ГОРЕЛКА ИНДУКЦИОННОЙ ПЛАЗМЫ С ПОВЫШЕННОЙ ПЛОТНОСТЬЮ ПЛАЗМЕННОЙ ЭНЕРГИИ

1. Индукционная плазменная горелка, содержащая:
- трубчатое тело горелки, имеющее верхнюю по потоку секцию и нижнюю по потоку секцию, причем верхняя по потоку и нижняя по потоку секции задают соответствующие внутренние поверхности;
- трубку для удержания плазмы, расположенную внутри трубчатого тела горелки коаксиально с трубчатым телом горелки и имеющую внутреннюю поверхность постоянного внутреннего диаметра и внешнюю поверхность, причем трубка для удержания плазмы имеет трубчатую стенку с толщиной, сужающейся в аксиальном направлении потока плазмы по меньшей мере на участке трубки для удержания плазмы;
- трубчатый вкладыш, прикрепленный к внутренней поверхности нижней по потоку секции трубчатого тела горелки, причем трубчатый вкладыш имеет внутреннюю поверхность; и
- кольцевой канал, образованный между (a) внутренней поверхностью верхней по потоку секции трубчатого тела горелки и внутренней поверхностью трубчатого вкладыша и (b) внешней поверхностью трубки для удержания плазмы, причем кольцевой канал выполнен с возможностью пропускания охлаждающей текучей среды для охлаждения трубки для удержания плазмы.
2. Горелка по п. 1, содержащая элемент индуктивного связывания, встроенный внутрь трубчатого тела горелки, для приложения энергии к плазменному газу, присутствующему в трубке для удержания плазмы, для получения и поддержания плазмы.
3. Горелка по п. 2, в которой элемент индуктивного связывания содержит коаксиальную катушку, причем толщина трубчатой стенки трубки для удержания плазмы сужается в области коаксиальной катушки.
4. Горелка по любому из пп. 1-3, в которой внутренняя поверхность верхней по потоку секции трубчатого тела горелки, внутренняя поверхность трубчатого вкладыша и внешняя поверхность трубки для удержания плазмы выполнены с возможностью формирования кольцевого канала с постоянной толщиной.
5. Горелка по любому из пп. 1-4, в которой трубчатое тело горелки содержит кольцевую кромку между внутренней поверхностью верхней по потоку секции и внутренней поверхностью нижней по потоку секции, причем трубчатый вкладыш содержит верхний по потоку конец, упирающийся в кольцевую кромку.
6. Горелка по любому из пп. 1-5, в которой:
- трубка для удержания плазмы задает внешнюю, верхнюю по потоку часть цилиндрической поверхности, внешнюю, центральную часть поверхности в форме усеченного конуса и внешнюю, нижнюю по потоку часть цилиндрической поверхности; и
- внутренняя поверхность верхней по потоку секции трубчатого тела горелки является цилиндрической и обращена к внешней, верхней по потоку части цилиндрической поверхности трубки для удержания плазмы; и
- внутренняя поверхность трубчатого вкладыша содержит верхнюю по потоку часть поверхности в форме усеченного конуса, обращенную к внешней, центральной части поверхности в форме усеченного конуса трубки для удержания плазмы, а нижняя по потоку часть цилиндрической поверхности обращена к внешней, нижней по потоку части цилиндрической поверхности трубки для удержания плазмы.
7. Горелка по любому из пп. 1-6, содержащая внутренний емкостной экран, включающий в себя слой электропроводящего материала на внутренней стенке трубчатого тела горелки, причем слой проводящего материала сегментирован с образованием осевых полос и образует кольцо для соединения между собой верхних по потоку концов осевых полос.
8. Горелка по п. 7, в которой емкостной экран встроен во внутреннюю стенку трубчатого тела горелки.
9. Горелка по п. 7, в которой слой электропроводящего материала содержит трубку из упомянутого электропроводящего материала.
10. Индукционная плазменная горелка, содержащая:
- трубчатое тело горелки, имеющее верхнюю по потоку секцию, центральную секцию и нижнюю по потоку секцию, причем верхняя по потоку, центральная и нижняя по потоку секции задают соответствующие внутренние поверхности;
- трубку для удержания плазмы, расположенную внутри трубчатого тела горелки коаксиально с трубчатым телом горелки и имеющую внутреннюю поверхность постоянного внутреннего диаметра и внешнюю поверхность, причем трубка для удержания плазмы имеет трубчатую стенку с толщиной, сужающейся в аксиальном направлении потока плазмы по меньшей мере на участке трубки для удержания плазмы;
- трубчатый вкладыш, прикрепленный к внутренней поверхности нижней по потоку секции трубчатого тела горелки, причем трубчатый вкладыш имеет внутреннюю поверхность; и
- кольцевой канал, образованный между (a) внутренней поверхностью верхней по потоку секции трубчатого тела горелки, внутренней поверхностью центральной секции трубчатого тела горелки и внутренней поверхностью трубчатого вкладыша и (b) внешней поверхностью трубки для удержания плазмы, причем кольцевой канал выполнен с возможностью пропускания охлаждающей текучей среды для охлаждения трубки для удержания плазмы.
11. Горелка по п. 10, содержащая элемент индуктивного связывания, встроенный внутрь трубчатого тела горелки, для приложения энергии к плазменному газу, присутствующему в трубке для удержания плазмы, для получения и поддержания плазмы.
12. Горелка по п. 11, в которой элемент индуктивного связывания содержит коаксиальную катушку, причем толщина трубчатой стенки трубки для удержания плазмы сужается в области коаксиальной катушки.
13. Горелка по любому из пп. 10-12, в которой внутренняя поверхность верхней по потоку секции трубчатого тела горелки, внутренняя поверхность центральной секции трубчатого тела горелки, внутренняя поверхность трубчатого вкладыша и внешняя поверхность трубки для удержания плазмы выполнены с возможностью формирования кольцевого канала с постоянной толщиной.
14. Горелка по любому из пп. 10-13, в которой трубчатое тело горелки содержит кольцевую кромку между внутренней поверхностью центральной секции и внутренней поверхностью нижней по потоку секции, причем трубчатый вкладыш содержит верхний по потоку конец, упирающийся в кольцевую кромку.
15. Горелка по любому из пп. 10-14, в которой:
- трубка для удержания плазмы задает внешнюю, верхнюю по потоку часть цилиндрической поверхности, внешнюю, центральную часть поверхности в форме усеченного конуса и внешнюю, нижнюю по потоку часть цилиндрической поверхности; и
- внутренняя поверхность верхней по потоку секции трубчатого тела горелки является цилиндрической, а внутренняя поверхность центральной секции трубчатого тела горелки имеет форму усеченного конуса;
- внутренняя поверхность трубчатого вкладыша содержит верхнюю по потоку часть поверхности в форме усеченного конуса, образующую с внутренней, в форме усеченного конуса, поверхностью центральной секции трубчатого тела горелки внутреннюю однородную поверхность в форме усеченного конуса и нижнюю по потоку часть цилиндрической поверхности;
причем (a) внутренняя цилиндрическая поверхность верхней по потоку секции трубчатого тела горелки обращена к верхней по потоку части цилиндрической поверхности трубки для удержания плазмы, (b) внутренняя однородная поверхность в форме усеченного конуса обращена к внешней, центральной части поверхности в форме усеченного конуса трубки для удержания плазмы, и (c) нижняя по потоку цилиндрическая часть внутренней поверхности трубчатого вкладыша обращена к внешней, нижней по потоку части цилиндрической поверхности трубки для удержания плазмы.
16. Горелка по любому из пп. 10-15, содержащая внутренний емкостной экран, включающий в себя слой электропроводящего материала на внутренней стенке трубчатого тела горелки, причем слой проводящего материала сегментирован с образованием осевых полос и образует кольцо для соединения между собой верхних по потоку концов осевых полос.
17. Горелка по п. 16, в которой емкостной экран встроен во внутреннюю стенку верхней по потоку и центральной секций трубчатого тела горелки, причем емкостной экран подвергают механической обработке вместе с внутренними поверхностями верхней по потоку и центральной секции трубчатого тела горелки для обнажения слоя электропроводящего материала.
18. Горелка по п. 16 или 17, в которой слой электропроводящего материала содержит трубку из упомянутого электропроводящего материала.
19. Горелка по любому из пп. 1-18, содержащая:
- вход для охлаждающей текучей среды, предназначенный для подачи охлаждающей текучей среды к кольцевому каналу; и
- выход для охлаждающей текучей среды, предназначенный для откачки охлаждающей текучей среды из кольцевого канала.
20. Горелка по п. 19, в которой вход и выход для охлаждающей текучей среды расположены таким образом, чтобы охлаждающая текучая среда текла в кольцевом канале в направлении, противоположном направлению потока плазмы.
21. Горелка по любому из пп. 1-20, причем трубка для удержания плазмы изготовлена из материала, проницаемого для охлаждающей текучей среды, причем доля охлаждающей текучей среды проникает сквозь материал трубки для удержания плазмы с образованием пленки охлаждающей текучей среды на внутренней поверхности трубки для удержания плазмы, причем охлаждающая среда испаряется с пленки под действием тепла, производимого плазмой, причем охлаждающая среда выбрана для образования, при ее испарении, газа, пригодного для генерирования плазмы.
22. Горелка по любому из пп. 1-21, причем трубка для удержания плазмы содержит нижний по потоку конец, снабженный внешней кольцевой кромочной/фланцевой насадкой, причем индукционная плазменная горелка содержит кольцевое выходное сопло для плазмы, прикрепленное к нижнему по потоку концу трубчатого тела горелки и содержащее кольцевое гнездо для приема внешней кольцевой кромочной/фланцевой насадки.
23. Горелка по п. 22, в которой кольцевая кромочная/фланцевая насадка задает кольцевую кромку, в которую упирается нижний по потоку конец трубчатого вкладыша для удержания кольцевого вкладыша в индукционной плазменной горелке на внутренней поверхности нижней по потоку секции трубчатого тела горелки.
24. Горелка по любому из пп. 1-23, в которой трубчатый вкладыш содержит по меньшей мере две комплементарные секции, окружающие трубку для удержания плазмы.
25. Горелка по п. 24, в которой комплементарные секции трубчатого вкладыша содержат две полуцилиндрические секции.
26. Способ извлечения трубки для удержания плазмы из индукционной плазменной горелки по любому из пп. 1-25, содержащий одновременное вытягивание трубки для удержания плазмы и трубчатого вкладыша в аксиальном направлении потока плазмы из трубчатого тела горелки.
27. Способ по п. 26, содержащий:
- извлечение кольцевого выходного сопла для плазмы, прикрепленного к нижнему по потоку концу трубчатого тела горелки, до одновременного вытягивания трубки для удержания плазмы и трубчатого вкладыша в аксиальном направлении потока плазмы из трубчатого тела горелки; и
- демонтаж трубчатого вкладыша, изготовленного по меньшей мере из двух комплементарных секций для окружения трубки для удержания плазмы, причем демонтаж трубчатого вкладыша содержит отделение по меньшей мере двух комплементарных секций друг от друга.
28. Способ монтажа трубки для удержания плазмы на индукционной плазменной горелке по любому из пп. 1-25, содержащий одновременное введение трубки для удержания плазмы и трубчатого вкладыша в трубчатое тело горелки в аксиальном направлении, противоположном направлению потока плазмы.
29. Способ по п. 28, содержащий:
- сборку трубчатого вкладыша, изготовленного по меньшей мере из двух комплементарных секций для окружения трубки для удержания плазмы, причем сборка трубчатого вкладыша содержит сборку по меньшей мере двух комплементарных секций друг с другом вокруг трубки для удержания плазмы; и
- прикрепление кольцевого выходного сопла для плазмы к нижнему по потоку концу трубчатого тела горелки для размещения и поддержания трубки для удержания плазмы и трубчатого вкладыша в трубчатом теле горелки.
30. Трубчатое тело горелки для индукционной плазменной горелки, содержащее:
- внутреннюю стенку; и
- внутренний емкостной экран, включающий в себя слой электропроводящего материала, встроенный во внутреннюю стенку трубчатого тела горелки, причем слой проводящего материала сегментирован с образованием осевых полос и образует кольцо для соединения между собой верхних по потоку концов осевых полос;
причем емкостной экран механически обработан вместе с внутренней стенкой трубчатого тела горелки для обнажения слоя электропроводящего материала и получения гладкой поверхности внутренней стенки трубчатого тела горелки.
31. Трубчатое тело горелки по п. 30, в котором слой электропроводящего материала содержит трубку из упомянутого электропроводящего материала.