DE1950132A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen mindestens eines Reaktionsmittels auf hohe Temperatur - Google Patents

Description

nnnwi^^Pikii-T-r si Aachen,den 2. Oktober 1969

BRUNO SCHMciZ Augustastraße 14-16 · Telefon 34731

Paienfanwalt 1950132

LA SOUDURB ELECTRIQUE AUTOGENE, PROCEDES AROOS, S.A. in Brüssel (Belgien)

Beschreibung zu Patentanmeldung

Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen mindestens eines Reaktionsmittels auf hohe Temperatur ___

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhitzen mindestens eines Reaktionsmittels auf hohe !Temperatur, wobei die Düsenelektroden von mindestens zwei Plasmabrennern, die ihrerseits aus je einer Voll- und einer Düsenelektrode bestehen, mit je einer anderen Phase eines Wechselstromes verbünden werden, zwischen der Voll- und der Düsenelektrode jedes Plasmabrenners ein Grleichstromlichtbogen aufrechterhalten wird, in den an der Eintrittsöffnung der Düsenelektroden ein inertes Gas eingeführt wird, die Plasmabrenner so ausgerichtet sind, daß die aus ihnen austretenden Plasmastrahlen zu einer gemeinsamen Zone konvergieren und das Reaktionsmittel in die Nähe der Konvergenzzone der Plasmastrahlen gebracht wird.

Hierbei sind unter "Reaktionsmittel" sowohl gasförmige als auch flüssige oder feste pulverformige Reaktionsmittel zu verstehen.

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Ein Verfahren dieser Art ist bereits in der deutschen Patentanmeldung Aktz. P 19 33 032.6 vom 30. Juni 1969 beschrieben worden.

Bei dem infrage stehenden Verfahren wird zur Bildung der Plasmastrahlen ein im allgemeinen inertes Strömungsmittel, z.B. Argon oder Stickstoff, in jeden Plasmabrenner eingeführt. Um einen vorzeitigen Verschleiß der Elektroden der Plasmabrenner zu vermeiden, erfolgt dabei ferner die Zuführung des Reaktionsmittels außerhalb der Bereiche der Düsenelektroden, an welchen die Wechselstrom- und Gleichstromlichtbögen entstehen.

.Aus verständlichen Gründen ist es bei diesem Verfahren zweckmäßig, das Reaktionsmittel in die Konvergenzzone der Plasmastrahlen einzuführen, und zwar vorzugsweise in einer Richtung, die zu jedem Plasmastrahl im gleichen Winkel steht. Wenn dabei versucht wird, in das Plasma große Mengen des Reaktionsmittels einzuführen, stellt man jedoch fest, daß die Wechselstromentladung zwischen den Düsenelektroden instabil wird. Diese Instabilität ist eine Folge der durch die erhöhte Zufuhr an Reaktionsmittel erfolgenden Abkühlung des Plasmas. Man kann diesen Mangel indes dadurch vermeiden, daß man die Ionisation des von dem Wechselstrom beheizten Raumes durch eine Vergrößerung der Stärke des Gleichstromlichtbogens jedes Plasmabrenners erhöht. Dieser Ausweg ist jedoch nicht die beste Lösung, denn sie erfordert erheblich aufwendigere Gleichstromquellen und verursacht größere EnergieVerluste.

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Andererseits verbieten die bekannten Verfahren, bei denen das Reaktionsmittel quer durch das Plasma geleitet wird, eine Erhitzung selbst kleiner Mengen des Reaktionsmittels auf mäßige Temperaturen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher nicht nur in der Vermeidung der genannten Mängel, sondern auch in der Erzielung weiterer Vorteile, die noch aufgezeigt werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, daß das Reaktionsmittel in der Nähe der Konvergenzzone der Plasmastrahlen im wesentlichen entlang einer Schraubenlinie bewegt wird, deren Achse mit jedem der Plasmastrahlen einen gleichen Winkel einschließt.

Wenn eine beträchtliche Menge an Reaktionsmittel auf hohe Temperatur erhitzt werden soll, ist es gemäß einer AusfUhrungsform der Erfindung Torteilhaft, wenn die Schraubenlinie, entlang welcher das Reaktionsmittel zur Konvergenzzone der Plaemastrahlen bewegt wird, so ausgerichtet wird, daß das mit einer Schraubenlinienbewegung vorgetriebene Reaktionsmittel die Konvergenzzone der Plasmastrahlen kreuzt. In diesem Fall stellt man fest, daß die schrauben!inienförmige Wirbelbewegung, der das das Plasma durchquerende Reaktionsmittel ausgesetzt wird, eine innige Mischung dieses Reaktionsmittels mit dem Plasma sicherstellt. Darüber hinaus bewirkt die Wirbelbewegung des

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Reaktionsmittels einen Sog entgegen der Strömungsrichtung des Reaktionsmittels auf den Nullpunkt der elektrischen Wechselstromentladung.

Wenn es sich dagegen darum handelt, dae Reaktionsmittel nur auf mäßige Temperatur zu erwärmen, ist es zweckmäßig, wenn die Schraubenlinienbewegung des Reaktionsmittels so ausgerichtet wird, daß sich dieses von der Eonvergenzzone der Plasmastrahlen entfernt. Bei dieser besonderen Ausflihrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Reaktionsmittel im wesentlichen nur der Strahlung des Plasmas unterworfen.

Wenn beträchtliche Mengen an Reaktionsmittel erhitzt werden sollen oder wenn zwei hocherhitzte Reaktionsmittel miteinander vermischt werden sollen, können die beiden vorerwähnten Ausflihrungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens miteinander kombiniert werden. In diesem Fall wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Bchraubenlinienförmige Bewegung eines Reaktionsmittels oder einer Teilmenge desselben so ausgerichtet, daß sie sich von der Konvergenzzone der Plasmastrahlen entfernt, während die schraubenlinienförmige Bewegung des anderen Reaktionsmittels oder der anderen Teilmenge des gleichen Reaktionsmittels gegen die Konvergenzzone so ausgerichtet wird, daß dieses Reaktionsmittel bzw. diese Reaktionsmittelmenge die Eonvergenzzone durchquert und auf das erstgenannte Reaktionsmittel bzw. die erstgenannte Reaktionsmittelmenge stößt.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen, daß bei Verwendung von mindestens drei Plasmabrennern die Rotationsbewegung des Reaktionsmittels um die Achse der Schraubenlinie im gleichen Sinne wie das von der Wechselstromquelle erzeugte Drehfeld ausgerichtet wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche wenigstens zwei Plasmabrenner besitzt, die jeweils eine mit einer Gleichstromquelle verbundene Voll- und eine Dlisenelektrode aufweisen, bei der ferner Mittel zum Zufuhren eines inerten Gases bzw. einer inerten Gasmischung durch jede Dtisenelektrode vorgesehen und diese Dtisenelektroden jeweils mit einer anderen Phase einer Wechselstromquelle verbunden und so ausgerichtet sind, daß die aus ihnen austretenden Plasmastrahlen zu einer gemeinsamen Zone konvergieren, und welche schließlich Mittel hat, die das Reaktionsmittel dem Bereich der Konvergenzzone der Plasmastrahlen zufuhren.

Gemäß der Erfindung ist bei dieser Vorrichtung vorgesehen, daß sie mindestens eine Einrichtung aufweist, die das Reaktionsmittel in der Nähe der Konvergenzzone der Plasmastrahlen in eine schraubenlinienförmige Bewegung um eine Achse versetzt, die mit jedem der Plasmastrahlen einen genau gleichen Winkel einschließt.

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Abgesehen davon weist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch noch verschiedene weitere vorteilhafte Merkmale auf. So ist bei der erfindungageinäßen Vorrichtung unter anderem vorgesehen, daß jede Einrichtung, die das Reaktionsmittel in eine sohraubenlinlenförmige Bewegung versetzt, aus einem konischen oder zylindrischen Rohr besteht, in das tangential eine Zuführleitung für das Reaktionsmittel mündet.

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In der Zeichnung sind Ausftihrungsbeispiele der Erfindung in echematischer Form dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen waagerechten Schnitt einer ersten AusfUhrungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Teilschnitt der gleichen Ausflihrungsform gemäß der Ebene II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Fig. 2 entsprechenden Teilschnitt einer zweiten Ausflihrungsform der Erfindung,

Fig. 4 einen den Flg. 2 und 3 entsprechenden

Teilschnitt einer dritten Ausflihrungsform der Erfindung und

Fig. 5 eine Teildarstellung der Ausflihrungsform gemäß Fig. 3 in größerem Maßstab.

In allen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der Vorrichtung jeder Ausflihrungsform sind drei Plasmabrenner 1, 2 und 3 vorgesehen. Diese sinct unter einem Winkel . von 120° zueinander versetzt und entlang der Erzeugenden eines gedachten Kegels ausgerichtet, dessen Spitze sich im Zentrum der Konvergenzzone der von ihnen ausgehenden Plasmastralilen 4, 5 und 6 befindet. Aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung sind die drei Plasmabrenner 1, 2 und 3 jedoch in einer gemeinsamen Ebene liegend dargestellt.

Die drei Plasmabrenner 1, 2 und 3 bestehen jeweils aus einer Vollelektrode und.einer■ DUsenelektrode, d.h. den Vollelektroden 7, 8 und 9 und den Düsenelektroden 10, 11 und 12.

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Die Plasmabrenner 1, 2 und 3 werden jeweils von Gleichstromquellen 13» 14 und 15 derart gespeist, daß ein Gleichstromlichtbogen zwischen der YoIl- und der Dtisenelektrode jedes Plasmabrenners aufrechterhalten wird« .

Die Diisenelektroden 10, 11 und 12 sind jeweils an eine andere Phase einer dreiphasigen Wechselstromquelle 16 angeschlossen, deren neutraler Punkt auf dem Potential des Mittelpunktes der Konvergenzzone 17 der Plasmastrahlen 4, 5 und 6 gehalten wird. ™ Dieser Mittelpunkt ist somit der Nullpunkt der elektrischen Weehselstromentladungen. Die' Wechselstromquelle 16 dient einerseits dazu, die Energie der aus den Plasmabrennern 1, 2 und 3 austretenden Plasmastrahlen 4, 5 und 6 zu verstärken, und andererseits zur Erzeugung eines Drehfeldes, das die Konvergenzzone der Plasmastrahlen 4, 5 und 6 beeinflußt.

Das Verhältnis zwischen der von der yfeehselstromquelle 16 und • der von der Gesamtheit der Gleichstromquellen 13", 14 und 15 erzeugten Leistungen ist vorteilhaft größer als 3:1.

Die Vorrichtung kann gegebenenfalls auch nicht dargestellte Einrichtungen aufweisen, die geeignet sind, dem von der WechselstrOmquelle 16 erzeugten Drehfeld ein magnetisches Hilfsdrehfeld zu- überlagern. · ^; "·

Die. Diiaenelektroäen 10, .1.1 und 12. weisen Kanäle- 18 auf, die "; zum Umlauf eines Kühlmittels dienen.

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Sie In den Figuren 1 und 2 dargestellte erste Ausführungeform der Vorrichtung umfaßt ferner eine senkrechte Leitung, die in lotrechter Stellung oberhalb der Konvergenzzone 17 der Plasmastrahlen 4» 5 und 6 angeordnet und auf diese ausgerichtet ist. Diese Leitung 19 besteht aus einem konischen Rohr 20, das einen kegelstumpfförmigen inneren Kern 21 umschließt und an seinem oberen Teil mit einer geneigten Leitung 22 zum Einführen eines Reaktionsmittels entsprechend djem Pfeil 25 versehen ist. Die Einfuhrleitung 22 ist bezüglich der Wandung des Rohres 20 so ausgerichtet, daß das Reaktionsmittel 23 tangential in das Rohr 20 eintritt und nach Durchströmung desselben quer durch die Konvergenzzone 17 der Plasmastrahlen 4, 5 und 6 geführt wird. Dabei wird das Reaktionsmittel innerhalb des Rohres 20 entlang einer axialen Schraubenlinie bewegt, welche durch die Bahnkurve 24 schematisch angedeutet ist.

Das Reaktionsmittel, das bei seiner Berührung mit dem Plasma in der Konvergenzzone 17 der Plasmastrahlen 4, 5 und 6 ionisiert wird, wird beispielsweise zu einem Reaktionsbad geleitet, das sich in einem nicht dargestellten Ofen befindet, der von den Plasmabrennern 1, 2 und 3 beheizt wird.

Unter der Wirkung der schraubenlinienförmigen Wirbelbewegung des Reaktionsmittels wird der Nullpunkt der elektrischen Entladung nach oben angesaugt, wie dies Fig. 2 zeigt. Die punktierten Linien 25 und 26 zeigen die Stellungen der Plasma-

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strahlen und Ihren Schnittpunkt in dem FaIl, in welchem das Reaktionsmittel lediglich lotrecht mit einer geradlinigen Bewegung der Konvergenzzone 17 der Plasmastrahlen zugeführt würde.

Bei einer nicht dargestellten abgewandelten Vorrichtung dieser Art ist der kegelstumpfförmige Kern 21 durch eine Scheibe ersetzt, durch die Kanäle führen, die mit dem konischen. Rohr in Verbindung stehen» mit der Leitung 22 verbunden und so ausgerichtet sind, daß sie eine schraubenlinienförmige Wirbelbewegung des Reaktionsmittels entlang der Wandung des Rohres gewährleisten.

Die Vorrichtung gemäß der in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsform dient zur Aufwärmung geringer Mengen des Reaktionsmittels auf mäßige Temperatur.

Diese Vorrichtung weist eine lotrechte zylindrische Leitung auf, die durch, einen Zylinder 28 gebildet ist, der lotrecht sowie konzentrisch zur Konvergenzzone 17 der Plasmastrahlen 4» 5 und 6 angeordnet ist. Die Leitung 27 ist mit ihrem oberen Teil an eine Einführleitung 29 für ein durch den Pfeil 23 angedeutetes Reaktionsmittel angeschlossen. Im oberen !Peil der Wandung des Zylinders 28 sind kreisringsförmige Leitschaufeln 30 angebracht, die die Aufgabe haben, dem aus der Einführleitung 29 austretenden Reaktionsmittel 23 eine schraubenlinienförmige Wirbelbewegung zu erteilen, die von

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der Koiivergenzzone 17 der IPlasmastrahleit wegführt. Diese Wirbelbewegung ist schematisch durch die Schraubenlinie 31 dargestellt.

Die Wirberbewegung des Reaktionsmittels 23 bewirkt einen Sog auf den Hullpunkt der elektrischen Wechselentladungen zur Eintrittsstelle des Reaktionsmittels in. den Zylinder 28 hin.

Bei der Vorrichtung gemäß der dritten Ausftthrungsform der Erfindung, die in Pig. 4 dargestellt ist und insbesondere zum Aufwärmen großer Mengen an Reaktionsmittel auf relativ geringe Temperaturen, z.B. in der Größenordnung von 1500-2000° 0, dient, wird das Reaktionsmittel vorteilhaft in zwei Stufen zugeführt. Zunächst wird eine geringe oder mittlere Menge eines ersten Teiles des zu erhitzenden Reaktionsmittels oberhalb der Konvergenzzone 17 der Plasmastrahlen 4, 5 und 6 in ein konisches Rohr 20 eJageführt, die dann anschließend entsprechend den Figuren ,1 und 2 einer Bchraubenlinienförmigen Bahnkurve folgt. Hierdurch, wird das Ausblasen des dreiphasigen Wechselstromlichtbogens vermieden. Dabei wird das Reaktionsmittel auf eine lejmperatur in der Größenordnung von 4000-5000° C gebracht, wodurch die günstigen thermischen Verhältnisse in dem Raum beibehalten werden, der von dem dreiphasigen Wechselstrom durchströmt wird, und infolgedessen eine stabile Wechselstromentladung gewährleistet wird. In einer zweiten Stufe und gleichzeitig mit.der ersten Stufe wird ein zweiter Teil des

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zu erhitzenden Reaktionsmittels unterhalb der Konvergenzζone der Plasmastrahlen 4, 5 und 6 durch eine Leitung 29 einem Zylinder 28 zugeführt und in diesem durch Leitschaufeln 30 in eine schraubenlinienförmige, von der Konvergenzzone weggerichtete Bewegung versetzt, wie dies unter Bezugnahme auf Pig. 3 bereits beschrieben; wurde.

Der zweite Teil des Reaktionsmittels vermischt sich dabei mit dem von oben zugeführten ersten Teil desselben derart, daß eine gewünschte mittlere Temperatur des Reaktionsmittels und damit eine gleichmäßige radiale Temperaturverteilung in diesem erzielt wird.

Die Vorrichtung gemäß Flg. 4 stellt praktisch eine Zusammenfassung der Vorrichtungen gemäß den Figuren 1 und 2 einerseits und der Fig. 3 andererseits dar. Sie -umfaßt eine Leitung 19 entsprechend derjenigen der Figuren 1 und 2,. in der die erste Teilmenge des zu erhitzenden Reaktionsmittels in eine schraubenlinienförmige Bewegung versetzt wird, bevor eine Durchführung derselben quer durch die Konvergenzzone 17 der Plasmastrahlen 4» 5 und 6 erfolgt. Ferner weist sie eine Leitung 27 entsprechend derjenigen der Fig. 3 auf, in der die zweite Teilmenge des zu erhitzenden Reaktionsmlttels einer sehraubenlinlenförmigen Bewegung unterworfen wird, die sich von der Konvergenzzone 17 der Plasmastrahlen 4»· 5 und 6 entfernt.

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Pie beiden Leitungen 19 und 27 sind beiderseits der Konvergenz- zone 17 der Plasmastrahlen 4, 5 und 6 mit zu dieser konzentrischen und miteinander fluchtenden Achsen angeordnet, so daß die aus der leitung 19 austretende und die Konvergenzzone 17 durchquerende Teilmenge des Reaktionsmittels anschließend in die Leitung 27 einströmt und sich dort mit der anderen, weniger heißen Teilmenge des Reaktionsmittels vermischt.

Ein zusätzlicher Vorteil dieser Ausführungsform mit doppelter Einführung des Reaktionsmittels besteht darin, daß sie ein Stabilisieren des Nullpunktes der dreiphasigen Wechselstromentladungen an einer beliebigen Stelle ermöglicht, indem dieser Nullpunkt nach Belieben entweder in Richtung gegen das oberhalb oder das unterhalb der Konvergenzzone 17 derPlasmastrahlen 4, 5 und 6 zugeflihrte Reaktionsmittel entlang der gemeinsamen Achse der Leitungen 19 und 27 verschoben wird.

Diese Verschiebung kann dadurch gesteuert werden, daß auf die Durchflußmenge des Reaktionsmittels in der Leitung 19 und/oder auf diejenige in der Leitung 27 derart eingewirkt wird, daß die Saugkräfte, welche auf den Nullpunkt der elektrischen Entladungen von den in Wirbelbewegung versetzten Reaktionsmittelsäulen der Leitungen 19 und 27 ausgeübt werden, eine Veränderung erfahren. *

Pig. 5 zeigt schematisch die drei einander entgegenstehenden Kräfte, die die Stellung dieses Nullpunktes bestimmen. Dabei

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handelt es sich einerseits um die beiden Saug- bzw. Druckkräfte 32, 33, die in den Leitungen 19 und 27 herrschen, und andererseits um die Kraft 34» die τοη dem durch die dreiphasige Weohselstromquelle erzeugten Drehfeld hervorgerufen wird und danach strebt, die Plasmastrahlen 4, 5 und 6 voneinander zu entfernen.

Die vorstehend beschriebenen Verhältnisse werden jedoch durch einen Umstand beeinträchtigt, der durch das Vorhandensein des Phänomens des magnetischen Blasens hervorgerufen wird, das seinerseits auf der Wirkung des Wechselstromes auf die geneigten Spitzen der Plasmastrahlen 4» 5 und 6 beruht. Aufgrund der kombinierten Steuerung der beiden durch die Zuführung des Iteaktionsmittels bewirkten entgegenstehenden Kräfte oberhalb und unterhalb des Nullpunktes der elektrischen Entladungen ist es jedoch raqg.ich, die Wirkung des magnetischen Blasens weitgehend auszugleichen und den Nullpunkt festzulegen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist insbesondere dazu bestimmt, in einem Heizofen zur thermischen Behandlung eines Reaktionsmittels benutzt zu werden. In dem Fall, in welchem ein besonders reaktionsfreudiges Mittel benutzt wird, z.B. Sauerstoff, kann man vorteilhaft eine Vorrichtung gemäß Fig. anwenden. So verursacht die Widerstandsfähigkeit des Bereiches, in dem der Lichtbogen brennt, bei hohen Temperaturen bei einer solchen Vorrichtung weniger Schwierigkeiten, vorausgesetzt daß man den Sauerstoff in die Leitung 27 bei relativ niedriger Temperatur einführt, was insbesondere dazu führt, daß die Wandung der Leitung 27 weniger beansprucht wird.

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Die Anwendung einer einfachen Wirbeleinführung des Reaktionsmittels oder, in Abwandlung davon, einer zweistufigen Wirbeleinführung desselben, ist gleichermaßen vorteilhaft hinsichtlich der von den drei Plasmabrennern zu verbrauchenden Gleichstromleistung. Angesichts der günstigeren Ionisationsbedingungen zwischen den drei Plasmabrennern ist es nämlich dabei möglich, die mit dem Gleichstrom zugeführt© Leistung einige Sekunden nach dem Einschalten des dreiphasigen Wechselstromes herabzusinken, ohne befürchten zu müssen, daß der Wechselstromlichtbogen erlischt. Mit anderen Worten entnimmt man nur während der kurzen Zeitspanne des Zündens den .Gleichstromquellen eine relativ hohe Leistung, die etwa z.B. 20 bis 30 $ der überlagerten Weohselstromleistung ausmacht. Sobald aber diese überlagerte WechBelstromleißtung das Reaktionsmittel im Bereich rund um die Brenner aufheizt, wird die zur Unterhaltung des Wechselatromplasmas erforderliche Gleichstromleistung vermindert, ohne ein Aus- oder Wegblasen dieses Plasmas durch das nahe der Konvergenzzone (in ein oder zwei Stufen) entlang einer Schraubenlinie zugeführte ReaktionBmittel befürchten zu müssen«

Die zweistufige Reaktionsmittelzuführung braucht im übrigen nicht zwingend mit dem gleichen Reaktionsmittel zu erfolgen, denn es ist klar, daß man ober- und unterhalb der Konvergenzzone je nach Belieben entsprechend der gewünschten Reaktion auch zwei verschiedene Reaktionsmittel zuführen kann.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann man zusätzlich zur Intensivierung der durch die Wirbelbewegung des Reaktionsmittels und die Rotation des durch den von einer zur anderen Elektrode gehenden Strom erzeugten Feldes erzielten Vermischung des Reaktionsmittels auf dieses ein magnetisches Hilfsfeld einwirken lassen, das die ganze Maeee des ionisierten Reaktionsmittels ähnlich wie einen Rotor eines Asynchronmotors in Drehung versetzt.

Nach einer besonderen Ausflihrungsform der Erfindung kann man den Nullpunkt der elektrischen Wechselstromentladungen auch noch dadurch stabilisieren, daß man den Winkel, der von den drei Plasmastrahlen 4» 5 und 6 untereinander gebildet wird, und die Stellung der Zuführung des wirbelnden Reaktionsmittels (Leitungen 19 und/oder 27) verändert. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Stellung des Nullpunktes bestimmt wird durch die Wirkung der beiden entgegenwirkenden Kräfte, nämlich dem Sog durch die Zuführung deswirbelnden Reaktionsmittels und dem magnetischen Blasen des Wechselstromlichtbogens, welches umso stärker ist, je spitzer der Winkel zwischen den Spitzen der drei Plasmastrahlen 4, 5 und 6 ist.

Gemäß einer besonderen, nicht dargestellten. AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird seitlich in mindestens einen der Plasmastrahlen ein zusätzliches Reaktionsmittel eingegeben, nämlich quer durch die Düsenelektrode, aus der dieser

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Plasmastrahl austritt, und zwar unterhalb der Stelle, wo der Lichtbogen auf diese Elektrode auftrifft.

Wie bereits erwähnt wurde, ist das Verfahren sowohl bei einer Vorrichtung mit zwei Brennern mit ein- oder zweiphasigem Strom als auch bei Vorrichtungen mit drei oder mehr Brennern mit drei- oder mehrphasigem Strom entsprechend der Anzahl der Brenner anwendbar.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausfiihrungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind bezüglich der Form, der Anordnung und der Beschaffenheit einiger Elemente derselben im Rahmen des Erfindungsgedankens durchaus Änderungen möglich»

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Claims (14)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Erhitzen mindestens eines Reaktionsmittels auf hohe Temperatur, wobei die Düsene/lektroden von mindestens zwei Plasmabrennern, die ihrerseits aus je einer Voll- und einer Düsenelektrode bestehen, mit je einer anderen Phase eines Wechselstromes verbunden werden, zwischen der Voll- und der Düsenelektrode jedes Plasmabrenners ein Gleichstromlichtbogen aufrechterhalten wird, in den an der Ein-P trittsöffnung der Düsenelektroden ein inertes Sas eingeführt wird, die Plasmabrenner so ausgerichtet sind, daß die aus ihnen austretenden Plasmastrahlen zu einer gemeinsamen Zone konvergieren und das Reaktionsmittel in die Nähe der Konvergenzzone der Plasmastrahlen gebracht wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Reaktionsmittel in der Mhe der Konvergenzzone der Plasmastrahlen im wesentlichen entlang,einer Schraubenlinie bewegt wird, deren Achse mit jedem der Plasmastrahlen einen etv/a gleichen Winkel einschließt,

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenlinie, entlang welcher das Reaktionsmittel zur Konvergenzzone der Plasmastrahlen bewegt wird, so ausgerichtet wird, daß das mit einer Schraubenlinienbewegung vorgetriebene Reaktionsmittel die Konvergenzaone der Plaaraastrahlen kreuzt,

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenlinienbewegung des Reaktionsmittels so ausgerichtet wird, daß sich dieses von der Konvergenzzone der Plasmastrahlen entfernt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von mindestens drei Plasmabrennern die Rotationsbewegung des Reaktionsmitteis um die Achse der Schraubenlinie im gleichen Sinne wie das von der Wecheelstromquelle erzeugte Drehfeld, ausgerichtet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche ί bis A, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhitzung von zwei verschiedenen Reaktionsmitteln oder Ton zwei Teilmengen des gleichen Reaktionsmittels die schraubenlinienförmige Bewegung eines Reaktionsmittels oder einer Teilmenge desselben so ausgerichtet wird, daß sie sich von der Konvergenzzone der Plasmastrahlen entfernt, während die schraubenlinienförmige Bewegung des anderen Reaktiönsmittels oder der anderen Teilmenge des gleichen Reaktionemittels gegen die Konvergenzzone so ausgerichtet wird, daß dieses Reaktionsmittel bzw. diese Reaktionsmittelmenge die Konvergenzζone durchquert und auf das erstgenannte Reaktionsmittel bzw. die erstgenannte Reaktionsmittelmenge stößt.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengen der Reaktionsmittel so geregelt werden, daß sie die auf die Stellung des Nullpunktes der Wechselstromentladungen ausgeübte Wirkung des von der Wechselstromquelle hervorgerufenen Drehfeldes ausgleichen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß von der. Seite her in mindestens, einen der Plasmastrahlen quer durch die DUeenelektrode, aus der dieser Plasmastrahl austritt, und unterhalb der Stelle, an welcher der lichtbogen auf diese Düsenelektrode auftrifft, ein zusätzliches Reaktionsmittel eingeführt wird.

8. Torrichtung zum Erhitzen mindestens eines Reaktionsmitteis auf hohe Temperatur, welche wenigstens zwei Plasmabrenner besitzt, die jeweils eine mit einer Gleichstromquelle verbundene Voll- und DUsenelektrode aufweisen, bei der ferner Mittel zum Zuführen eines inerten Gases bzw. einer inerten Gasmischung durch jede DUeenelektrode vorgesehen und diese Düsenelektroden jeweils mit einer anderen Phase einer Wechselstromquelle verbunden und so ausgerichtet sind, daß

- die aus ihnen austretenden Plasmastrahlen zu einer gemeinsamen Zone konvergieren, und welche schließlich Mittel hat, die das Reaktionsmittel dem Bereich der Eonvergenzzone der Plasmastrahlen zuführen, d adurch gekennzeichnet , daß mindestens eine Einrichtung (19, 27)

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vorgesehen ist, die das Reaktionsmittel (23) in der Nähe der Konvergenzzone (17) der Plasmastrahlen (4, 5, 6) in eine sehraubenlinienförmige Bewegung um eine Achse versetzt, die mit jedem der !Plasmastrahlen (4, 5, 6) einen genau gleichen Winkel einschließt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einrichtung (17, 27), die das Reaktionsmittel (23) in eine schraubenlinienförmige Bewegung versetzt, aus einem konischen oder zylindrischen Rohr (20, 28) besteht, in das tangential eine Zufahrleitung (22, 29) für das Reaktionsmittel (23) einmündet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rohr (2Θ) im Bereich der EinmUndung der Zufahrleitung (29) Leitsehaufeln (30) oder dergleichen angeordnet sind, die das zugeflihrte Reaktionsmittel (23) auf einer Schraubenlinie entlang der Wandung des Rohres (28) fuhren.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Rohres (20.) entlang dessen Achse ein konischer oder zylindrischer Kern (21) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Einrichtung (19) oberhalb der Konvergenzzone (17) der Plasmastrahlen (4, 5» 6) befindet und daß das Rohr (20, 28), die Zuführleitung

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(22, 29) und die Leitelemente (21, 30) so angeordnet sind,, daß sie das Reaktionsmittel (23) im wesentlichen gemäß einer Schraubenlinie in Richtung der Konvergenzzone (17) sowie durch diese führen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 Ms 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Einrichtung (27) unterhalb der Konvergenzzone (17) der Plasmastrahlen (4» 5_t 6) befindet und daß das Rohr (28), die Zuführleitung (29)

w und die Leitschaufeln (30) dieser Einrichtung so angeordnet sind, daß sie dem Reaktionsmittel (23) eine im wesentlichen sehraubenlinienförmige, von der Konvergenzzone (17) wegführende Bewegung vermitteln.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Einrichtung (19) oberhalb und eine Einrichtung (27) unterhalb der Konvergenzzone (17) der Plasmastrahlen (4, 5, 6) befindet, daß die Rohre (20, 28) der beiden Einrichtungen koaxial sowie konzentrisch zu der Konvergenzzone (17) der Plasmastrahlen (4, 51 6) angeordnet sind, daß das Rohr (20), die Zuführleitung (22) sowie der Leitkern (21) der oberen Einrichtung (27) dem Reaktionsmittel (23) eine im wesentlichen sehraubenlinienförmige Bewegung in Richtung der Konvergenzzone (17) sowie durch diese hindurch vermitteln und daß das Rohr (28), die Zuführleitung (29) sowie die Leitschaufeln (30) der unteren Einrichtung (27) eine im wesentlichen schraubenlinienförmige, von der Konvergenzzone (17) wegführende Bewegung des Reaktionsmittels (23) bewirken. „

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