RU2733395C1 - Electrophysical device for cleaning gases from environmentally harmful impurities, air disinfection and sterilization - Google Patents

Electrophysical device for cleaning gases from environmentally harmful impurities, air disinfection and sterilization Download PDF

Info

Publication number
RU2733395C1
RU2733395C1 RU2020120395A RU2020120395A RU2733395C1 RU 2733395 C1 RU2733395 C1 RU 2733395C1 RU 2020120395 A RU2020120395 A RU 2020120395A RU 2020120395 A RU2020120395 A RU 2020120395A RU 2733395 C1 RU2733395 C1 RU 2733395C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
grounded
streamer corona
initiators
electrodes
Prior art date
Application number
RU2020120395A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Залманович Понизовский
Александр Васильевич Плохов
Игорь Евгеньевич Рындин
Максим Константинович Жданов
Олег Станиславович Кужель
Original Assignee
Александр Залманович Понизовский
Александр Васильевич Плохов
Игорь Евгеньевич Рындин
Максим Константинович Жданов
Олег Станиславович Кужель
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Залманович Понизовский, Александр Васильевич Плохов, Игорь Евгеньевич Рындин, Максим Константинович Жданов, Олег Станиславович Кужель filed Critical Александр Залманович Понизовский
Priority to RU2020120395A priority Critical patent/RU2733395C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2733395C1 publication Critical patent/RU2733395C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/16Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/16Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
    • A61L9/22Ionisation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03CMAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/02Plant or installations having external electricity supply
    • B03C3/04Plant or installations having external electricity supply dry type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/16Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by purification, e.g. by filtering; by sterilisation; by ozonisation
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Abstract

FIELD: high-voltage engineering.
SUBSTANCE: invention relates to high-voltage engineering and can be used for cleaning gases from environmentally harmful impurities, air disinfection and sterilization by means of low-temperature plasma generated by pulsed streamer corona discharges. To this end, an electrophysical device is provided, comprising at least one grounded electrode and at least one high-voltage electrode comprising initiators of pulse streamer corona discharges on at least one of its sides, with formation between adjacent earthed and high-voltage electrodes of reactor chamber, in which initiators of pulse streamer corona discharges are located, as well as pulse voltage generator, to which high-voltage electrode is connected. At that, initiators of pulse streamer corona discharges located on high-voltage electrode are made in the form of half-ellipsoids of rotation.
EFFECT: invention provides higher efficiency of the device.
7 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к технике высоких напряжений, в частности – к электрофизическому устройству для очистки газов от экологически вредных примесей (газообразных примесей, а также пылевых и мелкодисперсных аэрозольных частиц), для обеззараживания воздуха (снижения обсемененности воздуха патогенными микроогранизмами и вирусами до безопасного уровня), стерилизации как воздуха, так и диэлектрических и металлических предметов при помощи низкотемпературной плазмы, создаваемой импульсными стримерными коронными разрядами.The invention relates to high voltage technology, in particular - to an electrophysical device for cleaning gases from environmentally harmful impurities (gaseous impurities, as well as dust and fine aerosol particles), for air disinfection (reducing air contamination by pathogenic microorganisms and viruses to a safe level), sterilization both air and dielectric and metal objects using low-temperature plasma created by pulsed streamer corona discharges.

Известны устройства [Masuda S., Nakao H. Removal of NOx in the exhaust gas from a diesel engine using pulsed plasma. //IEEE-IAS Annual Conference. 1986. Denver. P. 1173.3., А. З. Понизовский, С. Г. Гостеев, О. С. Кужель, А. С. Смирнов. Промышленные установки для очистки воздуха с помощью низкотемпературной неравновесной плазмы газового разряда. Химическая безопасность 2018г. Том 2 №2, с:212-228.], в которых с помощью импульсного стримерного коронного разряда осуществляется очистка воздуха от экологически вредных газообразных примесей, пылевых и мелкодисперсных аэрозольных частиц. Эти устройства состоят из реакторных камер, через которые проходит поток воздуха, ограниченных коаксиально или плоско расположенными высоковольтными и заземленными электродами. Высоковольтные электроды подключаются к высоковольтному импульсному генератору, который генерирует импульсы напряжения наносекундной длительности. Под действием импульсов в пространстве между высоковольтным и заземленным электродом возникает стримерный коронный разряд, создающий низкотемпературную плазму. Низкотемпературная плазма характеризуется значительными плотностями и энергиями электронов, способных создать в разрядном промежутке высокие концентрации активных промежуточных частиц (атомарного кислорода, ионов и радикалов), которые вступают в радиационно-химические реакции с молекулами-загрязнителями. В результате реакций происходит конверсия газообразных примесей в экологически безвредные газы или аэрозоли [Понизовский А.З. Очистка вент выбросов с помощью импульсного и постоянного коронных разрядов. Экологические системы и приборы. 2007г. №11 с.9-14]. Мелкодисперсный аэрозоль, пыль и продукты, образующиеся под действием коронного разряда, за счет постоянного коронного разряда, имеющего место в паузе между импульсами, оседают на заземленном электроде, откуда смываются водой. Кроме того, в генерируемой импульсным стримерным коронным разрядом низкотемпературной плазме за счет большой плотности энергии электронов, радикалов, атомарного кислорода, озона и ультрафиолетового излучения происходит обеззараживание воздуха от микроорганизмов и вирусов [T.Xia1, A.Kleinhekse, E.M. Lee, Z.Qiao, K.R.Wigginton H.L.Clack. Inactivation of airborne viruses using a packed bed non-thermal plasma reactor. J. Phys. D: Appl. Phys. 52 (2019) 255201 (12pp)]. Аналогично в зоне действия низкотемпературной плазмы имеет место и стерилизация объектов [J Ehlbeck, U Schnabe, M Polak, J Winter, Th von Woedtke, R Brandenburg, T von dem Hagen, K-D Weltmann Low temperature atmospheric pressure plasma sources for microbial decontamination. J. Phys. D: Appl. Phys. 44 (2011) 013002 (18pp)]. Known devices [Masuda S., Nakao H. Removal of NOx in the exhaust gas from a diesel engine using pulsed plasma. // IEEE-IAS Annual Conference. 1986. Denver. P. 1173.3., A. Z. Ponizovsky, S. G. Gosteev, O.S. Kuzhel, A. S. Smirnov. Industrial installations for air purification using low-temperature nonequilibrium gas discharge plasma. Chemical safety 2018 Volume 2 No. 2, p: 212-228.], In which the air is purified from environmentally harmful gaseous impurities, dust and fine aerosol particles using a pulsed streamer corona discharge. These devices consist of reactor chambers through which the flow of air passes, bounded by coaxial or planar high voltage and grounded electrodes. The high voltage electrodes are connected to a high voltage pulse generator that generates nanosecond voltage pulses. Under the action of pulses, a streamer corona discharge arises in the space between the high-voltage and grounded electrodes, which creates a low-temperature plasma. Low-temperature plasma is characterized by significant densities and energies of electrons capable of creating in the discharge gap high concentrations of active intermediate particles (atomic oxygen, ions, and radicals), which enter into radiation-chemical reactions with pollutant molecules. As a result of the reactions, the conversion of gaseous impurities into environmentally friendly gases or aerosols occurs [Ponizovsky A.Z. Cleaning vent emissions using pulsed and permanent corona discharges. Environmental systems and devices. 2007 No. 11 p.9-14]. Fine aerosol, dust and products formed under the action of a corona discharge, due to a constant corona discharge, which takes place in the pause between pulses, settle on the grounded electrode, from where they are washed off with water. In addition, in the low-temperature plasma generated by a pulsed streamer corona discharge due to the high energy density of electrons, radicals, atomic oxygen, ozone and ultraviolet radiation, air is disinfected from microorganisms and viruses [T.Xia1, A.Kleinhekse, E.M. Lee, Z. Qiao, K. R. Wigginton H. L. Clack. Inactivation of airborne viruses using a packed bed non-thermal plasma reactor. J. Phys. D: Appl. Phys. 52 (2019) 255201 (12pp)]. Similarly, sterilization of objects takes place in the area of action of low-temperature plasma [J Ehlbeck, U Schnabe, M Polak, J Winter, Th von Woedtke, R Brandenburg, T von dem Hagen, K-D Weltmann Low temperature atmospheric pressure plasma sources for microbial decontamination. J. Phys. D: Appl. Phys. 44 (2011) 013002 (18pp)].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство, описанное в патенте США № 6224653, содержащее реакторную камеру, образованную между цилиндрическим заземленным электродом и концентрично установленным внутри него цилиндрическим высоковольтным электродом, содержащим большое количество острий. Острия на этом электроде предназначены для точечного усиления поля, позволяющего создать условия для возникновения стримерного коронного разряда. Высоковольтный электрод подключается к многоступенчатому генератору Фитча, который создает высокое импульсное напряжение. В результате между остриями и заземленным электродом возникают многоточечные стримерные коронные разряды. Closest to the proposed invention is the device described in US patent No. 6224653, containing a reactor chamber formed between a cylindrical grounded electrode and concentrically mounted inside it cylindrical high-voltage electrode containing a large number of tips. The tips on this electrode are designed for a point amplification of the field, which makes it possible to create conditions for the occurrence of a streamer corona discharge. The high voltage electrode is connected to a Fitch multistage generator, which generates a high pulse voltage. As a result, multipoint streamer corona discharges arise between the tips and the grounded electrode.

Недостатком описанного устройства является его низкий КПД ввиду того, что конструкция высоковольтного электрода не учитывает специфику его работы при генерации наносекундного импульсного стримерного коронного разряда.The disadvantage of the described device is its low efficiency due to the fact that the design of the high-voltage electrode does not take into account the specifics of its operation when generating a nanosecond pulsed streamer corona discharge.

Задачей заявляемого изобретения является создание электрофизического устройства для очистки газов от экологически вредных примесей, обеззараживания воздуха и стерилизации при помощи низкотемпературной плазмы, создаваемой импульсными стримерными коронными разрядами, конструктивное исполнение которого обеспечило бы достижение технического результата, заключающегося в повышении КПД устройства.The objective of the claimed invention is to create an electrophysical device for cleaning gases from environmentally harmful impurities, air disinfection and sterilization using low-temperature plasma created by pulsed streamer corona discharges, the design of which would ensure the achievement of a technical result, which consists in increasing the efficiency of the device.

Поставленная задача решается тем, что разработано электрофизическое устройство для очистки газов от экологически вредных примесей, обеззараживания воздуха и стерилизации при помощи низкотемпературной плазмы, создаваемой импульсными стримерными коронными разрядами, содержащее по меньшей мере один заземленный электрод и по меньшей мере один высоковольтный электрод, содержащий инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов по меньшей мере с одной из его сторон, с образованием между соседними заземленным и высоковольтным электродами реакторной камеры, в которой расположены инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов, а также генератор импульсного напряжения, к которому подключен высоковольтный электрод, при этом инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов выполнены в форме полуэллипсоидов вращения.The problem is solved by the fact that an electrophysical device has been developed for cleaning gases from environmentally harmful impurities, disinfecting air and sterilizing using low-temperature plasma created by pulsed streamer corona discharges, containing at least one grounded electrode and at least one high-voltage electrode containing pulsed initiators streamer corona discharges from at least one of its sides, with the formation of a reactor chamber between adjacent grounded and high-voltage electrodes, in which initiators of pulsed streamer corona discharges are located, as well as a pulse voltage generator to which a high-voltage electrode is connected, while initiators of pulsed streamer corona discharges discharges are made in the form of semi-ellipsoids of rotation.

Под соседними высоковольтным и заземленным электродами в контексте данного описания подразумеваются высоковольтный и заземленный электроды, между которыми отсутствуют любые другие электроды, при этом реакторную камеру может образовать только та пара соседних заземленного и высоковольтного электродов, в которой высоковольтный электрод содержит инициаторы импульсного стримерного коронного разряда со стороны соответствующего ему заземленного электрода (обращенной к соответствующему заземленному электроду).In the context of this description, adjacent high-voltage and grounded electrodes mean high-voltage and grounded electrodes, between which there are no other electrodes, while the reactor chamber can only be formed by the pair of adjacent grounded and high-voltage electrodes in which the high-voltage electrode contains initiators of a pulsed streamer corona discharge from the side its corresponding grounded electrode (facing the corresponding grounded electrode).

Под полуэллипсоидами вращения в контексте данного описания следует понимать часть поверхности эллипсоида вращения, отсеченную плоскостью, проходящей через малые полуоси (одной длины) указанного эллипсоида вращения. При этом ось указанного полуэллипсоида вращения проходит через большую полуось эллипсоида вращения, которым он образован. Указанная ось полуэллипсоида вращения является перпендикулярной поверхности высоковольтного электрода.Semi-ellipsoids of revolution in the context of this description should be understood to mean a part of the surface of an ellipsoid of revolution cut off by a plane passing through the semi-minor axes (of the same length) of said ellipsoid of revolution. In this case, the axis of the specified semi-ellipsoid of revolution passes through the semi-major axis of the ellipsoid of revolution, by which it is formed. The specified axis of the semi-ellipsoid of revolution is perpendicular to the surface of the high-voltage electrode.

Известно, что КПД работы электрофизических устройств для очистки газов от экологически вредных примесей, обеззараживания воздуха и стерилизации определяется внедряемой в газ энергией, которая, в свою очередь, прямо пропорциональна заряду, внедренному в межэлектродный промежуток стримерами, стартующими от инициаторов импульсного стримерного коронного разряда (острий) [А. З. Понизовский, С. Г. Гостеев, О. С. Кужель, А. С. Смирнов. Промышленные установки для очистки воздуха с помощью низкотемпературной неравновесной плазмы газового разряда. Химическая безопасность 2018г. Том 2 №2, стр: 212-228.]. Там же показано, что в существующих установках по очистке воздуха наносекундным имульсным стримерным коронным разрядом из-за излишней остроты коронирующих точек на инициаторах импульсного стримерного коронного разряда стримеры стартуют задолго до амплитудного значения импульса. Базируясь на экспериментальных данных о стримерном коронном разряде [Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Искровой разряд М.Изд-во МФТИ 1997, 320 с., Б.Пек Моделирование лавинно-стримерного перехода в пакете Comsol 17.с. https://tehnick.github.io/seminar/streamers3/streamer_in_Air.pdf Понизовский А.З., Гостеев С.Г. Зондовые измерения параметров стримеров частотного наносекундного коронного разряда. Ядерная физика и инжиниринг. 2016 7(5):462-470, Д.В.Разевиг, М.В. Соколова Расчет начальных и разрядных напряжений газовых промежутков М.-Энергия,1970 200 с.] и рассчитанных характеристиках электрических полей, авторами данного изобретения было установлено, что увеличить величину начального напряжения стримера и, тем самым, повысить КПД устройства, можно за счет уменьшения остроты коронирующих точек, в частности – за счет выполнения инициаторов импульсного стримерного коронного разряда в форме эллипсоидов.It is known that the efficiency of operation of electrophysical devices for cleaning gases from environmentally harmful impurities, disinfecting air and sterilizing is determined by the energy introduced into the gas, which, in turn, is directly proportional to the charge introduced into the interelectrode gap by streamers starting from the initiators of a pulsed streamer corona discharge (tips ) [AND. Z. Ponizovsky, S. G. Gosteev, O.S. Kuzhel, A. S. Smirnov. Industrial installations for air purification using low-temperature nonequilibrium gas discharge plasma. Chemical safety 2018 Volume 2 No. 2, pp: 212-228.]. It is also shown there that in existing installations for air purification by a nanosecond pulsed streamer corona discharge, due to the excessive sharpness of corona points on the initiators of a pulsed streamer corona discharge, streamers start long before the amplitude value of the pulse. Based on experimental data on streamer corona discharge [Bazelyan EM, Raizer Yu.P. Spark discharge M. MIPT 1997, 320 p., B. Peck Modeling of avalanche-streamer transition in the Comsol package 17.p. https://tehnick.github.io/seminar/streamers3/streamer_in_Air.pdf Ponizovsky A.Z., Gosteev S.G. Probe measurements of the parameters of streamers of a frequency nanosecond corona discharge. Nuclear Physics and Engineering. 2016 7 (5): 462-470, D.V. Razevig, M.V. Sokolova Calculation of the initial and discharge voltages of gas gaps M.-Energiya, 1970 200 pp.] And the calculated characteristics of electric fields, the authors of this invention found that increasing the value of the initial voltage of the streamer and, thus, increasing the efficiency of the device, it is possible by reducing the sharpness corona points, in particular - due to the implementation of the initiators of the pulsed streamer corona discharge in the form of ellipsoids.

Очевидно, что распределение коронирующих точек инициаторов импульсных стримерных коронных разрядов, выполненных в форме эллипсоидов вращения, по поверхности высоковольтного электрода, а, соответственно, и размеры указанных инициаторов в каждом конкретном исполнении устройства должны быть различными и могут быть расчитаны. It is obvious that the distribution of corona points of initiators of pulsed streamer corona discharges, made in the form of ellipsoids of revolution, over the surface of the high-voltage electrode, and, accordingly, the sizes of these initiators in each specific version of the device must be different and can be calculated.

Так, для генерации наносекундного импульсного стримерного коронного разряда с максимально возможной внедряемой в газ энергией необходимо выполнение следующих условий.Thus, to generate a nanosecond pulsed streamer corona discharge with the maximum possible energy introduced into the gas, the following conditions must be met.

Во-первых, импульсная напряженность электрического поля Емах на расстоянии не менее 0,5 мм от высоковольтного электрода должна быть больше 30 кВ/см (Емах > 30 кВ/см). First, the pulsed electric field strength E max at a distance of at least 0.5 mm from the high-voltage electrode should be more than 30 kV / cm (E max > 30 kV / cm).

Во-вторых, среднее значение импульсного электрического поля Еср, которое рассчитывается по формулеSecondly, the average value of the pulsed electric field E cf , which is calculated by the formula

Еср=Up/d, (1) E cf = U p / d, (1)

где Up – амплитуда импульсного напряжения, where U p is the amplitude of the pulse voltage,

d – межэлектродное расстояние,d - interelectrode distance,

должно находиться в пределах между 5кВ/см и 10кВ/см (5кВ/см < Еср < 10кВ/см) (нижний предел Еср соответствует минимальному значению для развития стримера, верхний предел Еср соответствует электрическому пробою разрядного промежутка).should be in the range between 5kV / cm and 10kV / cm (5kV / cm <E cf <10 kV / cm) (the lower limit of E cf corresponds to the minimum value for the development of a streamer, the upper limit of E cf corresponds to the electrical breakdown of the discharge gap).

В-третьих, в момент старта стримеров потенциал высоковольтного электрода Ust должен быть близок к Up (Ust ≈ Up), т.к. заряд, внедряемый стримером в межэлектродное простарнство, рассчитывается по формулеThirdly, at the moment of start of streamers, the potential of the high-voltage electrode U st should be close to U p (U st ≈ U p ), since the charge introduced by the streamer into the interelectrode space is calculated by the formula

Q=4πε0rhUst (2),Q = 4πε 0 r h U st (2),

где rh - радиус головки стримера. where r h is the radius of the streamer head.

В-червертых, объемный заряд, внедряемый от каждого коронирующего инициатора импульсного стримерного коронного разряда (острия), не должен резко снижать электрическое поле на соседнем коронирующем острие, тем самым препятствуя возникновению стримера. Fourthly, the space charge introduced from each corona initiator of a pulsed streamer corona discharge (tip) should not drastically reduce the electric field at the adjacent corona tip, thereby preventing the formation of a streamer.

Эти условия можно выполнить, если инициаторы импульсного стримерного коронного разряда, расположенные на высоковольтном электроде такого радиуса, при котором при заданных параметрах импульса напряжения на его поверхности Емах < 25 кВ/см, имеют форму полуэллипсоидов вращения.These conditions can be met if the initiators of a pulsed streamer corona discharge, located on a high-voltage electrode of such a radius at which, for the given parameters of the voltage pulse on its surface, E max <25 kV / cm, have the form of semi-ellipsoids of revolution.

Опираясь на вышеперечисленные условия, были рассчитаны наиболее предпочтительные геометрические параметры инициаторов стримерного коронного разряда, в частности при радиусе кривизны высоковольтного электрода больше 3 см инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов размещены на расстоянии больше 3 мм между их вершинами, длина большой полуоси эллипсоида вращения, образующего полуэллипсоид вращения, в форме которого выполнен инициатор импульсного стримерного коронного разряда, больше 1 см, а сотношение малой и большой полуосей эллипсоида вращения, образующего полуэллипсоид вращения, в форме которого выполнен инициатор импульсного стримерного коронного разряда, составляет от 0,2 до 0,6. Расчет указанных оптимальных геометрических параметров инициаторов стримерного коронного разряда приведен ниже со ссылками на прилагаемые фигуры. Based on the above conditions, the most preferable geometric parameters of the initiators of the streamer corona discharge were calculated, in particular, when the radius of curvature of the high-voltage electrode is more than 3 cm, the initiators of pulsed streamer corona discharges are located at a distance of more than 3 mm between their tops, the length of the semi-major axis of the ellipsoid of revolution forming a semi-ellipsoid of revolution , in the form of which the initiator of the pulsed streamer corona discharge is made, is greater than 1 cm, and the ratio of the minor and major semiaxes of the ellipsoid of revolution forming a semi-ellipsoid of revolution, in the form of which the initiator of the pulsed streamer corona discharge is made, is from 0.2 to 0.6. The calculation of the specified optimal geometric parameters of the initiators of the streamer corona discharge is given below with reference to the attached figures.

Заявляемое устойство может характеризоваться различными конкретными вариантами реализации, отличиющимися количеством заземленных и высоковольтных электродов, их формой и расположением.The inventive device can be characterized by various specific implementation options, which differ in the number of grounded and high-voltage electrodes, their shape and location.

В одном из вариантов осуществления заявляемого изобретения заземленный и высоковольтный электроды выполнены в виде плоских пластин.In one embodiment of the claimed invention, the grounded and high-voltage electrodes are made in the form of flat plates.

В другом варианте осуществления заявляемого изобретения заземленный и высоковольтный электроды выполнены в виде изогнутых пластин, в частности – образованных частью боковой поверхности цилиндра.In another embodiment of the claimed invention, the grounded and high-voltage electrodes are made in the form of curved plates, in particular, formed by a part of the lateral surface of the cylinder.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления заявляемого изобретения заземленный и высоковольтный электроды выполнены цилиндрическими и установлены коаксиально.In another preferred embodiment of the claimed invention, the grounded and high voltage electrodes are cylindrical and mounted coaxially.

Помимо варианта реализации устройства с двумя электродами (одним заземленным и одним высоковольтным), устройство может содержать установленные поочередно n заземленных электродов и n высоковольтных электродов, содержащих инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов с одной стороны, где n≥2. При этом очевидно, что инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов на каждом из высоковольтных электродов расположены со стороны соответствующего ему заземленного электрода. Такое исполнение подразумевает наличие в устройстве двух и более реакторных камер, каждая из которых ограничена отдельной парой электродов, включающей заземленный и высоковольтный электрод.In addition to the embodiment of the device with two electrodes (one grounded and one high-voltage), the device can contain n grounded electrodes and n high-voltage electrodes installed alternately, containing initiators of pulsed streamer corona discharges on one side, where n≥2. It is obvious that the initiators of pulsed streamer corona discharges on each of the high-voltage electrodes are located on the side of the corresponding grounded electrode. This design implies the presence of two or more reactor chambers in the device, each of which is limited by a separate pair of electrodes, including a grounded and high-voltage electrode.

Заземленные и высоковольтные электроды могут быть установлены и непоочередно, однако в любом случае попарно (например, заземленный-высоковольтный-высоковольтный-заземленный), при этом инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов на высоковольтных электродах расположены со стороны соответствующих заземленных электродов.Grounded and high-voltage electrodes can be installed alternately, but in any case in pairs (for example, grounded-high-voltage-high-voltage-grounded), while the initiators of pulsed streamer corona discharges on high-voltage electrodes are located on the side of the corresponding grounded electrodes.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления устройство содержит установленные поочередно (начиная с заземленного электрода) n заземленных электродов и n-1 высоковольтных электродов, содержащих инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов с двух сторон, где n≥2. Такое исполнение устройства также подразумевает наличие в устройстве двух и более реакторных камер, однако в данном варианте каждая из камер ограничена отдельным заземленным электродом и одним общим на две смежные камеры высоковольтным электродом.In another preferred embodiment, the device comprises n grounded electrodes and n-1 high-voltage electrodes installed alternately (starting from the grounded electrode), containing initiators of pulsed streamer corona discharges on both sides, where n≥2. This design of the device also implies the presence in the device of two or more reactor chambers, however, in this embodiment, each of the chambers is limited by a separate grounded electrode and one high-voltage electrode common to two adjacent chambers.

Альтернативно устройство может содержать установленные поочередно (начиная с высоковольтного электрода) n высоковольтных электродов и n-1 заземленных электродов, где n≥2. В таком варианте реализации заземленные электроды установлены между парами высоковольтных электродов, при этом крайние высоковольтные электроды содержат инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов с одной стороны, в частности – со стороны соответствующих им заземленных электродов, а внутренние высоковольтные электроды (в случае их наличия, т.е. если n>2) содержат инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов с двух сторон.Alternatively, the device may comprise n high-voltage electrodes and n-1 grounded electrodes installed alternately (starting from the high-voltage electrode), where n≥2. In such an embodiment, grounded electrodes are installed between pairs of high-voltage electrodes, while the extreme high-voltage electrodes contain initiators of pulsed streamer corona discharges on one side, in particular, from the side of the corresponding grounded electrodes, and internal high-voltage electrodes (if any, i.e. if n> 2) contain initiators of pulsed streamer corona discharges on both sides.

Два последних вышеописанных варианта исполнения заявляемого устройства являются менее металлоемкими, если сравнивать с металлоемкостью устройств с одной реакторной камерой, необходимых для обеспечения той же производительности, а, следовательно, более экономичными.The last two above-described embodiments of the claimed device are less metal-consuming when compared with the metal-consuming devices with one reactor chamber, which are necessary to ensure the same productivity, and, therefore, are more economical.

В вариантах исполнения, где заявляемое устройство содержит две и более реакторные камеры, последние могут быть соединены между собой последовательно или же, наоборот, воздух или другой газ проходит по ним параллельно. Первый вариант исполнения целесообразен, например, при работе устройства с потоком воздуха или другого газа, подлежащим максимальной степени обработки (очистки, обеззараживания), когда в последующей по потоку камере поток воздуха или другого газа дообрабатывается. Второй вариант исполнения целесообразен, например, при необходимости повышения производительности устройства, т.е. обработки большего объема воздуха или другого газа за единицу времени, или при выполнении заявляемым устройством функции стерилизации предметов, когда прохождение их через несколько реакторных камер исключается.In embodiments where the claimed device contains two or more reactor chambers, the latter can be connected in series with each other, or, conversely, air or other gas flows through them in parallel. The first embodiment is expedient, for example, when the device operates with a flow of air or other gas subject to the maximum degree of processing (cleaning, disinfection), when the flow of air or other gas is processed further in the chamber downstream of the flow. The second embodiment is expedient, for example, when it is necessary to increase the productivity of the device, i.e. processing a larger volume of air or other gas per unit of time, or when the claimed device performs the function of sterilizing objects, when their passage through several reactor chambers is excluded.

Как правило, генератор импульсного напряжения содержит регулятор зарядного напряжения. При этом высоковольтный электрод подключен к генератору импульсного напряжения посредством проходного изолятора через заземленную часть устройства, обеспечивающего изоляцию токопроводящих элементов от корпуса устройства, через который они проходят. Typically, the pulse voltage generator contains a charging voltage regulator. In this case, the high-voltage electrode is connected to the pulse voltage generator by means of a bushing through the grounded part of the device, which insulates the conductive elements from the device body through which they pass.

В случае если крайними наружными электродами являются заземленные электроды, они могут также выполнять функцию корпуса устройства. Такой вариант исполнения является наиболее оптимальным с точки зрения металлоемкости, а, следовательно, экономичности. If the outermost electrodes are grounded electrodes, they can also function as a device housing. This version is the most optimal from the point of view of metal consumption, and, consequently, efficiency.

Также следует отметить, что крайний внутренний электрод в случае выполнения электродов цилиндрическими вне зависимости от его типа (заземленный или высоковольтный) может быть выполнен как полым (т.е. трубчатым или, другими словами, в форме полого цилиндра, как и все остальные электроды), так и сплошным, т.е. без осевого отверстия. It should also be noted that if the electrodes are cylindrical, regardless of their type (grounded or high-voltage), the outermost inner electrode can be made as hollow (i.e. tubular or, in other words, in the form of a hollow cylinder, like all other electrodes) , and solid, i.e. without center hole.

Осадок, который может образовываться на соответствующей стенке заземленного электрода, может быть удален, например, посредством оснащения заявляемого устройства устройством подвода воды к верхней части рабочей поверхности заземленного электрода для смыва осадка, а также отверстием для слива, выполненным в заземленной части корпуса, или любым другим подходящим образом, известным из уровня техники.The sediment that can form on the corresponding wall of the grounded electrode can be removed, for example, by equipping the inventive device with a device for supplying water to the upper part of the working surface of the grounded electrode for washing off the sediment, as well as a drain hole made in the grounded part of the housing, or any other in a suitable manner known from the prior art.

Таким образом, существуют различные варианты исполнения заявляемого утсройства, отличающиеся количеством реакторных камер, количеством электродов, которые их образуют, месторасположением указанных электродов, а также их исполнением. Более того, возможны также варианты осуществления устройства, например в случае, когда электроды выполнены цилиндрическими, где заявляемое устройство будет представлять собой батарею, содержащую несколько некоаксиальных реакторных камер или же несколько групп коаксиальных реакторных камер, реакторные камеры каждой из которых являются некоаксиальными реакторным камерам другой группы или групп. Все реакторные камеры при необходимости могут быть объединены в одном корпусе, а все высоковольтные электроды батареи могут быть подключены к одному генератору импульсного напряжения. Однако в любом вышеописанном варианте исполнения или любом другом подпадающим под независимый пункт формулы заявляемого изобретения варианте исполнения инициаторы стримерных коронных разрядов на высоковольтном электроде будут иметь форму полуэллипсоидов вращения, а их геометрические параметры, в свою очередь, будут зависеть от конкретного исполнения устройства.Thus, there are various versions of the claimed device, which differ in the number of reactor chambers, the number of electrodes that form them, the location of these electrodes, as well as their design. Moreover, embodiments of the device are also possible, for example, in the case when the electrodes are cylindrical, where the inventive device will be a battery containing several non-coaxial reactor chambers or several groups of coaxial reactor chambers, the reactor chambers of each of which are non-coaxial reactor chambers of another group or groups. All reactor chambers, if necessary, can be combined in one housing, and all high-voltage electrodes of the battery can be connected to one pulse voltage generator. However, in any of the above-described embodiment or any other embodiment falling under the independent claim of the claimed invention, the initiators of streamer corona discharges on the high-voltage electrode will have the form of semi-ellipsoids of revolution, and their geometric parameters, in turn, will depend on the specific design of the device.

Заявляемое изобретение будет более детально раскрыто со ссылками на следующие графические материалы:The claimed invention will be disclosed in more detail with reference to the following graphic materials:

фиг. 1 – схематический вид в разрезе одного из предпочтительных вариантов осуществления заявляемого изобретения;fig. 1 is a schematic sectional view of one of the preferred embodiments of the claimed invention;

фиг. 2 – схематический увеличенный вид в разрезе одного инициатора импульсного стримерного коронного разряда, расположенного между высоковольтным и заземленным электродами;fig. 2 is a schematic, enlarged cross-sectional view of one pulsed streamer corona initiator located between the high voltage and grounded electrodes;

фиг. 3 – зависимость напряженности поля в точке расчета поля при средней напряженности электрического поля 9 кВ/см в межэлектродном промежутке в зависимости от соотношения полуосей эллипсоида вращения, образующего полуэллипсоид вращения, в форме которого выполнен инициатор импульсного стримерного коронного разряда; fig. 3 - dependence of the field strength at the point of calculation of the field with an average electric field strength of 9 kV / cm in the interelectrode gap, depending on the ratio of the semiaxes of the ellipsoid of revolution forming a semi-ellipsoid of revolution, in the form of which the initiator of the pulsed streamer corona discharge is made;

фиг.4 – зависимость напряженности поля в точке расчета поля при средней напряженности электрического поля 7 кВ/см в межэлектродном промежутке в зависимости от соотношения полуосей эллипсоида вращения, образующего полуэллипсоид вращения, в форме которого выполнен инициатор импульсного стримерного коронного разряда;Fig. 4 shows the dependence of the field strength at the point of calculation of the field at an average electric field strength of 7 kV / cm in the interelectrode gap depending on the ratio of the semiaxes of an ellipsoid of revolution forming a semi-ellipsoid of revolution, in the form of which the initiator of a pulsed streamer corona discharge is made;

фиг.5 – зависимость напряженности поля в точке расчета поля при средней напряженности электрического поля 6 кВ/см в межэлектродном промежутке в зависимости от соотношения полуосей эллипсоида вращения, образующего полуэллипсоид вращения, в форме которого выполнен инициатор импульсного стримерного коронного разряда; Fig. 5 - dependence of the field strength at the point of calculation of the field with an average electric field strength of 6 kV / cm in the interelectrode gap, depending on the ratio of the semiaxes of the ellipsoid of revolution forming a semi-ellipsoid of revolution, in the form of which the initiator of the pulsed streamer corona discharge is made;

фиг. 6 – зависимость напряженности поля в точке расчета поля при средней напряженности электрического поля 5 кВ/см в межэлектродном промежутке в зависимости от соотношения полуосей эллипсоида вращения, образующего полуэллипсоид вращения, в форме которого выполнен инициатор импульсного стримерного коронного разряда;fig. 6 - dependence of the field strength at the point of calculation of the field with an average electric field strength of 5 kV / cm in the interelectrode gap depending on the ratio of the semiaxes of the ellipsoid of revolution forming a semi-ellipsoid of revolution, in the form of which the initiator of the pulsed streamer corona discharge is made;

фиг.7 – зависимость напряженности электрического поля заряда головки стримера от расстояния до нее.Fig. 7 shows the dependence of the electric field strength of the streamer head charge on the distance to it.

На фиг. 1 проиллюстрирован схематический вид электрофизического устройства для очистки газов от экологически вредных примесей, обеззараживания воздуха и стерилизации при помощи низкотемпературной плазмы, создаваемой импульсными стримерными коронными разрядами. Указанное устройство содержит установленные коаксиально один цилиндрический заземленный электрод 1 и один цилиндрический высоковольтный электрод 2, содержащий инициаторы 3 импульсных стримерных коронных разрядов с одной его стороны, обращенной к заземленному электроду 1. Указанные инициаторы 3 выполнены в форме полуэллипсоидов вращения. На фиг. 1 видно, что указанные электроды 1 и 2 установлены коаксиально, при этом между ними образована реакторная камера 4. Высоковольтный электрод 2 подключен к генератору 5 импульсного напряжения через проходной изолятор 6. На фиг. 1 видно, что заземленный электрод 1 является корпусом устройства. Позициями 7 и 8 обозначены вход и выход газа/воздуха в и из реакторной камеры 4 соответственно. Альтернативно или совместно с указанными входом и выходом устройство может быть оборудовано отверстием для помещения в реакторную камеру 4 предмета для его стерилизации. Заземленный 1 и высоковольтный 2 электроды расположены на расстоянии d друг от друга. Стрелками на фиг. 1 показано направление движения подаваемого в устройство газа/воздуха. Инициаторы 3 стримерного коронного разряда расположены на расстоянии S между их вершинами.FIG. 1 shows a schematic view of an electrophysical device for cleaning gases from environmentally harmful impurities, air disinfection and sterilization using low-temperature plasma created by pulsed streamer corona discharges. The specified device contains installed coaxially one cylindrical grounded electrode 1 and one cylindrical high-voltage electrode 2 containing initiators 3 of pulsed streamer corona discharges on one side facing the grounded electrode 1. Said initiators 3 are made in the form of semi-ellipsoids of revolution. FIG. 1, it can be seen that these electrodes 1 and 2 are installed coaxially, with a reactor chamber 4 being formed between them. The high-voltage electrode 2 is connected to a pulse voltage generator 5 through a bushing 6. FIG. 1 it can be seen that the grounded electrode 1 is the body of the device. References 7 and 8 designate the gas / air inlet and outlet to and from the reactor chamber 4, respectively. Alternatively or in conjunction with the specified inlet and outlet, the device can be equipped with an opening for placing an object in the reactor chamber 4 for sterilization. Grounded 1 and high-voltage 2 electrodes are located at a distance d from each other. The arrows in FIG. 1 shows the direction of movement of the gas / air supplied to the device. The initiators of the 3 streamer corona discharge are located at a distance S between their tops.

На фиг. 2 представлен схематический увеличенный вид в разрезе одного инициатора 3 импульсного стримерного коронного разряда, расположенного между высоковольтным 2 и заземленным 1 электродами. Как c обозначен один из фокусов эллипсоида вращения, в форме которого, в свою очередь, выполнен инициатор 3 импульсного стримерного коронного разряда; указанный фокус c находится на указанном инициаторе 3. На фиг. 2 с целью приведения дальнейшего расчета оптимальных геометрических параметров инициаторов 3 обозначена длина 2q малой оси эллипсоида вращения, образующего полуэллипсоид вращения, в форме которого выполнен инициатор 3 импульсного стримерного коронного разряда, а также длина q соответственно малой полуоси и длина t большой полуоси указанного эллипсоида вращения. Как Δx обозначено расстояние от вершины 9 полуэллипсоида вращения до точки 10 расчета поля. FIG. 2 is a schematic enlarged sectional view of one pulsed streamer corona initiator 3 disposed between high voltage 2 and grounded 1 electrodes. As c denotes one of the foci of the ellipsoid of revolution, in the form of which, in turn, the initiator 3 of the pulsed streamer corona discharge is made; said focus c is on said initiator 3. In FIG. 2 in order to further calculate the optimal geometric parameters of initiators 3, the length 2q of the minor axis of the ellipsoid of revolution, forming a semi-ellipsoid of revolution, in the form of which the initiator 3 of the pulsed streamer corona discharge is made, as well as the length q, respectively, of the minor semiaxis and the length t of the major semiaxis of the specified ellipsoid of revolution are indicated. As Δx denotes the distance from the vertex 9 of the semi-ellipsoid of revolution to the point 10 of the field calculation.

Ниже приведен пример расчета оптимальных геометрических параметров конструктивных элементов заявляемого устройства (в частности – инициаторов 3 в форме полуэллипсоидов вращения), которое согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления содержит цилиндрический заземленный 1 и высоковольтный 2 электроды больших радиусов кривизны (т.е. таких радиусов, при которых при заданных параметрах импульса напряжения на поверхности высоковольтного электрода Емах < 25 кВ/см). Рассматривается крайний случай, когда электрическое поле между плоскими высоковольтным 2 и заземленным 1 электродами, которые изображены на фиг. 2 как прямые линии, однородное.Below is an example of calculating the optimal geometric parameters of structural elements of the proposed device (in particular, initiators 3 in the form of semi-ellipsoids of revolution), which, according to one of the preferred embodiments, contains a cylindrical grounded 1 and high-voltage 2 electrodes of large radii of curvature (i.e. such radii, when which at the given parameters of the voltage pulse on the surface of the high-voltage electrode E max <25 kV / cm). An extreme case is considered when the electric field between flat high-voltage 2 and grounded 1 electrodes, which are shown in Fig. 2 as straight lines, uniform.

Поскольку длина t инициатора 3 импульсного стримерного коронного разряда намного меньше, чем расстояние d между заземленным 1 и высоковольтным 2 электродами, то для расчетов оптимальных параметров инициатора 3 можно использовать формулу для распределения электрического поля в промежутке полуэллипсоид вращения между двух плоскостей, как изображено на фиг. 2. На фиг. 2 инициатор 3 в форме полуэллипсоида вращения с большой полуосью t, малой полуосью q и фокусом c эллипсоида вращения, образующего указанный полуэллипсоид вращения, находится между плоскими заземленным 1 и высоковольтным 2 электродами, отдаленными друг от друга на расстояние d. Since the length t of the initiator 3 of the pulsed streamer corona discharge is much less than the distance d between the grounded 1 and high-voltage 2 electrodes, to calculate the optimal parameters of the initiator 3, one can use the formula for the distribution of the electric field in the half-ellipsoid gap of rotation between two planes, as shown in Fig. 2. In FIG. 2 initiator 3 in the form of a semi-ellipsoid of revolution with a semi-major axis t, a semi-minor axis q and a focus c of an ellipsoid of revolution forming the specified semi-ellipsoid of revolution is located between flat grounded 1 and high-voltage 2 electrodes spaced apart by a distance d.

Выражение (1) позволяет рассчитать напряженность электрического поля E(t) в точке, удаленной на расстояние Δх для данной геометрии в зависимости от значений t, q, Up, d: Expression (1) allows calculating the electric field strength E (t) at a point located at a distance Δх for a given geometry, depending on the values of t, q, U p , d:

E(t) =

Figure 00000001
, (3)E (t) =
Figure 00000001
, (3)

гдеWhere

c =

Figure 00000002
c =
Figure 00000002

A(t) =

Figure 00000003
A (t) =
Figure 00000003

b(t) =

Figure 00000004
b (t) =
Figure 00000004

c(t) =

Figure 00000005
c (t) =
Figure 00000005

a(t) = t + Δxa (t) = t + Δx

B(t) = 0,5

Figure 00000006
ln
Figure 00000007
B (t) = 0.5
Figure 00000006
ln
Figure 00000007

η = t/c.η = t / c.

Поскольку для возникновения импульсного стримерного коронного разряда необходима зона с полем Емах > 30 кВ/см протяженностью Δх ≥ 1 мм, то на фиг. 3-6 представлен расчет поля по (3) при Δx = 0,1 см для полуэллипсоидов различной высоты c соотношением полуосей для значений Еср 5, 6, 7, 9 кВ/см. Результаты расчетов показывают, что первое условие Емах > 30 кВ/см для Δх = 0,1 см и 5 кВ/см≤Еср<10 кВ/см выполняются для t > 1 см и 0,2 < q/t. Since for the occurrence of a pulsed streamer corona discharge, a zone with a field E max > 30 kV / cm and a length of Δx ≥ 1 mm is required, then in Fig. Figures 3-6 show the calculation of the field according to (3) at Δx = 0.1 cm for semi-ellipsoids of various heights with the ratio of the semiaxes for the values of E av 5, 6, 7, 9 kV / cm. The calculation results show that the first condition E max > 30 kV / cm for Δх = 0.1 cm and 5 kV / cm ≤ E cf <10 kV / cm are satisfied for t> 1 cm and 0.2 <q / t.

Из фиг. 2 следует, что третье условие Ust ≈ Up будет выполняться при t > 1 см и 0,6 < q/t.From FIG. 2 it follows that the third condition U st ≈ U p will be fulfilled for t> 1 cm and 0.6 <q / t.

Таким образом, оптимальными параметрами эллипсоида вращения являются t > 1 см и 0,2 < q/t < 0,6.Thus, the optimal parameters of the ellipsoid of revolution are t> 1 cm and 0.2 <q / t <0.6.

Если устройства проектируются под определенные значения Up и d в диапазоне 5 кВ/см ≤ Еср < 10 кВ/см, то результаты расчета позволяют определить оптимальные значения параметров полуэллипсоида вращения t = 150/(Up/d)2.5, q = 3dt/Up/d для электродов с радиусом кривизны R > 3 см.If the devices are designed for certain values of U p and d in the range of 5 kV / cm ≤ E cf <10 kV / cm, then the calculation results allow us to determine the optimal values of the parameters of the semi-ellipsoid of revolution t = 150 / (U p / d) 2.5 , q = 3dt / U p / d for electrodes with a radius of curvature R> 3 cm.

Для выполнения условия 4 необходимо, чтобы внедряемый объемный заряд Q от одной коронирующей точки не экранировал соседнюю коронирующую точку. Исходя из имеющихся экспериментальных данных, с каждой коронирующей точки стартуют стримеры с суммарным зарядом ∑Q ≈
10-8 Кл. Расчет электрического поля (фиг. 7) от такого заряда показывает, что экранировка практически отсутствует при расстоянии 3 мм от этого заряда до вершины соседнего полуэллипсоида. Таким образом, можно распологать инициаторы 3 импульсных стримерных коронных разрядов в форме полуэллипсоидов вращения на расстоянии S > 3 мм между их вершинами.
To satisfy condition 4, it is necessary that the introduced space charge Q from one corona point does not screen the adjacent corona point. Based on the available experimental data, streamers with a total charge ∑Q ≈
10 -8 Cl. Calculation of the electric field (Fig. 7) from such a charge shows that there is practically no screening at a distance of 3 mm from this charge to the top of the neighboring semi-ellipsoid. Thus, initiators of 3 pulsed streamer corona discharges can be located in the form of semi-ellipsoids of revolution at a distance S> 3 mm between their vertices.

Анализ экспериментальных данных показывает, что за счет выполнения инициаторов 3 в форме полуэллипсоидов вращения и правильного выбора значений t, q и S КПД работы существующих устройств импульсного стримерного коронного разряда можно поднять более чем на 20%.Analysis of the experimental data shows that due to the implementation of initiators 3 in the form of semi-ellipsoids of revolution and the correct choice of the values of t, q, and S, the efficiency of the existing devices of a pulsed streamer corona discharge can be increased by more than 20%.

Работа заявляемого устройства описана ниже на примере реализации им функции очистки газов от экологически вредных газообразных примесей или обеззараживания воздуха.The operation of the proposed device is described below on the example of its implementation of the function of cleaning gases from environmentally harmful gaseous impurities or air disinfection.

Загрязненный газ подают в реакторную камеру 4 устройства, после чего при помощи генератора 5 импульсного напряжения генерируют импульсы напряжения наносекундной длительности. При помощи указанных импульсов в пространстве между заземленным электродом 1 и инициаторами 3 импульсного стримерного коронного разряда, расположенными на высоковольтном электроде 2, создают импульсный стримерный коронный разряд, создающий, в свою очередь, низкотемпературную плазму, в результате чего происходит конверсия газообразных примесей в экологически безвредные газы или аэрозоли или обеззараживание воздуха при наличии в нем биологических объектов.The contaminated gas is fed into the reactor chamber 4 of the device, after which nanosecond voltage pulses are generated using a pulse voltage generator 5. With the help of these pulses, in the space between the grounded electrode 1 and the initiators 3 of the pulsed streamer corona discharge located on the high-voltage electrode 2, a pulsed streamer corona discharge is created, which, in turn, creates a low-temperature plasma, as a result of which the conversion of gaseous impurities into environmentally friendly gases occurs or aerosols or disinfection of air in the presence of biological objects in it.

Таким образом, разработано электрофизическое устройство для очистки газов от экологически вредных примесей, обеззараживания воздуха и стерилизации при помощи низкотемпературной плазмы, создаваемой импульсными стримерными коронными разрядами, конструктивное исполнение которого обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении КПД устройства.Thus, an electrophysical device has been developed for cleaning gases from environmentally harmful impurities, air disinfection and sterilization using low-temperature plasma created by pulsed streamer corona discharges, the design of which ensures the achievement of a technical result, which consists in increasing the efficiency of the device.

Должно быть понятно, что заявляемое электрофизическое устройство, как оно определено в прилагаемой формуле изобретения, не обязательно ограничено конкретными признаками и вариантами осуществления, описанными выше. Напротив, конкретные признаки и варианты осуществления, описанные выше, раскрыты в качестве примеров, реализующих формулу, и другие эквивалентные признаки могут быть охвачены формулой данного изобретения.It should be understood that the claimed electrophysical device as defined in the appended claims is not necessarily limited to the specific features and embodiments described above. On the contrary, the specific features and embodiments described above are disclosed as examples embodying the claims, and other equivalent features may be encompassed by the claims of the present invention.

Claims (7)

1. Электрофизическое устройство для очистки газов от экологически вредных примесей, обеззараживания воздуха и стерилизации при помощи низкотемпературной плазмы, создаваемой импульсными стримерными коронными разрядами, содержащее по меньшей мере один заземленный электрод и по меньшей мере один высоковольтный электрод, содержащий инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов по меньшей мере с одной из его сторон, с образованием между соседними заземленным и высоковольтным электродами реакторной камеры, в которой расположены инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов, а также генератор импульсного напряжения, к которому подключен высоковольтный электрод, отличающееся тем, что инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов, расположенные на высоковольтном электроде, выполнены в форме полуэллипсоидов вращения.1. An electrophysical device for cleaning gases from environmentally harmful impurities, air disinfection and sterilization using low-temperature plasma created by pulsed streamer corona discharges, containing at least one grounded electrode and at least one high-voltage electrode containing initiators of pulsed streamer corona discharges at least at least from one of its sides, with the formation of a reactor chamber between adjacent grounded and high-voltage electrodes, in which the initiators of pulsed streamer corona discharges are located, as well as a pulse voltage generator to which a high-voltage electrode is connected, characterized in that the initiators of pulsed streamer corona discharges, located on a high-voltage electrode, made in the form of semi-ellipsoids of revolution. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что при радиусе кривизны высоковольтного электрода больше 3 см инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов размещены на расстоянии больше 3 мм между их вершинами, длина большой полуоси эллипсоида вращения, образующего полуэллипсоид вращения, больше 1 см, а сотношение малой и большой полуосей эллипсоида вращения, образующего полуэллипсоид вращения, составляет от 0,2 до 0,6. 2. The device according to claim 1, characterized in that when the radius of curvature of the high-voltage electrode is more than 3 cm, the initiators of pulsed streamer corona discharges are located at a distance of more than 3 mm between their tops, the length of the semi-major axis of the ellipsoid of revolution forming a semi-ellipsoid of revolution is more than 1 cm, and The ratio of the semi-minor and semi-major axes of an ellipsoid of revolution forming a semi-ellipsoid of revolution is from 0.2 to 0.6. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что заземленный и высоковольтный электроды выполнены в виде плоских пластин.3. The device according to claim 1, characterized in that the grounded and high-voltage electrodes are made in the form of flat plates. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что заземленный и высоковольтный электроды выполнены в виде пластин, образованных частью боковой поверхности цилиндра.4. The device according to claim 1, characterized in that the grounded and high-voltage electrodes are made in the form of plates formed by a part of the lateral surface of the cylinder. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что заземленный и высоковольтный электроды выполнены цилиндрическими и установлены коаксиально.5. The device according to claim 1, characterized in that the grounded and high-voltage electrodes are cylindrical and installed coaxially. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит установленные поочередно n заземленных электродов и n высоковольтных электродов, содержащих инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов с одной стороны, где n≥2.6. The device according to claim. 1, characterized in that it contains installed alternately n grounded electrodes and n high-voltage electrodes containing initiators of pulsed streamer corona discharges on one side, where n≥2. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит установленные поочередно n заземленных электродов и n-1 высоковольтных электродов, содержащих инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов с двух сторон, где n≥2. 7. The device according to claim 1, characterized in that it contains installed alternately n grounded electrodes and n-1 high-voltage electrodes containing initiators of pulsed streamer corona discharges on both sides, where n≥2.
RU2020120395A 2020-06-19 2020-06-19 Electrophysical device for cleaning gases from environmentally harmful impurities, air disinfection and sterilization RU2733395C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120395A RU2733395C1 (en) 2020-06-19 2020-06-19 Electrophysical device for cleaning gases from environmentally harmful impurities, air disinfection and sterilization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120395A RU2733395C1 (en) 2020-06-19 2020-06-19 Electrophysical device for cleaning gases from environmentally harmful impurities, air disinfection and sterilization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2733395C1 true RU2733395C1 (en) 2020-10-01

Family

ID=72926875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020120395A RU2733395C1 (en) 2020-06-19 2020-06-19 Electrophysical device for cleaning gases from environmentally harmful impurities, air disinfection and sterilization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2733395C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2792874C1 (en) * 2023-01-30 2023-03-28 Михаил Александрович Мещанинов Air cleaner
WO2023178392A1 (en) * 2022-03-21 2023-09-28 Stoimenov Kiril Method for purification of gas medium under atmospheric pressure, device for implementation of the method and ultrasonic emitter

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4375364A (en) * 1980-08-21 1983-03-01 Research-Cottrell, Inc. Rigid discharge electrode for electrical precipitators
US6224653B1 (en) * 1998-12-29 2001-05-01 Pulsatron Technology Corporation Electrostatic method and means for removing contaminants from gases
JP2002343535A (en) * 2001-05-21 2002-11-29 Daikin Ind Ltd Gas treatment device
RU2320422C1 (en) * 2006-08-02 2008-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") Method of separating particles and/or droplets from flow
RU2398614C1 (en) * 2006-07-05 2010-09-10 Дайкин Индастриз, Лтд. Air cleaner

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4375364A (en) * 1980-08-21 1983-03-01 Research-Cottrell, Inc. Rigid discharge electrode for electrical precipitators
US6224653B1 (en) * 1998-12-29 2001-05-01 Pulsatron Technology Corporation Electrostatic method and means for removing contaminants from gases
JP2002343535A (en) * 2001-05-21 2002-11-29 Daikin Ind Ltd Gas treatment device
RU2398614C1 (en) * 2006-07-05 2010-09-10 Дайкин Индастриз, Лтд. Air cleaner
RU2320422C1 (en) * 2006-08-02 2008-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") Method of separating particles and/or droplets from flow

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПОНИЗОВСКИЙ А.З. и др. Промышленные установки для очистки воздуха с помощью низкотемпературной неравновесной плазмы газового разряда. Химическая безопасность, 2018, т.2, N2, с.212-228. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023178392A1 (en) * 2022-03-21 2023-09-28 Stoimenov Kiril Method for purification of gas medium under atmospheric pressure, device for implementation of the method and ultrasonic emitter
RU2792874C1 (en) * 2023-01-30 2023-03-28 Михаил Александрович Мещанинов Air cleaner

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5603893A (en) Pollution treatment cells energized by short pulses
US8221689B2 (en) Decomposition of natural gas or methane using cold arc discharge
WO2007035182A2 (en) Field enhanced electrodes for additive-injection non-thermal plasma (ntp) processor
JP2008194670A (en) Gas treatment apparatus
Abdel-Salam et al. Characteristics of corona and silent discharges as influenced by geometry of the discharge reactor
WO2010033048A1 (en) Device for inactivating and finely filtering viruses and microorganisms in a flow of air
Malik Ozone synthesis using shielded sliding discharge: effect of oxygen content and positive versus negative streamer mode
RU2733395C1 (en) Electrophysical device for cleaning gases from environmentally harmful impurities, air disinfection and sterilization
WO2001052910A1 (en) Odor removal system and method having ozone and non-thermal plasma treatment
CN2405398Y (en) Positive and high voltage dc streamer discharging plasma source arrangement
KR100762818B1 (en) Air cleaning system
US10577261B2 (en) Water treatment apparatus and water treatment method
Skariah et al. Energy Yield and Removal Efficiency of NO x Curtailment Process With High Voltage Pulse Powered DBD Electrode Configurations
Pekárek et al. Ozone generation by hollow-needle to plate electrical discharge in an ultrasound field
US20080289494A1 (en) Decomposition of natural gas or methane using cold arc discharge
EP4257242A1 (en) Air purification device
US11890398B2 (en) Air cleaning device
Horváth et al. Comparison of unidirectional and bi-directional pulse driven corona discharge reactors for decomposition of hazardous gases
Becker The use of nonthermal plasmas in environmental applications
Dong et al. The influence of interface phenomenon on removal of NO and SO 2 in corona discharge reactor with water film
Ponizovskiy et al. The study of low temperature plasma of pulse discharge in relation to air cleaning units.
Zanini et al. Scalable non-thermal plasma trielectrode reactor: A theoretical and experimental study on carbon monoxide removal in a nitrogen atmosphere
RU2764684C1 (en) Apparatus for purifying exhaust gases
Ponizovskiy Investigation of the parameters of low temperature plasma of frequency pulse discharge in relation to air cleaning units
RU2555659C2 (en) Air ozoniser