Плазменный генератор
Изобретение относится к области плазменной техники. Плазменный генератор содержит: модуль, генерирующий плазму, и вращающийся корпус, который имеет по меньшей мере одно плазменное сопло, через которое плазма, генерируемая модулем плазменного генератора, выдувается наружу, и который расположен отдельно от указанного модуля с возможностью вращения снаружи указанного модуля, содержащего высоковольтный электрод, расположенный в центральной области, противоэлектрод, расположенный вокруг высоковольтного электрода и заряжаемый электроэнергией, подаваемой на высоковольтный электрод, для генерирования высоковольтной дуги, и входное отверстие для газа, которое выполнено между высоковольтным электродом и противоэлектродом и через которое сжатый воздух или газ вводится в выпускную головку. Противоэлектрод содержит: первый противоэлектрод, имеющий цилиндрическую форму, и второй противоэлектрод, имеющий воронкообразную форму и соединенный с возможностью отсоединения с первым противоэлектродом. Вращающийся корпус содержит: ротор, с возможностью вращения расположенный снаружи модуля плазменного генератора, и выпускную головку с плазменным соплом, которая с возможностью отсоединения соединена с концом ротора и ширина которой постепенно увеличивается к концу. Ротор содержит первый ротор, с возможностью вращения расположенный в радиальном направлении снаружи первого противоэлектрода, причем между ними расположен подшипник, и второй ротор, один конец которого с возможностью отсоединения соединен с первым ротором, а другой конец с возможностью отсоединения соединен с выпускной головкой. 11 з.п. ф-лы, 10 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к плазменному генератору, а более конкретно, к плазменному генератору, имеющему компактную и усовершенствованную конструкцию, в отличие от обычных устройств, без необходимости в сложной конструкции, такой как угольные щетки и т.п., что дает возможность предотвратить образование пыли и инородных материалов из угольной щетки, избежать частого технического обслуживания, а также значительно увеличить срок службы устройства, и, таким образом, такому, который может найти широкое применение в различных промышленных процессах, в которых требуется плазма.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Плазма относится к состоянию газа, ионизированного на отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ионы при сверхвысокой температуре. В этом состоянии разделение зарядов очень велико, количество отрицательных и положительных зарядов одинаково и, таким образом, общий заряд плазмы равен нулю (плазма нейтральна).
В целом, состояние вещества делится на твердое, жидкое и газообразное. Поскольку состояние плазмы отличается от твердого, жидкого и газообразного состояний, плазму часто называют четвертым состоянием вещества.
Когда к твердому веществу прикладывают энергию, оно становится жидкостью, а затем газом, а когда к газу снова прикладывают высокую энергию, газ разделяется на электроны и атомные ядра при температуре в несколько десятков тысяч градусов Цельсия.
Для того чтобы искусственно создать плазму, необходимы электрические способы, такие как постоянный ток, сверхвысокая частота, электронный пучок и т.п., а затем это состояние должно поддерживаться магнитным полем.
Чтобы использовать плазму в повседневной жизни, она должна быть таким образом искусственно создана, но можно сказать, что плазма является наиболее распространенным состоянием материи во Вселенной. Предполагается, что 99% материи во Вселенной находится в состоянии плазмы.
Молния, полярные сияния в Арктике, ионосфера в атмосфере и т.д. находятся в состоянии плазмы. За пределами атмосферы плазма также присутствует в поясе Ван Аллена, где ионы находятся в ловушке магнитного поля Земли, а также в солнечном ветре, приходящем от Солнца. Внутреннее пространство звезд или газ вокруг звезд также находится в состоянии плазмы. Водород в газообразном состоянии, присутствующий в пространстве между звездами, также находится в состоянии плазмы.
Искусственные плазмы, которые можно увидеть в повседневной жизни, включают люминесцентные лампы, ртутные лампы, плазменные панели и т.д.
Попытки искусственно создать плазму и найти ей практическое применение предпринимались непрерывно в течение длительного времени.
Плазма широко используются, в том числе плазма для термоядерного синтеза при температуре нескольких сотен миллионов градусов, низкотемпературная плазма тлеющего разряда или плазма дугового разряда, используемая в полупроводниковых процессах, синтезе новых материалов и т.д.
В частности, низкотемпературная плазма наиболее широко изучена и применяется в промышленности. Реакционная способность в плазме максимальна, и, таким образом, становится активной ионизация и рекомбинация веществ. Тем самым, использование плазмы позволяет создавать новое вещество, что трудно осуществить с помощью обычного синтеза или переработки веществ, и заменять процессы, которые создают загрязнение или которые трудно осуществить.
Кроме того, в процессе фотолитографии один из процессов по производству плоскопанельных дисплеев, включая ЖК или полупроводниковые дисплеи, использует плазму для удаления, путем сжигания, фоторезиста, который используется для формирования рисунка металлического материала или полупроводникового слоя, для травления тонкой пленки, изготовленной из органического материала или полупроводникового материала, или для удаления органического материала и т.п. с поверхности путем очистки.
Таким образом, плазма широко используется в промышленности, и, таким образом, также было налажено производство различных плазменных генераторов для искусственного создания плазмы.
Также сообщалось, что среди разнообразных плазменных генераторов применялись некоторые типы плазменных генераторов с угольными щетками.
В случае плазменного генератора такого типа, по природе своей конструкции, заземлением должен служить отдельный подшипник, и, поэтому, повреждение подшипника заземления было признано одной из основных проблем.
На практике основной целью в процессе изготовления плоскопанельных дисплеев или полупроводников является повышение производительности за счет сокращения времени отверждения до отлила. Если же техническое обслуживание плазменного генератора часто происходит из-за повреждения подшипника заземления и т.п., то работа устройства должна быть остановлена во время технического обслуживания плазменного генератора и, таким образом, проблема повреждения подшипника заземления не должна быть выпущена из виду. Таким образом, на основе этих фактов существует необходимость в разработке нового и усовершенствованного типа плазменного генератора.
РАСКРЫТИЕ ИНФОРМАЦИИ
Техническая проблема
Целью настоящего изобретения является создание плазменного генератора, который имеет компактную и усовершенствованную конструкцию, в отличие от обычных устройств, без сложной конструкции, такой как угольные щетки и т.д., что дает возможность предотвратить образование пыли и инородного материала из угольной щетки, избежать частого технического обслуживания, а также значительно увеличить срок службы устройства, и, таким образом, устройство, выполненное в соответствии с изобретением, сможет найти широкое применение в различных промышленных процессах, требующих плазмы.
Техническое решение
Поставленная задача достигается путем создания плазменного генератора, содержащего модуль, который генерирует плазму, и вращающийся корпус, который имеет по меньшей мере одно плазменное сопло, через которое плазма, генерируемая указанным модулем, выдувается наружу и которое расположено отдельно от указанного модуля с возможностью вращения снаружи указанного модуля.
Модуль плазменного генератора может содержать высоковольтный электрод, который расположен в центральной области; противоэлектрод, который расположен вокруг высоковольтного электрода и заряжается электроэнергией, подаваемой на высоковольтный электрод, для генерирования высоковольтной дуги; и входное отверстие для газа, которое выполнено между высоковольтным электродом и противоэлектродом и через которое сжатый воздух или газ вводится в выпускную головку.
Модуль плазменного генератора может также содержать по меньшей мере один высоковольтный изолятор, который установлен между высоковольтным электродом и противоэлектродом; и газовый распределитель, который содержит большое количество газораспределительных отверстий, через которые распределяется сжатый воздух или газ.
Высоковольтный изолятор может содержать первый высоковольтный изолятор, который расположен рядом с впускным отверстием для газа; и второй высоковольтный изолятор, который расположен радиально снаружи первого высоковольтного изолятора в его окружном направлении.
Противоэлектрод может содержать первый противоэлектрод, имеющий цилиндрическую форму, и второй противоэлектрод, имеющий воронкообразную форму и с возможностью отсоединения соединенный с первым противоэлектродом.
Вращающийся корпус может содержать ротор, который с возможностью вращения расположен снаружи модуля плазменного генератора, и выпускную головку, которая имеет плазменное сопло, с возможностью отсоединения соединена с концом ротора и ширина которой постепенно увеличивается к указанному концу.
Ротор может содержать первый ротор, который с возможностью вращения расположен в радиальном направлении снаружи от первого противоэлектрода, причем между ними расположен подшипник; и второй ротор, один конец которого с возможностью отсоединения соединен с первым ротором, а другой конец с возможностью отсоединения соединен с выпускной головкой.
Для предотвращения повреждения подшипника на его периферии может быть дополнительно предусмотрено манжетное уплотнение, имеющее превосходные свойства скольжения.
Второй ротор может содержать цилиндрическую соединительную часть с увеличенным диаметром, которая с помощью резьбы соединена с первым ротором; первую наклонную часть, которая выполнена наклонной в конце цилиндрической соединительной части с увеличенным диаметром; ступенчатую часть, которая образует ступеньку с цилиндрической соединительной частью с увеличенным диаметром в радиальном направлении внутрь от цилиндрической соединительной части, и диаметр которой меньше диаметра цилиндрической соединительной части с увеличенным диаметром; вторую наклонную часть, которая выполнена наклонной в конце ступенчатой части; и цилиндрическую соединительную часть с уменьшенным диаметром, которая на конце с возможностью отсоединения соединена с выпускной головкой.
Угол наклона первой наклонной части может быть больше угла наклона второй наклонной части, а на наружной стенке цилиндрической соединительной части с уменьшенным диаметром могут быть выполнены канавки.
На конце первого ротора может быть предусмотрен фланец для подшипника, который загнут внутрь, чтобы предотвратить отделение подшипника.
Плазменное сопло может содержать: первую наклонную направляющую часть, которая направляет плазму в выпускной головке в наклонном направлении, и вторую наклонную направляющую часть, которая имеет наклон, отличающийся от наклона первой наклонной направляющей части и, вместе с первой наклонной направляющей частью, образует плазменное сопло.
Плазменное сопло дополнительно может содержать торцевую скрытую наклонную направляющую часть, которая расположена в соответствующих наклонных направляющих частях под углом наклона, отличным от угла наклона как первой, так и второй наклонной направляющей части, так что плазма может направляться к наклонной торцевой поверхности выпускной головки или к нижней поверхности выпускной головки.
Плазменные сопла могут быть расположены как на наклонной торцевой поверхности выпускной головки, так и на нижней поверхности выпускной головки.
Плазменные сопла могут быть в большом количестве расположены в окружном направлении в некоторых областях, как на наклонной торцевой поверхности выпускной головки, так и на нижней поверхности выпускной головки.
Газораспределительное отверстие может иметь сопловую часть с уменьшающимся диаметром, диаметр которой постепенно уменьшается по направлению к плазменному соплу; цилиндрическую сопловую часть, которая соединена с сопловой частью с уменьшенным диаметром в области минимального диаметра сопловой части с уменьшающимся диаметром; и сопловую часть с увеличивающимся диаметром, диаметр которой постепенно увеличивается от цилиндрической сопловой части к плазменному соплу.
Технический результат
В соответствии с настоящим изобретением, в отличие от традиционных устройств, предложенный плазменный генератор имеет компактную и усовершенствованную конструкцию, в отличие от традиционных устройств, без сложной конструкции, такой как угольные щетки и т.д., что дает возможность предотвратить образование пыли и инородного материала из угольной щетки, избежать частого технического обслуживания, а также значительно увеличить срок службы устройства, и, таким образом, устройство, выполненное в соответствии с изобретением, может найти широкое применение в различных промышленных процессах, требующих плазмы.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение, показывающее конструкцию плазменного генератора, выполненного в соответствии с вариантом выполнения изобретения.
Фиг. 2 представляет собой разрез устройства, показанного на Фиг. 1.
Фиг. 3 представляет собой устройство, показанное на Фиг. 2, в частично разобранном виде.
Фиг. 4 представляет собой модуль плазменного генератора в частично разобранном виде.
Фиг. 5 представляет собой вид в увеличенном масштабе выпускной головки, показанной на Фиг. 2.
Фиг. 6 представляет собой разрез устройства, показанного на Фиг. 1, с другого угла.
Фиг. 7 представляет собой вид в увеличенном масштабе выпускной головки, показанной на Фиг. 6.
Фиг. 8 представляет собой вид сверху выпускной головки.
Фиг. 9 представляет собой вид в разрезе плазменного генератора, выполненного в соответствии с другим вариантом выполнения изобретения.
Фиг. 10 представляет собой вид в увеличенном масштабе газораспределительного отверстия, показанного на Фиг. 9.
ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее варианты выполнения настоящего изобретения описаны подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, так что специалисты смогут легко осуществить на практике данное изобретение. Тем не менее, описание изобретения представлено исключительно для иллюстрации вариантов выполнения с точки зрения конструктивных или функциональных аспектов, и, таким образом, объем изобретения не должен интерпретироваться как ограниченный иллюстративными вариантами выполнения, раскрытыми ниже.
То есть, иллюстративный вариант выполнения может быть изменен различными способами и может иметь различные формы, и, таким образом, объем изобретения следует понимать как включающий эквиваленты, которые могут реализовывать техническую сущность настоящего изобретения. Более того, объекты или функции, описанные в настоящем изобретении, не предназначены для полного или исключительного включения в конкретный вариант выполнения, и, таким образом, объем изобретения не должен интерпретироваться как ограниченный конкретным вариантом выполнения.
Значение терминов, используемых в настоящем документе, следует понимать следующим образом.
Когда компонент упоминается как «соединенный» с другим компонентом, это может означать, что он непосредственно соединен с другим компонентом, но следует понимать, что между ними может находиться другой компонент. С другой стороны, когда компонент упоминается как «непосредственно соединенный» с другим компонентом, то это следует понимать, что между ними нет никаких других компонентов. Между тем, другие выражения для описания взаимного расположения между элементами, т.е. «между» и «непосредственно между» или «рядом с» и «непосредственно рядом с» следует толковать аналогичным образом.
Следует понимать, что выражение, используемое в единственном числе, включает также и выражение во множественном числе, если только из контекста четко не следует иное значение. Кроме того, также следует понимать, что такие термины, как «включающий» или «имеющий» и т.д., предназначены для указания наличия признаков, количества, операций, действий, компонентов, частей или их комбинации, которые раскрыты в описании, и не предназначены исключать возможность того, что может существовать или может быть добавлен один или несколько других признаков, количеств, операций, действий, компонентов, частей или их комбинации.
Если не указано иное, все термины, используемые в настоящем документе, в том числе технические или научные термины, имеют такие же значения, как и те, которые обычно понятны специалистам в этой области техники, к которой относится настоящее изобретение. Такие термины, как те, которые определены в общепринятых словарях, должны интерпретироваться как имеющие значения, равные контекстным значениям в соответствующей области техники, и не должны интерпретироваться как имеющие идеализированные или чрезмерно формальные значения, если это явным образом не определено в настоящей заявке.
Далее, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одни и те же номера позиций используются для одних и тех же компонентов, будут подробно описаны варианты выполнения настоящего изобретения.
На Фиг. 1 показано схематическое изображение, иллюстрирующее конструкцию плазменного генератора, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения, а Фиг. 2 представляет собой разрез устройства, изображенного на Фиг. 1, Фиг. 3 представляет собой устройство, показанное на Фиг. 2, в частично разобранном виде, Фиг. 4 представляет собой модуль плазменного генератора в частично разобранном виде, Фиг. 5 представляет собой вид в увеличенном масштабе выпускной головки, показанной на Фиг. 2, Фиг. 6 представляет собой разрез устройства, показанного на Фиг. 1, с другого угла, Фиг. 7 представляет собой вид в увеличенном масштабе выпускной головки, показанной на Фиг. 6, а Фиг. 8 представляет собой вид выпускной головки сверху.
Со ссылкой на эти чертежи, плазменный генератор 100, выполненный в соответствии с настоящим вариантом выполнения, имеет компактную и усовершенствованную конструкцию, в отличие от обычных устройств, без сложной конструкции, такой как угольные щетки (не показаны) и т.п., что дает возможность предотвратить образование пыли и инородного материала из угольной щетки, предотвратить повреждение заземляющего подшипника и т.д., а также значительно увеличить срок службы устройства, и, таким образом, устройство, выполненное в соответствии с изобретением, может найти широкое применение в различных промышленных процессах, требующих плазмы. Плазменный генератор 100 может содержать модуль 110 и вращающийся корпус 170.
Модуль 110 плазменного генератора представляет собой узел в виде модуля, который генерирует плазму.
В отличие от традиционных модулей, модуль 110, выполненный в соответствии с настоящим вариантом выполнения, сам генерирует плазму.
Модуль 110 может содержать высоковольтный электрод 120, противоэлектроды 131 и 132, входное отверстие 140 для газа, высоковольтные изоляторы 151 и 152 и газовый распределитель 160.
Высоковольтный электрод 120 представляет собой электрод в форме стержня, расположенный в центральной области.
При подаче высокого напряжения к модулю 110 плазменного генератора снаружи, высокое напряжение прикладывают к высоковольтному электроду 120 в центре по кабелю С.
Противоэлектроды 131 и 132 расположены вокруг высоковольтного электрода 120. Противоэлектроды 131 и 132 заряжаются электроэнергией для генерирования высоковольтной дуги.
Противоэлектроды 131 и 132 могут быть выполнены в виде одного элемента. Тем не менее, в настоящем варианте выполнения, противоэлектроды 131 и 132 выполнены в виде отдельных элементов с целью технического обслуживания. То есть, в настоящем варианте выполнения противоэлектроды 131 и 132 содержат первый противоэлектрод 131, имеющий цилиндрическую форму, и второй противоэлектрод 132, имеющий воронкообразную форму и с возможностью отсоединения соединенный с первым противоэлектродом 131.
Между высоковольтным электродом 120 и противоэлектродами 131 и 132 предусмотрено впускное отверстие 140 для газа, через которое сжатый воздух или газ подается в выпускную головку 190.
Сжатый воздух может представлять собой обычный сжатый воздух, а газ может представлять собой плазмообразующий газ.
Между высоковольтным электродом 120 и противоэлектродами 131 и 132 установлены высоковольтные изоляторы 151 и 152, обеспечивающие изоляцию от внешней среды.
Высоковольтные изоляторы 151 и 152 также могут быть выполнены как один элемент. Тем не менее, в настоящем варианте выполнения высоковольтные изоляторы 151 и 152 выполнены в виде отдельных элементов с целью технического обслуживания.
То есть, в настоящем варианте выполнения высоковольтные изоляторы 151 и 152 содержат первый высоковольтный изолятор 151, расположенный рядом с входным отверстием 140 для газа, и второй высоковольтный изолятор 152, расположенный в окружном направлении радиально снаружи первого высоковольтного изолятора 151.
Газовый распределитель 160 обеспечивает пространство, в котором распределяется сжатый воздух или газ, вводимый через впускное отверстие 140 для газа.
Для этого распределитель 160 содержит газораспределительные отверстия 161, которые могут быть расположены с равноугольным интервалами в окружном направлении газового распределителя 160.
Между тем, вращающийся корпус 170 содержит плазменное сопло 191, через которое плазма, сгенерированная модулем 110, выдувается наружу, и выполнен отдельно от модуля 110 с возможностью вращения снаружи указанного модуля.
Когда вращающийся корпус 170 вращается снаружи модуля 110, с одновременной генерацией плазмы модулем 110, плазма может формироваться на большой площади, как показано на Фиг. 1. Для справки: плазма может инжектироваться в вертикальном направлении, в отличие от того, что показано на Фиг. 1, и, таким образом, объем настоящего изобретения не ограничивается чертежами.
Вращающийся корпус 170 содержит роторы 181 и 182, которые с возможностью вращения расположены снаружи модуля 110, и выпускную головку 190 с плазменным соплом 191, с возможностью отсоединения соединенную с концом второго ротора 182 и имеющую ширину, постепенно увеличивающуюся к концу.
Роторы 181 и 182 также могут быть выполнены как один элемент. Тем не менее, в настоящем варианте выполнения роторы 181 и 182 выполнены в виде отдельных элементов с целью технического обслуживания.
То есть, в настоящем варианте выполнения роторы 181 и 182 могут содержать первый ротор 181, который с возможностью вращения установлен в радиальном направлении снаружи первого противоэлектрода 131, с расположенным между ними подшипником B, и второй ротор 182, один конец которого с возможностью отсоединения соединен с первым ротором 181, а другой конец с возможностью отсоединения соединен с выпускной головкой 190.
Первый ротор 181 имеет по существу цилиндрическую форму. На наружной стенке первого ротора 181 выполнены канавки 181а, а на конце первого ротора 181 установлен фланец 181b подшипника, который загнут внутрь, чтобы предотвратить отделение подшипника В.
На периферии подшипника B внутри первого ротора 181 дополнительно предусмотрено манжетное уплотнение 182g, имеющее превосходные свойства скольжения, чтобы предотвратить повреждение подшипника В. Манжетное уплотнение 182g может быть изготовлено из политетрафторэтилена (PTFE), но объем настоящего изобретения не ограничивается этим материалом.
Вместе с тем, как описано выше, плазменный генератор 100, выполненный в соответствии с настоящим вариантом выполнения, имеет компактную и усовершенствованную конструкцию, в отличие от традиционных устройств, без сложной конструкции, такой как угольные щетки и т.п., используемые для заземления, что позволяет предотвратить образование пыли и инородных материалов из угольной щетки и предотвратить загрязнение изделий во время поверхностной плазменной обработки.
Кроме того, при использовании манжетного уплотнения 182g, имеющего превосходные свойства скольжения, можно предотвратить повреждение подшипника B, используемого для заземления, и значительно улучшить герметизацию газа, который генерирует плазму, повышая, тем самым, долговечность устройства при сохранении устойчивости плазмы. Таким образом, можно избежать частого технического обслуживания и значительно увеличить срок службы устройства, и, таким образом, плазменный генератор, выполненный в соответствии с изобретением, может найти широкое применение в различных промышленных процессах, требующих плазмы.
Тогда как первый ротор 181 имеет по существу цилиндрическую форму, второй ротор 182 имеет следующие конструктивные особенности.
То есть, в настоящем варианте выполнения второй ротор 182 может содержать цилиндрическую соединительную часть 182а с увеличенным диаметром, которая с помощью резьбы соединена с первым ротором 181, первую наклонную часть 182b, которая выполнена с наклоном на конце цилиндрической соединительной части 182а с увеличенным диаметром, ступенчатую часть 182c, которая образует ступеньку с цилиндрической соединительной частью 182а в радиальном направлении внутрь от цилиндрической соединительной части 182а, и диаметр которой меньше диаметра цилиндрической соединительной части 182а, вторую наклонную часть 182d, которая выполнена с наклоном на конце ступенчатой части 182c, и цилиндрическую соединительную часть 182е с уменьшенным диаметром, которая на конце с возможностью отсоединения соединена с выпускной головкой 190.
Учитывая тот факт, что второй ротор 182 расположен снаружи модуля 110, второй ротор 182 может иметь вышеуказанные конструктивные характеристики. Тогда цилиндрическая соединительная часть 182а с увеличенным диаметром, первая наклонная часть 182b, ступенчатая часть 182c, вторая наклонная часть 182d, и цилиндрическая соединительная часть 182е с уменьшенным диаметром могут быть выполнены как одно целое из одного материала.
В приведенной выше конструкции второго ротора 182, угол наклона первой наклонной части 182b может быть больше угла наклона второй наклонной части 182d.
Кроме того, на наружной стенке цилиндрической соединительной части 182е с уменьшенным диаметром могут быть выполнены канавки 182f.
Между тем, выпускная головка 190, содержащая описанное выше плазменное сопло 191, с возможностью отсоединения соединена с концом второго ротора 182 и имеет ширину, постепенно увеличивающуюся к концу.
Плазменное сопло 191cодержит первую наклонную направляющую часть 191а, которая направляет плазму в наклонном направлении в выпускной головке 190, и вторую наклонную направляющую часть 191b, угол наклона которой отличается от угла наклона первой наклонной направляющей части 191а, и которая, совместно с первой наклонной направляющей частью 191а, образует плазменное сопло 191.
В настоящем варианте выполнения плазменное сопло 191 дополнительно содержит первую или вторую торцевую скрытую наклонную направляющую часть 191c или 191d, которая в соответствующих наклонных направляющих частях 191а или 191b выполнена с наклоном под углом, отличным от угла наклона как первой, так и второй наклонных направляющих частей 191а и 191b так, что плазма может быть направлена к наклонной торцевой поверхности 190а выпускной головки 190 или к нижней поверхности 190b выпускной головки 190.
То есть, в случае, показанном на Фиг. 5, первая торцевая скрытая наклонная направляющая часть 191c выполнена на первой наклонной направляющей части 191а таким образом, что плазма может быть направлена к наклонной торцевой поверхности 190а выпускной головки 190. Кроме того, в случае, показанном на Фиг. 7, вторая торцевая скрытая наклонная направляющая часть 191d выполнена на второй наклонной направляющей части 191b таким образом, что плазма может быть направлена к нижней поверхности 190b выпускной головки 190.
В этом варианте выполнения плазменные сопла 191 могут быть расположены как на наклонной торцевой поверхности 190а выпускной головки 190, так и на нижней поверхности 190b выпускной головки 190. Как показано на Фиг. 8, плазменные сопла 191 в большом количестве расположены в окружном направлении в некоторых областях как на наклонной торцевой поверхности 190а выпускной головки 190, так и на нижней поверхности 190b выпускной головки 190. С такими конструктивными характеристиками эффективность генерации плазмы может быть увеличена.
Теперь следующим образом будет описана работа плазменного генератора 100, имеющего описанную выше конструкцию.
Например, в уровне техники сообщалось, что, когда поверхность полимера подвергают воздействию электрической дуги, поверхность полимера приобретает гидрофильные свойства.
Тем не менее, когда электрическая дуга непосредственно приложена к поверхности полимера, высокое напряжение оставляет след на поверхности изделия. Поэтому, для того чтобы избежать возникновения этого явления, необходимо сделать дугу ровной, и для этой цели в этом варианте выполнения высоковольтный электрод 120, выполненный круглой формы, соединен со вторичной обмоткой высоковольтного трансформатора.
Тем временем, между высоковольтным электродом 120 и противоэлектродами 131 и 132 генерируется электрическая дуга, и воздух (или конкретный газ) находится в состоянии плазмы благодаря генерируемой дуге. В этот момент плазма, генерируемая с помощью плазменного сопла 191 головки 190, может быть выдута наружу путем подачи сжатого воздуха или газа, а поверхность может быть модифицирована с помощью плазмы.
Для справки: более высокое напряжение и большее количество воздуха увеличивают площадь генерируемой дуги, но слишком много воздуха может уменьшить площадь обработки и, таким образом, необходимы соответствующие условия.
Непрерывная дуга генерирует ионы, обладающие высокой энергией в поле плазмы. Когда эта энергия ионами прикладывается к поверхности полимера, на этой поверхности образуются химически активные группы. Таким образом, последнее является необходимым условием для поперечной сшивки между поверхностью полимера и краской, покрывающими агентами, адгезивами и т.п. Дуга имеет коническую форму, такую, как пламя, исходящее от факела, как показано на Фиг. 1.
Таким образом, в соответствии с настоящим вариантом выполнения, плазменный генератор 100 имеет компактную и усовершенствованную конструкцию, в отличие от традиционных устройств, не требуя сложной конструкции, такой как угольные щетки и т.п., что дает возможность предотвратить образование пыли и инородного материала из угольной щетки, предотвратить повреждение подшипника В, избежать частого технического обслуживания, а также значительно увеличить срок службы устройства, и, таким образом, такой плазменный генератор может найти широкое применение в различных промышленных процессах, требующих плазмы.
Кроме того, плазменный генератор 100, выполненный в соответствии с настоящим вариантом выполнения, может выдавать большую высоковольтную мощность, которая обеспечивают долгосрочную надежность, может работать конструктивно простым способом, и может быть защищен своей цепью.
Фиг. 9 представляет собой вид в разрезе плазменного генератора, выполненного в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения, а Фиг. 10 представляет собой вид в увеличенном масштабе газораспределительного отверстия, показанного на Фиг. 9.
Со ссылкой на эти чертежи, плазменный генератор 200, выполненный в соответствии с настоящим вариантом выполнения, может также содержать модуль 210 и вращающийся корпус 170.
Модуль 210 плазменного генератора может также содержать высоковольтный электрод 120, противоэлектроды 131 и 132, впускное отверстие 140 для газа, высоковольтные изоляторы 151 и 152 и газовый распределитель 160.
В этом варианте выполнения газораспределительное отверстие 261, выполненное в газовом распределителе 260, может иметь конструкцию, отличную от конструкции описанного выше газораспределительного отверстия 161.
То есть, в настоящем варианте выполнения газораспределительное отверстие 261 содержит сопловую часть 261а с уменьшающимся диаметром, диаметр которой постепенно уменьшается по направлению к плазменному соплу 191, цилиндрическую сопловую часть 261b, которая соединена с сопловой частью 261а в области минимального диаметра сопловой части 261а, а также сопловую часть 261c с увеличивающимся диаметром, диаметр которой постепенно увеличивается от цилиндрической сопловой части 261b к плазменному соплу 191.
Сопловая часть 261а с уменьшающимся диаметром предотвращает образование вихря газа, протекающего по направлению к сопловой части 261а таким образом, что газ протекает равномерно и стационарно.
Цилиндрическая сопловая часть 261b уменьшает давление газа, подаваемого к сопловой части 261а, чтобы увеличить скорость потока. Кроме того, введенный газ может быть инжектирован из сопловой части 261c с требуемой скоростью потока путем регулировки толщины и длины цилиндрической сопловой части 261b.
Сопловая часть 261c с увеличивающимся диаметром обеспечивает более легкий впрыск газа во всю область выпускной головки 190.
В том случае, когда газораспределительное отверстие 261 имеет форму, показанную на Фиг. 10, скорость потока газа, проходящего через сопловую часть 261а, цилиндрическую сопловую часть 261b и сопловую часть 261c, увеличивается и становится постоянной, что способствует повышению эффективности генерации плазмы.
Даже при такой конструкции, плазменный генератор 200 имеет компактную и усовершенствованную конструкцию, в отличие от традиционных устройств, не требуя сложной конструкции, такой как угольные щетки и т.п., что дает возможность предотвратить повреждение подшипника B, избежать частого технического обслуживания, а также значительно увеличить срок службы устройства и, таким образом, такой плазменный генератор может найти широкое применение в различных промышленных процессах, требующих плазмы.
Настоящее изобретение было подробно описано со ссылкой на предпочтительные варианты его выполнения. Тем не менее, специалисты в данной области техники должны иметь в виду, что в этих вариантах выполнения могут быть сделаны изменения, не отступая от принципов и сущности изобретения, объем которого определен в прилагаемой формуле изобретения и в ее эквивалентах.
1. Плазменный генератор, содержащий:
модуль, генерирующий плазму, и
вращающийся корпус, который имеет по меньшей мере одно плазменное сопло, через которое плазма, генерируемая модулем плазменного генератора, выдувается наружу, и который расположен отдельно от указанного модуля с возможностью вращения снаружи указанного модуля,
причем указанный модуль содержит:
высоковольтный электрод, расположенный в центральной области,
противоэлектрод, расположенный вокруг высоковольтного электрода и заряжаемый электроэнергией, подаваемой на высоковольтный электрод, для генерирования высоковольтной дуги, и
входное отверстие для газа, которое выполнено между высоковольтным электродом и противоэлектродом и через которое сжатый воздух или газ вводится в выпускную головку,
при этом противоэлектрод содержит:
первый противоэлектрод, имеющий цилиндрическую форму, и
второй противоэлектрод, имеющий воронкообразную форму и с возможностью отсоединения соединенный с первым противоэлектродом,
при этом вращающийся корпус содержит:
ротор, с возможностью вращения расположенный снаружи модуля плазменного генератора, и
выпускную головку с плазменным соплом, которая с возможностью отсоединения соединена с концом ротора и ширина которой постепенно увеличивается к концу,
причем ротор содержит:
первый ротор, с возможностью вращения расположенный в радиальном направлении снаружи первого противоэлектрода, причем между ними расположен подшипник, и
второй ротор, один конец которого с возможностью отсоединения соединен с первым ротором, а другой конец с возможностью отсоединения соединен с выпускной головкой.
2. Плазменный генератор по п. 1, в котором указанный модуль дополнительно содержит по меньшей мере один высоковольтный изолятор, установленный между высоковольтным электродом и противоэлектродом, и газовый распределитель, имеющий газораспределительные отверстия для распределения сжатого воздуха или газа.
3. Плазменный генератор по п. 2, в котором высоковольтный изолятор содержит первый высоковольтный изолятор, расположенный рядом с впускным отверстием для газа, и второй высоковольтный изолятор, расположенный в окружном направлении радиально снаружи первого высоковольтного изолятора.
4. Плазменный генератор по п. 1, в котором для предотвращения повреждения подшипника на периферии подшипника дополнительно предусмотрено манжетное уплотнение, имеющее превосходные свойства скольжения.
5. Плазменный генератор по п. 1, в котором второй ротор содержит цилиндрическую соединительную часть с увеличенным диаметром, которая с помощью резьбы соединена с первым ротором, первую наклонную часть, которая выполнена наклонной на конце цилиндрической соединительной части с увеличенным диаметром, ступенчатую часть, которая образует ступеньку с цилиндрической соединительной частью с увеличенным диаметром в радиальном направлении внутрь от цилиндрической соединительной части и диаметр которой меньше диаметра цилиндрической соединительной части с увеличенным диаметром, вторую наклонную часть, которая выполнена наклонной на конце ступенчатой части, и цилиндрическую соединительную часть с уменьшенным диаметром, которая на конце с возможностью отсоединения соединена с выпускной головкой.
6. Плазменный генератор по п. 5, в котором угол наклона первой наклонной части больше угла наклона второй наклонной части, а на наружной стенке цилиндрической соединительной части с уменьшенным диаметром выполнены канавки.
7. Плазменный генератор по п. 1, в котором на конце первого ротора предусмотрен фланец для подшипника, который загнут внутрь, чтобы предотвратить отделение подшипника.
8. Плазменный генератор по п. 1, в котором плазменное сопло содержит первую наклонную направляющую часть, которая направляет плазму в выпускной головке в наклонном направлении, и вторую наклонную направляющую часть, угол наклона которой отличается от угла наклона первой наклонной направляющей части и которая, вместе с первой наклонной направляющей частью, образует плазменное сопло.
9. Плазменный генератор по п. 8, в котором плазменное сопло дополнительно содержит торцевую скрытую наклонную направляющую часть, которая выполнена на соответствующих наклонных направляющих частях под углом наклона, отличным от угла наклона как первой, так и второй наклонной направляющей части, так что плазма может быть направлена к наклонной торцевой поверхности выпускной головки или к нижней поверхности выпускной головки.
10. Плазменный генератор по п. 9, в котором плазменные сопла расположены как на наклонной торцевой поверхности выпускной головки, так и на нижней поверхности выпускной головки.
11. Плазменный генератор по п. 10, в котором плазменные сопла в большом количестве расположены в окружном направлении в некоторых областях как на наклонной торцевой поверхности выпускной головки, так и на нижней поверхности выпускной головки.
12. Плазменный генератор по п. 2, в котором газораспределительное отверстие содержит сопловую часть с уменьшающимся диаметром, диаметр которой постепенно уменьшается по направлению к плазменному соплу, цилиндрическую сопловую часть, которая соединена с сопловой частью с уменьшающимся диаметром в области минимального диаметра сопловой части с уменьшающимся диаметром, и сопловую часть с увеличивающимся диаметром, диаметр которой постепенно увеличивается от цилиндрической сопловой части к плазменному соплу.
