专利名称：产生非平衡等离子体的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种等离子体的装置，特别涉及一种适用于各种化工、环境工程及废弃物处理的非平衡等离子体产生装置。
背景技术：
低温等离子体通常分为热等离子体、冷等离子体及大气压非平衡等离子体三种。其中大气压非平衡等离子体又称为非热等离子体，它是近些年来的研究热点。非热等离子体的产生方法主要有介质阻挡放电、电晕放电及放电电弧放电等方法。放电电弧放电适用于大功率及大气体流量的情况，放电电弧放电一般采用直流电源，1988年法国人H.Lesueur等人申请了专利(Franch Patent 2639172)，这种方法的缺点是放电电弧在放电空间分布不均匀，同时气流与放电电弧之间的相对速度较小，不利于提高等离子体的非平衡度。林烈等人申请了中国专利号为97111936.8的“磁驱动高压非平衡等离子体的产生技术”的发明专利，由于该装置产生的单个放电电弧放电是一种脉冲式放电，所以单个放电电弧在时间上等离子体的连续性较差，由于采用直流供电，设备较复杂，成本较高、维修难度大。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述已有的直流放电电弧等离子体装置为单个放电电弧放电，带来单个放电电弧在时间上等离子体的连续性较差的缺点，从而提供一种由3个放电电弧合成后形成脉冲放电产生的连续性非平衡等离子体的、实现了等离子体在时间上的连续性，等离子体的温度可以在300K-3500K调节，产生氧化性、还原性及其它成分的非平衡等离子体的装置；并且该装置成本低，便于操作和维修。
本实用新型的目的是这样实现的本实用新型提供的一种产生非平衡等离子体的装置，包括电极、电源27、气源28、冷却水系统29；其特征在于，还包括进气盘7、上法兰8、下法兰10和本体17，其中上法兰8、下法兰10与本体17顺序连成一体；所述的上法兰8的另一端面嵌入进气盘7，在上法兰上8开有至少1个微孔31和至少1个导气孔32；在进气盘7上开有2个孔34和35，孔34和35上分别连接第一气路接头23和第二气路接头30；在沿导气孔32向下法兰10方向开一通孔，其通孔内嵌入一出气帽9，出气帽9的侧壁上有出气孔33；电极的第一气路接头23和第二气路接头30与气源28连通；所述的电极包括1个中心电极22和3个相同的外电极19，其外电极19以中心电极22为中心环绕等间距设置；所述的中心电极22和外电极19均为一圆筒，其前端封闭呈圆锥状；其中电极的进水接头1和外进水接头24与冷却水系统的出水管连通，中心电极22与三相交流等离子体电源27的中性线电连接，外电极19分别与三相交流等离子体电源27的3条相线电连接；所述的中心电极22的末端与中心电极杆5前端密封对接成一腔体，该腔体内装有中心进水导管3，中心进水导管3与该腔体内壁之间留有间隙；该腔体通过上法兰8和进气盘7插入本体17腔体内，上法兰8和进气盘7与腔体之间设置中心电极绝缘套6和绝缘套20；另外中心电极杆5侧壁开有出水口，其上安装出水接头4，出水接头4末端通过中心密封垫2与进水接头1固定；所述的外电极头19的末端与呈形的外电极杆12的前端密封对接连成一腔体，该腔体前端通过本体17的侧壁的孔插入，并通过外电极杆12外壁依次包覆的外电绝缘垫16、外极绝缘套14、固定螺母15，固定在本体17的侧壁上，该腔体中装有外电极导水管18，并且外电极导水管18与腔体内壁之间留有间隙；所述的外电极杆12末端与外过渡接头11前端密封对接，其外过渡接头11侧壁的出水口安装一与其腔体连通的外出水接头26，外过渡接头11末端的外壁套夹一外密封垫25与外进水接头24固定；压紧螺母13包覆在外极绝缘套14外壁。
在上述技术方案中，本体17的前端口安装带出口的法兰21。
在上述技术方案中，中心电极22和外电极19之间的最小距离在2-3mm的范围内；在上述技术方案中，气源28的气体选自氧气、氮气、空气、氩气、氦气、水蒸气或氢气等。
在上述技术方案中，所述的中心密封垫2、中心电极绝缘套6和3个相同的外电极绝缘套14采用一般的绝缘材料制作；所述的绝缘垫16和绝缘套20采用隔热绝缘的陶瓷材料制作，所述的其它组成部件均采用金属材料制作，各部件的具体尺寸应根据非平衡等离子体产生装置功率的大小来确定。
本实用新型的装置包括一个中心电极、三个外电极、气源、冷却系统及三相交流电源，中心电极接三相电源的中心线，三个外电极接三条相线，电弧在中心线和相线之间产生，并在电极表面快速滑动，形成三股脉冲式放电，从而产生非平衡等离子体。
本实用新型的三相交流电源27，为市场上能够购买到的具有升压电路和限制连流量功能的电源构成，输出电压和电流的大小根据工作的实际需要确定。
在本实用新型的一种非平衡等离子体产生方法及产生装置中，放电电弧的推动力主要有气动力和电磁力两种，气体对单位长度电弧的作用力可以用下式来表示Fg=12cdρ(vg-vd)2d]]>单位长度上电弧电流自身产生的磁场和电流相互作用产生的电磁力为Fd＝IB因此，当滑动弧的电流较小时，电磁力和气动力相比要小得多，此时气动力起主要作用，当电弧电流较大时，电磁力会发挥较大的作用。
电磁力和气动力的作用都是把电弧推向等离子体发生器的出口。调节气体流量的大小可以改变电弧的运动速度，这样也可以改变电弧放电的脉冲频率。
其中公式中设置流过放电电弧的电流为I，进入等离子体发生器的气体流量为Q，气体对电弧的作用力为Fg，阻力系数为Cd，气体的密度为ρ，电弧电流产生的磁场强度为B，磁场产生的电磁力为Fd，气体的速度为vg，电弧的速度为vd。
技术效果本实用新型提供的一种用于化工、环境工程及废弃物处理的三相交流滑动弧非平衡等离子体的产生装置，解决单个放电电弧在时间上等离子体连续性较差的缺点。该装置由一个中心电极、三个外电极、气源、电源及水冷系统等组成，电弧在中心电极及三个外电极之间产生，形成在相位上差120度的三个电弧，电弧在气流及的电磁力的推动下向气流的下游，即向发生器出口快速移动，并在电弧达到一定长度后熄灭，与此同时，电弧又在电极间的最小距离处点燃，并重复上述过程，形成脉冲式滑动弧放电。三个电弧在空间上处在以中心电极为圆心的圆周上，每个电弧在空间上的角度为120度。这种等离子体的温度可以在几百度到几千度之间调节。可以产生氧化性、还原性及其它成分的等离子体。这种等离子体的温度可以在调节，可以产生氧化性、还原性及其它成分的等离子体；非平衡等离子体装置可以应用于环境工程中的废气处理及固体废弃物的处理；三相等离子体交流电源比直流电源成本低，便于操作和维修。
图1是本实用新型的一种非平衡等离子体产生装置电极的电连接示意图图2是本实用新型的一种非平衡等离子体产生装置的气源流动示意图图3是本实用新型的一种非平衡等离子体产生装置电极剖面结构示意图图4是本实用新型的一种非平衡等离子体产生装置的流程示意图图面说明如下进水接头1， 中心密封垫2， 中心进水导水管3，出水接头4， 中心电极杆5， 中心电极绝缘套6，进气盘7，上法兰8， 出气帽9，下法兰10， 外过渡接头11，外电极杆12，压紧螺母13， 外电极绝缘套14， 固定螺母15，绝缘垫16， 本体17， 外电极导水管18，外电极19， 绝缘套20，出口法兰21，
中心电极22， 第一气路接头23，外进水接头24，密封垫25， 外出水接头26电源27，气源28， 冷却水系统29， 第二气路接头30，微孔31， 导气孔32， 出气孔33，孔34， 孔35，具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1参考图1，中心电极22与三相交流等离子体电源27的中性线电连接，3个外电极19分别与三相交流等离子体电源27的3条相线电连接；参考图2，气源28提供的气体进入本体17，气体流经电极距离最近的起弧端并向本体17的出口端流动。
参考图3和图4，本实施例中，中心电极22和3个外电极均采用金属材料铜制作，中心密封垫2、中心电极绝缘套6和外电极绝缘套14采用聚四氟乙烯绝缘材料制作，绝缘垫16和绝缘套20采用具有隔热、绝缘作用的三氧化二铝陶瓷材料制作，其它组成部件均采用不锈钢材料制作，各部件的具体尺寸应根据等离子体装置功率的大小来确定。
本实施例中所述的电极包括1个中心电极22和3个相同的外电极19，其外电极19以中心电极22为中心环绕等间距设置，中心电极22和外电极19之间的最小距离在2-3mm之间均可。所述的中心电极22和外电极19均为一圆筒，其前端封闭呈圆锥状；所述的中心电极22与三相交流等离子体电源27的中性线电连接，外电极19分别与三相交流等离子体电源27的3条相线电连接；本实施例中，在圆形的上法兰盘8上机械加工1个导气孔32和2个微孔31，还在上法兰8的另一端面嵌入紧固1个圆形进气盘7，在上法兰上8开有2个微孔31和1个导气孔32；在进气盘7上开有2个孔34和35，孔34和35上分别连接第一气路接头23和第二气路接头30；在沿导气孔32向下法兰10方向开一通孔，其通孔内嵌入紧固1个出气帽9，出气套9的侧壁上有出气孔33；电极的第一气路接头23和第二气路接头30与气源27连通。
所述的中心电极22的末端插入中心电极杆5前端密封螺合拧紧一腔体，该腔体内装有中心进水导管3，中心进水导管3与该腔体内壁之间留有3或4mm的间隙；该腔体通过上法兰8和进气盘7插入本体17腔体内，上法兰8和进气盘7与腔体之间设置中心电极绝缘套6和绝缘套20，绝缘套20起到隔热绝缘的作用；另外中心电极杆5侧壁开有出水口，其上嵌入紧固安装出水接头4，出水接头4末端通过中心密封垫2与进水接头1螺合固定；在本体17的前端口螺合固定1个带出口的法兰21。
所述的外电极头19的末端插入与呈形的外电极杆12的前端密封螺合拧紧连成一腔体，该腔体前端通过本体17的侧壁的孔插入，并通过外电极杆12外壁依次包覆的外绝缘垫16、外电极绝缘套14、固定螺母15，固定在本体17的侧壁上，该腔体中装有外电极导水管18，并且外电极导水管18与腔体内壁之间留有间隙；所述的外电极杆12末端与外过渡接头11前端密封螺合拧紧对接，其外过渡接头11侧壁的出水口嵌入固定一与其腔体连通的外出水接头26，外过渡接头11末端垫一密封垫25与外进水接头24固定；压紧螺母13固定在外极绝缘套14外壁上。
本实施例的气源28的气体使用氧气。
实施例2本实施例的装置同实施例1，其区别仅在于上法兰8上机械加工有4个微孔31，出气套9封闭末端的侧壁上机械加工有8个出气孔33；中心电极22和3个相同的外电极19采用金属材料不锈钢制作，密封垫2、中心密封垫2、中心电极绝缘套6和外电极绝缘套14采用聚四氟乙烯绝缘材料制作，绝缘垫16和绝缘套20采用具有隔热、绝缘作用的三氧化二铝陶瓷材料制作，其它组成部件均使用普通钢材制作。
权利要求1.一种产生非平衡等离子体的装置，包括电极、电源(27)、气源(28)、冷却水系统(29)；其特征在于，还包括进气盘(7)、上法兰(8)、下法兰(10)和本体(17)，其中上法兰(8)、下法兰(10)与本体(17)顺序连成一体；所述的上法兰(8)的另一端面嵌入进气盘(7)，在上法兰上(8)开有至少1个微孔(31)和至少1个导气孔(32)；在进气盘(7)上开有2个孔(34)、(35)，孔(34)、(35)上分别连接第一气路接头(23)和第二气路接头(30)；在沿导气孔(32)向下法兰(10)方向开一通孔，其通孔内嵌入一出气帽(9)，出气帽(9)的侧壁上有出气孔(33)；电极的第一气路接头(23)和第二气路接头(30)与气源(28)连通；所述的电极包括1个中心电极(22)和3个相同的外电极(19)，其外电极(19)以中心电极(22)为中心环绕等间距设置；所述的中心电极(22)和外电极(19)均为一圆筒，其前端封闭呈圆锥状；，其中电极的中心进水接头(1)和外进水接头(24)与冷却水系统的出水管连通，中心电极(22)与三相交流等离子体电源(27)的中性线电连接，外电极(19)分别与三相交流等离子体电源(27)的3条相线电连接；所述的中心电极(22)的末端与中心电极杆(5)前端密封对接成一腔体，该腔体通过上法兰(8)和进气盘(7)插入本体(17)腔体内，该腔体内装有中心进水导管(3)，中心进水导管(3)与该腔体内壁之间留有间隙；上法兰(8)和进气盘(7)与腔体之间设置中心电极绝缘套(6)和绝缘套(20)；另外中心电极杆(5)侧壁开有出水口；所述的外电极头(19)的末端与呈形的外电极杆(12)的前端密封对接连成一腔体，该腔体前端通过本体(17)的侧壁的孔插入腔体内，并通过依次包覆在外电极杆(12)外壁上的外电绝缘垫(16)、外极绝缘套(14)和固定螺母(15)，一起固定在本体(17)的侧壁上；该腔体中装有外电极导水管(18)，该外电极导水管(18)与腔体内壁之间留有间隙；压紧螺母(13)固定在外电极绝缘套(14)上。
2.按权利要求1所述的产生非平衡等离子体的装置，其特征在于，还包括在本体(17)的前端口安装一带出口的法兰(21)。
3.按权利要求1所述的产生非平衡等离子体的装置，其特征在于，还包括在中心电极杆(5)侧壁上的出水口上安装出水接头(4)，出水接头(4)末端通过中心密封垫(2)与中心进水接头(1)固定。
4.按权利要求1所述的产生非平衡等离子体的装置，其特征在于，还包括外电极杆(12)末端与一外过渡接头(11)前端密封对接，其外过渡接头(11)侧壁的出水口安装一与其腔体连通的外出水接头(26)，外过渡接头(11)末端通过一密封垫(25)与外进水接头(24)固定。
5.按权利要求1所述的产生非平衡等离子体的装置，其特征在于，所述的中心电极(22)和外电极(19)之间的直线距离在2-3mm的范围内。
6.按权利要求1所述的产生非平衡等离子体的装置，其特征在于，所述的气源(28)选自氧气、氮气、空气、氩气、氦气、水蒸气或氢气气体。
7.按权利要求1所述的产生非平衡等离子体的装置，其特征在于，所述的中心密封垫(2)、中心电极绝缘套(6)和3个相同的外电极绝缘套(14)采用绝缘材料制作。
专利摘要本实用新型涉及产生非平衡等离子体的装置，包括一中心电极、3个外电极，由三相交流电源供电；上法兰、下法兰与本体顺序连成一体，中心电极和外电极插入本体内；上法兰的另一端面嵌入进气盘，其上开有孔和分别连接气路接头；在上法兰上还开有孔和导气孔；在沿导气孔向下法兰方向开一通孔，其通孔内嵌入一侧壁上有出气孔的出气帽；气路接头与气源连通；电极的中心进水接头和外进水接头与冷却水系统的出水管连通；电源的输出端与电极电连接。3个放电电弧之间的点燃时间在相位上相差120度，并在电极表面合成形成脉冲放电，产生连续性非平衡等离子体，保证等离子体在时间上的连续性。由于使用三相交流电源供电，降低了成本，便于操作和维修。
文档编号H05H1/02GK2850202SQ20052002293
公开日2006年12月20日 申请日期2005年4月25日 优先权日2005年4月25日
发明者林烈, 盛宏至, 杨驰, 吴彬, 吴承康, 魏小林 申请人:中国科学院力学研究所