Способ ионизации газа и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК B03C3/00 

Изобретение относится к электрической очистке газов и электронно- ионной технологии, может быть использовано для очистки промышленных газовых вьЛтросов, выхлопных газов, утилизации ценных продуктов, санитарной очистки воздуха при электрической окраске изделий и т.д.

Цель изобретения - повышение эф- фективности ионизации газа и уменьшение энергетических затрат.

Сущность способа ионизации газа заключается Б том, что в потоке газа создается ограниченный объем, в ко- тором обеспечиваются оптимальные условия для частичного пробоя межэлектродного расстояния и зажигания униполярного разряда. Оптимальные условия обусловлены наличием и оптимальными величинами факторов, способствующих горению электрического разряда. Ионизация осуществляется при переменном давлении и плотности газа, температуре и скорости потока в межэлектродном промежутке, при этом область самостоятельного разряда (область частичного пробоя) создают на участке с более низкими скоростью, давлением и плотностью и более высокой температурой, а область несамостоятельного разряда (область отсутствия пробоя) -на участке с более высокими скоростью потока, давлением и плотностью и более низкой температурой. При этом понижение плотности и давления газа в зоне самостоятельного разряда осуществляют воздействием потока заряженных частиц, высокой температурой и эжектиро- ванием. Благодаря суммарному воздей- ствию данных факторов в зоне самостоятельного разряда, т.е. непосредственно у поверхности одного из электродов, возникает зона, в которой максимально облегчена ионизация газа. Это возможно потому, что существенно снижается напряжение зажигания разряда и, соответственно, происходит снижение энергетических затрат на ионизацию.

В зоне несамостоятельного разряда, т.е. на участке межэлектродного расстояния, где отсутствуют электронные Олавины, напряженность электрического поля и температура более низкие, плотность газа более высокая, а скорость потока газа направлена перпендикулярно направлению силовых линий у электрода, расположенного

в этой зоне, что способствует уносу заряженных частиц от поверхности электрода.

Все перечисленные факторы, действующие в зоне несамостоятельного разряда, способствуют стабилизации горения данного вида униполярного разряда, т.е. способствуют стабилизации неполного (частичного) пробоя межэлектродного промежутка и исключают возможность перехода данного вида разряда в другие виды разряда. Вследствие этого происходит значительное увеличение разрядного тока и, следовательно, обеспечивается эффективная ионизация потока газа.

На фиг.1 показано устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - схема определения длины острий игольчатого электрода; на фиг.З - нагрев игольчатого электрода при помощи нагревательного электрода в виде плоской спирали; на фиг.4 - вариант нагрева игольчатого элект- ррода путем пропускания тока нагрева Непосредственно через плоское основание электрода; на фиг.5 и 6 - варианты устройства для осуществления спо- соба с камерой, установленной на тру- бопроводе.

Устройство для осуществления способа (фиг.1) представляет собой трубопровод 1 ,в котором на кронштейнах 2 установлена камера 3. Внутри камеры 3 размещены игольчатый электрод 4 и нагреватель 5-. Поверхность основания игольчатого электрода 4, обращенная к нагревателю 5, зачернена. За нагревателем 5 находится концентратор 6, имеющий вогнутую зеркальную поверхность. В «есте сужения трубопровода 1 размещен кольцевой электрод 7. Камера 3 выполнена в виде наружной оболочки 8 и внутренней оболочки 9, меЯугу которыми помещена теплоизолирующая набивка 10. Трубопровод 1, наружная оболочка 8, внутренняя оболочка 9 теплоизолирующая набивка 10, кронштейны 2 выполнены из диэлектрика. Поверхность игольчатого электрика 4 выполнена из металлов, имеющих низкий потенциал поверхностной ионизации.

Устройство работает следующим образом.

По трубопроводу I подается поток газа, который за счет эжекции создает во внутренней оболочке 9 разрежение. Одновременно через нагревательный эле5I

5 пропускаю ток низкого напряжения, а на игольчатый 4 и кольцевой 7 электроды подается высокое напряжение. При этом нагревательный элемент 5 и концентратор 6 в зоне игольчатого электрода 4 создают высокую температуру. В результате нагреваются игольчатый электрод 4 и часть межэлектродного промежутка.примыкающая к нему до 500-650°С. Зачерненная поверхность основания игольчатого электрода 4 и зеркальная поверхность концентратора 6 позволяют управлять тепловым потоком и обеспечивают использование его для нагрева игольчатого электрода 4 и зоны самостоятельного разряда. Это обеспечивает экономное и эффективное использование тепловой энергии. Под действием высокого напряжения между электродами 4 и 7 зажигается униполярный электрический разряд, который печивает ионизацию газового потока зарядом одного знака. Вследствие того, что поток газа после обтекания камеры 3 сразу за ее срезом сильно турбулизируется, то распределение ионов по объему газа осуществляется достаточно равномерно. Вследствие того, что электрод 7 размещен в наиболее узком сечении трубопровода 1 переменного сечения, скорость потока газа сильно повышается. Это является важным фактором, который эффективно обеспечивает стабилизацию униполярного разряда и препятствует его переходу в другие формы разряда при увеличении зоны самостоятельного разряда, которое может возникнуть в случае полного пробоя всего межэлектродного промежутка. В случае полного пробоя межэлектродного промежутка электронные лавины достигнут кольцевого электрода 7. Стабилизирующее действие потока газа на рассматриваемый вид разряда заключается в том, что электронные лавины, которые за- - рождаются у игольчатого электрода 4, уносятся от кольцевого электрода 7 этим потоком. Таким образом, поток быстро движущегося газа эффективно препятствует полному пробою межэлектродного промежутка. Помимо этого полному пробою межэлектродного промежутка препятствуют более низкая напряженность электрического поля и температура у кольцевого электрода 7, по сравнению с напряженностью поля и

44500

температурой у игольчатого электрода 4, большая плотность газа у кольцевого электрода 7.

Для того, чтобы все острия игольчатого электрода 4 работали с одинаковой нагрузкой, необходимо обеспечить одинаковое расстояние от каждого острия до противоположно заряженного JQ электрода 7, В этом случае напряженность электрического поля у каждого острия будет одинаковой, а следовательно, интенсивность электронных лавин и величина разрядного тока от |с каждого острия будут одинаковыми.

Длины острий определяются дугами окружностей, проведенными из центров сечений кольцевого электрода (фиг,2). Одинаковое расстояние между 20 иглами и плоскостью определяются соответствующим углом наклона и взаимным расположением электродов 4 и 7.

В качестве нагревательного элемента можно использовать нихромовый про- 25 вод в виде плоской спирали (фиг.З). На спираль надеваются острия, в основании которых просверлены отверстия. Диаметр отверстий равен диаметру ни- хромового провода,

30 Вариант электрического нагрева

игольчатого электрода путем пропускания тока нагрева непосредственно через плоское и тонкое основание, изготовленное из материала с большим элекjr трическим сопротивлением, приведен на фиг.4.

Вариант устройства, в котором камера 3 расположена за пределами трубопровода I и не омывается потоком

40 газа с целью уменьшения аэродинамических потерь и потерь тепла, используемого для нагрева игольчатого электрода 4 и зоны самостоятельного разряда приведен на фиг.5, Электрод проти-

45 воположной полярности 7 расположен при этом на противоположной стенке трубопровода и является пластинчатым. В данном случае электрический ветер направлен перпендикулярно потоку га50 эа В варианте устройства, изображенного на фиг.6, электрический ветер направлен под острым углом к потоку газа и способствует частичному ускорению этого потока.

55

Формула изобретения

I. Способ ионизации газа, включающий создание зон самостоятельного и

несамостоятельного разрядов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности ионизации иуменьшения энергетических затрат, ионизацию осуществляют при переменном давлении и плотности газа, температуре и скорости потока в межэлект- родном промежутке, при этом зону самостоятельного разряда создают на участке с более низкими скоростью потока, давлением, плотностью и более высокой температурой, а зону несамостоятельного разряда создают на участке с более высокими скоростью потока, давлением, плотностью и более низкой температурой.

2. Способ по п.1, о тлич а ю - щ и и с я тем, что понижение плотности и давления газа в зоне самостоятельного разряда осуществляют воздействием потока заряженных частиц, высокой температуры и эжектиро- ванием.

3Устройство для ионизации газа, содержащее трубопровод с ионизатором, установленным на кронштейнах и включающим игольчатый электрод и электрод противоположной полярности, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности ионизации и уменьшения энергетических затрат, ионизатор выполнен в виде камеры с концентратором и нагревателем, а трубопровод выполнен переменного сечения, при этом игольчатый электрод размещен в камере ионизации, а электрод противоположной полярности в наиболее узкой части трубопровода.

5

0

5

0

5

4.Устройство по п.З, о г л и - чающееся тем, что камера выполнена в виде наружной и внутренней оболочек с размещенной между ними теплоизолирующей набивкой,

5.Устройство по п.З, о т л и - чающееся тем, что камера размещена внутри трубопровода, а электрод противоположной полярности выполнен кольцевым.

6.Устройство по п.З, о т л и - чающееся тем, что камера установлена на трубопроводе, а электрод противоположной полярности выполнен пластинчатым,

7.Устройство по пп.З и 4, о г - личающееся тем, что трубопровод, внутренняя и наружная оболочки камеры, теплоизолирующая набивка

и кронштейны выполнены из диэлектрика.

8.Устройство по п.З, отличающееся тем, что острия игольчатого электрода выполнены разной длины и установлены на одинаковом расстоянии от противоположно заряженного электрода.

9.Устройство по п.З, о тли - чающееся тем, что поверхность игольчатого электрода выполнена из металла с низким потенциалом поверхностной ионизации.

10.Устройство по п.З, отличающееся тем, что концентратор выполнен с зеркальной поверхностью, а основание игольчатого электрода зачернено.

Изобретение относится к электрической очистке газов и электронно-ионной технологии. Оно может быть использовано для очистки промышленных газовых выбросов, выхлопных газов ДВС, утилизации ценных продуктов, санитарной очистки воздуха, электрической окраски изделий. Цель изобретения - повышение эффективности ионизации и уменьшение энергетических затрат. Ионизация осуществляется при переменных давлении и плотности газа, температуре и скорости потока в межэлектродном промежутке. Область самостоятельного разряда /область частичного пробоя/ создают на участке с более низкими скоростью, давлением и плотностью, более высокой температурой, а область несамостоятельного разряда /область отсутствия пробоя/ - на участке с более высокими скоростью потока, давлением и плотностью, более низкой температурой. Понижение плотности и давления газа в зоне самостоятельного разряда обусловлено эжекцией, действием потока, заряженных частиц /электрическим ветром/ и высокой температурой. Электрический ветер направлен в сторону движения потока газа и ускоряет его. Основная часть зоны самостоятельного разряда теплоизолирована от потока газа, а тепловой поток концентрируется на поверхности электрода в основной части самостоятельного разряда. Устройство для осуществления способа в трубопроводе содержит камеру, в которой размещены концентратор, нагреватель и игольчатый электрод, а в наиболее узкой части трубопровода переменного сечения размещен кольцевой электрод. Камера выполнена в виде наружной и внутренней оболочек, между которыми помещена теплоизолирующая набивка. Подвод высоко

Фиг. 1

Зз /Н §

о

/

U1 .с.сLn

о о

Редактор Л.Зайцева

Составитель Н.Годунова

Техред А.Кравчук Корректор Н.Король

Заказ 456

Тираж 463

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

X gy CV3Q X vVxxXXX y

Фиг,6

Подписное