Устройство для получения газа Советский патент 1991 года по МПК B01J7/00 

&

СО

Изобретение относится к технике получения селективных газов, в частности к устройствам, генерирующим газ за счет смешения газообразующих реагентов, может быть использовано для исследования кинетики химических реакций и позволяет увеличить производительность устройства при обработке новых газообразующих составов. Устройство для получения газа содержит цилиндрические капсулы 1, 2 для твердого и жидкого реагентов, трубопроводы 3, 4 , поршень 5 и блок 8 управления с электромагнитным клапаном 9, при этом капсула 1 для размещения жидкого реагента охвачена двумя катушками: внутренней 6-возбуждающей, выполненной цилиндрической, и внешней 7 - измерительной, выполненной с малой конусностью, длины которых соответственно равны длине капсулы с жидким реагентом и ее полой части, а измерительная катушка 7 подключена к блоку 8 управления, выход которого связан с электромагнитным клапаном 9, установленным на трубопроводе 3 для подами жидкого реагента, причем расстояние между капсулами с жидким 1 и твердым 2 реагентами превышает характерный размер проникновения тепловой волны. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике получения селективных газов путем химической реакции газообразующих реагентов, в частности к конструкции генераторов газов для отработки новых составов, и может быть использовано для исследования кинетики химических реакций.

Целью изобретения является увеличение производительности устройства при отработке новых газообразующих составов.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для получения газа; на фиг. 2 - зависимость ЭДС индукции, возникающей на

измерительной катушке от перемещения ферромагнитного поршня.

Устройство для получения газа содержит капсулу 1 для размещения жидкого реагента, выполненную из немагнитного метериала, капсулу 2 для размещения твердого реагента, трубопровод 3 для отбора газа и выравнивания давления в полостях капсул 1 и 2, трубопровод 4 для подачи жидкого реагента, ферромагнитный поршень 5, возбуждающую катушку 6, выполненную цилиндрической, измерительную катушку 7, обладающую малой конусностью с линейно возрастающим к одному из ее концов чиссо о

ом витков, блок 8 управления, электромагнитный клапан 9, жидкий и твердый реагент 10и 11.

Устройство для получения газа работает следующим образом.

Капсулы 1 и 2 заполняются жидким и вердым реагентами 10 и 11, поршень 5 при этом находится в крайнем верхнем положении. Трубопровод 4 перекрыт электромагнитным клапаном 9. С измерительной катушки 7 напряжение подается на блок 8 управления, который открывает электромагнитный клапан 9 в трубопроводе 4. При открытии трубопровода 4 под действием силы тяжести смещается тяжелый поршень 5 и жидкий реагент 10 вытесняется через трубопровод 4 в капсулу 2 с твердым реагентом 11, где происходит химическая реакция

твердого и жидкого реагентов 11 и 10. Продукты реакции выводятся через трубопровод 3 и одновременно подаются в полость над поршнем 5 в капсуле 1, что позволяет смещаться поршню 5, выталкивая жидкий реагент 10 в процессе химической реакции и повышая противодавления в капсуле 2. Из-за смещения поршня 5 изменяется величина напряжения, снимаемого с измерительной катушки 7, что фиксируется блоком 8 управления, который подает управляющий импульс на электромагнитный клапан 9, и клапан 9 перекрывает трубопровод 4 при достижении напряжения с измерительной катушки 7 пороговой величины. Подача жидкого реагента 10 в капсулу 2 прекращается. При этом величина порогового напряжения соответствует количеству жидкого реагента 10, поданного в капсулу 2 в первом цикле, и полученному объему газа, Следующий цикл начинается по истечении времени, задаваемого блоком 8 управления.

Рассмотрим случай использования в качестве блока 8 управления микропроцессора, в который вводят программу эксперимента с газообразующими реагентами, включающую количество циклов подачи жидкого реагента 10 в капсулу 2, объем доз жидкого реагента 10 и период следования циклов. После ввода программы на возбуждающую катушку 6 подают переменное напряжение и запускают блок 8 управления, который производит сравнение ЭДС индукции, наводимой в измерительной катушке 7, с ее заданным пороговым значением, соответствующим смещению поршня 5 вниз (количеству жидкого реагента 10, поданному в

капсулу 2). При ЭДС индукции, большей этого порогового значения, для случая, соответствующего уменьшению сверху вниз числа витков измерительной катушки 7, блок 8 управления открывает трубопровод 4 клапаном 9 и жидкий реагент 10 под действием тяжелого поршня 5 по трубопроводу 4 поступает на поверхность твердого реагента 11 в капсулу 2, в результате чего происходит

генерация газа; полученный газ через трубопровод 3 поступает к потребителю. Как только ЭДС индукции, наводимой в катушке 7, достигнет заданного порогового значения, блок 8 управления электромагнитным

клапаном 9 перекроет трубопровод 4 и подача жидкого реагента 10 прекращается. После этого блок 8 управления начинает отсчет времени до начала второго цикла и по его истечении блок 8 управления начинает

сравнение ЭДС индукции со вторым пороговым значением, соответствующим количеству жидкого реагента во втором цикле. Дальнейшая работа устройства реализуется аналогично. В более простом варианте в

качестве блока 8 управления берется компаратор напряжений, снабженный выпрямителем, преобразующим переменную ЭДС с измерительной катушки 7 в постоянное напряжение, усилителем постоянного тока,

электромагнитным реле. В этом случае величина дозы жидкого реагента 10, поступающего в капсулу 2,определяется величиной опорного напряжения, подаваемого на вход компаратора.

Для того, чтобы обеспечить простое и эффективное дизирование жидкого реагента 10 в капсулу 2, необходимо получить линейность характеристики зависимости величины выходного сигнала с катушки 7 от

перемещения поршня 5. При подключении возбуждающей катушки 6 к источнику переменного тока возникает магнитный поток, сцепленн ый одновременно и с витками измерительной катушки 7, следовательно на измерительной катушке будет наводиться ЭДС d Ф

Е -

dt

где Ф - полный магнитный поток, пронизыч вающий измерительную катушку 7. Разбив его на три составляющие,

Ф Ф0 +Ф + Ф0/и ,

Фо fio Н So No ,

Ф/г о/гн/аЗ Н/г, Фо/г нЗо/г N

где fia - магнитная постоянная;

н - напряженность магнитного поля в пространстве, не занятом ферромагнитным поршнем 5;

So - площадь сечения возбуждающей катушки 6;

No - число витков измерительной катушки 7, не перекрытых поршнем 5;

/г - магнитная проницаемость поршня 5;

н п - напряженность магнитного поля в поршне 5 (с учетом размагничивающего фактора);

S if- площадь сечения поршня 5;

N и - число витков измерительной катушки 7. перекрытых поршнем 5.

Sou So - S п- площадь зазора между поршнем 5 и витками возбуждающей катушки 6.

Используя приведенные соотношения, получим для амплитудного значения ЭДС, возникающей в измерительной катушке :

Ј //oto(So Но No +

+ So/ ),

где (У-циклическая частота;

HO и н о - амплитуды напряженности магнитного поля в пространстве, не занятом поршнем бив поршне 5 соответственно.

Используя очевидное соотношение N No + N/л .получаем

)($0 HO N 4- N (S н 0/u Ц +

+ S о и HO So HO )

Следовательно, Ј линейно зависит от величины N п , а поскольку измерительная

катушка 7 выполнена с линейно возрастающим числом витков, то N , а вместе с ним и Ј линейно зависят от перемещения поршня 5, что обеспечивает линейную зависимость Ј от объема жидкого реагента 10, поступающего в капсулу 2. Этот расчет был сделан при определенных допущениях: 1 - магнитное поле внутри катушки 6 и 7 предполагалось однородным; 2 - предполагалось полное потокосцепление возбуждающей катушки 6 и витков измерительной катушки 7, т.е. только при выполнении этих требований возможна линейность характеристики предлагаемого прибора для получения газа. Частично удовлетворить первому требованию можно, взяв длину возбуждающей катушки 6 больше длины измерительной катушки на величину порядка двух диаметров катушки 6, что существенно уменьшает влияние краевых эффектов. Это применительно к предложенной конструкции означает, что длины возбуждающей и измерительной катушек должны быть равны длине капсулы с жидким реагентом и ее полой части соответственно, а соотношение длины капсулы 1 и ее полой части выбирается из указанных соображений. Второе требование можно реализовать, взяв измерительную катушку 6 с малой конусностью или с малым радиальным разбросом ее витков, В этом случае потокосцепление возбуждающей катушки и витков измерительной катушки не идеально, поскольку

0

5

0

5

идеальным следует считать случай, когда витки возбуждающей и измерительной катушек полностью совмещены, что фактически невозможно. Для измерительных катушек с углом конусности, меньшим 4°, характеристика реального устройства лежит довольно близко к расчетной (идеальной) и ее нелинейность не превышает нескольких процентов.

Пример. Для конкретного устройства числом витков возбуждающей катушки п 432, d 3,86 10 2диаметром

0

5

0

5

0

5

I 1,44

So 11,7

10 1м; 10 4м

м; длиной

No + N

231;

N

2; S 7,64 10 4м2;н0 2849 А/м при амплитуде тока 0 1А с размагничивающим фактором /3 0,27; и 314 рад/с; /г 7 и N - 6х + 121, где Х-безразмерная продольная координата, получим

,9 10(57,2х + 962,4). Эта зависимость изображена на фиг. 2, где сплошной линией показана прямая

Јэф

а точками - экспериментальные значения ЈЭф от перемещения поршня для устройства с перечисленными характеристиками.

Капсулы 1 и 2 не объединены в общий конструктив. При генерации газа процесс, как правило, неизотермичен. Так, например, при реакции разложения LIBH4 водой температура в зоне реакции достигает 300 - 400°С, что приводит к разогреву капсулы 2, при объединении капсул 1 и 2 в общий корпус возрастала бы температура капсулы 1, а следовательно, изменилась бы и ЭДС индукции в катушке 7 относительно нормальных условий, что также накладывает определенные требования на взаимное размещение капсул 1 и 2. Толщина области D с возмущенной температурой в окрестности нагретого тела (капсулы 2)

Vnа т , где а - температуропроводность среды;

t- характерное время цикла генерации газа.

Таким образом, капсулы 1 и 2 необходимо размещать на расстоянии, превышающем характерный размер проникновения тепловой волны D.

Предложенная конструкция устройства позволяет существенно увеличить удобство работы с устройством и эффективность труда при обработке новых составов; проводить генерирование газа по заданной программе полностью в автоматическом режиме. Обеспечивает дистанционное управление генерированием газа, что особенно важно в тех случаях, когда по условиям безопасности работ прямой доступ к газогене- рирующему устройству невозможен. Устранение операций,управление которыми осуществляется вручную, увеличивает точность и достоверность эксперимента по ис- следованию кинетики химических реакций. Формула изобретения 1. Устройство для получения газа, содержащее цилиндрические капсулы из немагнитного материала для размещения твердого и жидкого реагентов, трубопроводы для подачи жидкого реагента и отбора газа, поршень в капсуле для размещения жидкого реагента, отличающееся тем, что, с целью повышения производительно- сти устройства при отработке новых газообразующих составов, оно дополнительно содержит блок управления и электромагнитный клапан, при этом капсула для размещения жидкого реагента снабжена двумя коаксиально расположенными катушками внутренней возбуждающей, выполненной цилиндрической, и внешней измерительной, выполненной с малой конусностью, длины которых равны соответственно длине капсулы с жидким реагентом и ее полой части, измерительная катушка подключена к входу блока управления, выход которого соединен с электромагнитным клапаном, а расстояние между капсулами с жидким и твердым реагентами больше величины 2 V я а т , где а - температуропроводность среды, 1- характерное время цикла генерации газа.

О/,

&Ф(В)

0,5

о,ь

OJ

о,г

Фиг. г