початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2176838

ПРИСТРІЙ ДЛЯ ОТРИМАННЯ синглетний кисень

Ім'я винахідника: Вискубенко Б.А .; Волков А.В .; Ільїн С.П .; Колобянін Ю.В .; Круковський І.М.
Ім'я патентовласника: Російський федеральний ядерний центр - Всеросійський науково -дослідний інститут експериментальної фізики
Адреса для листування: 607190, Нижегородська обл., М Саров, пр. Миру, 37, РФЯЦ- ВНДІЕФ, ОПІНТІ, поч. ОПІНТІ А.А.Кімачеву або зам. поч. ОПІНТІ Н.А.Волковой
Дата початку дії патенту: 2000.07.11

Винахід відноситься до галузі квантової електроніки, переважно до хімічним лазерів, і може бути використано в хімічному кисень-йодному лазері. Пристрій для отримання синглетного кисню включає корпус хімічного реактора, джерело хлору, пристрій уприскування, поєднане з джерелом суміші перекису водню з лугом, виконане у вигляді порожнього ротора з отворами в стінці, колектор для відпрацьованої суміші, пристрій виведення синглетного кисню. Пристрій для отримання синглетного кисню забезпечено засобом переміщення рідини, виконаним у вигляді многозаходная гвинта на зовнішній поверхні ротора. Рідинний насос встановлений в корпусі реактора на валу ротора з можливістю розміщення його робочого колеса між будь-яким з торців ротора і пристроєм для відпрацьованої рідини. Технічний результат винаходу: підвищення продуктивності і надійності роботи пристрою для отримання синглетного кисню.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до галузі квантової електроніки, переважно до хімічним лазерів, і може бути використано в хімічному киснево-йодному лазері (КІЛ).

Відомий компактний плівковий генератор синглетного кисню (ГСК) з обертовими дисками [1]. В цьому генераторі безліч тонких дисків скріплені разом з проміжком 2 - 3 мм і частково занурені в лужний розчин перекису водню. Диски обертаються зі швидкістю близько 20 об / хв і змочуються лужним розчином перекису водню, в результаті чого на поверхні дисків утворюється плівка рідини товщиною близько 0.03 см. Газоподібний хлор, проходячи в проміжках між дисками, взаємодіє з плівкою лужного розчину перекису водню і утворює синглетний кисень зі ступенем порушення від 40% до 60% при ступені утилізації хлору до 90%. Загальний тиск газу в генераторі складає від 40 до 60 Торр. Для зменшення релаксаційних втрат синглетного кисню хлор перед подачею в реакційну зону дискового генератора попередньо змішують з гелієм в молярному співвідношенні He: Cl ₂ = 3-4, тому генератор виробляє синглетний кисень з парціальним тиском не більше 10-15 Торр. Питома продуктивність синглетного кисню в такому реакторі не перевищує 1.5 ммоль / с · см ^2. Головний недолік плівкового дискового реактора обумовлений швидкої виробленням плівки робочого розчину при збільшенні тиску і швидкості газу. Збільшення швидкості обміну розчину шляхом підвищення частоти обертання дисків призводить до зриву плівки з торців диска і появи аерозолю на виході ГСК, що обмежує продуктивність реактора, а при його використанні разом з лазером - до збільшення рівня нерезонансних втрат в резонаторі лазера і зменшення його ККД.

Відомий струменевий генератор синглетного кисню (СГСК), в якому струмені лужного розчину перекису водню взаємодіють з потоком газоподібного хлору [2]. На основі цієї ідеї можуть бути реалізовані три різні схеми безперервного СГСК, що відрізняються напрямками руху потоків лужного розчину перекису водню і хлору: Супутні, поперечна і зустрічна [3]. Найефективнішою до теперішнього часу вважається зустрічна схема СГСК, т. К. При такому русі реагентів більш повно здійснюється сепарація дрібних крапель рідини, оскільки потрібен певний час на їх гальмування, і вони значно меншою мірою захоплюються зустрічним газовим потоком. Крім того, струменя розчину у верхній частині реактора працюють як ефективний теплообмінник, стабілізуючи температуру газу на рівні температури рідини (Т = -20 - -15 ^{o C),} забезпечуючи тим самим, малий вміст парів води на виході СГСК. Довжина реакційної зони вибирається такий, щоб ступінь переробки хлору була вище 95%, а концентрація синглетного кисню на виході СГСК не нижче 60%. Зазвичай довжина реакційної зони становить величину ~ 10 см. В роботі [4] швидкість газового потоку в реакційній зоні СГСК досягала 37 м / с при сумарному тиску в реакторі ~ 100 Торр і парціальному тиску синглетного кисню близько 20 Торр при питомій продуктивності синглетного кисню близько 7 ммоль / с · см ^2. Струменевий генератор синглетного кисню високого тиску має ряд переваг в порівнянні з попереднім аналогом - дисковим плівковим ГСК: більш високі значення парціального тиску і питомої продуктивності синглетного кисню, відсутність обертових частин. Основними недоліками струминного ГСК є обмеження в продуктивності реактора і низька надійність, особливо в області максимальних вихідних параметрів, пов'язані з неможливістю збільшення швидкості газу в реакторі вище ~ 40 м / с через руйнування струменів і різкого збільшення вмісту аерозолю на виході реактора.

Відомо пристрій для отримання синглетного кисню [5], що включає корпус хімічного реактора, джерело газоподібного хлору, джерело суміші перекису водню з лугом, пристрій для вприскування суміші, встановлене в корпусі реактора, і пристрій виведення синглетного кисню з реактора. Пристрій для вприскування суміші виконано у вигляді порожнього ротора з отворами в його стінці, сполученого з джерелом суміші, корпус реактора містить колектор для збору і відводу відпрацьованої суміші, а на виході реактора встановлений пристрій для трансформації обертального руху газу в поступальний уздовж осі реактора. Отримання синглетного кисню засноване на взаємодії в хімічному реакторі газоподібного хлору із струменями суміші перекису водню з лугом з подальшим відділенням отриманого синглетного кисню від аерозолю і рідини. Відділення синглетного кисню здійснюють одночасно зі змішанням взаємодіючих компонентів в поле відцентрових сил, спрямованих перпендикулярно потоку змішуються компонентів. Поле відцентрових сил створюють в хімічному реакторі шляхом обертального руху змішуються компонентів, а відпрацьовану суміш видаляють з пристінкового шару реактора, причому вісь обертання збігається з віссю хімічного реактора. Описаний пристрій отримало в літературі назву генератора синглетного кисню з аерозольним закрученим потоком газу (AЗ ГСК) [6]. В даний час цей реактор має найвищі в світі характеристиками серед реакторів всіх відомих типів: рівень тисків синглетного кисню - до 150 Торр і вище, хімічна ефективність - до 75%, ступінь збудження кисню - до 70%, ступінь переробки хлору - більше 95% , максимальна швидкість газу в реакторі - до 85 м / с. Питома продуктивність синглетного кисню в такому реакторі досягає близько 15 ммоль / с · см ^2. За технічною суттю даний пристрій найближче до пропонованого технічного рішення і тому вибрано як прототип. Подальшому підвищенню продуктивності пристрою перешкоджає недостатня швидкість видалення відпрацьованої суміші перекису водню з лугом з хімічного реактора, що призводить, починаючи з певного витрати рідини, до переповнення реактора і появи рідини на виході пристрою. Це обмежує продуктивність пристрою для отримання синглетного кисню і знижує надійність його роботи.

Суть винаходу.

Технічне завдання пропонованого винаходу полягає в збільшенні швидкості видалення відпрацьованої суміші перекису водню з лугом з пристрою для отримання синглетного кисню.

Технічний результат - підвищення продуктивності і надійності роботи пристрою для отримання синглетного кисню.

Це досягається тим, що у відомому пристрої генератора синглетного кисню, що включає корпус хімічного реактора, джерело газоподібного хлору, пристрій уприскування, поєднане з джерелом суміші перекису водню з лугом, встановлене в корпусі реактора і виконане у вигляді порожнього ротора з отворами в стінці, колектор для збору і відводу відпрацьованої суміші і пристрій виведення синглетного кисню, відмітною є те, що воно забезпечене засобом переміщення рідини, виконаним у вигляді многозаходная гвинта на зовнішній поверхні ротора, і рідинним насосом, встановленим в корпусі реактора на валу ротора з можливістю розміщення його робочого колеса між будь-яким з торців ротора і пристроєм для збору і відводу відпрацьованої рідини.

Зазначені відмінності дозволяють створити високопродуктивне і високонадійне пристрій для отримання синглетного кисню з більш високими експлуатаційними характеристиками, ніж у прототипу.

Чи не виявлені пристрої для отримання синглетного кисню, які забезпечені засобом переміщення рідини, зокрема виконані у вигляді многозаходная гвинта на зовнішній поверхні ротора. При обертанні гвинтові поверхні ротора переміщують рідину в корпусі реактора до одного з торців ротора (в залежності від закрутки гвинта і напрямку обертання ротора), і, тим самим, ефективно видаляють відпрацьовану рідину з реакційної зони, перешкоджаючи переповнення реактора при великих витратах рідини, ніж у прототипу. Слід зазначити, що виконання ротора з профільованими уздовж потоку суміші лопатями в прототипі призначене для додання змішуються компонентів обертального руху і не служить для переміщення рідини в реакторі. А в запропонованому технічному рішенні наявність засоби переміщення рідини дозволяє не тільки збільшити швидкість видалення відпрацьованої рідини, але і збільшити витрату рідини без переповнення реактора. Це дозволяє переробити в тому ж хімічному реакторі більшу кількість газоподібного хлору і отримати на виході реактора більшу кількість синглетного кисню, тобто підвищити продуктивність і надійність пристрою в цілому.

Чи не виявлені пристрої для отримання синглетного кисню, які забезпечені рідинним насосом, встановленим в корпусі реактора на валу ротора з можливістю розміщення його робочого колеса між будь-яким з торців ротора і пристроєм для збору і відводу відпрацьованої рідини. Використання такого технічного рішення дозволяє подати відпрацьовану рідину безпосередньо з гвинтових поверхонь ротора на вхід робочого колеса рідинного насоса, а з виходу насоса - безпосередньо в колектор для збору і відводу відпрацьованої суміші, мінімізує протяжність тракту видалення рідини, зменшує гідравлічні втрати і, тим самим, значно підвищує швидкість видалення відпрацьованого лужного розчину перекису водню з хімічного реактора, виключає його переповнення робочою рідиною. Це дає можливість збільшити в порівнянні з прототипом витрата робочої рідини через реактор, переробити в тому ж хімічному реакторі більшу кількість газоподібного хлору і отримати на виході реактора більшу кількість синглетного кисню, тобто підвищити продуктивність пристрою в цілому. Одночасно це дозволяє запобігти переповнення хімічного реактора робочою рідиною при значно більших витратах в порівнянні з прототипом і, тим самим, підвищити надійність пристрою. Установка робочого колеса рідинного насоса безпосередньо на валу ротора хімічного реактора дозволяє використовувати для приводу рідинного насоса привід реактора і, тим самим, спрощує конструкцію пристрою для отримання синглетного кисню, скорочує до мінімуму кількість рухомих частин пристрою, що підвищує його надійність.

Реалізація запропонованого технічного рішення можлива в двох різних варіантах розміщення рідинного насоса і колектора для збору і відводу відпрацьованої суміші перекису водню з лугом щодо влаштування виведення синглетного кисню з хімічного реактора. У першому варіанті робоче колесо рідинного насоса встановлено з боку торця ротора, протилежної пристрою виведення синглетного кисню. У цьому варіанті напрямки руху потоків робочої рідини і газу в реакторі протилежні. Це дозволяє запобігти потраплянню робочої рідини в вихідний потік синглетного кисню аж до максимальних витрат рідини і підвищити надійність роботи пристрою, але через переміщення газу обертовими гвинтовими поверхнями ротора тиск газу в реакторі падає вздовж ротора від входу до виходу, що призводить до деякого підвищення релаксаційних втрат збереженої енергії в синглетному кисні і, відповідно, зменшення продуктивності пристрою. У другому варіанті робоче колесо рідинного насоса встановлено з боку торця ротора, що примикає до пристрою виводу синглетного кисню. У цьому разі направлення руху потоків робочої рідини і газу в реакторі збігаються. Тиск газу уздовж ротора збільшується від входу до виходу, що сприятливо позначається на збереженні запасеної електричної енергії в синглетному кисні і підвищенні продуктивності реактора. У той же час надійність цього варіанта реактора може дещо знизитися в порівнянні з попереднім варіантом через більшу ймовірність попадання рідини в вихідний потік синглетного кисню, тому що пристрій виведення синглетного кисню і колектор для збору і відводу відпрацьованої суміші розташовані просторово значно ближче один до одного, ніж в першому варіанті, а потоки рідини і газу рухаються в одному напрямку. Залежно від призначення пристрою для отримання синглетного кисню кращим буде один або інший варіант пристрою, але в будь-якому з варіантів виконання і продуктивність і надійність запропонованого пристрою будуть помітно вище, ніж у прототипу.

Заявляється пристрій для отримання синглетного кисню пояснюється кресленнями, представленими на фіг. 1 і фіг. 2, де: 1 - корпус хімічного реактора; 2 - колектор для збору і відводу відпрацьованої суміші; 3 - джерело газоподібного хлору; 4 - джерело суміші перекису водню з лугом; 5 - многозаходная гвинтовий порожнистий ротор; 6 - гвинтові поверхні ротора; 7 - отвори в стінці ротора; 8 - пристрій приводу ротора; 9 - рідинний насос; 10 - робоче колесо рідинного насоса; 11 - пристрій виведення синглетного кисню; 12 - потік синглетного кисню.

Пристрій для отримання синглетного кисню, зображене на фіг. 1, включає корпус хімічного реактора 1 з колектором для збору і відводу відпрацьованої суміші перекису водню з лугом 2. Хімічний реактор 1 з'єднаний з джерелом газоподібного хлору 3 і джерелом суміші перекису водню з лугом 4. У корпусі хімічного реактора 1 встановлено пристрій для вприскування суміші перекису водню з лугом, виконане у вигляді многозаходная гвинтового полого ротора 5 з гвинтовими поверхнями 6 і отворами в його стінці 7, поєднане з джерелом суміші 4 і пристроєм приводу ротора 8. На валу ротора 5 між торцем ротора, протилежним пристрою для виведення синглетного кисню 11, і колектором для збору і відводу відпрацьованої суміші 2 встановлено робоче колесо 10 рідинного насоса 9. У другому варіанті виконання пристрою для отримання синглетного кисню, зображеному на фіг. 2, робоче колесо 10 рідинного насоса 9 встановлено між торцем ротора 5, що прилягає до пристрою для виведення синглетного кисню 11 і колектором для збору і відводу відпрацьованої суміші 2.

Пристрій для отримання синглетного кисню працює наступним чином. У хімічному реакторі 1 призводять в обертальний рух з частотою 40-60 Гц ротор 5 за допомогою пристрою приводу 8, наприклад, електродвигуна. Від джерела 3 в хімічний реактор 1 подають газоподібний хлор, а від джерела 4 - рідку суміш перекису водню з лугом. Суміш 4 подають під тиском у внутрішню порожнину многозаходная гвинтового ротора 5, а потім вводять в реактор 1 у вигляді струменів і / або аерозолю через отвори 7 у бічній поверхні ротора 5. В результаті хімічної реакції між хлором 3 і сумішшю перекису водню з лугом 4 утворюється синглетний кисень 12 (кисень, збуджений на перший електронний рівень), який виводять з хімічного реактора 1 через пристрій виведення 11. Відпрацьована суміш перекису водню з лугом 4 утворює на стінці реактора 1 шар рідини. Обертається в корпусі реактора 1 ротор 5 з гвинтовими поверхнями 6 являє собою гвинтовий насос, який видаляє відпрацьовану суміш 4 з циліндричною внутрішньої стінки реактора 1 на вхід рідинного насоса 9, наприклад відцентрового. За допомогою обертового разом з ротором 5 робочого колеса 10 рідинного насоса 9 відпрацьована суміш 4 видаляється з реактора 1 через колектор для збору і відводу відпрацьованої суміші 2. Хлор 3 практично повністю (більш ніж на 95%) виробляється в реакторі 1 при взаємодії з сумішшю перекису водню з лугом 4, і, таким чином, на виході пристрою утворюється газовий потік 12, що складається переважно (на 70-75% і більше) з синглетного кисню.

У РФЯЦ - ВНІІЕФ проведена конструкторська проробка пропонованого пристрою для отримання синглетного кисню і виготовлений його діючий макет. Випробування макета пристрою показали, що питома продуктивність синглетного кисню склала понад 18 ммоль / с · см ^2, т. Е. Виросла в порівнянні з прототипом більш ніж на 20%.

Пропоноване пристрій для отримання синглетного кисню має низку додаткових переваг в порівнянні з існуючими аналогами. По-перше, тиск відпрацьованої рідини на його виході перевищує атмосферний, що значно полегшує організацію рециркуляції робочого розчину при тривалій роботі пристрою і розширює номенклатуру рідинних насосів, придатних для перекачування робочої рідини в киснево-йодному лазері. По-друге, воно має більш високими експлуатаційними характеристиками, оскільки його робота не залежить від наявності та напрямки сили тяжіння.

Завдяки високій продуктивності і надійності, пропонований пристрій для отримання синглетного кисню знайде широке застосування в технологічних киснево-йодних лазерах, а й в області охорони навколишнього середовища, наприклад для очищення питної води.

ВИКОРИСТОВУВАНА ЛІТЕРАТУРА

1. GM Harpole, WD English, JO Berg, and DJ Miller, "A rotating disk oxygen generator", AIAA Paper 92-3006, presented at the 23 ^{rd Plasmadynamics and Laser Conference,} 6 July 1992 року, Nashville, TN, USA.

2. Н.Ф. Балан, MB Загидуллин, А.Ю. Куров, В.Д. Миколаїв, М.І. Свистун, "Генератор O ₂⁽¹ ) Високого тиску ". Листи в ЖТФ, том 15, вип. 18, с. 64, 1989.

3. MV Zagidullin, A.Yu. Kurov, NL Kupryanov, VD Nikolaev, MI Svistun, and NV Erasov, "Highly efficient jet O ₂⁽¹ ) Generator ", Sov. J. Quantum Electronics, vol. 21, N 7, pp. 747-753 (1991).

4. WE McDermott, JC Stephens, J. Vetrovec, and RA Dickerson, "Operating experience with high throughput jet generator", SPIE Proc., Vol. 2987 (1997).

5. Патент РФ N 2091939 "Спосіб отримання синглетного кисню і пристрій для його здійснення", Б.А. Вискубенко, В.Ф. Герасименко, І.М. Круковський, опубл. 27.09.97, Бюл. N 27.

6. F. Wani, M. Endo, BA Vyskubenko, SP Ilyin, IM Krukovsky, S. Takeda, and T. Fujioka, "Parametric Study of a Twisted Aerosol - Type Singlet Oxygen Generator", IEEE Journal of Quantum Electronics, v. 34, N 11, p. 2130 (1998).

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Пристрій для отримання синглетного кисню, що включає корпус хімічного реактора, джерело газоподібного хлору, пристрій уприскування, поєднане з джерелом суміші перекису водню з лугом, встановлене в корпусі реактора і виконане у вигляді порожнього ротора з отворами в стінці, колектор для збору і відводу відпрацьованої суміші і пристрій виведення синглетного кисню, що відрізняється тим, що воно забезпечене засобом переміщення рідини, виконаним у вигляді многозаходная гвинта на зовнішній поверхні ротора, і рідинним насосом, встановленим в корпусі реактора на валу ротора з можливістю розміщення його робочого колеса між будь-яким з торців ротора і пристроєм для збору і відводу відпрацьованої рідини.

Версія для друку
Дата публікації 28.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів