Способ получения электрического разряда (варианты) Российский патент 2017 года по МПК H01J13/02 H05H1/34 

Изобретение относится к плазменной технике и технологии и может быть использовано для получения электрического разряда в большем объеме.

Известен способ получения электрического разряда постоянного тока (Plante G. IIZeit. Phys. 1875. №80. S. 1133). При данном способе получения электрического разряда разряд горит между угольным анодом и электрическим катодом в интервале межэлектродного расстояния от 1 до 7 мм, при токе разряда от 50 до 500 мА и напряжении разряда 500≤U≤1200 В. Недостатком известного способа является то, что разряд горит точечным пятном на аноде контрагированным плазменным столбом и конусообразным каналом в прикатодной области. С ростом межэлектродного расстояния устойчивость электрического разряд существенно ухудшается и разряд гаснет. Разряд горит в небольшом объеме 70 мм³.

Известен способ получения многоканального разряда (варианты) патент РФ на изобретение №2317610, опубликованный 20.02.2008 г., его первый вариант выбран в качестве прототипа по предлагаемым четырем вариантам способа получения электрического разряда. Способ получения многоканального разряда по его первому варианту включает подачу постоянного напряжения между струей - электродом и металлическим электродом, причем в качестве струи - электрода используют струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи и из дробленых нестационарных струек, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при диаметре ламинарного участка струи d_c≥0,5 мм, при общей длине струи l=8÷120 мм, при расходе электролита 2≤G<16⋅10⁶ м³/с, при насыщенном растворе электролита струи и составе с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ; где U - напряжение между электродами, I - ток разряда, d_c - диаметр ламинарного участка струи, G - расход электролита.

Недостатком способа получения электрического разряда по прототипу является невозможность получения достаточно объемного горения электрического разряда, так как разряд горит в малом объеме в виде микроразрядов у поверхности металлического электрода. Разряд горит в объеме 125 мм³.

Задача изобретения заключается в увеличении объема горения электрического разряда.

Техническим результатом предлагаемого способа получения электрического разряда является то, что электрический разряд горит в большем, по сравнению с прототипом, объеме межэлектродного промежутка - 3000 мм³ и более.

Технический результат в предлагаемом способе получения электрического разряда по его первому варианту, включающем подачу напряжения между электродами, один из которых твердый, а другой - электролит, достигается тем, что в качестве другого электрода используют проточный электролит, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В.

В качестве твердого электрода могут использовать электрод из металла, или сплава, или диэлектрика, или пористого материала.

Технический результат в предлагаемом способе получения электрического разряда по его второму варианту, включающем подачу напряжения между электродами, один из которых твердый, а другой - электролит, достигается тем, что в качестве другого электрода используют непроточный электролит, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В.

В качестве твердого электрода могут использовать электрод из металла, или сплава, или диэлектрика, или пористого материала.

Технический результат в предлагаемом способе получения электрического разряда по его третьему варианту, включающем подачу напряжения между электродами, один из которых электролит, достигается тем, что один из электродов - это струя электролита, а другой - проточный электролит, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В.

Технический результат в предлагаемом способе получения электрического разряда по его четвертому варианту, включающем подачу напряжения между электродами, один из которых электролит, достигается тем, что в качестве электродов используют струи электролита, которые образуют между собой угол 0≤α≤180°, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В.

На фиг. 1 схематично представлено устройство, с помощью которого может быть осуществлен способ получения электрического разряда по его первому варианту.

На фиг. 2 схематично представлено устройство, с помощью которого может быть осуществлен способ получения электрического разряда по его второму варианту.

На фиг. 3 схематично представлено устройство, с помощью которого может быть осуществлен способ получения электрического разряда по его третьему варианту.

На фиг. 4 представлена фотография устройства, с помощью которого может быть осуществлен способ получения электрического разряда по его третьему варианту.

На фиг. 5 представлены фотографии горения электрического разряда по его третьему варианту.

На фиг. 6 представлено схематично устройство, с помощью которого может быть осуществлен способ получения электрического разряда по его четвертому варианту.

На фиг. 7 представлено схематично горение электрического разряда в вертикальном положении по его четвертому варианту.

На фиг. 8 представлено схематично горение электрического разряда в горизонтальном положении по его четвертому варианту.

На фиг. 4 и 5 фотографии получены видеокамерой SonyHOR - SP72E.

Устройство, с помощью которого может быть осуществлен способ получения электрического разряда по его первому варианту (фиг. 1), содержит твердый электрод 1, в качестве которого используют электрод из металла, или сплава, или диэлектрика, или пористого материала цилиндрической формы, для подвода потенциала с ВЧЕ генератора 2, электролитическую ячейку 3 для проточного электролита 4. Устройство также содержит медную пластинку 5 для подвода заземления, трубки 6 и 7 для подвода и отвода электролита 4, являющегося другим электродом, причем скорость течения электролита 4 составляет 0,2≤v≤0,5 м/с. В качестве электролита 4 используют техническую воду или раствор солей, щелочей и кислот в технической воде. С помощью трубки 6 электролит 4 вливают в электролитическую ячейку 3, а с помощью трубки 7 сливают. Электролитическая ячейка 3 изготовлена из оргстекла. Диаметр твердого электрода 1 составляет 5 мм. Межэлектродное расстояние устанавливают от 1 до 5 мм. Твердый электрод 1 подключают к клемме источника питания ВЧЕ генератора 2 и закрепляют с помощью устройства, которое позволяет регулировать межэлектродное расстояние. Межэлектродное расстояние измеряют с помощью микроскопа СП-52. Напряжение высокочастотного емкостного разряда измеряют приборами, которые имеются на стенде ВЧЕ генератора марки ВЧГ8-60/13, а также с помощью двухканального цифрового осциллографа типа АСК-2067. Расход электролита 4 определяют с помощью мензурки и секундомера на конце трубки 7. Скорость вычисляют по формуле v=G/ρS, где ρ - плотность электролита, S - площадь сечения электролита, G - расход электролита.

Устройство, с помощью которого может быть осуществлен способ получения электрического разряда по его второму варианту (фиг. 2), содержит твердый электрод 1, в качестве которого используют электрод из металла, или сплава, или диэлектрика, или пористого материала цилиндрической формы, для подвода потенциала с ВЧЕ генератора 2, электролитическую ячейку 3 для непроточного электролита 4, являющегося другим электродом. В качестве электролита 4 используют техническую воду или раствор солей, щелочей и кислот в технической воде. Электролитическая ячейка 3 изготовлена из оргстекла. Устройство также содержит медную пластинку 5 для подвода заземления. Диаметр твердого электрода составляет 5 мм. Межэлектродное расстояние устанавливают от 1 до 5 мм. Твердый электрод 1 подключают к клемме источника питания ВЧЕ генератора 2 и закрепляют с помощью устройства, которое позволяет регулировать межэлектродное расстояние. Межэлектродное расстояние измеряют с помощью микроскопа СП-52. Напряжение высокочастотного емкостного разряда измеряют приборами, которые имеются на стенде ВЧЕ генератора марки ВЧГ8-60/13, а также с помощью двухканального цифрового осциллографа типа АСК-2067.

Устройство, с помощью которого может быть осуществлен способ получения электрического разряда по его третьему варианту (фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5), содержит медную трубку 8 для образования струи электролита 9 и большого объема плазмы 10, электролит 11 в верхней электролитической ячейке 12, скорость течения струи электролита 9 составляет 0,2≤v≤0,5 м/с. Устройство также содержит и нижнюю электролитическую ячейку 3 для проточного электролита 4. Трубка 7 служит для слива электролита 4, а пластинка 5 для подвода заземления. Диаметр струи 9 образуют с помощью медной трубки 8, которая в верхнем конце имеет конусообразную форму 13, а с нижней стороны электролитической ячейки 12 в медную трубку 8 с резьбой завернут винт 14 для закрепления медной пластинки 5 к электролитической ячейке 12. Нижняя электролитическая ячейка 3 и верхняя электролитическая ячейка 12 изготовлены из оргстекла. Верхнюю электролитическую ячейку 12 закрепляют с помощью специальной подставки 15. Слив с электролитической ячейки 3 осуществляют с помощью трубки 7. Напряжение высокочастотного емкостного разряда измеряют приборами, которые имеются на стенде ВЧЕ генератора 2 марки ВЧГ8-60/13, а также с помощью двухканального цифрового осциллографа типа АСК-2067. Расход электролита 4 определяют с помощью мензурки и секундомера на конце трубки 7. Скорость вычисляют по формуле v=G/ρS, где ρ - плотность электролита, S - площадь сечения электролита, G - расход электролита. В качестве электролита используют техническую воду или раствор солей, щелочей и кислот в технической воде. На фотографии фиг. 4 приведена разрядная камера без разряда, а на фотографиях фиг. 5 представлены особенности горения разряда между струйным электролитом и металлическим электродом.

Устройство, с помощью которого может быть осуществлен способ получения электрического разряда по его четвертому варианту (фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8), содержит электролитические ячейки 12₁ и 12₂ для проточного электролита 11, медные пластинки 5₁, 5₂ для подвода заземления, медные трубки 8₁ и 8₂ для образования струй электролита 9₁ и 9₂ и объемов плазмы 10₁ и 10₂. Медные трубки 8₁ и 8₂ в верхнем конце имеют конусообразную форму 13, а с нижней стороны электролитических ячеек 12₁ и 12₂ в медные трубки 8₁ и 8₂ с резьбой завернуты винты 14₁ и 14₂ для закрепления медных пластинок 5₁ и 5₂ к электролитическим ячейкам 12₁ и 12₂. Электролитические ячейки 12₁ и 12₂ изготовлены из оргстекла. Верхнюю электролитическую ячейку 12₁, которая образует струю в перпендикулярном направлении, закрепляют с помощью подставки 15. Верхнюю электролитическую ячейку 12₂, которая образует струю 9₂ под углом α к перпендикулярной струе 9₁, которую закрепляют с помощью специальной подставки 16. Подставка 16 позволяет регулировать угол β для создания угла α между двумя струями 9₁ и 9₂. Напряжение высокочастотного емкостного разряда измеряют приборами, которые имеются на стенде ВЧЕ генератора 2 марки ВЧГ8-60/13, а также с помощью двухканального цифрового осциллографа типа АСК-2067. Расход электролита 11₁ и 11₂ определяют с помощью мензурки и секундомера. Скорость вычисляют по формуле v=G/ρS, где ρ - плотность электролита 11₁ и 11₂, S - площадь сечения электролита 11₁ и 11₂, G - расход электролита 11₁ и 11₂. В качестве электролита 11₁ и 11₂ используют техническую воду или раствор солей, щелочей и кислот в технической воде. Скорость течения электролита 11₁ - 0,2≤v₁≤0,9 м/с, 11₂ - 0,2≤v₂≤0,5 м/с, диаметры струи 9₁ электролита 3≤d₁≤6 мм, 9₂ - 3≤d₂≤6 мм, длины струи 9₁ электролита 10≤l₁≤50 мм, 9₂ - 10≤l₂≤50 мм. На фиг. 7 и фиг. 8 представлено схематично горение электрического разряда в вертикальном и горизонтальном положении.

Рассмотрим способ получения электрического разряда по его первому варианту. Способ получения электрического разряда по его первому варианту включает подачу напряжения между электродами, один из которых твердый 1, в качестве которого используют электрод из металла, или сплава, или диэлектрика, или пористого материала, в качестве другого электрода используют проточный электролит 4 со скоростью течения электролита 0,2≤v≤0,5 м/с, напряжение U между электродами устанавливают высокочастотное с частотой f=13,56 МГц в пределах U от 1000 до 6000 В, где U - напряжение между электродами, f - частота высокочастотного поля между электродами, v - скорость течения электролита. При U<1000B разряд не горит, а при U>6000B высокочастотный емкостной разряд переходит в факельную форму.

Рассмотрим способ получения электрического разряда по его второму варианту. Способ получения электрического разряда по его второму варианту включает подачу напряжения между электродами, один из которых твердый 1, в качестве которого используют электрод из металла, или сплава, или диэлектрика, или пористого материала, в качестве другого электрода используют непроточный электролит 4, напряжение U между электродами устанавливают высокочастотное с частотой f=13,56 МГц, в пределах U от 1000 до 6000 В, где U - напряжение между электродами, f - частота высокочастотного поля между электродами. При U<1000 В разряд не горит, а при U>6000B высокочастотный емкостной разряд переходит в факельную форму.

Рассмотрим способ получения электрического разряда по его третьему варианту. Способ получения электрического разряда по третьему варианту включает подачу напряжения между электродами, один из которых струя электролита 9 со скоростью течения 0,2≤v₁≤0,9 м/с, а другой - проточный электролит 4 со скоростью течения 0,2≤v₂≤0,5 м/с, напряжение U между электродами устанавливают высокочастотное с частотой f=13,56 МГц в пределах U от 1000 до 6000 В, диаметр струи 9 электролита 3≤d≤6 мм и длина струи 9 электролита 10≤l≤50 мм, где U - напряжение между электродами, f - частота высокочастотного поля между электродами, v₁ - скорость течения струи электролита, v₂ - скорость течения проточного электролита. При U<1000 В разряд не горит, а при U>6000B высокочастотный емкостной разряд переходит в факельную форму.

Рассмотрим способ получения электрического разряда по его четвертому варианту. Способ получения электрического разряда по четвертому варианту включает подачу напряжения между электродами, в качестве которых используют струи электролита 9₁, 9₂, которые образуют между собой угол 0≤α≤180°, одна из которых со скоростью течения 0,2≤v₁≤0,9 м/с, а другая - 0,2≤v₂≤0,9 м/с, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное с частотой f=13,56 МГц в пределах U от 1000 до 6000 В, диаметры струй 9₁ и 9₂ электролита - 3≤d₁≤6 мм, 3≤d₂≤6 мм, длины струй 9₁ и 9₂ электролита - 10≤l₁≤50 мм, 10≤l₂≤50 мм, где U - напряжение между электродами, d₁ - диаметр первой струи электролита, d₂ - диаметр второй струи электролита, v₁ - скорость течения первой струи 9₁ электролита, v₂ - скорость течения второй струи 9₂ электролита, l₁ - длина первой струи 9₁ электролита, l₂ - длина второй струи 9₂ электролита. При U<1000 В разряд не горит, а при U>6000B высокочастотный емкостной разряд переходит в факельную форму.

Таким образом, в предлагаемом способе получения электрического разряда электрический разряд горит в большом объеме межэлектродного промежутка - 3000 мм³ и более, что существенно превышает объем электрического разряда в прототипе.

Изобретение относится к плазменной технике и технологии и может быть использовано для получения электрического разряда в большом объеме. Технический результат - увеличение объема горения электрического разряда. По первому варианту в способе получения электрического разряда, включающем подачу напряжения между электродами, один из которых твердый, а другой - электролит, в качестве другого электрода используют проточный электролит, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В. По второму варианту в способе получения электрического разряда, включающем подачу напряжения между электродами, один из которых твердый, а другой - электролит, в качестве другого электрода используют непроточный электролит, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В. По обоим вариантам в качестве твердого электрода могут использовать электрод из металла, или сплава, или диэлектрика, или пористого материала. По третьему варианту в способе получения электрического разряда, включающем подачу напряжения между электродами, один из которых электролит, один из электродов представляет собой струю электролита, а другой - проточный электролит, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В. По четвертому варианту в способе получения электрического разряда, включающем подачу напряжения между электродами, один из которых электролит, в качестве электродов используют струи электролита, которые образуют между собой угол 0≤α≤180°, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ получения электрического разряда, включающий подачу напряжения между электродами, один из которых твердый, а другой - электролит, отличающийся тем, что в качестве другого электрода используют проточный электролит, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В.

2. Способ получения электрического разряда по п. 1, отличающийся тем, что в качестве твердого электрода используют электрод из металла, или сплава, или диэлектрика, или пористого материала.

3. Способ получения электрического разряда, включающий подачу напряжения между электродами, один из которых твердый, а другой - электролит, отличающийся тем, что в качестве другого электрода используют непроточный электролит, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В.

4. Способ получения электрического разряда по п. 3, отличающийся тем, что в качестве твердого электрода используют электрод из металла, или сплава, или диэлектрика, или пористого материала.

5. Способ получения электрического разряда, включающий подачу напряжения между электродами, один из которых электролит, отличающийся тем, что один из электродов - это струя электролита, а другой - проточный электролит, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В.

6. Способ получения электрического разряда, включающий подачу напряжения между электродами, один из которых электролит, отличающийся тем, что в качестве электродов используют струи электролита, которые образуют между собой угол 0≤α≤180°, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В.