[发明专利]一种组合式喷管阳极

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体设备，特别是涉及到一种等离子体喷枪的阳极结构。

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。

等离子热解水制氢技术是最近几年提出来的水制氢候选技术之一，因为水是一种相当稳定的物质，在常压条件下，温度在2000K时水分子几乎不分解，2500K时有25%的水发生分解，3400～3500K时氢气和氧气的摩尔分数达到最大，分别为18%和6%，当温度达到4200K以上时，水分子将全部分解为氢气、氢、氧气、氧和氢氧原子团，一般的加热方式难以达到这么高的温度，而使用等离子体喷枪则能做到；应用等离子体喷枪处理危险有害的废弃物和生活垃圾，使气化炉不需输入空气或氧气，使生活垃圾转化的合成气品质好，达到化工原料的要求，合成气再通过后级设备生产甲醇或二甲醚产品，实现资源化和无污染处理生活垃圾；在煤气化生产线上如利用等离子体喷枪把水蒸汽加热分解后再喷入气化炉内，与煤炭进行化学反应，所发生的反应是放热反应，使气化炉不需输入空气或氧气助燃，生产的合成气中氢气的分数比例高，废气的含量低，实现节能减排。

然而，等离子体喷枪的阳极多使用紫铜材料，很容易烧蚀，损坏后需进行整体更换阳极，不仅影响生产，而且增加成本。

发明内容

本发明的目的是要克服现有等离子体喷枪存在的缺点，提供一种组合式的喷管阳极，使阳极不易烧蚀和不需整体更换阳极，以提高生产效率及节约成本。

本发明的一种组合式喷管阳极，其特征是喷管阳极主要由管壳1、紫铜压缩圈5、阳极喷管3和锁紧螺母2组成，其中：管壳1为圆筒体结构，管壳1的壁体上有冷却水进口1-7和冷却水出口1-2，管壳1的前部壁体上有与锁紧螺母2配合的外螺纹1-3，管壳1前端的壁体内侧有槽口1-4；紫铜压缩圈5和阳极喷管3设置在管壳1的内空间中，紫铜压缩圈5位于管壳1内的后部，紫铜压缩圈5的前部中心有圆形的榫槽5-1，紫铜压缩圈5的后部为由后向前收窄的喇叭口结构，紫铜压缩圈5的喇叭口与榫槽5-1之间有贯通的圆形直孔，紫铜压缩圈5的喇叭口、圆形直孔和榫槽5-1同轴设置，紫铜压缩圈5的喇叭口外沿为直径扩大的突沿5-2，突沿5-2的外壁与管壳1后部的内壁配合；阳极喷管3为由后向前逐渐扩张的锥形圆管，阳极喷管3后端的内空直径与紫铜压缩圈5上圆形直孔的直径相同，阳极喷管3的后部有榫头3-3，榫头3-3的直径与紫铜压缩圈5上的榫槽5-1直径相同，阳极喷管3的前部外沿上有安装凸缘3-1和拆卸槽3-2，拆卸槽3-2位于安装凸缘3-1之前，拆卸槽3-2的直径小于安装凸缘3-1的直径，凸缘3-1的直径与管壳1上的槽口1-4匹配；阳极喷管3后部的榫头3-3嵌入到紫铜压缩圈5的榫槽5-1中，阳极喷管3上的安装凸缘3-1置于管壳1的槽口1-4中，用锁紧螺母2把阳极喷管3紧密固定在管壳1上。

本发明中，在管壳1后部的外壁上有安装螺口1-1；在管壳1前端的槽口1-4中有密封环4；紫铜压缩圈5的外壁、阳极喷管3的外壁与管壳1之间的环形空间构成水套Ⅰ，水套Ⅰ的下方连通到冷却水进口1-7，水套Ⅰ的上方连通到冷却水出口1-2；紫铜压缩圈5的喇叭口空间构成放电区Ⅷ；紫铜压缩圈5与榫槽5-1之间的圆形直孔构成压缩孔道Ⅶ；阳极喷管3的锥形后端构成内喷口Ⅵ，阳极喷管3的锥形空间构成喷射腔Ⅳ，阳极喷管3的锥形前端构成外喷口Ⅴ；放电区Ⅷ依次通过压缩孔道Ⅶ和内喷口Ⅵ连通到喷射腔Ⅳ。

紫铜材料具有优良的导电性能及很高的导热系数，其导热系数达到400 W/m·℃以上，是钢材的七倍左右，应用紫铜材料制作喷管阳极的内套，通过水套的冷却作用，当等离子体电弧通过压缩孔道Ⅶ时，便对等离子体电弧产生强烈的磁压缩和冷压缩，使等离子体电弧进一步升温，提高加热效率。然而，紫铜材料的抗高温能力低，在喷射腔Ⅳ段的喷管壁体容易被烧蚀而损坏。