PL170145B1 - Palnik plazmowy PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Palnik plazmowy, zaopatrzony w rure doprowadzajaca dla dostarczania substratu reakcji, która to rura doprowadzajaca umie- szczona jest centralnie w wewnetrznej elektro- dzie palnika plazmowego, który zawiera przy- najmniej dwie elektrody rurowe umieszczone wspólosiowo wzgledem siebie, która to rura doprowadzajaca jest chlodzona ciecza a jej powierzchnia zewnetrzna i powierzchnia dolna wyposazone sa w powloke izolujaca, znamien- ny tym, ze rura doprowadzajaca (5) jest umie- szczona ruchomo w kierunku osiowym, a dolna czesc (18) tej rury doprowadzajacej (5) jest wyposazona w stozkowa zwezke w postaci wymienialnej dyszy Yenturiego (15). ( 5 4 ) Palnik plazmowy (21) Numer zgloszenia: 304121 (2 2) Data zgloszenia: 11.12.1992 (86) Data i numer zgloszenia miedzynarodowego: 11.12.1992, PCT/N092/00198 (87) Data i numer publikacji zgloszenia miedzynarodowego: 24.06.1993, W093/12634, PCT Gazette nr 15/93 (51) IntCl6 : H05H 1/34 H05H 1/42 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest palnik plazmowy, zawierający rurę doprowadzającą substrat reakcji do palnika, stosowanego zwłaszcza do obróbki chemicznej substratu. Palnik zasilany jest gazem tworzącym plazmę, jak i substratem reakcji.

Znany palnik plazmowy tego rodzaju zaopatrzony jest w rurę doprowadzającą substrat reakcji, która umieszczona jest centralnie w wewnętrznej elektrodzie palnika. Palnik ten zawiera przynajmniej dwie elektrody rurowe umieszczone współosiowo względem siebie. Rura doprowadzająca jest chłodzona cieczą, a jej powierzchnia zewnętrzna i powierzchnia dolna, wyposażone są w powłokę izolującą.

Z norweskiego opisu patentowego nr 164 864 znany jest palnik plazmowy do wytopu metalurgicznego, zaopatrzony w elektrycznie odizolowaną rurę doprowadzającą domieszki. Rura umieszczona jest centralnie w elektrodzie wewnętrznej palnika.

W opisie patentowym USA nr 122293 przedstawiony jest łukowy piec do wytopu, z zewnętrznie chłodzoną cieczą rurą doprowadzającą gaz, domieszki i prąd elektryczny, do wydrążonej elektrody tego pieca.

Z opisu patentowego RFN nr 1 286241 znany jest indukcyjny palnik plazmowy, który jest zaopatrzony w rurę doprowadzającą z otworem dla dostarczania drobnych dzielonych cząsteczek do komory reakcji.

Ponadto, w europejskim opisie patentowym nr 0 178 288 przedstawiono dyszę palnika plazmowego przeznaczoną dla podgrzewania kotła do wytopu metali. Dysza posiada elektrodę połączoną na końcu z chłodzonym cieczą uchwytem elektrody. Dysza działa jednocześnie jako rura doprowadzająca gaz tworzący plazmę i prąd elektryczny. Zakończenie elektrody posiada centralny otwór dla gazu tworzącego plazmę, a wylot z otworu wykonany jest jak dysza Lavala i jednocześnie jako rozpraszacz dla rozpylania gazu opuszczającego elektrodę.

W opisie patentowym Wielkiej Brytanii nr 995 152 przedstawiono elektryczny palnik łukowy dla urządzenia tnącego, który emituje strumień gazu podgrzanego do bardzo wysokiej temperatury za pomocą łuku elektrycznego, który zapala się między korpusem palnika a obrabianym przedmiotem. Korpus palnika składa się z jednej elektrody wewnątrz komory łukowej, a wyjście rury doprowadzającej gaz tnący jest wyposażone w dyszę Venturiego, która nie jest wymienialna.

Z opisu patentowego USA nr 4 275 287 znany jest palnik plazmowy z podgrzewaną rurą doprowadzającą, dla dostarczania substratu reakcji do palnika. Dolna część rury doprowadzającej jest wymienialna dla ułatwienia zamiany po jej zużyciu. Rura doprowadzająca nie jest ruchoma.

170 145

Podczas obróbki chemicznej substratu reakcji, na przykład podczas pirolizy, krytycznym parametrem jest odpowiednia temperatura gazu przy dochodzeniu do płomienia plazmy. Jeśli temperatura gazu przekroczy pewną wartość, wejdzie on w reakcję zbyt szybko. Jest to niepożądane, ponieważ produkty rozpadu mogą powstać przed dojściem gazu do płomienia plazmy, co może prowadzić do wydzielenia tych produktów w urządzeniu doprowadzającym i na elektrodach.

Stwierdzono, że znane rozwiązania urządzeń doprowadzających gaz dają niesatysfakcjonujące wyniki, jeśli są używane w palniku plazmowym, który jest stosowany do obróbki chemicznej substratu reakcji.

Palnik plazmowy według wynalazku, zaopatrzony jest w rurę doprowadzającą, dla dostarczania substratu reakcji. Rura doprowadzająca umieszczona jest centralnie w wewnętrznej elektrodzie palnika plazmowego, który zawiera przynajmniej dwie elektrody rurowe umieszczone współosiowo względem siebie. Rura doprowadzająca jest chłodzona cieczą, a jej powierzchnia zewnętrzna i powierzchnia dolna wyposażone są w powłokę izolującą. Palnik plazmowy tego rodzaju charakteryzuje się tym, że rura doprowadzającajest umieszczona ruchomo w kierunku osiowym, a dolna część tej rury doprowadzającej jest wyposażona w stożkową zwężkę w postaci wymienialnej dyszy Venturiego.

Dysza wylotowa palnika jest korzystnie zaopatrzona w przynajmniej jeden element mierzący temperaturę, dla dostosowania chłodziwa i uzyskania określonej temperatury zastosowanego substratu reakcji.

Palnik plazmowy według wynalazku jest urządzeniem zapewniającym wymaganą temperaturę i właściwą prędkość dostarczania substratu reakcji.

Określenie substrat reakcji dotyczy czystego gazu, albo gazu zmieszanego z cząsteczkami cieczy i cząsteczkami ciała stałego, z którymi dojdzie do reakcji chemicznej w płomieniu plazmowym.

Rozwiązanie według wynalazku zostanie objaśnione szczegółowo w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia pionowy przekrój palnika plazmowego.

Jak przedstawiono na rysunku, palnik plazmowy 1 wyposażony jest w dwie elektrody, elektrodę zewnętrzną 2 i elektrodę wewnętrzną 3.

Elektrody 2 i 3 są korzystnie rurowe, o przekroju kołowym i rozmieszczone współosiowo, jedna wewnątrz drugiej. Mogą być pełne albo wydrążone i wyposażone w kanały chłodzące dla transportu chłodziwa. Elektrody stałe są wykonane z materiału o wysokiej temperaturze topnienia i dobrej przewodności elektrycznej, korzystnie z grafitu albo karborundu. Do budowy elektrod chłodzonych cieczą można użyć dowolnego materiału o dobrej przewodności elektrycznej i cieplnej, zwłaszcza miedzi.

Palnik plazmowy 1 wyposażony jest w rurę doprowadzającą 5, która dostarcza substrat reakcji. Rura doprowadzająca 5 składa się z części górnej 4 i części dolnej 18, które są wymienialne. Rura doprowadzająca 5 jest korzystnie wykonana z materiału o dobrej przewodności cieplnej, zwłaszcza miedzi. Rura ma powierzchnię wewnętrzną 6 i powierzchnię zewnętrzną 7 i wyposażona jest w wewnętrzną płytkę działową 8, która kończy się w pewnej odległości nad podstawą rury, tworząc w ten sposób kanał dla chłodziwa.

Dostarczanie chłodziwa realizowane jest w taki sposób, że chłodziwo przepływa przez kanał wzdłuż powierzchni wewnętrznej 6 rury i wypływa wzdłuż powierzchni zewnętrznej 7. Pokazano to za pomocą strzałek. Przy wskazanym kierunku przepływu osiąga się najniższą temperaturę na powierzchni wewnętrznej 6 rury doprowadzającej 5.

Powierzchnia zewnętrzna 7, a zwłaszcza dolna powierzchnia 9 rury, wyposażone są w cieplnie izolujące powłoki 10 i 11.

Substrat reakcji dostarczany jest do płomienia plazmy przez rurę doprowadzającą 5. Pokazuje to strzałka 12. Termin substrat reakcji odnosi się do czystego gazu, albo gazu zmieszanego z cząsteczkami płynu, albo cząsteczkami stałymi, z którymi dochodzi do reakcji chemicznych w płomieniu plazmy.

Między rurą doprowadzającą 5 a elektrodą wewnętrzną 3 oraz między elektrodami, wewnętrzną 3 i zewnętrzną 2, utworzone są pierścieniowe przejścia. Przez te przejścia można dostarczyć gaz tworzący plazmę. Pokazują to strzałki 13 i 14. Gaz tworzący plazmę jest korzystnie gazem obojętnym, takim jak azot czy argon, który normalnie nie bierze udziału, ani nie wpływa na reakcję chemiczną, która zachodzi w płomieniu plazmy.

170 145

Gaz tworzący plazmę, dostarczany przez pierścieniowe przejścia między rurą doprowadzającą i elektrodą wewnętrzną 3, wskazany jest przez strzałkę 13. Gaz ten może zostać wychłodzony i wziąć udział w dalszym chłodzeniu rury doprowadzającej 5.

Rura doprowadzająca 5 gaz dla reakcji jest korzystnie przesuwana w kierunku osiowym. Sprzęt do przesuwania rury nie został przedstawiony na rysunku. Celem przesuwania rury doprowadzającej jest umożliwienie dostosowania dyszy tak, by osiągnęła właściwą pozycję w stosunku do płomienia plazmy.

Dysza albo dolna część 18 rury doprowadzającej 5 są wymienialne. Powierzchnie, wewnętrzna i zewnętrzna 7 rury doprowadzającej 5, wyposażone są w gwintowane części 16 i 17, umożliwiające wykręcenie i usunięcie tej części rury. Powierzchnia wewnętrzna 6 ma część gwintowaną 16, a powierzchnia zewnętrzna 7 ma część gwintowaną 17.

Dolna część 18 rury doprowadzającej 5, która styka się z płomieniem plazmy, ma kształt stożkowy ze zwężeniem w kierunku wylotu rury, w postaci dyszy Venturiego 15.

Gdy substrat reakcji jest przepuszczany przez dyszę Venturiego 13 uzyskuje on większą prędkość przepływu i jest szybciej dostarczany do płomienia plazmy. Prędkość przepływu zależy od kształtu dyszy Venturiego. Ponieważ dolna część 18 rury doprowadzającej 5 jest wymienialna, właściwa prędkość przepływu zostaje dobrana tak, by zwiększyć wymaganą jakość, w zależności od rodzaju użytego substratu reakcji.

Po podgrzaniu rury doprowadzającej 5 w strefie plazmy, niezbędne jest jej chłodzenie, z zastosowaniem kanałów dla transportu chłodziwa. Kierunek przepływu chłodziwa ustalony jest w taki sposób, aby uzyskać najniższą temperaturę w wewnętrznej części rury doprowadzającej 5.

Ważne jest, aby substrat reakcji miał odpowiednią temperaturę podczas dostarczania go do strefy plazmy. Na przykład, wymagana temperatura dla metanu mieści się w zakresie od 650 do 700°C. Dzięki pomiarowi temperatury na wylocie dyszy Venturiego 15 rury doprowadzającej 5, na przykład za pomocą termoelementów znajdujących się w rurze, można dostosować temperaturę chłodziwa tak, aby substrat reakcji osiągnął wymaganą temperaturę przy opuszczaniu wylotu dyszy.

Rura doprowadzająca 5 z osłoną izolującą 10, 11, ma mniejszą średnicę niż średnica wewnętrzna elektrody wewnętrznej 3. W pierścieniowym przejściu, które powstaje między rurą doprowadzającą 5 a elektrodą wewnętrzną 3, przesyła się gaz tworzący plazmę albo substrat reakcji. Gaz tworzący plazmę, albo substrat reakcji, posiadają niską temperaturę przy ich dostarczaniu i dlatego biorą dalszy udział w chłodzeniu rury doprowadzającej.

Rura doprowadzająca 5 jest przesuwana w kierunku osiowym, dla umożliwienia dopasowania dyszy do odpowiedniego położenia w stosunku do płomienia plazmy. Korzystne warunki temperaturowe w substracie reakcji są wówczas osiągane, gdy dochodzi on do strefy plazmy, co daje optymalną wydajność procesu chemicznego.

W palniku plazmowym są stosowane topliwe elektrody, które posiadają pewien stopień strat topnienia, co powoduje zmianę długości elektrody. Z tego powodu korzystnym jest, jeśli rura doprowadzająca 5 jest przesuwna dla ponownego dopasowania, z uwzględnieniem zużycia elektrody. Dysza dolnej części 18 rury doprowadzającej 5, która styka się z płomieniem plazmy, może zmieniać położenie. Ta część rury doprowadzającej 5 wystawiona jest na działanie wysokich temperatur, tak że na rurze może dojść do erozji. Korzystnym jest zatem, jeśli dysze zdolne są do przemieszczania w określonych granicach.

Dysza rury doprowadzającej 5 stanowi stożkowe zwężenie, zwężkę Venturiego albo dyszę Lavala. Substrat reakcji osiąga wówczas większą prędkość przepływu, szybciej dochodząc do płomienia plazmy. Prędkość przepływu gazu jest parametrem pozwalającym osiągnąć najlepsze warunki działania palnika plazmowego przeznaczonego dla procesów chemicznych. Ponieważ zwężka Venturiego jest wymienialna, pozwala to wybrać dyszę, która daje optymalną prędkość przepływu użytego substratu reakcji.

W przypadku rury doprowadzającej 5 osiągnięto możliwość dostarczania substratu reakcji o wymaganej temperaturze i z właściwą prędkością przepływu oraz prawidłowe ustawienie wylotu dyszy w stosunku do płomienia plazmy, co chroni substrat reakcji przed wejściem w reakcję, przed dotarciem do obszaru reakcji. Zapobiega to również wydzielaniu produktów reakcji, albo rozkładowi w dyszy rury doprowadzającej i na elektrodach.

171145

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Palnik plazmowy, zaopatrzony w rurę doprowadzającą dla dostarczania substratu reakcji, która to rura doprowadzająca umieszczona jest centralnie w wewnętrznej elektrodzie palnika plazmowego, który zawiera przynajmniej dwie elektrody rurowe umieszczone współosiowo względem siebie, która to rura doprowadzająca jest chłodzona cieczą a jej powierzchnia zewnętrzna i powierzchnia dolna wyposażone są w powłokę izolującą, znamienny tym, że rura doprowadzająca (5) jest umieszczona ruchomo w kierunku osiowym, a dolna część (18) tej rury doprowadzającej (5) jest wyposażona w stożkową zwężkę w postaci wymienialnej dyszy Venturiego (15).
2. 2. Palnik plazmowy według zastrz. 1, znamienny tym, że dysza wylotowa jest zaopatrzona w przynajmniej jeden element mierzący temperaturę, dla dostosowania chłodziwa i uzyskania określonej temperatury zastosowanego substratu reakcji.