本發(fā)明涉及加熱設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于等離子弧的加熱方法、加熱裝置及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

等離子體是目前工業(yè)化應(yīng)用中的新型熱源，主要應(yīng)用于冶煉、噴涂、焊接、垃圾處理以及工業(yè)加熱、民用加熱等領(lǐng)域。等離子體分為低溫等離子體和高溫等離子體。低溫等離子體主要用于等離子電視、表面防水涂層以及電腦芯片等產(chǎn)品的應(yīng)用。高溫等離子體主要利用等離子弧的高溫、能量集中以及電熱轉(zhuǎn)換效率高等特性而應(yīng)用于垃圾處理以及作為工業(yè)加熱、民用加熱等的熱源。

根據(jù)等離子體的特性研制出用于實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用的等離子發(fā)生器。等離子發(fā)生器能夠同時(shí)產(chǎn)生正離子和負(fù)離子，所產(chǎn)生的正離子和負(fù)離子在空氣中進(jìn)行正負(fù)電荷中和的瞬間易產(chǎn)生巨大的能量。巨大能量在釋放過程中能夠使周圍的細(xì)菌結(jié)構(gòu)發(fā)生改變或發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)菌死亡，實(shí)現(xiàn)殺菌、滅菌的作用。

目前，等離子發(fā)生器主要通過氬氣、氮?dú)庖约盎旌蠚怏w等作為電弧的壓縮介質(zhì)。采用氬氣、氮?dú)庖约盎旌蠚怏w等作為壓縮介質(zhì)的等離子發(fā)生器在加熱或垃圾焚燒時(shí)不可避免地會(huì)出現(xiàn)較大的煙塵以及氧化物。煙塵以及氧化物的產(chǎn)生容易污染環(huán)境，影響人類生活。氬氣、氮?dú)庖约盎旌蠚怏w等成本較高，造成資源及能源的浪費(fèi)。等離子發(fā)生器的陰極電極為金屬鎢。金屬鎢容易在使用過程中發(fā)生燒損，縮短金屬鎢的使用壽命，因而金屬鎢僅能使用十幾至二十幾個(gè)小時(shí)。由于現(xiàn)有等離子發(fā)生器為固定式電極，因而當(dāng)金屬鎢燒損至不能使用時(shí)，必須更換陰極電極。陰極電極的頻繁更換導(dǎo)致工作效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于等離子弧的加熱方法、加熱裝置及應(yīng)用，以解決現(xiàn)有等離子發(fā)生器使用時(shí)污染環(huán)境的問題。

本發(fā)明提供一種基于等離子弧的加熱方法，所述方法包括：

高頻電流擊穿腔體內(nèi)的霧化水分子，以使所述霧化水分子電離，陰極與陽極之間形成初始引導(dǎo)電弧噴射；

所述初始引導(dǎo)電弧噴射促使所述陰極與所述陽極之間形成功率電?。?/p>

所述功率電弧加速所述霧化水分子電離；

所述霧化水分子電離出的氫氣和氧氣對(duì)所述功率電弧壓縮，形成高溫等離子弧噴射；

斷開所述高頻電流，所述高溫等離子弧噴射形成等離子火焰，使所述等離子火焰加熱。

優(yōu)選地，所述陽極包括第一陽極和第二陽極；

所述高頻電流擊穿腔體內(nèi)的所述霧化水分子，以使所述陰極與所述第一陽極之間形成所述初始引導(dǎo)電弧噴射；

所述初始引導(dǎo)電弧噴射促使所述陰極與所述第二陽極之間形成功率電?。?/p>

所述功率電弧加速所述霧化水分子電離；

所述霧化水分子電離出的氫氣和氧氣對(duì)所述功率電弧壓縮，形成高溫等離子弧噴射；

斷開所述高頻電流，所述高溫等離子弧噴射形成等離子火焰，使所述等離子火焰加熱。

優(yōu)選地，所述霧化水分子電離出的氫氣和氧氣對(duì)所述功率電弧壓縮，形成高溫等離子弧噴射包括：

所述霧化水分子電離出的氫氣和氧氣對(duì)所述功率電弧壓縮，形成高溫等離子?。?/p>

所述高溫等離子弧使所述霧化水分子雪崩式電離；

所述霧化水分子雪崩式電離出的氫氣和氧氣對(duì)所述功率電弧再次壓縮，形成高溫等離子弧噴射。

優(yōu)選地，所述霧化水分子為所述腔體的冷卻用水經(jīng)霧化裝置霧化形成。

本發(fā)明提供一種基于等離子弧的加熱裝置，所述加熱裝置包括腔體、第一陽極電極座和霧化裝置；

所述第一陽極電極座位于所述腔體正下方，所述第一陽極電極座與所述腔體之間設(shè)置有陽極絕緣體，且所述腔體與所述第一陽極電極座之間相連通；

所述霧化裝置的第一排氣管貫穿所述第一陽極電極座，且所述第一排氣管的端部位于所述腔體與所述第一陽極電極座之間；

所述腔體內(nèi)部設(shè)置有安裝座、電極夾頭和陰極電極棒，所述安裝座、所述電極夾頭和所述電極夾頭的中心線重合；所述安裝座位于所述電極夾頭的上方，且所述陰極電極棒貫穿所述安裝座和所述電極夾頭；

所述安裝座上設(shè)置有陰極進(jìn)水管和陰極出水管，所述陰極進(jìn)水管的一端和陰極出水管的一端在所述電極夾頭處相連通，且所述陰極出水管貫穿所述第一陽極電極座。

優(yōu)選地，所述加熱裝置還包括第二陽極電極座，所述第二陽極電極座位于所述第一陽極電極座的下方，所述第二陽極電極座與所述第一陽極電極座之間設(shè)置有中空的絕緣墊，且所述第二陽極電極座與所述第一陽極電極座之間相連通。

優(yōu)選地，所述加熱裝置還包括陽極水管，所述陽極水管貫穿所述第二陽極電極座；所述陰極出水管的另一端與所述陽極水管的進(jìn)水端通過調(diào)節(jié)閥相連通；所述陽極水管的出水端與所述霧化裝置相連接。

優(yōu)選地，所述加熱裝置還包括電極推進(jìn)裝置，所述電極推進(jìn)裝置設(shè)置于所述腔體的頂端，且所述電極推進(jìn)裝置與所述陰極電極棒相接觸。

優(yōu)選地，所述電極推進(jìn)裝置包括調(diào)節(jié)手柄、調(diào)節(jié)螺栓和調(diào)節(jié)螺母；所述調(diào)節(jié)螺母外設(shè)于所述調(diào)節(jié)螺栓，且所述調(diào)節(jié)螺母的內(nèi)螺紋與所述調(diào)節(jié)螺栓的外螺紋相吻合；所述調(diào)節(jié)螺栓的兩端分別連接所述調(diào)節(jié)手柄和所述陰極電極棒。

本發(fā)明提供的基于等離子弧的加熱裝置用于垃圾焚燒、工業(yè)獨(dú)立加熱或民用加熱。

本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

本發(fā)明提供一種基于等離子弧的加熱方法及加熱裝置，其中，加熱方法包括：高頻電流擊穿腔體內(nèi)的霧化水分子，以使所述霧化水分子電離，陰極與陽極之間形成初始引導(dǎo)電弧噴射；所述初始引導(dǎo)電弧噴射促使所述陰極與所述陽極之間形成功率電?。凰龉β孰娀〖铀偎鲮F化水分子電離；所述霧化水分子電離出的氫氣和氧氣對(duì)所述功率電弧壓縮，形成高溫等離子弧噴射；斷開所述高頻電流，所述高溫等離子弧噴射形成等離子火焰，使所述等離子火焰加熱。本發(fā)明提供的基于等離子弧的加熱方法或加熱裝置通過高頻電流擊穿腔體水分子。高頻電流的擊穿使得霧化水分子發(fā)生電離形成氫離子氣和氧離子氣。同時(shí)，高頻電流的擊穿還使得陰極與陽極之間形成初始引導(dǎo)電弧。氫離子氣和氧離子氣在初始引導(dǎo)電弧的作用下在陽極處形成小電流離子弧噴射。小電流離子弧噴射立刻加速霧化水分子的電離，進(jìn)而初始引導(dǎo)電弧在陽極處形成初始引導(dǎo)電弧噴射。初始引導(dǎo)電弧噴射的形成促使陰極與陽極之間形成功率電弧。功率電弧的形成會(huì)加速霧化水分子的電離，產(chǎn)生更多的氫離子氣和氧離子氣。較多的氫離子氣和氧離子氣聚集形成氫氣和氧氣。由于氫氣和氧氣的膨脹作用使得氫氣和氧氣對(duì)功率電弧壓縮，壓縮的功率電弧形成高溫等離子弧。高溫等離子弧再次加速霧化水分子的電離，使得高溫等離子弧與霧化水分子之間形成互助推挽模式，極大提高水的電解效率，最終由于腔體空間的限制形成高溫等離子弧噴射。高溫等離子弧噴射形成后，斷開高頻電流，高溫等離子弧噴射形成等離子火焰，使等離子火焰持續(xù)加熱。由于氫氣和氧氣的燃燒值很高，且水的電解效率很高，因而本發(fā)明提供的基于等離子弧的加熱方法或加熱裝置具有很高的電熱轉(zhuǎn)換效率，能夠用于加熱、焚燒，且節(jié)約能源。由于高溫等離子弧噴射形成及加熱的過程中僅使用水，因而不會(huì)產(chǎn)生有害氣體成分，進(jìn)而不會(huì)污染空氣，實(shí)現(xiàn)無污染加熱、焚燒。

由于高溫等離子弧與霧化水分子之間的互助作用以及氫氣和氧氣的燃燒值，使得高溫等離子弧噴射的火焰具有較高的溫度，且火焰面積增大40-50％。當(dāng)本發(fā)明提供的加熱方法或加熱裝置在用于垃圾焚燒時(shí)，較高的火焰溫度使得垃圾直接碳化，殺死細(xì)菌及微生物，且不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)。較大的火焰面積能夠處理大范圍的垃圾，從而提高垃圾處理效率。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實(shí)施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的第一種基于等離子弧的加熱方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的第二種基于等離子弧的加熱方法的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的第一種基于等離子弧的加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的第二種基于等離子弧的加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的第三種基于等離子弧的加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的圖5中a-a出的截面圖；

符號(hào)表示：

1-腔體，2-第一陽極電極座，3-霧化裝置，4-陽極絕緣體，5-第一排氣管，6-安裝座，7-電極夾頭，8-陰極電極棒，9-陰極進(jìn)水管，10-陰極出水管，11-第二陽極電極座，12-絕緣墊，13-陽極水管，14-調(diào)節(jié)閥，15-電極推進(jìn)裝置，16-調(diào)節(jié)手柄，17-調(diào)節(jié)螺栓，18-調(diào)節(jié)螺母，19-密封墊，20-腔體絕緣層，21-輸電管，22-緊固螺紋，23-外罩，24-推進(jìn)絕緣層，25-第二排氣管。

具體實(shí)施方式

這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

請(qǐng)參考附圖1，附圖1示出了本發(fā)明提供的第一種基于等離子弧的加熱方法的流程示意圖。

本發(fā)明提供一種基于等離子弧的加熱方法，該方法包括：

s101：高頻電流擊穿腔體內(nèi)的霧化水分子，以使所述霧化水分子電離，陰極與陽極之間形成初始引導(dǎo)電弧噴射。

通過霧化裝置將水分子霧化，以備后續(xù)的使用。采用高頻電流震蕩擊穿霧化水分子。引弧擊穿時(shí)間為毫秒級(jí)，極短時(shí)間擊穿的霧化水分子不會(huì)產(chǎn)生有害氣體成分，因而不會(huì)污染空氣。霧化水分子在高頻電流擊穿時(shí)會(huì)電離出氫離子氣和氧離子氣，同時(shí)陰極與陽極之間產(chǎn)生功率約為1kw的初始引導(dǎo)電弧。氫離子氣和氧離子氣在初始引導(dǎo)電弧的作用下在陽極形成小電流離子弧噴射。小電流離子弧噴射立刻加速霧化水分子的電離，進(jìn)而初始引導(dǎo)電弧在陽極處形成初始引導(dǎo)電弧噴射。

s102：所述初始引導(dǎo)電弧噴射促使所述陰極與所述陽極之間形成功率電弧。

由于初始引導(dǎo)電弧的噴射以及不斷產(chǎn)生的氫離子氣和氧離子氣，因而在陰極與陽極之間形成功率電弧。

s103：所述功率電弧加速所述霧化水分子電離。

功率電弧的形成會(huì)加速霧化水分子的電離，產(chǎn)生更多的氫離子氣和氧離子氣。較多的氫離子氣和氧離子氣聚集形成氫氣和氧氣。

s104：所述霧化水分子電離出的氫氣和氧氣對(duì)所述功率電弧壓縮，形成高溫等離子弧噴射。

由于氫氣和氧氣不斷產(chǎn)生，且由于氫氣和氧氣的膨脹作用使得氫氣和氧氣對(duì)功率電弧壓縮。經(jīng)過壓縮的功率電弧形成高溫等離子弧。高溫等離子弧再次加速霧化水分子的電離，使得高溫等離子弧與霧化水分子之間形成互助推挽模式，極大提高水的電解效率，最終由于腔體空間的限制形成高溫等離子弧噴射。

在高溫等離子弧與霧化水分子之間形成互助推挽模式中，由于高溫等離子弧的功率較高使得霧化水分子呈現(xiàn)雪崩式電離，電離速度明顯加快。霧化水分子雪崩式電離產(chǎn)生的氫氣和氧氣不斷對(duì)陽極處的高溫等離子弧壓縮。當(dāng)高溫等離子弧由于腔體空間的限制壓縮到一定程度時(shí)，高溫等離子弧從噴射管道噴射出加熱裝置，形成高溫等離子弧噴射。

s105：斷開所述高頻電流，所述高溫等離子弧噴射形成等離子火焰，使所述等離子火焰加熱。

當(dāng)高溫等離子弧噴射形成后，斷開引弧的高頻電流，此時(shí)初始引導(dǎo)電弧切斷。在高溫等離子弧與霧化水分子之間所形成互助推挽模式下，高溫等離子弧噴射持續(xù)噴出，并將氫氣與氧氣燃燒，形成純綠色的等離子火焰。引弧的高頻電流斷開后，等離子火焰完全依靠霧化水分子電解二產(chǎn)生噴弧，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)持續(xù)加熱。

請(qǐng)參考附圖2，附圖2示出了本發(fā)明提供的第二種基于等離子弧的加熱方法的流程示意圖。

本發(fā)明提供一種基于等離子弧的加熱方法，在該方法中，陽極包括第一陽極和第二陽極。具體地，本發(fā)明提供的基于等離子弧的加熱方法包括：

s201：所述高頻電流擊穿腔體內(nèi)的所述霧化水分子，以使所述陰極與所述第一陽極之間形成所述初始引導(dǎo)電弧噴射。

采用高頻高壓震蕩電流擊穿經(jīng)霧化裝置霧化的水分子。霧化水分子在高頻電流擊穿震蕩時(shí)會(huì)電離出氫離子氣和氧離子氣，同時(shí)陰極與第一陽極之間產(chǎn)生功率約為1kw的初始引導(dǎo)電弧。氫離子氣和氧離子氣在初始引導(dǎo)電弧的作用下在第一陽極處形成小電流離子弧噴射。小電流離子弧噴射立刻加速霧化水分子的電離，進(jìn)而初始引導(dǎo)電弧在第一陽極處形成初始引導(dǎo)電弧噴射。

s202：所述初始引導(dǎo)電弧噴射促使所述陰極與所述第二陽極之間形成功率電弧。

由于初始引導(dǎo)電弧的噴射以及不斷產(chǎn)生的氫離子氣和氧離子氣，因而使得氫離子氣和氧離子氣范圍擴(kuò)大。當(dāng)氫離子氣和氧離子氣擴(kuò)大至第二陽極處時(shí)，陰極與第二陽極之間形成功率電弧。

s203：所述功率電弧加速所述霧化水分子電離。

功率電弧在陰極與第二陽極之間形成的過程中同時(shí)使得霧化水分子的電離速度加快，產(chǎn)生更多的氫離子氣和氧離子氣。較多的氫離子氣和氧離子氣聚集形成氫氣和氧氣。

s204：所述霧化水分子電離出的氫氣和氧氣對(duì)所述功率電弧壓縮，形成高溫等離子弧噴射。

由于氫氣和氧氣不斷產(chǎn)生，且由于氫氣和氧氣的膨脹作用使得氫氣和氧氣對(duì)第二陽極處的功率電弧壓縮。經(jīng)過壓縮的功率電弧形成高溫等離子弧。高溫等離子弧再次加速霧化水分子的電離，使得高溫等離子弧與霧化水分子之間形成互助推挽模式，極大提高水的電解效率，最終由于腔體空間的限制形成高溫等離子弧噴射。

在高溫等離子弧與霧化水分子之間形成互助推挽模式中，由于高溫等離子弧的功率、弧壓、電場(chǎng)強(qiáng)度倍數(shù)加大，使得陰極與第二陽極之間的霧化水分子呈現(xiàn)雪崩式電離，電離速度明顯加快，實(shí)現(xiàn)氧氣和氫氣的高速高效產(chǎn)生。霧化水分子雪崩式電離產(chǎn)生的氫氣和氧氣不斷對(duì)第二陽極處的高溫等離子弧壓縮。當(dāng)高溫等離子弧由于腔體空間的限制壓縮到一定程度時(shí)，即達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，高溫等離子弧從噴射管道穩(wěn)定噴射出加熱裝置，形成高溫等離子弧噴射。

s205：斷開所述高頻電流，所述高溫等離子弧噴射形成等離子火焰，使所述等離子火焰加熱。

當(dāng)高溫等離子弧噴射形成后，斷開高頻電流，此時(shí)初始引導(dǎo)電弧切斷。在高溫等離子弧與霧化水分子之間所形成互助模式下，高溫等離子弧噴射持續(xù)噴出，并將氫氣與氧氣燃燒，形成純綠色的等離子火焰。等離子火焰實(shí)現(xiàn)持續(xù)加熱。

由于本發(fā)明實(shí)施例提供的第二種等離子弧的加熱方法包括兩個(gè)陽極，因而能夠大大提高水的電解效率，使電弧壓縮比增強(qiáng)，電弧始終集中在噴嘴孔中心位置，延長(zhǎng)陽極的使用壽命，進(jìn)而延長(zhǎng)加熱裝置的使用壽命。另外，初始引導(dǎo)電弧和高溫等離子弧分別在陰極與第一陽極之間以及陰極與第二陽極之間形成。高溫等離子弧形成后，功率電弧由陰極8與第二陽極電極座11之間產(chǎn)生。盡管第一陽極電極座2的引導(dǎo)電源已經(jīng)切斷，此時(shí)水霧化后通過第一排氣管5排入第一陽極電極座2和陰極電極棒8之間，強(qiáng)電場(chǎng)及電弧高溫的作用仍然高速電離出氫氧離子氣，其氫氧氣與第一陽極噴嘴形成第一次電弧壓縮；水霧化后通過第二排氣管25排入第二陽極電極座11和第一陽極電極座2之間，高速電離的氫氧離子氣與第二陽極噴嘴形成第二次電弧壓的縮氣。由于第二陽極電極座11的弧壓成倍增高，則電場(chǎng)強(qiáng)度成倍加大，加上電弧溫度更高，因而電解速度更快，提高高溫等離子弧與霧化水分子之間的協(xié)同作用。

在本發(fā)明實(shí)施例提供的基于等離子弧的加熱方法中，霧化水分子可以為外接水源經(jīng)過霧化裝置霧化后進(jìn)入到加熱裝置的腔體內(nèi)。由于經(jīng)過壓縮的高溫等離子弧溫度能夠達(dá)到11000-15000℃，因而加熱裝置的材質(zhì)必須為耐熱材質(zhì)。然而由于加熱裝置長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，因而加熱裝置的使用壽命較短。為進(jìn)一步延長(zhǎng)加熱裝置的使用壽命，需要對(duì)加熱裝置進(jìn)行冷卻處理。通常使用的冷卻劑為水。通入加熱裝置的水對(duì)陰極以及陽極進(jìn)行冷卻。已經(jīng)通過陰極以及陽極的水經(jīng)過熱交換后往往具有較高的溫度，但較高溫度的水通常被排掉，造成資源浪費(fèi)。由于經(jīng)過熱交換的水具有較高的溫度，有利于霧化裝置霧化為水分子，因而在本發(fā)明實(shí)施例中，經(jīng)過熱交換的水經(jīng)過霧化裝置重新進(jìn)入腔體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)水資源的再利用，降低使用成本。

在高溫等離子弧噴射形成等離子火焰的過程中，若腔體的霧化水分子較多，則在高溫等離子弧與霧化水分子之間形成互助模式下產(chǎn)生的氫氣和氧氣較多。較多的氧氣和氫氣燃燒過程中產(chǎn)生較高的熱量，因而等離子火焰的外圍溫度仍然較高。但在有些工業(yè)及民用加熱中并不需要較高的溫度，因而需要調(diào)節(jié)等離子火焰的溫度。等離子火焰溫度的調(diào)節(jié)通過水進(jìn)入霧化裝置的速度、電源電流的大小、改變第二陽極噴嘴孔徑或燃燒孔徑等實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步，在本發(fā)明實(shí)施例中，等離子火焰的長(zhǎng)度以及直徑可以根據(jù)加熱室的尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)。如在相同的功率情況下，加熱室的直徑越小，等離子火焰越細(xì)長(zhǎng)。反之，則等離子火焰越粗短。

請(qǐng)參考附圖3，附圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的第一種基于等離子弧的加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于等離子弧的加熱裝置包括腔體1、第一陽極電極座2和霧化裝置3。腔體1為加熱裝置的結(jié)構(gòu)本體，用于承載加熱裝置的其余部件。第一陽極電極座2為本發(fā)明實(shí)施例中的陽極電極，用于與陰極電極棒8配合使用。霧化裝置3為將水霧化為水分子的裝置。

具體地，腔體1為類似于圓柱的柱狀體。腔體1的兩端均開口，且腔體1內(nèi)部的底部與電極夾頭7端部的外形相一致。腔體1的外側(cè)設(shè)置有腔體絕緣層20。腔體絕緣層20由防護(hù)絕緣材料制備，以防止加熱裝置在使用時(shí)漏電。由于等離子火焰的溫度較高，腔體絕緣層20還能夠起到隔絕溫度的作用。腔體1的內(nèi)部設(shè)置有安裝座6、電極夾頭7和陰極電極棒8。安裝座6為安裝陰極進(jìn)水管9和陰極出水管10的裝置。電極夾頭7用于夾住陰極電極棒8，以防止陰極電極棒8在腔體1內(nèi)部發(fā)生晃動(dòng)。為便于電極夾頭7夾住陰極電極棒8以及安裝座6的設(shè)置，安裝座6、電極夾頭7和陰極電極棒8的豎直中心線重疊。

腔體1內(nèi)各部件在具體設(shè)置時(shí)，安裝座6和電極夾頭7分別位于腔體1的兩端，其中，安裝座6位于電極夾頭7的上方。電極夾頭7的上部與腔體1的底部相吻合，且電極夾頭7的下部突出于腔體1，以便于電極夾頭7夾住的陰極電極棒8與第一陽極電極座2之間建立初始引導(dǎo)電弧。為增加安裝座6和腔體1之間的密封性，安裝座6和腔體1之間設(shè)置有密封墊19。為便于陰極電極棒8與第一陽極電極座2之間建立初始引導(dǎo)電弧，陰極電極棒8與第一陽極電極座2之間需要近距離設(shè)置。由于第一陽極電極座2設(shè)置于腔體1的外側(cè)底部，因而為便于初始引導(dǎo)電弧的建立，陰極電極棒8貫穿電極夾頭7。盡管本發(fā)明實(shí)施例提供的陰極電極棒8的材質(zhì)采用抗氧化性非常強(qiáng)、燒損遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于鎢的稀有金屬，然而在使用過程中也會(huì)發(fā)生燒損。為便于更換燒損的陰極電極棒8，陰極電極棒8貫穿安裝座6，進(jìn)而便于陰極電極棒8拆卸。若在本發(fā)明中采用金屬鎢作為電極，由于鎢不能遇空氣及氧氣，所以只能使用氬氣或氮?dú)獾茸鳛閴嚎s氣體，且燒損速度較快，金屬鎢僅能使用十幾至二十幾個(gè)小時(shí)。

進(jìn)一步，安裝座6上設(shè)置有陰極進(jìn)水管9和陰極出水管10。陰極進(jìn)水管9用于將外部的水引入陰極電極棒8，通過水與陰極電極棒8之間的熱交換實(shí)現(xiàn)對(duì)陰極電極棒8的冷卻。陰極出水管10用于將經(jīng)過熱交換的水排出陰極電極棒8。陰極進(jìn)水管9的一端與外接水源相連通，另一端在電極夾頭7處與陰極出水管10的一端相連通。陰極出水管10的另一端貫穿第一陽極電極座2，進(jìn)而通過水與第一陽極電極座2之間的熱交換實(shí)現(xiàn)對(duì)第一陽極電極座2的冷卻。經(jīng)過再次熱交換的水可以直接排出加熱裝置。由于經(jīng)過兩次熱交換后，水的溫度較高，因而容易氣化及霧化。在本發(fā)明實(shí)施例中，陰極出水管10穿過第一陽極電極座2后，陰極出水管10中溫度較高的水直接排入霧化裝置3中，進(jìn)而由霧化裝置3對(duì)水進(jìn)行霧化。

在本發(fā)明實(shí)施例提供的基于等離子弧的加熱裝置中，第一陽極電極座2設(shè)置于腔體1的正下方，且第一陽極電極座2與腔體1相連通。第一陽極電極座2為中空的部件，以便于形成的等離子火焰由中空處排入燃燒管路中，進(jìn)而排出加熱裝置。由于電極夾頭7的下部突出于腔體1，且第一陽極電極座2與腔體1相連通，因而陰極電極棒8與第一陽極電極座2之間的距離較近，進(jìn)而便于初始引導(dǎo)電弧建立。進(jìn)一步，第一陽極電極座2與腔體1之間設(shè)置有陽極絕緣體4。陽極絕緣體4用于隔離陰極電極棒8與第一陽極電極座2，以防止陰極電極棒8與第一陽極電極座2發(fā)生接觸。陽極絕緣體4為中空部件，以便于陰極電極棒8靠近第一陽極電極座2。

在本發(fā)明實(shí)施例提供的基于等離子弧的加熱裝置中，霧化裝置3設(shè)置有第一排氣管5。霧化裝置3將水霧化后由第一排氣管5排入第一陽極電極座2和陰極電極棒8之間。第一排氣管5貫穿第一陽極電極座2，且第一排氣管5的端部位于腔體1與第一陽極電極座2之間，以便于霧化水分子由第一排氣管5排入后作用于第一陽極電極座2和陰極電極棒8。

進(jìn)一步，加熱裝置還包括設(shè)置于安裝座6上的輸電管21，且輸電管21貫穿安裝座6。安裝座6的下部設(shè)有緊固螺紋22。輸電管21、陰極電極棒8、陰極進(jìn)水管9和陰極出水管10均貫穿緊固螺紋22。由于輸電管21、陰極電極棒8均貫穿緊固螺紋22，因而當(dāng)輸電管21接通電源時(shí)，電流能夠通過輸電管21、緊固螺紋22傳輸至陰極電極棒8。通常的，陰極電極棒8通過輸電管21連接電源的負(fù)極，第一陽極電極座2連接電源的正極。另外，第一陽極電極座2還連接引弧線端。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于等離子弧的加熱裝置的工作過程為：通過陰極進(jìn)水管9向陰極進(jìn)水管9、陰極出水管10等水流管路中注入水，直至水到達(dá)霧化裝置3處。霧化裝置3將水霧化后通過第一排氣管5排入第一陽極電極座2和陰極電極棒8之間。將加熱裝置的輸電管21和第一陽極電極座2分別接通電源。接通電源的瞬間，高頻電流震蕩擊穿腔體內(nèi)已霧化的水分子。高頻電流的擊穿使得霧化水分子發(fā)生電離形成氫離子氣和氧離子氣。同時(shí)，高頻電流的擊穿還使得陰極電極棒8與第一陽極電極座2之間形成初始引導(dǎo)電弧。氫離子氣和氧離子氣在初始引導(dǎo)電弧的作用下在第一陽極電極座2處形成小電流離子弧噴射。小電流離子弧噴射立刻加速霧化水分子的電離，進(jìn)而初始引導(dǎo)電弧在第一陽極電極座2處形成初始引導(dǎo)電弧噴射。初始引導(dǎo)電弧噴射的形成促使陰極電極棒8與第一陽極電極座2之間形成功率電弧。功率電弧的形成會(huì)加速霧化水分子的電離，產(chǎn)生更多的氫離子氣和氧離子氣，同時(shí)引燃第二陽極電極座11主功率電弧的建立，由于主功率弧建立弧壓成倍增高、電場(chǎng)強(qiáng)度成倍增大，此時(shí)分別進(jìn)入第一陽極與第二陽極區(qū)域的霧化水分子進(jìn)入高速電離過程。較多的氫離子氣和氧離子氣聚集形成氫氣和氧氣。由于氫氣和氧氣的膨脹作用使得氫氣和氧氣對(duì)主功率電弧的強(qiáng)性壓縮，壓縮的功率電弧形成高溫等離子弧。強(qiáng)磁場(chǎng)的高溫等離子弧再次加速霧化水分子的電離，使得高溫等離子弧與霧化水分子之間形成互助推挽模式。強(qiáng)磁場(chǎng)的高溫等離子弧實(shí)現(xiàn)對(duì)水分子的高速度、高效率的電解，電離的氫氧氣同時(shí)作用電弧的壓縮形成高溫等離子弧噴射。高溫等離子弧噴射形成后，電源自動(dòng)斷開高頻引弧回路，此時(shí)水霧化后通過第一排氣管5排入第一陽極電極座2和陰極電極棒8之間，電離的氫氧離子氣與第一陽極形成第一次電弧壓縮；水霧化后通過第二排氣管25排入第二陽極電極座11和第一陽極電極座2之間，電離的氫氧離子氣與第二陽極電極座11形成第二次電弧壓縮氣。高溫等離子弧噴射形成等離子火焰，等離子火焰由第一陽極電極座2的噴嘴間隙處排出，只要在陰極棒8與第二陽極座電極11通入電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)等離子火焰的持續(xù)加熱。

請(qǐng)參考附圖4，附圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的第二種基于等離子弧的加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

基于本發(fā)明實(shí)施例提供的第一種加熱裝置，本發(fā)明實(shí)施例提供的第二種基于等離子弧的加熱裝置還包括第二陽極電極座11。第二陽極電極座11用于與第一陽極電極座2配合使用，進(jìn)而由陰極電極棒8與第一陽極電極座2之間形成初始引導(dǎo)電弧，陰極電極棒8與第二陽極電極座11之間形成高溫等離子弧。由于兩種電弧分別在兩個(gè)陽極上形成，因而能夠延長(zhǎng)陽極的使用時(shí)間，同時(shí)增大加熱裝置的功率。高溫等離子弧形成后，功率電弧由陰極8與第二陽極電極座11之間產(chǎn)生。盡管第一陽極電極座2的引導(dǎo)電源已經(jīng)切斷，此時(shí)水霧化后通過第一排氣管5排入第一陽極電極座2和陰極電極棒8之間，強(qiáng)電場(chǎng)及電弧高溫的作用仍然高速電離出氫氧離子氣，其氫氧氣與第一陽極噴嘴形成第一次電弧壓縮；水霧化后通過第二排氣管25排入第二陽極電極座11和第一陽極電極座2之間，高速電離的氫氧離子氣與第二陽極噴嘴形成第二次電弧壓的縮氣。由于第二陽極電極座11的弧壓成倍增高，則電場(chǎng)強(qiáng)度更大，加上電弧溫度更高，所以電解速度更快。

第二陽極電極座11設(shè)置于第一陽極電極座2的下方。與第一陽極電極座2相同的，第二陽極電極座11中間部位也設(shè)置為中空的，進(jìn)而便于等離子火焰的噴射。第一陽極電極座2與第二陽極電極座11之間設(shè)置有中空的絕緣墊12，以隔絕第一陽極電極座2與第二陽極電極座11。由于第一陽極電極座2和第二陽極電極座11均為中空的，且絕緣墊12也為中空，因而第一陽極電極座2和第二陽極電極座11之間相連通，進(jìn)而便于高溫等離子弧的形成與噴射。

進(jìn)一步，加熱裝置還包括貫穿第二陽極電極座11的陽極水管13，陽極水管13的一端與陰極出水管10的一端相連通，進(jìn)而便于已經(jīng)冷卻陰極電極棒8、第一陽極電極座2的水對(duì)第二陽極電極座11進(jìn)行冷卻。陽極水管13的另一端與霧化裝置3相連接。由于水已經(jīng)與陰極電極棒8、第一陽極電極座2和第二陽極電極座11進(jìn)行三次熱交換，因而水的溫度較高，且接近或到達(dá)水的氣化溫度。較高溫度的水通過霧化裝置3后容易加速霧化裝置3對(duì)水的霧化，提高霧化效率。霧化裝置3上還設(shè)置有第二排氣管25。第二排氣管25貫穿第二陽極電極座11，且第二排氣管25的端部位于陰極電極棒8和第二陽極電極座11之間，以便于為陰極電極棒8和第二陽極電極座11處提供霧化水分子。

由于陰極電極棒8與第二陽極電極座11之間形成高溫等離子弧，而高溫等離子弧具有很高的溫度，因而第二陽極電極座11的溫度較高，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陰極電極棒8、第一陽極電極座2的溫度。為充分冷卻第二陽極電極座11及充分加熱水，陽極水管13設(shè)置為螺旋狀。在本發(fā)明實(shí)施例中，第二陽極電極座11與外接電源的正極相連接。

更進(jìn)一步，陽極水管13與陰極出水管10的連通處設(shè)置有調(diào)節(jié)閥14。調(diào)節(jié)閥14用于調(diào)節(jié)陰極出水管10進(jìn)入陽極水管13的進(jìn)水量。由于能夠通過調(diào)節(jié)閥14控制進(jìn)入陽極水管13的進(jìn)水量，進(jìn)而能夠調(diào)節(jié)霧化裝置3的霧化率。由于霧化率可控，因而進(jìn)入陰極電極棒8與第二陽極電極座11之間的霧化水分子的量可控，進(jìn)而能夠控制氫氣和氧氣的產(chǎn)出量，并達(dá)到最大電解率。由于電解水分子產(chǎn)生最大化的氫氧氣，使得等離子火焰流得以最大化的增加，以便于適用于不同環(huán)境的加熱以及垃圾處理。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于等離子弧的加熱裝置的工作過程為：通過陰極進(jìn)水管9向陰極進(jìn)水管9、陰極出水管10等水流管路中注入水，直至水到達(dá)霧化裝置3處。霧化裝置3將水霧化后通過第一排氣管5排入第一陽極電極座2和陰極電極棒8之間。將加熱裝置的輸電管21和第一陽極電極座2分別接通電源。接通電源的瞬間，交流電高頻擊穿腔體內(nèi)已霧化的水分子。高頻電流的擊穿使得霧化水分子發(fā)生電離形成氫離子氣和氧離子氣。同時(shí)，高頻電流的擊穿還使得陰極電極棒8與第一陽極電極座2之間形成初始引導(dǎo)電弧。氫離子氣和氧離子氣在初始引導(dǎo)電弧的作用下在第一陽極電極座2處形成小電流離子弧噴射。小電流離子弧噴射立刻加速霧化水分子的電離，進(jìn)而初始引導(dǎo)電弧在第一陽極電極座2處形成初始引導(dǎo)電弧噴射。初始引導(dǎo)電弧噴射的形成促使陰極電極棒8與第二陽極電極座11之間形成功率電弧。功率電弧的形成會(huì)加速霧化水分子的電離，產(chǎn)生更多的氫離子氣和氧離子氣。較多的氫離子氣和氧離子氣聚集形成氫氣和氧氣。由于氫氣和氧氣的膨脹作用使得氫氣和氧氣對(duì)第二陽極電極座11處的功率電弧壓縮，壓縮的功率電弧形成高溫等離子弧。高溫等離子弧再次加速霧化水分子的電離，使得高溫等離子弧與霧化水分子之間形成互助模式，極大提高水的電解效率，最終由于陰極電極棒8與第二陽極電極座11之間的腔體空間的限制形成高溫等離子弧噴射。高溫等離子弧噴射形成后，斷開高頻電流，高溫等離子弧噴射形成等離子火焰，等離子火焰由第二陽極電極座11的中空處排出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)等離子火焰的持續(xù)加熱。

請(qǐng)參考附圖5，附圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的第三種基于等離子弧的加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參考附圖6，附圖6示出了附圖5中a-a出的截面圖。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于等離子弧的加熱裝置還包括電極推進(jìn)裝置15。盡管本發(fā)明實(shí)施例的陰極電極棒8的材質(zhì)采用抗氧化非常強(qiáng)、燒損遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于鎢的稀有金屬，在使用的過程中也會(huì)發(fā)生燒損。為延長(zhǎng)陰極電極棒8的使用壽命以及減少陰極電極棒8的更換次數(shù)，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于等離子弧的加熱裝置設(shè)置有電極推進(jìn)裝置15。電極推進(jìn)裝置15設(shè)置于腔體1的頂端，且電極推進(jìn)裝置15與陰極電極棒8相接觸。由于電極推進(jìn)裝置15與陰極電極棒8相接觸，當(dāng)陰極電極棒8燒損至當(dāng)前長(zhǎng)度不能使用時(shí)，通過推動(dòng)電極推進(jìn)裝置15使得陰極電極棒8向前移動(dòng)，繼而使得陰極電極棒8靠近第一陽極電極座2，保證初始引導(dǎo)電弧的產(chǎn)生。

進(jìn)一步，電極推進(jìn)裝置15包括調(diào)節(jié)手柄16、調(diào)節(jié)螺栓17和調(diào)節(jié)螺母18。調(diào)節(jié)手柄16為電極推進(jìn)裝置15的把手，以方便推進(jìn)陰極電極棒8。調(diào)節(jié)螺母18外設(shè)于調(diào)節(jié)螺栓17，且調(diào)節(jié)螺母18的內(nèi)螺紋與調(diào)節(jié)螺栓17的外螺紋相吻合，因而調(diào)節(jié)螺栓17能夠在調(diào)節(jié)螺母18內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)節(jié)螺栓17的兩端分別連接調(diào)節(jié)手柄16和陰極電極棒18。當(dāng)需要推進(jìn)陰極電極棒8時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)手柄16，調(diào)節(jié)手柄16的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)調(diào)節(jié)螺栓17在調(diào)節(jié)螺母18內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)螺栓17推動(dòng)陰極電極棒8移動(dòng)。更進(jìn)一步，調(diào)節(jié)螺母18外側(cè)設(shè)置有外罩23，以保護(hù)調(diào)節(jié)螺栓17和調(diào)節(jié)螺母18。由于調(diào)節(jié)螺栓17與陰極電極棒8相連接，當(dāng)陰極電極棒8連通電源時(shí)，調(diào)節(jié)螺栓17有可能發(fā)生漏電現(xiàn)象。為防止發(fā)生漏電，外罩23的外層還設(shè)置有推進(jìn)絕緣層24。在本發(fā)明實(shí)施例中，所有起到隔離作用的部件，如絕緣墊12、腔體絕緣層20以及推進(jìn)絕緣層24等均為陶瓷、絕緣橡膠等絕緣材料。

由于氫氣和氧氣的燃燒值很高，且水的電解效率很高，因而本發(fā)明提供的基于等離子弧的加熱方法具有很高的電熱轉(zhuǎn)換效率，且電熱轉(zhuǎn)換效率能夠達(dá)到96％以上，進(jìn)而能夠用于加熱。通過本發(fā)明實(shí)施例提供的加熱裝置與電爐作對(duì)比，對(duì)于相同的加熱功率加熱同體積的水，本發(fā)明實(shí)施例提供的加熱裝置能夠節(jié)省1/4-1/5的時(shí)間。由于高溫等離子弧噴射形成及加熱的過程中僅使用水，因而不會(huì)產(chǎn)生有害氣體成分，進(jìn)而不會(huì)污染空氣，實(shí)現(xiàn)無污染、環(huán)保加熱。另外，在霧化水分子電離出的氫氣和氧氣，而氫氣和氧氣在高溫等離子弧噴射的作用下發(fā)生燃燒的過程中，氫氣和氧氣一直處于安全范圍內(nèi)，不會(huì)發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)，進(jìn)而保證人身以及財(cái)物安全。

由于氫氣和氧氣的燃燒值很高，因而氫氣和氧氣燃燒所產(chǎn)生的熱能接近加熱裝置總熱能的50％。另外，由于氫氣和氧氣的體積較大，因而能夠擴(kuò)大加熱裝置高溫區(qū)域的面積，且使得高溫區(qū)域面積較現(xiàn)有等離子發(fā)生器的高溫區(qū)域面積增大40-50％。在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)本發(fā)明提供的加熱方法或加熱裝置在用于垃圾焚燒時(shí)，較高的火焰溫度使得垃圾迅速脫水，細(xì)菌、病毒及微生物碳化裂解，徹底消滅病毒源菌以及各種微生物。垃圾、細(xì)菌、病毒及微生物等在高溫等離子弧的作用下邁開其燃點(diǎn)而直接碳化，沒有燃燒的煙塵以及其他產(chǎn)生有害物質(zhì)。另外，氫氣與氧氣燃燒產(chǎn)生的水以水蒸汽的形式向外蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)無污染、環(huán)保的垃圾處理。由于高溫區(qū)域面積的增大使得本發(fā)明實(shí)施例提供的方法或裝置能夠處理大范圍的垃圾，從而提高垃圾處理效率。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實(shí)踐這里發(fā)明的公開后，將容易想到本發(fā)明的其它實(shí)施方案。本申請(qǐng)旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識(shí)或慣用技術(shù)手段。說明書和實(shí)施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，諸如“第一”和“第二”等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。