Пристрій для генерування активних мікрочастинок і випромінювання

1. Пристрій для генерування активних мікрочастинок і випромінювання, що містить робочу камеру і підключені до неї генератор високовольтних імпульсів та блок подачі газу, причому робоча камера включає електродну систему у вигляді пари співвісних електродів, зовнішній з яких - низьковольтний трубчастий, а внутрішній - високовольтний стрижневий, на стрижні внутрішнього електроду в площинах, що перпендикулярні його подовжній осі, установлені провідні пластини, при цьому відстань L від краю кожної пластини до внутрішньої поверхні трубчастого електрода відповідає співвідношенню Us / Ea L 3 Us / Ea , 2 Корисна модель належить до пристроїв для генерування активних мікрочастинок і випромінювання і може бути використана для очищення газових викидів, знезараження води, одержання хімічно чистих речовин, тощо. Відомий пристрій для генерування активних мікрочастинок і випромінювання, що його описано в статті Yefun Yankelevich та Alex Pokryvailo "HighPower Short-Pulsed Corona: Investigation of Electrical Performance, SO2 Removal, and Ozone Generation" (див. ІЕЕЕ Transactions on Plasma Science. - 2002. - Vol. 30. - № 5, October. - P. 19751981). Він містить робочу камеру (реактор) і підключені до неї генератор високовольтних імпульсів та блок подання газу. До складу пристрою входить також блок контролю складу газів. Робоча камера виконана у вигляді герметичної коаксіальної елек (19) UA чний розмір зовнішнього електрода, dmin - відс 3 тродної системи з центральним стержнем - високовольтним електродом. Описаний пристрій дозволяє генерувати активні мікрочастинки і випромінювання, здійснюючи при цьому очищення повітря від газових викидів, зокрема, NOХ і SO2. Як відзначають Yefim Yankelevich та Alex Pokryvailo, високоенергетичні електрони і ультрафіолетове (УФ) випромінювання прямо розривають молекулярні зв'язки газу і створюють активні частинки, які вибірково реагують з молекулами забруднювача. В сухому повітрі автори спостерігали осідання хімічно чистої сірки. Активні елементи, такі як О- і ОН-радикали, реагують з молекулами забруднювача, утворюючі менш небезпечні сполуки. У випадку NOХ і SO2 вважається, що утворюються вищі окиси. У вологому повітрі вони перетворюються на кислоти, які далі можна видаляти звичайними методами. Таким чином, у зазначеній роботі показано в лабораторних умовах, що можливе видалення домішок із газів і отримання хімічно чистих речовин прямим електронним ударом. Але до недоліків цього пристрою слід віднести те, що його електродна система не дозволяє отримати коронний розряд з необхідними характеристиками, доля об'єму зони іонізації в загальному об'ємі коронного розряду замала для здійснення процесу у промислових обсягах (для отримання потрібної кількості активних частинок, тобто його продуктивність недостатня). Найбільш близьким до корисної моделі є пристрій згідно з патентом України на винахід № 71940 (див. 7С01В 13/10, пр. 06.07.2001, опубл. 17.01.2005, № 1, Спосіб генерування озону і пристрій для його здійснення; це ж рішення захищене пат. № 2211800 С2, RU, 7C01B 13/10, пр. 06.07.2001, опубл. 10.09.2003, Способ генерирования озона и устройство для его осуществления). Пристрій містить робочу камеру і підключені до неї генератор високовольтних імпульсів та блок подачі газів. Робоча камера включає електродну систему у вигляді пари коаксіальних електродів, зовнішній із яких низьковольтний трубчастий, а внутрішній - високовольтний стержневий. При цьому на стержні внутрішнього електрода у площинах, що перпендикулярні його подовжній осі, додатково розташовані провідні пластини. Відстань L від краю кожної пластини до внутрішньої поверхні трубчастого електрода відповідає співвідношенню Us / Ea L 3 Us / Ea , (1) відстань d між сусідніми пластинами - співвідношенню dmin d 2 L , (2) поперечний розмір пластини D - співвідношенню 1мм 2 Dc D DT 2 L , (3) радіус r закруглення краю пластин - співвідношенням / 2 , (4) r L і r де Dc - поперечний розмір стержня, 49727 4 DT - поперечний розмір зовнішнього електро да, dmin - відстань екранування, Us - амплітуда напруги необоротного переходу до іскрового розряду в розрядному проміжку з імпульсним коронним розрядом, Ea - усереднена напруженість електричного поля в розрядному проміжку при амплітуді напруги Us , - товщина пластини. Пристрій дозволяє, як указано в описах до патентів, генерувати озон, а також інші продукти в плазмі коронного розряду. Але його продуктивність недостатня для отримання зазначених активних частинок у промислових обсягах. По-перше, це обумовлено тим, що прямий електронний удар (а він найбільш ефективний для отримання активних частинок) не є домінуючим процесом у цьому випадку. По-друге, аеродинамічний опір невеликих по діаметру робочих камер (реакторів) вельми значний, що робить нераціональним установлення великої їх кількості для забезпечення промислової продуктивності пристрою. А значне збільшення (в 10 разів і більше) діаметру робочої камери потребує значного ж збільшення напруги Us при інших рівних умовах, що, в свою чергу, може призвести до значного збільшення питомих енерговитрат. В основу корисної моделі поставлене завдання підвищення продуктивності пристрою в генеруванні активних мікрочастинок і випромінювання при збереженні відносно невеликих питомих енерговитрат за рахунок забезпечення умов для найбільш ефективного механізму руйнування молекул небажаних газових домішок - механізму прямого електронного удару. Поставлене завдання вирішується тим, що в пристрої для генерування активних мікрочастинок, у тому числі високоенергетичних частинок - електронів з енергією 10еВ і більше, атомарного кисню О, гідроксилів ОН, перекису водню Н2О2, різноманітних іонів, і випромінювання, що містить робочу камеру і підключені до неї генератор високовольтних імпульсів та блок подачі газу, робоча камера включає електродну систему у вигляді пари співвісних електродів, зовнішній з яких низьковольтний трубчастий, а внутрішній - високовольтний стержневий, на стержні внутрішнього електроду в площинах, що перпендикулярні його подовжній осі, установлені провідні пластини; відстань L від краю кожної пластини до внутрішньої поверхні трубчастого електрода відповідає співвідношенню (1), відстань d між сусідніми пластинами - співвідношенню (2), поперечний розмір пластини D співвідношенню (3), радіус r закруглення краю пластини - співвідношенням (4), згідно з корисною моделлю додатково на виході генератора високовольтних імпульсів введений підвищуючий трансформуючий пристрій напруги з загальною індуктивністю розсіювання, що відповідає співвідношенню LS 2 tmax / Cнав , 5 де LS - загальна (сумарна) індуктивність розсіювання трансформуючого пристрою (з урахуванням приведення), tmax - максимально припустимий час наростання фронту напруги на високовольтному виході трансформуючого пристрою, при перевищенні якого в електродній системі стає неможливим механізм дисоціації молекул газу прямим електронним ударом, Cнав - ємність навантаження (робочої камери) (з урахуванням приведення). Доцільно додатково ввести високовольтний комутатор, що розташований між високовольтним трансформуючим пристроєм і робочою камерою. Введення високовольтного підвищуючого трансформуючого пристрою з відповідною індуктивністю розсіювання LS , його розміщення і параметри дозволяють, з одного боку, значно збільшувати напругу між електродами та, з іншого боку, запобігти негативному впливу трансформуючого пристрою на характеристики імпульсів. Вибір величини індуктивності розсіювання LS здійснюється з наступних міркувань. Для того, щоб став можливим (і основним механізмом дії) механізм прямого електронного удару, необхідно, щоб енергія активних електронів в полі за час вільного пробігу між двома сусідніми зіткненнями з іншими частинками стала більшою за енергію дисоціації молекул газу забруднювача (відомі, табличні енергії), тобто приблизно 10еВ або більшою. Для цього час наростання напруженості електричного поля в електродній системі робочої камери повинен бути настільки малим (не більше 1мкс), щоб значення напруженості електричного поля, які можуть бути досягнуті, були достатні для забезпечення необхідної енергії електронів для дисоціації молекул газу - забруднювача. Характеристичний час наростання напруги на високовольтному виході трансформуючого пристрою tc LSCнав 1/ 2 Ємність навантаження Cнав зумовлюється геометрією робочої камери. У якості Cнав може використовуватися ємність на виході трансформуючого пристрою. Таким чином, при відомій конструкції робочої камери, трансформуючого пристрою, щоб забезпечити t c 1мкс ( tc tmax ), необхідно LS обирати в межах, які зазначені в 2 формулі для визначення LS ( LS tmax / Cнав ). Слід відмітити, що саме механізм прямого електронного удару, що реалізується, дозволяє максимально зменшити питомі енерговитрати, оскільки енергія електричного поля безпосередньо передається самим легким зарядженим мікрочастинкам - електронам там і тоді, де і коли необхідно очистити газ від небажаних молекул іншого газу. 49727 6 Введення високовольтного комутатора і місце його розташування дозволяє забезпечити загострення (скорочення) фронту імпульсів. Заявнику невідомі приклади пристроїв, які забезпечують механізм прямого електронного удару в промислових обсягах. Приклад виконання корисної моделі ілюструється кресленням, на якому зображено загальний вигляд (будову, схему) генератора активних мікрочастинок і випромінювання в коронному розряді (варіант з комутатором). Пристрій для генерації активних мікрочастинок і випромінювання містить генератор 1 високовольтних імпульсів і підключену до нього робочу камеру 2 з електродною системою у вигляді співвісних зовнішнього низьковольтного трубчастого електрода 3 і внутрішнього високовольтного електрода 4 у вигляді провідного стержня 5. На стержні 5 внутрішнього електрода 4 в площинах, які перпендикулярні його подовжній осі, установлені провідні пластини 6. Між генератором 1 високовольтних імпульсів і робочою камерою 2 установлений підвищуючий трансформуючий пристрій 7 напруги, який своїм входом підключений до виходу генератора 1 високовольтних імпульсів. Між трансформуючим пристроєм 7 і робочою камерою 2 доцільно ввести також високовольтний комутатор 8, причому, у випадку комутатора розмикаючого типу він вмикається паралельно, а в разі замикаючого (високовольтного іскрового розрядника) - послідовно. Пристрій працює наступним чином. Газ з домішками, який підлягає обробці, примусово подається до робочої камери 2. Проходячи крізь міжелектродний зазор 3-4, він підпадає під дію сильного імпульсного електричного поля, високої імпульсної напруги, що подається від генератора 1 через трансформуючий пристрій 7, під дією яких (сильного поля і високої напруги) в робочій камері 2 виникає коронний розряд. При імпульсному коронному розряді забезпечуються умови для утворення великої кількості вільних електронів, які мають значну енергію, що приводить до руйнування (дисоціації) молекул газів до атомів, іонів і, таким чином, створюються умови для утворення активних мікрочастинок і випромінювання. Таким чином, використання корисної моделі дозволяє підвищити продуктивність отримання активних мікрочастинок при відносно невеликих питомих енерговитратах за рахунок створення умов для реалізації найбільш ефективного механізму дії - прямого електронного удару. При здійсненні цього механізму стає можливим очищення газів від забруднень шляхом дисоціації молекул газових домішок прямим електронним ударом. Той самий механізм забезпечує також одержання хімічно чистих речовин. Розширена також область використання пристрою у порівнянні з прототипом за рахунок можливості роботи не тільки з кисневмісними газами, що не допускалося в прототипі, оскільки там метою було одержання озону. 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 49727 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601