DE2246300A1 - Plasmabrenner - Google Patents

Description

Patentanmeldung ' - ■

LONZA AG, Gampel/Wallis (Geschäftsleitung: Basel)

Plasmabrenner

Die Erfindung "betrifft einen Plasmabrenner mit einem Gehäuse mit ringförmigen, koaxialen Einsätzen und Zu- sowie Ableitkanälen für Kühl- und Stabilisierungsflüssigkeit.

Bei bekannten Plasmabrennern (vergl. z.B. die- deutsche Offenlegungsschrift 2 027 341) ist das Gehäuse ein Hohlzylinder. Ein Teil des Hohlraumes bildet eine Elektrodenkämmer. Ringförmige, koaxiale Einsätze in dieser halten eine stabförmige Elektrode koaxial in der Elektrodenkammer, dienen zur Kontaktierung der Elektrode und bilden zusammen mit der Innenwand der Elektrodenkammer einen oder mehrere Hohlräume, durch welche,eine Kühlflüssigkeit zur Kühlung der Elektrode zirkuliert. Das Gehäuse hat .im Bereich der Elektrodenkammer Bohrungen für die Zufuhr und Ableitung der Kühlflüssigkeit zu und aus diesen Hohlräumen. Der restliche" "

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Teil des Hohlraumes des Gehäuses bildet eine Brennkammer. Diese ist durch ebenfalls ringförmige, koaxiale Einsätze an axialer Richtung unterteilt. Zwischen dem äusseren Umfang von Einsätzen und der Innenwand der Brennkammer sind ein oder mehrere Ringspalte gebildet. Diese Einsätze sind mit tangentialen Bohrungen versehen, um Flüssigkeit zum Stabilisieren des Plasma vom Ringspalt in den Hohlraum der Einsätze zu leiten. Das Gehäuse ist im Bereich der Brennkammer mit Bohrungen versehen, um Stabilisierungsflüssigkeit in den oder die Ringspalte zu leiten und zwischen anderen Einsätzen abzuleiten.

Plasmabrenner sind wegen der extrem hohen Plasmatemperaturen einem starken Verschleiss unterworfen und müssen deshalb häufig zur Reinigung und zum Ersatz abgenutzter Einsätze auseinandergenommen und wieder zusammengesetzt werden. Auch müssen Plasmabrenner je nach dem Zweck, insbesondere für chemische Hoehtemperatur-Prozesse je nach den zu verwendenden Stoffen mit anderen Einsätzen ausgerüstet werden. Dabei erfordern diese anderen Einsätze häufig eine kürzere oder längere Brennkammer und damit einen kürzeren oder längeren Brenner, somit ein Gehäuse anderer Länge. Das Auseinandernehmen und das Auswechseln von Einsätzen ist bei den bekannten ILasmabrennern umständlich und zeitraubend, und

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gegebenenfalls musste das ganze Gehäuse durch ein kürzeres oder längeres ersetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plasmabrenner zu οchaffen, der auf einfache Weise rasch zerlegt und wieder zusammengesetzt werden kann und dadurch in der Herstellung und in Unterhalt (Reinigung und Ersatz abgenutzter Teile) einfacher ist und dessen Gehäuse verschiedenen Brennerlängen angepasst werden kann, und der auch so ausgeführt werden kann, dass er zum Ersatz von Teilen durch neue oder andere jeweils nicht vollständig auseinandergenommen werden muss.

Dies wird beim erfindungsgemässen Plasmabrenner dadurch erreicht,"dass das Gehäuse aus mehreren, in Achsenrichtung des Brenners aneinander anschliessenden Teilen besteht, die lösbar zusammengehalten sind.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt einen (vereinfachten) schematischen Längsschnitt durch einen Plasmabrenner.

Der dargestellte Plasmabrenner hat ein aus füaf Gehäuseringen 1 bis 5 und zwei Endflanschen 6 und 7 bestehendes Gehäuse. Die Gehäuseringe 1 bis 4 bestehen aus einer Polyamidart (Markenbezeichnung "Delrin"), der Gehäusering 5 besteht aus V4A-Stahl

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und ist durch einen Isolierring 61 und einen Luftspalt 62 vom Endflansch 7 elektrisch isoliert. Die Gehäuseringe 1 bis 5 sind zwischen den Endflanschen 6 und 7 durch nicht dargestellte Dehnungsschrauben, die bei Erhitzung des Brenners nachgeben, zusammengepresot. Beispielsweise können die Endplatten quadratisch und es kann zwischen jeder Quadratecke eines Endflansches und der entsprechenden Ecke des anderen Endflansches eine Dehnungsschraube vorgesehen sein. Der durch die Teile 1 bis 7 umschlossene Hohlraum i;;t mehrfach abgestuft zylindrisch und enthält eine stabförmige Kathode 8 und ringförmige Einsätze mit verschiedenen Ringprofilen. Die Gehäuseringe 1 bis 3 umschliessen die Kathodenkammer. Die Gehäuseringe 4 ^uid 5 umschliessen die Brennkammer, das in diese hineinragende Ende der Kathode 8 und eine Plasma-Austrittsdüse 9, die aus V4A-Stahl besteht. Vor einer Austrittsöffnung 10 eines Kupferringes 63 ist eine kreisscheibenförmige, gekühlte Anode um eine strichpunktiert angedeutete Achse 12 rotierend angeordnet, so dass sie eine gemeinsame Tangentialebene mit der Austrittsöffnung 10 hat.

Die aneinander grenzenden Stirnseiten der Gehäuseteile 2,3 und 4 haben Stufen 13 und 14, die direkt ineinander greifen. Die einander benachbarten Stirnseiten der Gehäuseteile 1 und 2 haben Stufen 15, 16, in denen zwei miteinander verschraubte Profilringe 17, 18 sitzen, die teils in die eine und teils in die andere dieser

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Stufen 15, 16 hineingreifen. Der Ring 18 ist in den Gehäusering 2 geschraubt. Der die Austrittsdüse bildende Profilring 9 greift einerseits in eine Stufe eines Zwischenringes 19, der in einer Stufe 20 des Gehäuseringes 4 sitzt und an diesen geschraubt ist, und andererseits in die Oeffnung des Gehäuseringes 5. Auf diese Weise sind die Gehäuseringe 1 bis 5 in. Bezug aufeinander zentriert .·

In eine Stufe 21 des Gehäuseringes 3 ist ein Zwischenring 22 geschraubt, in dem ein Gewindering 23 sitzt. Weiterhin sind in eine Stufe 24 des Gehäuseringes 3 ein flacher Zwischenring 25 und in eine gegenüberliegende Stufe 26 des Gehäuseringes 4 ein Zwischenring 27 mit li-Profil eingesetzt. Diese Zwischenringe 25 und 27 bestehen aus V4A-Stahl, sie sind an die Stirnseite des betreffenden Gehäuseringes 3 bzw. 4 geschraubt. Soweit die Gehäuseringe und diese Zwischenringe (sowie weiter unten erwähnte Teile) Hohlräume umschliessen, durch die Kühl- oder Stabilisierungsflüssigkeit fliesst, sind sie durch in Ringnuten sitzende Dichtungsringe (z.B. 28) abgedichtet.

In den Gehäuseringen 2 und 3, welche die Eathodenkammer umschliessen, sind ringförmige Einsätze 29, 30 aus Kupfer, welche die Kathode halten und zur Stromzuführung dienen, sowie Einsätze 31 bis 34. Die Einsätze 32 bis 34 bestehen aus V4A-8tahl„ Der Einsatz

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32 hat eine Keramik-Auflage 6.4* Der Einsatz 33 ist zwischen Keramik-Zwischenlagen 65 montiert. Die Einsätze■32 bis 34 begrenzen Ringräume, welche die Kathode 8 umschlies;;en.' Durch diese Ringräume zirkuliert Kühlflüs:igkeit, die durch Kanäle, von denen einer strichpunktiert angedeutet und mit 35 bezeichnet int, zuge führt und durch Kanäle 58 abgeleitet wird. Leckflüssigkeit kann durch einen Kanal 36 abflies.;en. Eine auf den Ring 17 geschraubte Mutter 37 presst einen Kontaktring 38, an den eine Stromzuführung 39 angeschlossen ist, an die Ringe 17 und 18. In je einer Stufe dieser Ringe sitzt der Ring 31. Dieser hat eine innere Stufe, in welcher zwei Lippendichtungen 40 angeordnet und durch einen angeschraubten Ring 41 gehalten sind. Der Ring 31 und die zur Stromzuführung dienenden Ringe 29 und 30 greifen ineinander, wobei Federringe 42 den erforderlichen Anpressdruck erzeugen und die Ringe 29 und 30 aus Segmenten (nicht dargestellt) zusammengesetzt sind. Die Ringe 32, 33 und 34 sitzen in der Oeffnung des G-ehäuseringes 3, wobei die Zv/ischenringe 23 und 25 äussere axiale Anschläge für die Ringe 32 und 34 bilden und der Ring 33 zwischen den Ringen

32 und 34 zentriert gehalten ist. Der Ring 33 hat tangentiale Bohrungen 43 und begrenzt die Innenseite eines Ringrauaaes 59» in den der Zufuhrkanal 35 für die Kühlflüssigkeit führt.

Die Brennkammer enthält eine Blende 44, die in einer Stufe

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des Gehäuseringes 4 sitzt und durch den Zwischenring 27 an einem inneren Vorsprung 60 des Gehäuseringes 4 gehalten ist, und zwei weitere Blenden 45 und 46. Die Blenden 44, 45 und 46 bestehen aus V4A-Stahl. Die Blenden 45 und 46 sind zusammen mit Distanzringen 47, 48 und 49 und dazwischen angeordneten Dichtungsringen, -z.B. 66, zwischen der Blende 44 und dem Zwischenring 19» in dem ein Teil der Austrittsdüse 9 sitzt, zentrisch gehalten. Die Dichtungsringe, von denen einer mit 66 bezeichnet ist, bestehen aus elektrisch islierendem Material. Die Blenden 45, 46 und Distanzringe 47, 48, 49 begrenzen an ihrem äusseren Umfang zusammen mit einem Teil der Innenwand des Gehäuseringes 4 einen Ringraum 50, in den ein Kanal 51 zur Zufuhr von Stabilisierungsflüssigkeit mündet. Diese Flüssigkeit fliesst durch tangentiale Bohrungen, z.B. 52, der Distanzringe 47, 48, 49 in die zwischen diesen und den Blenden 44, 45 und 46 bzw. der Austrittsdüse 9 gebildeten Räume, umkreist dort die Bogenentladung, bildet dabei diese stabilisierenden Flüssigkeitswirbel und gelangt durch einen Spalt 53 in einen Ringraum 54' sowie durch einen Spalt 55 in. einen Ringraum 56, aus dem sie durch einen Kanal 57 bzw. durch die Kanäle 58 abgeleitet wird.

Zur Demontage, beispielsweise zwecks Reinigung oder zum Austausch innerer Teile des beschriebenen Brenners können die zusammengesteckten Gehäuseringe 1 bis 5 nach Lösen der erwähnten (nicht dargestellten) Spannschrauben, mit denen sie zwischen den

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Flanschen 6 und 7 zusaxnmengespannt sind, an einer oder mehreren beliebigen Stossstelleh auseinandergezogen und dadurch voneinander gelöst werden, wobei die inneren Teile erst nach Herausschrauben bzw. Abschrauben eines oder mehrerer Zwischenringe 17, 18, 41", 23, 25, 27, 19, 41 herausgezogen oder herausgestossen werden können. Beim Wiedereinsetzen der inneren Teile kommen diese, wie aus der beschriebenen Konstruktion ersichtlich, ohne weiteres wieder in ihre richtige koaxiale Lage.

Beim beschriebenen Beispiel bildet der Gehäusering 1 (der mit Schrauben am Plansch 6 befestigt sein kann) eine kathodenseitige Abschlusseinheit, die vom übrigen Brenner abgezogen werden kann, ohne dass sich Teile desselben lösen.

Die Gehäuseringe 2 und 3 mit ihren Einsätzen bilden die eigentliche Kathodenkammer. Diese kann durch Auseinanderziehen der Gehäuseringe 2 und 3 in einen linken und einen rechten Teil zerlegt werden, wobei jeder dieser Teile mit den in ihm fixierten Einsätzen eine Einheit bildet.

In der linken Einheit sind die Einsätze 29 und 30 am Ring verankert, der von den eingeschraubten Ringen 17 und 18 im Gehäusering 2 gehalten ist, und die Lippendichtungen 40 sind vom angeschraubten Ring 41 gehalten.

In der rechten Einheit sind die Einsätze 32, 33 und 34

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zwischen dem eingeschraubten Ring 23 und dem angeschraubten Ring 25· koaxial gehalten. . ^/

Der G-ehäusering 4 "bildet mit den in ihm * fixiert en. Einsätzen eine Brennkammereinheit, in der die Blenden 44, 45, 46 und Distanzringe 47, 48, 49 zwischen den angeschraubten Zwischenringen 27 und 19 koaxial gehalten sind.

Der G-ehäusering 5 "bildet eine anodenseitige Ab Schluss einheit, die vom übrigen Brenner abgezogen werden kann, ohne dass sich Teile desselben (abgesehen von der Austrittsdüse 9) lösen.

Jede Einheit kann unabhängig von den anderen vom übrigen Brenner gelöst, ersetzt~oder auseinandergenommen, gereinigt und mit denselben oder anderen Einsätzen wieder zusammengefügt und in den Brenner eingefügt werden.

Die Teile des beschriebenen Plasmabrenners, deren Material oben nicht angegeben ist, können je.nach der thermischen Belastung und gegebenenfäTTsTerforderlichen Leitfähigkeit aus Kupfer, Kupfer mit Aluminiumoxydüberzug, rostfreiem Stahl oder Hartmetall (z.B. der Markenbezeichnung "Hestalloy") bestehen.

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Claims (12)

1. - ίο -

   Patentansprüche ,

   ΐ · l.J Plasmabrenner mit einem Gehäuse mit ringförmigen, koaxialen Einsätzen und Zu- sowie Ableitkanälen für Kühl- und Stabilisierungsflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus mehreren in der Achsenrichtung des Brenners aneinander anschliescenden Teilen besteht, die lösbar zusammengehalten sind.
2. 2.. Brenner nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (1 bis 5) durch bei Erhitzung des G-ehäuses nachgebende Dehnschrauben zwischen zwei Endflanschen (6,7) zusammengepresst sind.
3. 3. Brenner nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinander anliegenden Stirnseiten der Gehäuseteile (1 bis 5) Stufen (13 bis 16, 2i) aufweisen, die ineinander oder an sich beiderseits der Stirnseiten erstreckenden Ringen (9» 17, 18, 22) angreifen, um die gegenseitige koaxiale Lage der Gehäuseteile (1 bis 5) sicherzustellen.
4. 4. Brenner nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch Dichtungselemente (28) an den Gehäuseteilen und/oder an diese verbindenden Ringen.
5. 5. Brenner nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass

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   die DiQhtungselemente Dichtungsringe (28) sind, die in je einer Ringnut sitzen.
6. 6. Brenner nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass wenigstens ein Gehäuseteil (4) mit seinen Einsätzen (44 bis 49) eine Elektrodenkammereinheit und wenigstens ein weiterer Gehäuseteil (2, 3) mit seinen Einsätzen (29, 30, 31; 32, 33» 34) eine von der Elektrodeiikammereinheit lösbare Brennkammereinheit bildet.
7. 7. Brenner nach Patentanspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Gehäuseteil oder einer Kammereinheit ringförmige Einsätze (29 bis 34, 44 bis 49) zwischen je an einer Stirnseite des Gehäuseteiles bzw. der Kammereinheit lösbar befestigten Ringen (17, 18, 19, 23, 25, 26) axial fixiert sind.
8. 8. Brenner nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gehäuseteil (4) einen inneren ringförmigen Vorsprung (60) zum axialen Fixieren der Einsätze (44) hat.
9. 9. Brenner nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Einsätze (44) zwischen einem inneren ringförmigen Gehäuseteilvorsprung (60) und einem an einer- Gehäuseteilstirnseite lösbar befestigten Ring (27) axial fixiert sind. , ■
10. 10. Brenner nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

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    ein Haltering (27) für einen Einsatz (44) in einer Vertiefung einer Stirnseite eines Gehäuseteiles (4) sitzt.
11. 11. Brenner nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster Einsatz (32, 34; 44) an der inneren Wand eines Gehäuseteiles (3; 4) anliegend zentriert und wenigstens ein zweiter Einsatz (33; 45, 46), der am äusseren Umfang zur Bildung eines Ringspaltes (59; 50) von der inneren Gehäuseteilwand distanziert ist, formschlüssig am ersten Einsatz zentriert ist.
12. 12. Brenner nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einsatz als Haltering lösbar an einer.Gehäuseteilstirnseite befestigt ist.

    Für die LONZA AG Der Vertreter:

    K/mb- 4721
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