DE1764978C3

DE1764978C3 - Hochfrequenz-Plasmagenerator

Info

Publication number: DE1764978C3
Application number: DE1764978A
Authority: DE
Inventors: Kent William Harrington; Merle Lee Thorpe
Original assignee: Humphreys Corp Concord Nh (vsta)
Current assignee: Humphreys Corp Concord Nh (vsta)
Priority date: 1967-09-14
Filing date: 1968-09-16
Publication date: 1974-04-04
Also published as: DE1764978B2; JPS5246079B1; JPS5014116B1; GB1231093A; US3530334A; DE1764978A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Plasmagenerator mit einer rohrförmigen Brennkammer, die von einer mehrere Windungen enthaltenden Induktionsspule umgeben ist, einen Hauptgaseinlaß für einen in der Mitte der Brennkammer verlaufenden Hauptgasstrom sowie einen Hilfsgaseinlaß zum Erzeugen eines längs der Brennkammerwand verlaufenden Hilfsgasstromes aufweist und eine von einem Bereich zwischen den Gaseinlässen ausgehend in die Brennkammer vorspringende rohrartige Anordnung enthält.

Aus der USA.-Patentschrift 3 324 334 und der Zeitschrift J. Appl. Phys. 32 (1961), S. 2534 und 2535, ist ein Plasmabrenner zur Züchtung von Einkristallen bekannt, welcher eine rohrförmige Brennkammer enthält, die an der einen Seite mit drei Gas- und Materialeinlaßkanälen versehen ist und am anderen, offenen Ende von einer spiralförmigen Induktionsspule umgeben ist. Vom Gaseinlaßende aus springen in die Brennkammer ein axiales Rohr, durch das das zu schmelzende Material in einem Trägergasstrom eingespeist wird, und ein dies im Abstand umgebendes weiteres Rohr in Richtung auf das Aus.laßende vor. Beide Rohre enden in axialem Abstand und vor der die Induktionsspule enthaltenden Ebene. Zvischen das axiale Rohr und das weitere Rohr sowie zwischen letzteres und die Brennkammerwand können jeweils Hilfsgase eingeleitet werden, wobei längs der Brennkammerwand eine schnelle Schutz- und Kühlgasströmung erzeugt wird, während die Entladung im wesentlichen in dem Gas brennt, das zwischen dem axialen Rohr und dem weiteren Rohr eingespeist wird. Die dem Plasma in der Brennkammer zugeführte Hochfrequenzleistung beträgt etwa 3 kW.

Es ist ferner aus der deutschen Patentschrift 1224 412 ein Hochfrequenz-Plasmagenerator bekannt, der eine doppelwandige, wassergekühlte Brennkammer aufweist, welche von einer wendeiförmigen Induktionsspule umgeben ist. Die Brennkammer enthält ein in ihrer Achse verlaufendes Rohr, das einen das eine Ende der Brennkammer verschließenden Stopfen durchsetzt und mit dem anderen Ende bei der ersten Windung der Induktionsspule endet. In den ringförmigen Zwischenraum zwischen diesem Rohr und der Innenwand der Brennkammer kann Gas axial und radial eingespeist werden.

Die bekannten Hochfrequenz-Plasmageneratoren sind in ihrer Leistung dadurch beschränkt, daß man den Hilfsgasstrom nicht genügend erhöhen kann, ohne daß die Entladung instabil wird und schließlich erlischt. Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, den Hilfsgasstrom zu erhöhen, ohne daß die Gasentladung erlischt.

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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Hochfrequenz-Plasmagenerator der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die rohrartige Anordnung bis z.jr ersten Windung der Induktionsspule reicht v.nd der sich in den Entladungsbereich erstreckende Teil dieser Anordnung aus einem von HF-Feld durchdringbaren Material besteht.

Bei einem solchen Hochfrequenz-Plasmagenerator kann man mit sehr hohen Hilfsgasströmungen längs der Wand der Brennkammer arbeiten, ohne daß die in die rohrartige Anordnung hineinreichende induktive Gasentladung instabil oder ausgeblasen wird. Man kann dadurch mit sehr hohen Hochfrequenzleistungen arbeiten, ohne daß die Gefahr einer ther- »5 mischen Überlastung der Brennkammerwand besteht.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt eines Hochfrequenz-Plasmagenerators gemäß einem ersten Ausführungsfreispiel der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt in einer Ebene 2-2 der Fig. 1,

F i g. 3 einen Axialschnitt eines abgew mdelten Hauptgaseinlasses für den Hochfrequenz-Plasmagenerator gemäß Fig. 1,

F i g. 4 einen Axialschnitt eines Hochfrequenz-Plasmagenerators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 einen Querschnitt in einer Ebene 5-5 der Fig. 4,

F i g. 6 ein Schaltbild eines Hochfrequenzgenerators für einen Hochfrequenz-Plasmagenerator der in den F i g. 1 bis 5 dargestellten Art,

F i g. 7 und 8 eine Stirnansicht bzw. Seitenansicht 4» einer abstimmbaren Spule des Hochfrequenzgenerators gemäß F i g. 6,

F i g. 9 a, 9 b, und 9 c graphische Darstellungen der Abhängigkeit der Anodenspannung, des Anodenstroms bzw. des Gitterstroms von der Lage des Abgriffes siner veränderbaren Spule des Hochfrequenz-Generators gemäß F i g. 6 und

Fig. 10 eine Querschnittsansicht einer für die Behandlung teilchenförmiger Materie geeigneten abgewandelten Düse für einen Hochfrequer.z-Plasmagenerator gemäß Fig. 1 oder 4.

Der Hochfrequenz-Plasmagenerator gemäß F i g. 1 hat eine Basis 10 mit einer Mittelbohrung 12, in der sich eine Hauptgaseinlaßanordnung 14 befindet. Die Hauptgaseinlaßanordnung 14 ist durch einen O-Ring 18, der sich in einer Nut 16 der Mittelbohrung 12 befindet, abgedichtet und durch Stellschrauben 20 in ihrer axialen Lage bezüglich der Basis fixiert.

Die Hauptgaseinlaßanordnung 14 hat einen zylindrischen Körper 22 (Durchmesser 5 cm) mit einem mittleren Materialeintragskanal 24 und drei axial verlaufenden Gasströmungskanälen 26, 28 und 30. Eine Gegenbohiung 32 am oberen Ende des Körpers 22 bildet einen Sitz für einen Mischkopf 40, der durch einen Bolzen 42 (mit einem Durchlaß 43, der mit dem Kanal 24 fluchtet und eine Verlängerung desselben bildet) befestigt ist. Der Mischkopf 40 hat einen zylindrischen Block 44 (Durchmesser 4,7 cm) mit einem Verteiierringkana! 45 (Tiefe 0,16cm; Breite 0,8 cm an seinem oberen Ende, über dem ein Ring 46 befestigt ist, der eine Reihe von zwölf axialen Austragsöffnungen 47 (0,066 cm Durchmesser) aut einem Kreis von 3 cm Durchmesser) aufweist. Unmittelbar unter dem Kanal 45 befinden sich zwei Umfangsverteilerkanäle 48 (in Verbindung mit dem Kanial 28) und 50 (in Verbindung mit dem Kanal 30). Auf der Wand des mit einem Sitz versehenen Mischkopfes befindet sich ein Ring 52 mit einem Satz von zwölf radialen Durchlässen 54 (Durchmesser je 0,066 cm unmittelbar vor dem Verteilerkanal 48 sowie einem Satz von zwölf Drall- oder Düsenöftnungen 56 (Durchmesser je 0,066 cm) vor dem Verteilerkanal 50.

Auf der Basis 10 ist ein zylindrisches Zwischenteil 60 montiert, das eine Übergangskanal-Hilfsgaseinlaßanordnung aufnimmt. Auf dem Zwischenteil 60 ist ein Gehäuse 62 montiert, in dem eine Induktionsspule 64 und ein die Plasmakammer bildendes Quarzrohr 66 angeordnet sind. Zum Zusammenhalten und Befestigen der Anordnung dienen Bolzen 68, die durch die Basis 10 und das Zwischenteil 60 in das Gehäuse 62 eingeschraubt sind. Am oberen Ende des Gehäuses 62 ist eine Stirnkappe 70 mittels Schraubbolzen 72 befestigt.

Das Zwischenteil 60 hat einen Innendurchmesser von 8,3 cm und nimmt abdichtend eine Stabilisieranordnung in Form eines Übergangskanals 80 und einer Hilfseinlaßanordnung 89 auf. Der Übergangskanal 80 mit einem Innendurchmesser von 5 cm und einer Länge von 12,4 cm besteht aus einem wassergekühlten Abschnitt aus Wandungen 82 und 84, einem oberen Stirnteil 85, einem unteren Stirnteil 86 und einem als Trennstück dienenden zylindrischen Quarzrohr 88 (Länge 1,27 cm, dessen Ende im wesentlichen mit der unteren Energiezuführungsleitung der Spule 64 fluchtet. Der Übergangskanal 80 ist von der Hilfsgaseinlaßanordnung 89 umgeben, die einen ringförmigen, axial verlaufenden Pufferkanal 90 (Breite 0,16 cm) und einen umgebenden ringförmigen, axial verlaufenden Hauptkanal 92 (Breite 0,48 cm) aufweist. Hilfsgas wird dem Pufferkanal 90 durch eine öffnung 94 und über einen Durchlaß 96 zugeführt, während der Hilfsgas-Hauptstrom durch die öffnung 98 in einen Verteilerkanal 100 und durch Radialöffnungen 102 (insgesamt zweiundvierzig mit einem Durchmesser von je 0,066 cm) sowie durch einen zweiten Haupteinlaß mit der öffnung 104 in den Verteilerkanal 105 und durch Düsetiöffnungen 108 (insgesamt zwölf mit einem Durchmesser von je 0,066 cm) geleitet wird.

Die Hilfsgaseinlaßanordnung 89 und der Übergangskanal, die als zusammenhängende Baueinheit ausgebildet sind, sind genau gleichachsig mit der Injektoranordnung 14 montiert. Das Quarzrohr 88 bildet eine Verlängerung der Innenwand des Übergangskanals 80, so daß sich eine gleichmäßige Plasmagasströmung (getrennt von dem aus der Hilfsgaseinlaßanordnung 89 einströmenden Hilfsgas) entlang den Wänden des Quarzrohres 88 ergibt.

Ein Kühlmitteleinlaß 110 führt von der Aufsitzfläche zwischen dem Zwischenteil 60 und dem Gehäuse 62 zum Kanal zwischen den Wandungen 82 und 84, und ein Auslaß 112 führt vom Kanal zwischen den Wandungen 82 und 84 auf der dem Einlaß 110 gegenüberliegenden Seite radial nach außen.

Das Gehäuse 62, das aus einem geeigneten Mate-

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rial gleichmäßig hoher elektrischer Isolierfestigkeit, durch die Öffnung 98 fließt (gewünschtenfalls mit das durch das verwendete Kühlmittel nicht ange- Zusatzgas durch die Öffnung 104). Bei der praktigriffen wird, beispielsweise Polytetrafluoräthylen be- sehen Erprobung der vorliegend beschriebenen Appasleht, ist mit rohrförmigen elektrischen Anschluß- ratur wurde Wasserstoff als Hilfsgas auf eine Tembolzen 120, 122 mit je einer wassergekühlten Boh- 5 peratur von 1538° C erhitzt, und zwar im Dauerrung 124 versehen. Der obere Anschlußbolzen 120 betrieb über mehr als eine Stunde bei einer Durchist mit einem Anschlußsockel 126 verbunden, der flußmenge von etwa 100 m-'/h, die sich auf die seinerseits an das eine Ende der Spule 64 (bestehend Hilfsgasöffnungen wie folgt verteilte:
aus fünf Windungen 0,24 cm Kupferrunddraht mit

einer Länge von ungefähr 10 cm und einem Innen- io Öffnung 94 . 5,7 bis 28,S m^:!/h

durchmesser von ungefähr 8,3 cm angeschlossen ist _öffn _W \[['.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 7^5 bis 100 m'/h

Das andere Ende der Spule 64 ist mit einem Sockel _Λ_

128 verbunden, in den der Anschlußbolzen 122 ein- onnung iu4 ü

geschraubt ist. Die Bohrung 124 des Anschlußbolzens 122 ist mit einem Durchlaß 130 im Gehäuse 15 wobei keinerlei UnStabilitäten in der Entladung 142 62 verbunden, der seinerseits mit dem Kühlmittel- auftraten. Mit geringen Durchflnßmengen über die einlaß 110 im Zwischenteil 60 fluchtet. Ein zweiter Hilfsgasuinlaßanordnung 89 eingeleitetes Wasser-Durchlaß 132, der mit einer die Spule 64 aufnehmen- stoffgas wurde auf 2760 C erhitzt,
den Ringkammer 134 verbunden ist, ermöglicht eine Fig. 3 zeigt eirfe abgewandelte Ausführungsform Aufwärtsströmung des Kühlmittels an der Spule 64 20 des Hauptgasinjektors, die sich besonders für Argon vorbei und um das obere Ende des Quarzrohres 66 als entladungstragendes Gas eignet, da sie bei gleiherum, von wo es durch einen Auslaß ί3ό in die eher Leistung bzw. gleichem Energieaufwand einen Bohrung 124 im oberen Anschlußbolzen 120 zurück- längeren und heißeren Gasstrom erzeugt, und die strömt. eine erhebliche Steigerung der Leistung des Plasma-

Eine an der Stirnkappe 70 befestigte Düse 140 25 generators ohne Versagen des Quarzrohrs 66 errnögbildet eine verengte Düsenöffnung, die sowohl vom licht. Die axialen Düsenöffnungen 47 (in der Platte Plasmagas als auch vom Hilfsgas durchströmt wird. 46, Fig. 1) sind durch eine poröse Bronzescheibe Außerdem reicht die Düse nach unten in die durch 200 mit einer Dicke von 0,3 cm und einem Durch das Quarzrohr 66 gebildete Plasmakammer so weit messer von 4,2 cm ersetzt, die gleichachsig in bezu£ hinein, daß eine für die vom Entladungsbereich aus- 30 auf den Mischkopf mit 4,8 cm Durchmesser angegehende Strahlung undurchlässige Abschirmung zwi- ordnet ist. Der durch den Bolzen 42 gebildete sehen dem Entladungsbereich (angedeutet bei 142) Mittelabschnitt hat einen Durchmesser von 1.2? cm und einem oberen O-Ring 144 für das Quarzrohr ge- Porositäten von 1,5 bis 25 μΐη, die Druckgefälle von bildet wird. Der Übergangskanal 80 bildet eine ahn- 76,2 bis 177,8 bis 17,78 bis 35,56 cm, insbesondere liehe Strahlungsabschirmung für einen unteren 35 12,7 cm Wassersäule erzeugten, ergaben einen zu O-Ring 146. Eine Anzahl von weiteren O-Ringdich- friedenstellenden Betrieb. Ein zufriedenstellendei tungen 148 sind jeweils zwischen den aufeinander- Betrieb wurde ferner mit einer Hauptgaseinlaßanordsitzenden Teilen des Plasmagenerators, nämlich zwi- nung erhalten, bei dem eine poröse Bronzescheibe sehen der Siirnkappe 70 und dem Quarzrohr 66, ohne Bolzen 42 verwendet wurde, so daß die Hauptzwischen diesem und dem Zwischenteil 60 sowie 40 gasströmung sich über die gesamte Breite der Scheibe zwischen der Hilfsgaseinlaßanordnung 89, und dem erstreckte. Ein poröser Ring dieser Art kann auch Zwischenteil 60 und der Basis 1© vorgesehen. am ringförmigen Auslaß der Hilfsgaseinlaßanordnung

Im Betrieb dieses Plasmagenerators wird durch 89 verwendet werden.

Einleiten von Argongas mit einer Durchflußmenge F i g. 4 und 5 veranschaulichen eine zweite Aus-(Durchsatz) von 0,85 m^s/h durch die axialen Einlaß- 45 führungsform der Erfindung. Dieser Plasmageneratoi Öffnungen 46 (Kanal 28) und von 2,25 rn'Vh durch hat eine nur schematisch angedeutete Basis 10', ir die Einlaßöffnungen 56 (Kanal 30) die Plasmabil- der eine Hauptgaseinlaßanordnung 40' sowie eine dung eingeleitet. Die Einleitung der Plasmabildung Hilfsgaseinlaß-Ubergangskanalanordnung 60' gehalkann beispielsweise durch zeitweiliges Einführen tert sind. In der Anordnung 60' befindet sich ein eineines Graphitstabes in die Plasmakammer erfolgen, 50 satzartiger Übergangskanal 150 mit einem Innenwo der Graphitstab durch das von der Spule 64 er- durchmesser von 5,4 cm und einer Länge von 16,5 cm zeugte elektromagnetische Feld erhitzt wird. Nach- Dieser Übergangskanal 150 besteht aus einer Basi; dem das Plasma erzeugt ist, wird die das Plasma 152, die in der Anordnung 60' eingeschraubt ist unterhaltende Argonströmung auf z. B. die folgenden einer metallischen Innenwandung 154, an der eir Werte eingestellt: 55 Kopfstück 156, auf dem eine Quarzrohrverlängerun§

158 sitzt, befestigt ist, sowie einem umgebenden

Kanal 26 1,13 m³/h Rohrteil 160, das vom Kopfstück 156 nach unten

Kanal 28 0 ragt und mit der Wandung 154 einen ringförmiger

Kanal 30 2,25 m^a/h Kühlmittelkanal 162 bildet.

60 Ein ebenfalls am Kopfstück 156 befestigtes drittes

(Alle Gasvolumina sind auf Normalbedingungcn Rohrteil 164 hat eine Reihe von zweiundvierzie

bezogen.) axialen Öffnungen 166 (0,066 cm Durchmesser) und

Die resultierende Entladung 142 hat allgemein die eine Reihe von sechs Drall- oder Düscnöffnungen

in Fig. 1 angedeutete Form. Ein Gas für die ehe- 167 (0,066 cm Durchmesser), die in Verbindung mil

mische Umsetzung oder für Analysenzweckc kann 65 einer Ringkammer 168 zwischen den Rohrtciii η 16C

durch die Öffnungen 94, 98, und 104 eingespeist und 164 stehen. Der Übergangskanal 15n .n dei

werden. Die Öffnung 94 dient hauptsächlich für Anordnung 60' befestigt, die einen Kühlrnu dcinlaE

Puffcrungszwecke, während der Hilfsgas-Hauptstrom 170, einen Kiihlmittclauslaß 172 und einen Hilfs-

"N₁.

gascinlaß 174 aufweist. Durch O-Dichtungsringe 176 wird das Kühlmittel vom Hilfsgas isoliert.

Auf der Anordnung 60' ist eine die Brennkammer bildende Anordnung mit einer als Kopfstück dienenden Basis 180 angeordnet, an der ein Kranz von siebenundsechzig Kupferrohren mit 0,32 cm Außendurchmesser und 0,2 cm Innendurchmesser und mit Abständen von 0,056 cm befestigt ist. Die unteren Enden der Rohre sind an die Basis 180 angelötet, um eine Verbindung mit einem Verteilerkanal 184 herzustellen, der seinerseits mit Einlaßöffnungen 186 und Auslaßöffnungen 188 verbunden ist. Die oberen Enden der Rohre 182 sind in ähnlicher Weise mit einem Kopfstück 190 verbunden. Der Abstand zwischen der Basis 180 und dem Kopfstück 190 beträgt 14,6 cm, und der Innendurchmesser von Basis und Kopfstück beträgt jeweils 7,62 cm.

Der Kranz aus den Rohren 182 ist von einem Keramikrohr 192 mit einem Innendurchmesser von 8,9 cm und einer Länge von 18,4 cm umgeben. Eine Spule 64' aus Kupferrohr mit einem Außendurchmesser von 0,635 cm umgibt das Rohr 192 und ist an eine Energieversorgung (F i g. 6) angeschlossen. Die Verwendung dieser Metallwandanordnung für die Plasmakammer hat sich als besonders vorteilhaft beim Betrieb des Plasmaerzeugers ohne Hilfsgasstrom erwiesen. Beispielsweise wurden Plasmaerzeuger, deren Plasmakammer durch den Metallrohrkranz, gebildet wird, mit Prozentsätzen an Wasserstoff im Hauptgasstrom betrieben, welche diejenigen Prozentsätze überstiegen, die bei einem Plasmacrzcuger in der Ausführung nach Fi g. 1 und 2 zum Springen des Quarzrohres führen würden. Ferner waren mit dem Kranz aus Rohrelementen hohe Energiedichten erzielbar. Bei einem Plasmaereeuger mit aus Rohren in der beschriebenen Art aufgebauter Plasmakammer mit einem Durchmesser von 2,54 cm war eine Leistung von 60 kW erzielbar, während bei Verwendung eines Quarzrohres von 2,54 cm Durchmesser die maximal erzielbare Leistung 25 kW betrug.

Die Zündung des Plasmagenerators kann dadurch erfolgen, daß ein den Durchlaß 43 bildender Graphitbolzen des Mischkopfes 40 mit einer axial durch das Austragsende der Brennkammer eingeführten Elektrode unter Spannung berührt wird. Durch den entstehenden Gleichstromlichtbogen wird das Gas in der Kammer ionisiert, und das von der Spule 64 erzeugte elektrische Feld tritt dann mit dem ionisierten Gas in Wechselwirkung.

Der in Fig. 4 und 5 gezeigte Plasmaerzeuger wurde mit folgenden Bemessungswerten betrieben:

metern (die mit den oben angegebenen Werten vergleichbar sind) betrieben:

Argonkern etwa 3,4 m^:i/h

Wasserstoffhülle ctw;i 102 m^s/h

Spulenwindungen 5

Spuleninnendurchmesser 8,4 cm

Oszillatorschwingkreiskondensator 900 uF

Sperrkondensator 200 uF

Frequenz 3,1 MHz

Argonkern (Hauptgas) etwa 3,25 m³/h

Wasserstoffhülle (Hilfsgas) etwa 77 m^s/h

Spulenwindungen 6

Spuleninnendurchmesser 10 cm

Oszill atorschwingkreis-

kondensator 900 jiF

Sperrkondensator 125 (iF

Frequenz 2,5 MHz

In Abwandlung der Plasmaerzeugeranordnung nach Fig. 4 kann die Plasmakammeranordnung mach F i g. 1 verwendet werden, während die Spule 454 am Ende der Quarzrohrverlängerung 158 in der gleichen Lage angeordnet ist wie in F i g. 4. Eine derartige Anordnung wurde mit den folgenden Para-Die gemessene Wärmeenergie im aus der Brcnnkammer austretenden Gas betrug mehr als 40"Ό der Gleichstromeingangsenergie des Plasmagenerators.

F i g. 6 zeigt ein Schaltschema der für die beschriebenen Plasmaerzeuger verwendeten elektrischen Anordnung. Diese Anordnung enthält eine Oszillatorröhre 210, uie über die Leitungen 212, 214 mit Gleichslromenergie gespeist ist. Die Anode 216 der Röhre 210 ist über einen Gleichstrom-Sperrkondensator 218 mit einem Hauptschwingkreis gekoppelt, der aus Kondensatoren 220, 222, einer verstellbaren ²S Spule 224 und der Induktionsspule 64 besteht. An das Steuergitter 226 der Röhre 210 sind ein Kondensator 228 und eine stetig veränderbare Spule 230 angeschlossen. F i g. 7 und 8 zeigen in schematischer Stirn- bzw. Seitenansicht diese stetig veränderliche 3t> Gitterspule 230. Die Spule 230 hat 36 Windungen, von denen eine durch einen Abgriff in Form zweier nebeneinander angeordneter Scheiben 232, 234 kontaktiert wird, die auf einem Arm 236 angeordnet sind, der seinerseits drehbar auf einer Welle 238 in der Mitte der Spule 230 sitzt. Beim Drehen der Welle verschiebt sich der Abgriff längs der Spule 230. so daß er über einen großen Bereich stetig verstellt werden kann.

Die Änderung der Anodenspannung, des Anoden-"-,trames und des Gitterstromes in Abhängigkeit von der Einstellung des Abgriffs der Spule 230 im lastfreien Betrieb ist in den Diagrammen nach F i g. 9 a, 9 b bzw. 9 c wiedergegeben. Im Betrieb wird zunächst ein Bereich 240, d. h. ein Bereich maximaler Anodenspannung (Fig. 9b) und minimalen Anodenstroms (F i g. 9 a) eingestellt. Dann wird die Entladung 142 gezündet und damit eine Last hergestellt. Die Einstellung der Gitterspule wird dann im Sinne einer Maximalisierung des Gitterstromes im Bereich 240 und der Leistung des Systems verändert.

Fig. 10 zeigt eine abgewandelte Düse 140', die sich besonders für das Eintragen von teilchenförmigen Stoffen in den aus der Brennkammer austretenden heißen Gasstrom eignet. Die Düse hat einen Austrittsabschnitt 250 von 3,8 cm Durchmesser und einen verjüngt zulaufenden Übergangsabschnitt mit einem ersten Segment 252, das im Winkel von 45° zur Achse des Plasmagenerators verläuft, und einem zweiten Segment 254, das im Winkel von 60° zur 60 Achse des Plasmagenerators angeordnet ist. Von der Außenwand der Düse zum Austrittsabschnitt führen zwei gegenüberliegende Kanäle 256, 258 mit jeweils 0,2 cm Durchmesser, die im Winkel von 120° (also einem stumpfen Winkel), zur Richtung der 65 Gasströmung durch den Austrittsabschn'*' 250 gebohrt sind. Die Düse 140' ist durch I -he und 262, die Festspann- und Dichtun^silichen bilden, am Plasmagenerator befestigt

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Im Betrieb wird durch die Kanäle 256, 258 teilchenförmige Materie in den aus der Brennkammer austretenden heißen Gasstrom eingetragen. Das Eintragen der teilchenförmigen Materie erfolgt im Gegenstrom zur Strömungsrichtung des Gases und an einer solchen Stelle im zylindrischen Austrittsabschnitt 250, so daß der Heißgasstrom über eine beträchtliche Zeitspanne auf die Materie einwirkt,

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ohne daß dabei etwas von der erhitzten teilchenförmigen Materie auf irgendeine der im Winkel zur Richtung des Gasstromes angeordneten Flächen der Düsenanordnung auftrifft. Auf diese Weise wird die erhitzte teilchenförmige Materie durch den Gasstrom bei der Wärmebehandlung vollständig aus der Düse ausgetragen, ohne daß sie sich auf der Düsenwand ansammelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

ί 764 !Patentansprüche:

1. Hochfrequenz-Plasmagenerator mit einer rohrförmigen Brennkammer, die von einer mehrere Windungen enthaltenden Induktionsspule umgeben ist, einen Hauptgaseinlaß für einen in der Mitte der Brennkammer verlaufenden Hauptgasstrom sowie einen Hilfsgaseinlaß zum Erzeugen eines längs der Brennkammer verlaufenden Hilfsgasstromes aufweist und eine von einem Bereich zwischen den Gaseinlässen ausgehend in die Brennkammer vorspringende rohrartige Anordnung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrartige Anordnung (88, 198) bis zur ersten Windung der Induktionsspule (64, 64') reicht und der sich in de» Entladungsbereich erstreckende Teil dieser Anordnung aus einem vom HF-Feld durchdringbaren Material besteht.

2. Hochfrequenz-Plasmagenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsgaseinlaß (89) einen vom Hauptgaseinlaß (14) vorspringenden, ringförmigen Kanal (90) enthält, welcher eine Außenwand gleicher Form as wie die der Innenwand (66, 182) der Brennkammer hat, an der rohrartigen Anordnung (88, 158) endet, dort bei ihrer Außenseite einen ringförmigen Gasauslaß (166) hat und an einer dem Auslaß abgewandten Stelle mit einem Gaseinlaß (94, 174) verbunden ist.

3. Hochfrequenz-Plasmagenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptgaseinlaß (14) einen axialen Gaseinlaß (47, 200) sowie einen hiervon unabhängig regelbaren tangentialen Gaseinlaß (56) aufweist.

4. Hochfrequenz-Plasmagenerator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptgaseinlaß (14) und der Hilfsgaseinlaß (89) jeweils eine Vielzahl von Gasauslaßöffnungen (54, 102), die Gasstrahlen mit radialer Richtungskomponente liefern, sowie eine Vorrichtung (82, Außenwand von 89) zum Umlenken dieser Gasstrahlen in eine axiale Richtung enthalte»!.

5. Hochfrequenz-Plasmagenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Brennkammer aus einer Vielzahl von nahe beabstandeten, axial verlaufenden Rohren (182) besteht, die mit Anschlüssen (184, 186, 188, 190) zum Hindurchleiten eines Kühlmittels versehen sind.

6. Hochfrequenz-Plasmagenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptgaseinlaß eine poröse Scheibe (200 in Fig. 3) enthält, die einen Druckabfall von mindestens 12,7 cm Wassersäule bewirkt.

7. Hochfrequenz-Plasmagenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Poren der Scheibe (200) unter 25 μτη liegt.

8. Hochfrequenz-Plasmagenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der der rohrförmigen Anordnung (88, 158) abgewandten Auslaßseite der Brennkammer eine Düse (140' in Fig. 10) angeordnet ist, die einen axial verlaufenden Auslaßkanal, der einen erheblich kleineren Querschnitt als die Brennkammer hat, sowie einen sich verjüngenden Übergangsabschnitt (252, 254) zwischen der Brennkammer und dem Auslaßkana! aufweist und mit mindestens einem in den Auslaßkanal (250) mündenden Materialeinleitungskanal (256, 258) versehen ist, der einen stumpfen Winkel mit der Richtung der Gasströmung im Auslaßkaaal bildet.