CN105491782A - 一种等离子体装置的电极 - Google Patents

Abstract

一种等离子体装置的电极，涉及等离子体设备，由第一电极、第二电极、支持体和穿心牵紧杆组成，第二电极为圆盘体结构，第二电极的圆盘体中心有通孔；第一电极和第二电极进行嵌套设置，第二电极置于第一电极之中，第一电极和第二电极安装在支持体的壁体前端，用穿心牵紧杆把第二电极与支持体进行紧密连接，第二电极与支持体壁体之间的空间构成环形冷却腔；穿心牵紧杆的内空间构成熔丝过孔；第一电极的内壁与第二电极的外壁之间空间构成电离通道。本发明先使工业有害气体进行电离活化，再在高温等离子体电弧的作用下进行处理，提高了效率和节省电能，本发明采取利用熔丝引弧省略了引弧电极的驱动装置，结构简单合理和操作简便。

Description

一种等离子体装置的电极

技术领域

本发明涉及等离子体设备，特别是涉及到一种电弧等离子体装置的电极。

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。

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。

本发明的一种等离子体装置的电极，由第一电极1、第二电极3、支持体4和穿心牵紧杆6组成，第二电极3为圆盘体结构，第二电极3的圆盘体中心有通孔；支持体4为回转体结构，在支持体4后端的壁体中心有贯通的孔道；其特征是第一电极1为环形体结构，第一电极1和第二电极3进行嵌套设置，第二电极3置于第一电极1之中，第一电极1和第二电极3安装在支持体4的壁体前端，用穿心牵紧杆6把第二电极3与支持体4进行紧密连接，第二电极3与支持体4壁体之间的空间构成环形冷却腔11；穿心牵紧杆4为空心结构，穿心牵紧杆6的内空间构成熔丝过孔6-5，熔丝过孔6-5的后端构成熔丝安装口6-1；第一电极1的内壁与第二电极3的外壁之间空间构成电离通道16。

本发明中，在第一电极1的环形体中有环形槽，环形槽构成环形气室15，环形气室15有介质输入接口2接入；在支持体4前端的壁体上有用于产生旋转气流的切向气槽4-3，环形气室15通过切向气槽4-3连通到电离通道16；第二电极3的圆盘体外端有凹槽18，熔丝过孔6-5与第二电极3圆盘体外端的凹槽18进行贯通相连；在第二电极3的内侧有冷却环槽13，冷却环槽13与环形冷却腔11相通，环形冷却腔11有冷却水进口12接入和冷却水出口5接出；在支持体4与第二电极3连接的壁体上有作用于密封的凸环4-2；在支持体4后端壁体中心的贯通孔道中有密封槽4-1；在熔丝安装口6-1的壁体上有用于固定引弧熔丝的紧固螺栓9；在穿心牵紧杆6的后部有第一电气接口10接入，第一电气接口10通过穿心牵紧杆6的金属杆体与第二电极3进行电气连接；在第一电极1的壁体上有第二电气接口14接入。

本发明在等离子体装置中应用，所述的引弧熔丝为低熔点材料的线或丝，包括铝线、细铜线或锡铅合金材料的保险丝，应用时，引弧熔丝设置在穿心牵紧杆6内的熔丝过孔6-5中，引弧熔丝的前端从第二电极3外端的凹槽18中伸出，引弧熔丝的后端被紧固螺栓9固定在熔丝安装口6-1中。

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。本发明利用熔丝进行引弧，先使用引弧熔丝使二个主电极之间的引弧距离缩短，以降低引弧电压，然后引弧熔丝被熔蚀而缩短，使二个主电极之间产生高温等离子体电弧。本发明采取利用熔丝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，加大高温等离子体的能量，提高了效率和节省电能；本发明适合在不频繁起动的长期连续运行的设备上应用，省略了引弧电极的驱动装置，降低了制造成本，结构简单合理，操作简便，引弧熔丝极为廉价，其成本可以忽略，因此，本发明具有极高的性价比。

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，本发明的电极结构中包括第一电极1和第二电极3，第一电极1和第二电极3进行嵌套设置，第二电极3置于第一电极1之中，使第一电极1的内壁与第二电极3的外壁之间空间构成电离通道16。应用时，等离子体装置的工作电源连接到穿心牵紧杆6后部的第一电气接口10，同时，高压电源连接到第一电极1壁体上的第二电气接口14，再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2输入到到第一电极1的环形气室15中，工业有害气体或水蒸汽或其他气源的工作气由切向气槽4-3进入第一电极1与第二电极3之间的电离通道16，在电离通道16内形成旋转气流，当对第一电极1施加10000V以上的高压电源时，便在电离通道16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，被电离活化后的工业有害气体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，或被电离活化后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。

上述的发明在具体应用中，在第一电气接口10接入的是等离子体工作电源，等离子体工作电源的特征是低电压大电流；在第二电气接口14接入的10000V电压以上的引弧电源，引弧电源的特征是高电压小电流。在等离子体装置中设置第三电极20，第三电极19作为等离子体工作电源和高压电源的公共电极，工作时，引弧电源使第一电极1与第二电极3之间的电离通道16进行气流隔离方式的放电，同时使引弧熔丝与第三电极20之间进行放电，产生初始电弧，然后引弧熔丝很快被熔蚀而缩短到第二电极3的凹槽中，使第二电极3与第三电极20之间形成高温等离子体电弧，本发明是先使高压电源作用在第一电极1与第二电极3之间的电离通道16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二电极3与第三电极20之间，通过引弧熔丝进行第二电极3与第三电极20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，提高效率和节省电能，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。

本发明运行时，产生的等离子体电弧的弧根在第二电极3的外端面上，为了避免引弧熔丝被烧结在第二电极3的体上，给设备下次运行更换引弧熔丝时带来困难，本发明在第二电极3的外端设置凹槽18，使引弧作用完成后的引弧熔丝头部与第二电极3之前具有一定的空间距离。

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，先使工业有害气体或水蒸汽或其他气源的工作气进行电离活化，再把被电离活化的工业有害气体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。本发明采取利用熔丝引弧的措施来使二个形成等离子体电弧之间的电极空间距离得到延长，加大高温等离子体的能量，提高了效率和节省电能；本发明省略了引弧电极的驱动装置，降低了制造成本，省略了引弧电极的驱动装置，结构简单合理和操作简便。

附图说明

图1是本发明的一种等离子体装置的电极结构图。

图2是本发明的等离子体电极中的穿心牵紧杆结构图。

图3是本发明利用熔丝引弧的初始状态示意图。

图4是本发明的电极在形成高温等离子体电弧时的示意图。

图中：1.第一电极，2.介质输入接口，3.第二电极，4.支持体，4-1.密封槽，4-2.凸环，4-3.切向气槽，5.冷却水出口，6.穿心牵紧杆，6-1.熔丝安装口，6-2.内六角大头，6-3.紧固螺孔，6-4.牵紧螺纹，6-5.熔丝过孔，7.密封套环，8.螺母，9.紧固螺栓，10.第一电气接口，11.环形冷却腔，12.冷却水进口，13.冷却环槽，14.第二电气接口，15.环形气室，16.电离通道，17.密封垫，18.凹槽，19.引弧熔丝，20.第三电极，21.初始电弧，22.高温等离子体电弧。

具体实施方式

实施例1图1和图2所示的实施方式中，一种等离子体装置的电极由第一电极1、第二电极3、支持体4和穿心牵紧杆6组成，第一电极1为环形体结构，在第一电极1的环形体中有环形槽，环形槽构成环形气室15，环形气室15有介质输入接口2接入；第二电极3为圆盘体结构，第二电极3的圆盘体中心有通孔，第二电极3的外端有凹槽18，第二电极3的内侧有冷却环槽13；支持体4为回转体结构，在支持体4后端的壁体中心有贯通的孔道，该孔道中有密封槽4-1，密封槽4-1的剖面呈楔形结构，在支持体4前端的壁体上有用于产生旋转气流的切向气槽4-3；穿心牵紧杆4为空心结构，穿心牵紧杆6的内空间构成熔丝过孔6-5，熔丝过孔6-5为轴向贯通结构，穿心牵紧杆6的前端为内六角大头6-2，穿心牵紧杆6的后部有外螺纹的牵紧螺纹6-4，牵紧螺纹6-4的后端杆体上有紧固螺孔6-3；第一电极1和第二电极3进行嵌套设置，第二电极3置于第一电极1之中，第一电极1和第二电极3安装在支持体4的壁体前端，穿心牵紧杆6的杆身依次穿过第二电极3的中心通孔、支持体4后端壁体中心孔道及密封槽4-1，穿心牵紧杆6前端的内六角大头6-2压紧在第二电极3的凹槽18底端，再把螺母8旋紧在穿心牵紧杆6后部的牵紧螺纹6-4上，使第二电极3与支持体4进行紧密连接，在穿心牵紧杆6的内六角大头6-2与第二电极3的凹槽18底端之间有密封垫17，在密封槽4-1中有楔形的密封套环7；在支持体4与第二电极3连接的壁体上有作用于密封的凸环4-2，第一电极1与支持体4之间以螺纹安装方式进行连接；第二电极3与支持体4壁体之间的空间构成环形冷却腔11，第二电极3内侧的冷却环槽13与环形冷却腔11相通，环形冷却腔11有冷却水进口12接入和冷却水出口5接出；穿心牵紧杆6的内空间构成熔丝过孔6-5，熔丝过孔6-5的后端构成熔丝安装口6-1，在熔丝安装口6-1的壁体上有用于固定引弧熔丝的紧固螺栓9；第一电极1的内壁与第二电极3的外壁之间空间构成电离通道16，第一电极1体中的环形气室15通过支持体4前端壁体上的切向气槽4-3连通到电离通道16；熔丝过孔6-5与第二电极3圆盘体外端的凹槽18进行贯通相连；在穿心牵紧杆6的后部有第一电气接口10接入，第一电气接口10通过穿心牵紧杆6的金属杆体与第二电极3进行电气连接；在第一电极1的壁体上有第二电气接口14接入。本实施例中，所述的引弧熔丝为低熔点材料的线或丝，包括铝线、细铜线或锡铅合金材料的保险丝；第一电极1和穿心牵紧杆6选用普通金属材料制作；第二电极3选用难熔金属材料制作；支持体4选用聚四氟乙烯材料制作；密封垫17选用具有导电性能的石墨石棉混合材料制作；本实施例在等离子体装置中应用，应用时，引弧熔丝设置在穿心牵紧杆6内的熔丝过孔6-5中，引弧熔丝的前端从第二电极3外端的凹槽18中伸出，使引弧熔丝的前端与第三电极接近，引弧熔丝的后端被紧固螺栓8固定在熔丝安装口6-1中。

实施例2图3和图4所示的实施方式中，等离子体装置由第一实施例所述结构和第三电极20组成，第一实施例的结构不再赘述，第一实施例所述结构中的第二电极3与第三电极20头端之间的距离为满足在引弧条件下使等离子体电弧维持运行的最大间距，引弧熔丝19的材质为锡铅合金材料，引弧熔丝19的前端与第三电极20的头端接近，其距离为5-30毫米。等离子体装置的工作电源连接到穿心牵紧杆6后部的第一电气接口10，10000V以上的引弧电源连接到第一电极1壁体上的第二电气接口14，把工业有害气体连接到介质输入接口2上；运行时，工业有害气体进入到环形气室15中，再由切向气槽4-3以旋转气流方式进入到第一电极1与第二电极3之间的电离通道16中，电离通道16中形成气流隔离放电方式的电场，同时在引弧熔丝19的头端与第三电极20的头端之间形成初始电弧21，引弧熔丝19很快被熔蚀缩短，当引弧熔丝19被熔蚀缩短到第二电极3外端的凹槽18中时，放电便在第三电极20的头端与第二电极3外端之间进行，形成高温等离子体电弧22；进入到等离子体装置中的工业有害气体将在电离通道16中被电离活化，然后又在高温等离子体电弧的作用下，使其分子、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。

Claims (9)

1.一种等离子体装置的电极，由第一电极（1）、第二电极（3）、支持体（4）和穿心牵紧杆（6）组成，第二电极（3）为圆盘体结构，第二电极（3）的圆盘体中心有通孔；支持体（4）为回转体结构，在支持体（4）后端的壁体中心有贯通的孔道；其特征是第一电极（1）为环形体结构，第一电极（1）和第二电极（3）进行嵌套设置，第二电极（3）置于第一电极（1）之中，第一电极（1）和第二电极（3）安装在支持体（4）的壁体前端，用穿心牵紧杆（6）把第二电极（3）与支持体（4）进行紧密连接，第二电极（3）与支持体（4）壁体之间的空间构成环形冷却腔（11）；穿心牵紧杆（4）为空心结构，穿心牵紧杆（6）的内空间构成熔丝过孔（6-5），熔丝过孔（6-5）的后端构成熔丝安装口（6-1）；第一电极（1）的内壁与第二电极（3）的外壁之间空间构成电离通道（16）。

2.根据权利要求1所述的一种等离子体装置的电极，其特征是在第一电极（1）的环形体中有环形槽，环形槽构成环形气室（15），环形气室（15）有介质输入接口（2）接入；在支持体（4）前端的壁体上有用于产生旋转气流的切向气槽（4-3），环形气室（15）通过切向气槽（4-3）连通到电离通道（16）。

3.根据权利要求1所述的一种等离子体装置的电极，其特征是第二电极（3）的圆盘体外端有凹槽（18），熔丝过孔（6-5）与第二电极（3）圆盘体外端的凹槽（18）进行贯通相连。

4.根据权利要求1所述的一种等离子体装置的电极，其特征是在第二电极（3）的内侧有冷却环槽（13），冷却环槽（13）与环形冷却腔（11）相通，环形冷却腔（11）有冷却水进口（12）接入和冷却水出口（5）接出。

5.根据权利要求1所述的一种等离子体装置的电极，其特征是在支持体（4）与第二电极（3）连接的壁体上有作用于密封的凸环（4-2）。

6.根据权利要求1所述的一种等离子体装置的电极，其特征是在支持体（4）后端壁体中心的贯通孔道中有密封槽（4-1）。

7.根据权利要求1所述的一种等离子体装置的电极，其特征是在熔丝安装口（6-1）的壁体上有用于固定引弧熔丝的紧固螺栓（9）。

8.根据权利要求1所述的一种等离子体装置的电极，其特征是在穿心牵紧杆（6）的后部有第一电气接口（10）接入，第一电气接口（10）通过穿心牵紧杆（6）的金属杆体与第二电极（3）进行电气连接。

9.根据权利要求1所述的一种等离子体装置的电极，其特征是在第一电极（1）的壁体上有第二电气接口（14）接入。