CN104780700B - 一种圆盘体阴极 - Google Patents

Abstract

一种圆盘体阴极，涉及等离子体设备，其中，圆盘体阴极的圆盘前面中心有凸出体，凸出体构成阴极头，阴极头的中心有喷气口；绝缘基座为二段变径的中空回转体结构，中空小径在绝缘基座的后段中，中空小径段的前端面构成密封端面，在中空小径段的后端中心有后接口，圆盘体阴极安装在绝缘基座的中空小径的前端上，圆盘体阴极上的密封平面与绝缘基座中的密封端面紧贴密封；隔离件安装在绝缘基座的后接口中，隔离件前部的隔离管穿过绝缘基座的中空小径内空间伸入到圆盘体阴极的承插口中，绝缘基座的中空小径内空间构成环形冷却室。本发明提高了加热效率，快速把阴极的热量移出喷枪，冷却效果更好。

Description

一种圆盘体阴极

技术领域

本发明涉及等离子体设备，特别是涉及到一种等离子体喷枪。

背景技术

当前，等离子技术已得到广泛的应用，工业上应用于等离子点火、等离子喷涂、金属冶炼、等离子加热制造纳米材料、切割、垃圾焚烧废物处理等。等离子体是由电离放电现象所形成的一种状态，伴随着放电将会生成了激发原子、激发分子、离解原子、游离原子团、原子或分子离子群的活性化学物以及它们与其它的化学物碰撞而引起的反应。在等离子体喷枪中，放电作用使得工作气分子失去外层电子而形成离子状态，经相互碰撞而产生高温，等离子体火炬的中心温度可高达摄氏数万度以上，火炬边缘温度也可达到数千度以上，被处理的物质受到高温等离子体冲击时，其分子将会分解、原子将会重新组合而生成新的物质，使有害物质变为无害物质。

在煤气化生产线上，当把水蒸汽通过高温分解后与煤炭进行造气反应，使煤炭更容易气化，提高煤炭的气化率，实现节省煤炭资源；在生活垃圾或工业有机废弃物处置系统中，当把水蒸汽通过高温分解后与再与生活垃圾或工业有机废弃物进行气化反应时，使其转化的合成气品质好，达到化工原料的要求，实现资源化利用。水分子是一种相当稳定的物质，在常压条件下，温度在2000K时水分子几乎不分解，2500K时有25%的水发生分解，3400～3500K时氢气和氧气的摩尔分数达到最大，分别为18%和6%，当温度达到4200K以上时，水分子将全部分解为氢气、氧气、活性氢原子、活性氧原子和活性氢氧原子团，但是，一般的加热方式难以达到这么高的温度，而使用等离子体喷枪则能做到。

在现有的等离子体气化喷枪中，被加热的气体从阴极的外围进入放电区，水蒸汽不易进入火炬的中心区域，因此，现有的等离子体气化喷枪存在水分子分解率低的缺点。等离子体喷枪的阴极是发射电子的部件，由于承受电流的冲击和数万度的高温烧灼，因此，阴极的头部很容易被烧蚀而致损坏，不仅影响生产，而且增加生产成本。

中国专利公告号CN203851357U公开了“一种等离子体加热分解器”，由阳极套、阳极、阴极基座、阴极和绝缘架组成，其中，阴极基座呈中轴向前凸出的回转体结构，阴极基座的中轴为贯通的空心结构，阴极嵌入到阴极基座中轴的内空间中，阴极的头端侧壁紧密装配在阴极基座中轴的前端壁体中，阴极的尾端紧密装配在阴极基座后端的壁体中，阴极的杆体外壁与阴极基座中轴的内壁之间空间构成水套，阴极的杆体中有原料气通道，原料气通道有原料气输入接口接入，阴极的头端中心有原料气喷口，原料气通道通过原料气喷口连通到收缩腔。该专利把水蒸汽通过阴极头端中心的喷口喷入收缩腔中的放电区，使水蒸汽吸收到阴极头端的热量得到预热，同时对阴极的头端具有冷却作用，克服了常规等离子体喷枪电极易烧蚀的缺点。但是，由于该专利是采取把“阴极的头端侧壁紧密装配在阴极基座中轴的前端壁体中，阴极的尾端紧密装配在阴极基座后端的壁体中”的措施进行水套密封的，材料的热胀冷缩作用将会使阴极松动，造成阴极移位和密封不可靠，水套内的冷却水容易泄漏到收缩腔中的放电区，影响到喷枪正常工作。

发明内容

本发明的目的是要克服现有等离子体喷枪的缺点，提高等离子体气化喷枪的加热效率，使水分子分解率更高，避免阴极移位，冷却水不会泄漏，并且对等离子体喷枪的阴极进行有效保护，使等离子体气化喷枪能满足煤气化生产、固体废物处置领域及锅炉点火的应用要求。

本发明的一种圆盘体阴极，其特征是圆盘体阴极的圆盘前面中心有凸出体，圆盘前面中心的凸出体构成阴极头，阴极头的中心有喷气口（2-2），喷气口（2-2）周围的端面构成放电端（2-3），圆盘体阴极的圆盘后部中心有承插口（2-5），承插口（2-5）与喷气口（2-2）相通，圆盘体周边的沿体后端构成密封平面（2-6）。本发明中，在圆盘体周边的沿体上有螺孔（2-1），螺孔（2-1）为二只以上，呈均匀分布；阴极头的前端为圆弧面结构；圆盘后部中心的承插口（2-5）后端有密封圆槽（2-4）。本发明的圆盘体阴极安装在等离子体喷枪上应用，等离子体喷枪由圆盘体阴极、绝缘基座（1）、隔离件（9）和阳极（3）组成，其中，绝缘基座（1）为二段变径的中空回转体结构，中空小径在绝缘基座（1）的后段中，中空大径在绝缘基座（1）的前段中，中空小径段的前端面构成密封端面（1-3），在中空小径段的后端中心有后接口（1-7），在中空大径段的前端有前接口（1-2）；圆盘体阴极安装在绝缘基座（1）的中空小径的前端上，圆盘体阴极上的密封平面（2-6）与绝缘基座（1）中的密封端面（1-3）紧贴密封；在绝缘基座（1）中有螺栓过孔（1-5），螺栓过孔（1-5）的数量与圆盘体阴极上的螺孔（2-1）数量相等，螺栓过孔（1-5）的位置与圆盘体阴极的螺孔（2-1）位置进行配合；在螺栓过孔（1-5）的后端有密封环槽（1-6），密封环槽（1-6）中有密封垫（6）；在螺栓过孔（1-5）中有螺栓（8），螺栓（8）的螺头旋入到圆盘体阴极上的螺孔（2-1）中，把圆盘体阴极定位在绝缘基座（1）内。隔离件（9）的前部为隔离管（9-2），隔离管（9-2）的内空间构成气流通道（Ⅷ），隔离件（9）的后端有加热介质输入口（9-1），加热介质输入口（9-1）与气流通道（Ⅷ）相通。隔离件（9）安装在绝缘基座（1）的后接口（1-7）中，隔离件（9）前部的隔离管（9-2）穿过绝缘基座（1）的中空小径内空间伸入到圆盘体阴极的承插口（2-5）中，气流通道（Ⅷ）连通到圆盘体阴极的喷气口（2-2），绝缘基座（1）的中空小径内空间构成环形冷却室（Ⅶ），环形冷却室（Ⅶ）有冷却水输入接口（1-4）接入和冷却水输出接口（1-8）接出，圆盘体阴极的圆盘后端构成散热面；阳极（3）安装在绝缘基座（1）的前接口（1-2）上。本发明通过螺栓（8）把圆盘体阴极牢固地定位在绝缘基座（1）内而不会发生位移，并使圆盘体阴极上的密封平面（2-6）与绝缘基座（1）中的密封端面（1-3）紧贴密封，不会因热胀冷缩而松动，使得密封可靠，不会泄漏，从而确保等离子体喷枪能正常工作。本发明把阴极设计为圆盘体结构，使得圆盘后端的散热面更贴近冷却水输入接口（1-4）和冷却水输出接口（1-8），冷却水在喷枪内的行程更短，以快速把阴极的热量移出喷枪，具有冷却效果更好的特点。圆盘体的阴极结构更简单，加工精度要求低，因此加工更容易，可以降低加工成本。

本发明的一种热解用途的等离子体喷枪，包括阴极和阳极，其特征是等离子体喷枪主要由圆盘体阴极（2）、绝缘基座（1）、隔离件（9）和阳极（3）组成，其中，圆盘体阴极（2）的圆盘前面中心有凸出体，圆盘前面中心的凸出体构成阴极头，阴极头的中心有喷气口（2-2），圆盘体阴极（2）的圆盘后部中心有承插口（2-5），承插口（2-5）与喷气口（2-2）相通，圆盘体周边的沿体后端构成密封平面（2-6）；绝缘基座（1）为二段变径的中空回转体结构，中空小径在绝缘基座（1）的后段中，中空大径在绝缘基座（1）的前段中，中空小径段的前端面构成密封端面（1-3），在中空小径段的后端中心有后接口（1-7），在中空大径段的前端有前接口（1-2）；隔离件（9）的前部为隔离管（9-2），隔离管（9-2）的内空间构成气流通道（Ⅷ），隔离件（9）的后端有加热介质输入口（9-1），加热介质输入口（9-1）与气流通道（Ⅷ）相通；阳极（3）由喷管（3-4）和外壳（3-2）构成，喷管（3-4）呈轴向贯通的结构，喷管（3-4）内的后部有压缩孔道（Ⅲ），压缩孔道（Ⅲ）为圆形直孔结构，压缩孔道（Ⅲ）的后端为收窄的喇叭口结构，压缩孔道（Ⅲ）的前端为渐扩的圆锥形结构，压缩孔道（Ⅲ）前端的圆锥形空间构成喷射腔（Ⅱ），外壳（3-2）包围在喷管（3-4）的外围，外壳（3-2）与喷管（3-4）之间的内空间构成冷却水套（Ⅰ），冷却水套（Ⅰ）有冷却剂进口（3-7）接入和冷却剂出口（3-3）接出；圆盘体阴极（2）安装在绝缘基座（1）的中空小径的前端上，圆盘体阴极（2）上的密封平面（2-6）与绝缘基座（1）中的密封端面（1-3）紧贴密封；隔离件（9）安装在绝缘基座（1）的后接口（1-7）中，隔离件（9）前部的隔离管（9-2）穿过绝缘基座（1）的中空小径内空间伸入到圆盘体阴极（2）的承插口（2-5）中，气流通道（Ⅷ）连通到圆盘体阴极（2）的喷气口（2-2），绝缘基座（1）的中空小径内空间构成环形冷却室（Ⅶ），环形冷却室（Ⅶ）有冷却水输入接口（1-4）接入和冷却水输出接口（1-8）接出，圆盘体阴极（2）的圆盘后端构成散热面；阳极（3）安装在绝缘基座（1）的前接口（1-2）上，绝缘基座（1）的中空大径内空间构成环形气室（Ⅵ），环形气室（Ⅵ）有工作气接口（1-1）接入，环形气室（Ⅵ）连通到阳极的压缩孔道（Ⅲ）后端的喇叭口空间中；阴极头置于阳极的压缩孔道（Ⅲ）后端的喇叭口空间中，喷气口（2-2）周围的端面构成放电端（2-3），压缩孔道（Ⅲ）后端的喇叭口空间构成放电区（Ⅳ），压缩孔道（Ⅲ）前端的喷管（3-4）内壁构成放电面（3-5）。本发明中，在圆盘体阴极（2）的沿体上有螺孔（2-1），螺孔（2-1）为二只以上，呈均匀分布；在绝缘基座（1）中有螺栓过孔（1-5），螺栓过孔（1-5）的数量与圆盘体阴极（2）上的螺孔（2-1）数量相等，螺栓过孔（1-5）的位置与圆盘体阴极（2）的螺孔（2-1）位置进行配合；在螺栓过孔（1-5）的后端有密封环槽（1-6），密封环槽（1-6）中有密封垫（6）；在螺栓过孔（1-5）中有螺栓（8），螺栓（8）的螺头旋入到圆盘体阴极（2）上的螺孔（2-1）中，把圆盘体阴极（2）定位在绝缘基座（1）内；圆盘体阴极（2）上的阴极头前端为圆弧面结构；圆盘体阴极（2）后部中心的承插口（2-5）后端有密封圆槽（2-4），密封圆槽（2-4）中有密封圈（5）；在圆盘体阴极（2）与阳极（3）的后端之间有旋流圈（4），旋流圈（4）上有切向气槽（Ⅴ），环形气室（Ⅵ）通过切向气槽（Ⅴ）连通到阳极内压缩孔道（Ⅲ）后端的喇叭口空间中；在阳极（3）的后端上有旋流圈（4）的定位榫头（3-8）；在阳极外壳（3-2）的后部有安装螺头（3-1），阳极（3）以螺纹旋合方式安装在绝缘基座（1）的前接口（1-2）上。

本发明用于工业有害气体处理和水蒸汽加热分解，具体实施时，在阳极的外壳（3-2）上有电气接口（3-6），通过阳极的外壳（3-2）对喷管（3-4）进行电气连通，工作电源的正极连接到阳极的电气接口（3-6）上，工作电源的负极通过螺栓（8）连接到圆盘体阴极（2）上，冷却水的供水管分别连接到冷却水输入接口（1-4）上和冷却剂进口（3-7）上，冷却水的回水管分别连接到冷却水输出接口（1-8）上和冷却剂出口（3-3）上，工作气的供气管连接到工作气接口（1-1）上，加热介质的输气管连接到加热介质输入口（9-1）上。工作时，一路冷却水流过到环形冷却室（Ⅶ）中，对圆盘体阴极（2）进行冲刷冷却，通过水流把阴极的热量快速移走；另一路冷却水进入到阳极的冷却水套（Ⅰ）中，对阳极的喷管（3-4）进行冷却，通过水流把阳极的热量快速移走；工作气进入到环形气室（Ⅵ）中，然后通过切向气槽（Ⅴ）以旋转气流方式进入到放电区（Ⅳ）；当在阳极（3）与圆盘体阴极（2）之间施加电能时，阴极头的喷气口（2-2）周边便发射电子，形成高温的等离子体电弧，等离子体电弧通过压缩孔道（Ⅲ）进入到喷射腔（Ⅱ）中，在等离子体电弧通过压缩孔道（Ⅲ）时，电弧受到压缩，使等离子体电弧得到进一步升温，等离子体电弧的弧根分别在阴极头前端的放电端（2-3）上和阳极喷管（3-4）内壁的放电面（3-5）上，等离子体火炬从阳极喷管（3-4）内的喷射腔（Ⅱ）中喷出；放电端（2-3）的等离子体电弧弧根分布在阴极头的喷气口（2-2）周边，工业有害气体或水蒸汽从阴极头前端的中心喷气口（2-2）喷入放电区（Ⅳ），工业有害气体或水蒸汽从等离子体电弧弧根的中心进入到等离子体电弧的中心，使得等离子体电弧的能量集中作用在工业有害气体或水蒸汽上，工业有害气体或水蒸汽更容易受热分解，因此，加热温度和加热效率更高，同时，工业有害气体或水蒸汽在通过喷气口（2-2）时，对阴极头前端的中心进行气流冲刷，快速带走热量，对阴极头进行保护，防止烧蚀。上述过程中，把工业有害气体进行高温活化分解、原子重新组合而生成新的无害物质；或把水蒸汽进行高温活化分解，生成氢和氧的活性化学物，用作煤气化或固体有机废物气化的气化剂，高温等离子体的热能释放到气化炉中，提供给原料烘干和热解所需。

上述的发明中，所述的工作气包括空气、氮气、氩气或氢气其中的一种，所述的加热介质包括水蒸汽或工业有害气体其中的一种，当把本发明作为热解水制氢设备应用或作为气化炉设备应用时，加热介质为水蒸汽，工作气选用氢气；当把本发明作为有害气体的处置设备应用时，加热介质为有害气体，工作气选用空气。

在等离子设备中，阴极的作用是发射电子，阴极上的等离子电弧弧根集中在阴极头端的中心，温度最高，因此，阴极头端的中心最易被烧蚀。本发明采取把水蒸汽或工业有害气体通过阴极头中心的喷气口（2-2）喷入到等离子体电弧弧根的中心，使水蒸汽或工业有害气体吸收阴极头中心的热量，阴极头的中心得到快速散热，同时，从阴极头中心的喷气口（2-2）喷出的气体形成保护气流，对阴极头的中心区域进行有效保护，避免或减缓阴极头被烧蚀。本发明中，阴极头的头端加工成圆弧端面，工作气以旋转方式冲刷阴极头的圆弧型头端，使得放电的面积增大，等离子体电弧的弧根分散在圆弧端面上，避免局部温度过高而烧蚀阴极；水蒸汽通过隔离件（9）及隔离管（9-2）进入到阴极头中心的喷气口（2-2），然后从喷气口（2-2）喷入放电区（Ⅳ），使得水蒸汽在气流通道（Ⅷ）中不会受到环形冷却室（Ⅶ）的冷却作用，避免水蒸汽冷凝为水。

上述的发明中，采用螺栓（8）把圆盘体阴极牢固地定位在绝缘基座（1）内，使阴极不会发生位移，并使圆盘体阴极上的密封平面（2-6）与绝缘基座（1）中的密封端面（1-3）紧贴密封，不会因热胀冷缩而松动，使得密封可靠，不会泄漏，从而确保等离子体喷枪能正常工作。

上述的发明在具体实施时，绝缘基座（1）和隔离件（9）选用聚四氟乙烯材料制作；圆盘体阴极（2）选用钨镧锆合金材料或铬锆铜合金材料制作；阳极（3）选用铬锆铜合金材料制作。

本发明的有益效果是：提供的一种圆盘体阴极及热解用途的等离子体喷枪，克服了现有等离子体喷枪的缺点，快速把阴极的热量移出喷枪，冷却效果更好，对等离子体喷枪的阴极进行更有效保护，避免阴极移位和冷却水不会泄漏。本发明提高了等离子体气化喷枪的加热效率，使水分子分解率更高，本发明的等离子体气化喷枪能满足煤气化生产、固体废物处置领域及锅炉点火的应用要求。

附图说明

图1是本发明的一种圆盘体阴极结构图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3是本发明中的绝缘基座结构图。

图4是图3的B-B剖视图。

图5是本发明的一种热解用途的等离子体喷枪结构图。

图中：1.绝缘基座，1-1.工作气接口，1-2.前接口，1-3.密封端面，1-4.冷却水输入接口，1-5.螺栓过孔，1-6.密封环槽，1-7.后接口，1-8.冷却水输出接口，2.圆盘体阴极，2-1.螺孔，2-2.喷气口，2-3.阴极的放电端，2-4.密封圆槽，2-5.承插口，2-6.密封平面，3.阳极，3-1.安装螺头，3-2.阳极的外壳，3-3.冷却剂出口，3-4.阳极的喷管，3-5.阳极的放电面，3-6.电气接口，3-7.冷却剂进口，3-8.旋流圈的定位榫头，4.旋流圈，5.密封圈，6.密封垫，7.平垫圈，8.螺栓，9.隔离件，9-1.加热介质输入口，9-2.隔离管，Ⅰ.阳极的冷却水套，Ⅱ.喷射腔，Ⅲ.压缩孔道，Ⅳ.放电区，Ⅴ.切向气槽，Ⅵ.环形气室，Ⅶ.环形冷却室，Ⅷ.气流通道。

具体实施方式

实施例1 图1和图2所示的实施方式中，圆盘体阴极的圆盘前面中心有凸出体，圆盘前面中心的凸出体构成阴极头，阴极头的前端为圆弧面结构，阴极头的中心有喷气口（2-2），喷气口（2-2）周围的端面构成放电端（2-3），圆盘体阴极的圆盘后部中心有承插口（2-5），承插口（2-5）的后端有密封圆槽（2-4），承插口（2-5）与喷气口（2-2）相通，圆盘体周边的沿体后端构成密封平面（2-6），在圆盘体周边的沿体上有四只螺孔（2-1），四只螺孔（2-1）呈均匀分布。

本实施例的圆盘体阴极安装在等离子体喷枪上应用，等离子体喷枪由圆盘体阴极、绝缘基座（1）、隔离件（9）和阳极（3）组成，其中，绝缘基座（1）为二段变径的中空回转体结构，中空小径在绝缘基座（1）的后段中，中空大径在绝缘基座（1）的前段中，中空小径段的前端面构成密封端面（1-3），在中空小径段的后端中心有后接口（1-7），在中空大径段的前端有前接口（1-2）；圆盘体阴极安装在绝缘基座（1）的中空小径的前端上，圆盘体阴极上的密封平面（2-6）与绝缘基座（1）中的密封端面（1-3）紧贴密封；在绝缘基座（1）中有螺栓过孔（1-5），螺栓过孔（1-5）的数量与圆盘体阴极上的螺孔（2-1）数量相等，螺栓过孔（1-5）的位置与圆盘体阴极的螺孔（2-1）位置进行配合；在螺栓过孔（1-5）的后端有密封环槽（1-6），密封环槽（1-6）中有密封垫（6）；在螺栓过孔（1-5）中有螺栓（8），螺栓（8）的螺头旋入到圆盘体阴极上的螺孔（2-1）中，把圆盘体阴极定位在绝缘基座（1）内。隔离件（9）的前部为隔离管（9-2），隔离管（9-2）的内空间构成气流通道（Ⅷ），隔离件（9）的后端有加热介质输入口（9-1），加热介质输入口（9-1）与气流通道（Ⅷ）相通。隔离件（9）安装在绝缘基座（1）的后接口（1-7）中，隔离件（9）前部的隔离管（9-2）穿过绝缘基座（1）的中空小径内空间伸入到圆盘体阴极的承插口（2-5）中，气流通道（Ⅷ）连通到圆盘体阴极的喷气口（2-2），绝缘基座（1）的中空小径内空间构成环形冷却室（Ⅶ），环形冷却室（Ⅶ）有冷却水输入接口（1-4）接入和冷却水输出接口（1-8）接出，圆盘体阴极的圆盘后端构成散热面；阳极（3）安装在绝缘基座（1）的前接口（1-2）上。

实施例2 图5所示的实施方式中，热解用途的等离子体喷枪由圆盘体阴极（2）、绝缘基座（1）、隔离件（9）和阳极（3）组成，其中，圆盘体阴极（2）的圆盘前面中心有凸出体，圆盘前面中心的凸出体构成阴极头，圆盘体阴极（2）上的阴极头前端为圆弧面结构，阴极头的中心有喷气口（2-2），在圆盘体阴极（2）的沿体上有四只螺孔（2-1），四只螺孔（2-1）呈均匀分布，圆盘体阴极（2）的圆盘后部中心有承插口（2-5），承插口（2-5）的后端有密封圆槽（2-4），密封圆槽（2-4）中有密封圈（5），承插口（2-5）与喷气口（2-2）相通，圆盘体周边的沿体后端构成密封平面（2-6）；绝缘基座（1）为二段变径的中空回转体结构，中空小径在绝缘基座（1）的后段中，中空大径在绝缘基座（1）的前段中，中空小径段的前端面构成密封端面（1-3），在中空小径段的后端中心有后接口（1-7），在中空大径段的前端有前接口（1-2），在绝缘基座（1）中有四只螺栓过孔（1-5），四只螺栓过孔（1-5）的位置与圆盘体阴极（2）的螺孔（2-1）位置进行配合，在螺栓过孔（1-5）的后端有密封环槽（1-6），密封环槽（1-6）中有密封垫（6）；隔离件（9）的前部为隔离管（9-2），隔离管（9-2）的内空间构成气流通道（Ⅷ），隔离件（9）的后端有加热介质输入口（9-1），加热介质输入口（9-1）与气流通道（Ⅷ）相通；阳极（3）由喷管（3-4）和外壳（3-2）构成，喷管（3-4）呈轴向贯通的结构，喷管（3-4）内的后部有压缩孔道（Ⅲ），压缩孔道（Ⅲ）为圆形直孔结构，压缩孔道（Ⅲ）的后端为收窄的喇叭口结构，压缩孔道（Ⅲ）的前端为渐扩的圆锥形结构，压缩孔道（Ⅲ）前端的圆锥形空间构成喷射腔（Ⅱ），外壳（3-2）包围在喷管（3-4）的外围，外壳（3-2）与喷管（3-4）之间的内空间构成冷却水套（Ⅰ），冷却水套（Ⅰ）有冷却剂进口（3-7）接入和冷却剂出口（3-3）接出；圆盘体阴极（2）安装在绝缘基座（1）的中空小径的前端上，通过螺栓（8）把圆盘体阴极（2）定位在绝缘基座（1）内，螺栓（8）穿过螺栓过孔（1-5），螺栓（8）的螺头旋入到圆盘体阴极（2）上的螺孔（2-1）中，圆盘体阴极（2）上的密封平面（2-6）与绝缘基座（1）中的密封端面（1-3）紧贴密封；隔离件（9）安装在绝缘基座（1）的后接口（1-7）中，隔离件（9）前部的隔离管（9-2）穿过绝缘基座（1）的中空小径内空间伸入到圆盘体阴极（2）的承插口（2-5）中，气流通道（Ⅷ）连通到圆盘体阴极（2）的喷气口（2-2），绝缘基座（1）的中空小径内空间构成环形冷却室（Ⅶ），环形冷却室（Ⅶ）有冷却水输入接口（1-4）接入和冷却水输出接口（1-8）接出，圆盘体阴极（2）的圆盘后端构成散热面；阳极（3）安装在绝缘基座（1）的前接口（1-2）上，在阳极外壳（3-2）的后部有安装螺头（3-1），阳极（3）以螺纹旋合方式安装在绝缘基座（1）的前接口（1-2）上，绝缘基座（1）的中空大径内空间构成环形气室（Ⅵ），环形气室（Ⅵ）有工作气接口（1-1）接入，环形气室（Ⅵ）连通到阳极的压缩孔道（Ⅲ）后端的喇叭口空间中；阴极头置于阳极的压缩孔道（Ⅲ）后端的喇叭口空间中，在圆盘体阴极（2）与阳极（3）的后端之间有旋流圈（4），旋流圈（4）上有切向气槽（Ⅴ），环形气室（Ⅵ）通过切向气槽（Ⅴ）连通到阳极内压缩孔道（Ⅲ）后端的喇叭口空间中，在阳极（3）的后端上有旋流圈（4）的定位榫头（3-8）；喷气口（2-2）周围的端面构成放电端（2-3），压缩孔道（Ⅲ）后端的喇叭口空间构成放电区（Ⅳ），压缩孔道（Ⅲ）前端的喷管（3-4）内壁构成放电面（3-5）。本实施例中，绝缘基座（1）和隔离件（9）选用聚四氟乙烯材料制作；圆盘体阴极（2）选用钨镧锆合金材料或铬锆铜合金材料制作；阳极（3）选用铬锆铜合金材料制作。

本实施例用于工业有害气体处理和水蒸汽加热分解，具体实施时，在阳极的外壳（3-2）上有电气接口（3-6），通过阳极的外壳（3-2）对喷管（3-4）进行电气连通，工作电源的正极连接到阳极的电气接口（3-6）上，工作电源的负极通过螺栓（8）连接到圆盘体阴极（2）上，冷却水的供水管分别连接到冷却水输入接口（1-4）上和冷却剂进口（3-7）上，冷却水的回水管分别连接到冷却水输出接口（1-8）上和冷却剂出口（3-3）上，工作气的供气管连接到工作气接口（1-1）上，加热介质的输气管连接到加热介质输入口（9-1）上。工作时，一路冷却水流过到环形冷却室（Ⅶ）中，对圆盘体阴极（2）进行冲刷冷却，通过水流把阴极的热量快速移走；另一路冷却水进入到阳极的冷却水套（Ⅰ）中，对阳极的喷管（3-4）进行冷却，通过水流把阳极的热量快速移走；工作气进入到环形气室（Ⅵ）中，然后通过切向气槽（Ⅴ）以旋转气流方式进入到放电区（Ⅳ）；当在阳极（3）与圆盘体阴极（2）之间施加电能时，阴极头的喷气口（2-2）周边便发射电子，形成高温的等离子体电弧，等离子体电弧通过压缩孔道（Ⅲ）进入到喷射腔（Ⅱ）中，在等离子体电弧通过压缩孔道（Ⅲ）时，电弧受到压缩，使等离子体电弧得到进一步升温，等离子体电弧的弧根分别在阴极头前端的放电端（2-3）上和阳极喷管（3-4）内壁的放电面（3-5）上，等离子体火炬从阳极喷管（3-4）内的喷射腔（Ⅱ）中喷出；放电端（2-3）的等离子体电弧弧根分布在阴极头的喷气口（2-2）周边，工业有害气体或水蒸汽从阴极头前端的中心喷气口（2-2）喷入放电区（Ⅳ），工业有害气体或水蒸汽从等离子体电弧弧根的中心进入到等离子体电弧的中心，使得等离子体电弧的能量集中作用在工业有害气体或水蒸汽上，工业有害气体或水蒸汽更容易受热分解，因此，加热温度和加热效率更高，同时，工业有害气体或水蒸汽在通过喷气口（2-2）时，对阴极头前端的中心进行气流冲刷，快速带走热量，对阴极头进行保护，防止烧蚀。上述过程中，把工业有害气体进行高温活化分解、原子重新组合而生成新的无害物质；或把水蒸汽进行高温活化分解，生成氢和氧的活性化学物，用作煤气化或固体有机废物气化的气化剂，高温等离子体的热能释放到气化炉中，提供给原料烘干和热解所需。所述的工作气包括空气、氮气、氩气或氢气其中的一种，所述的加热介质包括水蒸汽或工业有害气体其中的一种，当把本实施例作为热解水制氢设备应用或作为气化炉设备应用时，加热介质为水蒸汽，工作气选用氢气；当把本实施例作为有害气体的处置设备应用时，加热介质为有害气体，工作气选用空气。

Claims (3)

1.一种圆盘体阴极，其特征是圆盘体阴极的圆盘前面中心有凸出体，圆盘前面中心的凸出体构成阴极头，阴极头的中心有喷气口（2-2），喷气口（2-2）周围的端面构成放电端（2-3），圆盘体阴极的圆盘后部中心有承插口（2-5），承插口（2-5）与喷气口（2-2）相通，圆盘体周边的沿体后端构成密封平面（2-6）；在圆盘体周边的沿体上有螺孔（2-1），螺孔（2-1）为二只以上，呈均匀分布；

圆盘体阴极安装在等离子体喷枪上应用，等离子体喷枪中有绝缘基座（1），绝缘基座（1）为二段变径的中空回转体结构，中空小径在绝缘基座（1）的后段中，中空小径段的前端面构成密封端面（1-3），在中空小径段的后端中心有后接口（1-7），圆盘体阴极安装在绝缘基座（1）的中空小径的前端上，圆盘体阴极上的密封平面（2-6）与中空小径段前端的密封端面（1-3）紧贴密封；在绝缘基座（1）中有螺栓过孔（1-5），在螺栓过孔（1-5）中有螺栓（8），螺栓（8）的螺头旋入到圆盘体阴极上的螺孔（2-1）中，把圆盘体阴极定位在绝缘基座（1）内；隔离件（9）安装在绝缘基座（1）的后接口（1-7）中，隔离件（9）的前部隔离管（9-2）穿过绝缘基座（1）的中空小径内空间伸入到圆盘体阴极的承插口（2-5）中。

2.根据权利要求1所述的一种圆盘体阴极，其特征是阴极头的前端为圆弧面结构。

3.根据权利要求1所述的一种圆盘体阴极，其特征是圆盘后部中心的承插口（2-5）后端有密封圆槽（2-4）。