DE2240815A1 - DEVICE AND METHOD FOR GENERATING PLASMA - Google Patents

DEVICE AND METHOD FOR GENERATING PLASMA

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DE2240815A1
DE2240815A1 DE19722240815 DE2240815A DE2240815A1 DE 2240815 A1 DE2240815 A1 DE 2240815A1 DE 19722240815 DE19722240815 DE 19722240815 DE 2240815 A DE2240815 A DE 2240815A DE 2240815 A1 DE2240815 A1 DE 2240815A1
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plasma
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plasma generator
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Peter Harrold Dundas
John Webster Poole
Charles Edward Vogel
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Humphreys Corp
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Humphreys Corp
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05H1/24Generating plasma
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Description

U.S. Serial No. 173 500
Filed: August 20, 1971
US Serial No. 173 500
Filed: August 20, 1971

Humphreys Corporation Dow Road, Bow, New· Hampshire, V.St.A.Humphreys Corporation Dow Road, Bow, New Hampshire, V.St.A.

Vorrichtung und Verfahren zur Plasmaerzeugung.Device and method for generating plasma.

Die Erfindung betrifft Induktions-Plasmaeinrichtungen und Verfahren zum Betrieb solcher Einrichtungen.The invention relates to induction plasma devices and methods for operating such devices.

Zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines thermischen Plasmas in einer Einrichtung vom Induktionstyp wird ein starkes elektromagnetisches Feld vorgesehen, welches eine elektrodenfreie Entladung (thermisches Plasma) in einem ionisierten Medium erzeugt. Ein solches thermisches Plasma hat eine .Temperatur in der Größenordnung von 8000 bis 110000K und kann für viele verschiedene Zwecke verwendet werden, z.B. zur Durchführung von chemischen Reaktionen, zur Bearbeitung metallischer und/oder hitzeferster Stoffe, für Heizungen für Überschallkanäle und Simulationseinrichtungen, vo derart hohe Temperaturen benötigt werden. Es sind mehrere Einrichtungen zur Erzeugung eines solchen thermischen Plasmas vorgeschlagen worden, sowohl geschlossene Einrichtungen als auch Einrichtungen vom Strömungstyp, worin das Plasma sowohl unter vermindertem Druck als auch unter atmosphärischen Druckbedingungen stabil gehalten werden konnte. Im Allgemeinen wird das elektromagnetische Feld bei solchen Einrichtungen von einer Stromquelle erzeugt,In order to generate and maintain a thermal plasma in a device of the induction type, a strong electromagnetic field is provided which generates an electrode-free discharge (thermal plasma) in an ionized medium. Such a thermal plasma has a .Temperature of the order of 8000 to 11000 0 K and can be used for many different purposes, for example to carry out chemical reactions, to process metallic and / or heat-resistant substances, for heating for supersonic channels and simulation devices, vo such high temperatures are required. Several devices have been proposed for generating such a thermal plasma, both closed devices and flow type devices in which the plasma could be kept stable under both reduced pressure and atmospheric pressure conditions. In general, the electromagnetic field in such devices is generated by a power source,

- 2- 2

309809/085 4309809/085 4

22ΑΠ81522ΑΠ815

die im oder nahe dem Megahertzbereich betrieben wird, wozu aufwendige elektronische Schaltungen mit verhältnismäßig niedrigem Wirkungsgrad erforderlich sind.which is operated in or near the megahertz range, including expensive electronic circuits with relatively low efficiency are required.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue und verbesserte Induktions-Plasmaeinrichtung zu schaffen, die bei Frequenzen arbeiten kann, welche beträchtlich unterhalb des Megahertzbereichs liegen.It is an object of the present invention to provide a new and improved induction plasma device which which can operate at frequencies well below the megahertz range.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer neuen und verbesserten Induktions-Plasmaeinrichtung vom Strömungstyp. Eine Einrichtung dieses Typs läßt sich leichter nutzbringend anwenden, wobei entweder das Plasma innerhalb der Plasmakammer.oder das aus der Kammer ausströmende Plasma herangezogen werden kann. Bei solchen Plasmasystemen wird sowohl die räumliche als auch die elektrische Stabilisierung des Plasmas kritischer, weil das Plasma unter dynamischen Strömungsbedingungen gegenüber Auswanderung, welche die Reinheit der Einrichtung stören würde, stabil gehalten werden muß. Ausserdem müssen die notwendigen elektrischen Eigenschaften der Einrichtung aufrechterhalten werden, damit das thermische Plasma nicht erlischt, Das Erlöschen des thermischen Plasmas hängt ab von der Erregerfrequenz und der charakteristischen Verfallszeit des Plasmas.Another object of the invention is to provide a new and improved induction plasma device of the flow type. A device of this type can more easily be put to good use with either the plasma inside the plasma chamber. or that flowing out of the chamber Plasma can be used. In such plasma systems, both the spatial and the electrical Stabilization of the plasma is more critical, because the plasma under dynamic flow conditions against emigration, which would disturb the cleanliness of the facility must be kept stable. In addition, the necessary electrical properties of the device are maintained so that the thermal plasma does not go out, The extinction of the thermal plasma depends on the excitation frequency and the characteristic decay time of the Plasmas.

Nach der Theorie hängt die Aufrechterhaltung eines Induktionsplasmas von einem Umlauf strom sb, der nahe der Wandung der Plasmakammer zirkulieren soll. Die Eindringtiefe dieses Stroms folgt der Formel: y According to the theory, the maintenance of an induction plasma depends on a circulating current sb, which is to circulate near the wall of the plasma chamber. The penetration depth of this current follows the formula: y

wobei <T = Eindringtiefe, T - Leitfähigkeit der Last, /ί β magnetische Permeabilität der Last, und ·/ = Frequenz der zugeführten Energie ist.where <T = penetration depth, T - conductivity of the load, / ί β is the magnetic permeability of the load, and · / = frequency of the supplied energy.

309809/0854309809/0854

-D--D-

Für eine gute Kopplung sollte die Eindringtiefe kleiner sein als der Radius des Plasmas, und daher sollte der Durchmesser des Plasmas bei niedrigeren Erregerfrequenzen größer sein. 2ar Aufrechterhaltung des Plasmas ist ein minimaler Spannungsgradient um das Plasma herum erforderlich, der bei einem Hochstrom-Bogen in Argon 2 Volt/cm beträgt und in Luft höher ist. Diese, zusätzlichen Überlegungen haben dazu geführt, bei Versuchen mit Induktions-Plasmaeinrichtungen hochfrequente Erregerquellen zu verwenden. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung, die eine besondere Technik zur Zündung und zur Verstärkung des Magnetfeldes beinhaltet, konnten Induktions-Plasmaeinrichtungen mit stabilfließendem Plasma erfolgreich bei Frequenzen betrieben werden, die weit unter den üblicherweise verwendeten Frequenzen liegen.For a good coupling, the penetration depth should be less than the radius of the plasma, and therefore the The diameter of the plasma must be larger at lower excitation frequencies. 2ar maintenance of the plasma is a minimum voltage gradient required around the plasma, which is 2 volts / cm for a high-current arc in argon and is higher in air. These, additional considerations have led to the use of high-frequency excitation sources in experiments with induction plasma devices. With the help of the present invention, a special technique for ignition and amplification of the magnetic field includes, induction plasma devices with stable flowing plasma could be successful at frequencies are operated that are far below the commonly used frequencies.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Plasmagenerator enthält eine langgestreckte plasmaeinschließende Kammer, die an einem Ende eine Auslaßvorrichtung und am anderen Ende eine Kinblasvorrichtuiig aiifweist, um einen plasmabildenden Stoff an einem Ende der Kammer einzuführen, der durch die Kammer fließt und an der Auslaßvorrichtung austritt. Eine die Kammer umgebende elektrische Spule ist an eine verhältnismässig niederfrequente Stromquelle (20 KHz oder weniger) angeschlossen, um ein starkes elektromagnetisches Feld innerhalb der Kammer zu erzeugen. Die elektrische Spule ist von einer magnetverstärkeren Anordnung umgeben, welche die magnetische Induktion in der Kammer mindestens verdoppelt. In einer besonderen Ausführungsform besteht diese Anordnung aus einer Aeihe von einzelnen beanstandeten Stapeln zusammengeklemmter sich axial erstreckender Bleche aus Elektrostahl. An den Seiten der Blechstapel, die den Zuleitungen der elektrischen Spule benachbart, sind, befinden sich Kühleinrichtungen.A plasma generator designed according to the invention contains an elongated plasma confining chamber having an outlet device at one end and an outlet device at the other end Kinblasvorrichtuiig points to a plasma-forming substance at one end of the chamber which flows through the chamber and exits at the outlet device. One the The electrical coil surrounding the chamber is connected to a relatively low-frequency power source (20 KHz or less) connected to create a strong electromagnetic field within the chamber. The electric coil is from surrounded by a magnetically amplified arrangement, which the magnetic induction in the chamber at least doubled. This arrangement exists in a particular embodiment from a row of individual stacks of stacks clamped together axially extending sheets of electrical steel. On the sides of the stack of sheets, which are the supply lines of the electrical Coil adjacent, there are cooling devices.

- 4 309809/085Λ - 4 309809 / 085Λ

Zur Initialzündung des Plasmas in dieser mit Niederfrequenz arbeitenden Einrichtung wird vorzugsweise zunächst der Druck in der Kammer vermindert und ein Hochfrequenzsignal (z.B. 20 MHz) an die Kammer gelegt, um eine Glimmentladung zu erhalten,welche die Kammer im wesentlichen ausfüllt. Anschließend wird die elektrische Spule an eine niederfrequente Stromquelle gekoppelt, um^die Glimmentladung in ein thermisches Plasma zu überführen. In einer besonderen Ausführungsform wird die besagte Glimmentladung durch Zuführung von Hochfrequenzenergie in Form von Kurzimpulsen erzeugt.For the initial ignition of the plasma in this with low frequency working device, the pressure in the chamber is preferably first reduced and a high-frequency signal (e.g. 20 MHz) is applied to the chamber in order to obtain a glow discharge which the chamber essentially fills out. The electrical coil is then coupled to a low-frequency power source to prevent the glow discharge to be converted into a thermal plasma. In a particular embodiment, said glow discharge is generated by supplying high frequency energy in the form of short pulses.

Die Vorrichtung und das Verfahren gemäss der Erfindung ergeben ein einfaches, zuverlässiges und relativ leicht zu handhabendes Induktions-Plasmasystem vom Strömungstyp, mit welchem ein stabiles thermisches Plasma unter Erregung durch niedrige Frequenzen erzeugt werden kann, die unter 20 KHz liegen können.The device and the method according to the invention result in a simple, reliable and relatively easy to use induction plasma system of the flow type, with which a stable thermal plasma can be generated under excitation at low frequencies below 20 KHz.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus nachstehender Beschreibung hervor, in der ein Ausführungsbeispielder Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert wird.Further details and advantages of the invention will emerge from the following description in which an embodiment of the Invention is explained with reference to drawings.

Figur 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäss aufgebauten Induktions-Plasmagenerator;Figure 1 shows schematically a constructed according to the invention Induction plasma generator;

Figur 2 ist ein Querschnitt durch den in Figur 1 gezeigten Generator gemäss der Schnittlinie 2-2;Figure 2 is a cross section through the generator shown in Figure 1 along section line 2-2;

Figur 3 ist ein Blockdiagramm einer Induktions-Plasmaeinrichtung, welche den in Figur 1 gezeigten Generator enthält.FIG. 3 is a block diagram of an induction plasma device employing the generator shown in FIG contains.

Der in Figur 1 gezeigte Induktions-Plasmagenerator ist für einen Betrieb bei 9600 Hz ausgelegt und enthält eine licht-The induction plasma generator shown in Figure 1 is for designed for operation at 9600 Hz and contains a light

- 5 _ 309809/085/.- 5 _ 309809/085 /.

undurchlässige Röhre 10 aus geschmolzenem Quarz mit einem Innendurchmesser von 13,97 cm und einer Länge von 52,07 cm. Bei einer für einen Betrieb mit 960 Hz ausgelegten Einrichtung wird eine Röhre 10 verwendet, deren Durchmesser 30,48 cm und deren Länge 152,4 cm beträgt. Das Stromaufwärts liegende Ende 12 der Röhre 10 sitzt auf einem Flansch 14 einer Endplatte 16 und ist durch einen O-Ring 18 abgedichtet. Das stromabwärts liegende Ende 20 der Röhre 10 sitzt in einer Ausnehmung 22 einer Endplatte 24 und ist durch einen O-Ring 26 abgedichtet.impermeable tube 10 of fused quartz having an inner diameter of 13.97 cm and a length of 52.07 cm. A device designed to operate at 960 Hz uses a tube 10 that is 30.48 cm in diameter and the length of which is 152.4 cm. The one upstream The end 12 of the tube 10 sits on a flange 14 of an end plate 16 and is sealed by an O-ring 18. That downstream end 20 of tube 10 is seated in a recess 22 of an end plate 24 and is through an O-ring 26 sealed.

Eine Einblasvorrichtung 30 und ein Strömungsstabil!sator 32 sind innerhalb der Endplatte 14 angeordnet, wo sie von einer durch Schrauben 36 festgeklemmten-Platte 34 gehalten werden. Über eine erste Einlaßöffnung 38 wird Gas durch einen Kanal 40 zu einer Ringkammer 42 geleitet, von wo das Gas durch radial angeordnete Öffnungen 34 verteilt wird. Über eine zweite Einlaßöffnung 46 gelangt Gas durch einen Kanal 48 zu einer Ringkammer 50, von wo es durch Verwirbelungsöffnungen 52 verteilt wird. Axial angeordnete Öffnungen 54 werden über einen (nicht gezeigten) dritten Kanal versorgt, der gegenüber den Kanälen 40 und 48 winkelmässig versetzt ist. Das obere Ende der Einblasvorrichtung 30 wird durch Wasser gekühlt, welches durch die Kanäle 56 und die Kammer 58 strömt, und der Strömungsstabilisator 32 wird durch Wasser gekühlt, welches durch die Kanäle 60 und durch die Kammer 62 fließt.An injector 30 and a flow stabilizer 32 are disposed within the end plate 14 where they are held by a plate 34 clamped in place by screws 36 will. Via a first inlet opening 38, gas is passed through a channel 40 to an annular chamber 42, from where the Gas is distributed through radially arranged openings 34. Gas passes through a second inlet port 46 Channel 48 to an annular chamber 50, from where it is distributed through turbulence openings 52. Axially arranged openings 54 are via a third channel (not shown) supplied, which is offset angularly with respect to the channels 40 and 48. The top of the injector 30 is cooled by water flowing through channels 56 and chamber 58 and flow stabilizer 32 becomes cooled by water flowing through channels 60 and through chamber 62.

ItIt

Ein aus Akrylkunststoff gegossener Zylinder 64 umgibt die Röhre 10 und sitzt mit seinem stromaufwärts liegenden Ende in einer Ausnehmung 66 der Endplatte I6uid mit seinem stromabwärts liegenden Ende in einer Ausnehmung 68 der Endplatte 24, Ein unter Druck stehendes Kühlmittel wird über den Kanal zugeführt, von wo es durch den Raum 72 strömt und durch denA cylinder 64 molded from acrylic plastic surrounds the Tube 10 and sits with its upstream end in a recess 66 of the end plate I6uid with its downstream lying end in a recess 68 of the end plate 24, A pressurized coolant is via the channel fed, from where it flows through the space 72 and through the

309809/Q854 " β "309809 / Q854 " β "

Kanal 74 austritt. Eine Induktionsspule 80 besteht aus einem Kupferrohr mit rechteckigem Querschnitt (2,54 x 1f27 cm) und einer Wandstärke von 1,6 mm, welches zu einer Spule gewunden ist, deren Innendurchmesser 18,4 cm und deren Länge 17,8 cm beträgt. Die Spule 80 ist umgeben von einer induktionsverstärkenden Anordnung 82, die aus mehreren Blechpaketen 84 aus Elektrostahl besteht, wie es in Figur 2 gezeigt ist. Jedes Blechpaket enthält zwei Klemmplatten 86, zwischen denen ein Stapel von Blechen 88 aus "Armco Tran-cor T"· Elektrostahl angeordnet ist. Jedes Blech ist etwa 0,178 mm dick, 2,22 cm breit und 26,67 cm lang und hat an jedem Ende einen nach innen weisenden Fortsatz 89. Jeder Stapel ist 6,35 cm hoch. Jedes Blechpaket 84 ist auf einer Unterlage 90 befestigt. An den Klemmplatten 86, die sich zu beiden Seiten der Spulenzuleitungen 94 befinden, sind Kühlrohre durch Silber angelötet, die während des Betriebs der Vorrichtung von Kühlwasser durchflossen werden. Mit dieser magnetischen Verstärkungsanordnung wird die magnetische Induktion (Flußdichte) in der Kammer 10 mehr als verdreifacht .Channel 74 exits. An induction coil 80 consists of a copper tube with rectangular cross section (2.54 x 1 f 27 cm) and a wall thickness of 1.6 mm, which is wound into a coil whose inner diameter is 18.4 cm and the length 17.8 cm . The coil 80 is surrounded by an induction-reinforcing arrangement 82, which consists of several laminated cores 84 made of electrical steel, as shown in FIG. Each laminated core contains two clamping plates 86, between which a stack of laminations 88 made of "Armco Tran-cor T" electrical steel is arranged. Each sheet is approximately 0.178 mm thick, 2.22 cm wide and 26.67 cm long, and has an inwardly facing appendix 89 at each end. Each stack is 6.35 cm high. Each laminated core 84 is fastened to a base 90. On the clamping plates 86, which are located on both sides of the coil leads 94, cooling tubes are soldered by silver, through which cooling water flows during operation of the device. With this magnetic reinforcement arrangement, the magnetic induction (flux density) in the chamber 10 is more than tripled.

In der Endplatte 24 befindet sich eine Evakuierungsöffnung 100, die über ein Ventil 102 mit einer Vakuumanlage verbunden werden kann. Die Endplatte 24 weist ferner eine Auslaßöffnung 104 auf, über welcher sich ein Gitter 106 von KUhlrohren 107 befindet, die von einem Ring 108 gehalten werden. Auf dem Ring 108 sitzt eine von O-Ringen 112 abgedichtete Glasplatte 110, die als Ventil und als Beobachtungsfenster dient, wenn die Einrichtung mit Unterdruck betrieben wird.In the end plate 24 there is an evacuation opening 100 which is connected to a vacuum system via a valve 102 can be. The end plate 24 also has an outlet opening 104 over which a grille 106 extends of cooling tubes 107, which are held by a ring 108. One of O-rings 112 is seated on the ring 108 sealed glass plate 110, which acts as a valve and as an observation window is used when the device is operated with negative pressure.

Figur 3 zeigt den Betrieb des Plasmagenerators in einem Blockschaltbild. Die Einbauvorrichtung 30 ist mit einer geeigneten Gasquelle 120 verbunden. Die obere Endplatte 24Figure 3 shows the operation of the plasma generator in one Block diagram. The installation device 30 is connected to a suitable gas source 120. The top end plate 24

309809/0854309809/0854

ist über das Ventil 102 steuerbar mit der Vakuumanlage verbunden. Die Auslaßöffnung 104 wird durch das Ventil gesteuert. Eine Stromversorgungsanlage 124, bestehend aus einer Motor-Generator-Einheit, die eine Leistung von 450 KW bei 9600 Hz liefert und eine Kapazität von 9200 KVAR hat, ist mit der Spule 80 verbunden. Eine Hochfrequenz-Zündeinrichtung 126, die mit 20 MHz arbeitet, ist über einen Schalter 128 zwischen die Endplatten 16 und 24 geschaltet.is controllably connected to the vacuum system via the valve 102. The outlet port 104 is through the valve controlled. A power supply system 124, consisting of a motor-generator unit, which has an output of 450 KW at 9600 Hz and has a capacity of 9200 KVAR is connected to the coil 80. A high frequency igniter 126, which operates at 20 MHz, is connected between the end plates 16 and 24 via a switch 128.

Zur Bildung eines thermischen Plasmas 130 incer Kammer 10 wird das Ventil 110 geschlossen und der Druck in der Kammer 10 auf 1 Torr vermindert. Die Hochfrequenz-Zündeinrichtung 126 wird eingeschaltet, und eine Glimmentladung wird hervorgerufen, welche die Kammer 10 ausfüllt. Diese Glimmentladung bildet für die dann eingeschaltete (niederfrequente) Hauptversorgungsanlage 124 eine ausreichende Last, so daß ein thermisches Plasma 130 entsteht, was durch eine starke Änderung der Helligkeit angezeigt wird. Vor der Bildung des Plasmas 130 arbeitete die Versorgungsanlage 124 mit voller Spannung, 60 % Strom und einem Leistungsfaktor von 6 °;( (voreilend). Nach Bildung des Plasmas sank die Spannung auf 40 bis 50 % ab, der Strom wuchs auf 100 % an und der Leistungsfaktor wurde auf 10 °/> (nacheilend) verschoben. Ili't der Zündung des thermischen Plasmas wird der Argonzufluß verstärkt, wodurch sich der Druck in der Kammer 10 erhöht. Das Plasma 130 wird stabil gehalten, wenn im "Strömungsbetrieb" der Einrichtung der Druck auf Atmosphärendruck erhöht wird. Mit einem Argondurchsatz von etwa 700 SCFH (Standardkubikfuß pro Stunde) bei einer Atmosphäre Druck betrug die Mindestleistung zur Aufrechterhaltung des Plasmas 145 KW.To form a thermal plasma 130 in the chamber 10, the valve 110 is closed and the pressure in the chamber 10 is reduced to 1 Torr. The high frequency igniter 126 is turned on and a glow discharge is produced which fills the chamber 10. This glow discharge forms a sufficient load for the (low-frequency) main supply system 124, which is then switched on, so that a thermal plasma 130 arises, which is indicated by a strong change in brightness. Before the formation of the plasma 130, the supply system 124 operated with full voltage, 60 % current and a power factor of 6 ° ( (leading). After the formation of the plasma, the voltage decreased to 40 to 50 % and the current increased to 100 % and the power factor has been shifted to 10 ° /> (lagging). When the thermal plasma is ignited, the argon flow is increased, which increases the pressure in the chamber 10. The plasma 130 is kept stable when in "flow mode" With an argon flow rate of approximately 700 SCFH (standard cubic feet per hour) at one atmosphere pressure, the minimum power required to maintain the plasma was 145 KW.

Für einen Betrieb mit 960 Kz wurde eine Versorgungsanlage 124' mit einer 1250 KW-Motor-Generator-Einheit und einem Kondensatorenblock für 22000 KVAR an die Spule 80' ange-A supply system 124 'with a 1250 KW motor-generator unit and a Capacitor block for 22000 KVAR attached to coil 80 '

- 8 309809/0854 - 8 309809/0854

-β- 2240B15-β- 2240B15

schlossen. Die Anlage zur Hochfrequenzzündung arbeitete mit 25 KW bei 4 MHz. Eine Glimmentladung wurde bei 0,35 Torr erzeugt, indem die Spule 80 erregt wurde und dann ein Impuls (von 172 Millisekunden Dauer in einer Folge) von Zündenergie an die Endplatten 16' und 24' gelegt wurde, um eine die Kammer 10' ausfüllende Glimmentladung entstehen zu lassen. Dps niederfrequente Verstärkte elektromagnetische Feld koppelt sich dann mit der Glimmentladungsstrecke, so daß ein Plasma 130' entsteht.closed. The high-frequency ignition system worked with 25 KW at 4 MHz. A glow discharge was created at 0.35 torr by energizing coil 80 and then applying a pulse (172 millisecond duration in one sequence) of ignition energy to end plates 16 'and 24' to create a glow discharge filling chamber 10 ' let develop. D p s low-frequency, amplified electromagnetic field is then coupled with the glow discharge path, so that a plasma 130 'is produced.

In der vorstehenden Beschreibung und in den Zeichnungen ist lediglich eine spezielle Ausführungsform der Erfindung erläutert. Natürlich ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform oder auf ihre Einzelheiten beschränkt, vielmehr sind zahlreiche Abwandungen möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.In the above description and in the drawings, only one specific embodiment of the invention is explained. Of course, the invention is not limited to this embodiment or to its details, rather Numerous modifications are possible without departing from the scope of the invention.

309809/085/*309809/085 / *

Claims (10)

PatentansprücheClaims f 1 J Induktions-Plasmagenerator*, gekennzeichnet durch eine langgestreckte Plasmakammer (10)? eine die Kammer umgebende elektrische Spule (80), die zur Erzeugung eines starken elektromagnetischen Feldes in der Kammer an eine niederfrequente Stromquelle (124) anschließbar ist, eine Zuführeinrichtung (12Oj, 30, 32P 34) zum Einleiten eines'Stoffes in die Kammers der unter dem Einfluß des von der Spule erzeugten elektrischen Feldes zu einem Plasma werden kann! eine an einem Ende der Kammer befindliche Auslaßvorrichtung mit einer Austrittsöffnung (104) für den in die Kammer geleiteten Stoffj und eine nahe der Spule befindliche magnetische Verstärkungsanordnung (84, 86P 88p 89) 9 welche die magnetische In= duktion in der Kammer auf mindestens das Doppeltes desjenigen Werts ,erhöht j, der sich in der Kammer ohne die= se Anordnung einstellen würdeo f 1 J induction plasma generator *, characterized by an elongated plasma chamber (10)? a chamber surrounding the electrical coil (80), which is connectable to the generation of a strong electromagnetic field in the chamber at a low frequency power source (124), a feed device (12Oj, 30, 32 P 34) for introducing into the eines'Stoffes the Kammer can become a plasma under the influence of the electric field generated by the coil! an outlet device located at one end of the chamber with an outlet opening (104) for the material fed into the chamber and a magnetic reinforcement arrangement (84, 86 P 88p 89) 9 located near the coil 9 which the magnetic induction in the chamber to at least the Double the value, increased j, which would be established in the chamber without this arrangement, etc. 2. Induktions-Plasmageneratorj, nach Anspruch 1P dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Verstärkungsanordnung aus mehreren um die Spule (8O1), angeordneten Pake= ten von axial verlaufenden Blechen (84) aus Elektrostahl besteht ο2. Induction plasma generator, according to claim 1 P, characterized in that the magnetic reinforcement arrangement consists of several around the coil (8O 1 ), arranged Pake = th of axially extending metal sheets (84) made of electrical steel ο 3» Induktions-=Plasaiagenerator? nach Anspruch Z9 dadurch gekennzeichnetj daB zwischen den Zuleitungen (9^) de^ Spule (80) land den unmittelbar· benachbarten Blechpaket en3 »Induction = plasma generator ? according to claim Z 9, characterized in that between the supply lines (9 ^) of the coil (80) land the immediately adjacent laminated core Q9SQ9/ÖSB&Q9SQ9 / ÖSB & Jeweils eine Kühleinrichtung (92) vorgesehen ist.A cooling device (92) is provided in each case. 4. Induktions-Plasmagenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Hochfrequenzspannungsquelle (126), die zwischen die Enden der Plasmakammer (10) schaltbar ist, um in der Plasmakammer eine Glimmentladung hervorzurufen.4. induction plasma generator according to claim 1, characterized by an additional high-frequency voltage source (126), which can be switched between the ends of the plasma chamber (10), in order to generate a glow discharge in the plasma chamber to evoke. 5. Induktions-Plasmagenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (110, 112) zum Abdichten der Auslaßvorrichtung und durch eine Hilfs-Auslaßvorrichtung von wesentlich geringerer Abmessung.5. induction plasma generator according to claim 1, characterized by a device (110, 112) for sealing the outlet device and by an auxiliary outlet device of much smaller size. 6. Induktions-Plasmagenerator nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmakammer durch ein rohrförmiges Element (10) gebildet ist, welches über seine gesamte axiale Länge einen gleichmässigen Querschnitt aufweist und daß die Einrichtung zum Abdichten der Auslaßvorrichtung eine abnehmbare Platte (110) enthält, welche über dem ötromabwärtigen Ende der Plasmakammer liegt.6. Induction plasma generator according to claim 5 »characterized in that that the plasma chamber is formed by a tubular element (10) which over its entire axial length has a uniform cross-section and that the means for sealing the outlet device a removable plate (110) which extends over the downstream end of the plasma chamber lies. 7. Iiaduktions-Piasmagenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Verstärkungsanordnung aus mehreren um die Spule (80) angeordneten Paketen von axial verlaufenden Blechen (84) aus Elektrostahl besteht, und daß zwischen den Zuleitungen (94) der Spule (80) und den unmittelbar benachbarten Blechpaketen jeweils eine Kühleinrichtung (92) vorgesehen ist.7. Iiaduction plasma generator according to claim 5, characterized characterized in that the magnetic reinforcement arrangement consists of a plurality of packages arranged around the coil (80) of axially extending sheets (84) made of electrical steel, and that between the leads (94) of the coil (80) and a cooling device (92) is provided for each of the immediately adjacent laminated cores. 8. Induktions-Plasmagenerator nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Hochfrequenzspannungsquelle (126), die zwischen die Enden der Plasmakammer (10) schaltbar ist, um in der Plasmakammer eine Glimmentladung hervorzurufen. 8. induction plasma generator according to claim 7, characterized by an additional high-frequency voltage source (126), which can be switched between the ends of the plasma chamber (10) in order to cause a glow discharge in the plasma chamber. 309809/0854 " 3 "309809/0854 " 3 " 22Λ081522-0815 9. Verfahren zum Ingangsetzen eines mit Niederfrequenz arbeitenden Induktions-Plasmagenerators, der eine Plasmakammer und eine die Kammer umgebende elektrische Spule aufweist, welche an eine niederfrequente Stromquelle anschließbar ist, um in der Kammer ein starkes elektromagnetisches Feld zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die niederfrequente Stromquelle (124) an die Spule (80) angeschlossen wird und daß durch Anlegen eines Hochfrequenzenergieimpulses an die Kammer (10) in der Kammer eine eine leitende Strecke bildende Glimmentladung erzeugt wird, so daß unter dem Einfluß des.,von der Spule erzeugten elektromagnetischen Feldes ein thermisches Plasma (130) entsteht.9. Procedure for starting a low frequency one working induction plasma generator, which has a plasma chamber and an electrical one surrounding the chamber Has coil which can be connected to a low-frequency power source in order to enter the chamber generate strong electromagnetic field, characterized in that the low-frequency power source (124) is connected to the coil (80) and that by applying a high frequency energy pulse to the chamber (10) a glow discharge forming a conductive path is generated in the chamber, so that under the influence des., electromagnetic field generated by the coil a thermal plasma (130) is created. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor Erzeugung der Glimmentladung der Druck in der Kammer (10) herabgesetzt wird, und daß nach Entstehung des thermischen Plasmas (130) der Druck in der Kammer auf Atmosphärendruck erhöht wird, während ständig Gas durch die Kammern geleitet wird.10. The method according to claim 9, characterized in that that the pressure in the chamber (10) is reduced before the glow discharge is generated, and that after it has arisen of the thermal plasma (130), the pressure in the chamber is increased to atmospheric pressure while continuously gas is passed through the chambers. 30980 9-/085430980 9- / 0854
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