ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ПЛАЗМЕННОГО РАЗРЯДА В ГАЗАХ

Изобретение относится к плазмохимической обработке газов и паров, а именно к плазмохимическому реактору для генерации плазменного разряда в газах и парах.
2
2
2
Известен плазмохимический реактор для переработки природных горючих газов, дымовых газов, выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от содержащихся в них нежелательных химических соединений, в частности СО и HS, NO, СO. Реактор содержит реакционную камеру с окнами для ввода газа и вывода переработанного газа и с расположенными в ней, по меньшей мере, двумя электродами, причем один электрод имеет заостренную форму, а другой электрод - форму гладкой поверхности. Электроды подключены к различным полюсам источника высокого напряжения, причем электрод, имеющий заостренную форму, подключен к положительному полюсу источника высокого напряжения, а электрод, имеющий форму гладкой поверхности, подключен к отрицательному полюсу источника высокого напряжения. В реакторе создают непрерывно горящий стримерный разряд между гладким электродом катода и заостренными электродами анода и пропускают перерабатываемый газ (Патент РФ 2184601 от 07.10.2002, МПК HB01D 53/32).
Недостатками устройства аналога является большие габариты реактора и источника питания, как следствие высокая материалоемкость реактора.
Известен газоконвертор "Ятаган" (патент РФ на полезную модель №40013 от 31.05.04, МКИ В03С 3/02,т бюл. №24, 2004 г). Устройство создано для очистки воздуха от газообразных загрязняющих или дурнопахнущих веществ, воздухоподготовки и стерилизации приточного воздуха. Конструктивно газоконвертор "Ятаган" состоит из трех основных блоков соединенных рукавами. Это блок предварительной очистки (фильтр), газоразрядный блок и каталитический блок, с насыпным катализатором. В газоразрядный блок входит источник питания, выдающий на электроды переменный ток частотой от 50 до 90000 Гц и напряжением от 5 до 20 киловольт. Воздух проходит вдоль сборки электродов, в которой один из электродов плоский и закрыт с обоих сторон стеклом, второй представляет собой сетку с расположенными на ней перпендикулярно плоскости сетки металлическими иглами.
3
К недостаткам аналога следует отнести большой вес и габариты устройства, температурные ограничения по условиям работы от 0 до 50°С, ограничения по нагрузке загрязняющих веществ до 1 г/м.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому реактору является установка для плазмокаталитической стерилизации и очистки воздуха, включающая корпус, имеющий входной и выходной каналы, последовательно расположенные между ними блок питания, газоразрядный узел, каталитическую секцию (патент РФ №2297874 от 03.06.05, МПК В01D 53/86, A61L 2/14; бюл. №12, 2007 г.), выбранная нами в качестве прототипа.
Газоразрядный узел выполнены в виде плазмогенератора, имеющего изолирующую кассету с набором пластин из высокопористого ячеистого материала, диэлектрика, и электропроводящей пластины. Перед газоразрядным узлом установлен вентилятор с блоком управления. Каталитическая секция содержит теплогазоизолирующую перегородку, тепловые нагревательные элементы, закрепленные на каталитических блоках выполненных из высокопористого ячеистого металла (ВПЯМ) и каталитические блоки из высокопористых ячеистых материалов. Пластина из высокопористого ячеистого материала и электропроводящая пластина, образующая разрядную пару подключены к блоку питания. Высокопористые ячеистые металлические каталитические блоки использованы в качестве конструкционного формообразующего и несущего материала каталитической секции.
К недостаткам прототипа следует отнести то, что поступающие в газоразрядный узел газы, пройдя слой высокопористого ячеистого металла, после плазмохимической реакции в зоне плазменного разряда отражаются от диэлектрической пластины и смешиваются с вновь поступающим газом, а значительная часть газового потока вообще не достигает зоны плазменного разряда, обтекая газоразрядный узел, что снижает эффективность плазмохимической обработки газа и производительность установки.
Задачей изобретения является создание простого по конструкции, малогабаритного плазмохимического реактора генерации плазменного разряда в газах высокой производительности, которая позволяет осуществлять плазмохимическую переработку газов и паров при больших скоростях и нагрузках.
Поставленная задача решается с помощью признаков указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как плазмохимический реактор для генерации плазменного разряда в газах, включающий корпус, имеющий входной и выходной каналы, размещенные в нем газоразрядный узел, и каталитический блок из высокопористых ячеистых материалов (ВПЯМ), и отличительных, существенных признаков таких как высокопористым ячеистым материалом заполнено все сечение плазмохимического реактора, вся поверхность которого имеет каталитический слой, ускоряющий протекание плазмохимических реакций в газе, при этом газоразрядный узел представляет собой газоразрядную пару из
размещенных в высокопористом ячеистом материале двух или более сборок изолированных диэлектрическим покрытием электродов, подсоединенные к источнику питания.
Особенность размещения электродов в корпусе реактора нашла отражение в пункте 2 формулы изобретения, а именно сборки изолированных диэлектрическим покрытием электродов, расположены в высокопористом ячеистом материале вдоль или поперек направлению потока газа.
Вышеперечисленная совокупность признаков позволяет получить следующий технический результат - упрощение конструкции и повышение производительности реактора.
Все узлы плазмохимического реактора, собраны в компактный корпус с охлаждаемой или нагреваемой поверхностью и рассчитанной внутренней компоновкой, обеспечивающей максимально эффективную работу; в качестве катализатора применен газопроницаемый высокопористый ячеистый материал с каталитическим покрытием, обеспечивающий турбулизацию потока газа в месте генерации плазмы, и быстрый отвод генерируемого продуктов реакции; газоразрядную пару в высокопористом ячеистом материале образуют размещенные в нем две сборки изолированных диэлектрическим покрытием электродов, подсоединенные к источнику питания, что облегчило и упростило конструкцию плазмохимического реактора, позволив отказаться от трудоемкой электроизоляции высокопористого ячеистого материала в корпусе реактора и высокую эффективность теплопередачи между каталитической секцией и корпусом реактора.
Указанные выше отличительные признаки каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи и являются существенными. Использование предлагаемого сочетания существенных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общими, известными, обеспечивает решение поставленной задачи, является не очевидной для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его примера реализации. На фиг.1 дан разрез плазмохимического реактора с расположением электродов вдоль потока газов; на фиг.2 - дан разрез плазмохимического реактора с расположением электродов поперек потока газов; на фиг.3 - увеличенная зона контакта ВПЯМ с диэлектрическим покрытием электрода.
Плазмохимический реактор состоит из металлического корпуса 1; входного окна 2 и выходного окна 3, в котором расположен каталитический блок 4 и помещенные в нем две или более сборки изолированных диэлектрическим покрытием 5 электродов 6 и 7. Сборки изолированных диэлектрическим покрытием электродов 6, 7 могут быть расположены в высокопористом ячеистом материале вдоль (фиг.1) или поперек (фиг.2) направлению потока газа. Высокопористым ячеистым материалом заполнено все сечение плазмохимического реактора, вся поверхность которого имеет каталитический слой 8 (например, окислы металлов, наночастицы металлов и др.), ускоряющий протекание плазмохимических реакций в газе. (фиг.3)
Устройство работает следующим образом.
Подаваемый в корпус 1 плазмохимического реактора газ проникая через высокопористый ячеистый материал 4 попадает в зону поверхностного разряда 9 между диэлектрическим покрытием 5 электродов 6, 7 и каталитическим слоем 8 на поверхности высокопористого ячеистого материала 4.
Длина каналов разряда ограничена расстоянием между ячейками ВПЯМ и с ростом напряжения растет число микроразрядов 9. Тем самым растет их плотность и появляется возможность более эффективно использовать поверхность, вкладывая больше энергии в площадь разряда. Газовый поток, попадая в газопроницаемый ВПЯМ 4 турбулизуется, взаимодействуя с хаотической сетчато-ячеистой структурой материала.
Начавшиеся в газовой смеси в зоне плазменного разряда 9 реакции ускоряются на высокоразвитой поверхности ВПЯМ, с каталитическим покрытием 8, при этом за счет контакта корпуса 1 реактора с ВПЯМ 4 происходит подача или съем тепла в зоне реакции.
Вышеприведенный конкретный пример свидетельствует о промышленной применимости предлагаемого технического решения.
Из описания и практического применения настоящего изобретения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения. Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.