PL101090B3 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest chemiczny reaktor plazmowy, zwlaszcza do otrzy¬ mywania zwiazków azotowych. Wynalazek jest przeznaczony do stosowania przy prowadzeniu procesów chemicznych w strumieniu plazmy.

Stan techniki. Znane chemiczne reaktory plaz¬ mowe 'maja dwie zasadnicze czesci skladowe, a mianowicie komore reakcyjna i generator plaz¬ my, którego najistotniejszymi elementami kon¬ strukcyjnymi — oprócz 'obudowy, ukladów dopro¬ wadzenia czynników roboczych i reakcyjnych oraz ukladu chlodzenia — sa elektrody. Chemiczny reaktor plazmowy, znany z polskiego opisu pa¬ tentowego glównego nr 63261, posiada generator plazmy, którego katoda jest stozkiem o tworzacej nachylonej pod ostrym katem do osi generatora, a anoda jest dysza o stalym przekroju. Stozkowe zakonczenie katody jest usytuowane tuz przed ka¬ nalem dyszy, stanowiacym przestrzen robocza ano¬ dy i calego generatora.

W tego rodzaju znanych reaktorach plazmowych jako czynnik roboczy stosuje sie praktycznie jedy¬ nie gazy jednoatoimowe, zwlaszcza argon, których strumien pod wplywem luku elektrycznego, po¬ wstajacego miedzy katoda a anoda generatora za¬ mienia sie w strumien plazmy, bedacej wówczas jedynie zródlem energii cieplnej. Energia ta jest w znacznym stopniu tracona przez komore reak¬ cyjna, której scianki stykaja sie bezposrednio z kanalem doprowadzajacym czynnik reakcyjny do 2 wylotu dyszy oraz z przegroda oddzielajaca uklad chlodzenia. Taka konstrukcja komory reakcyjnej obniza .znacznie sprawnosc energetyczna reaktora, tym bardziej, ze wykorzystywanie jako nosników ciepla gazów jednoiatomowych wplywa niekorzyst¬ nie na bilans energetyczny. Wykorzystywanie zas jako czynnika roboczego gazów wieloatomowych, o wiekszej pojemnosci cieplnej, jest praktycznie niemozliwe, poniewaz wówczas przy konstrukcji znanych reaktorów miejsce, w którym luk elek¬ tryczny trafia w anode, zwane „plamka anodowa", jest malo ruchliwe, a to powoduje bardzo szybka erozje 'materialu anody. Zjawisku temu przeciw¬ dziala sie w znanych, chemicznych reaktorach plazmowych przez zastosowanie specjalnych dysz doprowadzajacych do .generatora gaz roboczy lub energochlonnej stabilizacji wyladowania luku elek¬ trycznego polem magnetycznym, co bardzo kom¬ plikuje obsluge reaktora.

Istota wynalazku. Istota wynalazku polega na zastosowaniu elektrod generatora plazmy o takim ksztalcie, który zapewni powstawanie w kanale dyszy anody warunków gazodynamioznych, prze¬ suwajacych plamke anodowa i umozliwiajacych w ten sposób stosowanie jako czynnika roboczego gazów wieloatomowych, a ponadto na obnizeniu przewodnictwa cieplnego scian komory reakcyjnej.

W reaktorze wedlug wynalazku .zastosowano pól- goraca katode zakonczona trzpieniem w ksztalcie walca o wysokosci równej lub nieco mniejszej od 1010903 101 090 4 srednicy, korzystnie z wolframu, osadzonym w obudowie imajacej ksztalt stozka scietego, usytuo¬ wanym wewnatrz dyszy ponad wyobleniem po¬ wierzchni wewnetrznej anody uksztaltowanej w formie leja, którego powierzchnia wprowadzajaca, blizsza katody, jest nachylona do plaszczyzny pro¬ stopadlej do osi reaJktora pod katem mniejszym iniz 30°, a powierzchnia robocza kanalu dyszy, po¬ miedzy katoda a komora reakcyjna, stanowi two¬ rzaca stozka scietego o zbieznosci mniejszej niz °, korzystnie w granicach 5 do 10°, przy czym obie te powierzchnie polaczone sa lagodnym wy- oblemieim.

W komorze reakcyjnej umieszczana jest wspól¬ osiowo wkladlka izolacyjna skladajaca sie z we¬ wnetrznej tulei ceramicznej, umieszczonej w gra¬ fitowej ksztaltce oraz z zewnetrznej tulei cera¬ micznej. Pomiedzy tuleja zewnetrzna i ksztaltka znajduje sie gazowa warstwa izolacyjna. Taki uklad izolacyjny wplywa na poprawe bilansu energetycznego reaktora.

Chemiczny reaktor plazmowy wedlug wynalaz¬ ku pozwala stosowac jako czynnik roboczy gazy wieloatomowe, na przyklad azot, z uwagi na fakt, ze warunki gazodynamiczne w kanale dyszy gene¬ ratora plazmy reaktora wedlug wynalazku powo¬ duja tak zwane „bocznikowanie" luku elektrycz¬ nego, co w efekcie daje „wedrówke", czyli ciagle wirowe i odleglosciowe przemieszczanie sie plamki anodowej po powierzchni roboczej kanalu dyszy anody, a to rozklada dzialalnosc erozyjna luku na cala prawie powierzchnie kanalu, przedluzajac w .praktycznie oplacalnym zakresie zywotnosc reak¬ tora. Jednoczesnie poprawiaja sie warunki .chlo¬ dzenia katody.

Objasnienie rysunku. Reaktor wedlug wynalaz¬ ku pokazany jest w przykladzie wykonania na rysunku, którego fig. 1 przedstawia przekrój po¬ osiowy przez generator plazmy i przez komore reakcyjna, a fig. 2 — przekrój poprzeczny przez komore reakcyjna w plaszczyznie A—A oznaczo¬ nej na fig. 1.

Chemiczny reaktor plazmowy sklada sie z kor¬ pusu 1 zamknietego izolacyjna pokrywa 2, w któ¬ rej osadzona jest pólgoraca katoda 3. Wewnatrz korpusu 1 nad katoda 3 jest usytuowana anoda 4 stanowiaca dysze w ksztalcie leja 5. Dysza ma przekrój zmienny, a powierzchnie jej, zróznicowa¬ nie pod wzgledem kata nachylenia tworzacych, wprowadzajaca o zbieznosci 12° w odniesieniu do plaszczyzny prostopadlej do osi reaktora i robocza o kacie zbieznosci 8° w odniesieniu do osi reak¬ tora, stanowia powierzchnie stozkowe, polaczone ze soba lagodnym wyobleiniem. Powyzej dyszy, bez¬ posrednio z nia polaczona, znajduje sie komora 6 reakcyjna, ograniczona obudowa 7, trwale pola¬ czona z korpusem 1. Katoda 3 sklada sie z trzpie¬ nia 8 w ksztalcie walca wykonanego z wolframu o wysokosci nieco mniejszej od jego srednicy, któ¬ ry jest osadzony w obudowie 9 wykonanej z mie¬ dzi w ksztalcie stozka scietego. W komorze 6 reakcyjnej jest osadzona wspólsrodkowo wkladka izolacyjna, która stanowia tuleja 11 ceramicz¬ na, wewnetrzna, osadzona w ksztaltce 12 grafito¬ wej i tuleja 13 ceramiczna, zewnetrzna. Pomiedzy tuleja 13 i ksztaltka 12 jest przestrzen 14, w któ¬ rej tworzy sie gazowa warstwa izolacyjna. W gór¬ nej czesci dyszy nawiercone sa otwory 15, który¬ mi do komory 6 reakcyjnej doprowadzane sa rea¬ genty, uprzednio wprowadzane otworem 16 w kor¬ pusie 1. Poza tym w korpusie 1 usytuowane sa jeszcze w dolnej czesci otwór 17 nawiercony pod katem do promienia korpusu 1 i otwory 18, 19, i 21 stanowiace uklad chlodzenia woda komory 6 reakcyjnej i anody 4.

Dzialanie chemicznego reaktora plazmowego we¬ dlug wynalazku jest nastepujace:, przez otwór 17 wprowadza sie czynnik roboczy, korzystnie azot, który w leju 5 dyszy ulega dysocjacji i zjonizo- waniu, a nastepnie przechodzi do komory 6 reak¬ cyjnej. Reagenty wprowadzane przez otwór 16 w korpusie 1 oraz dalej przez otwór 15 w górnej czesci anody 4 docieraja równiez do komory 6 reakcyjnej, gdzie nastepuje reakcja chemiczna w strumieniu plazmy.

Claims (1)

1. Zastrzezenie pat e n t o w e Chemiczny reaktor plazmowy, stanowiacy kor¬ pus zawierajacy komore reakcyjna d palnik plaz¬ mowy, przy czym w dolnej czesci korpusu znaj¬ duje sie otwór doprowadzajacy gaz roboczy, na¬ wiercony pod katem do korpusu, a na calym korpusie nawiercone sa otwory dla wlotu i wy¬ lotu wody chlodzacej wedlug patentu nr 63261, znamienny tym, ze katoda -palnika plazmowego jest zakonczona trzpieniem (8) w ksztalcie walca, usytuowanym wewnatrz dyozy ponad wyobleniem powierzchni wewnetrznej leja (5), o wysokosci równej lub nieco mniejszej od srednicy, umiesz¬ czonym w obudowie <9) majacej ksztalt stozka scietego, natomiast dysza, stanowiaca anode, two¬ rzy lej (5) o zmiennej srednicy i dwóch powierz¬ chniach stozkowych, polaczonych ze soba lagod¬ nym wyobleniem, przy czym powierzchnia wpro¬ wadzajaca leja (5) anody (4) jest nachylona do plaszczyzny prostopadlej do osi reaktora pod ka¬ tem mniejszym od 30°, a powierzchnia robocza kanalu dyszy anody (4) stanowi tworzaca stozka scietego o zbieznosci niniejszej niz 15°, korzystnie 5 do 10°, natomiast komora (6) reakcyjna ma we¬ wnatrz umieszczona wspólosiowo wkladke (10) izo¬ lacyjna, skladajaca sie iz tulei (11) ceramicznej, wewnetrznej, umieszczonej w ksztaltce (12) grafi¬ towej i tulei (13) ceramicznej, zewnetrznej, przy czym pomiedzy tuleja (13) i ksztaltka (12) jest utworzona przestrzen stanowiaca warstwe (14) izo¬ lacyjna, gazowa. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55101 090 Fig. i A-A Fig. 2