一種微孔膜結(jié)構(gòu)的陰極及等離子體熱解水噴槍的制作方法
【專利摘要】一種微孔膜結(jié)構(gòu)的陰極及等離子體熱解水噴槍，涉及到一種等離子體噴槍，陰極由微孔膜陰極頭和陰極套組成，微孔膜陰極頭的微孔構(gòu)成水分子的過濾通道，微孔膜陰極頭嵌入到陰極套前部的壁體中，微孔膜陰極頭的頭部從陰極套的前端伸出；等離子體熱解水噴槍由后座、陰極、螺旋導(dǎo)流器、陽極套和陽極組成，后座的回轉(zhuǎn)體中有供水導(dǎo)流管和陰極連桿，螺旋導(dǎo)流器的回轉(zhuǎn)體中有螺旋導(dǎo)流肋，陽極為文丘里噴管結(jié)構(gòu)，陽極以嵌入方式安裝在陽極套內(nèi)，陽極外壁與陽極套內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成冷卻水套，陰極連接在后座的陰極連桿前端，螺旋導(dǎo)流器的后端安裝在后座上，陽極套攜陽極安裝在螺旋導(dǎo)流器的前端。本發(fā)明利用水的汽化潛熱快速吸收陰極頭的熱量，使陰極不易被燒蝕。
【專利說明】一種微孔膜結(jié)構(gòu)的陰極及等離子體熱解水噴槍

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體設(shè)備，特別是涉及到一種等離子體噴槍。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，等離子技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用，工業(yè)上應(yīng)用于等離子點(diǎn)火、等離子噴涂、金屬冶煉、等離子加熱制造納米材料、切割、垃圾焚燒廢物處理等。等離子體的處理方式和一般的方式大不一樣，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)，伴隨著放電現(xiàn)象將會生成了激發(fā)原子、激發(fā)分子、離解原子、游離原子團(tuán)、原子或分子離子群的活性化學(xué)物以及它們與其它的化學(xué)物碰撞而引起的反應(yīng)。在等離子體發(fā)生器中，放電作用使得工作氣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，溫度可達(dá)幾萬度以上。
[0003]等離子熱解水制氫技術(shù)是最近幾年提出來的水制氫候選技術(shù)之一，因?yàn)樗且环N相當(dāng)穩(wěn)定的物質(zhì)，在常壓條件下，溫度在2000K時(shí)水分子幾乎不分解，2500K時(shí)有25%的水發(fā)生分解，3400?3500K時(shí)氫氣和氧氣的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到最大，分別為18%和6%，當(dāng)溫度達(dá)到4200K以上時(shí),水分子將全部分解為氫氣、氫、氧氣、氧和氫氧原子團(tuán)，一般的加熱方式難以達(dá)到這么高的溫度，而使用等離子體噴槍則能做到。當(dāng)把水通過等離子體噴槍分解后輸入到生活垃圾或工業(yè)有機(jī)廢棄物的氣化爐中，與生活垃圾或工業(yè)有機(jī)廢棄物進(jìn)行造氣反應(yīng)，使生活垃圾或工業(yè)有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化的合成氣品質(zhì)好，達(dá)到化工原料的要求，合成氣再通過后級設(shè)備生產(chǎn)甲醇或二甲醚產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)資源化和無污染處理生活垃圾和工業(yè)有機(jī)廢棄物；在煤氣化生產(chǎn)線上如利用等離子體噴槍把水加熱分解后再噴入氣化爐內(nèi)，與煤炭進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，所發(fā)生的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，使氣化爐不需輸入空氣或氧氣助燃，提高煤炭的氣化率，并且生產(chǎn)的合成氣中氫氣的分?jǐn)?shù)比例高，廢氣的含量低，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
[0004]等離子體噴槍的陰極是發(fā)射電子的部件，由于承受電流的沖擊和數(shù)萬度的高溫?zé)疲虼?，陰極的頭部很容易被燒蝕而致?lián)p壞，不僅影響生產(chǎn)，而且增加生產(chǎn)成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是要提供一種微孔膜結(jié)構(gòu)的陰極及等離子體熱解水噴槍，用于生活垃圾、工業(yè)有機(jī)廢棄物氣化爐或煤氣化裝置的氣化爐中，提高氣化率及提高合成氣的品質(zhì)，并且使陰極不易被燒蝕，克服現(xiàn)有等離子體噴槍的陰極容易被燒蝕的缺點(diǎn)，以延長等離子體噴槍的使用周期，提高生產(chǎn)效率及節(jié)約生產(chǎn)成本。
[0006]本發(fā)明的一種微孔膜結(jié)構(gòu)的陰極，其特征是陰極由微孔膜陰極頭(1-2)和陰極套(1-1)組成，其中，微孔膜陰極頭(1-2)為金屬粉末燒結(jié)的微孔濾膜結(jié)構(gòu)，金屬粉末間的微孔構(gòu)成水分子的過濾通道，微孔膜陰極頭(1-2)的后端中心有圓錐形的凹槽(I )，凹槽(I )構(gòu)成水源入口 ；陰極套(1-1)為空心圓棒體結(jié)構(gòu)，微孔膜陰極頭(1-2)嵌入到陰極套(1-1)前部的壁體中，微孔膜陰極頭(1-2)的頭部從陰極套(1-1)的前端伸出，陰極套(1-1)的內(nèi)空間構(gòu)成水室(II)。本發(fā)明中，微孔膜陰極頭(1-2)的后端外側(cè)有凸緣(1-3)，凸緣(1-3)構(gòu)成微孔膜陰極頭(1-2)的軸向限位結(jié)構(gòu)；微孔膜陰極頭(1-2)的頭部為由后向前縮小的圓錐體結(jié)構(gòu)，其圓錐角度(a)為45° -120° ;微孔膜陰極頭(1-2)的頭端為圓弧形結(jié)構(gòu)，其圓弧半徑(R )為;在陰極套(I _ I)后部的壁體上有外六角體(I _4 )，在陰極套(1-1)的后端有連接螺紋(1-5)。本發(fā)明中，微孔膜陰極頭(1-2)的金屬粉末選用鎢(W)粉末和鎳硫合金(N1-S)粉末混合的材料，燒結(jié)成鎢鎳假合金零件，燒制時(shí)，鎢(W)、鎳硫合金(N1-S)既不互相溶解，也不形成金屬間化合物，所形成的假合金組織為鎢顆粒、鎳硫合金顆粒的二相結(jié)構(gòu)，假合金組織中存在微小孔隙，具有過濾水分子功能和催化功能。
[0007]本發(fā)明的一種等離子體熱解水噴槍，其特征是噴槍由后座(2)、陰極(I)、螺旋導(dǎo)流器(3)、陽極套(4)和陽極(5)組成，其中，后座(2)為回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，后座(2)的回轉(zhuǎn)體中有供水導(dǎo)流管(2-3)和陰極連桿(2-4)，陰極連桿(2-4)為圓管體結(jié)構(gòu)，供水導(dǎo)流管(2-3)和陰極連桿(2-4)同軸設(shè)置，供水導(dǎo)流管(2-3)在陰極連桿(2-4)的管內(nèi)，供水導(dǎo)流管(2-3)的管內(nèi)空間構(gòu)成冷卻供水通道(X)，供水導(dǎo)流管(2-3)的外壁與陰極連桿(2-4)內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成冷卻回水通道(IX);陰極(I)由微孔膜陰極頭(1-2)和陰極套(1-1)構(gòu)成，微孔膜陰極頭(1-2)為金屬粉末燒結(jié)的微孔濾膜結(jié)構(gòu)，金屬粉末間的微孔構(gòu)成水分子的過濾通道，微孔膜陰極頭(1-2)的后端中心有圓錐形的凹槽(I )，凹槽(I )構(gòu)成水源入口，陰極套(1-1)為空心圓棒體結(jié)構(gòu)，微孔膜陰極頭(1-2)嵌入到陰極套(1-1)前部的壁體中，微孔膜陰極頭(1-2)的頭部從陰極套(1-1)的前端伸出，陰極套(1-1)的內(nèi)空間構(gòu)成水室(II);螺旋導(dǎo)流器(3)為回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，螺旋導(dǎo)流器(3)的回轉(zhuǎn)體中有螺旋導(dǎo)流肋(3-1)，螺旋導(dǎo)流肋(3-1)的螺距空間構(gòu)成螺旋導(dǎo)流通道(IV);陽極套(4)為圓筒體結(jié)構(gòu)，陽極(5)為文丘里噴管結(jié)構(gòu)，陽極(5)的文丘里噴管中的喉口為圓形直孔，陽極(5)以嵌入方式安裝在陽極套(4)內(nèi)，陽極(5)外壁與陽極套(4)內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成冷卻水套(VI)，冷卻水套(VI)有冷卻劑進(jìn)口(4-2 )接入和冷卻劑出口( 4-1)接出；陰極(I)連接在后座(2 )的陰極連桿(2-4)前端，螺旋導(dǎo)流器(3)的后端安裝在后座(2)上，陽極套(4)攜陽極(5)安裝在螺旋導(dǎo)流器(3)的前端，陰極(I)從螺旋導(dǎo)流器(3)的內(nèi)空間中穿過，陰極(I)的頭部進(jìn)入到陽極(5)后端的文丘里噴管入口空間中，陽極(5)后端的文丘里噴管入口空間構(gòu)成放電區(qū)，陽極(5)的文丘里噴管的喉口構(gòu)成壓縮孔道(VII)，陽極(5)的文丘里噴管的擴(kuò)張段內(nèi)空間構(gòu)成噴射腔(V);在后座(2)的回轉(zhuǎn)體中或在螺旋導(dǎo)流器(3)的回轉(zhuǎn)體中有氣室(III)，氣室(III)有工作氣輸入接口(2-1)接入，氣室(III)通過螺旋導(dǎo)流通道(IV)連通到陽極(5)后端的放電區(qū)，放電區(qū)通過壓縮孔道(VD連通到噴射腔(V)。本發(fā)明中，當(dāng)氣室(III)設(shè)置在后座(2)的回轉(zhuǎn)體中時(shí)，陰極連桿(2-4)的外壁與后座(2)外層壁體之間的空間構(gòu)成氣室(III)，工作氣輸入接口(2-1)設(shè)置在后座(2)的外層壁體上；當(dāng)氣室(III)設(shè)置在螺旋導(dǎo)流器(3)的回轉(zhuǎn)體中時(shí)，由陰極連桿(2-4)的外壁與螺旋導(dǎo)流器(3)的內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成氣室(III)，工作氣輸入接口(2-1)設(shè)置在螺旋導(dǎo)流器(3)的壁體上；供水導(dǎo)流管(2-3)的出水口為收窄的噴嘴結(jié)構(gòu)，供水導(dǎo)流管(2-3)的出水口伸入到微孔膜陰極頭(1-2)后端的凹槽(I)中；供水導(dǎo)流管(2-3)內(nèi)的冷卻供水通道(X)有冷卻水輸入接口(2-5)接入，冷卻供水通道(X)通過微孔膜陰極頭(1-2)后端的凹槽(I )和水室(II)連通到冷卻回水通道(IX)，冷卻回水通道(IX)有冷卻水輸出接口(2-6)接出；螺旋導(dǎo)流肋(3-1)前端的部位為由后向前收窄的結(jié)構(gòu)，與陽極(5)后端的文丘里入口進(jìn)行平滑銜接，螺旋導(dǎo)流肋(3-1)前端的由后向前收窄的內(nèi)空間構(gòu)成約束口(珊)；微孔膜陰極頭(1-2)的頭部為由后向前縮小的圓錐體結(jié)構(gòu)，其圓錐角度(a)為45° -120° ；微孔膜陰極頭(1-2)的頭端為圓弧形結(jié)構(gòu),其圓弧半徑(R)為;微孔膜陰極頭(1_2)的后端外側(cè)有凸緣(1-3)，凸緣(1-3)構(gòu)成微孔膜陰極頭(1-2)的軸向限位結(jié)構(gòu)。
[0008]上述的發(fā)明應(yīng)用時(shí)，采用去離子水作為原料水，一路原料水兼冷卻水通過冷卻水輸入接口( 2-5 )進(jìn)入到供水導(dǎo)流管(2-3 )內(nèi)的冷卻供水通道(X )中，經(jīng)供水導(dǎo)流管(2-3 )前端的出水口(2-2)進(jìn)入到微孔膜陰極頭(1-2)后端的圓錐凹槽(I )中，一部分水通過微孔膜陰極頭(1-2)的微小孔隙滲透到微孔膜陰極頭(1-2)的外表面，另一部分水作為冷卻劑或清洗劑，吸收了陰極(I)的熱量后，攜雜質(zhì)通過凹槽(I )和水室(II)進(jìn)入到冷卻回水通道(IX)，然后由冷卻水輸出接口(2-6)返回到冷卻系統(tǒng)的回路中；另一路冷卻水通過冷卻劑進(jìn)口(4-2)進(jìn)入到陽極的冷卻水套(VI)中，吸收了陽極(5)的熱量后，再由冷卻劑出口(4-1)返回到冷卻系統(tǒng)的回路中；工作氣由工作氣輸入接口(2-1)進(jìn)入到氣室(III)中，然后通過螺旋導(dǎo)流通道(IV)以螺旋方式進(jìn)入到放電區(qū)，工作氣的螺旋氣流掃過微孔膜陰極頭(1-2)的表面，把從微孔膜陰極頭(1-2)中滲透出來的水分帶起，形成螺旋水霧或水蒸汽，進(jìn)入到放電區(qū)；后座(2)作為陰極(I)的電氣連接件，陽極套(4)作為陽極(5)的電氣連接件，在陽極(5)與陰極(I)之間施加電能，在陰極(I)的頭端形成圓弧放電面(1-6)，同時(shí)在陽極(5)的文丘里噴管內(nèi)壁形成圓錐放電面(5-1)，在圓弧放電面(1-6)與圓錐放電面(5-1)之間產(chǎn)生等離子體電?。贿M(jìn)入到放電區(qū)的水霧或水蒸汽與等離子體電弧混合，通過壓縮孔道(VD進(jìn)入到噴射腔(V)，再由噴射腔(V)的出口噴出，形成等離子體火炬。上述過程中，水分子從微孔膜陰極頭(1-2)中滲透出來時(shí)，其大分子團(tuán)結(jié)構(gòu)會分散為小分子團(tuán)結(jié)構(gòu)，使水分子更容易得到分解，水分子在從微孔膜陰極頭(1-2)的滲透過程中及形成水霧通過放電區(qū)的過程中，水分子被催化、電離和熱解，分解為氫氣、氧氣以及活性氫原子、活性氧原子、活性氫氧原子團(tuán)的活性化學(xué)物，這些活性化學(xué)物與等離子體電弧混合，從壓縮孔道(νπ)中通過時(shí)，得到進(jìn)一步升溫而加劇分解，使得目標(biāo)產(chǎn)物的得率更高。
[0009]等離子體噴槍在工作時(shí)，陰極的頭部需承受電流沖擊及數(shù)萬度的高溫?zé)?，因此，必需對陰極的頭部采取有效的冷卻措施才能增加陰極的使用壽命。本發(fā)明的微孔膜陰極頭(1-2)為金屬粉末燒結(jié)的微孔濾膜結(jié)構(gòu)，金屬粉末間的微孔構(gòu)成水分子的過濾通道，微孔膜陰極頭(1-2)的微孔中充滿水分，當(dāng)微孔膜陰極頭(1-2)的溫度升高時(shí)，使微孔中的水分蒸發(fā)，水汽化為水蒸汽，水的氣化潛熱為2257kj/kg，因此，微孔膜陰極頭(1-2)的大部分熱量被水汽化而吸收，快速把熱量帶走，使微孔膜陰極頭(1-2)起到高效冷卻作用。另外，本發(fā)明把陰極設(shè)計(jì)為由微孔膜陰極頭(1-2)和陰極套(1-1)組成，微孔膜陰極頭(1-2)嵌入到陰極套(1-1)的壁體中，陰極套(1-1)的內(nèi)空間構(gòu)成水室(II)，當(dāng)陰極套(1-1)選用紫銅材料制作時(shí)，由于紫銅材料具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，因此，微孔膜陰極頭(1-2)又得到間接的冷卻，使冷卻效果增強(qiáng)。本發(fā)明采用工作氣以螺旋氣流掃過微孔膜陰極頭(1-2)表面的措施，把螺旋導(dǎo)流肋(3-1)前端的部位設(shè)計(jì)為由后向前收窄的約束口(珊)結(jié)構(gòu)，與陽極(5)后端的文丘里入口進(jìn)行平滑銜接，工作氣同時(shí)起到保護(hù)氣的作用，螺旋氣流在約束口(珊)的作用下，平滑掃過微孔膜陰極頭(1-2)的表面，沒有死角，有效保護(hù)微孔膜陰極頭(1-2)不被燒蝕。本發(fā)明在微孔膜陰極頭(1-2)的后端中心有圓錐形的凹槽(I )，凹槽(I )構(gòu)成水源入口，以增加水分子的滲透流量。
[0010]上述的發(fā)明中，微孔膜陰極頭(1-2)選用鎢(W)粉末和鎳硫合金(N1-S)粉末混合的材料，燒結(jié)成鎢鎳假合金零件，不但具有難熔金屬的特性，而且其中的鎳硫合金(N1-S)對水分子的分解具有催化作用，使水分子更容易分解，提高分解率和節(jié)省能源。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:提供一種微孔膜結(jié)構(gòu)的陰極及等離子體熱解水噴槍，利用水的汽化潛熱快速吸收陰極頭的熱量，使陰極不易被燒蝕。本發(fā)明用于生活垃圾、工業(yè)有機(jī)廢棄物氣化爐或煤氣化裝置的氣化爐中，提高氣化率及提高合成氣的品質(zhì)，并且克服現(xiàn)有等離子體噴槍的陰極容易被燒蝕的缺點(diǎn)，以延長等離子體噴槍的使用周期，提高生產(chǎn)效率及節(jié)約生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的一種微孔膜結(jié)構(gòu)的陰極結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的一種等離子體熱解水噴槍的結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3是圖2中的螺旋導(dǎo)流器結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖中:1.陰極，1-1.陰極套，1-2.微孔膜陰極頭，1-3.凸緣，1-4.外六角體，1-5.連接螺紋，1-6.圓弧放電面，2.后座，2-1.工作氣輸入接口，2-2.導(dǎo)流管的出水口，2-3.供水導(dǎo)流管，2-4.陰極連桿，2-5.冷卻水輸入接口，2-6.冷卻水輸出接口，3.螺旋導(dǎo)流器，
3-1.螺旋導(dǎo)流肋，3-2.螺旋導(dǎo)流器的前安裝槽，3-3.螺旋導(dǎo)流器的后安裝槽，4.陽極套，
4-1.冷卻劑出口，4-2.冷卻劑進(jìn)口，5.陽極，5-1.圓錐放電面，6.密封墊，7.密封環(huán)，8.密封圈，a.微孔膜陰極頭的圓錐角度，R.微孔膜陰極頭的圓弧半徑，1.圓錐凹槽，I1.水室，II1.氣室，IV.螺旋導(dǎo)流通道，V.噴射腔，V1.陽極的冷卻水套，νπ.壓縮孔道，珊.約束口，IX.冷卻回水通道，X.冷卻供水通道。

【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1 圖1所示的實(shí)施方式中，一種微孔膜結(jié)構(gòu)的陰極由微孔膜陰極頭(1-2)和陰極套(1-1)組成，其中，微孔膜陰極頭(1-2)為金屬粉末燒結(jié)的微孔濾膜結(jié)構(gòu)，金屬粉末間的微孔構(gòu)成水分子的過濾通道，微孔膜陰極頭(1-2)的后端中心有圓錐形的凹槽(I )，凹槽(I )構(gòu)成水源入口，微孔膜陰極頭(1-2)的后端外側(cè)有凸緣(1-3)，凸緣(1-3)構(gòu)成微孔膜陰極頭(1-2)的軸向限位結(jié)構(gòu)，微孔膜陰極頭(1-2)的頭部為由后向前縮小的圓錐體結(jié)構(gòu)，其圓錐角度(a)為60°，微孔膜陰極頭(1-2)的頭端為圓弧形結(jié)構(gòu)，其圓弧半徑(R)為5mm ;陰極套(1-1)為空心圓棒體結(jié)構(gòu)，微孔膜陰極頭(1_2)嵌入到陰極套(1_1)前部的壁體中，微孔膜陰極頭(1-2)的頭部從陰極套(1-1)的前端伸出，陰極套(1-1)的內(nèi)空間構(gòu)成水室(II)，在陰極套(1-1)后部的壁體上有外六角體(1-4)，在陰極套(1-1)的后端有連接螺紋(1-5)。本實(shí)施例中，微孔膜陰極頭(1-2)的金屬粉末選用鎢(W)粉末和鎳硫合金(N1-S)粉末混合的材料，燒結(jié)成鎢鎳假合金零件，燒制時(shí)，鎢(W)、鎳硫合金(N1-S)既不互相溶解，也不形成金屬間化合物，所形成的假合金組織為鎢顆粒、鎳硫合金顆粒的二相結(jié)構(gòu)，假合金組織中存在微小孔隙，具有過濾水分子功能和催化功能。
[0017]實(shí)施例2 圖2所示的實(shí)施方式中，等離子體熱解水噴槍由后座(2)、陰極(I)、螺旋導(dǎo)流器(3)、陽極套(4)和陽極(5)組成，其中，后座(2)為回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，后座(2)的回轉(zhuǎn)體中有供水導(dǎo)流管(2-3)和陰極連桿(2-4)，陰極連桿(2-4)為圓管體結(jié)構(gòu)，供水導(dǎo)流管(2-3)和陰極連桿(2-4)同軸設(shè)置，供水導(dǎo)流管(2-3)在陰極連桿(2-4)的管內(nèi)，供水導(dǎo)流管(2-3)的管內(nèi)空間構(gòu)成冷卻供水通道(X)，供水導(dǎo)流管(2-3)的外壁與陰極連桿(2-4)內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成冷卻回水通道(IX)，供水導(dǎo)流管(2-3)的出水口為收窄的噴嘴結(jié)構(gòu)；陰極(I)由微孔膜陰極頭(1-2)和陰極套(1-1)構(gòu)成，微孔膜陰極頭(1-2)為金屬粉末燒結(jié)的微孔濾膜結(jié)構(gòu)，金屬粉末間的微孔構(gòu)成水分子的過濾通道，微孔膜陰極頭(1-2)的后端中心有圓錐形的凹槽(I)，凹槽(I )構(gòu)成水源入口，微孔膜陰極頭(1-2)的頭部為由后向前縮小的圓錐體結(jié)構(gòu)，其圓錐角度(a)為60°，微孔膜陰極頭(1-2)的頭端為圓弧形結(jié)構(gòu)，其圓弧半徑(R)為5_，微孔膜陰極頭(1-2)的后端外側(cè)有凸緣(1-3)，凸緣(1-3)構(gòu)成微孔膜陰極頭(1-2)的軸向限位結(jié)構(gòu)；陰極套(1-1)為空心圓棒體結(jié)構(gòu)，微孔膜陰極頭(1-2)嵌入到陰極套(1-1)前部的壁體中，微孔膜陰極頭(1-2)的頭部從陰極套(1-1)的前端伸出，陰極套(1-1)的內(nèi)空間構(gòu)成水室(II);螺旋導(dǎo)流器(3)為回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，螺旋導(dǎo)流器(3)的回轉(zhuǎn)體中有螺旋導(dǎo)流肋(3-1)，螺旋導(dǎo)流肋(3-1)的螺距空間構(gòu)成螺旋導(dǎo)流通道(IV);陽極套(4)為圓筒體結(jié)構(gòu)，陽極(5)為文丘里噴管結(jié)構(gòu)，陽極(5)的文丘里噴管中的喉口為圓形直孔，陽極(5)以嵌入方式安裝在陽極套(4)內(nèi)，陽極(5)外壁與陽極套(4)內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成冷卻水套(VI)，冷卻水套(VI)有冷卻劑進(jìn)口( 4-2 )接入和冷卻劑出口( 4-1)接出；陰極(I)連接在后座(2 )的陰極連桿(2-4)前端，螺旋導(dǎo)流器(3)的后端安裝在后座(2)上，陽極套(4)攜陽極(5)安裝在螺旋導(dǎo)流器(3)的前端；螺旋導(dǎo)流肋(3-1)前端的部位為由后向前收窄的結(jié)構(gòu)，與陽極(5)后端的文丘里入口進(jìn)行平滑銜接，螺旋導(dǎo)流肋(3-1)前端的由后向前收窄的內(nèi)空間構(gòu)成約束口(珊);供水導(dǎo)流管(2-3)的出水口伸入到微孔膜陰極頭(1-2)后端的凹槽(I )中，供水導(dǎo)流管(2-3)內(nèi)的冷卻供水通道(X)有冷卻水輸入接口(2-5)接入，冷卻供水通道(X)通過微孔膜陰極頭(1-2)后端的凹槽(I )和水室(II)連通到冷卻回水通道(IX)，冷卻回水通道(IX)有冷卻水輸出接口( 2-6 )接出；陰極(I)從螺旋導(dǎo)流器(3 )的內(nèi)空間中穿過，陰極
(I)的頭部進(jìn)入到陽極(5)后端的文丘里噴管入口空間中，陽極(5)后端的文丘里噴管入口空間構(gòu)成放電區(qū)，陽極(5)的文丘里噴管的喉口構(gòu)成壓縮孔道(VII)，陽極(5)的文丘里噴管的擴(kuò)張段內(nèi)空間構(gòu)成噴射腔(V);在后座(2)的回轉(zhuǎn)體中或在螺旋導(dǎo)流器(3)的回轉(zhuǎn)體中有氣室(III)，氣室(III)有工作氣輸入接口( 2-1)接入，當(dāng)氣室(III)設(shè)置在后座(2)的回轉(zhuǎn)體中時(shí)，陰極連桿(2-4)的外壁與后座(2)外層壁體之間的空間構(gòu)成氣室(III)，工作氣輸入接口(2-1)設(shè)置在后座(2)的外層壁體上，當(dāng)氣室(III)設(shè)置在螺旋導(dǎo)流器(3)的回轉(zhuǎn)體中時(shí)，由陰極連桿(2-4)的外壁與螺旋導(dǎo)流器(3)的內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成氣室(III)，工作氣輸入接口(2-1)設(shè)置在螺旋導(dǎo)流器(3)的壁體上，氣室(III)通過螺旋導(dǎo)流通道(IV)連通到陽極(5)后端的放電區(qū)，放電區(qū)通過壓縮孔道(νπ)連通到噴射腔(V )。
[0018]上述的實(shí)施例應(yīng)用時(shí)，采用去離子水作為原料水，一路原料水兼冷卻水通過冷卻水輸入接口( 2-5 )進(jìn)入到供水導(dǎo)流管(2-3 )內(nèi)的冷卻供水通道(X )中，經(jīng)供水導(dǎo)流管(2-3 )前端的出水口(2-2)進(jìn)入到微孔膜陰極頭(1-2)后端的圓錐凹槽(I )中，一部分水通過微孔膜陰極頭(1-2)的微小孔隙滲透到微孔膜陰極頭(1-2)的外表面，另一部分水作為冷卻劑或清洗劑，吸收了陰極(I)的熱量后，攜雜質(zhì)通過凹槽(I)和水室(II)進(jìn)入到冷卻回水通道(IX)，然后由冷卻水輸出接口(2-6)返回到冷卻系統(tǒng)的回路中；另一路冷卻水通過冷卻劑進(jìn)口(4-2)進(jìn)入到陽極的冷卻水套(VI)中，吸收了陽極(5)的熱量后，再由冷卻劑出口(4-1)返回到冷卻系統(tǒng)的回路中；工作氣由工作氣輸入接口(2-1)進(jìn)入到氣室(III)中，然后通過螺旋導(dǎo)流通道(IV)以螺旋方式進(jìn)入到放電區(qū)，工作氣的螺旋氣流掃過微孔膜陰極頭(1-2)的表面，把從微孔膜陰極頭(1-2)中滲透出來的水分帶起，形成螺旋水霧或水蒸汽，進(jìn)入到放電區(qū)；后座(2)作為陰極(I)的電氣連接件，陽極套(4)作為陽極(5)的電氣連接件，在陽極(5)與陰極(I)之間施加電能，在陰極(I)的頭端形成圓弧放電面(1-6)，同時(shí)在陽極(5)的文丘里噴管內(nèi)壁形成圓錐放電面(5-1)，在圓弧放電面(1-6)與圓錐放電面(5-1)之間產(chǎn)生等離子體電弧；進(jìn)入到放電區(qū)的水霧或水蒸汽與等離子體電弧混合，通過壓縮孔道(νπ)進(jìn)入到噴射腔(V)，再由噴射腔(V)的出口噴出，形成等離子體火炬。上述過程中，水分子在從微孔膜陰極頭(1-2)的滲透過程中及形成水霧通過放電區(qū)的過程中，水分子被催化、電離和熱解，分解為氫氣、氧氣以及活性氫原子、活性氧原子、活性氫氧原子團(tuán)的活性化學(xué)物，這些活性化學(xué)物與等離子體電弧混合，從壓縮孔道(νπ)中通過時(shí)，得到進(jìn)一步升溫而加劇分解，使得目標(biāo)產(chǎn)物的得率更高。
[0019]上述的實(shí)施例中，采用工作氣以螺旋氣流掃過微孔膜陰極頭(1-2)表面的措施，把螺旋導(dǎo)流肋(3-1)前端的部位設(shè)計(jì)為由后向前收窄的約束口(珊)結(jié)構(gòu)，與陽極(5)后端的文丘里入口進(jìn)行平滑銜接，工作氣同時(shí)起到保護(hù)氣的作用，螺旋氣流在約束口(珊)的作用下，平滑掃過微孔膜陰極頭(1-2)的表面，沒有死角，有效保護(hù)微孔膜陰極頭(1-2)不被燒蝕。本發(fā)明在微孔膜陰極頭(1-2)的后端中心有圓錐形的凹槽(I )，凹槽(I )構(gòu)成水源入口，以增加水分子的滲透流量。
[0020]上述的實(shí)施例在工作時(shí)，微孔膜陰極頭(1-2)的微孔中充滿水分，當(dāng)微孔膜陰極頭(1-2)的溫度升高時(shí)，使微孔中的水分蒸發(fā)，水汽化為水蒸汽，微孔膜陰極頭(1-2)的大部分熱量被水汽化而吸收，快速把熱量帶走，使微孔膜陰極頭(1-2)起到高效冷卻作用。上述的實(shí)施例把陰極設(shè)計(jì)為由微孔膜陰極頭(1-2)和陰極套(1-1)組成，微孔膜陰極頭(1-2)嵌入到陰極套(1-1)的壁體中，陰極套(1-1)的內(nèi)空間構(gòu)成水室(II)，陰極套(1-1)選用紫銅材料制作，由于紫銅材料具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，因此，微孔膜陰極頭(1-2)又得到間接的冷卻，使冷卻效果增強(qiáng)。
[0021]上述的實(shí)施例用于生活垃圾、工業(yè)有機(jī)廢棄物氣化爐或煤氣化裝置的氣化爐中，把水通過等離子體熱解水噴槍分解為氫氣、氧氣以及活性氫原子、活性氧原子、活性氫氧原子團(tuán)的活性化學(xué)物，作為氣化劑，與高溫等離子體電弧混合，噴入氣化爐，與生活垃圾或工業(yè)有機(jī)廢棄物或煤炭進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)，生成高品質(zhì)的合成氣，作為化工原料利用。
【權(quán)利要求】
1.一種微孔膜結(jié)構(gòu)的陰極，其特征是陰極由微孔膜陰極頭(1-2)和陰極套(ι-l)組成，其中，微孔膜陰極頭(1-2)為金屬粉末燒結(jié)的微孔濾膜結(jié)構(gòu)，金屬粉末間的微孔構(gòu)成水分子的過濾通道，微孔膜陰極頭(1-2)的后端中心有圓錐形的凹槽(I )，凹槽(I )構(gòu)成水源入口 ；陰極套(1-1)為空心圓棒體結(jié)構(gòu)，微孔膜陰極頭(1-2)嵌入到陰極套(1-1)前部的壁體中，微孔膜陰極頭(1-2)的頭部從陰極套(1-1)的前端伸出，陰極套(1-1)的內(nèi)空間構(gòu)成水室(II)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微孔膜結(jié)構(gòu)的陰極，其特征是微孔膜陰極頭(1-2)的后端外側(cè)有凸緣(1-3)，凸緣(1-3)構(gòu)成微孔膜陰極頭(1-2)的軸向限位結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微孔膜結(jié)構(gòu)的陰極，其特征是微孔膜陰極頭(1-2)的頭部為由后向前縮小的圓錐體結(jié)構(gòu)，其圓錐角度(a)為45° -120° ;微孔膜陰極頭(1-2)的頭端為圓弧形結(jié)構(gòu)，其圓弧半徑(R)為3mm-6mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微孔膜結(jié)構(gòu)的陰極，其特征是在陰極套(1-1)后部的壁體上有外六角體(1-4)，在陰極套(1-1)的后端有連接螺紋(1-5)。
5.一種等離子體熱解水噴槍，其特征是噴槍由后座(2)、陰極(I)、螺旋導(dǎo)流器(3)、陽極套(4)和陽極(5)組成，其中，后座(2)為回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，后座(2)的回轉(zhuǎn)體中有供水導(dǎo)流管(2-3)和陰極連桿(2-4)，陰極連桿(2-4)為圓管體結(jié)構(gòu)，供水導(dǎo)流管(2-3)和陰極連桿(2-4)同軸設(shè)置，供水導(dǎo)流管(2-3)在陰極連桿(2-4)的管內(nèi)，供水導(dǎo)流管(2-3)的管內(nèi)空間構(gòu)成冷卻供水通道(X)，供水導(dǎo)流管(2-3)的外壁與陰極連桿(2-4)內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成冷卻回水通道(IX);陰極(I)由微孔膜陰極頭(1-2)和陰極套(1-1)構(gòu)成，微孔膜陰極頭(1-2)為金屬粉末燒結(jié)的微孔濾膜結(jié)構(gòu)，金屬粉末間的微孔構(gòu)成水分子的過濾通道，微孔膜陰極頭(1-2)的后端中心有圓錐形的凹槽(I )，凹槽(I)構(gòu)成水源入口，陰極套(1-1)為空心圓棒體結(jié)構(gòu)，微孔膜陰極頭(1-2)嵌入到陰極套(1-1)前部的壁體中，微孔膜陰極頭(1-2)的頭部從陰極套(1-1)的前端伸出，陰極套(1-1)的內(nèi)空間構(gòu)成水室(II);螺旋導(dǎo)流器(3)為回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，螺旋導(dǎo)流器(3)的回轉(zhuǎn)體中有螺旋導(dǎo)流肋(3-1)，螺旋導(dǎo)流肋(3-1)的螺距空間構(gòu)成螺旋導(dǎo)流通道(IV);陽極套(4)為圓筒體結(jié)構(gòu)，陽極(5)為文丘里噴管結(jié)構(gòu)，陽極(5)的文丘里噴管中的喉口為圓形直孔，陽極(5)以嵌入方式安裝在陽極套(4)內(nèi)，陽極(5)外壁與陽極套(4)內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成冷卻水套(VI)，冷卻水套(VI)有冷卻劑進(jìn)口(4-2)接入和冷卻劑出口( 4-1)接出；陰極(I)連接在后座(2 )的陰極連桿(2-4)前端，螺旋導(dǎo)流器(3)的后端安裝在后座(2)上，陽極套(4)攜陽極(5)安裝在螺旋導(dǎo)流器(3)的前端，陰極(I)從螺旋導(dǎo)流器(3)的內(nèi)空間中穿過，陰極(I)的頭部進(jìn)入到陽極(5)后端的文丘里噴管入口空間中，陽極(5)后端的文丘里噴管入口空間構(gòu)成放電區(qū)，陽極(5)的文丘里噴管的喉口構(gòu)成壓縮孔道(VD，陽極(5)的文丘里噴管的擴(kuò)張段內(nèi)空間構(gòu)成噴射腔(V);在后座(2)的回轉(zhuǎn)體中或在螺旋導(dǎo)流器(3)的回轉(zhuǎn)體中有氣室(III)，氣室(III)有工作氣輸入接口(2-1)接入，氣室(III)通過螺旋導(dǎo)流通道(IV)連通到陽極(5)后端的放電區(qū)，放電區(qū)通過壓縮孔道(W)連通到噴射腔(V)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種等離子體熱解水噴槍，其特征是當(dāng)氣室(III)設(shè)置在后座(2 )的回轉(zhuǎn)體中時(shí)，陰極連桿(2-4 )的外壁與后座(2 )外層壁體之間的空間構(gòu)成氣室(III)，工作氣輸入接口(2-1)設(shè)置在后座(2)的外層壁體上；當(dāng)氣室(III)設(shè)置在螺旋導(dǎo)流器(3)的回轉(zhuǎn)體中時(shí)，由陰極連桿(2-4)的外壁與螺旋導(dǎo)流器(3)的內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成氣室(III)，工作氣輸入接口(2-1)設(shè)置在螺旋導(dǎo)流器(3)的壁體上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種等離子體熱解水噴槍，其特征是供水導(dǎo)流管(2-3)的出水口為收窄的噴嘴結(jié)構(gòu)，供水導(dǎo)流管(2-3)的出水口伸入到微孔膜陰極頭(1-2)后端的凹槽(I )中。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種等離子體熱解水噴槍，其特征是供水導(dǎo)流管(2-3)內(nèi)的冷卻供水通道(X)有冷卻水輸入接口(2-5)接入，冷卻供水通道(X)通過微孔膜陰極頭(1-2)后端的凹槽(I )和水室(II)連通到冷卻回水通道(IX)，冷卻回水通道(IX)有冷卻水輸出接口(2-6)接出。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種等離子體熱解水噴槍，其特征是螺旋導(dǎo)流肋(3-1)前端的部位為由后向前收窄的結(jié)構(gòu)，與陽極(5)后端的文丘里入口進(jìn)行平滑銜接，螺旋導(dǎo)流肋(3-1)前端的由后向前收窄的內(nèi)空間構(gòu)成約束口(VDI)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種等離子體熱解水噴槍，其特征是微孔膜陰極頭(1-2)的頭部為由后向前縮小的圓錐體結(jié)構(gòu)，其圓錐角度(a)為45° -120° ;微孔膜陰極頭(1-2)的頭端為圓弧形結(jié)構(gòu)，其圓弧半徑(R)為3mm-6_ ;微孔膜陰極頭(1_2)的后端外側(cè)有凸緣(1-3)，凸緣(1-3)構(gòu)成微孔膜陰極頭(1-2)的軸向限位結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H05H1/34GK104378903SQ201410630566
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】周開根 申請人:周開根