RU170798U1

RU170798U1 - Gas converter cell plasma discharge

Info

Publication number: RU170798U1
Application number: RU2016136477U
Authority: RU
Inventors: Игорь Олегович Сидоров; Данила Владимирович Кузнецов; Денис Вячеславович Андреев
Original assignee: Игорь Олегович Сидоров; Данила Владимирович Кузнецов
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2017-05-11

Abstract

Ячейка газоконвертера плазменная газоразрядная относится к системам газоразрядно-каталитической, газоразрядной, плазменной, барьерной и иных видов электроочистки газов и воздуха и предназначена для использования в жилых и производственных помещениях, в частности, для удаления вредных газообразных веществ органической природы из вентиляционных и технологических выбросов, для очистки химически агрессивных и влажных газов, применяемых в цветной, черной металлургии, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности, для удаления остаточных концентраций и дурнопахнущих веществ при производстве, например, табачных изделий или копчении. Предназначена для очистки и стерилизации приточного воздуха от запахов и газов, от патогенной микрофлоры в офисных помещениях, при производстве пищевых продуктов, консервировании, пивоварении и др. Технический результат заключается в повышении удельной энергоэффективности очистки воздуха от органических загрязнителей. В заявляемой ячейке газоконвертора плазменной газоразрядной, содержащей установленные в изоляторах изолированные электроды, соединенные между собой тоководами и подключенные через высоковольтную шину к высоковольтному кабелю, кроме того, между изолированными электродами расположены жестко закрепленные в корпусе ответные электроды, согласно заявляемому техническому решению ответные электроды выполнены в виде плоских решеток из листового металла, полученных методом лазерной резки, снабженных шипами с острыми углами, расположенными в одной плоскости с решеткой, при этом шипы каждого ряда решетки ответного электрода смещены относительно друг друга, кроме того, изолированные электроды выполнены в виде металлической сетки, расположенной между слоями токопроводящего материала и помещенной путем запекания в слой диэлектрика. 2 ил.A gas converter plasma discharge cell refers to a gas-discharge-catalytic, gas-discharge, plasma, barrier, and other types of electric gas and air purification systems and is intended for use in residential and industrial premises, in particular, to remove harmful gaseous substances of organic nature from ventilation and technological emissions, for purification of chemically aggressive and moist gases used in non-ferrous, ferrous metallurgy, oil refining, petrochemical and other industries STI, to remove residual concentrations and odorous substances in the production of, for example, tobacco or smoking. Designed for cleaning and sterilizing supply air from odors and gases, from pathogenic microflora in office rooms, in food production, canning, brewing, etc. The technical result is to increase the specific energy efficiency of air purification from organic pollutants. In the inventive cell of the gas converter plasma discharge, containing insulated electrodes installed in insulators, interconnected by current conductors and connected through a high voltage bus to a high voltage cable, in addition, response electrodes rigidly fixed in the housing are located between the insulated electrodes, according to the claimed technical solution, the response electrodes are made in the form flat sheet metal gratings obtained by laser cutting, equipped with spikes with sharp angles located in one plane with a lattice, wherein each row of spikes response electrode grid are offset relative to each other, moreover, isolated electrodes are formed as metal mesh disposed between the layers of conductive material and placed by a dielectric layer in baking. 2 ill.

Description

Ячейка газоконвертора плазменная газоразрядная относится к системам газоразрядно-каталитической, газоразрядной, плазменной, барьерной и иных видов электроочистки газов и воздуха и предназначена для использования в жилых и производственных помещениях, в частности, для удаления вредных газообразных веществ органической природы из вентиляционных и технологических выбросов, для очистки химически агрессивных и влажных газов, применяемых в цветной, черной металлургии, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности, для удаления остаточных концентраций и дурнопахнущих веществ при производстве, например, табачных изделий или копчении. Предназначена для очистки и стерилизации приточного воздуха от запахов и газов, от патогенной микрофлоры в офисных помещениях, при производстве пищевых продуктов, консервировании, пивоварении и др. газоразрядный блок установки для очистки газов (Патент РФ №91009, опубликовано: 27.01.2010), содержащий газоразрядные пары электродов, при этом один из электродов газоразрядной пары выполнен двусторонним в виде пластины, выполненной из стекла или керамики, внутри которой размещен проводник и по крайней мере один токовод, соединяющий проводник с внешним источником тока, при этом отношение размеров ширины и длины пластины находится в диапазоне от 1:1 до 1:5, а свободное от проводника поле пластины по ее периметру имеет ширину от кромки пластины до проводника, составляющую от 0,02 до 0,08 ширины самой пластины.A gas converter plasma discharge cell refers to gas-discharge-catalytic, gas-discharge, plasma, barrier, and other types of electric gas and air purification systems and is intended for use in residential and industrial premises, in particular, for removing harmful gaseous substances of organic nature from ventilation and technological emissions, for purification of chemically aggressive and moist gases used in non-ferrous, ferrous metallurgy, oil refining, petrochemical and other industries STI, to remove residual concentrations and odorous substances in the production of, for example, tobacco or smoking. Designed for cleaning and sterilizing supply air from odors and gases, from pathogenic microflora in office premises, in food production, canning, brewing, and other gas-discharge unit of a gas treatment plant (RF Patent No. 91009, published: 01/27/2010), containing gas-discharge pairs of electrodes, while one of the electrodes of the gas-discharge pair is made bilateral in the form of a plate made of glass or ceramic, inside which a conductor and at least one current lead connecting the conductor to the external a current source, while the ratio of the width and length of the plate is in the range from 1: 1 to 1: 5, and the field of the plate free from the conductor along its perimeter has a width from the edge of the plate to the conductor of 0.02 to 0.08 the width of the plate itself.

Однако при перпендикулярно расположенных шипах на ответных электродах создаются мертвые зоны, в которых не происходит воздействие электронов на очищаемую среду, кроме того, при проецировании поперечного сечения на плоскость будут видны расстояния от электрода до вершины шипа, в этих промежутках не возникает разряд, соответственно не происходит очистка воздуха.However, with perpendicular spikes on the response electrodes, dead zones are created in which no influence of electrons on the medium being cleaned occurs, in addition, when projecting a cross section on the plane, the distances from the electrode to the spike apex will be visible, a discharge will not occur in these spaces, respectively air cleaning.

Также известен газоразрядный блок установки для очистки газов (Патент РФ №40013, опубликовано: 27.08.2004), содержащий корпус, внутри которого установлен по меньшей мере один отсек с расположенными в каждом из них электродами, образующими разрядные пары, а также источник питания, при этом 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.Also known is a gas-discharge unit of a gas purification installation (RF Patent No. 40013, published: 08.27.2004), comprising a housing, inside of which at least one compartment is installed with electrodes located in each of them, forming discharge pairs, as well as a power source, In this case, one of the electrodes of each of the discharge pairs is placed inside the glass layer, and a power supply with a voltage at the output of 5000-20000 V and with a frequency of 50-9000 Hz is used as a power source.

Однако при перпендикулярно расположенных шипах на ответных электродах создаются мертвые зоны, в которых не происходит воздействие электронов на очищаемую среду. Газоразрядный блок имеет по краям зазор между сеткой и стенкой, что в свою очередь так же создает мертвые зоны (отсутствуют разрядные элементы между стенками и крайними электродами, вследствие чего по краям газоразрядного фильтра не образуется разряд и не происходит очистка газа).However, with perpendicular spikes on the response electrodes, dead zones are created in which the action of electrons on the medium being cleaned does not occur. The gas-discharge unit has a gap between the grid and the wall at the edges, which in turn also creates dead zones (there are no discharge elements between the walls and the extreme electrodes, as a result of which no discharge is formed at the edges of the gas-discharge filter and gas is not purified).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является газоразрядный фильтр установки для очистки газов (Патент РФ №118569, опубликовано: 27.07.2012), содержащий установленные внутри корпуса и подключенные к блоку питания с частотой 50-9000 Гц сетчатые металлические электроды с расположенными на них шипами и расположенные в стекле металлические электроды, при этом блок питания выполнен с напряжением на выходе 5000-30000 В, сетчатые металлические электроды выполнены плоскими и расположены параллельно друг другу, а расположенные в стекле металлические электроды расположены между сетчатыми металлическими электродами параллельно последним, при этом расположенные в стекле металлические электроды выполнены из плоского металлического листа, размещенного между двумя слоями стекла, а по периметру металлического листа примыкающие к краю металлического листа слои стекла оплавлены с образованием торцевой стеклянной стенки.Closest to the claimed technical solution is a gas discharge filter of a gas treatment plant (RF Patent No. 118569, published: July 27, 2012), which contains mesh metal electrodes installed inside the housing and connected to a power supply unit with a frequency of 50-9000 Hz with spikes located on them and metal electrodes located in the glass, while the power supply is made with an output voltage of 5000-30000 V, the mesh metal electrodes are made flat and are parallel to each other, and metal located in the glass The metal electrodes are located between the mesh metal electrodes parallel to the last, while the metal electrodes located in the glass are made of a flat metal sheet placed between two layers of glass, and the glass layers adjacent to the edge of the metal sheet are fused to form an end glass wall.

К недостаткам следует отнести то, что металлические электроды выполненные из плоского металлического листа, размещенного между двумя слоями стекла менее эффективны чем сетка. Также их сложно качественно заливать. При термической обработке во время запайки электрода в стеклянный изолятор листовой электрод сильнее подвержен деформации, чем выполненный из сетки. Из-за более сильной термической деформации уменьшается постоянность толщины диэлектрического слоя, вследствие чего значительно ухудшаются как прочностные, так и электрические характеристики электродов.The disadvantages include the fact that metal electrodes made of a flat metal sheet placed between two layers of glass are less effective than a grid. It is also difficult to fill them with quality. During heat treatment during sealing of the electrode in a glass insulator, the sheet electrode is more susceptible to deformation than that made of mesh. Due to stronger thermal deformation, the constancy of the thickness of the dielectric layer decreases, as a result of which both the strength and electrical characteristics of the electrodes are significantly deteriorated.

Задача полезной модели заключается в создании новой плазменной (газоразрядной) ячейки с повышенной эффективностью очистки воздуха.The objective of the utility model is to create a new plasma (gas-discharge) cell with increased air purification efficiency.

Технический результат заключается в повышении энергоэффективности очистки воздуха от органических загрязнителейThe technical result is to increase the energy efficiency of air purification from organic pollutants

Поставленная задача решается тем, что в ячейке газоконвертора плазменной газоразрядной, содержащей установленные в изоляторах изолированные электроды, соединенные между собой тоководами и подключенные через высоковольтную шину к высоковольтному кабелю, кроме того, между изолированными электродами расположены жестко закрепленные в корпусе ответные электроды, согласно заявляемому техническому решению ответные электроды выполнены в виде плоских решеток из листового металла, полученных методом лазерной резки, снабженных шипами с острыми углами, расположенными в одной плоскости с решеткой, при этом шипы каждого ряда решетки ответного электрода смещены относительно друг друга, кроме того, изолированные электроды выполнены в виде металлической сетки, расположенной между слоями токопроводящего материала и помещенной путем запекания в слой диэлектрика.The problem is solved in that in the cell of the gas converter plasma discharge, containing insulated electrodes installed in insulators, interconnected by current conductors and connected through a high voltage bus to a high voltage cable, in addition, response electrodes rigidly fixed in the housing are located between the insulated electrodes, according to the claimed technical solution the response electrodes are made in the form of flat sheet metal gratings obtained by laser cutting, equipped with spikes with bubbled angles arranged in one plane with a lattice, wherein the studs of each row electrode reciprocal lattice are displaced relative to each other, moreover, isolated electrodes are formed as metal mesh disposed between the layers of conductive material and placed by a dielectric layer in baking.

Полезная модель поясняется чертежами: фиг. 1 - конструкция плазменной (газоразрядной) ячейки в сборе, фиг. 2 - изолированный электрод.The utility model is illustrated by drawings: FIG. 1 - design of a plasma (gas-discharge) cell assembly, FIG. 2 - insulated electrode.

Ячейка газоконвертора плазменная газоразрядная (фиг. 1) состоит из корпуса 1, в котором жестко закреплены ответные электроды (карты) 2 в виде плоских решеток из листового металла, полученных методом лазерной резки, снабженных шипами 3 с острыми углами, расположенными в одной плоскости с решеткой. Шипы 3 смещены в каждом последующем ряду и выполнены с возможностью повышения удельной энергоэффективности. Между ответными электродами 2 в ячейку установлены изолированные электроды 4 в изоляторах 5, образующие с ответными электродами 2 газоразрядные высоковольтные пары. Изолированные электроды 4 соединены между собой через тоководы 6 высоковольтной шиной 7. Высоковольтный модуль плазменной ячейки подключен через высоковольтный кабель к высоковольтной шине 7.The gas converter plasma discharge cell (Fig. 1) consists of a housing 1, in which the response electrodes (cards) 2 are rigidly fixed in the form of flat sheet metal gratings obtained by laser cutting, equipped with spikes 3 with sharp angles located in the same plane with the grating . The spikes 3 are shifted in each subsequent row and are made with the possibility of increasing specific energy efficiency. Between the response electrodes 2, insulated electrodes 4 are installed in the cell in insulators 5, which form gas-discharge high-voltage pairs with the response electrodes 2. The insulated electrodes 4 are interconnected via current leads 6 with a high voltage bus 7. The high voltage module of the plasma cell is connected via a high voltage cable to the high voltage bus 7.

Изолированные электроды 4 выполнены в виде металлической сетки (или в виде металлических листов, в том числе фольги, и перфорированных), помещенной путем запекания в слой диэлектрика (стекло, керамика, пластик, резина, силикон). Токопроводящий слой с двух сторон покрыт прозрачным изоляционным компаундом, улучшающим изоляционные свойства слоя диэлектрика, а также предотвращающим образование микропузырьков воздуха в ячейках сетки. При запекании компаунд образует тонкую стекловидную пленку на поверхности металла. После запекания электрода пленка компаунда полностью соединяется с основным диэлектрическим слоем. Отделение пленки от основного диэлектрического слоя становится невозможным.The insulated electrodes 4 are made in the form of a metal mesh (or in the form of metal sheets, including foil, and perforated), placed by baking in a dielectric layer (glass, ceramic, plastic, rubber, silicone). The conductive layer is coated on both sides with a transparent insulating compound, which improves the insulating properties of the dielectric layer, and also prevents the formation of microbubbles of air in the mesh cells. When baking, the compound forms a thin glassy film on the surface of the metal. After baking the electrode, the compound film is completely connected to the main dielectric layer. The separation of the film from the main dielectric layer becomes impossible.

Ответные электроды 2 могут быть выполнены из различных металлов (сталь, латунь, медь, нержавеющая сталь, оцинкованная сталь, алюминий)The counter electrodes 2 can be made of various metals (steel, brass, copper, stainless steel, galvanized steel, aluminum)

Ячейка газоконвертора плазменная газоразрядная работает следующим образом.The gas converter cell plasma discharge works as follows.

К плазменной ячейке подают питание с частотой 50-9000 Гц и напряжением 5-30 кВ через высоковольтный кабель на высоковольтную шину 7. Принцип работы основан на воздействии барьерно-стриммерного разряда (холодная плазма) на очищаемый газ. Плазменный разряд создается между ответными электродами 2 и изолированными электродами 4, установленными в корпусе 1.A plasma cell is supplied with a frequency of 50–9000 Hz and a voltage of 5–30 kV through a high-voltage cable to a high-voltage bus 7. The principle of operation is based on the effect of a barrier-streamer discharge (cold plasma) on the gas being cleaned. A plasma discharge is created between the response electrodes 2 and the insulated electrodes 4 installed in the housing 1.

Ответные электроды 2 имеют плоскую форму, поэтому высоковольтные разряды (стриммеры) идут непосредственно с плоскости карты, что в свою очередь также обеспечивает отсутствие мертвых зон и максимальную эффективность. Смещение шипов 3 на ответных электродах на каждом последующем ряду обеспечивает повышение удельной энергоэффективности путем устранения мертвых зон.The response electrodes 2 have a flat shape, so high-voltage discharges (streamers) go directly from the plane of the card, which in turn also ensures the absence of dead zones and maximum efficiency. The offset of the spikes 3 on the return electrodes on each subsequent row provides an increase in specific energy efficiency by eliminating dead zones.

По тоководу 6 подают высокое напряжение на электрод, расположенный внутри изолятора 5. Изолятор 5 необходим для получения барьерного электрического разряда между электродами 4 и картами 2, без слоя диэлектрика происходило бы горение электрической дуги. Расположение металлической сетки электрода 4 между слоями токопроводящего материла обеспечивает более равномерное распределение заряда по поверхности электрода, что в свою очередь ведет к повышению удельной энергоэффективности очистки воздуха.High voltage is applied to current lead 6 through an electrode located inside insulator 5. Insulator 5 is necessary to obtain a barrier electric discharge between electrodes 4 and cards 2, without an insulating layer, an electric arc would burn. The location of the metal mesh of the electrode 4 between the layers of the conductive material provides a more uniform charge distribution over the surface of the electrode, which in turn leads to an increase in the specific energy efficiency of air purification.

Для полноценного прохождения реакции конверсии газовоздушная смесь должна двигаться со скоростью от 3 до 3,5 м/с. Если воздух будет проходить через ячейку газоконвертора быстрее, качество реакции будет ниже.For a complete conversion reaction to take place, the gas-air mixture should move at a speed of 3 to 3.5 m / s. If air will pass through the gas converter cell faster, the quality of the reaction will be lower.

Пример. Была изготовлена плазменная ячейка газоконвертора STRADA, имеющая сечение 300×200 и способная очищать до 780 м³ газовоздушной смеси в час, это расчетные величины, неразрывно связанные друг с другом.Example. The plasma cell of the STRADA gas converter was produced, having a cross section of 300 × 200 and capable of cleaning up to 780 m ^{3 of} air-gas mixture per hour, these are calculated values that are inextricably linked with each other.

Испытания показали, что отсутствие зон прохода воздушного потока, в которых воздух не подвергается обработке плазменным разрядом, снижает энергозатраты на деструкцию 1 г ацетона (модельное среднеполярное органическое вещество) с 3,2 до 2,3 кВт/ч, что привело к повышению энергоэффективности на 28%.Tests have shown that the absence of airflow passage zones in which air is not subjected to plasma discharge treatment reduces the energy consumption for the destruction of 1 g of acetone (model medium-polar organic matter) from 3.2 to 2.3 kW / h, which led to an increase in energy efficiency by 28%

Claims

The gas converter cell is a gas discharge plasma containing insulated electrodes installed in insulators, interconnected by current conductors and connected through a high-voltage bus to a high-voltage cable, in addition, response electrodes rigidly fixed in the housing are located between the insulated electrodes, characterized in that the response electrodes are made in the form of flat gratings from sheet metal obtained by laser cutting, equipped with spikes with sharp angles located in the same plane with the grating, at that the spikes of each row electrode reciprocal lattice are displaced relative to each other, moreover, isolated electrodes are formed as metal mesh disposed between the layers of conductive material and placed by a dielectric layer in baking.