УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВ
DEVICE FOR ELECTRICAL CLEANING OF GASES

Изобретение относится к электрической очистке газов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, энергетики, металлургии, метеорологии (активные воздействий на атмосферу) и пр.
В патенте на изобретение №2229939 RU представлено описание устройства электрической очистки газов, в котором коронирующий электрод, содержит ленточный корпус с профилированной центральной частью и плоскими краевыми секциями, надрезанными равномерно из одной точки по двум наклонным линиям, направленным от этой точки в разные стороны под острым углом к торцевым линиям с образованием треугольных наконечников, отогнутых в стороны от плоскости краевых секций. Наконечник, образованный наклонными линиями, остается в плоскости корпуса элемента и имеет угол между наклонными линиями, больший, чем угол отогнутых наконечников, образованный наклонной линией и торцевой линией краевой секции. Известное устройство обеспечивает устойчивое зажигание короны и приемлемые вольтамперные характеристики системы генерации коронного разряда. Вместе с тем эффективность коронного разряда в известной конструкции, а также скорость формируемого коронным разрядом ионного ветра обеспечиваются в узком значении величины диапазона зазора между коронирующим электродом и осадительным электродом. Обеспечение точностных параметров зазора является сложной инженерной задачей и для ее решения требуется создание дорогостоящих конструкций.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство электрической очистки газов с коронирующим электродом, описание которого представлено в патенте РФ №2448779. Коронирующий электрод по упомянутому патенту содержит ленту с надрезанными с шагом от 0,1 до 150 мм по краям ленты иглами с высотой игл, определяемой в зависимости от межэлектродного пространства в диапазоне от 3 до 30 мм, и радиусом кривизны концов игл в диапазоне от 0,01 до 0,5 мм. Профиль центральной части коронирующего электрода известного устройства вписывается в окружность диаметром 2-30 мм. Выбор такого диапазона окружности обусловлен с меньшей стороны обеспечением требуемой жесткости элементов, а с другой - допустимой величиной межэлектродного промежутка. В коронирующем электроде по известному патенту выполнено два ряда острых игл, расстояние между которыми фиксировано и полностью перекрыто конструкцией электрода, что препятствует свободному прохождению очищаемого воздуха в направлении к осадительному электроду и снижает эффективность генерации ионного ветра. Устойчивое горение коронного разряда и формирование ионного ветра в известном устройстве обеспечивается только в ограниченном диапазоне значений зазора между коронирующим и осадительным электродами.
Целью предлагаемого изобретения является повышение устойчивости коронного разряда и генерации ионного ветра.
Для достижения заявленной цели известное устройство для электрической очистки газов, содержащее осадительный и коронирующий электрод с выступающими элементами на его корпусе, снабжено заземленными через электрические сопротивления инициаторами электрических разрядов, установленными между выступающими элементами с зазором не более 50 мм от их поверхности, а в корпусе коронирующего электрода выполнены сквозные отверстия.
В предлагаемом устройстве условия для формирования коронного разряда обеспечиваются непосредственно в самом коронирующем электроде. Между поверхностью выступающих элементов на корпусе коронирующего электрода и заземленными через электрические сопротивления инициаторами электрических зарядов установлен гарантированный зазор. При этом могут быть достигнуты любые наперед заданные точностные характеристики зазора и, как следствие, предлагаемая конструкция не требует повышенных значений напряжения для обеспечения зажигания коронного разряда. Небольшое значение зазора между инициатором электрических зарядов и выступающими элементами, которое не превышает 50 мм, обеспечивает при напряжении порядка 50 кВ устойчивое горение коронного разряда. Высокое значение тока коронного разряда в предлагаемом решении обеспечивается геометрическими параметрами конструкции. Условия для формирования электрических зарядов на поверхности электрода независимы от условий, при которых обеспечивается перемещение заряда к осадительному электроду и формирование ионного ветра. Наличие сквозных отверстий в корпусе снижает аэродинамическое сопротивление при формировании ионного ветра. Таким образом, совокупность новых признаков предлагаемого технического решения позволяет повысить устойчивость коронного разряда и генерации ионного ветра.
На рис. 1 представлено схематическое изображение предлагаемой конструкции устройства для электрической очистки газов.
Устройство включает в себя коронирующий электрод с корпусом 1 и клеммой 2, предназначенной для соединения с источником питания. С шагом X высотой h на плоскости корпуса 1 коронирующего электрода установлены выступающие элементы 3. С зазором 6 относительно выступающих элементов электрически изолированно, например, на изоляторах 4 установлены электропроводные инициаторы электрических разрядов 5, которые через электрические сопротивления 6 соединены с клеммой 7, предназначенной для подключения к контуру заземления. Для снижения аэродинамического сопротивления при формировании ионного ветра в корпусе коронирующего электрода 1 выполнены отверстия 8 для прохождения воздушного потока. Корпус может быть выполнен из обычной электропроводной сетки, см., например, http://www.perfo.ru/catalog/metallicheskava-setka/list-prosechno-vytvazhnoj.html.
Поверхность инициаторов электрических разрядов 5 может быть покрыта слоем электрической изоляции 9. На рис. 1 также представлены источник питания 10, осадительный электрод 11 и контур заземления конструкции 12.
При подаче высокого напряжения от источника питания 10 на клемму 2 коронирующего электрода в области зазора δ между выступающими элементами 3 и поверхностью инициаторов электрических разрядов 5 формируется область повышенного значения напряженности электрического поля. Значение зазора δ и значение сопротивления R выбирают из условия зажигания коронного разряда с учетом электрической прочности воздушного пространства в разрядном промежутке δ, руководствуясь известными соотношениями для коронного разряда (см., например, Н.А. Капцов. Электроника. Государственное издательство технико-технической литературы. Москва. 1956 г.). В области пространства δ между выступающими элементами 3 и поверхностью инициаторов электрических разрядов 5 повышается концентрация электрических зарядов, стекание которых в контур заземления ограничивается электрическим сопротивлением 5 и слоем электрической изоляции 9. При приближении к коронирующему электроду осадительного электрода 11 с зазором Δ, электрическое поле, образуемое между коронирующим и осадительным электродом, смещает образовавшиеся электрические заряды в зазоре δ от коронирующего электрода к осадительному электроду. Таким образом, в предлагаемом техническом решении создается две электрические цепи. Одна цепь - между выступающими элементами 3 и поверхностью инициаторов электрических разрядов 5, где в зазоре δ формируются электрические заряды, часть из которых через сопротивление R уходит в контур заземления. Другая часть зарядов электрическим полем, формируемым между коронирующим электродом и осадительным электродом, уносится к осадительному электроду, формируя в области зазора между ними ионный ветер и повышенную концентрацию электрических зарядов. Соотношение между количеством зарядов, уходящих через инициатор электрических зарядов в контур заземления, и количеством зарядов, обеспечивающих перемещение электрических зарядов к осадительному электроду, определяется геометрическими соотношения коронирующего электрода. Выбор значения сопротивления R, толщины слоя изоляции и значения зазора 6 производится для каждой конкретной конструкции коронирующего электрода в зависимости от значений напряжения источника питания и параметров используемого устройства для генерации коронного разряда: значением зазора между коронирующим электродом и осадительным электродом, требованиям к концентрации электрических зарядов, скорости ионного ветра и пр. Если в известной конструкции одни и те же параметры электрического поля использовались как для формирования электрических зарядов (зажигание коронного разряда), так и для продвижения образуемых электрических зарядов к осадительному электроду, образованию ионного ветра, что может быть обеспечено только в очень узком диапазоне размеров зазора между коронирующим электродом и осадительным электродом. При уменьшении зазора возникает электрический пробой, при увеличении зазора падает напряженность электрического поля, и коронный разряд практически гаснет. Особенно остро стоит вопрос об устойчивом горении коронного разряда в устройствах, работающих в увлажненных газовых потоках, например при использовании коронного разряда для рассеивания тумана.
В предлагаемой же конструкции зажигание коронного разряда и образование электрических зарядов обеспечивается непосредственно в конструкции коронирующего электрода и не зависит от параметров конструкции, формирующей ионный ветер или электрическую очистку газов. Коронирующий электрод может быть изготовлен в заводских условиях с любой наперед заданной точностью всех необходимых параметров, обеспечивающих оптимальные условия для формирования коронного разряда. Причем для зажигания коронного разряда не требуется значительного повышения подаваемого напряжения и, как следствие, решения проблем повышения стойкости электрической изоляции коронирующего электрода. Значение тока коронного разряда, текущего к осадительному электроду, а, следовательно, и скорости ионного ветра определяется только напряженностью электрического поля между коронирующим и осадительным электродом, которое более стабильно в широком диапазоне зазоров пространства между ними. Таким образом, предлагаемая конструкция устройства обеспечивает повышение устойчивости формирования тока коронного разряда от коронирующего электрода к осадительному электроду и ионного ветра, что обеспечивает достижение поставленной цели изобретения.
Изобретение создано при поддержке РФФИ. Проекты №№ 14-08-00836, 15-08-04724,
15-08-0081.