PROCESS FOR GENERATING ACTIVE LASER STATES IN A GAS FLOW

Abstract: 1. Method for generating a laser-active state in a gas stream, the gas flowing through at supersonic speed between two electrodes and, by applying a voltage between the electrodes, a glow discharge being maintained transversely to the direction of flow, characterized in that an alternating high-frequency voltage having a frequency between 10**5 and 10**7 Hz is applied to the electrodes for generating the glow discharge, in that its peak voltage is selected such that in the space between the electrodes an electron density of at least 10**11 electrons/cm**3 exists, and in that part of a period of oscillation the voltage lies below a voltage necessary for maintaining an independent glow discharge and differs from zero.

Description: Improved method and device for the cleaning of bottles The invention concerns an improved method and device for the cleaning of bottles, that is to say a new methoo of cleaning bottles and a new machine suitable for the automatic execution according to the method itself of the cleaning operations of bottles such as those used for wine, which need an accurate cleaning at the inside and, moreover, suitable for the operations of removing the labels from wine, mineral wa ter and other bottles1 The application field of the new method and new machine being still at a handicraft level, where the introduction and removal of the bottle are made by hand by the operator The prior state of art comprises a method and a machine alrea dy subject of the Italian patent application noa 40024 A/78 dated February 1st, 1978 in the name of the same inventory The method according to that patent application foresaw the introduction of the overturned bottle neck into the fixed sleeve by the operator, tis sleeve housing the inner brushes provoked to come out of the sleeve by manual or automatic ver tical movement of the corresponding motor underneath and the cleaning of the bottle by means of an alternate vertical movement of the bottle caused by hand by the operator before letting it go in order to allow it to be drawn into rotation by said brushes In the corresponding machine the sleeve hous ing the inner brushes was fixed vertically on the platform, which was fastened to the frame of the machine itself; at the inside of the sleeve the tube arranged on the extension of the crankshaft supporting and moving said brushes as well as feeding cold water into the inside of the bottle was slid ing; the movement of said tube was obtained by shifting manually or pneumatically in vertical direction the motor sup porta The bottle was surrounded by a brush formed by a helical core equipped with bristles, the turn of which with minor diameter leaning on said platform, served as a support for the upturned bottle neck1 Thus the helical brush carried out the outward cleaning of the bottle owing to a lateral cold water spray, the bottle being dragged into rotation by the inner¯6rushesa Thè assembly of hel-; ;cal brush and spraying tu be was contained in a protection envelope arranged on the platform, to which the upper end of the brush was fastened In the case of two station machines, both stations operated simultaneously, This prior state of art is liable to further improvements concerning the reduction of the manual operations, the reduction of idle times and the necessity of removing one or more labels, generally very tough, from the bottle From the afore-said derives the necessity of solving the technical problem of finding a new method of cleaning the bottles, which allows the necessity of moving the bottle alternately by hand in vertical direction for its cleaning to be eliminat ed the shifting of the motor to be eliminated,the idle times as well as the operator fatigue to be reduced and the rotation of the bottle to be made smoother, The machine for the realization of this method must, moreover, be able to elimi nate the labels and to improve the quality of the inner and outer cleaning1 The invention solves said technical problem by adopting a method, which foresees the manual introduction of the overturned bottle into a rotating centering support, which has only a minimum of friction, as well as the automatic out-co ming movement of the inner brushes and the alternate vertical movement of the bottle up to the quick outflow of the cleaning water: the whole being associated with the hot water cleaning, particularly by means of hot water jets under pressure directed against the bottom and label areas, which are, moreover, subjected to a balanced scraping action; the machi ne, which carries out this method, foresees two stations with continuous and out of fase working in prder to eliminate the idle times; each station foresees mainly: a frame supporting the bottle and vertically movable in a coordinated way with another movable frame below, which supports the sleeve housing the inner brushes; side centering rings of the bottle body and a pair of upper side stabilizing wheels of same; a rotating bushing centering the edge of the bottle neck and a radial lateral brush scraping the outside of the bottle: the whole being arranged on--the bottle support frame; some ses die elektrische Stromverteilung in Strömungsrichtung verschleppt wird, und zwar über Entfernungen bis zu einigen estern. Ausserdem verläuft die Entladung bevorzugt innerhalb der warmen Grenzschicht der Kanalwände. Diese beiden Effekte führen gemeinsam dazu, dass in einem Bereich zwischen seitlich an der Kanalwand angeordneten Elektroden keine gleichmässige Anregung erfolgen kann. Um eine hohe Effizienz der Schwingungsanregung zu erreichen, muss im Bereich der Glimmentladung die Zahl der Ladungsträger hoch sein. Dies bedingt eine hohe Stromdichte, die eine hohe elektrische Feldstärke voraussetzt. Dabei besteht die Schwierigkeit, dass die Glimm- in eine Bogenentladung umschlägt. Andererseits erhält man eine optimale Vibrationsanregung des Molekülgases bei Anlegen einer niedrigen elektrischen Feldstärke, d.h. einer Feldstärke, die unterhalb derjenigen einer selbständigen Glimmentladung liegt. Dadurch wird aber wieder die Produktion von Ladungsträgern herabgesetzt. Die Schwierigkeiten zur Anregung eines Molekülgases mittels einer Glimmentladung im Bereich einer Uberschallst'römung sind also äusserst vielfältiger Natur. Es sind eine Reihe von Verfahren bekannt geworden, mit denen diese Schwierigkeiten überwunden werden sollen. Bei einem solchen Verfahren wird eine unselbständige Gleichstromentladung, die quer zur Strömungsrichtung unterhalten wird, mit einer Elektronenkanone kombiniert, die unabhängig von der Gleichstromentladung Ladungsträger erzeugt (M.M. Mann, SPIE Vol. 76 (1976), S. 59). Nachteilig ist dabei insbesondere, dass die Trennfolie zwischen Elektronenkanone und Entladungskanal durch den durch sie hindurchge richteten Elektronenstrahl stark erwärmt wird und dass daher zur Vermeidung einer Zerstörung nur kurze Betriebszeiten möglich sind. Ausserdem ist ein grosser apparativer Aufwand für den Betrieb der Elektronenkanone notwendig. Anstelle der Elektronenkanone hat man auch bereits Hochspannungsimpulse kurzer Dauer und hoher Repetitionsrate zur Ioni sation verwendet (D.J. Monson, G. Srinivasan, Appl. Phys. Lett. 31 (12), 15. Dez. 1977, S. 828). Bei diesemj Verfahren ist ebenfalls ein hoher apparativer Aufwand nötig, da zu- sätzlich zu den Vorrichtungen für eine Gleichstrom-Glimment- ladung eine Hochspannungsquelle zur Erzeugung von Impulsen hoher Repetitionsrate vorgesehen sein muss Um den Schwierigkeiten der Stromverschleppung zu begegnen, ist es auch bereits bekannt, die Anregung mittels einer als Längsentladung betriebenen Hochfrequenzentladung vorzunehmen. Die Entladung erfolgt aabei zwischen der als Elektrode wirkenden Expansionsdüse einerseits und stromabwärts gelegenen Elektroden in den Kanaiwänden (J.A. Shirley, R.J. Hall, B.R. Bronfin, Journal of Appl. Phys., Vol 45, Nr. 9, Sept. 974, S. 3934). Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei einem solchen Betrieb die Hochfrequenzent- ladung im wesentlichen in den wärmeren Grenzschichten des Gefässes konzentriert ist, so dass auch bei diesem Verfahren eine gleichmässige Anregung des gesamten Volumens nicht möglich ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Anregung eines Molekülgases in einer Uberschallströmung anzugeben, mit welchem das Gas mit hoher Leistungsdichte kontinuierlich über einen längeren Zeitraum und über den Quer 38; 39 indicates cocks to adjust the water flow at the inside of thetwo bottles 13, particularly in such a way as to limit the quantity of water introduced into the bottle in order to obtain the quick and complete emptying during the ascent of the latter; 40 indicates a feeding tube of hot wa ter under pressure, which forks into the tubes 41 connected to the corresponding tubes 35 by means of couplings 42; 43 indicates a hydropneumatic valve operating as safety relief during the passage from the cleaning of the first to that of the second bottle 13 and during the incidental machine stop; 44 indicates two solenoid valves for the closing of the hot water feed to the bottles 13 during the phases of inactivity of the cleaning means; 45 is the motor equipped with the shaft 24; 46 is the support of each motor 45 housing the distributor 37; 48 indicates a pair of pipes for the discharge of the cleaning water from the plate 1; 49 (Figure 2) indica tes a double-acting pneumatic operating cylinder vertically fastened on both the plates 17, 18, the rod of which 50 is fixed to the lower plate of the corresponding frame 8, 9; 51 indicates another double-acting pneumatic cylinder, at the bottom fixed to the plate 1, the rod of which 52, passing in a waterproof way through the plate itself, is fastened to the corresponding plate 17, 18; 53 indicates a pair of upturns of each plate 17, 18 for the fixing of the sleeves 19; 54 is an anular distribution chamber of the distributor 37, where the offtakes 36 unite: said chamber communicating with the corresponding pipe 22 through the tang 55 of the distributor, threaded for the fastening to the plate 1 by means of the nut 38; 56 is an overturned bowl which constitutes a water seal inserted into each distributor 37; 57 (Figure 4) is a tank upwardly equipped with an overflow control 58, at the bottom equipped with.a motor pump 59 for the feeding of hot water to pipe 40 under higher pressure than that of the water network such as to make impossible to eliminate the labels, and to receive the discharge from the pipe coming from the valve 43: the high water pressure (for instance 200 and more N/cm2) and the positioning of the nozzles 32, 33, 34 also help to increase greatly the rotation of the bottles 13 in order to obtain a better cleaning; 60 is a panel containing the electric and pneumatic controls With reference to the left station of Figure 1 and to Figure 2, the operation takes place in the following way: once introduced the bottle 13 between the rings 11, 12, the edge of its neck is automatically centered by the truncated-cone bush 16 flared coaxially to the sleeve 2 in order to start the cycle by lowering the plate 17 by means of the cylinder 51, which determines the coming-out of the brushes 23 from the sleeve 20 and the uncovering of the jets 25, while the nozzles 32, 33, 34 start to work and the combs 26, 27 do the scraping of the labels 28, 29 of the bottle 13 dragged into balanced and stable rotation; the operating cylinder 49 provo kes one or more than one vertical oscillations of the bottle compared to the brushes 23 in order to improve the cleaning up to the lifting of the plate 17 in order to bring the sta tion back to the starting position of a new cycle with the bottle already emptied; all this being achieved within a few seconds' time; meanwhile, while the operator removes the clean bottle from the top replacing it with another one, at the adjacent station another cycle takes place; this takes place continuously. In the practical realization the materials, the execution details, the operation pressure may be different from those indicated, but technically equivalent without leaving the juridical domi°.nionrof this invention; moreover, even if less convenient,.the device might be carried out with one station only S. 25; C.0. Brown, J.W. Davis, Appl. Phys. Lett., Vol. 21, Nr. 10, 15. Nov. 1972, S. 480). Die Hochfrequenzentladung hat bei diesem Verfahren nicht die Aufgabe, gleichzeitig die Ladungsträger zu erzeugen und die Anregung des Gases zu bewirken, wie dies bei der Hochfrequenzentladung der vorliegenden Erfindung der Fall ist. Es wird vielmehr durch die zusätzliche Hochfrequenzentladung bei dieser Unterschallströmung eine Modulation des Gleichfeldes der Gleichstroment ladung.bewirkt, uminstabile Vorgänge in der Gleichstromentladung auszuschalten. Bei einem anderen Verfahren werden - in diesem Falle allerdings niederfrequente - Wechselstromentladungen einer Unterschallströmung überlagert (V.D. Gavrilyuk, A.F. Glova, V.S. Golubev, F.V. Lebedev, Sov. J. Quantum Electron. 7 (9), Sept. 1977, S. 1164). Diese Verfahren sind daher mit der Hochfrequenzanregung eines mit Uberschallgeschwindigkeit strömenden Gases nicht vergleichbar. Die nachfolgende Beschreibung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens und bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens dient zusammen mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens und Fig. 2 eine vergrösserte Draufsicht auf eine mehrteilig.aus gebildete Elektrode. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfasst einen Hochdruckbereich 1, an den sich eine Uberschalidüse 2 mit keilförmig auseinanderlaufenden Seitenwänden 3 anschliesst. Die Seitenwände 3 setzen sich gradlinig in Kanalwänden 4 fort so dass sich insgesamt ein keilförmig erweiternder Kanal ergibt. In die Kanalwände 4 sind im Bereich hinter der Ueber schalldüse 2 einander gegenüberliegend zwei Elektrodenhalter 5 und 6 eingesetzt, und zwar derart, dass ihre dem Kanal zugewandte Innenfläche mit der Innenfläche der Kanalwände 4 fluchtet. Die Elektrodenhalter bestehen aus Keramik und nehmen jeweils sechs Elektroden 7 auf, wie sich insbesondere aus Fig. 2 ergibt. Die Elektroden bestehen vorzugsweise aus Materialien, die eine geringe Sputterneigung aufweisen, z.B. aus Aluminium. Zur Erzielung eines homogenen Entladungsansatzes wird zweckmässigerweise die Elektrodenoberfläche auf gerauht, z.B. durch Sandstrahlen Die Kanten der Elektroden sind auf der der Entladung zugewandten Seite abgerundet. Die Elektrodensegmente sind durch eine wärmebeständige, kohlenstofffreie Isoliermasse, vorzugsweise durch Keramik, getrennt, wobei diese die Segmentoberflächen teilweise bedecken kann. Die Elektroden können gekühlt sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektroden ganz oder teilweise in einer leicht vom Kanal abtrennbaren Halterung gefasst. Damit ist ein rasches Auswechseln der Elektroden möglich. Jedes Elektrodensegment ist über einen eigenen Kondensator 8 mit einem Ende einer Induktivität 9 verbunden, deren anderes Ende jeweils mit einem Ausgang einer Hochfrequenzspannungs- quelle 10 in Verbindung steht. Die Induktivitäten 9 kompensieren die kapazitive Last der Kondensatoren 8 nach Art eines Reihenschwingkreises. Im stromabwärts von den Elektroden gelegenen Bereich des Ka nales ist ein Laserresonator 11 angeordnet, mittels welchem die Laserleistung ausgekoppelt werden kann. Im Betrieb der erfindungsgemässen Anordnung wird das anzuregende Gas, beispielsweise eine Gasmischung, die CO, COS, NO oder Wasserstoffhalogenide enthält, in den Hochdruckbereich 1 eingeführt und beim Durchtritt durch die Uberschalldüse 2 auf Uberschallgeschwindigkeit beschleunigt. Beispielsweise könnte die Geschwindigkeit eines CO/He-Gemisches bei 1000 m/s liegen. An die Elektroden wird eine Hochfrequenzspannung mit einer Frequenz zwischen 105 @nd 107 Hz angelegt. Deren Scheitelspannung ist dabei so gewähl, dass im Raum zwischen den Elektroden eine Elektronendichte von mindestens 1011 Elektronen/cm3 erzeugt wird. Vorzugsweise ist der Spannungsverlauf symmetrisch zur Nullinie, so da kein Gleich- stromanteil auftritt. Dies erlaubt bei der Entkopplung der einzelnen Elektrodensegmente durch die Kondensatoren 8 und die Kompensation durch die Induktivitäten 9 einen sparsameren Gebrauch gegenüber dem Betrieb mit vergleichbaren Ohmschen Widerständen. Bei einem von den Erfindern durchgeführ- ten Versuch wurde ein CO/He-Gemisch mit einer Geschwindig- keit von 1000 m/s zwischen den Elektroden hindurchgeleitet, die einen Abstand von 2,5 cm und eine Länge von etwa 12 cm aufwiesen. Die an die Elektroden angelegte Hochfrequenzspannung hatte eine Frequenz von 1 MHz. Die bei einer sol- chen Entladung erzielte Leistungsdichte N > 100 W/cm3 sp ermöglicht den Betrieb eines Infrarotlasers bei einer Wel- lenlänge von 5 Mikrometer. Infolge des hohen Druckes in der Überschallströmung ist es bei der gewählten Anordnung möglich, durch Druckrückgewinn in einem nachgeschalteten Diffusor die Gase gegen Atmosphäre auszublasen. Andererseits erfordern zahlreiche Laseranwendungen, dass das Lasergas in einem geschlossenen Gaskreislauf geführt wird. Dies wird bei dem beschriebenen Verfahren vorteilhaft ermöglicht, da das insgesamt hohe Druckniveau die Verwendung kleinvolumiger Pumpen gestattet.

Claims: Patentansprüche: 1. Verfahren zur Erzeugung eines laseraktiven Zustandes in einer Gasströmung, in welcher das Gas mit Uberschallae- schwindigkeit zwischen zwei Elektroden hindurchströmt, bei welchem durch Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden eine Glimmentladung quer zur Strömungsrich tung unterhalten wird, d 2 d u r c h g e R. e n n z e i c h n e t , dass man eine alternirende Hochfre quenzspannung mit einer Frequenz zwischen 105 und 107 Hz zur Erzeugung der Glimmentladung an die Elektroden anlegt, dass man die Scheitelspannung derart wählt, dass Im Raum zwischen den Elektroden eine Elektronendicnte von miride- stens 1011 ElektronenZcm3 vorliegt, und dass in einem grösseren Teil einer Schwingungsperiode die Spannung un- ter einer zur Aufrechterhaltung einer selbständigen Glimmentladung notwendigen Spannung liegt und von Null verschieden ist. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnnet, dass die Halbwellen der Hochfrequenzspannung symmetrisch zur Nuilinie sind. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenzspannung sinusförmig ist.

Inventors: HOFFMANN, PETER, DIPL.-PHYS., HUGEL, HELMUT, DR. ING., SCHALL, WOLFGANG, DIPL.-ING., SCHOCK, WOLFRAM, DR. ING., Hügel, Helmut, Dr. Ing.
Applicants: DEUTSCHE FORSCHUNGS- UND VERSUCHSANSTALT FUR LUFT- UND RAUMFAHRT E.V.
Application year: 1980
Main classification: H01S3
IPC codes: H01S3