NO121927B - - Google Patents

Description

wolframkatode for å redusere erosjonshastigheten, behovet for adskilt injisering av forskjellige reagerende stoffer i lysbuen på adskilte steder for å redusere tilstopping av elektroden og erosjonshastighetene, problemet med odeleggelse og tilstopping av katoden når hydrocarboner innfores i lysbuen, og alt det foran nevnte forer til begrensninger av en bket dimensjonering av hodet for å behandle storre effekt, slik at effekt opp til 1 megawatt f.eks.ikke kan anvendes.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å frembringe en forbedret fremgangsmåte og et forbedret apparat som kan avhjelpe de nevnte ulemper.

Ifolge et trekk ved oppfinnelsen er der skaffet

en plasmagenerator med en koaksial hul anode og katode for tilkopling til en elektrisk spenning, hvor anoden og katoden er anordnet på hver sin side av en gasstilfbrselsring koaksialt i forhold til samme, for å motta gass fra åpninger anordnet i ringens vegg, og oppfinnelsen utmerker seg ved at de koaksiale hulrom i anoden og/eller katoden har et innsnevret parti vendt mot gass-tilf brselsringen og et parti med betydelig okt diameter og nær inntil samme innsnevrede parti.

De nevnte og ytterligere trekk ved oppfinnelsen

vil fremgå av folgende beskrivelse av noen foretrukne utforelses-former av oppfinnelsen og under henvisning til tegningene, hvor fig. 1 er et vertikalsnitt gjennom en utforelse av et plasmabe-handlingsapparat som omfatter oppfinnelsen, fig. 2 er et snitt i storre målestokk i samme plan som fig. 1, men viser et typisk lysbue-utladningsmbnster, fig, 3 - 5 er et snitt etter linjene 3-3, 4-4 og 5-5 på fig. 2, fig. 6 er et riss i likhet med fig. 3, men viser radiale i stedet for tangensiale injeksjorisbaner for innlops-gass-strommen og fig. 7 og 8 viser ytterligere modifiserte utforelsesfomer av oppfinnelsen.

Tegningene viser en utforelsesform av konstruksjonen som omfatter anode- og katodeelementer som danner kanaler for gjennomgang av gasstrbmmen gjennom samme og for mottakelse av et lysbue-utladningsmonster eom trenger gjennom elementene i stromningbanen. Der er f.eks. anordnet ringformede katode- og anodeelementer ved 10 og 11 med koaksiale kanaler 12 og 13 for gjennomgang av gasstrommen i pilenes 14 og 15 retning. Elementene 10 og 11 kan fordelaktigst være laget av kopper eller et annet ledende materiale.

Konstruksjonen danner også gasstrom-innlops åpninger som strekker seg mellom katode- og anodeelementene og i slik nærhet av kanalene 12 og 13 at innlopsstrommen deles og trer inn i de respektive kanaler. Som et karakteristisk eksempel skaffer en fluorcarbon-gassring 16 et antall innlopsåpninger 17 anordnet som vist på fig. 3 for å motta gass fra kanalen 22 og samlerommet 22a for å rette innlopsstrommen spiralformet eller som en hvirvel inne i et samlekammer 18 mellom anodens og katodens endeflenser 19 og 20 (fig. 1). Hvirvelstrommen deles i punktet 21 og trer inn i strupeområdene 12a og 13a med forholdsvis redu-sert diameter i kanalene 12 og 13. Det er også karakteristisk at sistnevnte omfatter sprederområder 12b og 13b med forholdsvis oket diameter nedenfor strupeområdene.

Den ovenfor nevnte konstruksjon er vist i midten av en boring 24 i et hus 25, idet passende 0-ring tetninger er anordnet ved 26, 27, 28 og 29 mellom boringen 24 og endeflensene 19, 20, 30 og 31 av elektrodene. Kanaler 32, 33, 34 og 35 for kjolevæske er dannet mellom elektrodene i huset, både på innsiden og på utsiden av med åpninger forsynte varmeledende legemer 36

og 37 anbrakt inne i boringen 24. Kjolevæsken kan tre inn i kanalene 32 og 34 gjennom ledninger 38 og 39, sirkulere inn i og ut av kanalene 33 og 35 og få avlop gjennom ledninger 40 og 41.

Ifolge oppfinnelsen gjennomtrenger et lysbueutlad-ningsmonster begge elektrodeelementene i gasstrommens bane og frembringer en ustabil gasslysbue særlig i de punkter som har variable lysbueforbindelse med elektrodene. Et slikt monster er generelt antydet med strekene 42 på fig. 2, som forloper aksialt gjennom kanaldelene 12a og 13a og forbinder seg variabelt med elektrodene i de utvidede aprederområder 12b og 13b. Slik for-anderlig eller ustabil forbindelse understuttes ved hjelp av gassens strbmningshastighet over elektrodene og den hvirvelformede eller roterende karakter av en slik strom. Likeledes gir utvidel-sen av kanalene ved 12b og 13b et storre område for lysbuens virk-ning, og reduserer derved en eventuell tendens til erosjon av elektrodeflaten ved hSy temperatur. Det er karakteristisk at lysbuen svinger mellom de forskjellige lysbue-tilknytningspunkter som er vist. Elektrodenes overflatetemperatur i lysbuens for-bindelsespunkter kan holdes godt under kopperets smeltetemperatur, slik at dannelsen av kopperkarbid stort sett unngåes når gassen inneholder hydrocarboner eller carbonholdige gasser.

En anordning for ledning av elektrisk strom til elektrodeelementene for å frembringe et slikt fordelaktig ustabilt lysbue-utladningsmonster kan inkludere elektrisk ledende tilkop-lingsplater 44 og 45 som ved 46 og 47 har forbindelse med elektrodenes endeflenser 30 og 31. Dessuten kan plotene 44 og 45

være holdt ved motsatte ender av huset 25 ved hjelp av ringformede legemer 48 og 49 sam ved bolter er festet til platene og huset ved 50. En kilde for like- eller vekselspenning er antydet ved 51 med klemmer ved 52 og 53 med forbindelse til de respektive plater 44 og 45*

Et ytterligere trekk ved oppfinnelsen gjelder tilveiebringelsen av en anordning for innforing av bråkjolingBvaske i banen for den varme gass som strommer på nedstromssiden av lysbuens tilknytningspunkter. En slik anordning er vist på tegningene og inkluderer legemene 48 og 49; som danner samlekammere 54 og 55, som forsynes med bråkjolingsvæske gjennom ledningene 56 og 57.

Fra disse kammere går bråkjolingsvæskcn som i et karakteristisk eksempel består av vann eller et annet egnet medium, gjennom åpninger 58 og 59 inn i gassen i områdene 60 og 61 nedenfor lysbuens tilknytningspunkter. Bråkjolevæsken bevirker hurtig reduk-sjon av gasstrommens temperatur og bidrar til å avslutte eller redusere de kjemiske reaksjoner som forekommer i denne ved hoy temperatur. Ventilene 62 og 63 kan betjenes for styring av den til områdene 60 og 61 innforte mengde bråkjolevæske. Bråkjoling kan også bevirkes ved hjelp av kanaler for vann eller annet brå-kjolemedium (fig. 7) anbrakt umiddelbart i elektrodene 10 og 11

på nedstromssiden av lysbuens tilknytningspunkter.

Fra områdene 60 og 61 i rørledningene 64 og 65

kan de to strommer av utladningsgass fores sammen som antydet ved stromningsledningene 66 og 67, eller de kan tas ut adskilt som antydet ved ledningene 68 og 69. I hvert tilfelle kan styre-ventiler 70 - 73 i disse stromningledninger betjenes for variabelt å styre utladningsgasstrommen fra apparatet. Gass-innlopsstrommen til ledningen 22 kan også styres med hensyn til stromningshastig-het og trykk ved hjelp av en ventil 74 eller en hvilken som helst annen anordning for å styre lysbue-utladningsmonsteret, som f.eks. forskyvning av lysbuens tilknytningspunkter på nedstromssiden eller oppstrtjmssiden i kanalene 12 og 13,, nærmere bestemt fra områdene 12a og 13o med innsnevret strupe til områdene 12b og 13b med utvidet, spredning. Bolter 76 og 77 kan feste rorholdere 7B og 79 til legemene 48 henholdsvis 49.

På fig. 6 er vist en alternativ form av fluorcarbon-gassinnlopsringen 16a som gir radiale i stedet for tangen siale innlopsåpninger 17a for den innstrommende reaksjonsgass. Strommen vil folglig ikke danne spiral eller rotere i kanalene 12 og 13. Imidlertid kan ventilene 71 - 73 på nedstromssiden da innstilles for å gi turbulente stromningsbetingelser i kanalene 12 og 13 som vil bevirke at lysbuens tilknytningspunkter blir u-stabile.

Ved den på fig, 1-5 viste utforelsesform av oppfinnelsen ble under drift naturgass matet inn i reaksjonen for fremstilling av acetylen, og det ble oppnådd en utbyttekonsentra-sjon på 13,5 % ved et forhold på 4,06 kWh effektforbruk for hver 0,45 kg fremstilt acetylen. Tabellen nedenfor antyder resultatene for en rekke forsok:

Fig. 2 viser en supplerende matningsbane eller kanal BO for direkte injisering av et reagerende stoff i lysbuen ved et punkt på nedstromssiden av strommens delested 21. Dette er usedvanlig fordelaktig når det reagerende stoff består av partikkelmateriale, såsom jernmalm, for å fremstille et produkt med onskede metallurgiske egenskaper.

På fig. 7 er vist et magnetfelt frembrakt ved hjelp av en vikling 120 anbrakt slik at den strekker seg om en elektrode 121 av den type som er vist ved 11 på fig. 2. Viklingen energi-seres styrbart fra en kilde 122 slik at den bevirker dreining av lysbuens tilknytningspunkt inne i den utvidede kanal 123 som f. eks, når der anvendes radial injisering som beskrevet på fig. 6

og som omfatter pulver. Der er også vist en anordning ved 124

som i karakteristisk utforelse omfatter en ledning 125 og et injektormunnstykke 126 i elektroden 121 for innfbring av bråkjolevæske i banen for varm gass som strommer på nedstromssiden i forhold til lysbuens tilknytningspunkt.

På fig.. B er vist viklinger 12B og 129 som frembringer magnetfelter og som strekker seg omkring elektroder 130

og 131. Elektroden 130 svarer til den som er vist ved 10 på fig. 2. Elektroden 131 avviker imidlertid ved at den er usymmetrisk i forhold til elektroden 130 (og i forhold til strommens delested 132). Elektroden 131 har også en kanal 133 med rett sylindrisk utformning over hele sin lengde. De adskilte viklinger 12B og 129 kan energi-seres separat som ved 134 og 135 for å bevirke omdreining av lysbuens tilknytningspunkter i kanalene 136 og 137 for enten radial eller tangensial injisering som beskrevet i forbindelse med fig. 6 og 2,

Anode- og katpdeelementene kan ho forskjellige andre former med stromningskanaler som divergerer eller konver-gerer kjegleformet i en nedstromsretning eller med munnstykke-utformning eller avtrappet eller sylindrisk (store eller små). Symmetriske eller usymmetriske par av slike elektroder kan anvendes sammen som anode- og katodeelementer. Der kan anvendes et hvilket som helst elektrisk ledende materiale etter bnske, forutsatt at dette er forenelig med passende kjoling.

De anordninger som er vist i ovennevnte utfbrelses-former tillater anvendelsen av meget hoyere spenninger i lysbuen for storre utgangseffekt, f.eks, innenfor området megawatt. De tillater elimineringen av behovet i mange anvendelser for en kostbar wolframelektrode og tillater anvendelsen av katode- og anode-elementet laget av samme materiale, f.eks. kopper. Videre tillater de forenkling av katodens såvel som anodens lysbue-til-knyt- ningsområder uten nbdvendigvis å måtte ty til effektive term-ioniske emittere for katodematerialet. Anordningen ifolge oppfinnelsen muliggjbr bket dimensjonering for store gossytelser og store kraftbehov på grunn av hodets utformning og funksjon. Oppfinnelsen tilveiebringer en forenklet konstruksjon av hodet

på grunn av symmetrien og tillater drift ved meget hoyere gass-trykk og muligheten for å håndtere et usedvanlig stort antall forskjellige materialer umiddelbart gjennom lysbuekolonnen uten skadelige virkninger. Anordningene ifblge oppfinnelsen frembringer bedre styring av stromstyrke og trykk og mindre svingninger i strømstyrken fra topp til topp og tillater drift ved betydelig storre prosent av tomgangskretsspenningen, slik at der behoves en mindre kapasitiv effekttilfbrsel samt gir bedre styring av bråkjolingen.

Claims (7)

1, Plasma-generator med en koaksial hul anode og katode for tilkopling til en elektrisk spenning, hvor anoden og katoden er anordnet på hver sin side av en gasstilfbrselsring koaksialt i forhold til samme, for å motta gass fra åpninger anordnet i ringens vegg, karakterisert ved at de koaksiale hulrom (12, 13) i anoden og/eller katoden har et innsnevret parti (13a, 12a) vendt mot gasstilforselsringen og et parti (13b, 12b) med betydelig Bkt diameter og nær inntil samme innsnevrede parti.

2, Apparat ifblge krav 1, karakterisert ved at anode- og katodekanalene (136, 137) strekker seg hovedsakelig usymmetrisk i forhold til gasstilfbrselringen (16), idet katodekanalen (136) inkluderer et innsnevret parti mot gasstilforselsringen (16) og et parti med okt diameter nær inntil samme nevnte parti , og nevnte anodekanal (137) har en rett sylindrisk utformning over hele sin lengde.

3, Apparat.ifblge krav 1og2, karakterisert ved en magnetisk anordning (120) eller adskilte magnetfelt-viklinger (12B, 129), for å bevege lysbuens fotpunkter på anode og/eller katode.

4, Apparat ifblge et av de foregående krav, karakterisert ved at der er anordnet et hus (24, 25) for katode-

og anodeelementene (10, 11) og som sammen med disse danner kjBle-vaaskegjennomganger (32, 33,. 34, 35) utenfor nevnte kanaler (12,

13) og fortrinnsvis med en anordning (124, 125, 126) for innforing av bråkjSLing9væske i banen for den varme gass-strom på nedstrSms-siden i forhold til lysbuen.

5. Apparat ifolge et av de foregående krav, karakterisert ved ledninger (80) for tilforsel av materiale til lysbuen i en av de nevnte kanaler (13) på et punkt på nedstromssiden av nevnte gasstilforselsring.

6. Apparat ifolge et av de foregående krav, med en anordning (66,67)som kombinerer gass-strommene på nedstromssiden av lysbuen, karakterisert ved at den omfatter en anordning (70, 71, 72, 73) for variabel styring av gass-strommen på nedstromssiden.

7. Apparat ifolge et av de foregående krav, karakterisert ved at nevnte katode- og anodeelementer (10, 11) består hovedsakelig av kopper.