Стационарный плазмохимический реактор

Стационарный плазмохимический реактор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистнческмх

Республнк

ОП ИСААКИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, сеид-ву— (22) Заявлено 06. 01 ° 77 (2! ) 2438319/18-25 с присоединением заявкн HP— (23) Приоритет—

Опубликовано 300781 Бюллетень Ж 28

Дата опубликования описания 300781 (51)м Кл З

Н 05 Н 1/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (5З) УДК 533. 99 (088.8) (72) Авторы изобретения

А.А.Иванов, О.B.Êóðêo, В.Г.Лейман, Т.К.Соб лева, В.В.Шапкин и Н.И.Щедрин

4

1 (71) Заявитель (54) СТАЦИОНАРНЫИ ПЛАВ!".ОХИМИЧЕСКИИ РЕАКТОР

Изобретение относится к плазменной химической технологии и может быть использовано для проведения диссоциации и синтеза химических элементов, находящихся в различных агрегатных состояниях.

Известны устройства, представляющие собой специализированные установки для осуществления химических реакций в плазме с использованием разных видов электрических разрядоь 1 ).

Недостатки известных плазмохимических реакторов связаны с трудностями выбора оптимального теплового режима электродов и стенок реакционной камеры в условиях изотермической плазмы. Под действием тепловых потоков стенки камеры и электроды горят и подвергаются эрозии, что не позволяет существенно повысить температуру реагирующей среды и.сильно снижает ресурс реактора.

Ближайшим техническим устройством к предложенному является стационарный плазмохимический реактор, содержащий металлическую реакционную камеру, электронную пушку и коллектор, расположенные соосно в торцевых час-.ÿõ камеры, магнитные катушки, создающие магнитное поле вдоль оси электронной пушки, а также аэродина мнческое сопло для ввода рабочего вещества поперек оси электронной пушки (21 °

В зоне пересечения электронного пучка и струи рабочего вещества возникает неизотермическая плазма: температура электронов намного больше температуры ионов и нейтралов. Электронный пучок в результате плазменнопучковой неустойчивости генерирует в плазме мелкомасштабные турбулентные колебания, приводящие к диссоциации энергии пучка в плазме и к турбулентному нагреву электронов. Частицы газовой струи диссоциируют, сталкиваясь с электронами. Диссоциированные продукты охлаждаются и откачиваются вакуумной системой.

Известно устройство не позволяет повысить производительность реактора за счет увеличения давления нейтрального газа, так как в нем плазменно2э реакционная зона мала и мощность электронного пучка нельзя полностью реализовать.

Целью изобретения является повышение газовой экономичности и произво-.

30 .дительности реактора.

637039

Эта цель достигается тем, что в реакционной камере вдоль оси электронной пушки по обе стороны оси сопла для ввода рабочего вещества установлены диафрагмы дифференциальной откачки.

Лучшие результаты могут быть достигнуты, когда использована электронная пушка, формирующая магнитный электронный пучок, реакционная камера выполнена с сечением прямоугольной формы и охватывает указанную пушку, аэродинамическое сопло выполserac плоским.

Ширина сопла устанавливается с расчетом из условия равенства ширины струи рабочего вещества, истекающей t5 из сопла, ширине ленточного пучка, а высота — из условия возникновения пучково-плазменного разряда в струе рабочего вещества.

Изобретение поясняется чертежом. Щ

Ленточная электронная пушка 1 установлена внутри металлической реакционной камеры 2, снаружи которой намотаны магнитные катушки 3. Аэродинамическое сопло 4 для ввода газа уcòàíoâëåío перпендикулярно ленточному электронному пучку. В месте пересечения газовой струи и электронного пучка образуется плазма. Электронный пучок принимается водоохлажденным коллектором 5. Области электронной пушки 1 и коллектора 5 отделены от пространства реакционной зоны диафрагмами 6 дифференциальной откачки. Вакуумная откачка производится из вакуумных камер 7,8 катода и коллектора вакуумными насосами через трубопровод 9. Прием продуктов реакции осуществляется закалочным устройством 10. Ввод рабочего газа производится по трубопроводу 11. 40

Предлагаемое устройство работает следующим образом. В реакционную камеру 2, помещенную в продольное магнитное поле пробочной конфигурации (Н = 7 кЭ, Ндд, 1

Но плоские диафрагмы 6 инжектируют ленточный пучок электронов шириной

L = 10-100 см, равной ширине плоской газовой стРУи, толщиной дВ 0,10,2 см и мощностью NВ = (10-100)10 Вт

При помощи аэродинамйческого плоского сопла 4 поперек пучка электронов плотностью n =- 3 10" см- продуВ вают плоскую сверхзвуковую струю газа шириной P. — 10-100 см, толщиной

d = 30*0,3 см с концентрацией и = 10 7 — 10 ) см и со скоростью, ст 19

V 3 ° 104 см сек .

В установившемся режиме в зоне пересечения ленточного пучка и плос- д) кой струи возникает пучково-плазменный разряд. В результате развития пучковой неустойчивости энергия пучка передается электронами плазмы, . которые нагреваются до тепловой энергии 3-10 эВ. Частицы газовой струи, сталкиваясь с высокотемпературными электронами, диссоциируют. Полученные продукты реакции улавливают в закалочном устройстве.

Положительный эффект достигается за счет того, что диафрагМы дифференциальной откачки позволяют поднять давление газа в зоне реакции и одновременно провести пучок электронов по всей длине реакционной камер ..

Однако повышение производительности реактора ограничено размерами зоны реакции, соответствующими глубине эффективной передачи энергии пучка электронов при повышенных плотностях газа.

Задача повышения производительности решается в данном реакторе за счет увеличения ширины зоны реакции при сохранении ее оптимальной глубины.

Последняя может быть определена расчетным путем по известным в литературе зависимостям. Так, при давлении газа 1-100 мм рт.ст. толщина струи газа должна составлять 30+0,3 см.

Ширина струи должна при этом равняться ширине электронного пучка. Так как производительность рабочей системы определяется плотностью перекачиваемого газа, то для реализации заданной мощности электронного пучка надо иметь необходимый расход газа.

Этот расход в данной системе обеспечивают развитием ширины струи газа и при проведении реакции диссоциации оценивают из равенства

Uñ-.ин. E.а = N F где N — мощность электронного пучВ ка;

V — скорость струи; и — плотность нейтрального газа

М в струе; д — энергия диссоциации молекул.

При указанной мощности пучка и давлении прокачиваемого газа ширина струи составляет (10-100) см, что позволяет прокачивать через зону

24 молек. реакции Q .(10 -10 )

Данная конструкция реактора позволяет создать в месте пересечения плотной газовой струи и ленточного электронного пучка плазменно-реакционную зону с большим сечением за счет развития ее поперечного размера,что дает возможность существенно увеличить производительность рабочей системы.

Формула изобретения

1. Стационарный.плазмохимический реактор, содержащий металлическую реакционную камеру, электронную пушку и коллектор электронов, располо637039

А-Д

Составитель В.Обухов

Редактор Н.Ахмедова Техред A. Ач Корректор E,Ðîøêo

Заказ 5790/41 Тираж 889 Подписное

ВНИИ IH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж«35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4 женные соосно в торцовых частях камеры, магнитные катушки, создающие вдоль оси электронной пушки магнитное поле, а также аэродинамическое сопло для ввода рабочего вещества поперек оси электронной пушки,. 5 отличающийся тем, что, с целью повышения газовой экономичности и производительности реактора, в реакционной камере вдоль оси элек тронной пушки по обе стороны оси 10 сопла установлены диафрагмы дифференциальной откачки.

2. Реактор по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что использована электронная пушка, формирующая ленточный электронный йучок, а реакционная камера выполнена с сечением прямоугольной формы и охватывает указанную пушку, аэродинамическое сопло выполнено плоским

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции 9 2232905, кл. Н 05 Н 1/00, опублик. 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 490000, кл. Н 05 Н 1/00, 1974.