ЖИДКОСТНОЙ МИКРОПЛАЗМОТРОН Российский патент 2012 года по МПК H05H1/00 

Предлагаемое изобретение относится к технике электрических разрядов в газах, в частности к устройствам генерации плазменных потоков, и может быть использовано в плазменных технологиях, атомизаторах вещества, плазмохимических реакторах, медицине, источниках излучения и холодной плазмы.

Известно устройство для генерации плазмы - плазмотрон, содержащий заостренный катод, анод - сопло, позволяющий получать высокотемпературный плазменный поток при атмосферном давлении /1/.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для генерации плазменного потока, содержащее сопло со вставленным заостренным на конце электродом, имеющее приспособление для присоединения с источником плазмообразующего вещества, выходной электрод для создания электрического поля со стороны выходного конца сопла /2/.

Однако это устройство имеет недостатки, заключающиеся в том, что в данной конструкции невозможно осуществление зажигания разряда с использованием жидких плазмообразующих сред для получения холодной плазмы (с низкой средне-массовой температурой).

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в получении плазмы с жидким плазмообразующим веществом.

Авторам неизвестно, чтобы поставленная цель достигалась при атмосферном давлении и малой мощности, вкладываемой в разряд.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в отличие от известного устройства для генерации плазменного потока, содержащего сопло со вставленным заостренным на конце стержневым электродом, имеющего приспособления для присоединения с источником плазмообразующего вещества, конец стержневого электрода выступает за пределы сопла на расстояние, не превышающее диаметра отверстия выходного канала сопла, а диаметр сквозного канала выходного электрода не превышает диаметра отверстия выходного канала сопла.

Решение поставленной задачи становится возможным на основе явления, связанного с образованием разряда с жидкой стенкой. При выполнении указанных условий происходит образование плотной плазмы на конце заостренного электрода, которая расширяется в направлении движения потока газа в виде плазменного образования, проникающего за пределы выходного электрода в атмосферный воздух на расстояние 6-8 миллиметров при поперечном размере потока 5-6 миллиметров.

Проведенный сопоставимый анализ аналога, прототипа и заявленного устройства выявил следующие общие признаки;

- металлический корпус прибора со сквозным выходным каналом;

- сопло для подачи плазмообразующего вещества;

- заостренный на конце стержневой электрод.

Проведенный анализ выявил следующие отличительные признаки:

- стержневой электрод выступает за пределы сопла на расстояние, не превышающее диаметра отверстия выходного канала сопла;

- диаметр выходного канала электрода не превышает диаметра выходного отверстия канала сопла;

- устройство для подачи жидкости.

Данные отличительные признаки составляют критерий "технический результат", так как благодаря им удается осуществить разряд с жидкой стенкой, ограничивающей объем плазмы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлен жидкостной микроплазмотрон, на Фиг.2 - схема питания, на Фиг.3 - результаты измерения среднемассовой температуры плазменного потока.

Устройство состоит из выходного электрода (3), сопла (1), заостренного на конце стержневого электрода (2), введенного в канал (4), конец стержневого электрода выступает за пределы сопла на расстояние (d), не превышающее диаметра отверстия выходного канала сопла (D), а диаметр сквозного канала выходного электрода (S) не превышает диаметра отверстия выходного канала сопла (Фиг.1).

Устройство работает следующим образом.

Устройство подключают к системе газообеспечения (6), устройству подачи жидкости (4) и источнику постоянного напряжения (5). При давлении рабочего газа больше атмосферного на стержневой электрод (2) и выходной электрод (3) подают напряжение, достаточное для пробоя межэлектродного промежутка. На выходе сопла зажигается разряд. Происходит образование плотной плазмы на конце заостренного электрода, которая расширяется в направлении движения потока в виде плазменного образования (1), проникающего за пределы выходного электрода в атмосферный воздух на расстояние 6-8 миллиметров при поперечном размере потока 5-6 миллиметров. Из устройства подачи (4) жидкость поступает в область образования плотной плазмы; количество подаваемой жидкости определяется давлением рабочего газа при условии образования жидкой стенки, ограничивающей объем плазмы в межэлектродном промежутке (Фиг.2).

Пример. Выходной электрод-корпус микроплазмотрона (3) выполнен из меди. Диаметр выходного отверстия 1.5 миллиметра. Стержневой электрод (2) выполнен из вольфрамовой проволоки диаметром 1 миллиметр, заострен на конце, введен в канал сопла (7). Диаметр канала сопла 2 миллиметра. Конец заостренного электрода выступает за торец сопла на расстояние 1 миллиметра. Из системы газообеспечения (6) подавался рабочий газ-воздух. При давлении воздуха 1.5 атмосферы на электроды подавали постоянное напряжение. Между электродами зажигался разряд, плазма которого поникала через отверстие в выходном электроде за пределы выходного электрода в атмосферный воздух. Из устройства подачи (4) жидкость подавалась в область образования плотной плазмы; при скорости подачи жидкости 0.5 мл/мин образовывалась жидкая стенка, ограничивающая объем плазмы межэлектродного промежутка.

При токе разряда 30 мА и напряжении на электродах 1000 В (мощность разряда 30 Вт) длина плазменного потока составила 6 миллиметров при диаметре потока 5 миллиметров. Температура плазменного потока у выходного электрода - 85°С, на границе плазмы 35°С (Фиг.3).

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении, при использовании заявленного изобретения, следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в плазменных технологиях, атомизаторах вещества, плазмохимических реакторах, в технике электрических разрядов в газах, в медицине, источниках излучения и холодной плазмы;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Источники информации

1. Бадьянов Б.Н., Давыдов В.А. Сварочные процессы в электронной технике. М., ВШ. 1988.

2. Патент Российской Федерации №2285358 (прототип).

Изобретение предназначено для использования в плазменных технологиях, атомизаторах вещества, плазмохимических реакторах, медицине, источниках излучения и холодной плазмы. Заявленное устройство содержит содержит сопло, в канал которого введен заостренный на конце стержневой электрод, выходной электрод со сквозным отверстием и каналы для подачи газа и жидкости. Техническим результатом является уменьшение температуры плазменного потока и увеличение объема плазмы при атмосферном давлении и малой мощности, вкладываемой в разряд. 3 ил.

Жидкостной микроплазмотрон, содержащий сопло для подачи газа, со вставленным в него заостренным на конце стержневым электродом коаксиально расположенным в корпусе устройства, имеющий устройство для подачи жидкости, выходной электрод со сквозным каналом для создания электрического поля со стороны выходного канала сопла, отличающийся тем, что конец стержневого электрода выступает за пределы сопла на расстояние не превышающего диаметра отверстия выходного канала сопла, а диаметр сквозного канала выходного электрода не превышает диаметра отверстия выходного канала сопла.