CN205336632U - 具有电离协同的等离子体电极 - Google Patents

Abstract

一种具有电离协同的等离子体电极，涉及等离子体设备，包括第一电极、第二电极、支持架、穿心牵紧杆和电磁驱动组件，第一电极为环形体结构，第二电极为圆盘体结构，支持架的前部为空心结构，支持架的后部有装配腔和承装螺口；穿心牵紧杆为空心结构，穿心牵紧杆的内空间构成引弧电极的伸缩滑道；电磁驱动组件由电磁线圈和线圈骨架组成，线圈骨架的中心孔道中有驱动杆；第一电极和第二电极安装在支持架的前端，第二电极置于第一电极之内，第一电极与第二电极之间的空间构成电离气槽；电磁驱动组件安装在支持架的后端，驱动杆伸入到支持架的后部内空间中。本实用新型先使处理介质进行电离活化，再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。

Description

具有电离协同的等离子体电极

技术领域

本实用新型涉及等离子体设备，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。

实用新型内容

本实用新型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。

本实用新型的一种具有电离协同的等离子体电极，包括第一电极1、第二电极2、支持架3、穿心牵紧杆4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的中心有穿心螺孔2-3；支持架3的前部为空心结构，支持架3的后部有装配腔3-3和承装螺口3-5，承装螺口3-5在装配腔3-3之后，在支持架3前部的空心结构与装配腔3-3之间的壁体中有过孔3-2；穿心牵紧杆4为空心结构，穿心牵紧杆4的内空间构成引弧电极的伸缩滑道；电磁驱动组件由电磁线圈9和线圈骨架8组成，线圈骨架8的中心为贯通的孔道，在贯通的孔道中有驱动杆7；第一电极1和第二电极2安装在支持架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，用穿心牵紧杆4把第二电极2与支持架3进行紧密连接，支持架3前部的空心结构构成环形冷却腔3-1，穿心牵紧杆4的杆体构成环形冷却腔3-1的内环壁体；电磁驱动组件安装在支持架3的后端，设置在线圈骨架8中心孔道中的驱动杆7伸入到支持架3的后部内空间中，具体实施时，引弧电极安装在驱动杆7前部的杆体中。

本实用新型中，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；在支持架3前端的壁体上有旋转气槽3-7，环形气室Ⅴ通过旋转气槽3-7连通到电离气槽Ⅰ；在穿心牵紧杆4的前部有紧固螺头4-2，在穿心牵紧杆4的后端有内六角大头4-1；第二电极2的体中有凹槽2-4，凹槽2-4的槽口朝向外侧，凹槽2-4与穿心牵紧杆4的内空间进行相贯连通；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；在支持架3的体中有电气连接件6，电气连接件6的体中有电刷13，电气连接件6设置在穿心牵紧杆4之后；驱动杆7为空心结构，在驱动杆7中部和后部的空心杆体中有间隔设置的磁珠10和隔离珠12；在驱动杆7上有用于伸出限位和缩进限位的限位大头7-1；在线圈骨架8的后端有定位铁环11；在第一电极1的壁体上有第一电气接口17接入；在支持架3的壁体上有第二电气接口16接入，第二电气接口16与第二电极2进行电气连接。当驱动杆7较长时，在具体实施时，在支持架3的装配腔3-3与承装螺口2-5之间有过渡腔3-4。

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。本实用新型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。本实用新型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。

本实用新型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，本实用新型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气接口16，引弧电源连接到第一电气接口17，再把工业有害气体或水蒸气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气或其他气源的工作气由支持架3前端的旋转气槽3-7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，当对第一电极1施加10000V以上电压时，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气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气更容易被分解而作为固体有机废物的气化剂应用。

上述的实用新型在具体应用中，在第二电气接口16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；在第一电气接口17接入的10000V以上的高压电源，高压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21，第三电极21作为等离子体工作电源和高压电源的公共回路电极，工作时，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21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21之间形成高温等离子体电弧，本实用新型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气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21之间，通过引弧电极进行第二电极2与第三电极21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气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，本实用新型在第二电极2外侧的体中设置凹槽2-4，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。

上述的实用新型中，在驱动杆7中部和后部的空心杆体中有间隔设置的磁珠10和隔离珠12，具体实施时，磁珠10选用永磁体材料，隔离珠12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7内磁珠的磁力线进行正方向配合，把驱动杆7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7内磁珠的磁力线进行反方向配合，把驱动杆7向后移动。本实用新型在线圈骨架8的后端有定位铁环11，利用磁珠10的磁力，使驱动杆7定位，从而使引弧电极定位在伸出位置或缩回位置。本实用新型利用电磁线圈和驱动杆7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。本实用新型只在需使驱动杆7前行或后退的过程中对电磁线圈进行通电，在驱动杆7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。

本实用新型的有益效果是：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。本实用新型利用电磁线圈及在驱动杆7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是本实用新型的一种具有电离协同的等离子体电极的结构图。

图2是本实用新型的圆盘体电极结构图。

图3是本实用新型的支持架结构图。

图4是本实用新型的电极在引弧初始状态时的示意图。

图5是本实用新型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.密封口，2-3.穿心螺孔，2-4.凹槽，3.支持架，3-1.环形冷却腔，3-2.过孔，3-3.装配腔，3-4.过渡腔，3-5.承装螺口，3-6.安装螺头，3-7.旋转气槽，3-8.密封槽，4.穿心牵紧杆，4-1.内六角大头，4-2.紧固螺头，5.密封垫，6.电气连接件，7.驱动杆，7-1.限位大头，8.线圈骨架，8-1.限位阶，8-2.连接螺头，9.电磁线圈，10.磁珠，11.定位铁环，12.隔离珠，13.电刷，14.螺钉，15.螺栓，16.第二电气接口，17.第一电气接口，18.密封环，19.密封圈，20.引弧电极，21.第三电极，22.初始电弧，23.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、图2和图3所示的实施方式中，具有电离协同的等离子体电极主要由第一电极1、第二电极2、支持架3、穿心牵紧杆4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的中心有穿心螺孔2-3，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2-4，凹槽2-4的槽口朝向外侧；支持架3的前部为空心结构，支持架3的后部有装配腔3-3、过渡腔3-4和承装螺口3-5，装配腔3-3、过渡腔3-4和承装螺口3-5由前向后依次设置，在支持架3前部的空心结构与装配腔3-3之间的壁体中有过孔3-2，在支持架3前端的壁体上有旋转气槽3-7；穿心牵紧杆4为空心结构，穿心牵紧杆4的内空间构成引弧电极的伸缩滑道，在穿心牵紧杆4的前部有紧固螺头4-2，在穿心牵紧杆4的后端有内六角大头4-1；电磁驱动组件由电磁线圈9和线圈骨架8组成，线圈骨架8的中心为贯通的孔道，在贯通的孔道中有驱动杆7，驱动杆7为空心结构，在驱动杆7中部和后部的空心杆体中有间隔设置的磁珠10和隔离珠12，在驱动杆7的前端为用于伸出限位和缩进限位的限位大头7-1；在线圈骨架8的后端有定位铁环11；第一电极1和第二电极2安装在支持架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，环形气室Ⅴ通过支持架3前端的旋转气槽3-7连通到电离气槽Ⅰ，用穿心牵紧杆4把第二电极2与支持架3进行紧密连接，在第二电极2与支持架3的壁体连接面之间有密封环18，装配时，穿心牵紧杆4由支持架3的后端进入支持架3中的装配腔3-3，再穿过支持架3中的过孔3-2和支持架前部的空心结构，使穿心牵紧杆4前部的紧固螺头4-2通过密封口2-2旋入第二电极2的穿心螺孔2-3中，在密封口2-2中有密封圈19，穿心牵紧杆4后端的内六角大头4-1紧压在过孔3-2周边的壁体上，在内六角大头4-1与过孔3-2周边壁体之间有密封垫5；在支持架3前部的壁体上有外螺纹，第一电极1与支持架3之间以螺纹安装方式进行连接；支持架3前部的空心结构构成环形冷却腔3-1，环形冷却腔3-1与冷却环槽2-1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，穿心牵紧杆4的杆体构成环形冷却腔3-1的内环壁体，穿心牵紧杆4的内空间与第二电极2的凹槽2-4进行相贯连通；在电磁驱动组件的线圈骨架8前端有安装螺头8-2，安装螺头8-2旋合在支持架3后端的承装螺口3-5中，使电磁驱动组件安装在支持架3上，设置在线圈骨架8中心孔道中的驱动杆7伸入到支持架3的后部内空间中，引弧电极安装在驱动杆7前部的杆体中；在支持架3的体中有电气连接件6，电气连接件6设置在穿心牵紧杆4之后，电气连接件6的体中有电刷13，电刷13与引弧电极进行滑动性连接；在第一电极1的壁体上有第一电气接口17接入；在支持架3的壁体上有第二电气接口16接入，第二电气接口16通过螺栓15连接到穿心牵紧杆4后部的杆体上，再利用穿心牵紧杆4的金属导电性能连接到第二电极2，同时第二电气接口16通过螺钉14和电刷13连接到引弧电极；本实施例中，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；引弧电极选用钨合金材料制作。

实施例2图4和图5所示的实施方式中，具有电离协同的等离子体电极在等离子体装置中应用，装置中有第三电极21，在第二电极2与第三电极21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，具有电离协同的等离子体电极结构与第一实施例的相同，不再赘述。调节引弧电极20的前端与第三电极21的头端之间距离为5-30毫米。等离子体装置的工作电源连接到第二电气接口16，10000V以上的引弧电源连接到第一电气接口17，把工业有害气体连接到介质输入接口Ⅱ上；运行时，工业有害气体进入到环形气室Ⅴ中，再由支持架3前端的旋转气槽3-7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，同时在第三电极21与引弧电极20的头端之间形成初始电弧22，然后对电磁线圈9进行反向通电，使电磁线圈9的中心产生驱动杆7后缩的磁力，把引弧电极20的前端缩回到第二电极的凹槽2-4中，放电便在第二电极2与第三电极21之间进行，形成高温等离子体电弧23。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，把水蒸气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 (10)

1.一种具有电离协同的等离子体电极，包括第一电极（1）、第二电极（2）、支持架（3）、穿心牵紧杆（4）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）的中心有穿心螺孔（2-3）；支持架（3）的前部为空心结构，支持架（3）的后部有装配腔（3-3）和承装螺口（3-5），承装螺口（3-5）在装配腔（3-3）之后，在支持架（3）前部的空心结构与装配腔（3-3）之间的壁体中有过孔（3-2）；穿心牵紧杆（4）为空心结构，穿心牵紧杆（4）的内空间构成引弧电极的伸缩滑道；电磁驱动组件由电磁线圈（9）和线圈骨架（8）组成，线圈骨架（8）的中心为贯通的孔道，在贯通的孔道中有驱动杆（7）；

第一电极（1）和第二电极（2）安装在支持架（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），用穿心牵紧杆（4）把第二电极（2）与支持架（3）进行紧密连接，支持架（3）前部的空心结构构成环形冷却腔（3-1），穿心牵紧杆（4）的杆体构成环形冷却腔（3-1）的内环壁体；电磁驱动组件安装在支持架（3）的后端，设置在线圈骨架（8）中心孔道中的驱动杆（7）伸入到支持架（3）的后部内空间中。

2.根据权利要求1所述的一种具有电离协同的等离子体电极，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（Ⅴ），环形气室（Ⅴ）有介质输入接口（Ⅱ）接入；在支持架（3）前端的壁体上有旋转气槽（3-7），环形气室（Ⅴ）通过旋转气槽（3-7）连通到电离气槽（Ⅰ）。

3.根据权利要求1所述的一种具有电离协同的等离子体电极，其特征是在穿心牵紧杆（4）的前部有紧固螺头（4-2），在穿心牵紧杆（4）的后端有内六角大头（4-1）。

4.根据权利要求1所述的一种具有电离协同的等离子体电极，其特征是第二电极（2）的体中有凹槽（2-4），凹槽（2-4）的槽口朝向外侧，凹槽（2-4）与穿心牵紧杆（4）的内空间进行相贯连通。

5.根据权利要求1所述的一种具有电离协同的等离子体电极，其特征是在第二电极（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。

6.根据权利要求1所述的一种具有电离协同的等离子体电极，其特征是在支持架（3）的体中有电气连接件（6），电气连接件（6）的体中有电刷（13），电气连接件（6）设置在穿心牵紧杆（4）之后。

7.根据权利要求1所述的一种具有电离协同的等离子体电极，其特征是驱动杆（7）为空心结构，在驱动杆（7）中部和后部的空心杆体中有间隔设置的磁珠（10）和隔离珠（12）。

8.根据权利要求1所述的一种具有电离协同的等离子体电极，其特征是在驱动杆（7）上有用于伸出限位和缩进限位的限位大头（7-1）。

9.根据权利要求1所述的一种具有电离协同的等离子体电极，其特征是在线圈骨架（8）的后端有定位铁环（11）。

10.根据权利要求1所述的一种具有电离协同的等离子体电极，其特征是在第一电极（1）的壁体上有第一电气接口（17）接入；在支持架（3）的壁体上有第二电气接口（16）接入，第二电气接口（16）与第二电极（2）进行电气连接。