一種等離子體加熱分解器的制造方法
【專利摘要】一種等離子體加熱分解器，涉及到等離子體加熱設(shè)備，由陽極套、陽極、陰極基座、陰極和絕緣架組成，陽極呈喇叭形的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，喇叭形內(nèi)空間構(gòu)成擴散腔，擴散腔后端的喉口構(gòu)成壓縮孔道，陽極嵌入到陽極套中，陽極的外壁與陽極套之間的空間構(gòu)成水套b；陰極基座呈中軸向前凸出的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，陰極嵌入到陰極基座中軸的內(nèi)空間中，陰極的桿體外壁與陰極基座中軸的內(nèi)壁之間空間構(gòu)成水套a；絕緣架為陽極套與陰極基座之間的連接部件，陽極套安裝在絕緣架的前端，陰極基座安裝在絕緣架的后端，陰極基座的中軸前端與陽極后端的壓縮孔道之間有空間構(gòu)成收縮腔，陰極的頭端置于收縮腔中。本發(fā)明適合在熱解水制氫或處理有害物質(zhì)的生產(chǎn)線中應(yīng)用，保護生態(tài)環(huán)境。
【專利說明】—種等離子體加熱分解器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子設(shè)備，特別是涉及到一種等離子體加熱設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]當前，等離子技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用，工業(yè)上應(yīng)用于等離子點火、等離子噴涂、金屬冶煉、等離子加熱制造納米材料、切割、垃圾焚燒和廢物處理等。等離子體是在電離層或放電現(xiàn)象下所形成的一種狀態(tài)，在等離子體發(fā)生器中，放電作用使得氣體分子失去外層電子而形成離子狀態(tài)，經(jīng)相互碰撞而產(chǎn)生高溫，因此，等離子體火炬的中心溫度可高達攝氏數(shù)萬度以上，火炬邊緣溫度也可達到數(shù)千度以上，被處理的物質(zhì)受到高溫等離子體沖擊時，其分子將會分解、原子將會重新組合而生成新的物質(zhì)。
[0003]不同的應(yīng)用場合對等離子設(shè)備的要求不同，當用于處理化工生產(chǎn)所排放有害廢氣或用于熱解水制氫時，需要被加熱介質(zhì)具有較強的活性及在等離子噴槍內(nèi)有足夠的逗留時間，因此，對等離子體設(shè)備的設(shè)計提出了不同的要求。現(xiàn)有的等離子設(shè)備不能滿足有害廢氣處理或熱解水制氫的使用要求，并且，電極容易被燒蝕，使用壽命不長。
[0004]熱解水制氫工藝避開了“熱一功”轉(zhuǎn)換過程，將熱能直接轉(zhuǎn)換為氫能，理論轉(zhuǎn)換效率很高，但此反應(yīng)需吸收大量熱能。等離子技術(shù)是熱解水制氫的候選技術(shù)之一，這主要是由于常壓條件下熱解水的最佳溫度為3400-3500K，一般的加熱方式難以達到這么高的溫度，而采用等離子技術(shù)則很容易做到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有等離子體設(shè)備電極易燒蝕、使用壽命不長的缺點，并且適合在熱解水制氫或處理有害物質(zhì)的生產(chǎn)線中應(yīng)用，實現(xiàn)清潔燃燒，保護生態(tài)環(huán)境。
[0006]本發(fā)明的一種等離子體加熱分解器，由陽極套(I)、陽極(2)、陰極基座(6)、陰極
(4)和絕緣架(3)組成，其中，陽極套(I)呈圓套筒結(jié)構(gòu)，陽極套(I)的前部有承插口(103);陽極(2)呈喇叭形的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，陽極(2)包括前端頭(201)、喇叭形壁體和后端頭(203)，陽極(2)的喇叭形內(nèi)空間構(gòu)成擴散腔(I )，擴散腔(I )后端的喉口構(gòu)成壓縮孔道(III)，陽極
(2)嵌入到陽極套(I)中，陽極(2)的前端頭(201)與陽極套(I)前部的承插口(103)進行緊密裝配，陽極(2 )的外壁與陽極套(I)的內(nèi)壁之間有空間，陽極(2 )外壁與陽極套(I)內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成水套b (II )，水套b (II)有冷卻水進口( 104)接入和冷卻水出口( 102)接出；陰極基座(6)呈中軸向前凸出的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，陰極基座(6)的中軸為貫通的空心結(jié)構(gòu)，陰極(4)嵌入到陰極基座(6)中軸的內(nèi)空間中，陰極(4)包括陰極頭端、桿體和陰極尾端，陰極(4)的頭端高出陰極基座(6)中軸的前端，陰極(4)的頭端側(cè)壁緊密裝配在陰極基座(6)中軸的前端壁體中，陰極(4)的尾端緊密裝配在陰極基座(6)后端的壁體中，陰極(4)的桿體外壁與陰極基座(6)中軸的內(nèi)壁之間有空間，陰極(4)的桿體外壁與陰極基座(6)中軸的內(nèi)壁之間空間構(gòu)成水套a (VI)，水套a (VI)有冷卻進水口(601)接入和冷卻回水出口(602)接出；絕緣架(3)為陽極套(I)與陰極基座(6)之間的連接部件，絕緣架(3)的前部體中和后部體中各有空腔，絕緣架(3)前部空腔和后部空腔之間有隔板(301)，隔板(301)的中心有圓孔，絕緣架(3)后部的空腔通過隔板(301)中心的圓孔貫通到前部的空腔；陽極套(I)安裝在絕緣架(3)的前端，陽極套(I)的后部筒體伸入到絕緣架(3)前部的空腔中，陰極基座(6)安裝在絕緣架(3)的后端，陰極基座(6)的中軸前部伸入到絕緣架(3)后部的空腔中，陰極基座(6)的中軸前端與陽極(2)后端的壓縮孔道(III)之間有空間構(gòu)成收縮腔(IV)，陰極(4)的頭端置于收縮腔(IV)中。
[0007]本發(fā)明中，陰極基座(6)的中軸前部體上有外螺紋結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流螺紋(604);陰極基座(6)的中軸后部周邊有環(huán)槽，陰極基座(6)中軸后部周邊的環(huán)槽構(gòu)成工作氣室(VD ;工作氣室(YD)有工作氣輸入接口(603)接入，工作氣室(YD)通過導(dǎo)流螺紋(604)的螺距空間連通到收縮腔(IV);陰極(4)的桿體中有原料氣通道(V)，在原料氣通道(V)的內(nèi)壁上附有隔熱襯套(5);陰極(4)的頭端中心有原料氣噴口(404);原料氣通道(V)有原料氣輸入接口(403)接入，原料氣通道(V)通過原料氣噴口(404)連通到收縮腔(IV);在水套b (II)的后端有堵圈(7)進行封閉，堵圈(7)緊密安裝在陽極(2)的后端頭(203)外壁與陽極套(I)后筒體的后端內(nèi)壁之間；陽極(2)后端的壓縮孔道(III)為圓形直孔，圓形直孔的直徑與隔板(301)中心圓孔的直徑相同；在水套b (II)側(cè)的陽極(2)壁體上有冷卻突環(huán)(202)凸出，冷卻突環(huán)(202)為一環(huán)以上；在水套a (VI)側(cè)的陰極(4)壁體上有冷卻肋環(huán)(402)凸出，冷卻肋環(huán)(402)為一環(huán)以上；陰極(4)的頭端加工成圓弧端面。
[0008]上述的發(fā)明在具體實施時，工作電源的正極連接到陽極套(I)的壁體上，工作電源的負極連接到陰極基座(6 )的壁體上，二路冷卻水的供水管分別連接到冷卻進水口( 601)上和冷卻水進口(104)上，工作氣的供氣管連接到工作氣輸入接口(603)上，原料氣的輸氣管連接到原料氣輸入接口(403)上。各回路工作流程是:一路冷卻水從冷卻進水口(601)進入到水套a (VI)中，進行沖刷陰極桿體(401)的外壁和冷卻肋環(huán)(402)，把熱量快速移走，然后,冷卻水從冷卻回水出口(602)流出，返回到冷卻系統(tǒng)中；另一路冷卻水從冷卻水進口
(104)進入到水套b (II)中，進行沖刷陽極(2)的喇叭形壁體外側(cè)和冷卻突環(huán)(202)，使陽極(2)得到冷卻，然后，冷卻水從冷卻水出口( 102)流出，返回到冷卻系統(tǒng)中；工作氣從工作氣輸入接口(603)進入到工作氣室(YD)中，再通過導(dǎo)流螺紋(604)的螺距空間進入到收縮腔(IV);原料氣通過原料氣輸入接口(403)進入到原料氣通道(V)中，再由噴口(404)噴入收縮腔(IV)。工作時，工作氣在導(dǎo)流螺紋(604)的引導(dǎo)下，形成螺旋方式的旋轉(zhuǎn)氣流進入到收縮腔(IV)，工作氣以旋轉(zhuǎn)方式?jīng)_刷陰極(4)的頭端，陰極(4)的頭端與陽極(2)的喇叭形內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成放電區(qū)，形成高溫的等離子體電弧，原料氣被高溫的等離子體電弧所加熱，再通過壓縮通道(III)進一步升溫，進行活化、分解或生成新的物質(zhì)，原料氣的分解產(chǎn)物和工作氣的離子弧通過壓縮孔道(III)中噴出，形成等離子體火炬，再通過擴散腔(I )加速噴出。所述的工作氣包括空氣、氮氣、氬氣和氫氣其中的一種，所述的原料氣包括水蒸汽和工業(yè)有害氣體其中的一種，當把本發(fā)明作為熱解水制氫設(shè)備應(yīng)用時，原料氣為水蒸汽，工作氣選用氫氣；當把本發(fā)明作為有害氣體的處置設(shè)備應(yīng)用時，原料氣為有害氣體，工作氣選用空氣。
[0009]在等離子設(shè)備中，陰極的作用是發(fā)射電子，等離子電弧的弧根溫度很高，極易使陰極燒蝕。本發(fā)明中，在陰極(4)的桿體(401)外壁上設(shè)置凸出的冷卻肋環(huán)(402)，使水套a(VI)包圍在陰極(4)的外圍，使得陰極(4)的受冷面積增大，冷卻水直接沖刷陰極(4)的桿體(401)外壁和冷卻肋環(huán)(402)，使得陰極(4)得到快速散熱，避免或減緩被燒蝕；陰極(4)的頭端加工成圓弧端面，工作氣以旋轉(zhuǎn)方式?jīng)_刷陰極(4)的圓弧型頭端，使得放電的面積增大，等離子體電弧的弧根分散在圓弧端面上，避免局部溫度過高而燒蝕陰極；原料氣通道(V)的內(nèi)壁上附有隔熱襯套(5)，使得原料氣通道(V)不會受到水套a (VI)中的冷卻水作用產(chǎn)生吸熱，當原料氣為水蒸汽時，可以避免水蒸汽冷凝為水；水蒸汽通過陰極(4)頭端中心的噴口(404)噴入收縮腔(IV)中的放電區(qū)，使水蒸汽吸收到陰極(4)頭端的熱量得到預(yù)熱，同時對陰極(4)的頭端具有冷卻作用；在水套b (II)的后端有堵圈(7)進行封閉，堵圈
(7)緊密安裝在陽極(2)的后端頭(203)外壁與陽極套(I)后筒體的后端內(nèi)壁之間，使得容易裝配和密封更可靠。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:提供的一種等離子體加熱分解器，適合在熱解水制氫或處理有害物質(zhì)的生產(chǎn)線中應(yīng)用，并且克服了現(xiàn)有等離子體設(shè)備的電極易燒蝕、使用壽命不長的缺點。本發(fā)明的等離子體加熱分解器實現(xiàn)清潔燃燒，保護生態(tài)環(huán)境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的一種等離子體加熱分解器的結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的另一種等離子體加熱分解器的結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖中:1.陽極套，101.陽極套的后筒體，102.冷卻水出口，103.陽極的承插口，104.冷卻水進口，2.陽極，201.陽極的前端頭，202.冷卻突環(huán)，203.陽極的后端頭，3.絕緣架，301.絕緣架內(nèi)的隔板，302.絕緣架的后接口，303.絕緣架的前接口，4.陰極，401.陰極的桿體，402.陰極的冷卻肋環(huán)，403.原料氣輸入接口，404.原料氣噴口，5.隔熱襯套，6.陰極基座，601.冷卻進水口，602.冷卻回水出口，603.工作氣輸入接口，604.導(dǎo)流螺紋，7.堵圈，8.電磁線圈，1.擴散腔，I1.水套b，II1.壓縮孔道，IV.收縮腔，V.原料氣通道，V1.水套a，vn.工作氣室。
【具體實施方式】
[0014]實施例1 圖1所示的實施方式中，等離子體加熱分解器由陽極套(I)、陽極(2)、陰極基座(6)、陰極(4)和絕緣架(3)組成，其中，陽極套(I)呈圓套筒結(jié)構(gòu)，陽極套(I)的前部有承插口( 103 );陽極(2 )呈喇叭形的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，陽極(2 )包括前端頭(201)、喇叭形壁體和后端頭(203)，陽極(2)的喇叭形內(nèi)空間構(gòu)成擴散腔(I )，擴散腔(I )后端的喉口構(gòu)成壓縮孔道(III)，壓縮孔道(III)為圓形直孔，陽極(2)嵌入到陽極套(I)中，陽極(2)的前端頭(201)與陽極套(I)前部的承插口(103)進行緊密裝配，陽極(2)的外壁與陽極套(I)的內(nèi)壁之間有空間，陽極(2)外壁與陽極套(I)內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成水套b (II),在水套b (II)側(cè)的陽極(2)壁體上有冷卻突環(huán)(202)凸出，冷卻突環(huán)(202)為一環(huán)以上，在水套b (II)的后端有堵圈(7)進行封閉，堵圈(7)緊密安裝在陽極(2)的后端頭(203)外壁與陽極套(I)后筒體的后端內(nèi)壁之間，水套b (II)有冷卻水進口(104)接入和冷卻水出口(102)接出；陰極基座(6)呈中軸向前凸出的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，陰極基座(6)的中軸為貫通的空心結(jié)構(gòu)，陰極基座(6)的中軸前部體上有外螺紋結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流螺紋(604)，陰極基座(6)的中軸后部周邊有環(huán)槽；陰極(4)包括陰極頭端、桿體和陰極尾端，陰極(4)的頭端加工成圓弧端面，陰極(4)的桿體中有原料氣通道(V)，在原料氣通道(V)的內(nèi)壁上附有隔熱襯套(5)，陰極(4)的頭端中心有原料氣噴口( 404 )，陰極(4 )嵌入到陰極基座(6 )中軸的內(nèi)空間中，陰極(4 )的頭端高出陰極基座(6)中軸的前端，陰極(4)的頭端側(cè)壁緊密裝配在陰極基座(6)中軸的前端壁體中，陰極(4)的尾端緊密裝配在陰極基座(6)后端的壁體中，陰極(4)的桿體外壁與陰極基座(6)中軸的內(nèi)壁之間有空間，陰極(4)的桿體外壁與陰極基座(6)中軸的內(nèi)壁之間空間構(gòu)成水套a (VI)，在水套a (VI)側(cè)的陰極(4)壁體上有冷卻肋環(huán)(402)凸出，冷卻肋環(huán)(402)為一環(huán)以上，水套a (VI)有冷卻進水口(601)接入和冷卻回水出口(602)接出；絕緣架(3)為陽極套(I)與陰極基座(6)之間的連接部件，絕緣架(3)的前部體中和后部體中各有空腔，絕緣架(3)前部空腔和后部空腔之間有隔板(301)，隔板(301)的中心有圓孔，隔板(301)中心圓孔的直徑與壓縮孔道(ΠΙ)的直徑相同，絕緣架(3)后部的空腔通過隔板(301)中心的圓孔貫通到前部的空腔；陽極套(I)安裝在絕緣架(3)的前端，陽極套(I)的后部筒體伸入到絕緣架(3)前部的空腔中，陰極基座(6)安裝在絕緣架(3)的后端，陰極基座(6)的中軸前部伸入到絕緣架(3)后部的空腔中，陰極基座(6)中軸后部周邊的環(huán)槽構(gòu)成工作氣室(VD ;陰極基座(6)的中軸前端與陽極(2)后端的壓縮孔道(ΠΙ)之間有空間構(gòu)成收縮腔(IV)，陰極(4)的頭端置于收縮腔(IV)中；工作氣室(VD有工作氣輸入接口(603)接入，工作氣室(YD)通過導(dǎo)流螺紋(604)的螺距空間連通到收縮腔(IV);原料氣通道(V)有原料氣輸入接口( 403 )接入，原料氣通道(V )通過原料氣噴口( 404 )連通到收縮腔(IV)。本實施例采用螺紋連接方式把陽極套(I)、絕緣架(3)和陰極基座(6)進行連接。本實施例在應(yīng)用時，工作電源的正極連接到陽極套(I)的壁體上，工作電源的負極連接到陰極基座(6)的壁體上，二路冷卻水的供水管分別連接到冷卻進水口(601)上和冷卻水進口(104)上，工作氣的供氣管連接到工作氣輸入接口(603)上，原料氣的輸氣管連接到原料氣輸入接口(403)上。
[0015]實施例2 圖2所示的實施方式中，采用法蘭連接方式把把陽極套(I)、絕緣架
(3)和陰極基座(6)進行連接，絕緣架(3)同時作為線圈骨架利用，在絕緣架(3)的外圍設(shè)置電磁線圈(8)，工作時，電磁線圈(8)產(chǎn)生的磁場使離子弧向中收壓縮，以獲得更高的火炬溫度。其它方面與第一實施例的相同，不再贅述。
[0016]上述的實施例中，陽極套(I)和陰極基座(6)選用不銹鋼材料制作，陽極(2)和陰極(4)選用紫銅材料制作，絕緣架(3)選用膠木材料或聚四氟乙烯材料制作，隔熱襯套(5)選用聚四氟乙烯材料制作。
[0017]上述的實施例作為熱解水制氫設(shè)備應(yīng)用或作為有害氣體的處置設(shè)備應(yīng)用，當作為熱解水制氫設(shè)備應(yīng)用時，原料氣為水蒸汽，工作氣選用氫氣，在常壓條件下容易實現(xiàn)把水加熱到分解的最佳溫度3400?3500Κ，與煤氣化聯(lián)產(chǎn)造氣或用來處置生活垃圾，實現(xiàn)清潔燃燒，保護生態(tài)環(huán)境；當作為有害氣體的處置設(shè)備應(yīng)用時，原料氣為有害氣體，工作氣選用空氣，把有害氣體分解或重新組合為中性的無害物質(zhì)進行排放。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子體加熱分解器，其特征是加熱分解器由陽極套(I)、陽極(2)、陰極基座(6)、陰極(4)和絕緣架(3)組成，其中，陽極套(I)呈圓套筒結(jié)構(gòu)，陽極套(I)的前部有承插口(103);陽極(2)呈喇叭形的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，陽極(2)包括前端頭(201)、喇叭形壁體和后端頭(203)，陽極(2)的喇叭形內(nèi)空間構(gòu)成擴散腔(I )，擴散腔(I )后端的喉口構(gòu)成壓縮孔道(III)，陽極(2)嵌入到陽極套(I)中，陽極(2)的前端頭(201)與陽極套(I)前部的承插口(103)進行緊密裝配，陽極(2)的外壁與陽極套(I)的內(nèi)壁之間有空間，陽極(2)外壁與陽極套(I)內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成水套b (II)，水套b (II)有冷卻水進口(104)接入和冷卻水出口(102)接出；陰極基座(6)呈中軸向前凸出的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，陰極基座(6)的中軸為貫通的空心結(jié)構(gòu)，陰極(4)嵌入到陰極基座(6)中軸的內(nèi)空間中，陰極(4)包括陰極頭端、桿體和陰極尾端，陰極(4)的頭端高出陰極基座(6)中軸的前端，陰極(4)的頭端側(cè)壁緊密裝配在陰極基座(6)中軸的前端壁體中，陰極(4)的尾端緊密裝配在陰極基座(6)后端的壁體中，陰極(4)的桿體外壁與陰極基座(6)中軸的內(nèi)壁之間有空間，陰極(4)的桿體外壁與陰極基座(6)中軸的內(nèi)壁之間空間構(gòu)成水套a (VI)，水套a (VI)有冷卻進水口(601)接入和冷卻回水出口( 602 )接出；絕緣架(3 )為陽極套(I)與陰極基座(6 )之間的連接部件，絕緣架(3)的前部體中和后部體中各有空腔，絕緣架(3)前部空腔和后部空腔之間有隔板(301)，隔板(301)的中心有圓孔，絕緣架(3)后部的空腔通過隔板(301)中心的圓孔貫通到前部的空腔；陽極套(I)安裝在絕緣架(3)的前端，陽極套(I)的后部筒體伸入到絕緣架(3)前部的空腔中，陰極基座(6)安裝在絕緣架(3)的后端，陰極基座(6)的中軸前部伸入到絕緣架(3)后部的空腔中，陰極基座(6)的中軸前端與陽極(2)后端的壓縮孔道(III)之間有空間構(gòu)成收縮腔(IV)，陰極(4)的頭端置于收縮腔(IV)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體加熱分解器，其特征是陰極基座(6)的中軸前部體上有外螺紋結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流螺紋(604);陰極基座(6)的中軸后部周邊有環(huán)槽，陰極基座(6)中軸后部周邊的環(huán)槽構(gòu)成工作氣室(VD ;工作氣室(YD)有工作氣輸入接口(603)接入，工作氣室(YD)通過導(dǎo)流螺紋(604)的螺距空間連通到收縮腔(IV)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體加熱分解器，其特征是陰極(4)的桿體中有原料氣通道(V)，在原料氣通道(V)的內(nèi)壁上附有隔熱襯套(5);陰極(4)的頭端中心有原料氣噴口(404);原料氣通道(V)有原料氣輸入接口(403)接入，原料氣通道(V)通過原料氣噴口(404)連通到收縮腔(IV)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體加熱分解器，其特征是在水套b(II)的后端有堵圈(7)進行封閉，堵圈(7)緊密安裝在陽極(2)的后端頭(203)外壁與陽極套(I)后筒體的后端內(nèi)壁之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體加熱分解器，其特征是陽極(2)后端的壓縮孔道(III)為圓形直孔，圓形直孔的直徑與隔板(301)中心圓孔的直徑相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體加熱分解器，其特征是在水套b(II)側(cè)的陽極(2)壁體上有冷卻突環(huán)(202)凸出，冷卻突環(huán)(202)為一環(huán)以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體加熱分解器，其特征是在水套a(VI)側(cè)的陰極(4)壁體上有冷卻肋環(huán)(402)凸出，冷卻肋環(huán)(402)為一環(huán)以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體加熱分解器，其特征是陰極(4)的頭端加工成圓弧端面。
【文檔編號】H05H1/42GK103987183SQ201410237822
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月1日
【發(fā)明者】周開根 申請人:衢州昀睿工業(yè)設(shè)計有限公司