NO120564B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til frembringelse av strålingsenergi.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til frem~bringelse av strålingsvarme og/eller lys ved hjelp av konsentrert bueplasma.

Ved tidligere fremgangsmåter til frembringelse av stråling med høy intensitet ved hjelp av en elektrisk bue ble buen sendt mellom motsatte ender av et gjennomsiktig rør gjennom hvilket det ble ført en hvirvlende gasstrøm som tjente til å stabilisere buen og avkjøle rørets vegger, og til å hindre avsetning av forurensninger på de indre overflater. Ved en slik fremgangsmåte ble gassen innført ved en ende av røret og ble uttømt ved den motsatte ende. Da det var vanskelig å opprettholde hvirvelbevegelsen hvor det krevdes lengere bue, ble det foreslått at gassen skulle innføres ved rørets begge ender og uttømt fra en eller begge ender. Dette hadde imidlertid den ulempe at forurensningene ville koagulere ved eller nær rørets senter hvor gassene møtes, og derved alvorlig be-grense strålingseffektiviteten på grunn av resulterende misfarging av røret. En nyere fremgangsmåte omfatter bruk av en hvirvelende gasstrøm innført ved en ende av et rør og uttømt fra begge ender. Foreliggende oppfinnelse er basert på den oppdagelse at for å oppnå j en meget stabil og sterkt konsentrert bue ved'en slik fremgangsmåte, er det vanskelig at det opprettholdes visse driftsparametere.

Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for frembringelse av strålingsenergi som omfatter at det mellom to elektroder anbragt ved motsatte ender i et gjennomsiktig rør blir dannet en elektrisk bue gjennom en gass som ved en ende av et kammer, definert av de to elektroder og røret blir innført gjennom et antall i ringform anordnede hull egnet til å gi gassen en hvirvel-

■ bevegelse, idet gassen føres ut fra begge kammerets ender gjennom koaksiale gassuttak som er anbragt sentralt i elektrodene, hvorved oppfinnelsen er kjennetegnet ved at gasstrømmen ledes inn i kammeret under betingelsene som tilfredsstiller følgende ligning:

hvori

= inntak Mach tall (gassens hastighet idet den kommer inn i kammeret dividert med lydhastigheten ved driftstemperatur og trykk ved inntaket),

Dc = 2 x korteste avstand mellom senterlinjen for inntakshullene

og kammerets akse,

D = innvendig diameter av røret som omgir elektrodene,

jVrpJ = størrelsen av gassens hastighet idet den kommer ut fra kammer-inntaket, og JVpj = størrelsen av komponenten for V^, perpendikulært på kammerets akse,' og at kassen føres ut fra kammeret gjennom de nevnte uttak, hvorved forholdet mellom tverrsnittsarealet for kammeret og det totale tverrsnittsareal for uttakene er mellom 2 : 1 og |0 : 1, fortrinnsvis mellom 5 ; 1 og 25 : 1.

På tegningen er:

Fig. 1 et vertikalt lengdesnitt av en lysbue brenner foreligg-

ende oppfinnelse,

Fig. 2 er et forstørret tverrsnitt etter linjen 2-2 på fig. 1, Fig. 3 er en forstørret del i likhet med fig. 1 av en endedel av en utførelse av brenneren, og Fig. 3a er et lignende men mer forstørret snitt av en slik endedel, Fig. 4 er en kurve som viser strålingsintensitetene og typ-iske driftsbetingelser for forskjellige bølgelengder, oppnådd fra en bue idet det anvendes strålingskilde ifølge fig. 3*

Bruken av rørformede elektroder i an avstand ved hver ende av kammeret medfører at forurensninger (først og fremst elektrodeerosjon) feies ut utløpspassasjene i elektrodene. Dette er fordel-aktig like overfor bruken av en stavelektrode istedet for en av de rørformede elektroder, da det vil være en tendens til at slike forurensninger akkumulerer ved enden av kammeret som har stavelektrode. I tillegg til å anvende rørformede elektroder i avstand fra hverandre foretrekkes det å sprøyte inn gassen i trykkammeret bare fra en ende. Hvis gassen innsprøytes i kammeret fra begge ender, har forurensning av den gjennomsiktige hylse en tendens til å oppstå ved eller nær et område mellom elektrodene.

Oppfinnelsen angår innsprøytning av gass i et slikt apparat, og dette gir en buestrålingskilde hvori buen har en strømtetthet som er større enn 1000 ampere pr. cm p, idet selve buen inneholdes fullstendig i apparatet og hvori veggene i den gjennomsiktige hylse som omgir buen holdes i det vesentlige fri for forurensning og av-kjøles av den sterkt hvirvlende gass.

Fig. 1 viser rent skjematisk et apprat som anvendes for foreliggende oppfinnelse. En bue 10 etableres og opprettholdes mellom et par elektroder 12 og 14- ved elektrisk å forbinde de to elektroder med en kraftkilde 16. Mellom elektrodene befinner det seg et trykkammer 18 dannet av et rør 20 fremstilt av et gjennomsiktig materiale, slik som kvarts. Trykkammeret kan være formet av to konsentriske gjennomsiktige rør som er anbragt i avstand fra hverandre , således at kammerveggene lettere kan motstå store innvendige trykk. Elektrodene har utløpspassasjer 22 og 24>hvilke er i det vesentlige sentralt på linje med hverandre.

En egnet gass mates til kammeret l8 gjennom elektrodene 14 ved hjelp av et antall inntak 26, idet gassen mates til inntaket 26 ved hjelp av et ringhulrom 28 og inntaket 30 i en slik elektrode. Inntakene 26 til kammeret er anordnet således at gassen sprøytes inn tangensielt til den indre overflate i elektroden.

Dette vises klarere på fig. 2, som er et snitt etter linjen 2-2 på fig. 1. Gassen forlater således som vist ringen 28 og kommer inn i kammeret 18 ved hjelp av inntak 26. Inntaket 26a bringer f.eks. gassen til å komme inn i kammeret i en retning som er parall-ell med tangenten T på den indre overflate S av elektroden 14. Denne anordning for innsprøytning av gassen medfører at gassen hvirvler omkring den indre overflate 21 på røret 20 samt danner trykk i kammeret 18.

Denne hvirvling av gassen mot den indre overflate 21 av det gjennomsiktige rør 20 avkjøler effektivt hylsen således at det hindrer den sterke tendens til at hylsen (kvarts) skal ødelegges på grunn av kombinasjonen av de høye trykk i kammeret og varmen som utstråles av den meget intense bue.

Ettersom den hvirvlende gass fortsetter ned mot enden av kammeret motsatt inntakene, vil en del av gassen strømme ut av ut-løpspassas jen 22 mens den resterende del reverserer sin strøm og går ut av passasjen 24• Dette enestående gassmultistrømmønster har den fordel at det gir en meget ren strålingskilde. Vesentlige forurensninger (som hovedsaklig skriver seg fra elektrodeerosjon) feies ut av utløpspassasjene 22 og 24- Mindre forurensninger van-drer til og forblir ved enden av kammeret.

Med gasstrøm-mønsteret som fåes ved driftsparametrene ifølge foreliggende oppfinnelse hindres forurensning av de gjennomsiktige rør i området mellom■elektrodene effektivt.

Det hvirvlende gasstrøm-mønster har en tendens til å inn-snevre buen på minst to måter: for det første er lavtrykksområdet for aksen er foretrukket bane for en bueutladning, og for det annet forekommer det en kontinuerlig gasstrøm mot aksen langs buekolonnens lengde, hvilket medfører spredning av plasma ved termisk ledning. Da gassen før den kommer inn i buekolonnen virker som en elektrisk isolator, følger det at buen må strømme gjennom malstrømmen ved aksen eller senteret for kammeret. Denne dannede innsnevring av buen betyr at øket strøm vil gi øket bueintensitet i motsetning til bare økning av tverrsnittsarealet for buen, slik som det ville oppstå hvis det ikke var noen innsnevring.

For å oppnå en sterk hvirvling, avkjøling og tett gasstrøm, må gassen rettes inn i kammeret ved en forholdsvis stor hastighet ved relativt høye kammertrykk. Ved foreliggende oppfinnelse oppnås dette på to måter: (1) ved innføring av gassen slik at den tilfredsstiller den ovennevnte ligning, og (2) ved å opprettholde et kritisk forhold mellom tverrsnittsarealet for kammeret og det totale tverrsnittsareal for utløpspassasjene 22 og 24-I tillegg til inn-føring av en sterk hvirvel, muliggjør forholdet mellom tverrsnitts-arealene at bueavslutningsarealene kan opprettholdes innen utløps-passas jene 22 og 24• Dette eliminerer falsk buedannelse, som hvis det tillates ville medøfre ødeleggelse av apparatet.

Fremgangsmåten med innføring av gass således at det tilfredsstiller ovenfor angitte ligning sikrer at strømmønsteret vil ha tilstrekkelig moment til å opprettholde en klart definert malstrøm ved senteret av kammeret, hvor buen holdes. Dette moment sammen med relativt høye kammertrykk sikrer også at gassen vil være relativt tett og avkjølt nær periferien for hylsen 20 som danner kammeret. Men denne fremgangsmåte for gassinnføring er ikke i og for seg tilstrekkelig til å opprettholde det ønskede moment i strømmønsteret.

For å opprettholde tilstrekkelig moment i hvirvelstrøm således at det oppstår en klart definert malstrøm ved aksen av kammeret skal forholdet mellom tverrsnittsarealet for kammeret og det totale tverrsnittsareal for utløpspassasjene 22 og 24 være mellom 2 og 40 med et forhold på mellom 5°g 25 som optimum. Når forholdet blir for lavt, vil det bli utilstrekkelig strømningsbanelengde til at de separate inntaksstrømmer kan utvikle et glatt hvirvelmønster, mens på den annen side, hvis forholdet blir for stort, vil det motsatte være tilfelle, og det vil oppstå en sterk tendens til at energidegraderingsprosesser vil forminske hvirvelstyrken ettersom gasstrømmen går i spiral mot aksen.

Ved å anvende denne fremgangsmåte for gassinnføring med gass som innsprøytes bare ved en ende, og ved å opprettholde det foreskrevne arealforhold, oppnås en bemerkelsesverdig ren buestråle-'kilde hvori buen har en strømtetthet på minst 1000 ampere pr. cm p.

Fig. 3°g 3a viser foretrukken apparatur for utførelse av oppfinnelsen. På tegningen for fig. 3 er hare en ende av buestråle-apparatet vist, idet den motsatte ende er identisk med unntagelse av gassinntakspassasjene. Idet det vises til begge figurer har elektroden 32 et wolframirinlegg 34 for å skaffe bedre buefeste. Elektroden avkjøles ved å sende kjølevann fra inntaket 36 gjennom ringkanaler 38, deretter gjennom en ringkanal 40 og deretter ut

uttaket 42. Den bakre holdestruktur for apparatet avkjøles også

ved å sende vann fra inntaket 44 inn i hulrommet 46, hvorfra vannet passerer ut gjennom ringkanalen 48» Et trykkuttak 5° er anordnet for måling av gasstrykket ettersom gassen går ut gjennom gasspassa-

sjen 52.

Trykkammeret 18 er dannet av en hylse 20 fremstilt av et gjennomsiktig materiale slik som kvarts. Gass tilføres dette kammer fra inntaket 54 ved hjelp av en ringkanal 56>og at antall kammer-

inntak 58. Kammerinntakene $ 8 er dannet på den måte som er beskrevet med hensyn til inntak 26a i fig. 2. Dette gir et hvirvelmønster for gasstrømmen ettersom den fortsetter ned langs den indre flate 21

for røret 20. En del av gassen strømmer deretter ut gjennom utløps-passas jen for elektroden ved den motsatte ende av kammeret. En stor del av den resterende del av gassen reverseres i aksial ret-

ning noe nær den motsatte ende og ut gjennom den sentrale gasspass-

asje 52- Mindre deler beveger seg mot aksen gjennom hele kammeret og hjelper derved til ved forsnevring av buen.

Foreliggende apparat skaffer også utligning av trykket på

røret 20, således at det muliggjøres lettere bruk av høyere kammer-

trykk. Dette oppnås ved å tilføre gass fra inntaket 60 gjennom ringsporet 62, hvorfra den passerer inn i et sylindrisk annet kammer 18 ved hjelp av et ringformet kammerinntak 66. Kammeret 64

er også dannet av et rør 67, fremstilt av gjennomsiktig materiale slik som kvarts. Det er ikke nødvendig at denne gass skal ha et hvirvelmønster, da inntakene 66 ikke er beregnet til å fi hvirvel-mønster.

Gass som kommer inn i det sylindriske kammer 64 strømmer mot

den motsatte ende i kammeret, hvorfra den går ut gjennom egnede ut-

tak (ikke vist). På lignende måte kan gass tilføres et tredje kam-

mer 68 ved hjelp av inntak 70, ringsporet 72 og et ringformet kammerinntak 74- Det skal forstås at disse ekstra kammere ikke alltid er nødvendige, således at de kan utelates i noen tilfeller. Det skal også forstås at det kan mates et flytende kjølemiddel slik som destillert vann til disse kammere istedenfor gass.

For å fullstendiggjøre beskrivelsen av apparatet er det

anordnet flenser 76" og 78 således at hele apparatet kan boltes eller festes på annen måte til en holder.

Ved utførelse av oppfinnelsen er inerte gasser av den

klasse som omfatter argon, xenon og krypton særlig egnet som kam-

mergass. Disse inerte gasser har høyt atomtall som gir høy mulig-

het for elektronisk transisjon som er nødvendig for god stråling. Ved utførelse av foreliggende oppfinnelse kan også likestrøm liksom vekselstrøm anvendes.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte til frembringelse av strålingsenergi ved at det mellom to elektroder, anbragt ved de motsatt liggende ender i et gjennomsiktig rør, blir dannet en elektrisk bue gjennom en gass, som ved en ende av et kammer, definert av de to elektroder og røret, blir innført gjennom et antall i ringform anordnede hull, egnet til å gi gassen en hvirvelbevegelse, hvorved gassen fjernes ved begge ender av kammeret gjennom koaksiale gassuttak, sentralt anbragt i elektrodene, karakterisert ved at gasstrømmen føres inn i' kammeret under betingelser som tilfredsstiller følgende ligning :

   n lir I

   hvori Mi = inntaks Mach nummer (hastighet for gassen som kommer inn i kammeret dividert med lydhastigheten ved driftstemperatur og trykk ved inntaket). Dc = 2 x korteste, avstand mellom senterlinjene for inntakshullene og kammerets akse, Dq = innvendig diameter for røret som omgir elektrodene |Vrp| = størrelsen for hastigheten av gassen som kommer ut fra kammerets inntak, og |Vp| = størrelsen for komponenten av Vp perpendikulært på kammerets akse, og at gassen føres ut fra kammeret gjennom de nevnte utløp, hvorved forholdet mellom tverrsnittsarealet for det nevnte kammer og det totale tverrsnittsareal for uttakene ligger mellom 2:1 og 40:1, fortrinnsvis mellom 5 ;1 og 2. 5:1.