DE1764479C - Hochfrequenz-Plasmagenerator - Google Patents

Description

4. Plasmagenerator nach Anspruch 1, gekenn- »5 liefert, deren Gasz;>führungen jedoch nicht getrennt zeichnet durch mehrere zusätzliche radial gerich- voneinander steuerbar sind, so daß auch hier die sich tete, unabhängig mit Gas bea^fschlagbare öff- ausbildende Gasströmung innerhalb der Brennkamnungen (118) zum Einleiten des Gases in radialer mer nicht innerhalb eines größeren Bereiches in ihrer Richtung in dn. Brennkammer (30) und durch Geometrie verändert werden kann. Die Stabilisierung einen kreisringförmigen Raur* (152) zwischen 30 des Plasmas über die Rotation des Gases bzw. über den Mündungen dieser öffnungen und der Wand speziell ausgenutzte Turbulenzerscheinungep. läßt der Brennkammer. sich daher nur in einem relativ engen Betriebsbereich

5. Plasmagenerator nach einem der Ansprü- erreichen. Insbesondere ist es schwierig, ein stabiles ehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unter Plasma hoher Leistung zu erzeugen. Das innerhalb Druck stehendes Gas gleichzeitig durch die axial, 35 des Generators erzeugte Plasma muß nämlich stabil radial und tangential gerichteten öffnungen (114, gegen Verschiebungen sein, ferner muß die an die 118,120) in die Brennkammer (30) eintritt. Wände der Brennkammer abgeführte Wärme klein

6. Plasmagenerator nach Anspruch 5, dadurch genug sein, um eine Wärmeableitung ohne Beschädigekennzeichnet, daß die radial und tangential ge- gung der Brennkammer im Betrieb zu gewährleirichteten Gaskanäle nach außen in Richtung der 4° sten.

Wand eines die Brennkammer (30) umschließen- Da die Wärmekapazitäten und die elektrischen

den rohrförmigen Körpers (22) verlaufen. Widerstände von verschiedenen Gasen im Ionisie-

7. Plasmagenerator nach Anspruch 5 oder 6, rungszustand sich ändern, ist die Belastung der den dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (114, Plasmagenerator speisenden Stromquelle bei jedem 118, 120) der axial, tangential und radial gerich- 45 Gas verschieden. Für Stickstoff und Wasserstoff wird teten Gaskanäle voneinander jeweils gleiche Ab- eine größere Energie benötigt als für Argon. Daher stände haben. hat ein Argonplasma für eine gegebene Eingangs-

8. Plasmageneralor nach einem der Ansprü- energie einen viel größeren Durchmesser als ein ehe 1 bis 7, mit einem rohrförmigen Körper aus Stickstoffplasma oder Wasserstoffplasma, die ihrerdielektrischem Material und kleinem thermischen 5o seits thermisch stabilisiert werden. Versi-he, ein mit-Ausdehnungskoeffizienten für die Brennkammer, tels Induktionswirkung erzeugtes Argonplasma in ein gekinnzeichnet durch ein den rohrförmigen Kör- Plasma eines zweiatomigen Gases umzuwandeln, waper (22) umgebendes Gehäuse (10) und eine zwi- ren häufig nicht von Erfolg begleitet, weil Änderunschen dem rohrförmigen Körper und dem Gehäu- gen in der Geometrie des Plasmas seine Stabilität bese gebildete Kammer (68) zur Aufnahme der In- 55 einflußte und die Kopplung der Spule an die BeIaduktionsspule (12) und durch Kanäle (63. 64, stung (Lichtbogen) änderte. Es waren also Änderun-66, 75) zum Hindurchleiten eines Kühlmittels gen in der Geometrie der Anordnung und/oder An* durch die Kammer (68). derungen in der Stromversorgung, beispielsweise in

der Frequenz der Stromversorgung für jedes Gas, not-60 wendig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Hochfrequenz-Plasmagenerators, welcher in einem größeren Bereich unterschiedlicher Be-

Die Erfindung betrifft einen Hochfrcquenz-Plas- triebsbedingungen, etwa bei einatomigen und bei mugericrator mit einer rohrförmigen Brennkammer, 65 zweiatomigen Gasen, mit besserer Stabilität betrieben die von einer Induktionsspule umgeben ist und an werden kann. Dazu sollen die geometrischen Abmescinem Ende Gaszuführungsöffnungen aufweist, wel- sungen des Plasmas ohne Änderung der Energieverche eine sich längs der Innenwand der Brennkammer sorgung bei einem Wechsel des benutzten Gases vor-

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änderbar sein, so daß der Plasmagenerator sich in Ein weiterer Vorteil der bevorzugten Ausführungseinfacher Weise vielseitiger verwenden läßt. Außer form des Plasmagenerators ist die verbesserte Kühder Vergrößerung des stabilen Arbeitsbereiches in- lung der Wand der Brennkammer, welche dadurch nerhalb eines größeren Bereiches von Gasdrücken erreicht wird, daß man das Kühlmittel in Berührung und Geschwindigkeiten der Gasströmung soll die 5 mit der Brennkammerwand und mit der Induktions-Leistung des Plasmagener^tors erhöht werden. Fer- spule bringt und dabei die Induktionsspule in unmitner soll sich die Form des auf den Plasmagenerator telbarer Nähe der Brennkammer anordnet, so daß austretenden Plasmas beeinflussen lassen. der Lichtbogen in einem verhältnismäßig starken ma-

Diese Aufgabe wird bei einem Hochfrequenz-Pias- gnetischen Felde liegt Ferner wird eine Düsenplatte magenerator mit einer rohrförmigen Brennkammer, xo aus Metall verwendet, welche einen Schutz für die die von einer Induktionsspule umgeben ist und an Befestigung der feuerfesten Kammerwände darstellt, einem Ende Gaszufühiungsöffnungen aufweist, wel- Die Form der Düsenplatte begünstigt die Einleitung ehe eine sich längs der Innenwand der Brennkammer des Lichtbogens im Generator und erlaubt es, die in axialer Richtung ausbreitende Gasströmung mit Form des Plasmas für besondere Verfahren (etwa die azimutaler Komponente erzeugen, erfindungsgemäß 15 Erzeugung eines Drucks oder um die Evakuierung dadurch gelöst, daß zur Erzeugung der axialen und bei bestimmten Verfahren) zu beeinflussen. Die ganze der azimutalen Komponente der Gasströmung zwei Einrichtung ermöglicht einen stabilen Betrieb bei verschiedene Sätze von Öffnungen vorgesehen sind, hohen Temperaturen, bei welchen die Plasmaflamme deren Gaszuführungen getrennt voneinander Steuer- ein erhebliches Stück über ^i:e Plasmakammer hinbar sind, ao ausreicht.

Bei diesem Plasmagenerator liegt innerhalb einer An Hand der Zeichnung werden verschiedene

Hochfrequenzspule zur Erzeugung eines intensiven Ausführungsformen der Erfindung beschrieben,
elektromagnetischen Feldes eine Brennkammer. Ein Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Pias-

Injektor für das zur Bildung des Plasmas bestimmte m.igenerator;

Gas tritt am einen Ende der Kammer ein, welches 25 F i g. 2 ist eine Stirnansicht des Plasmagenerators aus dieser Kammer als nutzbare Flamme austritt. Die gemäß Fig. 1, wobei die Düsenplatte und der Träger Gasströmung hat einen ringförmigen Querschnitt und eines O-Ringes abgenommen sind;
verläuft längs der Wand der Kammer, so daß eine Fig. 3 stellt einen Längsschnitt durch den in

thermische Barriere zwischen dem innerhalb der Fig. 1 verwendeten Injektor dar;
Kammer Gasplasma bildenden Lichtbogen und der 30 F i g. 4 ist eine Stirnansicht des Injektors nach Kammerwand gebildet wird. Außerdem enthält der Fig. 3;

Injektor noch Einrichtungen zur Erzeugung einer F i g. 5 bis 9 sind Querschnitte längs der Scrihitt-

Wirbelbewegung in dem axialen Gasstrom in dem ebene 5-5, 6-6, 7-7, 8-8 und 9-9 in Fig. 3;
kreisringförmigen Querschnitt. Diese Wirbelbewe- F i g. 10 veranschaulicht den Betrieb des Plasma-

gung dient zur Stabilisierung. In der bevorzugten Aus- 35 generators;

führungsform der Erfindung wird der erwähnte Gas- F i g. 11 ist ein Schaltbild für die Speisung des in

mantel ν in einer ringförmigen Kammer geliefert, in Fig. I dargestellten Apparates;
welche ein Gasstrom in radialer Richtung von meh- Fig. 12 zeigt den Betrieb des Plasmagenerators

reren gleichmäßig beabstandeten Punkten aus einge- bei verschiedenen Gasarten an;
leitet wird. Zur Erzeugung einer Wiroelbewegung in 40 Fig. 13 zeigt eine andere Ausführungsform für dem axialen Gasstrom wird eine Reihe von tangential den Schwingimgskreis;

gerichteten Öffnungen benutzt, um eine gleichmäßige Fig. 14 und 15 enthalten Schnittdarstellungen

Verteilung des Gases in dem Gasmantel zu erreichen. durch andere Formen von Düsen, die bei der Anord-Andere Hilfsmittel zur Erzeugung einer Wirbelbewe- nung nach F i g. 1 benutzt werden können,
gung und zur Beeinflussung derselben, beispielsweise 45 Der Plasmagenerator nach F i g. 1 enthält ein rohreinstellbare Leitflächen, können natürlich auch be- förmiges Gehäuse 10 von hoher elektrischer Festignutzt werden. keit, welches auch gegenüber dem verwendeten Kühl-

Es ist ferner erwünscht, eine Reihe von axial ge- mittel unempfindlich ist. Ein geeignetes Material für richteten Öffnungen zu benutzen, und zwar haupt- das Gehäuse ist Polytetrafluoräthylen. Im Innenraum sächlich zu dem Zweck, die Lage des Lichtbogens in 50 des Gehäuses 10 liegt eine Induktionsspule 12, deren der Brennkammer beeinflussen zu können. Durch Klemmen 14, 16 an den Gewindeklemmen 18, 20 anRegelung der Menge des Gases, welches die verschie- gelötet sind. Die Spule besteht aus einem runden denen Öffnungen durchfließt, ferner durch Regelung Kupferdraht von etwa Vio mm Durchmesser, der in der Lage, der Form und der Stabilität des Plasmas vier Windungen mit etwa 7 cm Länge zwischen den kann man eine ganze Reihe von Gasen verwenden. 55 Klemmen 14 und 16 bei ungefähr 4,5 cm innerem Beispielsweise kann der Gasstrom durch die axial ge- Durchmesser verläuft.

richteten öffnungen ausschließlich für monoatomare Innerhalb der Induktionsspule 12 befindet sich

Gase benutzt werden, während der größere Teil des ein Quarzrohr 22, auf dessen Innenfläche sich eine Gases durch die radial gerichteten Öffnungen oder dünne Wärmereflxionsschicht 24, beispielsweise zum Teil durch die radial gerichteten Öffnungen, und 60 aus Gold befindet. Diese Schicht kann sich über die zwar gewünschtenfalls jeweils mit verschiedener Ge- ganze innen. Länge des Zylinders 22 erstrecken oder schwindigkeit geleitet wird. In Wirklichkeit wird nor- auch über nur einen Teil dieser Länge, beispielsweise malerweise der axiale Gasstrom so eingerichtet, daß in der Nähe der Entladung. Der Zylinder 11 ist fest das Plasma sich der Gaseintrittsstelle nicht zu stark innerhalb des Gehäuses 10 mittels federnder O-Ringe annähert, wenn es sich um ein leicht ionisierbares 65 26 gelagert. Jeder dieser Ringe befindet sich in einem Gas wie Argon handelt, und der Wirbelfluß wird so Ringgehäuse 28, so daß das Quarzrohr federnd und gerichtet, wie es erforderlich ist, um den Gasmantel zuverlässig gegenüber dem Gehäuse 10 abgestützt durch den radialen Gasfluß zu stabilisieren. ist.

Das Quarzrohr 22 umschließt cine Kammer 30 dargestellt. Der dort veranschaulichte Injektor cnt-

von 38,5 mm Durchmesser, In dieser Kammer wird hält einen Hauptkörper 92 und einen Vorderteil 94.

unter dem Einfluß des von der Spule 12 erzeugten Der Hauptkörper 92 enthält eine Reihe von axial

elektromagnetischen Feldes das Plasma gebildet. Das voneinander beabstandetcn ringförmigen Vcrticfun-

Gas wird in die Kammer über einen im ganzen mit 5 gen, welche eine gleichmäßige Verteilung des Kiihl-

32 bezeichneten Injektor eingeführt, welcher in mittels (beispielsweise mittels der Vertiefung 100)

einem Aluminiumgehäuse 34 angebracht ist, das und des Gases (beispielsweise mittels der Vcrticfun-

scincrscits am Gehäuse 10 mittels der Schrauben 36 gen 102,104 und 106) gewährleisten. Ferner sind ring-

bcfcstigt ist. Auf der Einlaßscitc, d. h., auf der rech- förmigc, zur Isolation dienende Vertiefungen 108 vor-

ten Seile der in F i g. 1 dargestellten Anordnung, be- ίο handcn, in welchen Dichtungsringe 110 eingelegt

findet sich eine Aluminiumplatte 38 und auf der sind. Diese sollen den Eintritt des Kühlmittels in die

Ausgangsseitc, d. h., auf der linken Seite der Fig. 1, anderen Vertiefungen verhindern,

eine ebenfalls aus Aluminium bestehende Düsen- In dem Vorderteil 94 sind drei getrennte Sätze von

platte 40. Gasverteilungsöffnungen angebracht. Es sind näm-

Ein metallisches wassergekühltes Rohr 42, das 15 lieh dort sechs axialgcrichlctc öffnungen 114 (jede

mietcls eines Einsatzstückcs 44 mit der Stirnplatte von 0,7 mm Durchmesser) vorhanden, ferner sechs

38 verschraubt ist, durchsetzt den Injektor 32 und radialgcrichtetc Offnungen 118 (ebenfalls von 0,7

reicht in die Plasmakammcr 30 hinein. Dieses Rohr mm Durchmesser) und drei tangcntialgerichletc öff-

hat eine Innenbohrung 46 und ist doppelwandig, nungcn 120 (je von etwa 0,8 mm Durchmesser). Die

d. h.. mit einer inneren Trennwand 47 ausgeführt, so 20 axialgcrichtcten öffnungen liegen in einer krcisring-

daß also ein Kühlmittel über ein Rohr 48 eingeführt förmigcn PIaIIc 122. die in einer Vertiefung in der

und über ein Rohr 50 wieder abgeführt werden kann. Stirnfläche des Vorderteils 94 untergebracht ist, so

In den Innenraum des Doppclwandrohrcs, das mit daß eine ringförmige Vcrtcilungskammcr 124 von

einer Schraube 52 befestigt ist, wird das betreffende l,fi mm Tiefe und 4 mm Breite unter der üffnungsplatlc

Gas eingeführt. Das Rohr ist mittels eines O-Ringcs a$ 122 cn! icht. F.in Kanal 126 verläuft vom Vorderteil

54. der zwischen dem Einsatzkörper 44 und einer 94 und vom Hauptkörpcr 92 zu einer Eingiingsöff-

Mülsc 56 liegt, im Injektor 32 befestigt. Wenn der nung 128 (Fig. I und 3). in welche das Gnseinfiih-

rinsatzkörper 44 gelockert wird, kann das Rohr rungsrohr 130 eingefügt ist.

nach innen oder nach außen verschoben, d. h., nach Die radialen öffnungen 118 sind in einem /ylindri-

Wunsch eingestellt werden. 30 sehen Ring 132 angebracht, der sich :11t einem

Der Generator enthält ferner einen Kühlmittel- Flansch 134 des Vorderteils 94 abstützt und dort

kreislauf, in welchem ein Kühlmittel, beispielsweise festgelötet ist. F.inc ringförmige Vcrtcilungskammcr

Wasser, durch einen Kanal 60 der Wasseranschluß- 136 von 2,5 mm Tiefe und etwa 3,8 mm Breite bcfin-

klcmme 62 zugeführt wird, welche mit der Spulen- del sich hinter diesem Ring 132 in Deckung mit den

klemme 20 vcrschraubt ist. Über eine in den Körper 35 öffnungen 118. Fine Leitung 138 verläuft von diesel

10 eingearbeitete leitung 64 wird eine Verteilung!.- Kammer durch das Voiderleil. den Ilatiptköiper und

kammer 63 mit einem Krcisringrauin 100 im lnjck- die Auslaßöffnung im Körper 34 /u einem Stutzen

tnrkörpcr 32 verbunden, so daß die Kühlflüssigkeit 142. Die zur Wirbclbildung bestimmten tangcntinicn

aus diesem Raum 100 über eine zweite I .ellung 66 zu öffnungen 120 führen über axial verlaufende Kanäle

einem zylindiNdien Kanal 68 außerhalb des Quarz- 40 146 und über die Vertiefungin 102 sowie über eher

lohres 22 (!dangen kann und über die Spule 12 zum radialen Kanal 148 zur Einlaßlcilung 150.

vorderen linde 70 des Generators fließt. Zu dem Iw- In IMg. 1 und 10 sind die radialen öffnungen Hf

schricbencn Külilwcg liegt ein zweiler Kühlwcg 72 und die zur Wirbelbildung bestimmten öffnunger

parallel, der unter Umgehung des Injektors 32 unmit- 120 an einen Krcisringraum 152 von einer Bicite vor

trlbar zum voideicn Ende des Generators verläuft. 45 etwa I mm und einer axialen lunge von etwa 1,3 cn

line Auslaßleitung 74 verbindet die Kammer 70 mit angeschlossen, so daß das Gas aus diesem Krnsring

einem Ringiaum 75, in welchem sich ein Wasscrab- raum in Form eines Zylinders in Richtung ck-r Pfcili

führungsstulzcu 76 befindet, der zur Austaßleitung 154 in Fig. 10 nach links austritt. Die öffuungct

78 führt. Man erkennt, daß Rippen in der Kammer 120 dienen dazu, der Gasbcwcgung cine tangential«

70 den bereits oben erwähnten Aufnahmering 28 für ₅o Komponente zu verleihen. Bei einer solchen Gasbc

die O-Dichliingsringc 26 in der Kammer 70 abslüt- wcgung läßt sich der Gasstrom besser stabilisieren

zcn und daß gleichwohl Kühlflüssigkeit um den Pj_n Lichtbogen 156 in Form eines dünnwandige!

Körper 28 und die Diisenplatte 40 herumfließen Zylinders entsteht unter dem Einfluß des elcklroma

kann. gnetischcn Feldes der Spule 12, so daß ein Plasma

Die Diisenplatte 40 enthält einen Flansch 80, der 55 strom 158 gebildet wird, der eine erhebliche Streckt

in das Innere der Plasmakammer 30 hineinragt und über die Plasmakammcr 30 hinausragt. Außcrdcn

das Ende des Quarzrohrcs 22 überdeckt. Dieser dienen die axialen öffnungen 114, die etwa in de

Flansch 80 stellt somi·. eine thermische Barriere dar, Mitte zwischen der Wand und der Mittelachse de

welche den O-Ring 26 schützt. Die Diisenplatte kann Plasmakammcr 30 liegen, zur Beeinflussung des Gas

in verschiedener Weise ausgeführt werden, um das 60 Stroms der von dem kreisringförmigen Gasmantel aus

aus der Plasmakammer 30 austretende Plasma in der geht und hauptsächlich zur Steuerung des I.ichtbo

gewünschten Weise zu beeinflussen. g_Cns 156 relativ zum Injektor 32, während ein Tci

Zwischen den verschiedenen Bestandteilen des des Gasmantels 154 entlang der Wand der Röhre 2

Plasmagcncrators sind geeignete O-Ringc 88 als läuft, und zwar etwa in laminarer Form. Durch di

Dichtungsringe vorhanden, um einen Eintritt von 65 Beeinflussung des Gasstroms durch die radial vcrlau

Kühlflüssigkeit in den Plasmaraum 30 zu vorhin- fcndcn und die tangential verlaufenden öffnungci

dem. kann die Form des austretenden Plasmas 158 bccin

Der Injektor 32 ist im einzelnen in Fig. 3 bis 9 flußt werden.

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Eine vereinfachte Schaltung für den Plasmagencra- Die Folie 24 hat einen verhältnismäßig hohen Widertor ist in' F i g. 11 dargestellt. Diese Schaltung ist stand und es werden nur kleine Lichtbogen erzeugt, nach Art einer gewöhnlichen Induktionsheizung auf- welche das Argon genügend ionisieren, um die Piasgebaut und enthält einen Hochspannungstransforma- macntladung einzuleiten. Man kann aber auch die tor 200, dessen Primärwicklung 202 an einem Netz 5 Plasmaentladung durch kurzzeitige Einführung eines von 60 Hz liegt. Aus der Sekundärwicklung 206 wird Graphitstabcs durch die öffnung in der DUscnplatte über einen Gleichrichter 208 eine Gleichspannung 40 einleiten, der durch das elektromagnetische Feld auf den Leitungen 210 und 212 hergestellt, und zwar der Spule 12 geheizt wird. Der Lichtbogen kann auch vorzugsweise mit einer Filterung bis auf weniger als dadurch hervorgerufen werden, daß man die eine der 4°/o Wechselspannung, um einen Schwingungskreis io metallischen Stirnplatten 38 oder 40 erdet. Eine wcimit der Schwingröhrc 214, einem Kondensator 216 tere Methode zur Einleitung der Plasmaentladung und der Spule 12 als Schwingspulc zu speisen. In besteht in der Benutzung eines Lichtbogens, der aus Reihe zwischen der Anode 218, der Röhre 214 und einer Hilfsstromquelle mit Gleichspannung gespeist dem Schwingkreis liegt noch ein Blockkondcnsator wird. Das le;ztcrc Verfahren ist insbesondere für 220. Die Spule 222 im Schwingungskreis ist induktiv 15 niedrige Schwingfrequenzen in der Größenordnung mit einer Spule 224 im Kreise des Gitters 226 der von 450 kHz empfehlenswert. Nachdem das Plasma Röhre gekoppelt. gebildet ist, wird ein Übergang zu einem zweiatomi-

Die Betriebseigenschaften des Plasmagencrators gen Gas. beispielsweise Stickstoff oder Sauerstoff, sind in Fig. 12 veranschaulicht. Dort ist der Gas- durchgeführt. Als Beispiel für einen solchen Überstrom, welcher in die Kammer 30 eintritt, in der Or- »0 gang kann Stickstoff mit einer Rate von 70 SCFH dinate dargestellt und die Gleichstromleistung in kW dem radialen Iiinlaß 142 und mit einer Rate von an der Anode der Röhre 218 in der Abszissenrich- 28 SCFH dem Wirbeleinlaß 150 zugeführt werden, tung. Wie in Fig. 11 dargestellt, kann der Genera- Der Argonzufluß an den Stellen 130 und 150 wird tor innerhalb des eingezeichneten Vierecks 230 stabil dann so schnell wie möglich unterbrochen. Während arbeiten. Die Grenzen dieses stabilen Arbeitsbcrci- »5 dieses Übergangs wird die Anodenleistung auf 30 kW chcs sollen nunmehr im einzelnen betrachtet wer- oder darüber erhöht und in dieser Höhe aufrcchtcrd^n: halten, um das zweiatomige Gasplasma zu erhalten.

Die Plasmaflammc reicht dann etwa 40 cm über die

1. Der Gasstrom kann zu niedrig sein, und der Stirnplattc 40 hinaus. Die Länge der Plasmaflamme Lichtbogen kann daher in einen unstabilen Ar- 3o kann vermindert werden, wenn man die Strömung an bcitsbereich gelangen, d. h., der Arbeitspunkt den Wirbelöffnungen erhöht. Für einen normalen Bekann etwa bei 232 liegen. trieb, bei welchem eine lange Flamme erwünscht ist,

2. Der Gasstrom kann zu hoch sein, was zu einem soll die Wirbclkomponente der gesamten Mantelströklcincn unstabilen Lichtbogen führt, der außer- mung kleiner als 33 % sein.

dem dazu neigt, aus der Röhre 22, und zwar 35 Bei der Schaltung nach Fig. 11 wurde gefunden,

etwa im Gebiet 234 in Fig. 12, auszutreten. daß durch Erdung der Stirnplatte 38 oder der Düsen-

3. Die Plasmakammcr 30 wird mit unzureichender platte 40 das Plasma zum Erlöschen gebracht werden Leistung gespeist und der Lichtbogen ist zu konnte. Bei manchen Anwcndungsfällen eines solklein, d.h., kommt in Fig. 12 etwa in das Ge- chen Plasmagenerators ist dies jedoch eine uncrbict 236. *° wünschte Eigenschaft, die dadurch vermieden wer-

4. Die I-ingangsleistung übertrifft die Kühlungs- den kann, daß man eine Schaltung gemäß Fig. 13 möglichkeiten des Generators und der Lichtbo- verwendet. Dort sind zwei Kondensatoren 250 und gen wird zu groß, worauf die Quarzröhre 22 252 in Reihe geschähet und bilden als Serienschalbrechen kann und der Lichtbogen also etwa im tung den Kondensator des Schwingkreises, wobei Gebiet 238 liegt. 45 der Verbindungspunkt 254 beider Kondensatoren

geerdet ist. Jeder Kondensator 250 und 252 kann an

Innerhalb des stabilen Arbeitsbeieichs 230 sind eine getrennte Schwingröhre, beispielsweise in einer noch diagonale Linien 240, welche einem isothermen Duplex-Schaltung, angelegt werden.
Betrieb entsprechen, eingezeichnet. Die linke obere Wie oben bereits gesagt, kann die Düsenplatte 40

Ecke des Gebietes 230 ist der Arbeitspunkt der tief- 5° verschiedene Formen annehmen. Zwei brauchbare sten Temperatur des Plasmas und die untere rechte Ausgestaltungen sind in Fig. 14 und 15 veranschau-Ecke ist der Arbeitspunkt der höchsten Tempera- licht. In jedem Falle erhält die Düsenplatte 40' einen tür. Einsatz 260 bzw. 262, der aus Kupfer besteht und

Ein typischer Betrieb des Plasmagenerators bei einen nach innen ragenden Flansch 80' besitzt. Dieeiner Freqrenz von 4MHz wird dann erzielt, wenn 55 ser ragt ebenso wie in Fig. 1 der Flansch 80 über man durch das Rohr 130 Argon mit einer Rate von das Ende des Quarzrohres 22 hinaus und es ist ferner 48 SCFH (1 SCFH = 28,32 Vh bei 15,6° C und an den Flanschen 80' noch ein radialer Ansatz-762 mm Hg) einleitet, kein Gas durch das zu den ra- flansch 264 vorhanden, welcher eine Nut 266 entdialen öffnungen 118 führende Rohr 142 einleitet hält, in die ein Dichtungselement eingefügt werden . und Gas mit einer Rate von 96SCFH durch das zu ^6o kann. Der Einsatz 260 (Fig. 14) besitzt auch eine den der Wirbelbewegung dienenden öffnungen 120 Kühlrippe 268, welche eine Wand einer Kammer bilführende Rohr 150 einleitet. Der Schwingungskreis wird det, durch welche zusätzliches Kühlmittel durch die auf einer Anodenleistung von 9 kW (1,5 Ampere Leitung 270 in die Düsenplatte 40'eingeführt werden bei 6000 Volt) eingeregelt, und die Bildung eines kann. Die öffnung 272 des Düseneinsatze? nach Plasmas wird dadurch eingeleitet, daß an dem leiten- 65 Fig. 14 kann Durchmesser von 3 bis 30 asm annehden Innenüberzug 24 des Quarzrohres 22 Funken men.

entstehen, welche durch das intensive elektromagne- Der Einsatz 262 in Fig. 15 hat einen schräg ver-

tische Feld in der Plasmakammer 30 erzeugt werden. laufenden Übergangsteil 274 an seinem Ausgangska-

mil 276. Dieser Kanal kann Durchmesser zwischen 6 und 18 mm annehmen. Auch die Injektorkanäle 278 verlaufen radial clt'rch die Düsenwand in den Austrittskanal 276 und befinden sich in Deckung mit den Zuführungslcitungen 280 in der Düsenplatte 40'. Über die Leitung 278 kann auch Material zugeführt werden, welches in dem Plasmastrahl, welcher den Generator verläßt, beispielsweise zur Bildung von Kügelchcn, vorhanden sein soll.

Die Düse dieses Plasmagenerators kann verschiedene Formen annehmen und kann beispielsweise aus einer Mehrzahl von parallelen Kanälen bestehen, aus

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denen je ein Strahl austritt. Gcwünschtcnfalls kann man auch einen sternförmigen Querschnitt des Strahls erzeugen. Die Düsenplatte wird dauern vom Kühlmittel bespült und schützt daher das Rohr 22 und den elastischen Ring 26. Die Düsenplatte und die Stirnwand 38 sind elektrisch voneinander durch das Gehäuse 10 und das Rohr 22 isoliert, so daß sie getrennt zur elektrischen Steuerung des Generators benutzt werden können. Die Anordnung ermöglicht ίο auch in der Plasmakammer 30 den Druck zu überwachen und zu beeinflussen und dadurch den Arbeitsbereich des Generators zu vergrößern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche- ™ a*'^1" Richtung ausbreitende Gasströmung mit azimutaler Komponente erzeugen.

1. Hochfrequenz-Plasmagenerator mit einer Bei Plasmageneratoren wird ein starkes elektrorohrförmigen Brennkammer, die von einer In- magnetisches Feld zur Erzeugung eines elektrischen duktionsspule umgeben ist und an einem Ende 5 Stromes in einem ionisierten Gas und zur Induk-Gaszuführungsöffnungen aufweist, welche eine tionsheizung benutzt, so daß ein thermisches Plasma sich längs der Innenwand der Brennkammer in entsteht. Ein solches Plasma kann für viele Zwecke axialer Richtung ausbreitende Gasströmung mit benutzt werden, beispielsweise für die Be?tbeitung azimutaler Komponente erzeugen, dadurch von metallischen und feuerfesten Materialien, für gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der io chemische Reaktionen und für Verfahren, die unter axialen und der azimutalen Komponente der hoher Temperatur durchgeführt werden müssen.

. Gasströmung zwei verschiedene Sätze von öff- Es sind Plasmageneratoren bekannt (deutsche

nungen (114 bzw. 120) vorgesehen sind, deren Auslegeschrift 1 239 033 und 1 264 640), bei denen Gaszuführungen (130 bzw. 150) getrennt vonein- das Gas so in die Brennkammer eingeleitet wird, daß ander steuerbar sind. 15 ihm außer der axialen Komponente eine azimutale

2. Plasmagenerator nach Anspruch 1, gekenn- Komponente erteilt wird, so daß es sich längs der zeichnet durch mehrere getrennte öffnungen Brennkammerwand schraubenförmig bewegt. Die für (114) zur Einleitung des Gases in azimutaler diese Schraubenbewegung verantwortliche Azimutal-Richtung in die Brennkammer (30). komponente wird entweder durch eine entsprechende

3. Plasmagenerator nach Anspruch 1, gekenn- so Neigung des oder der Gaseinlaßkanäle oder mit Hilfe zeichnet durch mehrere getrennte, tangential zum einer besonders gestalteten Prallplatte hervorgerufen. Umfang der Brennkammer (30) gerichtete öff- Nach einem älteren Vorschlag (deutsches Patent nungen (120) zur Einleitung des Gases in azimu- 1286241) werden die beiden Strömungskompotaler Richtung in die Brennkammer. nenten von getrennt angeordneten Gaskanälen ge-