锥形的形状。等离子体焰炬包括构造成用以沿轴向方向引导过热气体射流的喷嘴48(在该示例中，沿着腔室的中心轴线50引导过热气体射流)。该腔室在垂直于中心轴线的平面中可以具有圆形的横截面。等离子体射流可以具有例如10，000 °F的温度。保护气体入口组件52构造成用以输送低温气体(即，保护气体)，所述低温气体围绕过热气体(等离子体射流)并将过热气体与腔室壁隔离。保护气体入口组件可以定位在风嘴入口附近。保护气体和过热气体两者都流入到反应器、气化炉或熔炉中。风嘴腔室可以衬有耐火材料54，并且可以由流体冷却，潜在地可以利用能嵌入在风嘴的壁内的水套或管状冷却盘管(在该视图中未示出)进行冷却。在其他的实施例中，该腔室可以位于水冷盘管或具备未衬有耐火材料的冷却通道的铜块中。低温气流能够以如下的方式被引导:过热气体保持集中在轴向方向上，保护气体在过热气体和腔室壁之间流动，并且两种气流的混合最小。在图2的实施例中，O形环凸缘密封件56和刀闸阀58定位在焰炬的凸缘60和保护气体入口组件52之间。在其他的实施例中，这些部件可以使用不同的间距，并且可以使用不同类型的阀。例如，在某些情况下可以使用球阀。
[0028]图3示出了一实施例，其中，保护气体入口组件布置成引入两种不同的保护气体流。保护气体入口组件包括两个子组件。其中，一个子组件相对于等离子体射流同轴地引导保护气体。第二子组件(利用例如切向或螺旋入口)引入旋流。图3是包括风嘴70的实施例的子组件的示意性分解图，风嘴70可以安装在反应器容器10的壁中并限定腔室72。在各个实施例中，所述腔室可以具有形成圆柱形或截锥形形状的管状或锥形内表面。等离子体焰炬可以构造成用以沿轴向方向(在该示例中，沿腔室的中心轴线74)引导过热气体射流。该腔室在垂直于中心轴线的平面中可以具有圆形横截面。保护气体入口组件76构造成用以输送低温气体(即保护气体)，所述低温气体围绕过热气体并保护腔室壁。保护气体入口组件的第一部分(或子组件)78包括气室80，所述气室80联接至定位在延伸构件84中的多个通道82。等离子体焰炬的喷嘴可以定位在延伸构件中，并且构造成用以沿轴向方向(在该示例中，沿腔室的中心轴线74)引导过热气体射流。保护气体可以如箭头86所示被喷射到气室中。然后，该保护气体流过这些通道，沿轴向方向围绕来自等离子体焰炬的过热气体前进通过风嘴腔室。保护气体入口组件的第二部分(或子组件)88包括能定位在第一部分的延伸构件周围的螺旋形通道80。喷射到第二部分的气室92中的保护气体流过螺旋形部分，进入风嘴腔室中。螺旋形通道实际上使保护气流逐渐收缩，从而加快其速度。这可能会引发较强的旋流运动。保护气体随后沿着毗邻风嘴腔室壁的螺旋形路径行进。在该实施例中，同轴的流动用于集中射流，且旋流用于保护壁以防止来自射流的传热。
[0029]填充子组件88和延伸构件84之间的空间的恒速气流迫使气体朝向风嘴70的出口运动。延伸构件84将螺旋气流(来自气室92)与轴向气流(来自通道82)分开。由于气体并未立即混合，因此沿着腔室内壁的螺旋流与位于等离子体羽流和螺旋保护气流之间的轴向保护气流将保持一定距离。这种配置允许微调轴向速度到角速度，以最大化过热气体羽流的稳定性，从而使之不冲击腔室壁，同时最小化热损失。纯轴向流导致羽流稳定性最高，但是也导致通过风嘴的热损失量最高，从而降低了从等离子体到反应器处理的能量传递。对于螺旋流来说，情况正好相反(即，热损失少，但羽流的稳定性大大降低)。因此，螺旋保护气流对于较短的风嘴长度适用。
[0030]在另一个实施例中，可以使用切向保护气体入口，其中，入口通道的横截面积并不减小。另外，保护气体入口不必在相对于中心轴线成90°角的方向上喷射保护气体。例如，气室92能够以例如15°的小角度偏离容器。
[0031]保护气体入口组件可以定位在风嘴腔室的一个端部附近。保护气体和过热气体两者都流入到气化炉或熔炉中。该腔室可以衬有耐火材料94，并且可以由流体冷却，潜在地可以利用能够嵌入在风嘴的壁中的水套或管状冷却盘管(在该视图中未示出)冷却。风嘴腔室内的气流可以被引导成使得过热气体保持在中心并沿着腔室的轴线流动，并且保护气体在过热气体和腔室壁之间流动。
[0032]在图3的实施例中，内保护气体层通过保护气体入口组件内的通道引入，所述通道轴向地且与过热气流平行地引导流动。外保护气流通过保护气体入口组件切向引入，使得气流沿着腔室的壁螺旋运动，同时有助于最小化到腔室壁的总体热损失。内气流起到集中过热气体的作用，而外气流起到保护腔室壁免受高温气体冲击的作用。这两种气流的组合允许使用更长的腔室长度，从而允许熔炉/气化炉内的耐火层更厚以及允许等离子体焰炬与熔炉壁/气化炉壁之间的间距更大。
[0033]图4是截面图，其示出了等离子体焰炬组件的将图3中的部件与等离子体焰炬96相组合的部分。等离子体焰炬通过喷嘴98沿着风嘴腔室72的中心轴线74喷射过热气体。进入气室80的保护气体通过通道82引导，沿着平行于中心轴线74的方向流动，并围绕来自等离子体焰炬的过热气体。螺旋形通道90中的保护气体被切向地引导到风嘴腔室中，并沿着该腔室的壁螺旋运动。
[0034]图5是示出了图4中等离子体焰炬组件的各部分的另一视图。等离子体焰炬96通过喷嘴98沿着风嘴腔室的中心轴线喷射过热气体。保护气体通过通道82引导，沿着平行于中心轴线的方向流动，并围绕来自等离子体焰炬的过热气体。喷射到气室92中的保护气体流过通道90，被切向地引导到风嘴腔室中，并沿着该腔室的壁螺旋运动。
[0035]图3-5中在等离子体焰炬与腔室之间的保护气体入口组件包括两个部分(或子组件)，其中一个部分轴向地并与等离子体羽流平行地引导保护气流。第二个部分切向地引导保护气流，沿着风嘴的壁螺旋运动。该结构有助于在相当长的距离上输送过热气流，并且不会破坏轴向流，轴向流的破坏将导致等离子体羽流冲击风嘴壁，从而导致热损失过大以及随后损坏风嘴。换言之，过热气体的中心射流与旋流的低温保护气体借助于保护气体的低温平行流束分开，从而提供了用于集中过热气体的中心射流并最小化热损失的手段。
[0036]图6是根据本发明另一个实施例构造的等离子体焰炬组件100的一部分的示意性截面图。等离子体焰炬104的端部102定位成通过喷嘴110沿着风嘴腔室108的中心轴线106引导过热气体羽流。保护气体入口组件112构造成用以将保护气体以轴向和旋流两种流束引导到风嘴腔室中。保护气体入口组件112包括多个通道。喷射到第一通道114中的保护气体通过凸缘118与等离子体焰炬之间的圆形(或环形)间隙116离开，以在平行于中心轴线的方向上引导保护气体并围绕来自等离子体焰炬喷嘴的过热气体羽流。喷射到第二通道120中的保护气体通过邻近风嘴腔室的壁的圆形(或环形)间隙122离开。在通过间隙122离开之前，保护气体流过螺旋形通道，以使保护气体沿与风嘴的壁相切的方向喷射到风嘴中。这一部分的保护气体沿着邻近风嘴壁的螺旋形路径行进，并围绕来自等离子体焰炬喷嘴的过热气体羽流。保护气体入口组件的这两个通道可以接收来自气室124的保护气体。
[0037]图7是图6中组件沿线7-7截取的视图。所示的保护气体入口组件的外通道形成螺旋形通道120。而所示的保护气体入口通道具逐渐有减小的横截面面积，该特征不是必需的。
[0038]图8是根据本发明另一个实施例构造的等离子体焰炬组件130的一部分的示意性截面图。等离子体焰炬134的端部132定位成通过喷嘴140沿着风嘴腔室138的中心轴线136引导过热气体羽流。保护气体入口组件142构造成用以沿轴向方向将保护气体引导到风嘴腔室中。保护气体入口组件142包括气室144和环绕等离子体焰炬的一部分的通道146。喷射到腔室146中的保护气体通过凸缘150与等离子体焰炬之间的圆形(或环形)间隙148离开，以沿平行于中心轴线的方向并围绕来自等离子体焰炬喷嘴的过热气体羽流引导保护气体。气室144将保护气体引导到腔室146的一侧。
[0039]图9是根据本发明另一个实施例构造的等离子体焰炬组件160的一部分的示意性截面图。等离子体焰炬164的端部162定位成通过喷嘴170沿着风嘴腔室168的中心轴线166引导过热气体羽流。保护气体入口组件172构造成用以沿轴向方向将保护气体引导到风嘴腔室中。保护气体入口组件172包括气室174和环绕等离子体焰炬的一部分的通道176。喷射到风嘴腔室168中的保护气体通过凸缘180与等离子体焰炬之间的圆形(或环形)间隙178离开，以沿平行于中心轴线的方向并围绕来自等离子体焰炬喷嘴的过热气体羽流引导保护气体。
[0040]气室沿大体垂直于风嘴腔室168的中心轴线的方向将