Plazmatrony

Termální plazma je produkováno speciálními zařízeními známými jako plazmatrony.

Podle prvotního zdroje energie, kterým může být stejnosměrný proud (Direct Current), střídavý proud (Alternating Current) nebo rádiová frekvence (Radio Frequency) pak hovoříme o DC, AC, RF, ICP (Inductively Coupled Plasma) plazmatronech.

Podle účinku se plazmatrony dělí na dva typy s přímým účinkem (transferred), kdy elektrický oblouk vzniká mezi jednou elektrodou a zpracovávaným materiálem a vychází z prostoru výbojové komory plazmatronu, a nepřímým účinkem (non transferred), kdy elektrický oblouk vzniká mezí dvěma elektrodami a nevychází z prostoru výbojové komory plazmatronu.

Standardní DC plazmatron je tvořen katodou např. z wolframu, hafnia, zirkonia nebo z grafitu a vodou chlazenou měděnou anodou tvarovanou jako tryska. Tyto dvě elektrody jsou od sebe odděleny izolátorem, který je současně vybaven vstupem pro nosný plyn.

Nosný plyn prochází mezerou mezi elektrodami a přes obloukový výboj vytvořený mezi elektrodami. Vysoká teplota výboje ionizuje plyn do formy termického plazmatu. Tělo plazmatronu se skládá z chladící komory pro katodu a anodu.

Do plazmatronu vstupuje plyn pro vytváření plazmatu, chladicí voda a elektrická energie z příslušného zdroje.

Rozdíly mezi jednotlivými typy plazmatronů v zásadě spočívají ve způsobu stabilizace obloukového výboje, tvaru elektrod, druhu nosného plynu, způsobu chlazení elektrod a způsobu toku nosného plynu.

Přednosti plazmatronů:

• Stabilní funkčnost při různém výkonu
• Snadné řízení výkonu a možnost snadné automatizace celého procesu
• Možnost práce s několika nosnými plyny (vzduch, inertní plyny, vodní pára, CO a CO2, uhlovodíkové plyny, páry různých kapalin, dusík a různé směsi těchto plynů)
• Dosažení vysoké teploty (3000 – 20000°C)
• Vysoká hustota energie (> 100 MW/м3)
• Dlouhá životnost elektrod
• Konstrukce byla ověřena v průmyslových podmínkách (tavení kovů)

Pomocná zařízení nutná pro provoz plazmatronů

• Chladicí soustava zajišťuje chlazení elektrod plazmatronu demineralizovanou vodou a v některých případech také chlazení zdroje elektrické energie.
• Zdroj pracovního plynu - Tento systém zásobuje plazmatron vybraným stlačeným plynem (zpravidla 1 MPa), který je zapotřebí pro tvorbu plazmatu (podle požadavků technologického procesu) v potřebném množství a umožňuje toto množství regulovat. Tento systém se většinou dodává spolu s plazmatronem, jelikož koordinace při výběru pracovního plynu a jeho toku je pro stabilní provoz plazmatronu velmi důležitá.
• Zdroj elektrického proudu je základním článkem celého systému řízení výkonu plazmatronu. Speciálně vytvořené elektrické schéma zajišťuje vysoce stabilizovaný obloukový výboj při různém zatížení. Stabilizovaný obloukový výboj znamená přesnější řízení celého procesu. Výkon zdroje elektrické energie může být podle potřeb konkrétního procesu od několika kW až do několika MW.
• Inicializační (zapalovací) blok inicializace oblouku zajišťuje start procesu a automatický restart v případě jeho přerušení. Hlavním prvkem tohoto bloku je vysokonapěťový oscilátor.
• Řídicí systém slouží k řízení zdroje elektrického proudu a ostatního technologického zařízení a monitorování procesu pomocí PLC (Programmable Logic Controller).