DE1965576A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Plasmaerzeugung - Google Patents

Description

AGENCE NATIONALE DE VALORISATION DE LA RECHERCHE (ANVAR)

Puteaux, JFrankreich

Verfahren und Vorrichtung zur Plasmaerzeugung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Plasmas, wobei mindestens zwei Strömungsmittelströme miteinander in Berührung gebracht werden. Sie hat auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zum Gegenstand.

Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen mindestens zwei Generatoren für ionisiertes Gas derart angeordnet sind, daß die daraus hervorgehenden elementaren Plasmaströme zueinander konvergieren, wobei diese Generatoren mit einer äußeren Vorrichtung zur Lieferung elektrischen Stroms so zusammenwirken, daß Jede Elementarströmung von einem elektrischen Heizstrom durchsetzt ist, und zwar entlang einer durch die Konvergenzzone der Ströme hindurchlaufenden Bahn, so daß die Elementarströme und der aus deren Vereinigung resultierende Dauerstrom von der Energiezufuhr seitens der äusseren Speisevorrichtung profitieren.

Unter bestimmten Bedingungen, insbesondere wenn die äußere Speisevorrichtung Gleichstrom liefert und der elektrische Heizstrom in den Elementarströmungen gezündet ist, er-

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lauben diese Vorrichtungen die Verminderung oder sogar die Abschaltung der selbständigen Zufuhr elektrischer Energie zu einem oder mehreren der besagten Strömungsgeneratoren. Trotzdem sind diese Vorrichtungen von den Strömungsmitteldurchsätzen abhängig, welche von jedem der besagten Generatoren geliefert werden und praktisch von deren Betriebscharakteristiken bestimmt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Vorrichtungen dieser Art eine bessere Anpassungsfähigkeit an die Erfordernisse der Praxis zu vermitteln, insbesondere die Bildung von Plasmastrahlen innerhalb von Strömungsmitteln jeder Art zu ermöglichen, wie beispielsweise in reinen Gasen, Gasgemischen, Dämpfen, Flüssigkeiten oder flüssigen Lösungen, Aerosolen, Brühen, Schäumen, Emulsionen und Suspensionen, welche mit beliebigen Durchsätzen (Menge je Zeiteinheit) strömen, wobei dies auf beträchtlich eii-if'-chere Art und V/eise als bisher geschieht. Die Erfindung, womit; diese Aufgabe gelöst ist, beruht auf den aufgefundenen Prinzip, daß der zwischen den in einer Plasmaströmung enthaltenden Gasen und der (gegebenenfalls sogar weniger als die besagten das Plasma erzeugenden kalten Gase) dielektrischen Umgebungsatmosphäre vorhandene Unterschied der elektrischen Leitfähigkeiten dazu, ausgenutzt werden kann, in der erwähnten Strömung eine bevorzugte Bahn für den Fluß eines elektrischen Stromes hervorzurufen.

Das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs angegebenen Art zur Erzeugung eines Plasmas ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder aus einer Düse austretende Gasstrom an einer Elektrode berührend vorbeifließt, welche in einen normalerweise offenen elektrischen Kreis mit einem äußeren Hauptgenerator eingeschaltet ist, wobei mindestens ein Strom frei von einer eigenen Zufuhr elektrischer Energie zwischen der zugehörigen Düse und der zugehörigen Elektrode ist, und daß ferner in den

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Strömen zwischen den zugehörigen Elektroden eine Minderung des elektrischen Widerstandes derart erfolgt, daß ein Schliessen des besagten Kreises durch Zündung elektrischer Bögen in den erwähnten Strömen geschieht. Dabei kann in vorteilhafter Weise die Düse eines der erwähnten Ströme bzw. Strömungen und die zugehörige Elektrode aus der positiven bzw. negativen Elektrode (oder auch umgekehrt) eines Pilot-Plasmabrenners bestehen.

In weiterer Vervollkommnung der Erfindung kann als äußerer Hauptgenerator ein Gleichstromgenerator oder ein Wechselstromgenerator verwendet werden, dessen eine Klemme mit mindestens einer Elektrode des Pilot-Plasmabrenners und dessen andere Klemme mit den mit den restlichen Strömen zusammenwirkenden Elektroden bzw. mit der mit einer der jeweils einen Gasstrom liefernden Düsen zusammenwirkenden Elektrode verbunden ist. Im Falle der Verwendung eines Gleichstromgenerators, dessen negative Klemme mit mindestens einer Elektrode des Brenners und dessen positive Klemme mit den mit den restlichen Strömen zusammenwirkenden Elektroden verbunden ist, können die Elektroden der restlichen Ströme als Düsen ausgebildet sein, welche in den erwähnten elektrischen Kreis eingeschaltet sind.

Auch kann mit Vorteil ein Mehrphasenstromgenerator als Hauptgenerator eingesetzt v/erden, dessen eine Phase mit mindestens einer Elektrode des Pilot-Plasmabrenners und dessen andere, der Anzahl der Düsen entsprechenden Phasen jeweils mit der Elektrode einer der Strömungen verbunden sind.

Einem weiteren kennzeichnenden Merkmal der Erfindung zufolge ist die Energiezufuhr des Pilot-Plasmabrenners vom besagten elektrischen Kreis unabhängig, in welchen die Elektroden der nicht vom Brenner herrührenden Ströme eingeschaltet sind.

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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann zur Zündung der Bögen in den Strömungen entlang jedes Stromes ein Bogen hoher Frequenz erzeugt werden. Stattdessen kann auch zeitweilig ein elektrischer Leiter zwischen die Elektrode jedes Stromes und den Strom des Pilot-Plasmabrenners gebracht werden. Auch ist es möglich, den Pilot-Plasmabrenner und die Elektroden jedes nicht von diesem herrührenden Stromes bis auf einen solchen Abstand einander zu nähern, daß die an den Klemmen des Hauptgenerators vorhandene Spannung selbst die Ionisierung jedes Gasstroms bewirkt. Weiterhin können mit Vorteil in die Strömungen ionisierbare Substanzen, vorzugsweise Alkalihalogenide oder Metalloxide eingebracht werden. Schließlich ist es auch möglich, diejenige Atmosphäre, in welche die Strömungen eintreten, mit einem Pilot-Plasmabrenner mit einem Plasmastrahl großen Querschnitts so ausreichend zu ionisieren, daß die Strömungen in dieser Atmosphäre eine Bogenzündung erfahren.

Die Energiezufuhr des Pilot-Plasmabrenners kann mit Vorteil nach der Zündung der Bögen in den Strömen unterbrochen werden.

Schließlich können einem weiteren kennzeichnenden Merkmal der Erfindung zufolge die Düsen der nicht dem Plasmabrenner zugeordneten Strömungen mit den zugehörigen Elektroden in mehreren Gruppen angeordnet werden, wobei die Ströme jeder Gruppe an einem bestimmten Punkt auf der Achse des vom Pilot-Plasmabrenner abgegebenen Strahles zusammenlaufen und die Elektroden jeder Gruppe in einen selbständigen Kreis eingeschaltet werden. Dabei werden die elektrischen Bögen in jeder Gruppe nach denjenigen der vorhergehenden Gruppe gezündet, beginnend mit der dem Pilot-Plasmabrenner nächstliegenden Gruppe, ferner wird die selbständige Energiezufuhr zu jeder Gruppe beginnend mit der dem Brenner nächstliegenden

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Gruppe frühestens nach, der Zündung der elektrischen Bögen in den Strömungen der folgenden Düsengruppe unterbrochen.

Die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend umrissenen Verfahrens sind den beigefügten Ansprüchen 16 bis 32 zu entnehmen. Aus ihnen geht auch hervor, daß die einfachen Düsen der nicht vom Pilot-Plasmabrenner ausgehenden Strömungen jeweils um die Düsenmündung herum einen leitenden Ringbereich aufweisen, der von einer elektrischen Isolierung umgeben ist. Ferner sind die Elektroden dieser Düsen jeweils aus Elektronen emittierendem Material hergestellt, vorzugsweise aus Wolfram. Weiterhin können die Elektroden vorteilhafterweise jeweils im Inneren des Ejektionskanals der zugehörigen Düse in der Achse derselben verlaufend angeordnet sein und aus der Mündung der zugehörigen Düse hervorragen.

Die Anode des Pilot-Plasmabrenners ist vorzugsweise in Richtung des davon ausgehenden Plasmastrahls divergierend ausgebildet. Dabei kann mit Vorteil ein zum Brenner fluchtend angeordneter Ring vorgesehen sein, welcher eine sich zum Brenner hin erweiternde konische, den vom Brenner ausgehenden Plasmastrahl zentrierende Fläche aufweist. Der Ring ist vorteilhafterweise mit einer der Elektroden des Brenners elektrisch verbunden. Stattdessen kann er auch in den Kreis der Elektroden der nicht vom Brenner ausgehenden Ströme eingeschaltet sein.

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Kachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Pig. 1 bis 3 verschiedene erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Erzeugung von Plasmastrahlen innerhalb von gasförmigen Strömungen in schematischer Wiedergabe;

Fig. 4- bis 6 jeweils die Ansicht eines Axialschnitts durch eine andere Düse für eine solche Vorrichtung;

Fig. 7 bis 13 weitere erfindungsgemäße Vorrichtungen in schematischer Wiedergabe.

Zwei gasförmige Strömungen P und E sind konvergierend angeordnet, von denen wenigstens eine von einer Düse A herrührt, welche mit einer Elektrode 1 versehen ist, die mit der zugehörigen Strömung in Berührung steht. Die Elektrode 1 ist in einem elektrischen Kreis 2 eingeschaltet, welcher einen äußeren Hauptspexsegenerator G- aufweist. In den Strömungen P und E wird außerhalb der Düse A eine Verminderung des elektrischen Widerstandes hervorgerufen, so daß der elektrische Kreis 2 durch die Strömungen P und E geschlossen werden kann. Die an jeder Düse vorgesehene Elektrode kann von einem leitenden Teil der Düse selbst gebildet sein, wie in den Figuren 1, 2, 4, 7 und 9 der Fall, oder aus einem besonderen Bauteil 1c bestehen, wie in den restlichen Figuren der beigefügten Zeichnungen angegeben.

Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird eine Strömung, beispielsweise die Strömung P, von einem Pilot-Plasmabrenner C geliefert, der mehrere Elektroden, beispielsweise eine Anode 3 und eine Katode 4- aufweist, von denen mindestens eine in den elektrischen Kreis 2 eingeschaltet ist.

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Der selbständige Speisegenerator H des Pilot-Plasmabrenners C kann selbst auch in den Kreis 2 eingeschaltet sein, wie in Fig. 1 dargestellt. Dies muß jedoch nicht der Fall sein und ist es besonders dann nicht, wenn der Unterbrecher 5 im Speisekreis 6 des Pilot-Plasmabrenners C bei der Vorrichtung nach Fig. 2 geöffnet ist.

Wie oben bereits erwähnt, kann eine bevorzugte Bahn für den Durchlauf des Bogens in der Strömung E gebildet werden, selbst wenn die elektrische Leitfähigkeit in dieser Strömung E vor der Zündung geringer ist als diejenige der Umgebungsluft, wobei jedoch dieser Bogen in einem Bereich der Düse entspringen muß, der vom Gas der Strömung umflutet ist. Die Zündung des Bogens, welche eine Erwärmung des besagten Düsenbereiches zur Folge hat, bewirkt auch eine Erwärmung und damit eine Verminderung des elektrischen Widerstandes des strömenden Gases, welches auf diese Weise dem Durchfluß des elektrischen Stromes einen geringeren Widerstand als die Luft bietet. Diese Wirkung steigert sich noch, wenn das strömende Gas in Ruhe bereits weniger dielektrisch ist als die Umgebungsatmosphäre.

insbesondere bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2, wobei die vom Pilot-Plasmabrenner C herrührende Strömung P selbst ionisiert ist, genügt also die Zündung eines Bogens zwischen dieser Strömung P und der Düse A entlang der Strömung E, um den elektrischen Kreis 2 zu schließen.

Es ist festgestellt worden, daß diese Zündung auf verschiedene Art und Weise stattfinden kann, insbesondere auch so, wie die Zündung eines Plasmabrenners üblicherweise vorgenommen wird. Bei der Anwendung dieser Verfahren auf die in Rede stehenden Düsen wird beispielsweise so vorgegangen, daß entlang der aus der Düse austretenden gasförmigen Strömung Entladungen hoher Frequenz hervorgerufen werden, oder man stellt mittels

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eines Leiters aus Graphit oder dergleichen eine zeitweilige elektrische Verbindung zwischen der Düse A und der Strömung P her. Die Zündung kann bei beweglicher Düse A und beweglichem Brenner 0 auch so erfolgen, daß diese bis auf einen solchen Abstand einander genähert werden, daß die an den Klemmen des Hauptspeisegenerators G zur Verfügung stehende Spannung selbst die Ionisierung des von der Düse A ausgehenden Gasstromes hervorruft. In diesem Fall ist die Ionisierung durch den Spitzen- oder Korona-Effekt begünstigt, der dann eintritt, wenn die Elektroden die in den Fig. 5 und 6 wiedergegebene Gestalt aufweisen. Die Zündung kann auch durch Einführung von ionisierbaren Substanzen, beispielsweise Alkalihalogeniden oder Metalloxiden, in den von der Düse ausgehenden Strom vorgenommen werden, oder auch durch Ionisierung des umgebenden Milieus, beispielsweise unter den in Verbindung mit Fig. 10 und 11 noch zu beschreibenden Bedingungen.

Wenn die Düse A mit der positiven Klemme des gleichstromliefernden Generators G (Fig. 1 und 2) verbunden ist, dann kann die Düse A als einfache Metalldüse ausgebildet sein, wie sie beispielsweise im einzelnen in Fig. 4 wiedergegeben ist. Sie weist einen Ejektionskanal 7 für Gas auf, der von einer Kühlkammer 8 umgeben ist, die mit einer Speiseleitung 9 für Kühlmedium und mit einer Ablaufleitung 11 dafür nach dem Durchlaufen der Kammer 8 ausgestattet ist. Der leitende Teil 1 bildet um die Mündung 12 der Düse herum nur einen engen Ring 15, damit· in seiner Höhe eine ausreichende Zentrierung des im zugehörigen Gasstrom gebildeten Bogens gewährleistet ist. Dazu ist die Vorderseite der Düse vorteilhafterweise um den Ring 15 herum mit einer elektrischen Isolierung 14 versehen, welche außerdem die Entstehung von Funken oder von Parasitbögen beim Betrieb der Vorrichtung praktisch ausschließt.

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Eine solche Düse verhält sich wie ein richtiger Plasmabrenner, wenn einmal die Zündung eines elektrischen Stromes, insbesondere unter den oben angegebenen Bedingungen, zwischen der Düse A und der ionisierten Strömung P entlang der Strömung E erfolgt ist, obwohl eine eigentliche Zufuhr elektrischer Energie nicht .vorliegt.

Das Schließen des Kreises 2 über die Strömungen P und E ermöglicht die Verminderung, ja sogar ein völliges Verschwinden des vom Generator H gelieferten Stromes. Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 kann der elektrische Strom im Kreis 2 entweder durch die Katode oder durch die Katode und die Anode laufen, wobei der Generator H sich höchstens wie ein einfacher Widerstand verhält, wenn er in den Kreis eingeschaltet ist. Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 läuft der elektrische Strom vorzugsweise durch die Katode 4· des Brenners C, so daß die negative Klemme des Generators G gleichfalls unmittelbar an die Katode 4- des Brenners C angeschlossen werden kann (Fig. 2). Der Generator H kann auch aus dem Kreis 2 herausgenommen werden, insbesondere durch öffnung eines Unterbrechers 5 im Zweig des autonomen Speisekreises 6 des Pilot-Plasmabrenners 0 (Fig. 2).

Auf diese Weise wird eine Vorrichtung erhalten, bei welcher es möglich ist, ein Plasma in den gasförmigen Strömungen entstehen zu lassen, welche aus einfachen Düsen herrühren, was. es möglich macht, den Durchsatz der Strömungen in Abhängigkeit von anderen als denjenigen Veränderlichen zu regeln, welche den bekannten Vorrichtungen zugeordnet sind. Insbesondere können die Betriebscharakteristiken jeder der Strömungsquellen unberücksichtigt bleiben.

Vor allem können mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen Plasmastrahlen im Inneren von Gasströmen erzeugt werden,

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welche von den in Rede stehenden Düsen herrühren und sehr viel geringere Durchsätze oder im Gegenteil sehr viel höhere Durchsätze (Menge je Zeiteinheit) verwirklichen, als die klassischen Brenner, je nach-dem, ob man laminare Plasmaströme Eq oder Plasmaströme E_Q' von großem Volumen und von entsprechend den Erfordernissen der Praxis mehr oder weniger großer Leistung und Temperatur zu erhalten wünscht.

Außerdem können mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen Plasmastrahle im Inneren von korrosiven oder oxidierenden Gasen, wie beispielsweise Sauerstoff, vermittelt werden, welche auf die Düsen ohne Einfluß sind, insbesondere bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2.

Beispielsweise sind bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 die in der nachstehenden Tabelle I aufgeführten Ergebnisse ermittelt worden, wobei durch den Pilot-Plasmabrenner 0 ein Stickstoffstrom mit einem Durchsatz von 71/min und von der Düse A ein Argonstrom mit einem Durchsatz von ebenfalls 71/min geliefert wird, der Winkel zwischen den Achsen des Brenners C und der Düse A 90° beträgt, die Entfernung zwischen der Mündung des Brenners C und dem Vereinigungspunkt der Ströme P und E 13 cm ausmacht, und der Abstand zwischen der Mündung der Düse A und dem Vereinigungspunkt der Ströme P und E 5 cm beträgt. In der Tabelle I ist in der linken Spalte die von dem unter Spannung gesetzten Generator H gelieferte Leistung, in der mittleren Spalte die vom Generator G abgegebene Leistung und in der rechten Spalte das gemessene Verhältnis der von die sen Generatoren gelieferten Energie (Ausbeute, Wirkungsgrad) angegeben, welche in den Strömungen P, E und in der aus deren Vereinigung resultierenden Strömung E_Q verteilt ist.

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Tabelle I

Leistung des Generators H (kW)	Leistung des Generators G (kW)	Wirkungsgrad
15 (60 V j 250 A)	30 (130 V ; 250 A	78 %
15 (60 V ; 250 A)	38 (160 V ; 240 A)	81 %
O	45 (185 V '; 240 A)	> 90 0

Aus dei Tabelle I geht hervor, daß die Einstellung der Eigenspeisung des Brenn&rs C zur Folge hat, daß der energetische Wirkungsgrad der Vorrichtung beträchtlich steigt. Dies zeigt insbesondere ein Vergleich der in der ersten und dritten Zeile der Tabelle I angegebenen Wirkungsgrade, welche aus Ergebnissen von Versuchen herrühren, bei denen die Gesamtleistungen gleich groß waren.

In der nachstehenden Tabelle II sind die Ergebnisse aufgeführt, welche bei der Speisung derselben Düse A mit Sauerstoff und mit Abständen des Brenners C und der Düse A vom Vereinigungspunkt der Ströme P und E von 7 bzw. 5 cm erzielt wurden, wobei die restlichen Versuchsbedingungen den oben angegebenen entsprechen.

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Tabelle II

Leistung des Generators H (kW)	Leistung des Generators G (kW)	Wirkungsgrad
15 (60 V ; 250 A)	60 (200 V ; 300 A)	80 %
15 (60 V ; 250 A)	44 (200 V ; 220 A)	75 $
O	48 (230 V ; 210 A)	90 % ; :

In den vorstehenden Vorrichtungen ist der leitende Teil 1 der Düse A mit der positiven Klemme des Generators G verbunden. Er kann auch an die negative Klemme des Generators G angeschlossen sein, wie bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3. Stattdessen ist es auch möglich, daß der leitende Teil 1 der Düse A mit einer der Klemmen einer Quelle für einphasigen oder mehrphasigen Wechselstrom verbunden ist, wobei dieser Teil 1 sich dann wie eine kontinuierliche oder periodische Katode verhält.

Nach der 'Zündung des Bogens in den Strömungen P und E und gegebenenfalls nach dem Abstellen des Generators H kann auch, wie bei der Vorrichtung nach Fig. 2, eine der Elektroden des Pilot-Plasmabrenners G, beispielsweise die Anode 3» mittels eines Unterbrechers 5 abgeschaltet werden, der im Kreis 2 angeordnet ist. Dann nimmt lediglich die Katode 4 des Brenners C am Stromdurchfluß teil, welcher den Plasmastrahl in den Strömungen P und E hervorruft. Es kann auch die umge-

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kehrte Anordnung getroffen sein, nämlich eine Abschaltmöglichkeit für die einzige Katode des Brenners 0 vorgesehen sein. .Auch können die beiden Elektroden 3 und 4 des Brenners G kurzgeschlossen werden.

Der leitende Teil 1 der Düse A verhält sich um so mehr wie eine Gleichstromkatode (wenn der Generator G Gleichstrom liefert) oder wie eine periodische Katode (wenn der Generator G keinen Wechselstrom oder Mehrphasenstrom liefert), wenn sie aus einem Elektronen oder ionisierte Teilchen liefernden Material besteht, beispielsweise aus Wolfram. Vorteilhafterweise werden die in den Fig. 5 und 6 wiedergegebenen Düsen verwendet, welche sich dadurch auszeichnen, daß der leitende Teil 1c die Rolle einer Katode spielt und im Inneren des Ejektionskanals 7 angeordnet ist, wobei das der Düse A insbesondere über eine Zuführleitung 18 zuströmende Gas in dem Kanal 7 das Teil 1c umfluchtet.

Bei bevorzugten Ausführungsformen dieser letzten Düsenart fluchtet die Katode 1c mit der Vorderfläche der Düse (Fig. 5) oder ragt aus ihr nach vorne vor (Fig. 6), so daß eine bessere Erwärmung und ein besserer Kontakt der Katode 1c mit dem ionisierten Teil des von der Düse abgegebenen Gasstromes gegeben ist.

Die den Kanal 7 umgebenden Teile der Düse können aus einem leitenden Material bestehen, das auf das Potential der Katode 1c (Fig. 5) gebracht ist, oder sie können aus einem isolierenden feuerfesten Material bestehen, wobei der leitende Teil 1c allein mit dem Generator G verbunden ist.

Diese Düsen können auch mit Kuhleinriehtungen versehen sein, welche eine Zufuhrleitung 20 für ein Kühlmittel aufweisen, das gemäß den in den Fig. 5 und 6 eingezeichneten Pfeilen zur

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Kühlung des Katodenträgers 21 fließt und gegebenenfalls die den Kanal 7 umgebenden Teile 19 der Düse abkühlt, bevor es über eine Ablaufleitung 22 die Düse verläßt (Fig. 5). Es kann auch eine Kühlung durch das plasmagene Strömungsmittel vorgesehen sein, wenn dieses der Düse mit einem dafür ausreichenden Durchsatz zugeführt wird.

Der Brenner C muß nicht nur mit einer einzigen Düse verbunden sein, wie in den beschriebenen Vorrichtungen der Fall, sondern kann mit mehreren Düsen A., Ap, A, ... A verbunden sein, welche derart angeordnet sind, daß die von ihnen herrührenden Gasströmungen die Plasmaströmung P schneiden, welche vom Pilot-Plasmabrenner C herrührt, wobei dann, wenn der Generator G unter Spannung gesetzt wird, in den von den n-Düsen ausgehenden η-Strömungen gleichzeitige oder aufeinanderfolgende Zündungen elektrischer Bögen stattfinden.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 7 sind die η-Düsen mit der positiven Klemme des gemeinsamen Speisegenerators G verbunden. Die Polaritäten der Düsen können umgekehrt sein, wobei es jedoch vorteilhaft ist, diese Düsen mit emittierenden Katoden 1c zu versehen, wie sie in Verbindung mit den Fig. 5 und 6 beschrieben sind.

Bei einer Variante dieser Vorrichtung, wie sie in Fig. 8 wiedergegeben ist, sind die Düsen A., Ap, ... A jeweils mit η-verschiedenen Phasen a, b ... η einer mehrphasigen Wechselstromspeisung verbunden, welche eine n+1-Phase aufweist, welche mit einer der Elektroden des Pilot-Plasmabrenners C, beispielsweise der Anode, verbunden ist, und zwar öe nach der Stellung des Unterbrechers 17 zwischen den Generatoren G und H. ^; Nach der Zündung, in Gegenwart des Plasmastrahles P aus dem Pilot-Plasmabrenner 0, des polyphasen Wechselstroms durch die Strömungen P und E_x., Eo ... E_n, insbesondere durch das Unter-

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spannung·Setzen des Generators G und erforderlichenfalls durch Verminderung des Widerstandes jedes dieser Ströme durch Jedes der beschriebenen Mittel, kann die Zufuhr von elektrischer Energie zum Brenner C abgestellt werden, wobei der elektrische Bogen allein durch die Wirkung der polyphasen Speisung aufrechterhalten bleibt·

Mit jeder Riase der polyphasen Speisung kann mehr als eine Düse verbunden werden, wenn das Zusammenlaufen der von diesen Düsen ausgehenden Strahlen gewährleistet ist (Phase b der polyphasen Speisung gemäß Fig. 8).

Bei einer weiteren Vorrichtungsvariante, wie sie in Pig. 9 wiedergegeben ist, sind die Generatoren G und H in ein und demselben Generator G vereinigt, von dem beispielsweise die negative Klemme mit der Katode 4 des Pilot-Plasmabrenners C verbunden ist, während die positive Klemme mit den Düsen A^, Ao ... A verbunden ist, und wobei schließlich eine Klemme b

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mit Zwischenpotential über einen Widerstand 23 mit der Anode 5 des Brenners G verbunden ist. Wenn I_Q die Stärke des vom Generator G gelieferten Stromes im einzigen Speisekreis 6 des Pilot-Plasmabrenners C ist, und zwar vor der Zündung der Bögen durch die Strömungen E^., Ep ... E , dann teilt sich diese Stromstärke I₀ nach der Zündung in eine Stärke I-· zur Aufrechterhaltung des Pilotplasmas P und in eine Stromstärke I₂ zur Aufrechterhaltung der n-Plasmastrahlen, welche in den von den Düsen abgegebenen Strömen ausgebildet sind.

Der Widerstand 23 ist vorteilhafterweise so groß, daß die Stromstärke I- bezogen auf die Stromstärke Ip klein ist. Wenn jedoch aus irgendeinem Grund der in Plasmastrahl P und den η-Strömen der Düsen gebildete elektrische Kreis zu brechen im Begriff ist, dann nimmt der Strom I_x. wieder den ursprüngli-

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chen Wert I₀ an und ermöglicht daher die neuerliche Zündung des elektrischen Stromes in den η-Strömungen, wobei diese Wiederzündung mit der begleitenden Abnahme der Stärke des Speisestroms des Pilot-Plasmabrenners C bis auf die Stromstärke I^ verbunden ist.

Auch hier können die Anschlüsse umgekehrt sein, wobei die leitenden Teile der Düsen A,., A₂ ... A dann vorzugsweise angeordnet und ausgebildet sind, wie vorstehend in Verbindung mit den Fig. 5 und 6 dargelegt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Speisekreis 2 der Düsen-A^y Ap... A verschieden vom Speisekreis 6 des Pilot-Plasmabrenners C, welcher dann eine Ionisierung der Atmosphäre hervorruft, in welcher die Gasstrahlen E^, E₂ ... E verlaufen, welche konvergieren und Von den Düsen ausgehen. Dadurch wird ein leichteres Schließen des Kreises 2 über diese Strahlen erreicht. Derartige Vorrichtungen sind in den Fig. 10 und 11 dargestellt. Bei derjenigen nach Fig. 10 liefert der Generator G Gleichstrom. Er könnte auch Wechselstrom in dem Fall liefern, wenn die Düsen A^i und A₂ vorzugsweise beide mit einem mittleren Emissionsstück 1c ausgestattet sind. Bei der Vorrichtung nach Fig. 11 sind die Düsen mit den Phasen einer polyphasen Speisung verbunden.

Wenn die Gleichstrom-oder Einphasen- bzw. Mehrphasenwechselstrom-Bögen in den von den Düsen ausgehenden konvergierenden Strömungen gezündet sind, dann kann in jedem Fall die elektrische Energiezufuhr zum Pilot-Plasmabrenner C abgestellt werden, so daß sich Plasmastrahlen in den Strömungen ergeben, welche aus sehr einfachen Düsen kommen, die keine eigene Zufuhr elektrischer Energie haben.

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Insbesondere konnte die besagte Erfahrung mit zwei nach drei Düsen gewonnen werden, welche Argonströmungen mit einem Durchsatz zwischen 1 und 100 l/min lieferten und mit einphasiger bzw. dreiphasiger elektrischer Energie von 380 Volt und 50 Hz versorgt wurden, wobei die Düsen so angeordnet waren, daß der Schnittpunkt ihrer Achsen 5 cm von ihren Mündungen entfernt war.

Der Pilot-Plasmabrenner C wurde mit Stickstoff und mit einem Durchsatz von 7 l/min sowie mit Gleichstrom von Volt und 250 Ampere gespeist, wobei die Vorderseite des Pilot-Plasmabrenners 0 im Abstand von 10 cm vom Konvergenzpunkt der Gasströmungen angeordnet war. λ

Nach dem Löschen des Pilot-Plasmabrenners C wurde für den zwischen den Düsen fließenden Strom eine Spannung von 100 Veff· und eine Stärke von 280 Aeff. gemessen. Dies entspricht einer Dreiphasenwechselstromleistung von 48,5 kW mit einem Energiewirkungsgrad > 95 % in den besagten Gasströmungen.

Bei allen Vorrichtungen reicht es zur Zündung des Bogens in den Strömungen aus, daß die aus den verschiedenen Düsen ausströmenden Strahlen einschließlich gegebenenfalls des Strahls aus dem Pilot-Plasmabrenner, ausreichend gegeneinander genähert werden, bis sie beispielsweise sich gegen- ™ seitig berühren, ohne daß sie jedoch stark konvergent verlaufen müßten.

Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtungen kann dadurch verbessert werden, daß der Anode 3 des Pilot-Plasmabrenners C eine in Richtung der Emission des zugehörigen Plasmastrahles P divergierende Gestalt gegeben wird (Fig. 10 und 11).

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Eine derartige Ausgestaltung der Anode 3 des Pilot-Plasmabrenners C gewährleistet eine Plasmaströmung mit grösserem Querschnitt und geringerem Widerstand, daher eine besser elektrisch leitende Strömung. Darüberhinaus ist es einfacher, das Aufeinandertreffen der Strömungen des Plasmabrenners C und der beiden Düsenströme stattfinden zu lassen, und damit auch die Zündung der elektrischen Bogen in diese'n Strömungen.

Die besagte Ausgestaltung ist dann besonders vorteilhaft, wenn ein verhältnismäßig großes Volumen der Atmosphäre ionisiert werden soll, um vor allem die Zündung der Bögen in den Bögenströmungen in den Vorrichtungen gemäß Fig. 10 und zu erleichtern. Außerdem ermöglicht diese Ausgestaltung insbesondere dann ein leichteres Aufrechterhalten des elektrischen Stromes in den Gasströmungen mit Hilfe des Hauptgenerators G allein, wenn der Generator H stillgesetzt worden ist.

Weiterhin wird der Betrieb einer Vorrichtung mit einem Pilot-Plasmabrenner C mit divergierender Anode verbessert, wenn außerdem ein Ring 30 (Fig. 12) vorgesehen ist, der mittels über eine Leitung 31 zugeführtes Yiasser gekühlt ist und eine konische Fläche 32 aufweist, die sich zum Brenner C hin erweitert, wobei die Achse des Ringes 30 nebst konischer Fläche 32 mit derjenigen des Brenners G fluchtet.

Der Ring 32 bewirkt also eine Zentrierung und Gestaltung des Pilot-Plasmastrahls und kann außerdem als Hauptanode des Brenners C dienen, wenn er mit diesem elektrisch verbunden ist, wobei die innere Anode des Brenners 0 lediglich zur Zündung dient. Es kann dann ein Pilotstrahl größerer Leistung erzielt werden, und zwar wegen der größeren Betriebspotentialdifferenz des Brenners G. Außerdem kann der Betrieb des Pilot-Plasmabrenners C unter Druck beträchtlich verbessert sein,

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wenn derRing 30 als Hauptanode verwendet wird, beispielsweise wenn die gesamte Vorrichtung' in einer Außenatmosphäre mit einem Druck zwischen beispielsweise 1 und 20 Bar arbeitet.

Ein mit einem Ring 30 versehener Brenner C kann vorteilhaft erweise mit Düsen/Elektroden-Gruppen zusammenwirken, wobei jede Gruppe beispielsweise drei Düsen A^, Ap und A, mit wassergekühlten Kupferelektroden aufweist, von denen ^jede eine Zuführungsleitung für Stickstoff (oder zu erwärmendes Strömungsmittel) aufweist, wobei die Elektroden einzeln mit jeder Phase einer elektrischen Dreiphasenspeiseanordnung mit veränderlicher Spannung und veränderlichem Strom verbunden sind. Jede der Düsen/Elektroden-Gruppen kann entlang ihrer Achse verschoben werden, wie in Fig. 12 für eine Gruppe durch die Wiedergabe einer Zahnstange 33 dargestellt ist, wobei· die Achsen dieser Gruppen in einem Bündel dreier Ebenen zu 120° angeordnet und um 60 bezüglich der Achse des Brenners C geneigt sind (Fig. 12)»

Diese Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Der Pilot-Plasmabrenner C wird gezündet und der Durchsatz an plasmagenem Gas sowie die elektrische Leistung werden so eingestellt, daß die erforderliche Ionisierung des Zwischenelektrodenraumes sich ergibt, und zwar'nach dem Durchgang des Strahles durch den Zentrierring 30. Unter diesen Bedingungen läuft der Dreiphasenv.'echselstrom zwischen den Elektroden entlang den Gasströmungen, die ihnen zugeordnet sind. Man kann daher den Zwischenelektrodenabstand in weitem Ausmaß steigern, und zwar mittels der Einrichtungen 33, erforderlichenfalls den Brenner C löschen, und die den Elektroden zugeführten Gasdurchsätze stark verändern.

Eine mit einer dieser Gruppen arbeitende Vorrichtung hat zu den in der nachstehenden Tabelle III aufgeführten Ergebnissen geführt.

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Tabelle III

Interelektrodenabstand (dmm)	30	40	60	100	120
Interelektroden- spannung V (Volt)	90	100	140	200	220
Stromstärke I je Phase	160	160	180	200	200
P (kW)	24,5	27	43,6	69,7	76,1

Der Pilot-Plasmabrenner C arbeitet beim Zünden mit 60 V, 400 A und einem Stickstoffdurchsatz von 20 l/min. Der Durchsatz an jeder der Elektroden liegt in der Größenordnung von 30 l/min. Der Interlektrodenabstand ist zwischen den Elektrodenspitzen genommen, jedoch ist der wirkliche Stromweg von Elektrode zu Elektrode langer, da er durch den Vereinigungspunkt der drei Plasmaströme läuft. Der energetische Wirkungsgrad liegt in der Größenordnung von 90 #.

Es ergeben sich auf diese Weise Vorrichtungen, welche Plasmas von großem Volumen und großer Energie hervorbringen, wobei eine weitere Steigerung durch Entfernung der Düsen/Elektroden jeder der-Gruppen und demzufolge durch Vergrößerung der Potentialdifferenz erzielt werden kann, die zwischen den verschiedenen Elektroden jeder der Gruppen angewendet werden kann-, wenn einmal die elektrischen Bögen zwischen ihnen gezündet sind«

Außerdem können mehrere Gruppen oder Etagen insbesondere Dreiphasenetagen G^₁ G₂ ... vorgesehen sein (Fig. 12). Jede dieser Etagen weist drei identische Elektroden auf, welche

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von Gasströmungen beaufschlagt sind. Wenn der Pilot-Plasmabrenner C den Zwischenelektrodenraum der ersten Etage ionisiert, dann kann diese arbeiten und der so gebildete Plasmastrahl dient als Pilot für die folgende Etage usw.

Da die Plasmastrahlen immer stärker werden, kann der Zwischenelektrodenabstand von Etage zu Etage gesteigert werden, was die Eigenleistung in jeder Etage steigert, ebenso wie den Querschnitt und den Durchsatz des resultierenden Plasmastrahles. Dessen Geometrie kann durch Veränderung der Orientierung, der Anordnung und des Gasdurchsatzes der Elektroden variiert werden. Die dem Plasma mitgeteilte Stärke oder Leistung wächst schnell mit der Anzahl der Etagen, ausgehend von einem Pilot-Plasmabrenner C von geringer Stärke bzw. Leistung.

Das vorstehende Prinzip kann in vielen Vorrichtungen verwirklicht werden. Alle diese Vorrichtungen sind durch einen sehr einfachen elektrischen Speisekreis gekennzeichnet, wobei Jede der Vorrichtungen höchstens einen Pilot-Generator für ionisiertes Gas erfordert. Obwohl im Vorstehenden lediglich ein Plasmabrenner beliebiger selbständiger Energiezufuhr (Gleichstrom, Wechselstrom, Hochfrequenzstrom) als Pilot-Generator für ionisiertes Gas erwähnt worden ist, ist jede Generatorart einsetzbar, wie beispielsweise ein Brenner mit chemischer Verbrennung, dessen Flamme gegebenenfalls mit einem ionisierenden Stoff geimpft sein kann, ein Dampferzeuger, ein Generator ionisierter gasförmiger Gemische, eine Vorrichtung für einen Kurzschluß zwischen den Düsen und zur Erzeugung der Zündbögen.

Diese Vorrichtungen ermöglichen außerdem die Erzeugung von Plasmastrahlen im Inneren von Gasströmen jeglicher Art einschließlich Strömen plasmagener Gase, die gegenüber Metallen bei hoher Temperatur korrosiv sind, beispielsweise

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im Innern von Sauerstoffströmen. Dies insbesondere dann, wenn die Düsen mit der positiven Klemme eines gemeinsamen Gleichstromspeisegenerators G verbunden sind.

Desgleichen ist der Betrieb solcher Vorrichtungen vom Durchsatz jeder der Düsen praktisch unabhängig, so daß laminare Plasmastrahlen bei beliebig geringen Durchsätzen hervorgebracht werden können, wobei das voraussehbare Minimum in allen Fällen beträchtlich geringer ist als der Mindestspeisegasdurchsatz eines klassischen Brenners, so daß die Summe der von diesen Düsen ausgestoßenen Elementarströmungen einen resultierenden Strahl von gleichfalls laminarem Charakter ergibt.

Demgegenüber ermöglichen diese Vorrichtungen auch die Bildung von Plasmastrahlen sehr großen Volumens. Insbesondere ist es mit der in Fig. 13 schematisch wiedergegebenen, auf die in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene Weise arbeitenden Vorrichtung möglich, einen Plasmastrahl im Inneren eines Stromes sehr großen Volumens hervorzurufen, der aus einer porösen Scheibe 25 mit beliebiger Anzahl von öffnungen 26 heraustritt, von denen jede wie eine einzelne Düse wirkt.

Wenn in diesen Vorrichtungen in den Düsenströmen und gegebenenfalls in der Strömung des Pilot-Plasmabrenners die elektrischen Bögen gezündet sind, dann kann durch Verschiebung dieser Düsen und gegebenenfalls des Pilot-Plasmabrenners derart, daß eine Verlängerung der davon ausgehenden Strömungen erzielt wird, auch eine Steigerung der in diesen Strömungen verteilten Leistung in mindestens dem gleichen Maße erreicht werden.

Es kann auch in weitem Ausmaß auf die Gestalt der aus der Vereinigung der Strömungen E., E₂ ... E resultierenden

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Strömung E_Q eingewirkt werden, indem man die gegenseitige Anordnung der Düsen beeinflußt und/oder Hilfsgasströme heranzieht, welche vom elektrischen Strom nicht durchströmt werden und die Stromorientierung in eine gewünschte Richtung beeinflussen.

Nach der Zündung kann weiterhin das Gas mindestens einer der zur Zündung verwendeten Strömung durch ein anderes Gas ersetzt werden, beispielsweise durch ein für eine direkte Zündung weniger geeignetes Gas, wobei der Stromdurchfluß nicht unterbrochen wird.

Neben den bereits angegebenen Vorteilen besitzen die Vorrichtungen noch die Vorzüge geringer Gestehungskosten, keines oder nur eines geringen Verschleißes der Düsen, des Fehlensvon Isolierungsschwierigkeiten der Bauteile jeder der Gasströmungsquexien gegeneinander wegen desselben Potentials derselben und der Funktionsfähigkeit sowohl unter vermindertem als auch unter erhöhten Druck.

Für die Vorrichtungen gibt es zahlreiche Anwendungen. Beispielsweise können die Düsen an Ofen, insbesondere in ihrem Deckel, angepaßt v/erden, wobei die Düsen in den Innenraum des Ofens gerichtet sind und von einem einsigen Generator für ionisiertes Gas aus/gezündet werden, insbesondere von einem Plasmabrenner aus, der im Ofendeckel angeordnet ist. Weiterhin sind sie zur Behandlung von Stoffen geeignet, wie beispielsweise zum Schweißen, Schneiden, Schmelzen, ferner zur Behandlung von Pulvern, insbesondere feuerfesten Pulvern, durch Einspritzen derselben in das Innere eines oder mehrerer Plasmastrahlen, wobei die Verweilzeiten dieser Pulver zu berücksichtigen sind, welche sehr viel langer sein können, als bei den bekannten Vorrichtungen. Sie können auch zur Erhitzung von Gasen, Dämpfen oder Gemischen jeder Art und unter jedem

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Druck verwendet werden, wobei die Erhitzung direkt erfolgen kann, wenn das zu erwärmende Gas einer Batterie der erwähnten Düsen zugeführt wird. Weiterhin können die Vorrichtungen zur Durchführung verschiedener chemischer Reaktionen verwendet werden. Sie sind auch geeignet zum Plasmaantrieb mittels Erzeugung eines sehr heißen Gasstrahles mit großem Durchsatz (Menge je Zeiteinheit) und einem Druck von einigen Dekabar oder mehr.

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Claims (31)

1. Ansprüche

   Λ J Verfahren zur Erzeugung eines Plasmas, wobei mindestens zwei Strömungsmittelströme miteinander in Berührung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder aus einer Düse ($; A; A^, A₂ ... A_n) austretende Gasstrom (P; E; E^, E₂ E) an einer Elektrode (3,4; 1; 1c) berührend vorbeifließt, welche in einen normalerweise offenen elektrischen Kreis (2) mit einem äußeren Hauptgenerator (G) eingeschaltet ist, wobei mindestens ein Strom (PjEjE^, E₂ ... E_n) frei von einer eigenen Zufuhr elektrischer Energie zwischen der zugehörigen Düse (3;A;A^j, A₂ ... A_n) und der zugehörigen Elektrode (4; 1;1c) ist, und daß ferner in den Strömen (PjEjE^, E₂ ... E_n) zwischen den zugehörigen Elektroden (3»4;1;1c) eine Minderung des elektrischen Widerstandes sowie ein Schließen des Kreises (2) durch Zündung elektrischer Bögen in den Strömen (E;E^, E₂ ... E_n) erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse eines Stroms (P) der Ströme und die zugehörige Elektrode aus der positiven bzw. negativen Elektrode (3 bzw. 4) eines Pilot-Plasmabrenners (C) bestehen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichstromgenerator (G) verwendet wird, dessen negative Klemme mit mindestens einer Elektrode (3 bzw. 4) des Brenners (0) und dessen positive Klemme mit den mit den restlichen Strömen (E;E^,, E₂ ... E) zusammenwirkenden Elektroden (1;1c) verbunden-ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der restlichen Ströme (E;E^,_f E₂ ... E) als Düsen (1) ausgebildet sind, welche in den elektrischen Kreis (2) eingeschaltet sind.

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5. 5- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichstromgenerator (G) verwendet wird, dessen positive Klemme mit mindestens einer Elektrode (J bzw. 4) des Brenners (C) und dessen negative Klemme mit den mit den anderen Strömen (EjE,,, Eo ... E) zusammenwirkenden Elektroden (1;1c) verbunden ist.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechselstromgenerator (G) verwendet wird, dessen eine Klemme mit mindestens einer Elektrode (3 bzw. 4-) des Brenners (C) und dessen andere Klemme mit der mit einer der Düsen (A;A,,, A2 ... A_n) zusammenwirkenden Elektrode (1 ;1c) verbunden ist.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mehrphasenstromgenerator (G) verwendet wird, dessen eine Phase mit mindestens einer Elektrode (5 bzw. 4) des Brenners (C) und dessen andere, der Anzahl der Düsen (A; A^, Ao ... A) entsprechenden Phasen jeweils mit der Elektrode (1;1c) eines der Ströme (EjE_x,, E₂ ... E) verbunden sind.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhr des Brenners (C) vom elektrischen Kreis (2) unabhängig ist, in welchen die Elektroden (1;1c) der Ströme (EjE,,, Ep ... E) eingeschaltet sind.
9. 9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zündung der Bögen in den Strömen (EjE,*, Eo ... E) Bögen hoher Frequenz entlang der Strome (EjE.,Ep ... E) erzeugt werden.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zündung der Bogen in den Strömen

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    (E;E^, E₂ ... E) zeitweilig ein elektrischer Leiter zwischen die Elektrode (1;1c) jedes Stromes (E;E-, E₂ ... E) und den Strom (P) des Pilot-Plasmabrenners (C) gebracht wird.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zündung der Bögen in den Strömen (EjE^, E₂ ... E_n) der Brenner (C) und die Elektroden (1;1c) jedes Stromes (EjE^, E₂ ... E) bis auf einen Abstand einander genähert werden, so daß die an den Klemmen des Generators (G) vorhandene Spannung selbst die Ionisierung jedes Gasstroms (E;E^, E₂ ... E) bewirkt.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zündung der Bögen in den Strömen (EjE,-, E₂ ... E) ionisierbare Substanzen, vorzugsweise Alkalihalogenide oder Metalloxide in jeden Strom (E;E^, E₂ ... E) eingebracht werden.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zündung der Bögen in den Strömen (E;E^, E₂ ... E) durch den Brenner (C) mit einem Plasmastrahl (P) großen Querschnitts die Atmosphäre ausreichend ionisiert wird, in welche die Ströme (E;E^, E₂ ... E_n) eintreten.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhr des Pilot-Plasmabrenners (C) nach der Zündung der Bögen in den Strömen (E; E^, E₂ ... E) unterbrochen wird·
15. 15· Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (A^, A₂ »·. A_n) aiit den züge

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    hörigen Elektroden (1;1c) in mehreren Gruppen (G_x,, Go · · · G ) angeordnet werden, daß die Ströme (E_x,, Ep ... E bzw. ^Ea+1> ^Ea+2 ··· ^Eb ^bzw· ··· ^bzw· ^Em+1' ^Em+2 ··· V ^a'^eder Gruppe (G_x, bzw. G2 bzw. ... bzw. G) an einem bestimmten Punkt auf der Achse des vom Pilot-Plasmabrenner (C) abgegebenen Strahles (P) zusammenlaufen, wobei die Elektroden (1;1c) jeder Gruppe(G^ bzw. Go bzw. ... bzw. G) in einen selbständigen Kreis eingeschaltet werden, daß ferner die elektrischen Bögen in jeder Gruppe.nach denjenigen der vorhergehenden Gruppe gezündet werden, beginnend mit der dem Brenner (C) nächstliegenden Gruppe (G,,), und daß schließlich die selbständige Energiezufuhr zu jeder Gruppe (G,- bzw. G₀ bzw. ... bzw. G_v) beginnend mit der dem Brenner (C) nächstliegenden Gruppe (G_x.) frühestens nach der Zündung der elektrischen Bögen in den Strömen der folgenden Düsengruppe unterbrochen wird.
16. 16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der Düsen (3; A; A_x., Ap ... A), daß die daraus austretenden Gasströme (P; E; E_x,, E₂ ... E) einander berühren, vorzugsweise konvergierend verlaufen, wobei jeweils mit einem Gasstrom (P bzw. E bzw. E_x, bzw. Ep bzw. bzw. E) in Berührung stehende Elektroden (3 bzw. 4-; 1; 1c) vorgesehen sind, welche in einen normalerweise offenen elektrischen Kreis (2) mit einem äußeren Hauptgenerator (G) eingeschaltet sind,· wobei mindestens ein Strom (P bzw. E bzw. E_xJ bzw. E₂ bzw. ... bzw. E_n) frei von einer eigenen Zufuhr elektrischer Energie zwischen der zugehörigen Düse (3 bzw. A bzw. A^ bzw. A₂ bzw. ... bzw. A_Q) und der zugehörigen Elektrode (A; 1 ; 1c) ist.

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17. 17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse eines Stroms (P) der Ströme und die zugehörige Elektrode aus der positiven bzw. negativen Elektrode (3 bzw. 4) eines Pilot-Plasmabrenners (G) bestehen.
18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (G) als Gleichstromgenerator ausgebildet ist, dessen negative Klemme mit mindestens einer Elektrode (3 bzw. 4) des Brenners (C) und dessen positive Klemme mit den mit den restlichen Strömen (E; E,,, E2 ... E) zusammenwirkenden Elektroden (1;1c) verbunden ist.
19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der restlichen Strome (E; E^, E^ ... E) als Düsen (1) ausgebildet sind, welche in den elektrischen Kreis (2) eingeschaltet sind·
20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die einfachen Düsen (1) um die Mündung (12) herum einen leitenden Ringbereich (13) aufweisen, der von einer elektrischen Isolierung (14) umgeben ist.
21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (G) als Gleichstromgenerator ausgebildet ist, dessen positive Klemme mit mindestens einer Elektrode I (3 bzw. 4) des Brenners (G) und dessen negative Klemme mit den mit den anderen Strömen (E; E_x,, E₂ ... E) zusammenwirkenden Elektroden (1; 1c) verbunden ist.
22. 22. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (G) als Wechselstromgenerator ausgebildet ist, dessen eine Klemme mit mindestens einer Elektrode (3 bzw. 4) des Brenners (C) und dessen andere Klemme mit der mit einer der Düsen (A; A_x,, Ao ... A) zusammenwirkenden Elektrode (1; 1c) verbunden ist.

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23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (G) als Mehrphasenstromgenerator ausgebildet ist, dessen eine Phase mit mindestens einer Elektrode (3 bzw. 4) des Brenners (C) und dessen andere, der Anzahl der Düsen (A; A^,, Ap ... A) entsprechenden Phasen jeweils mit der Elektrode (1; 1c) eines der Ströme (E; E^, Ep ... E) verbunden sind.
24. 24. Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhr des Brenners (C) vom elektrischen Kreis (2) unabhängig ist, in welchen die Elektroden (1;1c) der Ströme (E; E,,, Ep ... E ) eingeschaltet sind.
25. 25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1; 1c) der Ströme (E; E^, Ep ... E ) jeweils aus elektronenemittierendem Material, vorzugsweise aus Wolfram, bestehen.
26. 26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1c) jeweils im Inneren des Ejektionskanals (7) der zugehörigen Düse (A; k^_% Ap ... A) in der Achse derselben verlaufend angeordnet sind.
27. 27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1c) jeweils aus der Mündung der zugehörigen Düse (A; A^,, A₂ .·. A_n) hervorragen.
28. 28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (3) des Pilot-Plasmabrenners (C) in Richtung des davon ausgehenden Plasmastrahls (P) divergierend ausgebildet ist.
29. 29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Brenner (C) fluchtend angeordneter Ring (30)

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    vorgesehen ist, welcher eine sich zum Brenner (C) hin erweiternde konische, den vom Brenner (C) ausgehenden Plasmastrahl (P) zentrierende Fläche (32) aufweist.
30. 30. Vorrichtung nach Anspruch 29» dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (30) mit einer der Elektroden (3; 4-) des Brenners (C) elektrisch verbunden ist.
31. 31. Vorrichtung nach Anspruch 29» dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (30) in den Kreis der Elektroden (1; 1c) der Ströme (E; E^, E2 ... E_n) eingeschaltet ist.

    $2. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 3I» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Düsen (3; A; A^, A₂ ... A) mit den zugehörigen Elektroden (3j 4-; 1, 1c) gegenseitig verschieblich angeordnet sind, vorzugsweise entlang ihrer Achsen.

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