SE457764B

SE457764B - Plasmagenerator

Info

Publication number: SE457764B
Application number: SE8400232A
Authority: SE
Inventors: S L Camacho; D P Camacho
Original assignee: Plasma Energy Corp
Priority date: 1983-01-21
Filing date: 1984-01-18
Publication date: 1989-01-23
Also published as: GB2135159A; JPH0676985A; GB2178280A; SE8400232L; ZA84452B; JPH0560240B2; GB2178280B; GB2135159B; CA1231393A; FR2539942B1; US4549065A; SE8400232D0; FR2539942A1; JPS59181500A; GB8401523D0; AU2366384A; GB8616850D0; AU558101B2; DE3401777A1; BR8400245A

Description

¿s7 164 I 10 15 20 25 30 35 \r 2 ut bägens fotpunkt inuti den bakre elektroden så att erosions- slitaget fördelas. Anmärkníngsvärt är att i det nu diskuterade amerikanska patentet 3 19% QH1 anges ej hur och om ytterhöl- jet är jordat.

Det amerikanska patentet 3 673 375 hänför sig liksom ovan diskuterat patent till en plasmagenerator med huvudsak- ligen rörformat Överförd bàgtyp. Emellertid anges som en för- bättring relativt anordningen enligt amerikanskt patent 3 194 941 att även avståndet mellan kollimatorn och den bakre elektroden, till skillnad från längd/innerdiameterförhàllandet hos kollimatorn, är av reglerbetydelse inom ett begränsat om- råde för att möjliga en relativt lång och stabilt Överförd båge som icke kan erhållas med anordningen enligt tidigare diskuterat patent. I det amerikanska patentet 3 673 375 beskrivs även förfarandet att kyla den bakre elektroden med luft och kollimatorn med vatten. Den bakre elektroden illustre- ras i form av ett kopparrör som anordnats inuti ett rostfritt stålrör. Användningen av en växelströmskälla och med möjlig- het.att driva generatorn med antingen oöverförd eller över- förd báge anges i detta patent. Kollimatorn och ytterhöljet visas även mekaniskt förbundna och måste därför nödvändigt- vis arbeta med samma elektriska potential.

I det amerikanska patentet 3 818 174 uppmärksammas speciellt skyddet mot_dubbelbàge. Uppmärksamheten riktas även mot sättet för och vikten av ytterhöljets jcrdning. Separata kylsystem är anordnade för ytterhöljet, den bakre elektroden och kollimatorn.

Ett rör är átergivet som utgörande den bakre elektroden.

Fördelen med att accelerera kylmediet i en bana runt en del av den bakre elektroden som mottar den mesta värmen är likaledes nämnd. De elektriska karakteristikorna för denna bana relativt andra kylbanor diskuteras emellertid ej.

Med en annan aspekt på känd teknik är det förut känt att bâgen har mindre tendens att fästa på en kall yta än på en het yta. Ur samtliga ovan diskuterade skrifter kan sålunda sammanfattas att hur plasmageneratorn kyls och den effektivi- tet varmed kylningen sker är kritisk och extremt.viktig.

Dessutom kan härledas från dessa skrifter att besparing av s-I 10 15 20 25 30 35 457 764 3 den vattenmängd som gär åt för kylning är väsentlig. Angivna skrifter indikerar även varför jordning är viktig såväl för undvikande av dubbelbäge och "grafit"-problem, vilka disku- teras i amerikanskt patent 3 818 174, som för operatörsäkerhet och korrekt funktion hos plasmageneratorn.

En annan slutsats som kan dras är att varje kyl- system som för kylmediet i direkt kontakt med elektroden kan upprätta en elektrisk ledare genom kylmedíet, såsom vatten, tillbaka till källan, som normalt är ett metallrör som tjänar som vattenledning eller till ett metallrör som tjänar som avlopp.

Vidare kan även inses att varje kylsystem som för kylmediet i kontakt med såväl den bakre elektroden och kollimatorn ten- derar att ge kortslutning och potentiellt skada den elektriska ledningen mellan dessa båda metalliska komponenter i plasma- generatorn. Den normala idén för att kyla den bakre'elektroden, kollimatorn och höljet har sålunda varit att upprätta en kylkrets för elektroden och en eller flera separata_kylkretsar för kollimatorn och höljet. Sá vitt vi känner till är det ej förut känt att anordna ett kylsystem vari samma kylmedium användes för att kyla den bakre elektroden, kollimatorn och höljet efter varandra med elektrisk isolering gneom att vattnet passerar rörsträckor som inhyses i elektriskt oledande mate- rial, exempelvis en oledande slang, mellan de enskilda kyl- kretsarna och mellan sådana kretsar och inkommande vatten- ledning. Ändamålet med uppfinningen är att uppnå ett förbätt- rat kylsystem där den bakre elektroden, kollimatorn, och inner- hölje och ett ytterhölje kyls med samma medium efter varandra.

Ovan citerade skrifter leder även till den slutsatsen att även om vissa plasmabággeneratorer har angivits vara om- kopplingsbara till antingen överfört eller oöverfört arbets- sätt, så är sådana generatorer i allmänhet utformade för och arbetar bäst med enbart ett av förfarandena. Det skulle där- för vara en fördel att kunna åstadkomma en plasmabággenerator vari en kollimator är primärt utformad för bágöverförings- förfarandet men lätt kan utbytas mot ett främre-elektrodorgan som är utformat till att kunna användas som antingen en elektrod eller en kollimator för antingen en odämpad oöverförd funktion eller en odämpad, relativt làngbàgig Överförd funktion äs? 764 10 15 20 25 30 35 Ä även om den nödvändigtvis icke är optimalt verksam i någon av förfarandena. Smältning av elektriskt oledande material (exempelvis eldfasta sådana som fosfater, silikater, alumi- nater osv.) som ingår i en ugn med ett jordat ledande golv, exempelvis av grafit eller gjutjärn, representerar ett an- vändningsomràde för en dylik generator vari smältning kan initieras med ett oöverfört förfarande och därefter fort- sättas i ett överfört förfarande genom inriktning av hågen till att fä fotfäste på det elektriskt ledande smälta eld- fasta materialet som står i kontakt med ugnsgolvet.

Som en därtill relaterad aspekt är det känt att utforma den bakre elektroden till vad som skulle kunna realis- tiskt anges som en djup koppform. Den typiska frontelektroden för en generator för oöverförd båge uppvisar en rörformig kanal med enhetlig diameter och frontarean hos denna kanal eroderas snabbt. Ett annat ändamål med uppfinningen är därför att åstadkomma en förbättrad plasmagenerator, dvs. en "hybrid"-generator, som i sig är funktionsduglig enligt val- fritt arbetssätt med odämpad funktion och vari fronte1ektro~ den är så utformad att styrning sker av eroderingen av front- arean.

En annan slutsats som kan dras av angiven känd teknik är fördelen med att fördela erosionsförslitningen av den bakre elektroden över en stor yta inuti den bakre elektroden till skillnad från att lata hågen få fotfäste pà och förslita en enda punkt eller att slita på en enda sluten ringformad bana inuti den bakre elektroden, Det är känt att'gastrycket pâ- verkas där bâgen tenderar att få fäste och det är känt att manuellt reglera en ventil för att variera fästets axíella punkt. Skrifterna som angivits ovan noterar egenvärdet i att använda en växelströmskälla i stället för en likströms- källa som medel för att ná erosion över en relativt stor yt- area och även att av sama anledning använda ett magnetfält för att rotera bágen. Användningen av en likströmskälla för en plasmagenerator har emellertid även kända fördelar och det skulle vara önskvärt att anordna en plasmagenerator som kunde arbeta med antingen en växelströms- eller en likriktad 10 15 20 25 30 35 I 457' 764 5 växelströmskälla, men som då den arbetar med likström skulle ha organ för distribution av erosionsförslitningen som är beroende av gastrycksstyrningen i stället för användning av elektriska organ för detta ändamål. Ett ändamäl med uppfinningen är därför att uppnå en förbättrad plasmagene- ratorkonstruktion och ett förfarande som centrerats på att få den förbättrade generatorn enligt uppfinningen att arbeta med programmerad gastrycksstyrning för optimal fördelning av elektroderosionsslitaget.

En ytterligare aspekt på känd teknik vad gäller den rörformade typen av plasmagenerator, som inkluderas i uppfin- ningen, är att det vätskekylda höljet som sträcker sig runt den bakre elektroden och kollimatorn har icke i sig, sä vitt är bekant, varit monterad i ett annat yttre vätskekylt och elektriskt jordat hölje, som är elektriskt isolerad frán det inre höljet som omger kollimatorn. Där kollimatorn är mekaniskt förbunden med och understödd av ett enda metall- höljekandaﬂlimatorn elektriskt flyta relativt ett dylikt hölje. Ritningen i amerikanskt patent 3 194 9ß1.liksom fig. 1 i det amerikanska patentet 3 673 375 illustrerar denna ut- formning. Fig. 5 i det amerikanska patentet 3 818 17k visar ännu ett utförande där kollimatorn stöds av ett vätskekylt hölje som är elektriskt .isolerat från kollimatorn i fram- 1 änden och från ett annat vätskekylt och elektriskt jordat hölje vid bakänden. I det sistnämnda utförandet flyter så- ledes både kollimatorn och det främre höljet.i elektriskt avseende. Erhàllandet av ett omgivande yttre, vätskekylt hölje,som är både elektriskt jordat och elektriskt isolerat frán en inre, vätskekylt hölje som är mekaniskt och elektriskt anslutet till kollimatorn så att det inre höljet elektriskt kan flyta med kollimatorn, men kan användas i startkretsen utgör ett annat ändamål med uppfinningen.

Vid en annan aspekt pà uppfinningen skall noteras att det är känt att kollimatorn är utsatt för extrema värme- förhållanden. Därför kommer varje elektrisk isolation som star i kontakt med kollimatorn att med nödvändighet vara utsatt för extrem värme och är därför utsatt för både dimensions- _45? 164 10 15 20 25 30 35 6 ändringar och i viss grad för lcrypström efter enperiod av avbrott i funktionen. Dylik isolering kan även stå i kontakt med en vätskekylledning och således kan förekomsten av vätske- läckor förväntas när anslutande isolering och andra ytor såsom upphettade kollimatorytor ej är i tät kontakt. Ett ytter- ligare ändamål med den föreliggande uppfinningen är därför att åstadkoma organ för att kunna mekaniskt återföra vissa isolationsytor som tillhör vattenledare för undvíkande av detta problem och även bibehålla gapbredden.

Ett mer allmänt ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett totalt förbättrat kylsystemisoleringsarrangemang, en elektrisk_utformning, inner/yttervätskekylda höljesanord- ningar för att förbättra såväl överförda som oöverförda ar- betssätt, men framför allt det överförda sättet, Som en del av denna totalförbättring är det även ett ändamål att väsent- ligen utöka livslängden på både den bakre elektroden och på kollimatorn så att, så vitt det är praktiskt, både den bakre elektroden och kollimatorn kommer att ha i huvudsak samma livslängd, som är tillräcklig för att rättfärdiga ett utbyte av båda vid samma tidpunkt i stället för behöva ersätta dem vid olika tillfällen under underhållscykeln.

Redogörelse för uppfinningen Uppfinningen avser sålunda en plasmagenerator inne- fattande en bakre elektrod l form av ett metallrör med en slu- ten inre ände och en öppen yttre ände, en främre elektrod i form av ett metallrör med en genomgående borrning, vilken främre elektrod äf fäst kóaxiellt mitt för och elektriskt isolerad från den bakre elektroden samt har en inre ände i närheten av den bakre elektrodens öppna yttre ände och en motstående yttre ände, en virvelgenerator. innefattande en vírvelalstrande kam- mare, vilken är placerad mellan och koaxiellt mitt för de bakre och främre elektroderna för alstring av ett virvelflöde av en gas mellan de bakre och främre elektroderna, och det för upp- finningen utmärkande är ett inre ringformigt hölje fäst kon- centriskt runt åtminstone en axiell del av de bakre och främre elektroderna, en första isolering anordnad att elektriskt iso- lera det inre höljet och den främre elektroden från den bakre 10 15 20 25 30 457 764 7 elektroden, ett yttre ringformigt hölje fäst koncentriskt runt åtminstone en axiell del av den bakre elektroden och det inre höljet, en andra isolering anordnad att elektriskt iso- lera det yttre höljet från var och en av de bakre och främre elektroderna samt det inre höljet, en strömkälla för alstfing av en båge, som är anordnad att sträcka sig axiellt från den bakre elektroden genom virvelflödet av gas och genom åtminstone en del av den axiella längden av borrningen i den främre elek- troden, organ för bildande av en kylmedelsbana, vilka är an- ordnade i serie, så att banan befinner sig i värmeväxlings- förhållande till den bakre elektroden, den främre elektroden, det inre höljet och det yttre höljet och att ett flytande kyl- medel kan införas i ena änden av kylmedelsbanan och avledas från den andra änden i och för avlägsnande av värme från plasma- generatorn vid dess användning, varvid kylmedelsbanan innefat- tar ett första segment, som sträcker sig genom den första iso- leringen mellan de bakre och främre elektroderna, och ett andra segment, vilket sträcker sig mellan de inre och yttre höljena, varvid dessa segment var för sig har en sådan längd, att den första och andra isoleringen var för sig erbjuder en förut- bestämd elektrisk resistans i de delar av kylmedelsbanan, som sträcker sig därigenom, så att kortslutning genom kyl- medlet är utesluten.

Föredragna utföringsformer Uppfínningen kommer att beskrivas mer i detalj nedan i samband med bifogade ritningar, där fig. 1 visar ett partiellt schematiskt tvärsnitt genom en plasmagenerator enligt uppfinningen, 4s7,7e4 10 15 20 25 30 35 8 fig. 2 visar ett partiellt tvärsnitt av plasmagene- ratorn enligt fig. 1, fig. 3 visar en sprängvy av den inre delenheten för plasmageneratorn enligt fig. 1, fig. H visar en perspektivvy av elektrodhállaren som utgör en del av den inre delenheten, fig. 5 visar ett partiellt snitt som återger kollima- torisolatorns regleringsmekanism, fig. 6 visar en sprängvy av den yttre delenheten till plasmageneratorn enligt fig. 1, fig. 7 visar en perspektivvy av en värmeöverförings- enhet som utgör en del av den yttre delenheten och är avsedd för kylning av det yttersta höljet, fig. 8 visar en perspektivvy av värmeöverförings- enheten enligt fig. 7 hopsatt med andra komponenter, fig. 9 visar en frontvy av kollimatorn, fig. 10 visar ett snitt 10 - 10 enligt fig. 9, fig. 11 visar baksidan av kollimatorn, fig. 12 visar framsidan av kollimatorns stödkrage och köllimatorns vattenmatning, fig. 13 visar ett snitt 13 - 13 enligt fig. 12, fig. 1H visar baksidan av kollimatorns stödkrage och kollimatorns vattenmatning, fig. 15 visar ett snitt varav hopsättningen av kolli- matorn enligt fig. 10 och kollimatorns stödkrage och vatten- matning enligt fig. 13 framgår, ~ ' fig. 16 fig. 17 fig. 18 fig. 19 fig. 20 visar baksidan av virvelgeneratorn, visar virvelgeneratorn sedd från sidan, visar framsidan av virvelgeneratorn, visar ett snitt 19 - 19 enligt fig. 17, visar ett snitt 20 - 20 enligt fig. 17, fig. 21 visar baksidan av den främre koppisolatorn, fig. 22 visar ett snitt 22 - 22 enligt fig. 23 genom den främre koppisolatorn, fig. 23 fíg. 2H fig. 25 fig. 26 visar framsidan av den främre koppisolatorn, visar en sidovy av den bakre elektroden, visar baksidan av den bakre elektroden, visar framsidan av den bakre elektroden, 10 15 20 25 30 35 457 764 9 fig. 27 visar ett snitt 27 - 27 enligt fig. 26, à fig. 28 visar en förstorad detalj av den bakre elektrodens framkantskonstruktion, fig. 29 visar baksidan av vattenmatningen, 30 visar ett snitt 30 - 30 enligt fig. 29, fig. fig. fig. delen enligt enligt fig. 28 och 32, 31 32 visar visar fig. 30, fig. 33 visar fig. 34 visar fig. fig. hållare, fig. fig. hållare, fig. 35 36 37 38 visar visar visar visar framsidan av vattenmatningen, i snitt en förstoring av en detalj av , ett snitt genom de kombinerade delarna baksidan av gasgrenröret, ett snitt 35 - 35 enligt fig. 34, baksidan av den bakre elektrodens ett snitt 37 7 37 enligt fig. 36, framsidan av den bakre elektrodens 39 visar baksidan av en cylindrisk isolator be- nämnd kollimatorisolatorn, fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. grenröret, fig.

H0 H1 H2 H3 UR US H6 H7 H8 H9 50 51 52 53 SU 55 56 visar visar visar visar visar visar visar visar visar visar visar visar visar visar visar visar visar ett snitt 40 - H0 enligt fig. 39, framsidan av kollimatorisolatorn, baksidan av den bakre isolatorringen, framsidan av den bakre isolatorringen, ett snitt NH - M4 enligt fig. H3, baksidan av frontrinten, framsidan av frontringen, ett snitt n? - 147 enligt fig. us, en sidovy av det innersta höljet, framsidan av frontisolatorn, ett snitt 50 - 50 enligt fig. H9, framsidan av den bakre isolatorn, ett snitt 52 - 52 enligt fig. 51, baksidan av ytterhöljets ansatsring, ett snitt SN - SH enligt fig. 53, baksidan av det bakre vattenavlopps- ett snitt 56 - 56 enligt fig. 55, 4:57 764 10 15 20 25 30 35 10 fig. 57 visar baksidan av det bakre vatteninmatnings- grenröret, fig. 58 fig. 59 fig. 60 fig. 61 visar ett snitt S8 - 58 enligt fig. 57, visar baksidan av vattensamlingsgrenröret, visar framsidan av vattensamlingsgrenröret, visar ett snitt 61 - 61 enligt fig, 60, fig. 62 visar framsidan av matningskabelns isolator, fig. 63 visar ett snitt 63 4 63 enligt fig. 62, fig. GR visar baksidan av den bakre täckplattan, fig. 65 visar ett snitt 65 - 65 enligt fig. 64, fig. 66 visar ett schema över ett känt kylsystem, fig. 67 visar ett schema över ett förbättrat kyl- system enligt uppfinningen, fig. 68 visar ett schema över olika elektriska och hydrauliska karakteristika för kylsystemet enligt upp- fninngen, fig. 69 visar ett schema som illustrerar ett för- bättrat system och förfarande i samband med plasmageneratorn enligt uppfinningen för fördelning av bågfotfästet, fig. 70 visar ett schema av den startkrets som an- vändes i samband med uppfinningen, fig. 71 visar framsidan av en alternativ kollimatorl- elektrod som kan fungera antingen som främre elektrod eller som kollimator och är utbytbar mot kollimatorenheten enligt fig. 15, fíg. 72 visar ett snitt 72 - 72 genom kollimatornl- elektroden enligt fig. 71, fig. 73 visar baksidan av kollimatorn/elektroden enligt fig. 72, fig. 74 visar framsidan av kollimatorn/elektrodens stödkrage tillsammans med den alternativa kollimatornlelektrod- enheten enligt fig. 77, fig. 75 visar ett snitt 75 - 75 enligt fig. 7k, fig. 78 visar baksidan av kollimatorn/elektrodens stödkrage och fig. 77 visar ett snitt genom den enhet som bildas av kollimatorn/elektroden enligt fig. dens stödkrage enligt figi 75. 72 och kollimatorn/elektro 10 15 20 25 30 35 457 '764 11 Här följer en beskrivning av hittills bästa sätt att utföra den föreliggande uppfinningen.

En plasmagenerator 50 som utförts enligt en första utföríngsform av uppfinningen áskàdliggörs i fig. 1 - 30 och omfattar tre grundsystem, nämligen ett gassystem, ett elektriskt system och ett kylsystem, varvid varje system inbegriper sin fysiska konstruktion. Plasmageneratorn SU kan vidare brytas ned till en inre delenhet 55, som áskádlig- görs genom sprängvyn i fig. 3, och en yttre delenhet 60 áskâdliggörs genom sprängvyn i fig. 6 och som upptar den övre delenheten É5 för att plasmageneratorn 50 skall bli komplett. Den följande beskrivningen kommer först att befatta sig med de komponenter som utgör den inre delenheten 55 och därefter fortsätta med de komponenter som utgör den yttre delenheten 10 för att därefter befatta sig med den förbättrade funktionen, speciellt med hänvisning till fig. 66 - 70. Sedan följer en beskrivning i samband med fig. 73 - 77 av en alternativ utföringsform, som medför en plasma- generator av "hybridtyp" och är anpassbar till att arbeta S Om enligt antingen ett plasmaöverförande arbetssätt eller ett oöverförande arbetssätt med vissa, senare angivna begräns- ningar.

Med ytterligare hänvisning till fig. 1 - 70 fram- gär att kollimatorenheten 70 (fig. 3 och 15) utgörs av en kcllimator 71 (fig. 9 - 11) som är förbunden med en kolli- matorstödkrage 72 (fig. 12 - 1H) medelst stift 73 (fig. 15) uppvisande dimensionerna L och D (fig. 10) som valts enligt vad som anges i det amerikanska patentet 3 673 375. Kolli- matorstödkragen 72, som även tjänar som en kollimatorvatten- matning, uppvisar en fläns 76 med gängcr 77 som gör att kollimatorenheten 70 kan pàgängas det främre ringorganets 79 gångor 78 (fig. 1, 3, 5 och H5 - N71 som bildar en del av den inre vätskekylda höljesenheten, såsom kommer att disku- teras mer i detalj senare.

En del av det unika kylsystemet och förfarandet för kylning enligt uppfinningen är utformat inuti kollimator- enheten 70. I detta avseende skall uppmärksammas att ínnerytan -4157 7-64. 10 15 20 25 30 35 12 . 80, som återges i fig. 10, är utsatt för extrem värme och därför måste kylas både för förhindrande av erosion av ytan 80 och för förhindrande av tendensen till att plasmabågen får fotfäste på en het yta. Kollimatorns stödkrage 72 är sålunda även utformad till att fungera som en kollimator- vattenledare. Ett flertal hål 81 (fig. 1 och 13) i kolli- matorns stödkrage 72 passar till andra vätskepassagehål 84 i frontringen 79 (fig. 3 och 47) och medger att kylvätskan, som indikeras medelst pilar i fig. 13 och 15), kan inmatas och sedan accelerera till en ganska hög hastighet inuti den smala ringformiga passagen 82 ( fig. 15) varefter det uppvärmda vattnet bortförs genom den ringformiga kammaren 83 såsom även visas i fig. 15.

En viktig aspekt på plasmageneratorfunktionen är att förhindra läckor för kylmediet, normalt vatten, och då i synnerhet i plasmageneratorn eller andra utrymmen där elektrisk kortslutning skulle kunna uppkomma. För den skull är 0-ringstätningar anordnade för att hindra sådana läckor, varvid O-ringssäten 85, 86 enligt fig. 10 och 13 represen- terar två sådana 0-ringslägen.

Med fortsatt hänvisning till den inre delenheten 55 framgår olika vyer av virvelgeneratorn 90 av fig. 16 - 20.

Virvelgeneratorn 90 är monterad inuti den nedan beskrivna kollimatorisoleringen 120 (fig. 1, 3, 5 och 39 - M1) och innefattar ett par dubbelkantbildningar 91, 92 som avtätas me- delst 0-ríngar i sätena 93, QR. Kantbíldningarna 91,.92 är anordnade intui kollimatorísoleringen 120 för att passa gaspassagerna 121 (fig. 1 och 39 - H0) med den ringformiga fördelningskanalen som bildas av kollimatorisolatorn 120 mellan kantorganen 91, 92. Fyra dylika gaspassager 121 àisas i fig. 39. Gasen inmatas i gapet 95 (fig. 1) mellan kolli- matorenheten 70 och den bakre elektroden 100, varvid gapets 95 bredd väljes att överensstämma med läran i amerikanskt patent 3 673 375. För att förstärka virvelfunktionen bildas en uppsättning av avvinklade utloppsöppningar 96 i ett plan som betecknas X i_fig. 19 medan en annan uppsättning av- vinklade öppningar 97 bildas för ett axíellt förskjutet 10 _15 20 25 30 35 457' 764 13 plan Y enligt fig. 19. Gasutloppsöppningarna i planet X och Y är lika fördelade runt virvelgeneratorn 90.

En främre isolatorkopp 110 (fíg. 3 och 21 - 23) anligger mot den bakre ytan 98 (fig. 3) på virvelgene- ratorn 90 och är anordnad att omge den främre delen av den bakre elektroden 100 (fig. 1, 3 och 24 - 28). Den bakre elektroden 100 är utformad som ett stycke av koppar med en relativt tjockväggig djup koppform. Den främre ísolator- koppen 110 är i sin tur anordnad inuti den tidigare angivna kollimatorisoleringen 120 (fíg. 3 och 39 - 41), varvid tät- ning sker medelst en O-ring i sätet 111. Såsom kommer att anges senare innefattar den främre ísolerkoppen 110 ett flertal hål 115 genom vilka kylmediet tillåts strömma efter att ha blivit uppvärmt av den bakre elektroden 100 och utmatas så- som indikeras med pilarna i fig. 22 och närmare beskrivs i samband med redogörelsen för den kontinuerliga flödesbanan som inbegripes i det unika kylsystemet enligt uppfinningen och såsom åskådliggörs medelst den schematiska pillinjen som markeras med "vattenbana" i fig. 1.

Den ovan beskrivna kollimatorisoleringen 120 tjänar till ett flertal funktioner. En funktion är att utgöra iso- lering mellan den bakre elektroden 100 och ett inre vätska: kylt hölje med en innervägg utformad av ett ringorgan 79 som ligger i linje med och är svetsad på innerhöljet 87 (fíg. 1, 5 och H8) medelst svetsen 88 och en yttre vägg utformad av ytterhöljet 89. Vattnet strömmar, såsom senare kommer att beskrivas från kollimatorenheten 70 via fråsta urtag 99, såsom bäst framgår av fig. 3, i frontringen 79 till en upp- samlande vattenledning 75 (fíg. 1 och 59 - 61). En annan funktion för kollimatorn 120 är att åstadkomma passager 121 för framsläppning av gasen till tidigare angiven virvel- generator 90. Ännu en funktion är att åstadkomma en del av den vattenbana som inbegriper hålen 120 och öppningarna 125 såsom bäst framgår av fig. H0. Såsom framgår av fig. 1 och som är något schematiskt återgivet i fig. 5 anligger kollimatorisoleringens 120 främre yta 126 (fíg. 3 och 40) mot flänsytan 76' (fíg. 13) på kollimatorns stödkrage 72. 4.5? 7.64 10 15 20 25 30 35 19 Eftersom kollimatorisolatorn 120 i sig är utsatt för extrem värme föreligger en intern tendens till läckage mellan an- given kontaktyta 76' på kollimatorns stödkrage 72 och kolli- matorisolatorns 120 yta 126. Sålunda har åtgärder vidtagits för att justera det tryck varmed kollimatorisolatorn 120 anligger mot flänsen 76 pá kollimatorns stödkrage 72 medelst reglermekanismen 130 (fig. 1 och 5). Reglermekanismen 130 innefattar ett fast stödorgan 131 anordnat i en slits 138 (fig. 48) i innerhöljet 67 vari det är fastsvetsat, ett gänget block 132 och ett skruvorgan 133. Genom justering av skruven 133 kan blockorganet 132 tvingas fram mot bakytan 129 (fig. 5) på kollimatorisoleringen 120 för att få respektive ytor 125 (fig. 3) och 76' (fig. 15) till en mer kraftfull kontakt pà att angivna läckproblem undvikes och för att styra _gapets bredd. Ytterligare tätning ges av en 0-ring i sätet 128 (fig. RU).

Den bakre elektroden 100 är gängad i och uppburen av gängan 139 pá den metalliska elektrodhállaren 140 som illustreras i fig. 1, 3 och 36 - 38. Elektrodhâllaren 100 tjänar fbrutom som organ för att uppbära den bakre eletroden 100 även som anslutningsorgan för matningskablar 141 medelst de i fig. 1 visade fastspänningsorganen 1M2 för att mata el- ström från en extern strömkälla till den bakre elektroden.

Elektrodhállaren 140 tjänar även en ytterligare funktion i att fungera som en vâtskeledare. Inkommande kylvätska, van- ligen trycksatt vatten, matas via en böjlig elektriskt ole- dande slang 145 via ett gängat inlopp 1H6 i elektrodhållaren 140 och utsläppes därefter virvelformigt via ett flertal vinkelställda hål 107 (fig. 37 - 38) i ett ringformat hàlrum 150 som omger den främre delen av elektrodhàllaren 140 och är anordnad på .wvstánd radiellt utät från det gängade bärorganet 139 vari den bakre elektroden 100 är ingängad.

Elektrodhàllaren 140 är sålunda i sig själv kyld av kyl- mediet innan samma kylmedíu används för att kyla den bakre elektroden 100.

Det under tryck stående vattnet, vanligen till ett tryck av 1300 - 2100 kPa (200-300 psi), inmatas mellan den 10 15 20 25 30 35 Ä I» 457 .764 15 bakre elektroden 100 och en metallisk vattenledare 170 (fig. 1 och 29 - 33), som är infäst på elektrodhâllaren 1H0 medelst bultarna 155 som går genom häl 156 enligt fig. 1 och 30. Vattenledaren 170äreutformad som ett med stor preci- sion utformat, icke-korroderande metallrör för att ge en väsentligt strypt flödesbana, så att kylmedíet kommer att strömma med hög hastighet mellan den bakre elektródens 100 ytteryta och vattenledarens 170 inneryta, vilken strypta bana är indikerad med hänvisningsbeteckningen 135 i fig. 1. Den främre kantdelen av vattenledaren 170 är speciellt ut- formad såsom framgår av den förstorade detaljen i fig. 28 för att utforma perifert åtskilda tungor 152 i omedelbar närhet av ett ringformat urtag 153, vars ändamål kommer att beskrivas senare. Allmänt kan sägas att kylmedíet tvingas att accelerera utefter i huvudsak hela den bakre elektrodens längd för erhållande av en relativt hög hastighet i den strypta passagen 175. Det upphöjda trycket på kylmedíet fungerar som hinder mot att vätskan kokar. Detta arrangemang säkerställer maximal värmeöverföring till kylmedíet för att bibehålla innerytan 101 (fig. 1) inuti den bakre elektroden 100 så kall som är praktiskt möjligt. Det bör emellertid inses att kylmedíet vid passage genom den strypta passagen 175 står i kontakt med den bakre elektroden 100 och därför tenderar att anta samma spänning som den bakre elektroden 100. Ytterligare tätning är anordnad medelst 0-ringar i sätet 158 (fig. 28) och sätet 159 (fig. 30). Det sätt varmed man tagit hänsyn till vätskan i flödesbanan och.detta elektriska förhållande i systemet som helhet för att undvika icke önskvärda spän- ningar och strömmar i kylsystemet beskrivs senare.

En isolerbricka 105 (fig. 1, 3 och H2 - 43) uppvisar skruvhål 106 och är infäst medelst bultarna 155 på elektrod- hällaren 1ü0 (fig. 1). Isolerbrickan 105 fungerar som en förlängning av det isolerande bakre utloppsröret 185.

Såsom framgår av beskrivningen utgör den inre delenheten 55, när den är ansluten till ströme, gas- och kyl- mediematningarna i huvudsak en-komplett plasmagenerator med en vätskekyld bakre elektrod och en vätskekyld kollimator '457 10 15 20 25 30 35 764 f 16 som innesluts i.ert:vätskekylt hölje och där den bakre elektro- den, kollimatorn och höljet samtliga är kylda med samma kyl- vätska med snabb värmetransport och utan att förorsaka några skadliga kortslutningsförhállanden eller icke önskvärda hydrauliska verkningar i kylflödet. Den följande beskriv- ningen illustrerar hur den yttre delenheten 60 år uppbyggd för att ge ett yterligare vätskekylt hölje som är koncentriskt med, isolerat fràn samt omger den bakre delen av det först- nämnda vätskekylda höljet, så att den främre delen av den inre delenheten 55 och dess vätskekylda hölje medges skjuta ut från den yttre delenheten och dess separat vätskekylda hölje. Sålunda kommer två koncentriska vätskekylda metall- höljen, som är isolerade från varandra såsom bäst framgår av fig. 2, att i huvudsak omge hela längden av plasmabágens fot- punktsarea, som betecknas AT i fig. 1, med minimal höljes- area exponerad mot ugnens hetaste område. Areans AT axiella längd är relaterad till den bakre elektrodens 100 inner- diameter och bör normalt ej sträcka sig närmare än en sträcka som är lika med ungefär två diametrar frán antingen bak- i eller framänden av elektroden.

Den yttre delenheten S0, som återges i en spräng- vy enligt fig. 6, innefattar en främre isolator 170 , som vi- sas i detalj i fig. 49 - 50 och är tillverkad av högtempe- raturisolerande material och delvis passar och är infäst i en metallàsring 171. Den främre isolatorn 170 fastháller även den bakre isolatorn 175, som visas i detalj i fig. 51 - 52, medelst de i fig. 1 visade skruvarna 176. Ändra skruvar 172 (fig. 1) går genom hål 173 (fig. 52) för att ge ytterligare infästning. Den bakre isolatorn 175 ànligger i sin tur mot den metalliska och elektriskt jordade ansatsringen 178, som visas i detalj i fig. 53 och Sk. Ansatsringen 178 är svet- sad, som markeras vid lägena 179, 180 i fig. 1, på de främre ändarna på ett inre inre metallhöljesorgan 181 och_ ett yttre metallhöljesorgan 182. Mellan de inre och yttre höljesorganen 181, 182 är den yttre höljeskylande fördel- ningsrörenheten 183 anordnad, vilken enhet visas som en del- enhet i fig. 7 och hopmonterad med andra komponenter í fig. 8. 10 15 20 25 30 35 4578 764 17 Förgreningsrörenheten 183 består av det metalliska bakre vattenavloppsgrenröret 185, som visas i fig. 55 och 58, ett flertal metallrör 186 samt en rörhállarring 189. Rören 188 sträcker sig genom flänsarna 187, 188 till grenröret 185 och genom hállarringen 189 såsom framgår av fig. 7, för att åstadkomma den senare beskrivna vattenmatningsanord- ningen. Kylmedieflödet i rören 186 gär enligt de i fig. 6 visade pilarnas riktning och vattnet eller annat kylmedium inmatas i metallrören 186 från det metalliska bakre vatten- inmatningsgrenröret 190 som visas i detalj i fig. 57 - 58 och strömmar därefter tillbaka genom hälen 198 (fig. 7) i hâllarringen 189 runt metallhöljet 181 och inuti höljet 182, därefter genom hålen 199 i det bakre vattenavloppsgrenröret 185.

Kylvattnet mottas av det bakre vatteninlopps- grenröret 190 via röranslutningarna 191 och 192 (fig. 1) vid vardera änden på de slingformiga, elektriskt oledande rören 193 (fig. 1). vattnet gâr'genom hälen 199 (fig. 58) i grenröret 190. Rören 193 har förutbestämd längd och sling- form för att ge en förutbestämd elektrisk resistans hos den isolerade vattenbana som bildas i sådana rör och sträcker sig mellan det metallíska vattensamlingsgrenröret 75, som visas i fig. 1 och mer i detalj i fig. 59 - 61, och det metalliska bakre vatteninloppsgrenröret 190. Vattenbanan leder till vattensamlingsgrenröret 75 från den tidigare beskrivna inre höljesenheten via passagerna GN (fig._1) som bildas av de i grenröret 75 utbildade slitsarna 55 så- som framgár av fig. 1. Här kan noteras att metallgrenröret 75 är mekaniskt och därmed elektriskt förbundet med kolli- matorenheten 70. Startkabeln 130, visad i fig. 1, 2, G8 och 70, är därför i praktiken ansluten till metallgren- röret 75 som när sä fordras bildar en startkretsanslutning för kollimatorenheten 70. Det i det bakre vattenutlopps- grenröret 185 uppsamlade vattnet utströmmar genom ett enda avloppsrör 195 anordnat i det yttre höljet 182, som är elektriskt jordat medelst ett jordningsöra 196. Vattnet eller annat kylmedium inmatas således via ett enda inlopps rör 145 och utmatas via ett enda utloppsrör 195, vilka 4.57 764 10 15 20 25 30 35 18 båda åskådliggörs i fig. 1. Utloppsröret 195 asnluts före- trädesvis via ett elektriskt ledande rör till avloppshuvud- ledningen.

För att göra beskrivningen av dessa komponenter i den yttre delenheten 60, som illustreras i fig. 6, full- ständig och under hänvisning till gassystemet kan anges att ett gasinmatningsgrenrör 200 är anordnat och illustreras i detalj i fig. SH - 35. Gasinmatningsgrenröret 200 är monterat att motta inkommande tryckgas via gasinmatningsröret 201 såsom framgår av fig. 1. Ett flertal gasmatningsrör 202 är.anslutna till grenröret 200 via kopplingar 203 anordnade i hål 205 för att komunicera med inmatad tryckgas och föra denna till kopplingarna 20k enligt fig. 1. Från kopplingarna 200 matas gasen via passager 121 och 122 i kollimatorisoleringen 120 såsom visas i detalj i fig. 39 - H1 och även framgår av fig. 1.

Passagerna 122 kommunicerar i sin tur med virvelgeneratorn 90 såsom visas i detalj i fig. 16 - 20 och även framgår av fig. 1 och 3. Gasen inmatas därefter i den virvelkammare som utformats inuti virvelgeneratorn 90 och omger gapet 95 mellan kollimatorn 71 och den bakre elektroden 100.

Ytterligare elektrisk isolering runt strömmatarkab- larna 1k1 och elektrodhållaren 1H0 åstadkommas medelst tidigare angiven kabelisolering 160 åskådliggjord i fig. 1 och mer i detalj i fig. 62 - 63. Den bakre täckplàten 161 enligt fig. 1 och mer detaljerat i fig. 6% - 65 är infäst på ytterhöljet 182 medelst skruvar 225. Isoleringen 160 anligger mot täckplåten 161 medelst skruvar 157 såsom likaledes visas i fig. 1.

Strömmatningskablarna 1U1 och kylmedieinmatningsröret 1U5 inrymmes helt i isoleringen 160 och en startkabel 230 (fig. 1 och 70) passerar genom ett hål 231 upptaget i den bakre täck- plåten 161 för att ansluta till vattensamlingsgrenröret 75 så- såsom angivits ovan och till kollimatorenheten 70. Ett böjligt, värmeresistent och elektriskt isolerande material 2H0 är infäst runt höljet 89 såsom framgår av fig. 1.

Såsom tidigare angivits är förfarandet och effektivi- teten för kylning av en plasmagenerator och speciellt av dess komponenter som exponeras för maximalt värmeflöde kritiskt. 10 15 20 25 30 35 457 764 - 19 _ Erosion av den bakre elektroden och kollimatorn, isoleringe- opáverkan, tillförlitlighet, icke önskvärda plasmafotfästen, vätskekonsumtion och under häll av vätsketätningar mellan komponentytor är nâgra av många praktiska aspekter på plasma- generatorns operation, vilka dramatiskt påverkas av kyl- systemet och dess effektivitet samt hur systemet fungerar.

Pig. 66 representerar ett känt och accepterat för- farande och system för kylning av en plasmabrännare av plasmaöverföringstyp med en kollimator och enkelhölje vari kylmediet, vanligen vatten, inmatas från en elektriskt jordad vattenhuvudledning fö:=att1matas till den bakre elektroden och därefter tillbaka till den elektriskt jordade avlopps- ledningen. En andra,separat vattenbana anordnas mellan vatten- huvudledningen, kollimatorn och avloppsledningen. En tredje och separat vattenbana är anordnad mellan vattenhuvudled- ningen, höljet och avloppsledningen. Samtliga angivna vatten- flödesvägar är relativt långa och utgör därför banor med vatten som har relativt stor elektrisk resistans. Det i fig. 66 avbildade kända kylsystemet har den fördelen att förhindra det vatten eller annat kylmedium som kommer i kontakt med den bakre elektroden att även komma i kontakt med kollimatorn innan det àtermatas till avloppsledningen och därmed eli- mineras risken för att elektrisk kortslutning uppstår i själva vattenbanan mellan den bakre elektroden och kolli- matorn eller mellan kollimatorn och höljet eller mellan höljet och jord när höljet och kollimatorn är inkopplade. Erfaren- heterna visar emellertid att parallellbanesystemet fordrar att kylmediet accelereras i samtliga kylkretsar och därmed krävs stora mängder vatten eller annat kylmedium. Uppfinningen innebär alltså att väsentliga vattenbesparingar kan uppnås genom att ett system enligt uppfinningen anordnas, varvid vatten- banorna är så utformade både elektriskt och hydrauliskt att vattnet eller annat kylmedium medges strömma i vad som kan benämnas vara seriebanor med styrd accelerering av kylmediet inom enbart förutbestämda delar av banan såsom vid systemet enligt uppfinningen visat i fig. 67 i stället för genom paral- lella banor såsom illustreras med det kända systemet enligt fig. 86. 457 764 10 15 20 25 30 35 20 Med hänvisning till fig. 1, 57 och 68 är den aktuella vattenbanan genom plasmageneratorn S0 enligt uppfinningen ut- märkt med radpilar som betecknas "vattenbana" i fig. 1 och schematiskt i fig. 67 och vidare i fig. 88 med avseende på den elektriska karakteristiken för systemet enligt uppfin- ningen, vilket gör att serieflödesbanan enligt fig. 67 blir praktiskt utförbar. Först med hänvisning till fig. 67 och med antagande att kylmediet är vatten, så är vattenflödes- banan enligt uppfinningen ätergiven genom att vatten uttas frán vattenhuvudledningen, överförs till den bakre elektro- den enligt uppfinningen, därefter till kollimatorn enligt upp- finningen, från kollimatorn till innerhöljet, från innerhöljet till ytterhöljet samt från ytterhöljet tillbaka till den elekt- rískt jordade vattenhuvudledningen. I kylvattensystemet en- ligt fig. 67, som exemplificerar systemet enligt uppfinningen, är det uppenbart att samma vatten som användes för att kyla den bakre elektroden även användes för att kyla kollimatorn, innerhöljet och ytterhöljet innan det äterförs till den elektriskt jordade avloppsledningen. Mycket'stora besparingar i kylvätskekonsumtionen år omedelbart uppenbara för fackmannen i jämförelse med vätskekonsumtionen i samband med ett parallell- system enligt vad som visas i fig. 66. Den aktuella vatten- banan är indikerad med en rad pilar i fig. 1. I denna pilmar- kerade ledníngsbana kan noteras att vattnet inmatas genom in- loppet 1#5, passerar genom och sålunda kyler den effekt- matande bakre elektrodhàllaren 140, är därefter accelererat mellan vattenledaren 170 och elektroden 100,'leds därefter genom den främre koppen 110, genom passagerna i kollimator- enheten 70, därefter genom frontringen 79 och det innerhölje som bildas av höljesorganen 87 och 89 till samlargrenröret 75, därefter genom slingorna av elektriskt oledande slangar 193 till det bakre vatteninmatningsgrenröret 190, därefter genom rören 186 och sedan tillbaka till vattenutloppsgrenröret 185 för att bortledas via utloppsröret 195 och därefter till huvudavloppet via rör utbildade av elektriskt ledande ma- terial. Av den schematiska figuren 67 och det aktuella loppet för vattenbanan som just beskrivits isamband med fig. 1 framgår sålunda att ett vattenkylsystem och kylförfarande“ 10 15 20 25 30 35 .l 457 764 21 av serietyp har erhållits där samma vatten som kyler elektroden även användes för att kyla kollimatorn liksom såväl det metalliska innerhöljet som det metalliska ytter- höljet. Hur detta genomförs beskrivs i det följande under hänvisning till fig. 68, som återigen visar vattensystemet schematiskt men med betong av de unika hydrauliska och elektriska karakteristika som kännetecknar kylsystemet en- ligt uppfinningen.

Med hänvisning till fig. 1 och 68 användes hänvis- ningsbeteckningarna A, B, C, D, E, F och G i båda figurerna för att illustrera jämförelsen mellan den schematiska åter- givningen enligt fig 68 och den aktuella konstruktion som visas i fig. 1. Med hänvisning till fig. 1 och 68 framgår så- lunda att kylvätskan, som antas vara trycksatt vatten av drickkvalitet, inmatas från huvudvattenledningen betecknad A och vidarematas från huvudvattenledningen A via ickeledande vattenslang, dvs. slangen 1ß5, till läget B. Vid övergång från läget B till läget C i angivna ritningar kan noteras att kylvätskan, dvs. vattnet, kommer att ha tvingats genom en strypt bana begränsad av metall och belägen i omedelbar närhet av ytterytan på den bakre elektroden, såsom denna bana utformas av vattenledaren 170. Mellan läget B och läget C står kylvattnet effektivt i direkt fysisk kontakt med spän- ningssatt metall för den bakre elektroden 100. Vid ström- ningen genom den för ändamålet relativt ostrypta och rela- tivt långa isolerade banan som går genom den främre koppen 110 och kollimatorisoleringen 120, dvs. mellan punkterna C och D, tvingas emellertid vattent genom en bana med förut- bestämd längd och förutbestämd elektrisk resistans innan vattnet åter kommer i kontakt med kollimatormetallen i läget D.

Vattenbanans storlek och längd mellan lägena C och D är således bestämda så att en relativt hög elektrisk resistans uppnås för att nedbringa tendensen till elektrisk kortslut- ning mellan lägena C och D till ett minimum. Dessutom kan noteras att vattenbanan mellan lägena C och D är i huvudsak elektriskt isolerade från den bakre elektroden 100, vilket ytterligare begränsar tendensen för icke önskvärd kortslut- ning mellan lägena C och D. Från läget D återges kylmediet 457 10 15 20 25 30 35 764 22 passera genom kollimatorenheten 70 till innerhöljet som utgörs av frontringen 79, innerhöljet 87 och ytterhöljet 79.

Mellan lägena D och E kommer således, såsom illustreras i det verkliga utförandet enligt fig. 1 och schematiskt i 68, vattnet att hållas i fysisk kontakt med metall och eftersom kollimatorenheten 70 och innerhöljet, som utgörs av angivna komponenter, står i elektriskt flytande förhållande, kommer vattnet i passagen mellan lägena D och B i själva verket även att domineras av ett elektriskt flytande tillstånd.

Mellan lägena E och F tingas vattnet att passera en slinga av elektriskt icke-ledande rör 193 med förutbestämd längd och innerdiameter för att återigen ge en förutbestämd hyd- raulisk och elektrisk resistans mellan lägena E och F inuti kylsystemet. Fårn läget F matas vätskan genom det metalliska ytterhöljet (fig. 7), via det metalliska vattenavloppsgren- röret 185 till vattenavloppsröret 195 vid läge G. Mellan lägena P och G skall det åter noteras att vattnet i huvudsak står i kontakt med metall och eftersom ytterhöljet än elekt- riskt jordat medelst jordörat 196 fig. , visat i fig. 2, inne- bär detta även att vattenbanan mellan lägena P och G är effektivt lagd på elektriskt jordad nivå. från läget G återmatas sedan det uppvärmda vattnet till avloppshuvudled- ningen via elektriskt ledande slang eller alternativt till en kylanordning för nedkylning av vattnet för dess återan- vändning i kylsystemet. Sålunda framgår att en väsentlig nedbringning av vattenkonsumtionen kan förverkligas genom användning av en serievattenbana och en banà vari före- ligger relativt hög elektrisk resistans mellan lägena A och B, lägen C och D samt lägena E och F och en relativt hög vat- tenhastighet mellan lägena B och C samt mellan lägena D och E.

Dessa unika förhållanden för kylsystemet enligt uppfinningen och därtill hörande förfarande ger därmed en dramatiskt totalförbättrad plasmageneratorfunktion.

Med en annan aspekt på uppfinningen tas hänsyn till 3 det faktum att smältning av det bakre elektrodmaterialet alltid sker och om hågen vrids och kontinuerligt får fot- fäste på en enda linje inom den bakre elektroden så kommer en dylik linjeatt alltmer smälta och eroderas och sålunda leda 10 15 20 25 30 35 f '~4s1 764 23 till ett behov av tidig ersättning av den bakre elektrodnn och alltså ett relativt kort liv. Här har även angivits en användning av växelströmskâlla som organ för att alstra viss rotation för bágens fotfäste så att slitaget på grund av smältning fördelas. Även om det är känt att gastrycket i gapet 95 skall hållas så att en gashastighet av minst 0,25 Mach uppkommer så är det även känt att om man bibehåller detta minimigastryck kontinuerligt så kan en tryckvariation få bågens fotpunktsläge att ändras. Vissa operatörer av plasma- generatorer har, såsom tidigare angivits, installerat en manuell tryckventil varvid operatören periodiskt manuellt ställer om ventilen för att ändra läget för bågens fotpunkt.

Vad som uppmärksammas i samband med den föreliggande upp- finningen är, såsom schematiskt illustreras i fig. 69, att förfarandet för plasmageneratorns S0 operation enligt uppfinningen ytterligare kan förbättras genom användning av en programmerad typ av tryckreglering mellan tillförseln av tryckgas och virvelgeneratorn i stället för med en manuell ventil. Programmerade tryckregulatorer är välkända i sig och har använts för olika ändamål. Genom användning av en programmerad tryckstyrning kan gastrycket således bibehâllas ovanför det minimivärde som fordras för att hålla gas- hastígheten på eller över 0,25 Mach och kan även program- meras till att inducera en förutbestämd spiralformig fram- och återgàende-rörelse inom den bakre elektroden 100 och därmed kontinuerligt fördela slitaget inuti den bakre elektro- den och sålunda kontinuerligt fördela graden av erosion över hela den användbara yta pà vilken bågen har sitt fotfäste i stället för att bestämma erosionen till en viss punkt_ eller viss linje för fotfästet. Det i fig. 69 visade program- merade tryckreglersystemet gör det sålunda möjligt att uppnå ett utspritt bågfotfäste i den förbättrade plasma- generatorn 50 enligt uppfinningen med användning av en lik- strömskälla som drivkälla. Detta är speciellt fördelaktigt vid den föreliggande uppfinningen tack vare möjligheten att skifta punkterna för eerforderlíg värmeöverföring i det med hög hastighet.strömmande kylflödets område som omger den bakre elektroden 100 såsom detta definieras av 457 10 15 20 25 30 35 164 5 2U vattenledaren 170. Den förbättrade plasmageneratorn S0 en- ligt uppfinningen drar sålunda särskild fördel av detta programmerade gastrycksystem för att skifta plasmabågens fotfäste.

Det program som styr trycket på ovan beskrivet sätt bör a) alltid upprätthålla ett tryck som är tillräckligt för att hålla virvelgeneratorhastigheten på minst 0,25 Mach, b) reglera trycket inom ett tryckområde som är utformat till att hålla plasmabågfästet inom den mest önskvärda axiella längden AT samt c) reglera trycket så plasmabågen bringas att rotera i en något spiralformig, fram- och återgående rörelse inom den axiella längden AT för i huvudsak erodera den inre ytan utmed denna axiella längd AT med huvudsak- ligen samma hastighet över hela densamma._ Pig. 70 illustrerar hur plasmageneratorn enligt uppfinningen startas och hur plasmagenereringen upprätthål- les efter att startoperationen upphört. I fig. 70 visas den schematiskt återgivna bakre elektroden och kollimatorn anslutna till en likströmskälla 250 parallellt med en lag- ringskondensator 252, omkopplaren S-2 och sekundärlindningen 255 på en upptransformator 256 samt med en omkopplare S-1 anordnad för förbikoppling av sekundärlindningen 255.

Primärlindningen 258 är ansluten till en pulskälla 260 via en tredje omkopplare S-3. Vid start inkopplas huvud- källan först med omkopplaren S-1 bruten och omkopplaren S-2 sluten, vilket ger kretsslutning till likströmskällan 250 via startkabeln 230 och belastningsresistorn 252 för att alstra en spänning över elektrod/kollimatorgapet 95 via förbikopplingskondensatorn 251. Nästa omkopplare S-3 är sluten för att uppnå 10 - 15 joule plasmaenergi över elektrod/kollimatorgapet 95 för initiering av plasmabågen.

Härefter slutes omkopplaren S-1 för att förbikoppla sekundär- lindningen 255. Slutligen bryts omkopplaren S-2 för bort- koppling av startkabeln 230 och -elastningsresistorn 252 från kretsen; varvid plasmageneratorn nu arbetar på normalt sätt för Överförd båge.

Såsom även angivits är det ibland önskvärt att kunna initiera materialsmältning i en ugn med en icke-Överförd 10 15 20 25 30 35 457 764 25 båge pá grund av icke-elektrisk ledningsförmága hos materialet.

När dylikt material en gång har smält i en utvald zon har det emellertid visat sig att det ofta är möjligt att upprätta en :- Överförd plasmabàge genom det smälta materialet till ett elektriskt jordat ugnsgolv, exempelvis grafitgolv, för att upprätthålla småltningsprocessen med en värmekälla av överförd bàgtyp. I en plasmagenerator 50 enligt uppfinningen är det enkelt att skruva av och ta bort kollimatorenheten 70 och den bakre elektroden 100 genom att använda en innerrörnyckel.

De båda huvudkomponenter, som är mest utsatta för tenmisk och elektrisk bàgerosionsslitage är lätt utbytbara när sä fordras.

Genom att ta vara på denna fördel hos konstruktionen av plasmageneratorn enligt uppfinningen medger denna uppfinning även att en annan enhet kan ersätta kollimatorenheten 70 för erhållande av en funktion med kombinerad kollimator/elektrod som möjliggör bade icke-Överförd och Överförd plasmabàgfunktion för användning vid småltning av ickeledande material som be- skrivits ovan. Pig. 71 - 77 illustrerar denna alternativa kolli- mator/elektrodenhet och konstruktionen av de komponenter som ¿ bildar denna enhet. Dessa figurer illustrerar även en annan egenskap med att ha en typ av främre elektrod som uppvisar en koppformad kanal vid urladdningsänden på den främre elektroden, varivd kanalen har väsentligen mindre diameter utmed samma axel och över den återstående längden av elektrodenheten.

Pig. 71 - 73 visar den alternativa kollimatorlelektro- den 300 uppvisande en inre kanal med diametern D' och längden L' tillsammans med en kommunicerande främre koppformad kanal som har diametern D" och längden L". Kollimatorn/elektroden 300 upptar O-ringar i sätena 301, 302 och är försedd med en gängad koppling 303 som omger en ríngformad slits 304. Ett flertal häl 305.är utformade såsom framgår av fig. 73 och an- vändes för att uppta en grupp fästskruvar 310 enligt fig. 77.

Runt kollimator/elektrodkomponenten 300 är elektrod- höljet 320 enligt fig. 75 anordnat och utformat för att motta 0-ringar i sätena 321, 322. Kylpassager 325 löper i längd- riktningenmed inlopp 326 och utlopp 327. En innergängad del 330 är anordnad att motta den gångade délen 303 av ko1limator/- elektroden 300 enligt fig. 72 för erhållande av den i fig. 77 I 4.57 UI 10 15 20 25 30 35 764 _ 26 visade kollimatorlelektrodenheten 340. I drift är flänsen 3k1 fastgängad medelst den gängade delen 342 för att uppbära kolli- mator/elektrodenheten 340 i frontringen 79 på samma sätt som den gängade fläasen 76 med gängan 77 enligt fig. för att uppbära kollimatorenheten 70 enligt fig. ringen 79. 13 är använd 15 i front- I drift bestämmas kollimator/elektrodenhetens 3H0 arbetssätt med Överförd eller oöverförd plasmabáge av om den elektriska jordningen är någorlunda nära frontytan 3h5 pà kollímator/elektrodenheten 340. Om sålunda jordningen är extremt nära uppkommer en överförd plasmabåge. Plasmabágen kommer emellertid att återgå till oöverfört arbetssätt om bågen uttänjes över en större sträcka. Exakt hur denna hybrídtyp av plasmagenerator kommer att arbeta kommer i första hand att bero på förhållandet mellan dimensionerna L'/D' enligt fig. 72. Om L'/D' är mindre än 4 kommer plasma- generatorn med kollimator/elektrodenheten 340 enligt fíg. 77 att tendera att bli överförande och alltså ha ett plasmabâg- överförande arbetssätt. Om emellertid detta förhållande L'/D' är större än R kan bägen endast överföras om den elektriska jordpunkten bringas i extrem närhet av frontytan 3u5 (fig. 77) och kommer att återgå till oöverfört arbets- sätt om plasmabàgen uttänjes i större utsträckning, exempelvis frän 25 mm till 50 mm. Om detta förhållande L'/D' är huvud- sakligen lika med H kommer bágen att tendera till att bli överförd om jordpunkten bringas att komma närmare än ungefär 75 mm från ytan 3h5 (fig. 77) och plasmabågen kan i detta fall utsträckas till ungefär 150 mm innan den återgår till oöverfört arbetssätt.

En stor fördel med uppfinningen ligger i det faktum att vare sig kollimatorenheten 70 (fig. 15) eller kolli- mator/elektrodenheten 340 (fig. 77) användes så kan isoler- reglermekanísmen 130 (fig.1) användas tillsammans med respektive enhet. Närhelst gapet 95 (fig. 1) tenderar att utvidga sig på grund av isolationsstörningar, krypning eller av annan orsak, kan således reglermekanismen användas för att hopföra gapet 95 till exakt erforderlig bredd W och även för att förhindra en läcka från att uppstå, speciellt vid 10 15 20 25 30 35 457 764 ' 21 Oringen som är monterad i sätet 86 (fig. 13). I detta av- seende bör uppmärksammas att även om den sträcka som rörelsen omfattar är extremt liten så rör sig hela den i isoleringen 160 (fig. 1) inrymda mekanismen i själva verket inuti gene- ratorn 50 relativt dess fixerade kropp. Den bakre isoleringen 105 har sålunda en begränsad glidningsrelation med avseende på isoleringen 160, vilka båda syns i fig. 1. Antingen om enheten 70 eller enheten 3H0 användes är gas- och kyl- flödena i huvudsak desamma. I detta avseende kan ett sista unikt kännetecknen observeras nämligen det faktum att det ringformiga gasavgreningsröret som föreligger runt virvel- generatorn är helt koncentriskt med och beläget inom den isolerade vattenbanan som förbinder den bakre elektroden och frontenheten vare sig det är enheten 70 eller enheten 3H0.

Det ovan beskrivna förfarandet att fördela elektrod- erosionen är även anpassat itll användning vid enheten 70 eller enheten 340. Med respektive enhet kommer härefter ett föredraget förfarande att bestämma kraven på gasflödet att beskrivas. Efter att ha bestämt kraven på gasflödet för generatorn inställes virvelgeneratorns kanaler för att ge normal flödeshastighet vid ett visst tryck, exempelvis H00 - 600 kPa; Vid normaltrycket kommer bågens fotfäste att ligga ungefär i mitten på -en användbara ytans area i elektroden 100. En ändring av trycket 1 35 kPA (för en tryckspridning av 70 kPa) kan medföra att bågens fotfäste förflyttas framåt mot kollimatorn och bakåt mot elektrod- hållaren. Tryckändringen är beräknad att förflytta fotfästet inom gränserna för ett bra elektrodutförande. Det bakre fot- fästet bör företrädesvis ej passera ungefär två diametrar från elektrodhålrummets bakre yta och ej heller två diametrar från Ofringen vid elektrodens framände. Potfästets läge styrs sedan genom programreglering av gastryoksförändring såsom schematiskt framgår av fig. 69.

Sammanfattningsvis kan sägas att uppfinningen sålunda medför en väsentlig totalförbättring av plasmageneratorkon- struktionen, en väsentlig förbättring av kylsystemet och kyl- ningsförfarandet, ett förbättrat dubbelt, vätskekylt höljes- system, möjlighet att arbeta med väsentligt förbättrad styrning r '4"57 . 764 28 av erosíonen än vad som hittills kunnat uppnås vid drift med likströmskälla och slutligen möjlighet att arbeta med en alternativ kollímator/elektrodenhet som är anpassad till att fungera med antingen överförd eller oöverförd plasma- 5 båge.

Claims

[_ 457 764 29 4 P a t e n t k r a v

1. Plasmagenerator (50) innefattande en bakre elektrod (100) i form av ett metallrör med en sluten inre ände och en öppen yttre ände, en främre elektrod (71: 300) i form av ett metallrör med en genomgående borrning, vilken främre elektrod är fäst koaxiellt mitt för och elektriskt isolerad från den bakre elektroden samt har en inre ände i närheten av den bakre elektrodens öppna yttre ände och en motstående yttre ände, en virvelgenerator (90), innefattande en virvelalstrande kammare, vilken är placerad mellan och koaxiellt mitt för de bakre och främre elektroderna för alstríng av ett virvelflöde av en gas mellan de bakre och främre elektroderna, ett inre ringformigt hölje (87, 89) fäst koncentriskt runt åtminstone en axiell del av de bakre och främre elektroderna, en första isolering (105, 120) anordnad att elektriskt isolera det inre höljet och den främre elektroden från den bakre elektroden, ett yttre ringfor- migt hölje (181, 182) fäst koncentriskt runt åtminstone en axiell del av den bakre elektroden och det inre höljet, en and- ra isolering (175) anordnad att elektriskt isolera det yttre höljet från var och en av de bakre och främre elektroderna samt det inre höljet, en strömkälla (250) för alstring av en båge, som är anordnad att sträcka sig axiellt från den bakre elektro- den genom virvelflödet av gas och genom åtminstone en del av den axiella längden av borrningen i den främre elektroden, or- gan (A, B, C, D, E, F) för bildande av en kylmedelsbana, vilka är anordnade i serie, så att banan befinner sig i värmeväx- lingsförhállande till den bakre elektroden, den främre elektro- den, det inre höljet och det yttre höljet och att ett flytande kylmedel kan införas i ena änden av kylmedelsbanan och avledas från den andra änden i och för avlägsnande av värme från plas- mageneratorn vid dess användning, varvid kylmedelsbanan inne- fattar ett första segment (C, D), som sträcker sig genom den första isoleringen mellan de bakre och främre elektroderna, och ett andra segment (E, F), vilket sträcker sig mellan de inre och yttre höljena, varvid dessa segment var för sig har en så- dan längd, att den första och andra isoleringen var för sig er- bjuder en förutbestämd elektrisk resistans i de delar av kyl- medelsbanan, som sträcker sig därigenom, så att kortslutning v 4š7 764 Ä 30 genom kylmedlet är utesluten.

2. Plasmagenerator enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att kylmedelsbanan sträcker sig från den bakre elektroden (100) genom den första isoleringen (105, 120) till den främre elektroden (71), vidare till det inre höljet (87, 89) och genom den andra isoleringen_(175) till det yttre höljet (181, 182).

3. Plasmagenerator enligt krav 1, a v k ä n n e t e c k n a d att den första isoleringen innefattar en rörformig isola- tor (105), som omger den bakre elektroden (100) i huvudsak ut- efter hela dess längd, och att virvelgeneratorn (90) innefattar en gaspassage (121), som sträcker sig genom den rörformiga iso- latorn till den virvelalstrande kammaren.

4. Plasmagenerator enligt krav 1, a v k ä n n e t e c k n a d att det yttre höljet omfattar ett par radiellt åtskilda rörformade höljesorgan (181, 182) och ett flertal rör (186), vilka sträcker sig radiellt mellan höljesorganen och bildar en del av kylmedelsbanan, genom vilken kylmedlet är anordnat att strömma i en riktning längs insidan av rören och i motsatt riktning längs utsidan av rören.

5. Plasmagenerator enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att det inre höljet (87, 89) är utfört av metall och är elektriskt förbundet med den främre elektroden (71; 300).

6. Plasmagenerator enligt krav 5, a v k ä n n e t e c k n a d att strömkällan är verksamt förbunden med den bakre elek- troden (100) och den främre elektroden (71: 300) och på sådant sätt, att den främre elektroden och det inre höljet (87, 89) står i elektriskt ledande förbindning med varandra.

7. Plasmagenerator enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d a v att kylmedelsbanan innefattar en första del (B, C) i di- rekt kontakt med en väsentlig del av den bakre elektrodens (100) längd och en andra del (D, E) i direkt kontakt med en vä- sentlig del av den främre elektrodens (71: 300) längd.

8. Plasmagenerator enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att de första (B, C) och andra (D, E) delarna av kyl- medelsbanan är strypta, så att kylmedlet bibringas'en relativt hög hastighet i förhållande till kylmedelshastigheten i andra delar av kylmedelsbanan. i 4572764 31

9. Plasmagenerator enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att det yttre höljet (181, 182) omger endast den bakre delen av det inre höljet (87, 89), så att det inre höljets främre.del är frilagd.

10. Plasmagenerator enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att virvelgeneratorn (90) innefattar en programstyrd an- ordning för reglering av gastrycket i den virvelalstrande kam- maren enligt ett förutbestämt program och så att bágens fot- fäste utsprides inuti den bakre elektroden (100), varigenom graden av erosion av elektroden fördelas.

11. Plasmagenerator enligt krav 2, a v att borrningen i den främre elektroden (300) innefattar en k ä n n e t e c k n a d yttre änddel med skålformad tvârsektion, vilken del definierar en utåtriktad radiell ansats, varigenom den båge, som alstras av strömkällan, bringas att ta fotfäste vid en punkt på den ra- diella ansatsen.

12. a v att det inre (87, 89) och det yttre (181, 182) ringformiga höljet vardera omfattar ett relativt tunnvâggigt rör och att kylmedelsbanan innefattar en ringformig passage, som sträcker sig koaxiellt inuti väggen till dessa rör och längs i huvudsak Plasmagenerator enligt krav 2, k ä n n e t e c k n»a d rörens hela längd.