CN110324953A - 等离子火焰发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火焰发生器，尤其是等离子火焰发生器，包括阳极和阴极，所述阳极上设有喷口，所述喷口的一端为进气口，另一端为出气口，所述阴极与喷口的进气口相对设置，所述阴极与阳极之间设有进气间隙，所述进气间隙与喷口相通；还包括电极分离架，所述电极分离架上设有离子发生腔，所述阴极和阳极分别固定在电极分离架上，且均位于离子发生腔中，所述进气间隙与离子发生腔相通；喷嘴，所述喷嘴与气源连接，所述喷嘴固定在电极分离架上，所述喷嘴与离子发生腔相通，所述喷嘴被配置成向离子发生腔喷气。本发明提供的等离子火焰发生器结构简单、使用寿命长、运行成本低。

Description

等离子火焰发生器

技术领域

本发明涉及一种火焰发生器，尤其是等离子火焰发生器。

背景技术

工业生产过程中会产生大量的危险气体，特别是半导体工业，产生了大量高危废气体，例如氟、SF₆、NF₃或全氟化碳(CF₄、C₂F₆等)，会对环境造成严重破坏。比较有效的废气处理方法为燃烧，即通过高温的火焰点燃废气，将废气通过燃烧变成无害气体。

目前多采用火焰发生器点燃废气，火焰发生器通常使用燃气或燃油进行燃烧，这种方法运行费用较高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种运行成低的等离子火焰发生器，具体技术方案为：

等离子火焰发生器，包括阳极和阴极，所述阳极上设有喷口，所述喷口的一端为进气口，另一端为出气口，所述阴极与喷口的进气口相对设置，所述阴极与阳极之间设有进气间隙，所述进气间隙与喷口相通；还包括电极分离架，所述电极分离架上设有离子发生腔，所述阴极和阳极分别固定在电极分离架上，且均位于离子发生腔中，所述进气间隙与离子发生腔相通；喷嘴，所述喷嘴与气源连接，所述喷嘴固定在电极分离架上，所述喷嘴与离子发生腔相通，所述喷嘴被配置成向离子发生腔喷气。

通过采用上述技术方案，喷嘴向离子发生腔喷气，气体经过进气间隙进入到阳极喷口的进气口，气体在阳极与阴极之间的进气间隙处产生等离子火焰，等离子火焰从出气口喷出。

为了形成等离子火焰，阴极和阳极必须彼此电隔离，电极分离架实现阳极与阴极的绝缘，并且固定阳极、阴极和喷嘴。

优选的，所述阴极与喷口相对的端部设有阴极放电面，所述喷口的进气口设有阳极放电面，所述阴极放电面和阳极放电面均为圆锥面，所述阴极放电面和阳极放电面同轴线，所述阴极放电面与阳极放电面相对设置形成环形腔。

通过采用上述技术方案，阴极为圆柱体。锥形的放电面能够提供优先放电位点。

优选的，所述阴极放电面的锥度和阳极放电面的锥度相同。

通过采用上述技术方案，阳极放电面与阴极放电面均为圆锥面，并且锥度相同，同轴设置，能够保证放电的稳定性。

优选的，所述阴极放电面和阳极放电面的锥度均为116°-150°。

优选的，所述喷嘴为环形喷嘴，所述喷嘴上设有喷孔，所述喷孔不少于两个，所述喷孔绕喷嘴的轴线环形等间距设置，所述喷嘴安装在离子发生腔内，且与阴极同轴线，所述喷孔还正对着进气间隙；所述离子发生腔的内圆面设有进气槽，所述进气槽为环形槽，所述进气槽与喷孔相通；所述电极分离架上设有进气孔，所述进气孔与进气槽相通。

通过采用上述技术方案，多个喷孔能够形成较大的气流覆盖面积，从而在放电面形成气体隔离膜，气体隔离膜能够减少对阳极的腐蚀，从而保证了阳极的使用寿命；同时能够形成稳定的等离子火焰。

目前人们并没有发现如何解决阳极使用寿命短的问题，仅仅发现阳极是由于腐蚀而导致使用寿命短，通常在使用了标准时间后进行更换，或者提前更换，从而保证连续工作的可靠性。虽然仅仅更换阳极就能解决问题，但是这种方式对生产有影响，同时增加了成本。通过分析和试验发现当气流形成气体隔离膜时能够减少电弧对阳极的腐蚀，大大延长了阳极的使用寿命，而现有的进气孔只设有一个，气流量小，在放电面处无法形成气体隔离膜，等离子火焰不稳定，容易腐蚀阳极。

喷孔喷出的气流直接进入到阳极与阴极之间的间隙处效果最好，因为此时的气流稳定，能够形成气体隔离膜。

喷孔环形阵列设置能够形成稳定的气流，减少紊流，从而提高气体隔离膜的形成效果，有效防止阳极腐蚀。

优选的，所述喷孔为直孔、锥形孔中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，喷孔可以采用直孔或锥形孔，或者直孔与锥形孔交错设置。其中，锥形孔的小孔端位于喷嘴的内部，锥形孔的大孔端位于喷嘴的外部。锥形孔的小孔端位于喷嘴的内部使锥形孔能够集中气流，从而实现对气流的导向作用，进而保证形成气体隔离膜。

优选的，所述喷孔的轴线与喷嘴的轴线垂直相交、倾斜相交或不相交。

通过采用上述技术方案，喷孔的轴线与喷嘴的轴线相交，即喷孔为径向孔，喷孔喷出的气流直接进入到放电面，在放电面形成稳定的气体隔离膜。

喷孔与喷嘴的轴线不相交时，喷孔喷出的气体冲击到环形喷嘴的内圆面，然后形成涡流，涡轮能够在放电面形成稳定的气体隔离膜。

优选的，所述喷孔与喷嘴的内圆面相切。

通过采用上述技术方案，喷孔与喷嘴的内圆面相切，使喷孔出来的气流迅速形成涡流，并且涡轮非常稳定，能够形成稳定的气体隔离膜，从而保护阳极，减少阳极的腐蚀，并且能够使火焰稳定。

优选的，还包括阴极固定座，所述阴极固定座的底部装有阴极，所述阴极固定座固定在电极分离架的顶部；所述阴极固定座的顶部设有阴极冷却腔。

通过采用上述技术方案，阴极冷却腔紧邻阴极，通过不间断的冲入循环冷却水，带走放电过程中阴极产生的热量，最大限度的保证阴极的放电稳定。

优选的，所述喷嘴为陶瓷或玻璃纤维制成；所述电极分离架为玻璃纤维制成；所述阴极为钨或钨合金制成；所述阳极为铜制成。

通过采用上述技术方案，钨、钨合金和铜放电稳定，使用寿命长。由于阳极容易腐蚀，并且体积较大，因此采用价格便宜的铜制成，降低维护成本。

由于电弧将可能发生在喷嘴上，因此喷嘴由耐高温、且绝缘的陶瓷或玻璃纤维制成。

电极分离支架由玻璃纤维的电介质材料制成，其充当在两个电极之间的电绝缘体，并且也略微耐受高反应性等离子。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

本发明提供的等离子火焰发生器结构简单、使用寿命长、运行成本低。

附图说明

图1是等离子火焰发生器的剖视图；

图2是喷嘴的结构示意图；

图3是喷嘴的喷孔为直孔的剖视图；

图4是喷嘴的喷孔为锥孔的剖视图；

图5是喷嘴的喷孔为斜孔的剖视图；

图6是喷嘴的喷孔与喷嘴的内圆面相切的剖视图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步说明。

实施例一

如图1和图2所示，等离子火焰发生器，包括阳极4和阴极2，阳极4上设有喷口41，喷口41的一端为进气口，另一端为出气口，阴极2与喷口41的进气口相对设置，阴极2与阳极4之间设有进气间隙7，进气间隙7与喷口41相通；还包括电极分离架6，电极分离架6上设有离子发生腔，阴极2和阳极4分别固定在电极分离架6上，且均位于离子发生腔中，进气间隙7与离子发生腔相通；喷嘴5，喷嘴5与气源连接，喷嘴5固定在电极分离架6上，喷嘴5与离子发生腔相通，喷嘴5被配置成向离子发生腔喷气。

喷嘴5向离子发生腔喷气，气体经过进气间隙7进入到阳极4喷口41的进气口，气体在阳极4与阴极2之间的进气间隙7处产生等离子火焰，等离子火焰从出气口喷出。

为了形成等离子火焰，阴极2和阳极4必须彼此电隔离，电极分离架6实现阳极4与阴极2的绝缘，并且固定阳极4、阴极2和喷嘴5。

喷嘴5与气源连接，气源为氮气或者氩气，进气压力为0.1Mpa-0.5Mpa。

等离子火焰发生器的火焰温度在2000℃左右。

具体的，阴极2与喷口41相对的端部设有阴极放电面21，喷口41的进气口设有阳极放电面42，阴极放电面21和阳极放电面42均为圆锥面，阴极放电面21和阳极放电面42同轴线，阴极放电面21与阳极放电面42相对设置形成环形腔。阴极放电面21的锥度和阳极放电面42的锥度相同。阴极放电面21和阳极放电面42的锥度均为116°-150°。阳极放电面42与阴极放电面21均为圆锥面，并且锥度相同，同轴设置，能够保证放电的稳定性。锥形的放电面能够提供优先放电位点。

喷嘴5为环形喷嘴，喷嘴5上设有喷孔51，喷孔51不少于两个，喷孔51绕喷嘴5的轴线环形等间距设置，喷嘴5安装在离子发生腔内，且与阴极2同轴线，喷孔51还正对着进气间隙7；离子发生腔的内圆面设有进气槽，进气槽为环形槽，进气槽与喷孔51相通；电极分离架6上设有进气孔62，进气孔62与进气槽相通。

多个喷孔51能够形成较大的气流覆盖面积，从而在放电面形成气体隔离膜，气体隔离膜能够减少对阳极4的腐蚀，从而保证了阳极4的使用寿命；同时能够形成稳定的等离子火焰。

目前人们并没有发现如何解决阳极4使用寿命短的问题，仅仅发现阳极4是由于腐蚀而导致使用寿命短，通常在使用了标准时间后进行更换，或者提前更换，从而保证连续工作的可靠性。虽然仅仅更换阳极4就能解决问题，但是这种方式对生产有影响，同时增加了成本。通过分析和试验发现当气流形成气体隔离膜时能够减少电弧对阳极4的腐蚀，大大延长了阳极4的使用寿命，而现有的进气孔只设有一个，气流量小，在放电面处无法形成气体隔离膜，等离子火焰不稳定，容易腐蚀阳极4。

喷孔51喷出的气流直接进入到阳极4与阴极2之间的进气间隙7效果最好，因为此时的气流稳定，能够形成气体隔离膜。

喷孔51环形阵列设置能够形成稳定的气流，减少紊流，从而提高气体隔离膜的形成效果，有效防止阳极4腐蚀。

如图2至图5所示，喷孔51为直孔、锥形孔中的一种或多种。喷孔51可以采用直孔或锥形孔，或者直孔与锥形孔交错设置。其中，锥形孔的小孔端位于喷嘴5的内部，锥形孔的大孔端位于喷嘴5的外部。锥形孔的小孔端位于喷嘴5的内部使锥形孔能够集中气流，从而实现对气流的导向作用，进而保证形成气体隔离膜。

喷孔51的轴线与喷嘴5的轴线垂直相交、倾斜相交或不相交。

喷孔51的轴线与喷嘴5的轴线相交时，即喷孔51为径向孔，喷孔51喷出的气流直接进入到环形腔，在环形腔形成稳定的气体隔离膜。

喷孔51与喷嘴5的轴线不相交时，喷孔51喷出的气体冲击到环形喷嘴5的内圆面，然后形成涡流，涡轮能够在环形腔形成稳定的气体隔离膜，从而保护阳极4。

还包括阴极固定座1，阴极固定座1的底部装有阴极2，阴极固定座1固定在电极分离架6的顶部；阴极固定座1的顶部设有阴极冷却腔11。阴极冷却腔11紧邻阴极2，通过不间断的冲入循环冷却水，带走放电过程中阴极2产生的热量，最大限度的保证阴极2的放电稳定。

阴极2为圆柱体，阴极2通过连接座3固定在阴极固定座1上，连接座3位于电极分离架6中的离子发生腔内，离子发生腔为圆形，连接座3为圆柱体，连接座3也为铜制成，阴极2固定在连接座3的中心。阳极4为阶梯轴形，阳极4的顶部的圆柱体与连接座3的直径一致，均位于离子发生腔中，且均位于环形的喷嘴5内部，阳极4的顶部与连接座3之间留有进气间隙7，喷孔51喷出的气体在进气间隙7中。阳极4上也设有冷却装置，阳极4的冷却装置包裹在阳极4的外圆面上，对阳极4进行冷却。

喷嘴5为陶瓷制成；电极分离架6为玻璃纤维制成；阴极2为钨或钨合金制成；阳极4为铜制成。钨和铜放电稳定，使用寿命长。由于阳极4容易腐蚀，并且体积较大，因此采用价格便宜的铜制成，降低维护成本。由于电弧将可能发生在喷嘴5上，因此喷嘴5由耐高温、且绝缘的陶瓷或玻璃纤维制成。电极分离支架由玻璃纤维的电介质材料制成，其充当在两个电极之间的电绝缘体，并且也略微耐受高反应性等离子。

实施例二

如图6所示，本实施例与实施例一的不同之处在于喷孔51，喷孔51与喷嘴5的内圆面相切。喷孔51与喷嘴5的内圆面相切，使喷孔51出来的气流迅速形成涡流，并且涡轮非常稳定，能够形成稳定的气体隔离膜，从而保护阳极4，减少阳极4的腐蚀，并且能够使火焰稳定。

Claims (10)

1.等离子火焰发生器，包括阳极和阴极，其特征在于，所述阳极上设有喷口，所述喷口的一端为进气口，另一端为出气口，所述阴极与喷口的进气口相对设置，所述阴极与阳极之间设有进气间隙，所述进气间隙与喷口相通；

还包括

电极分离架，所述电极分离架上设有离子发生腔，所述阴极和阳极分别固定在电极分离架上，且均位于离子发生腔中，所述进气间隙与离子发生腔相通；

喷嘴，所述喷嘴与气源连接，所述喷嘴固定在电极分离架上，所述喷嘴与离子发生腔相通，所述喷嘴被配置成向离子发生腔喷气。

2.根据权利要求1所述的等离子火焰发生器，其特征在于，

所述阴极与喷口相对的端部设有阴极放电面，所述喷口的进气口设有阳极放电面，所述阴极放电面和阳极放电面均为圆锥面，所述阴极放电面和阳极放电面同轴线，所述阴极放电面与阳极放电面相对设置形成环形腔。

3.根据权利要求2所述的等离子火焰发生器，其特征在于，

所述阴极放电面的锥度和阳极放电面的锥度相同。

4.根据权利要求3所述的等离子火焰发生器，其特征在于，

所述阴极放电面和阳极放电面的锥度均为116°-150°。

5.根据权利要求1或2所述的等离子火焰发生器，其特征在于，

所述喷嘴为环形喷嘴，所述喷嘴上设有喷孔，所述喷孔不少于两个，所述喷孔绕喷嘴的轴线环形等间距设置，所述喷嘴安装在离子发生腔内，且与阴极同轴线，所述喷孔还正对着进气间隙；

所述离子发生腔的内圆面设有进气槽，所述进气槽为环形槽，所述进气槽与喷孔相通；

所述电极分离架上设有进气孔，所述进气孔与进气槽相通。

6.根据权利要求5所述的等离子火焰发生器，其特征在于，

所述喷孔为直孔、锥形孔中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的等离子火焰发生器，其特征在于，

所述喷孔的轴线与喷嘴的轴线垂直相交、倾斜相交或不相交。

8.根据权利要求5所述的等离子火焰发生器，其特征在于，

所述喷孔与喷嘴的内圆面相切。

9.根据权利要求1所述的等离子火焰发生器，其特征在于，

还包括阴极固定座，所述阴极固定座的底部装有阴极，所述阴极固定座固定在电极分离架的顶部；

所述阴极固定座的顶部设有阴极冷却腔。

10.根据权利要求1所述的等离子火焰发生器，其特征在于，

所述喷嘴为陶瓷或玻璃纤维制成；

所述电极分离架为玻璃纤维制成；

所述阴极为钨或钨合金制成；

所述阳极为铜制成。