трехфазный генератор плазмы переменного тока

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.

Описание изобретения к патенту

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”.