PL74032Y1 - Design of a 2.45 GHz microwave plasma block for generation of two plasma flames - Google Patents

Design of a 2.45 GHz microwave plasma block for generation of two plasma flames

Info

Publication number
PL74032Y1
PL74032Y1 PL129932U PL12993221U PL74032Y1 PL 74032 Y1 PL74032 Y1 PL 74032Y1 PL 129932 U PL129932 U PL 129932U PL 12993221 U PL12993221 U PL 12993221U PL 74032 Y1 PL74032 Y1 PL 74032Y1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
plasma
flames
microwave
block
generation
Prior art date
Application number
PL129932U
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL129932U1 (en
Inventor
Mariusz Jasiński
Bartosz Hrycak
Dariusz Czylkowski
Original Assignee
Instytut Masz Przeplywowych Im Roberta Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk
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 Instytut Masz Przeplywowych Im Roberta Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk filed Critical Instytut Masz Przeplywowych Im Roberta Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk
Priority to PL129932U priority Critical patent/PL74032Y1/en
Publication of PL129932U1 publication Critical patent/PL129932U1/en
Publication of PL74032Y1 publication Critical patent/PL74032Y1/en

Links

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest nowa konstrukcja mikrofalowego (2,45 GHz) bloku plazmowego w standardzie falowodowym WR-340, który zawiera metalowe płyty (2) połączone ze sobą łącznikami (3), tworząc front w postaci flanszy montażowej (4) falowodu WR-340, wewnątrz znajduje się metalowa sekcja (5) a od strony wejścia mikrofal, metalowa sekcja posiada dopasowujący klin (6), bezpośrednio nad metalową sekcją (5), znajduje się płaski prostopadłościenny wkład dielektryczny (7), który posiada dwa cylindryczne wydrążenia (8).The subject of the application is a new design of a microwave (2.45 GHz) plasma block in the WR-340 waveguide standard, which comprises metal plates (2) connected to each other by connectors (3), forming a front in the form of a mounting flange (4) of the WR-340 waveguide, inside there is a metal section (5) and on the microwave input side, the metal section has a matching wedge (6), directly above the metal section (5), there is a flat cuboidal dielectric insert (7) which has two cylindrical cavities (8).

Description

Opis wzoru Przedmiotem wzoru uzytkowego jest nowa konstrukcja mikrofalowego bloku plazmowego do kon- wersji gazów. Urzadzenie to znajduje zastosowanie do konwersji gazów w celu otrzymywania produk- tów cennych dla przemyslu np. wodoru, jak równiez do niszczenia substancji szkodliwych dla srodowi- ska naturalnego np. freonów. Przy okazji niszczenia substancji szkodliwych, mozliwe jest otrzymywanie substancji cennych z punktu widzenia przemyslu. Przy zastosowaniu odpowiednio wysokiej mocy mi- krofal, dwa generowane plomienie plazmowe moga wystawac na zewnatrz urzadzenia, co daje mozli- wosc wykorzystania ich do obróbki powierzchni materialów oraz do dezynfekcji powierzchni w postaci niszczenia bakterii, wirusów, grzybów, plesni, itp. Znane jest ze swiatowego zgloszenia patentowego WO 2007/116225 A1 mikrofalowe urzadze- nie do plazmowej obróbki gazów, w którym blok plazmowy przylaczony jest do mikrofalowej linii prze- sylowej w postaci falowodu. Blok plazmowy zawiera wewnatrz wydrazona wkladke dielektryczna prze- puszczajaca fale elektromagnetyczne, które powoduja podtrzymywanie generacji plazmy wewnatrz bloku plazmowego. Wewnatrz wkladki dielektrycznej znajduje sie para metalowych elektrod umiesz- czonych naprzeciw siebie. Pomiedzy tymi przeciwsobnymi elektrodami nastepuje generacja plazmy. Jedna z elektrod moze zawierac cylindryczny kanal, przez który moze byc wprowadzany gaz roboczy tzw. gaz plazmotwórczy, podlegajacy procesowi konwersji. Druga z tych elektrod zawiera cylindryczny kanal, przez który wyplywa gaz i przez który plazma moze wystawac na zewnatrz bloku plazmowego. Proponowana w niniejszym wzorze uzytkowym nowa konstrukcja mikrofalowego bloku plazmo- wego do konwersji gazów przylaczanego do generatora mikrofalowego za posrednictwem mikrofalo- wego toru falowodowego, charakteryzuje sie tym, ze mikrofalowy blok plazmowy umozliwia generacje dwóch plomieni plazmowych rozmieszczonych wzdluz mikrofalowego toru falowodowego a kazdy z plo- mieni jest generowany pomiedzy pojedyncza elektroda metalowa a cylindrycznym kanalem wylotowym (brak przeciwsobnej elektrody). Konstrukcja ta charakteryzuje sie tym, ze mikrofalowy blok plazmowy zawiera wewnatrz plaski prostopadloscienny wklad wykonany z materialu dielektrycznego, który po- siada dwa cylindryczne wydrazenia. Plaski prostopadloscienny wklad wykonany z dielektryka umozliwia przepuszczanie mikrofal do wewnatrz bloku plazmowego, podtrzymujac generacje dwóch plomieni pla- zmowych – kazdy pomiedzy elektroda i przeciwsobnym kanalem wylotowym. Kazda elektroda z prze- ciwsobnym cylindrycznym kanalem wylotowym umieszczona jest w cylindrycznym wydrazeniu we- wnatrz plaskiego prostopadlosciennego wkladu dielektrycznego. Istota niniejszego wzoru uzytkowego jest konstrukcja mikrofalowego urzadzenia plazmowego, które sluzy do jednoczesnego wytwarzania dwóch plomieni plazmowych, gdzie obydwa plomienie pla- zmowe rozmieszczone sa wzdluz tego samego toru falowodowego, a kazdy z plomieni plazmowych generowany jest pomiedzy elektroda i kanalem wylotowym. Przedmiotem wzoru uzytkowego jest konstrukcja mikrofalowego 2,45 GHz bloku plazmowego w standardzie falowodowym WR-340, który zawiera metalowe plyty polaczone ze soba lacznikami, tworzac front w postaci flanszy montazowej falowodu WR-340, wewnatrz znajduje sie metalowa sekcja a od strony wejscia mikrofal, metalowa sekcja posiada dopasowujacy klin, bezposrednio nad metalowa sekcja, znajduje sie plaski prostopadloscienny wklad dielektryczny, który posiada dwa cylindryczne wydrazenia. Konstrukcja, której wklad posiada kanaly. Konstrukcja, której wklad wykonany jest z materialu dielektrycznego wybranego sposród: Teflonu, ceramiki, szkla kwarcowego. Konstrukcja, gdzie pomiedzy elektroda i cylindrycznym kanalem wylotowym sa dwa plomienie plazmowe (10) rozmieszczone wzdluz pojedynczego mikrofalowego bloku plazmowego. Konstrukcja, gdzie elektroda posiada kanaly cylindryczne do wprowadzenia ostrzy. Opis rysunku: Fig. 1–2 – przedstawiaja konstrukcje mikrofalowego 2,45 GHz bloku plazmowego do generacji dwóch plomieni plazmowych. Realizacja proponowanego wzoru uzytkowego pokazana jest na figurach Fig. 1–2. Mikrofalowy blok plazmowy przylaczany jest do standardowego falowodu prostokatnego (1) stan- dardu WR-340, którym dostarczane sa mikrofale o czestotliwosci 2,45 GHz. Zewnetrzna konstrukcja mikrofalowego bloku plazmowego oparta jest o metalowe plyty (2) skrecane ze soba lacznikami (3) plyt. Po skreceniu front konstrukcji stanowi flansze montazowa (4) falowodu WR-340. Wewnatrz znajduje sie3 metalowa sekcja (5) powodujaca obnizenie wysokosci w stosunku do wysokosci standardowego falo- wodu prostokatnego WR-340. Od strony wejscia mikrofal, metalowa sekcja (5) posiada mikrofalowo dopasowujacy klin (6). Wewnatrz obszaru o obnizonej wysokosci, bezposrednio nad metalowa sek- cja (5), znajduje sie plaski prostopadloscienny wklad dielektryczny (7). Plaski prostopadloscienny wklad dielektryczny (7) posiada dwa cylindryczne wydrazenia (8). Ponadto plaski prostopadloscienny wklad dielektryczny (7) posiada kanaly cylindryczne (9) sluzace do wprowadzania gazu roboczego. Gaz robo- czy ulega konwersji w dwóch plomieniach plazmowych (10), gdzie kazdy z plomieni plazmowych gene- rowany jest pomiedzy elektroda (11) i cylindrycznym kanalem wylotowym (12), przez który wyplywa gaz po konwersji plazmowej, i przez który plomienie plazmowe (10) moga wystawac na zewnatrz mikrofa- lowego bloku plazmowego. Elektrody (11) posiadaja kanaly cylindryczne (13), które umozliwiaja wpro- wadzanie ostrzy (14) inicjujacych generacje plomieni plazmowych. Mikrofalowy blok do generacji dwóch plomieni plazmowych (10) zawiera wewnatrz plaski prosto- padloscienny wklad wykonany z dielektryka np. Teflon, ceramika, szklo kwarcowe, wyposazony w dwa cylindryczne wydrazenia. Plaski prostopadloscienny wklad (7) wykonany z dielektryka umozliwia przepuszczanie mikrofal do wewnatrz bloku plazmowego, podtrzymujac generacje dwóch plomieni plazmowych (10) – kazdy pomiedzy elektroda (11) i przeciwsobnym kanalem wylotowym (12). Kazda elektroda (11) z przeciw- sobnym cylindrycznym kanalem wylotowym umieszczona jest w cylindrycznym wydrazeniu wewnatrz plaskiego prostopadlosciennego wkladu dielektrycznego. Dwa cylindryczne wydrazenia w plaskim prostopadlosciennym wkladzie dielektrycznym (8) za- wieraja kanaly (9), które sluza do wprowadzania gazu roboczego do bloku plazmowego. Styczny sposób wprowadzania gazu roboczego powoduje wymuszenie przeplywów wirowych wewnatrz dwóch cylin- drycznych wydrazen we wkladzie dielektrycznym (8). W rezultacie przeplyw wirowy stabilizuje generacje plomieni plazmowych – kazdy generowany pomiedzy elektroda (11) i kanalem wylotowym (12). Prze- plyw wirowy powoduje równiez chlodzenie i oczyszczanie powierzchni wewnetrznej zastosowanego pla- skiego prostopadlosciennego wkladu dielektrycznego (7). Korzystnie jest, gdy odleglosc pomiedzy dwoma generowanymi plomieniami plazmowymi (10) w przyblizeniu stanowi polowe dlugosci fali elektromagnetycznej ( -/2) lub jej calkowita wielokrotnosc (n -/2, gdzie n = 1, 2, 3…). Taka odleglosc miedzy plomieniami plazmowymi (10) zapewnia w przybli- zeniu równy podzial mocy mikrofal na oba plomienie. Generowane plomienie sa wiec porównywalnej wielkosci. Zewnetrzna konstrukcja mikrofalowego bloku plazmowego oparta jest o metalowe plyty (2) skre- cane ze soba tak, aby wewnetrze wymiary przekroju zapewnialy dopasowanie do wymiarów standardo- wego falowodu prostokatnego WR-340 (wymiary wewnetrzne: 72,14 - 34,04 mm) dostarczajacego mi- krofale z generatora mikrofalowego. Oznaczenia na rysunku: 1 – standardowy falowód prostokatny WR-340 2 – metalowe plyty 3 – laczniki plyt 4 – flansza montazowa falowodu WR-340 – metalowa sekcja 6 – mikrofalowo dopasowujacy klin 7 – plaski prostopadloscienny wklad dielektryczny 8 – dwa cylindryczne wydrazenia wykonane w plaskim prostopadlosciennym wkladzie dielektrycznym 9 – kanaly cylindryczne – dwa plomienie plazmowe 11 – elektrody 12 – cylindryczne kanaly wylotowe 13 – kanaly cylindryczne w elektrodach do wprowadzania ostrzy inicjujacych generacje plomieni pla- zmowych 14 – ostrza inicjujace generacje plomieni plazmowych PLDescription of the design: The subject of the utility model is a new design of a microwave plasma block for gas conversion. This device is used to convert gases to obtain industrially valuable products, such as hydrogen, as well as to destroy environmentally harmful substances, such as freons. While destroying harmful substances, it is possible to obtain industrially valuable substances. By using sufficiently high microwave power, two generated plasma flames can protrude outside the device, enabling their use in surface treatment of materials and for surface disinfection by destroying bacteria, viruses, fungi, molds, etc. A microwave device for plasma gas treatment is known from global patent application WO 2007/116225 A1, in which the plasma block is connected to a microwave transmission line in the form of a waveguide. The plasma block contains a hollow dielectric insert that transmits electromagnetic waves, which sustain plasma generation within the block. Within the dielectric insert are a pair of metal electrodes positioned opposite each other. Plasma generation occurs between these opposing electrodes. One electrode may contain a cylindrical channel through which a working gas, the so-called plasma-forming gas, can be introduced, undergoing the conversion process. The other electrode contains a cylindrical channel through which the gas flows out and through which the plasma can protrude outside the plasma block. The new design of a microwave plasma block for gas conversion proposed in this utility model, connected to a microwave generator via a microwave waveguide, is characterized in that the microwave plasma block enables the generation of two plasma flames arranged along the microwave waveguide, each flame being generated between a single metal electrode and a cylindrical outlet channel (no counter-electrode). This design is characterized in that the microwave plasma block contains a flat, rectangular insert made of a dielectric material with two cylindrical cavities. The flat, rectangular insert made of a dielectric allows microwaves to pass through into the plasma block, supporting the generation of two plasma flames—each between an electrode and a counter-electrode outlet channel. Each electrode, with a counter-rotating cylindrical outlet channel, is placed in a cylindrical cavity within a flat, rectangular dielectric insert. The essence of this utility model is the design of a microwave plasma device used to simultaneously generate two plasma flames, where both plasma flames are arranged along the same waveguide path, and each plasma flame is generated between the electrode and the outlet channel. The subject of the utility model is the design of a 2.45 GHz microwave plasma block in the WR-340 waveguide standard, which comprises metal plates connected by connectors, forming a front in the form of a WR-340 waveguide mounting flange. Inside, there is a metal section, and on the microwave input side, the metal section has a matching wedge. Directly above the metal section is a flat, rectangular dielectric insert with two cylindrical cavities. The structure, the insert having channels, is made of a dielectric material selected from Teflon, ceramic, or quartz glass. The structure, wherein between the electrode and the cylindrical outlet channel, are two plasma flames (10), arranged along a single microwave plasma block. The structure, wherein the electrode has cylindrical channels for inserting the blades. Drawing description: Figs. 1–2 – show the design of a 2.45 GHz microwave plasma block for generating two plasma flames. The implementation of the proposed utility model is shown in Figs. 1–2. The microwave plasma block is connected to a standard WR-340 rectangular waveguide (1), which delivers microwaves at a frequency of 2.45 GHz. The external structure of the microwave plasma block is based on metal plates (2) screwed together with plate connectors (3). After screwing, the front of the structure forms the mounting flange (4) of the WR-340 waveguide. Inside, there is a metal section (5) that reduces the height compared to the height of a standard WR-340 rectangular waveguide. On the microwave input side, the metal section (5) has a microwave-adapting wedge (6). Within the reduced height area, directly above the metal section (5), is a flat, rectangular dielectric insert (7). The flat, rectangular dielectric insert (7) has two cylindrical cavities (8). In addition, the flat, rectangular dielectric insert (7) has cylindrical channels (9) for introducing the working gas. The working gas is converted in two plasma flames (10), each plasma flame being generated between an electrode (11) and a cylindrical outlet channel (12) through which the plasma-converted gas flows out and through which the plasma flames (10) can protrude outside the microwave plasma block. The electrodes (11) have cylindrical channels (13) that allow the insertion of blades (14) that initiate the generation of plasma flames. The microwave block for generating two plasma flames (10) contains a flat, rectangular insert made of a dielectric, e.g., Teflon, ceramic, or quartz glass, equipped with two cylindrical cavities. The flat, rectangular insert (7) made of a dielectric allows microwaves to pass into the plasma block, supporting the generation of two plasma flames (10) – each between an electrode (11) and a counter-rotating outlet channel (12). Each electrode (11) with a counter-rotating cylindrical outlet channel is placed in a cylindrical cavity within the flat, rectangular dielectric insert. Two cylindrical cavities in the flat, rectangular dielectric insert (8) contain channels (9) that serve to introduce the working gas into the plasma block. The tangential method of introducing the working gas causes vortex flows to be forced within the two cylindrical cavities in the dielectric insert (8). As a result, the vortex flow stabilizes the generation of plasma flames – each generated between the electrode (11) and the outlet channel (12). The vortex flow also cools and cleans the internal surface of the flat, rectangular dielectric insert (7). It is advantageous when the distance between the two generated plasma flames (10) is approximately half the electromagnetic wavelength (-/2) or an integer multiple thereof (n-/2, where n = 1, 2, 3…). This distance between the plasma flames (10) ensures approximately equal distribution of microwave power between both flames. The generated flames are therefore of comparable size. The external structure of the microwave plasma block is based on metal plates (2) screwed together so that the internal cross-sectional dimensions match the dimensions of a standard WR-340 rectangular waveguide (internal dimensions: 72.14 - 34.04 mm) that delivers microwaves from the microwave generator. Designations in the drawing: 1 – standard rectangular waveguide WR-340 2 – metal plates 3 – plate connectors 4 – WR-340 waveguide mounting flange – metal section 6 – microwave matching wedge 7 – flat rectangular dielectric insert 8 – two cylindrical cavities made in the flat rectangular dielectric insert 9 – cylindrical channels – two plasma flames 11 – electrodes 12 – cylindrical outlet channels 13 – cylindrical channels in the electrodes for inserting the blades initiating the generation of plasma flames 14 – blades initiating the generation of plasma flames PL

PL129932U 2021-03-22 2021-03-22 Design of a 2.45 GHz microwave plasma block for generation of two plasma flames PL74032Y1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL129932U PL74032Y1 (en) 2021-03-22 2021-03-22 Design of a 2.45 GHz microwave plasma block for generation of two plasma flames

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL129932U PL74032Y1 (en) 2021-03-22 2021-03-22 Design of a 2.45 GHz microwave plasma block for generation of two plasma flames

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL129932U1 PL129932U1 (en) 2022-09-26
PL74032Y1 true PL74032Y1 (en) 2025-08-25

Family

ID=83724302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL129932U PL74032Y1 (en) 2021-03-22 2021-03-22 Design of a 2.45 GHz microwave plasma block for generation of two plasma flames

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL74032Y1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL129932U1 (en) 2022-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tarakanov Code KARAT in simulations of power microwave sources including Cherenkov plasma devices, vircators, orotron, E-field sensor, calorimeter etc.
Arzhannikov et al. Using two-dimensional distributed feedback for synchronization of radiation from two parallel-sheet electron beams in a free-electron maser
Moisan et al. A waveguide-based launcher to sustain long plasma columns through the propagation of an electromagnetic surface wave
JP4339588B2 (en) Apparatus for processing gases using plasma
CN100540199C (en) Portable arc seed microwave plasma torch
CN101521151B (en) Microwave plasma processing apparatus
EP2824998B1 (en) Plasma generation device with microstrip resonator
CN102510654A (en) Atmospheric-pulse-modulated microwave plasma generation device
ATE357124T1 (en) DEVICE FOR ADJUSTING A MICROWAVE ENERGY DISTRIBUTION IN AN APPLICATOR AND USE OF THIS DEVICE
US12551861B2 (en) Apparatus for treating materials with plasma
PL74032Y1 (en) Design of a 2.45 GHz microwave plasma block for generation of two plasma flames
Prakash et al. Influence of pulse modulation frequency on helium RF atmospheric pressure plasma jet characteristics
US11956882B2 (en) High-power plasma torch with dielectric resonator
Wang et al. A large-volume open-air microwave plasma based on parallel multislot rectangular waveguides
RU2153781C1 (en) Microwave plasma generator
EP2751826A2 (en) Apparatus for generating thermodynamically cold microwave plasma
CN216795347U (en) Waveguide slit type microwave plasma source
Mirzaei et al. Analysis and design of microwave resonant plasma source for Iranian Space Plasma Simulation Chamber
CA3245048C (en) Microwave plasma torch and method of use thereof
Moisan Description and properties of an RF plasma used for the study of parametric interaction of a strong EM field with plasma
RU2184076C1 (en) Discharge chamber of ozonizer
Bloyet et al. Microwave plasma at atmospheric pressure and measurement of its density
RU193604U1 (en) DISCHARGE TUBE FOR A LASER ON STRONTS
Gower Development of a high power microwave plasma beam applicator
RU2166240C2 (en) Method and device for producing nonequilibrium microwave plasma in high-pressure gases