ES2337657T3 - Dispositivo para generar un chorro de gas activo. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para generar un chorro (6) químicamente activo mediante un plasma generado por descarga eléctrica en un gas de proceso que se emplea, con una cámara de descarga esencialmente cilíndrica que es atravesada por un flujo de gas de proceso y en la que para la activación del gas de proceso está prevista una generación de plasma causada por una descarga eléctrica de gas, una entrada de gas para la alimentación continua del gas de proceso a la cámara de descarga así como un orificio de salida para dirigir el chorro (6) químicamente activo sobre una superficie que se ha de tratar, donde - la cámara de descarga (2) presenta un extremo (21) estrechado en cono para aumentar la velocidad del chorro (6) químicamente activo, y - está dispuesto a continuación del extremo estrechado (21) de la cámara de descarga (2) un canal de limitación (4) para impedir la extensión de la zona de descarga (22) en el espacio libre para la superficie (7) que se ha de tratar, estando realizado el canal de limitación (4) esencialmente con forma cilíndrica, caracterizado porque el canal de limitación (4) está puesto a tierra y su longitud es mayor que su sección en un factor de 5 a 10.
Description
Dispositivo para generar un chorro de gas
activo.
La invención se refiere a un dispositivo para
generar un chorro químicamente activo (designado en lo sucesivo
como chorro de gas activo) mediante un plasma generado
eléctricamente en un gas de proceso que se esté utilizando. La
invención es especialmente adecuada para el tratamiento de
superficies, p.ej. para el tratamiento previo y limpieza de
superficies antes de pegarlas, recubrirlas o esmaltarlas, para
recubrir, hidrofilizar, eliminar cargas eléctricas o esterilizar
así como para acelerar reacciones químicas.
Se conocen dispositivos para el tratamiento
previo de superficies de piezas mediante un gas activado en una
zona de descarga eléctrica, expuesto en las publicaciones DE 195 46
930 C1, DE 195 32 412 A1 y EP 03 05 241. En la Patente DE 195 46
930 C1 se conduce un flujo turbulento del gas que se trata de
activar a través de una zona de descarga eléctrica que se forma
entre un electrodo central de forma cónica y un electrodo anular
situado en el exterior del extremo de una tobera.
Otro dispositivo se describe en el documento DE
2 991 9142, donde a la salida del canal de la tobera de plasma está
colocada una boquilla de forma tubular de un material eléctricamente
aislante.
Otro procedimiento similar se describe en el
documento DE 195 32 412 A1, en el que se introduce el gas que se
trata de activar con un flujo turbulento, primeramente en el entorno
de una zona de descarga que se forma a lo largo del eje de un tubo
de tobera cilíndrico con un electrodo exterior cilíndrico aislado
por el interior y un electrodo central coaxial, y se activa y se
descarga el chorro de gas esencialmente en la superficie terminal
del electrodo exterior a la salida de la zona de descarga en la que
el tubo de tobera está estrechado en forma de una superficie
terminal de forma anular del electrodo cilíndrico exterior. El
inconveniente de las soluciones antes citadas es que el chorro de
gas que sale de la tobera lleva un potencial eléctrico considerable
cuyo valor está entre el potencial del electrodo anular puesto a
tierra y el del electrodo central. Con el correspondiente gran
flujo de gas que pasa a través del orificio de salida del chorro de
gas se abomban además hacia al exterior en la dirección del chorro
de gas activo unos penachos de descarga de la tobera. El
inconveniente citado limita las posibilidades de aplicación de las
dos soluciones anteriores, a) debido al riesgo de electrocución
para el personal operario, y b) debido a una posible formación
inducida de defectos causada por campos electromagnéticos durante
el tratamiento superficial de materiales delicados como p.ej.
sustratos de semiconductores, eventualmente también con capas o
estructuras dotadas.
De acuerdo con el documento EP 03 05 241, el gas
que se trata de activar se conduce directamente a través de una
zona de descarga eléctrica. La zona de descarga se forma en este
caso en un tubo mediante un campo eléctrico, donde están dispuestos
o bien electrodos situados en el sentido del flujo del gas de forma
consecutiva lateralmente dentro del tubo o está prevista una cámara
de descarga de material aislante sin electrodos instalada en una
guía de ondas. Esta solución adolece del inconveniente ya citado
anteriormente de que para una velocidad elevada del chorro de gas
activado existe una gran probabilidad de que escapen de la cámara de
descarga, tanto campos electromagnéticos como de la zona de
descarga eléctrica propiamente dicha en la dirección del chorro de
gas activo, ya que falta totalmente un electrodo anular que
apantalle en el extremo de la cámara de descarga. La disposición
descrita en el documento EP 0 305 241 A1 evita el riesgo para el
personal operario por medio de una cámara de tratamiento cerrada,
independiente, en la que tiene lugar el tratamiento superficial del
material. Las condiciones de tratamiento de material dificultadas de
este modo son un inconveniente y darían lugar a que se prescindiera
de la cámara de protección con una modificación incontrolada de las
condiciones del procedimiento y para riesgo del personal
operario.
operario.
Lo característico de todas las soluciones
técnicas antes citadas es que la velocidad, la temperatura y la
geometría del chorro de gas activo se establecen por las condiciones
eléctricas, térmicas y dinámicas del gas que se requieren para la
formación o cebado de la zona de descarga eléctrica para la
activación del gas. Es cierto que las condiciones citadas para la
activación del gas en una zona de descarga eléctrica no son siempre
condiciones óptimas para el tratamiento superficial por medio del
chorro de gas activo.
Así p.ej. resulta muy problemático poder
aprovechar para el tratamiento de una superficie una descarga
eléctrica a la presión atmosférica y las temperaturas superiores a
5000 K que se forman, ya que la mayoría de los materiales que se
han de tratar no soportan tales temperaturas. Otro problema lo
representan para la zona de descarga eléctrica las elevadas
velocidades del gas de proceso, p.ej. velocidad ultrasónica, ya que
éstas solamente se pueden mantener con grandes dificultades en
condiciones muy dinámicas. Las aplicaciones citadas del chorro de
gas activo requieren en cambio unos caudales de gas mayores para
poder acortar el tiempo dentro del que el chorro de gas activo
alcanza la superficie que se desea tratar, partiendo de la zona de
descarga, ya que con ello se reduce eficazmente la pérdida de
actividad del chorro de gas debido a la reducción de los procesos
de recombinación.
La invención tiene como objetivo encontrar una
nueva posibilidad para generar un chorro químicamente activo
(chorro de gas activo) mediante un plasma generado por descarga
eléctrica en un gas de proceso que se utilice, en el que a una
velocidad superior del gas de proceso el chorro de gas activo
despliega una intensa actividad química sobre la superficie que se
ha de tratar, y ya es eléctricamente neutro a la salida del
dispositivo por lo que no representa ningún riesgo para el personal
operario, para el entorno y para la superficie tratada.
De acuerdo con la invención se resuelve el
objetivo en un dispositivo para generar un chorro químicamente
activo (chorro de gas activo), mediante un plasma generado por
descarga eléctrica en un gas de proceso que se esté utilizando, con
una cámara de descarga esencialmente cilíndrica que es atravesada
por un gas de proceso y en la que para activar el gas de proceso
está prevista una generación de plasma debido a una descarga
eléctrica de gas, una entrada de gas para la alimentación continua
del gas de proceso a la cámara de descarga así como un orificio de
salida para dirigir el chorro de gas activo sobre una superficie que
se ha de tratar, presentando la cámara de descarga un extremo
estrechado de forma cónica para aumentar la velocidad del chorro de
gas activo, le sigue al extremo estrechado de la cámara de descarga
un canal de limitación para impedir la propagación de la zona de
descarga en el espacio abierto para la superficie que se ha de
tratar, estando el canal de limitación realizado esencialmente de
forma cilíndrica y puesto a tierra, siendo su longitud mayor que su
sección en un factor 5-10.
Para la activación del gas de proceso está
prevista ventajosamente una descarga de arco, presentando la cámara
de descarga un electrodo central y un electrodo hueco que cubre de
forma laminar y simétrica la pared interior de la cámara de
descarga, por lo menos en la zona del extremo que se estrecha en
cono. El canal de limitación va preferentemente directamente a
continuación del electrodo hueco.
El electrodo central tiene convenientemente
forma de barra y está dispuesto en la zona de entrada de gas, a lo
largo del eje de simetría de la cámara de descarga.
Para incrementar la potencia del chorro de gas
activo por medio de unas superficies de electrodos mayores, el
electrodo central puede presentar ventajosamente la forma de una
caperuza cilíndrica que comprende una superficie envolvente
cilíndrica de altura reducida y una superficie de cubierta, y cuyo
orificio está orientado en dirección coaxial respecto al eje de la
cámara de descarga y situado por encima de la entrada de gas a la
cámara de descarga.
Para mejorar la estabilidad de los parámetros
del chorro de gas activo es ventajoso disponer para la activación
del gas de proceso la cámara de descarga en un campo de inducción
generado con alta frecuencia (radiofrecuencia).
Esto se puede realizar convenientemente por el
hecho de que la cámara de descarga (1) esté dotada de dos electrodos
situados a lo largo de la pared de la cámara de descarga en la
dirección de flujo del gas de proceso, y que funcionen con
radiofrecuencia.
La alta frecuencia necesaria para la activación
del gas de proceso también se puede obtener mediante la generación
de un campo de inducción, para lo cual se sitúa la cámara de
descarga en una bobina accionada por radiofrecuencia.
Otra posibilidad para la activación del gas de
proceso sin que se produzca contaminación del gas activo por el
material del electrodo se consigue porque la cámara de descarga está
situada en una guía de ondas conectada a una fuente de
microondas.
Para la formación, elección de la clase de flujo
(flujo laminar o turbulento) y para el ajuste del chorro de gas
activo con los parámetros deseados, en particular la velocidad, la
temperatura, la forma geométrica y la clase de flujo, está
dispuesto a continuación del canal de limitación convenientemente un
dispositivo para la conformación del chorro.
Para ello puede ser ventajoso que a la salida
del canal de limitación estén conectadas unas toberas ramificadas
para el tratamiento de distintas superficies parciales o rebajes de
la superficie que se ha de tratar.
El dispositivo para la conformación del chorro
está adaptado convenientemente a la forma de la superficie que se
ha de tratar mediante chapas conductoras, manteniéndose la distancia
entre la superficie y el dispositivo de conformación del chorro
dentro de un campo reducido definido, de modo que la superficie
tratada efectivamente comprende una superficie mayor.
Para aplicaciones especiales de un chorro de gas
activo se han previsto dispositivos para la conformación del chorro
que incluyen dos o más dispositivos conforme a la invención para
generar el chorro de gas activo en un canal de tratamiento, donde
dado un paso de material continuo en el canal de tratamiento se
tratan por todos los lados varias superficies de una pieza
simultáneamente
\hbox{o superficies de perfiles extruidos de
una sección cualquiera, por todos los lados.}
En la aplicación de un chorro de gas activo con
aditivos especiales (en particular para el recubrimiento en
superficies) está situada preferentemente en la cámara de descarga y
en dirección axial un tubo de alimentación para la incorporación de
materiales adicionales, el cual termina poco antes de la salida de
la cámara de descarga, evitándose cualquier influencia de las
sustancias aditivas en la característica de descarga y la
contaminación de la cámara de descarga (1) debido a las materias
adicionales o a sus productos de reacción.
Para conseguir un flujo de gas definido resulta
ventajoso que el canal de limitación comprenda varios canales
individuales para reducir la resistencia dinámica del gas y el
tiempo de permanencia del gas activo en el canal de limitación,
estando dispuestos los canales individuales repartidos uniformemente
alrededor de un canal central. La alimentación de sustancias
adicionales es especialmente conveniente si el canal de limitación
con varios canales individuales presenta un canal de entrada axial
en el centro de un anillo de canales individuales atravesados por
el gas activo, ya que se puede evitar una reacción precoz o una
descomposición de las sustancias aditivas así como la contaminación
de la cámara de descarga causada por las sustancias aditivas.
Para todas las variantes de alimentación antes
citadas se pueden introducir ventajosamente las sustancias aditivas
en la zona del canal de limitación en forma de gases, fluidos en
forma de aerosoles o sustancias sólidas en forma de partículas
finas.
En una variante de realización especialmente
conveniente de la invención los electrodos huecos, el canal de
limitación y el dispositivo que forma del chorro están realizados
como cuerpos de rotación unitarios con muy buena conductividad
eléctrica, estando el electrodo central rodeado coaxialmente por un
tubo aislante en la cámara de descarga formada por el electrodo
hueco, conduciéndose la entrada de gas a la cámara de descarga
primeramente a una cámara cilíndrica de distribución, donde están
previstos para el gas de proceso unos canales de flujo tangenciales
desde la cámara de distribución a la cámara de descarga de modo que
debido al flujo de gas resultante de forma espiral desde la cámara
de distribución a la cámara de descarga se fijan las descargas de
arco entre el electrodo central y el electrodo de hueco en un
extremo del electrodo central que sobresale del tubo aislante. De
este modo se evita en gran medida la erosión del tubo aislante.
Ventajosamente puede haber unos canales de flujo tangenciales
adicionales que conduzcan adicionalmente a una cámara anular
cilíndrica situada entre el electrodo central en forma de barra y
la superficie interior del tubo aislante, de modo que el electrodo
central es refrigerado directamente por una parte del gas de proceso
y los puntos de salida de las descargas de arco están limitadas
esencialmente a superficies no- cilíndricas del electrodo central.
De este modo se protege el tubo aislante con aún mayor eficacia
contra el efecto de erosión del arco de descarga.
El electrodo central rebasa convenientemente el
tubo aislante en una longitud de hasta el doble del diámetro del
electrodo central. Si se emplea la alimentación adicional de gas de
proceso en el interior del tubo aislante se puede acortar el
extremo del electrodo central, que en un caso límite remata con el
extremo del tubo aislante.
El canal de limitación está preferentemente
estrechado ligeramente en forma cónica en el sentido del flujo de
gas, y presenta una relación media entre el diámetro del canal a la
longitud del canal de 1:8. A continuación del canal de limitación
viene preferentemente un dispositivo para la conformación del chorro
con una salida ensanchada en forma de campana, de modo que se
aumenta la anchura de trabajo del chorro de gas activo.
La idea fundamental de la invención está basada
en que en los dispositivos conocidos del estado de la técnica con
un chorro de gas activo inducido por plasma, o bien la actividad del
chorro de gas es demasiado escasa o el chorro de gas activo posee
todavía a su salida a la zona de tratamiento un potencial eléctrico
peligrosamente alto, que constituye un riesgo para el personal
operario. Estos problemas que influyen entre sí recíprocamente en
sentido opuesto se eliminan de acuerdo con la invención por el hecho
de que el gas de proceso se conduce sucesivamente a través de tres
zonas. Primeramente se activa el gas de proceso (en la cámara de
descarga) y se acelera, después se forma (limita) al chorro de gas
activo en un canal de limitación estrecho puesto a tierra la
propagación de la zona de descarga fuera de la cámara de descarga,
condicionada por la velocidad, y por último se forma un chorro de
gas activo químicamente eficaz, eléctricamente neutro, por medio de
dispositivos que forman el chorro de acuerdo con la aplicación
deseada (limpieza, recubrimiento, activación, etc.). Para ello el
dispositivo conforme a la invención se puede combinar con todos los
métodos conocidos de activación de gases de proceso inducidos por
plasma, en los que se forma una superficie de descarga de corona,
incandescencia o arco (mediante la aplicación de una corriente
continua, alterna, o por impulsos) o donde se forma una zona de
descarga de alta frecuencia generada en el campo electromagnético
alterno (con frecuencias de excitación hasta el campo de las
microondas).
La eficacia del canal de limitación depende
esencialmente de que presente un diámetro menor en proporción a la
cámara de descarga. Por ese motivo la cámara de descarga se estrecha
de forma cónica en el sentido de flujo del gas de proceso, de modo
que en el caso de una relación grande entre la sección de la cámara
de descarga y la sección del canal de limitación aumente
considerablemente la velocidad del chorro de gas activo, con lo
cual se reduce considerablemente el tiempo que requieren las
partículas químicamente activas del chorro de gas activo para
recorrer el trayecto desde la cámara de descarga hasta el lugar de
aplicación. Debido a esta reducción de tiempo se producen menos
recombinaciones de partículas activas (menor pérdida de actividad
del chorro de gas activo) y esto da lugar a que aumente la
efectividad del chorro de gas activo sobre la superficie que se ha
de tratar. En el caso de un caudal de gas muy elevado a través de la
zona de descarga, los penachos de descarga se abomban desde la zona
de descarga hacia el chorro de gas activo que está saliendo. La
conductividad eléctrica y la resistencia eléctrica del arco de
plasma relacionado con ésta, y la consiguiente intensidad de
corriente elevada da lugar a un potencial considerable con respecto
al electrodo puesto a tierra, incluso en una distancia próxima del
arco de plasma respecto al electrodo puesto a tierra. Para evitar la
salida de los penachos de descarga al espacio libre con un
potencial eléctrico peligroso se conduce el chorro de gas activo a
la salida de la zona de descarga a través de un canal estrecho
puesto a tierra. El canal de limitación está dimensionado de tal
modo que un arco de descarga que penetre en él tenga un potencial
cuya magnitud sea todavía demasiado escasa para la ruptura hacia la
pared del canal a la entrada del canal de limitación. Al aumentar
la longitud de recorrido en el canal de limitación va aumentando la
tensión en el arco de descarga hasta que se produce una ruptura
hacia la pared del canal.
Por lo tanto el canal de limitación deberá tener
de acuerdo con las restantes condiciones de la generación de plasma
una longitud mínima que asegure que no se pueden producir los
abombamientos de la zona de descarga antes citados al espacio
libre. Esto tiene lugar para una relación entre la sección y la
longitud del canal de 1:5 a 1:10.
El dispositivo conforme a la invención permite
generar un chorro químicamente activo, eléctricamente neutro, donde
con una superior velocidad del gas de proceso el chorro de gas
activo despliega una intensa actividad química sobre la superficie
que se ha de tratar, y ya es eléctricamente neutro a la salida del
dispositivo, por lo que no representa ningún peligro para el
personal operario, el entorno y la superficie tratada.
A continuación se trata de explicar con mayor
detalle la invención sirviéndose de ejemplos de realización. Los
dibujos muestran:
Fig. 1 una representación esquemática del
dispositivo conforme a la invención con descarga eléctrica activada
por un campo electromagnético cualquiera;
Fig. 2 una realización de la invención con
descarga eléctrica de arco entre el electrodo central en forma de
barra y el electrodo hueco en la pared de la cámara de descarga así
como con un canal de limitación compuesto por varios canales
individuales;
Fig. 3 una realización de la invención con
descarga de arco a través de un electrodo central en forma de una
caperuza cilíndrica;
Fig. 4 una forma de realización con un campo de
alta frecuencia generado mediante electrodos interiores;
Fig. 5 una forma de realización con generación
de la descarga de gas mediante microondas;
Fig. 6 una forma de realización con un campo de
alta frecuencia de generación inductiva;
Fig. 7 representación esquemática de la
invención para subdividir el chorro de gas activo para el
tratamiento simultáneo de distintas superficies parciales en
superficies de relieve complicado;
Fig. 8 representación esquemática del
dispositivo conforme a la invención en el que el dispositivo que
forma el chorro está adaptado a una superficie plana;
Fig. 9 representación esquemática como la de la
Fig. 8, en la que el dispositivo que forma el chorro está adaptado a
una superficie esférica;
Fig. 10 una realización especial en la que hay
varios dispositivos conformes a la invención con sus dispositivos
que forman el chorro, en un canal de tratamiento con un flujo de
material continuo;
una forma de realización para la alimentación de
sustancias aditivas en el chorro de gas activo antes del canal de
limitación;
Fig. 11 una forma de realización para la
alimentación de sustancias aditivas antes del comienzo del canal de
limitación;
Fig. 12 una variante para la alimentación de
sustancias aditivas al final del canal de limitación;
Fig. 13 una realización constructiva del
dispositivo con realización especial de los canales de flujo para
el gas de proceso alimentado, en el caso de activación mediante una
descarga de arco.
El dispositivo para generar un chorro de gas
activo según la Fig. 1 consta en su estructura básica de una cámara
de descarga 2, atravesada por un gas de proceso 1, en la cual tiene
lugar la activación del gas de proceso 1 en forma de una descarga
eléctrica producida por un campo intenso 3, un canal de limitación 4
esencialmente cilíndrico y un dispositivo para la formación de
chorro 5 para el chorro de gas activo 6 previsto para el
tratamiento del material en el espacio abierto.
La cámara de descarga 2 presenta en el sentido
de paso del flujo de gas de proceso 1 un extremo 21 estrechado en
forma cónica (es decir una forma estrechada de modo similar a una
tobera), que sirve para incrementar la velocidad de flujo del gas
de proceso 1 durante su activación en la cámara de descarga 2. Con
este incremento de la velocidad del gas se reduce el tiempo
necesario para alcanzar una superficie 7 que se vaya a tratar
(representada únicamente en las Fig. 7 a 9), y con ello se reduce la
recombinación de partículas activas de gas antes de llegar al lugar
de tratamiento. Al mismo tiempo que aumenta la velocidad de flujo
aumenta sin embargo el riesgo de que se prolongue una zona de
descarga 22 formada en la cámara de descarga 2 por el efecto del
campo 3 a través del extremo 21 reducido en forma cónica de la
cámara de descarga hacia el exterior. Para evitar que debido a la
alta velocidad del gas salgan de la cámara de descarga 1 al espacio
abierto los llamados penachos de descarga con un potencial
eléctrico alto, peligroso, en forma de abombamiento 24 de la zona de
descarga 22, se conduce el chorro de gas activo 6 acelerado a
través del extremo estrechado 21 a la salida de la cámara de
descarga 1 a través de un canal de limitación 4 estrecho y puesto a
tierra. De este modo se evita de modo eficaz la limitación de la
propagación de la zona de descarga 22 en sentido hacia el orificio
de salida libre del chorro de gas activo 6.
El canal de limitación 4 está dimensionado de
tal modo que la parte de la zona de descarga 22 que penetra en él
alcanza un potencial tal cuya magnitud es todavía insuficiente para
producir a la entrada en el canal de limitación 4 una ruptura
respecto a la pared del canal, pero que al ir aumentando el
recorrido en el canal de limitación 4 va aumentando hasta que se
produce una ruptura con la pared puesta a tierra del canal de
limitación 4.
Además, de acuerdo con las restantes condiciones
necesarias para la activación del gas de proceso que se requieren
para la producción del plasma el canal de limitación 4 deberá tener
una longitud mínima que asegure que los antes citados abombamientos
24 de la zona de descarga 22 al espacio libre no pueden tener lugar.
Esto se consigue por lo general si la sección del canal presenta
respecto a la longitud del canal una relación de 1:5 a 1.10.
La eficacia del chorro de gas activo 6 sin
embargo también depende esencialmente de que el canal de limitación
4 tenga un diámetro notablemente inferior con relación a la parte
principal de la cámara de descarga 2 (antes de su extremo 21
estrechado de forma cónica), de modo que en el caso de una relación
grande (1:5 a 1:8) entre la sección de la cámara de descarga 2
respecto a la sección del canal de limitación, aumente notablemente
la velocidad del chorro de gas activo 6, con lo cual se reduce
considerablemente el tiempo que necesitan las partículas
químicamente activas del chorro de gas activo 6 para recorrer el
trayecto desde la cámara de descarga 2 hasta el lugar de
aplicación. Debido a la reducción de tiempo se producen menos
recombinaciones de partículas activas (menor pérdida de actividad
del chorro de gas activo 6), y esto da lugar a que aumente la
efectividad del chorro de gas activo 6 sobre la superficie 7 que se
ha de tratar (no representada en la Fig. 1). Pero por otra parte y
debido al reducido diámetro del canal de limitación 4, aumenta la
resistencia aerodinámica en el extremo estrechado 21 de la cámara
de descarga 2, lo que perjudica la efectividad dentro de la zona de
descarga 22. Esto se explica porque al aumentar la presión aumenta
la temperatura del plasma. Por este motivo el canal de limitación 4
tiene forma esencialmente cilíndrica y presenta una sección adaptada
al diámetro de la cámara de descarga 2, de 1:5 a 1:8.
En la cámara de descarga 2 se introduce gas de
proceso 1. Al hacerlo se activa el gas de proceso 1 que ha sido
alimentado debido a la interacción con el campo 3 en la zona de
descarga eléctrica 22, se acelera en la parte 21 estrechada de
forma cónica de la cámara de descarga 2 y se descarga en su mayor
parte y se introduce en el canal de limitación 4 que impide la
propagación de la zona de descarga 22 hacia el exterior en el
recinto de tratamiento abierto. Después del canal de limitación 4
el chorro de gas activo 6 fluye a través de un dispositivo 5 que
forma el chorro, donde se forma de acuerdo con la aplicación
respecto a velocidad, temperatura, forma geométrica y clase de
flujo (flujo laminar o turbulento). Para ello la zona de descarga 22
puede formarse a voluntad (según la clase de generación de campo
utilizada) por corriente continua, alterna o por impulsos,
inducción electromagnética, microondas u otras formas de excitación
que provoquen una descarga eléctrica del gas en el gas de proceso
empleado 1.
La Fig. 2 representa la invención en una
variante en la que la activación del gas de proceso 1 tiene lugar
mediante una descarga de arco 34 entre dos electrodos en la cámara
de descarga 2. Uno de los electrodos es un electrodo central 31 en
forma de barra, y el otro se encuentra en la pared interior de la
cámara de descarga 2 y forma lo que se denomina un electrodo hueco
32. El electrodo hueco 32 está situado por lo menos en el extremo
21 estrechado de forma cónica de la cámara de descarga 2. Pero
también puede formar él mismo la pared de la cámara de descarga 2
(tal como está representado p.ej. en la Fig. 13).
En la cámara de descarga 2 se introduce
tangencialmente el gas de proceso, donde entre el electrodo central
31 y el electrodo hueco 32 tiene lugar a lo largo de la pared
interior de la cámara de descarga 2 una descarga de arco eléctrico
34 mediante un generador 33.
Debido a la interacción con la descarga del arco
eléctrico 34 se activa el gas de proceso, se acelera en la parte 21
estrechada en forma cónica de la cámara de descarga 1 y se descarga
en su mayor parte en el recorrido hacia el canal de limitación 4.
En el siguiente canal de limitación 4, que en el caso de unas
velocidades elevadas del gas recibe posibles abombamientos 23 de la
zona de descarga 22, se impide la propagación del potencial
eléctrico de la zona de descarga 22 hacia el exterior al espacio
libre de la superficie 7 que se ha de tratar. En el caso de un
caudal de gas muy elevado que pase a través de la cámara de descarga
2 se soplan penachos de descarga al chorro de gas activo del canal
de limitación 4, es decir que se forma un abombamiento 23 de la
zona de descarga 22. La conductividad eléctrica y la consiguiente
resistencia eléctrica del arco de plasma (arco de descarga
eléctrica en el gas de proceso), unido al mismo tiempo a una
intensidad de corriente elevada da lugar a un potencial
considerable respecto al electrodo hueco 32 puesto a tierra, incluso
a una distancia próxima del arco de plasma. Por eso aparece también
fuera de la cámara de descarga 2 un potencial eléctrico
considerable si se trabaja con una velocidad de proceso elevada.
Este potencial puede alcanzar según las circunstancias todavía
algunos cientos de voltios en el extremo de forma anular del
electrodo hueco 32. Esta manifestación representa un peligro para
el personal operario si en este punto sigue el recinto de
tratamiento. En el caso de que salgan penachos de descarga podrían
provocarse además defectos eléctricos en superficies delicadas de
los objetos a tratar - p.ej. semiconductores o estructuras
semiconductoras. Para evitar la salida de abombamientos 23
(penachos de descarga) con un potencial eléctrico peligroso debido a
una velocidad elevada de chorro de gas desde la zona de descarga 22
al espacio abierto, se conduce el chorro de gas activo 6 a la
salida de la cámara de descarga 2 a través del estrecho canal de
limitación 4 puesto a tierra, en el que se produce con una cierta
retención aerodinámica una nueva descarga del chorro del gas activo
6. El canal de limitación 4 está dimensionado de tal modo que el
abombamiento de la zona de descarga 22 que penetra en él tiene un
potencial cuya magnitud es todavía demasiado reducida a la entrada
del canal de limitación 4 para que se produzca una ruptura hacia la
pared del canal. Al ir aumentando la longitud de recorrido en el
canal de limitación 4 aumenta la tensión en el arco de descarga
hasta que se produce una ruptura respecto a la pared del canal. Por
lo tanto es preciso que el canal de limitación 4 presente, de
acuerdo con las restantes condiciones de la generación de plasma,
una cierta longitud mínima que asegure que el abombamiento 23 de la
zona de descarga 22 no pueda atravesar el canal de limitación 4,
debiéndose indicar una relación entre sección del canal y longitud
del canal de 1/5 a 1/10. El chorro de gas activo 6 presenta una
temperatura comparable a la temperatura existente a la salida de la
cámara de descarga 2, pero sus propiedades dinámicas del gas
(velocidad y condiciones de flujo) vienen determinadas
esencialmente también por el caudal de gas y por las dimensiones y
la configuración de construcción del canal de limitación 4.
Después del canal de limitación 4, el chorro de
gas activo 6 pasa a través del dispositivo de conformación del
chorro 5 en el que se conforma de acuerdo con la aplicación en
cuanto a velocidad, temperatura, forma geométrica y clase de flujo
(flujo laminar o turbulento). Para esto se pueden aplicar diversas
realizaciones de dispositivos de conformación del chorro 5, p.ej.
toberas, configuradas de tal modo que se produzca una expansión
adiabática del chorro de gas activo para reducir su temperatura, o
dispositivos 5 aplanados de conformación del chorro tal como se
describirán a continuación con mayor detalle para formar un chorro
de gas activo 6 plano, ancho.
La zona de descarga eléctrica 22 puede formarse
para el dispositivo descrito libremente, según la clase de
generador de tensión 33 empleado, mediante corriente continua,
alterna o por impulsos.
El chorro de gas activo 6 generado en la cámara
de descarga 2 lamentablemente también pierde parte de su actividad
al pasar a través del canal de limitación 4 debido a la
recombinación de partículas activas y por interacciones del chorro
de gas activo 6 con la pared del canal. Para reducir el efecto de
los procesos antes citados es preciso que al acortar la longitud
del canal se reduzca al mismo tiempo la sección del canal de
limitación 4. Ahora bien por este motivo aumentaría la resistencia
aerodinámica del canal de limitación 4 perjudicando la eficacia en
la cámara de descarga 2. Esto se explica por el hecho de que la
temperatura del plasma aumenta al aumentar la presión. Al mismo
tiempo se causa una carga térmica mayor del electrodo central 31 y
del electrodo hueco 32 que dan lugar a un mayor desgaste de los
electrodos. Esto se puede reducir por el hecho de que el canal de
limitación 4 se componga de dos o más canales individuales 41
puestos a tierra, que siendo de material eléctricamente conductor
estén dispuestos paralelos entre sí dando lugar a una mayor sección
de flujo efectiva. La Fig. 2 muestra a este respecto una
realización en la que alrededor de un canal individual central 41
están dispuestos otros canales individuales 41 uniformemente
distribuidos.
distribuidos.
La Fig. 3 muestra una forma de generación de un
chorro de gas activo 3 en la que, a diferencia del ejemplo antes
descrito, el electrodo central 31 presenta una caperuza cilíndrica
eléctricamente conductora en lugar de la forma de barra. El
electrodo central 31 está dispuesto con su orificio en dirección
coaxial a la cámara de descarga 2. El gas de proceso 1 se introduce
en dirección tangencial por un intersticio entre el electrodo
central cilíndrico 31 y la cámara de descarga 2. Al utilizar esta
forma de electrodo central 31 aumenta la superficie de apoyo de la
descarga del arco 34 sobre el electrodo central 31, es decir que los
puntos de pie de la descarga del arco 34 se mueven sobre una
superficie mayor, con un flujo turbulento intensivo del gas de
proceso 1. De este modo se evita el sobrecalentamiento del electrodo
central 31 y se incrementa la vida útil así como la corriente de
descarga máxima.
En la Fig. 4 está representada una variante en
la que el gas de proceso 1 se activa entre dos electrodos 35
dispuestos en la cámara de descarga 2 uno tras otro en la dirección
de flujo. Mediante un generador de alta frecuencia 36 se genera la
zona de descarga 22 por medio de una descarga de alta frecuencia en
un campo alterno 3, estando constituida la cámara de descarga 2 por
un material eléctricamente aislante (p.ej. cuarzo).
Ya que es bastante conocido que la descarga
eléctrica que se produce al utilizar electrodos fríos 35 es
inestable bajo determinadas presiones, p.ej. a la presión
atmosférica, si no se toman medidas adicionales, dado que unas
altas densidades de electrones y gradientes de energía delante de
los electrodos 35 producen una capa de carga espacial y
desestabilizan la descarga. En las descargas de alta frecuencia se
consigue esta estabilización aplicando medidas sencillas (tal como
están descritas p.ej. por J. Reece Roth en: Industrial Plasma
Engineering, Vol. 1: Principles, Inst. of Physics Publishing,
Bristol and Philadelphia, 1995, pág. 382-385,
404-407, 464 y siguientes). Por este motivo para
mantener de forma sencilla una descarga estable resulta
especialmente ventajoso utilizar una descarga de HF para activar el
gas de proceso 1.
Sin embargo, todos los electrodos tales como se
han descrito en las variantes de realización anteriores para la
generación de la zona de descarga eléctrica 22 están expuestos más o
menos a un proceso de erosión, es decir que se desgastan. Esto da
lugar a una contaminación de la cámara de descarga 2 y del gas de
proceso 1 debido a material procedente de los electrodos. Para
generar un chorro de gas activo 6 exento de contaminación causada
por material de los electrodos se genera según la Fig. 5 la zona de
descarga 22 sin utilizar electrodos. Para ello se introduce en este
ejemplo en el campo 3 de un generador de microondas 37 una cámara de
descarga 2 de material eléctricamente aislante pero transparente a
las microondas, para lo cual se utiliza en un conductor típico de
microondas 38 conectado al generador de microondas 37 un lugar que
presente una intensidad de campo relativamente uniforme y elevada.
Todas las demás secuencias por las que el chorro de gas activo 6
sale de la zona de descarga 22 transcurren de acuerdo con los
ejemplos anteriores.
En la Fig. 6 está representada otra activación
del gas de proceso 1, también sin empleo de electrodos. Aquí se
utiliza un generador de alta frecuencia 36 para inducir mediante una
bobina 39 un campo 3 alterno de alta frecuencia en la cámara de
descarga 2. Para ello la cámara de descarga 2 está dispuesta dentro
de las espiras de la bobina 39 y forma en su interior la zona de
descarga 22 deseada. El material de la cámara de descarga 2 se
puede elegir con cierta libertad, pero necesariamente no
ferromagnético. Como ya se ha descrito en los ejemplos anteriores,
el gas de proceso 1 se acelera en el extremo 21 estrechado en cono
de la cámara de descarga 2 y en el canal de limitación 4 puesto a
tierra se libera de su potencial peligroso, de modo que a la salida
del dispositivo conformador del chorro 5 está disponible un chorro
de gas activo 6 eléctricamente neutro.
En el caso de tratamientos exigentes de
superficies se requiere a menudo tratar de modo equivalente
determinadas partes de las superficies 7 o rebajes en las piezas.
Para ello se subdivide el chorro de gas activo 6, inicialmente
unitario, en varios chorros para el tratamiento de las distintas
partes de superficie 71 y rebajes. A este respecto la Fig. 7
muestra una cámara de descarga 2 estilizada en la que se puede
elegir a voluntad la clase de generación de la descarga eléctrica.
El gas activo generado se conduce desde la cámara de descarga 2 a
través del canal de limitación 4 a un dispositivo conformador del
chorro 5, que presenta unas toberas ramificadas 51. Las toberas
ramificadas 51 estén en este caso dirigidas sobre diferentes
superficies parciales 71 que representan diferentes alturas en la
superficie 7 que se ha de tratar, y que conducen cada una parte del
chorro de gas activo 6 sobre las superficies parciales 71.
En los generadores de chorro de plasma conocidos
para el tratamiento de superficies, tales como p.ej. según el
documento DE 195 46 930 C1, DE 195 32 412 A1, se ensancha el chorro
de gas después de abandonar el generador, antes de alcanzar la
superficie que se ha de tratar. Si esto se hace de forma demasiado
generosa el chorro de gas pierde demasiada actividad en su
recorrido hacia la superficie 7 debido a recombinaciones e
interacciones con las partículas de gas de la atmósfera
circundante. Por ese motivo se proponen para la presente invención
algunas medidas adicionales que mantengan reducidas las pérdidas de
actividad en el recorrido desde la generación del chorro de gas
activo 6 hasta alcanzar la superficie 7 que se ha de tratar, incluso
en el caso de que haya que tratar al mismo tiempo una superficie
extensa 7. Para ello las Fig. 8 y 9 muestran dos posibilidades para
superficies 7 de formas regulares. En la Fig. 8 se han previsto como
dispositivo conformador del chorro 5, directamente junto al canal
de limitación 4, unas chapas directrices 52 sensiblemente planas,
acodadas, que se han de conducir a escasa distancia uniformemente
sobre la superficie plana 7. Gracias a esta medida se mantiene la
alta velocidad del gas producida ya en el extremo de la cámara de
descarga estrechada 2 y continuada a través del canal de limitación
4, también en el dispositivo conformador del chorro 5 en forma de un
chorro que se conduce paralelo a la superficie 7, mediante una
especie de conducción de capa límite. Las partículas químicamente
activas del chorro de gas activo 6 que en este caso se degeneran
para alcanzar un flujo casi laminar, llegan así en un tiempo muy
breve sobre un área de cierta extensión de la superficie 7 que se ha
de tratar, incluso antes de que se puedan recombinar. Esta misma
forma de funcionamiento la muestra la Fig. 9 para una superficie
esférica 7, en cuyo caso aquí las chapas directrices 52 han de
presentar un abombamiento concéntrico conforme a la curvatura de la
superficie para conseguir el mismo efecto de capa de flujo
laminar.
Otra realización especial de dispositivo
conformador del chorro está representada en la Fig. 10. Este ejemplo
se ocupa del tratamiento efectivo de un flujo de material continuo,
en el que se ha de tratar simultáneamente en varias superficies 7
con un chorro de gas activo 6, bien un perfil extruido 72 o un flujo
de material de piezas idénticas. En la Fig. 10 se conduce el perfil
extruido 72 a través de un canal de tratamiento cerrado 53, estando
dispuestos por lo menos en dos lados opuestos de este canal de
tratamiento 53 y oblicuamente respecto a la dirección de movimiento
del perfil extruido 72, sendos dispositivos conformes a la
invención.
En todas las disposiciones descritas hasta aquí
se trataba sólo del empleo de un gas de proceso o una mezcla de
gases de proceso que se introduce directamente en la cámara de
descarga 1 en una disposición correspondiente. Si se desea añadir
una sustancia adicional que no deba ser activada en la zona de
descarga 22 entonces se pueden considerar dos posibles
disposiciones, que se pueden realizar de acuerdo con la Fig. 11
mediante la adición inmediatamente antes del canal de limitación 4
o según la Fig. 2 mediante introducción directamente en el chorro
de gas activo neutro 6 después del canal de limitación 4 en el
dispositivo de conformación del chorro 5.
En el primer caso (Fig. 11) se añade la
sustancia de adición 8 a través de un tubo de alimentación 81
resistente a altas temperaturas que desemboca a pocos milímetros
delante del extremo del canal de limitación 4 orientado hacia la
zona de descarga 22, y que es de un material cerámico, de cuarzo o
de otro material comparable resistente a las temperaturas. Con el
fin de que a ser posible no se produzca en la zona de descarga 22
ninguna perturbación debido a esta sustancia de adición 8, el
caudal de masa de esta sustancia de adición 8 sólo puede suponer
una fracción del caudal de masa del gas de proceso 1 en la cámara de
descarga 2. En esta forma de realización, la cámara de descarga 2
está incorporada en una carcasa ya que se ha de suponer una
activación del gas de proceso 1 sin empleo de electrodos. En el
caso más sencillo la carcasa 9 simboliza una guía de ondas 38 que
lleva conectada una fuente de microondas 37 según la Fig. 5, pero
también puede alojar una bobina 9 conforme a la Fig. 7 así como la
refrigeración correspondiente.
En el segundo caso (Fig. 12), el gas de proceso
activado 1 se conduce a través de un canal de limitación 4 con
varios canales individuales paralelos 41 que están dispuestos en
forma de anillo 42. En el centro del canal de limitación 4
realizado como placa perforada gruesa se encuentra en lugar de un
canal individual central 41 un canal de limitación 82 que se
alimenta desde el exterior. A través de este canal de limitación 82
que va conducido por el interior de la placa perforada metálica del
canal de limitación desde el exterior al centro del anillo 42 de
los canales individuales 41 se introduce la sustancia de adición 8
en el centro de un chorro de gas activo 6 que en aproximación
representa un anillo de gas. Dado que a causa de las reducidas
secciones de los canales individuales 41 el gas activo 6 sale a muy
alta velocidad, el caudal de masa de la sustancia de adición 8 se
puede variar dentro de un campo amplio a través del canal de
limitación 82 y se puede ajustar con gran precisión.
La Fig. 13 representa la sección longitudinal y
transversal del dispositivo para la generación de un chorro de gas
activo 6 eléctricamente neutro en una carcasa manipulable 9. El
dispositivo se compone de la cámara de descarga 2, del canal de
limitación 4 y del dispositivo de conformación del chorro 5, que
están formados como cuerpo básico unitario 91 en forma de un
manipulador (Pen) manejable de cobre o de otro material que sea muy
buen conductor eléctrico, de un electrodo central 31 en forma de
barra que está dispuesto mediante un tubo aislante 29 de cuarzo en
posición coaxial respecto a la pared de la cámara de descarga 2, que
representa al mismo tiempo el electrodo hueco 32. El tubo aislante
29 va sellado de forma estanca a los gases en el cuerpo básico 91
mediante un anillo de junta elástico 92, con relación a la cámara de
descarga 21. El extremo del electrodo central 31 sobresale del tubo
aislante 29 en una distancia de hasta el doble del diámetro del
electrodo central 31, penetrando en la cámara de descarga 2. El
tubo aislante 29 propiamente dicho penetra en la cámara de descarga
2 por lo menos en una distancia igual a la dimensión del propio
diámetro exterior, y forma de este modo fuera de su superficie
envolvente una parte de la cámara de descarga 2 en forma de un
cilindro hueco. En este cilindro hueco y próximo a la pared frontal
posterior de la cámara de descarga 2 se introduce el gas de proceso
1 simétricamente en la cámara de descarga 2.
El extremo 21 de la cámara de descarga 2
estrechado en cono tiene una transición continua al canal de
limitación estrecho 4. El diámetro del canal de limitación 4 está
en una proporción 1:8 respecto a su longitud y en la Fig. 13 está
dibujado solo de forma estilizada (fuera de escala). A continuación
del canal de limitación 4 sigue el dispositivo de conformación del
chorro 5. La cámara de descarga 2, el canal de limitación 4 y el
dispositivo de conformación del chorro 5 están fabricados
unitariamente de cobre y presentan un contacto común puesto a
tierra 93. El contacto puesto a tierra 93 está unido al mismo tiempo
con el polo negativo del generador de tensión 33 (que no está
representado en la Fig. 13). El polo positivo del generador de
tensión 33 está conectado al electrodo central 31.
La alimentación del gas de proceso 1 tiene lugar
a través de la entrada de gas 24, primeramente a una cámara de
distribución cilíndrica 25 desde la cual se genera en la parte
cilíndrica hueca de la cámara de descarga 2 un flujo de gas de
forma espiral a través de unos canales de flujo tangenciales 26
distribuidos uniformemente. Gracias a esta medida se consigue que
los puntos de pie de la descarga del arco 34 (no representados en la
Fig. 13) se limiten en el electrodo central 31 a la superficie
frontal de éste y a las partes directamente contiguas de la
superficie del electrodo, de modo que el tubo aislante 29 tiene
menor carga térmica y se reduce su erosión.
En el extremo posterior del cuerpo básico 91, o
con mayor precisión en la pared frontal posterior de la cámara de
descarga 2, va fijado un cuerpo de conexión aislado 94 (p.ej.
atornillado) que soporta la fijación y la conexión del electrodo
central 31. El cuerpo de conexión 94 presenta una entrada de gas
adicional 27 que a través de una cámara anular estrecha 28 está
unida a la cámara de descarga 2 a lo largo del electrodo central
31. A través de esta estrecha cámara anular 28 se alimenta entre el
electrodo central 31 y el tubo aislante 29 una parte del gas de
proceso 1, que tiene la función de refrigerar el electrodo y
realizar la alimentación directa en la zona de descarga 22. La
cámara anular 28 va sellada por la parte posterior en el cuerpo de
conexión 94 mediante un anillo elástico 96 respecto al electrodo
central 31, que pasa hacia atrás hacia la borna de conexión 95.
También en la cámara anular 28 pueden estar previstos - igual que
entre la cámara de distribución 24 y la parte cilíndrica hueca de
la cámara de descarga 2 - unos canales de flujo tangenciales 26 (no
representados para la cámara anular 28) para generar una
circulación de gas de forma espiral.
El dispositivo según la Fig. 13 funciona del
siguiente modo. Una parte del gas de proceso se alimenta a través
de la entrada de gas adicional 27 y fluye a través de la cámara
anular 28 entre el electrodo central 31 y el tubo aislante 29, a la
cámara de descarga 2. Al mismo tiempo se alimenta la otra parte
(mayor) del gas de proceso 1 a través de la entrada de gas 24
través de la cámara de distribución 25, por los orificios
tangenciales 26 de la cámara de descarga 2 a su parte cilíndrica
hueca que está formada por el electrodo hueco 32 y el tubo aislante
29 que penetra en su interior. De este modo se genera un flujo
turbulento en espiral en la cámara de descarga 2. Al efectuar la
alimentación del gas de proceso 1 a través de las entradas de gas 24
y 27 y aplicar al mismo tiempo una tensión continua entre el
contacto 93 puesto a tierra y la borna de conexión 95 se produce
una descarga eléctrica en la cámara de descarga 2. Debido a las
interacciones que tienen lugar en la zona de descarga 22 (análoga a
la Fig. 2 pero no representada en la Fig. 13) el gas de proceso se
activa, sale de la cámara de descarga 2 - acelerado por el extremo
estrechado en cono de ésta 21 - con alta velocidad y fluye a través
del canal de limitación siguiente 4 así como del dispositivo
conformador del chorro 5 al espacio de tratamiento (abierto). El
chorro de gas activado 6 pierde esencialmente su potencial en el
canal de limitación 4, cuya magnitud es próxima a cero respecto a
masa (tierra) al final del canal de limitación 4. En el
subsiguiente dispositivo 5 para la conformación del chorro se le da
al chorro de gas activo 6 entonces la anchura y forma deseada para
la aplicación (tal como se ha descrito a título de ejemplo con
relación a las Fig. 7 a 9). De este modo se dispone de un chorro de
gas activo de gran eficacia química y eléctricamente neutro, para
aplicaciones cualesquiera.
- 1
- Gas de proceso
\vskip1.000000\baselineskip
- 2
- Cámara de descarga
- 21
- Extremo estrechado en cono
- 22
- Zona de descarga
- 23
- Abombamiento de la zona de descarga
- 24
- Canales de flujo tangenciales
- 25
- Cámara de distribución
- 26, 27
- Entrada de gas
- 28
- Cámara anular
- 29
- Tubo aislante
\vskip1.000000\baselineskip
- 3
- Campo
- 31
- Electrodo central
- 32
- Electrodo hueco
- 33
- Generador de tensión
- 34
- Descarga en arco
- 35
- Electrodo HF
- 36
- Fuente HF
- 37
- Fuente de microondas
- 38
- Guía de microondas
- 39
- Bobina
\vskip1.000000\baselineskip
- 4
- Canal de limitación
- 41
- Canales individuales
- 42
- Anillo (de canales individuales)
\vskip1.000000\baselineskip
- 5
- Dispositivo conformador del chorro
- 51
- Toberas ramificadas
- 52
- Chapas directrices
- 53
- Canal de tratamiento
\vskip1.000000\baselineskip
- 6
- Chorro de gas activo
- 61
- Chorros parciales
\vskip1.000000\baselineskip
- 7
- Superficie
- 72
- Superficies parciales
- 73
- Perfil extruido
\vskip1.000000\baselineskip
- 8
- Sustancias de adición
- 81
- Tubo de alimentación
- 82
- Canal de alimentación
\vskip1.000000\baselineskip
- 9
- Carcasa
- 91
- Cuerpo base
- 92
- Anillo de sellado elástico
- 93
- Borna de puesta a tierra
- 94
- Cuerpo de conexión aislante
- 95
- Borna de conexión (del electrodo central)
- 96
- Anillo eléctrico.
Claims (24)
1. Dispositivo para generar un chorro (6)
químicamente activo mediante un plasma generado por descarga
eléctrica en un gas de proceso que se emplea, con una cámara de
descarga esencialmente cilíndrica que es atravesada por un flujo de
gas de proceso y en la que para la activación del gas de proceso
está prevista una generación de plasma causada por una descarga
eléctrica de gas, una entrada de gas para la alimentación continua
del gas de proceso a la cámara de descarga así como un orificio de
salida para dirigir el chorro (6) químicamente activo sobre una
superficie que se ha de tratar, donde
- -
- la cámara de descarga (2) presenta un extremo (21) estrechado en cono para aumentar la velocidad del chorro (6) químicamente activo, y
- -
- está dispuesto a continuación del extremo estrechado (21) de la cámara de descarga (2) un canal de limitación (4) para impedir la extensión de la zona de descarga (22) en el espacio libre para la superficie (7) que se ha de tratar, estando realizado el canal de limitación (4) esencialmente con forma cilíndrica, caracterizado porque el canal de limitación (4) está puesto a tierra y su longitud es mayor que su sección en un factor de 5 a 10.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
donde
para la activación del gas de proceso (1) está
prevista una descarga de arco (34), presentando la cámara de
descarga (2) un electrodo central (31) y un electrodo hueco (32) que
recubre la pared interior de la cámara de descarga (2) por lo menos
en la zona del extremo estrechado de forma cónica (21), en toda la
superficie y de forma simétrica.
3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el
que
el canal de limitación (4) va directamente
contiguo al electrodo hueco (32).
4. Dispositivo según la reivindicación 2, en el
que
el electrodo central (31) está realizado en
forma de barra y dispuesto a lo largo del eje de simetría de la
cámara de descarga (2).
5. Dispositivo según la reivindicación 2, en el
que
el electrodo central (31) presenta la forma de
una caperuza cilíndrica que comprende una superficie envolvente
cilíndrica de escasa altura y una superficie de cubierta, y cuyo
orificio está orientado en dirección coaxial respecto al eje de
simetría de la cámara de descarga (2) y está situado por encima de
la entrada de gas (26) de la cámara de descarga (2).
6. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
que
para la activación del gas de proceso (1) la
cámara de descarga (2) está situada en un campo de inducción
generado por alta frecuencia (radiofrecuencia).
7. Dispositivo según la reivindicación 6, en el
que cual
para la activación del gas de proceso (1) la
cámara de descarga (2) está dotada de dos electrodos HF (35)
dispuestos a lo largo de la pared de la cámara de descarga (2) en la
dirección de flujo del gas de proceso (1), que funcionan con
radiofrecuencia.
8. Dispositivo según la reivindicación 6, en el
que
para la activación del gas de proceso (1) la
cámara de descarga (2) está dispuesta en una bobina (39) que
funciona con alta frecuencia.
9. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
que cual
para la activación del gas de proceso (1) la
cámara de descarga (2) está dispuesta en una guía de ondas (38)
conectada a una fuente de microondas (37).
10. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
que cual
a continuación del canal de limitación (4) está
situado un dispositivo (5) para la conformación del chorro para
ajustar el chorro químicamente activo (6) con los parámetros
deseados, en particular de velocidad, temperatura, forma geométrica
y clase de flujo.
11. Dispositivo según la reivindicación 10,
caracterizado además porque
a continuación de la salida del canal de
limitación (4) van conectadas unas toberas ramificadas (51) para el
tratamiento de las diversas superficies parciales (71) o rebajes de
la superficie (7) que se ha de tratar.
12. Dispositivo según la reivindicación 10,
caracterizado además porque
el dispositivo de formación de chorro (5) está
adaptado por medio de chapas directrices (52) a la forma de la
superficie (7) que se ha de tratar, manteniéndose la distancia entre
la superficie (7) y las chapas directrices (52) dentro de un campo
reducido definido de modo que la superficie (7) efectivamente
tratada comprende un área mayor.
13. Dispositivo según la reivindicación 10,
caracterizado además porque
están previstos dispositivos (5) para la
conformación del chorro que incluyen dos o más dispositivos
conformes a la invención para la generación del chorro (6)
químicamente activo en un canal de tratamiento (53), pudiendo
tratarse en el canal de tratamiento (53) durante el paso continuo de
material, varias superficies (7) a tratar de una pieza
simultáneamente o superficies (7) de perfiles extruidos (72) de una
sección cualquiera, por todos los lados.
14. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
que
Un tubo de alimentación (81) dispuesto
axialmente en la cámara de descarga (2) que termina poco antes de la
salida de la cámara de descarga (2) para la incorporación de
sustancias de adición (8) en el chorro (6) químicamente activo,
evitándose la influencia de las sustancias de adición (8) sobre la
característica de descarga y la contaminación de la cámara de
descarga (2) causada por las sustancias de adición (8) o sus
productos de reacción.
15. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado además porque
el canal de limitación (4) comprende varios
canales individuales (41) con el fin de reducir la resistencia
dinámica del gas y el tiempo de permanencia del chorro químicamente
activo (6) en el canal de limitación (4), estando dispuestos los
canales individuales (41) distribuidos uniformemente en forma de
anillo (42) alrededor de un canal central.
16. Dispositivo según la reivindicación 50,
caracterizado además porque
el canal de limitación (4) con varios canales
individuales (41) presenta un canal de alimentación (82) para
sustancias de adición (8), estando situado el canal de alimentación
(82) axialmente en el centro del anillo (42) de los canales
individuales (41) atravesados por el gas de proceso activado
(6).
17. Dispositivo según la reivindicación 14 ó 16,
en el que
se pueden introducir las sustancias de adición
(8) en la zona del canal de limitación (4) como gases, fluidos en
forma de aerosoles o sustancias sólidas en forma de partículas
finas.
18. Dispositivo según la reivindicación 14, en
el cual
el electrodo hueco (32) el canal de limitación
(4) y el dispositivo de conformación del chorro (5) están fabricados
como cuerpos de rotación unitarios con muy buenas características
conductoras eléctricas, estando formado el electrodo central (31)
como electrodo central (31) de barra rodeado coaxialmente por un
tubo aislante (29) introducido en la cámara de descarga (2) que
está formada por el electrodo hueco (32), y presentando la
alimentación de gas para el gas de proceso (1) unos canales de
flujo tangenciales (24) en una cámara de distribución cilíndrica
(15; 16) que rodea concéntricamente al electrodo central (31), donde
debido al flujo de gas resultante de forma espiral desde la cámara
de distribución (15; 16) a la cámara de descarga (2) las descargas
de arco (34) entre el electrodo central (31) y el electrodo hueco
(32), una zona de salida concentrada en el extremo del electrodo
central
(31).
(31).
19. Dispositivo según la reivindicación 18, en
el cual
unos canales de flujo tangenciales (24) van
conducidos en una parte cilíndrica de forma anular de la cámara de
descarga (2) entre la superficie interior del electrodo hueco (32) y
la superficie exterior del tubo aislante (29), de modo que el gas
de proceso (1) rodea al tubo aislante (29) desde el exterior con un
flujo de forma espiral.
20. Dispositivo según la reivindicación 18, en
el cual
unos canales de flujo tangenciales (24) van
conducidos adicionalmente a una cámara anular cilíndrica (28) entre
el electrodo central (31) en forma de barra y la superficie interior
del tubo aislante (29), de tal modo que el elemento central (31) es
enfriado directamente por una parte del gas de proceso (1) y los
puntos de salida de las descargas de arco (34) están limitadas
esencialmente a superficies no cilíndricas del electrodo central
(31).
\newpage
21. Dispositivo según la reivindicación 19, en
el que
el extremo del electrodo central en forma de
barra (31) sobresale del tubo aislante (29) en una longitud de
hasta el doble del diámetro del electrodo central (31).
22. Dispositivo según la reivindicación 19 ó 20,
en el que
el extremo del electrodo central (31) remata con
el extremo del tubo aislante (29).
23. Dispositivo según la reivindicación 18,
caracterizado además porque
el canal de limitación (4) se estrecha
ligeramente en forma cónica en el sentido de flujo del gas, y
presenta una proporción media entre el diámetro del canal y la
longitud del canal de 1:8.
24. Dispositivo según la reivindicación 18, en
el que
a continuación del canal de limitación (4) está
dispuesto un dispositivo (5) para la conformación del chorro con
una salida ensanchada de forma acampanada, de modo que se aumenta la
anchura de trabajo del chorro químicamente activo (6).
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