CN102271452A - 一种热等离子体弧焰发生器 - Google Patents

Abstract

本发明属于高频感应热等离子体技术领域，针对目前高频感应热等离子体发生装置存在的点火困难、工作稳定性差、维弧功率大、效率低等问题，本发明提供了一种热等离子体弧焰发生器。本发明包括层流电弧热等离子体产生器[1]和高频感应热等离子体发生器[2]，其特征在于沿高频感应热等离子体发生器[2]中心轴线[5]方向射入层流电弧热等离子体射流[3]，起高频感应热等离子体焰流[4]的电弧引导、维弧及感应增强作用。层流电弧热等离子体射流[3]具有射流长度长，流场参数波动小，几乎不卷吸环境气体，高温区长度长，温度等参数的轴向梯度小等优点。采用本发明的技术方案，可以解决高频感应热等离子体发生装置点火困难，容易断弧的问题，降低高频感应热等离子体发生装置的工作频率和减少维弧功率，并通过感应增强作用提高效率，便于开发更大功率高频感应热等离子体发生装置。

Description

一种热等离子体弧焰发生器

技术领域：

本发明涉及的技术是电弧及高频感应热等离子体技术，具体涉及到一种引入层流电弧热等离子体射流的高频感应热等离子体发生器。

背景技术：

自从高频感应热等离子体发生装置被成功研制出来以后，已经在高技术陶瓷粉的制备，ICP(感应耦合等离子体)光谱分析、喷涂，超导体、金刚石膜、金刚石粉的制备等方面得到了颇为广泛的运用。

目前，常见的高频感应等离子发生器的工作方式主要有两种：

一种是如图1所示的无引导电弧的发生器装置：在石英管[1]外边套一个金属(如铜管)绕制的线圈[2]，使外电源供给的高频电流通过线圈所产生的磁场与放电管中的等离子体相耦合，线圈中流过的激发电流产生的交变磁场所感生的交变电场将在导电气体中引起电流并产生焦耳热，条件适当时放电将能维持下去并不断将送入发生器的冷工作气体加热形成等离子体焰流。

但是这种高频感应等离子发生装置的不足在于：

1、点火困难，步骤繁琐。一般都是先用氩气引发放电，这是因为氩气要求的最小维持功率的数值最低，然后加入其他气体以形成所需的混合气体等离子体流，或者逐步以其他气体替换氩，以获得纯氢、纯氧等工艺过程所需的等离子体，以达到稳定工作的要求。

2、稳定性差。当工作气体波动或调节工作气体流量时，很容易引起断弧，造成发生装置工作停止。

3、高频感应电源工作频率高、维弧功率大、经济性差。对于大功率高频感应电源只能采用电子管式的电源，这种电源可以把工作频率做高和功率做很大，但使用成本昂贵且工作寿命较短。

4、能量利用率低。由于工作频率高，线圈之间互感严重，线圈内阻消耗大，能量利用率低。

另一种是如图2所示高频感应热等离子发生装置：在石英管[1]的中心引入湍流电弧热等离子体射流[3]，起电弧引导作用，可以解决图1所示的高频感应热等离子体发生装置的点火困难和容易断弧的缺点，但不足之处在于，湍流热等离子射流长度很短、较不稳定，高频感应耦合的范围小，并且对大功率的热等离子发生器来说，降低的电源的工作频率和维弧功率有限，功率仍做不大，效率也较低。

发明内容：

针对现有高频感应热等离子体发生装置存在的问题，本发明提出了一种新的热等离子体弧焰发生器，可以很好的解决高频感应热等离子体发生装置点火困难、工作稳定差、功率小和能量利用率低的问题。本发明的技术方案：

本发明的热等离子体弧焰发生器包括稳定的层流电弧热等离子体产生器[1]和高频感应热等离子体发生器[2]两部分。层流电弧热等离子体产生器[1]产生的热等离子体射流[3]具有射流长且稳定、高温区长度长、流场参数波动小、几乎不卷吸环境气体、寿命长等特点。本方案特征在于：层流电弧热等离子体射流[3]和高频感应热等离子体发生器[2]中心轴线[5]重合，沿着中心轴线[5]方向射入，起电弧引导作用。

技术效果：

采用本发明的技术方案可以得到如下效果：

1.通过在高频感应热等离子体发生器[2]内部引入稳定的层流电弧热等离子体射流[3]起到了很好的感应电弧引导作用，不但可以简化点火步骤降低点火难度实现工作气体一次点火，而且层流电弧热等离子体射流是很稳定的，当工作气体波动或调节工作气体流量时不会产生断弧现象。因此本发明解决了高频感应热等离子体发生装置的点火难及步骤繁琐的问题，同时大大提高了高频感应等热离子发生装置的工作稳定性。

2.层流电弧热等离子体射流[3]长度长，使得高频感应耦合的范围大，降低了高频感应发生器的工作频率和维弧功率，因此可以开发大功率的高频感应热等离子体发生装置。

3.降低高频感应发生器的工作频率，进而可以采用半导体逆变高频电源，减少感应线圈的砸数，达到提高高频感应热等离子体发生装置的能量利用效率和寿命、降低使用成本的目的。

附图说明：

图1是现有高频感应热等离子体发生装置示意图。

[1]石英管；[2]高频感应线圈；[3]高频感应热等离子体弧焰；Q1工作气体；Q2冷却气体

图2是引入湍流热等离子体射流的高频感应热等离子体发生装置示意图。

[1]石英管；[2]高频感应线圈；[3]湍流电弧热等离子体射流；[4]高频感应热等离子体弧焰；

图3是本发明的原理示意图。

[1]层流电弧热等离子体产生器；[2]高频感应热等离子体发生器；[3]层流电弧热等离子体射流；[4]高频感应热等离子体弧焰；[5]中心轴线

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

图3是本发明的原理示意图，本发明的热等离子体弧焰发生器包括高频感应热等离子体发生器[2]和层流电弧热等离子体产生器[1]。层流电弧热等离子体射流[3]和高频感应热等离子体发生器[2]的中心轴线[5]重合，起电弧引导作用。本发明解决了高频感应热等离子体发生装置点火难，步骤繁琐，容易断弧的问题，大大提高了高频感应热等离子发生装置的工作稳定性。层流电弧热等离子体射流[3]沿高频感应热等离子体发生器[2]的中心轴线[5]方向射入，射入的是导电电弧等离子体，并与送入发生器的气体共同处于高频交变电场中，更易引起高频感应加热形成热等离子体焰流[4]。只要射入的层流电弧热等离子体射流[3]稳定，那么这种感应热等离子体焰流[4]就很稳定。

Claims (3)

1.一种热等离子体弧焰发生器，其特征在于：本发明由高频感应热等离子体发生器[2]和层流热等离子体产生器[1]两部分组成。

2.根据权利要求1所述的一种热等离子体弧焰发生器，其特征在于层流电弧热等离子体产生器[1]产生的热等离子体射流[3]具有射流长度长，流场参数波动小，几乎不卷吸周边气体，高温区长度长，温度等参数轴向梯度小等特点。

3.根据权利要求1、2所述的一种热等离子体弧焰发生器，其特征在于所述的层流电弧热等离子体产生器[1]产生的热等离子体射流[3]从高频感应热等离子体发生器[2]的中心轴线[5]方向射入，起电弧引导作用。

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