Устройство для получения газа

 

Изобретение относится к технике получения селективных газов, в частности к устройствам , генерирующим газ за счет смешения газообразующих реагентов, может быть использовано для исследования кинетики химических реакций и позволяет увеличить производительность устройства при обработке новых газообразующих составов . Устройство для получения газа содержит цилиндрические капсулы 1, 2 для твердого и жидкого реагентов, трубопроводы 3, 4 , поршень 5 и блок 8 управления с электромагнитным клапаном 9, при этом капсула 1 для размещения жидкого реагента охвачена двумя катушками: внутренней 6-возбуждающей, выполненной цилиндрической , и внешней 7 - измерительной, выполненной с малой конусностью, длины которых соответственно равны длине капсулы с жидким реагентом и ее полой части, а измерительная катушка 7 подключена к блоку 8 управления, выход которого связан с электромагнитным клапаном 9, установленным на трубопроводе 3 для подами жидкого реагента, причем расстояние между капсулами с жидким 1 и твердым 2 реагентами превышает характерный размер проникновения тепловой волны. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э В 01 J 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY:CÂt/IÄETEËÜCTBÓ (21) 4617746/26 (22) 26.12.88

{46) 30.03.91. Бюл. М 12 (71) Алтайский государственный университет (72) В.И.Волков и M.|O.Âîëêoa (53) 66,012-52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hb 580892, кл. В 01 J 7/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

hL 1498548, кл. В 01 J 7/00,1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗА (57) Изобретение относится к технике получения селективных газов, в частности к устройствам, генерирующим гаэ за счет смешения гаэообразующих реагентов, может быть использовано для исследования кинетики химических реакций и позволяет увеличить производительность устройства при обработке новых гаэообразующих соИзобретение относится к технике получения селективных газов путем химической реакции газообразующих реагентов, в частности к конструкции генераторов газов для отработки новых составов, и может быть использовано для исследования кинетики химических реакций.

Целью изобретения является увеличение производительности устройства при отработке новых газообраэующих составов.

На фиг, 1 представлена блок-схема устройства для получения газа; на фиг. 2 — завйсимость ЭДС индукции, возникающей на

„„. Ж„„1637865 A 1 ставов, Устройство для получения газа содер>кит цилиндрические капсулы 1, 2 для твердого и жидкого реагентов, трубопроводы 3, 4, поршень 5 и блок 8 управления с электромагнитным клапаном 9, при этом капсула 1 для размещения жидкого реагента охвачена двумя катушками: внутрбйней

6 — возбуждающей, выполненной цилиндрической, и внешней 7 — измерительной, выполненной с малой конусностью, длины которых соответственно равны длине капсулы с жидким реагентом и ее полой части, а измерительная катушка 7 подключена к блоку 8 управления, выход которого связан с электромагнитным клапаном 9, установленным на трубопроводе 3 для подачи жидкого реагента, причем расстояние между капсулами с жидким 1 и твердым 2 реагентами превышает характерный размер проникновения тепловой волны. 2 э.п.ф-лы, 2 ил, измерительной катушке от перемещения ферромагнитного поршня.

Устройство для получения газа содержит капсулу 1 для размещения жидкого реагента, выполненную из немагнитного метериала, капсулу 2 для размещения твердого реагента, трубопровод 3 для отбора газа и выравнивания давления в полостях капсул 1 и 2, трубопровод 4 для подачи жидкого реагента, ферромагнитный поршень 5, возбуждающую катушку 6, выполненную .цилиндрической, измерительную катушку 7, обладающую малой канусностью с линейно возрастающим к одному из ее концов чис1637865

10 лам витков, блок 8 управления, электромагнитный клапан 9, жидкий и твердый реагент

10 и 11, Устройство для получения газа работает следующим образом.

Капсулы 1 и 2 заполняются жидким и твердым реагентами 10 и 11, поршень 5 при этом находится в крайнем верхнем положении. Трубопровод 4 перекрыт электромагнитным клапаном 9. С измерительной катушки 7 напряжение подается на блок 8 управления, который открывает электромагнитный клапан 9 в трубопроводе 4. При открытии трубопровода 4 под действием силы тяжести смещается тяжелый поршень 5 и жидкий реагент 10 вытесняется через трубопровод 4 в капсулу 2 с твердым реагентом

11, где происходит химическая реакция твердого и жидкого реагентов 11 и 10, Продукты реакции выводятся через трубопровод 3 и одновременно подаются в полость над поршнем 5 в капсуле 1, что позволяет смещаться поршню 5, выталкивая жидкий реагент 10 в процессе химической реакции и повышая противодавления в капсуле 2, Из-за смещения поршня 5 изменяется величина напряжения, снимаемого с измерительной катушки 7, что фиксируется блоком

8 управления, который подает управляющий импульс на электромагнитный клапан

9, и клапан 9 перекрывает трубопровод 4 при достижении напряжения с измерительной катушки 7 пороговой величины, Подача жидкого реагента 10 в капсулу 2 прекращается, При этом величина порогового напряжения соответствует количеству жидкого реагента 10, поданного в капсулу 2 в первом цикле, и полученному объему газа, Следующий цикл начинается по истечении времени, задаваемого блоком 8 управления.

Рассмотрим случай использования в качестве блока 8 управления микропроцессора, в который вводят программу эксперимента с газообразующими реагентами, включающую количество циклов подачи жидкого реагента 10 в капсулу 2, объем доз жидкого реагента 10 и период следования циклов. После ввода программы на возбуждающую катушку 6 подают переменное напряжение и запускают блок 8 управления, который производит сравнение ЭДС индукции, наводимой в измерительной катушке 7, с ее заданным пороговым значением, соответствующим смещению поршня 5 вниз (количеству жидкого реагента 10, поданному в капсулу 2). При ЭДС индукции, большей этого порогового значения, для случая, соответствующего уменьшению сверху вниз числа витков измерительной катушки 7, блок 8 управления открывает трубопровод 4 клапа15

55 ном 9 и жидкий реагент 10 под действием тяжелого поршня 5 по трубопроводу 4 поступает на поверхность твердого реагента

11 в капсулу 2, в результате чего происходит генерация газа; полученный газ через трубопровод 3 поступает к потребителю. Как только ЭДС индукции, наводимой в катушке

7, достигнет заданного порогового значения, блок 8 управления электромагнитным клапаном 9 перекроет трубопровод 4 и подача жидкого реагента 10 прекращается.

После этого блок 8 управления начинает отсчет времени до начала второго цикла и по

ere истечении блок 8 управления начинает сравнение ЭДС индукции со вторым пороговым значением, соответствующим количеству жидкого реагента во втором цикле.

Дальнейшая работа устройства реализуется аналогично. В более простом варианте в качестве блока 8 управления берется компаратор напряжений, снабженный выпрямителем, преобразующим переменную ЭДС с измерительной катушки 7 в постоянное напряжение, усилителем постоянного тока, электромагнитным реле, В этом случае величина дозы жидкого реагента 10, поступающего в капсулу 2, определяется величиной опорного напряжения, подаваемого на вход компаратора, Для того, чтобы обеспечить простое и эффективное дизирование жидкого реагента 10 в капсулу 2, необходимо получить линейность характеристики зависимости величины выходного сигнала с катушки 7 от перемещения поршня 5. При подключении возбуждающей катушки 6 к источнику переменного тока возникает магнитный поток, сцепленн ый одновременно и с витками измерительной катушки 7, следовательно на измерительной катушке будет наводиться ЭДС

d Ф бт где Ф вЂ” полный магнитный поток, пронизыъ вающий измерительную катушку 7.

Разбив его на три составляющие, Ф вЂ” Фо + Ф,ц + Ф о,и

Фо =po н So No

Фр =pop H ц Sp Nи, Фоp =poнБоp ц где po — магнитная постоянная; н — напряженность магнитного поля в пространстве, не занятом ферромагнитным поршнем 5;

Я, — площадь сечения возбуждающей катушки 6;

No — число витков измерительной катушки 7, не перекрытых поршнем 5; ,и — магнитная проницаемость поршня 5;

1637865 н,ц — напряженность магнитного поля в поршне 5 (с учетом размагничивающего фактора);

Sp- площадь сечения поршня 5;

Np — число витков измерительной катушки 7, перекрытых поршнем 5.

S op = So — $/» - площадь зазора между поршнем 5 и витками возбуждающей катушки 6.

Используя приведенные соотношения, получим для амплитудного значения ЭДС, возникающей в измерительной катушке 7:

8=/CpN(Sp Ho Np+SpHop pNö+

+ Sop NpHp), где ж — циклическая частота; но и í op — амплитуды напряженности магнитного поля в пространстве, не занятом поршнем 5 и в поршне 5 соответственно.

Используя очевидное соотношение

N = Np+ Йи,получаем

E =,ио Co (Sp Ho N + N p (S ц í о р р +

+ $оц нo So но)

Следовательно, я линейно зависит от величины Np, а поскольку измерительная катушка 7 выполнена с линейно возрастающим числом витков, то Np, а вместе с ним и а линейно зависят от перемещения поршня 5; что обеспечивает линейную зависимость е от объема жидкого реагента 10, поступающего в капсулу 2. Этот расчет был сделан при определенных допущениях; 1— магнитное поле внутри катушки 6 и 7 предполагалось однородным; 2 — предполагалось полное потокосцепление возбуждающей катушки 6 и витков измерительной катушки 7, т.е. только при выполнении этих требований возможна линейность характеристики предлагаемого прибора для получения газа. Частично удовлетворить первому требованию можно. взяв длину возбуждающей катушки 6 больше длины измерительной катушки на величину порядка двух диаметров катушки 6, что существенно уменьшает влияние краевых эффектов. Это применительно к предложенной конструкции означает, что длины возбуждающей и измерительной катушек должны быть равны длине капсулы с жидким реагентом и ее полой части соответственно, а соотношение длины капсулы 1 и ее полой части выбирается из указанных соображений, Второе требование можно реализовать, взяв измерительную катушку 6 с малой конусностью или с малым радиальным разбросом ее витков. В этом случае потокосцепление возбуждающей катушки и витков измерительной катушки не .идеально, поскольку идеальным следует считать случай, когда витки возбуждающей и измерительной катушек полностью совмещены, что фактически невозможно. Для измерительных катушек с

5 углом конусности, меньшим 4О, характеристика реального устройства лежит довольно близко к расчетной (идеальной) и ее нелинейность не превышает нескольких процентов.

Пример. Для конкретного устройства

10 числом витков возбуждающей катушки n = 432, диаметром d = 3,86 10 м; длиной

-х

1=144 10 м; N=Np + Np=231;

So = 11 7 10 м; $/ = 7,64 104м;

S pts 4 . 10 м;и = 2849 А/м при амплитуде тока 1, = 1А с размагничивающим фактором P = 0,27, в = 314 рад/с; р=-7 и М ц-- 6х+ 121, где Х вЂ” безразмерная продольная координа20 та, получим

e= 3,9 10 (57,2х+ 962,4).

Этэ зависимость изображена нэ фиг, 2, где сплошной линией показана прямая

25 эф = — г — >

2 а точками — экспериментальные значения оэф от перемещения поршня для устройства с перечисленными характеристиками.

Капсулы 1 и 2 не объединены в общий

30 конструктив. При генерации газа процесс, как правило, неизотермичен. Так, например, при реакции разложения ЫВН4 водой температура в зоне реакции достигает 300—

400 С, что приводит к разогреву капсулы 2, 35 при объединении капсул 1 и 2 в общий корпус возрастала бы температура капсулы 1, а следовательно, изменилась бы и ЭДС индукции в катушке 7 относительно нормальных условий, что также накладывает

40 определенные требования на взаимное размещение капсул 1 и 2. Толщина области D c возмущенной температурой в окрестности нагретого тела капс лы 2)

D =2. каг, 45 где а — температуропроводность среды; т — характерное время цикла генерации газа.

Таким образом, капсулы 1 и 2 необходимо размещать на расстоянии, превышаю50 щем характерный размер проникновения тепловой волны D.

Предложенная конструкция устройства позволяет существенно увеличить удобство работы с устройством и эффективность тру55 да при обработке новых составов; проводить генерирование газа по заданной программе полностью в автоматическом режиме. Обеспечивает дистанционное управление генерированием газа, что особенно важно в тех случаях, когда по условиям беэ1637865

Фиг.1 опасности работ прямой доступ к газогенерирующему устройству невозможен. Устранение операций, управление которыми осуществляется вручную, увеличивает точность и достоверность эксперимента по ис- 5 следованию кинетики химических реакций.

Формула изобретения

1. Устройство для получения газа, содержащее цилиндрические капсулы иэ неМагнитного материала для размещения 10 твердого и жидкого реагентов, трубопроводы для подачи жидкого реагента и отбора газа, поршень в капсуле для размещения жидкого реагента, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительно- 15 сти устройства при отработке новых гаэообраэующих составов, оно дополнительно содержит блок управления и электромагнитный клапан, при этом капсула для размещения жидкого реагента снабжена двумя 20 коаксиально расположенными катушками— внутренней возбуждающей, выполненной цилиндрической, и внешней измерительной, выполненной с малой конусностью, длины которых равны соответственно длине капсулы с жидким реагентом и ее полой части, измерительная катушка подключена к входу блока управления, выход которого соединен с электромагнитным клапаном, а расстояние между капсулами с жидким и тве ым реагентами больше величины

2 юа t, где а — температуропроводность среды, - характерное время цикла генерации газа, 2. Устройство по п.1 ° отл ич а ю ще ес я тем, что длина капсулы для жидкого реагента превышает длину ее полой части на величину двух ее диаметров.

3, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что угол конусности измерительной катушки не превышает 4О.

1637865

Составитель Б. Долотин

Техред M.Moðãåíòàë Корректор Л. Пилипенко

Редактор Н, Горват

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 886 Тираж 320 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5