Способ и устройство для получения плазмы



Способ и устройство для получения плазмы
Способ и устройство для получения плазмы

 

H05H1/48 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2606396:

ТРЕНЧЕВ Константин Димитров (BG)
БОРИСОВ Борислав Стефанов (BG)

Изобретение относится к области получения плазм, представляет собой способ и устройство для получения плазмы, которые могут использоваться для обогрева, уничтожения любых типов отходов, газификации углеродсодержащих твердых и жидких материалов, для плавления и пайки металлических и неметаллических материалов. Способ получения плазмы предполагает, что воду из бака 1 под давлением, создаваемым насосом 8, подают в распределитель 2, где она разделяется на два потока, каждый из которых по гибким шлангам 3 поступает в одну из парных труб 5 с открытым концом, в которых установлены электроды 4. На электроды 4 подают постоянный ток высокого напряжения, в результате чего в промежутке между вытекающими из труб 5 потоками воды образуется плазма 6 с температурой свыше 4000°C, при этом неиспользованная часть воды свободно стекает из труб 5 и через водосборник попадает обратно в бак 1. Устройство для получения плазмы состоит из одной или более пар труб 5, изготовленных из термостойкого материала, на которые из бака 1 через распределитель 2 по гибким шлангам 3 поступает вода под давлением, создаваемым насосом 8. В таких трубах устанавливают два или более электродов 4, по одному электроду на трубу, которые соединены с противоположными полюсами источника постоянного тока 7 высокого напряжения. Технический результат - повышение эффективности производства плазмы.

2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Данное изобретение описывает способ получения плазмы, смесь водорода и кислорода, известную как Браунов газ, которая сгорает в плазме, а также устройство осуществления описанного способа. Изобретение может использоваться в отопительных системах, для сжигания вредных отходов, для газификации водородсодержащих твердых материалов, для плавления и пайки металлических и неметаллических материалов.

СУЩЕСТВУЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ

1. Известен способ получения плазмы между двумя твердыми электродами (чаще всего - графитовыми), подключенными к источнику постоянного тока разной полярности. Плазма образуется после инициации процесса путем смыкания электродов с последующим разведением их в стороны на определенное критическое расстояние или путем нагрева одного из электродов таким образом, чтобы инициировать испускание электронов за счет высокой температуры.

2. Известен процесс электролиза, который предполагает подачу постоянного тока разной полярности на электроды, подгруженные в водный раствор электролита. В результате процесса на положительном (катоде) и отрицательном (анод) электродах высвобождается газ (кислород или водород). Полученные газы можно использовать по отдельности, либо использовать в виде смеси, известной как Браунов газ.

3. Известна обратимая реакция, при которой молекула воды, нагретой до высокой температуры, распадается на составляющие - кислород и водород. Такая реакция начинается при температуре выше 1000°C, при температуре же свыше 3000°C все молекулы воды распадаются на составляющие. При снижении температуры молекулы кислорода и водорода снова образуют молекулу воды, при этом в процессе синтеза высвобождается большое количество тепла.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения - создать способ производства плазмы, который эффективнее, дешевле, экологичнее и безопаснее существующих, а также спроектировать устройство для эффективного осуществления такого способа

Предлагаемые способ и устройство решают поставленную задачу.

Согласно предлагаемому способу, при помощи распределителя, в который под давлением, создаваемым циркуляционным насосом, поступает вода из бака, создают два или более потока воды. Эти потоки в процессе циркуляции проходят по одной или более пар труб, выполненных из термостойкого материала. В каждой трубке установлен металлический электрод, подключенный к источнику постоянного тока, электроды имеют разную полярность. При подаче напряжения на электроды в промежутке между ними образуется плазма. Если электродов всего два, то ток на них подается одновременно, если электродов больше, то в разное время ток может подаваться на разные пары электродов.

Подаваемое на электроды напряжение превышает 1000 В. В частности, в опытном образце изобретения использовался постоянный ток напряжением 3000-5000 В.

Плазма с температурой выше 4000°C возникает в промежутке между парами труб.

Давление и количество воды, а также подаваемый ток определяются желаемым размером области образования плазмы.

Предлагаемое устройство для получения плазмы состоит, по крайней мере, из одной пары подключенных к источнику постоянного тока высокого напряжения электродов разной полярности, которые находятся в трубах, по которым течет вода. Воду из бака при помощи циркуляционного насоса под определенным давлением подают в распределитель, где она разделяется на два или более потока, которые пступают в трубы из термостойкого материала. В этих трубах установлены электроды. Ток от электродов передается потокам воды, передавая им противоположные заряды. В промежутке между потоками, вытекающими из труб, образуется плазма, при этом на поверхности электродов, которые установлены на определенном расстоянии от края труб, начинают выделяться газы (кислород - на положительном электроде и водород - на отрицательном). Потоком воды газы уносит к выходу из трубы, где они попадают в плазму и сгорают в плазменно-газовом пламени.

Возможна практическая реализация устройства: трубы из кварцевого стекла или керамики располагают горизонтально напротив друг друга или под углом друг к другу.

Расстояние между выпускными отверстиями труб, по которым проходит вода, может быть различным. В практической реализации изобретения оно было более 5 мм.

В практической реализации изобретения использовали две трубы и два электрода, в то время как в целом можно использовать любое четное количество труб и электродов.

Часть воды, проходящей через трубы, используется для получения плазмы, а неиспользованный остаток возвращается в бак. Таким образом, создается замкнутый круг, в котором вода из бака при помощи циркуляционного насоса подается на распределитель, где делится на два или более потока и используется для получения плазмы, а затем возвращается обратно в бак, в который, по необходимости, также доливают свежую воду.

Преимуществами подобного способа являются снижение себестоимости получения плазмы, экологичность, отсутствие вредных выбросов и низкое энергопотребление. Температура полученной плазмы превышает 4000°C, при этом для синтеза используется только дешевое сырье.

Чтобы интенсифицировать процесс образования плазмы можно использовать слабый раствор электролита, а чтобы повысить энергетическую эффективность системы можно добавить в воду небольшое количество водорастворимого горючего или водно-масляной эмульсии.

ПОЯСНЕНИЕ К ЧЕРТЕЖУ

Фиг. 1. Устройство для осуществления предлагаемого способа, где

1. Бак с водой

2. Распределитель

3. Шланги

4. Электроды

5. Трубы из термостойкого материала

6. Плазма

7. Источник постоянного тока высокого напряжения

8. Насос

ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В частном случае практической реализации изобретения - в устройстве для получения плазмы, показанном на фиг. 1, воду при помощи циркуляционного насоса 8 под давлением подают из бака 1 в распределитель, к которому ведут гибкие шланги 3, из которого вода попадает в две трубки 5 из кварцевого стекла, керамики или другого термостойкого материала. В каждой из термостойких труб 5 установлено по электроду 4, которые подключены к источнику постоянного тока высокого напряжения 7. На один электрод (анод) подают положительный заряд, на второй (катод) - отрицательный. Одна из сторон труб открытая и из нее вытекает подаваемая насосом вода, попадая через водосборник обратно в бак. Между потоками воды, вытекающими из труб, существует зазор не менее 5 мм, в котором, при подаче на электроды постоянного тока высокого напряжения образуется плазма.

Зазор между потоками воды можно регулировать в определенном диапазоне, чтобы добиться необходимой интенсивности процесса образования плазмы. Оба электрода полностью погружены в воду, при этом электроды не доходят до открытых концов труб. В рассматриваемой практической реализации расстояние от электрода до конца трубы составляет 20 мм, однако его также можно варьировать в пределах определенного диапазона. Обе трубы можно расположить горизонтально друг напротив друга или под определенным углом друг к другу, который можно варьировать, чтобы регулировать интенсивность процесса образования плазмы.

В плазму с температурой выше 4000°C начинает попадать небольшое количество водорода и кислорода, которые образуются на поверхности электродов (водород - на аноде, кислород - на катоде). В форме небольших пузырьков эти газы уносит течением воды, и они, проходя через открытый край трубы, попадают в плазму, где водород сгорает, а кислород усиливает интенсивность горения. Учитывая, что плазма находится непосредственно между потоками воды, начинается интенсивный процесс испарения воды. Испаренные молекулы воды попадают в плазму, где, из-за чрезвычайно высокой температуры среды, разлагаются на водород и кислород, которые, перемещаясь вверх, с падением температуры среды снова образуют молекулу воды с выделением большого количества тепла. Такая реакция протекает интенсивнее по мере удаления от области активного образования плазмы; во время такого синтеза высвобождается большое количество энергии.

В другой практической реализации изобретения можно использовать несколько пар водных потоков и электродов, при этом ток на разные пары электродов можно подавать в разное время, регулируя течение процесса. Так, 1, 2, 3, 4 или N пар электродов позволят получить 1, 2, 3, 4 или N отдельных областей образования плазмы.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение может использоваться для нагрева воды, для коммунальных нужд, пар может использоваться для генерирования электроэнергии, в качестве внешнего источника теплоты для двигателя Стирлинга, для сжигания отходов (включая металлические и радиоактивные отходы), газификации водородсодержащих твердых материалов, для плавления и сварки металлических и неметаллических материалов.

1. Способ получения плазмы, отличающийся тем, что используют не менее двух потоков воды под давлением, расположенных напротив друг друга и вытекающих из открытых концов по меньшей мере пары труб, расположенных на определенном расстоянии друг от друга, при этом в таких трубах расположены электроды противоположных зарядов, на которые подается высокое напряжение, не менее 1000 В, предпочтительно - 3000-5000 В, от источника постоянного тока для получения плазмы в промежутке между вытекающими из труб потоками воды.

2. Способ получения плазмы по п. 1, отличающийся тем, что подачу тока осуществляют одновременно на все пары электродов.

3. Способ получения плазмы по п. 1, отличающийся тем, что подачу тока осуществляют на разные пары электродов в разное время.

4. Устройство для получения плазмы, отличающееся тем, что оно состоит не менее чем из одной пары электродов, подключенных к противоположным полюсам источника постоянного тока высокого напряжения, расположенных внутри труб из термостойкого материала, открытые концы которых расположены напротив друг друга, по которым течет подаваемая из распределителя по гибким шлангам вода под давлением, нагнетаемая туда из бака насосом.

5. Устройство для получения плазмы по п. 4, отличающееся тем, что трубы выполнены из термостойкого материала - кварцевого стекла или керамики.

6. Устройство для получения плазмы по п. 4, отличающееся тем, что открытые концы труб расположены горизонтально или под углом.

7. Устройство для получения плазмы по п. 4, отличающееся тем, что промежуток между открытыми концами труб составляет более 5 мм.

8. Устройство для получения плазмы по п. 4, отличающееся тем, что количество труб и электродов составляет четное число.



 

Похожие патенты:

Предлагаемое изобретение относится к области использования электроракетных двигательных установок в составе космического аппарата и предназначено для проведения испытаний ее на электромагнитную совместимость с информационными бортовыми системами, например на помехоустойчивость бортового вычислительного комплекса КА.

Предложен низкочастотный излучатель электромагнитной энергии. Он содержит трансформаторы с магнитопроводом, замыкающимся с помощью излучателей и вторичных обмоток трансформаторов.

Изобретение относится к области плазменной техники. Индукционный плазматрон содержит трубчатый корпус плазматрона, трубу для удержания плазмы, расположенную в трубчатом корпусе плазматрона соосно с ним, головную часть газораспределителя, расположенную на одном конце трубы для удержания плазмы и структурированную поставлять по меньшей мере одно газообразное вещество в трубу для удержания плазмы; индукционный связующий элемент для подачи энергии газообразному веществу для получения и поддержания плазмы в трубе для удержания плазмы, а также емкостный экран, включающий в себя пленку из проводящего материала, нанесенную на внешнюю поверхность трубы для удержания плазмы, или внутреннюю поверхность трубчатого корпуса плазматрона.

Система предназначена для управления струей плазмы. Система содержит генератор плазмы, камеру сжатия плазмы, имеющую наружную стенку, образующую внутреннюю полость камеры, и просвет, причем внутренняя полость камеры частично заполнена жидкой средой, причем выпускное отверстие генератора плазмы гидравлически соединено с внутренней полостью камеры сжатия через просвет, генератор волн давления, содержащий несколько поршней, расположенных вокруг камеры, причем поршни предназначены для создания направленной в жидкую среду сходящейся волны давления, средство образования полости для образования в жидкой среде удлиненной пустой полости, и устройство управления струей, содержащее средство для инжекции отклоняющего струю материала, сообщающееся с источником отклоняющего струю материала и имеющее выпускной конец, направленный в место образования струи в полости, причем средство для инжекции выполнено с возможностью инжекции отклоняющего струю материала в полость таким образом, чтобы струя текучей среды, образованная в месте образования струи, была прервана или отклонена в сторону от генератора плазмы.

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к способам и устройствам с излучающей плазмой, и может быть использовано для решения широкого круга технических задач, например при испытаниях приборов и материалов на устойчивость к облучению световым излучением, аналогичным излучению природных и техногенных факторов.

Изобретение относится к газоразрядным источникам плазмы, в частности к ВЧ индукционным (ВЧИ) устройствам, применяемым в составе технологических источников плазмы или ионов, а также в составе ионных двигателей или недвигательных ионных систем типа ионных «пушек» для удаления космического мусора с рабочих орбит.

Изобретение относится к способу изготовления электродов для вакуумных нейтронных трубок (ВНТ) и может быть использовано в ускорительной технике, в геофизическом приборостроении, например в импульсных генераторах нейтронов, предназначенных для исследования скважин методами импульсного нейтронного каротажа.

Изобретение относится к физике плазмы, преимущественно к физике и технике процессов, сопутствующих сверхзвуковому обтеканию тел высокоскоростными потоками плазмы, и может быть использовано, в частности, при моделировании структуры и излучения ударно сжатого слоя потока при движении космических аппаратов, планетных зондов, метеоритов и других космических объектов (КО) в атмосфере Земли на высотах 30-200 км и выше.

Изобретение относится к области генерирования в атмосферном воздухе низкотемпературной плазмы. Способ генерирования модулированного коронного разряда заключается в том, что в разрядном промежутке, образованном анодом и катодом, с резко неоднородным распределением электрического поля как в области анода, так и катода, создают линейный коронный факельный разряд.

Изобретение относится к устройствам для генерации плазмы, конкретно к электроразрядным импульсным источникам ионов плазмы для работы в составе вакуумных нейтронных трубок, и может быть использовано в ускорительной технике или в геофизическом приборостроении, например в импульсных генераторах нейтронов народно-хозяйственного назначения, предназначенных для исследования скважин методами импульсного нейтронного каротажа.

Изобретение относится к области плазменной техники. Предложен электрод для использования в горелке для сварки плазменной дугой. Электрод включает в себя тело, имеющее передний участок, средний участок и задний участок. Передний участок включает в себя рабочий конец электрода, содержащий проводящий первый материал, причем рабочий конец электрода включает в себя: 1) область вспомогательного контакта для зажигания вспомогательной дуги поперек сопла и 2) излучатель. Средний участок содержит второй материал и ограничивает ближний конец для сопряжения с передним участком и дальний конец для сопряжения с задним участком. Плотность материала, присущая второму материалу, составляет, по меньшей мере, половину плотности материала, присущей первому материалу. Электрод также включает в себя токопроводящий тракт, идущий от переднего участка к заднему участку упомянутого тела. Технический результат - улучшение маневренности горелки и облегчение пользования при ручных операциях. 8 н. и 50 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области средств получения высоких динамических давлений и температур и может быть использовано для проведения химических реакций, изменения кристаллической структуры твердых тел при высоком давлении и температуре, в частности для получения искусственных алмазов (алмазного порошка), для сжатия DT-льда с целью получения нейтронного источника, для осуществления инерциального термоядерного синтеза. Снаряд для осуществления способа ударного сжатия тел малой плотности содержит оболочку снаряда 2 и сжимаемое тело 1, установленное в передней части оболочки снаряда. На оболочке снаряда может устанавливаться полый цилиндр 5, к хвосту которого может присоединяться тонкостенный полый цилиндр 7 с болванкой 9. Реактор для осуществления способа ударного сжатия тел малой плотности состоит из реакторной камеры и двух разгонных устройств для снарядов (пушек), смотрящих навстречу друг другу. Внутри реакторной камеры устанавливается пористый слой из пористого металла. Вместо пористого металла могут использоваться пенометалл, слой плотно уложенных тонкостенных металлических трубок, слои тонкостенных ячеек или сот. Сущность способа ударного сжатия тел малой плотности заключается в осевом сжатии каждого сжимаемого тела массивной задней частью оболочки снаряда при лобовом столкновении двух одинаковых снарядов в реакторной камере. При этом происходит также ударное сжатие ударной волной и может использоваться интерференция, а также фокусировка отраженных от границ раздела сжимаемых тел и оболочек снарядов ударных волн. Может осуществляться также радиальное сжатие сжимаемых тел сходящимся к оси снарядов кольцевым жидким или плазменным потоком, полученным в результате столкновения двух полых цилиндров. Может использоваться интерференция двух ударных волн, полученных в результате удара болванок по задним частям оболочек снарядов. Изобретение позволяет увеличить конечную степень сжатия, давление и температуру при динамическом сжатии тел малой плотности. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 17 ил.
Наверх