Brevet FR2188397A1 — publié le 19740118

Les brûleurs à plasma sont de plus en plus utilisés dans l'industrie. Leur domaine d'application s'étend du travail des métaux (coupage, soudage, pulvérisation par plasma) à la technique appliquée (métallurgie par plasma, synthèse à haute température). Les systèmes actuels d'alimentation des brûleurs à plasma à grande capacité sont soit excessivement couteux, soit trop compliqués. On connaît, par exemple, des brûleurs à plasma dans lesquels un "plasma auxiliaire" produit à l'aide d'un courant continu est porté à haute température et rendu conducteur au moyen d'un courant alternatif industriel pris sur le secteur (revue technique polonaise UHutnik", 1971, fascicule nO 1, pages 48 à 59). Le principe des brûleurs à plasma de ce type est illustré aux figures 1 à 4. Une source de courant continu I sert à produire une "veilleuse" à plasma entre deux électrodes 2, 5 ou entre une des électrodes 2, 5 et une électrode auxiliaire 4. Une source de courant alternatif 5 est montée entre les deux électrodes 2 et 2, ou entre une de ces électrodes et l'électrode auxiliaire 4. Les brûleurs à plasma basés sur ce principe d'alimentation présentent par rapport à ceux alimentés uniquement en courant continu ou en courant à haute fréquence une série d'avantages. Ils sont toutefois relativement compliqués et présentent de graves problèmes en ce qui concerne l'usure des électrodes. L'invention a donc pour objet de réaliser un brûleur à plasma alimenté en courant alternatif industriel, qui ne présente pas les inconvénients des brûleurs à plasma connus et se distingue par une rentabilité excellez une grande longévité et une construction relativement simple. Â cet effet, dans le brûleur à plasma selon l'invention, il est prévu, pour maintenir le plasma pendant le passage par zéro de la tension alternative, une "veilleuse" à plasma alimentée par une source d'énergie à haute fréquence. On peut, de cette manière, obtenir des distances d'ionisation considérablement plus grandes, distances qui peuvent en outre être stabilisées de manière relativement simple. Les puissances à haute fréquence nécessaire,pour le maintien du plasma sont presque indépendantes de la puissance du courant alternatif ; elles sont relativement faibles, de l'ordre de plusieurs kilowatts. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce brûleur Figures 1 à 4 représentent des systèmes d'alimentation connus pour brûleurs à plasma Figures 5 à 8 représentent des systèmes d'alimentation pour le brûleur à plasma selon l'invention Figure 9 est une vue simplifiée d'une forme d'exécution d'un brûleur à plasma selon l'invention, avec une "veilleuse" alimentée en courant à haute fréquence. Le principe de la production d'une veilleuse à l'aide d'un courant à haute fréquence pour un brûleur selon l'invention est illustré aux figures 5 à 8. Pour faciliter la comparaison, les figures 5 à 8 ont été placées en face des figures 1 à 4. Comme on peut le voir, la source de courant continu 4 est remplacée par une source d'énergie à haute fréquence 6. La construction et le mode de fonctionnement du brûleur selon l'invention, ainsi que les avantages qui découlent de l'alimentation en courant de haute fréquence sont maintenant expliqués en référence à la figure 9. Dans cette figure, le brûleur proprement dit est représenté simplifié et désigné par la référence 2. Il comporte deux raccords 8, 9 pour le fluide de refroidissement. Ces raccords aboutissent à une double conduite 10 conformée avantageusement en inductance. Cette double conduite se termine par un raccord à deux embranchements Il qui la relie à une conduite d'amenée 12 et à une conduite de retour 13. La séparation de potentiel entre la double conduite 10 et la sous ce de fluide de refroidissement 14 peut être obtenue soit en utilisant un raccord Il fait d'une matière isolante, soit en interposant un tronçon de conduite isolant 12*, 13* entre le raccord Il et la source 14. L'électrode 3, placée en face du brûleur 2, est mise à la masse. Entre la masse et l'extrémité de la double conduite 10 la plus proche du brûleur est montée une source d'énergie à haute fréquence 6, par exemple un générateur de haute fréquence industriel, à laquelle est associé un condensateur 15. Le courant alternatif de basse fréquence (courant industriel) fourni par lasource 5, par exemple le secteur débitant un courant de 50 Hz ou 60 Hz, traverse un transformateur 16, dont le secondaire 17 est à la masse, puis circule dans une inductance 18 et dans la double conduite 10 conformée en inductance, pour arriver au brûleur 2. Un condensateur JI monté entre les deux inductances sert à bloquer la tension haute fréquence. Le brûleur 2 comporte un alésage central 20, auquel sont raccordés par l'intermédiaire d'une conduite 21 un réservoir de gaz 22 et, le cas échéant, une poipe 25. Cet alésage contient des organes (non représentés) pour créer une turbulance du gaz pendant son passage. Il peut aussi être prévu un autre réservoir 25, raccordé au brûleur 7 par une conduite 24, pour amener au brûleur des réactifs solides ou liquides.Des détails plus précis sur la construction du brûleur 7 sont fournis dans la demande de brevet français déposée le 6 åuin 1973, au nom de la denanderesse et enregistrée sous le nO Le brûleur à plasma représenté à la figure 9 fonctionne de la manière suivante Un courant de gaz est produit dans le brûleur. Ce gaz peut atre un gaz inerte (argon, azote, etc.) ou un gaz ou mélange gazeux servant en même temps de réactifs pour les réactions chimiques désirées. Une fois que la source énergie & haute fréquence est branchée, on peut allumer le plasma. Il se forme alors entre le brûleur 7 et la contre-électrode 5 une flamme pilote ou veilleuse. On branche alors la source de courant alternatif industriel 5. L'énergie provenant de cette source porte le plasma de la veilleuse à une température ou il est presque conducteur. Dès que la source d'énergie à haute fréquence est débranchée, la flamme formée par le plasla à haute température s'éteint. Des essais ont démontré que pour maintenir la veilleuse, il faut des puissances à haute fréquence relativement modestes, de l'ordre de quelques kilowatts. Par ailleurs, la puissance du courant alternatif industriel peut etre de plusieurs centaines de kilowatts et n'est en fin de compte limitée que par la capacité de charge, électrique et thermique, du brûleur z. Au lieu de l'alimentation en courant monophasée représentée en 5 à la figure 9, on peut aussi utiliser une alimentation triphasée, par exemple le courant triphasé ordinaire du secteur. Il faut alors trois brûleurs, dont chacun est alimenté par une phase. Pour maintenir le plasma, il est prévu une source unique d'énergie à haute fréquence, qui est découplée du secteur triphasé de la manière repré sente0 à la figure 9, et les trois brûleurs sont montés en parallèle par rapport à la source d'énergie à haute fréquence. REVENDICATIONS 1.- Brûleur à plasma alimenté en courant alternatif industriel, caractérisé en ce que pour maintenir le plasma pendant le passage à zéro de la tension alternative, il est prévu une veilleuse de plasma alimentée par une source d'énergie à haute fréquence. 2.- Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de courant alternatif industriel ainsi que la source d'énergie à haute fréquence sont montées en parallèle et découplées par des éléments constitués gu moins par un condensateur et par une inductance. 3.- Brûleur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lorsque l'alimentation en courant industriel est polyphasée et assurée par le secteur, il est prévu un brûleur pour chaque phase et une source commune d'énergie à haute fréquence pour le maintien du plasma.