[go: up one dir, main page]

RU2082284C1 - Microwave cyclone-type plasma gun - Google Patents

Microwave cyclone-type plasma gun Download PDF

Info

Publication number
RU2082284C1
RU2082284C1 RU94044979A RU94044979A RU2082284C1 RU 2082284 C1 RU2082284 C1 RU 2082284C1 RU 94044979 A RU94044979 A RU 94044979A RU 94044979 A RU94044979 A RU 94044979A RU 2082284 C1 RU2082284 C1 RU 2082284C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microwave
discharge chamber
plasma
waveguide
discharge
Prior art date
Application number
RU94044979A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94044979A (en
Inventor
В.Г. Дроков
А.Д. Казмиров
А.Б. Алхимов
Original Assignee
Научно-исследовательский институт прикладной физики при Иркутском государственном университете
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт прикладной физики при Иркутском государственном университете filed Critical Научно-исследовательский институт прикладной физики при Иркутском государственном университете
Priority to RU94044979A priority Critical patent/RU2082284C1/en
Publication of RU94044979A publication Critical patent/RU94044979A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2082284C1 publication Critical patent/RU2082284C1/en

Links

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: microwave devices. SUBSTANCE: device has waveguide with power input, cylindrical discharge chamber which runs through waveguide in perpendicular to its wider wall, vortex generator, which is located in lower part of discharge chamber, field application unit, output nozzle, which is made integral with vortex generator and is located in lower part of discharge chamber. EFFECT: increased functional capabilities. 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники а именно к плазмотронам, в которых плазму получают путем воздействия СВЧ-поля на газовый поток. Может найти применение в плазменной технологии машиностроения, в химико-технологических процессах. The present invention relates to the field of electrical engineering, namely to plasmatrons in which a plasma is produced by the action of a microwave field on a gas stream. It can find application in plasma technology of mechanical engineering, in chemical-technological processes.

Известен СВЧ-плазмотрон [1] содержащий коаксиально-волноводный переход и соосную ему разрядную камеру. Плазмотрон снабжен закрепленными на центральном проводнике диском и охватывающим его с равномерным зазором кожухом с центральными отверстиями на противоположных стенках. Known microwave plasmatron [1] containing a coaxial waveguide transition and a discharge chamber coaxial to it. The plasma torch is equipped with a disk mounted on the central conductor and a cover covering it with a uniform gap with central holes on opposite walls.

Известен СВЧ-плазмотрон для спектрального анализа растворов [2] Плазмотрон состоит из разрядной камеры, выполненной в виде двойной коаксиальной трубы, соединенной через волноводно-коаксиальный переход с волноводной линией. Внутренний проводник имеет осевой канал с коническим расширением на выходе для ввода аэрозоля образца. Known microwave plasmatron for spectral analysis of solutions [2] The plasma torch consists of a discharge chamber made in the form of a double coaxial tube connected through a waveguide-coaxial transition with a waveguide line. The inner conductor has an axial channel with a conical extension at the exit to enter the aerosol of the sample.

Известен СВЧ-плазмотрон [3] содержащий волновод с вводом энергии, расположенным по его оси, и цилиндрическую разрядную камеру, проходящую через волновод перпендикулярно его широкой стене, волновод в плоскости его широкой стенки выполнен кольцевым, а разрядная камера расположена на оси со стороны волновода, противолежащей вводу энергии. Known microwave plasmatron [3] containing a waveguide with energy input located along its axis, and a cylindrical discharge chamber passing through the waveguide perpendicular to its wide wall, the waveguide in the plane of its wide wall is circular, and the discharge chamber is located on the axis from the side of the waveguide, opposite to the input of energy.

Известен плазмотрон с газовихревой стабилизацией дуги [4] Содержит катодный и анодный узлы, причем катодный узел содержит корпус с завихрителем, катодную вставку, патрубок подачи газа в завихритель. Known plasmatron with gas-vortex stabilization of the arc [4] Contains cathode and anode nodes, and the cathode node contains a housing with a swirl, a cathode insert, a pipe for supplying gas to the swirl.

Известен вихревой плазмотрон [5] содержащий разрядную камеру, электрод, сопло и систему подачи рабочего тела с системой вихреобразования. Known vortex plasmatron [5] containing a discharge chamber, electrode, nozzle and a supply system of the working fluid with a vortex formation system.

Ближайшим аналогом является СВЧ-плазменный реактор для проведения химических процессов [6] Он содержит металлическую разрядную камеру в виде цилиндра с торцовыми днищами, к боковой поверхности которой через равномерно расположенные по периметру окна подсоединено не менее двух прямоугольных волноводов, формирователь ввода закрученного потока газа, установленный у одного из днищ, и проходящие сквозь второе днище выходные сопла. Широкие стенки волноводов расположены параллельно оси камеры, количество сопл выбрано не менее четырех, одно из сопл расположено по оси камеры, а остальные по периферии на равномерном расстоянии от оси. The closest analogue is a microwave plasma reactor for chemical processes [6]. It contains a metal discharge chamber in the form of a cylinder with end faces, to the side surface of which at least two rectangular waveguides are connected through windows evenly spaced around the perimeter, a swirling gas flow input shaper installed at one of the bottoms, and exit nozzles passing through the second bottom. The wide walls of the waveguides are parallel to the axis of the chamber, the number of nozzles is selected at least four, one of the nozzles is located along the axis of the chamber, and the rest along the periphery at a uniform distance from the axis.

Недостатком прототипа и указанных выше плазмотронов является то, что при аксиальном способе стабилизации СВЧ-разряда необходимо наличие плохообтекаемого металлического тела, в котором горит разряд, где между разрядом и плохообтекаемым телом возможны электрические пробои, приводящие к эрозии плохоотбекаемого тела, загрязнению плазмы и снижению ресурса работы плазмотрона. Тангенциальный способ стабилизации разряда не требует наличия плохообтекаемого тела, но введение дисперсного материала в плазму вследствие действия центростремительных сил приводит к выбросу частиц на стенки разрядной камеры и, соответственно, прекращению подачи СВЧ- мощности и срыву разряда. The disadvantage of the prototype and the above plasmatrons is that the axial method of stabilizing the microwave discharge requires a poorly streamlined metal body, in which a discharge is burning, where electrical breakdowns are possible between the discharge and the poorly streamlined body, leading to erosion of the poorly flowing body, plasma pollution and a decrease in the operating life plasmatron. The tangential method of stabilization of the discharge does not require a poorly streamlined body, but the introduction of dispersed material into the plasma due to the action of centripetal forces leads to the ejection of particles onto the walls of the discharge chamber and, accordingly, the cessation of the microwave power supply and the discharge disruption.

Целью предполагаемого изобретения является увеличение ресурса работы плазмотрона за счет создания газодинамических условий для эффективного вхождения частиц в разряд, получение не загрязненной материалами электродов плазмы и увеличение КПД нагрева газа. The aim of the proposed invention is to increase the service life of the plasma torch by creating gas-dynamic conditions for the effective entry of particles into the discharge, obtaining plasma electrodes not contaminated with materials, and increasing the gas heating efficiency.

Поставленная цель достигается тем, что в плазмотроне, содержащем волновод с вводом энергии, цилиндрическую разрядную камеру, проходящую через волновод перпендикулярно его широкой стенке, завихритель, расположенный в нижней части разрядной камеры, узел подачи золя, выходное сопло, выходное сопло встроено в завихритель и расположено в нижней части разрядной камеры. This goal is achieved by the fact that in a plasmatron containing a waveguide with energy input, a cylindrical discharge chamber passing through the waveguide perpendicular to its wide wall, a swirler located in the lower part of the discharge chamber, a sol supply unit, an output nozzle, and an output nozzle are built into the swirl and are located at the bottom of the discharge chamber.

Известно, что циклонные камеры, предназначенные для очистки газовых потоков от мелкодисперсных частиц, эффективно работают только до определенного размера частиц (30 мкм). Часть мелкодисперсного материала попадает в выхлопную трубу, что является отрицательным качеством циклона. В СВЧ-плазмотроне циклонного типа данное явление является положительным и позволяет вводить в СВЧ-плазму мелкодисперсный золь. При вводе частиц вдоль оси циклонной разрядной камеры крупные частицы > 30 мкм не успевают изменить траекторию движения и попадают в выхлопное сопло, проходя через СВЧ-плазму. Мелкие частицы < 30 мкм стабилизируются в области плазмы и также выходят через выхлопное сопло, проходя через плазму. Этим достигается с одной стороны стабильная работа плазмотрона за счет тангенциальной стабильности СВЧ-плазмы, с другой стороны высокий коэффициент вхождения мелкодисперсных частиц в плазму при отсутствии выбрасывания их на стенки. It is known that cyclone chambers designed to purify fine particles from gas flows only work efficiently up to a certain particle size (30 microns). Part of the finely dispersed material enters the exhaust pipe, which is a negative quality of the cyclone. In the cyclone-type microwave plasmatron, this phenomenon is positive and allows the introduction of a finely dispersed sol into the microwave plasma. When particles are introduced along the axis of the cyclone discharge chamber, large particles> 30 μm do not have time to change the trajectory of motion and fall into the exhaust nozzle passing through a microwave plasma. Small particles <30 μm stabilize in the plasma region and also exit through the exhaust nozzle, passing through the plasma. This ensures, on the one hand, the stable operation of the plasma torch due to the tangential stability of the microwave plasma, and on the other hand, a high coefficient of entry of fine particles into the plasma in the absence of ejection onto the walls.

На чертеже изображен предлагаемый плазмотрон, разрез. The drawing shows the proposed plasmatron, section.

СВЧ-плазмотрон содержит: волновод, по которому подается СВЧ-мощность 1, цилиндрическую разрядную камеру 2, выполненную из кварца, которая проходит через волновод 1 в широкой стенке, завихритель 3, расположенный в нижней части разрядной камеры. Завихритель имеет ввод тангенциальной подачи воздуха 4. В завихритель 3 встроено выхлопное сопло выходное 5, которое расположено в нижней части разрядной камеры, как и завихритель. В верхней части разрядной камеры находится узел подачи золя 6. Золь мелкодисперсный порошок или распыленная жидкость. The microwave plasmatron contains: a waveguide, through which microwave power 1 is supplied, a cylindrical discharge chamber 2 made of quartz, which passes through the waveguide 1 in a wide wall, a swirler 3 located in the lower part of the discharge chamber. The swirler has a tangential air inlet 4. An exhaust nozzle output 5, which is located in the lower part of the discharge chamber, is built into the swirl 3, as is the swirl. At the top of the discharge chamber there is a sol feed unit 6. The sol is a finely divided powder or sprayed liquid.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

СВЧ-мощность, подаваемая по волноводу 1, поддерживает СВЧ-разряд атмосферного давления в разрядной камере 2, образованной цилиндрической кварцевой трубкой, узлом подачи золя 6, завихрителем 3 и выходным соплом 5. Плазмообразующий газ подается через патрубки завихрителя 4 и выходит в выходное сопло 5, нагревшись в СВЧ-плазме. Стабилизация СВЧ-разряда достигается тангенциальной подачей плазмообразующего газа, который дополнительно выполняет роль охладителя стенок разрядной камеры и выходного сопла. Золь подается через узел подачи 6, расположенный в верхней части разрядной камеры, проходит, нагреваясь, через СВЧ-плазму и выходит в выходное сопло 5. The microwave power supplied by the waveguide 1, supports the atmospheric pressure microwave discharge in the discharge chamber 2, formed by a cylindrical quartz tube, a sol supply unit 6, a swirler 3 and an output nozzle 5. The plasma-forming gas is supplied through the nozzles of the swirler 4 and exits into the output nozzle 5 heating up in microwave plasma. Stabilization of the microwave discharge is achieved by the tangential supply of a plasma-forming gas, which additionally acts as a cooler for the walls of the discharge chamber and the outlet nozzle. The sol is fed through a supply unit 6, located in the upper part of the discharge chamber, passes through heating, through a microwave plasma and goes to the output nozzle 5.

Принцип действия СВЧ-циклонного плазмотрона заключается в том, что за счет формирования закрученного течения в нижней части камеры, имеющего радиальную составляющую газовой скорости, направленную к оси разрядной камеры, мелкодисперсные частицы стабилизируются в области плазмы и не выбрасываются на стенки. The principle of operation of the microwave cyclone plasmatron is that due to the formation of a swirling flow in the lower part of the chamber having a radial component of the gas velocity directed to the axis of the discharge chamber, finely dispersed particles stabilize in the plasma region and are not ejected onto the walls.

В отличие от плазмотронов с аксиальной стабилизацией разряда данный плазмотрон может быть изготовлен полностью из неметаллических деталей, что позволяет инициировать безэлектродный СВЧ- разряд атмосферного давления для широкого набора параметров. Unlike plasmatrons with axial discharge stabilization, this plasmatron can be made entirely of non-metallic parts, which allows initiating an electrodeless microwave discharge of atmospheric pressure for a wide range of parameters.

Параметры устойчивой работы плазмотрона:
частота СВЧ-поля 2450 МГц;
расход плазмообразующего газа 20 60 л/мин.
Parameters of stable operation of the plasma torch:
microwave field frequency 2450 MHz;
plasma-forming gas flow rate 20 60 l / min.

Минимальный диаметр разрядной камеры определяется размером контрагированного СВЧ- разряда при атмосферном давлении и составляет 10 мм. Максимальный диаметр определяется величиной расхода плазмообразующего газа и размерами волновода. The minimum diameter of the discharge chamber is determined by the size of the contracted microwave discharge at atmospheric pressure and is 10 mm. The maximum diameter is determined by the flow rate of the plasma-forming gas and the dimensions of the waveguide.

Минимальный размер выходного сопла также определяется размером контрагированного СВЧ-разряда и составляет 10 мм. The minimum size of the output nozzle is also determined by the size of the contracted microwave discharge and is 10 mm.

Максимальный диаметр выхлопного сопла должен быть меньше внутренних размеров разрядной камеры. The maximum diameter of the exhaust nozzle must be less than the internal dimensions of the discharge chamber.

Глубина погружения выхлопного сопла определяется высотой завихрителя и должна обеспечивать формирование направленного вверх потока газа и исключать непосредственное проникновение плазмообразующего газа в выхлопное сопло. The depth of immersion of the exhaust nozzle is determined by the height of the swirl and should ensure the formation of an upward flow of gas and exclude the direct penetration of plasma-forming gas into the exhaust nozzle.

Длина разрядной камеры определяется безэлектродным режимом горения СВЧ-разряда. The length of the discharge chamber is determined by the electrodeless combustion regime of the microwave discharge.

Предлагаемый плазмотрон циклонного типа можно использовать при получении чистых веществ в электронной, химической и металлургической промышленности, при нанесении покрытий, для нагрева газа, сфероидизации частиц, в спектральном анализе в качестве амортизатора, либо источника возбуждения спектров. The proposed cyclotron plasmatron can be used in the production of pure substances in the electronic, chemical and metallurgical industries, in coating, for gas heating, spheroidization of particles, in spectral analysis as a shock absorber or a source of excitation of spectra.

Claims (1)

СВЧ-плазмотрон, содержащий волновод с вводом энергии, цилиндрическую разрядную камеру, проходящую через волновод перпендикулярно его широкой стенке, завихритель, расположенный в нижней части разрядной камеры, узел подачи золя, выходное сопло, отличающийся тем, что выходное сопло встроено в завихритель и расположено в нижней части разрядной камеры. A microwave plasmatron containing an energy input waveguide, a cylindrical discharge chamber passing through the waveguide perpendicular to its wide wall, a swirler located in the lower part of the discharge chamber, a sol supply unit, an output nozzle, characterized in that the output nozzle is built into the swirl and is located in bottom of the discharge chamber.
RU94044979A 1994-12-27 1994-12-27 Microwave cyclone-type plasma gun RU2082284C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94044979A RU2082284C1 (en) 1994-12-27 1994-12-27 Microwave cyclone-type plasma gun

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94044979A RU2082284C1 (en) 1994-12-27 1994-12-27 Microwave cyclone-type plasma gun

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94044979A RU94044979A (en) 1996-08-10
RU2082284C1 true RU2082284C1 (en) 1997-06-20

Family

ID=20163410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94044979A RU2082284C1 (en) 1994-12-27 1994-12-27 Microwave cyclone-type plasma gun

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2082284C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6362449B1 (en) 1998-08-12 2002-03-26 Massachusetts Institute Of Technology Very high power microwave-induced plasma
RU2601290C1 (en) * 2015-04-13 2016-10-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Microwave plasmatron
RU201278U1 (en) * 2020-09-23 2020-12-08 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") Microwave plasma torch with heating of sprayed viscous oil
RU2821959C1 (en) * 2020-02-26 2024-06-28 Термал Просессинг Солюшенз ГмбХ Metal melting plant

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 810055, кл. Н 05 B 7/18, 1979. 2. Авторское свидетельство СССР N 1402231, кл. Н 05 Н 1/00, 1986. 3. Авторское свидетельство СССР N 1061690, кл. Н 05 Н 1/18, 1982. 4. Пархоменко В.Д. и др. Процессы и аппараты плазмохимической технологии. - Киев: Вища школа, 1979. 5. Заявка Великобритании N 1507336, кл. Н 05 Н 1/26, 1975. 6. Патент РФ N 1602376, кл. Н 05 B 7/18, 1994. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6362449B1 (en) 1998-08-12 2002-03-26 Massachusetts Institute Of Technology Very high power microwave-induced plasma
RU2601290C1 (en) * 2015-04-13 2016-10-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Microwave plasmatron
RU2821959C1 (en) * 2020-02-26 2024-06-28 Термал Просессинг Солюшенз ГмбХ Metal melting plant
RU201278U1 (en) * 2020-09-23 2020-12-08 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") Microwave plasma torch with heating of sprayed viscous oil

Also Published As

Publication number Publication date
RU94044979A (en) 1996-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5793013A (en) Microwave-driven plasma spraying apparatus and method for spraying
JP5376091B2 (en) Plasma torch
EP0002623B1 (en) Electric arc apparatus and method for treating a flow of material by an electric arc
EP2702839A1 (en) Method for processing a gas and a device for performing the method
US6943316B2 (en) Arrangement for generating an active gas jet
RU2320102C1 (en) Spraying plasmatron
RU2082284C1 (en) Microwave cyclone-type plasma gun
US6709632B2 (en) ICP analyzer
RU117054U1 (en) Microwave plazmotron
RU2672054C1 (en) Electric arc plasma torch for coatings from refractory dispersed materials application
RU2818187C1 (en) Electric arc plasmatron and unit for annular input of initial reagents into plasmatron
RU2366122C1 (en) Plasmatron for application of coatings
RU201278U1 (en) Microwave plasma torch with heating of sprayed viscous oil
SU1245269A3 (en) Method of heating gases in direct current electric arc unit and electric arc unit
SU1094569A1 (en) High-frequency flame plasma generator for heating dispersed material
RU2361964C2 (en) Method of economy plasmatic ultrasonic spatter of high-density powder coatings and plasmatron for its implementation (versions)
RU2672961C2 (en) Electric arc plasmotron
JPS61116799A (en) Axial supply type large output plasma jet generator
RU2225684C2 (en) Microwave plasma-chemical reactor
RU2749533C1 (en) Plasma torch for production of powdered materials
RU2136125C1 (en) High-frequency inductance plasma generator
RU190126U1 (en) PLASMOTRON FOR SPRAYING
SU872104A1 (en) Burner for plasma work of materials
SU1206557A1 (en) Injector
RU2103601C1 (en) Acoustic injector

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101228