Brevet FR2188396A1 — publié le 19740118

L'invention se rapporte à un brûleur à plasma alimenté en courant alternatif pourvu d'un dispositif destiné à produire un mouvement relatif entre une électrode et le plasma. Dans les brûleurs à plasma, en particulier ceux de grande puissance, l'un des problèmes principaux consiste à réaliser des électrodes résistant à l'usure. A cet effet il est connu de produire, dans le cas des brûleurs alimentés en courant continu, un mouvement relatif entre la cathode et le plasma. De cette manière, on obtient un accroissement de la surface active de la cathode, et en conséquence,une réduction de la charge spécifique de cette cathode. Ainsi on trouve par exemple un brûleur à plasma décrit dans la revue technique polonaise t'Eutnik", 1971, fascicule 1, pages 48 - 59, figure 17, dans lequel l'extrémité servant à travailler est munie d'une bobine parcourue par un courant électrique. Le champ magnétique de cette bobine met en rotation la flamme de la cathode. Il est également connu, toujours d'après la revue technique mentionnée, de mettre en rotation la flamme de la cathode par des moyens mécaniques, en faisant tourner la cathode conformée en disque (figure 18). Ces deux procédés destinés à réduire la charge spécifique de la cathode comportent cependant des inconvénients ils ne sont pas applicables aux brûleurs à plasma alimentés en courant alternatif, en particulier ceux alimentés en courant à haute fréquence, sans entrainer une importante augmentation de prix. Dans le cas de la cathode tournante, l'alimentation en courant des brûleurs du type mentionné doit se faire par les paliers ou par des bagues de contact séparées ; dans le cas de la variante avec bobine, le blindage de la bobine, son positionnement et son refroidissement posent de grandes difficultés. le but de l'invention est de réaliser un brûleur à plasma alimenté en courant alternatif, qui ne présente pas les inconvénients des brûleurs connus, et qui soit pourvu d'un dispositif simple à réaliser pour produire un mouvement relatif entre l'électrode et le plasma. cet effet, dans le brûleur à plasma du type indiqué au débit, il est prévu, selon l'invention, des moyens pour mettre en rotation le gaz s'échappant à travers la buse du brûleur. Grâce à ce mouvement, la flamme de l'électrode est animée d'un mouvement relatif par rapport à l'électrode, et ainsi la charge spécifique de l'électrode est réduite. Par principe on pourrait prévoir un dispositif ae guida- ge des gaz intérieur au brûleur, destiné à produire le mouvement de rotation. Cependant il s'est averé particulièrement avantageux de disposer à l'intérieur du brûleur, et coaxialement à ce dernier, un corps qui est mis en rotation d'apres le principe de Ségner autrement dit de réaction. Le gaz s'échappant par des buses de sortie disposés sensiblement tangentiellement, et formant avec l'axe de rotation du corps un angle inférieur à 900, est projecté sur la paroi interne sensiblement conique de l'électrode, où se forme un contact tournant. A l'inverse de ce qui se passe pour les brûleurs à plasma alimentés en courant continu, le corps précité n'est pas parcouru par un courant électrique.La partie du bruleur véritablement parcourue par un courant est l'électrode en forme de cône tronqué, qui peut cependant etre refroidie de manière très simple par circulation de fluide. En outre, le corps précité peut présenter un alésage central permettant également le passage du gaz. De cette manière il se crée une sorte de å et de guidage, qui contribue à stabiliser le jet de plasma. l'invention sera de toute façon mieux comprise à l' aide de la deacription qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce brûleur. Ligure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une forme d'exécution du brûleur à plasma selon l'invention Figure 2 est une vue en coupe transversale du brûleur de figure 1 Figure 3 représente une disposition particulièrement avantageuse pour l'alimentation d'un brûleur à plasma selon l invention. Dans le brûleur à plasma représenté à la figure 1, le gaz utilisé, par exemple de l'argon ou de l'azote, entre par une ouverture d'admission 1 et parvient dans une chambre d'admission 2 de forme conique associée à un corps 3. Ce dernier est monté libre en rotation au moyen d'un roulement à billes 4, et comporte des buses de sortie du gaz 2 et 5a. Les buses 2 sont disposées sensiblement tangentiellement, et forment avec l'axe de rotation un un angle inférieur à 900. Par effet de réaction, le corps 3 est mis en rotation (principe de Segner). La buse 5 a une position centrale et est également mise en communication avec la chambre d'admission 2. La référence 6 désigne l'électrode proprement dite du brûleur à plasma. Cette dernière est isolée du corps 3, situé en vis-à-vis, au moyen d'un tube de quartz 7. L'ouverture de sortie 8 du plasma est située face à 11 électrode 6, et isolée au moyen de bagues d'isolation iet 10 résistant à la chaleur. L'électrode 6 et l'ouverture de sortie 8 du plasma sont réunies, au moyen d'un cylindre isolant Il et d'un couvercle de fermeture 12, à un circuit fermé de refroidissement. Pour obtenir l'étanchéité, on a prévu dês joints 13. La coupe transversale de la figure 2 donne une idée plus précise de la constitution de ce brûleur à plasma. Le cylindre isolant Il présente à sa périphérie des alésages parallèles à son axe. Six d'entre eux servent à l'assemblage et reçoivent des goujons 14. L'alésage 15 sert à l'évacuation de l'eau hors de la chambre 16, l'alésage 17 sert à l'évacuation de l'eau en directioh de la pièce de raccordement 18. Les conduits 12 et 17 remplis d'eau permettent également d'obtenir une isolation électrique dans le circuit d'eau entre l'électrode 6 et l'ouverture de sortie 8- du plasma. L'alésage 15 du cylindre isolant Il présente, sur son côté intérieur, une lumière 19. L'eau de refroidissement entre par la seconde pièce de raccordement 20, traverse un conduit de déviation 21, et pénètre dans la chambre 22 où elle forme un toutiLlon. La paroi 23 permet d'amener également l'eau dans la chambre 16. Par la lumière 19 précitée, l'eau s'écoule dans l'alésage 22, et de lA, traversant les ouvertures des joints d'étanchéité 13 et des bagues d'isolation 10, elle passe dans la chambre 24 de l'ouverture de sortie 8 du plasma. Le retour de l'eau s'effectue par l'alésage 17, en direction de la pièce de raccordement 18. À travers les alésages 25 du cylindre isolant 11, et un conduit 26, on peut amener des réactifs additionnels vers le plasma. Les vis 27 servent à la fixation du brûleur à plasma sur un support isolé 28. La figure 3 représente un exemple de branchement électrique pour l'alimentation d'un brûleur à plasma. il s'agit ici d'une alimentation en courant alternatif industriel provenant d'une source de courant alternatif 29, constituée par exemple par un transformateur, avec en outre une flamme pilote ou vvilleuse à plasma alimentée à haute fréquence, par une source d'énergie à haute fréquence 30. Cettqfeilleuse a pour rôle de maintenir le plasma lors du passage à zéro de la tension alternative. Comparée à une ver oye alimentée en courant continu, cette veilleuse alimentée en courant à haute fréquence présente l'avantage de permettre l'obtention d'une distance d'ionisation considérablement plus grande, donc d'une longueur de plasma plus importante. Lfinergie alternative aussi bien que l'énergie haute fréquence, découplées par les éléments de découplage respectifs 31, 32 et 33, 34, sont amenées au brûleur, représenté seulement de façon tres schssmatique. La contre-électrode est constituée soit par la pièce- à travailler 35, soit par un bain métallique ou analogue. la distribution d'eau de refroidissement s'effectue par 1'intermédiaire d'une bobine de réactance 25 conformée en conduite double, qui est reliée aux deux pièces de raccordement 18 et 20, et ainsi mise en communication avec l'électrode du brûleur, non représentée sur le dessin. Pour la séparation de potentiel entre la bobine de réactance 34 et le restant du dispositif de distribution d'eau, on peut soit réaliser le raccord 36 en une matière isolante, soit prévuir entre l'arrivée d'eau et le raccord 36, ainsi qu-'entre le départ d'eau et le raccord 36, des tronçons isolants, respectivement 22 et 38. Le gaz utilisé est amené par une conduite 39 qui est raccordée à l'ouverture d'admission du gaz 1. Un réservoir 40, raccordé au brûleur par une conduite 41, permet d'amener des réactifs additionnels. REVLJ)lCÂI0Nb' 1. - Brûleur à plasma alimenté en courant alternatif pourvu d'un dispositif destiné à produire un mouvement relatif entre une électrode et le plasma, caPactérisé en ce qu'il est prévu des moyens pour mettre en rotation le gaz s'échappant à travers l'ouverture de sortie du plasma. 2. - Brûleur à plasma selon la revendication 1, caractérisé en ce qu 'un corps apts à être entraîné en rotation d'après le principe de begner,autrement dit de réaction, est disposé à l'intérieur du brûleur, coaxialement à ce dernier. 3 . - Brûleur à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est prévu un corps pourvu d'au moins deux buses de sortie du gaz disposées sensiblement tangentiellement, et formant avec l'axe de rotation dudit corps un angle inférieur à 900. 4. - Brûleur à plasma selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le corps présente un alésage central apte à être traversé par le gaz. 5. - Brûleur à plasma selon l'une quelconque des revendications 2,3 et 4, caractérisé en ce que les buses de sortie du gaz sont orientées en direction de la paroi interne sensiblement conique de 11 électrode. 6. - Brûleur à plasma selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'électrode est refroidie par circulation de fluide.