СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНГЛЕТНОГО КИСЛОРОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНГЛЕТНОГО КИСЛОРОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ


RU (11) 2091939 (13) C1

(51) 6 H01S3/095 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 95115633/25 
(22) Дата подачи заявки: 1995.09.05 
(45) Опубликовано: 1997.09.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. S.Yoshida et al. Appl.Phys. Lett. 1987, 7, p. 1490 - 1492. 2. P.V. Avizonis et al. The Chemically Pumped Oxygen- Lodine.Laser. SPIE, High Power Gas Lasers. - v. 1225, p. 448 - 476, 1990. 3. Балан Н.Ф. и др. Генератор О2 высокого давления. Письма в ЖТФ, т. 15, вып. 18, с. 64 - 67, 1989. 
(71) Заявитель(и): Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно- исследовательский институт экспериментальной физики; Министерство РФ по атомной энергии 
(72) Автор(ы): Выскубенко Б.А.; Герасименко В.Ф.; Круковский И.М. 
(73) Патентообладатель(и): Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно- исследовательский институт экспериментальной физики; Министерство РФ по атомной энергии 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНГЛЕТНОГО КИСЛОРОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 

Использование: способ и устройство для получения синглетного кислорода могут быть в химическом иодно-кислородном лазере для получения рабочего донорного газа. Сущность изобретения: предлагается способ получения синглетного кислорода, основанный на взаимодействии в химическом реакторе газообразного хлора при смешении со струями смеси перекиси водорода с щелочью с последующим отделением от аэрозоля и жидкости полученного синглетного кислорода. Отделение синглетного кислорода осуществляют одновременно со смешением взаимодействующих компонентов в поле центробежных сил, направленных перпендикулярно потоку смешиваемых компонентов. После центробежные силы создают в химическом реакторе путем вращательного движения смешиваемых компонентов, а отработанную смесь удаляют из пристеночного слоя реактора. Ось вращения смеси компонентов совпадает с осью химического реактора. Устройство для получения синглетного кислорода включает корпус химического реактора, источник газообразного хлора, источник смеси перекиси водорода с щелочью, устройство для впрыска смеси, установленное в корпусе реактора, и устройство вывода синглетного кислорода из реактора. Устройство для впрыска смеси выполнено в виде полого ротора с отверстиями в его стенке, соединенного с источником смеси, корпус реактора содержит коллектор для сбора и отвода отработанной смеси, а на выходе реактора установлено устройство для трансформации вращательного движения газа в поступательное вдоль оси реактора. Ротор выполнен с профилированными вдоль потока смеси лопастями для придания смешиваемым компонентам вращательного движения. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к квантовой электронике, преимущественно к химическим лазерам, и может быть использовано в химическом иодно-кислородном лазере в качестве источника донорного газа синглетного кислорода (в состоянии электронного возбуждения O2(1)).

Известен способ получения синглетного кислорода в химическом иодно-кислородном лазере [1] заключающийся в барботировании газообразного хлора в химическом реакторе через раствор перекиси водорода и щелочи (NaOH, KOH). В этом способе хлор, заключенный в газовый пузырек в жидкости, взаимодействует с ней по поверхности пузырька с образованием синглетного кислорода в химической реакции

Cl2+H2O2+2KOH _ O2(1)+2H2O+2KCl (1)

Образовавшийся в результате реакции на поверхности жидкости синглетный кислород препятствует проникновению непрореагировавшего хлора к поверхности жидкости и, кроме того, синглетный кислород при столкновении с поверхностью жидкости теряет запасенную энергию и переходит в основное невозбужденное состояние, т. е. "тушится". Ниже по потоку синглетного кислорода ставят сепаратор, в котором синглетный кислород очищают от аэрозоля, обычно путем "вымораживания".

Однако в процессе транспортирования от реактора к сепаратору значительная часть кислорода "тушится". Процесс "тушения" тем более интенсивен, чем выше давление в реакторе, поэтому эффективная работа такого способа возможна лишь при низком давлении в реакторе ( 5 торр), что не приемлемо для успешной работы иодно-кислородного лазера большой мощности.

Известен способ и устройство для получения синглетного кислорода в химическом йодно-кислородном лазере [2] в котором реакция между хлором и смесью перекиси водорода со щелочью идет на поверхности вращающихся дисков, полупогруженных в жидкость.

Недостатком такого способа являются большие потери запасенной энергии за счет "тушения", вследствие того, что траектории хлора у стенки достигают поверхности жидкости, часть образованного ближе к оси реактора синглетного кислорода, "тушится" в столкновениях с этой поверхностью.

Недостатком такой схемы является также то, что часть сечения реактора занята жидкостью, что уменьшает реакционную зону реактора. Наличие аэрозоля при срыве капель с кромок дисков также способствует "тушению" полученного синглетного кислорода. Указанные недостатки ограничивают производительность химического реактора, а следовательно, и выходную мощность иодно-кислородного лазера в целом.

Наиболее близким к изобретению являются способ и устройство для получения синглетного кислорода в химическом лазере [3] основанный на взаимодействии газообразного хлора при смешении со струями смеси перекиси водорода со щелочью с последующим отделением ниже по потоку полученного синглетного кислорода от аэрозоля и жидкости.

Основной недостаток способа-прототипа связан с тем, что, как и в предыдущих аналогах, при смешении компонентов одновременно с образованием синглетного кислорода происходит его "тушение" при столкновении с поверхностью жидкости, особенно при наличии в устройстве застойных зон. Кроме того, кислород создает препятствия для проникновения к поверхности жидкости молекул хлора. Этот недостаток ограничивает производительность способа, а следовательно, и лазера в целом.

Техническая задача предлагаемого изобретения отделение полученного синглетного кислорода от хлора и аэрозоля сразу после его образования для уменьшения потерь запасенной энергии и устранения препятствия для проникновения к поверхности жидкости молекул хлора.

Технический результат изобретения повышение производительности способа получения синглетного кислорода.

Это достигается тем, что в известном способе получения синглетного кислорода, заключающемся во взаимодействии в химическом реакторе газообразного хлора при смешении со струями смеси перекиси водорода с щелочью с последующим отделением от аэрозоля и жидкости полученного синглетного кислорода осуществляют одновременно со смешением взаимодействующих компонентов в поле центробежных сил, направленных перпендикулярно потоку смешиваемых компонентов.

Центробежные силы создают в химическом реакторе путем вращательного движения смешиваемых компонентов, а отработанную смесь удаляют из реактора из пристеночного слоя, причем ось вращения смешиваемых компонентов совпадает с осью химического реактора.

В известном устройстве для получения синглетного кислорода, включающем корпус химического реактора, источник газообразного хлора, источник смеси перекиси водорода с щелочью, устройство для впрыска смеси, установленное в корпусе реактора, и устройство вывода синглетного кислорода из реактора, отличительным является то, что устройство для впрыска смеси выполнено в виде полого ротора с отверстиями в его стенке, соединенного с источником смеси корпус реактора содержит коллектор для сбора и отвода отработанной смеси, а на выходе реактора установлено устройство для трансформации вращательного движения газа в поступательное вдоль оси реактора.

Ротор выполнен с профилированными вдоль потока смеси лопастями для придания смешиваемым компонентам вращательного движения.

Отделение синглетного кислорода от аэрозоля и жидкости одновременно со смешением компонентов в поле центробежных сил происходит за счет различия в плотностях кислорода, жидкости и хлора. В поле центробежных сил образующийся в результате реакции (I) синглетный кислород оттесняется от стенки химического реактора в его центральную часть более тяжелым хлором и аэрозолью. В результате этого в приосевой области реактора образуется повышенная концентрация синглетного кислорода, а у стенки хлора и капель жидкости, что способствует полной выработке хлора и сохранности полученного синглетного кислорода.

Очищенный в поле центробежных сил от аэрозоля и жидкости синглетный кислород поступает на выход химического реактора перпендикулярно направлению действия центробежных сил, а отработанная смесь этими же силами отбрасывается на стенку реактора, накапливается у пристеночного слоя в коллекторе и удаляется из реактора.

В центральной зоне синглетный кислород без контакта с жидкостью хорошо сохраняет запасенную энергию даже при повышенном давлении. Уменьшение потерь запасенной энергии в данном способе связано с уменьшением времени пребывания его в области контакта с жидкой средой, что обусловлено отделением полученного синглетного кислорода от жидкости сразу после его образования.

Таким образом, на выходе химического реактора получается синглетный кислород, очищенный от аэрозоля и жидкости. Отделение синглетного кислорода от жидкости сразу после его образования позволяет снизить потери запасенной энергии и повысить концентрацию синглетного кислорода на выходе из реактора, что позволяет повысить давление в реакторе, а следовательно, и его производительность.

В целом указанное преимущество способствует повышению мощности иодно-кислородного лазера при неизменных габаритах и массе конструкции.

В устройстве отличительные признаки способа реализуются тем, что впрыск смеси перекиси водорода с щелочью осуществляется через устройство, представляющее собой вращающийся полый ротор с лопастями и отверстиями в его стенке для впрыска смеси в реактор. Отделенный синглетный кислород скапливается в центральной приосевой области реактора, а аэрозоль оттесняется к стенке и удаляется из пристеночной области через коллектор.

Предлагаемые способ и устройство поясняются чертежом.

На чертеже обозначено: 1 корпус химического реактора; 2 источник газообразного хлора; 3 источник смеси перекиси водорода со щелочью; 4 - полый ротор, с отверстиями в его стенке 5 и с лопастями 6; 7 коллектор для сбора и удаления отработанной жидкости; 8 устройство для трансформации вращательного движения газа в поступательное вдоль оси реактора.

Предлагаемый способ реализуется с помощью предлагаемого устройства следующим образом.

В начале приводят во вращательное движение ротор 4. От источника 2 подают в химический реактор 1 хлор, а от источника 3 смесь перекиси водорода с щелочью. Жидкость впрыскивают в реактор через отверстия 5 в стенке ротора 4, закручивают вращающимся ротором 4 и лопастями 6. В процессе смешения компонентов образуется синглетный кислород в результате химической реакции (I). Под действием центробежных сил синглетный кислород как наиболее легкий компонент вытесняется в центральную область реактора, а более тяжелая аэрозоль и жидкость отбрасываются на стенку и через коллектор 7 удаляются из реактора. Очищенный синглетный кислород через устройство 8 трансформации вращательного движения в поступательное удаляется из реактора.

На предприятии проведена экспериментальная проверка предлагаемого способа. В химическом реакторе осуществлялось смешение газообразного флора со смесью перекиси водорода с KOH. Смесь подавалась через цилиндрический вращающийся полый ротор, выполненный с лопастями и без них. Отработанная смесь удалялась через коллектор, выполненный на стенке реактора. Экспериментальная проверка показала устойчивую работу устройства при давлении в реакторе, составляющем 30 50 торр, при концентрации возбужденного кислорода более 50% что превосходит аналогичные характеристики аналога.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить производительность способа за счет увеличения давления в химическом реакторе и концентрации полученного синглетного кислорода в смеси на выходе из реактора.

Источники, принятые к рассмотрению

[1] S. Yoshida, H. Fujii, T. Sawano, M. Endo, T. Fujioka. Efficient operation of a dumically pumped oxygen iodine laser utilizing dilute hydrogen peroxide. Appl. Phys. Lett. 51, 1987, p. 1490 1492. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ получения синглетного кислорода, основанный на взаимодействии в химическом реакторе газообразного хлора при смешении со струями смеси перекиси водорода со щелочью с последующим отделением от аэрозоля и жидкости полученного синглетного кислорода, отличающийся тем, что отделение синглетного кислорода осуществляют одновременно со смешением взаимодействующих компонентов в поле центробежных сил, направленных перпендикулярно потоку смешиваемых компонентов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поле центробежных сил создают в химическом реакторе путем вращательного движения смешиваемых компонентов, а отработанную смесь удаляют из пристеночного слоя реактора, причем ось вращения совпадает с осью химического реактора.

3. Устройство для получения синглетного кислорода, включающее корпус химического реактора, источник газообразного хлора, источник смеси перекиси водорода со щелочью, устройство для впрыска смеси, установленное в корпусе реактора, и устройство вывода синглетного кислорода из реактора, отличающееся тем, что устройство для впрыска смеси выполнено в виде полого ротора с отверстиями в его стенке, соединенного с источником смеси, корпус реактора содержит коллектор для сбора и отвода отработанной смеси, а на выходе реактора установлено устройство для трансформации вращательного движения газа в поступательное вдоль оси реактора.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что ротор выполнен с профилированными вдоль потока смеси лопастями для придания смешиваемым компонентам вращательного движения.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru