CN104039064A - 中空非转移式等离子体炬 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种中空非转移式等离子体炬。根据本发明的实施方式的中空非转移式等离子体炬包括后炬单元和前炬单元。这里，后炬单元包括：后电极壳，其两侧均为开口的；中空的后电极体，其固定在后电极壳的内部；磁线圈，其围绕与后电极体相对应的后电极壳缠绕；以及后电极盖，其插入后电极壳的开口侧并且可拆卸地形成于后电极体的一端部。

Description

中空非转移式等离子体炬

相关申请的交叉引用

该申请要求2013年3月4日递交的韩国专利第2013-0022958号申请和2013年10月2日递交的韩国专利第2013-0117660号申请的优先权和利益，该两申请的全部公开通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种中空非转移式等离子体炬。

背景技术

等离子体炬是在电极之间产生和维持等离子弧柱的设备。当电流在等离子体炬中流过等离子弧柱时，电能通过等离子弧柱的电阻转换为热能并且应用该热量，由此，与现有的燃烧系统的热源相比获得更高的温度（例如，20,000K或更高）和热量。作为用于等离子体炬中的气体，依赖于应用的场合，可以使用诸如压缩空气、氧、蒸汽、氩、氮、二氧化碳、氢等的各种气体，其适用于包含多种有机物质的危险废物的处理。

根据现有技术中公开的长寿命的等离子体炬，当电极的寿命终止时，需要通过拆卸经由绝缘体连接的阳极壳和阴极壳来实施电极的更换操作。然而，由于冷却线路设置在各阳极壳和阴极壳的内部，并且螺线管形式的引入线形成于各阳极壳和阴极壳，为了更换电极，必须解除各绝缘体、阳极壳和阴极壳之间的联接，因此，需要大量时间和精力来更换电极。另外，当更换中空阳极时，需要更换整个中空阳极，因此，存在电极更换成本增加的问题。

发明内容

本发明涉及能够容易地更换电极的中空非转移式等离子体炬。

本发明还涉及能够仅更换后电极的盖而不更换整个后电极的中空非转移式等离子体炬。

根据本发明的方面，设置一种中空非转移式等离子体炬，其包括：后炬单元和前炬单元。这里，后炬单元可以包括：两侧均开口的后电极壳；中空的后电极体，其固定在后电极壳的内部；磁线圈，其围绕与后电极体相对应的后电极壳缠绕；以及后电极盖，其插入后电极壳的开口侧并且可拆卸地形成于后电极体的一端部。

此外，所述磁线圈能够通过产生磁场而将所述中空非转移式等离子体炬中的等离子弧导引到所述后电极盖。

此外，所述后电极盖能够可拆卸地联接到所述后电极壳的内侧。

此外，所述中空非转移式等离子体炬能够进一步包括：绝缘体，通过所述后炬单元和所述前炬单元将所述绝缘体挤压并固定在所述后炬单元和所述前炬单元之间；外壳，在所述外壳中容纳所述后炬单元和所述绝缘体，所述外壳的一侧开口，所述外壳的另一侧联接到所述前炬单元；以及壳盖，其在所述外壳的一侧联接到所述外壳。

此外，所述中空非转移式等离子体炬能够进一步包括：后炬冷却单元，其形成于所述后电极壳的一端部，以将冷却水注入所述后电极壳中并且从所述后电极壳中排出冷却水；以及第一冷却水流动空间，其形成于所述后电极壳内部并且与所述后炬冷却单元连通。

此外，所述后炬冷却单元的一端部能够穿过所述壳盖，以露出到所述外壳的外侧。

此外，所述前炬单元能够包括：前电极壳，所述前电极壳的一侧联接到所述外壳的另一侧以挤压所述绝缘体，中空的前电极，在所述前电极壳的内部，所述前电极的一侧安装于所述绝缘体，以及固定单元，所述前电极的另一侧和所述前电极壳安装于所述固定单元，所述固定单元可拆卸地联接到所述前电极壳的另一侧。

此外，所述中空非转移式等离子体炬能够进一步包括：前炬冷却单元，其形成于所述外壳，以将冷却水注入所述前电极壳中并且从所述前电极壳中排出冷却水；以及第二冷却水流动空间，其形成于所述前电极壳内部并且与所述前炬冷却单元连通。

此外，所述前电极和所述后电极体能够以在同一轴线上彼此间隔开的方式配置。

根据本发明的另一方面，设置一种中空非转移式等离子体炬，其包括：后炬单元；以及前炬单元，其中，所述后炬单元包括：后电极壳，其两侧均为开口的；中空的后电极体，其固定在所述后电极壳的内部；以及磁线圈，其围绕与所述后电极体相对应的所述后电极壳缠绕，并且通过产生磁场将所述中空非转移式等离子体炬中的等离子弧导引到所述后电极体的一端部。

这里，所述中空非转移式等离子体炬能够进一步包括：后电极盖，其插入所述后电极壳的开口侧并且可拆卸地形成于所述后电极体的一端部。

此外，所述磁线圈能够进一步形成为围绕与所述后电极盖相对应的所述后电极壳。

此外，所述磁线圈能够将所述等离子弧均匀地导引到所述后电极盖。

附图说明

通过参考附图对本发明的示意性实施方式进行详细说明，本发明的上述以及其他目的、特征和优势对于本领域的普通技术人员将变得更显而易见。

图1是示出根据本发明的实施方式的中空非转移式等离子体炬的截面图；

图2是示出根据本发明的实施方式的后电极的盖与中空非转移式等离子体炬相分离的状态的图；

图3是示出根据本发明的实施方式的前电极与中空非转移式等离子体炬相分离的状态的图。

具体实施方式

以下，将参考附图详细地说明本发明的示意性实施方式。虽然由本发明的示意性实施方式示出并说明本发明，但不脱离本发明的主旨和范围而做出的各种变形对本领域的技术人员来说将是显而易见的。

图1是示出根据本发明的实施方式的中空非转移式等离子体炬的截面图。

参见图1，中空非转移式等离子体炬100包括绝缘体102、后炬单元104、前炬单元106、外壳108和壳盖110。

绝缘体102可以安装到形成于外壳108内部的第一座部131。绝缘体102在外壳108内部介于后炬单元104和前炬单元106之间。具体地，绝缘体102被后炬单元104和前炬单元106两者压在后炬单元104和前炬单元106之间。在这种情况下，绝缘体102能够不通过单独的联接构件而定位于后炬单元104和前炬单元106之间。绝缘体102可以由诸如聚四氟乙烯（Teflon）材料制成，但不限于此。即，绝缘体102可以由各种其他绝缘材料制成。绝缘体102隔离后炬单元104和前炬单元106。

后炬单元104形成于绝缘体102的一侧。后炬单元104包括后电极体121、后电极盖123、后电极壳125、磁线圈127和后炬冷却单元129。

后电极体121插入并固定到后电极壳125中。在此情况下，后电极体121的一端部可以安装在形成于后电极壳125的一端部内部的第二座部133上。后电极体121可以形成为中空形状，在中空形状的中央部分形成有通孔，后电极体121的两侧可以是开口的。后电极体121可以由诸如无氧高导电性铜（OFHC）制成。OFHC为如下材料：在该材料中，通过移除铜中包含的氧来增加铜的导电性和热导性。然而，后电极体121的材料不限于此。

后电极盖123可拆卸地联接到后电极体121的一侧。通过后电极盖123关闭后电极体121的一侧。后电极盖123可以在后电极体121的一侧插入后电极体121。在这种情况下，后电极盖123的一端部可以安装在形成于后电极体121的内侧的第三座单元135上。后电极盖123可以通过第一联接构件137联接到后电极壳125的内部。在这种情况下，后电极盖123将后电极体121压入后电极壳125的内部，以固定后电极体121。后电极体121可以不通过单独的联接构件而固定在后电极盖123和绝缘体102之间。在本发明中，与前电极141相对应的后电极包括后电极体121和后电极盖123。后电极壳125能够以将后电极体121和后电极盖123包裹在外壳108内部的方式形成。后电极壳125保护后电极体121和后电极盖123不受外部环境的影响。后电极壳125的端部可以安装在绝缘体102的一侧。

磁线圈127形成于后电极壳125的外周面。磁线圈127可以以如下方式形成：将引入线以螺线管的形式围绕后电极壳125的外周面缠绕几次（或多次）。磁线圈127的一端部连接到中空非转移式等离子体炬100的电源（未示出），磁线圈127的另一端部连接到后电极壳125，以电连接到后电极体121。在这种情况下，仅通过中空非转移式等离子体炬100的电源就能产生磁场，而不需要单独的电源来产生磁场。

磁线圈127可以通过自感应产生磁场并且将等离子弧导向后电极盖123。具体地，通过调整磁线圈127的缠绕数、施加到各电极（即，后电极和前电极）的电流和/或电压等，等离子弧可以被导向后电极盖123。在这种情况下，通常只在后电极盖123产生腐蚀和消耗，因此，仅需要更换后电极盖123而不替换整个后电极体121。在这种情况下，后电极盖123可以容易地被更换，从而使更换的成本降低。当等离子弧指向后电极盖123时，优选地，通过允许在后电极盖123的整个区域均匀地产生腐蚀，延长了后电极盖123的寿命。即，等离子弧可以均匀地指向后电极盖123的面向后电极体121的一端部的整个区域。另外，即使没有单独的磁场调节装置，也可以根据等离子弧的强度通过自感应自己调整磁线圈127的磁场的强度。

这里，磁线圈127一直形成到后电极盖123的一侧（即，前端部），但本发明不限于此。例如，磁线圈127在后电极壳125中可以一直形成到后电极盖123的另一侧（即，后端部）。在这种情况下，可以更有效地实施通过自感应磁场对等离子弧的导引，并且可以提高后电极盖123的寿命。

后炬冷却单元129形成于后电极壳125的一端部。在这种情况下，后炬冷却单元129可以与后电极壳125一体地形成。后炬冷却单元129防止后炬单元104过热。即，通过后炬冷却单元129冷却后电极体121，由此，能够使归因于高温的后电极体121的损耗最小化，并且能够延长后电极体121的寿命。

后炬冷却单元129包括：第一冷却水入口129-1，冷却水通过第一冷却水入口129-1注入后炬冷却单元129；以及第一冷却水出口129-2，冷却水通过第一冷却水出口129-2从后炬冷却单元129排出。可以以穿透壳盖110的方式形成各第一冷却水入口129-1和第一冷却水出口129-2的一侧。与第一冷却水入口129-1和第一冷却水出口129-2连通的第一冷却水流动空间139形成于后电极壳125的内部。在这种情况下，通过第一冷却水入口129-1注入的冷却水流入第一冷却水流动空间139以冷却后电极体121。与后电极体121热交换后的冷却水通过第一冷却水出口129-2排出到外侧。

前炬单元106形成于绝缘体102的另一侧。前炬单元106包括前电极141和前电极壳143。

前电极141被插入前电极壳143中并且被固定到前电极壳143。在这种情况下，前电极141的一端部安装在绝缘体102的另一侧。前电极141的另一端部安装在固定单元145上。前电极141具有中空形状，并且前电极141的两侧可以是开口的。前电极141可以是由诸如OFHC制成的，但不限于此。前电极141可以通过与后电极体121彼此分隔开一间隔的方式形成，并且面向后电极体121。在这种情况下，考虑到中空非转移式等离子体炬100的性能和可维护性（维修或更换）方面，后电极体121和前电极141可以形成为在同一轴线上彼此相对。

气体流动空间147可以形成于后电极体121和前电极141之间。这里，通过气体入口（未示出）注入的气体在气体流动空间147中流动，以产生等离子弧。作为通过气体入口注入的气体（未示出），可以使用诸如压缩空气、氧、蒸汽、氩、氮、二氧化碳、氢等的各种气体，并且注入的气体不限于此。依赖于适用中空非转移式等离子体炬100的场合，可以使用各种气体。

以包围前电极141的形式形成前电极壳143。前电极壳143保护前电极141不受外部环境影响。前电极壳143的一端部安装在绝缘体102的另一侧和外壳108的一端部。前电极壳143的另一端部安装在固定单元145上。在这种情况下，前电极壳143的一端部可以通过第二联接构件149联接到外壳108，前电极壳143的另一端部可以通过第三联接构件151联接到固定单元145。在这种情况下，前电极141和前电极壳143在绝缘体102的另一侧挤压并且固定绝缘体102。固定单元145在前电极141的另一端部挤压并固定前电极141。第二冷却水流动空间153可以形成于前电极壳143的内部。

这里，前电极141具有筒状形式，因此，可以容易地分离和更换前电极141。即，由于在前炬单元106没有形成磁线圈，并且前电极141的端部安装在绝缘体102的另一侧而无需通过单独的联接构件，因此仅通过解除第三联接构件151的连接并且移除前电极141就能够更换前电极141。

能够以包围绝缘体102、后炬单元104和前炬单元106的一部分的方式形成外壳108。外壳108保护绝缘体102和后炬单元104不受外部环境的影响。特别地，能够通过外壳108保护绝缘体102和磁线圈127不露出到外侧。外壳108的一端部通过第四联接构件155联接到壳盖110，外壳108的另一端部通过第二联接构件149联接到前炬单元106。

前炬冷却单元157可以形成于外壳108。在这种情况下，前炬冷却单元157可以形成于外壳108的外周面。前炬冷却单元157防止前炬单元106过热。即，通过借助于前炬冷却单元157冷却前电极141，能够将归因于高温的前电极141的损耗最小化，从而能够延长前电极141的寿命。

前炬冷却单元157包括：第二冷却水入口157-1，冷却水通过第二冷却水入口157-1注入前炬冷却单元157；以及第二冷却水出口157-2，冷却水通过第二冷却水出口157-2从前电极冷却单元157排出。各第二冷却水入口157-1和第二冷却水出口157-2与形成于前电极壳143的内部的第二冷却水流动空间153连通。在这种情况下，通过第二冷却水入口157-1注入的冷却水流入第二冷却水流动空间153，以冷却前电极141。与前电极141热交换的冷却水可以通过第二冷却水出口157-2排出到外侧。

壳盖110在外壳108的一端部通过第四联接构件联接到外壳108。第一通孔159和第二通孔161可以形成于壳盖110。这里，第一冷却流体入口129-1插入第一通孔159，第一冷却流体出口129-2插入第二通孔161，以穿过壳盖110。出于使外壳108与各第一冷却流体入口129-1和第一冷却流体出口129-2之间绝缘的目的，壳盖110由绝缘材料制成。

同时，除了绝缘体102、后电极体121、前电极141和壳盖110之外，中空非转移式等离子体炬100可以实质上由不锈钢制成。不锈钢具有优异的机械强度、耐腐蚀性、低热传导性（比铜低）（适于使传导到外部的热损耗减小）以及磁场的优异磁导率。然而，中空非转移式等离子体炬100不限于此，还可以使用其他材料。

根据本发明的实施方式，通过将等离子弧导向后电极盖123，可以使后电极体121的腐蚀和消耗最小化，由此延长中空非转移式等离子体炬100的寿命。在这种情况下，可仅更换产生腐蚀和消耗的后电极盖123，由此减小更换部件的成本和耗费的精力。后电极盖123具有容易进行更换和维修的筒状形式。另外，前电极141也具有容易进行更换和维修的筒状形式。

图2是示出根据本发明的实施方式的后电极的盖与中空非转移式等离子体炬分离的状态的图。

参考图2，在中空非转移式等离子体炬100中，通过调整磁线圈127的缠绕数、施加到后电极体121和前电极141的电流和/或电压等，等离子弧可以被导向后电极盖123。在这种情况下，通常仅在后电极盖123发生腐蚀和消耗，因此，需要定期更换（或维修）后电极盖123。在这种情况下，为了延长后电极盖123的更换周期，当将等离子弧导向后电极盖123时，由等离子弧引起的腐蚀应该均匀地产生在后电极盖123的全部区域。

这里，在后电极盖123中，1）解除第四联接构件155的连接以从外壳108移除壳盖110，2）解除第一联接构件137的连接以从后电极壳125移除后电极盖123，由此容易地更换（或维修）后电极盖123。即，后电极盖123具有容易更换（维修）的筒状形式。在这种情况下，在该状态下仅通过将后电极体121从后电极壳125取出，就可以容易地分离后电极体121。

图3是示出根据本发明的实施方式的前电极与中空非转移式等离子体炬相分离的状态的图。

参考图3，当需要更换前电极141时，解除第三联接构件151的连接以从前电极壳143移除固定单元145，接着，从前电极壳143中取出前电极141，由此，容易地更换或维修前电极141。即，前电极141具有容易更换或维修的筒状形式。

如上所述，根据本发明的实施方式，能够通过将等离子弧导向后电极的一端部使后电极的腐蚀和消耗最小化，由此延长中空非转移式等离子体炬的寿命。在这种情况下，在产生腐蚀和消耗后，仅更换后电极盖，由此减小更换部件的成本和消耗的精力。后电极盖具有容易更换或维修的筒状形式。另外，前电极也具有容易更换或维修的筒状形式。

对于本领域的技术人员来说，对本发明的上述示意性实施方式做出的不脱离本发明的主旨或范围的各种变形将是显而易见的。因而，意味着本发明包含所附的权利要求和其等同的范围内提供的所有这种变形。

Claims (13)

1.一种中空非转移式等离子体炬，其包括：

后炬单元；以及

前炬单元，

其中，所述后炬单元包括：后电极壳，其两侧均为开口的；中空的后电极体，其固定在所述后电极壳的内部；磁线圈，其围绕与所述后电极体相对应的所述后电极壳缠绕；以及后电极盖，其插入所述后电极壳的开口侧并且可拆卸地形成于所述后电极体的一端部。

2.根据权利要求1所述的中空非转移式等离子体炬，其特征在于，所述磁线圈通过产生磁场而将所述中空非转移式等离子体炬中的等离子弧导引到所述后电极盖。

3.根据权利要求1所述的中空非转移式等离子体炬，其特征在于，所述后电极盖可拆卸地联接到所述后电极壳的内侧。

4.根据权利要求1所述的中空非转移式等离子体炬，其特征在于，所述中空非转移式等离子体炬进一步包括：

绝缘体，通过所述后炬单元和所述前炬单元将所述绝缘体挤压并固定在所述后炬单元和所述前炬单元之间；

外壳，在所述外壳中容纳所述后炬单元和所述绝缘体，所述外壳的一侧开口，所述外壳的另一侧联接到所述前炬单元；以及

壳盖，其在所述外壳的一侧联接到所述外壳。

5.根据权利要求4所述的中空非转移式等离子体炬，其特征在于，所述中空非转移式等离子体炬进一步包括：

后炬冷却单元，其形成于所述后电极壳的一端部，以将冷却水注入所述后电极壳中并且从所述后电极壳中排出冷却水；以及

第一冷却水流动空间，其形成于所述后电极壳内部并且与所述后炬冷却单元连通。

6.根据权利要求5所述的中空非转移式等离子体炬，其特征在于，所述后炬冷却单元的一端部穿过所述壳盖，以露出到所述外壳的外侧。

7.根据权利要求4所述的中空非转移式等离子体炬，其特征在于，所述前炬单元包括：

前电极壳，所述前电极壳的一侧联接到所述外壳的另一侧以挤压所述绝缘体，

中空的前电极，在所述前电极壳的内部，所述前电极的一侧安装于所述绝缘体，以及

固定单元，所述前电极的另一侧和所述前电极壳安装于所述固定单元，所述固定单元可拆卸地联接到所述前电极壳的另一侧。

8.根据权利要求7所述的中空非转移式等离子体炬，其特征在于，所述中空非转移式等离子体炬进一步包括：

前炬冷却单元，其形成于所述外壳，以将冷却水注入所述前电极壳中并且从所述前电极壳中排出冷却水；以及

第二冷却水流动空间，其形成于所述前电极壳内部并且与所述前炬冷却单元连通。

9.根据权利要求4所述的中空非转移式等离子体炬，其特征在于，所述前电极和所述后电极体以在同一轴线上彼此间隔开的方式配置。

10.一种中空非转移式等离子体炬，其包括：

后炬单元；以及

前炬单元，

其中，所述后炬单元包括：后电极壳，其两侧均为开口的；中空的后电极体，其固定在所述后电极壳的内部；以及磁线圈，其围绕与所述后电极体相对应的所述后电极壳缠绕，并且通过产生磁场将所述中空非转移式等离子体炬中的等离子弧导引到所述后电极体的一端部。

11.根据权利要求10所述的中空非转移式等离子体炬，其特征在于，所述中空非转移式等离子体炬进一步包括：

后电极盖，其插入所述后电极壳的开口侧并且可拆卸地形成于所述后电极体的一端部。

12.根据权利要求11所述的中空非转移式等离子体炬，其特征在于，所述磁线圈进一步形成为围绕与所述后电极盖相对应的所述后电极壳。

13.根据权利要求11所述的中空非转移式等离子体炬，其特征在于，所述磁线圈将所述等离子弧均匀地导引到所述后电极盖。