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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Plasmas mit wenigstens einer hohlen Elektrode und eine Kühlvorrichtung der hohlen Elektrode.
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Plasmen werden heutzutage für eine Vielzahl von Anwendungen benötigt. Einerseits werden thermische Atmosphärendruckplasmen mit einer hohen Leistungsdichte als Wärmequelle zur Erzielung hoher Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes von insbesondere Metallen oder Mineralien eingesetzt. Diese Metalle oder Mineralien werden durch diese hohen Temperaturen verflüssigt. Auch bei der Stahlherstellung kommt es zum Einsatz von thermischen Plasmen.
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Weiterhin wird die Gasifizierung von festen oder flüssigen kohlenstoffhaltigen Stoffen, insbesondere von Kohle, Raffinerierückständen, Abfällen oder Biomasse, mittels nicht-thermischen Atmosphärendruckplasmen deutlich niedrigerer Leistungsdichte durchgeführt. In diesem nicht-thermischen Atmosphärendruckplasmen findet zwar noch eine Temperaturerhöhung statt, diese wird aber durch Steuerung von Materialdurchsatz und elektrischer Versorgung derart limitiert, dass ein Großteil der Materialien im Plasmavolumen nicht oder kaum aufgeschmolzen wird.
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Plasmen werden typischerweise durch den Fluss von Gleichstrom- oder Wechselstrom zwischen Paaren von Elektroden erzeugt, wobei die Amplituden von einigen kA, insbesondere bei Lichtbogenplasmen in Stahlkonvertern, bis hinunter zu wenigen 100 mA, insbesondere bei nicht-thermischen Plasmen, reichen können.
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Bei der Erzeugung eines Plasmas kommt es nahe der Elektrodenoberflächen zu einer Erhöhung der elektrischen Feldstärke gegenüber der Plasmasäule sowie zu einer Konzentration des Stromflusses auf sehr kleine Querschnitte. Dadurch steigt die Leistungsdichte in unmittelbarer Nähe zur Elektrodenoberfläche stark an und es kommt nachteiligerweise zu einer starken lokalen Erhöhung der Elektrodentemperatur. Die Region dieser lokalen Temperaturerhöhung wird Elektrodenfußpunkt des Plasmas genannt. Die Temperpaturerhöhung führt nachteilig zum Aufschmelzen und gegebenenfalls sogar zum Verdampfen von Elektrodenmaterial und stellt so eine Ursache starker Elektrodenerosion dar.
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In Stahlkonvertern werden Graphitelektroden eingesetzt, deren Erosion in Kauf genommen wird. Dieses Vorgehen kommt aber nicht für alle Plasma-Anwendungen in Frage, da Verunreinigungen durch Elektrodenmaterialien den Plasmaprozess nachteilig stören können und ein Elektrodenaustausch nachteilig mit wartungsbedingtem Analgenstillstand verbunden ist. Daher werden bei anderen Anwendungen, insbesondere bei der Vergasung von Kohle oder Biomasse, Elektroden aus Metallen hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit eingesetzt. In diesen Elektroden kann die thermische Energie durch Wärmeleitung schnell abgeleitet werden, wodurch Temperaturspitzen reduziert werden. Weiterhin werden lokale Temperaturerhöhungen des Elektrodenmaterials vermieden, indem die thermische Energie über einen großen Elektrodenquerschnitt verteilt wird. Hierzu werden insbesondere Gasströmungen oder magnetische Felder eingesetzt, die zu einer schnellen Bewegung des Lichtbogenfußpunktes auf der Elektrodenoberfläche führen.
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Alternativ kann die Elektrode als rotierende Elektrode ausgelegt werden. Allerdings erfordert dies für die rotierende Elektrode ein Elektrodendesign, das mit einer entsprechend großen Kontaktfläche für das Plasma ausgelegt ist. Aus Gründen der elektrischen Sicherheit wird bevorzugt die Masse-Elektrode rotierend gelagert, während die auf Betriebsspannung liegende Elektrode elektrisch isoliert und ortsfest im Plasmareaktor installiert ist. Dadurch, dass Lagerung und Antrieb der rotierenden Elektrode für zuverlässige Funktion und hinreichend lange Lebensdauer außerhalb des Reaktorvolumens untergebracht werden müssen, wird die Gestaltung des Plasmareaktors für optimale Prozessführung erheblich eingeschränkt. Wegen der komplexeren und störanfälligeren Konstruktion erhöht der Einsatz rotierender Elektroden sowohl die Anschaffungs- als auch die Betriebskosten für den Plasmareaktor.
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Weiterhin sind wassergekühlte Elektroden bekannt, die ebenfalls deutlich erhöhte Lebensdauer gegenüber konventionellen Elektroden haben. In diese Elektroden wird kontinuierlich Wasser zu- und abgeführt. Allerdings weisen sie nachteilig einen komplexen Aufbau auf, weil Wasser mit großer Strömungsgeschwindigkeit durch enge Querschnitte gepumpt werden muss und gleichzeitig dabei die elektrische Isolation der auf Betriebsspannung liegenden Elektrode nicht gefährdet werden darf. Das wird insbesondere durch elektrisch isolierende Leitungen und kontinuierliche Deionisation der Kühlflüssigkeit sicher gestellt. Andererseits geht durch die Kühlung abgeführte Energie aus dem Plasmaprozess verloren. Dieser Energieverlust kann nachteilig bis zu 30–50% der Plasmaleistung betragen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, welche die Erosion der Elektroden bei einer Plasmabildung in einem gashaltigen strömenden Medium vorteilhaft vermindert und dabei energieeffizient ist.
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Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Plasmas mit wenigstens einer ersten hohlen Elektrode und einer zweiten Elektrode zum Ausbilden des Plasmas umfasst eine Kühlvorrichtung, die geeignet ist, zum Kühlen der ersten hohlen Elektrode. Die Kühlvorrichtung ist dabei als ein Wärmerohr ausgebildet und wenigstens teilweise innerhalb der ersten hohlen Elektrode angeordnet.
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Im Wärmerohr wird an der heißen Spitze der ersten hohlen Elektrode ein Wärmemedium verdampft. Es wird dann von der Spitze wegtransportiert, kühlt sich dabei ab, kondensiert und gibt sowohl die fühlbare (oder sensible) als auch die verborgene (oder latente) Wärme wieder an ein gashaltiges Medium des Plasmaprozesses, kurz Plasmamedium genannt, ab. Die Wärme geht demnach vorteilhaft weder verloren und noch als Verlust in die Energiebilanz ein. Das abgekühlte flüssige Wärmemedium fließt dann an der Wand des Wärmerohres wieder hinab zur Spitze. Durch die Umverteilung der Wärme in der Elektrode wird vorteilhaft eine große Kontaktfläche für die Wärmeübertragung von der Elektrode auf das Plasmamedium bereitgestellt, insbesondere verglichen mit gasgekühlten Elektroden mit interner oder externer Gaskühlung, bei der entweder außerhalb der Elektroden oder innerhalb der Elektroden Gas geführt und Wärme ausschließlich über die konvektive Wärmeleitung abgeführt wird.
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Vorteilhaft wird in dieser Erfindung also das Aufheizen und Verdampfen des Kühlmediums an einer Spitze der Elektrode ausgenutzt, um eine effiziente Kühlung vom Elektrodenpunkt des Plasmas, also der Kontaktstelle des Plasmas mit der Elektrode, zu gewährleisten. Da ein Wärmerohr keinen weiteren externen Antrieb benötigt, werden vorteilhaft keine zusätzlichen elektrischen Isolationen der Kühlvorrichtung benötigt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist eine Ummantelung, insbesondere eine Wandung, des Wärmerohrs durch die hohle erste Elektrode ausgebildet.
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Vorteilhaft ist es so möglich, in den Hohlraum in der Elektrode direkt ein Wärmemedium einzuführen und diesen dauerhaft und druckfest zu verschließen. Der Wärmeübergang zwischen dem Elektrodenfußpunkt des Plasmas und dem Wärmemedium des Wärmerohrs durch Wärmeleitung im Metall ist somit vorteilhaft nur durch die dünne Elektrodenwandung nötig. Da so ein großer Temperaturgradient erzielt werden kann, ergibt sich vorteilhaft ein besonders großer Wärmestrom vom Elektrodenfußpunkt des Plasmas auf das Wärmemedium des Wärmerohrs, das durch Verdampfung die Temperatur auf der Innenseite der Elektrodenwandung gleichbleibend niedrig hält und so den Wärmestrom durch die Rohrwandung aufrecht erhält. Aufgrund der sich dadurch ergebenden besonders effizienten Kühlung des Elektrodenfußpunktes hat diese als Wärmerohr ausgeführte Elektrode eine besonders lange Lebensdauer, weil Erosionsprozesse wie das Aufschmelzen von Elektrodenmaterial wirksam unterbunden werden. Im Wartungsfall wird vorteilhaft die vorgefertigte Einheit aus Elektrode und Wärmerohr gefüllt mit Wärmemedium ausgetauscht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung umfasst die Plasmaerzeugungsvorrichtung einen Plasmaraum, in welchem das Plasma ausbildbar ist und eine Plasmamediumzuführeinrichtung, welche geeignet ist, ein Plasmamedium entlang einer axialen Richtung der ersten hohlen Elektrode zuzuführen.
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Vorteilhaft wird das Plasmamedium erwärmt, während es entlang der hohlen Elektrode mit dem Wärmerohr fließt, da in dem Wärmerohr Kondensationswärme des Wärmemediums frei wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung und Ausgestaltung der Erfindung ist das Wärmerohr als Heatpipe ausgestaltet. Unter einer Heatpipe wird ein Wärmerohr mit einem Docht verstanden. Der Docht der Heatpipe dient dazu, das kondensierte Arbeitsfluid zurück zur Spitze der Elektrode, das heißt zum Verdampfer, zu führen. Dieser Docht ist typischerweise an der inneren Mantelfläche der Heatpipe angeordnet. Vorteilhaft wird der Flüssigkeitsstrom durch die Kapillare im Docht deutlich verbessert. Vorteilhaft wird die Wärme in der Heatpipe gleichmäßig an die Oberfläche geführt. Durch die gleichmäßige Verteilung des Wärmemediums an der äußeren Oberfläche der Heatpipe wird vorteilhaft eine deutlich größere Fläche für den Wärmeaustausch bereitgestellt, verglichen mit einer gasgekühlten Elektrode.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung umfasst das Wärmerohr und/oder die erste Elektrode und/oder der Docht als Material Edelstahl und/oder Kupfer. Auch der Docht in einer Heatpipe kann Edelstahl umfassen. Edelstahl ist vorteilhaft korriosionbeständig gegenüber Alkalimetallen, aber auch gegenüber Wasser.
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Kupfer weist vorteilhaft eine gute Wärmeleitfähigkeit, bis zu 40 mal höher als Edelstahl, auf. Kupfer bietet als eingesetztes Material also vorteilhaft einen durchgängig hohen Wärmestrom bei guter Korrosionsbeständigkeit. Das Kupfer ist vorteilhaft wenigstens teilweise vernickelt, was die Korrosionsbeständigkeit nochmal erhöht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung beträgt die erste Länge des Wärmerohrs wenigstens 20% einer zweiten, vom Plasmamedium umströmten Länge der ersten Elektrode. Dadurch wird die in den Elektrodenfußpunkt des Plasmas eingebrachte Wärme auf eine ausreichend großes Elektrodenvolumen verteilt und die Wärmeübertragung auf das Plasmamedium gewährleistet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung beträgt die erste Länge des Wärmerohrs höchstens 80% der vom Plasmamedium umströmten Länge der ersten Elektrode. Dadurch wird die thermische Schädigung der Elektrodendurchführung respektive des Elektrodenanschlusses verhindert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Elektrode analog zur ersten Elektrode hohl und umfasst ein Wärmerohr zur Kühlung. Vorteilhaft kann so auch die Erosion in der zweiten Elektrode vermindert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung umfasst ein äußerer Mantel der ersten Elektrode Kühlrippen. Alternativ zu Kühlrippen können weitere Vorrichtungen geeignet zur Vergrößerung der Oberfläche der Elektrode an der Elektrodenoberfläche angeordnet sein. Vorteilhaft wird durch die Vergrößerung der Oberfläche der Wärmeübergang von dem Wärmerohr auf den Plasmaraum verbessert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist als ein Wärmemedium des Wärmerohrs wenigstens Wasser oder ein Element der Gruppe der Alkalimetalle, insbesondere Natrium oder Kalium einsetzbar.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kühlen einer hohlen ersten Elektrode in einer Plasmaerzeugungsvorrichtung geeignet zum Ausbilden eines elektrischen Plasmas umfasst mehrere Schritte. Zunächst erfolgt das Bereitstellen der ersten hohlen Elektrode mit einem Wärmerohr zum Kühlen der ersten Elektrode, wobei das Wärmerohr innerhalb der ersten Elektrode angeordnet ist. Ein Plasmamedium strömt entlang der ersten hohlen Elektrode zu einer Spitze der ersten hohlen Elektrode. Dort wird ein Plasma erzeugt, wobei in dem Wärmerohr durch einen Phasenwechsel eines Wärmemediums von flüssig nach gasförmig die Spitze gekühlt wird und das Wärmemedium unter Freisetzung von Kondensationswärme während es von der Spitze weg strömt wieder regeneriert und dabei das Plasmamedium während des Strömens an der ersten hohlen Elektrode entlang mittels der Kondensationswärme des Wärmemediums erwärmt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird in dem Wärmerohr ein Wärmemedium an der Spitze der ersten Elektrode in dem Wärmerohr verdampft und gleichzeitig die Spitze gekühlt. Das dampfförmige Wärmemedium strömt von einem ersten Ende des Wärmerohrs an der Spitze der ersten Elektrode zu einem zweiten Ende des Wärmerohrs, wobei das Wärmemedium unter Abgabe einer Kondensationswärme kondensiert und das flüssige Wärmemedium an einer Wandung des Wärmerohres zurück zum ersten Ende strömt, und das Erwärmen des Plasmamediums zwischen dem ersten und zweiten Ende des Wärmerohres erfolgt.
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Weitere Ausgestaltungsformen und weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei handelt es sich um beispielhafte Ausgestaltungsformen und Merkmalskombinationen, die keine Einschränkung des Schutzbereiches bedeuten.
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Dabei zeigen:
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1 eine Plasmaerzeugungsvorrichtung und einen Plasmaraum mit einer Plasmamediumzuführvorrichtung;
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2 eine Plasmaerzeugungsvorrichtung mit zwei hohlen Elektroden mit jeweils einem Wärmerohr;
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3 einen Querschnitt der hohlen Elektrode mit einem Wärmerohr;
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4 eine Plasmaerzeugungsvorrichtung mit einer hohlen Elektrode mit Kühlrippen.
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1 zeigt einen Plasmareaktor 100 mit einer Plasmaerzeugungsvorrichtung 1 mit zwei hohlen Elektroden 2. Die hohlen Elektroden 2 werden mittels einer Spannungsquelle 103 mit elektrischem Strom versorgt. Zwischen den beiden Elektroden 2 ist eine erste Plasmamediumzuführvorrichtung 101 angeordnet. Die Plasmamediumzuführvorrichtung 101 kann aber auch neben beiden Elektroden 2 angeordnet sein. Das erste Plasmamedium 102, welches bevorzugt ein Plasmagas darstellt, wird über diese Plasmamediumzuführvorrichtung 101 in den Plasmaraum 109 geführt. Eine weitere Zuführvorrichtung 105 ermöglicht bei Bedarf das Zugeben eines zweiten Mediums 106 in den Plasmaraum 109. Beim zweiten Medium 106 kann es sich je nach Anwendung um ein Gas handeln, oder um eine Flüssigkeit, die entweder mit oder ohne Gas in den Plasmaraum 109 eingesprüht wird, oder um einen Feststoff, der bevorzugt in feingranularer Form oder als Pulver durch einen Hilfsgasstrom fluidisiert in den Plasmaraum 109 eingeblasen wird. Der Plasmaraum 109 umfasst einen ersten Auslass 107 für Reaktionsprodukte und insbesondere einen zweiten Auslass 108 für Nebenprodukte, insbesondere Aschen oder Schlacken, die durch den Plasmaprozess gebildet werden.
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Die erste Plasmamediumzuführvorrichtung 101 ermöglicht das Zuführen des ersten Plasmamediums 102 in die Plasmaerzeugungsvorrichtung 1 so, dass das Plasmamedium 102 nahezu parallel zu den Elektroden zugeführt wird. Eine Detailansicht hiervon zeigt 2. Die Wahl des ersten üblicherweise gasförmigen Plasmamediums 102 ist anwendungsspezifisch: Im Falle der Plasmavergasung von Biomasse, Kohle, Raffinerierückständen oder sonstigen organische Stoffen bieten sich als Plasmagas Luft, Wasserdampf, Kohlendioxid oder Gemische dieser Stoffe an. Wasserdampf wird mit Temperaturen oberhalb des Siedepunktes für den jeweiligen Arbeitsdruck des Reaktors eingebracht, um Kondensation zu vermeiden. Das Plasmamedium 102 kann auch ein zweiphasiges Gemisch umfassend das Plasmagas und das zu vergasende Medium sein.
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2 zeigt die Plasmaerzeugungsvorrichtung 1 mit den beiden hohlen Elektroden 2. Zwischen den beiden hohlen Elektroden 2 kann sich das Plasma bilden.
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Beide hohlen Elektroden 2 umfassen ein in dem Hohlraum angeordnetes Wärmerohr 3. Die erste Länge 14 des Wärmerohrs 3 beträgt in diesem Beispiel 60% der zweiten Länge 15 der Elektrode 2.
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Das Wärmerohr 3 ist derart in der hohlen Elektrode 2 angeordnet, dass die beiden eine gemeinsame Wandung 6 umfassen. Die Wandung 6 begrenzt einerseits die Außenseite der hohlen Elektrode 2 und andererseits die Innenseite des Wärmerohrs 3. Dies ermöglicht eine optimale Wärmeübertragung, da keine unterschiedlichen Grenzflächen zwischen verschiedenen Materialien vorhanden sind, und die Wärme somit sehr gut transportiert werden kann.
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In dem Wärmerohr 3 befindet sich ein Wärmemedium zum Kühlen der hohlen Elektrode 2. Das Wärmemedium ist typischerweise Wasser. Der Arbeitsbereich von Wasser liegt in einem Bereich zwischen 30 °C bis 200 °C. Vorteilhaft kann der Wärmetransport mit Wasser als Wärmemedium relativ kurz nach der Zündung des Plasmas erfolgen. Es muss dabei sichergestellt sein, dass in dem Wärmerohr 3 immer flüssiges Wasser verfügbar ist.
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Es ist weiterhin alternativ möglich, Natrium als Wärmemedium in dem Wärmerohr 3 einzusetzen. Natrium wird in einem Arbeitsbereich von 600 °C bis 1200 °C eingesetzt. Natrium kann in dem Wärmerohr 3 einen großen Temperaturunterschied ausgleichen und hohe obere Arbeitstemperaturen für die Elektroden 2 gewährleisten. Es sind weiterhin weitere Alkalimetalle wie Kalium oder Cäsium als Wärmemedium einsetzbar. Diese Alkalimetalle haben den Vorteil, eine niedrige untere Temperatur ihres Arbeitsbereiches zu besitzen.
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Das Wärmerohr 3 umfasst weiterhin an der Innenseite seiner Mantelfläche einen Docht 7. Dies ist auch deutlich im Querschnitt in 3 zu erkennen. Dieser Docht 7 umfasst typischerweise Edelstahl. Das Wärmerohr 3 mit Docht 7 wird auch engl. als „Heatpipe“ bezeichnet. Das Wasser, das als Wärmemedium eingesetzt wird, umfasst einen Inhibitor zur Vermeidung der Bildung von Wasserstoff, typischerweise Wasser Typ 347.
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Das flüssige Wasser kondensiert an der Innenfläche des Wärmerohrs 3. Diese Kondensation 10 findet über nahezu die gesamte Länge des Wärmerohrs 3 statt, was durch die Pfeile in Richtung der Kondensations-Flussrichtung des Wassers verdeutlicht wird. Das flüssige Wasser 4 fließt innerhalb des Dochts 7 entlang der Wandung 6 hin zur Spitze 11 der hohlen Elektrode 2. An der Spitze 11 der hohlen Elektrode 2 wird das Plasma erzeugt. Dabei entsteht eine große Wärmemenge, welche über die Wandung 6 übertragen wird und innerhalb des Wärmerohrs 3 das flüssige Wasser 4 verdampft. Das dampfförmige Wasser 5 wird in der Mitte 12 des Wärmerohrs 3 nach oben von der Spitze 11 der hohlen Elektrode 2 transportiert. Schon während der Wasserdampf 5 von der Spitze 11 weg strömt, kondensiert das Wasser teilweise. Die Kondensationswärme wird über die gesamte Länge des Wärmerohres 3 über die Wandung 6 der hohlen Elektrode 2 an das vorbeiströmende Plasmagas 102 abgegeben. Das Plasmagas 102 wird während es an der hohlen Elektrode 2 entlangströmt aufgewärmt. Es findet somit vorteilhaft, im Unterschied zu den Elektrodenkühlungen des Stands der Technik, kaum Wärmeverlust nach außen statt. Dies erhöht die Effizienz der Plasmaerzeugungsvorrichtung 1 vorteilhaft.
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Vorteilhaft wird in dieser Anordnung die Verdampfungsenthalpie des Wassers genutzt, um den Plasmafuß an der Spitze 11 der hohlen Elektrode 2, welche thermisch stark beansprucht wird, zu kühlen. Da dieser Aufbau keine weiteren externen Antriebe benötigt, treten vorteilhaft keine elektrischen Isolationsprobleme auf. Die Verdampfung des Wassers in dem Wärmerohr 3 im Bereich der höchsten thermischen Belastung der Elektrode sorgt für eine sehr effiziente Kühlung. Die Temperatur der Elektrodenspitze 11 wird dadurch deutlich effizienter limitiert und die Erosion des Elektrodenmaterials wird nachhaltig reduziert. Durch die Umverteilung der Wärme in der Elektrode wird eine deutlich größere Kontaktfläche für die Wärmeübertragung von der Elektrode 2 auf das Plasmagas 102 im Plasmaraum 9 bereitgestellt als bei einer rein gasgekühlten Elektrode.
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3 zeigt einen Querschnitt durch die hohle Elektrode 2 und das Wärmerohr 3. Zu sehen ist auch der Docht 7. 3 verdeutlicht, dass der Docht in Art eines dreidimensionalen Netzes aus Edelstahl ausgestaltet ist. Er ermöglicht so das Führen des flüssigen Wassers 4 entlang der Wandung 6 an der Innenfläche des Wärmerohrs 3.
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4 zeigt eine weitere Ausgestaltungsform der Plasmaerzeugungsvorrichtung 1. Analog zu 1 umfasst die Plasmaerzeugungsvorrichtung 1 zwei hohle Elektroden 2 mit Wärmerohren 3. Im Inneren des Wärmerohrs 3 befindet sich ein Wärmemedium, typischerweise Wasser. Weiterhin umfasst die die hohle Elektrode 2 in diesem Beispiel Kühlrippen 13 an ihrer Außenwand.
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Ein Verfahren zum Kühlen einer hohlen Elektrode 2 zum Ausbilden eines elektrischen Plasmas umfasst insbesondere folgende Schritte. Das Bereitstellen einer ersten Elektrode 2 mit einem Wärmerohr 3 zum Kühlen der ersten Elektrode 2, wobei das Wärmerohr 3 innerhalb der ersten Elektrode 2 angeordnet ist. In dem Wärmerohr 3 erfolgt das Verdampfen eines Wärmemediums in einem ersten Ende des Wärmerohres 3 in einer Spitze 11 der ersten Elektrode 2 und gleichzeitig das Abkühlen der Spitze 11. Das gasförmige Wärmemedium Wasserdampf wird von dem ersten Ende des Werberohres, insbesondere der Spitze 11, zu einem zweiten Ende des Wärmerohres 3 geführt. Während des Führens des dampfförmigen Wassers 5 von dem ersten zu dem zweiten Ende des Wärmerohres 3 kondensiert das Wasser 4 und gibt die Kondensationswärme über die Wandung 6 des Wärmerohrs 3 an das vorbeiströmende Plasmagas 102 ab. Das flüssige Wasser 4 wird dann wiederum an das erste Ende des Wärmerohres 3 geführt. Das Führen erfolgt typischerweise über den Docht 7. Das dampfförmige Wasser 5 wird insbesondere mittig axial in der hohlen Elektrode 2 geführt.
