Способ ионизации газа и устройство для его осуществления

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИК

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4343648/31-26 (22) 15.12,87 (46) 23,02,90, Бюл. № 7 (71) Ворошиловградский машиностроительный институт (72) А,М,Красносельский (53) 621,359.484,4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 11817)7, кл, В 03 С 3/00, 1983, Патент Японии ¹ 58-10147, кл. В 03 С 3/74, 1983. (54) СПОСОБ ИОНИЗАЦИИ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электрической очистке. газов и электронноионной технологии. Оно может быть использовано для очистки промышленных газовых выбросов, выхлопных газов

ДВС, утилизации ценных продуктов,санитарной очистки воздуха, электрической окраски иэделий. Цель изобретения — повышение эффективности ионизации и уменьшение энергетических затрат. Ионизация осуществляется при переменных давлении и плотности газа, температуре и скоростй 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 обусловле»Я0 Se sOO (51)5 В 03 С 3/00 но эжекцией, действием потока заряженных частиц (электрическим ветром) и высокой температурой, Электрический ветер направлен в сторону движения потока газа и ускоряет его, Основная часть эоны 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 теплаизолирующая набивка, Подвод высокого и низкого напряжений осуществляется через кронштейн, Трубопровод, внутренняя и наружная оболочки камеры, теплоизолирующая набивка и кронштейн выполнены из диэлектрика, Острия игольчатого электрода выполне ны разной длины, установлены на одинаковом расстоянии от противоположного заряженного электрода, Поверхность игольчатого электрода выполнена из металла, имеюшего низкий потенциал поверхностей ионизации. Концентратор снабжен зеркальной поверхностью а основание игольчатого электрода зачернено, Устройство позволяет повысить эффективность ионизации и уменьшить энергетические затраты.

2 с. и 8 з.п.ф-лы, 6 ил, 1544500

Изобретение относится к электрической очистке газов и электронноионной технологии, может быть использовано для очистки промышленных газовых выбросов, выхлопных газов, 5 утилизации ценных продуктов, санитарной очистки воздуха при электрической окраске изделий и т.д.

Цель изобретения — повышение эф- 10 фективности иониэации газа и уменьшеНие энергетических затрат, Сущность способа ионизации газа заключается в том, что в потоке газа создается ограниченный объем, в котором обеспечиваются оптимальные условия для частичного пробоя межэлектродного расстояния и зажигания униполярного разряда. Оптимальные условия обусловлены наличием и оптимальными 20 величинами факторов, способствующих горению электрического разряда, Ионизация осуществляется при переменном давлении и плотности газа, температуре и скорости потока в межэлектродном 25

Промежутке, при этом область самостоятельного разряда (область частичного

Пробоя) создают на участке с более низкими скоростью, давлением и плотностью и более высокой температурой, 30 а область несамостоятельного разряда (область отсутствия пробоя) -иа 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 эжектированием. Благодаря суммарному воздей- 40 ствию,данных факторов в зоне самостоятельного разряда, т.е. непосредственно у поверхности одного из электродов, возникает зона, в которой максимально облегчена ионизация газа. 45

Это возможно потому, что существенно снижается напряжение зажигания раз1 ряда и, соответственно, происходи снижение энергетических затрат на ионизацию

В зоне несамостоятельного разряда,. т.е. на участке межэлектродного расстояния, где отсутствуют электронные,лавины, напряженность электрического поля и температура более ниэ55 кие, 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 иониэация потока газа, На фиг. 1 показано устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 — схема определения длины острий игольчатого электрода; на фиг.3 — нагрев игольчатого электрода при помощи нагревательного электрода в виде плоской спирали; на фиг.4— вариант нагрева игольчатого электрода 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 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 месте сужения трубопровода 1 размещен кольцевой электрод 7, Камера 3 выполнена в виде наружной оболочки 8 и внутренней оболочки 9, между 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 1 подается поток газа, который эа счет .эжекции создает во внутренней оболочке 9 разрежение.

Одновременно через нагревательный эле4500

55

5 154 мент 5 пропускают 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 межзлектродного 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 эоны само- стоятельного разряда, Это обеспечивает экономное и эффективное использование тепловой энергии, Под действием высокого напряжения между электродами 4 и 7 зажигается униполярный электрический разряд, который обес-, 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, ко горые 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 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 электрода 7. B этом случае напряженность электрического поля у каждого острия будет одинаковой, а следовательно, интенсивность электронных лавин и величина разрядного тока от каждого острия будут одинаковыми.

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

В качестве нагревательного элемента можно использовать нихромовый провод в виде плоской спирали (фиг.3).

На спираль надеваются острия, в основании которых просверлены отверстия, Диаметр отверстий равен диаметру нихромового провода, 30. Вариант электрического нагрева игольчатого электрода путем пропускания тока нагрева непосредственно через плоское и тонкое основание, изготовленное из материала с большим электрическим сопротивлением, приведен на фиг,4, Вариант устройства, в котором камера 3 расположена за пределами трубопровода 1 и не омывается потоком газа с целью уменьшения аэродинамических потерь и потерь тепла, используемого для нагрева игольчатого электрода 4 и зоны самостоятельного разряда приведен на фиг,5, Электрод противоположной полярности 7 расположен при этом на противоположной стенке трубопровода и является пластинчатым.

В данном случае электрический ветер направлен перпендикулярно потоку газа, В варианте устройства, изображенного на фиг,б, электрический ветер направлен под острым углом к потоку газа и способствует частичному ускорению этого потока.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н н я

1, Способ ионизация газа, включающий создание зон самостоятельного и

j 544500 несамостоятельного разрядов, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности ионизации и уменьшения энергетических затрат, ионизацию осуществляют при переменном давлении и плотности газа, температуре и скорости потока в межэлектродном промежутке, при этом зону самостоятельного разряда создают на уЧастке с более низкими . скоростью потока, давлением, плотностью и болве 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 т л и ч а ю— шийся тем, что понижение плотности и давления газа в зоне самостоятельного разряда осуществляют воздействием потока заряженных частиц, высокой температуры и эжектированием.

З.Устройство для ионизации газа, содержащее трубопровод с ионизатором, уСтановленным на кронштейнах и включающим игольчатый электрод и электрОд противоположной полярности, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цЕлью повышения эффективности ионизацни 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.

4, Устройство по п,3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что камера выполнена в виде нару"..<ной и внутренней оболочек с размещенной между ними

5 теплоизолирующеи набивкои, 5. Устройство по п.3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что камера размещена внутри трубопровода, а электрод противоположной полярности вы.— полнен кольцевым, 6. Устройство по п,3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что камера установлена на трубопроводе, а электрод противоположной полярности вы15 полнен пластинчатым, 7, Устройство по пп.3 и 4, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что трубопровод, внутренняя и наружная оболоч20 ки камеры теплоизолирующая набивка

Ф и кронштейны выполнены из диэлектрика, 8, Устройство по п.3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что острия игольчатого электрода выполнены разной длины и установлены на одинаковом расстоянии от гротивоположно заряженного электрода, 9 ° 7CTpOHCTBO HO B 3, 30 ч а ю щ е е с я тем, что поверхность игольчатого электрода выполнена из металла с низким потенциалом поверхностной ионизации. !

10. Устройство по п,3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что концентратор выполнен с зеркальной поверхностью, а основание игольчатого электрода зачернено, 1544500

Фиг.б

1544500

Составитель Н. Годунова

Техред А.Кравчук Корректор Н.Король

Редактор Л.Зайцева

Заказ 456

Тираж 463

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101