RU207628U1 - Плазменный источник - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к плазменной технике, в частности к устройствам для генерирования низкотемпературной плазмы с использованием внешних электромагнитных полей сверхвысокой частоты, и может быть использована для проведения низкотемпературных плазмохимических процессов, а также для плазменной обработки поверхности различных материалов, в том числе биологических тканей и объектов in vivo. Техническим результатом изобретения является повышение производительности при сохранении надежности работы устройства.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что «Плазменный источник» (1), содержит ионизационную камеру (2) со впускным патрубком (3) для ввода газа, ионизирующий электрод(4) внутри ионизационной камеры (2) и микроволновый генератор (8). При этом ионизирующий электрод (4), расположен внутри ионизационной камеры (2), и выполнен в виде разомкнутого конца внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии, которая проходит сквозь прямоугольный волновод (6) посередине его широких стенок, перпендикулярно к ним. А внешний проводник (7) коаксиальной линии снабжен разрывом, равным высоте узкой стенки волновода (6), который делит его на два патрубка (7а) и (7б), неразрывно сочлененных с волноводом (6), по которому проходит от микроволнового генератора (8) электромагнитная волна основного типа колебаний Н₁₀. На внешнем конце одного из патрубков (7а) расположена ионизационная камера (2), имеющая выходное отверстие (9), выполненное в наконечнике (10), снабженном внутренней полостью, образующей ионизационную камеру (2), которая вместе с выходным отверстием (9) наконечника (10), обеспечивает выполнение условий холостого хода на разомкнутом конце внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии. Наконец, на внешнем конце второго патрубка (7б) закреплен узел короткого замыкания (11), который выполнен в виде подвижного цангового сочленения с внутренним проводником (5). Кроме того, на конце ионизирующего электрода (4)) на всю его толщину, и вдоль оси внутреннего проводника (5), выполнены сквозные радиальные пропилы (12). При этом длина пропилов по оси равна четверти длины волны микроволнового генератора (8). А суммарная длина ионизирующего электрода (4) и внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии кратна нечетному числу четвертей длин волн микроволнового генератора (8). Причем ионизирующий электрод (4) может быть выполнен в виде многоэлектродного разрядника, в котором количество электродов от четырех до шестнадцати. А в случае подачи рабочего газа непосредственно в зону разряда в ионизационную камеру (2) по внутреннему проводнику (5), последний выполняют в виде полой трубки.

Description

Полезная модель относится к плазменной технике, в частности, к устройствам для генерирования низкотемпературной (нетермальной, недеструктивной) плазмы с использованием внешних электромагнитных полей сверхвысокой частоты и может быть использовано для проведения низкотемпературных плазмохимических процессов, а также для плазменной обработки поверхности различных теплочувствительных материалов, в том числе биологических тканей и объектов in vivo.

Известен «Сверхвысокочастотный плазмотрон, содержащий сочлененные между собой прямоугольный и круглый волноводы, диэлектрическую разрядную камеру, поглотитель СВЧ мощности, СВЧ-генератор, отличающийся тем, что между СВЧ-генератором и сочленением круглого и прямоугольного волноводов вводят щелевой мост, а сочленение круглого и прямоугольного волноводов выполняют в виде волноводно-щелевого перехода.

Патент РФ на изобретение №2274963, МПК: Н05Н 7/00, д. публ. 20.04.2006.

Известен «Источник плазменной струи» атмосферного давления, образованный цилиндрической трубкой из диэлектрического материала, с входной частью - трактом для поступления газа и выходной частью - соплом для вывода плазмы, содержащий пару электродов, подключенных к импульсному источнику питания и расположенных на внешней поверхности трубки на расстоянии друг от друга, отличающийся тем, что источник дополнительно содержит электрод, размещенный на внутренней поверхности цилиндрической трубки входной части, и соединенный с ним штыревой электрод, введенный соосно в сопло, при этом электрическая емкость входной части много больше емкости выходной части.

Патент РФ на изобретение №2616445 МПК д.публ. 27.03.2011 г.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому в качестве изобретения устройству является «Плазменный источник» (1) преимущественно для обеззараживания ран, содержащий а) ионизационную камеру (2), имеющую впускной патрубок (3) для ввода газа в ионизационную камеру (2) и дополнительно имеющую выходное отверстие (9) для дозирования ионизированного газа на объект, b) несколько ионизирующих электродов (4), расположенных внутри ионизационной камеры (2), для ионизации газа, при этом ионизирующие электроды (4) размещены параллельно друг другу с образованием равностороннего многоугольника в поперечном сечении, отношение расстояния (d_EE) электрод-электрод, с одной стороны, и расстояния (d_ew) электрод-стенка, с другой стороны, при измерении на конце ионизирующих электродов (4) находится в пределах от 1,8 до 2,2. Патент РФ на изобретение №2 415 522, МПК: Н05Н 1/24, д.публ. 27.03.2011.

Описанное устройство, позволяет упростить инициирование разряда и повысить устойчивость работы электродов. Недостаток такого решения состоит в сложности конструкции и, соответственно, высокой стоимости устройства, которое, по необходимости, должно состоять из большого числа мелких деталей из разнородных материалов, строго позиционированных между собой. Кроме того, если корпус ионизационной камеры, являющийся внешним электродом разрядника, достаточно легко может быть обеспечен дополнительным внешним охлаждением, то охлаждение внутренних ионизирующих электродов обеспечить весьма сложно, поскольку они представляют собой тонкие длинные металлические стержни, подверженные весьма сильному нагреву с одного конца и подключенные к центральному проводнику гибкого коаксиального кабеля с другого конца. Это приводит на практике, во-первых, к повышению температуры исходящей ионизированной газовой струи, что весьма критично при воздействии на живые ткани in vivo. Во-вторых, отвод тепла по внутренним электродам от горячей области разряда приводит к перегреву узла сочленения их с центральным проводником гибкого коаксиального кабеля, имеющего жесткие ограничения по температуре. В-третьих, постепенный разогрев ионизирующих электродов приводит к тому, что область разряда уходит от выпускного отверстия ионизационной камеры вглубь нее и повреждает имеющиеся в ней диэлектрические позиционеры электродов. В результате всего этого описанное устройство имеет существенное ограничение по мощности в непрерывном режиме либо по средней мощности в импульсном режиме либо должно работать в повторно-периодическом режиме с длительными перерывами в работе для охлаждения электродов.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности при сохранении надежности работы устройства.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что «Плазменный источник» (1), содержит ионизационную камеру (2) со впускным патрубком (3) для ввода газа, ионизирующий электрод (4) внутри ионизационной камеры (2) и микроволновый генератор (8). При этом ионизирующий электрод (4), расположен внутри ионизационной камеры (2), и выполнен в виде разомкнутого конца внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии, которая проходит сквозь прямоугольный волновод (6) посередине его широких стенок, перпендикулярно к ним. А внешний проводник (7) коаксиальной линии снабжен разрывом, равным высоте узкой стенки волновода (6), который делит его на два патрубка (7а) и (7б), неразрывно сочлененных с волноводом (6), по которому проходит от микроволнового генератора (8) электромагнитная волна основного типа колебаний Н₁₀. На внешнем конце одного из патрубков (7а) расположена ионизационная камера (2), имеющая выходное отверстие (9), выполненное в наконечнике (10), снабженном внутренней полостью, образующей ионизационную камеру (2), которая вместе с выходным отверстием (9) наконечника (10), обеспечивает выполнение условий холостого хода на разомкнутом конце внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии. Наконец, на внешнем конце второго патрубка (7б) закреплен узел короткого замыкания (11), который выполнен в виде подвижного цангового сочленения с внутренним проводником (5). Кроме того, на конце ионизирующего электрода (4)) на всю его толщину, и вдоль оси внутреннего проводника (5), выполнены сквозные радиальные пропилы (12). При этом длина пропилов по оси равна четверти длины волны микроволнового генератора (8). А суммарная длина ионизирующего электрода (4) и внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии кратна нечетному числу четвертей длин волн микроволнового генератора (8). Причем ионизирующий электрод (4) может быть выполнен в виде многоэлектродного разрядника, в котором количество электродов от четырех до шестнадцати. А в случае подачи рабочего газа непосредственно в зону разряда в ионизационную камеру (2) по внутреннему проводнику (5), последний выполняют в виде полой трубки.

«Плазменный источник» поясняется чертежом-схемой на фиг.

Фиг. - Плазменный источник» (схема общего вида)

Плазменный источник (1), содержащий ионизационную камеру (2), имеющую впускной патрубок (3) для ввода рабочего газа в ионизационную камеру (2), где рабочий газ ионизируется с помощью ионизирующего электрода (4), расположенного внутри ионизационной камеры (2). Ионизирующий электрод (4), расположенный внутри ионизационной камеры (2), представляет собой разомкнутый конец внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии, которая проходит сквозь прямоугольный волновод (6) посередине его широких стенок, перпендикулярно к ним. Внешний проводник (7) коаксиальной линии имеет разрыв, равный высоте узкой стенки волновода (6) и, таким образом, состоит из двух патрубков (7а) и (7б), неразрывно сочлененных с волноводом (6), в котором может распространяться электромагнитная волна основного типа колебаний Н₁₀ от микроволнового генератора (8). На внешнем конце одного из патрубков (7а) сформирована ионизационная камера (2), имеющая выходное отверстие (9), выполненное в наконечнике (10), внутренняя полость которого образует ионизационную камеру (2), которая вместе с выходным отверстием (9) обеспечивает выполнение условий холостого хода на разомкнутом конце внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии. На внешнем конце второго патрубка (7б) закреплен узел короткого замыкания (11), который выполнен, в виде подвижного цангового сочленения с внутренним проводником (5). Вдоль оси внутреннего проводника (5) на конце ионизирующего электрода (4) на всю его толщину выполнены сквозные радиальные пропилы (12), длина пропилов по оси равна четверти длины волны микроволнового генератора (8). Причем ионизирующий электрод (4) может быть выполнен в виде многоэлектродного разрядника, в котором количество электродов от четырех до шестнадцати, в результате чего микроволновый разряд становится множественным и степень ионизации рабочего газа многократно возрастает. Подача рабочего газа в ионизационную камеру (2) может осуществляться с помощью впускного патрубка (3), либо непосредственно в зону разряда по внутреннему проводнику (5), который в этом случае выполняется в виде полой трубки.

Устройство работает следующим образом.

При включении микроволнового генератора (8) часть энергии электромагнитной волны, распространяющейся по волноводу (6) в направлении согласованной волноводной нагрузки (13), поступает в жесткую коаксиальную линию, поскольку их сочленение образует волноводно-коаксиальный переход. В результате выполнения условий резонанса, для чего длина жесткой коаксиальной линии выбирается кратной нечетному числу четвертей длин волн микроволнового генератора (8), на разомкнутом конце центрального проводника (5) возрастает напряженность электрического поля и создаются условия для возникновения и поддержания микроволнового разряда в полости ионизационной камеры (2) - между торцом ионизирующего электрода (4) и внутренней поверхностью наконечника (10). Для снижения температуры исходящей струи ионизированного газа, может быть предусмотрено принудительное, в частности, жидкостное охлаждение как наконечника (10).

Claims (3)

1. Плазменный источник (1), содержащий ионизационную камеру (2) со впускным патрубком (3) для ввода газа, ионизирующий электрод (4) внутри ионизационной камеры (2) и микроволновый генератор (8), отличающийся тем, что ионизирующий электрод (4), расположенный внутри ионизационной камеры (2), выполнен в виде разомкнутого конца внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии, которая проходит сквозь прямоугольный волновод (6) посередине его широких стенок, перпендикулярно к ним, а внешний проводник (7) коаксиальной линии снабжен разрывом, равным высоте узкой стенки волновода (6), который делит его на два патрубка (7а) и (7б), неразрывно сочлененных с волноводом (6), по которому проходит от микроволнового генератора (8) электромагнитная волна основного типа колебаний Н₁₀, при этом на внешнем конце одного из патрубков (7а) расположена ионизационная камера (2), имеющая выходное отверстие (9), выполненное в наконечнике (10), снабженном внутренней полостью, образующей ионизационную камеру (2), которая вместе с выходным отверстием (9) наконечника (10), обеспечивает выполнение условий холостого хода на разомкнутом конце внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии, наконец на внешнем конце второго патрубка (7б) закреплен узел короткого замыкания (11), который выполнен в виде подвижного цангового сочленения с внутренним проводником (5), кроме того, на конце ионизирующего электрода (4)) на всю его толщину и вдоль оси внутреннего проводника (5), выполнены сквозные радиальные пропилы (12), при этом длина пропилов по оси равна четверти длины волны микроволнового генератора (8), а суммарная длина ионизирующего электрода (4) и внутреннего проводника (5) жесткой коаксиальной линии кратна нечетному числу четвертей длин волн микроволнового генератора (8).

2. Плазменный источник по п.1, отличающийся тем, что ионизирующий электрод (4) может быть выполнен в виде многоэлектродного разрядника, в котором количество электродов от четырех до шестнадцати.

3. Плазменный источник по п. 1, отличающийся тем, что в случае подачи рабочего газа непосредственно в зону разряда в ионизационную камеру (2) по внутреннему проводнику (5), последний выполняют в виде полой трубки.

Images