Устройство для плазмохимической конверсии газа или газовой смеси с применением биполярного коронного разряда Российский патент 2021 года по МПК B01J19/08 C01B13/11 H01T19/00 H05H1/24 

Изобретение относится к химическим устройствам для плазмохимической конверсии газа или газовой смеси в неравновесной плазме коронного разряда.

В настоящее время одним из наиболее часто применяемым в технике видом коронного разряда является униполярный коронный разряд ввиду легкости его создания и поддержания, биполярный коронный разряд применяется в технике гораздо реже в связи с его неустойчивостью.

Известны различные виды устройств, в конструкции которых используют униполярный коронный разряд постоянного тока [1]. В этом случае применяют электроды, создающие неоднородное электрическое поле, в котором реализуют коронный разряд постоянного тока. К недостаткам униполярного коронного разряда постоянного тока относится ограничения по мощности связанные с объемным зарядом и переходом коронного разряда в искровый разряд.

Для преодоления вышеуказанных недостатков униполярного коронного разряда с развитием современной электроники для плазмохимической конверсии газа стали использовать импульсный коронный разряд [2] для предотвращения перехода разряда в искровой. К недостаткам использования импульсного коронного разряда относятся высокая стоимость импульсных блоков питания и необходимость наличия очень высокой напряженности для образования разряда, что ограничивает сферы его применения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является генератор озона [3], содержащий корпус и два коаксиально расположенных цилиндрических электрода. Внутренний коронирующий электрод имеет одно или более ребер на поверхности и выполнен с возможностью вращения.

Основным недостатком данной конструкции является сравнительно низкая эффективность работы за счет использования униполярного коронного разряда имеющего ограничения по току из-за возникающего объемного заряда, а также отсутствие внутренней защиты электродной системы устройства от перехода коронного разряда в искровой разряд.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение разрядного тока устройства плазмохимической конверсии газа за счет использования биполярного коронного разряда, а также защита устройства от перехода биполярного коронного разряда в искровой разряд. Достигаемый при решении задачи технический результат заключается в увеличении тока коронирующего электрода за счет использования биполярного коронного разряда ввиду уменьшения влияния объемного заряда, а также устранение перехода коронного разряда в искровый разряд.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве плазмохимической конверсии газа в биполярном коронном разряде, содержащем основные разнополярные электроды, подключенные к источнику высоковольтного питания, и вспомогательный электрод, с целью повышения тока и устойчивости коронного разряда изолированный вспомогательный коронирующий электрод выполнен в виде лопастей вентилятора, лопасти вспомогательного электрода вращаются для образования биполярного коронного разряда в зазоре между вспомогательным электродом и разнополярными электродами выполненными в виде двух половин боковой поверхности цилиндра с изолирующей прокладкой между ними, а вал вращения вспомогательного коронирующего электрода установлен коаксиально по отношению к цилиндру образованному разнополярными электродами. Для стабилизации коронного разряда и предотвращения перехода его в искровый разряд лопасти вспомогательного электрода делаются из материала с высоким электрическим сопротивлением.

Изобретение поясняется чертежом Фиг. 1, где изображены элементы устройства для получения биполярного коронного разряда, а именно: изолированный вал 1 вращения вспомогательного коронирующего электрода, вспомогательный коронирующий электрод (лопасть) 2, разнополярные электроды 3 выполненные в виде двух половин боковой поверхности цилиндра, изолирующая прокладка 4 между разнополярными электродами.

В отличие от коронирующего электрода в виде ребра в предлагаемом изобретении решается вопрос защиты от перехода коронного разряда в искровый разряд за счет изготовления вращающегося электрода из материала с высоким электрическим сопротивлением, а также увеличивается ток коронирующего электрода за счет использования биполярного коронного разряда из-за уменьшения эффекта влияния объемного заряда, и вращения коронирующего электрода относительно разнополярных электродов.

Отказ от подвода высоковольтного тока через скользящий контакт к коронирующему вращающемуся электроду и использование вместо этого двух газовых промежутков с униполярными разрядами в сумме дающих биполярный разряд снимает ограничения по трению верчения на скорость вращения коронирующего электрода и приводит к принципиальному увеличению общего тока разряда, увеличение надежности и ресурса работы устройства. Изготовление коронирующего вращающегося электрода в виде лопастей вентилятора упрощает конструкцию устройства для получения коронного разряда за счет совмещения функции вентилятора и получения биполярного разряда в одном устройстве, позволяя изготавливать мощные и компактные устройства плазмохимической конверсии газа.

Для увеличения температуры электронов неравновесной плазмы с целью увеличения объемов обрабатываемого газа для конверсии и селективности плазмохимических реакций по изобретению вслед за зоной коронного разряда можно расположить зону индукционного подогрева, что поясняется чертежом Фиг. 2, где изображены элементы устройства для плазмохимической конверсии газа, а именно: 1 - привод вращения коронирующего электрода, 2 - ввод газа в устройство, 3 - устройство плазмохимической конверсии газа в биполярном коронном разряде, 4 - индукционная катушка.

Литература

1. Токарев А.В., «Коронный разряд и его применение», изд. Бишкек, КРСУ, 2009, стр. 16.

2. «Высоковольтные электротехнологии», Учебное пособие по курсу «Основы электротехнологии», под редакцией И.П. Верещагина, Москва МЭИ 1999.

3. Patent US 5002738 А, С01В 13/11, 26.03.1991.

Изобретение относится к химии, к устройствам для плазмохимической конверсии газа или газовой смеси в неравновесной плазме коронного разряда. Технический результат - увеличение тока коронирующего электрода за счет использования биполярного коронного разряда и устранение перехода коронного разряда в искровой разряд. Устройство содержит диэлектрическую разрядную камеру с окнами ввода газа и вывода переработанного газа с основными разнополярными электродами, подключенными к регулируемому источнику высоковольтного питания, и вспомогательный коронирующий электрод выполненный в виде лопастей вентилятора. Лопасти вспомогательного электрода вращаются для образования биполярного коронного разряда в зазоре между вспомогательным электродом и разнополярными электродами, выполненными в виде двух половин боковой поверхности цилиндра с изолирующей прокладкой между ними, а вал вращения вспомогательного коронирующего электрода установлен коаксиально по отношению к цилиндру, образованному разнополярными электродами. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для плазмохимической конверсии газа или газовой смеси в неравновесной плазме коронного разряда, содержащее диэлектрическую разрядную камеру с окнами ввода газа и вывода переработанного газа с основными разнополярными электродами, подключенными к регулируемому источнику высоковольтного питания, и вспомогательный электрод, отличающееся тем, что с целью повышения тока и устойчивости коронного разряда изолированный вспомогательный коронирующий электрод выполнен в виде лопастей вентилятора, лопасти вспомогательного электрода вращаются для образования биполярного коронного разряда в зазоре между вспомогательным электродом и разнополярными электродами, выполненными в виде двух половин боковой поверхности цилиндра с изолирующей прокладкой между ними, а вал вращения вспомогательного коронирующего электрода установлен коаксиально по отношению к цилиндру, образованному разнополярными электродами.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что с целью стабилизации коронного разряда и предотвращения перехода его в искровый разряд лопасти вспомогательного электрода делаются из материала с высоким электрическим сопротивлением.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что с целью увеличения конверсии газа вслед за зоной действия биполярного коронного разряда располагается зона воздействия индукционного нагрева, генерируемого индукционной катушкой.