RU199195U1

RU199195U1 - PLASMA CONVERTER OF TOXIC GASES

Info

Publication number: RU199195U1
Application number: RU2020110329U
Authority: RU
Inventors: Олег Александрович Поваляев; Андрей Юрьевич Павлов; Ярослав Анатольевич Тодоренко; Савелий Александрович Фроловичев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научные развлечения"
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2020-08-21

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для плазменной обработки и нейтрализации токсичных газов, и может быть использована для очистки вентиляционных выбросов предприятий и промышленного оборудования, при работе которых образуются вредные (ядовитые) или дурнопахнущие газы органической природы, а также в выхлопных системах автомобилей, и представляет собой плазменный нейтрализатор токсичных газов, включающий корпус с входным и выходным отверстиями, снабженный расположенной во внутренней полости группой электродов с изоляторами, выполненных в виде разнополярных диэлектрических разрядников, связанных с токопроводами переменного тока, при этом электроды расположены в корпусе вертикально и размещены в шахматном порядке таким образом, что занятое ими сечение потока газа меньше зоны разряда. Такая конструкция позволяет повысить эффективность очистки газов от вредных выбросов и запахов, при низком потреблении электроэнергии. 3 ил.The utility model relates to devices for plasma treatment and neutralization of toxic gases, and can be used to clean the ventilation emissions of enterprises and industrial equipment, during the operation of which harmful (poisonous) or foul-smelling gases of organic nature are formed, as well as in the exhaust systems of cars, and is plasma neutralizer of toxic gases, including a housing with inlet and outlet openings, equipped with a group of electrodes with insulators located in the inner cavity, made in the form of multipolar dielectric dischargers connected to alternating current conductors, while the electrodes are located vertically in the housing and are staggered in this way that the gas flow cross section occupied by them is less than the discharge zone. This design makes it possible to increase the efficiency of cleaning gases from harmful emissions and odors, with low power consumption. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к устройствам для плазменной обработки и нейтрализации токсичных газов и может быть использована для очистки вентиляционных выбросов предприятий и промышленного оборудования, при работе которых образуются вредные (ядовитые) или дурнопахнущие газы органической природы, а также в выхлопных системах автомобилей.The utility model relates to devices for plasma treatment and neutralization of toxic gases and can be used for cleaning ventilation emissions from enterprises and industrial equipment, during the operation of which harmful (poisonous) or foul-smelling gases of organic nature are formed, as well as in the exhaust systems of cars.

Из уровня техники известно устройство для нейтрализации вредного газа, содержащее плазменный реактор, с первым диэлектрическим элементом, вторым диэлектрическим элементом, расположенным напротив первого диэлектрического элемента, разделителем зазора, расположенным между первым и вторым диэлектрическими элементами так, что между ними образуется плазменная область, причем первый и второй электродные элементы расположены на первом и втором диэлектрических элементах для генерирования коронного разряда, при этом первый и второй элементы подводящей линии соединены с первым и вторым электродными элементами так, что первый и второй электродные элементы получают электрическое напряжение от первого и второго элементов подводящей линии соответственно (см. US7211227 В2, кл. МПК B01D53/56, оп. в 2003). Его недостаток заключается в том, что в результате неоднородности разряда по объему реактора не все вредные вещества в потоке газа успевают нейтрализоваться.A device for neutralizing a harmful gas is known from the prior art, comprising a plasma reactor, with a first dielectric element, a second dielectric element located opposite the first dielectric element, a gap separator located between the first and second dielectric elements so that a plasma region is formed between them, the first and the second electrode elements are disposed on the first and second dielectric elements for generating a corona discharge, the first and second elements of the supply line being connected to the first and second electrode elements so that the first and second electrode elements receive an electric voltage from the first and second elements of the supply line, respectively (see US7211227 B2, class IPC B01D53 / 56, op. in 2003). Its disadvantage is that, as a result of the non-uniformity of the discharge over the volume of the reactor, not all harmful substances in the gas flow have time to be neutralized.

Известен плазмохимический реактор для переработки газа, содержащий реакционную камеру с окнами для ввода газа и вывода переработанного газа и с расположенными в ней электродами, один электрод имеет заостренную форму, а другой электрод - форму гладкой поверхности, предназначенными для создания между ними плазменного разряда, воздействующего на поток движущегося через реакционную камеру газа, причем электроды подключены к различным полюсам источника высокого напряжения, а электрод, имеющий заостренную форму, подключен к положительному полюсу источника высокого напряжения, и другой электрод, имеющий форму гладкой поверхности, подключен к отрицательному полюсу источника высокого напряжения (см. патент на изобретение RU №2184601, кл. МПК B01D 53/32, оп. в 2002 году). Такой плазмохмический реактор при невысокой пропускной способности имеет достаточно сложную конструкцию.Known plasma-chemical reactor for gas processing, containing a reaction chamber with windows for gas inlet and outlet of the processed gas and with electrodes located in it, one electrode has a pointed shape, and the other electrode has the shape of a smooth surface, designed to create a plasma discharge between them, acting on the flow of gas moving through the reaction chamber, wherein the electrodes are connected to different poles of the high voltage source, and the electrode having a pointed shape is connected to the positive pole of the high voltage source, and another electrode having the shape of a smooth surface is connected to the negative pole of the high voltage source (see Invention patent RU No. 2184601, class IPC B01D 53/32, op. in 2002). Such a plasma-chemical reactor with a low throughput has a rather complex design.

Известна система очистки выхлопных газов автомобильного двигателя, содержащая впускные каналы с открытым передним концом и закрытым задним концом, выпускные каналы с закрытым передним концом и открытым задним концом, катализатор окисления, содержащий слой катализатора пропитанный материал на переднем конце впускных каналов, и система плазменного разряда катализатора-регенератора, содержащая электроды, которые встроены в диэлектрический барьер на заднем конце впускных каналов и соединены с поставка электричества (см. ЕР 1574680, кл. F01N3/022, оп. в 2005 г.). Известная система отличается сложностью конструкции и высокой энергоемкостью.A known system for cleaning exhaust gases of an automobile engine, containing inlet channels with an open front end and a closed rear end, exhaust channels with a closed front end and an open rear end, an oxidation catalyst containing a catalyst layer impregnated material at the front end of the inlet channels, and a catalyst plasma discharge system - a regenerator containing electrodes that are built into a dielectric barrier at the rear end of the inlet channels and are connected to the electricity supply (see EP 1574680, cl. F01N3 / 022, op. in 2005). The known system is distinguished by its complex design and high energy consumption.

Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является устройство для плазменной очистки газов, образующихся при сгорании топлива, включающее трубопровод для отвода газов с ионизатором с электродами, в котором ионизатор образован реактором с установленной в нем газоразрядными камерами, снабженными электродами, выполненными комбинированными из металла и диэлектрика, причем металлическая часть комбинированного электрода выполнена секционной, и каждая газоразрядная камера дополнительно снабжена токоограничителем, а сам реактор установлен по потоку газов (см. патент на изобретение RU№2127400, кл. МПК F23C 11/00, оп. в 1999 году). Такое устройство для плазменной очистки газов предполагает повышенный расход электроэнергии на нейтрализацию газов при высокой материалоемкости конструкции.The closest technical solution to the claimed utility model is a device for plasma cleaning of gases generated during fuel combustion, including a gas exhaust pipe with an ionizer with electrodes, in which the ionizer is formed by a reactor with gas-discharge chambers installed in it, equipped with electrodes made of combined metal and dielectric, and the metal part of the combined electrode is sectional, and each gas-discharge chamber is additionally equipped with a current limiter, and the reactor itself is installed along the gas flow (see patent for invention RU # 2127400, class IPC F23C 11/00, op. in 1999). Such a device for plasma cleaning of gases involves an increased consumption of electricity for neutralizing gases with a high material consumption of the structure.

Технической проблемой является сложность конструкции и материалоемкость существующих плазменных нейтрализаторов, а также необходимость в использовании химических катализаторов.A technical problem is the complexity of the design and material consumption of existing plasma neutralizers, as well as the need to use chemical catalysts.

Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи упрощения конструкции плазменного нейтрализатора при повышении эффективности очистки газов от вредных выбросов и запахов и низком потреблении электроэнергии.The present utility model is aimed at solving the technical problem of simplifying the design of a plasma neutralizer while increasing the efficiency of cleaning gases from harmful emissions and odors and low energy consumption.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в плазменном нейтрализаторе токсичных газов, включающем корпус с входным и выходным отверстиями, снабженный расположенной во внутренней полости группой электродов с изоляторами, выполненных в виде разнополярных диэлектрических разрядников, связанных с токопроводами переменного тока, электроды расположены в корпусе вертикально и размещены в шахматном порядке таким образом, что занятое ими сечение потока газа меньше зоны разряда.The solution to this technical problem is achieved by the fact that in a plasma neutralizer of toxic gases, including a housing with inlet and outlet openings, equipped with a group of electrodes with insulators located in the inner cavity, made in the form of multipolar dielectric spark gaps connected to AC current conductors, the electrodes are located in the housing vertically and placed in a staggered manner so that the gas flow section occupied by them is less than the discharge zone.

Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен плазменный нейтрализатор токсичных газов, вертикальное сечение. На фиг. 2 - то же, горизонтальное сечение. На фиг. 3 изображен пример использования плазменного нейтрализатора в выхлопной системе автомобиля, в изометрии.The utility model is illustrated by drawings. FIG. 1 shows a plasma toxic gas neutralizer, vertical section. FIG. 2 - the same, horizontal section. FIG. 3 shows an example of the use of a plasma converter in the exhaust system of a car, in perspective.

Плазменный нейтрализатор токсичных газов (см. фиг. 1 и 2) включает корпус 1 с входным отверстием 2 и выходным отверстием 3. Внутри корпуса 1 вертикально размещена группа электродов 4 с изоляторами 5. Причем электроды 4 установлены на изолированных токопроводах 6 рядами в шахматном порядке: каждый ряд относительно следующего смещен на определенный шаг. Электроды 4 выполнены в виде разнополярных диэлектрических разрядников диаметром менее 3 мм и расположены таким образом, чтобы занятое ими сечение потока газа было меньше зоны разряда.Plasma neutralizer of toxic gases (see Fig. 1 and 2) includes a housing 1 with an inlet 2 and an outlet 3. Inside the housing 1 there is a group of electrodes 4 with insulators 5 vertically located. Moreover, the electrodes 4 are installed on insulated conductors in 6 rows in a staggered manner: each row is shifted relative to the next one. Electrodes 4 are made in the form of multipolar dielectric spark gaps with a diameter of less than 3 mm and are arranged so that the gas flow section occupied by them is less than the discharge zone.

Крышка 7 представляет собой керамический изолятор для предотвращения пробоев между встроенными в нее токопроводами 6. Плазменный нейтрализатор может быть снабжен блоками предварительной очистки и финишной доочистки газа (на рисунке не показано). Электроснабжение плазменного нейтрализатора можно осуществлять от высокочастного источника питания высокого напряжения.Cover 7 is a ceramic insulator to prevent breakdowns between the current conductors built into it 6. The plasma converter can be equipped with pre-treatment and final gas post-treatment units (not shown in the figure). The plasma converter can be powered from a high-frequency, high-voltage power source.

Такой плазменный нейтрализатор с барьерным разрядом может быть использован для очищения вентиляционных и технологических выбросов от газообразных загрязнений органической природы путем полного их разложения и окисления атомарным кислородом до образования СО₂ (углекислый газ) и Н₂О в виде испарений, уничтожения несгоревших остатков топлива и удаления токсичных продуктов неполного сгорания из выхлопных и топочных газов. Пример использования плазменного нейтрализатора в выхлопной системе автомобиля показан на фиг. 3. Выхлопная система автомобиля с выпускными коллекторами 8 двигателя 9, трубопроводами 10, резонатором 11 и глушителем 12 может быть оснащена блоком 13 плазменного нейтрализатора, расположенного в трубопроводе 10 перед резонатором 11 по ходу движения выхлопных газов.Such a plasma neutralizer with a barrier discharge can be used to purify ventilation and technological emissions from gaseous contaminants of an organic nature by their complete decomposition and oxidation with atomic oxygen to the formation of CO ₂ (carbon dioxide) and H ₂ O in the form of vapor, destruction of unburned fuel residues and removal toxic products of incomplete combustion from exhaust and flue gases. An example of the use of a plasma converter in an automobile exhaust system is shown in FIG. 3. The exhaust system of a car with exhaust manifolds 8 of the engine 9, pipelines 10, resonator 11 and muffler 12 can be equipped with a plasma neutralizer unit 13 located in the pipeline 10 in front of the resonator 11 in the direction of movement of the exhaust gases.

Плазменный нейтрализатор токсичных газов используют следующим образом. Через входное отверстие 2 внутрь корпуса 1 подают газ, предназначенный для очистки и нейтрализации. Газ движется волнообразно между электродами 4, постоянно находясь в зоне воздействия плазмы. Окисление газа происходит в результате воздействия объемного барьерного разряда между разнополярными электродами 4. Близкое расположение электродов 4 в шахматном порядке, когда сечение потока газа меньше зоны разряда, обеспечивает интенсивное тотальное воздействие на весь, проходящий через нейтрализатор, газ. Вертикальное расположение электродов позволяет исключить «мертвые зоны» (куда не достигает разряд) в потоке газа, а также упрощает токоснабжение электродов 4. Это особенно важно при использовании плазменного нейтрализатора в выхлопной системе автомобиля (см. фиг. 3). Благодаря шахматному расположению электродов 4 с небольшим расстоянием между ними повышается однородность и эффективность обработки потока проходящего между ними токсичного газа. В свою очередь, это способствует снижению энергопотребления и повышению равномерности обработки потока газа.Plasma neutralizer of toxic gases is used as follows. Through the inlet 2, a gas is supplied to the inside of the housing 1 for cleaning and neutralization. The gas moves in waves between the electrodes 4, constantly being in the zone of plasma action. Gas oxidation occurs as a result of the effect of a volume barrier discharge between the oppositely polarized electrodes 4. The close arrangement of electrodes 4 in a checkerboard pattern, when the gas flow cross section is less than the discharge zone, provides an intense total effect on the entire gas passing through the neutralizer. The vertical arrangement of the electrodes eliminates "dead zones" (where the discharge does not reach) in the gas flow, and also simplifies the current supply of the electrodes 4. This is especially important when using a plasma neutralizer in the exhaust system of a car (see Fig. 3). Due to the staggered arrangement of the electrodes 4 with a small distance between them, the uniformity and efficiency of processing the flow of toxic gas passing between them increases. In turn, this helps to reduce energy consumption and improve the uniformity of gas flow processing.

Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленной полезной модели, заключается в упрощении конструкции плазменного нейтрализатора и повышении эффективности очистки газов от вредных выбросов и запахов при низком потреблении электроэнергии.Thus, the technical result achieved with the use of the claimed utility model consists in simplifying the design of the plasma neutralizer and increasing the efficiency of cleaning gases from harmful emissions and odors with low power consumption.

Claims

Plasma neutralizer of toxic gases, including a housing with inlet and outlet openings, equipped with a group of electrodes with insulators located in the inner cavity, made in the form of multipolar dielectric dischargers connected to AC current conductors, characterized in that the electrodes are located vertically inside the housing and are arranged in a staggered manner in such a way that the gas flow cross section occupied by them is smaller than the discharge zone.