Устройство для обработки газа в электрическом разряде Советский патент 1992 года по МПК C01B13/11 

СП

С

Использование: обеззараживание воздуха и электросинтез веществ, в частности озона. Сущность изобретения: электрогазодинамическое устройство содержит высоковольтный электрод, выполненный в виде цилиндрического стержня и соединенный с высоковольтным источником постоянного напряжения, подвижный электрод в виде диэлектрического цилиндра, покрытого электроэлектретной полимерной пленкой, обращенной металлизированной стороной к цилиндру и гальванически связанной с дополнительным заземленным электродом, установленным на рабочей поверхности электрода по ходу движения цилиндра, получающего привод для вращения от электростатического двигателя, и воздуховод с крыльчаткой, находящейся в канале цилиндра подвижного электрода. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для воздействия на поток газа электрическим разрядом, в частности к устройствам для обеззараживания воздуха, получения озона, и может быть использовано в пищевой, сельскохозяйственной, медицинской, химической отраслях промышленности, а также в энергетике для интенсификации процессов сжигания топлива.

Известно устройство для асептирова- ния воздуха в котором корона переменного тока создается в цилиндрическом корпусе воздуховода межу высоковольтным перфорированным острийным электродом и заземленной крыльчаткой, установленной с возможностью вращения при взаимодействии лопастей с электрическим ветром.

Недостатком устройства является малая концентрация получаемого озона.

Известно электрогазодинамическое устройство п котором применен барьерный разряд в поперечном потоке воздуха в промежутке между цилиндрическим электродом на образующей диэлектрического канала воздуховода и торцами лопастей крыльчатки, установленной с возможностью вращения на оси канала.

Недостатком устройства является невозможность его работы от высоковольтного источника постоянного напряжения.

Цель изобретения -упрощение устройства и расширения диапазона независимого регулирования характеристик электрического разряда и газового потока.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для обработки газа в электрическом разряде, содержащем подключенные к высоковольтному источнику напряжения электроды с диэлектрическим

XI

ел о ю о XI

барьером, находящиеся в воздуховоде, один из которых имеет возможность вращения и содержит крыльчатку - вентилятор, неподвижный высоковольтный электрод выполнен в виде стержня, установленного на формирователе потока в выходном участке воздуховода с зазором относительно подвижного электрода и параллельно его образующей, создавая разрядный промежуток, а подвижный электрод выполнен в виде диэлектрического цилиндра, имеющего внутри крыльчатку и покрытого электро- злектретной полим ерной пленкой-барьером, обращенной металлизированной стороной к образующей цилиндра и гальванически связанной с дополнительным заземленным электродом фольгового вида, установленным с минимально допустимым зазором относительно рабочей поверхности подвижного электрода по ходу движения цилиндра, причем разрядный промежуток между неподвижным и подвижным электродами полностью перекрывает поперечное сечение воздуховода. При этом подвижный электрод имеет привод для вращения от электростатического двигателя с лабиринтным уплотнением канала диэлектрического цилиндра электрода по наружной поверхности статора и образованием вместе с крыльчаткой осевого вентилятора для прокачки газа. Кроме того, высоковольтный электрод барьерного разряда и электроды электростатического двигателя подключены к единичному высоковольтному источнику постоянного напряжения через регулировочные резисторы.

На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема электропитания устройства.

Устройство для обработки газа состоит из цилиндрического корпуса 1 и двух торцовых крышек 2 и 3, из которых крышка 2 сплошная, а крышка 3 имеет в средней части четыре окна для входа газа. Внутри корпуса 1 установлены две опоры 4 качения, одна из которых находится на оси крышки 3, а другая закреплена на трех пилонах 5, опирающихся на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса 1. На опорах 4 с возможностью вращения установлена ось 6. на которой с помощью перфорированного диска 7 закреплен диэлектрический цилиндр 8. имеющий внутри крыльчатку 9, жестко связанную с осью 6. На наружной поверхности цилиндра 8 находится злектро- электретная полимерная пленка 10, обращенная металлизированной стороной 11 к цилиндру и гальванически связанная с дополнительным заземленным электродом 12

фольгового вида. Пленка-барьер 10 с металлизацией 11 на поверхности цилиндра 8 и гальванической связью с землей образуют подвижный электрод (фиг. 3), имеющий привод для вращения от электростатического двигателя, статор 13 которого с ножевыми электродами 14 закреплен на крышке 3. Ротор образован диэлектрическим кольцом 15 и внутренним токопроводящим кольцом 16,

0 которые установлены на торцах лопастей 17 крыльчатки 9.

Высоковольтный электрод 18 выполнен в виде стержня и установлен на формирователе 19 потока, образуя с подсижным элек5 тродом разрядный промежуток, полностью перекрывающий поперечное сечение на выходном участке воздуховода с насадкой 20, полученного в межцилиндровом пространстве электрода и корпуса 1 с помощью двух

0 диэлектрических перегородок: кольцевой 21 с углом охвата 270° и продольной - 22. Начальный участок воздуховода создан каналом цилиндра 8, который имеет подвижное лабиринтное уплотнение на входе по

5 наружной поверхности статора 13 и вместе с крыльчаткой 9 образуют осевой вентилятор для прокачки газа. Выход канала цилиндра 8 через объем в корпусе 1, отведенный для размещения пилонов 5, соединен с меж0 цилиндровым участком воздуховода через ниж- ний правый 90и сектор в кольцевой перегородке 21.

Высоковольтный электрод 18 барьерного разряда и ножевые электроды 14 подклю5 чены к высоковольтному источнику 23 постоянного напряжения через регулировочные резисторы 24 и 25. Рабочая кромка электрода 12 установлена с минимально допустимым зазором относительно поперхно0 сти полимерной пленки-барьера 10 ПЭ.

Устройство для обработки газа в электрическом разряде работает следующим образом.

При включении высоковольтного источ5 ника 23 и подаче высокого напряжения с помощью регулировочного резистора 25 на электроды 14 статора 13 происходит раскрутка ротора двигателя, который включает кольца 15 и 16 на торцах лопастей 17 крыль0 чатки 9, ось 6 подвижного электрода, состоящего из перфорированного диска 7 с диэлектрическим цилиндром 8 и пленкой- барьером 10 с односторонней металлизацией 11. После выхода ротора ЭД на

5 рабочий режим с числом оборотов о диапазоне (W (1-5) 103об/миносевой вентилятор в виде крыльчатки 9 с лопастями 17 в клнл/к; цилиндра 8 обеспечивает заданную скоро сть прокачки газа по воздуховоду которым включает канал цилиндра 8, объем n

1 с пилонами 5, соединенный через 90° сектор в кольцевой перегородке 21с входом в межцилиндровый участок воздуховода с формирователем 19 потока в области разрядного промежутка между электродами 18 и подвижным электродом с выходом к потребителю через щелевой канал в насадке 20. При подаче от источника 23 с помощью регулировочного резистора 24 на стержень электрода 18 постоянного высокого напряжения U Uk, где Uk - потенциал зажигания короны, в газовом промежутке между электродами 18 и ПЭ возникает объемный разряд, полностью перекрывающий сечение выходного участка во 1духовода. Разряд замыкается на поверхность пленки 10, заряжая ее охлажденным поверхностным зарядом с плотностью а. Движение электростатической полимерной пленки (типа лавсан, полиэтилен, полиимид), которая характеризуется высокими поверхностным и объемным сопротивлениями, приводит к выносу заряда ff из промежутка и снятию его на землю при прохождении пленки под электродом 12. В разрядный промежуток между электродами 18 - ПЭ пленка поступает без осажденного поверхностного заряда. Важным моментом для получения протяженного объемного разряда является эффект поляризации полимерной пленки во внешнем поле Е. В промежуток между электродами 18 - подвижным электродом поступает поляризованная пленка, имеющая на поверхности, обращенной к электроду 18, индуцированный потенциал, знак которого противоположен знаку напряжения на высоковольтном электроде Это усиливает поле Е у пленки-барьера 10, ускоряя дрейф ионов из объема и ослабляя пространственный заряд, запирающий ток le. Осаждение ионов из разряда на пленку заряжает Сб до Умакс Омакс h/ FQЈ . при котором на пленке развивается дробный искровой разряд, снижающий однородность разряда в промежутке. Малая толщина h барьера, металлизация его со стороны цилиндра и наличие гальванической связи экрана с землей усиливают эффективность поляризации полимерной пленки на входе в разрядный промежуток, позволяют поднять а без образования поверхностных дробных разрядов на выходе из промежутка.

Постоянная составляющая тока разряда tnoc, обусловленная зарядкой пленки 10 до поверхностной плотности (Т, ограничивается скоростью движения диэлектрика V ft) г, где г - радиус цилиндра 8 подвижного электрода и длиной стержня высоковольтного электрода 18 Количественно Inoc можно оценить с помощью соотношления для конвекционного тока

Inoc V 7V Ј.

Кроме составляющей Inoc, существует переменная составляющая тока le в виде периодических импульсов, подобных импульсам Тричеля, которые регистрируются в

цепи металлизированного экрана 11 под пленкой-барьером 10.

Наличие переменной и постоянной составляющих тока разряда при возможности широкого регулирования напряженности

поля Е в межэлектродном промежутке позволяют обрабатывать газ в оптимальных режимах объемного самостоятельного и несамостоятельного разрядов. Устройство позволяет производить асептирование газа с

минимальной наработкой озона, работать в режиме электросинтеза веществ, в частности озона.

Предлагаемое устройство обладает большей эффективностью вследствие стопроцентного прохождения обрабатываемого газового потока через область объемного разряда и позволяет использовать для питания высоковольтный источник постоянного напряжения. Введение электростатического двигателя расширило возможности устройства по регулированию характеристик разряда и газового потока.

Формула изобретения

электрод выполнен подвижным и снабжен крыльчаткой, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, повышения эффективности обработки газа и расширения диапазона независимого регулирования характеристик электрического разряда и газового потока, подвижный электрод выполнен в виде диэлектрического цилиндра с установленной внутри крыльчаткой, покрытого пленкой-барьером, обращенной

металлизированной стороной к образующей цилиндра и гальванически связанной с дополнительным заземленным электродом, выполненным в виде фольги и установленным с минимальным зазором относительно

подвижного электрода по ходу движения цилиндра, а неподвижный электрод выполнен в виде стержня, установленного на фор- мпрователе потока в выходном участке воздуховода с зазором относительно подвижного электрода и параллельно его образующей, создавая разрядный промежуток, перекрывающий поперечное сечение воздуховода.

5- Фиг/

ножевыми электродами, и образованием вместе с крыльчаткой осевого вентилятора для прокачки газа.

Вход газа

20

19

8

Ж

/;

;j

Фиг. 2

Id

ю

#-I

(-и)

f

ФигЗ