ИНДУКТОР ДЛЯ РЕАКТОРА УСТРОЙСТВА ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ Российский патент 2023 года по МПК B09B3/50 H01T19/04 C10B57/00 C10J3/00 

Изобретение относится к устройствам для утилизации отходов в твердом и/или жидком состоянии, в частности, к элементам устройств утилизации методом плазмохимической деструкции.

Известен реактор по патенту РФ №2786209 (опубликован 19.12.2022) в виде закрытой полости, выполненной с входным отверстием, соединенным с устройством подачи отходов, и с выходным отверстием для вывода газообразных продуктов деструкции, при этом внутренние поверхности полости частично или полностью выполнены проводящими, а в реактор введен изолированный от них электрод, соединенный с источником высоковольтных импульсов напряжения, причем размер зазора между электродом и проводящим дном полости обеспечивает формирование стримеров плазмы коронного разряда.

Недостатком известного устройства является малые размеры зоны активных плазмохимических реакций, концентрирующейся вблизи зазора между электродом и ближайшими проводящими поверхностями полости, в котором формируются стримеры, а также возможность перекрытия этой зоны отходами, подаваемыми из входного отверстия, что затрудняет деструкцию отходов в остальном объеме реактора.

Технический результат, на получение которого направлено изобретение, является улучшение работы реактора за счет увеличения в реакторе зоны активных плазмохимических реакций, обусловленного конструкцией индуктора, размещенного между электродом и проводящими поверхностями полости, с зазорами относительно них, уменьшающего также возможность перекрытия этой зоны отходами, подаваемыми из входного отверстия.

Технический результат достигается в индукторе, выполненном в форме двух усеченных правильных пирамид, с нижними основаниями, расположенными в одной плоскости, с верхними основаниями, расположенными в другой плоскости, повернутых друг относительно друга вокруг их общей оси, при этом в каждой плоскости боковых граней усеченных пирамид, или в некоторых из них, расположены металлические пластины боковых граней, соединенные с металлическими пластинами верхнего и нижнего оснований, расположенными в плоскостях верхних и нижних оснований так, что между боковыми краями соседних пластин боковых граней выполнены зазоры, а вдоль общей оси усеченных пирамид расположен электрод индуктора, соединенный с металлическими пластинами верхнего и нижнего оснований и выступающий за пределы верхнего основания в сторону электрода реактора.

В реакторе с индуктором при подаче импульса высокого напряжения происходит пробой зазора между электродом реактора и электродом индуктора, после чего вблизи участков конструкции индуктора с большой кривизной поверхности, возникают резко неоднородные поля, порождая стримеры коронного разряда, распространяющиеся к проводящим поверхностям полости реактора, что увеличивает размеры зоны активных плазменных реакций. При этом пирамидальный характер конструкции индуктора способствует удалению из зоны активных плазменных реакций отходов, подаваемых из входного отверстия, что также способствует улучшению работы реактора.

Предпочтительно выполнение поворота усеченных пирамид вокруг общей оси на угол, при котором каждое боковое ребро одной усеченной пирамиды расположено на одинаковом расстоянии от двух соседних боковых ребер второй усеченной пирамиды

В одном из вариантов исполнения, нижний конец электрода индуктора выступает за пределы пластины нижнего основания, причем верхний и/или нижний концы электрода индуктора выполнены заостренными.

В одном из вариантов исполнения радиусы окружностей, вписанных в нижние основания усеченных пирамид равны, а радиусы вписанных в их верхние основания окружностей отличаются.

Предпочтительно места присоединения пластин боковых граней усеченных пирамид к пластине нижнего основания чередуются.

Предпочтительно выполнение пластин боковых граней в форме трапеций.

В одном из вариантов исполнения верхние ребра пластин боковых граней усеченных пирамид расположены на окружности, концентрической с электродом индуктора.

Предпочтительно соединение верхних ребер пластин боковых граней с пластиной верхнего основания через одну на двух окружностях концентрических с электродом индуктора.

В одном из вариантов исполнения пластина верхнего основания выполнена в форме прямоугольника, сдвинутого от оси усеченных пирамид индуктора в сторону входного отверстия реактора, при этом пластина верхнего основания выполнена с отверстиями и, направленными в сторону нижнего основания, ребрами, причем, расположенная под пластиной верхнего основания, пластина боковой грани одной из усеченных пирамид, отсутствует, а в месте крепления к нижнему основанию отсутствующей пластины боковой грани присоединена боковая металлическая пластина с ребрами жесткости на поверхности, обращенной в сторону электрода индуктора, соединенная своим вторым концом со свободным концом пластины верхнего основания.

В одном из вариантов исполнения пластина нижнего основания выполнена с отверстиями и с ребрами, направленными в сторону противоположную верхнему основанию.

Изобретение иллюстрируется на фигурах.

На фиг.1 изображено вертикальное поперечное сечение реактора с индуктором, где 1 - корпус реактора с внутренней полостью, 2 - входное отверстие, 3 - выходное отверстие, 4 - внутренняя поверхность полости реактора, 5 - проводящие участки внутренней поверхности полости реактора, 6 - заостренный электрод реактора, 7 - изоляторы, 8 - источник высоковольтных импульсов, 9 - острие электрода реактора, 10 - проводящее дно реактора, 11 - устройство дозированной подачи перерабатываемых отходов, 12 - электростатический фильтр с вытягивающим воздушным вентилятором, 13 - индуктор, 14 - изоляторы, на которых индуктор приподнят над проводящим дном 10 реактора.

На фиг.2 изображен вид спереди на индуктор 13, где 15 - металлическая пластина верхнего основания, 16 - металлическая пластина нижнего основания, 17 - металлические пластины боковых граней первой усеченной пирамиды, 18 - металлические пластины боковых граней второй усеченной пирамиды, 19 - электрод индуктора, 20 - зазоры между пластинами боковых граней, 21 - ребра пластин боковых граней, 22 - боковая пластина, 23 - ребра боковой пластины, 24 - ребра металлической пластины верхнего основания, 25 - ребра металлической пластины нижнего основания.

На фиг.3 изображен вид индуктора в ракурсе 3/4 слева, где 26 - отверстия в металлической пластине верхнего основания, 27 - отверстия в металлической пластине нижнего основания, 28 - отверстия в боковой металлической пластине.

На фиг.4 изображен вид индуктора в ракурсе 3/4 справа.

На фиг.5 изображен вид индуктора в ракурсе 3/4 снизу.

На фиг.6 изображен вид индуктора сверху.

Изобретение может быть реализовано в индукторе 13, выполненном в форме двух усеченных правильных пирамид, с нижними основаниями, расположенными в одной плоскости, с верхними основаниями, расположенными в другой плоскости, повернутых друг относительно друга вокруг их общей оси, при этом в каждой плоскости боковых граней усеченных пирамид, или в некоторых из них, расположены металлические пластины боковых граней 17 первой усеченной пирамиды и 18 второй усеченной пирамиды, соединенные с металлическими пластинами 15 верхнего и 16 нижнего оснований, расположенными в плоскостях верхних и нижних оснований первой и второй усеченных пирамид, а между боковыми краями соседних пластин боковых граней 17 и 18 выполнены зазоры 20, при этом вдоль общей оси усеченных пирамид расположен электрод 19 индуктора 13, соединенный с металлическими пластинами 15 верхнего и 16 нижнего оснований, и выступающий за пределы металлических пластин 15 верхнего (в сторону электрода 6 реактора) и 16 нижнего оснований. При этом на поверхностях металлических пластин боковых граней 17 и 18, обращенных к электроду индуктора 19, выполнены ребра 21, а на обращенной к электроду индуктора 19 поверхности боковой пластины 22 выполнены ребра 23 и отверстия 28. На пластине верхнего основания 15 выполнены ребра верхнего основания 24 и отверстия 26, а на пластине нижнего основания 16 выполнены ребра нижнего основания 25 и отверстия 27.

Индуктор 13 работает следующим образом при подаче импульса высокого напряжения от источника высоковольтных импульсов 8 происходит пробой зазора между электродом реактора 6 и электродом индуктора 19, после чего вблизи боковых ребер пластин 15, 16, 17, 18 и 22, а также ребер 21, 23, 24, 25, установленных на поверхностях этих пластин, краев отверстий 26, 27, 28 и нижним концом электрода индуктора 19 характеризующихся большой кривизной поверхности, возникают резко неоднородные поля, порождая стримеры коронного разряда, распространяющиеся вокруг и внутри индуктора в полости реактора, что увеличивает размеры зоны активных плазменных реакций. При этом, как известно из источника [1], при каждом импульсе, вблизи указанных ребер и краев отверстий возникает большое число стримеров, которые начинают размножаться и распространяться к проводящему дну 10 корпуса 1, формируя импульсный коронный разряд. После этого, в устройство через входное отверстие 2 из устройства дозированной подачи перерабатываемых отходов 11 подается, например, порция спрессованных твердых бытовых отходов, с ограничением прохождения атмосферного воздуха внутрь корпуса 1 при подаче через отверстие 2. Плазма коронного разряда воздействует на воду, содержащуюся в поступивших отходах, вызывая образование свободных радикалов при разрушении молекулы воды H₂O → OH• + H•. Кроме того, в реакторе под воздействием стримеров коронного импульсного разряда образуются и другие активные вещества О3, О2(a1Δ), H2O2, ОН, O(3P), NO, HNO2 и HNO3. Коронный разряд является также источником ультрафиолетового (УФ) излучения. Указанные активные вещества и УФ излучение оказывают разрушающее воздействие на любые органические и неорганические вещества, содержащиеся в обрабатываемых отходах, приводя к их деструкции с образованием безвредных газообразных продуктов реакции - воды и углекислого газа. Неорганические составляющие отходов разрушаются кислотами HNO2 и HNO3, которые образуются в реакторе под воздействием коронного разряда. Процесс окисления органических веществ в воде является цепной реакцией [2]. Инициирование цепной реакции с малой скоростью может осуществляться кислородом воздуха и озоном. С высокой скоростью цепная реакция инициируется радикалами ОН•. То есть, в устройстве осуществляется плазмохимическая деструкции как органических, так и неорганических веществ, присутствующих в отходах. А в выходное отверстие реактора поступают газообразные продукты деструкции.

При этом пирамидальный характер конструкции индуктора при загрузке в реактор отходов способствует удалению их части попавшей в зону формирования активных частиц, необходимых для осуществления плазменных реакций, в сторону, снижая вероятность перекрытия этой зоны указанными отходами, что также способствует улучшению работы реактора. Вместе с тем, отверстия в металлических пластинах и зазоры между пластинами боковых ребер способствуют как прохождению потоков активных частиц в сторону обезвреживаемых отходов, так и газообразных продуктов деструкции в сторону выходного отверстия реактора. То есть, в реакторе с индуктором обеспечивается формирование большой зоны активных плазмохимических реакций и защита от перекрытия этой зоны отходами.

Таким образом, обеспечивается улучшение работы реактора за счет увеличения в нем размеров зоны формирования стримеров и, соответственно, зоны активных плазмохимических реакций, обусловленного конструкцией индуктора, и уменьшения возможности перекрытия этой зоны отходами, при их загрузке в реактор через входное отверстие.

[1]. Аристова Н.А., Пискарев И.М., Ивановский А.В., Селемир В.Д., Спиров Г.М., Шлепкин С.И. Инициирование химических реакций под действием электрического разряда в системе твердый диэлектрик - газ - жидкость. // Журнал физической химии. 2004. Т. 78. № 7. С. 1326-1331.

[2]. Пискарев И.М. Окислительно-восстановительные процессы в воде, инициированные электрическим разрядом над ее поверхностью. // Журнал общей химии. 2001. Т. 71. Вып. 10. С. 1622.

Изобретение относится к устройствам для утилизации отходов в твердом и/или жидком состоянии, в частности к элементам устройств утилизации методом плазмохимической деструкции. Индуктор для реактора устройства переработки отходов выполнен в форме двух усеченных правильных пирамид с нижними основаниями, расположенными в одной плоскости, с верхними основаниями, расположенными в другой плоскости, повернутых друг относительно друга вокруг их общей оси. В плоскостях боковых граней усеченных пирамид расположены металлические пластины боковых граней, соединенные с металлическими пластинами верхнего и нижнего оснований, расположенными в плоскостях верхних и нижних оснований усеченных пирамид так, что между боковыми краями соседних пластин боковых граней выполнены зазоры. Вдоль общей оси усеченных пирамид расположен электрод индуктора, соединенный с металлическими пластинами верхнего и нижнего оснований и выступающий за пределы верхнего основания в сторону электрода реактора. Техническим результатом изобретения является улучшение производительности реактора за счет увеличения в реакторе зоны активных плазмохимических реакций, обусловленное конструкцией индуктора, размещенного между электродом и проводящими поверхностями полости, с зазорами относительно них, уменьшающего возможность перекрытия этой зоны отходами, подаваемыми из входного отверстия. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Индуктор для реактора устройства переработки отходов, характеризующийся тем, что выполнен в форме двух усеченных правильных пирамид с нижними основаниями, расположенными в одной плоскости, с верхними основаниями, расположенными в другой плоскости, повернутых друг относительно друга вокруг их общей оси, при этом в плоскостях боковых граней усеченных пирамид расположены металлические пластины боковых граней, соединенные с металлическими пластинами верхнего и нижнего оснований, расположенными в плоскостях верхних и нижних оснований усеченных пирамид так, что между боковыми краями соседних пластин боковых граней выполнены зазоры, а вдоль общей оси усеченных пирамид расположен электрод индуктора, соединенный с металлическими пластинами верхнего и нижнего оснований и выступающий за пределы верхнего основания в сторону электрода реактора.

2. Индуктор для реактора устройства переработки отходов по п.1, отличающийся тем, что поворот усеченных пирамид вокруг общей оси выполнен на угол, при котором каждое боковое ребро одной пирамиды расположено на одинаковом расстоянии от двух соседних боковых ребер второй пирамиды.

3. Индуктор для реактора устройства переработки отходов по п.1, отличающийся тем, что нижний конец электрода индуктора выполнен выступающим за пределы нижнего основания, причем верхний и/или нижний концы электрода индуктора выполнены заостренными.

4. Индуктор для реактора устройства переработки отходов по п.1, отличающийся тем, что усеченные пирамиды выполнены так, что радиусы окружностей, вписанных в нижние основания усеченных пирамид, равны, а радиусы окружностей, вписанных в их верхние основания, отличаются.

5. Индуктор для реактора устройства переработки отходов по п.1, отличающийся тем, что места присоединения пластин боковых граней усеченных пирамид к пластине нижнего основания чередуются.

6. Индуктор для реактора устройства переработки отходов по п.1, отличающийся тем, что пластины боковых граней усеченных пирамид выполнены в форме трапеций.

7. Индуктор для реактора устройства переработки отходов по п.1, отличающийся тем, что верхние ребра пластин боковых граней усеченных пирамид расположены на окружности, концентрической с электродом индуктора.

8. Индуктор для реактора устройства переработки отходов по п.1, отличающийся тем, что верхние ребра пластин боковых граней усеченных пирамид соединены с пластиной верхнего основания через одну на двух окружностях концентрических с электродом индуктора.

9. Индуктор для реактора устройства переработки отходов по п.1, отличающийся тем, что пластина верхнего основания выполнена в форме прямоугольника, сдвинутого от оси усеченных пирамид индуктора в сторону входного отверстия реактора, при этом пластина верхнего основания выполнена с отверстиями и направленными в сторону нижнего основания ребрами, причем расположенная под пластиной верхнего основания пластина боковой грани одной из усеченных пирамид отсутствует, а в месте крепления к нижнему основанию этой пластины боковой грани присоединена боковая металлическая пластина с ребрами жесткости на поверхности, обращенной в сторону электрода индуктора, соединенная своим вторым концом со свободным концом пластины верхнего основания.

10. Индуктор для реактора устройства переработки отходов по п.1, отличающийся тем, что пластина нижнего основания выполнена с отверстиями и ребрами, направленными в сторону, противоположную верхнему основанию.