Аппарат для разделения газа

 

Изобретение относится к аппаратам для разделения и очистки газов от гомогенных примесей и может найти применение в различных отраслях промышленности, а также в экологических процессах газоочистки. Техническим результатом является увеличение селективности разделения, степени очистки и скорости разделения смеси газов или паровоздушных смесей на составляющие компоненты и очистка воздуха или дымовых газов от вредных примесей за счет резонансных колебаний молекул одного из компонентов газовой смеси в монохроматическом лазерном луче. Устройство содержит цилиндрический корпус с патрубками входа исходного газа и выхода продуктов разделения, отделенными друг от друга цилиндрической перфорированной перегородкой, выполненной из диэлектрического материала. Коронирующий электрод расположен по оси корпуса и подключен к высоковольтному выводу источника постоянного напряжения. Второй вывод источника подключен к корпусу аппарата или заземлен. Аппарат дополнительно снабжен резонатором, включающим лазерный излучатель и зеркальный отражатель. Коронирующий электрод выполнен в виде пористой трубки, нижняя часть которой соединена с патрубком входа исходного газа, а на верхней закреплен зеркальный отражатель. Лазерный излучатель, обеспечивающий подачу монохроматического кольцевого луча вдоль коронирующего электрода, установлен в нижней части корпуса осесимметрично с коронирующим электродом. 1 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к аппаратам для разделения и очистки газов, санитарных и вентиляционных воздушных выбросов, дымовых газов, паровоздушных смесей от гомогенных примесей и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, автомобильной, лакокрасочной, топливной и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах газоочистки.

Известна конструкция электрофильтра, содержащая корпус с осадительным электродом и крышку с коронирующим электродом, снабженную направляющим патрубком с размещенными на наружной поверхности в спиральных пазах электродами бегущего поля (Авт. св. СССР N 886944, B 01 D 35/06, 1981) К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная селективность, степень очистки и скорость разделения газов, вентиляционных выбросов, дымовых газов, паровоздушных смесей из-за ионизации в коронирующем разделе молекул всех газов, входящих в смесь.

Известен аппарат, в котором реализуется способ электрической обработки потока воздуха, включающий разделение его на два потока и обработку их электрическими разрядами, причем сначала весь поток воздуха обрабатывают коронным разрядом, а затем после разделения один из потоков обрабатывают искровым разрядом (Ав. св. СССР N 952340, B 03 C 3/38, 1982).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая селективность, степень очистки и скорость разделения газов из-за ионизации в коронирующем и искровом разрядах молекул всех газов, входящих в газовую смесь.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является аппарат для разделения газа, содержащий корпус с патрубками входа исходного газа и выхода продуктов разделения, отделенных друг от друга перегородкой, снабженной отверстиями и установленной вдоль стенки корпуса, коронирующий электрод, расположенный по оси корпуса и подключенный к высоковольтному выводу источника постоянного напряжения, а второй вывод источника постоянного напряжения подключен к корпусу аппарата, при этом перегородка выполнена из диэлектрического материала с удельным сопротивлением, подбираемым по специальной формуле, и учитывающей геометрические размеры, напряженность электрополя, а также диэлектрическую проницаемость и подвижность ионов разделяемого газа (Авт. св. СССР N 1662646, B 01 D 53/32, 1991).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная селективность разделения, степень и скорость очистки, так как ионизации в коронном разряде подвергаются как молекулы примесей, так и молекулы основного потока газа.

Задачей предлагаемого технического решения является создание аппарата, позволяющего в коронном разряде селективно ионизировать молекулы одного из компонентов газовой смеси, используя лазерное монохроматическое излучение с частотой, равной частоте колебаний молекул извлекаемого компонента в газовой смеси.

Техническим результатом является увеличение селективности разделения, степени очистки и скорости разделения смеси газов или паровоздушных смесей на составляющие компоненты и очистка воздуха или дымовых газов от вредных примесей за счет резонансных колебаний молекул одного из компонентов газовой смеси в монохроматическом лазерном луче.

Поставленный технический результат достигается тем, что в аппарате для очистки газа, содержащем цилиндрический корпус с патрубками входа исходного газа и выхода продуктов разделения, отделенными друг от друга цилиндрической перфорированной перегородкой, выполненной из диэлектрического материала, коронирующий электрод, расположенный по оси корпуса и подключенный к высоковольтному выводу источника постоянного напряжения, а второй вывод источника подключен к корпусу аппарата или заземлен, аппарат дополнительно снабжен резонатором, включающим лазерный излучатель и зеркальный отражатель, причем коронирующий электрод выполнен в виде пористой трубки, нижняя часть которой соединена с патрубком входа исходного газа, а на верхней закреплен зеркальный отражатель, при этом лазерный излучатель, обеспечивающий подачу монохроматического кольцевого луча вдоль коронирующего электрода, установлен в нижней части корпуса осесимметрично с коронирующим электродом.

Выполнение коронирующего электрода в виде пористой трубки, соединенной в нижней части с патрубком входа исходного газа, позволяет равномерно подавать исходный газ через зону короны, а установка лазерного излучателя в нижней части корпуса осесимметрично с коронирующим электродом позволяет при подаче монохроматического кольцевого луча с частотой, равной резонансной частоте колебаний разделяемого компонента газовой смеси, селективно ионизировать в зоне короны молекулы этого компонента, которые под действием электрического поля проходят через поры в перфорированной цилиндрической перегородке, разряжаются на корпусе аппарата и выходят через патрубок выхода продуктов разделения, а основной поток газа, отделенный от этого компонента газовой смеси перфорированной цилиндрической перегородкой, выходит через другой патрубок выхода продуктов разделения. Установка зеркального отражателя в верхней части пористой трубки коронирующего электрода позволяет возвращать ионы резонирующего компонента газовой смеси и энергетический поток лазерного излучения в зону коронирующего разряда, образующегося вокруг пористой трубки коронирующего электрода.

Это позволяет увеличить селективность разделения и скорость разделения газовой смеси на два основных потока: основной газовый поток, обедненным одним из компонентов, и второй газовый поток, содержащий преимущественно молекулы этого компонента. Кроме того, уменьшается расход энергии, так как ионизации в коронном разряде подвергаются преимущественно только молекулы одного из компонентов газовой смеси, частота колебаний которых резонирует с частотой монохроматического лазерного излучения.

Таким образом, лазерный излучатель в совокупности с зеркальным отражателем образуют резонатор, обеспечивающий селективную ионизацию молекул разделяемого газа, собственная частота колебаний которых совпадает с частотой вынужденных колебаний резонатора.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалистов явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На чертеже изображен аппарат для разделения газа. Аппарат содержит цилиндрический корпус 1 с патрубками входа исходного газа 2 и выхода 3 продуктов разделения, цилиндрическую перфорированную перегородку 4 из диэлектрического материала, коронирующий электрод 5, выполненный в виде пористой трубки, которая в нижней части соединена с патрубком входа исходного газа 2, а на верхней закреплен зеркальный отражатель 6. В нижней части корпуса 1 осесимметрично с коронирующим электродом 5 установлен лазерный излучатель 7 для подачи монохроматического кольцевого луча вдоль коронирующего электрода 5 с резонансной частотой колебаний, равной частоте колебаний молекул извлекаемого компонента из газовой смеси. Таким образом, лазерный излучатель 7 в совокупности с зеркальным отражателем 6 образуют резонатор, позволяющий селективно ионизировать только те молекулы газовой смеси, подаваемой в аппарат на разделения, собственная частота колебаний которых равна вынужденной частоте колебаний резонатора.

Коронирующий электрод 5 и патрубок входа газа 2 отделен от корпуса 1 диэлектрической пробкой 8.

Патрубок 2 соединен с одним полюсом 9 источника высокого напряжения, а корпус 1 соединен с другим полюсом или заземлен 10.

Аппарат для разделения газа работает следующим образом. По потрубку 2 в пористую трубку коронирующего электрода 5 подают исходный газ. На полюс 9 подают высокое напряжение, под действием которого вокруг поверхности пористой трубки коронирующего электрода 5 образуется корона за счет ионизации молекул газа, выходящих через боковую поверхность пористой трубки. Так как кольцевая зона вблизи поверхности коронирующего электрода 5 пронизывается монохроматическим кольцевым лучом от лазерного излучателя 7 с частотой колебаний, равной резонансной частоте колебаний извлекаемого компонента из газовой смеси, то ионизироваться в коронном разряде будут преимущественно молекулы извлекаемого компонента, которые под действием электрического поля будут проходить в поперечном направлении к противоположно заряженной осадительной поверхности корпуса 1 через отверстия в перфорированной перегородке 4 из диэлектрического материала.

Зеркальный отражатель 6 препятствует свободному выходу ионов и лазерного луча, возвращая их в рабочую зону между коронирующим электродом 5 и перфорированной перегородкой 4.

Ионы извлекаемого компонента на поверхности корпуса 1 нейтрализуются, и их отводят из корпуса через патрубок 3. Таким образом, через патрубок 3 выводят поток газа, обогащенный молекулами извлекаемого компонента, а через центральный патрубок 3 - основной поток газа, очищенный от молекул извлекаемого компонента.

Предлагаемая конструкция аппарата для разделения газа позволяет в основной технологии увеличить селективность разделения и скорость разделения газа, так как применение монохроматического лазерного излучения с резонансной частотой, равной частоте колебаний молекул извлекаемого компонента, обеспечивает ионизацию в коронирующем разряде преимущественно именно этих молекул. В экологии при очистке газов и воздуха от вредных примесей ионизация последних в монохроматическом лазерном луче с частотой излучения, равной частоте колебаний вредных примесей в зоне коронирующего разряда, позволяет увеличить степень очистки основного потока газа или очищаемого воздуха, уменьшить расход энергии, габариты аппарата и время разделения.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении и использовании в заявленном изобретении следующей совокупности условий: - аппарат, воплощающий заявленное изобретение при осуществлении, предназначен для селективного разделения и очистки газов, паровоздушных смесей, санитарных и вентиляционных воздушных выбросов от молекул примесей и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, лакокрасочной, топливной и других отраслях промышленности; - для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов; - средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствуют требованию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Аппарат для разделения газа, содержащий цилиндрический корпус с патрубками входа исходного газа и выхода продуктов разделения, отделенных друг от друга перфорированной цилиндрической перегородкой, выполненной из диэлектрического материала, коронирующий электрод, расположенный по оси корпуса и подключенный к высоковольтному выводу источника постоянного напряжения, а второй вывод источника подключен к корпусу аппарата или заземлен, отличающийся тем, что аппарат дополнительно снабжен резонатором, включающим лазерный излучатель и зеркальный отражатель, причем коронирующий электрод выполнен в виде пористой трубки, нижняя часть которой соединена с патрубком входа исходного газа, а на верхней закреплен зеркальный отражатель, при этом лазерный излучатель, обеспечивающий подачу монохроматического кольцевого луча вдоль коронирующего электрода, установлен в нижней части корпуса осесимметрично с коронирующим электродом.

РИСУНКИ

Рисунок 1