ВЫСОКОВОЛЬТНОЕ ГАЗОРАЗРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 1995 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к области техники, использующей низкотемпературную газоразрядную плазму для осуществления преимущественно электрохимических процессов в газовой и парогазовой фазе, и может быть использовано в качестве реактора, например, для электросинтеза озона с помощью диффузного разряда из неосушенного и неочищенного кислородосодержащего газа.

Известны высоковольтные устройства - газоразрядные реакторы, предназначенные для осуществления электрохимических процессов в газовой фазе, в которых разнополярные электроды разделены газовым зазором. В межэлектродном пространстве возбуждают разряд, характеризующийся сквозным диффузным свечением канала разряда. В таком pазpяде температура ионов близка к температуре молекул исходного газа, а температура электронов на несколько порядков выше, что позволяет эффективно проводить большое количество химических реакций.

В наиболее распространенных конструкциях газоразрядных реакторов система электродов выполнена в виде коаксиально расположенных цилиндров. Объемный КПД таких реакторов не превышает 2-4% . У озонаторов с системой электродов, выполненной в виде параллельных пластин, объемный КПД доходит до 30-40% . Однако широкого промышленного применения такие озонаторы не нашли, так как изготовление электродов значительных размеров плоскими с большой точностью, а также их центровка и крепление сложны и дорогостоящи. Известные газоразрядные устройства-озонаторы можно использовать лишь для обработки разрядом газовых сред, очищенных от пыли и осушенных. Недопустимо проведение в этих устройствах реакций, конечный продукт которых может загрязнить поверхность изоляторов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является высоковольтное газоразрядное устройство, содержащее корпус, внутри которого расположена опорная стойка с окнами и элементами крепления системы электродов, проходящими через окна.

Однако использование такой конструкции для проведения электрохимических процессов с использованием сквозного диффузного разряда нецелесообразно. Связано это с тем, что движение газового потока поперек силовых линий электрического поля увеличивает энергозатраты на проведение электрохимических процессов.

Целью изобретения является повышение эффективности проведения электрохимических процессов и долговечности устройства. Указанная цель достигается тем, что в высоковольтном газоразрядном устройстве, содержащем корпус, внутри которого расположена опорная стойка с окнами и элементами крепления системы электродов, проходящими через окна, внутри опорной стойки по ее оси расположен держатель, верхний конец которого укреплен на изоляторе, а нижний укреплен с помощью штанг на изоляторах, установленных внутри полых камер, полости которых связаны с полостью опорной стойки, на держателе размещены элементы крепления системы электродов, а в местах прохода элементов крепления через окна опорной стойки установлены коронирующие электроды, а низковольтные электроды выполнены проницаемыми для газа. Высоковольтные электроды выполнены в виде кольца, а низковольтные в виде частей перфорированного тороида, обращенных вогнутой стороной к высоковольтным электродам, а корпус выполнен цилиндрическим.

На чертеже показан газоразрядный реактор, который состоит из цилиндрического корпуса 1,2 с патрубками ввода и вывода 3 обрабатываемой среды. Меньшая часть корпуса 2 выполнена в виде несущей конструкции, в которой закреплены полые камеры 4 с установленными в них изоляторами 5,6. Один из изоляторов 6 выполнен проходным для подвода высокого напряжения. Опорная стойка 7 с установленным в ней держателем 8 закреплена на меньшей части корпуса 2 и связана с объемом полых камер 4 через окно 9. Нижний конец держателя 8 закреплен с помощью штанг 10 и изоляторов 5,6. Верхний конец держателя 8 закреплен с помощью опорного изолятора 11. На опорной стойке 7 закреплены низковольтные электроды 12, выполненные в форме части перфорированного тороида. Через окна 13 на держателе 8 установлены с помощью элементов крепления 14 высоковольтные электроды 15, выполненные в виде колец с заостренными кромками и снабженные устройством регулировки 16. На элементах крепления 14 установлены коронирующие элементы 17.

Газоразрядное устройство работает следующим образом. Высокое напряжение через проходной изолятор 6, штангу 10, держатель 8 и элементы крепления 14 подается на электроды 15. Между электродами 15 и 12 возбуждается сквозной диффузный разряд, а между элементами 17 и стенками стойки 7 - коронный. Через патрубок 3 обрабатываемая среда поступает в пространство между стенками корпуса 1,2 и опорной стойки 7, двигаясь вдоль этих стенок через перфорированные низковольтные электроды 12, обрабатывается разрядом и выводится через патрубок 3. При обработке газовой среды, содержащей конденсирующиеся аэрозоли, часть этих аэрозолей, диффундируя через окна 13 в опорную стойку 7, подвергаeтся воздействию коронного разряда и оседаeт на стенках опорной стойки 7.

Данное высоковольтное газоразрядное устройство обеспечивает проведение электрохимических процессов при одновременном повышении объемного КПД долговечности, снижении металлоемкости, а также улучшение защиты изоляторов от воздействия обрабатываемой среды, повышение удобства монтажа реактора и упрощение технологии его изготовления. Одной из основных статей экономии является снижение энергозатрат при проведении электрохимических процессов по сравнению с прототипом на ≈ 30%.

1. ВЫСОКОВОЛЬТНОЕ ГАЗОРАЗРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус, внутри которого расположена опорная стойка с окнами и элементами крепления системы электродов, проходящими через окна, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности проведения электрохимических процессов и долговечности устройства, внутри опорной стойки по ее оси расположен держатель, верхний конец которого укреплен на изоляторе, а нижний укреплен с помощью штанг на изоляторах, установленных внутри полых камер, полости которых связаны с полостью опорной стойки, на держателе размещены элементы крепления системы электродов, в местах прохода элементов крепления через окна опорной стойки установлены коронирующие электроды, а низковольтные электроды выполнены проницаемыми для газа. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что высоковольтные электроды выполнены в виде кольца, а низковольтные в виде частей перфорированного тороида, обращенных вогнутой стороной к высоковольтным электродам, а корпус выполнен цилиндрическим.