一种用于化学过程的炬装置制造方法及图纸

用于例如化学过程的能源而设计的一种等离子体炬，该等离子炬至少包括三个同轴地位于相互里边的固体管状电极（１、２和３），这些电极（１，２，３）相互间可以轴向移动，它们相互最好是电绝缘的（５，６，７）并具有电源连接线（８，９和１０）。当使用三个电极时，中间的电极（２）用作辅助电极或引燃电极。然后它与其中一个另外电极（１）结合，到第三电极（３）的距离与工作电压是以这样一种方式相适应，即当接上工作电压时，可以获得跳跃的火花。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关系到一种最好用于化学过程能源的等离子炬，该等离子炬具有一些相互同轴放置的管状电极，这些电极被连接到一个电源上，气体一直输送到内电极和电极之间的空间中，借助于在电极之间延伸的电弧所加热的气体而形成高温等离子体。为了在气体中或在气体和液体的混合物或固体颗粒中取得理想的化学反应，在某些情况下，必须供给能量。在极高的温度大约1000至3000度温度下，某些这样的化学反应才在气体中发生。为了能够控制和调节这种化学反应，检测气体的量和温度也是必要的，利用在等离子炬中的电弧呈加热气体的技术可以满足上述要求。迄今所知的等离子炬首先被用来在焊接和切割钢中加热气体，在冶金过程中和在实验室试验中用于加热。由于它们常常需要高消耗量的等离子气，当气体输送通过炬时，气体要消耗电弧所产生的热量，因此，从经济加热的观点出发，在某些应用场合中，它们是不太有利的。因此本专利技术的目的是提供一种等离子炬，它具有良好的热经济性，长的电极寿命以及工作可靠，适于工艺应用的结构。该目的是用一个等离子炬来实现的，该炬的特征为所提交权利要求中的特征部分。该等离子炬由一些同轴安置在相互外边的管状电极构成。该等离子炬的一头封闭，而另一头是打开的，这些电极相互可轴向移动，这些电极相互最好是电绝缘的并具有电源连接线，整个内电极和在电极间的空间中提供有输送气体的接头，高温等离子体通过气体被加热并被电弧电离而形成。在本专利技术中，三个或更多的管状电极同轴地被安置在相互的外边，该炬的最简单形式是装有三根电极，一根中心电极，一根辅助电极和一根外电极。在另一个实施例中，一根或多根电极可以同轴地安置在外电极的外边。在这些电极之间形成环状通道，在中心电极中间及在环状通道中可以输入形成等离子体的气体和/或反应物。一种惰性气体比如氮或氩可以用作形成等离子的气体，这样的气体通常将不参与或不影响炬内发生的化学反应，形成等离子的气体也可以是同类型的形成为等离子炬内反应产物的气体。反应物可以是纯气体或者混有液体的气体或者是在等离子焰内发生的化学反应，例如热分解反应所需要的固体颗粒。反应物本身也可以是形成等离子的气体。等离子炬内的电极是固态的并且可以是损耗型的，最好用石墨作为一种电极材料，石墨具有高熔点和只需短时间冷却的特点。这样就构成一种实际上设计简单的等离子炬并且重要的是改进了炬的能效。这些电极可以相互轴向移动，电极的相互调节提供了改变电弧平均长度和那儿的工作电压的可能性，这些又影响了热量的输出，此外，电弧的形状也会改变。如果外电极以这样一种方式调节，即它突出到中心电极的外边，则等离子区将成为漏斗形状并对输送到等离子区中心的反应物供以高温，如果中心电极以这样一种方式调节，即它突出在外电极之外，则等离子区将呈尖形并将较大部分的热量传给周围的腔而直接传给输送到中心处的反应物的较少。在这种方法中，按照必须加热的介质特性，可以调节这些电极的轴向位置。该等离子炬被从一个供电系统中供以电源，如果有必要冷却的话，这些电极经导体接到电源上，可以向等离子炬供以交流电或者最好供给直流电。等离子炬的电极可以以两种不同的方式连接在一起，辅助电极可以接到中心电极上或者接到外电极上，因此当使用直流电时可以使用四种不同的连接。一种可能的连接是把辅助电极接到外电极上，在这种方式中这两个电极具有同电位，最好作为阳极时它们与正电压相接，然后中心电极被接到负电压上作为阴极。使用这种连接方式极性可以互换，能够把中心电极接到正电压上作为阳极用，而把两个连起来的电极接到负电压上作为阴极。另一种可能的连接是辅助电极与中心电极结合，使这两个电极具有同电位，然后它们最好被接到正电压上作为阳极而把外电极接到负电压上作为阴极。用这种连接方式，电极的极性也可以互换，能够把两个连在一起的电极接到负电压上作为阴极，而把外电极接到正电压上作为阳极。还有一种可能的连接方式是使辅助电极的电压和与其连接的电极电压稍有差别。当使用如上所述的第一种提到的连接方式时，外电极和它的座与辅助电极和它的座一起最好接地电位，这样两个所述的电极和它们的座没有相互接触的危险。由于中心电极和它的座对地有某个电压，因此相对于轴向定位所用的设备应当是电绝缘的。设计具有外电极和内辅助电极、同时这两个电极接到同一电压上的这种炬的目的是为了获得等离子炬的电弧可靠引燃和等离子炬稳定再引燃装置。当在冷等离子气情况下起动炬和在低电极温度情况下以获得稳定工作时，辅助电极是极其重要的。试验也已表明，当使用一种或同种类等离子气时，在低电极温度情况下，装有辅助电极的炬比没装辅助电极的炬工作更稳定。当工作电压接到电极上时，辅助电极提供炬的可靠引燃，辅助电极设置地靠近中心电极，使得电压接上时，在它们之间有电火花跳跃并瞬间形成电弧。所以辅助电极可以被称为引燃极，电极之间所选定距离首先由工作电压决定，但它也取决于其它因素例如所使用的形成等离子体的气体种类。磁力将把电弧移至电极端部和移出进入到电极外部的空间内，并当电极之间存在相同电压时，一旦电弧被引燃，它就有能力获得较长的长度，这样在辅助电极上的它的足点将向外移动然后将跳跨到同电位的外电极上。由于这种现象只存在很短时间，与电弧足点要存在很长时间的外电极和中心电极上的烧蚀相比，辅加电极仅仅承受很小的烧蚀量。辅加电极相对于外电极可以在轴向上移动，在工作期间它被抽出，但只远得足以使直接在辅助电极端部上的中心电极表面有足够高的温度，能使它易于发射电子就行，这样以确保再引燃，然而辅加电极要被抽离远的足以阻止它继续形成弧足点才行。外电极和辅加电极具有相同电压，连接可以在炬内或炬外进行，如果在炬内进行连接，这两个电极之间一般不用电绝缘材料。控制系统可以进行辅加电极轴向位置的调节，这样可使最小的平均电流强度通过它，从而在辅加电极上的损耗实际上减小了。之后外电极和辅加电极彼此电绝缘，因此可以彼此无关的测量通过这两电极的电流，并将数值输入控制设备。发现，按照本专利技术所设计的等离子炬中的电弧朝着电极的端部被推出并出来进入到它们端部外的空间里，这是由于电弧中产生的电磁力以及所提供的气体迫使它朝外这个事实的原因。最后，这个电弧可以拉到它断裂为止的长度，从而熄灭。当外电极和中心电极之间的电弧熄灭时，它将在辅助电极和中心电极之间迅速地再引燃，在正常工作情况中发现，电弧不断熄灭并必须被再引燃，这样按照所述，使辅加电极用于按照本专利技术的等离子炬的连续工作是绝对必不可少的。该等离子炬装有环状磁性线圈或者环状永久磁铁，它们位于电极外边，或在电弧形成的炬区内围绕着电极的端部设置或者靠近这个区域设置。该磁性线圈或永久磁铁以这样一种方式设置，即它们在炬的这个区域内产生轴向磁场，从而引起电弧围绕着炬的中心轴旋转，这点对于炬的工作可靠性是重要的。沿炬的中心轴可以放置一个或多个铁磁材料体，这样的物体将把磁场集中在工作弧区内，如果理想话，可将磁场从具有较强轴向磁场的区域引至弧区，这种物体及它的放置情况，在申请人的挪威专利申请号914910中加以了描述。此外，磁场将阻止电弧由内电极上的一个具体点运动到外电极上的一个具体点，这样引起在电极表面上形成弧坑和裂口的情况。在磁场影响下电弧将沿着这些电极的圆周旋转，于是可以获得无凹陷烧蚀的电极表面从实质上减少了电极上的损耗，结果可以增加电极上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于例如化学过程的能源而设计的非转移电弧的等离子体炬，其中等离子体炬包括几个同轴地位于相互里边的管状电极，在那儿的这些电极最好相互是电绝缘的并具有能接到交流电或直流电的电源连接线，最好在电弧的工作区内安置有轴向磁场，其中这些电极中由一种高熔点的非金属材料构成以及形成等离子体的气体和／或反应物可以被输送到整个中心电极和电极间的环状空间中，其特征在于：至少要用三种电极即外电极（１），辅助电极（２）和中心电极（３）来构成，电极（１，２和３）可以相互轴向移动并且辅助电极（２）构成一引燃极，它与其它电极（１，３）之一电连接，所以这样的两个电极具有相同极性和电压，其中辅助电极（２）在工作期间被抽离等离子体区域。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S赖努，K豪斯滕，K霍斯，J哈达尔，N迈克里巴斯特，
申请(专利权)人：克瓦纳尔技术研究公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]