Камерный СВЧ-плазмотрон

(51) 05 1/46 (2010.01) 05 1/42 (2010.01) 05 3/04 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Упрощение эксплуатации и повышение эффективности обработки материалов достигаются тем, что камерный СВЧ-плазмотрон содержит экран, устройство ввода электромагнитной энергии и дополнительно решетку - периодическую структуру из запредельных волноводов,формирующую поверхностное электромагнитное поле и служащую выходным шлюзом камеры,вторую решетку для сжатия поверхностного электромагнитного поля и повыше ния добротности камеры, приемную антенну для концентрации электромагнитной энергии,необходимой для инициирования плазменного факельного разряда.(76) Ольшанский Анатолий Петрович Валуева Марина Сергеевна Ольшанский Иван Юрьевич(56) Ваврив Д.М., Канило П.М. и др. Исследования процесса сжигания угольной пыли в экспериментальной СВЧ-плазменной горелке.(57) Изобретение относится к области электромагнитной обработки материалов. Устройство относится к области электромагнитной обработки материалов. Известно устройство, создающее импульснопериодический факел в коаксиальном волноводе(Бархударов Э.М., Грицинин С.И. и др. Импульснопериодический факел в коаксиальном волноводе. Температура нейтрального компонента. //Физика плазмы. 2004, том 30,6, с.575-585). Центральный электрод коаксиального волновода служит одновременно и газопроводом, подающим газ к соплу, у поверхности которого возбуждается разряд с формированием плазменной струи. Источником микроволнового излучения служит магнетрон,используемый в микроволновых печах. Недостатками устройства являются необходимость использования газа для инициирования разряда и малый объем плазмы. Известен также СВЧ-плазмотрон резонаторного типа (Бабарицкий А.И., Баранов И.К. и др. Процессы парциального окисления углеводородов,стимулированные плазмой СВЧ-разряда атмосферного давления. //Химия высоких давлений. 2004, том. 38,6, с.456-460). Этот плазмотрон представляет собой резонатор, образованный разрывом в центральной части внутреннего проводника коаксиальной линии. При инициировании разряда образуется вытянутый плазмоид. Используется генератор с частотой 2,45 ГГц при мощности от 500 до 3000 Вт. Недостатки данного устройства те же самые - необходимость в инициирующем газе и малый объем плазмы. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является СВЧ-плазменная горелка для сжигания угольной пыли (Ваврив Д.М., Канило П.М. и др. Исследования процесса сжигания угольной пыли в экспериментальной СВЧ-плазменной горелке.// 0204-3602. Промышленная теплотехника. 2007, т.29,2, с.47-54). Принципиальная схема горелки представляет собой СВЧ-генератор,призматический волновод, коаксиальный волновод,на торце которого создается СВЧ-плазма и реактор. В качестве источника СВЧ-энергии используется магнетронный СВЧ-генератор с выходной мощностью 15 кВт. Недостатками, по-прежнему,является необходимость в инициирующем разряд газе, а также сложность подачи СВЧ-энергии в реактор. Существенным признаком является система создания и питания СВЧ-плазмы. Она включает в себя призматический волновод с устройством согласования СВЧ-генератора с коаксиальным волноводом, нагружающимся в свою очередь СВЧплазмой. В процессе эксплуатации, когда в плазму поступает обрабатываемый материал, неизбежно рассогласование коаксиального волновода с СВЧплазмой, что потребует регулярных механических подстроек или других мер. Осуществление заявленного изобретения позволит упростить эксплуатацию реактора и повысить эффективность обработки материала. Это достигается тем, что камерный СВЧплазмотрон содержит экран, устройство ввода электромагнитной энергии и дополнительно решетку периодическую структуру из запредельных волноводов,формирующую поверхностное электромагнитное поле камеры и служащую выходным шлюзом для продуктов обработки материала, вторую решетку, сжимающую поле и повышающую добротность камеры и приемную антенну в виде полуволнового вибратора,изолированного от земли с помощью четвертьволнового коаксиального стакана. Антенна обеспечивает концентрацию электромагнитной энергии,необходимую для инициирования электрического разряда. В результате такой конструкции камеры,возникновение и существование СВЧ-плазмы обеспечивается энергией поверхностного электромагнитного поля,запасаемой в пространстве ячеек-резонаторов решетки. Высокая добротность резонаторов решеток обусловливает стабильность параметров СВЧплазмы при изменении нагрузки со стороны обрабатываемого материала. Таким образом,упрощается эксплуатация плазмотрона и повышается эффективность обработки материала при заданной мощности источника электромагнитной энергии. Все указанные признаки, отличительные от прототипа, достаточны во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты. На фиг. представлена принципиальная схема камерного СВЧ-плазмотрона. Камера плазмотрона содержит верхнюю решетку 1, нижнюю решетку 2,экран 3, ввод энергии 4, антенну 5. Решетка 1 представляет собой периодическую структуру из запредельных волноводов,формирующую поверхностное электромагнитное поле (Меттус А.А., Ольшанский А.П. Пондеромоторные силы в системах из запредельных волноводов//Оборудование промышленных установок и автоматизация производственных и электротехнологических процессов. Алма-Ата КазПТИ, 1977, вып. 4, с.139-143). Высота решетки,равная длине запредельного волновода, больше длины затухания поля, что не допускает излучение из камеры. Решетка 2 сжимает по высоте поверхностное электромагнитное поле,формируемое решеткой 1. Использование решетки 2, также имеющей высокую добротность, повышает добротность камеры и не допускает излучение из камеры снизу. Экран 3 является неотъемлемой частью формирующей структуры 1, обеспечивая,как и запредельные волноводы,условия существования электромагнитного поля поверхностной волны и безизлучательный режим работы камеры. Камерный СВЧ-плазмотрон работает следующим образом. В камеру через устройство ввода 4 вводится электромагнитная энергия от магнетронного генератора с соответствующей частотой и мощностью, в результате чего в ячейках решетки 1 возбуждаются электромагнитные колебания, они запасают реактивную энергию и в итоге формируется поверхностное электромагнитное поле. Антенна концентрирует 2 энергию поля, необходимую для электрического разряда и плазменного факела. Дальнейшее факела поддерживается энергией электромагнитного поля. инициирования возникновения существование поверхностного ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Камерный СВЧ-плазматрон, содержащий экран,устройство ввода электромагнитной энергии, отличающийся тем, что он дополнительно содержит решетку - периодическую структуру из запредельных волноводов,формирующую поверхностное электромагнитное поле и служащую выходным шлюзом камеры, вторую решетку,сжимающую поверхностное электромагнитное поле и повышающую добротность камеры, приемную антенну для концентрации электромагнитной энергии,необходимой для инициирования факельного плазменного разряда.