СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК H05H1/24 H05H1/26 H05H1/48 

Описание патента на изобретение RU2169443C1

Изобретение относится к способам получения, исследования и применения низкотемпературной плазмы и может быть применено в плазмохимии, плазменных технологиях обработки материалов и плазменной технике, в частности в плазмохимических реакторах.

Известны способы получения электролитного разряда между жидким катодом и твердотельным анодом, когда жидкий катод либо наливается в электролитическую ванну [1], либо подается в виде струи [2].

Известен способ получения электролитного разряда, когда оба электрода (и катод, и анод) являются жидкими и текут по поверхностям твердотельных токоподводов [3].

Недостаток известных способов заключается в том, что с помощью этих способов невозможно получить разряд при больших межэлектродных расстояниях, т. е. невозможно увеличить длину разрядного канала выше определенного предела, который составляет порядка 20 мм и практически не зависит от состава электролита. Поэтому эти способы имеют ограниченные технологические и иные возможности практического применения.

Известен способ получения электролитного электрического разряда, заключающийся в зажигании разряда внутри диэлектрической трубки, нижний конец которой касается электролита, налитого в электролитическую ванну, а вблизи открытого верхнего конца устанавливается твердотельный анод [4]. При этом пары электролита поднимаются в вертикальном направлении внутри трубки и это позволяет поддерживать разряд при значительно больших (больше 20 мм) межэлектродных расстояниях.

Недостатки этого известного способа заключаются в следующем: отсутствует свободный доступ в разрядную область; разряд реализуется только в вертикальном направлении, т.е. разряд реализуется при одном единственном варианте взаимного расположения электродов, а именно когда жидкий катод находится ниже твердотельного анода. Поэтому этот способ, как и другие известные способы, имеет ограниченные технологические и иные возможности практического применения.

Прототипом устройства для осуществления способа выбрано устройство, содержащее твердотельный токоподвод и электролит в качестве катода, твердотельный анод и гидросистему для циркуляции электролита [2].

Изобретение направлено на расширение технологических возможностей применения за счет увеличения активной рабочей зоны разряда путем увеличения его длины.

Это достигается тем, что в способе получения электролитного электрического разряда, заключающегося в зажигании разряда между электролитным катодом и твердотельным анодом, поступление электролита в разрядную область осуществляется через пористый диэлектрик, а сам электролит готовится из водных растворов солей щелочных металлов и водных растворов щелочей с массовой концентрацией от 1 до 30 кг/м3.

А в устройстве для получения электролитного электрического разряда, содержащем твердотельный токоподвод и электролит в качестве катода, твердотельный анод и гидросистему для циркуляции электролита, катод снабжен диэлектрическим пористым телом и токоподвод и пористое тело установлены так, что между ними образована полость для пропускания электролита, а твердотельный анод выполнен в виде кольца и установлен напротив пористого тела катода, так чтобы плоскость кольца была параллельна наружной плоскости пористого тела, при этом кольцо со стороны катода и снаружи закрыто изолятором.

На чертеже представлено устройство для осуществления способа.

Устройство для реализации способа состоит из токоподвода 1, электролитного катода 2, диэлектрического пористого тела 3, твердотельного анода 4, выполненного в виде кольца, изолятора 5, гидросистемы 6, которая обеспечивает циркуляцию электролита. Токоподвод 1 и анод 4 подключены к клеммам источника питания 7 через балластный резистор 8. Токоподвод 1 и пористое тело 3 образуют единый катодный узел с полостью для протекания электролита 2. Катодный узел и анод могут располагаться в любом положении друг относительно друга, в том числе могут располагаться горизонтально, как показано на фигуре 1. Катодный узел может находиться над анодом либо, наоборот, анод может находиться над катодным узлом, и возможны любые другие варианты их взаимного расположения. При этом кольцо- анод 4 всегда устанавливается напротив пористого тела 3 так, чтобы плоскость кольца-анода 4 была параллельна наружной рабочей поверхности 9 пористого тела 3.

Способ осуществляется следующим образом. Через полость между токоподводом 1 и пористым телом 3 пропускается поток электролита 2 таким образом, чтобы часть электролита, смачивая пористое тело 3, поступала на его рабочую поверхность 9. После этого с помощью известных способов, например взрывом тонкой медной проволоки, зажигается разряд 10 между рабочей поверхностью 9 пористого тела 3 катодного узла и анодом 4. Изолятор 5 предотвращает блуждание анодных пятен разряда по наружной поверхности анода и тем самым способствует стабилизации разряда.

Электролит на рабочей поверхности 9 пористого тела 3 под действием потока энергии, поступающего от плазмы разряда, кипит и испаряется. Интенсивность этого процесса зависит от тока (от мощности) разряда. При заданном токе, чтобы поддерживать пористое тело в пропитанном электролитом состоянии, на рабочую поверхность пористого тела электролит необходимо подавать в количестве, немного превышающем или в точности таком же, которое испаряется с этой поверхности. При этом условии кипение и испарение происходят внутри пор поверхностного слоя пористого тела и пары электролита, выходя из пор под давлением, образуют поток, направленный в сторону разрядной области. Это способствует поддержанию электрического разряда при больших межэлектродных расстояниях l, т.е. способствует увеличению длины разрядного канала электрического разряда.

Положительный эффект от применения пористого тела существенно увеличивается, если в качестве электролита использовать жидкости, в химическом составе которых имеются легкоионизируемые элементы, например щелочные металлы: натрий, калий и другие. Такие электролиты можно приготовить из водных растворов солей щелочных металлов и водных растворов щелочей.

Экспериментальные исследования показали, когда в химическом составе электролита отсутствуют легкоионизируемые элементы, максимальное значение l составляет 45-50 мм. Это примерно в 2,5 раза больше, чем при зажигании разряда по известному способу [1]. В случае использования в качестве электролита водного раствора КОН с массовой концентрацией 2 кг/м3 длина разрядного канала (расстояние l) достигала до 170 мм, а в случае использования водного раствора NaCl с массовой концентрацией 5 кг/м3 разряд поддерживался при межэлектродном расстоянии 220 мм. Это расстояние более чем в 4 раза больше, чем в случае использования солей нещелочных металлов с той же концентрацией. Таким образом, подача электролита в разрядную область через пористое диэлектрическое тело катодного узла позволяет увеличить длину разрядного канала. Ток в экспериментах менялся в пределах от 3 до 5 А. Разряд горел в вертикальном направлении, когда катодный узел располагался внизу, а металлический анод наверху. Длина разрядного канала существенно возрастает и при других расположениях электродов. Например, при горизонтальном расположении электродов друг относительно друга (как показано на чертеже) в случае использования в качестве электролита водного раствора NaCl с массовой концентрацией 5 кг/м3 длина разрядного канала (расстояние l) достигала до 140 мм. Таким образом, использование в качестве электролита водных растворов щелочей и солей щелочных металлов позволяет получить электролитный разряд, горящий в открытой атмосфере (без стабилизации стенкой), при межэлектродных расстояниях, в несколько раз превышающих максимальное межэлектродное расстояние при других известных способах получения открытого разряда.

При концентрациях менее 1 кг/м3 положительный эффект от использования электролита из растворов солей щелочных металлов и щелочей получается незначительным. В этом случае разрядный канал имеет примерно такую же длину (45 - 50 мм), как и при использовании электролита из растворов нещелочных металлов.

При больших концентрациях плотность тока на катоде возрастает, что приводит к интенсификации испарения электролита с поверхности пористого тела катода. Вследствие этого при концентрациях электролита более 30 кг/м3 пористое тело быстро высыхает и разряд гаснет. Чтобы разряд горел устойчиво и непрерывно и чтобы при этом межэлектродное расстояние было больше, чем при других известных способах получения открытого разряда, необходимо готовить электролит с массовой концентрацией от 1 до 30 кг/м3.

Источники информации
1. Гайсин Ф. М. , Сон Э.Е., Шакиров Ю.И. Объемный разряд в парогазовой среде между твердым и жидким электродами. М. Изд-во ВЗПИ. 1990. См. стр. 82-85.

2. Гайсин Ф. М., Хакимов Р.Г., Шакиров Ю.И. Разряд в газе между струей жидкости и твердым электродом. // Тезисы докладов научно-технической конференции "Проблемы и прикладные вопросы физики" - Саранск. 18 - 20 мая 1993. МГПИ. См. стр. 34.

3. Баринов Ю. А. , Блинов И.О., Дюжев Г.А., Школьник С.М. Экспериментальное исследование разряда с жидкими электродами в воздухе при атмосферном давлении. // Материалы конференции "Физика и техника плазмы", Т. 1, Минск. Беларусь. 13-15 сентября 1994. См. стр. 123-126.

4. А. с. N 1088086 (СССР). Гайсин Ф.М., Гизатуллина Ф.А., Даутов Г.Ю. Устройство для получения тлеющего разряда при атмосферном давлении, 1983.

Похожие патенты RU2169443C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА МЕЖДУ ЖИДКИМ ЭЛЕКТРОЛИТНЫМ КАТОДОМ И ТВЕРДОТЕЛЬНЫМ АНОДОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2003
  • Тазмеев А.Х.
  • Тазмеев Х.К.
RU2237391C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОТОКА ПЛАЗМЫ ИЗ ПАРОВ ЭЛЕКТРОЛИТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2003
  • Тазмеев Х.К.
  • Тазмеев А.Х.
RU2242848C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО РАЗРЯДА МЕЖДУ ЖИДКИМ ЭЛЕКТРОЛИТНЫМ КАТОДОМ И ТВЕРДОТЕЛЬНЫМ АНОДОМ, ЧАСТИЧНО ПОГРУЖЕННЫМ В ЭЛЕКТРОЛИТ 2003
  • Тазмеев Х.К.
  • Тазмеев А.Х.
RU2241320C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА В ПАРАХ ЭЛЕКТРОЛИТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2011
  • Тазмеев Харис Каюмович
RU2466514C2
ГЕНЕРАТОР ПЛАЗМЫ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА С ЖИДКИМ ЭЛЕКТРОЛИТНЫМ КАТОДОМ 2003
  • Тазмеев А.Х.
  • Тазмеев Х.К.
RU2255436C1
ПЛАЗМОТРОН С ЖИДКИМИ ЭЛЕКТРОДАМИ (ВАРИАНТЫ) 1999
  • Тазмеев Х.К.
  • Тазмеев Б.Х.
RU2159520C1
ПЛАЗМОТРОН С ЖИДКИМ ЭЛЕКТРОЛИТНЫМ КАТОДОМ 2005
  • Тазмеев Харис Каюмович
  • Тазмеева Рамиля Нуриахметовна
RU2286033C1
ПЛАЗМОТРОН С ЖИДКИМ ЭЛЕКТРОЛИТНЫМ КАТОДОМ 2002
  • Тазмеев Х.К.
  • Тазмеев А.Х.
RU2219684C2
ЭЛЕКТРОДНЫЙ УЗЕЛ 1999
  • Тазмеев Х.К.
  • Тазмеев Б.Х.
RU2149523C1
ЭЛЕКТРОДНЫЙ УЗЕЛ 2004
  • Тазмеев Х.К.
  • Тазмеева Р.Н.
RU2258329C1

Реферат патента 2001 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к способам получения, исследования и применения низкотемпературной плазмы и может быть применено в плазмохимии, плазменных технологиях обработки материалов и плазменной технике, в частности в плазмохимических реакторах. Технический результат - увеличение активной рабочей зоны разряда путем увеличения его длины. В способе получения электролитного электрического разряда, заключающемся в зажигании разряда между электролитным катодом и твердотельным анодом, поступление электролита в разрядную область осуществляется через пористый диэлектрик, а сам электролит готовится из водных растворов солей щелочных металлов и водных растворов щелочей с массовой концентрацией 1 - 30 кг/м3. В устройстве для получения электролитного электрического разряда, содержащем твердотельный токоподвод и электролит в качестве катода, твердотельный анод и гидросистему для циркуляции электролита, катод снабжен диэлектрическим пористым телом и установлен так, что между токоподводом и пористым телом образована полость для пропускания электролита, а твердотельный анод выполнен в виде кольца и установлен напротив пористого тела катода так чтобы плоскость кольца была параллельна наружной плоскости пористого тела, при этом кольцо-анод со стороны катода и снаружи закрыто изолятором. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 169 443 C1

1. Способ получения электролитного электрического разряда, заключающийся в зажигании разряда между электролитным катодом и твердотельным анодом, отличающийся тем, что электролит подают в разрядную область через пористое тело из диэлектрика, а сам электролит готовят из водных растворов солей щелочных металлов и водных растворов щелочей с массовой концентрацией 1 - 30 кг/м3. 2. Устройство для получения электролитного электрического разряда, содержащее твердотельный токоподвод и электролит в качестве катода, твердотельный анод и гидросистему для циркуляции электролита, отличающееся тем, что катод снабжен диэлектрическим пористым телом и установлен так, что между ним и токоподводом образована полость для пропускания электролита, а твердотельный анод установлен напротив пористого тела катода и выполнен в виде кольца, плоскость которого параллельна наружной плоскости пористого тела, при этом кольцо со стороны катода и снаружи закрыто изолятором.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2169443C1

ГАЙСИН Ф.М
и др
Разряд в газе между струей жидкости и твердым электродом
Тезисы докладов научно-технической конференции "Проблемы и прикладные вопросы физики"
-Саранск, МГПИ, 1993 с.34
Устройство для получения тлеющего разряда при атмосферном давлении 1983
  • Гайсин Фивзат Миннибаевич
  • Гизатуллина Флора Абдулловна
  • Даутов Гали Юнусович
SU1088086A1
RU 2055449 С1, 27.02.1996
RU 94000646 А1, 20.09.1995
RU 94005971 A1, 20.10.1995
Перегонная блокировка 1988
  • Григоров Василий Антонович
  • Сироткин Владимир Иванович
SU1562201A1

RU 2 169 443 C1

Авторы

Тазмеев Х.К.

Тазмеев Б.Х.

Даты

2001-06-20Публикация

1999-12-15Подача