Brevet FR2045865A1 — publié le 19710305

70.20850 1 2045865 On connaît des générateurs de plasma stabilisés par un liquide qui comportent un canal de stabilisation de diamètre relativement petit, pour la colonne de l'arc, et une chambre d'électrodes présentant un diamètre supérieur à celui du canal de l'arc. 5 Dans ces générateurs de plasma, la pression du plasma engendré par la décharge de l'arc agit directement sur la surface libre du liquide de stabilisation au cours de son écoulement. Du fait qu' une variation de l'intensité du courant de 1'arc entraine une variation de la pression du plasma, la contrepression qui s'oppo-10 se à l'introduction du liquide de stabilisation varie, elle aussi. Dans le générateur de plasma donné, cette contrepression augmente parallèlement à l'intensité du courant de l'arc, ce qui a pour conséquence que, dans les générateurs de plasma stabilisés par un liquide, connus à ce jour, la quantité de liquide in-15 troduit dans le réacteur diminue et celle du mélange liquide-gaz, évacué par la tubulure d'évacuation augmente. De ce fait, à mesure que la charge augmente, la réfrigération du générateur devient de plus en plus mauvaise et, à mesure que la pression augmente, une plus grande quantité de plasma est soutirée des cham-20 bres d'électrodes, ce par suite de quoi les pertes en énergie augmentent. Dans le cas d'une diminution fortuite de l'intensité -par exemple par suite d'une légère chute de tension- la pression du plasma diminue et la quantité de liquide de stabilisation introduit augmente, ce qui a pour résultat que la chambre 25 d'électrodes se remplit entièrement de liquide et que l'arc s'éteint. L'intensité admissible de charge de ces générateurs connus est donc limitée. . On connaît également des générateurs comportant,à la sortie' de la chambre d'électrodes, un organe d'étranglement qui,après 30 l'allumage de l'arc, réduit l'écoulement. Ce dispositif, bien qu' il diminue les pertes en plasma gazeux, ne répond pas non plus aux exigences. Il ne permet pas d'empêcher la réfrigération de se détériorer. De plus, ce dispositif n'est applicable que dans le cas d'un arc d'une faible puissance prédéterminée et il est 35 exposé, en cas de diminution fortuite de l'intensité, aux dangers mentionnés plus haut. L'invention a pour but surtout d'éliminer, par régulation des conditions de flux, les défauts des générateurs de plasma déjà connus. 40 Pour ce faire, conformément à l'invention, on introduit dans 70,20850 2 2045865 le générateur de plasma par au moins.l'un des conduits d'alimentation prévus pour le liquide de stabilisation une quantité de liquide de stabilisation constante et indépendante de la résistance qui, à un moment donné, s'oppose à son écoulement à l'in-5 térieur du générateur de plasma. De préférence, on maintient constante.3a quantité de liquide de stabilisation à introduire au moyen d'un organe qui mesure la quantité du liquide en circulation (débitmètre) et qui est relié à un régulateur de pression par l'intermédiaire d'un gé-10 nérateur d'impulsions. Il s'est révélé avantageux, en outre, d'accorder en plus, dans au moins l'un des conduits d'évacuation, la résistance à l'écoulement (pression) du mélange de liquide de stabilisation et de gaz, qui est à évacuer, avec les conditions de pression 15 régnant dans le conduit d'amenée du liquide de stabilisation. Un autre mode de réalisation avantageux du procédé selon l'invention consiste à régler, dans au moins l'un des conduits prévus pour l'évacuation du liquide, la résistance à l'écoulement (pression) en fonction du débit dans au moins l'un des conduits 20 d'amenée. Il est également possible de réintroduire dans le conduit d'amenée directement, à l'aide d'une pompe, au moins une partie du liquide de stabilisation à évacuer. Pour ce faire, on peut extraire le liquide à évacuer au moyen d'une pompe et le réinjec-25 ter sous pression dans un distributeur de flux, dans lequel une partie du liquide peut être évacuée par l'intermédiaire d'un régulateur de pression. La plus grande partie ou même, si on le désire, la totalité est introduite de façon contrôlée dans le conduit d'amenée. Cette introduction peut être effectuée de 30 telle manière que le conduit d'introduction pénètre dans le conduit d'amenée à un endroit situé entre l'organe de mesure et le régulateur de pression. Lorsqu'on réintroduit une quantité constante, le maintien à une valeur constante étant assuré à nouveau à l'aide d'un organe de mesure accouplé à un régulateur de 35 pression, la réintroduction peut être réalisée à n'importe quel endroit du conduit d'amenée.-. Lorsqu'on utilise plusieurs conduits d'amenée pour le liquide de stabilisation, il .est souvent avantageux d'en accoupler au moins deux ( entre, eux. De cette façon, il est possible de modifier la pression dans le conduit d'amenée 40 ' 'accouplé-à celui. qui introduit la quantité constante dans le 70,20850 3 2045865 générateur de plasma. Grâce aux dispositions selon l'invention, l'impulsion de régulation est commandée directement par la pression du plasma. Les conditions de flux sont donc réglées d'une façon appropriée 5 en fonction de la cause de la variation. Grâce à l'invention, il est possible de commander séparément les conditions de flux dans le canal de stabilisation et dans les chambres d'électrodes et de régler, outre la pression et le débit, également la température du liquide de stabilisation en circulation et celle de la zo-10 ne marginale du jet de plasma* Les gaz non' condensables, qui peuvent se former dans les chambres ainsi que, éventuellement, les produits liquides ou solides qui peuvent se former par l'action du plasma sur les électrodes, peuvent être facilement éva-' cués sans que le fonctionnement continu du générateur . soit 15 perturbé. On décrit ci-dessous, à titre illustratif, différentes variantes du dispositif de régulation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Figure 1 20 Un générateur de plasma comportant une chambre d'électrodes et une électrode 7 en forme de baguette est alimenté en liquide de stabilisation qui parvient par des conduits d'amenée aux orifices d'admission 1 et 3. Le liquide de stabilisation, conjointement avec les vapeurs, les gaz et, éventuellement, les pro-25 duits formés à partir des électrodes, quitte la chambre d'électrodes par l'orifice de sortie 2 en passant par la fente annulaire entre les diaphragmes 8 et 9. Par la fente annulaire entre les diaphragmes 11 et 10 et par l'orifice 4, le liquide de stabilisation est évacué du canal de stabilisation formé par les 30 diaphragmes 9, 10 et 12. Bhe quantité de Hqjabâg de staliilisation prédéterminée et indépendante de la pression régnant à l'intérieur dîr générateur, est introduite dans la chambre d'électrodes à travers l'orifice d'admission 1 en passant par le conduit relié à cet orifice, lequel conduit 35 comporte un organe de mesure 6 pour la mesure de la quantité de liquide circulant dans ce conduit (par exemple un tube de ventu-ri), accouplé à un régulateur de pression 5 par l'intermédiaire d'un générateur d'impulsions 47 (par exemple une conduite sous pression). Pour assurer l'introduction d'une quantité constante 40 de liquide de stabilisation dans le canal de stabilisation, la 70,20850 4 2045865 quantité de liquide introduite par l'orifice d'admission 3 est maintenue constante au moyen d'un débitmètre 23, d'un générateur d'impulsions 47 et d'un régulateur de pression 22. Le liquide de stabilisation qui, mélangé avec du gaz et des 5 vapeurs, est évacué par l'orifice 2, est aspiré par une pompe 14 et réfoulé dans un distributeur de flux 15. Ce distributeur de flux 15 comporte une dérivation 16 pour l'évacuation périodique des produits solides ou liquides provenant des électrodes. Par le distributeur de flux 15 une partie du liquide de stabilisation 10 est recyclée et réintroduite dans le circuit par le conduit 17 à un endroit situé entre l'organe de mesure 6 et le régulateur de pression 5. Une autre partie du liquide est éliminée du distributeur de flux à travers le régulateur 18. 11 est avantageux de faire en sorte que cette dernière partie contienne les 15 produits non condensables. Par l'orifice 4, le liquide de stabilisation est évacué de l'enceinte de stabilisation en quantités convenables, en passant par la pompe 19, le régulateur de pression 20 et le débitmètre 21 qui est accouplé au générateur d'impulsions 47. 20 Dans ces conditions, lorsque dans le générateur de«plasma la pression à la surface libre du liquide de stabilisation subît line variation, par exemple dans la chambre d'électrodes, la pression à l'orifice d'admission 1 varie, également. L'organe de mesure 6 mesurera alors line quantité trop faible et transmettra cette va-25 leur trop faible au régulateur de pression 5 qui, en augmentant la pression, fait en sorte que la quantité reste constante. Grâce au dispositif consistant en une combinaison de l'admission 1,6,5 et de l'évacuation 2, 14, 15, 17, 18 on assure le maintien d'une différence de pression constante -entre le con-30 duit d'amenée et le conduit d'évacuation, indépendamment de la pression absolue. Figure 2 .- Dans ce mode de réalisation, le conduit d'amenée vers l'orifice d'admission 3 est accouplé au conduit d'amenée vers l'orifi-35 ce d'admission 1. Par l'orifice d'admission 1, une quantité constante de liquide, réglée par le débitmètre 6, le générateur d'impulsions 47 et le régulateur de pression 5, est introduite dans la chambre dlélectrodes. L»introduction dans le canal de stabilisation par l'orifice 3 est commandée, soit par un régulateur 25 40 soit par une déviation 24. Dans le premier cas, la pression est 70,20850 5 2045865 réglée dans un rapport prédéterminé par rapport à la pression régnant dans le conduit d'amenée qui est relié à l'orifice 1. Dans le second cas, l'introduction sous la même pression que celle qui s'établit dans l'orifice d'admission 1 est assurée par la 5 dérivation entre les organes 5 et 6. L'évacuation du liquide de la chambre d'électrodes s'effectue par l'orifice 2 à l'aide de la pompe 14 et du distributeur de flux 15. Grâce au régulateur de pression 28, qui, par la dérivation 29 est commandé par la pression dans le conduit d'amenée 10 vers l'orifice 1, on assure le maintien d'une différence de pression constante entre l'orifice 2 et le régulateur 25, indépendamment de la pression qui s'établit à un moment donné dans la cha-bre d'électrodes. La quantité de liquide (chaud) à recycler est prédéterminée par le dispositif de régulation (débitmètre 27, 15 régulateur de pression 26 et générateur d'impulsions 47 ), et, de ce fait, la température du liquide dans la chambre d'électrodes se trouve réglée. L'évacuation du mélange gaz/vapeur/liquide par l'orifice 4 est commandée par le régulateur 30 qui assure une différence de 20 pression constante entre l'ouverture à la sortie du diaphragme 11 et l'orifice d'évacuation 4» La vanne d'évacuation 16 du distributeur de flux 15 est commandée par le régulateur 31 à passage constant de manière à permettre l'évacuation ininterrompue d'une partie du liquide provenant de la chambre d'électrodes. 25 Figure 3 .- Suivant cette variante, une partie du liquide de stabilisation sortant par l'orifice 2 est réintroduite dans la chambre de stabilisation par le conduit d'amenée correspondant à l'orifice d'admission 3i De cette façon, la chambre de stabilisation est 30 alimentée avec un liquide qui a été préchauffé dans la chambre d'électrodes. Cette alimentation peut être réglée par le dispositif de régulation constitué par le débitmètre 27, le régulateur de pression 26 et le générateur d'impulsions 47, ou encore, à une pression proportionnelle à celle qui règne dans le conduit 35 d*amenée vers l'orifice 1, par le régulateur -28 communiquant avec le conduit d'amenée vers l'orifice 1, par l'intermédiaire de la dérivation 29. Le mélange comprenant du liquide,, du gaz et de la vapeur et qui est évacué par l'orifice 4 est commandé par le régulateur de débit 35 qui reçoit son impulsion de, 1'.élément à 40 valeur de consigne (débitmètre) 32, en fonction des quantités 70,20850 6 2045865 circulant en direction de l'orifice 3. Figure 4 Dans cette variante, la quantité introduite dans le canal de stabilisation par l'orifice 3 est maintenue constante au moyen 5 du débitmètre 23 et du régulateur de pression 22. La pression en amont de l'orifice d'admission 1 est réglée, soit par le régulateur de pression 36, soit par la dérivation 37, entre les éléments de régulation 2 3 et 22. Le régulateur 38, situé en amont de la tubulure d'aspiration de la pompe 14, assure la constance de la 10 différence de pression entre l'écoulement par l'orifice 2 et l'amenée vers les orifices d'admission 1 ou 3. Figure 5 .- Dans cette variante, on n'utilise que deux organes de régulation. La régulation de l'écoulement par l'orifice 4 s'effectue 15 comme dans les variantes 1 et 4. L'amenée de quantités mesurées vers les orifices d'admission 1 et 3, ainsi que l'évacuation par l'orifice 2 de la chambre d'électrodes au moyen de la pompe 14 s'effectuent par l'intermédiaire du récipient de pression 43. Ce récipient accomplit la fonction du régulateur de pression 40 20 et celle du distributeur de flux. La quantité amenée vers l'orifice d'admission 1 est, dans ce cas, maintenue constante à l'aide du débitmètre 6 par l'action du ressort 39 et de la membrane 38 sur le régulateur 40 (soupape de trop plein). La pression qui s'établit en amont du régulateur de pression 40, en fonction 25 de la pression régnant dans la chambre d'électrodes, est toujours constante pour l'amenée vers les orifices 1 et 3 ; la même chose est vraie pour la contrepression en direction de la pompe 14. De cette façon,la différence de pression entre les conduits d'amenée et le conduit d'évacuation (orifice 2) est 30 également maintenue constante. * Par l'exemple suivant, donné à titre illustratif, l'invention sera décrite avec plus de détails . EXEMPLE * A titre de comparaison, on a fait fonctionner un générateur . 35 de plasma du type de celui représenté sur la figure 1 une fois sans dispositif de régulation et une autre fois avec les dispositifs de régulation selon les variantes 1 à 5. Dans tous les cas, on a analysé par calorimétrie le liquide de stabilisation sortant du générateur de plasma. Les quantités d'admission et 40 les quantités évacuées étaient, avant l'allumage de l'arc, iden 70,20850 2045865 tiques dans tous les cas, de même que les températures des liquides» Dans tous les cas 011 a mesuré lr intensité du courant et la tension dans l'arc* On a utilisé dans tous les cas un courant de même intensité. Dans le cas d'un générateur fonction-5 nant sans dispositif de régulation, la tension dans l'arc était de 320 V pour une intensité de courant de 500 A. L'énergie fournie à l'arc était donc de 160 £W. La perte par réfrigération, mesurée dans les liquides s'écoulant par les orifices 2 et 4, était de 80 kW. La consommation de l'électrode dans le cas d'une 10 électrode en graphite d'un diamètre de 13 mm était de 27 mm/minute. Les résultats obtenus en comparaison avec le générateur fonctionnant avec le dispositif de régulation-selon l'invention sont représentés dans le tableau suivant î Selon la variante * (volts) l** j (kW) |Perte par réfri-jgération (kW) Consommation d'électrode mm/min 1 400 200 38 3 2 420 210 40 2,8 3 450 225 45 3,2 A 380 190 35 2r5 20 5 380 190 35 2,5 • tension dans 1•arc • * énergie fournie Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement in-25 diqués ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 7.0,20850 8 2045865 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la régulation des conditions de flux dans un générateur de plasma stabilisé par un liquide, lequel procédé est caractérisé par le fait qu'on introduit dans le générateur 5 de plasma, par au moins l'un des conduits d'amenée du liquide de stabilisation, une quantité de liquide de stabilisation constante et indépendante de la résistance qui, à un moment donné, s'oppose au flux à l'intérieur du générateur de plasma. 2. Dispositif de régulation pour la réalisation du procédé 10 selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte, dans au moins l'un des conduits d'amenée (1), (3), de liquide de stabilisation, au moins un organe de mesure (6), (23), (27) pour la mesure de la quantité de liquide de stabilisation parcourant le conduit, lequel organe de mesure est relié, par 1'intermédiai- 15 re d'un générateur d'impulsions (47), à au moins un régulateur de pression (5), (22), (26), (40). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on maintient constante la quantité de liquide de stabilisation à introduire, au moyen d'un organe qui mesure la quanti- 20 té de liquide qui le traverse, lequel organe est relié par l'intermédiaire d'un générateur d'impulsions à un régulateur de pression. 4. Procédé selon les revendications 1 et %dans leur ensemble,caracté risé par 3e f eit qubn adapte, dan s au moins l'un des conduits d'éva- 25 cuation, la résistance à l'écoulement (pression) du liquide à évacuer aux conditions de pression régnant dans le conduit d'amenée du liquide de stabilisation. 5. Procédé selon les revendications 1 et 3 dans leur ensemble, caractérisé par le fait qu'on règle dans au moins l'un des 30 conduits d'évacuation du liquide à évacuer la résistance à l'écôu lement (pression) en fonction du débit du liquide dans au moins l'un des conduits d'amenée. 6. Procédé selon les revendications 1, 3 et 4 dans leur ensemble, caractérisé par le fait qu'on réintroduit directement 35 dans le conduit d'amenée, à l'aide d'une pompe, au moins une partie du liquide de stabilisation à évacuer. 7. Procédé selon les revendications 1 et 3 à 6 dans leur ensemble, caractérisé par le fait qu'on introduit dans l'un des conduits d'amenée du liquide de stabilisation, une quantité de 40 liquide de stabilisation constante et indépendante de la résis 70,20850 9 2045865 tance qui, à un moment donné, s'oppose au flux à l'intérieur du générateur de plasma, et que, en accouplant ce conduit d'amenée à un autre conduit d'amenée, on fait varier la pression dans ce dernier. 5 8. Procédé selon les revendications 1 et 3 à 5 dans leur ensemble, caractérisé par le fait que dans au moins l'un des conduits d'évacuation le liquide de stabilisation est évacué à l'aide d'une pompe et refoulé dans un distributeur de flux à partir duquel au moins une partie du liquide évacué est injectée 10 sous pression dans le conduit d'amenée, la réintroduction s'ef-fectuant lorsque la quantité de liquide de stabilisation à introduire dans le conduit d'amenée n'est pas maintenue constante au moyen d'un régulateur séparé, à un endroit du conduit d'amenée situé entre l'organe de mesure et le régulateur de pression. 15 9. Dispositif de régulation selon la revendication 2, ca ractérisé par le fait qu'il comporte au moins un organe de mesure (21) pour la mesure de la quantité de liquide à évacuer, accouplé à un régulateur d'impulsions (47) et un régulateur de pression (20), (26). 20 10. Dispositif de régulation selon les revendications 2 et 7 dans leur ensemble, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une pompe (14) dans au moins un conduit d'évacuation (2), (4), au moins un distributeur de flux (15) équipé d'au moins un régulateur de pression (18), (31) et au moins un conduit pour 25 le recyclage du liquide de stabilisation dans le conduit d'amenée vers les orifices (1), (3), dans lequel il débouche entre l'organe de mesure (6), (23) et le régulateur de pression (5), (22). 11. Dispositif de régulation selon les revendications 2 et 7 30 dans leur ensemble, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une pompe (14) dans au moins un conduit d'évacuation (2), (4), au moins un distributeur de flux (15) équipé d'au moins un régulateur de pression (18), (31) et au moins un organe de mesure (27) accouplé, par l'intermédiaire d'un générateur d'im-35 pulsions (47) à un régulateur de pression (26) et à un conduit pour le recyclage d'une quantité constante de liquide de stabilisation dans des conduits d'amenée (1), (3), ainsi qu'un régulateur de pression (28) avec un régulateur d'impulsions (29) pour la régulation de la pression du liquide à évacuer en fonc-40 tion de la pression dans le conduit d'amenée (1), (3). • 70,20850 10 2045865 12. Dispositif de régulation selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une pompe (14), un récipient de pression (4 3) avec un régulateur de pression (40) qui remplit la fonction d'un distributeur de flux, un conduit (41) 5 pour l'évacuation dans le récipient de pression (43) du liquide de stabilisation provenant de la pompe (14).