Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения электрического разряда (варианты)

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.