冷等离子体的产生器装置及用于产生化学物质的相关方法_3

文档序号:9770054阅读:来源:国知局
为轴向叶轮。叶轮54设置在气体入口 58附近,不久将对其进行叙述。
[0216]叶轮54可以由塑料或金属材料制成,这无关紧要。塑料/金属材料的选择取决于想要触发的反应及反应过程的温度。
[0217]叶轮的特征可以与本文考虑的外部电极2相关的图1的叶轮4相同,同样地取决于相对于主体52的大小。
[0218]主体52具有气体入口 58,尤其设置在其基底处。气体入口 58界定叶轮54的抽吸区段。
[0219]在气体入口58处,设置所谓的支撑件500以容纳轴承并使轴杆501居中。
[0220]主体52还具有使用55标示的多个气体出口端口,以便离子体产生区521的等离子气体再循环。
[0221 ]优选地,端口 55布置在主体52的侧壁处、在本实例中的侧部裙座处。布置在端口 55仍然相对于进入气体流动的等离子体产生区521的下游,使得已在此区521中形成的等离子气体的一部分穿过其而流出。
[0222]仍然基于优选实施例,由再循环端口55界定的气体出口大体上等于或大于主体52的有用(内部)横截面面积。
[0223]优选地,再循环端口55中的每一者具有大体上圆形或矩形轮廓。
[0224]主体52此外具有液体入口端口 555,其适用于允许主体52自身部分浸没、且尤其其侧部裙座浸没在导电液体522内。具体来说,端口 555允许导电液体穿透主体52与电极51之间空间。
[0225]在所展示的具体实施例中,液体入口端口555及再循环端口 55在主体52的相应部分上布置在彼此大体上正交的位置中。
[0226]实施例变体可提供单一再循环端口55和/或单一液体入口端口 555。
[0227]装置111于是包括关联到电极51的滑动电接触件558,所述滑动电接触件适合于例如通过导杆或导电线559及穿过闭合元件56的绝缘套管557而将电极连接到具有高压或高频率的电源。举例来说,使用515标示电源的端子极。
[0228]产生器装置111展示为反应器211的一部分。
[0229]反应器211具有优选大体上圆柱形或平行六面体几何形状的外部壳体511。产生器装置111至少部分接纳在反应器211的壳体511内。
[0230]壳体511界定槽区580,所述槽区在使用中容纳已经提到的导电液体522,优选为水。导电液体的自由表面使用518标不。
[0231]垫圈554可以插入装置111的壳体511与闭合凸缘56之间。
[0232]在本实例中,壳体511的布置沿着装置111的轴L大体上对准电极51及主体52,且尤其大体上是水平地。电极51大体上平行于导电液体522的自由表面518。
[0233]在壳体511处,且尤其在其槽区580处,液体的入口513及气体入口 512、气体通常是空气。在本实例中所考虑的布置中,反应器211的气体入口 512与液体入口 513在同一侧、优选在壳体511的底部。
[0234]优选地,提供用于调整槽区580中的导电液体水平的自动或手动构件。
[0235]于是,壳体511在其自身的侧部裙座且尤其在侧部裙座的上部部分处提供等离子气体的出口 510,离子气体的出口 510适用于化学方法中。
[0236]从端口510流出的等离子气体的流量相对于通过端口 55再循环的等离子气体的流与装置111及反应器211内产生的过压相关。
[0237]同样地,装置111可以作为组合件的一部分,所述组合件可以还包括电源及可能电极51的驱动电动机,并且所述组合件可以与已经参考第一实施例及相关变体描述的内容完全类似。
[0238]首先,上述产生器装置111的启动与前面所述的图1到4的产生器装置101或102类似。在此情况下,主体52充当外部电极且电极51充当内部电极。
[0239]基于高度优选配置,作为刚刚在图5中提到及展示的替代方案,装置111通过将实际上由反应器211的壳体511中接收的导电液体522界定的液态电极用作第二触发电极(SP相对于旋转电极51的额外电极)而工作。如已经所述及如所展示,在使用中,液态电极522的自由表面518面向主体52的旋转电极51内,且尤其等离子体产生区521处。
[0240]在此配置中,壳体511是由导电材料制成,且连同旋转电极51—起连接到使用端子515及516识别的适合于将电极置于不同电压的具有高压或频率的电源。以此方式,此电压从壳体511传递到液态电极522。
[0241]归功于所描述的布置,在电极51及522之间产生电场,所述电场电离及激发在等离子体产生区521中存在或传递的气体颗粒,从而允许获得从区521排出的等离子气体。
[0242]在下文说明并入其中的反应器211及产生器装置111的典型操作实例。
[0243]首先,反应器的腔室使用导电液体(其可为水或其它)填满,直到部分淹没主体52但不与梳状元件53或叶轮54接触。
[0244]以此方式,保证除反应液体之外的填充液体同样地变为实施第二电极522的电力供应导体。
[0245]通过注入新的液体且优选使用本身已知的合适的构件控制及调整而使上述液面高度保持恒定。
[0246]液体的液面高度的控制对于产生触发放电特别重要,这是因为此水平/液态电极与梳状元件53的齿之间的距离对于产生用于电压及频率的不同施加值的放电是基本的。
[0247]以相同方式,在动态条件下,在已触发放电且在产生区521中启动等离子体之后,需要增加梳状元件53与液态电极522之间的距离来实现,例如通过调整液体水平。
[0248]将导电液体注入反应器221内之后,在前述提到的外部电动机的情况下,或在等效的驱动方式的情况下,和在具有高电气绝缘的合适的传输的情况下,使第一电极51以从每分钟数转直到每分钟2800转的角速度旋转。旋转速度取决于产生器大小及所施加的电压及频率。
[0249]通过将高压和/或高频率供应到电极51及522,在梳状元件53的尖端及第二电极522之间包括的空间中,即在等离子体产生区521中,触发放电,尤其由于两个导电部分之间的接近度及尖端效应而可见的放电。
[0250]第一电极51的旋转通过在电极51及522的整个圆柱形表面及同样地通过主体52的未浸没的侧部裙座界定的区521的环面区域上均匀地分布触发区域而连续地移动触发区域。
[0251]在触发放电之后,在第一电极51与第二电极522之间产生等离子体圆柱形区,其同样地可以包括主体52的全长。
[0252]第一电极51的旋转携带着叶轮54旋转,从而从入口58抽吸气体及蒸气且使其越过已产生的等离子体圆柱形区、从再循环端口 55流出。
[0253]以此方式,保证等离子体区域中的反应气体/蒸气的连续再循环。由电弧产生的热将增加再循环的气体及蒸气的温度,但与液体自由表面的连续接触实施绝热热交换的条件,使得热被新蒸气的产生吸收。以此方式,通过合适地控制过程参数,实施两个有利条件,即
[0254]-形成蒸气,其更具化学反应性且在区521中连续地再循环,
[0255]-保持反应器211的内部温度处于等于液体蒸发温度的值。
[0256]在动态条件下,通过气体入口 512通入反应气体,以及通过液体入口 513连续地注入反应液体。
[0257]通过端口510从反应器211流出的等离子气体的速率与通过端口 55再循环的气体的速率之间的平衡取决于特定操作需要且影响过程的整体性能。优选地,此速率的比例处于大约1:1并且最多1:10的范围内变化。
[0258]图6涉及反应器211及装置111的第二操作实例。在此第二实施例中,第一电极51的旋转方向相对于图5的旋转方向颠倒。以此确定装置自身的气体入口及出口端口 58及55的作用是颠倒的。具体来说,等离子区521内部的气体/蒸气的流动将颠倒:必须越过区521由端口 55送入且在等离子气体的形式下从端口58流出。图7展示的是产生器装置的不同实施例,本文中使用112整体地标示且并入反应器212。
[0259]相对于图5的实施例,在这个实施例中,叶轮是离心叶轮64。进一步提供用于轴杆501居中的支架62。
[0260]具有离心式风扇的优点是能够具有可用的更大总压力来迫使气体/蒸气越过等离子区521且使这些流的方向保持恒定,而与轴杆处于右旋或左旋的旋转方向的事实无关。
[0261]图8展示产生器装置的额外实施例,本文中使用113整体地标示且并入反应器213。
[0262]在此情况下,本文中使用601标示的旋转轴杆不再与固定到其上的所有元件同心地放置,而是相对于主体52处于偏心位置。例如当出于技术原因而需要保证更有效的弧断开时,此定位可为有用的。
[0263]在此有利条件下,梳状元件53的齿与主体52之间的距离不恒定,从当梳状物垂直面对液态电极522时的最小值直到当梳状元件53与最小距离成180°时的最大值之间变化。
[0264]相对于具有同轴轴杆的前述所提及到的图,所实施的最大距离大于相对于所描述的前述所提及到的实施例的最大距离。
[0265]图10展示使用214标示的反应器的不同实施例,其包括多个、尤其是一对产生器装置 111。
[0266]氺氺氺
[0267]图8A展示本文中使用114整体地标示的根据本发明的冷等离子体产生器装置的第三优选实施例。产生器装置114类似于图5到8中展示的装置,同样地产生器装置114是可使用本文中使用222标示的液态电极。
[0268]同样地装置114适合于在工业化学方法中使用,尤其在用于产生硝酸或硫酸的化学设备中使用。
[0269]装置114包括大体上轴杆形状的电极21。电极21具有纵向轴线L及优选圆柱形几何形状。电极21例如可以使用管状形状实施,或从车床加工的实心圆柱形条获得。
[0270]电极21可围绕轴或旋方向A旋转,其在本实例中与纵向轴线L一致。所述旋转可以右旋或左旋,这两种旋转方向都可以。
[0271]装置114具有外部壳体220,所述外部壳体220界定槽区28的,其在使用中容纳导电液体222,优选为水。导电液体的自由表面使用218标示。优选地,壳体220的上部部分具有大体上圆柱形几何形状及对应于区28的下部部分,所述下部部分大体上是盆或灯泡形状。
[0272]在壳体220处,且尤其在其槽区28处,设置液体的入口23及仍然是液体的出口 24。优选地,此入口及出口 23和24布置在壳体220的侧部裙座处,优选在其相对侧上。
[0273]此外,提供下部液体出口217以便在操作结束时排空装置114或用于维护。
[0274]优选地,提供用于调整槽区28中的导电液体的液面高度的自动或手动构件。
[0275]壳体220进一步具有气体的入口22。在本实施例考虑的布置中,仍然在壳体220的侧部裙座处并在相对于液体入口 23的相对侧上设置气体入口 22。
[0276]在本实施例考虑的布置中,装置114具有布置在壳体220上、优选在相对于气体入口 22的相对侧上的等离子气体出口 110。
[0277]仍然在本实例中,壳体220及电极21沿着轴L大体上同轴布置,所述轴在本实例中是垂直或大体上是垂直的。电极I于是大体上正交于导电液体的自由表面218。
[0278]电极21及壳体220沿着此共同的纵向轴线L大体上居中。
[0279]在所考虑的实例中,设置于壳体220的上部闭合元件260大体上类似于已提及到的图1的产生器装置1I所描述的闭合元件6 ο为了使得电极21旋转,闭合元件260在其自身的支座处允许通过电极21,闭合元件260设置有一或多个轴承,所述轴承由具有非常低的摩擦系数的特殊聚合物制成的衬套。
[0280]优选地,电极21的直径包括在大约20到200mm的范围内,其取决于产生器功率及待处理的气流。
[0281]优选地,电极21和/或壳体220具有从200mm开始且直到数米的长度,其取决于产生器的功率及待处理的物料流动。
[0282]优选地,电极21及壳体220是由金属制成。具体金属材料的选择取决于想要触发的反应。
[0283]装置114进一步包括用于触发电极21与液态电极222之间的放电的构件。此触发构件布置在等离子体产生区225处。
[0284]在本实例中,触发构件与旋转电极21成一体。仍然在本实例中,触发构件是基于尖端效应且尤其包括大体上梳状元件231。
[0285]优选地,梳状元件231是由金属材料制成。具体金属材料的选择取决于想要触发的反应。梳状元件231可以完全类似于前述所提及的实施例中所描述的梳状元件作为参考,并且因此将不进一步说明。
[0286]装置114进一步包括用于使气体进气于等离子体产生区225内的构件。在本实例中,此进气构件包括转子或叶轮240,其与电极21形成一体地旋转且安装在电极上。在本发明的实施例中,叶轮240是径向类型且包括多个叶片241,优选由金属材料制成、与闭合圆盘242成一体,优选采用焊接形式。叶片241的数目可以是四个到十六个,其取决于想要获得的大小及空气参数。
[0287]闭合圆盘242也可以由金属材料制成,其直径优选为200mm并且高达数米或更多。
[0288]叶轮的材料的选择取决于想要触发的反应及工艺温度。
[0289 ]梳状元件231的齿优选直接与叶轮240的叶片成一体,例如焊接到所述叶片。
[0290]参考27标示通过径向叶轮240移动的气体流动的线。
[0291]于是,装置114包括关联到电极21的滑动电接触件25,所述滑动电接触件适合于将电极连接到具有高压或频率的电源。举例来说,使用270标示电源的端子极。
[0292]同样地,装置114可以作为组合件的一部分,所述组合件可以还包括电源及可能电极21的驱动电动机,并且所述组合件可以与已经参考第一实施例及相关变体描述的内容完全类似。
[0293]首先,上述提及到的产生器装置114可类似于前图1到4的产生器装置101或102而工作。在此情况下,壳体220充当外部电极且电极21充当内部电极。
[0294]基于高度优选的配置,作为刚刚在图8A中提到及展示的替代方案,装置114通过将已经提到的实际上由导电液体222界定的液态电极用作第二触发电极(即相对于旋转电极21的额外电极)而工作。
[0295]在此配置中,壳体220是由导电材料制成,且连同旋转电极21—起连接具有高压或频率的电源,具有高压或频率的电源被上述提及到的端子270及另一端子26识别,适合于将电极置于不同电压。以此方式,此电压从壳体220传递到液态电极222。
[0296]归功于所描述的布置,在电极21及222之间产生电场,所述电场电离及激发在等离子体产生区225中存在或传递气体颗粒,从而允许获得从区225排出的等离子气体。
[0297]至于装置114的操作,壳体220通过入口23用去离子水或其它液体填满并且直到水平218。此液面高度保持恒定通过在装置或反应器中设置水平传感器操控的合适的栗进行连续液体注入。通过溢出端口 217排出可能的多余液体。
[0298]在外部电动机及具有高电气绝缘的合适的传输的情况下,使电极21以从每分钟数转且直到大约每分钟2800转的角速度旋转。旋转速度取决于产生器大小及所施加的电压及频率。
[0299]通过将高压或高频或其两者供应到电极,空间包括在梳状物231的尖端与反应器中含有的液体的表面之间,一个可见的触发放电,由于所述两个部分之间的接近度及“尖端”效应。
[0300]中央电极21的旋转通过在径向叶轮下方的整个圆形表面上均匀地分布触发区域而连续地移动触发区域。
[0301]叶轮240的旋转归因于离心作用而从底部吸入气体及蒸气且在径向方向上推动它们。以此方式,装置中含有的气体及蒸气连续地再循环且被迫越过冷等离子体区,如流线27所示的环形。
[0302]可以看到使用14整体标示的迄今描述的发电机系统不仅类似产生器装置,而且类似完整反应器。
[0303]氺氺氺
[0304]冷等离子体产生器及反应器两者可在大气压力下及在介质或高压下操作,因此可在从IMPa且直到5MPa变化的绝对压力值下操作。操作值取决于想要继续的反应的类型、进入反应的元件及最后想要实施的经济方式。
[0305]冷等离子体产生器可在从数千伏开始且直到数百千伏的电压下工作。工作电压的选择取决于电极之间的距离、电极之间按压的电介质产物及想要形成的反应的类型。供电系统的频率可从OHz且直到数兆Hz变化。因此,从直流电直到激光频率。同样地此选择除考虑经济方式之外取决于电极之间的距离、电极之间按压的电介质产物及想要形成的反应的类型。
[0306]氺氺氺
[0307]图8A展示本文中使用114整体标示的根据本发明的冷等离子体产生器装置的额外优选实施例。
[0308]可以看到下文将描述的使用114整体标示的发电机系统不仅类似产生器装置,而且类似完整反应器。
[0309]同样地装置114适合于在化工方法中和/或在以气态和/或蒸气状态送入的物质的高级氧化状态的方法中使用,尤其用于产生硝酸或硫酸或已经在上文示例的其它物质的化学设备。
[0310]装置114包括大体上轴杆形状电极21。电极2
当前第3页1 2 3 4 5 6 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1