Die Erfindung betrifft einen Plasmastrahlgenerator mit einer Anode, welche eine Düse für den Austritt des Plasmastrahls und mindestens einen Kanal zum Einführen fester, flüssiger und gasförmiger Stoffe in den Plasmastrahl besitzt, einer Metallkathode und zwischen Anode und Kathode angeordneten, elektrisch isolierten Metallplatten zum Stabilisieren des Plasmas im Generator, welche Stabilisatorplatten Durchlassöffnungen für das Plasma aufweisen.
Derzeit bekannte Plasmastrahlgeneratoren zeigen Plasmaausbrüche, die an ihren heissesten Stellen mit eingeführten Stoffen wenig angereichert sind. So hat zum Beispiel ein Plasmastrahlgenerator ohne Stabilisatorplatten zwischen den Elektroden einen Plasmaausbruch, der wenig stabil ist und der nur zum Einführen von Stoffen geeignet ist, die von der Anode in Gasform abgegeben werden.
Eine andere bekannte Konstruktion eines Plasmastrahlgenerators benützt eine magnetische Stabilisation des Plasmas gegen die Einführöffnung. Diese Konstruktion ist für den Betrieb sehr unwirtschaftlich, denn es müssen Entladungsströme von 300 bis 800 A vorgesehen werden. Bei einem Plasmastrahlgenerator, in welchem die Stoffe zwischen zwei gegeneinandergerichtete Plasmaströme von der Anode und von der Kathode eingeführt werden, entsteht eine so schwache Erregung, dass dies lediglich zum Erregen von Elementen mit niedriger Erregungsenergie verwendet werden kann. Eine andere Konstruktion, bei der mehrere Stabilisatorplatten verwendet werden und das Entladungsgas in Richtung von der Anode zur Kathode strömt, werden zu hohe Temperaturen erreicht, und es ist unmöglich, ein Kathodenmaterial zu finden, welches gegen alle thermischen und chemischen Einflüsse genügend widerstandsfähig wäre.
Zur Behebung der erwähnten Mängel ist der erfindungsgemässe Plasmastrahlgenerator dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite der Düse kleiner ist als die lichte Weite der Durchlassöffnungen in den Stabilisatorplatten und dass der Einführungskanal in die Düse mündet.
Der vorliegende Plasmastrahlgenerator mit einem Kanal zum Einführen flüssiger, gasförmiger und fester Stoffe verbürgt einen langen störungsfreien Betrieb und einen hohen Wirkungsgrad des Einführens der Stoffe. Durch geeignete Wahl der Abmessungen und Form der Anodendüse und der Öffnungen der Stabilisatorplatten werden vorteilhafte Voltampere-Kennlinien, ein geringer Gasverbrauch und ein wirtschaftlicher Betrieb bei Bedingungen erzielt, die optimale Verhältnisse für ein Erzeugen eingeführter Stoffe sichern.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Plasmastrahlgenerators ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird nachstehend erläutert.
Eine Metallkathode 1 wird durch einen eigentlichen, üblicherweise aus thoriertem Wolfram hergestellten Kathodenkörper und durch eine Fassung gebildet. Elektrisch isolierte Metallstabilisatorplatten 3 haben kreisförmige Öffnungen 7.
In einem Anodenkörper 2 ist mindestens ein Einführkanal 8 für feste, flüssige oder gasförmige Stoffe vorgesehen, welcher in eine im Anodenkörper 2 gebildete Düse 4 mündet. Die lichte Weite der Düse 4 ist kleiner als die lichte Weise der Öffnungen 7 in den Stabilisatorplatten 3. Diese Bestandteile sind an einem nicht dargestellten, hermetisch abgedichteten Mantel befestigt. Die Anode und die Kathode sind mit nicht dargestellten Stromzufuhrleitungen versehen. Einige oder alle Bestandteile werden nach Bedarf gekühlt. Ferner wird für eine Gaszufuhr in den Raum zwischen der Anode und Kathode gesorgt.
Die Wirkungsweise des vorliegenden Plasmastrahlgenerators folgt aus der bekannten Wirkung derartiger Anordnungen. Ein durch den Gleichstromlichtbogen erwärmtes Gas, das zwischen der Kathode 1 und Anode 2 brennt, wird durch Überdruck über die Düse 4 verdrängt. Über den Einführkanal 8 wird ein Gas, ein flüssiges oder festes Aerosol oder ein Flüssigkeitsstrom oder fester Stoff in Pulver oder anderer geeigneter Form eingeführt. Diese Stoffe werden in der entsprechend ausgebildeten Düse 4 wirksam in das Plasma eingeführt, das, durch die Düse 4 entweichend, einen Plasmaausbruch bildet.
Der erfindungsgemässe Plasmastrahlgenerator kann für die optische Spektrometrie, Spektralanalyse und chemische Synthese unter hohen Temperaturen verwendet werden, ferner in der Massenspektrometrie und für technologische Anwendung auf der Basis des Plasmaspritzens mit elektrischem Lichtbogen mit verschiedener Stromstärke von 5 bis 300 A bei einem Verbrauch von Gas, zum Beispiel Argon, von 0,5 bis 10 1/Min.
PATENTANSPRUCH
Plasmastrahlgenerator mit einer Anode, welche eine Düse für den Austritt des Plasmastrahls und mindestens einen Kanal zum Einführen fester, flüssiger und gasförmiger Stoffe in den Plasmastrahl besitzt, einer Metallkathode und zwischen Anode und Kathode angeordneten, elektrisch isolierten Metallplatten zum Stabilisieren des Plasmas im Generator, welche Stabilisatorplatten Durchlassöffnungen für das Plasma aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite der Düse kleiner ist als die lichte Weite der Durchlassöffnungen in den Stabilisatorplatten und dass der Einführungskanal in die Düse mündet.
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The invention relates to a plasma jet generator with an anode which has a nozzle for the exit of the plasma jet and at least one channel for introducing solid, liquid and gaseous substances into the plasma jet, a metal cathode and electrically insulated metal plates arranged between the anode and cathode to stabilize the plasma in the generator, which stabilizer plates have openings for the plasma.
Currently known plasma jet generators show plasma outbreaks, which are little enriched at their hottest points with introduced substances. For example, a plasma jet generator without stabilizer plates between the electrodes has a plasma outbreak which is not very stable and which is only suitable for introducing substances that are released in gaseous form by the anode.
Another known construction of a plasma jet generator uses magnetic stabilization of the plasma against the insertion opening. This construction is very uneconomical for operation, because discharge currents of 300 to 800 A must be provided. In a plasma jet generator in which the substances are introduced between two oppositely directed plasma currents from the anode and from the cathode, the excitation is so weak that it can only be used to excite elements with low excitation energy. Another construction in which several stabilizer plates are used and the discharge gas flows in the direction from the anode to the cathode, temperatures that are too high are reached, and it is impossible to find a cathode material which is sufficiently resistant to all thermal and chemical influences.
To remedy the mentioned deficiencies, the plasma jet generator according to the invention is characterized in that the inside diameter of the nozzle is smaller than the inside diameter of the passage openings in the stabilizer plates and that the inlet channel opens into the nozzle.
The present plasma jet generator with a channel for introducing liquid, gaseous and solid substances guarantees a long, trouble-free operation and a high degree of efficiency in the introduction of the substances. By suitable choice of the dimensions and shape of the anode nozzle and the openings of the stabilizer plates, advantageous volt-ampere characteristics, low gas consumption and economical operation are achieved under conditions which ensure optimal conditions for the production of imported substances.
An embodiment of the plasma jet generator according to the invention is shown in the accompanying drawing and is explained below.
A metal cathode 1 is formed by an actual cathode body, usually made of thoriated tungsten, and by a holder. Electrically insulated metal stabilizer plates 3 have circular openings 7.
In an anode body 2, at least one introduction channel 8 for solid, liquid or gaseous substances is provided, which leads into a nozzle 4 formed in the anode body 2. The clear width of the nozzle 4 is smaller than the clear width of the openings 7 in the stabilizer plates 3. These components are attached to a hermetically sealed jacket, not shown. The anode and the cathode are provided with power supply lines, not shown. Some or all of the ingredients are refrigerated as needed. Furthermore, a gas supply is provided in the space between the anode and cathode.
The mode of operation of the present plasma jet generator follows from the known effect of such arrangements. A gas heated by the direct current arc, which burns between the cathode 1 and anode 2, is displaced through the nozzle 4 by overpressure. A gas, a liquid or solid aerosol or a liquid stream or solid substance in powder or other suitable form is introduced via the introduction channel 8. These substances are effectively introduced into the plasma in the correspondingly designed nozzle 4, which, escaping through the nozzle 4, forms a plasma outbreak.
The plasma jet generator according to the invention can be used for optical spectrometry, spectral analysis and chemical synthesis at high temperatures, furthermore in mass spectrometry and for technological use on the basis of plasma spraying with an electric arc with various amperages from 5 to 300 A with a consumption of gas, for Example argon, from 0.5 to 10 1 / min.
PATENT CLAIM
Plasma jet generator with an anode, which has a nozzle for the exit of the plasma jet and at least one channel for introducing solid, liquid and gaseous substances into the plasma jet, a metal cathode and electrically insulated metal plates arranged between the anode and cathode to stabilize the plasma in the generator, which Stabilizer plates have passage openings for the plasma, characterized in that the clear width of the nozzle is smaller than the clear width of the passage openings in the stabilizer plates and that the introduction channel opens into the nozzle.
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