Способ ионизации газа и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИ 11СОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 15445 ОО 1)5 В 03 С 3/ ОРСК 2 раразм ра в ода выполне ены на сди- тивоположоверхполнеи потеяКонцентхностью,а ть8 паф лыа 6 ил с ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Ворошиловградский машиностроительный институт(56) Авторское свидетельство СССРВ 1181717, кл, В 03 С 3/00, 1983,Патент Японии Р 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 промышленныхгазовых выбросов, выхлопных газовДВС, утилизации ценных продуктов,санитарной очистки воздуха, электрической окраски иэделий. Цель изобретения - повышение эффективности ионизации и уменьшение энергетическихзатрат, Ионизация осуществляется припеременных 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 иплотностью, более высокой температурой, а область несамостоятельногоразряда (область отсутствия пробоя) -на участке с более высокими скоростьюпотока, давлением и плотностью, более низкой температурой, Понижениеплотности и давления газа в зонесамостоятельного разряда обусловлено эжекцией, действием потока заряженных частиц (злектрическим ветром)и высокой температурой, Электрический ветер направлен в сторону движения потока газа и ускоряет его, Основная часть эоны самостоятельногоразряда теплоизолирована от потокагаза, а тепловой поток концентрируется на поверхности электрода восновной части самостоятельного разряда, Устройство для осуществленияспособа в трубопроводе содержит камеру, в которой размещены кониенттор, нагреватель и игольчатый электрод, а в наиболее узкой части трубопровода переменного сечения ещен кольцевой электрсд, Каме ыполнена в виде наружной и внутреннейоболочек, между которыми помещенатеплсизолирующая набивка, Подвод высокого и низкого напряжений осуществляется через кронштейн, Трубопровод, внутренняя и наружная оболочкикамеры, теплоизолирующая набивка икронштейн выполнены из диэлектрика,Острия игольчатого электрны разной длины, устансвлнаковом расстоянии от про ного заряженногс электрода, П ность игольчатого электрода в на из металла, имеюшего низки циал поверхностей иснизации. ратор снабжен зеркальной пове а основание игольчатого элект зачернено, Устройство позволя высить эффективность ионизаци уменьши энергетические затрИзобретение относится к электрической очистке газов и электронноионной технологии, может быть исполь.зовано для очистки промышленных газовых выбросов, выхлопных газов,5утилизации ценных продуктов, санитарной очистки воздуха при электрическойокраске .изделий и т.д.Цель изобретения - повышение эфФективности иониэации газа и уменьшеНие энергетических затрат,Сущность способа ионизации газа заключается в том, что в потоке газа создается ограниченный объем, в ко тором 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 низНой температУРой. При этом понижение плотности и давления газа в зоне самостоятельного разряда осуществляют воздействием потока заряженных частиц, высокой температурой и эжектированием. Благодаря суммарному воздей 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 раз 1 ряда и, соответсТвенно, происходи снижение энергетических затрат на ионизациюВ зоне несамоетоятельного разряда,. т.е. на участке межэлектродного расстояния, где отсутствуют электронные,лавины, напряженность электрического поля и температура более ниэ-ф55 кие, плотность газа более высокая, а скорость потока газа направлена перпендикулярно направлению силовых линий у электрода, расположенного в этой зоне, что способствует уносузаряженных частиц от поверхностиэлектрода.Все перечисленные Факторы, действующие в зоне несамостоятельного разряда:, способствуют стабилизации горения данного вида униполярного разряда, т,е, способствуют стабилизациинеполного (частичного) пробоя межэлектродного промежутка и исключают возможность перехода данного вида разряда в другие виды разряда, Вследствиеэтого происходит значительное увеличение разрядного тока и, следовательно, обеспечивается эффективная иониэация потока газа,На фиг,1 показано устройство дляосуществления предлагаемого способа;на Фиг,2 - схема определения длиныострий игольчатого электрода; нафиг.3 - нагрев игольчатого электродапри помощи нагревательного электродав виде плоской спирали; на фиг.4 -вариант нагрева игольчатого электрода путем пропускания тока нагреваНепосредственно через плоское основание электрода; на фиг.5 и б - варианты устройства .для осуществления способа с камерой, установленной на трубопроводе,Устройство для осуществления способа (Фиг.1) представляет собой трубопровод 1, в котором на кронштейнах 2установлена камера 3. Внутри камеры 3 размещены игольчатый электрод 4и нагреватель 5; Поверхность основания игольчатого электрода 4, обращенная к нагревателю 5, зачернена. Занагревателем 5 находится концентратор 6, имеющий вогнутую зеркальнуюповерхность. В месте сужения трубопровода 1 размещен кольцевой электрод 7,Камера 3 выполнена в виде наружнойоболочки 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 4выполнена из металлов, имеющих низкийпотенциал поверхностной ионизации.Устройство работает следующим образом,По трубопроводу 1 подается потокгаза, который эа счет .эжекции создаетво внутренней оболочке 9 разрежение.Одновременно через нагревательный эле4500 51015 20 25 35 40 45 50 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 потокагаза сильно повышается, Это являетсяважным фактором, который эффективнообеспечивает 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 полногопробоя межэлектродного промежуткаэлектронные лавины достигнут кольцевого электрода 7, Стабилизирующеедействие потока газа на рассматриваемый вид разряда заключается в том,что электронные лавины, которые за- -рождаются у игольчатого электрода 4,уносятся от кольцевого электрода 7этим потоком, Таким образом, потокбыстро движущегося газа эффективнопрепятствует полному пробою межэлектродного промежутка. Помимо этого полному пробою межэлектродного промежутка препятствуют более низкая напряженность электрического поля и температура у кольцевого электрода 7, посравнению 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, В 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.З), 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, приведенна фиг,4,Вариант устройства, в котором камера 3 расположена за пределами трубопровода 1 и не омывается потокомгаза 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 расположенпри этом на противоположной стенкетрубопровода и является пластинчатым.В данном случае электрический ветернаправлен перпендикулярно потоку газа, В варианте устройства, изображенного на фиг,6, электрический ветернаправлен под острым углом к потокугаза и способствует частичному ускорению этого потока,формула изобретения 1, Способ ионизация газа, включающий создание зон самостоятельного инесамостоятельного разрядов, о т -л и ч,а ю щ и й с я тем, что, сцелью 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 науЧастке с более низкими . скоростьюпбтока, давлением, плотностью и болве высокой температурой, а зону несамостоятельного разряда создают наУЧастке с более высокими скоростьюпотока, давлением, плотностью и болеенизкой температурой,2, Способ по п,1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что понижение плотности и давления газа в зоне самостоятельного разряда осуществляютвоздействием 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, сцЕлью повышения эффективности ионизацни и уменьшения энергетических затрат, ионизатор выполнен в виде камерЫ с концентратором и нагревателем,а трубопровод выполнен переменногосечения, при этом игольчатый электрод размещен в камере ионизации, аэЛектрод противоположной полярностив наиболее узкой части трубопровода. 4, Устройство по п,З, о т л ич а ю щ е е с я тем, что камера выполнена в виде наруъной и внутреннейоболочек с размещенной между ними5теплоизолирующеи набивкои,5. Устройство по п.З, о т л ич а ю щ е е с я тем, что камера размещена внутри трубопровода, а электрод противоположной полярности вы. -полнен кольцевым,6. Устройство по п,З, о т л ич а ю щ е е с я тем, что камера установлена на трубопроводе, а электрод противоположной полярности вы 15полнен пластинчатым,7, Устройство по пп.З и 4, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что трубопровод, внутренняя и наружная оболоч 20 ки камеры теплоизолирующая набивка. уи кронштейны выполнены из диэлектрика,8, Устройство по п.З, о т л ич а ю щ е е с я тем, что острия25 игольчатого электрода выполнены разной длины и установлены на одинаковомрасстоянии от гротивоположно заряженного электрода.9. Устройство по п,З, о т л и -30 ч а ю щ е е с я тем, что поверхность игольчатого электрода выполнена из металла с низким потенциаломповерхностной ионизации.10. Устройство по п,З, о т л ич а ю щ е е с я тем, что концентратор выполнен с зеркальной поверхностью, а основание игольчатого электрода зачернено,Редакто Заказ 456 Тираж 4 одписное Производственно-изда ьский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5