ТРЕХФАЗНЫЙ ГЕНЕРАТОР ПЛАЗМЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2004 года по МПК H05H1/24 

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для получения низкотемпературной плазмы и может быть использовано в физических экспериментах, плазмохимии, металлургии, а также установках по утилизации токсичных и бытовых отходов.

Известен трехфазный генератор плазмы переменного тока, US 4013867. Он содержит корпус, газовую камеру, множество дуговых нагревателей на корпусе и сопло. Однако множество дуговых нагревателей усложняет конструкцию и снижает ее надежность.

Известен также трехфазный генератор плазмы переменного тока, US 5801489, включающий электродный блок, в корпусе которого размещены как начальные, так и рабочие части электродов, а также плазменный инжектор, в частности плазмотрон, который позволяет осуществить ионизацию пространства между электродами; с электродным блоком соединен сопловой блок таким образом, что полости образуют общее пространство - электроразрядную камеру; на выходе соплового блока имеется сопло, через которое выходит генерируемая плазма; на входе в электродный блок имеется кольцо для подачи плазмообразующего газа в электроразрядную камеру.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Недостатком этого устройства является малая зона, в которой осуществляется взаимодействие электрической дуги, возникающей между электродами, и плазмообразующего газа. Это обусловливает низкий коэффициент полезного действия устройства (не выше 60%). Полость сопловой камеры используется только для локализации электрической дуги и не используется для обеспечения взаимодействия электрической дуги с плазмообразующим газом.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи значительного увеличения зоны взаимодействия электрической дуги, возникающей между электродами, и плазмообразующего газа и повышение тем самым коэффициента полезного действия устройства.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в трехфазном генераторе плазмы переменного тока, включающем электродный блок, в корпусе которого закреплены начальные части трех электродов и плазменный инжектор, и сопловой блок, соединенный с электродным блоком таким образом, что их полости образуют единую электроразрядную камеру, при этом на выходе соплового блока установлено сопло для выхода плазмы, а на входе в электродный блок смонтировано кольцо для подачи плазмообразующего газа, рабочие части электродов введены в полость соплового блока, при этом в электродном блоке установлено, по меньшей мере, по одному дополнительному кольцу для подачи плазмообразующего газа; отношение диаметра D рабочий части электрода к диаметру d его начальной части составляет 3≥D/d≥1,1.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Реализация отличительных признаков изобретения обеспечивает (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы изобретения) важное принципиально новое свойство объекта: в процесс взаимодействия электрической дуги и плазмообразующего газа вовлекается полость сопловой камеры, которая ранее использовалась только для локализации электрической дуги; таким образом, в несколько раз увеличивается зона этого взаимодействия, коэффициент полезного действия устройства возрастает, по меньшей мере, до 80%, то есть не менее чем на 20% в сравнении с прототипом.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - устройство в разрезе по продольной оси;
на фиг.2 - электрод в разрезе.

Трехфазный генератор плазмы переменного тока включает электродный блок 1. В его корпусе закреплены начальные части 2 трех электродов, жестко соединенные (спаянные в единое целое) с подводящими штуцерами 3. В начальной части 2 и рабочей части 4 электрода имеется канал 5 для подачи охлаждающей жидкости, которая из канала 5 проходит в канал 6 с отводящим штуцером 7. В корпусе электродного блока 1 укреплен плазменный инжектор 8. Электродный блок 1 соединен посредством фланцевого соединения с сопловым блоком 9, при этом полости электродного блока 1 и соплового блока 9 образуют электроразрядную камеру 10, представляющую собой единое пространство, ограниченное стенками корпусов указанных блоков. На выходе из соплового блока 9 установлено сопло 11. На входе в электродный блок 1 установлено кольцо 12 для подачи плазмообразующего газа, в конкретном примере воздуха. Кроме того, в электродном блоке 1 установлено такое же дополнительное кольцо 13, а в сопловом блоке 9 установлены два дополнительных кольца 14 и 15 для подачи плазмообразующего газа. Рабочие части 4 электродов введены в полость соплового блока 9; отношение диаметра D рабочей части 4 электрода к диаметру d его начальной части 2 в конкретном примере составляет 2, это позволяет увеличить ресурс работы электрода.

Устройство работает следующим образом.

Струя ионизированного газа, в частности воздуха, подается в электроразрядную камеру 10 и вызывает электрический пробой промежутка между электродами, к которым приложено напряжение 480 В. Электрическая дуга возникает в месте, где электроды наиболее близко находятся друг к другу. Рельсотропный эффект заставляет электрическую дугу двигаться вдоль электродов в сторону сопла, что увеличивает ее длину. Через кольца 12, 13, 14, 15 в камеру 10 поступает плазмообразующий газ (воздух), который нагревается от электрической дуги и переходит в состояние плазмы. Плазма движется вдоль продольной оси устройства и выходит через сопло 11. Как только напряжение на дуге достигает величины пробоя межэлектродного промежутка в самом узком месте, происходит повторный пробой, а первая дуга гаснет, цикл повторяется. Благодаря тому, что рабочие части электродов введены в полость соплового блока и наличию дополнительных колец 13, 14, 15 для подачи плазмообразующего газа, значительно увеличивается зона, в которой происходит взаимодействие электрической дуги и газа, что существенно повышает коэффициент полезного действия устройства.

Для реализации данного устройства использовано обычное для этой области техники промышленное оборудование, что обусловливает соответствие изобретения критерию "промышленная применимость".

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для получения низкотемпературной плазмы и может быть использовано в физических экспериментах, плазмохимии, металлургии, а также установках по утилизации токсичных и бытовых отходов. В трехфазном генераторе плазмы переменного тока, включающем электродный блок, в корпусе которого закреплены начальные части трех электродов и плазменный инжектор, и сопловой блок, соединенный с электродным блоком таким образом, что их полости образуют единую электроразрядную камеру, на выходе соплового блока установлено сопло для выхода плазмы, а на входе в электродный блок смонтировано кольцо для подачи плазмообразующего газа. Рабочие части электродов введены в полость соплового блока, при этом в электродном блоке установлено, по меньшей мере, по одному дополнительному кольцу для подачи плазмообразующего газа. Отношение диаметра D рабочей части электрода к диаметру d его начальной части составляет 3≥D/d≥1,1. Технический результат - значительное увеличение зоны взаимодействия электрической дуги, возникающей между электродами, и плазмообразующего газа и повышение тем самым коэффициента полезного действия устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Трехфазный генератор плазмы переменного тока, включающий электродный блок, в корпусе которого закреплены начальные части трех электродов и плазменный инжектор, и сопловой блок, соединенный с электродным блоком таким образом, что их полости образуют единую электроразрядную камеру, при этом на выходе соплового блока установлено сопло для выхода плазмы, а на входе в электродный блок смонтировано кольцо для подачи плазмообразующего газа, отличающийся тем, что рабочие части электродов введены в полость соплового блока, при этом в электродном блоке и в сопловом блоке установлено, по меньшей мере, по одному дополнительному кольцу для подачи плазмообразующего газа.2. Трехфазный генератор по п.1, отличающийся тем, что отношение диаметра D рабочей части электрода к диаметру d его начальной части составляет 3≥D/d≥1,1.