Газоразрядная камера для создания низкотемпературной неравновесной плазмы

Изобретение предназначено для создания низкотемпературной неравновесной плазмы при атмосферном давлении и может быть использовано при создании плазмохимических источников, активирующих при атмосферном давлении газовую среду и поверхности различных материалов. Электродная система в газоразрядной камере содержит секционированные анод и катод для создания стационарного разряда в поперечном потоке газа. Секции анода выполнены в форме тонких пластин. Секции катода выполнены в форме тонких игл, ориентированных перпендикулярно потоку и расположенных в плоскости, касающейся нижней по потоку границы анодных секций. Расстояние между катодными секциями не превышает межэлектродное расстояние. Изобретение позволяет создать вне зоны разряда холодную (близкую к комнатной температуре) плазменную струю, длина которой зависит от вида газа, скорости ее потока и мощности разряда. 1 ил.

 

Изобретение относится к области генерации неравновесной низкотемпературной плазмы при атмосферном давлении и может быть использовано при создании плазмохимических источников, активирующих при атмосферном давлении газовую среду и поверхности различных материалов.

Изобретение направлено на получение генерации неравновесной плазмы в свободном пространстве за счет создания холодных (близких к комнатной температуре) и длинных плазменных струй в разных газах, способных химически активировать при атмосферном давлении газовые среды и поверхности термически нестойких материалов.

Одним из эффективных способов плазмохимической активации газов при атмосферном давлении (например, с целью их очистки от вредных примесей) является пропускание газовых потоков через газоразрядную камеру. При этом в плазме происходит возбуждение и диссоциация газообразных соединений вплоть до формирования различных радикалов и образование безвредных, легко утилизируемых веществ.

Наиболее распространенная форма газоразрядной камеры (аналог), используемой для создания неравновесной плазмы в газовых потоках, - цилиндрическая или прямоугольная; стенки камеры, а также расположенный по оси стержень являются электродами (патент США №4695358, кл. С01В 17/60, 1987). Известно также устройство, содержащее камеру (электрохимический реактор), в которой газ прокачивают между рядом штырей-электродов (катодом) и плоским анодом (патент США №4657738, кл. В01J 19/08, 1987).

Общим недостатком известных устройств является низкая производительность вследствие невысокого удельного энерговклада в обрабатываемый газ и, как следствие, малая скорость прокачки газа.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности (прототипом) является устройство газоразрядной камеры, содержащей штыревые катоды и плоский анод из токопроводящего материала с отверстиями на поверхности, выполненными в виде сферических, соприкасающихся друг с другом лунок, расположенных соосно с катодами в шахматном порядке (патент RU 2105439 Н05Н 1/24, В01D 53/32, 1996). Размеры камеры вдоль потока и расстояние от электродной системы до выходного отверстия намного превышают межэлектродное расстояние. Неравновесная низкотемпературная плазма находится в межэлектродном промежутке внутри камеры, и, соответственно, обрабатываемые материалы также должны размещаться в межэлектродном зазоре внутри камеры. Такое расположение обрабатываемого материала зачастую приводит к его электрическому пробою и механическому повреждению.

Недостатком известного устройства камеры является невозможность создания неравновесной плазмы в свободном пространстве.

Техническим результатом изобретения является создание неравновесной плазмы в свободном пространстве за счет формирования холодных (близких к комнатной температуре) и длинных плазменных струй в разных газах, способных химически активировать при атмосферном давлении газовые среды и поверхности термически нестойких материалов. Для достижения этого технического результата предложено усовершенствовать известную газоразрядную камеру для создания низкотемпературной неравновесной плазмы при атмосферном давлении, содержащую электродную систему из штыревых катодов и секций анода с протоком газа в межэлектродном промежутке. Усовершенствование заключается в том, что электроды установлены в камере таким образом, что их межэлектродные промежутки расположены на выходе газового потока из камеры, при этом секции анода выполнены в виде пластин, катодные штыри расположены напротив анода со стороны кромки анодных пластин, обращенной к выходу камеры, а расстояние между катодными секциями не превышает межэлектродное расстояние.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана общая схема газоразрядной камеры.

Газоразрядная камера выполнена в форме прямоугольного параллелепипеда, содержащего диэлектрические стенки 1, внутри которых размещена электродная система из секционированных катода 2 и анода 3, нагруженных на балластные сопротивления 4. Секции анода выполнены в форме тонких пластин. Площадь анодных секций определяется сортом плазмообразующего газа. Секции катода выполнены в форме штырей или тонких игл, ориентированных перпендикулярно потоку и расположенных в плоскости, касающейся нижней по потоку границы анодных секций. Электроды установлены в камере таким образом, что их межэлектродные промежутки расположены непосредственно на выходе газового потока из камеры. Расстояние между катодными секциями не превышает межэлектродное расстояние. При подаче на клемму 5 высокого электрического напряжения между катодом и анодом формируется газовый разряд, плазма 6 которого выносится потоком из полости камеры.

Газоразрядная камера имеет не показанные на чертеже присоединения к газодинамической системе, позволяющей производить прокачку плазмообразующего газа при различных скоростях потока.

Газоразрядная камера работает следующим образом. Газ при атмосферном давлении поступает в пространство между катодом и анодом, где подачей на электроды высокого электрического напряжения 15 - 35 кВ возбуждается газовый разряд. 3а счет большой скорости газового потока, варьируемой в пределах 30-70 м/с, и особенностей геометрии предлагаемой конструкции электродной системы газоразрядная плазма выносится из межэлектродного промежутка, что приводит к выносу плазмы из полости камеры в свободное пространство.

Газоразрядная камера для создания низкотемпературной неравновесной плазмы при атмосферном давлении, содержащая электродную систему из штыревых катодов и секций анода с протоком газа в межэлектродном промежутке, отличающаяся тем, что электроды установлены в камере таким образом, что их межэлектродные промежутки расположены на выходе газового потока из камеры, при этом секции анода выполнены в виде пластин, катодные штыри расположены напротив анода со стороны кромки анодных пластин, обращенной к выходу камеры, а расстояние между катодными секциями не превышает межэлектродное расстояние.