Plasmatrones

Le plasma thermique est produit à l’aide d’équipements spéciaux qui sont connus sous le terme de plasmatrons.

En fonction de la source d’énergie primaire qui peut être du courant continu (Direct Current), du courant alternatif (Alternating Current) ou une fréquence radio (Radio Frequency), on parlera ensuite de plasmatrons DC, AC, RF, ICP (Inductively Coupled Plasma).

En fonction de leurs effets, les plasmatrons sont répartis en deux types ayant un effet direct (transferred) où l’arc électrique est créé entre une électrode et le matériau traité et sort ensuite de l’espace de la chambre de décharge du plasmatron, ou un effet indirect (non transferred) où l’arc électrique est créé entre deux électrodes et ne quitte pas l’espace de la chambre de décharge du plasmatron.

Un plasmatron DC standard est par exemple formé d’une cathode au wolfram (hafnium, zircon, graphite) et d’une anode en cuivre refroidie à l’eau, en forme d’injecteur. Ces deux électrodes sont séparées l’une de l’autre par un isolateur qui comporte une entrée pour le gaz porteur.

Ce gaz porteur traverse l’espace situé entre les électrodes et la décharge électrique qui se forme entre les électrodes. La haute température de la décharge ionise le gaz pour le transformer en plasma thermique. Le corps du plasmatron se compose d’une chambre de refroidissement pour la cathode et l’anode.

Le gaz devant être transformé en plasma, l’eau de refroidissement et l’énergie électrique provenant de la source sélectionnée sont les seuls produits qui entrent dans le plasmatron.

Les différences entre les différents types de plasmatrons reposent principalement dans le mode de stabilisation de la décharge d’arc, dans la forme des électrodes, dans le type de gaz porteur, dans le mode de refroidissement des électrodes et dans le mode de flux du gaz porteur.

Avantages des plasmatrons:

• Fonctionnement stable à différentes puissances
• Gestion simple de la puissance et possibilité d’automatiser facilement l’ensemble du processus
• Possibilité de travailler avec plusieurs gaz porteurs (air, gaz inertes, vapeur d’eau, CO et CO2, gaz d’hydrocarbures, vapeurs de différents fluides, azote et différents mélanges de ces gaz)
• Atteinte de hautes températures (3000 – 20000 °C)
• Densité élevée de l’énergie (> 100 MW/м3)
• Longue durée de vie des électrodes
• La structure a été testée dans des conditions industrielles (fusion des métaux)

Équipements auxiliaires nécessaires au bon fonctionnement des plasmatrons

• Système de refroidissement garantissant le refroidissement des électrodes du plasmatron à l’aide d’eau déminéralisée et, dans certains cas, également le refroidissement de la source d’énergie électrique.
• Source de gaz de travail Ce système alimente le plasmatron en gaz comprimé (habituellement à 1 MPa) qui est nécessaire pour pouvoir créer la quantité de plasma souhaitée (en fonction des exigences du processus technologique) et qui permet de réguler cette quantité. Ce système est habituellement fourni avec le plasmatron puisque la coordination lors de la sélection du gaz de travail et de son flux est très importante pour que le fonctionnement du plasmatron soit stable.
• Source de courant électrique – Il s’agit de l’élément fondamental du système de gestion de la puissance du plasmatron. Un schéma électrique ayant été spécialement établi assure une décharge d’arc hautement stabilisée à différentes charges. Une décharge d’arc stabilisée signifie également une gestion plus précise de l’ensemble du processus. En fonction des exigences concrètes du processus, la puissance de la source d’énergie électrique peut varier de quelques kW à plusieurs MW.
• Bloc d’initialisation (allumage) – Le bloc de l’initialisation de l’arc assure le démarrage du processus et son redémarrage automatique en cas d’interruption éventuelle. L’élément principal de ce bloc est un oscillateur à haute tension.
• Système de commande – Le système de commande permet de gérer la source de courant électrique et les autres équipements technologiques, tout comme de superviser le processus à l’aide d’un PLC (Programmable Logic Controller).