Трехфазный генератор плазмы переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для получения низкотемпературной плазмы и может быть использовано в физических экспериментах, плазмохимии, металлургии, а также установках по утилизации токсичных и бытовых отходов. Трехфазный генератор плазмы переменного тока включает электродный блок, в корпусе которого закреплены три электрода, и сопловой блок. При этом электродный блок снабжен кольцевым каналом для подачи плазмообразующего газа к электродам. Кроме того, в корпусе электродного блока выполнены три продольных сквозных канала, выходящих в сопловой блок. Каждый из электродов снабжен буртом и размещен в соответствующем продольном сквозном канале с зазором между буртом и поверхностью продольного сквозного канала. Кольцевой канал для подачи плазмообразующего газа к электродам сообщается с каждым из продольных сквозных каналов в зоне между буртом электрода и входом в соответствующий продольный сквозной канал. Зазор между буртом электрода и поверхностью соответствующего сквозного канала от 0,3 до 2 мм. Питающее генератор напряжение от 2 до 10 кВ. Технический результат - повышение коэффициента полезного действия устройства, упрощение и удешевление его конструкции. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для получения низкотемпературной плазмы и может быть использовано в физических экспериментах, плазмохимии, металлургии, а также установках по утилизации токсичных и бытовых отходов.

Известен трехфазный генератор плазмы переменного тока, US 4013867. Он содержит корпус, газовую камеру, множество дуговых нагревателей на корпусе и сопло. Однако множество дуговых нагревателей усложняет конструкцию и снижает ее надежность.

Известен также трехфазный генератор плазмы переменного тока, US 5801489, включающий электродный блок, в корпусе которого размещены как начальные, так и рабочие части электродов, а также плазменный инжектор, в частности плазмотрон, который позволяет осуществить ионизацию пространства между электродами; с электродным блоком соединен сопловой блок таким образом, что полости образуют общее пространство - электроразрядную камеру; на выходе соплового блока имеется сопло, через которое выходит генерируемая плазма; на входе в электродный блок имеется кольцо для подачи плазмообразующего газа в электроразрядную камеру.

Его основным недостатком является низкий коэффициент полезного действия (не выше 60%).

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Кроме того, недостатком этого устройства является необходимость наличия инжектора (плазмотрона), который осуществляет ионизацию пространства между электродами, поскольку инжектор представляет собой весьма дорогостоящую и сложную конструкцию, требующую отдельного источника питания.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения коэффициента полезного действия устройства, а также упрощение и удешевления его конструкции.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в трехфазном генераторе плазмы переменного тока, включающем электродный блок, в корпусе которого закреплены три электрода, и сопловой блок, при этом электродный блок снабжен кольцевым каналом для подачи плазмообразующего газа к электродам, в корпусе электродного блока выполнены три продольных сквозных канала, выходящих в сопловой блок, каждый из электродов снабжен буртом и размещен в соответствующем продольном сквозном канале с зазором между буртом и поверхностью продольного сквозного канала, а кольцевой канал для подачи плазмообразующего газа к электродам сообщается с каждым из продольных сквозных каналов в зоне между буртом электрода и входом в соответствующий продольный сквозной канал; зазор между буртом электрода и поверхностью соответствующего сквозного канала составляет от 0,3 до 2 мм, при этом питающее генератор напряжение составляет 2-10 кВ.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Реализация отличительных признаков изобретения обеспечивает (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы изобретения) важное принципиально новое свойство объекта: электрическая дуга располагается не в широкой камере, а в узких сквозных канала, и плазмообразующий газ, подаваемый раздельно в каждый канал, плотно обжимает электрическую дугу, что резко увеличивает теплообмен между дугой и газом, при этом коэффициент полезного действия возрастает до 90%, то есть, на 30% в сравнении с прототипом. Кроме того, благодаря наличию бурта у электродов и небольшого зазора между буртом и поверхностью сквозного канала обеспечивается пробой зазора, возникновение и повторное зажигание электрической дуги при переходе значения тока через ноль без применения специальных средств типа инжектора.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию “изобретательский уровень”.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг.1 - устройство, вид со стороны соплового блока;

на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1;

на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.2;

на фиг.4 - устройство в аксонометрии.

Трехфазный генератор плазмы переменного тока включает электродный блок 1. В его корпусе закреплены три электрода 2, 3, 4. Корпус соплового блока 5 может быть выполнен заодно с корпусом электродного блока 1 или раздельно. Электродный блок 1 снабжен кольцевым каналом 6 для подачи плазмообразующего газа к электродам 2, 3, 4. В корпусе электродного блока 1 выполнены три продольных сквозных канала 7, 8, 9, выходящих в сопловой блок 5.

Каждый из электродов снабжен буртом 10 и размещен в соответствующем продольном сквозном канале с зазором между буртом и поверхностью канала. В оптимальном варианте этот зазор составляет от 0,3 до 2 мм при питающем генератор напряжении от 2 до 10 кВ.

Кольцевой канал для подачи плазмообразующего газа к электродам сообщается с каждым из продольных сквозных каналов в зоне между буртом электрода и входом в соответствующий продольный сквозной канал посредством проточек 12, 13, 14, выполненных в корпусе электродного блока 1.

Устройство работает следующим образом.

От компрессора (на чертежах не показан) плазмообразующий газ, в конкретном примере, воздух подают в кольцевой канал 6. Далее газ поступает через проточки 12, 13, 14, соответственно, в продольные сквозные каналы 7, 8, 9, при этом газ движется под углом к стенке канала и закручивается. Это увеличивает время нахождения газа в каждом из каналов 7, 8, 9 и стабилизирует образующуюся электрическую дугу; для образования дуги на электроды 2, 3, 4 подают напряжение, в конкретном примере, 6000 В. В зазорах 11 между буртами 10 электродов и стенками каналов 7, 8, 9 возникает электрическая дуга, которая выдувается плазмообразующим газом в направлении соплового блока. Под действием турбулентных потоков плазмообразующего газа дуги из соседних каналов соприкасаются и образуется одна дуга от торца одного электрода до торца другого. Так как дуга горит в узком канале и имеет значительную длину, а плазмообразующий газ движется между стенкой канала и дугой, то происходит интенсивный теплообмен между дугой и газом, что существенно повышает КПД устройства.

Для реализации данного устройства использовано обычное для этой области техники промышленное оборудование, что обусловливает соответствие изобретения критерию “промышленная применимость”.

Формула изобретения

1. Трехфазный генератор плазмы переменного тока, включающий электродный блок, в корпусе которого закреплены три электрода, и сопловой блок, при этом электродный блок снабжен кольцевым каналом для подачи плазмообразующего газа к электродам, отличающийся тем, что в корпусе электродного блока выполнены три продольных сквозных канала, выходящих в сопловой блок, каждый из электродов снабжен буртом и размещен в соответствующем продольном сквозном канале с зазором между буртом и поверхностью продольного сквозного канала, а кольцевой канал для подачи плазмообразующего газа к электродам сообщается с каждым из продольных сквозных каналов в зоне между буртом электрода и входом в соответствующий продольный сквозной канал.

2. Трехфазный генератор плазмы переменного тока по п.1, отличающийся тем, что зазор между буртом электрода и поверхностью соответствующего сквозного канала составляет от 0,3 до 2 мм, при этом питающее генератор напряжение составляет 2-10 кВ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4