Устройство для электрической зарядки газа Советский патент 1992 года по МПК B03C3/38 

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

Наиболее близким техническим решением является устройство для зарядки газа, содержащее корпус, разноименно заряженные центральный коронирующий и периферийный электроды, впускной и выпускной патрубки, нагревательный элемент

Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность и значительные затраты энергии.

На фиг.1 показано устройство; на фиг.2 - то же, поперечное течение; на фиг.З - зари- ант устройства.

Устройство включает в себя корпус, являющийся периферийным электродом 1, имеющий впускной патрубок 2, выпускной патрубок 3, внутри устройства размещен центральный коронирующий электрод 4. включающий в себя два кольца 5. ОГюды колец 5 по типу беличьего колеса соединены проводниками 6, имеющими большую кривизну поверхности. С внешних сторон колец

Х|

OJ Јь О О

5 проводники 6 соединены в узлы, которые имеют передний и задний концевики 7. Электрод 4 размещен между передним 8 и задним 9 обтекателями. Один из концеви- ков 7 соединен с одним из обтекателей 8 или 9 через упругий элемент 10, который одновременно выполняет функцию нагревателя. Передний обтекатель 8 представляет собой полый конус, установленный на центральном стержне, задний обтекатель 9 представляет собой конус, сопряженный с полусферой, и также установлен на центральном стержне. Наибольший диаметр переднего обтекателя 8 больше наибольшего диаметра заднего обтекателя 9. а наибольший диаметр центрального коронирующего электрода 4 меньше наибольшего диаметра заднего обтекателя. Центральный электрод 4 совместно с упругим элементом 10 имеет цепь накала 11. Периферийный электрод 1 и центральный электрод 4 имеют высоковольтную цепь 12.

Работает устройство следующим образом. Замыкается цепь накала 11, в результате чего центральный электрод 4 и зона, которая ее окружает, нагреваются да высокой температуры. Одновременно по впускному патрубку 12 подается газ и замыкается высоковольтная цепь 12. Газ проходит мимо переднего обтекателя 8 сквозь кольцевой зазор, образуемый этим обтекателем и электродом 1. Так как поперечное сечение кольцевого зазора значительно меньше поперечного сечения впускного трубопровода, то скорость кольцевого потока газа сильно возрастает и обеспечивает значительное разрежение в промежутке между передним и задним обтекателем в центре кольцевого потока, т.е. в зоне системы центральных электродов.

В результате в зоне размещения центрального электрода 4 за счет эжекции кольцевым потоком газа создается разрежение, за счет тока в цепи накала 11 повышается температура, уменьшается плотность газа, между электродом 1 и электродом 4 зажигается униполярный коронный разряд, При этом мощность разряда и ток разряда достигают величин, достаточных для самостоятельного нагрева центрального электрода 4. Поэтому цепь накала 11 размыкается и центральный электрод 4, а также зона пониженного давления, которая ее окружает, нагреваются до 700-1200°С за счет энергии разряда (тока разряда). Термический нагрев и действие электрического ветра создают дополнительное разрежение, что способствует стабилизации разряда, повышению эффективности электризации и снижению

затрат энергии на электризацию потока газа,

Вследствие того, что поток газа проходит через зону горения униполярного коронного разряда он получает избыточный заряд одного знака, т.е. происходит электризация газа. Степень электризации потока газа зависит от величины разрядного тока. После прохождения зоны электризации

0 поток газа проходит через кольцевой зазор, образованный задним обтекателем 9 и электродом 1, после чего его скорость снижается, 14 он поступает в выпускной патрубок 3, и выходит за пределы устройства. В связи с

6 тем, что внутренний диаметр кольцевого потока уменьшается, интенсивность сужения внутреннего диаметра осуществляется под углом 5-7°. Поэтому наибольший диаметр заднего обтекателя 9 должен быть меньше

0 наибольшего диаметра переднего обтекателя 8 на соответствующую величину, которая позволяет пройти потоку газа через задний кольцевой зазор с минимальным аэродинамическим сопротивлением. Передняя часть

5 заднего обтекателя 9 выполнена в виде полусферы, что позволяет газовому потоку плавно входить в задний кольцевой зазор с минимальным аэродинамическим сопротивлением.

0 Оптимальное горение электрического разряда происходит в обьеме с минимальным давлением газа, s связи с этим центральный электрод 4 должен быть размещен на некотором расстоянии от внутренней по5 верхности кольцевого газового потока, В связи с этим наружный диаметр централь- -, него электрода 4 должен быть меньше наибольшего диаметра заднего обтекателя. Наличие упругого элемента 10 лозволя0 ет компенсировать тепловое линейное рас- ширение центральной электродной системы 4 и не допустить нарушения одинаковой величины межэлектродного расстояния между ней и электродом 1,

5 На фиг.З показан вариант устройства для электрической зарядки газа, у которого упругий элемент размещен в заднем обтекателе. Это позволяет защитить упругий элемент от возможных негативных воздействий в случае химически агрессивного газа.

0 Кроме того, здесь упругий элемент защищен от теплового воздействия раскаленной центральной электродной системы и поэтому больше сохраняет свои упругие свойства. Пример устройства. Впускной 2 и выпу5 скной патрубки изготовлены из пластмассы (фторопласт). Наружный электрод 1 имеет внутренний диаметр 70 мм и изготовлен из стали. Его внутренняя поверхность полирована. Передний 8 и задний 9 обтекатели

изготовлены из фторопласта, их наружные поверхности полированы. Наибольший диаметр переднего обтекателя 8 60 мм, угол конусности 24°, наибольший наружный диаметр заднего обтекателя 9 47 мм, радиус полусферы 23,5 мм, угол конусности 9°. Упругий элемент 10 - стальная пружина малой жесткости. Центральная электродная система 4 из нихромовой проволоки диаметром 0,8 мм. Работа осуществляется при следующих параметрах:

Напряжение зажигания, кВ15

Напряжение горения, кВ5

Температура нагрева

короиирущего

электрода, °С700-1200

Скорость потока

газа в минимальном

сечении, м/с50

Разрядный ток (максимальный), мА10

При уменьшении расхода воздуха его скорость уменьшится пропорционально расходу. Например, с уменьшением раеко- да газа в 2 раза скорость уменьшится в 1 раза. При этом соответственно уменьшится величина разрежения за счет зжекцш в 2 раза и уменьшится ток разряда в 2 раза, но при этом уменьшится количество газа в 2 раза. Следовательно, степень электрической зарядки газа не изменится и будет регулироваться автоматически. Соответственно энергетические затраты и эффективность электрической зарядки будут оставаться постоянными.

Изобретение обладает рядом преимуществ по сравнению с прототипом:

простота устройства;

высокая производительность; компактность;

минимальные энергетические затраты на электрическую зарядку газа;

высокая степень саморегулирования и автоматическое измерение всех параметров разряда с изменением основного параметра - расхода газа;

изменение степени электризации газа при неизменном расходе газа может быть вызвано изменением тока разряда, а изменение тока разряда может быть вызвано

изменением напряжения разряда, изменением величины разрежения в зоне центральных электродов, изменением температуры системы центральных электродов и температуры газа в зоне центральных электродов (имеется возможность точного регулирования разрядного тока в широких пределах);

отсутствует вредное влияние потока газа на разряд, нет явления сдувания короны. Наоборот, поток газа оказывает стимулирующее влияние на разряд и на все его электрические параметры;

возможность использования сравнительно низких напряжений для электрической зарядки газа, что позволяет:

уменьшить опасность поражения электрическим током обслуживающего персонала;

уменьшить размеры и массу источников питания (трансформаторов и выпрямителей),

снижает токи утечки с электродов и то- коведущих частей.

Формула изобретения

1.Устройство для электрической зарядки газа, содержащее корпус, разноименно заряженные центральный коронирующий и периферийный электроды, впускной и выпускной патрубки, нагревательный элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности зарядки и снижения затрат энергии, коронирующий электрод снабжен установленными с двух

концов обтекателями, первый из .которых выполнен в виде полого конуса и соединен с электродом через упругий элемент, а второй - в виде конуса, сопряженного с полусферой, при этом диаметр основания конуса

первого обтекателя больше диаметра полусферы второго обтекателя, имеющего диаметр больше диаметра центрального электрода.

2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что второй обтекатель соединен с

центральным электродом через упругий элемент.

3.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что коронирующий центральный

электрод выполнен в виде двух колец, соединенных проводниками с большой кривизной поверхности.

Ј 7 3 9

Использование: электрическая очистка газов, промышленных газовых выбросов, выхлопных газов ДВС, утилизация ценных продуктов, санитарная очистка воздуха, электрическая окраска изделий и т.д. Сущность изобретения: устройство содержит систему центральных электродов (СЦЭ). включающую два кольца, у которых обода соединены по типу беличьего колеса проводниками, имеющими большую кривизну поверхности, связанными с внешних сторон колец в узлы, которые имеют передний и задний концевики. СЦЭ размещена Между обтекателем (0). Один из концевиков соединен с 0 через упругий элемент. Передний О представляет собой полый конус, на центральном стержне. Наибольший диаметр переднего 0 больше наибольшего диаметра заднего 0, а наибольший диаметр СЦЭ меньше наибольшего диаметра заднего 0. Униполярный газовый разряд зажигают между внешним электродом и СЦЭ, которую отделяют от внешнего электрода кольцевым потоком газа, зоной пониженного давления (ЗПД) и повышенной температуры и при этом обеспечивают ее температурной компенсацией. Первоначальный нагрев СЦЭ и ЗЛД осуществляют с помощью накала, а затем этот нагрев осуществляют за счет энергии разряда. ЗПД вокруг центральных электродов создают совместным действием зжектирующего потока электрического ветра и температурного поля. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. ел С