DE102022131436A1

DE102022131436A1 - Device for generating a plasma, high-temperature processing plant with such a device and method for operating such a device or plant

Info

Publication number: DE102022131436A1
Application number: DE102022131436.7A
Authority: DE
Inventors: Gerd Hintz
Original assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date: 2022-11-28
Filing date: 2022-11-28
Publication date: 2024-05-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Erzeugung eines Plasmas (12) umfassend eine Prozessgaszufuhr (14) zur Zuführung eines Prozessgases in die Vorrichtung (10), einen Plasmaerzeugungsraum (16) zur Erzeugung des Plasmas (12) durch ein Ionisieren des Prozessgases, eine Energieversorgung (18) zur Versorgung der Vorrichtung (10) mit Energie, eine Zündeinrichtung (20) zum Zünden und/oder Wiederzünden des Plasmas (12), wobei eine mittels der Energieversorgung (18) in den Plasmaerzeugungsraum (16) eingespeiste Leistung in einem Bereich von 100 Kilowatt bis 1 Gigawatt liegt. Die Erfindung betrifft zudem eine Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage, mit einer solchen Vorrichtung (10) und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung (10) oder Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage (34).The invention relates to a device (10) for generating a plasma (12), comprising a process gas supply (14) for supplying a process gas to the device (10), a plasma generation chamber (16) for generating the plasma (12) by ionizing the process gas, an energy supply (18) for supplying the device (10) with energy, an ignition device (20) for igniting and/or reigniting the plasma (12), wherein a power fed into the plasma generation chamber (16) by means of the energy supply (18) is in a range from 100 kilowatts to 1 gigawatt. The invention also relates to a high-temperature process plant, in particular a melting plant, with such a device (10) and a method for operating such a device (10) or high-temperature process plant, in particular a melting plant (34).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas mit Merkmalen des Anspruchs 1, eine Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage zum Schmelzen eines Materials mittels Schmelzwärme mit Merkmalen des Anspruchs 13 und ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas oder einer Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage mit Merkmalen des Anspruchs 16.The invention relates to a device for generating a plasma with features of claim 1, a high-temperature process plant, in particular a melting plant for melting a material by means of fusion heat with features of claim 13 and a method for operating a device for generating a plasma or a high-temperature process plant, in particular a melting plant with features of claim 16.

Mit Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage, ist hier eine Anlage gemeint, die Wärmeleistung mindestens 100 kW, insbesondere mindestens 500 kW, besonders bevorzugt mindestens 2 MW in einer Plasmaflamme erzeugen kann. Das ist insbesondere für solche Anlagen interessant, die konventionelle Gasbrenner mit einer vergleichbaren Heizleistung im Zuge der Reduzierung des CO2-Ausstoßes ersetzen können sollen.High-temperature process plant, in particular melting plant, is understood here to mean a plant that can generate a heat output of at least 100 kW, in particular at least 500 kW, particularly preferably at least 2 MW in a plasma flame. This is particularly interesting for plants that are intended to be able to replace conventional gas burners with a comparable heating output in the course of reducing CO2 emissions.

Plasmabrenner sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei wird ein Lichtbogen aus einem ionisierten Gas, dem sogenannten Plasma, erzeugt. Das Plasma kann dabei eine Temperatur von ca. 30.000 °C aufweisen. Zur Erzeugung des Plasmas muss dieses zunächst gezündet, also das Gas ionisiert, werden. Um das Plasma aufrecht zu erhalten, also das Gas im ionisierten Zustand zu halten, muss dauerhaft Energie (bzw. Leistung) in den Plasmabrenner eingespeist werden. Es gibt unterschiedliche Arten, das Plasma zu zünden.Plasma torches are well known in the art. They generate an arc from an ionized gas, known as plasma. The plasma can have a temperature of around 30,000 °C. To generate the plasma, it must first be ignited, i.e. the gas must be ionized. To maintain the plasma, i.e. to keep the gas in an ionized state, energy (or power) must be continuously fed into the plasma torch. There are different ways of igniting the plasma.

US 2015/0021301 A1 offenbart eine Zündvorrichtung zum Zünden eines Plasmabrenners. Dabei wird ein gepulster Nd:YAG Laser verwendet, dessen Laserstrahl in das zu ionisierte Gas geleitet wird, um dieses zu ionisieren bzw. das Plasma zu zünden. US 2015/0021301 A1 discloses an ignition device for igniting a plasma torch. A pulsed Nd:YAG laser is used, the laser beam of which is directed into the gas to be ionized in order to ionize it or ignite the plasma.

Nachteilig dabei ist, dass das Plasma Material von den Kathoden abtragen kann, das den Hochtemperaturprozess, insbesondere Schmelzprozess verunreinigen kann. Das ist insbesondere bei hohen Leistungen, wie sie für diese Prozesse benötigt werden, problematisch.The disadvantage is that the plasma can remove material from the cathodes, which can contaminate the high-temperature process, especially the melting process. This is particularly problematic at high power levels, as required for these processes.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas, insbesondere eines Plasmastrahls, eine Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage zum Schmelzen eines Materials mittels Schmelzwärme und ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung oder einer Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage bereitzustellen, wobei die eingespeiste Leistung in einem Bereich von 100 Kilowatt bis 1 Gigawatt liegt. Die Hochtemperaturprozessanlage kann auch zum Brennen von Zement verwendet werden.The object of the invention is to provide a device for generating a plasma, in particular a plasma jet, a high-temperature process plant, in particular a melting plant for melting a material by means of melting heat, and a method for operating a device or a high-temperature process plant, in particular a melting plant, wherein the power fed in is in a range from 100 kilowatts to 1 gigawatt. The high-temperature process plant can also be used for firing cement.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Vorrichtung kann als ein Plasmabrenner ausgebildet sein. Die Vorrichtung umfasst eine Prozessgaszufuhr zur Zuführung eines Prozessgases in die Vorrichtung und einen Plasmaerzeugungsraum zur Erzeugung des Plasmas durch ein Ionisieren des Prozessgases. Der Plasmaerzeugungsraum kann als eine Plasmaerzeugungskammer ausgebildet sein.This object is achieved by a device for generating a plasma with the features of claim 1. The device can be designed as a plasma torch. The device comprises a process gas supply for supplying a process gas into the device and a plasma generation space for generating the plasma by ionizing the process gas. The plasma generation space can be designed as a plasma generation chamber.

Die Vorrichtung umfasst eine Energieversorgung zur Versorgung der Vorrichtung mit Energie. Die Energieversorgung ist insbesondere zur induktiven Einspeisung von Energie in den Plasmaerzeugungsraum eingerichtet. Die Vorrichtung umfasst eine Zündeinrichtung zum Zünden und/oder Wiederzünden des Plasmas.The device comprises a power supply for supplying the device with energy. The power supply is designed in particular for inductively feeding energy into the plasma generation chamber. The device comprises an ignition device for igniting and/or reigniting the plasma.

Mit Energieversorgung ist in dieser Offenbarung allgemein eine elektrische Energieversorgung gemeint. Sie weist üblicherweise eine Leistungsumwandlervorrichtung auf, die ausgelegt ist, die ihr gelieferte Leistung, insbesondere die ihr von einem Leistungsversorgungsnetz gelieferte elektrische Leistung in eine für den zu versorgenden Prozess geeignete elektrische Leistung umzuwandeln und zur Versorgung bereit zu stellen. Eine Energieversorgung im Sinne dieser Offenbarung kann weitere Komponenten aufweisen, um die gelieferte elektrische Leistung möglichst geeignet dem Prozess zur Verfügung stellen zu können.In this disclosure, energy supply generally means an electrical energy supply. It usually has a power converter device that is designed to convert the power supplied to it, in particular the electrical power supplied to it by a power supply network, into electrical power suitable for the process to be supplied and to make it available for supply. An energy supply in the sense of this disclosure can have further components in order to be able to make the electrical power supplied available to the process as suitably as possible.

Die Vorrichtung kann eine oder mehrere Energieversorgungen aufweisen, wie sie in Kombination in der Anmeldung mit der Anmeldenummer DE 10 2022 131 435.9 , eingereicht am 28. November 2022 mit dem Titel: „Vorrichtung zur Erzeugung einer Plasmaflamme, Plasmaerzeugungseinrichtung, Hochtemperaturprozessanlage und entsprechendes Betriebsverfahren“ beschrieben sind. Die Anmeldung DE 10 2022 131 435.9 wird vollständig unter Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen. Die hier vorliegend beschriebene Vorrichtung und das hier vorliegend beschriebene Verfahren können weitere Merkmale und Eigenschaften der Beschreibung und Ansprüche der Anmeldung DE 10 2022 131 435.9 aufweisen.The device may comprise one or more power supplies as described in combination in the application with the application number EN 10 2022 131 435.9 , filed on November 28, 2022, entitled: "Device for generating a plasma flame, plasma generation device, high-temperature process plant and corresponding operating method". The application EN 10 2022 131 435.9 is fully incorporated by reference into the present application. The device and method described here may include further features and properties of the description and claims of the application EN 10 2022 131 435.9 exhibit.

Eine mittels der Energieversorgung in den Plasmaerzeugungsraum eingespeiste Leistung liegt in einem Bereich von 100 Kilowatt bis 1 Gigawatt. Die mittels der Energieversorgung in den Plasmaerzeugungsraum eingespeiste Leistung kann in einem Bereich von 300 Kilowatt bis 500 Megawatt liegen. Die mittels der Energieversorgung in den Plasmaerzeugungsraum eingespeiste Leistung kann in einem Bereich von 300 Kilowatt bis 100 Megawatt liegen. Die mittels der Energieversorgung in den Plasmaerzeugungsraum eingespeiste Leistung kann induktiv eingespeist werden. Die Vorrichtung kann zur induktiven Einspeisung von Energie mindestens eine Induktionsspule aufweisen.The power fed into the plasma generation room by means of the energy supply lies in a range from 100 kilowatts to 1 gigawatt. The power fed into the plasma generation room by means of the energy supply can lie in a range from 300 kilowatts to 500 megawatts. The power fed into the plasma generation room by means of the energy supply can lie in a Range from 300 kilowatts to 100 megawatts. The power fed into the plasma generation chamber by means of the energy supply can be fed in inductively. The device can have at least one induction coil for the inductive feeding of energy.

Damit kann eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas mit einer sehr hohen eingespeisten Leistung bereitgestellt werden. Damit kann ein Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage betrieben werden.This makes it possible to provide a device for generating a plasma with a very high input power. This can be used to operate a high-temperature process plant, in particular a melting plant.

Vorliegend ist mit „Zünden“ das erstmalige Zünden eines „kalten Plasmas“ bzw. das erstmalige Ionisieren eines zu ionisierenden Gases gemeint. Entsprechend ist mit „Wiederzünden“ ein erneutes Zünden eines „vorgewärmten Plasmas“ gemeint. Mit anderen Worten, beim Wiederzünden wird ein bereits zuvor gezündetes Plasma erneut gezündet bzw. ein bereits zuvor ionisiertes Gas erneut ionisiert. Dabei ist die zum Wiederzünden benötigte Leistung geringer als die Leistung, die zum erstmaligen Zünden des Plasmas benötigt wird.In this case, "ignition" means the initial ignition of a "cold plasma" or the initial ionization of a gas to be ionized. Similarly, "re-ignition" means the renewed ignition of a "pre-heated plasma". In other words, during re-ignition, a previously ignited plasma is re-ignited or a previously ionized gas is re-ionized. The power required for re-ignition is lower than the power required for the initial ignition of the plasma.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Zündeinrichtung einen Laser umfassen. Damit kann eine optische Zündquelle für die Zündeinrichtung bereitgestellt werden. Hierdurch kann ein berührungsloser und/oder ein ferngesteuerter Zünd- und/oder Wiederzündvorgang des Plasmas umgesetzt werden. Mit Laser ist hier allgemein eine lasererzeugende Anordnung gemeint. Dies kann z.B. ein Gaslaser, ein Festkörperlaser oder auch eine Anordnung aufweisend eine Kombination von Lasern sein, z.B. ein sogenannter MOPA (Master Oscillator Power Amplifier).According to a further development, the ignition device can comprise a laser. This can provide an optical ignition source for the ignition device. This can be used to implement a contactless and/or remote-controlled ignition and/or re-ignition process of the plasma. Laser here generally refers to a laser-generating arrangement. This can be, for example, a gas laser, a solid-state laser or an arrangement comprising a combination of lasers, e.g. a so-called MOPA (Master Oscillator Power Amplifier).

Gemäß einer Weiterbildung kann der Laser derart eingerichtet sein, dass mittels des Lasers ein Luftfunken in dem Plasmaerzeugungsraum erzeugt werden kann. Mit Luftfunken ist in dieser Offenbarung allgemein ein lokal begrenztes Plasma gemeint, das durch den erhöhten Energieeintrag im ansonsten noch ungezündeten Gas entsteht. Dies kann Abmessungen von 100 µm bis hin zu 5 cm aufweisen. Damit kann das Plasma mittels des Lasers sicher und stabil gezündet und/oder wiedergezündet werden. Hierdurch kann ein berührungsloser und/oder ein ferngesteuerter Zünd- und/oder Wiederzündvorgang des Plasmas umgesetzt werden.According to a further development, the laser can be set up in such a way that an air spark can be generated in the plasma generation space by means of the laser. In this disclosure, air spark generally means a locally limited plasma that is created by the increased energy input in the otherwise still unignited gas. This can have dimensions of 100 µm up to 5 cm. The plasma can thus be safely and stably ignited and/or re-ignited by means of the laser. This makes it possible to implement a contactless and/or remote-controlled ignition and/or re-ignition process of the plasma.

Gemäß einer Weiterbildung kann der Laser als ein Ultrakurz gepulster (UKP-) Laser mit Pulsdauern kleiner als 10 ps, insbesondere als Femtosekundenlaser mit Pulsdauern kleiner als 1 ps, ausgebildet sein. Ein UKP-Laser ist z. B. in der Offenlegung DE 10 2018 200 029 A1 beschrieben. Ein UKP-Laser, insbesondere ein Femtosekundenlaser, kann eine hohe Leistungsdichte aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, einen Laser mit einer hohen Strahlgüte zu verwenden. Eine hohe Strahlgüte kann z.B. ein Laserstrahl mit einer Strahlqualität K ≥ 0,7, insbesondere K ≥ 0,9 sein, wobei für K gilt: K = 1/M². und der M²-Faktor die Beugungsmaßzahl ist. Damit kann eine hohe Leistungsdichte in das Plasma eingespeist werden. Hierdurch kann ein sicheres und stabiles Zünden und/oder Wiederzünden des Plasmas umgesetzt werden.According to a further development, the laser can be designed as an ultrashort pulsed (USP) laser with pulse durations of less than 10 ps, in particular as a femtosecond laser with pulse durations of less than 1 ps. A USP laser is disclosed, for example, in the disclosure EN 10 2018 200 029 A1 described. A USP laser, in particular a femtosecond laser, can have a high power density. Alternatively or additionally, it is conceivable to use a laser with a high beam quality. A high beam quality can be, for example, a laser beam with a beam quality K ≥ 0.7, in particular K ≥ 0.9, where K is K = 1/M ² . and the M ² factor is the diffraction index. This allows a high power density to be fed into the plasma. This enables a safe and stable ignition and/or reignition of the plasma.

Gemäß einer Weiterbildung kann der Laser beabstandet zu dem Plasmaerzeugungsraum angeordnet sein. Der Abstand von Laserquelle zu der äußeren Hülle des Plasmaerzeugungsraums kann dabei beispielsweise mindestens 10 cm aufweisen. Damit kann die Zündeinrichtung flexibel ausgebildet werden und an unterschiedliche Gegebenheiten (bspw. begrenzt zur Verfügung stehender Bauraum) angepasst werden. Zudem kann hierdurch ein berührungsloser und/oder ein ferngesteuerter Zünd- und/oder Wiederzündvorgang des Plasmas umgesetzt werden.According to a further development, the laser can be arranged at a distance from the plasma generation chamber. The distance from the laser source to the outer shell of the plasma generation chamber can be at least 10 cm, for example. This allows the ignition device to be designed flexibly and adapted to different conditions (e.g. limited available installation space). In addition, this can be used to implement a contactless and/or remote-controlled ignition and/or re-ignition process of the plasma.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Zündeinrichtung mindestens eine Optikeinrichtung umfassen. Eine Optikeinrichtung kann eine oder mehrere der folgenden Komponenten in Kombination aufweisen: Linse, Fresnel-Zonenplatte, optischer Filter, Planplatte, Wellenplatte, Spiegel, Prisma, Beugungsgitter, Blende. Die Optikeinrichtung kann eingerichtet sein, um einen mittels des Lasers erzeugten Laserstrahl zumindest abschnittsweise optisch aufzuweiten. Hierdurch kann der Laserstrahl besonders effizient und stabil geleitet („transportiert“) werden.According to a further development, the ignition device can comprise at least one optical device. An optical device can have one or more of the following components in combination: lens, Fresnel zone plate, optical filter, plane plate, wave plate, mirror, prism, diffraction grating, aperture. The optical device can be set up to optically expand a laser beam generated by the laser, at least in sections. This allows the laser beam to be guided (“transported”) particularly efficiently and stably.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Zündeinrichtung mindestens eine Fokussiereinrichtung umfassen. Die Fokussiereinrichtung kann eingerichtet sein, um einen mittels des Lasers erzeugten Laserstrahl innerhalb des Plasmaerzeugungsraums zu fokussieren. Hierdurch kann die Energie des Lasers bzw. des Laserstrahls auf einen lokalen Bereich bzw. auf einen Punkt konzentriert werden.According to a further development, the ignition device can comprise at least one focusing device. The focusing device can be set up to focus a laser beam generated by the laser within the plasma generation space. This allows the energy of the laser or the laser beam to be concentrated on a local area or on a point.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Fokussiereinrichtung mindestens eine Sammellinse umfassen. Mit einer Sammellinse ist eine optisch, insbesondere sphärisch geschliffene Linse mit positiver Brechkraft gemeint. Parallel einfallendes Licht wird in ihrer Brennebene gesammelt. Speziell wird parallel zur optischen Achse eingestrahltes Licht im Brennpunkt fokussiert. Alternativ oder zusätzlich kann die Fokussiereinrichtung eine Spiegeloptik umfassen, insbesondere eine Spiegeloptik mit vergleichbaren Eigenschaften wie die der Sammellinse. Hierdurch lässt sich mit einfachen Mitteln eine Strahlfokussierung umsetzen.According to a further development, the focusing device can comprise at least one converging lens. A converging lens is an optical, in particular spherically ground lens with positive refractive power. Parallel incident light is collected in its focal plane. In particular, light radiated parallel to the optical axis is focused at the focal point. Alternatively or additionally, the focusing device can comprise a mirror optic, in particular a mirror optic with comparable properties to those of the converging lens. This allows beam focusing to be implemented using simple means.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Zündeinrichtung eine Leistungsversorgungsvorrichtung zur Erzeugung einer vorgegebenen Stromstärke und/oder einer vorgegebenen Spannung aufweisen. Die Leistungsversorgungsvorrichtung kann als eine Strom- und/oder Spannungsquelle ausgebildet sein.According to a further development, the ignition device can have a power supply device for generating a predetermined current intensity and/or a predetermined voltage. The power supply device can be designed as a current and/or voltage source.

Mit Leistungsversorgungsvorrichtung ist in dieser Offenbarung allgemein eine elektrische Leistungsversorgungsvorrichtung gemeint. Sie weist üblicherweise eine oben bereits genannte Leistungsumwandlervorrichtung auf, die ausgelegt ist, die ihr gelieferte Leistung, insbesondere die ihr von einem Leistungsversorgungsnetz gelieferte elektrische Leistung in eine für den zu versorgenden Prozess geeignete elektrische Leistung umzuwandeln und zur Versorgung bereit zu stellen. Eine Leistungsversorgungsvorrichtung im Sinne dieser Offenbarung kann weitere Komponenten aufweisen, z.B. eine Steuerung, Filter, Abschirmungen und/oder Komponenten zur Vermeidung von Personenschäden auf Grund von Hitze, Strahlung oder elektrischem Strom.In this disclosure, a power supply device generally means an electrical power supply device. It usually has a power converter device as already mentioned above, which is designed to convert the power supplied to it, in particular the electrical power supplied to it by a power supply network, into electrical power suitable for the process to be supplied and to make it available for supply. A power supply device in the sense of this disclosure can have further components, e.g. a controller, filters, shields and/or components for preventing personal injury due to heat, radiation or electrical current.

Die Zündeinrichtung kann eine Elektrode aufweisen, die elektrisch mit der Leistungsversorgungsvorrichtung verbunden ist. Hierdurch kann die zum Zünd- und/oder Wiederzündvorgang benötigte Leistung mit einem einfachen Mittel bereitgestellt werden.The ignition device can have an electrode that is electrically connected to the power supply device. This allows the power required for the ignition and/or re-ignition process to be provided by a simple means.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Elektrode Metall, insbesondere Aluminium, aufweisen. Die Elektrode kann aus Metall, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet sein. Hierdurch kann mit einem einfachen und kostengünstigen Mittel eine Elektrode bereitgestellt werden. Die Elektrode kann aus dem Material, insbesondere dem Metall, bereitgestellt sein, dass auch gebrannt oder geschmolzen werden soll. Auf diese Weise kann eine Verunreinigung des Brennguts oder der Schmelze mit fremden Materialien vermieden werden.According to a further development, the electrode can comprise metal, in particular aluminum. The electrode can be made of metal, in particular aluminum. This makes it possible to provide an electrode using a simple and cost-effective means. The electrode can be made of the material, in particular the metal, that is to be fired or melted. In this way, contamination of the firing material or the melt with foreign materials can be avoided.

Die Elektrode kann Material aufweisen, insbesondere aus dem Material bereitgestellt sein, das dem Brenngut oder der Schmelze beigefügt werden soll, z.B. Carbon, Wolfram, Mangan oder Silizium. Auf diese Weise kann eine Substitution des Brennguts oder der Schmelze mit gezielten Materialien unterstützt werden.The electrode can comprise material, in particular be made from the material that is to be added to the firing material or the melt, e.g. carbon, tungsten, manganese or silicon. In this way, a substitution of the firing material or the melt with specific materials can be supported.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Zündeinrichtung derart eingerichtet sein, dass mittels der Elektrode ein Luftfunken in dem Plasmaerzeugungsraum erzeugt werden kann. Die mittels der Leistungsversorgungsvorrichtung erzeugte Stromstärke und/oder Spannung kann in die Elektrode geleitet werden, die einen Luftfunken in dem Plasmaerzeugungsraum erzeugt. Die Elektrode kann hierfür in den Plasmaerzeugungsraum hineinragen und/oder zumindest teilweise in dem Plasmaerzeugungsraum angeordnet sein. Hierdurch kann das Plasma mit einfachen Mitteln, sicher und stabil gezündet und/oder wiedergezündet werden.According to a further development, the ignition device can be set up in such a way that an air spark can be generated in the plasma generation chamber by means of the electrode. The current and/or voltage generated by means of the power supply device can be conducted into the electrode, which generates an air spark in the plasma generation chamber. For this purpose, the electrode can protrude into the plasma generation chamber and/or be arranged at least partially in the plasma generation chamber. As a result, the plasma can be ignited and/or re-ignited safely and stably using simple means.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Elektrode als ein Draht mit automatisiertem Vorschub, insbesondere als Endlosdraht ausgebildet sein. Da die Elektrode insbesondere beim Zünden und/oder Wiederzünden des Plasmas Stück für Stück verbraucht wird, kann hierdurch das Material der Elektrode immer wieder nachgeführt werden, sodass ein Austausch der Elektrode nicht nötig ist.According to a further development, the electrode can be designed as a wire with automated feed, in particular as a continuous wire. Since the electrode is used up piece by piece, in particular when igniting and/or re-igniting the plasma, the material of the electrode can be replenished again and again, so that replacing the electrode is not necessary.

Die obige Aufgabe wird weiter durch eine Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage, zum Schmelzen eines Materials mittels Schmelzwärme mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Die Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage, kann zum Schmelzen von Glas, , Halbleitermaterial oder eines Metalls, insbesondere zum Schmelzen von Aluminium, eingerichtet sein. Die Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage, umfasst mindestens eine Vorrichtung gemäß obigen Ausführungen. Die Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage ist derart eingerichtet, dass die benötigte Prozesswärme, insbesondere Schmelzwärme zumindest teilweise, insbesondere vollständig, mittels der Vorrichtung erzeugt wird. Mit Prozesswärme eines Hochtemperaturprozessanlage sind zumindest 3000° C gemeint Damit kann die Vorrichtung als Heizquelle der Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage, eingesetzt werden und die Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage, effizient betrieben werden. Hinsichtlich der weiteren damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Vorrichtung verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung der Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage, können die im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenen und/oder die nachfolgend noch erläuterten Maßnahmen dienen.The above object is further achieved by a high-temperature process plant, in particular a melting plant, for melting a material using melting heat with the features of claim 13. The high-temperature process plant, in particular a melting plant, can be set up for melting glass, semiconductor material or a metal, in particular for melting aluminum. The high-temperature process plant, in particular a melting plant, comprises at least one device according to the above statements. The high-temperature process plant, in particular a melting plant, is set up in such a way that the required process heat, in particular melting heat, is generated at least partially, in particular completely, by means of the device. The process heat of a high-temperature process plant means at least 3000° C. This means that the device can be used as a heat source for the high-temperature process plant, in particular a melting plant, and the high-temperature process plant, in particular a melting plant, can be operated efficiently. With regard to the further advantages that can be achieved with it, reference is made to the relevant statements on the device. The measures described in connection with the device and/or those explained below can be used to further configure the high-temperature process plant, in particular a melting plant.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Schmelzanlage einen Schmelzraum umfassen. In dem Schmelzraum kann das zu schmelzende Material angeordnet sein. Das zu schmelzende Material kann Glas, Halbleitermaterial oder Metall, insbesondere Aluminium, sein. Die Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage, kann derart ausgebildet sein, dass das mittels der Vorrichtung erzeugte Plasma zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in den Brennraum, insbesondere Schmelzraum eingeleitet werden kann. Hierdurch kann der Schmelzraum der Schmelzanlage mittels der Vorrichtung bzw. mittels des durch die Vorrichtung erzeugten Plasmas effizient geheizt werden.According to a further development, the melting system can comprise a melting chamber. The material to be melted can be arranged in the melting chamber. The material to be melted can be glass, semiconductor material or metal, in particular aluminum. The high-temperature process system, in particular melting system, can be designed such that the plasma generated by means of the device can be introduced at least partially, in particular completely, into the combustion chamber, in particular melting chamber. As a result, the melting chamber of the melting system can be efficiently heated by means of the device or by means of the plasma generated by the device.

Gemäß einer Weiterbildung kann das zu schmelzende Material ein Metall sein. Die Zündeinrichtung der Vorrichtung kann eine Elektrode aufweisen, die das gleiche Metall aufweist. Die Zündeinrichtung der Vorrichtung kann eine Elektrode aufweisen, die aus dem gleichen Metall ausgebildet ist. Insbesondere kann es sich bei dem Metall um Aluminium handeln. Hierdurch kann das Zünden bzw. das Wiederzünden des Plasmas besonders effizient und kostengünstig umgesetzt werden.According to a further development, the material to be melted can be a metal. The ignition The device's ignition device can have an electrode that has the same metal. The ignition device of the device can have an electrode that is made of the same metal. In particular, the metal can be aluminum. This allows the ignition or re-ignition of the plasma to be implemented particularly efficiently and cost-effectively.

Die Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage, kann eine Gasabfuhr zum Abführen von Abgasen, insbesondere aus dem Brennraum, vorzugsweise dem Schmelzraum, umfassen. Damit können die während des Betriebs der Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage, entstehenden Abgase sicher abgeführt werden. Die Gasabfuhr kann eine Abzugshaube umfassen. Damit können die während des Betriebs der Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage, entstehenden Abgase effizient gesammelt, der Gasabfuhr zugeführt und aus der Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage, insbesondere aus dem Schmelzraum, abgeführt werden.The high-temperature process plant, in particular the melting plant, can comprise a gas discharge for discharging exhaust gases, in particular from the combustion chamber, preferably the melting chamber. This allows the exhaust gases generated during operation of the high-temperature process plant, in particular the melting plant, to be safely discharged. The gas discharge can comprise an exhaust hood. This allows the exhaust gases generated during operation of the high-temperature process plant, in particular the melting plant, to be efficiently collected, fed to the gas discharge and discharged from the high-temperature process plant, in particular the melting plant, in particular from the melting chamber.

Die obige Aufgabe wird weiter durch ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß obigen Ausführungen oder einer Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage gemäß obigen Ausführungen mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte:

Bereitstellen der Vorrichtung und/oder der Schmelzanlage.
Erzeugen des Plasmas mittels der Vorrichtung.
Zum Zünden und/oder Wiederzünden des Plasmas kann ein Luftfunken in dem Plasmaerzeugungsraum mittels der Zündeinrichtung erzeugt werden.

The above object is further achieved by a method for operating a device according to the above embodiments or a high-temperature process plant, in particular a melting plant according to the above embodiments with the features of claim 16. The method comprises the steps:

Provision of the device and/or the melting system.
Generating the plasma by means of the device.
To ignite and/or reignite the plasma, an air spark can be generated in the plasma generation chamber by means of the ignition device.

Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Vorrichtung bzw. zur Schmelzanlage verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung des Verfahrens können die im Zusammenhang mit der Vorrichtung oder der Schmelzanlage beschriebenen und/oder die nachfolgend noch erläuterten Maßnahmen dienen.With regard to the advantages that can be achieved, reference is made to the relevant statements on the device or the melting plant. The measures described in connection with the device or the melting plant and/or those explained below can be used to further develop the process.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage, mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
2 eine schematische Darstellung der Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage, mit der Vorrichtung zur Erzeugung des Plasmas gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Further features, details and advantages of the invention emerge from the wording of the claims and from the following description of embodiments with reference to the drawings. They show:

1 a schematic representation of a high-temperature process plant, in particular a melting plant, with a device for generating a plasma according to a first embodiment and
2 a schematic representation of the high-temperature process plant, in particular melting plant, with the device for generating the plasma according to a second embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren tragen sich entsprechende Bauteile und Elemente gleiche Bezugszeichen.In the following description and in the figures, corresponding components and elements have the same reference symbols.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage 34, mit einer Vorrichtung 10 zur Erzeugung eines Plasmas 12 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 10 ist in Form eines Plasmabrenners ausgebildet, der ausgelegt ist, eine Plasmaflamme 12a zu erzeugen. 1 shows a schematic representation of a high-temperature process plant, in particular melting plant 34, with a device 10 for generating a plasma 12 according to a first embodiment. The device 10 is designed in the form of a plasma burner which is designed to generate a plasma flame 12a.

Die Vorrichtung 10 umfasst eine Prozessgaszufuhr 14 zur Zuführung eines Prozessgases in die Vorrichtung 10 und einen Plasmaerzeugungsraum 16 zur Erzeugung des Plasmas 12 durch ein Ionisieren des Prozessgases. Der Plasmaerzeugungsraum 16 ist vorliegend in Form einer Plasmaerzeugungskammer ausgebildet.The device 10 comprises a process gas supply 14 for supplying a process gas into the device 10 and a plasma generation chamber 16 for generating the plasma 12 by ionizing the process gas. The plasma generation chamber 16 is in the form of a plasma generation chamber.

Die Vorrichtung 10 umfasst weiter eine Energieversorgung 18 zur Versorgung der Vorrichtung 10 mit Energie. Vorliegend ist die Energieversorgung 18 zur induktiven Einspeisung von Energie in den Plasmaerzeugungsraum 16 ausgebildet.The device 10 further comprises a power supply 18 for supplying the device 10 with energy. In the present case, the power supply 18 is designed for the inductive feeding of energy into the plasma generation chamber 16.

Die Vorrichtung umfasst weiter eine Zündeinrichtung 20 zum Zünden und/oder Wiederzünden des Plasmas 12. Die mittels der Energieversorgung 18 eingespeiste Leistung, die vorliegend induktiv eingespeist wird, liegt in einem Bereich von 100 Kilowatt bis 1 Gigawatt. Die eingespeiste Leistung kann in einem Bereich von 300 Kilowatt bis 500 Megawatt liegen. Ebenso denkbar ist es, dass die eingespeiste Leistung in einem Bereich von 300 Kilowatt es 100 Megawatt liegen kann.The device further comprises an ignition device 20 for igniting and/or reigniting the plasma 12. The power fed in by means of the energy supply 18, which is fed in inductively in the present case, is in a range from 100 kilowatts to 1 gigawatt. The fed in power can be in a range from 300 kilowatts to 500 megawatts. It is also conceivable that the fed in power can be in a range from 300 kilowatts to 100 megawatts.

Die Zündeinrichtung 20 umfasst vorliegend einen Laser 22. Der Laser 22 ist vorliegend als eine Ultrakurz gepulste (UKP)-Laserstrahlung mit Pulsdauern kleiner als 10 ps, insbesondere als ein Femtosekunden-Laser mit Pulsdauern kleiner als 1 ps ausgebildet. Der Laser 22 ist derart eingerichtet, dass mittels des Lasers 22 ein Luftfunken in dem Plasmaerzeugungsraum 16 erzeugt werden kann. Der Laser 22 ist vorliegend beabstandet zum Plasmaerzeugungsraum 16 angeordnet.The ignition device 20 comprises a laser 22. The laser 22 is designed as an ultrashort pulsed (USP) laser radiation with pulse durations of less than 10 ps, in particular as a femtosecond laser with pulse durations of less than 1 ps. The laser 22 is set up in such a way that an air spark can be generated in the plasma generation chamber 16 by means of the laser 22. The laser 22 is arranged at a distance from the plasma generation chamber 16.

Die Zündeinrichtung 20 umfasst vorliegend eine Optikeinrichtung 24. Die Optikeinrichtung 24 ist eingerichtet, um einen mittels des Lasers 22 erzeugten Laserstrahl 26 zumindest abschnittsweise optisch aufzuweiten.The ignition device 20 in the present case comprises an optical device 24. The optical device 24 is designed to optically expand a laser beam 26 generated by means of the laser 22, at least in sections.

Die Zündeinrichtung 20 umfasst vorliegend eine Fokussiereinrichtung 28, wobei die Fokussiereinrichtung 28 eingerichtet ist, um einen mittels des Lasers 22 erzeugten Laserstrahl 26 innerhalb des Plasmaerzeugungsraums 16 zu fokussieren. Die Fokussiereinrichtung 28 kann hierfür mindestens eine Sammellinse umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Fokussiereinrichtung 28 hierfür eine Spiegeloptik umfassen.The ignition device 20 here comprises a focusing device 28, wherein the focusing device 28 is designed to focus a laser beam 26 generated by the laser 22 within the plasma generation chamber 16. The focusing device 28 can comprise at least one converging lens for this purpose. Alternatively or additionally, the focusing device 28 can comprise a mirror optic for this purpose.

Der mittels des Lasers 22 erzeugte Laserstrahl 26 wird auf die Optikeinrichtung 24 geleitet bzw. trifft auf die Optikeinrichtung 24. Der Laserstrahl 26 wird mittels der Optikeinrichtung 24 (für den weiteren Transport) aufgeweitet. Der aufgeweitete Laserstrahl 26 wird auf die Fokussiereinrichtung 28 geleitet bzw. trifft auf die Fokussiereinrichtung 28. Der Laserstrahl 26 wird mittels der Fokussiereinrichtung 28 in den Plasmaerzeugungsraum 16 fokussiert. Der fokussierte Laserstrahl 26 erzeugt in dem Plasmaerzeugungsraum 16 einen Zündfunken, welcher zum Zünden und/oder Wiederzünden des Plasmas 12 führt.The laser beam 26 generated by the laser 22 is directed to the optical device 24 or strikes the optical device 24. The laser beam 26 is expanded by the optical device 24 (for further transport). The expanded laser beam 26 is directed to the focusing device 28 or strikes the focusing device 28. The laser beam 26 is focused into the plasma generation chamber 16 by the focusing device 28. The focused laser beam 26 generates an ignition spark in the plasma generation chamber 16, which leads to the ignition and/or re-ignition of the plasma 12.

Die Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage 34, kann zum Schmelzen eines Materials 36 mittels Schmelzwärme eingerichtet sein. Die Schmelzwärme wird vorliegend mittels der Vorrichtung 10 erzeugt. Die Plasmaflamme 12a ist ausgelegt, die Wärme zum Schmelzen des Materials 36 zur Verfügung zu stellen. Die Schmelzanlage 34 weist einen Schmelzraum 38 auf, in welchem das zu schmelzende Material 36 angeordnet ist. Das mittels der Vorrichtung 10 erzeugte Plasma 12 wird vorliegend in den Schmelzraum 38 eingeleitet. So kann der Schmelzraum 38 mittels des von der Vorrichtung 10 erzeugten Plasmas 12 aufgeheizt werden. Die Hochtemperaturprozessanlage kann auch ausgelegt sein zum Brennen von Kalk oder Zement.The high-temperature process plant, in particular melting plant 34, can be set up to melt a material 36 using melting heat. The melting heat is generated in this case by means of the device 10. The plasma flame 12a is designed to provide the heat for melting the material 36. The melting plant 34 has a melting chamber 38 in which the material 36 to be melted is arranged. The plasma 12 generated by means of the device 10 is introduced into the melting chamber 38 in this case. The melting chamber 38 can thus be heated by means of the plasma 12 generated by the device 10. The high-temperature process plant can also be designed for burning lime or cement.

Die Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage 34, umfasst vorliegend eine Gasabfuhr 35 zum Abführen von Abgasen aus dem Brennraum, insbesondere Schmelzraum 38. Die Gasabfuhr 35 umfasst eine Abzugshaube 37. So können die während des Betriebs der Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage 34, entstehenden Abgase mittels der Abzugshaube 37 gesammelt, der Gasabfuhr 35 zugeführt und mittels der Gasabfuhr 35 aus dem Brennraum, insbesondere Schmelzraum 38, abgeleitet werden.The high-temperature process plant, in particular melting plant 34, in the present case comprises a gas discharge 35 for discharging exhaust gases from the combustion chamber, in particular melting chamber 38. The gas discharge 35 comprises an exhaust hood 37. The exhaust gases generated during operation of the high-temperature process plant, in particular melting plant 34, can thus be collected by means of the exhaust hood 37, fed to the gas discharge 35 and discharged from the combustion chamber, in particular melting chamber 38, by means of the gas discharge 35.

2 zeigt eine schematische Darstellung der Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage 34, mit der Vorrichtung 10 zur Erzeugung des Plasmas 12 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch Folgendes:

Die Zündeinrichtung 20 der Vorrichtung 10 umfasst vorliegend eine Leistungsversorgungsvorrichtung 30 zur Erzeugung einer Stromstärke und/oder einer Spannung. Die Zündeinrichtung 20 weist eine Elektrode 32 auf, die elektrisch mit der Leistungsversorgungsvorrichtung 30 verbunden ist. Die Zündeinrichtung 20 ist derart eingerichtet, dass mittels der Elektrode 32 ein Luftfunken in dem Plasmaerzeugungsraum 16 erzeugt werden kann.

2 shows a schematic representation of the high-temperature process plant, in particular melting plant 34, with the device 10 for generating the plasma 12 according to a second embodiment. The second embodiment differs from the first embodiment in the following:

The ignition device 20 of the device 10 comprises a power supply device 30 for generating a current and/or a voltage. The ignition device 20 has an electrode 32 that is electrically connected to the power supply device 30. The ignition device 20 is designed such that an air spark can be generated in the plasma generation chamber 16 by means of the electrode 32.

Die mittels der Leistungsversorgungsvorrichtung 30 erzeugte Stromstärke und/oder Spannung wird in die Elektrode 32 geleitet, die einen Luftfunken in dem Plasmaerzeugungsraum 16 erzeugt. Die Elektrode 32 kann als ein Endlosdraht ausgebildet sein. Die Elektrode 32 kann zumindest teilweise in den Plasmaerzeugungsraum 16 hineinragen bzw. zumindest teilweise in dem Plasmaerzeugungsraum 16 angeordnet sein.The current and/or voltage generated by the power supply device 30 is conducted into the electrode 32, which generates an air spark in the plasma generation chamber 16. The electrode 32 can be designed as a continuous wire. The electrode 32 can at least partially protrude into the plasma generation chamber 16 or be arranged at least partially in the plasma generation chamber 16.

Die Elektrode 32 und das zu schmelzende Material 36 bestehen vorwiegend aus demselben Metall (Aluminium). Hierdurch kann das Zünden und/oder Wiederzünden des Plasmas 12 besonders effizient umgesetzt werden.The electrode 32 and the material to be melted 36 consist predominantly of the same metal (aluminum). This allows the ignition and/or re-ignition of the plasma 12 to be implemented particularly efficiently.

Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung 10 bzw. der Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage 34, beschrieben:

Zunächst wird die Vorrichtung 10 bzw. die Hochtemperaturprozessanlage, insbesondere Schmelzanlage 34, bereitgestellt. Mittels der Vorrichtung 10 wird ein Plasma 12 erzeugt. Zum Zünden und/oder Wiederzünden des Plasmas 12 wird ein Luftfunken in dem Plasmaerzeugungsraum 16 mittels der Zündeinrichtung 20 der Vorrichtung 10 erzeugt.

A method for operating the device 10 or the high-temperature process plant, in particular melting plant 34, is described below:

First, the device 10 or the high-temperature processing plant, in particular the melting plant 34, is provided. A plasma 12 is generated by means of the device 10. To ignite and/or reignite the plasma 12, an air spark is generated in the plasma generation chamber 16 by means of the ignition device 20 of the device 10.

Das auf diese Weise erzeugte Plasma 12 kann in den Brennraum, insbesondere Schmelzraum 38, eingeleitet werden und diesen aufheizen. Die Vorrichtung 10 bzw. das mittels der Vorrichtung 10 erzeugte Plasma 12 dient damit als Heizquelle für den Brennraum, insbesondere Schmelzraum 38. Damit kann der Brennraum, insbesondere Schmelzraum 38, besonders effizient beheizt werden.The plasma 12 generated in this way can be introduced into the combustion chamber, in particular the melting chamber 38, and heat it up. The device 10 or the plasma 12 generated by means of the device 10 thus serves as a heat source for the combustion chamber, in particular the melting chamber 38. The combustion chamber, in particular the melting chamber 38, can thus be heated particularly efficiently.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 20150021301 A1 [0004]
EN 1020221314359 [0010]
EN 102022131435 [0010]
DE 102018200029 A1 [0016]

Claims

Device (10) for generating a plasma (12), in particular a plasma torch, comprising: - a process gas supply (14) for supplying a process gas into the device (10), - a plasma generation space (16), in particular a plasma generation chamber, for generating the plasma (12) by ionizing the process gas, - an energy supply (18) for supplying the device (10) with energy, in particular for inductively feeding energy into the plasma generation space (16), - an ignition device (20) for igniting and/or reigniting the plasma (12) - wherein a power fed into the plasma generation space (16), in particular inductively, by means of the energy supply (18) is in a range from 100 kilowatts to 1 gigawatt, in particular in a range from 300 kilowatts to 500 megawatts, in particular in a range from 300 kilowatts to 100 megawatts.

Device (10) according to Claim 1 , characterized in that the ignition device (20) comprises a laser (22).

Device (10) according to Claim 2 , characterized in that the laser (22) is arranged such that an air spark can be generated in the plasma generation space (16) by means of the laser (22).

Device (10) according to Claim 3 , characterized in that the laser (22) is designed as an ultrashort pulse laser, in particular as a femtosecond laser.

Device (10) according to one of the Claims 2 until 4 , characterized in that the laser (22) is arranged at a distance from the plasma generation chamber (16).

Device (10) according to one of the Claims 2 until 5 , characterized in that the ignition device (20) comprises at least one optical device (24), wherein the optical device (24) is designed to optically expand a laser beam (26) generated by means of the laser (22) at least in sections.

Device (10) according to one of the Claims 2 until 6 , characterized in that the ignition device (20) comprises at least one focusing device (28), wherein the focusing device (28) is arranged to focus a laser beam (26) generated by means of the laser (22) within the plasma generation space (16).

Device (10) according to Claim 7 , characterized in that the focusing device (28) comprises at least one converging lens and/or a mirror optic.

Device (10) according to Claim 1 , characterized in that the ignition device (20) has a power supply device (30) for generating a current and/or a voltage, wherein the ignition device (20) has an electrode (32) which is electrically connected to the power supply device (30).

Device (10) according to Claim 9 , characterized in that the electrode (32) comprises metal, in particular aluminum, and is in particular made of metal, in particular aluminum.

Device (10) according to Claim 9 or 10 , characterized in that the ignition device (20) is arranged such that an air spark can be generated in the plasma generation space (16) by means of the electrode (32).

Device (10) according to one of the Claims 9 until 11 , characterized in that the electrode (32) is designed as a continuous wire.

High-temperature process plant, in particular melting plant (34), for burning or melting a material (36) by means of process heat, in particular heat of fusion, in particular metal, preferably aluminum, comprising at least one device (10) according to one of the preceding claims, wherein the high-temperature process plant, in particular melting plant (34), is set up such that the process heat, in particular heat of fusion, is generated at least partially, in particular completely, by means of the device (10).

High temperature processing plant, in particular melting plant (34) according to Claim 13 , characterized in that the high-temperature processing plant, in particular melting plant (34) comprises a combustion chamber, in particular melting chamber (34), in which the material (36) to be processed or melted, in particular metal, preferably aluminum, is arranged or can be arranged, wherein the melting plant (34) is set up such that the plasma (12) generated by means of the device (10) can be at least partially introduced into the combustion chamber, in particular melting chamber (38).

Melting plant (34) to Claim 13 or 14 , characterized in that the material to be melted (36) is a metal and that the ignition device (20) of the device (10) is a Electrode (32) which comprises the same metal, in particular is formed from the same metal.

Method for operating a device (10) according to one of the Claims 1 until 12 or a high-temperature processing plant, in particular a melting plant (34), according to Claim 13 until 15 , characterized by the steps: - providing the device (10) or the high-temperature process plant, in particular melting plant (34), - generating the plasma (12) by means of the device (10), - wherein an air spark is generated in the plasma generation space (16) by means of the ignition device (20) for igniting and/or re-igniting the plasma (12).