CN105491777B - 伸缩式引弧的等离子体装置 - Google Patents
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Abstract
一种伸缩式引弧的等离子体装置，涉及等离子体设备，包括电极架、第一电极、第二电极、第三电极、支持件、穿心牵紧杆和电磁驱动组件，第一电极安装在电极架的安装螺口中，电极架通过围护体连接到第二电极的前端，产物出口在围护体的壁体上；第二电极安装在支持件的前端，第三电极置于第二电极的环形体之内，穿心牵紧杆贯穿在第三电极与支持件的中心，穿心牵紧杆的内空间构成引弧电极的伸缩滑道；电磁驱动组件安装在支持件的后端，电磁驱动组件由电磁线圈和线圈骨架组成，在线圈骨架中心的孔道中有驱动杆，驱动杆的前部杆体中有引弧电极。本发明采取伸缩式引弧的措施来使二个主电极之间的空间距离得到延长，加大高温等离子体电弧的能量。
Description
技术领域
本发明涉及机电设备，特别是涉及到一种等离子体设备。
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。等离子体的处理方式和一般的方式大不一样，等离子体是在电离层或放电现象下所形成的一种状态，伴随着放电现象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。在等离子体发生器中，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，温度可达几万度以上，被处理的化工有害气体受到高温高压的等离子体冲击时，其分子、原子将会重新组合而生成新的物质，从而使有害物质变为无害物质。
在固体废物处置领域，把水蒸汽通过等离子体装置分解为氢、氧活性化学物后再作为气化剂送入气化炉，与生活垃圾或医疗垃圾或工业有机废物或农林废弃物进行气化反应，所进行的反应是放热反应，不需输入氧气或空气助燃，因此可以把生活垃圾或医疗垃圾或工业有机废物或农林废弃物转化为符合化工原料应用要求的富氢合成气。
研发一种结构合理、适合其目标产物应用的等离子体装置是本领域研发人员的任务，提高等离子体装置的效率、减少电能消耗是本领域研发人员所追求的目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合处理化工有害气体或热解用途的等离子体装置，并使装置结构简单合理和效率高，以减少电能消耗。
本发明的一种伸缩式引弧的等离子体装置，包括电极架1、第一电极3、第二电极6、第三电极7、支持件8和电磁驱动组件，其特征是电极架1为中空回转体结构，其中空回转体内有导流管1-3，在电极架1上有安装螺口1-2，第一电极3安装在电极架1的安装螺口1-2中，第一电极3为圆头的棒体结构，其棒体结构内有冷却腔Ⅲ，冷却剂进口Ⅻ通过导流管1-3连通到冷却腔Ⅲ；电极架1通过围护体5连接到第二电极6的前端，围护体5的内空间构成等离子体发生室Ⅺ，等离子体发生室Ⅺ有产物出口Ⅳ接出，产物出口Ⅳ在围护体5的壁体上；第二电极6为环形体结构，第三电极7为圆盘体结构，其圆盘体的中心有过孔，在过孔的前端有凹槽7-1；第二电极6安装在支持件8的前端，第三电极7置于第二电极6的环形体之内，第二电极6的内壁与第三电极7的外壁之间空间构成电离气槽Ⅴ；电磁驱动组件安装在支持件8的后端，电磁驱动组件中有驱动杆11，驱动杆11的前部杆体中有引弧电极4，当需引发等离子体电弧时，引弧电极4的头端在第一电极2与第三电极7之间进行伸缩方式的引弧。
本发明中，电极架1的中空回转体结构内有冷却剂回流通道Ⅱ，冷却剂回流通道Ⅱ有冷却剂出口Ⅰ接出，第一电极3棒体结构内的冷却腔Ⅲ连通到冷却剂回流通道Ⅱ；在第二电极6的环形体中有环形气室Ⅹ，环形气室Ⅹ有介质输入接口Ⅵ接入，环形气室Ⅹ连通到电离气槽Ⅴ；支持件8为前端开口的槽体结构，支持件8的槽体结构的后端壁体中有通孔，支持件8的槽体内空间构成环形冷却室Ⅷ，环形冷却室Ⅷ有冷却液进口Ⅸ接入和冷却液出口Ⅶ接出；在第三电极7的内侧有冷却环槽7-2，冷却环槽7-2与环形冷却室Ⅷ相通；驱动杆11为空心结构，在驱动杆11中部和后部的空心杆体中有间隔设置的磁珠14和隔离珠16；在驱动杆11上有用于伸缩限位的限位大头11-1。具体实施时，在第三电极7与支持件8的中心有穿心牵紧杆9进行贯穿，穿心牵紧杆9为轴向贯通的空心结构，穿心牵紧杆9的内空间构成引弧电极4的伸缩滑道，穿心牵紧杆9的前端有内六角大头9-1，内六角大头9-1深入到第三电极7的凹槽7-1中，穿心牵紧杆9的后部有牵紧螺头9-2，穿心牵紧杆9后部的牵紧螺头9-2从支持件8的后端壁体中的通孔中伸出；在支持件8与电磁驱动组件之间有中继接头10，在中继接头10的体中有电刷17，中继接头10的中心有轴向贯通的孔道，中继接头10中心的孔道与穿心牵紧杆9的内空间与进行相贯连通；中继接头10的前部为内螺纹结构，中继接头10前部的内螺纹旋合在穿心牵紧杆9后部的牵紧螺头9-2上，中继接头10的后部为连接螺头10-1，电磁驱动组件安装在中继接头10后部的连接螺头10-1上；在电磁驱动组件的线圈骨架后端有定位铁环15。
在等离子体装置中，等离子体电弧在二个主电极之间产生，在二个主电极之间能维持等离子体电弧稳定运行的条件下，二个主电极之间的空间距离越大，等离子体电弧的行程越长，其电子相互碰撞的机会和次数就会更多，其能量就会越大，当用于处理工业有害气体时，有害气体受到高温高压等离子体冲击的强度会更大，其重新组合变为无害物质的效率会更高。本发明利用引弧电极进行引弧，先伸出引弧电极使二个主电极之间的引弧距离缩短，以降低引弧电压，然后缩回引弧电极，使二个主电极之间产生高温等离子体电弧。所述的二个主电极为引弧电极之外的电极。本发明采取伸缩式引弧的措施来使等离子体装置的二个主电极之间的空间距离得到延长，加大高温等离子体电弧的能量，提高了效率和节省电能。
本发明在处理工业有害气体领域中应用或在固体废物处置领域中应用，为了进一步提高等离子体装置的效率，本发明在结构中设置第二电极6和第三电极7，把第二电极6和第三电极7进行嵌套设置，第三电极7置于第二电极6的环形体之内，使第二电极6的内壁与第三电极7的外壁之间的空间构成电离气槽Ⅴ。应用时，等离子体工作电源连接到第一电气接口18，然后通过穿心牵紧杆9连接到第三电极7以及通过中继接头10中的电刷17连接到引弧电极4；把高压电源连接到第二电气接口20；第三电气接口23为等离子体工作电源和高压电源的公共回路接口；所述的等离子体工作电源为180-600V电压的电源，其特点是低电压大电流，所述的高压电源为10000V以上的电源，其特点是高电压小电流。然后把工业有害气体或水蒸汽或其他气源的工作气接入介质输入接口Ⅵ，通过第二电极6壁体中的环形气室Ⅹ进入电离气槽Ⅴ中，便在电离气槽Ⅴ内形成气流隔离放电方式的电场，使工业有害气体或水蒸汽或其他气源的工作气被电离而增加活性，被电离活化的工业有害气体再在高温等离子体电弧的作用下，更容易及更彻底被处理成中性的无害物质，或被电离活化的水蒸汽更容易被分解而作为固体有机废物的气化剂应用。在具体工作时，引弧电极4的头端伸入到第一电极2的环内空间中，10000V以上的高压电源使第二电极6与第三电极7之间的电离气槽Ⅴ进行气流隔离方式的放电，同时使引弧电极4的头端与第一电极2之间进行放电，在引弧电极4的头端与第一电极2上形成初始电弧，然后对电磁线圈13进行反向通电，使驱动杆11向后移动，带动引弧电极4后移，使引弧电极4的头端缩退到第三电极7的凹槽7-1中，从而把电弧引到第三电极7上，使第一电极2与第三电极7之间形成高温等离子体电弧。
本发明先使高压电源作用在第二电极6与第三电极7之间的电离气槽Ⅴ中，对工业有害气体或水蒸汽或其他气源的工作气进行电离和活化，然后使高压电源作用在第一电极2与第三电极7之间，通过引弧电极进行第一电极2与第三电极7之间的引弧，使之产生高温等离子体电弧，把工业有害气体或水蒸汽或其他气源的工作气进行目标处理，更容易得到目标产物。采取伸缩式引弧的措施来使等离子体装置的二个主电极之间的空间距离得到延长，加大高温等离子体电弧的能量，提高了效率和节省电能。其中，产生高温等离子体电弧的电能由等离子体工作电源提供。
等离子体装置运行时，产生高温等离子体电弧的弧根在第三电极7的外端面上，为了避免引弧电极被烧结在第三电极7上而使引弧电极失去伸缩功能，本发明在第三电极7的体中设置凹槽7-1，使引弧作用完成后的引弧电极头部与第三电极7壁体之间具有一定的空间距离。
上述的发明中，在驱动杆11中部和后部的空心杆体中有间隔设置的磁珠14和隔离珠16，具体实施时，磁珠14选用永磁体材料，隔离珠16选用非磁性材料，各磁珠的极性进行同向串联设置，当需伸出引弧电极时，对电磁线圈进行正向通电，使电磁线圈中心产生的电磁力与驱动杆11内磁珠的磁力线进行正方向配合，把驱动杆11向前推移；当需缩回引弧电极时，对电磁线圈进行反向通电，使电磁线圈中心产生的电磁力与驱动杆11内磁珠的磁力线进行反方向配合，把驱动杆11向后移动。本发明在线圈骨架12的后端有定位铁环15，利用磁珠14的磁力，使驱动杆11定位，从而使引弧电极定位在伸出位置或缩回位置。本发明利用电磁线圈和驱动杆11来驱动引弧电极，没有机械动作机构，使得结构简单，并且工作可靠。本发明只在需使驱动杆11前行或后退的过程中对电磁线圈进行通电，在驱动杆11定位后，就可对电磁线圈断电，实现节省电能和延长电磁线圈的寿命。
本发明的有益效果是：适合在处理工业有害气体领域中应用或在固体废物处置领域中应用，先使处理介质进行电离活化，再把处理介质在高温等离子体电弧的作用下进行处理，更容易得到目标产物。采取伸缩式引弧的措施来使等离子体装置的二个主电极之间的空间距离得到延长，加大高温等离子体电弧的能量，提高了效率和节省电能。本发明利用电磁线圈及在驱动杆11中间隔设置磁珠措施来驱动引弧电极进行伸出或缩回，其结构简单合理、工作可靠。
附图说明
图1是本发明伸缩式引弧的等离子体装置结构图。
图2是图1的A-A剖面图。
图中：1.电极架，1-1.连接螺口，1-2.安装螺口，1-3.导流管，2.密封环，3.第一电极，3-1.安装螺头，4.引弧电极，5.围护体，6.第二电极，7.第三电极，7-1.凹槽，7-2.冷却环槽，8.支持件，8-1.连接螺纹，8-2.切向气槽，9.穿心牵紧杆，9-1.内六角大头，9-2.牵紧螺头，10.中继接头，10-1.连接螺头，11.驱动杆，11-1.限位端头，12.线圈骨架，12-1.限位阶，13.电磁线圈，14.磁珠，15.定位铁环，16.隔离珠，17.电刷，18.第一电气接口，19.密封套环，20.第二电气接口，21.密封垫，22.密封圈，23.第三电气接口；Ⅰ.冷却剂出口，Ⅱ.冷却剂回流通道，Ⅲ.冷却腔，Ⅳ.产物出口，Ⅴ.电离气槽，Ⅵ.介质输入接口，Ⅶ.冷却液出口，Ⅷ.环形冷却室，Ⅸ.冷却液进口，Ⅹ.环形气室，Ⅺ.等离子体发生室，Ⅻ.冷却剂进口。
具体实施方式
实施例1 图1所示的实施方式中，伸缩式引弧的等离子体装置主要由电极架1、第一电极3、围护体5、第二电极6、第三电极7、支持件8、穿心牵紧杆9、中继接头10和电磁驱动组件组成，其中，电极架1为中空回转体结构，其中空回转体内有导流管1-3，导流管1-3的外围构成冷却剂回流通道Ⅱ，在电极架1上有用于连接到围护体5的连接螺口1-1和用于安装电极的安装螺口1-2，第一电极3安装在电极架1的安装螺口1-2中，在安装螺口1-2的前端与第一电极3之间有紫铜材质的密封环2，第一电极3为圆头的棒体结构，其棒体结构内有冷却腔Ⅲ，冷却剂进口Ⅻ通过导流管1-3连通到冷却腔Ⅲ，冷却腔Ⅲ连通到冷却剂回流通道Ⅱ，冷却剂回流通道Ⅱ有冷却剂出口Ⅰ接出；围护体5呈前后贯通的圆筒体结构，在围护体5前后二端的圆筒壁体上各有外螺纹的螺头，电极架1以螺纹连接方式通过围护体5连接到第二电极6的前端，围护体5的内空间构成等离子体发生室Ⅺ，等离子体发生室Ⅺ有产物出口Ⅳ接出，产物出口Ⅳ在围护体5的壁体上；第二电极6为环形体结构，第二电极6环形体的前部及后部各有内螺纹的螺口，在第二电极6的环形体中有环形气室Ⅹ，环形气室Ⅹ有介质输入接口Ⅵ接入；第三电极7为圆盘体结构，其圆盘体的中心有过孔，第三电极7的过孔前端有凹槽7-1，在第三电极7的内侧有冷却环槽7-2；支持件8为前端开口的槽体结构，在支持件8壁体的前端有切向气槽8-2，支持件8的槽体结构的后端壁体中有通孔，通孔的后部为楔形剖面结构的密封槽，在支持件8的前部外壁体上有安装螺纹8-1；第二电极6旋合在支持件8前部外壁体的安装螺纹8-1上，第三电极7置于第二电极6的环形体之内，在第三电极7与支持件8前端的壁体之间有密封垫21，第二电极6的内壁与第三电极7的外壁之间空间构成电离气槽Ⅴ，电离气槽Ⅴ通过切向气槽8-2连通到环形气室Ⅹ；穿心牵紧杆9贯穿在第三电极7与支持件8的中心，穿心牵紧杆9为轴向贯通的空心结构，穿心牵紧杆9的内空间构成引弧电极4的伸缩滑道，穿心牵紧杆9的前端有内六角大头9-1，内六角大头9-1深入到第三电极7的凹槽7-1中，在内六角大头9-1与凹槽7-1的壁体之间有密封圈22，穿心牵紧杆9的后部有牵紧螺头9-2，穿心牵紧杆9后部的牵紧螺头9-2从支持件8的后端壁体中的通孔中伸出，在通孔后部的密封槽中有剖面结构为楔形的密封套环19，支持件8的槽体内空间构成环形冷却室Ⅷ，穿心牵紧杆9的空心杆体构成环形冷却室Ⅷ的内环壁体，第三电极7内侧的冷却环槽7-2与环形冷却室Ⅷ相通，环形冷却室Ⅷ有冷却液进口Ⅸ接入和冷却液出口Ⅶ接出；中继接头10的体中有电刷17，中继接头10的中心有轴向贯通的孔道，中继接头10中心的孔道与穿心牵紧杆9的内空间与进行相贯连通，中继接头10的前部为内螺纹结构，中继接头10前部的内螺纹旋合在穿心牵紧杆9后部的牵紧螺头9-2上，中继接头10的后部为连接螺头10-1，电磁驱动组件安装在中继接头10后部的连接螺头10-1上，电磁驱动组件由电磁线圈13和线圈骨架12组成，在线圈骨架12的后端有定位铁环15，线圈骨架12的中心为贯通的轴向孔道，在线圈骨架12中心的轴向孔道中有驱动杆11，驱动杆11为空心结构，在驱动杆11中部和后部的空心杆体中有间隔设置的磁珠14和隔离珠16，驱动杆11的前部杆体中有引弧电极4，当需引发等离子体电弧时，引弧电极4的头端在第一电极2与第三电极7之间进行伸缩方式的引弧，在驱动杆11上有用于伸缩限位的限位大头11-1。本实施例中，在中继接头10与穿心牵紧杆9的牵紧螺头9-2连接口上有第一电气接口18接入，第一电气接口18通过穿心牵紧杆9的金属杆体连接到第三电极7以及通过电刷17连接到引弧电极4；在第二电极6的壁体上有第二电气接口20接入，在电极架1的壁体上有第三电气接口23接入，第三电气接口23通过电极架1的金属材质连接到第一电极3；第一电极3、第三电极7和引弧电极4选用钨合金材料制作；电极架1、第二电极6和穿心牵紧杆9选用普通金属材料制作；围护体5选用耐高温非金属材料制作；支持件8选用胶木材料或聚四氟乙烯材料制作；密封圈22选用具有导电性能的石墨石棉混合材料制作。
本实施例在处理工业有害气体领域中应用或在固体废物处置领域中应用，应用时，先使引弧电极4的头端伸入到第一电极3的环内空间中，把180-600V的等离子体工作电源连接到第一电气接口18，把10000V以上的高压电源连接到第二电气接口20，第三电气接口23为等离子体工作电源和高压电源的公共回路接口；然后把工业有害气体或水蒸汽或其他气源的工作气通过介质输入接口Ⅵ输入到环形气室Ⅹ中，再由切向气槽8-2以旋转气流方式进入电离气槽Ⅴ中，10000V以上的高压电源使第二电极6与第三电极7之间的电离气槽Ⅴ进行气流隔离方式的放电，使工业有害气体或水蒸汽或其他气源的工作气被电离而增加活性，同时使引弧电极4的头端与第一电极3之间进行放电，在引弧电极4的头端与第一电极3上形成初始电弧，然后对电磁线圈13进行反向通电，使驱动杆11向后移动，带动引弧电极4后移，使引弧电极4的头端缩退到第三电极7的凹槽7-1中，从而把电弧引到第三电极7上，使第一电极3与第三电极7之间的等离子体发生室Ⅺ内形成高温等离子体电弧；在经过电离气槽Ⅴ被电离活化的工业有害气体再在等离子体发生室Ⅺ内的高温等离子体电弧的作用下，其有害气体的分子、原子将会重新组合而生成新的物质，从而使有害物质变为无害物质，处理后的目标产物从围护体5壁体上的的产物出口Ⅳ输出；或水蒸汽通过电离活化后，再经高温等离子体电弧分解为氢、氧活性化学物作为气化剂利用，使固体有机废物气化为有用的化学原料气。
Claims (6)
1.一种伸缩式引弧的等离子体装置，包括电极架（1）、第一电极（3）、第二电极（6）、第三电极（7）、支持件（8）和电磁驱动组件，其特征是电极架（1）为中空回转体结构，其中空回转体内有导流管（1-3），在电极架（1）上有安装螺口（1-2），第一电极（3）安装在电极架（1）的安装螺口（1-2）中，第一电极（3）为圆头的棒体结构，其棒体结构内有冷却腔（Ⅲ），冷却剂进口（Ⅻ）通过导流管（1-3）连通到冷却腔（Ⅲ）；电极架（1）通过围护体（5）连接到第二电极（6）的前端，围护体（5）的内空间构成等离子体发生室（Ⅺ），等离子体发生室（Ⅺ）有产物出口（Ⅳ）接出，产物出口（Ⅳ）在围护体（5）的壁体上；第二电极（6）为环形体结构，在第二电极（6）的环形体中有环形气室（Ⅹ）；第三电极（7）为圆盘体结构，其圆盘体的中心有过孔，在过孔的前端有凹槽（7-1）；第二电极（6）安装在支持件（8）的前端，第三电极（7）置于第二电极（6）的环形体之内，第二电极（6）的内壁与第三电极（7）的外壁之间空间构成电离气槽（Ⅴ），工作时，第二电极（6）与第三电极（7）之间的电离气槽（Ⅴ）进行气流隔离方式的放电；电磁驱动组件安装在支持件（8）的后端，电磁驱动组件中有驱动杆（11），驱动杆（11）的前部杆体中有引弧电极（4），当需引发等离子体电弧时，引弧电极（4）的头端在第一电极（2）与第三电极（7）之间进行伸缩方式的引弧。
2.根据权利要求1所述的一种伸缩式引弧的等离子体装置，其特征是电极架（1）的中空回转体结构内有冷却剂回流通道（Ⅱ），冷却剂回流通道（Ⅱ）有冷却剂出口（Ⅰ）接出，第一电极（3）棒体结构内的冷却腔（Ⅲ）连通到冷却剂回流通道（Ⅱ）。
3.根据权利要求1所述的一种伸缩式引弧的等离子体装置，其特征是环形气室（Ⅹ）有介质输入接口（Ⅵ）接入，在支持件（8）壁体的前端有切向气槽（8-2），电离气槽（Ⅴ）通过切向气槽（8-2）连通到环形气室（Ⅹ），应用时，工作气通过介质输入接口（Ⅵ）输入到环形气室（Ⅹ）中，再由切向气槽（8-2）以旋转气流方式进入电离气槽（Ⅴ）中。
4.根据权利要求1所述的一种伸缩式引弧的等离子体装置，其特征是支持件（8）为前端开口的槽体结构，支持件（8）的槽体结构的后端壁体中有通孔，支持件（8）的槽体内空间构成环形冷却室（Ⅷ），环形冷却室（Ⅷ）有冷却液进口（Ⅸ）接入和冷却液出口（Ⅶ）接出；在第三电极（7）的内侧有冷却环槽（7-2），冷却环槽（7-2）与环形冷却室（Ⅷ）相通。
5.根据权利要求1所述的一种伸缩式引弧的等离子体装置，其特征是驱动杆（11）为空心结构，在驱动杆（11）中部和后部的空心杆体中有间隔设置的磁珠（14）和隔离珠（16）。
6.根据权利要求1所述的一种伸缩式引弧的等离子体装置，其特征是在驱动杆（11）上有用于伸缩限位的限位大头（11-1）。
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