200060. lajstromszámú szabadalom • Univerzális plazmagenerátor anyagátalakítási technológiákhoz
1 HU 200060 B A találmány tárgya villamos kisüléssel működő plazmagenerátor (plazmaégő, plazmatron), amellyel az anyagátalakitási ipari technológiák és a kutatás területén számos eljárás foganatosítható. Ismeretes, hogy a plazmagenerátorokat egyre gyakrabban alkalmazzák olyan plazmatechnológiákban, ahol a cél a folyamatban résztvevő anyagok kémiai összetételének, fizikai jellemzőinek, vagy mindkettőnek a megváltoztatása. A technológia fajtájától függően a plazmagenerátorokban plazniaképzö közegként a gázoknak és a gázkeverékeknek igen széles skáláját használják. (Pl, petrolkémiai alkalmazásoknál: szénhidrogének; veszélyes hulladék ártalmatlanításánál: levegő; porkohászati és finomkerámiai alapanyag gyártásnál: oxidáló, semleges vagy redukáló gázok a por anyagától függően.) A plazmagenerátorok elektródjainak - mivel villamos kisülés jelenlétében érintkeznek a plazmaképző közeggel, a munkagázzal - az adott közeg esetén megfelelő élettartamot kell tanúsítaniuk. A villamos ivkisülés anód- és katódtalppontjának eltérő fizikai viselkedéséből következik - mint ezt a műszaki tapasztalat általánosan igazolta - hogy elsősorban a katód anyagának és a munkagáznak a megfelelő párosítása jelent nagyobb problémát. Mint ismeretes, a belsőives plazmagenerátoroknál például az anódként alkamazott vörösréz fúvókával általában megfelelő élettartamot lehet elérni oxidáló (O2, levegő), inert (Ar, h'2, CO2) és redukáló (H2, szénhidrogének) atmoszféra mellett is. Ezzel szemben univerzális elektródanyag hiányában különféle anyagú katód konstrukciók terjedtek el a raunkagáz fajtájától függően. (Pl. H2, N2 és nemesgázok esetén W-katód; levegő, O2, CO2, szénhidrogének esetén vörösréz .hideg" katód; levegő, O2 esetén Zr és Hf katód; szénhidrogének, vízgőz esetén grafitkatód.) A katódkonstrukciók általános jellemzője, hogy a különféle katódanyagok alkalmazása lényegesen eltérő katódformékat tesz szükségessé. A szerkezeti eltérés a katód geometriai alakján túl kihat a katódrögzítö szerkezetre, a hűtés és a gázbevezetés módjára is. A volframot (W) pl. általában rúdkatódként, a cirkóniumot (Zr) vörösréz testbe sajtolt csapként, a rezet (Cu) üreges kiképzéssel, kettős, örvénylő gázbevezetéssel alkalmazzák. Utóbbiakból következik, hogy különféle anyagú katódok nem helyettesíthetik egymást egy adott plazmagenerátorban. Ezzel összhangban az iparban bevezetett, a szakirodalomban és a szabadalmi leírásokban ismertetett plazmagenerátor konstrukciók egy-egy katódanyag, ill. katódforma esetére vannak kidolgozva, és igy a munkagázoknak csak egy szűkebb osztályával üzemeltethetők. Például a METCO INC. ismert plazmaszóró generátorai (mini amilyen a 292 763 számú US szabadalom szerinti megoldás) volfram rúdkatóddal vannak ellátva. Oxigén, vagy szénatomokat tartalmazó munkagáz a katód gyors tönkremenetelét okozza. Ezzel szemben az üreges rézkatóddal rendelkező konstrukciók, ilyenek pl. a Villamosipari Kutató Intézetben kifejlesztett típusok (ld. Elektrotechnika 73. évf. 1980. 3-4. sz. 1 elsősorban levegő, 02, CO2, CH-i stb. munkagázzal működtetve tanúsítanak megfelelő élettartamot. Bár inert gázokkal is üzemeltethetők, a katódélettartam - pl. argon esetén - nem kielégítő. A fentiek értelmében tehát az ismert plazrnagenerátor konstrukciók használata mellett a technológiai folyamatban résztvevő anyagok, ill. - ezzel összefüggésben - a munkagáz megváltoztatása sok esetben szükségessé tette egy más tipusú plazmagenerátor alkalmazását. Az ismert megoldások további hiányossága, hogy pl. a kémiai technológiai és kohászati alkalmazásoknál - ahol a plazmagenerátor egy másik berendezéshez csatlakozik - az elektród élettartam végén szükséges elektródcsere érdekében a teljes plazmagenerátor leszerelését el kell végezni. Mivel a pozitív, vagy lebegő potenciálú fúvóka élettartama sok esetben többszörösen felülmúlja (pl. levegő üzemű plazmagenerátoroknál) a katód élettartamát, elsősorban a katódcsere - ami maga is többlépcsős szerelési művelet - okozza a legtöbb üzemszünetet a technológiai folyamatban. A találmány szerint a vázolt problémát olyan plazmagenerátor konstrukcióval kívánjuk megoldani, melynél egy plazmagenerétorhoz több, különféle katódot tartalmazó katódegység tartozik és csatlakoztatható, és a technológiának, ill. a plazmaképzó gáznak (munkagáznak) megfelelő katódegység a plazmagenerátor leszerelése és szétszerelése nélkül helyezhető el a plazmagenerátorban. A találmány alapötletét az a felismerés adta, hogy mivel a plazmagenerátorok fűvókájukkal csatlakoznak a technológiai rendszerhez, ha a plazmagenerátort úgy képezzük ki, hogy azonos fúvókakonstrukcióhoz több, önálló, különféle katódokat tartalmazó katódegységet alakítunk ki (amely katódegységek magunban foglalják a katódtest mellett az adott katód üzemeltetéséhez szükséges speciális - az árambevezetés, rögzítés, hűtés, gázbevezetés, tömítés stb. feladatát ellátó - elemeket is), és amely katódegységek bármelyike a plazmagenerátor fúvókával ellentétes végén, de azzal egytengelyűén, oldhatóan illeszthető a plazmagenerátor megfelelően kiképzett hüvelyében; az így kialakított konstrukcióval kiküszöbölhetők az ismertetett hiányosságok, és az új megoldás további előnyős tulajdonságokkal rendelkezik. 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
