Газоразрядный блок установки для очистки газов

Полезная модель относятся к устройствам для очистки газов и предназначена для очистки атмосферного (наружного) и рециркуляционного воздуха в системах приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования воздуха в общественных зданиях и промышленных сооружениях.
Известен газоразрядный блок установки для очистки газов, содержащий корпус, внутри которого установлен по меньшей мере один отсек с расположенными в каждом из них электродами, образующими разрядные пары, а также источник питания, один из электродов каждой из разрядных пар размещен внутри слоя стекла, а в качестве источника питания использован блок питания с напряжением на выходе 5000-20000 В и с частотой 50-9000 Гц (см. свидетельство на полезную модель RU №40013, кл. В03С 3/02, 27.08.2004).
Данная установка и ее газоразрядный блок обеспечивают очистку газов - воздушных выбросов пищевых, промышленных и других предприятий от вредных и дурно пахнущих газообразных веществ и паров. Однако установка в корпусе отсеков с электродами, позволяет более гибко изменять конфигурацию установки и приводит к излишним аэродинамическим потерям, а также к увеличению материалоемкости газоразрядного блока.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является газоразрядный блок установки для очистки газов, содержащий металлический корпус с двумя боковыми и двумя торцевыми плоскими стенками, внутри которого расположены плоские металлические электроды, образующие разрядные пары, при этом электроды подключены к источнику питания, один из электродов каждой из разрядных пар размещен внутри слоя стекла в виде стеклянной пластины и выполнен из плоского перфорированного металлического листа, в качестве источника питания использован блок питания с напряжением на выходе 5000-20000 В и с частотой 50-9000 Гц, плоские металлические электроды, расположенные между размещенными в слое стекла плоскими металлическими электродами, выполнены из плоского металлического листа, в котором выполнены щелевидные вертикальные отверстия со штырьками вдоль боковой стенки каждого щелевидного отверстия, отогнутыми к плоскости металлического листа, образующего эти электроды, а боковые стенки этих электродов выполнены с выступами, вставленными в выполненные в боковой стенке корпуса отверстия, при этом в боковых стенках корпуса выполнены отогнутые внутрь корпуса язычки для установки между ними электродов, размещенных в слое стекла (см. патент на полезную модель RU №144629, кл. В03С 3/02, 27.08.2014).
Однако данный газоразрядный блок установки для очистки газов не обеспечивает требуемую стабильность барьерно-стриммерного разряда (холодная плазма) между металлическими электродами, что не позволяет обеспечить требуемую эффективность очистки воздуха в системах приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования воздуха в общественных зданиях и промышленных сооружениях.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является устранение указанных недостатков.
Технический результат заключается в повышении стабильности барьерно-стриммерного разряда (холодной плазмы) между металлическим электродами и, как результат в повышении эффективности очистки воздуха в системах приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования воздуха в общественных зданиях и промышленных сооружениях, а также в обеспечении возможности обеззараживания воздуха в помещениях и уничтожении в нем бактерий и вирусов.
Поставленная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что газоразрядный блок установки для очистки газов содержит металлический корпус с двумя боковыми и двумя торцевыми плоскими стенками, внутри которого расположены плоские металлические электроды, образующие разрядные пары, при этом электроды подключены к источнику питания, один из электродов каждой из разрядных пар размещен внутри слоя стекла в виде стеклянной пластины и выполнен из плоского перфорированного металлического листа, в качестве источника питания использован блок питания с напряжением на выходе 5000-20000 В и с частотой 50-9000 Гц, плоские металлические электроды, расположенные между размещенными в слое стекла плоскими металлическими электродами, выполнены из плоского металлического листа, в котором выполнены щелевидные вертикальные отверстия со штырьками вдоль боковой стенки каждого щелевидного отверстия, а боковые стенки этих электродов выполнены с выступами, вставленными в выполненные в боковой стенке корпуса отверстия, при этом в боковых стенках корпуса выполнены отогнутые внутрь корпуса язычки для установки между ними электродов, размещенных в слое стекла, при этом штырьки, выполнены на стенках вертикальных щелевидных отверстий в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине 30°, причем треугольные штырьки равномерно расположены вдоль боковой стенки щелевидного отверстия и в шахматном порядке относительно треугольных штырьков, выполненных на противоположной боковой стенке щелевидного отверстия, причем плоская вертикальная стенка с выполненными на ней штырьками, образованная выполненными в плоском металлическом электроде щелевидными отверстиями, отогнута в вертикальной плоскости относительно плоской поверхности металлического электрода на угол, составляющий с плоской поверхностью металлического электрода величину от 80° до 90°, в торцевых стенках корпуса выполнены вертикальные щелевидные отверстия, на боковой стенке каждого из которых выполнены равномерно расположенные вдоль боковой стенки щелевидного отверстия штырьки треугольной формы в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине 30°, причем плоская вертикальная стенка с выполненными на ней штырьками, образованная выполненными в торцевых стенках корпуса щелевидными отверстиями, отогнута в вертикальной плоскости относительно плоской поверхности торцевой стенки на угол, составляющий от 80° до 90° с направлением штырьков внутрь корпуса, толщина стеклянной пластины, в которой расположен металлический электрод, составляет от 6,5 до 9 мм, а выступы металлических электродов, вставленные в отверстия боковых стенок корпуса, соединены с последним посредством сварки.
Электроды газоразрядного блока, предпочтительно, расположены параллельно торцевым стенкам корпуса.
Электрод, размещенный в слое стекла, предпочтительно, расположен по середине его толщины, металлический электрод и стекло имеют прямоугольную форму, металлические электроды выполнены со штырьком, выходящим за пределы стеклянной пластины для подключения к источнику электрического тока, а сам металлический электрод расположен в слое стеклянной пластины с образованием вдоль края стекла свободной от электрода кромки, ширина которой составляет от 0,01 до 0,015 от ширины слоя стекла.
В ходе проведенного исследования было выявлено, что стабильность барьерно-стриммерного разряда (холодной плазмы) между металлическим электродами в значительной степени зависит от конструктивных особенностей выполнения газоразрядного блока. При этом была установлена взаимосвязь между формированием стабильного барьерно-стриммерного разряда по всей поверхности между металлическим электродами и выполнением формы штырьков на металлических электродах, стабильностью подаваемого на электроды электрического тока, сохранением в процессе работы стабильного расстояния между острыми концами штырьков металлических электродов и углом их наклона к поверхности металлического электрода, а также толщиной диэлектрика в виде стекла, расположенного между электродами.
Было выявлено, что выполнение штырьков металлических электродов с углом при вершине более 30° в сочетании со значительным отклонением наклона штырька от перпендикулярного к плоской поверхности металлического электрода приводит к затруднению формирования барьерно-стриммерного разряда и отсутствию возможности формирования стабильного барьерно-стриммерного разряда по всей поверхности металлического электрода, особенно, если не подобрана оптимальная толщина слоя стекла между металлическими электродами, а расстояние между электродами в процессе работы блока меняется. В тоже время было выявлено, что выполнение штырька с углом при вершине треугольного штырька менее 30° приводит при работе к разрушению острой вершины, причем данный процесс не всегда носит одинаковый характер на различных штырьках, что приводит к изменению расстояния между электродами и, как результат к формированию нестабильного барьерно-стриммерного разряда между металлическими электродами. Таким образом, вышеуказанные размеры выполненных в виде равнобедренных треугольников штырьков с отклонением их от перпендикулярного расположения не более чем на 10°, т.е. при наклоне штырьков вместе с плоской вертикальной стенкой на которой они выполнены под углом от 80° до 90°, в сочетании с оптимальной подобранной экспериментально толщиной слоя стекла позволило добиться стабильного барьерно-стриммерного разряда по всей поверхности равномерно распределенных по поверхности металлического электрода треугольных штырьков, что в свою очередь позволило перекрыть стабильным барьерно-стриммерного разрядом всю площадь поверхности между металлическим электродами с соответствующим повышением эффективности очистки воздуха. Надо также отметить, что сохранению и поддержанию стабильности барьерно-стриммерного разряда также способствовали сварка штырьков на боковой поверхности металлических электродов с боковой стенкой корпуса, что позволило повысить жесткость конструкции с соответствующей стабилизацией расстояния между металлическим электродами и одновременно позволило избежать нарушения электрического контакта между металлическими электродами и корпусом и, как результат позволило обеспечить стабильную подачу электрического тока ко всем металлическим электродами, несмотря на имеющий место неравномерный нагрев элементов конструкции газоразрядного блока в процессе его работы. Кроме того, для обеспечения стабильного барьерно-стриммерного разряда по всей поверхности равномерно распределенных по поверхности металлического электрода треугольных штырьков существенное значение имеет создание одинаковых условий для формирования вышеуказанного разряда, что удалось добиться сочетанием выполнения вертикальных щелевых отверстий как в металлических электродах, так и в торцевых стенках корпуса, в первую очередь за счет обеспечения подвода очищаемого воздуха в корпус вдоль боковых стенок корпуса с формированием воздушного потока с меньшими завихрениями, причем подвод воздушного потока через одинаковые вертикальные щелевые отверстия позволяет формировать практически одинаковые вертикальные параллельные потоки воздуха на входе в корпус, что снижает потери при смешении этих потоков и их распределении внутри корпуса блока с более выровненными по поперечному сечению смешанного воздушного потока и более стабильными параметрами потоков воздуха между электродами в газоразрядном блоке при одновременном увеличении количества обеззараженного воздуха на выходе из газоразрядного блока.
На фиг. 1 представлен газоразрядный блок установки с вынутыми из него металлическими электродами.
На фиг. 2 представлено фото боковой стенки корпуса газоразрядного блока установки для очистки газов с приваренными к ней выступами металлических электродов и загнутыми внутрь корпуса язычками.
На фиг. 3 представлен газоразрядный блок установки для очистки газов с частично вставленными в него металлическими электродами и не приваренными еще к корпусу выступами металлических электродов.
На фиг. 4 представлен вид с боку на металлический электрод, который выполнен со штырьками и установлен между металлическими электродами, которые и размещены внутри слоя стекла в виде стеклянной пластины.
На фиг. 5 представлен вид с торца на металлический электрод, устанавливаемый между металлическими электродами, которые размещены внутри слоя стекла в виде стеклянной пластины.
На фиг. 6 представлено фото торцевой стенки корпуса, в котором вставлены металлические электроды со штырьками.
Газоразрядный блок установки для очистки газов содержит металлический корпус 1 с двумя боковыми 2 и двумя торцевыми 3 плоскими стенками. Внутри корпуса 1 расположены плоские металлические электроды 4 и 5, образующие разрядные пары, при этом электроды подключены к источнику питания (не показан на чертежах).
Один из электродов 4 каждой из разрядных пар размещен внутри слоя стекла в виде стеклянной пластины 6 и выполнен из плоского перфорированного металлического листа (на чертежах не показано). В качестве источника питания использован блок питания с напряжением на выходе 5000-20000 В и с частотой 50-9000 Гц.
Плоские металлические электроды 5, расположенные между размещенными в слое стекла в виде стеклянной пластины 6 плоскими металлическими электродами 4, выполнены из плоского металлического листа, в котором выполнены вертикальные щелевидные отверстия 7 со штырьками 8 вдоль боковой стенки каждого щелевидного отверстия 7, причем плоская вертикальная стенка с выполненными на ней штырьками 8, образованная выполненными в плоском металлическом электроде 5 щелевидными отверстиями 7, отогнута в вертикальной плоскости относительно плоской поверхности металлического электрода на угол, составляющий с плоской поверхностью металлического электрода величину от 80° до 90°, а боковые стенки этих электродов 5 выполнены с выступами 9, вставленными в выполненные в боковой стенке 2 корпуса 1 отверстия 10.
В боковых стенках 2 корпуса 1 выполнены отогнутые внутрь корпуса 1 язычки 11 для установки между ними электродов 4, размещенных в слое стекла в виде стеклянной пластины 6.
Штырьки 8, выполненные в вертикальных щелевидных отверстиях 7, выполнены в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине 30°, причем треугольные штырьки 8 равномерно расположены вдоль боковой стенки щелевидного отверстия 7 и в шахматном порядке относительно треугольных штырьков 8, выполненных на противоположной боковой стенке щелевидного отверстия 7.
В торцевых стенках 3 корпуса 1 выполнены вертикальные щелевидные отверстия 12, на боковой стенке каждого из которых выполнены равномерно расположенные вдоль боковой стенки щелевидного отверстия 12 штырьки 13 треугольной формы в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине 30° причем плоская вертикальная стенка с выполненными на ней штырьками 13, образованная выполненными в торцевых стенках 3 корпуса 1 щелевидными отверстиями 12, отогнута в вертикальной плоскости относительно плоской поверхности торцевой стенки 3 на угол, составляющий от 80° до 90° с направлением штырьков 13 внутрь корпуса.
Толщина стеклянной пластины 6, в которой расположен металлический электрод 4, составляет от 6,5 до 9 мм, а выступы 9 металлических электродов 5, вставленные в отверстия 10 боковых стенок 2 корпуса 1, соединены с последним посредством сварки.
Электроды 4 и 5 газоразрядного блока, предпочтительно, расположены параллельно торцевым стенкам 3 корпуса 1.
Электрод 4, размещенный в слое стекла в виде стеклянной пластины 6, предпочтительно, расположен по середине его толщины, при этом металлический электрод 4 и слой стекла в виде стеклянной пластины 6 имеют прямоугольную форму.
Металлические электроды 4 выполнены со штырьком, выходящим за пределы стеклянной пластины 6 для подключения к источнику электрического тока, а сам металлический электрод расположен в слое стеклянной пластины 6 с образованием вдоль края стекла свободной от электрода кромки, ширина которой составляет от 0,01 до 0,015 от ширины слоя стекла в виде стеклянной пластины 6.
При работе газоразрядного блока установки для очистки газов последние проходят через блок между электродами 4 и 5.
Принцип работы газоразрядного блока основан на воздействии барьерно-стриммерного разряда (холодная плазма) на очищаемый газ, например очищаемый и подаваемый в помещение воздух или выбрасываемый в атмосферу воздух с технологических участков предприятия. Барьерно-стриммерный разряд создается между металлическими электродами 4 расположенными в слое стекла в виде стеклянной пластины 6 и выполненными из плоского металлического листа электродами 5, на которые подается переменное напряжение от высоковольтного трансформатора (до 20кВ). Электроды 4 и 5 расположены в корпусе 1 таким образом, что металлические электроды 4 и 5 последовательно чередуются между собой с образованием между ними газоразрядных ячеек. Газоразрядный блок за счет окисления находящихся в очищаемом газе, в частности атмосферном воздухе веществ очищает его от вредных и пахучих веществ.
Данная полезная модель может быть легко изготовлена с использованием легко доступных металлических и диэлектрических материалов и найти широкое применение для очистки воздуха или ряда других газов от вредных примесей, как в жилых, так и производственных помещениях, а также в обеспечении возможности обеззараживания воздуха в помещениях и уничтожении в нем бактерий и вирусов.