Brevet FR2586334A2 — publié le 19870220

FR 2586334 A2 19870220 FR 8512376 A 19850814 "PROCèDE DE TRAITEMENT THERMIQUE PAR UNE TORCHE A PLASMA MICRO-ONDES, ET TORCHE POUR SA MISE EN OEUVRE" La présente invention est relative à un procédé de traitement thermique par une torche à plasma micro-ondes du type dans lequel on crée autour du jet de plasma une flamme de forme générale annulaire par allumage d'un gaz combustible, notamment de l'hydrogène, mélange à de l'oxygène, ainsi qu'à une torche à plasma micro-ondes destinée à sa mise en oeuvre. Le brevet principal décrit un procédé de ce type dans lequel le gaz combustible et l'oxygène sont ne langés au préalable avant leur entrée dans la buse. Or, cette manière de procéder est inal adaptée au cas où le gaz ccmbustible est de l'hydrogène, en raison des risques d'explosion. La présente invention a pour but de permettre d'obtenir sans danger un plasma gaîné par une flamme oxhydrique (c'est-à-dire une flamme hydrogène-oxygène) et, à cet effet, elle a pour objet un procédé du type precité caractérisé en ce qu'on ne mélange le gaz combustible et l'oxygène qu'autour du jet de plasma. L'invention a également pour objet une torche à plasma micro-ondes detinée à la mise en oeuvre d'un tel procédé. Cette torche, du type comprenant une buse de sortie de gaz entourée à distance par un manchon, et des moyens d'alimentation de la torche en énergie hyperfréquence, la buse comprenant un conduit central relié à une source de gaz plasmagène et, autour de ce conduit, des moyens d'éjection d'un mélange de gaz combustible et d'oxygène, est caractérisée en ce que les moyens d'éjection comprennent deux passages reliés séparément l'un à une source de gaz combustible et l'autre à une source d'oxygène et débouchant tous deux à peu-près dans le plan d'éjection du gaz plasmagène;; Suivant des caractéristiques avantageuses - les deux passages débouchent dans un plan commun perpendiculaire à l'axe d'éjection du gaz plasmagène, tandis que le conduit central débouche legèrement en aval de ce plan commun - le conduit central se termine par un plot en materiau réfractaire, notamment en carbure de tungstène, présentant un orifice central. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention va maintenant être décrit en regard du dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue en bout, partiellement en coupe transversale, d'une torche à plasma micro-ondes conforme à l'invention ; et - la figure 2 est une vue en coupe, à plus grande échelle, de la buse de sortie de gaz de cette torche. La torche à plasma représentée à la figure 1 est du type décrit dans le brevet principal et comprend essentiellement un guide d'onde 101 à section rectangulaire, relié à une extrémité à une source d'énergie hyperfréquence (non représentée) et obturé à son autre extrémité par un piège quart-d'onde réglable (non représenté), et, dans un plan transversal intermédiaire du guide d'onde, un ensemble 102 en forme générale de T comportant des conduits 103 à 105 d'alimentation en gaz qui débouchent dans une buse de sortie 106 ayant une forme générale de révolution. Les conduits 103 et 104 sont superposés et traversent à joint étanche des ouvertures menagees dans une petite fàoe latérale du guide d'onde. Le conduit 105 se trouve dans le prolongement du conduit inférieur 104 et traverse à joint étanche la petite face latérale opposée du guide d'onde. Pour la ccoocdité de la description, on supposera que l'axe du guide d'onde est horizontal. Il en est de même de l'axe des conduits 104 et 105 et de la partie du conduit 103 située à l'intérieur du guide d'onde, tandis que la buse 106 possède un axe vertical X-X contenu dans le plan de symétrie vertical du guide d'onde et débouche vers le bas. La buse 106 traverse avec un large jeu une ouverture circulaire 107 prévue dans la grande face inférieure du guide d'onde ; sur le pourtour de cette ouverture est fixée 1 'extrémité supérieure d'un manchon 108 d'axe X-X qui se termine par une aile roulée 109. Les plans d'extrémité de la buse 106 et du manchon 108 sont à peu près confondus. Comme on le voit à la figure 2, la buse 106 comprend trois chambres séparées 110 à 112 dars lesquelles débouchent respectivement les conduits 103 à 105, et une paroi d'extrémité inférieure horizontale 113. Un tube central 114 s 'étend suivant l'axe X-X de la chambre supérieure 110 à la paroi 113, dans laquelle il communique avec l'orifice central 115, d'axe X-X, d'un plot cylindrique 116 en carbure de tungstène. Ce dernier est fixé à joint étanche dans un contre-alésage de la paroi 113 et dépasse légèrement de celle-ci vers le bas. La chambre 111, située sous la chambre 110, se termine par une paroi inférieure horizontale 117 perçée d'une couronne de trous. Une série de tubes verticaux 118 partent de la chambre 111, traversent à joint etanche les trous de la paroi 117 ainsi qu'une couronne correspondante d'orifices de la paroi 113 et se terminent dans le plan d' extrémité inférieur de cette dernière. La chambre 112 possède une partie supérieure annulaire 119 entourant la chambre 111, et une partie inférieure cylindrique 120 s'étendant jusqu'à la paroi 113 et traversée par les tubes 114 et 118. Les deux parties de la chambre 112 communiquent par une fente circulaire 121, et la partie inférieure 120 communique avec l'extérieur par une couronne d'orifices 122 centrée sur l'axe X-X et disposée radialement entre le tube central 114 et les tubes 118. Le tube central 114 traverse à joint étanche la paroi horizontale 123 qui sépare les chambres 110 et 111, ainsi que la paroi 117, et est fixé de façon étanche dans la paroi inferieure 113. En fonctionnement, on relie respectivement les conduits 103 à 105 à des sources S1 d'un gaz plasmagène, par exemple d'argon, S2 d'un gaz combustible, par exemple d'hydrogène et S3 d'oxygène, et on alimente la torche en énergie hyperfréquence. Ainsi, on obtient d'une part, à la sortie du plot 116, un jet central de plasma d'argon et, d'autre part, deux jets concentriques, sensiblement annulaires, l'un d'hydrogène (jet intérieur), l'autre d'oxygène (jet extérieur). L'oxygène et l'hydrogène se ne langent après leur sortie de la buse 106 pour former un mélange combustible qui est allumé par le plasma et forme une flamme de gaînage de celui-ci. Grâce au fait que le mélange hydrogène-oxygène s'effectue à l'extérieur de la buse 106, il n'y a pas de risque d'explosion. De plus, le plot 116 en carbure de tungstène permet au matériel de supporter de façon continue les hautes températures atteintes, et la saillie de ce plot au-delà de la paroi 113 fournit un effet de pointe favorable à la stabilité au plasma. On comprend que bien que la torche décrite ci-dessus soit particulièrement avantageuse dans le cas d'une flamme oxhydrique, elle puisse également être utilisée avec d'autres gaz combustibles que l'hydrogène, par exemple avec un hydrocarbure. L'utilisation d'une flamme oxhydrique est notamment applicable aux traitements de surface nécessitant une flamme qui ne contienne pas d'hydrocarbure (par exemple au traitement de surface de fibres optiques) ou à la destruction à très hautes tepperatures de composés chimiques toxiques stables. En variante, on peut également éjecter le gaz combustible et l'oxygène de la buse 106 à travers au moins une couronne d'orifices de la paroi d'extrémité 113, un orifice sur deux de cette couronne débouchant directement dans la partie inférieure 120 de la chambre 112 et un sur deux communicant avec la chambre 111 par l'intermediaire d'un tube respectif 118. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement thermique par une torche à plasma micro-ondes, du type dans lequel on crée autour du jet de plasma une flamme de forme générale annulaire par allumage d'un gaz combustible, notamment de l'hydrogène, mélangé à de l'oxygène, caractérisé en ce qu'on ne mélange le gaz combustible et l'oxygène qu'autour du jet de plasma. 2. Torche à plasma micro-ondes pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant la revendication 1, du type comprenant une buse de sortie de gaz (106) entourée à distance par un manchon (108), et des moyens (101) d'alimentation de la torche en énergie hyperfréquence, la buse comprenant un conduit central (114) relié à une source (S1) de gaz plasmagène et, autour de ce conduit, des moyens (118, 122) d'éjection d'un mélange de gaz combustible et d'oxygène, caractérisée en ce que les moyens d'ejection comprennent deux passages (118, 122) reliés séparément l'un à une source (S2) de gaz combustible et l'autre à une source d'oxygène (S3) et débouchant tous deux à peu-près dans le plan d'éjection du gaz plasmagène. 3. Torche à plasma micro-ondes suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les deux passages (118, 122) sont constitués par au moins une couronne d'orifices coaxiale audit conduit central (114). 4. Torche à plasma micro-ondes suivant la revendication 3, caractérisée en ce que ladite couronne comprend des orifices dont un sur deux est relié à la source (S2) de gaz combustible et un sur deux à la source d'oxygène (S3). 5. Torche à plasma micro-ondes suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les deux passages (118, 122) débouchent dans un plan commun perpendiculaire à l'axe (x-X) d'éjection du gaz plasmagène. 6. Torche à plasma micro-ondes suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le conduit central (114) débouche légèrement en aval dudit plan commun. 7. Torche à plasma micro-ondes suvant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que le conduit central (114) se termine par un plot (116) en matériau réfractaire, notamment en carbure de tungstène, présentant un orifice central (115).