to 5a be attached directly to the top of the burner so that their flow direction are aligned substantially to the burner inside.

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.Furthermore, it is according to one in the 6a and 6b embodiment shown also possible, a number of access openings 13 on the inside of the burner in a suitable position. These openings are designed in their number, position and opening form suitable and can include, round, oval, angular elements in the form of individual nozzles or nozzle chains. In a suitable, in 6b embodiment shown form the access openings 13 at least one nozzle ring.

Gemäß der Darstellung nach 7 wird wiederum von einem Brennerkanal 1 ausgegangen, der z. B. durch ein Brennerglas aus hochtemperaturbeständigem Material gebildet ist.As shown 7 will turn from a burner channel 1 assumed that z. B. is formed by a burner glass made of high temperature resistant material.

Die dielektrische Umhüllung 3 weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine geschlossene Struktur auf. Es entsteht hierdurch ein Abstandsraum zwischen der Wandung des den Brennerkanal bildenden Rohres und. der dielektrischen Umhüllung 3, welcher von einem Fluid (angedeutete Strömungsrichtung durch Pfeile) durchströmbar ist.The dielectric sheath 3 has a closed structure in this embodiment. This results in a distance space between the wall of the burner channel forming tube and. the dielectric cladding 3 , which by a fluid (indicated direction of flow through arrows) can be flowed through.

Weiterhin ist bezogen auf die gezeigte Fluidströmung brenneroberseitig der Abstandsraum geschlossen und es sind radial orientierte Fluidaustrittsöffnungen 14 vorhanden, die der Entnahme eines erwärmten, dem Brennerfuß 15 zugeführten Gases oder Fluides dienen.Furthermore, based on the fluid flow shown burner top side of the distance space is closed and there are radially oriented fluid outlet openings 14 present, the removal of a heated, the burner foot 15 supply gas or fluids serve.

Der rohrförmige Brennerkanal kann radial zur Kanalmitte orientierte Ausbauchungen 16 umfassen, welche der Formung des Plasmagasstroms dienen.The tubular burner channel may bulges radially oriented toward the center of the channel 16 include, which serve the shaping of the plasma gas stream.

Die dielektrische Umhüllung weist, bevorzugt brennerunterseitig, eine zum rohrförmigen Brennerkanal 1, bevorzugt diesen berührend, ausgebildete Ausbauchung 17 zum Heranführen eines elektrischen Zündmittels, z. B. eines Zünddrahts auf.The dielectric sheath has, preferably burner bottom side, one to the tubular burner channel 1 prefers this touching, formed bulge 17 for bringing an electric ignition means, z. B. an ignition wire.

Dadurch, dass die quasi Doppelrohranordnung gemäß den 7 und 8 nur oberseitig geschlossen ist, kann über die untere Seite, welche offen ist, Prozessgas zugeführt werden. Dabei ist die untere Seite in einen an sich bekannten Brennerfuß eingespannt. Eine in den 7 und 8 nicht gezeigte, die dielektrische Umhüllung außen umgebende Induktionsspule behindert dabei den Austausch der Anordnung nicht. Diese kann vom Brennerfuß nach oben weggezogen und entfernt werden, ohne dass die Induktionsspule demontiert werden muss.Because the quasi double tube arrangement according to the 7 and 8th closed only on the upper side, can be supplied via the lower side, which is open, process gas. The lower side is clamped in a known Brennerfuß. One in the 7 and 8th Not shown, the dielectric sheath surrounding the outside induction coil does not interfere with the replacement of the arrangement. This can be pulled upwards and removed from the burner base without having to disassemble the induction coil.

Bei der Ausführungsform gemäß 8 wird von einem geradlinigen, zylindrischen inneren Brennerrohr zur Bildung des rohrförmigen Brennerkanals 1 ausgegangen, wobei hinsichtlich der übrigen Merkmale auf die Erläuterungen zur 7 verwiesen sei.In the embodiment according to 8th is from a straight, cylindrical inner burner tube to form the tubular burner channel 1 with regard to the other features, to the explanations given for 7 referenced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: BrennerkanalBrenner channel
22: Induktionsspuleinduction coil
33: dielektrische Umhüllungdielectric cladding
44: poröse Strukturporous structure
55: Fluidfluid
66: Längskanälelongitudinal channels
77: Schwammstruktursponge structure
88th: äußere Abdichtungouter seal
99: innere Umhüllunginner cladding
1010: äußere Umhüllungouter cladding
1111: Austrittöffnung vom erwärmten Medium z. B. zum Anschluss an NozzleOutlet opening of the heated medium z. B. for connection to Nozzle
1212: Eintrittsöffnung mit KühlmittelInlet opening with coolant
1313: innere Zutrittsöffnungeninner access openings
1414: FluidaustrittsöffnungFluid outlet opening
1515: Brennerfußburner stand
1616: Ausbauchungbulge
1717: Ausbauchungbulge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010014056 [0001]
DE 2112888 [0005]
DE 69216970 T2 [0006]
US 5877471 [0007]

Claims

Inductively coupled plasma torch, comprising a tubular burner channel ( 1 ), an induction coil surrounding the burner channel ( 2 ) and a dielectric sheath ( 3 ), characterized in that the dielectric sheath has a closed or porous structure ( 4 ), wherein the porous structure or the distance space between the outer wall of the burner channel and the envelope of a fluid ( 5 ), wherein the induction coil is located close fitting on the burner channel and the envelope in the longitudinal axis direction of the overall arrangement reaches up to the induction coil, but this does not surround.

Plasma torch according to claim 1, characterized in that the porous structure ( 4 ) in the direction of the longitudinal axis of the overall arrangement ( 2 ) can be flowed through.

Plasma torch according to claim 1, characterized in that the porous structure ( 4 ) in the direction of the longitudinal axis of the overall arrangement ( 2 ) and in the direction of the burner channel ( 1 ) can be flowed through.

Inductively coupled plasma torch, comprising a tubular burner channel ( 1 ), an induction coil surrounding the burner channel and a dielectric sheath ( 3 ), characterized in that the dielectric sheath ( 3 ) has a closed or porous structure, wherein the porous structure or the distance space between the outer wall of the burner channel ( 1 ) and the envelope ( 3 ) is traversed by a fluid, further based on the fluid flow burner upper side of the distance space or the porous structure is closed and the burner upper side radially arranged fluid outlet openings are present in the enclosure, wherein the fluid enters through the burner underside open distance space.

Plasma torch according to claim 4, characterized in that the tubular burner channel radially to the channel center oriented bulges ( 16 ) for shaping the plasma gas stream.

Plasma torch according to claim 4 or 5, characterized in that the dielectric sheath ( 3 ), preferably burner bottom side, one to the tubular burner channel ( 1 ) prefers this touching, formed bulge ( 17 ) for bringing an electric ignition means.

Plasma torch according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid ( 5 ) is a coolant for the induction coil.

Plasma torch according to one of claims 1 to 6, characterized in that the fluid in the porous structure ( 4 ) or the distance space heatable process medium for introduction into the burner channel ( 1 ).

Plasma torch according to claim 8, characterized in that the process medium comprises Precursoranteile for a reactive reaction in the burner channel.

Plasma torch according to one of the preceding claims, characterized in that the porous dielectric sheath ( 3 ) is formed of a porous ceramic, a porous glass, a porous polymer plastic and / or a double wall pipe with a porous filler.

Plasma torch according to one of the preceding claims, characterized in that the porous dielectric sheath ( 3 ) is at least partially transparent in an ultraviolet to infrared electromagnetic wavelength range, preferably in a range between 100 to 2000 nm, more preferably in a range between 190 nm and 1500 nm.

Plasma torch according to one of the preceding claims, characterized in that the porous dielectric sheath ( 3 ) and / or the induction coil ( 2 ) has a cylinder and / or elliptical symmetry.

Plasma torch according to one of claims 1 to 11, characterized in that the porous dielectric sheath ( 3 ) has at least one outer corner or a polygonal, in particular a four- or sechzählige, symmetry.

Plasma torch according to one of claims 1 to 11 or 13, characterized in that the porous dielectric sheath ( 3 ) has at least one inner corner or a polygonal, in particular a four- or sechzählige, symmetry.

Plasma torch according to one of the preceding claims, characterized in that the dielectric sheath is designed in two parts, wherein an inner sheath immediately adjoining the burner channel ( 9 ) and an induction coil enveloping the outer envelope ( 10 ) is provided and at least the outer sheath is formed porous.