阅读说明：本技术 一种热等离子火炬发生器 (Thermal plasma torch generator ) 是由 段志勇 于 2019-09-09 设计创作，主要内容包括：一种热等离子火炬发生器,本发明涉及热等离子处理技术领域,阳极的顶壁中部为圆台形结构,该圆台形结构的边缘与阴极下端的圆台体边缘平行设置,阳极的顶壁位于中部圆台形结构的外围部分为平顶式结构,该平顶式结构与阴极安装支架下端的平面相对称设置,两者之间的空间构成工作气体通道；上述平顶式结构的外缘设有倒角,该倒角与阴极安装支架下端外缘的倒角相对称设置,两者之间的空间构成喇叭状气体通道,喇叭状气体通道、工作气体通道以及阳极中的中心通道相贯通设置。其采用直流电、非转换电弧结构,阳极和阴极之间的电流不直接接触,等离子体在氮气等工作气体的压力作用下从阳极的环状中心喷出,与废气等接触,迅速完成反应。(The invention relates to a thermal plasma torch generator, which relates to the technical field of thermal plasma treatment.A middle part of a top wall of an anode is of a circular truncated cone-shaped structure, the edge of the circular truncated cone-shaped structure is parallel to the edge of a circular truncated cone body at the lower end of a cathode, the peripheral part of the top wall of the anode, which is positioned at the middle part of the circular truncated cone-shaped structure, is of a flat top type structure, the flat top type structure is symmetrically arranged with the plane at the lower end of a cathode mounting bracket, and a space between the flat top type structure; the outer edge of the flat top type structure is provided with a chamfer, the chamfer and the chamfer on the outer edge of the lower end of the cathode mounting bracket are symmetrically arranged, a horn-shaped gas channel is formed in the space between the chamfer and the chamfer, and the horn-shaped gas channel, the working gas channel and the central channel in the anode are communicated. The plasma is sprayed out from the annular center of the anode under the pressure action of working gas such as nitrogen and the like, and contacts with waste gas and the like to rapidly finish the reaction.)

一种热等离子火炬发生器

技术领域

本发明涉及热等离子处理技术领域，具体涉及一种热等离子火炬发生器。

背景技术

热等离子的产生方法有火花放电、电弧放电、射频放电、高频耦合放电、微波放电等五种。热等离子体除用于材料加工外，还可以用于废气、废液和固体废物的处理。等离子火炬由阴极和阳极之间放电，工作气体流过在强大电流作用下发生电离，形成等离子体火焰，在工作气体的作用下经过喷头喷射出形成喷射流火焰，而后与待处理废气混合。等离子体流将废气加热，在空气等气体的作用下，将废气中的有机物或者卤化物转化为二氧化碳、水等无机小分子物质。

专利号为GB2534890中提出将工作气体经螺旋管道进入阴阳极之间的放电区形成等离子体火焰，废气经阴极的中空管道进入，与等离子体流混合，两者轴向流动。

等离子反应过程温度高，反应速度快，对设备表面腐蚀性较大，造成设备材料使用寿命短。专利号为GB279514和CN201721240822.2中提出在反应腔壁内采用钝化层。钝化层的材料为氧化铝、氧化铝莫来石、氧化锆、氧化钇、熔融石英、二氧化铪、铝硅酸盐或者六硼化镧。钝化层比基底材料耐腐蚀，但是抗热破裂性差。钝化层采用喷涂、物理沉积、化学气相沉积和涂刷等方式置于基底材料之上。

热等离子体技术的核心是等离子火炬头发生器，又称火炬头。火炬头中，阳极和阴极之间通过极近的间隔，施加电场，产生放电。用电流的能量将工作气体电离，产生等离子体。产生的等离子体温度较高，一般在一千度到几万度。为防止氧气在高温下氧化损害阴极和阳极，工作气体采用氮气、氩气或者氢气。由于氮气不活泼并且便宜，是应用较广的工作气体。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种设计合理的热等离子火炬发生器，其采用直流电、非转换电弧结构，阳极和阴极之间的电流不直接接触，等离子体在氮气等工作气体的压力作用下从阳极的环状中心喷出，与废气等接触，迅速完成反应。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：它包含阴极安装支架、冷却腔压板、冷却腔冷却水进出口、阴极、阴极固定板、气体喷嘴、电极分离支架、阳极、电离腔体、电离腔冷却水进出口、下层支撑、底部支撑、电极护套、火焰护套、底部挡板；冷却腔压板螺纹连接固定在阴极安装支架的上端口上，阴极安装支架为中空圆柱体结构，其下端插设在电极分离支架的上端口内，且阴极安装支架的下部外环壁利用螺栓与电极分离支架的上壁连接固定，阴极安装支架的下端口内嵌设固定有阴极固定板，阴极嵌设固定在阴极固定板内；阳极的上端插设在电极分离支架的下端口内，阳极的外环壁夹设在电极分离支架的下端面与电离腔体上端面之间，阳极的下端插设在电离腔体中，且阳极的下端外壁与电离腔体内壁之间夹设有电极护套，电离腔体的下端插设并与下层支撑连接固定，阳极的下端口上螺纹连接有火焰护套，火焰护套与阳极为上下贯通式结构，火焰护套的外环壁上的撑板架设在电离腔体的内底面上，且火焰护套的下端依次穿过电离腔体的底壁和下层支撑后，插设在底部挡板中，底部挡板嵌设固定在底部支撑中，底部支撑固定在下层支撑的下表面；上述冷却腔压板的顶壁以及阴极安装支架的环壁上均插设有冷却腔冷却水进出口；上述电极分离支架的环壁上开设有工作气体入口，且电极分离支架的内环壁中插设有圆环形结构的气体喷嘴，气体喷嘴与工作气体入口相连通设置；上述电离腔体的环壁上连接有电离腔冷却水进出口；

上述阴极为圆柱体结构，其下端为圆台体结构；上述阳极的顶壁中部为圆台形结构，该圆台形结构的边缘与阴极下端的圆台体边缘平行设置，阳极的顶壁位于中部圆台形结构的***部分为平顶式结构，该平顶式结构与阴极安装支架下端的平面相对称设置，两者之间的空间构成工作气体通道；上述平顶式结构的外缘设有倒角，该倒角与阴极安装支架下端外缘的倒角相对称设置，两者之间的空间构成喇叭状气体通道，喇叭状气体通道、工作气体通道以及阳极中的中心通道相贯通设置。

进一步地，所述的电极护套由从上至下依次设置的上陶瓷层、磁铁层和下陶瓷层构成。

进一步地，所述的阴极的圆柱体结构的直径和高度之比为0.8-2：1。

进一步地，所述的阴极下端的圆台体结构的上下圆面直径之比为3-1.2:1，该圆台体结构的上圆面的直径与该圆台体结构的高度之比为15-5:1。

进一步地，所述的中心通道的高度和直径之比为6-1:1。

进一步地，所述的阳极顶壁中部的圆台形结构与阴极下端的圆台体之间的距离为0.5-5mm。

进一步地，所述的阴极和阳极之间的距离0.5-10mm。

进一步地，所述的底部支撑的厚度为1-5mm。

本发明的工作原理：气体从工作气体入口进入，经管道在气体喷嘴处喷入，经过阳极和阴极固定板之间的狭缝，以及阴极和阳极之间的狭缝，阳极和阴极固定板之间的狭缝为环状结构，阴极和阳极之间狭缝为近似圆锥环状结构，上部直径大，下部直径小；阴极和阳极之间的距离0.5-10mm，圆柱形的阴极与圆环形的阳极呈同轴排列，采用整流技术将交流电转变为直流电，提高电压，施加于阴极和阳极，在阴阳两极之间产生高压电，穿透工作气体，在短时间内电离气体分子，形成等离子体，高温的等离子体在阴阳极之间的电场作用下电离后产生，经过阳极中间的中心通道和火焰护套中间的圆柱形通道从下部喷出，形成热等离子体火焰；该火焰用于加热废气或者废液，提供高温热源；冷却腔冷却水进出口用于冷却阴极安装支架内部的冷却腔，电离腔冷却水进出口用于冷却电离腔体，下层支撑用于固定电离腔体，电极护套用于隔绝电极和其它部件，保证绝缘，并由电极护套中的磁铁层产生磁场，控制等离子体火焰不发生大的偏斜，保证其在中心通道以及火焰护套的中心向下运动；底部支撑为中空的圆盘状，用于和洗涤塔等部件连接，阴极和阳极为保证产生足够的电荷，需要高导电性。

采用上述结构后，本发明的有益效果是：本发明提供了一种热等离子火炬发生器，其采用直流电、非转换电弧结构，非转换电弧结构，阳极和阴极之间的电流不直接接触，等离子体在氮气的压力作用下从阳极的环状中心喷出，与空气接触，迅速完成反应。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的剖面图。

附图标记说明：

阴极安装支架1、冷却腔压板2、冷却腔冷却水进出口3、阴极4、阴极固定板5、气体喷嘴6、电极分离支架7、阳极8、电离腔体9、电离腔冷却水进出口10、下层支撑11、底部支撑12、电极护套13、火焰护套14、底部挡板15、工作气体入口16、工作气体通道17、喇叭状气体通道18、中心通道19。

具体实施方式

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下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本具体实施方式采用如下技术方案：它包含阴极安装支架1、冷却腔压板2、冷却腔冷却水进出口3、阴极4、阴极固定板5、气体喷嘴6、电极分离支架7、阳极8、电离腔体9、电离腔冷却水进出口10、下层支撑11、底部支撑12、电极护套13、火焰护套14、底部挡板15；冷却腔压板2材质为纯铜或者含铜不低于40%的铜锌合金、铜锡合金，且其螺纹连接固定在阴极安装支架1的上端口上，阴极安装支架1（材质为纯铜或者含铜不低于40%的铜锌合金或者铜锡合金）为中空圆柱体结构，其下端插设在电极分离支架7的上端口内，且阴极安装支架1的下部外环壁利用螺栓与电极分离支架7的上壁连接固定，阴极安装支架1的下端口内嵌设固定有阴极固定板5，该阴极固定板5为圆环形结构，材质为纯铜或者含铜不低于40%的铜锌合金或者铜锡合金，阴极4（材质为钨、钨化物或者钨合金）嵌设固定在阴极固定板5内；阳极8（材质为铜或者铜合金）的上端插设在电极分离支架7（材质为玻璃纤维、陶瓷或者玻璃纤维与陶瓷的复合材料）的下端口内，阳极8的外环壁夹设在电极分离支架7的下端面与电离腔体9（材质为含铜不低于40%的铜锌合金或者铜锡合金）上端面之间（三者之间利用螺栓连接固定），阳极8的下端插设在电离腔体9中，且阳极8的下端外壁与电离腔体9内壁之间夹设有电极护套13，电极护套13由从上至下依次设置的上陶瓷层、磁铁层和下陶瓷层构成（上陶瓷层和下陶瓷层也可以替换为聚四氟乙烯层，中间的磁铁层用于控制调节热等离子流向下运动，由于热等离子体流中存在大量的带电粒子，受到磁场的作用，可控制热等离子火焰的流动，使之不偏向管壁，而是沿着阳极中间的通道向下运动，电极护套13采用冷却水进行冷却，保证温度不会过高），电离腔体9的下端插设并与下层支撑11连接固定，阳极8的下端口上螺纹连接有火焰护套14（其位于火炬头中心最下部，为环状结构，材质为铜或者含铜不低于40%的铜锌合金或者铜锡合金），火焰护套14与阳极8为上下贯通式结构，火焰护套14的外环壁上的撑板架设在电离腔体9的内底面上，且火焰护套14的下端依次穿过电离腔体9的底壁和下层支撑11后，插设在底部挡板15中，底部挡板15的材质为陶瓷、氧化铝、玻璃纤维或者石棉，底部挡板15嵌设固定在厚度为1-5mm中空圆盘形结构的底部支撑12中，其材质为不锈钢，该底部支撑12为火炬头与其他设备的连接件，底部支撑12固定在下层支撑11的下表面（下层支撑11为底部支撑12与电离腔体9的绝缘部分，其材质为玻璃纤维、陶瓷或者玻璃纤维和陶瓷的复合材料）；上述冷却腔压板2的顶壁以及阴极安装支架1的环壁上均插设有冷却腔冷却水进出口3（冷却腔压板2上固定的一个和阴极安装支架环壁上的其中一个均用于进水，而阴极安装支架1环壁上的另一个用于出水，两个用于进水的冷却腔冷却水进出口3与用于出水的冷却腔冷却水进出口3之间利用管道连通）；上述电极分离支架7的环壁上开设有工作气体入口16，且电极分离支架7的内环壁中插设有圆环形结构的气体喷嘴6，气体喷嘴6上分布有多个气体孔道，用于工作气体流通，气体喷嘴6与工作气体入口16相连通设置；上述电离腔体9的环壁上连接有两个或者两个以上电离腔冷却水进出口10（一个用于进水，一个或者两个或者两个以上用于出水，两者之间利用管道连通）；

上述阴极4为圆柱体结构，直径和高度之比为0.8-2：1，阴极4的下端为圆台体结构，该圆台体结构的上下圆面直径之比为3-1.2:1，该圆台体结构的上圆面的直径与该圆台体结构的高度之比为15-5:1；上述阳极8的顶壁中部为圆台形结构，该圆台形结构的边缘与阴极4下端的圆台体边缘平行设置，且距离为0.5-5mm；阳极8的顶壁位于中部圆台形结构的***部分为平顶式结构，该平顶式结构与阴极安装支架1下端的平面相对称设置，两者之间的空间构成工作气体通道17；上述平顶式结构的外缘设有倒角，该倒角与阴极安装支架1下端外缘的倒角相对称设置，两者之间的空间构成喇叭状气体通道18，喇叭状气体通道18、工作气体通道17以及阳极8中的中心通道19相贯通设置，从而形成从气体喷嘴16到阴阳极之间的直径由大变小的圆锥形气体通道；中心通道19的高度和直径之比为6-1:1。

本具体实施方式的工作原理：工作气体（氩气、氦气、氮气和氢气，或者混合气体，不可以使用氧化性气体，以避免氧化钨阴极）从工作气体入口16进入，经管道在气体喷嘴6处喷入，经过阳极8和阴极固定板5之间的狭缝，以及阴极4和阳极8之间的狭缝，阳极8和阴极固定板5之间的狭缝为环状结构，阴极4和阳极8之间狭缝为近似圆锥环状结构，上部直径大，下部直径小；阴极4和阳极8之间的距离0.5-10mm，圆柱形的阴极4与圆环形的阳极8呈同轴排列，阳极8为铜材质，阴极4采用钨或者钨合金，或者钨化物材质，例如钍化钨、金属钨，采用整流技术将交流电转变为直流电，提高电压，施加于阴极4和阳极8，在阴阳两极之间产生高压电，击穿工作气体，在短时间内电离气体分子，形成等离子体，高温的等离子体在阴阳极之间的电场作用下电离后产生，经过阳极8中间的中心通道19和火焰护套14中间的圆柱形通道从下部喷出，形成热等离子体火焰（热等离子的温度达到一千度至几万度）；该火焰用于加热废气或者废液，提供高温热源；冷却腔冷却水进出口3用于冷却阴极安装支架1内部的冷却腔，电离腔冷却水进出口10用于冷却电离腔体9，下层支撑11用于固定电离腔体9，电极护套13用于隔绝电极和其它部件，保证绝缘，并由电极护套13中的磁铁层产生磁场，控制等离子体火焰不发生大的偏斜，保证其在中心通道19以及火焰护套14的中心向下运动；底部支撑12为中空的圆盘状，用于和洗涤塔等部件连接，阴极4和阳极8为保证产生足够的电荷，需要高导电性。

采用上述结构后，本具体实施方式的有益效果是：本具体实施方式提供了一种热等离子火炬发生器，其采用直流电、非转换电弧结构，阳极和阴极之间的电流不直接接触，等离子体在氮气等工作气体的压力作用下从阳极的环状中心喷出，与废气等接触，迅速完成反应。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。