ЖИДКОСТНОЙ ПЛАЗМОТРОН

Предлагаемая полезная модель относится к технике электрических разрядов в жидкостях, в частности к устройствам генерации плазменных потоков, и может быть использована в плазменных технологиях, атомизаторах вещества, плазмохимических реакторах (Попилов Л.Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов: Справочник - 2-е издание, перераб. и доп. М., Машиностроение, 1982. См. стр.390-393).
Известно устройство для генерации плазмы - плазмотрон (Бадьянов Б.Н., Давыдов В.А. Сварочные процессы в электронной технике. М. ВШ. 1988), содержащий заостренный катод, анод-сопло, позволяющий получать высокотемпературный плазменный поток при атмосферном давлении.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для генерации плазменного потока (патент Российской Федерации №2285358 МПК H05H 1/00 H05H 1/24), 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.
Однако это устройство имеет недостатки, заключающиеся в том, что в данной конструкции невозможно осуществление зажигания разряда с использованием жидких плазмообразующих сред для получения плазменной струи.
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 полезной модели достигается тем, что в отличие от известного устройства для генерации плазменного потока, содержащего сопло со вставленным заостренным на конце стержневым электродом, имеющего приспособление для присоединения с источником плазмообразующего вещества, конец стержневого электрода находится внутри сопла на расстоянии не превышающего двух диаметров выходного отверстия сопла, а диаметр сквозного канала выходного электрода не превышает диаметра отверстия выходного канала сопла.
Решение поставленной задачи становится возможным на основе явления, связанного с тем, что при выполнении указанных условий происходит образование плотной плазмы на конце заостренного электрода внутри канала сопла, которая расширяется в направлении движения потока плазмы, проникающего за пределы выходного электрода в атмосферный воздух на расстояние 50-70 миллиметров при поперечном размере потока 5-6 миллиметров.
Проведенный сопоставительный 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:
- конец стержневого электрода находится внутри сопла на расстоянии не превышающего двух диаметров выходного отверстия сопла;
- диаметр сквозного канала выходного электрода не превышает диаметра отверстия выходного канала сопла;
Данные отличительные признаки составляют критерий “технический результат”, так как благодаря им удается осуществить разряд с высокой плотностью электрического тока, который обеспечивает высокую температуру выходящего плазменного потока. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлено устройство жидкостного плазмотрона, на Фиг.2 - схема подачи жидкого плазмообразующего вещества и схема электропитания, на Фиг.3 - вольтамперная характеристика разряда. Устройство состоит из выходного электрода 1, сопла 2, заостренного на конце стержневого электрода 3, введенного в канал 4 и патрубка 5 для подачи жидкого плазмообразующего вещества, конец стержневого электрода находится внутри сопла на расстоянии, не превышающем двух диаметров выходного отверстия канала сопла, а диаметр сквозного канала выходного электрода не превышает диаметра отверстия выходного канала сопла (Фиг.1).
Устройство работает следующим образом.
Устройство подключают к системе подачи жидкого плазмообразующего вещества 5, 6, и источнику постоянного напряжения 7 через балластное сопротивление R. При расходе жидкости 50-70 мл/час на электроды устройства (стержневой электрод-анод 3 и выходной электрод-катод 1) подают напряжение, достаточное для пробоя межэлектродного промежутка. На выходе сопла 2 зажигается разряд, происходит образование плотной плазмы на конце заостренного электрода-анода внутри канала сопла, которая расширяется в направлении движения потока в виде плазменного образования 8, проникающего за пределы выходного электрода в атмосферный воздух на расстояние 50-70 миллиметров при поперечном размере потока 5-6 миллиметров. Из устройства подачи 6 жидкость поступает в область образования плотной плазмы; количество подаваемой жидкости определяется потоком 50-70 мл/час (Фиг.2).
Пример. Выходной электрод-катод-корпус плазмотрона 1 выполнен из меди. Диаметр выходного отверстия 2 миллиметра. Стержневой электрод-анод 3 выполнен из нихромовой проволоки диаметром 1.5 миллиметров, заострен на конце, введен в канал 4 сопла 2. Диаметр канала сопла 2 миллиметра. Конец заостренного электрода находился внутри на расстоянии 2.5 миллиметра от выходного отверстия канала сопла. Из системы подачи жидкости 6 подалась плазмообразующая жидкость - вода (при расходе 60 мл/час). На электроды (стержневой электрод-анод 3 и выходной электрод-катод 1) подавали постоянное напряжение. Между электродами зажигался разряд, плазма которого проникала через отверстие в выходном электроде за пределы выходного электрода в атмосферный воздух.
На Фиг.3 приведена вольтамперная характеристика разряда. При токе разряда 500 мА, напряжении на электродах 300 В, мощности разряда 150 Вт и расходе воды 60 мл/час длина плазменного потока составила 60 миллиметров при диаметре потока 5 миллиметров. Температура плазменного потока на расстоянии 1 см от выходного электрода - 1600°C.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использования заявленной полезной модели следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначено для использования в плазменных технологиях, атомизаторах вещества, плазмохимических реакторах, в технике электрических разрядов в газах;
- для заявленной полезной модели в том виде, как она охарактеризована в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность ее осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого технического результата. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию “промышленная применимость” по действующему законодательству.