CN105554997B - 电弧等离子体装置的电极 - Google Patents
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Abstract
一种电弧等离子体装置的电极，涉及等离子体设备，包括第一电极、第二电极、支持件、穿心牵紧杆、中继接头和电磁驱动组件，第一电极和第二电极安装在支持件的前端，第一电极的内壁与第二电极的外壁之间空间构成电离气槽；穿心牵紧杆贯穿在第二电极与支持件的中心，穿心牵紧杆后部的牵紧螺头从支持件的后端壁体中的通孔中伸出，中继接头前部的内螺纹旋合在穿心牵紧杆后部的牵紧螺头上，中继接头电磁驱动组件安装在中继接头后部的连接螺头上，电磁驱动组件由电磁线圈和线圈骨架组成，在线圈骨架中心的轴向孔道中有驱动杆。本发明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，提高了效率和节省电能。
Description
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。
本发明的一种电弧等离子体装置的电极，包括第一电极1、第二电极2、支持件3、穿心牵紧杆4、中继接头5和电磁驱动组件，其特征是第一电极1为环形体结构；第二电极2为圆盘体结构，第二电极2的中心有过孔，第二电极2的体中有凹槽2-2，凹槽2-2的槽口朝向外侧；支持件3为前端开口的槽体结构，槽体结构的后端壁体中有通孔；穿心牵紧杆4为空心结构，在穿心牵紧杆4的前端有内六角大头4-2，在穿心牵紧杆4的后部有牵紧螺头4-1；第一电极1和第二电极2安装在支持件3的前端，第一电极1和第二电极2进行嵌套设置，第二电极2置于第一电极1的环形体之内，第一电极1的内壁与第二电极2的外壁之间空间构成电离气槽Ⅰ；穿心牵紧杆4贯穿在第二电极2与支持件3的中心，穿心牵紧杆4后部的牵紧螺头4-1从支持件3的后端壁体中的通孔中伸出；中继接头5中心有轴向贯通的孔道，中继接头5中心的孔道与穿心牵紧杆4的内空间、第二电极2体中的凹槽2-2进行相贯连通，中继接头5的前部为内螺纹结构，中继接头5前部的内螺纹旋合在穿心牵紧杆4后部的牵紧螺头4-1上，中继接头5的后部为连接螺头5-1，电磁驱动组件安装在中继接头5后部的连接螺头5-1上，电磁驱动组件由电磁线圈8和线圈骨架7组成，线圈骨架7的中心为贯通的轴向孔道，在线圈骨架7中心的轴向孔道中有驱动杆6，具体实施时，引弧电极安装在驱动杆6的前部杆体中，穿心牵紧杆4的内空间和中继接头5中心的孔道构成引弧电极的伸缩滑道。
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Ⅴ，环形气室Ⅴ有介质输入接口Ⅱ接入；在支持件3壁体的前端有切向气槽3-4，环形气室Ⅴ通过切向气槽3-4连通到电离气槽Ⅰ；支持件3槽体内空间构成环形冷却腔3-1，穿心牵紧杆4的空心杆体构成环形冷却腔3-1的内环壁体；在第二电极2的内侧有冷却环槽2-1，冷却环槽2-1与环形冷却腔3-1相通，环形冷却腔3-1有冷却水进口Ⅳ接入和冷却水出口Ⅲ接出；在中继接头5的体中有电刷12；驱动杆6为空心结构，在驱动杆6中部和后部的空心杆体中有间隔设置的磁珠9和隔离珠11；在驱动杆6上有用于伸缩限位的限位大头6-1；在线圈骨架7的后端有定位铁环10。
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一电极1和第二电极2，把第一电极1和第二电极2进行嵌套设置，第二电极2置于第一电极1的环形体之内，使第一电极1的内壁与第二电极2的外壁之间的空间构成电离气槽Ⅰ。应用时，等离子体装置的工作电源连接到第二电极2，10000V以上的高压电源连接到第一电极1，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Ⅱ输入到到第一电极1壁体中的环形气室Ⅴ中，工业有害气体或水蒸汽或其他气源的工作气由支持件3前端的切向气槽3-4进入第一电极1与第二电极2之间的电离气槽Ⅰ中，在电离气槽Ⅰ内形成旋转气流，便在电离气槽Ⅰ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。
上述的发明在具体应用中，在第一电极1的壁体上设置第一电气接口15，在中继接头5的前端设置第二电气接口13，第二电气接口13通过穿心牵紧杆4的金属杆体连接到第二电极以及通过电刷12连接到引弧电极，在等离子体装置中设置第三电极19，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，在第二电气接口13与第三电极之间接入的是等离子体工作电源，所述等离子体工作电源的特征是低电压大电流，在第一电气接口15与第三电极之间接入的10000V电压以上的高压电源，所述高压电源的特征是高电压小电流。工作时，10000V以上的高压电源使第一电极1与第二电极2之间的电离气槽Ⅰ进行气流隔离方式的放电，同时使第二电极2与第三电极19之间进行放电，等离子体工作电源使第二电极2与第三电极19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2之间的电离气槽Ⅰ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2与第三电极19之间，通过引弧电极进行第二电极2与第三电极19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，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，产生等离子体电弧的弧根在第二电极2的外端面上，为了避免引弧电极被烧结在第二电极2上而使引弧电极失去伸缩功能，本发明在第二电极2外侧的体中设置凹槽2-2，使引弧作用完成后的引弧电极头部与第二电极2壁体之间具有一定的空间距离。
上述的发明中，在驱动杆6中部和后部的空心杆体中有间隔设置的磁珠9和隔离珠11，具体实施时，磁珠9选用永磁体材料，隔离珠11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6内磁珠的磁力线进行正方向配合，把驱动杆6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6内磁珠的磁力线进行反方向配合，把驱动杆6向后移动。本发明在线圈骨架7的后端有定位铁环10，利用磁珠9的磁力，使驱动杆6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6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6前行或后退的过程中对电磁线圈进行通电，在驱动杆6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6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是本发明的电弧等离子体装置的电极结构图。
图2是本发明的电极在引弧初始状态时的示意图。
图3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.第二电极，2-1.冷却环槽，2-2.凹槽，3.支持件，3-1.环形冷却腔，3-2.密封槽，3-3.安装螺头，3-4.切向气槽，4.穿心牵紧杆，4-1.牵紧螺头，4-2.内六角大头，5.中继接头，5-1.连接螺头，6.驱动杆，6-1.限位端头，7.线圈骨架，7-1.限位阶，7-2.连接螺口，8.电磁线圈，9.磁珠，10.定位铁环，11.隔离珠，12.电刷，13.第二电气接口，14.密封套环，15.第一电气接口，16.密封垫，17.密封圈，18.引弧电极，19.第三电极，20.初始电弧，21.高温等离子体电弧；Ⅰ.电离气槽，Ⅱ.介质输入接口，Ⅲ.冷却水出口，Ⅳ.冷却水进口，Ⅴ.环形气室。
具体实施方式
实施例1 图1所示的实施方式中，电弧等离子体装置的电极主要由第一电极1、第二电极2、支持件3、穿心牵紧杆4、中继接头5和电磁驱动组件组成，其中，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Ⅴ，环形气室Ⅴ有介质输入接口Ⅱ接入；第二电极2为圆盘体结构，第二电极2的中心有过孔，在第二电极2的内侧有冷却环槽2-1，第二电极2的体中有凹槽2-2，凹槽2-2的槽口朝向外侧；支持件3为前端开口的槽体结构，槽体结构的后端壁体中有通孔，在通孔的后部有楔形结构的密封槽3-2，在支持件3壁体的前端有切向气槽3-4；穿心牵紧杆4为空心结构，在穿心牵紧杆4的前端有内六角大头4-2，在穿心牵紧杆4的后部有牵紧螺头4-1；第一电极1和第二电极2安装在支持件3的前端，在第二电极2与支持件3的壁体连接面之间有密封垫16，第一电极1和第二电极2进行嵌套设置，第二电极2置于第一电极1的环形体之内，第一电极1的内壁与第二电极2的外壁之间空间构成电离气槽Ⅰ，电离气槽Ⅰ通过支持件3壁体前端的切向气槽3-4连通到环形气室Ⅴ；穿心牵紧杆4贯穿在第二电极2与支持件3的中心，装配时，穿心牵紧杆4由第二电极2中的凹槽2-2伸入，再穿过支持件3的槽体结构，穿心牵紧杆4后部的牵紧螺头4-1从支持件3的后端壁体中的通孔和密封槽3-2中伸出，在密封槽3-2中有楔形结构的密封套环14，穿心牵紧杆4前端的内六角大头4-2紧压在第二电极2中心过孔的周边壁体上，在内六角大头4-2与第二电极2中心过孔的周边壁体之间有密封圈17；在支持件3前部的壁体上有外螺纹，第一电极1与支持件3之间以螺纹安装方式进行连接；支持件3槽体内空间构成环形冷却腔3-1，穿心牵紧杆4的空心杆体构成环形冷却腔3-1的内环壁体，第二电极2内侧的冷却环槽2-1与环形冷却腔3-1相通，环形冷却腔3-1有冷却水进口Ⅳ接入和冷却水出口Ⅲ接出；在中继接头5的体中有电刷12，中继接头5中心有轴向贯通的孔道，中继接头5的前部为内螺纹结构，中继接头5前部的内螺纹旋合在穿心牵紧杆4后部的牵紧螺头4-1上，中继接头5的后部为连接螺头5-1，电磁驱动组件安装在中继接头5后部的连接螺头5-1上，电磁驱动组件由电磁线圈8和线圈骨架7组成，线圈骨架7的中心为贯通的轴向孔道，在线圈骨架7的后端有定位铁环10，在线圈骨架7中心的轴向孔道中有驱动杆6，驱动杆6为空心结构，在驱动杆6上有用于伸缩限位的限位大头6-1，在驱动杆6中部和后部的空心杆体中有间隔设置的磁珠9和隔离珠11，引弧电极安装在驱动杆6的前部杆体中；第二电极2体中的凹槽2-2与穿心牵紧杆4的内空间和中继接头5中心的孔道进行相贯连通，穿心牵紧杆4的内空间和中继接头5中心的孔道构成引弧电极的伸缩滑道。本实施例中，在第一电极1的壁体上设置第一电气接口15，在中继接头5的前端设置第二电气接口13，第二电气接口13通过穿心牵紧杆4的金属杆体连接到第二电极以及通过电刷12连接到引弧电极；第一电极1和穿心牵紧杆4选用普通金属材料制作；第二电极2选用难熔金属材料制作；支持件3选用胶木材料或聚四氟乙烯材料制作；引弧电极18选用钨合金材料制作；密封圈17选用具有导电性能的石墨石棉混合材料制作。
实施例2 图2和图3所示的实施方式中，电弧等离子体装置由本发明的电极和第三电极19组成，在第二电极2与第三电极19的头端之间有适合形成高温等离子体电弧并维持运行的空间，其中，本发明的电极结构与第一实施例的相同，不再赘述。调节引弧电极18的前端与第三电极19的头端之间距离为5-30毫米。工作时，10000V以上的高压电源连接到第一电气接口15，等离子体工作电源连接到第二电气接口13，把工业有害气体或水蒸汽通过介质输入接口Ⅱ送入到环形气室Ⅴ中，再由支持件3前端的切向气槽3-4以旋转气流方式进入到第一电极1与第二电极2之间的电离气槽Ⅰ中，电离气槽Ⅰ中形成气流隔离放电方式的电场，同时在引弧电极19的头端与第三电极18之间形成初始电弧20，然后对电磁线圈8进行反向通电，使电磁线圈8的中心产生驱动杆6后缩的磁力，把引弧电极18的前端缩回到第二电极的凹槽2-2中，放电便在第二电极2与第三电极19之间进行，形成高温等离子体电弧21。本实施例的装置用来处理工业有害气体或固体有机废物，当用来处理的工业有害气体时，产生的高温等离子体电弧使有害气体的分子、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；当用来处理固体有机废物时，把水蒸汽通过电离和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 (7)
1.一种电弧等离子体装置的电极，包括第一电极（1）、第二电极（2）、支持件（3）、穿心牵紧杆（4）、中继接头（5）和电磁驱动组件，其特征是第一电极（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（Ⅴ）；第二电极（2）为圆盘体结构，第二电极（2）的中心有过孔，第二电极（2）的体中有凹槽（2-2），凹槽（2-2）的槽口朝向外侧；支持件（3）为前端开口的槽体结构，槽体结构的后端壁体中有通孔；穿心牵紧杆（4）为空心结构，在穿心牵紧杆（4）的前端有内六角大头（4-2），在穿心牵紧杆（4）的后部有牵紧螺头（4-1）；第一电极（1）和第二电极（2）安装在支持件（3）的前端，第一电极（1）和第二电极（2）进行嵌套设置，第二电极（2）置于第一电极（1）的环形体之内，第一电极（1）的内壁与第二电极（2）的外壁之间空间构成电离气槽（Ⅰ），工作时，第一电极（1）与第二电极（2）之间的电离气槽（Ⅰ）进行气流隔离方式的放电；穿心牵紧杆（4）贯穿在第二电极（2）与支持件（3）的中心，穿心牵紧杆（4）后部的牵紧螺头（4-1）从支持件（3）的后端壁体中的通孔中伸出；中继接头（5）中心有轴向贯通的孔道，中继接头（5）中心的孔道与穿心牵紧杆（4）的内空间、第二电极（2）体中的凹槽（2-2）进行相贯连通，中继接头（5）的前部为内螺纹结构，中继接头（5）前部的内螺纹旋合在穿心牵紧杆（4）后部的牵紧螺头（4-1）上，中继接头（5）的后部为连接螺头（5-1），电磁驱动组件安装在中继接头（5）后部的连接螺头（5-1）上，电磁驱动组件由电磁线圈（8）和线圈骨架（7）组成，线圈骨架（7）的中心为贯通的轴向孔道，在线圈骨架（7）中心的轴向孔道中有驱动杆（6）。
2.根据权利要求1所述的一种电弧等离子体装置的电极，其特征是环形气室（Ⅴ）有介质输入接口（Ⅱ）接入，在支持件（3）壁体的前端有切向气槽（3-4），环形气室（Ⅴ）通过切向气槽（3-4）连通到电离气槽（Ⅰ），工作时，把工业有害气体或水蒸汽通过介质输入接口（Ⅱ）送入到环形气室（Ⅴ）中，再由切向气槽（3-4）以旋转气流方式进入到电离气槽（Ⅰ）中。
3.根据权利要求1所述的一种电弧等离子体装置的电极，其特征是支持件（3）的槽体内空间构成环形冷却腔（3-1），穿心牵紧杆（4）的空心杆体构成环形冷却腔（3-1）的内环壁体；在第二电极（2）的内侧有冷却环槽（2-1），冷却环槽（2-1）与环形冷却腔（3-1）相通，环形冷却腔（3-1）有冷却水进口（Ⅳ）接入和冷却水出口（Ⅲ）接出。
4.根据权利要求1所述的一种电弧等离子体装置的电极，其特征是在中继接头（5）的体中有电刷（12）。
5.根据权利要求1所述的一种电弧等离子体装置的电极，其特征是驱动杆（6）为空心结构，在驱动杆（6）中部和后部的空心杆体中有间隔设置的磁珠（9）和隔离珠（11）。
6.根据权利要求1所述的一种电弧等离子体装置的电极，其特征是在驱动杆（6）上有用于伸缩限位的限位大头（6-1）。
7.根据权利要求1所述的一种电弧等离子体装置的电极，其特征是在线圈骨架（7）的后端有定位铁环（10）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Application publication date: 20160504 Assignee: Fengxian Mingsheng Electronic Technology Co.,Ltd. Assignor: Xuzhou Keyue Electronic Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2021980015299 Denomination of invention: Electrode of arc plasma device Granted publication date: 20180102 License type: Exclusive License Record date: 20211216 |