МАГНИТНЫЙ ГАСИТЕЛЬ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ДУГОВОГО РАЗРЯДА Российский патент 2016 года по МПК H01J37/04 

Описание патента на изобретение RU2577040C2

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в плазме и в газоразрядных приборах, между анодом и катодом которых при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение. Возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между катодом и анодом, контактируя с ними. Расстояние между электродами выбирается таким, при котором разряд без проволоки не возникает. Между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка. При этом разрядный канал помещают в перпендикулярное к нему магнитное поле такого направления, при котором увеличивается уход заряженных частиц из разрядного промежутка, что уменьшает разогрев электродов, необходимый для их испарения, и это препятствует образованию самостоятельного дугового разряда. Изобретение позволяет предотвратить возникновение самостоятельного дугового разряда, а также позволяет погасить горящий разряд.

Технический результат изобретения - разработка способа, препятствующего зажиганию самостоятельного дугового разряда, а также гашению разряда в магнитном поле.

Известен способ нагрева электродов и создания дугового разряда при подаче напряжения между электродами за счет взрыва тонкой проволочки, расположенной между ними [1].

Этот способ не позволяет зажигать самостоятельный дуговой разряд, поскольку разряд прекращается как только пары проволочки уходят из разрядного промежутка в окружающее разрядный промежуток пространство. Здесь возникает импульсный кратковременный несамостоятельный разряд.

Известен способ нагрева электродов и зажигания самостоятельного дугового разряда в разрядном промежутке при помещении электродов в камере с отверстиями для подсоса воздуха и обеспечения его протока через разрядный промежуток [2].

Однако это устройство не позволяет предотвращать зажигание самостоятельного дугового разряда в потоке воздуха, оно не обладает также возможностью гасить возникший самостоятельный дуговой разряд.

Техническая задача, решаемая в предложенном изобретении, заключается в разработке способа, предотвращающего возникновение самостоятельного дугового разряда, а также гашения разряда как внутри камеры с протоком воздуха через нее, так и при расположении электродов в свободном пространстве при помещении разрядного промежутка в перпендикулярное к нему магнитное поле, увеличивающее уход заряженных частиц из разрядного промежутка и уменьшающее температуру катода.

Поставленная задача достигается тем, что между анодом и катодом при фиксированном расстоянии между ними плавится и испаряется тонкая металлическая проволочка. Происходит разогрев электродов и зажигается самостоятельный дуговой разряд в том случае, если электроды помещаются в камеру с отверстиями для подсоса воздуха и его протока газа через разрядный промежуток. Однако разряд в устройстве не зажигается, если поперек разрядного канала прикладывается магнитное поле с таким направлением вектора магнитной индукции, при котором увеличиваются потери заряженных частиц из разряда, что уменьшает температуру катода.

Данный способ предотвращает возможность возникновения самостоятельного дугового разряда внутри камеры с протоком воздуха и обеспечивает гашение разряда как внутри камеры, так и при расположении электродов в свободном пространстве. Способ предотвращения зажигания самостоятельного дугового разряда и его гашение под действием магнитного поля предлагается впервые.

Сущность способа заключается в следующем. Тонкая металлическая проволочка помещается между электродами, контактируя с ними. При этом расстояние между электродами выбирается таким, при котором дуга в свободном пространстве самопроизвольно не образуется. На электроды подается напряжение от источника питания. Возникающий электрический ток плавит и испаряет тонкую проволочку. Между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка в парах металла проволочки. При этом возникает несамостоятельный разряд. Пары металла проволочки быстро уходят из разрядного промежутка и разряд гаснет. Если электроды помещаются в камере с отверстиями для подсоса и обеспечения протока газа через разрядный промежуток, возникает самостоятельный дуговой разряд.

В том случае если поперек разрядного канала прикладывается магнитное поле, увеличивающее уход заряженных частиц из разрядного промежутка под действием силы Ампера, частиц, бомбардирующих электроды, для нагрева электродов и испарения металла оказывается недостаточно для существования самостоятельного дугового разряда.

Таким образом, действие магнитного поля, приводящее к дополнительному оттоку зарядов из разрядного промежутка, препятствует зажиганию самостоятельного дугового разряда, а также приводит к его погасанию в случае горения разряда.

Схема осуществления способа показана на чертеже (см. фигуру 1). Проволочка 1 натянута между катодом 2 и анодом 3 и контактирует с ними. Электроды помещаются внутри камеры 4, через которую самотеком проходит поток воздуха. Направление магнитного поля, перпендикулярное проволочке, указано стрелкой 5, направленной на север. Для подачи напряжения на электроды использовался выпрямительный агрегат «Дельфин» 5 с выпрямленным напряжением 220 В. Разрядный ток в максимуме менялся в области 10-50 А с помощью переменного сопротивления. Длительность разряда около 0,1 секунды. Использовались металлические электроды (железо, медь, тантал), а также графитовые электроды. Брались проволочки из разных металлов и сплавов (Cu, Ni, Fe и другие). Диаметр проволочек менялся в интервале 0,04-0,1 мм, а их длина от 10 до 30 мм.

При подаче напряжения на разрядный промежуток с проволочкой, натянутой между электродами, происходит нагрев электродов и возникает самостоятельный дуговой разряд в атмосфере, если электроды помещаются внутри камеры с отверстиями для самотека воздуха. В том же случае, если разрядное устройство помещают в перпендикулярное проволочке магнитное поле, направленное таким образом, чтобы отток заряженных частиц под действием силы Лоренца совпадал с их оттоком в конвекционном потоке, самостоятельный разряд внутри камеры устройства не возникает. Горящий же в камере самостоятельный дуговой разряд при поднесении к ней магнита гаснет. Под действием магнитного поля гаснет и дуговой разряд при его горении в свободном пространстве (без камеры). Магнитное поле увеличивает уход заряженных частиц из разрядного промежутка. Частиц, бомбардирующих электроды, оказывается недостаточно для нагрева электродов и испарения металла, а это необходимо для существования самостоятельного дугового разряда [3]. При действии магнитного поля такой разряд не возникает в камере с протоком воздуха. Помещение горящего разряда в магнитное поле в несколько Гс приводит к его погасанию как в камере с протоком воздуха, так и в свободном атмосферном пространстве.

Пример. В камере с протоком воздуха при расстоянии между электродами 1 см, толщине медной проволочки 0,06 мм без внешнего магнитного поля горит самостоятельный дуговой разряд с током 25 А. Поднесение полосового магнита, поле которого направлено перпендикулярно оси разряда, гасит дуговой разряд.

При наличии магнитного поля стационарный самостоятельный дуговой разряд не возникает вовсе. При этом образуется только несамостоятельный импульсный разряд.

Поперечное к оси разряда магнитное поле, отводящее заряженные частицы из разрядного промежутка, гасит также самостоятельный дуговой разряд в открытом пространстве (без камеры, создающей проток воздуха). Магнитное поле в опытах составляло 5 Гс (достаточно малое поле).

Таким образом, в предложенном способе впервые решена проблема предотвращения возникновения самостоятельного дугового разряда и его гашения под действием магнитного поля такого направления, при котором увеличивается уход заряженных частиц из разрядного промежутка, что препятствует разогреву электродов и затрудняет их испарение.

Способ прост в осуществлении и эффективен. Его можно применять в научных исследованиях и технике, например, для предотвращения возникновения самостоятельного дугового разряда - источника высокой температуры и возникновения пожара, а также для гашения разряда.

Источники информации

1. Р.Н. Кузьмин, Н.А. Мискинова, Б.Н. Швилкин. Патент на изобретение №2388192, 2008.

2. Н.А. Мискинова, Б.Н. Швилкин. Патент на изобретение №2418341, 2009.

3. Ю.П. Райзер. Физика газового разряда. - М.: Наука, 1987, с. 426, 433.

Похожие патенты RU2577040C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ НАГРЕВА ЭЛЕКТРОДОВ И СОЗДАНИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ДУГОВОГО РАЗРЯДА С ПОДЖИГОМ ОТ ТОНКОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОЛОЧКИ В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ 2013
  • Мискинова Наталия Аркадьевна
  • Швилкин Борис Николаевич
  • Кузьмин Рунар Николаевич
RU2554085C2
ПОЛИМЕРНЫЙ ГАСИТЕЛЬ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ДУГОВОГО РАЗРЯДА С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ЭЛЕКТРОДАМИ ПРИ ЭЛЕКТРОВЗРЫВЕ ПРОВОЛОЧКИ 2011
  • Кузьмин Рунар Николаевич
  • Мискинова Наталия Аркадьевна
  • Швилкин Борис Николаевич
RU2465747C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ЭЛЕКТРОДОВ И СОЗДАНИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ДУГОВОГО РАЗРЯДА С ПОДЖИГОМ ОТ ТОНКОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОЛОЧКИ 2009
  • Мискинова Наталия Аркадьевна
  • Швилкин Борис Николаевич
RU2418341C1
СПОСОБ ОТКЛОНЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ КУМУЛЯТИВНОЙ СТРУИ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА И ОБРАЗОВАННОГО ЕЙ КАНАЛА НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ КАТОДА В ДУГОВОМ ИМПУЛЬСНОМ РАЗРЯДЕ ПРИ ВЗРЫВЕ ПРОВОЛОЧКИ МЕЖДУ ЭЛЕКТРОДАМИ ДЕЙСТВИЕМ ПОПЕРЕЧНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ 2015
  • Мискинова Наталия Аркадьевна
  • Швилкин Борис Николаевич
RU2614526C2
СПОСОБ НАГРЕВА КАТОДА И ЗАЖИГАНИЯ ДУГОВОГО РАЗРЯДА С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОЛОЧКОЙ МЕЖДУ ЭЛЕКТРОДАМИ 2008
  • Кузьмин Рунар Николаевич
  • Мискинова Наталия Аркадьевна
  • Швилкин Борис Николаевич
RU2388192C2
СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ КАНАЛОВ НА КАТОДЕ В НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНОМ ДУГОВОМ РАЗРЯДЕ 2013
  • Мискинова Наталия Аркадьевна
  • Швилкин Борис Николаевич
RU2537383C2
СПОСОБ ЛОКАЛЬНОГО НАГРЕВА УЧАСТКА ПОВЕРХНОСТИ КАТОДА 2010
  • Мискинова Наталия Аркадьевна
  • Швилкин Борис Николаевич
RU2483500C2
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО КУМУЛЯТИВНОГО КАНАЛА НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ КАТОДА И ФИКСАЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ РАЗРЯДНОГО КАНАЛА НА КАТОДЕ 2017
  • Швилкин Борис Николаевич
RU2677624C2
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ КУМУЛЯТИВНОЙ СТРУИ, ПЛАВЯЩЕЙ МЕТАЛЛ, И ОБРАЗОВАННОГО ЕЮ КАНАЛА НЕОБХОДИМОЙ ДЛИНЫ 2016
  • Швилкин Борис Николаевич
  • Мискинова Наталия Аркадьевна
RU2643530C2
СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ЖЕЛЕЗНОГО ЭЛЕКТРОДА ОТ ОКИСЛОВ 2022
  • Швилкин Борис Николаевич
RU2784636C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 577 040 C2

Реферат патента 2016 года МАГНИТНЫЙ ГАСИТЕЛЬ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ДУГОВОГО РАЗРЯДА

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в газоразрядных приборах и плазме. Между электродами при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение, возникающий ток плавит и испаряет тонкую металлическую проволочку, которая размещается в свободном пространстве между электродами при таком расстоянии между ними, при котором разряд без проволочки самопроизвольно не возникает, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка. При этом разрядный канал помещают в перпендикулярное к нему магнитное поле такого направления, при котором увеличивается уход заряженных частиц из разрядного промежутка, что уменьшает разогрев электродов, необходимый для их испарения, что требуется для образования самостоятельного дугового разряда. Технический результат - предотвращение возникновения самостоятельного дугового разряда, также гашение горящего разряда. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 577 040 C2

Способ гашения самостоятельного дугового разряда, в котором между электродами с фиксированным расстоянием между ними подается напряжение; возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами, при этом расстояние между электродами выбирается таким, при котором разряд самопроизвольно без проволочки не зажигается, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки, отличающийся тем, что с целью предотвращения зажигания самостоятельного дугового разряда и его гашения разрядный канал помещают в перпендикулярное к каналу магнитное поле такого направления, при котором увеличивается уход заряженных частиц из разрядного промежутка, что препятствует разогреву электродов и затрудняет их испарение.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2577040C2

СПОСОБ НАГРЕВА КАТОДА И ЗАЖИГАНИЯ ДУГОВОГО РАЗРЯДА С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОЛОЧКОЙ МЕЖДУ ЭЛЕКТРОДАМИ 2008
  • Кузьмин Рунар Николаевич
  • Мискинова Наталия Аркадьевна
  • Швилкин Борис Николаевич
RU2388192C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ЭЛЕКТРОДОВ И СОЗДАНИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ДУГОВОГО РАЗРЯДА С ПОДЖИГОМ ОТ ТОНКОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОЛОЧКИ 2009
  • Мискинова Наталия Аркадьевна
  • Швилкин Борис Николаевич
RU2418341C1
WO 1999027758A1, 03.06.1999
US 6368469B1, 09.04.2002.

RU 2 577 040 C2

Авторы

Мискинова Наталия Аркадьевна

Швилкин Борис Николаевич

Даты

2016-03-10Публикация

2014-07-29Подача