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。本實用新型適合在熱解水制氫或處理有害物質(zhì)的生產(chǎn)線中應用，保護生態(tài)環(huán)境。
【專利說明】-種等離子體加熱分解器

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及等離子設備，特別是涉及到一種等離子體加熱設備。

【背景技術】
[0002] 當前，等離子技術已得到廣泛的應用，工業(yè)上應用于等離子點火、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] 不同的應用場合對等離子設備的要求不同，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，對等離子體設備的設計提出了不同的要求。現(xiàn)有的等離子設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，但此反應需吸收大量熱能。等離子技術是熱解水制氫的候選技術之一，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， 而采用等離子技術則很容易做到。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型的目的是要克服現(xiàn)有等離子體設備電極易燒蝕、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)線中應用，實現(xiàn)清潔燃燒，保護生態(tài)環(huán) 境。
[0006] 本實用新型的一種等離子體加熱分解器，由陽極套（1)、陽極（2)、陰極基座（6)、 陰極（4)和絕緣架（3)組成，其中，陽極套（1)呈圓套筒結(jié)構(gòu)，陽極套（1)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（1)中，陽極（2)的前端頭（201)與陽極套（1)前部的承插口 (103)進行緊密裝配，陽極（2)的外壁與陽極套（1)的內(nèi)壁之間有空間，陽極（2)外壁與陽 極套（1)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（1)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（1)安裝在絕緣架（3)的前端，陽極套（1)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(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。
[0007] 本實用新型中，陰極基座（6)的中軸前部體上有外螺紋結(jié)構(gòu)的導流螺紋（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(W); 工作氣室(W)有工作氣輸入接口（603)接入，工作氣室(W)通過導流螺紋（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（1) 后筒體的后端內(nèi)壁之間；陽極（2)后端的壓縮孔道(ΠΙ)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] 上述的實用新型在具體實施時，工作電源的正極連接到陽極套（1)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(W)中，再通過導流螺紋（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，工作氣在導流螺紋（604)的引導下，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，當把本實用新型作為熱解水制氫設備應用時，原 料氣為水蒸汽，工作氣選用氫氣；當把本實用新型作為有害氣體的處置設備應用時，原料氣 為有害氣體，工作氣選用空氣。
[0009] 在等離子設備中，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。本實用新型中，在陰極（4)的桿體（401)外壁上設置凸出的冷卻肋環(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（1)后筒體的后端內(nèi)壁之間，使得 容易裝配和密封更可靠。
[0010] 本實用新型的有益效果是：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)線中應用，并且克服了現(xiàn)有等離子體設備的電極易燒蝕、使用壽命 不長的缺點。本實用新型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是本實用新型的一種等離子體加熱分解器的結(jié)構(gòu)圖。
[0012] 圖2是本實用新型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.導流螺紋，7.堵 圈，8.電磁線圈，I .擴散腔，II .水套b，III.壓縮孔道，IV .收縮腔，V .原料氣通道， VI.水套a，W.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（1)、陽極（2)、 陰極基座（6)、陰極（4)和絕緣架（3)組成，其中，陽極套（1)呈圓套筒結(jié)構(gòu)，陽極套（1)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（1)中，陽極（2)的前端頭 (201)與陽極套（1)前部的承插口（103)進行緊密裝配，陽極（2)的外壁與陽極套（1)的內(nèi) 壁之間有空間，陽極（2)外壁與陽極套（1)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（1) 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（1)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（1)安裝在絕緣架（3)的前端，陽極套（1)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(W);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(W)有工作氣輸入接口（603)接入， 工作氣室(W)通過導流螺紋（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（1)、絕緣架（3)和陰極基座（6)進行連接。本實施例在應用 時，工作電源的正極連接到陽極套（1)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（1)、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（1)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備應用或作為有害氣體的處置設備應用，當作為 熱解水制氫設備應用時，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?3500K，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備應用時，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)進行排放或回收利用。
【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（1)、陽極（2)、陰極基座 (6)、陰極（4)和絕緣架（3)組成，其中，陽極套（1)呈圓套筒結(jié)構(gòu)，陽極套（1)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（1)中，陽極（2)的前端頭（201)與陽極套（1)前部的承插口 (103)進行緊密裝配，陽極（2)的外壁與陽極套（1)的內(nèi)壁之間有空間，陽極（2)外壁與陽 極套（1)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（1)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（1)安裝在絕緣架（3)的前端，陽極套（1)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(W);工作氣室(W)有工作氣輸入接口（603)接入， 工作氣室(W)通過導流螺紋（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（1)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(ΠΙ)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】H05H1/42GK203851357SQ201420286222
【公開日】2014年9月24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)設計有限公司