ЭЛЕКТРОДНЫЙ УЗЕЛ Российский патент 2008 года по МПК H01J1/00 

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к газоразрядным устройствам с жидкими электролитными электродами, и может быть применено в тех областях науки и техники, где используется низкотемпературная плазма, в частности, в плазмохимии.

Известны электродные узлы с проточным жидким электродом - электролитом [1-3]. Недостатком таких электродных узлов является то, что они сложны в эксплуатации, т.к. необходимы насосы для прокачки электролита и гидравлическая аппаратура для регулирования его расхода.

Прототипом выбран электродный узел, представляющий собой электролитическую ванну с токоподводом [4]. Этот электродный узел прост в эксплуатации. Жидким электродом служит электролит, налитый в электролитическую ванну. Джоулево тепло, выделяющееся в электролитической ванне, и тепло, идущее от газового разряда к электролиту, отводятся за счет теплопроводности к стенкам электролитической ванны и рассеиваются в окружающую среду. Однако при больших токах и мощностях тепло не успевает рассеиваться в окружающую среду и жидкий электрод нагревается. Его температура может возрасти до температуры кипения электролита. При этом нарушается стабильность горения газового разряда и дальнейшая эксплуатация газоразрядного устройства в целом становится невозможным.

Изобретение направлено на увеличение тока и мощности газового разряда при сохранении его стабильности.

Это достигается тем, что в электродном узле, содержащем электролитическую ванну и токоподвод, токоподвод выполнен полым и снабжен патрубками, а внутренняя полость токоподвода разделена на каналы, образующие вместе с патрубками единую герметичную полость для протекания охлаждающей жидкости, при этом верхняя поверхность токоподвода образует горизонтальную плоскость, отношение площади которой к площади горизонтального поперечного сечения электролитической ванны находится в пределах от 0,9 до 1,0.

На чертеже представлен предлагаемый электродный узел. Он выполнен в виде электролитической ванны и состоит из корпуса 1, жидкого электролита 2, токоподвода 3, снабженного патрубками 4, 5 и клеммой 6. Внутренние каналы токоподвода 3 и патрубков 4, 5 образуют единую полость 7 для протекания охлаждающей жидкости 8. Свободные концы патрубков 4 и 5 выведены наружу из корпуса 1.

Работает электродный узел следующим образом. В корпус 1 наливается электролит 2 так, что его глубина h до верхней поверхности токоподвода 3 была не менее 10 мм. Затем один из патрубков (на чертеже слева, 4) с помощью шланга подсоединяется к системе подачи охлаждающей жидкости. В простейшем случае охлаждающей жидкостью может служить водопроводная вода. Она может подаваться непосредственно от водопроводной сети. Второй из патрубков (на чертеже справа, 5) токоподвода соединяется с помощью шланга с системой слива охлаждающей жидкости, а в случае использования водопроводной воды шланг от этого патрубка выводится непосредственно в канализацию.

Верхняя открытая поверхность S₁ электролита 2 является рабочей поверхностью жидкого электрода. На этой поверхности S₁ располагается электродное пятно газового разряда G. Тепло, поступающее от газового разряда G за счет теплопроводности, идет вовнутрь электролита 2. Внутри самого электролита 2 выделяется джоулево тепло. Вся теплота от электролита 2 за счет теплопроводности передается через стенку токоподвода 3 к охлаждающей жидкости 8.

Слои электролита 2, лежащие выше токоподвода 3, нагреваются сильнее, т.к. именно к ним идет тепло от газового разряда и внутри этих слоев выделяется джоулево тепло. Поэтому чем больше площадь соприкосновения токоподвода 3 со слоями электролита 2, находящимися выше него, тем эффективней является отвод теплоты от электролита. Исходя из этого обстоятельства с целью максимального увеличения поверхности токоподвода, контактирующего с нагретыми слоями электролита, верхняя поверхность S₂ токоподвода 3 выполнена в виде горизонтальной плоскости, и площадь ее максимально увеличена. В пределе площадь S₂ может быть увеличена до площади S₁, т.е. до размеров площади горизонтального поперечного сечения электролитической ванны.

Предлагаемый электродный узел обеспечивает эффективный отвод тепла от жидкого электрода - электролита. При использовании этого электродного узла предельно высокие значения тока и мощности газового разряда могут быть увеличены в десятки раз по сравнению с прототипом при одних и тех же геометрических размерах электродного узла.

Экспериментальные исследования показали, что ограничивающим фактором, определяющим пределы стабильного режима горения газового разряда, является плотность тока на жидком электроде. В случае применения предлагаемого электродного узла в качестве катода газовый разряд горел стабильно при увеличении плотности тока на жидком электроде до 0,5÷0,6 А/см². В экспериментах ток менялся в пределах от 1 до 10 А. Мощность газового разряда составляла от 1,2 до 12 кВт. Таким образом, по сравнению с прототипом ток и мощность разряда увеличены более чем в десять раз. При этом существенно (5÷6 раз) расширен диапазон плотности тока, в котором происходит стабильное горение разряда.

Источники информации

1. 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. - Изд-во МГПИ. См. стр.34.

2. Тазмеев Б.Х., Тазмеев Х.К. Электродный узел. Патент РФ №2149523. Бюл. №14. 20.05.2000.

3. Тазмеев Х.К., Тазмеева Р.Н. Электродный узел. Патент РФ №2258329. Бюл. №22. 10.08.2005.

4. Гайсин Ф.М., Сон Э.Е., Шакиров Ю.И. Объемный разряд в парогазовой среде между твердым и жидким электродами. - М.: Изд-во ВЗПИ. См. стр.55.

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к газоразрядным устройствам с жидкими электролитными электродами. Техническим результатом является увеличение тока и мощности газового разряда при сохранении его стабильности. В электродном узле, содержащем электролитическую ванну и токоподвод, токоподвод выполнен полым и снабжен патрубками, а внутренняя полость токоподвода разделена на каналы, образующие вместе с патрубками единую герметичную полость для протекания охлаждающей жидкости, при этом верхняя поверхность токоподвода образует горизонтальную плоскость, отношение площади которой к площади горизонтального поперечного сечения электролитической ванны находится в пределах от 0,9 до 1,0. Предлагаемый электродный узел обеспечивает эффективный отвод тепла от жидкого электрода - электролита. 1 ил.

Электродный узел, содержащий электролитическую ванну и токоподвод, отличающийся тем, что токоподвод выполнен полым и снабжен патрубками, а внутренняя полость токоподвода разделена на каналы, образующие вместе с патрубками единую герметичную полость для протекания охлаждающей жидкости, при этом верхняя поверхность токоподвода образует горизонтальную плоскость, отношение площади которой к площади горизонтального поперечного сечения электролитической ванны находится в пределах 0,9÷1,0.