CN1822913A - 等离子发生器、反应器系统和有关方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子发生器、反应器和相关系统和方法。等离子反应器包括多个可移动地彼此连接以形成腔室的部分或模块。包括三块电极的电极组与各部分相连，其中每个电极连接于三相交流电(AC)电源的一个相。这些电极被设置在腔室的纵向中心线的周围并被配置成提供延长的电弧和产生延长的等离子体的结构。诸电极可相对于腔室的纵向中心线位移。可使用控制系统以响应有关电源的测得电压或电流而自动地使电极位移并界定电极间隙。

Description

等离子发生器、反应器系统和有关方法

技术领域

依据美国能源部和Bechtel BWXT Idaho LLC之间的DE-AC-99ID13727号合同。美国政府对下面的发明享有权利。

本申请请求提交于2003年12月2日的美国S/N 10/727033号专利申请的优先权，相关内容援引于此作为参考。

背景技术

发明领域：本发明总地涉及等离子弧反应器以及系统，更具体地涉及一种模块化等离子弧反应器和系统以及产生等离子弧的有关方法。

业内动态：等离子体一般被定义为带电粒子集合物，它包括相等数量的正离子和电子并表现出某些气体特性，但与气体不同点在于它是良好的电导体并受磁场的影响。例如可将气体通过电弧而产生等离子体。在气体经过电弧的几微秒内通过阻抗热和辐射热，电弧迅速地将气体加热到非常高的温度。本质上可使用任何气体用这种方式产生等离子体。因此。可根据等离子所使用的处理而使用惰性气体或中性气体(例如氩、氦、氖或氮)、还原性气体(例如氢、甲烷、氨或一氧化碳)、氧化性气体(例如氧或二氧化碳)。

包括那些与例如等离子炬、等离子喷射器和等离子弧反应器一起作用的装置的等离子发生器一般会在工作气体中产生放电以产生等离子体。等离子发生器已被形成为直流电(DC)发生器，交流电(AC)等离子发生器、射频(RF)等离子发生器和微波(MW)等离子发生器。用RF或MW源产生的等离子体被称为感应连接等离子体。例如，RF型等离子发生器包括RF源和包围工作气体的感应线圈。从源发送到感应线圈的RF信号通过感应连接而引起工作气体的离子化以产生等离子体。DC和AC型发生器可包括两个或多个电极(例如阳极和阴极)，其间定义有电位差。在诸电极之间可形成电弧以加热和离子化周围气体以使该气体达到等离子态。所产生的等离子可用于特定的处理应用中。

例如，等离子喷射器可用于元件的精切割或成形，等离子炬可用于将物质涂层涂覆到衬底或其它元件上；等离子反应器可用于物质化合物的高温加热以适应其化学或物质处理。这种化学和物质处理可能包括危险物质的还原或分解。在其它应用中，等离子反应器可有助于从含有所需物质的的化合物中提取所需物质(诸如金属或合金)。

利用等离子型反应器的范例性处理在5935293和RE37853号美国专利中已有公开，两者均由Detering等公开并转让给本发明的受让人，这些专利的公开内容被援引于此以整体作为参考。Detering专利中所阐述的处理包括：通过例如电子炬加热一个或多个反应物以使反应物形成热力学上稳定的包含所需最终产物的高温流。例如通过气体膨胀使气态流快速冷却，以获得所需的最终产物，而无需在气态流中经历逆反应。

在一个实施例中，所希望的最终产物可包括乙炔而反应物包括甲烷和氢。在其它实施例中，所希望的最终产物和包括金属、金属氧化物或金属合金，而反应物可包括特定的金属化合物。然而，如Detering专利所指出的，由于固体在气体冷却前汽化太慢而不能在快速流动的等离子气体中产生化学反应并因此气体和液体是较佳的反应物形式。如果固体被用于等离子化学处理，这类固体理想地在相对低的温度下具有高的汽化压。然而，这些类型的固体受到严重的限制。

如上所述，采用等离子发生器的处理应用经常是专门的，并因此相关的等离子喷射器、等离子炬和/或等离子反应器需要根据高度专门的标准而设计和配置。这种专门设计经常导致用途受到限制的装置。换句话说，被配置成使用特定工作气体处理特定类型物质以形成等离子体的等离子发生器不太可能适用于其它处理，例如要求不同的工作气体、要求等离子表现出大为不同的温度或要求产生更大或更小体积的等离子体。

鉴于现有技术的缺点，较为有利的是提供一种等离子发生器和相关系统，它提供关于可使用等离子发生器的应用类型的灵活性的改善。例如，较为有利的是提供一种等离子发生器和系统，它允许直接处理所述物质而无需在将其导入等离子体之前使固体物质挥发。更为有利的是提供一种等离子发生器和相关系统，它产生改善的电弧和相关的等离子柱或等离子立方体，其中可方便地调整并限定电弧和等离子体积以根据正在生成的等离子所希望的处理而提供具有优化特性和参数的等离子。

发明内容

本发明一个方面提供用于产生等离子体的设备，该设备包括腔室、第一电极组和至少一个其它电极组。每个电极组可包括围绕腔室的纵轴设置并相对于任何其它电极组沿所述纵轴而移动的三个独立的电极。还可进一步配置每个电极组以使其连接于三相交流(AC)电源的一个相。可在相对于纵轴的规定角度上定位电极组或在规定方向上围绕纵轴周向地设置电极组。

本发明另一方面提供一种电弧发生设备。该设备包括第一电极组和至少一个其它电极组。每个电极组可包括围绕定义轴设置并相对于任何其它电极组沿所述定义轴而移动的三个独立的电极。还可进一步配置每个电极组以使其连接于三相交流(AC)电源的一个相。可在相对于定义轴的规定角度上定位电极组或围绕定义轴在规定方向上周向地设置电极组。

本发明又一方面提供一种等离子弧反应器。反应器包括第一腔室和可移动地连接于第一腔室部分的至少一个其它腔室部分。诸腔室部分可操作地界定一个腔体。反应器还可包括连接于第一腔室部分的第一电极组以及连接于其它腔室部分的至少一个其它电极组。每个电极组可包括围绕腔室的纵轴设置并相对于任何其它电极组沿所述纵轴移动的三个独立的电极。还可进一步配置每个电极组以使其连接于三相交流(AC)电源的一个相。

本发明的另一方面提供了一种用于处理物质的系统。该系统可包括在其第一端具有入口并在其第二端具有出口的腔室。该系统还包括第一电极组和至少一个其它电极组。每个电极组可包括围绕腔室的纵轴设置并相对于任何其它电极组沿所述纵轴移动的三个独立的电极。包括三相AC电气伺服的第一电源可连接于第一电极组而另一包括三相AC电气伺服的电源连接于其它电极组上。每一个电源还包括被配置成在有关电极组中控制每个电极的相角点火的可控硅整流器(SCR)。

本发明的又一方面提供一种产生等离子体的方法。该方法包括将气体引入腔室并提供第一电极组和至少第二电极组。每个电极组可包括围绕腔室的纵轴设置并相对于任何其它电极组沿所述纵轴移动的三个独立的电极。电极组连接于相关的三相AC电源。在腔室内具有气体时，第一和第二电极组的电极之间产生电弧以在其中形成等离子。

附图说明

在参阅附图并阅读后面的详细说明后，本发明前述的和其它优点将变得明显，其中：

图1是表示根据本发明一个实施例的等离子反应器系统的示意图；

图2是图1的系统的一部分的立体图；

图3A-3C示出在不同细化程度下的范例性等离子反应器的局部剖面图；

图4是可与图3反应器一起使用的电极配置的示意性侧视图；

图5A-5C是图4中所表示的不同电极组的平面图；

图6是表示对根据本发明实施例的多个电极组的独立供电和控制的示意图；

图7是为一单独电极组供电的一般示意图；

图8是为根据本发明实施例的单独电极组供电的更细化的示意图；

图9是用于根据本发明实施例的等离子反应器系统可用的变压器连接图解的示意图；

图10是根据本发明实施例的单独电极的布置相关的电动机控制图解的示意图。

具体实施方式

参阅图1，其中示出了包括等离子反应器102的系统100的示意图。反应器102可包括电气连接于电源106的多个电极组件104。可将冷却系统108配置成传送来自反应器102、电极组件104或其两者的热能。传感器110可被用来确定与反应器102相关的一个或多个操作特性，例如反应器102的一个或多个元件的温度或被引入并由反应器102处理的物质的流速。同样，传感器112或其它合适的装置可被用来确定提供给电极104的功率的多种电气特性。

控制系统114可连接于系统100的多个部件以收集来自例如多个传感器110和112的信息并根据需要控制电源106、冷却系统108和/或电极组件104。尽管没有特别示出，控制系统114可包括处理器(例如中央处理器(CPU))、有关存储器和存储装置、一个或多个输入装置和一个或多个输出装置。在另一实施例中，控制系统114包括专用处理器，例如其上集成地形成有一个或多个存储装置的片载系统(SOC)处理器。

参阅图2，其中示出了根据本发明实施例的反应器102和有关冷却系统108的立体图。冷却系统108包括诸如管道或导管的多条冷却管线120，它们被配置成使通过反应器102不同部件的冷却液流过。例如，冷却管线120使冷却液流向单独的电极组件104或流向用作反应器102外壳的腔室122的一部分。泵124可使液体流过冷却管线120、流过反应器102的不同部件并回到热交换器126。流过冷却管线120的冷却液用来传送来自反应器102不同部件(例如电极组件104和/或反应器腔室122)的热能。随后冷却液流过热交换器126，以在那里传送任何因为冷却液而积蓄的热能，并随后重新流过冷却管线120。

热交换器126包括逆流配置，其中流过冷却管线120的冷却液沿界定的路径在热交换器126中沿第一方向流动，另外第二液体通过额外的管线128被引入以沿相邻第一流动路径的第二路径而沿基本相反的方向流动。逆流配置允许来自冷却管线120冷却液的热或热能通过额外管线128而传递到第二冷却流。通过额外管线128而被引入的液体包括可稳定获得的工厂水或适当的制冷剂。

当然，其它类型的热交换器可包括环境空气型或加压空气型热交换器，这取决于各种热交换要求。本领域内技术人员应该知道可对应于从反应器102中去除的热能的量而对热交换器、泵或与冷却系统108相联的其它设备的尺寸或结构进行配置。并且可使用多种类型的系统以实现这种热传递。

如上所述，反应器102可包括外壳或在其中进行化学处理、材料处理的腔室122。反应器腔室122可连接于额外的处理设备，例如旋流器130和过滤器132，用于分离和收集由反应器102处理的物质。

参阅图3，其中示出了反应器腔室122的放大的局部剖视图。反应器腔室122包括多个腔室部分122A-122C。腔室122还包括出口部分122D，它可以包括汇聚嘴和出口管线以使物质流出腔室122。

每个腔室部分122A-122C包括多个贯通于其侧壁形成的端口。可将这些端口配置成观察口140A、电极口140B或冷却液口140C以连接于相关的冷却管线120(图2)。

电极组连接于各腔室部分122A-122C，它在这里被称为炬。例如，第一腔室部分122A可具有与其相连的多个电极组件104A-104C，第二腔室部分可具有与其相连的多个电极组件104D-104F(电极组件104F在图3A中未图示)，而第三腔室部分可具有与其相连的多个电极组件104G-104I(电极组件104I在图3A中未图示)。

参阅图3B，其中更详细地示出了腔室部分122C和有关的电极组件104G-104I。腔室部分122C可包括大致管状本体142，该管状本体142具有在本体142各端上与之相连的凸缘144。可配置凸缘144以连接于相邻部分(例如腔室部分122B和出口部分122D)的诸凸缘。囊或通道146可在本体中形成，例如在一实施例中，本体142可由相对于彼此构形和定位以在其间留出大致呈环形的间隙的两个同心管状部分形成，环形间隙界定囊或通道146。冷却口140C(图3B)可流体连通于通道146以使冷却液流过其中并将腔室部分122C保持在要求的温度下。

电极组件104G-104I连接于电极端口140B，由此电极148G-148I延伸通过它们各自的电极端口140B、通过本体142并进入腔室部分122C的内部。电极148G-148I可形成为石墨电极。在另一实施例中，诸电极可形成为大致中空并被配置成接收冷却液的金属件。

如下面将更详细讨论的那样，电极148G-148I可围绕腔室部分122C(和反应器腔室122)的纵轴150而在周向对称地设置并被配置成提供电弧并同时在反应器腔室122内出现的气体内建立等离子体。

参阅图3C和图3B，图3C更详细地示出腔室部分122C和相关的电极组件104G的局部剖视图。如上所述，电极组件104G连接于电极端口140B。电极组件104G包括延伸入由本体142形成的腔室部分122C的内部区域。电极组件104G还包括致动器152，它被配置成调整电极148G相对于腔室部分122C的位置。例如，致动器152可包括可沿定义轴156直线移动的螺纹驱动杆154。致动器可包括可配置以控制驱动杆154的位置的直线定位伺服电动机，如本领域内技术人员所知的那样。

可滑动框构件158可结合于驱动杆154并可滑动地设置在一个或多个直线杆支承160的周围，直线杆支承160在致动器152和结合件162之间延伸并大致平行于定义轴156。连接件162机械地结合于电极端口140B，由此固定致动器152、直线杆支承160和结合件162相对于腔室部分122C的相对位置。

可滑动框构件158也连接于电极148G，并且当可滑动框构件158通过致动器152和相连的驱动杆154而移动时，则在大致沿定义轴156的方向上实现相对于腔室部分122C的电极148G的位移。因此电极组件104G-104I是可调的，由此电弧间隙、相邻电极148G-148I之间的距离可被设置成能在其间获得所要求的电弧。另外，当由于重复拉弧而使电极148G-148I磨损时，可通过与之结合的致动器152使之前进以维持所希望的电弧间隙。

如图3C所示，电极148G可包括第一管状部分163和第二管状部分164，第二管状部分164大致同心地形成在第一管状部分163内。可对第一和第二管状部分163和164定尺寸、定位和配置以在其间界定一个环形间隙165。液体入口166可以流体连通于第二管状部分163的内部，液体出口167可流体连通于环形间隙165。因此在操作中，可通过液体入口166导入冷却液，冷却液流过第二管状部分164的内部、流入环形间隙165并流出液体出口167。这种配置使得电极148G有效冷却并提高其工作寿命。

管状部分163、164可由均为可导电和导热的金属材料形成。另外，电极148G包括可拆下地配合于第一管状部分163的可替换尖部168，因此磨损的尖部可在需要时被替换。另外，电极组件104G可包括电气绝缘衬套169，它可设置在第一管状部分163和电极端口140B之间以使电极与之绝缘。该衬套169可由氮化硼或氮化硼和氮化铝的混合材料形成。

连接于各腔室部分122A-122C的电极组可从几何上进行配置以在其间形成所希望的电弧和相关的等离子体积。例如，参阅图3A和图4，在一个实施例中，第一电极组中的每个电极148A-148C可被定位和定向，使它们从反应器腔室122(为简明起见，在图4中以虚线表示)延伸以相对纵轴150形成一个锐角(图3A)。另一电极组148D-148F可从第一电极组148A-148C偏移一所要求的距离并定向成大致横贯纵轴150而延伸。另一电极组148G-148I可从第二电极组148D-148F偏移一所要求的距离并定向成大致横贯纵轴150而延伸。

参阅图5A，第一电极组148A-148C可周向地、大致对称地设置在纵轴150周围纵轴150两条彼此正交并与纵轴150正交的迪卡尔轴170、172(图3A)的交点所表示。例如，一个电极(148A)相对于相邻电极(148B)的角度可接近120°。更具体地，相对于定义轴170、172，第一电极148A可定位在大约90°的方向上，第二电极148B可被定位在大约210°的方向上，而第三电极148C可被定位在大约330°的方向上。

参阅图5B，第二电极组148D-148F也可被周向地、大致对称地设置在纵轴150周围，但与第一电极组148A-148C相比，相对于定义轴170、172具有不同的定向。例如，相对于定义轴170、172，第一电极148D可被定位在大约30°的方向上，第二电极148D可被定位在大约150°的方向上，而第三电极148F可被定位在大约270°的方向上。

参阅图5C，第三电极组148G-148I也可被周向地、大致对称地设置在纵轴150周围，但与第二电极组148D-148F相比，相对于定义轴170、172具有不同的定向。例如，相对于定义轴170、172，第一电极148G可被定位在大约90°的方向上，第二电极148H可被定位在大约210°的方向上，而第三电极148I可被定位在大约330°的方向上。因此，第一电极组148A-148C可类似于第三电极组148G-148I那样进行定向。

要注意的是图4和图5A-5C所描述的这种电极配置中，第一电极组148A-148C表现出围绕纵轴150的第一角方向或布局，而第二电极组148D-148表现出围绕纵轴150的第二角方向，当从横贯于纵轴150的平面观察时，第二电极组的电极148D-148F表现为旋转地散布在第一电极组的电极148A-148C之间。对第二电极组148D-148F以及第三电极组148G-148I而言也具有类似的布局。

这种配置的优点是使得电极148A-148I呈均匀分布在腔室122内，以在诸电极148A-148I之间产生长久的高温电弧。所产生的高温电弧提供可观的热能以加热、熔化和汽化多种物质。电弧还在反应器腔室122内产生大致均一的等离子柱或等离子体。另外，电极组(即148A-148C、148D-148F以及148G-148I)的交叠布局和所引起的加长的电弧和等离子柱为任何流过其间的反应物提供更长的滞留时间。因此，由于反应器102(图2)的模块性质，包括单独的腔室部分122A-122C，可通过引入附加的腔室部分或去除现有腔室部分而形成可变长度的等离子柱，从而为所希望的处理量身定制所产生的等离子体。另外，如图3B所示的取间隔器179可结合于腔室部分122A-122C(图3A)的各端以改变相邻电极组(148A-148C以及148D-148F)之间沿纵轴的距离。换句话说，尽管为简明起见，在图3B中仅示出将取间隔器设置在腔室部分122C的下部，相同的取间隔器179也可以设置于腔室部分的各端，从而在各腔室部分122A-122C之间设置至少一个取间隔器179。

还应当注意，不同的电极组148A-148C、148D-148F、148G-148I可表现出与图4和图5A-图5C所描述的不同的角方向。例如，假设第一电极组148A-148C如图4和图5A那样进行配置，第二电极组148D-148F可分别相对于定义轴170、172定向在10°、130°、250°的方向上，同时第三电极组148G-148I可分别相对于定义轴170、172定向在50°、170°、290°的方向上。当然也可以采用其它布局，这取决于例如所利用的电极组数量以及沿纵轴150各电极组之间的距离。

再次参阅图3A和图4，在腔室内形成入口180以将诸如反应物的物质导入到反应器腔室122中。在一个具体实施例中，可将入口180配置成沿纵轴150导入物质，由此物质通过由多个电极148A-148I形成的电弧中心。使物质基本上通过电弧中心的能力使固体物质熔化和/或汽化，由此在导入到腔室122之前无需对这类物质进行预处理。

现参阅图6，其中示出关于反应器102的供电和有关致动器控制的范例性示意图。电气伺服188A-188B将480伏(V)和60安培(A)的三相交流电(AC)功率提供给各单独电极组电源190A-190C。功率测量装置或系统192A-192C可连接于电源190A-190C。功率测量装置或系统192A-192C可连接于各电源190A-190C。各功率测量系统192A-192C可被配置成监控与其相连的电源190A-190C的功率的各相的电压和电流。

变压器194A-194C可以连接在各电源190A-190C和反应器102之间。更具体地说，各变压器194A-194C可连接在相关的电源190A-190C和规定电极组(例如电极148A-148C、148D-148F或148G-148H)之间。多个致动器控制装置196A-196C也连接于反应器102。更具体地说，每个致动器控制装置196A-196C连接于规定电极组的致动器152(图3B、3C)。

参阅图7和图8，其中示出了电极组电源190A的范例性示意图。要注意电源190A包括可控硅整流器(SCR)198。使各三相电源的一个单相相连接于电极组(如148A-148C)的一个电极(如电极148A)，SCR198便可用于控制各电极的相角点火。在一个具体实施例中SCR198可额定在480V和75A上。该装置通过FL Clearwater的Phasetronics可从市面上购得。

简单地参阅图8，其中示出可用于根据本发明实施例的变压器194A的范例性示意图。变压器194A被用于限制与电弧点火有关的高瞬变电流。更具体地，变压器的感抗使来自有关电源190A的初始电流减小，由此无法启动电流保护装置。

参阅图9，其中示出用于致动器控制系统或装置196A的范例性示意图。致动器152的控制(图3A和3B)可例如响应性于连接于电极的电功率测得的各相的电流和电压值。基于取自相关电源(如190A)的电流和电压测量，可如上所述地移动各给定电极组的各个电极(例如电极148A-148C)以改变其间的间隙和距离。电压和/或电流的连续监测和伴随而来的对电极组的各单独电极进行调整使这些电极产生更高效的电弧。另外，在启动期间，可控制致动器以在诸电极之间界定较小的间隙以使反应器在较容易启动。一旦建立电弧，可重新对电极进行定位以获得正常操作时的优化性能。

尽管本发明容许多种修改和改变形式，但还是通过附图中的例子而示出了多个特定实施例并在此作了详细说明。然而，要知道的是本发明不局限于所公开的具体形式；与之相反，本发明包括落在本发明精神和范围内的所有修改、等效物、改变，这由所附权利要求书所定义。

Claims (85)

1.一种等离子发生设备，包括：

腔室；

含三个电极的第一电极组，其中第一电极组的每个电极被配置成连接于三相交流(AC)电源的一个相，第一电极组的三个电极围绕腔室的纵轴设置；以及

至少另一含三个电极的电极组，其中至少另一电极组的各电极被配置成连接于另一三相交流电(AC)源的一个相，至少另一电极组的三个电极围绕腔室的纵轴而设置，其中至少另一电极组沿纵轴相对于第一电极组而位移。

2.如权利要求1所述设备，其特征在于，所述腔室在第一端包括一个入口并在第二相对端包括一个出口。

3.如权利要求2所述设备，其特征在于，定位和配置所述入口以在大致沿由第一电极组和至少另一电极组所产生的电弧中心线的位置上将物质引入腔室内。

4.如权利要求3所述设备，其特征在于，所述出口被配置成汇聚嘴。

5.如权利要求1所述设备，其特征在于，所述第一电极组的每个电极被配置成相对于纵轴而位移。

6.如权利要求5所述设备，其特征在于，至少另一电极组的每个电极被配置成相对于纵轴而位移。

7.如权利要求6所述设备，其特征在于，还包括多个致动器，其中第一电极组的每个电极和至少另一电极组的每个电极连接于多个致动器中的一个致动器并可藉此位移。

8.如权利要求7所述设备，其特征在于，还包括多个连接于多个致动器的滑动组件，其中每个滑动组件包括大致刚性地连接于腔室的第一框构件，连接在框构件和所述框构件所连接的致动器之间的至少一个直线杆支承，以及连接于相连的电极并配置成沿至少一个直线杆支承而大致直线位移的滑动构件。

9.如权利要求7所述设备，其特征在于，所述腔室还包括具有内表面的本体，外表面和界定于内表面和外表面间的至少一个通道。

10.如权利要求9所述设备，其特征在于，还包括至少一个流体连通于至少一个通道的冷却口。

11.如权利要求10所述设备，其特征在于，所述本体界定从外表面通过内表面的至少一个开口，其中观察口连接于至少一个开口。

12.如权利要求6所述设备，其特征在于，所述第一电极组的每个电极在相对于纵轴呈锐角的方向上延伸。

13.如权利要求12所述设备，其特征在于，至少另一电极组的每个电极在相对于纵轴大致呈直角的方向上延伸。

14.如权利要求13所述设备，其特征在于，所述第一电极组的每个电极周向地设置在纵轴周围并相对于所述第一电极组的相邻电极呈大约120°的夹角。

15.如权利要求14所述设备，其特征在于，所述至少另一电极组的每个电极周向地设置在纵轴周围并相对于至少另一电极组的相邻电极呈大约120°的夹角。

16.如权利要求15所述设备，其特征在于，第一电极组表现出围绕纵轴的第一周向定向而至少另一电极组表现出与所述第一周向定向不同的围绕纵轴的第二周向定向。

17.如权利要求16所述设备，其特征在于，所述第二周向定向包括相对于第一电极组的诸电极而大致围绕纵轴旋转60°的至少另一电极组的诸电极。

18.如权利要求1所述设备，其特征在于，至少另一电极组包括第二电极组和相对于第二电极组沿纵轴而位移的第三电极组。

19.如权利要求1所述设备，其特征在于，所述电极是由包含石墨的材料构成的。

20.如权利要求1所述设备，其特征在于，每个所述电极包括至少一个金属管状件。

21.如权利要求20所述设备，其特征在于，至少一个金属管状件包括第一金属管状部分和第二金属管状部分，其中第二金属管状部分被设置在第一金属管状部分内，而第一和第二管状部分被定尺寸、定位和配置以在其中界定一个环形间隙。

22.如权利要求21所述设备，其特征在于，还包括流体连通于第二管状部分内部的入口以及流体连通于环形间隙的出口。

23.如权利要求20所述设备，其特征在于，每个电极还包括可移动地配合于至少一个金属管状部分的电极尖部。

24.一种电弧发生设备，包括：

含三个电极的第一电极组，其中第一电极组的每个电极被配置成连接于三相交流(AC)电源的一个相，第一电极组的三个电极围绕定义轴而设置；以及

至少另一含三个电极的电极组，其中至少另一电极组的各电极被配置成连接于另一三相交流电(AC)源的一个相，至少另一电极组的三个电极围绕腔室的纵轴而设置，其中至少另一电极组沿定义轴相对于第一电极组而位移。

25.如权利要求24所述设备，其特征在于，所述第一电极组的每个电极被配置成相对于定义轴而位移。

26.如权利要求25所述设备，其特征在于，至少另一电极组的每个电极被配置成相对于定义轴而位移。

27.如权利要求26所述设备，其特征在于，所述第一电极组的每个电极相对于定义轴呈锐角的方向延伸。

28.如权利要求27所述设备，其特征在于，至少另一电极组的每个电极相对于定义轴大致呈直角的方向延伸。

29.如权利要求28所述设备，其特征在于，第一电极组的每个电极周向地设置在定义轴周围并相对于所述第一电极组的相邻电极呈大约120°的夹角。

30.如权利要求29所述设备，其特征在于，至少另一电极组的每个电极周向地设置在定义轴周围并相对于所述至少另一电极组的相邻电极呈大约120°的夹角。

31.如权利要求30所述设备，其特征在于，所述第一电极组表现出围绕定义轴的第一周向定向而至少另一电极组表现出与所述第一周向定向不同的围绕定义轴的第二周向定向。

32.如权利要求31所述设备，其特征在于，所述第二周向定向包括相对于第一电极组的诸电极而围绕定义轴旋转大约60°的至少另一电极组的诸电极。

33.如权利要求32所述设备，其特征在于，至少另一电极组包括第二电极组和相对于第二电极组沿定义轴而位移的第三电极组。

34.如权利要求24所述设备，其特征在于，所述电极是由包含石墨的材料构成的。

35.如权利要求24所述设备，其特征在于，每个所述电极包括至少一个金属管状件。

36.如权利要求35所述设备，其特征在于，至少一个金属管状件包括第一金属管状部分和第二金属管状部分，其中第二金属管状部分被设置在第一金属管状部分内，而第一和第二管状部分被定尺寸、定位和配置以在其中界定一个环形间隙。

37.如权利要求36所述设备，其特征在于，还包括流体连通于第二管状部分内部的入口以及流体连通于环形间隙的出口。

38.如权利要求35所述设备，其特征在于，每个电极还包括可移动地配合于至少一个金属管状部分的电极尖部。

39.一种等离子弧反应器，包括：

第一腔室部分；

至少另一腔室部分，其中第一腔室部分和至少另一腔室部分被配置和定位置至少部分地界定一个腔室本体；

第一电极组，包括至少部分设置于第一腔室部分内的三个电极，其中第一电极组的每个电极被配置成连接于三相交流电(AC)电源的一个相，第一电极组的三个电极定位在腔室本体的纵轴的周围；以及

至少另一电极组，包括至少部分设置于至少另一腔室部分内的三个电极，其中至少另一电极组的每个电极被配置成连接于三相交流电(AC)电源的一个相，至少另一电极组的三个电极定位在腔室本体的纵轴的周围，其中至少另一电极组相对于第一电极组沿纵轴位移。

40.如权利要求39所述反应器，其特征在于，第一电极组的每个电极被配置成相对纵轴而位移。

41.如权利要求40所述反应器，其特征在于，至少另一电极组的每个电极被配置成相对纵轴而位移。

42.如权利要求41所述反应器，其特征在于，还包括多个致动器，其中第一电极组的每个电极和至少另一电极组的每个电极连接于多个致动器中的一个致动器并藉此位移。

43.如权利要求42所述反应器，其特征在于，第一腔室部分还包括内表面、外表面和至少一个界定于其间的通道。

44.如权利要求43所述反应器，其特征在于，还包括至少一个流体连通于第一腔室部分的至少一个通道的冷却口。

45.如权利要求44所述反应器，其特征在于，至少另一腔室部分还包括内表面、外表面和至少一个界定于其间的通道。

46.如权利要求45所述反应器，其特征在于，还包括至少一个流体连通于至少另一腔室部分的至少一个通道的冷却口。

47.如权利要求42所述反应器，其特征在于，第一电极组的每个电极相对于纵轴呈锐角方向延伸。

48.如权利要求47所述反应器，其特征在于，至少另一电极组的每个电极相对于纵轴呈直角方向延伸。

49.如权利要求48所述反应器，其特征在于，所述第一电极组表现出围绕纵轴的第一周向定向而至少另一电极组表现出与所述第一周向定向不同的围绕纵轴的第二周向定向。

50.如权利要求39所述反应器，其特征在于，至少另一腔室部分可移动地连接于第一腔室部分。

51.如权利要求39所述反应器，其特征在于，至少另一腔室部分包括可移动地连接于第一腔室部分的第二腔室部分以及可移动地连接于第二腔室部分的第三腔室部分，其中至少另一电极组包括至少部分地设置在第二腔室部分内的第二电极组以及至少部分地设置在第三腔室部分中的第三电极组。

52.如权利要求32所述反应器，其特征在于，还包括设置在第一腔室部分和至少另一腔室部分之间并可移动地分别连接于与所述第一腔室部分和至少另一腔室部分的取间隔器。

53.一种用于处理物质的系统，包括：

在第一端具有入口并在第二端具有出口的腔室；

包括三个电极的第一电极组，所述第一电极组的三个电极被设置在腔体纵轴的周围；

包括三个电极的至少另一电极组，所述至少另一电极组的三个电极被设置在腔室纵轴的周围，其中至少另一电极组相对于第一电极组沿纵轴而设置；

包括三相交流电(AC)电气伺服的第一电源，其中第一电源的每个相连接于所述第一电极组的一单个电极；

包括三相AC电气伺服的至少另一电源，其中至少另一电源的每个相连接于至少另一电极组的一单个电极。

54.如权利要求53所述系统，其特征在于，还包括被定位和设置成将热量从腔室除去的冷却系统。

55.如权利要求54所述系统，其特征在于，所述冷却系统还包括热交换器和被定位和配置成适应冷却流体在腔室和热交换器之间循环的至少一条冷却管线。

56.如权利要求55所述系统，其特征在于，所述冷却系统还包括被定位和配置成使冷却流体循环流过至少一条冷却管线的泵。

57.如权利要求53所述系统，其特征在于，第一电源包括第一可控硅整流器(SCR)。

58.如权利要求57所述系统，其特征在于，所述第一SCR被配置成根据第一电源的每个相的相角而控制第一电极组的每个电极的点火。

59.如权利要求53所述系统，其特征在于，至少另一电源包括至少另一可控硅整流器。

60.如权利要求59所述系统，其特征在于，所述至少另一SCR被配置成根据至少另一电源的每个相的相角而控制至少另一电极组的每个电极的点火。

61.如权利要求60所述系统，其特征在于，第一电极组的每个电极被设置成可相对于纵轴位移。

62.如权利要求61所述系统，其特征在于，所述至少另一电极组的每个电极被设置成可相对于纵轴位移。

63.如权利要求62所述系统，其特征在于，还包括多个致动器，其中第一电极组的每个电极和至少另一电极组的每个电极连接于多个致动器中的一个致动器并藉此位移。

64.如权利要求63所述系统，其特征在于，还包括：被定位和配置成确定所述第一电源各组的电流和电压的至少一个并响应于此而产生第一信号的第一测量装置，以及被定位和配置成确定所述至少另一电源各相的电流和电压的至少一个并响应于此而产生至少另一信号的至少另一测量装置。

65.如权利要求64所述系统，其特征在于，所述多个致动器的每个被设置成响应于第一信号和至少另一信号中的至少一个而使所连接的电极产生位移。

66.如权利要求65所述系统，其特征在于，定位和设置所述入口以在大致沿由第一电极组和至少另一电极组产生的电弧中心线的位置上使物质导入腔室内。

67.如权利要求66所述系统，其特征在于，所述出口被设置成汇聚嘴。

68.如权利要求67所述系统，其特征在于，还包括连接于腔室出口的分离装置。

69.如权利要求68所述系统，其特征在于，所述分离装置包括旋流器和过滤器中的至少一个。

70.如权利要求65所述系统，其特征在于，所述第一电极组的每个电极相对于纵轴呈锐角地延伸。

71.如权利要求70所述系统，其特征在于，至少另一电极组的每个电极相对于纵轴大致呈直角地延伸。

72.如权利要求71所述系统，其特征在于，所述第一电极组表现出围绕纵轴的第一周向定向而至少另一电极组表现出与所述第一周向定向不同的围绕纵轴的第二周向定向。

73.一种生成等离子的方法，所述方法包括：

将气体引入腔室内；

提供设置在腔室纵轴周围的包含三个电极的第一电极组；

提供设置在纵轴周围并相对于第一电极组沿纵轴位移的包括三个电极的至少另一电极组；

将第一电极组连接于第一电源包括将第一电极组的每个电极连接于三相交流电(AC)电源的一个相上；

将至少另一电极组连接于至少另一电源包括将至少另一电极组的每个电极连接于至少另一个三相电源的一个相；

当存在气体时，在腔室中的第一电极组和至少另一电极组之间产生电弧。

74.如权利要求73所述方法，其特征在于，还包括确定第一电源的至少一个操作特性和至少另一电源的至少一个操作特性。

75.如权利要求74所述方法，其特征在于，确定第一电源的至少一个操作特性包括确定第一电源的电流和电压中的至少一个，而确定至少另一电源的至少一个操作特性包括确定至少另一电源的电流和电压中的至少一个。

76.如权利要求75所述方法，其特征在于，还包括响应所述第一电源的确定的至少一个操作特性而使第一电极组的至少一个电极位移。

77.如权利要求76所述方法，其特征在于，还包括响应所述至少另一电源的确定的至少一个操作特性而使至少另一电极组的至少一个电极位移。

78.如权利要求77所述方法，其特征在于，还包括将热能从腔室除去。

79.如权利要求77所述方法，其特征在于，还包括控制第一电源的每个相的相角。

80.如权利要求78所述方法，其特征在于，还包括控制至少另一电源的每个相的相角。

81.一种生成等离子体的方法，所述方法包括：

将气体引入腔室内；

将至少多个第一电极以第一布局至少部分地设置在腔室内，以使至少一个电极的尖部被设置在离开相邻电极尖部第一距离的位置上；

当存在气体时，在腔室内的至少多个第一电极之间产生电弧；以及

使至少一个电极位移，从而使至少一个电极的尖部位于离开相邻电极的尖部第二距离的位置上，同时维持电弧。

82.如权利要求81所述方法，其特征在于，将至少多个第一电极至少部分地设置在腔室内还包括基本对称地将至少多个第一电极周向地设置在腔室的纵轴周围。

83.如权利要求82所述方法，其特征在于，使至少一个电极位移还包括使多个电极的每个电极位移。

84.如权利要求83所述方法，其特征在于，在至少多个第一电极之间产生电弧还包括将电气伺服提供给每个电极，所述方法还包括确定与提供给每个电极的电气伺服相关的至少一个操作参数，其中响应于所确定的至少一个操作参数而使每个电极位移。

85.如权利要求81所述方法，其特征在于，将至少多个第一电极至少部分地设置在腔室内还包括：将第一电极组设置在沿纵轴的第一位置，并将至少第二电极组设置在沿纵轴偏离所述第一位置的第二位置上。

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