RS63874B1 - Uređaj i postupak za proizvodnju atmosferske plazme - Google Patents

Description

Opis

[0001] Pronalazak se odnosi na uređaj za proizvodnju atmosferske plazme sa karakteristikama prema zahtevu 1. Dalje, pronalazak se odnosi na postupak za proizvodnju atmosferske plazme prema zahtevu 5.

[0002] Za obradu, na primer, površina od plastike, metala, keramike itd. za svrhe čišćenja, aktivacije površine, polimerizacije, redukcije mikroorganizama i sličnog, poznato je da se one izlažu atmosferskoj plazmi. Zahvaljujući čišćenju i/ili aktivaciji površine pomoću atmosferske plazme, ona može da se bolje navlaži, na primer, tečnošću ili lepkom.

[0003] Za proizvodnju atmosferske plazme se koristi plazma-glava sa transformatorom i plazma-mlaznicom. Pomoću visokog napona koji stvara transformator se procesni gas jonizuje pomoću pražnjenja u plazma-mlaznici. Onda procesni gas izlazi iz mlaznice kao usmereni mlaz plazme ili plamen plazme.

[0004] Da bi se izbegli problemi kao što su, na primer, kidanje kablova, proboji ili gubici snage, poznato je da se transformator i plazma-mlaznica integrišu u jednu zajedničku plazmaglavu. Zahvaljujući ovoj kompaktnoj konstrukciji plazma-glave mogu biti izostavljeni dugi kablovi, kao i elektronika, što smanjuje opasnost od kidanja kablova ili proboja.

[0005] Kod ove kompaktne konstrukcije posebno štetnim se pokazao gubitak snage transformatora, koji se akumulira kao toplota u kućištu plazma-glave. Ovo generisanje toplote može biti toliko veliko da će transformator ispasti iz pogona ili će se oštetiti. Shodno tome, ovo generisanje toplote utiče na stvaranje plazme.

[0006] Poznati plazma sistemi, kao što su oni koji su opisani, na primer, u US 2015/0054405 A1, imaju hlađenje kod koga se toplota iz kućišta plazma-glave odaje konvekcijom. Ovakav način hlađenja je zadovoljavajući samo za odgovarajuće konstrukcije ili veličine, kao i mesta ugradnje. Na primer, hlađenje transformatora čistom konvekcijom pri kontinualnom korišćenju plazma-glave nije se pokazalo kao zadovoljavajuće.

[0007] Zbog toga je pronalazak zasnovan na zadatku da se realizuju kako uređaj, tako i postupak za proizvodnju atmosferske plazme, pomoću kojih se obezbeđuje stabilan i pouzdan rad.

[0008] Uređaj za rešavanje ovog zadatka ima karakteristike iz zahteva 1.

[0009] Prema njemu je predviđena plazma-glava kojoj su pridruženi transformator i najmanje jedna plazma-mlaznica, pri čemu transformator i plazma-mlaznica obrazuju jednu prostornu jedinicu, koja sadrži dovod za strujeći medijum za aktivno podešavanje temperature plazmaglave i pri čemu je u zidu kućišta plazma-glave smešten najmanje jedan kanal za vođenje medijuma. Pri tome se kanal pruža bar u nekim oblastima preko zida plazma-glave, pri čemu je on spojen sa najmanje jednim dovodom. Kod medijuma se radi o procesnom gasu. Pomoću strujećeg medijuma može se aktivno podešavati temperatura plazma-glave. Shodno tome, u zavisnosti od konstrukcije ili veličine i rada plazma-glave, njoj se temperatura može aktivno podešavati. Toplota iz plazma-glave se permanentno odvodi pomoću strujećeg medijuma. Zahvaljujući sledstvenom strujanju medijuma plazma-glava se u toku celokupnog vremena rada može održavati na stabilnoj temperaturi. Zahvaljujući tome strujeći medijum u plazmaglavi stvara temperaturu na kojoj se ostvaruje maksimalni prinos plazme i istovremeno plazma-glava radi posebno stabilno i pouzdano.

[0010] Pronalazak predviđa da se kao medijum za podešavanje temperature, a naročito za hlađenje plazma-glave, a prvenstveno transformatora, elektrode ili plazma-mlaznice može upotrebiti sam procesni gas.

[0011] Primena procesnog gasa kao rashladnog medijuma je posebno podesna, pošto se ovaj u svakom slučaju mora dovesti do plazma-glave. Zato prema pronalasku procesni gas prvo struji kroz područje oko transformatora, pre nego što bude doveden plazma-mlaznici za stvaranje plazme. Temperatura procesnog gasa koja je porasla zbog apsorpcije toplotne energije nema nikakav uticaj na efikasnost stvaranja plazme. Za posebno efikasan način rada plazma-glave prema pronalasku pored toga može biti podesno ukoliko se procesni gas pomeša sa nekim drugim medijumom, koji se pokazao posebno dobro kao rashladni medijum. Na ovaj način se toplota brzo odvodi iz plazma-glave i istovremeno se stvara plamen plazme, a da pri tome ne mora da bude instaliran dodatni vod za rashladni medijum na plazma-glavi.

[0012] Posebno poželjan primer izvođenja predmetnog pronalaska može predviđati da u kućištu, a prvenstveno u zidu kućišta bude smešten jedan, naročito meandrirajući kanal za vođenje medijuma, koji se bar u nekim područjima pruža preko zida kućišta i spojen je sa najmanje jednim dovodom. Zahvaljujući vođenju kanala kroz zid plazma-glave medijum ostaje posebno dugo u kontaktu sa zidom, što dovodi do toga da medijum može da apsorbuje posebno mnogo toplotne energije od transformatora. Naročito se meandrirajući oblik kanala pokazao posebno efikasnim za prenos toplotne energije na medijum. Jedan kraj kanala predstavlja dovod za medijum, na primer, za procesni gas. Drugi kraj kanala može biti slobodan, tako da se gas odvodi u atmosferu, ili može biti spojen sa dovodom za plazmamlaznicu, tako da se medijum kao procesni gas koristi direktno za stvaranje plazme. Zahvaljujući ovakvom dizajnu može se održati kompaktna konstrukcija plazma-glave.

[0013] Meandrirajući kanal za medijum može biti realizovan kao paralelno, upravno, a naročito paralelno uzdužnoj osi kućišta raspoređene bušotine u zidu kućišta. Kanali mogu najpre biti otvoreni na čeonim stranama šupljeg cilindričnog kućišta. Ovi otvori mogu biti izvedeni tako da se mogu zatvoriti pomoću donjeg ili pokrivnog dela kućišta i to tako se naizmenično dva susedna otvora mogu međusobno spojiti ili odvojiti, tako da se u zidu formira meandrirajući kanal. Donji ili pokrivni deo kućišta se, na primer, navrće ili lepi na kućište. Sledeći primer izvođenja može predviđati da kanal bude izveden kao zavojnica u zidu kućišta. Takvo kućište sa kanalom u vidu zavojnice u zidu, može se napraviti, na primer, nekim aditivnim postupkom, kao što je 3D-štampačem.

[0014] Pored toga, dalje može biti predviđeno da kanal bude izveden kao isparivač za tečni medijum. Kod ovog primera izvođenja prvo se u kanal dovodi tečni medijum, da bi se onda kao gas doveo u plazma-mlaznicu. Pošto tečni medijumi po pravilu imaju veći toplotni kapacitet od gasova, zbog toga se može povećati prenos toplote između transformatora ili zida i medijuma i istovremeno se medijum može bar delimično upotrebiti kao procesni gas. Pored toga time se omogućava razdvajanje slojeva.

[0015] Prvenstveno, predmetni pronalazak može dalje predviđati da na spoljašnjoj strani zida ili kućišta bude postavljeno najmanje jedno rashladno telo, a naročito rashladna rebra, duž kojih se može voditi medijum. Alternativno izvođenju kanala u zidu, on takođe može sadržati rashladna tela na spoljašnjoj strani. Ova rashladna tela se onda dalje mogu aktivno hladiti putem izlaganja rashladnom medijumu, a prvenstveno pomoću ventilatora.

[0016] Postupak za rešavanje gore navedenog zadatka sadrži mere iz zahteva 5. Prema njemu je predviđeno da se plazma-glavi, u čijem kućištu su postavljeni transformator i najmanje jedna plazma-mlaznica, aktivno podešava temperatura pomoću strujećeg medijuma, pri čemu se za aktivno podešavanje temperature plazma-glave medijum vodi kroz kanal u zidu kućišta plazma-glave, pri čemu se kao medijum koristi procesni gas. Zahvaljujući ovom aktivnom podešavanju temperature plazma-glave može se aktivno i efikasno odvoditi procesna toplota transformatora. U zavisnosti od veličine i konstrukcije plazma-glave može se očekivati različito generisanje toplote transformatora. Putem regulacije protoka medijuma može se aktivno upravljati odvođenjem toplote iz plazma-glave, tako da plazma-glava može raditi sa optimalnom radnom temperaturom. Pri optimalnoj radnoj temperaturi plazma-glava se ponaša posebno pouzdano i stabilno.

[0017] Sledeći primer izvođenja predmetnog pronalaska može predviđati da se za aktivno podešavanje temperature, a prvenstveno hlađenje plazma-glave medijum vodi kroz kućište, a prvenstveno kroz zid kućišta plazma-glave, a naročito kroz kanal u zidu plazma-glave i protok medijuma se reguliše pomoću jednog ventila, tako da se protok ostvaruje u zavisnosti od temperature plazma-glave.

[0018] Prvenstveno predmetni pronalazak može dalje predviđati da se za aktivno podešavanje temperature medijumu koji se vodi kroz zid prethodno podešava temperatura i/ili da se vodi pod prethodno određenim pritiskom kroz kanal. Za te svrhe može biti predviđeno da u plazma-glavi bude postavljen temperaturni senzor koji meri temperaturu i prenosi je upravljačkom uređaju, koji u skladu sa time prethodno hladi ili zagreva medijum. Pored temperature medijuma, takođe se može menjati i pritisak. Tako se, na primer, u slučaju velike količine odvedene toplotne energije povećava pritisak medijuma za podešavanje temperature plazma-glave. Putem povećanja pritiska medijuma povećava se protok, tako da se povećava odvedena toplotna energija u jedinici vremena. Isto tako može da se smanji pritisak medijuma pod kojim se ovaj vodi kroz kanal, ukoliko iz plazma-glave mora da bude odvedena samo mala količina toplotne energije. Zahvaljujući ovom prethodnom podešavanju temperature, kao i variranju pritiska obezbeđuje se posebno efikasan, a time i pouzdaniji, kao i stabilniji rad plazma-glave.

[0019] Pored toga, jedan naredni poželjni primer izvođenja predmetnog pronalaska može predvideti da spoljašnja strana zida bude izložena medijumu radi podešavanja temperature plazma-glave. Zahvaljujući ovom izlaganju spoljašnje strane kućišta ili zida medijumu ostvaruje se hlađenje plazma-glave na posebno jednostavan način.

[0020] Jedan poželjni primer izvođenja predmetnog pronalaska će biti detaljnije opisan u nastavku na osnovu nacrta. Na njemu prikazuju:

Slika 1 poprečni presek šematski prikazane plazma-glave,

Slika 2 poprečni presek šematski prikazanog zida plazma-glave, i

Slika 3 poprečni presek narednog primera izvođenja plazma-glave.

[0021] Jedan primer izvođenja plazma-glave 10 prema pronalasku je prikazan na slici 1 jako šematizovano. U suštini plazma-glava 10 se sastoji od kućišta 11, u čijoj unutrašnjosti su postavljeni transformator 12 i plazma-mlaznica 13. Transformator 12 je okružen izolatorom 14 i priključen je na izvor napona 15. Pomoću transformatora 12 i izvora napona 15 se stvara visoki napon koji je neophodan za paljenje plazme. Zid 23 kućišta 11 plazma-glave 10 je priključen na masu 29.

[0022] Plazma-mlaznica 13 sadrži jednu elektrodu 16, koja je spregnuta sa transformatorom 12. Ova elektroda 16 u obliku igle svojim vrhom je usmerena u smeru prstenaste elektrode 17, koja služi kao izlaz za plazmu. Procesni gas se vodi u zapreminu 19 mlaznice kroz dovod procesnog gasa 18. Procesni gas je ovde šematski prikazan strelicom 20. U stvarnosti je zapremina 19 mlaznice skoro potpuno homogeno ispunjena permanentnim tokom procesnog gasa 18.

[0023] Zahvaljujući električnom pražnjenju između elektrode 16 i prstenaste elektrode 17 ovde dolazi do jonizacije procesnog gasa, koja je ovde simbolički prikazana munjom 21. Jonizovani gas napušta plazma-mlaznicu 13 kroz prstenastu elektrodu 17 kao mlaz plazme 22 ili kao plamen plazme.

[0024] U zidu 23 plazma-glave 10 je izveden najmanje jedan kanal 24. Pri tome se u ovde prikazanom primeru izvođenja ovaj kanal 24 pruža meandrirajući kroz ceo zid 23. Na slici 2 je šematski prikazan razvijeni zid 23 plazma-glave 10, tako da se jasno vidi meandrirajući tok kanala 24 u zidu 23. Kanal 24 sadrži dovod 25 i odvod 26. Prema pronalasku se preko ventila, koji nije prikazan, ili iz spremišnog rezervoara medijum dovodi u dovod 25, tako da medijum struji pod prethodno određenim pritiskom kroz kanal 24 u smeru odvoda 26 (vidi strelicu 27).

[0025] Medijum koji struji, a kod koga se radi o procesnom gasu, odvodi toplotu koju generiše transformator 12. Ovaj procesni gas se posle strujanja kroz kanal 24 i preuzimanja toplotne energije transformatora 12, vodi kroz spojno sredstvo 28, koje je ovde prikazano isprekidano, kroz dovod 18 procesnog gasa u zapreminu 19 mlaznice. Kod spojnog sredstva 18 može se raditi, na primer, o jednom crevu ili kratkom komadu cevi. Ovo spojno sredstvo 18 takođe može biti integrisano u kućište 11 ili u plazma-glavu 10. Kanal 24 je integrisan u kućištu 11 ili u zidu 23.

[0026] U zavisnosti od veličine ili konstrukcije ili toplotne energije koju generiše transformator 12, kao rashladno sredstvo se mogu koristiti različiti medijumi. Pored toga, može se osmisliti da se u zavisnosti od generisane toplotne energije procesni gas prethodno hladi ili da se dovodi pod povećanim pritiskom u kanal 24. Prema pronalasku za ovo služi upravljački uređaj, koji nije prikazan, a koji preko temperaturnog senzora u plazma-glavi 10, koji isto tako nije prikazan, određuje temperaturu u plazma-glavi 10 i u zavisnosti od toga upravlja dotokom procesnog gasa u kanal 24.

[0027] Osim oblika kanala 24 koji je prikazan na slikama 1 i 2, slika 3 prikazuje jedan naredni primer izvođenja kanala 30. Kod kanala 30 koji je prikazan na slici 3 se medijum, kao što je prethodno opisano kod primera izvođenja koji je prikazan na slici 1, dovodi kanalu 30 kroz jedan dovod, koji nije prikazan, i preko jednog spojnog sredstva 28 se dovodi na prethodno opisani način zapremini 19 mlaznice. U drugom primeru izvođenja kanal 30 je smešten u vidu zavojnice u zidu 23 plazma-glave 10. Zahvaljujući ovakvom postavljanju kanala 30 u vidu zavojnice može se ostvariti veoma dugačka kontaktna površina između medijuma i zida 23, tako da se ostvari posebno efikasan prenos toplotne energije na medijum.

[0028] Pored ovde prikazanih primera izvođenja takođe može biti osmišljeno da zidu 23, na njegovoj spoljašnjoj strani 31, bude pridruženo rashladno telo, koje nije prikazano, kao što su, na primer, rashladna rebra. Preko ovih rashladnih rebara koja, na primer, isto tako mogu biti opstrujavana medijumom za hlađenje, isto tako efektivno se odvodi toplotna energija transformatora 12 sa plazma-glave 10.

Claims (7)

Patentni zahtevi

1. Uređaj za proizvodnju atmosferske plazme sa plazma-glavom (10), koja sadrži transformator (12) za proizvodnju visokog napona i najmanje jednu plazma-mlaznicu (13), kojoj se može dovoditi procesni gas za stvaranje plazme, pri čemu transformator (12) i najmanje jedna plazma-mlaznica (13) obrazuju prostornu jedinicu i pri čemu plazma-glava (10) sadrži najmanje jedan vod za medijum koji struji kroz njega, pri čemu se kod medijuma radi o procesnom gasu za aktivno podešavanje temperature plazma-glave (10), naznačen time, što je u zidu (23) kućišta (11) plazma-glave (10) smešten najmanje jedan kanal (24, 30) za vođenje medijuma, koji se pruža bar u nekim područjima preko zida (23) plazma-glave (10) i spojen je sa najmanje jednim dovodom (25).

2. Uređaj za proizvodnju atmosferske plazme prema zahtevu 1, pri čemu je u zidu (23) plazma-glave (10) smešten najmanje meandrirajući kanal (24, 30) za vođenje medijuma, koji se bar u nekim područjima pruža preko zida (23) plazma-glave (10) i spojen je sa najmanje jednim dovodom (25).

3. Uređaj za proizvodnju atmosferske plazme prema zahtevu 1 ili 2, pri čemu je kanal (24, 30) izveden kao paralelno, a naročito paralelno uzdužnoj osi kućišta (11) raspoređene bušotine u zidu (23) kućišta (11), pri čemu se otvorene bušotine na čeonim stranama, a naročito šupljeg cilindričnog, kućišta (11) mogu međusobno spojiti ili odvojiti pomoću donjeg ili pokrivnog dela, tako da se u zidu (23) formira meandrirajući kanal (24).

4. Uređaj za proizvodnju atmosferske plazme prema jednom od prethodnih zahteva, pri čemu je na spoljašnjoj strani (31) kućišta (11) postavljeno najmanje jedno rashladno telo, a naročito rashladna rebra, duž kojih se može voditi medijum.

5. Postupak za proizvodnju atmosferske plazme sa transformatorom (12) za proizvodnju visokog napona i sa najmanje jednom plazma-mlaznicom (13), kojoj se dovodi procesni gas za proizvodnju plazme, pri čemu transformator (12) i najmanje jedna plazma-mlaznica (13) obrazuju plazma-glavu (10) i plazma-glavi (10) se aktivno podešava temperatura pomoću strujećeg medijuma, pri čemu se kao medijum koristi procesni gas, naznačen time, što se za aktivno podešavanje temperature plazma-glave (10) medijum vodi kroz kanal (24, 30) u zidu (23) kućišta (11) plazma-glave (10).

6. Postupak za proizvodnju atmosferske plazme prema zahtevu 5, pri čemu se za aktivno podešavanje temperature medijumu koji se vodi kroz zid (23) prethodno podešava temperatura i/ili se vodi pod prethodno određenim pritiskom kroz kanal (24, 30).

7. Postupak za proizvodnju atmosferske plazme prema zahtevu 5 ili 6, pri čemu je spoljašnja strana (31) kućišta (11) izložena medijumu radi podešavanja temperature plazma-glave (10).