DE1614801C3

DE1614801C3 - Senkrecht angeordneter Licht bogen Plasmabrenner

Info

Publication number: DE1614801C3
Application number: DE1614801A
Authority: DE
Inventors: Lajos Budapest Vecsernyes
Original assignee: TAVKOEZLESI KUTATO INTEZET BUDAPEST
Current assignee: TAVKOEZLESI KUTATO INTEZET BUDAPEST
Priority date: 1966-04-16
Filing date: 1967-04-13
Publication date: 1973-09-27
Also published as: DE1614801B2; US3508106A; GB1186168A; DE1614801A1

Description

Die Erfindung betrifft einen senkrecht angeordneten Lichtbogen-Plasmabrenner mit einer Anode und einer mit einer Plasmaaustrittsöffnung versehenen Kathode in einer Lichtbogen-Brennkammer, mit Mitteln zum Zuführen von Gas in die Brennkammer und mit einer sich an die Brennkammer anschließenden Dosierungskammer mit Mitteln zum Zuführen weiterer Substanzen in das Plasma, das durch die Dosierunsiskammcr hindurchströmt. Ein derartiger Plasmabrenner ist aus der Zeitschrift »Industrial Engineering Chemistry Fundamentals«, Vol. I, 1962, Nr. 1, S. 52 bis 61, bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lichtbogen-Plasmabrenner der oben genannten Gattung so auszubilden, daß eine geringe Verunreinigung und leichte Auswechselbarkeit von Bauteilen gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß ist daher ein solcher Lichtbogen-Plasmabrenner dadurch vervollkommnet, daß die Zuführung des Gases durch in der Anode vorgesehene Öffnungen hindurch in Richtung der Lichtbogenachse erfolgt, daß die Dosierungskanimer gebildet ist aus einer rohrförmigen Kathode, einer die Kathode mit radialem Abstand umgebenden Kathodenglocke, welche eine der Kathodenöffnung gegenüberliegende Plasmaaustrittsöffnung aufweist, und einem Kathodenblock, an welchem die Kathode und die Kathodenglocke lösbar befestigt sind, und daß zwischen der Kathode und der Kathodenglocke ein den Kathodenblock «e«en Verunreinigungen ab-

OO Cr C

deckender Schutzring angeordnet ist.

Bei dieser Ausbildung des Lichtbogen-Plasmabrenners wird einerseits durch die koaxial zur Lichlbogcnachse stattfindende Einführung des Gases ein Plasmastrahl mit hohem Wirkungsgrad und großer Stabilität bei geringster Verunreinigung erhalten. Andererseits kann die Kathode und der Schutzring bei Verunreinigung leicht ausgewechselt werden. Bei spektroskopischen Untersuchungen ist dies besonders vorteilhaft, weil die Kathode und der Schutzring bei jeder neuen Probe ausgetauscht werden müssen.

Der Plasmabrenner arbeitet bei entsprechender Ausbildung bei einer Lichtbogenspannung von 45 V mit 20 bis 40 Amp. Stromaufnahme, d. h. bei einer Leistung von 0,9 bis 1,8 kW kann ein von metallischen Verunreinigungen freier Plasmastrahl mit 10 bis 30 mm freier, nutzbarer Kernlänge und mit 150 mm voller Länge erzeugt werden. Der sich ergebende Wirkungsgrad entspricht mindestens dem dreifachen Wert des bisher bei bekannten Plasmabrennern erhaltenen Wirkungsgrades. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Aufbau des vorliegenden Plasmabrenners wesentlich einfacher ist.

Er kann mit beliebigem üblichen neutralem Gas, bei 5 bis 10 Liter/Minute Gasverbrauch betrieben werden. Durch Änderung der Abmessungen kann die Leistung in größerem Bereich sieändert werden.

Eine beispielsweise schematische Darstellung des Plasmabrenners in senkrechter Anordnung ist in der Zeichnung gezeigt.

Der Lichtbogen entsteht zwischen der Anode 12 und der Rohrkathode 13. Die Zündung erfolgt über die Plasma-Austrittsöffnung und die Bohrung der Rohrkathode mittels eines Graphitstäbchens. Die Länge und die Richtung des Lichtbogenkanals wird in erster Linie durch die wassergekühlten Stabilisierungsscheiben 14 und 15 bestimmt. Die Rohrkathode bildet eine Einheit mit der Kathodenglocke 18, welche eine Plasmaaustrittsöffnung 16 und ein Probezufuhrrohr 17 aufweist; zu gleicher Einheit gehört ein Schutzring 20, zum Schützen des Kathodenblocks 19 vor Verunreinigung. Diese Bauelemente (13, 18 und 19) bilden zusammen die Dosierkammer. Die bei pulverisierten und im flüssigen Zustand befindlichen Proben sich verunreinigende und verbrauchende Rohrkathode und der sich verunreinigende Schutzring müssen bei jeder neuen Probe ausgetauscht wer-

den. Auch das Probezuführungsrohr 17 und die Kathodenglocke 18 müssen ausgetauscht werden, diese können aber nach einer Reinigung wieder benutzt werden.

Eine sich an einen Isolierring 22 stützende, wassergekühlte Kathodenhalterungsscheibe 21 hält die Bauteile der Dosierkammer in ihrem Nest fest. Eine wassergekühlte Anodenhalterungsscheibe 23 hält in einer Vertiefung, durch einen Isolierring 24 abgestützt, die Anode 12 mit Bohrungen 34, welche zur Zuführung des das Plasma bildenden Gases dienen, wobei in der Mitte der Anode zur Stabilisierung des Lichtbogens ein auswechselbarer Einsatz 25 vorgesehen ist. Unterhalb der Anode ist eine Anodenkammer 26 angeordnet, durch welche eventuell eine feine Filterung des zugeführten Gases und die gleichmäßige Versorgung der Bohrungen mit Gas erfolgt. Ihre Form und ihr Charakter wird in erster Linie durch einen Anodenkammereinsatz 27 bestimmt, welcher durch eine, mit Gewinde versehene Befestigungskappe 28, gemeinsam mit dem Gaszuleitungsrohr 29 festgehalten ist. Das das Plasma bildende Gas wird in Richtung des Pfeiles 30 zugeführt.

Die Lage der stabilisierenden Scheiben wird durch einen Metallring 31 festgelegt. Der vollständige Brennerkopf wird durch zwei, in der Zeichnung nicht dargestellten, aus Isoliermaterial hergestellten, bzw. isolierten Klemmschrauben zusammengefaßt; diese werden durch Bohrungen 32 hindurchgeführt und in die Gewindebohrungen 33 eingeschraubt.

Zweckmäßig werden die Bauteile 12, 13, 17, 18, 19, 20 und 25 aus spektralreinem Graphit, die Bauteile 14, 15, 21, 23, 28, 31 aus Kupfer und die Bauteile 27 und 29 aus Polytetrafluoräthylen verfertigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Senkrecht angeordneter Lichtbogen-Plasmabrenner mit einer Anode und einer mit einer Plasmaaustrittsöffnung versehenen Kathode in einer Lichtbogen-Brennkammer, mit Mitteln zum Zuführen von Gas in die Brennkammer und mit einer sich an die Brennkammer anschließenden Dosierungskammer mit Mitteln zum Zuführen weiterer Substanzen in das Plasma, das durch die Dosierungskammer hindurchsirömt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Gases durch in der Anode (12) vorgesehene Öffnungen (34) hindurch in Richtung der Lichtbogenachse erfolgt, daß die Dosierungskammer gebildet ist aus einer rohrförmigen Kathode (13), einer die Kathode mit radialem Abstand umgebenden Kathodenglocke (18). welche eine der Kathodenöffnung gegenüberliegende Plasm*a"austrittsöffnung aufweist, und einem Kathodenblock (19), an welchem die Kathode (13) und die Kathodenglocke (18) lösbar befestigt sind, und daß zwischen der Kathode und der Kathodenglocke ein den Kathodenblock (19) gegen Verunreinigungen abdeckender Schutzring (20) angeordnet ist.

2. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (12) als eine mit Öffnungen (34) versehene Scheibe ausgebildet ist.

3. Plasmabrenner nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (34) Bohrungen sind, deren untere Eintritts- und obere Austrittsöffnungen auf Kreisen angeordnet sind, deren Mittelpunkte in der durch den Anodenmittelpunkt hindurchgehenden senkrechten Achse liegen und die Ebenen der Kreise parallel sind, und die einander zugeordneten Ein- und Austrittsöffnungen längs der Umgebung der Kreise gegeneinander in gleicher Richtung verdreht sind.

4. Plasmabrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des Kreises der Austrittsöffnungen geringer als der Radius des Kreises der Eintrittsöffnungen ist.

5. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im mittleren Teil der Anode ein austauschbar angeordneter Anodeneinsatz, welcher die Ausgangsbasis des Lichtbogens bildet, vorgesehen ist.

6. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Anode ein, die Gaszuführungsröhre (29) umgebender Anodenkammereinsatz (27) vorgesehen ist.