Генератор синглетного кислорода

 

Изобретение относится к области газогенераторов кислорода, в частности к генераторам синглетного кислорода (ГСК), обеспечивающим достаточную производительность для создания мощных лазеров. Генератор синглетного кислорода содержит реакционную камеру из прозрачного материала, имеющую выход в нижней части для отработанного раствора, систему дозированной подачи хлора, выполненную в виде двух перфорированных труб, вмонтированных в стенки реакционной камеры с выходом наружу с возможностью подачи хлора одновременно с двух сторон, инжектор струй щелочного раствора перекиси водорода, выполненный в виде пластины с калиброванными отверстиями, контрольно-измерительную систему и щелевой кран на выходе синглетного кислорода. Технический результат - увеличение производительности генератора за счет увеличения выхода синглетного кислорода. Согласно изобретению реакционная камера имеет две снабженные идентичными системами подачи хлора реакционные зоны, сообщающиеся между собой в верхней части выходной полостью, являющейся выходом для синглетного кислорода. В центральной стенке реакционной камеры в ее верхней части вмонтированы перфорированные трубы, обеспечивающие подачу буферного газа в выходную полость одновременно с двух сторон. Генератор снабжен камерой смешения, выполненной из монолита прозрачного материала, в котором образованы две камеры подачи щелочного раствора перекиси водорода в реакционные зоны через инжекторы струй, установленные на выходе камер подачи. В каждую камеру подачи вмонтированы штуцеры, обеспечивающие подачу раствора с двух сторон. В центре монолита образована камера смешения в виде расширяющегося канала, снабженная щелевым краном, выполненным в виде цилиндра со сквозным пазом, кинематически связанным с пневмоприводом. Контрольно-измерительная система генератора содержит два датчика давления, размещенных в штуцерах каналов, выполненных в центральной части передних стенок реакционной камеры, и четыре фотоприемника для определения концентрации синглетного кислорода и воды, размещенные в глухих отверстиях монолита камеры смешения. 5 ил.

Изобретение относится к области газогенераторов кислорода, в частности к генераторам синглетного кислорода (ГСК), обеспечивающим достаточную производительность для создания мощных лазеров.

Известны конструкции газогенераторов кислорода (патент РФ 2013116, МКИ B 01 J 7/00, заявки Великобритании 2167054 и 1399041, НКИ В1X), содержащие следующие основные элементы - корпус, емкость с жидким реагентом (перекись водорода), инжектор перекиси водорода в виде пластины с калиброванными отверстиями с заданным расходом реагента, каталитический пакет в три слоя и сепараторы очистки. Кислород получают разложением перекиси водорода твердым катализатором с дополнительной очисткой сепараторами.

Однако рассмотренные конструкции генераторов кислорода не обладают достаточной производительностью для использования при создании лазеров мощностью в десятки киловатт.

Известны конструкции генераторов синглетного кислорода (ГСК), основанные на газожидкостной реакции (журналы Квантовая электроника, 23, 7 (1996), статья, обзор Н.Н.Юрашева "Кислородно-йодный лазер с химической накачкой"; Квантовая электроника, 24, 3 (1997), статья М.В.Загидуллина, В.Д.Николаева и др. Высокоэффективный сверхзвуковой химический кислородно-йодный лазер с расходом хлора 10 ммоль/с).

Из указанных ГСК наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче является конструкция генератора синглетного кислорода, содержащая реактор из оргстекла, что позволяет визуально наблюдать зону реакции, перфорированные трубки, вмонтированные в стенки реактора, через которые в реактор поступает хлор, инжектор, выполненный в виде пластины, через который в реактор подаются струи щелочного раствора перекиси водорода (ЩРПВ). После отработки ЩРПВ собирается в приемный бак, вытекая из нижней части реактора, к которой присоединен бак. Для получения требуемых параметров выходящего газа (скорость, давление) ГСК снабжен щелевым краном.

Недостатком рассмотренных ГСК является недостаточная производительность для создания различной мощности лазеров.

Задача изобретения - увеличение производительности генератора за счет увеличения выхода синглетного кислорода.

Технический результат поставленной задачи достигается тем, что в ГСК, содержащем реакционную камеру из прозрачного материала, имеющую в нижней части выход отработанного раствора, систему дозированной подачи хлора, выполненную в виде двух перфорированных труб, вмонтированных в стенки реакционной камеры с выходом наружу с возможностью подачи хлора одновременно с двух сторон, инжектор струй щелочного раствора перекиси водорода, выполненный в виде пластины с калиброванными отверстиями, контрольно-измерительную систему и щелевой кран на выходе синглетного кислорода, предлагается реакционную камеру выполнить с двумя реакционными зонами, сообщающимися между собой в верхней части выходной полостью, являющейся выходом синглетного кислорода, снабженными идентичными системами подачи хлора, при этом каждую реакционную зону дополнительно снабдить нижерасположенной идентичной системой дозированной подачи хлора. В центральной стенке реакционной камеры в ее верхней части вмонтировать перфорированные трубы, обеспечивающие подачу буферного газа в выходную полость одновременно с двух сторон. А также снабдить генератор камерой смешения, выполненной из монолита прозрачного материала, в котором образованы две камеры подачи щелочного раствора перекиси водорода в реакционные зоны через инжекторы струй, установленные на выходе камер подачи, при этом в каждую камеру подачи вмонтировать штуцеры, обеспечивающие подачу раствора с двух сторон, в центре монолита образовать камеру смешения в виде расширяющегося канала, снабженного щелевым краном, выполненным в виде цилиндра со сквозным пазом, кинематически связанным с пневмоприводом; контрольно-измерительную систему генератора выполнить из двух датчиков давления, размещенных в штуцерах каналов, выполненных в центральной части передних стенок реакционной камеры, и из четырех фотоприемников для определения концентрации синглетного кислорода и воды, размещенных в глухих отверстиях монолита камеры смешения.

На фиг.1 представлен ГСК (вид сверху); на фиг.2 - сечение А-А, вид сверху; на фиг.3 - общий вид реакционной камеры с сечением реакционной зоны II; на фиг. 4 - общий вид камеры смешения с сечением одной из камер подачи ЩРПВ; на фиг.5 - общий вид ГСК.

Генератор синглетного кислорода содержит реакционную камеру из прозрачного материала, например из органического стекла СТ-1. Реакционная камера герметично смонтирована передними стенками 1 и 2 и центральной стенкой 3. Центральная стенка 3 разделяет реакционную камеру на две реакционные зоны I и II. В боковых поверхностях обеих реакционных зон вмонтирован набор из пары перфорированных труб 4 подачи хлора с 2-х концов одновременно.

Для обеспечения альтернативного режима работы ГСК в стенки обеих реакционных зон вмонтирован второй набор трубок 5 подачи хлора, расположенный ниже первого. Каждая трубка имеет 72 отверстия диаметром 1,3 мм с шагом 5 мм, что обеспечивает равномерную подачу хлора в реакционные зоны. В верхней части центральной стенки 3 вмонтированы две перфорированные трубки 6 буферного газа (азот), имеющие по 72 отверстия диаметром 2,4 мм, что обеспечивает равномерную подачу газа одновременно с двух концов. Все трубки выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т.

Камера 7 смешения представляет собой монолит из прозрачного материала, например из органического стекла СТ-1, в котором проточены две камеры 8 подачи ЩРПВ. В концы камер 8 вмонтировано по два штуцера 9 для подсоединения к трубопроводу подачи ЩРПВ с двух сторон. Выходы камер 8 установлены на инжекторы 10 струй, выполненные в виде пластин из капролактана с калиброванными отверстиями. В каждой пластине сделано 11 рядов отверстий по 145 отверстий в каждом ряду (всего 1595 отверстий) диаметром 0,8 мм. Шаг отверстий в ряду 2,5 мм, расстояние между рядами 2,25 мм. В центральной части монолита расположена камера 11 смешения, выполненная в виде расширяющегося канала.

Камера 11 смешения предназначена для разбавки газовой смеси, содержащей синглетный кислород, буферным газом с целью уменьшения тушения синглетного кислорода, а также для транспортировки этой смеси на выход. Камера 11 смешения сообщается выходной полостью реакционной камеры через щелевой кран 12. Щелевой кран 12 выполнен в виде цилиндра из стали 12Х18Н10Т со сквозным пазом, формирующим полость щелевого крана, цилиндр крана кинематически соединен с пневмоприводом (не показан).

Контрольно-измерительная система состоит из 2-х датчиков 13 давления, размещенных в штуцерах каналов, выполненных в центральной части передних стенок 1,2 реакционной камеры, а также из 4-х фотоприемников 14 для определения концентрации синглетного кислорода и воды, размещенных в глухих отверстиях монолита камеры 11 смешения.

Генератор синглетного кислорода работает следующим образом. Газовая смесь, содержащая синглетный кислород, образуется в результате химической реакции газообразного хлора с ЩРПВ. Щелочной раствор перекиси водорода подается в реакционную камеру в виде струй с помощью инжекторных пластин, хлор с определенным расходом и давлением подается в реакционную камеру с помощью системы дозированной подачи хлора через трубки подачи хлора в нижней части реакционной камеры и движется вверх навстречу струям хлора. В реакционной камере происходит реакция хлора с ЩРПВ и в выходной полости образуется синглетный кислород, который смешивается с буферным газом и транспортируется в камеру смешения и на выход. Отработанный раствор собирается в приемную емкость, пристыкованную к нижней части реакционной камеры.

Предлагаемый ГСК позволяет получить при высокой производительности заданные параметры газовой смеси, содержащей синглетный кислород, обеспечить устойчивость рабочего процесса и многократность запуска.

Формула изобретения

Генератор синглетного кислорода, содержащий реакционную камеру из прозрачного материала, имеющую выход в нижней части для отработанного раствора, систему дозированной подачи хлора, выполненную в виде двух перфорированных труб, вмонтированных в стенки реакционной камеры с выходом наружу с возможностью подачи хлора одновременно с двух сторон, инжектор струй щелочного раствора перекиси водорода, выполненный в виде пластины с калиброванными отверстиями, контрольно-измерительную систему и щелевой кран на выходе синглетного кислорода, отличающийся тем, что реакционная камера имеет две снабженные идентичными системами подачи хлора реакционные зоны, сообщающиеся между собой в верхней части выходной полостью, являющейся выходом для синглетного кислорода, в центральной стенке реакционной камеры в ее верхней части вмонтированы перфорированные трубы, обеспечивающие подачу буферного газа в выходную полость одновременно с двух сторон; он снабжен камерой смешения, выполненной из монолита прозрачного материала, в котором образованы две камеры подачи щелочного раствора перекиси водорода в реакционные зоны через инжекторы струй, установленные на выходе камер подачи, при этом в каждую камеру подачи вмонтированы штуцеры, обеспечивающие подачу раствора с двух сторон, а также в центре монолита образована камера смешения в виде расширяющегося канала, снабженная щелевым краном, выполненным в виде цилиндра со сквозным пазом, кинематически связанным с пневмоприводом, а контрольно-измерительная система генератора содержит два датчика давления, размещенных в штуцерах каналов, выполненных в центральной части передних стенок реакционной камеры, и четыре фотоприемника для определения концентрации синглетного кислорода и воды, размещенные в глухих отверстиях монолита камеры смешения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5