Способ и устройство для получения плазмы - RU2606396C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Данное изобретение описывает способ получения плазмы, смесь водорода и кислорода, известную как Браунов газ, которая сгорает в плазме, а также устройство осуществления описанного способа. Изобретение может использоваться в отопительных системах, для сжигания вредных отходов, для газификации водородсодержащих твердых материалов, для плавления и пайки металлических и неметаллических материалов.

СУЩЕСТВУЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ

1. Известен способ получения плазмы между двумя твердыми электродами (чаще всего - графитовыми), подключенными к источнику постоянного тока разной полярности. Плазма образуется после инициации процесса путем смыкания электродов с последующим разведением их в стороны на определенное критическое расстояние или путем нагрева одного из электродов таким образом, чтобы инициировать испускание электронов за счет высокой температуры.

2. Известен процесс электролиза, который предполагает подачу постоянного тока разной полярности на электроды, подгруженные в водный раствор электролита. В результате процесса на положительном (катоде) и отрицательном (анод) электродах высвобождается газ (кислород или водород). Полученные газы можно использовать по отдельности, либо использовать в виде смеси, известной как Браунов газ.

3. Известна обратимая реакция, при которой молекула воды, нагретой до высокой температуры, распадается на составляющие - кислород и водород. Такая реакция начинается при температуре выше 1000°C, при температуре же свыше 3000°C все молекулы воды распадаются на составляющие. При снижении температуры молекулы кислорода и водорода снова образуют молекулу воды, при этом в процессе синтеза высвобождается большое количество тепла.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения - создать способ производства плазмы, который эффективнее, дешевле, экологичнее и безопаснее существующих, а также спроектировать устройство для эффективного осуществления такого способа

Предлагаемые способ и устройство решают поставленную задачу.

Согласно предлагаемому способу, при помощи распределителя, в который под давлением, создаваемым циркуляционным насосом, поступает вода из бака, создают два или более потока воды. Эти потоки в процессе циркуляции проходят по одной или более пар труб, выполненных из термостойкого материала. В каждой трубке установлен металлический электрод, подключенный к источнику постоянного тока, электроды имеют разную полярность. При подаче напряжения на электроды в промежутке между ними образуется плазма. Если электродов всего два, то ток на них подается одновременно, если электродов больше, то в разное время ток может подаваться на разные пары электродов.

Подаваемое на электроды напряжение превышает 1000 В. В частности, в опытном образце изобретения использовался постоянный ток напряжением 3000-5000 В.

Плазма с температурой выше 4000°C возникает в промежутке между парами труб.

Давление и количество воды, а также подаваемый ток определяются желаемым размером области образования плазмы.

Предлагаемое устройство для получения плазмы состоит, по крайней мере, из одной пары подключенных к источнику постоянного тока высокого напряжения электродов разной полярности, которые находятся в трубах, по которым течет вода. Воду из бака при помощи циркуляционного насоса под определенным давлением подают в распределитель, где она разделяется на два или более потока, которые пступают в трубы из термостойкого материала. В этих трубах установлены электроды. Ток от электродов передается потокам воды, передавая им противоположные заряды. В промежутке между потоками, вытекающими из труб, образуется плазма, при этом на поверхности электродов, которые установлены на определенном расстоянии от края труб, начинают выделяться газы (кислород - на положительном электроде и водород - на отрицательном). Потоком воды газы уносит к выходу из трубы, где они попадают в плазму и сгорают в плазменно-газовом пламени.

Возможна практическая реализация устройства: трубы из кварцевого стекла или керамики располагают горизонтально напротив друг друга или под углом друг к другу.

Расстояние между выпускными отверстиями труб, по которым проходит вода, может быть различным. В практической реализации изобретения оно было более 5 мм.

В практической реализации изобретения использовали две трубы и два электрода, в то время как в целом можно использовать любое четное количество труб и электродов.

Часть воды, проходящей через трубы, используется для получения плазмы, а неиспользованный остаток возвращается в бак. Таким образом, создается замкнутый круг, в котором вода из бака при помощи циркуляционного насоса подается на распределитель, где делится на два или более потока и используется для получения плазмы, а затем возвращается обратно в бак, в который, по необходимости, также доливают свежую воду.

Преимуществами подобного способа являются снижение себестоимости получения плазмы, экологичность, отсутствие вредных выбросов и низкое энергопотребление. Температура полученной плазмы превышает 4000°C, при этом для синтеза используется только дешевое сырье.

Чтобы интенсифицировать процесс образования плазмы можно использовать слабый раствор электролита, а чтобы повысить энергетическую эффективность системы можно добавить в воду небольшое количество водорастворимого горючего или водно-масляной эмульсии.

ПОЯСНЕНИЕ К ЧЕРТЕЖУ

Фиг. 1. Устройство для осуществления предлагаемого способа, где

1. Бак с водой

2. Распределитель

3. Шланги

4. Электроды

5. Трубы из термостойкого материала

6. Плазма

7. Источник постоянного тока высокого напряжения

8. Насос

ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В частном случае практической реализации изобретения - в устройстве для получения плазмы, показанном на фиг. 1, воду при помощи циркуляционного насоса 8 под давлением подают из бака 1 в распределитель, к которому ведут гибкие шланги 3, из которого вода попадает в две трубки 5 из кварцевого стекла, керамики или другого термостойкого материала. В каждой из термостойких труб 5 установлено по электроду 4, которые подключены к источнику постоянного тока высокого напряжения 7. На один электрод (анод) подают положительный заряд, на второй (катод) - отрицательный. Одна из сторон труб открытая и из нее вытекает подаваемая насосом вода, попадая через водосборник обратно в бак. Между потоками воды, вытекающими из труб, существует зазор не менее 5 мм, в котором, при подаче на электроды постоянного тока высокого напряжения образуется плазма.

Зазор между потоками воды можно регулировать в определенном диапазоне, чтобы добиться необходимой интенсивности процесса образования плазмы. Оба электрода полностью погружены в воду, при этом электроды не доходят до открытых концов труб. В рассматриваемой практической реализации расстояние от электрода до конца трубы составляет 20 мм, однако его также можно варьировать в пределах определенного диапазона. Обе трубы можно расположить горизонтально друг напротив друга или под определенным углом друг к другу, который можно варьировать, чтобы регулировать интенсивность процесса образования плазмы.

В плазму с температурой выше 4000°C начинает попадать небольшое количество водорода и кислорода, которые образуются на поверхности электродов (водород - на аноде, кислород - на катоде). В форме небольших пузырьков эти газы уносит течением воды, и они, проходя через открытый край трубы, попадают в плазму, где водород сгорает, а кислород усиливает интенсивность горения. Учитывая, что плазма находится непосредственно между потоками воды, начинается интенсивный процесс испарения воды. Испаренные молекулы воды попадают в плазму, где, из-за чрезвычайно высокой температуры среды, разлагаются на водород и кислород, которые, перемещаясь вверх, с падением температуры среды снова образуют молекулу воды с выделением большого количества тепла. Такая реакция протекает интенсивнее по мере удаления от области активного образования плазмы; во время такого синтеза высвобождается большое количество энергии.

В другой практической реализации изобретения можно использовать несколько пар водных потоков и электродов, при этом ток на разные пары электродов можно подавать в разное время, регулируя течение процесса. Так, 1, 2, 3, 4 или N пар электродов позволят получить 1, 2, 3, 4 или N отдельных областей образования плазмы.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение может использоваться для нагрева воды, для коммунальных нужд, пар может использоваться для генерирования электроэнергии, в качестве внешнего источника теплоты для двигателя Стирлинга, для сжигания отходов (включая металлические и радиоактивные отходы), газификации водородсодержащих твердых материалов, для плавления и сварки металлических и неметаллических материалов.

Реферат

Изобретение относится к области получения плазм, представляет собой способ и устройство для получения плазмы, которые могут использоваться для обогрева, уничтожения любых типов отходов, газификации углеродсодержащих твердых и жидких материалов, для плавления и пайки металлических и неметаллических материалов. Способ получения плазмы предполагает, что воду из бака 1 под давлением, создаваемым насосом 8, подают в распределитель 2, где она разделяется на два потока, каждый из которых по гибким шлангам 3 поступает в одну из парных труб 5 с открытым концом, в которых установлены электроды 4. На электроды 4 подают постоянный ток высокого напряжения, в результате чего в промежутке между вытекающими из труб 5 потоками воды образуется плазма 6 с температурой свыше 4000°C, при этом неиспользованная часть воды свободно стекает из труб 5 и через водосборник попадает обратно в бак 1. Устройство для получения плазмы состоит из одной или более пар труб 5, изготовленных из термостойкого материала, на которые из бака 1 через распределитель 2 по гибким шлангам 3 поступает вода под давлением, создаваемым насосом 8. В таких трубах устанавливают два или более электродов 4, по одному электроду на трубу, которые соединены с противоположными полюсами источника постоянного тока 7 высокого напряжения. Технический результат - повышение эффективности производства плазмы.2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула