CN103975653A - 用于生产等离子体的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产等离子体的方法和装置及其在热工学中的应用，用于对任意类型的垃圾进行销毁、对含碳的固体材料和液体材料进行气化、以及对金属和非金属材料进行熔化和焊接。在所述用于生产等离子体的方法中，在压力下通过水泵(8)从水槽(1)向分配器(2)供水，水从所述分配器(2)分成两股水流，这两股水流均从柔性管连接装置(3)流过且各水流分别进入一对具有一端开口的管子(5)中，各个管子包括一个电极(4)，在所述电极处，受施加在两股流出水流之间的间隙中的高压直流电的影响，等离子体(6)在4000℃以上的温度下制得，而经由漏斗状的集电极从管子(5)开口端自由流过的那部分未使用的水则流回所述水槽(1)。所述等离子体生产装置包括至少一对由耐热绝缘材料制成的管子(5)，在所述管子(5)中，通过安装在所述管子上的水泵(8)从水槽(1)供水，从而向分配器(2)输入加压水，通过柔性管连接装置(3)将水提供至所述管子(5)，至少有一对电极(4)安装在所述管子内，各个管子包括其中一个电极，所述电极与高压直流(7)源的异性极连接。

Description

用于生产等离子体的方法和装置

发明领域

本发明涉及一种用于生产等离子体以及一种氢气和氧气的混合物(称为布朗气，其在等离子体中燃烧)的方法，以及一种用于实施所述方法的装置。所述装置和方法在热工学中可用于加热、处理有害垃圾、气化含氢的硬质材料、熔化并焊接金属和非金属材料。

发明背景

1.在两个硬质电极之间生产等离子体的方法众所周知，该硬质电极大多由石墨制成，与直流电压源连接并具有相反的极性。在开始等离子体形成过程之后，通过首先使电极彼此接触然后使其机械分开一定临界距离，或者通过加热其中一个电极以在高温的影响下启动电子发射来生产等离子体。

2.一种称为电解的工艺众所周知，该工艺是将直流电压施加于具有相反极性且浸没在电解质水溶液中的电极。气体，分别为氧气和氢气，开始释放在正极(阴极)和负极(阳极)上。这些气体可单独使用，也可以一定方式混合成称为布朗气的气体混合物。

3.还有一种工艺是众所周知的，该工艺是将水加热至高温以便启动可逆反应，在该可逆反应中，水分子分解成其化学成分：氧气和氢气。该工艺在1000℃以上的温度下开始，且在3000℃以上的温度时，基本上所有的水分子都已经分解成了其化学成分。在温度下降时，氢气和氧气再一次彼此结合形成水分子，而在该合成过程中释放出了大量的热能。

发明概述

本发明的目的在于提供一种更高效、成本更低、环保且安全的用于生产等离子体的方法，以及一种用于简单且高效地实施该方法的装置。

采用所提出的用于生产等离子体的方法以及用于实施该方法的装置，该问题得到了解决。

根据所提出的方法，通过分配器产生两股或多股水流，在分配器中，水在压力下从循环泵进入分配器，而循环泵从水槽中抽水。这些水流通过连接接头到达一对或多对由耐热材料制成的管子。各个管子包括与直流高压源连接的金属电极，且两个电极均具有相反的极性。在施加电压时，在水流经过的该对管子的开口之间的空隙中制得等离子体。当仅有两个电极时，同时将电压提供给电极；而当有两个以上的电极时，可分不同的时间将电压提供给不同的电极对。

提供给电极的电压超过1000V。在本发明的一个特定实施例中，所提供的直流高压在3000V-5000V之间。

在各对管子的开口之间的空隙中制得的等离子体的温度超过4000℃。

水流的压力大小和电压源的供给电压根据需要获得的等离子体区域的大小而确定。

所提出的用于生产等离子体的装置包括至少一对具有相反极性的电极，这些电极包括在水流经过的管子中并且与高直流电压源连接。水在一定压力下通过循环泵从水槽中进入分配器，在该分配器处，水分为至少两股甚至多股水流，水流通过柔性连接装置进入耐热绝缘材料的管子。这些管子也包括电极。电流流过电极进入水流并对其充上相反的电荷。等离子体在从管端流出的水流之间的间隙中制得，借此，气泡分别在离管子出口一定距离处开始释放在管子中包括的电极表面上，氧气释放在正极上，而氢气释放在负极上。这些气体通过水流带走，离开管端，落入等离子体，在等离子中，这些气体以常见的等离子气火焰的方式燃烧。

本发明的特定实施例是可能的，在这些实施例中，管子由石英玻璃或陶瓷制成，且可水平设置，彼此相对，或相对于彼此呈一定角度设置。

水流流经过的管子开口之间的空隙可有所不同，在本发明的一个实施例，该空隙超过5mm。

根据本发明的特定实施例，管子和其中包括的电极均为两个，但根据其它实施例，可为N个，其中，N为偶数。

流经管子的水流的一部分水用于生产等离子体，而另一部分未使用的水则流回水槽。因此，产生了闭合环路，在该环路中，从水槽中抽出、流经循环泵、并通过分配器分为两股或多股水流用于生产等离子体的水部分地流回水槽中，而水槽自身则根据需要而装满。

所提出的用于生产等离子体的方法和装置的优点在于环保、不释放有害气体、且能量消耗少。所得到的等离子体的温度超过4000℃，并且用于生产等离子体的材料易得且廉价。

为了加强等离子体形成，可使用低浓度的电解质溶液；为了增加该过程的能量产率，可添加少量的水溶性燃料或水油乳状液。

附图说明

图1：一种用于实施该方法的装置。

1.水槽

2.分配器

3.柔性管连接装置

4.电极

5.由耐热材料制成的管子

6.等离子体

7.直流高压源

8.水泵

本发明的示例实施例

在图1所示的等离子体生产装置的特定实施例中，在压力下利用循环泵(8)从水槽(1)向分配器供水，分配器的出口通过柔性连接装置(3)与一对由石英玻璃、陶瓷或其它耐热绝缘材料制成的管子(5)连接。各个管子(5)包括一个与直流高压源(7)连接的电极。其中一个电极带有正电荷(阳极)而另一个电极带有负电荷(阴极)。管子的一端是敞开的，进入管子的水经过此端自由流出，落入漏斗状的集电极再次流入水槽。在通过管子开口端自由流出的两股水流之间存在至少5mm的空隙(间隙)，借此，在对电极施加直流高压之后，在两股水流之间的空隙中启动等离子体的形成过程。

水流之间的空隙可在一定范围内变化，该变化会影响等离子体形成过程的强度。两个电极均完全浸没在流经管子的水下，且不靠近管子的自由开口，而在该特定实施例中电极端部和管子开口端之间的水柱为20mm，该水柱可在一定的临界限值内变化。两个管子(各自的开口)可水平设置，彼此相对；或者呈一定角度设置，该角度可根据用户希望使等离子体形成过程稍弱或更剧烈的不同需要而有所不同。

开始将少量的氢气和氧气加入在间隙中得到的温度超过4000℃的等离子炬，这些气体开始分别释放在电极表面上，氢气释放在阳极上而氧气释放在阴极上。这些气体以小气泡的形式由流经并流出自由管子开口的水带走，落入等离子炬，在等离子炬中，氢气燃烧直到耗尽，氧气则促进该燃烧过程。由于等离子炬与水流直接接触并形成在水流之间这一事实，剧烈的从水面上蒸发过程开始。蒸发出来的、落入等离子体区域中的水分子由于媒介物的极高温分解成在高度上上升的氢气和氧气；当环境温度开始下降时，水分子合成的可逆反应开始。所述反应随着与活跃的等离子体形成区域的距离的增加而加剧，而且在所述合成过程中也会释放出大量能量。

在本发明的另一特定实施例中，分别包括有电极的水流对不止一对，可分不同的时间将直流高压施加至电极，而且不同电极对的接通顺序取决于所需的过程。可包括1对、2对、3对、4对甚至N对电极，这些电极可产生1个、2个、3个、4个甚至N个单独的等离子体形成过程。

本发明的应用(使用)

本发明可用于生产DHW/家用热水/、可用于生产用于生产电能的蒸汽、可用作斯特林发动机的外部热源、可用于燃烧垃圾(包括医疗垃圾和放射性垃圾)、可用于气化含氢的硬性材料、可用于熔化并焊接金属和非金属材料。

Claims (9)

1.一种用于生产等离子体的方法，其特征在于：至少一对在压力下流动的且彼此相隔一定距离的水流通过电极(4)充有相反的极性，所述电极(4)安装在所述水流内并与高压直流电源(7)的两个异性极连接，从而在所述两股水流之间形成一个区域，在所述区域中，等离子体(6)在4000℃以上的温度下制得。

2.根据权利要求1所述的用于生产等离子体的方法，其特征在于：同时将所述高压直流电同时提供给所有电极对(4)。

3.根据权利要求1所述的用于生产等离子体的方法，其特征在于：将所述高压直流电分不同的时间提供给所述电极对(4)。

4.根据权利要求1-3所述的用于生产等离子体的方法，其特征在于：提供给所述电极(4)的所述高压直流电超过1000V。

5.一种用于生产等离子体的装置，其特征在于：其包括至少一对与高压直流电源的异性极连接的电极，各个所述电极(4)包括在由耐热绝缘材料制成的管子(5)内，通过柔性管连接装置(3)从分配器(2)向这些电极供水，而水是在压力下通过水泵(8)从水槽(1)输入所述分配器(2)中的。

6.根据权利要求5所述的用于生产等离子体的装置，其特征在于：所述管子(5)由石英玻璃或陶瓷制成。

7.根据权利要求5和6所述的用于生产等离子体的装置，其特征在于：所述开口管端(5)水平设置或呈角度地设置，彼此相对。

8.根据权利要求5-7所述的用于生产等离子体的装置，其特征在于：所述管子(5)开口端之间的间隙超过5mm。

9.一种根据权利要求5-8所述的用于生产等离子体的装置，其特征在于：所述管子(5)的数量与其中包括的所述电极(4)的数量均为2至N，其中，N为偶数。