СВЧ-плазмотрон с подогревом распыляемого вязкого масла

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники, а именно к плазмотронам, в которых плазму получают путем воздействия СВЧ-поля на газовый поток. Может найти применение в плазменной технологии машиностроения, в химико-технологических процессах, а также для определения дисперсных характеристик аэрозоля различной вязкости в широком диапазоне размеров частиц.
10
Известен СВЧ-плазмотрон /Патент РФ № 2718715, H05H 1/26, H05H 1/46, опубликован 14.04.2020/, содержащий СВЧ-генератор, соединенный через магистральный прямоугольный волновод с плазмотроном волноводного типа на волне Н, который содержит прямоугольный волновод плазмотрона и диэлектрическую разрядную трубку, расположенную перпендикулярно широкой стенке этого волновода и проходящую через его середину, а также подсоединяемую к ней разрядную камеру. Устройство снабжено вторым дополнительным волноводом.
Известен плазмотрон /Патент РФ № 2639140, H05H 1/24,  опубликован 20.12.2017/, включающий коаксиально расположенные конденсаторные пластины, между которыми расположены излучатель и по меньшей мере пара выполненных из пористого проницаемого керамического (фаянсового) состава для подачи кислорода и водорода труб, изолированных диэлектрическим огнеупорным составом, причем кислород и водород по трубам подается в камеру смешивания, после чего в разрядной камере происходит пробой смеси с образованием водяной плазмы, которая, дополнительно ускоряясь электромагнитным полем излучателя, линейно излучается в пространство.
Известен /Патент РФ № 2082284, кл. Н05В 7/18, Н05Н 1/46, H01J 37/32, 1997/, содержащий волновод, по которому подастся СВЧ-мощность, цилиндрическую разрядную камеру, выполненную из кварца, которая проходит через волновод в широкой стенке, завихритель, расположенный в нижней части разрядной камеры. Завихритель имеет ввод тангенциальной подачи воздуха. В завихритель встроено выхлопное сопло выходное, которое расположено в нижней части разрядной камеры, как и завихритель. В верхней части разрядной камеры находится узел подачи аэрозоля - мелкодисперсного порошка или распыленной жидкости.
Ближайшим аналогом является СВЧ-плазмотрон /Патент РФ на ПМ № 117054, H05B7/18, H05H1/00, опубликован 10.06.2012/, содержащий волновод с вводом энергии, цилиндрическую разрядную камеру, закрепленную в волноводе перпендикулярно его широкой стенке, завихритель, расположенный в нижней части разрядной камеры, узел подачи аэрозоля пробы, выходное сопло, встроенное в завихритель и находящееся в нижней части разрядной камеры, в узел подачи аэрозоля пробы установлено цилиндрическое плохо обтекаемое тело (зонд) в виде полого цилиндра диаметром меньшим диаметра выхлопного сопла, выполненное из термостойкого диэлектрика.
Недостатком известных устройств является то, что при распылении масел с высокой вязкостью размер капель в аэрозоле увеличивается, а в горелке крупные капли плохо испаряются, при этом снижается уровень аналитического сигнала и засоряется горелка остатками несгоревших капель масла.
Задачей предполагаемой полезной модели является изменение конструкции узла ввода распыляемой пробы масла с целью увеличение эффективности испарения капель аэрозоля, вводимого в плазменную горелку, за счет уменьшения размеров капель масла, путем нагрева распыляемого масла в выхлопной (распыляющей игле ультразвукового распылителя.
Поставленная задача достигается тем, что в СВЧ-плазмотроне, содержащем волновод с вводом энергии, цилиндрическую разрядную камеру, закрепленную в волноводе перпендикулярно его широкой стенке, завихритель, закрепленный на торце цилиндрической разрядной камере,  выходное сопло, встроенное в завихритель, и узел подачи аэрозоля, который крепится  к противоположному торцу разрядной камеры, к узлу подачи аэрозоля крепится нагреватель, представляющий собой  корпус, в котором крепится алундовая трубка с намотанной на нее спиралью из нихрома, а распыляющая игла ультразвукового распылителя при работе вставляется в плазменную горелку, проходя через нагреватель. При этом игла нагревается и, соответственно, нагревается находящееся в ней масло.
Эффективность работы блока СВЧ-плазмотрон - ультразвуковой распылитель зависит от размера капель аэрозоля, который определяется вязкостью анализируемой жидкости, зависящей от ее температуры.
Схема предлагаемого устройства показана на Фиг.1.
СВЧ плазмотрон содержит цилиндрическую разрядную камеру 1, выполненную из цилиндрической кварцевой трубки, к которой крепится завихритель 2 с выхлопной трубкой 3, волновод 4, на противоположной стороне кварцевой трубки крепится узел подачи аэрозоля 5, с встроенным электрическим нагревателем 6, представляющий собой корпус, в котором крепится алундовая трубка 7 с намотанной на нее спиралью из нихрома 8. При работе распыляющая игла 9 ультразвукового распылителя 10 вставляется узел ввода золя проходя через электронагреватель 6, при этом она нагревается и передает тепло маслу, проходящему через распыляющую трубку.
Устройство работает следующим образом:
Предлагаемое устройство предназначено для испарения и атомизации металлических частиц, находящихся в анализируемой пробе.
0
Перед подачей пробы в СВЧ-плазмотрон включается электронагреватель 6, игла распылителя 9 через алундовую трубку нагревателя вставляется в узел ввода аэрозоля 5 и подается анализируемое масло, к моменту подхода масла к распыляющему торцу иглы 9, нагретой до температуры 100 – 200 С, масло нагревается. При этом значительно снижается вязкость масла, и оно легко распыляется, превращаясь в аэрозоль с малым размером капель, которые стабилизируются в центральной области плазмы, мгновенно испаряются и не выбрасываются на стенки.
Температура нагрева иглы для каждого типа масла подбирается экспериментально.
СВЧ-мощность, подаваемая по волноводу 4, поддерживает СВЧ-разряд атмосферного давления в разрядной камере - 1, образованной цилиндрической кварцевой трубкой с завихрителем 2, выходным соплом 3 и узлом подачи аэрозоля 5. Плазмообразующий газ подается через патрубки завихрителя 2 и, нагревшись в СВЧ-поле, выходит в выходное сопло 3.
Технический результат - увеличение эффективности испарения капель аэрозоля.