ЭЛЕКТРОГАЗОДИНАМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2003 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к устройствам для обработки потока газа электрическим разрядом, например для получения озона, и может быть использовано для изучения структуры барьерного разряда, (формы и размеры каналов, расстояния между ними), условий воздействия на барьерный разряд с целью оптимизации электроразрядных процессов.

Известно устройство для обработки потока газа электрическим разрядом, содержащее неподвижный диэлектрический барьер и два сплошных электрода, один из которых непосредственно примыкает к барьеру, а другой расположен с противоположной стороны барьера на расстоянии, определяющему длину разрядного промежутка [1].

К недостаткам этого устройства относится необходимость использования сложного и дорого оборудования для изучения структуры барьерного разряда (сверхскоростные фоторегистраторы и электронно-оптические преобразователи). Действительно, отдельный микроразряд существует десятки наносекунд и в каждой последующей серии микроразрядов их местоположение меняется. Кроме этого, устройство [1] требует для своего питания переменное высоковольтное напряжение. В каждый полупериод меняется полярность и соответственно параметры микроразряда (геометрия и интенсивность свечения канала, расстояние между микроразрядами) изменяются в соответствие с полярностью.

В таком устройстве невозможно получить длительную и устойчивую картину структуры барьерного разряда, которая позволила бы использовать для исследования обычную фотоаппаратуру, а также выполнять визуального наблюдения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является электрогазодинамическое устройство для обработки потока газа электрическим разрядом, содержащее вращающийся диэлектрический барьер и неподвижные частичные электроды, подключенные попарно с чередующейся полярностью к источнику высокого постоянного напряжения [2]. Данное устройство позволяет между кромкой электрода, на которую набегает барьер, и барьером формировать длительную картину структуры барьерного разряда. Здесь каждая серия микроразрядов похожа на предыдущую серию. Так как вследствие вращения барьера и при постоянстве напряжения, геометрия и интенсивность электрического поля в каждой предпробойной стадии почти одинаковы.

К недостаткам этого устройства относится проявление относительной нестабильности развития микроразряда от серии к серии. Такая нестабильность обусловлена наличием разрядного промежутка с обеих сторон диэлектрического барьера, и разряд в одном из них оказывает влияние на развитие разряда в другом противоположном зазоре. Еще большее влияние на развитие разряда оказывает качество зарядки вращающегося барьера в разрядных промежутках соседних пар электродов. Таким образом, перечисленные разбросы, накладываясь друг на друга, приводят к колебаниям формы и размеров микроразрядных каналов. В итоге при длительных наблюдениях структуры барьерного разряда это приводит к нерезкости фотографий, погрешности при измерениях диаметров каналов микроразрядов и т.д.

Цель изобретения - получение более стабильной и устойчивой картины структуры барьерного разряда при неограниченной длительности.

Поставленная цель достигается тем, что в электрогазодинамическом устройстве, содержащем вращающийся диэлектрический барьер и неподвижные электроды, подключенные попарно с чередующейся полярностью к источнику высокого напряжения, все электроды, кроме одного или одной пары выполнены с возможностью скольжения по поверхности вращающегося барьера.

На чертеже схематически изображено предлагаемое электрогазодинамическое устройство, где все неподвижные электроды, кроме одного, имеют скользящий контакт с вращающимся диэлектрическим барьером.

Устройство содержит диэлектрический барьер 1 в форме диска, электрод 2 для визуализации структуры барьерного разряда, электроды 3, имеющие скользящий контакт с барьером 1, высоковольтный источник 4 постоянного напряжения, к которому подключены электроды 2 и 3, электродвигатель 5, вращающий барьер 1.

В устройстве (см. чертеж) электроды 2 и 3 расположены по обеим сторонам барьера и образуют между собой пары противолежащих электродов. Количество пар - четное число, как и в прототипе [2], что обусловлено чередующейся полярностью подключения высоковольтного источника 4 для обеспечения непрерывной перезарядки вращающегося барьера 1. На чертеже число пар - минимальное, равно - двум. Этого достаточно для визуального наблюдения структуры барьерного разряда. Все пары электродов, кроме одной, состоят из электродов 3 (на чертеже - такая пара одна). Отличающаяся пара электродов, предназначенная для изучения картины структуры барьерного разряда, может состоять только из электродов 2 (в случае изучения структуры барьерного разряда для озонатора с двойным разрядным промежутком; здесь происходит разряд по обеим сторонам диэлектрического барьера). Во втором варианте отличающаяся пара состоит из электрода 2 и электрода 3, как представлено на чертеже (в случае изучения структуры барьерного разряда для озонатора с одним разрядным промежутком; разряд осуществляется по одну сторону диэлектрического барьера). Пары электродов подключаются с чередующейся полярностью к высоковольтному источнику 4 постоянного напряжения.

Устройство работает следующим образом. Постоянное напряжение от высоковольтного источника 4 подает с чередующейся полярностью на каждую из пар электродов (см. чертеж). Из-за чередующейся полярности подключения высоковольтного источника 4 осуществляется перезарядка диэлектрического барьера 1. К очередной паре подходит заряд на поверхности диэлектрического барьера 1, который остается от перезарядки предыдущей парой электродов. Полярность такого заряда определяется полярностью предыдущей парой электродов и она противоположна полярности приложенного напряжения к последующей паре. При достаточной напряженности электрического поля в зазоре между вращающимся барьером и передней кромкой электрода 2, на которую набегает барьер, возникает барьерный электрический разряд. Такой разряд носит фронтальный характер и состоит из отдельных серий микроразрядов, а каждый микроразряд длится десятки наносекунд. В следующей серии микроразряды зажигаются в тех же местах, так как условия для создания серий всегда одинаковы (постоянное напряжение источника питания, одинаковая полярность и остаточные следы микроразрядов предыдущей серии: электродные пятна на электроде 2).

В предлагаемом устройстве более стабильному повторению картины микроразрядов, по сравнению с прототипом [2], способствует использование электродов 3, имеющих скользящий контакт с вращающимся барьером 1. В этом случае перезарядка поверхности движущегося барьера будет более однородной из-за практического отсутствия газоразрядных процессов на границе электрод-барьер. Таким образом, ликвидируется влияние на перезарядные процессы пробивного напряжения, напряжения гашения газоразрядного промежутка так и их статических характеристик.

Типичная картина арматуры барьерного разряда представлена на чертеже. Разряд носит фронтальный характер и состоит из нескольких параллельных микроразрядов. Каждый микроразряд состоит из двух основных частей: цилиндрического канала 6 и пятна на диэлектрическом барьере 7. Причем каждое пятно ограничено окружностью и соприкасается с соседним пятном.

Использование данных устройств позволяет выявить зависимость структуры барьерного разряда (диаметр канала и пятна, расстояние между каналами микроразрядов) от величины и полярности питающего напряжения, длины разрядного промежутка, материала барьера и т.д.

Пример. В лабораторных условиях был создан действующий макет электрогазодинамического устройства для визуального наблюдения структуры барьерного разряда. В качестве вращающегося диэлектрического барьера использовали диски из различных материалов: стекла, стеклотекстолита и винипласта. Во всех случаях наблюдалась четкая и стабильная структура барьерного разряда. Различные геометрические измерения можно было производить непосредственно с помощью элементарных измерительных приборов (линейка, штангенциркуль и т.д.), выполненных из изоляционного материала.

Например, для стеклянного барьера толщиной 3 мм, рабочего зазора длиной 2 мм и питающего напряжения 12 кВ, расстояние между каналами микроразрядов составляло 7 мм, диаметр канала 1,5 мм и диаметр пятна на барьере 7 мм.

ЛИТЕРАТУРА
1. Багиров М.А., Курбанов М.А., Шкилев А.В. и др. //ЖТФ. 1971. Т. Ч1, 6. С. 1287.

2. Патент Российской Федерации 2027664, кл. С 01 В 13/11, 1995.

Устройство предназначено для обработки потока газа электрическим разрядом. Электрогазодинамическое устройство обработки потока газа электрическим разрядом для получения озона содержит плоский диэлектрический барьер, установленный с возможностью вращения, по обеим торцевым поверхностям которого установлены электроды, образующие пары, подключенные с чередующейся полярностью к источнику высокого напряжения. Количество пар является четным. Одна из пар электродов установлена так, что, по крайней мере, один из электродов образует зазор с торцевой поверхностью барьера. Другие электроды установлены с возможностью скольжения по торцевой поверхности барьера. Устройство позволяет получить устойчивую картину структуры барьерного разряда. 1 ил.

Электрогазодинамическое устройство обработки потока газа электрическим разрядом для получения озона, содержащее плоский диэлектрический барьер, установленный с возможностью вращения, по обеим торцевым поверхностям которого установлены электроды, образующие пары, подключенные с чередующейся полярностью к источнику высокого постоянного напряжения, количество пар является четным, отличающееся тем, что одна из пар электродов установлена так, что, по крайней мере, один из электродов образует зазор с торцевой поверхностью барьера, а другие электроды установлены с возможностью скольжения по торцевой поверхности барьера.