CN102625558A

CN102625558A - 带有冷却系统的等离子体加热器

Info

Publication number: CN102625558A
Application number: CN2012100888413A
Authority: CN
Inventors: 舒小明
Original assignee: ANHUI HANGTIAN ENVIRONMENTAL ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: Beijing Aerospace Environmental Engineering Co ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: CN102625558B

Abstract

本发明提供一种带有冷却系统的等离子体加热器，所述等离子体加热器包括等离子体加热单元和冷却系统，等离子体加热单元包括：多个等离子加热枪、高压脉冲电源(5)和高压射频电源(4)，所述的高压脉冲电源(5)能够提供多组脉冲电压，每组脉冲电压接于一个等离子加热枪的内电极(1)和外电极(2)上以电离内电极(1)和外电极(2)之间的腔体内的空气，高压射频电源能够提供多组射频电压，每组射频电压接于一个等离子加热枪的高频线圈的两端，所述外电极(2)上设有进水管和出水管，所述冷却系统包括主泵(7)、三向阀(20)和热交换系统，主泵(7)驱动冷却水经三向阀(20)的流经外电极变热，变热的冷却水流经热交换系统降温。

Description

带有冷却系统的等离子体加热器

技术领域

本发明涉及一种带有冷却系统的等离子体加热器，属于等离子体发生器技术领域。

背景技术

目前在大气压条件下能够产生的等离子体有两种，一种是热等离子体，其特征是气体温度往往很高，大约10000K量级，主要用于等离子体喷涂、切割、焊接、废物处理、材料表面加工等领域。另一种是冷等离子体，其特征是气体温度很低(接近室温)，但电子温度很高，因此具有很高的化学活性，属于非平衡等离子体。但是，常温常压下，将空气电离以产生等离子体需要的电压较大，通常需要几千伏的高压。而采用现有技术中的升压电路，要产生这么高的电压，则需要器件的耐压性较高。同时电极温度很高，其寿命很短。

发明内容

本发明的目的在于提供带有冷却系统的等离子体加热器，其且能延长等离子体电极的使用寿命，并合理利用了热能。

为实现所述发明目的，带有冷却系统的等离子体加热器，所述等离子体加热器包括等离子体加热单元和冷却系统，等离子体加热单元包括：多个等离子加热枪、高压脉冲电源5和高压射频电源4，每个等离子加热枪包括：柱状的内电极1、筒状的外电极2、绝缘套筒3和高频线圈，其中，所述柱状的内电极1固定于绝缘套筒3的中心通孔上以将柱状的内电极1设置于筒状的外电极2中心轴线上并与外电极绝缘，所述的高频线圈缠绕在外电极上；所述的高压脉冲电源5能够提供多组脉冲电压，每组脉冲电压接于一个等离子加热枪的内电极1和外电极2上，以给内电极1和外电极2之间提供一高压脉冲电源以电离内电极1)和外电极2之间的腔体内的空气，高压射频电源能够提供多组射频电压，每组射频电压接于一个等离子加热枪的高频线圈的两端，所述外电极2的筒状体为由内层和外层的双层结构，内层和外层的双层之间形成能够供水流通的空隙，外层上设有进水管和出水管，其特征在于，所述有冷却系统包括主泵7、三向阀20和热交换系统，主泵7驱动冷却水流入三向阀的第一端，而后经三向阀20的第二端流入外电极2的进水管，冷却水在外电极2中变热而后从出水管流出，冷却水还经三向阀20的第三端流经热交换系统以进行降温。

优选地，出水管上设有出水温度传感器19以检测出水温度，如果出水温度低于下限，调节三向阀20，使热交换系统流量减小；温度高于上限，调节三向阀20，使热交换系统流量增大。

优选地，冷却系统还设有副泵8，所述三向阀20的入水管处设有流量传感器17以检测冷却水流量，如果流量正常，保持主泵工作；如果流量不正常，启用副泵。

优选地，所述的热交换系统为冷凝器21。

优选地，所述冷凝器中具有蛇形管。

优选地，所述冷凝器中具有容纳水的第一容器，蛇形管浸于第一容器的水内，冷却系统内的冷却水通过蛇形管时与容器中的水进行热交换以冷却流过蛇形管内的冷却水。

优选地，所述冷却系统还具有第二容器，第二容器与第一容器连通，水泵将第二容器内的温度较低的水抽入第一容器，第一容器内的水经一水管连到第二容器以在第二容器中形成人工喷泉。

与现有技术相比，本发明提供的带有冷却系统的等离子体加热器，其使用了冷却系统冷却电极的温度能增加等离子体电极的使用寿命，并合理利用了热能。

附图说明

图1是本发明提供的带有冷却系统的等离子体加热系统的示意图；

图2是本发明提供的高压射频电源的示意图；

图3是本发明提供的高压直流电源的示意图；

图4是本发明提供的高压脉冲电源的示意图；

图5是本发明提供的高压脉冲单元的电路图；

图6是本发明提供的高压脉冲单元给电容充电时的等效电路示意图；

图7是本发明提供的高压脉冲单元产生瞬时高电压时的等效电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明。相同的附图标记表示相同或者相似的部件。

图1是本发明提供的带有冷却系统的等离子体加热系统的示意图。如图1所示，所述等离子体加热器包括等离子体加热单元和冷却系统，等离子体加热单元包括：多个等离子加热枪(图中所示为3个等离子加热枪)、高压脉冲电源5、高压射频电源4和控制系统6，每个离子加热枪包括：柱状的内电极1、筒状的外电极2、绝缘套筒3和高频线圈，其中，所述柱状的内电极1固定于绝缘套筒3的中心通孔上以将柱状的内电极1设置于筒状的外电极2中心轴线上，所述的高频线圈缠绕在外电极上；所述的高压脉冲电源5能够提供多组脉冲电压，每组脉冲电压接于一个等离子加热枪的内电极1和外电极2上，以给内电极1和外电极2之间提供一高压脉冲电源以电离内电极1和外电极2之间的腔体内的空气，高压射频电源能够提供多组射频电压，每组射频电压接于一个等离子加热枪的高频线圈的两端以使腔体内所形成的等离子体流的温度升高。每个外电极的下端设有喷嘴以供高温等离子体火焰喷出以加热待加热物体。多个等离子加热枪均匀设置在待加热物体的周围、上面或者下面，以使待加热物体受热均匀。所述外电极2的筒状体为由内层和外层的双层结构，内层和外层的双层之间形成能够供水流通的间隙，外层上设有进水管和出水管。所述外电极2还设置有通风管，以将空气等注入到内、外电极之间。

如图1所示，所述冷却系统包括主泵7、副泵8、三向阀20和热交换系统21，主泵7驱动冷却水流入三向阀20的第一端，而后经三向阀20的第二端流入三个等离子体加热枪的外电极2的进水管，冷却水在外电极中变热而后从出水管流出，冷却水还经三向阀20的第三端流经热交换系统21，所述热交换系统21为冷凝器。等离子体加热枪的进水管和出水管处分别设有进水温度传感器18和出水温度传感器19以检测冷却水温度，如果出水温度低于下限，调节三向阀20，使热交换系统流量减小；温度高于上限，调节三向阀20，使热交换系统流量增大。所述下限和上限值根据等离子体电极的性能要求进行人为设定。所述三向阀20的入水管处设有流量传感器17以检测冷却水流量，如果流量正常，保持主泵7工作；如果流量不正常，启用副泵8。主泵7支路的入水管处设有隔离阀11和用于过滤水中杂物的滤清器15，出水管处设有检查阀9和隔离阀13，设置隔离阀9和11的目的是在维修主泵7时保持冷却系统中冷却水的畅通。检查阀13是用于调节冷却系统中水的压力。副泵8支路的入水管处设有隔离阀12和用于过滤水中杂物的滤清器16，出水管处设有检查阀14和隔离阀10。设置隔离阀10和12的目的是在维修副泵8时保持冷却系统中冷却水的畅通。检查阀14是用于调节冷却系统中水的压力。冷却系统中还设有微水压调节支路，微水压调节支路包括密闭的容器和密闭的容器内的膨胀气囊。膨胀气囊中气体的压力根据需要设定，密闭的容器中水的压力与膨胀气囊中气体的压力相等时，膨胀气囊的体积保持不变，密闭的容器中水的压力减小时，膨胀气囊膨胀，在一定程度上补偿系统的水压。系统水压过低时，则通过补水阀36或者37给进行人工补水。系统水压过高时，或存在气泡时，通过检查阀13、14和38释放，保证安全的系统压力。

所述冷凝器中设有蛇形管40。所述冷凝器中还设有容纳水的第一容器41，蛇形管40浸于第一容器41的水内，冷却系统内的冷却水与通过蛇形管40时与容器41中的水进行热交换以冷却流过蛇形管40内的水。所述冷却系统还具有第二容器，即，收集池23，第二容器通过水管与第一容器41连通，水泵22将第二容器内的温度较低的水抽入第一容器41，第一容器41内的水经一水管连到第二容器以在第二容器中形成人工喷泉。

图2是本发明提供的高压射频电源的示意图。如图2所示，所述的高压射频电源包括高压直流电源24，频率合成器26、29和33，射频放大器27、31和34以及匹配调谐器28、32和35，其中，频率合成器26、射频放大器27和匹配调谐器28产生第一组射频电压，频率合成器26用于产生一高频小信号，射频放大器27用于将高频小信号进行功率放大，匹配调谐器28用于调谐及阻抗变换以使射频放大器输出的高频大功率信号的工作频率与高频小信号的工作频率相等并将第一个等离子加热枪45上的高频线圈的输入阻抗变换为射频放大器输出最大功率时的阻抗。频率合成器29、射频放大器31和匹配调谐器32产生第二组射频电压，频率合成器29用于产生一高频小信号，射频放大器31用于将高频小信号进行功率放大，匹配调谐器32用于调谐及阻抗变换并将第二个等离子加热枪46高频线圈的输入阻抗变换为射频放大器输出最大功率时的阻抗。频率合成器33、射频放大器34和匹配调谐器35产生第三组射频电压，频率合成器33用于产生一高频小信号，射频放大器34用于将高频小信号进行功率放大，匹配调谐器35用于调谐及阻抗变换并将第三个等离子加热枪47高频线圈的输入阻抗变换为射频放大器输出最大功率时阻抗。高压直流电源24用于给频率合成器26、29和33以及射频放大器27、31和34提供电能。用户通过人机接口设定控制系统6。控制系统6分别根据采集频率合成器、射频放大器或者匹配调谐器的输出的信号来控制它们的工作状态。

图3是本发明提供的高压直流电源的示意图。如图3所示，所述高压直流电源24包括3组直流电压单元M₁₁…M_1N，M₂₁…M_2N和M₃₁…M_3N，每组直流电压单元包括多个直流电压单元，每个直流电压单元通过N-1个续流线圈级联，控制系统6能够远程控制各直流电压单元的通断以产生所需要直流电能，所述N为大于或者等于2的整数。

所述的控制系统6包括一个控制器30和3N个光发射器OT₁₁…OT_1N，OT₂₁…OT_2N和OT₃₁…OT_3N。所述的高压直流电源24还包括变压器tr₂和3N个光接收器OR₁₁…OR_1N，OR₂₁…OR_2N和OR₃₁…OR_3N。所述变压器tr₂包括一个初级线圈和3N个次级线圈。所述的光发射器将控制器输出的控制信号转换成光信号以通过光纤传输到对应的光接收器。所述的光接收器将接收的光信号转换成控制驱动级的电信号以此实现处于悬浮电压之上的各级直流单元与低电平控制部分的高电压隔离。

第一个直流电压单元M₁₁包括变压器次级的第一个线圈L₁₁、一个整流器RE₁₁、一个续流二极管D₁₁、一个电子开关和一个驱动级P₁₁，电子开关为CMOS管CMOS₁₁，所述整流器RE₁₁的正极连接于变压器次级的第一个线圈L₁₁的第一端，整流器RE₁₁的负极连接到续流二极管的负极；续流二极管D₁₁的正极连接到CMOS管CMOS₁₁的漏极，CMOS管CMOS₁₁的源极连接到变压器次级的第一个线圈L₁₁的第二端，CMOS管CMOS₁₁的栅极连接到驱动级P₁₁，由驱动级P₁₁根据光接收器OR₁₁所接收的控制器30所发出的控制指令控制CMOS管CMOS₁₁的通断。MOS管CMOS₁₁工作于开关状态，当CMOS管CMOS₁₁的栅极输入一个高电位时，CMOS管CMOS₁₁导通，第一个线圈L₁₁的第二端相当于接到续流二极管D₁₁的正极。整流器RE₁₁将第一个线圈L₁₁输出的交流电压u₁₁转换直流电压U₁₁。续流二极管D₁₁两端的电压为U₁₁，上端为正，下端为负。当CMOS管CMOS₁₁的栅极输入一个低电位时，CMOS管CMOS₁₁截止。续流二极管D₁₁两端的电压为二极管结电压。

第N个直流电压单元M_1N包括变压器次级的第N个线圈L_1N、一个整流器RE_1N、一个续流二极管D_1N、一个电子开关和一个驱动级P_1N，电子开关为CMOS管CMOS_1N，所述整流器RE_1N的正极连接于变压器次级的第N个线圈L_1N的第一端，整流器RE_1N的负极连接到续流二极管的负极；续流二极管D_1N的正极连接到CMOS管CMOS_1N的漏极，CMOS管CMOS_1N的源极连接到变压器次级的第N个线圈L_1N的第二端，CMOS管CMOS_1N的栅极连接到驱动级P_1N，由驱动级P_1N根据光接收器OR_1N所接收的控制器30所发出的控制指令控制CMOS管CMOS_1N的通断。MOS管CMOS_1N工作于开关状态，当CMOS管CMOS_1N的栅极输入一个高电位时，CMOS管CMOS_1N导通，第N个线圈L_1N的第二端相当于接到续流二极管D_1N的正极。整流器RE_11N将第N个线圈L_1N输出的交流电压u_1N转换直流电压U_1N。续流二极管D_1N两端的电压为U_1N，上端为正，下端为负。当CMOS管CMOS_1N的栅极输入一个低电位时，CMOS管CMOS_1N截止。续流二极管D_1N两端的电压为二极管结电压。

每个直流电压单元之间用续流线圈相连接。如此，如果每个直流电压单元M₁₁…M_1N的电子开关均同时导通的情况下，高压直流电源24的第一组输出总电压为U_1总＝U₁₁+…+U_1N。高压直流电源5还包括滤波电感L₁和滤波电容C₁，以将滤除第一组输出总电压U_1总中的开关频率成分。滤波后的直流高电压U_1总用于给频率合成器26和射频放大器27供电。

同理，第N+1个直流电压单元M₂₁包括变压器次级的第N+1个线圈L₂₁、一个整流器RE₂₁、一个续流二极管D₂₁、一个电子开关和一个驱动级P₂₁，电子开关为CMOS管CMOS₂₁，所述整流器RE₂₁的正极连接于变压器次级的第N+1个线圈L₂₁的第一端，整流器RE₂₁的负极连接到续流二极管的负极；续流二极管D₂₁的正极连接到CMOS管CMOS₂₁的漏极，CMOS管CMOS₂₁的源极连接到变压器次级的第N+1个线圈L₂₁的第二端，CMOS管CMOS₂₁的栅极连接到驱动级P₂₁，由驱动级P₂₁根据光接收器OR₂₁所接收的控制器30所发出的控制指令控制CMOS管CMOS₂₁的通断。MOS管CMOS₂₁工作于开关状态，当CMOS管CMOS₂₁的栅极输入一个高电位时，CMOS管CMOS₂₁导通，第N+1个线圈L₂₁的第二端相当于接到续流二极管D₂₁的正极。整流器RE₂₁将第N+1个线圈L₂₁输出的交流电压u₂₁转换直流电压U₂₁，上端为正，下端为负。续流二极管D₂₁两端的电压为U₂₁。当CMOS管CMOS₂₁的栅极输入一个低电位时，CMOS管CMOS₂₁截止。续流二极管D₂₁两端的电压为二极管结电压。

第2N个直流电压单元M_2N包括变压器次级的第2N个线圈L_2N、一个整流器RE_2N、一个续流二极管D_2N、一个电子开关和一个驱动级P_2N，电子开关为CMOS管CMOS_2N，所述整流器RE_2N的正极连接于变压器次级的第一个线圈L_2N的第一端，整流器RE_2N的负极连接到续流二极管的负极；续流二极管D_2N的正极连接到CMOS管CMOS_2N的漏极，CMOS管CMOS_2N的源极连接到变压器次级的第2N个线圈L_2N的第二端，CMOS管CMOS_2N的栅极连接到驱动级P_2N，由驱动级P_2N根据光接收器OR_2N所接收的控制器30所发出的控制指令控制CMOS管CMOS_2N的通断。MOS管CMOS_2N工作于开关状态，当CMOS管CMOS_2N的栅极输入一个高电位时，CMOS管CMOS_2N导通，第2N个线圈L_2N的第二端相当于接到续流二极管D_2N的正极。整流器RE_11N将第2N个线圈L_2N输出的交流电压u_2N转换直流电压U_2N。续流二极管D_2N两端的电压为U_2N，上端为正，下端为负_N。当CMOS管CMOS_2N的栅极输入一个低电位时，CMOS管CMOS_2N截止。续流二极管D_2N两端的电压为二极管结电压。

每个直流电压单元之间用续流线圈相连接。如此，如果每个直流电压单元M₂₁…M_2N的电子开关均同时导通的情况下，高压直流电源24的第二组输出总电压为U_2总＝U₂₁+…+U_2N。高压直流电源5还包括滤波电感L₂和滤波电容C₂，以将滤除第二组输出总电压U_2总中的开关频率成分。滤波后的直流高电压U_2总用于给频率合成器29和射频放大器31供电。

依次类推，第2N+1个直流电压单元M₂₁包括变压器次级的第2N+1个线圈L₃₁、一个整流器RE₃₁、一个续流二极管D₃₁、一个电子开关和一个驱动级P₃₁，电子开关为CMOS管CMOS₃₁，所述整流器RE₃₁的正极连接于变压器次级的第2N+1个线圈L₃₁的第一端，整流器RE₃₁的负极连接到续流二极管的负极；续流二极管D₃₁的正极连接到CMOS管CMOS₃₁的漏极，CMOS管CMOS₃₁的源极连接到变压器次级的第2N+1个线圈L₃₁的第二端，CMOS管CMOS₃₁的栅极连接到驱动级P₃₁，由驱动级P₃₁根据光接收器OR₃₁所接收的控制器30所发出的控制指令控制CMOS管CMOS₃₁的通断。MOS管CMOS₃₁工作于开关状态，当CMOS管CMOS₃₁的栅极输入一个高电位时，CMOS管CMOS₃₁导通，第2N+1个线圈L₃₁的第二端相当于接到续流二极管D₃₁的正极。整流器RE₃₁将第2N+1个线圈L₃₁输出的交流电压u₃₁转换直流电压U₃₁。续流二极管D₃₁两端的电压为U₂₁，上端为正，下端为负。当CMOS管CMOS₃₁的栅极输入一个低电位时，CMOS管CMOS₃₁截止。续流二极管D₃₁两端的电压为二极管结电压。

第3N个直流电压单元M_3N包括变压器次级的第3N个线圈L_3N、一个整流器RE_3N、一个续流二极管D_3N、一个电子开关和一个驱动级P_3N，电子开关为CMOS管CMOS_3N，所述整流器RE_3N的正极连接于变压器次级的第3N个线圈L_3N的第一端，整流器RE_3N的负极连接到续流二极管的负极；续流二极管D_3N的正极连接到CMOS管CMOS_3N的漏极，CMOS管CMOS_3N的源极连接到变压器次级的第3N个线圈L_3N的第二端，CMOS管CMOS_3N的栅极连接到驱动级P_3N，由驱动级P_3N根据光接收器OR_3N所接收的控制器30所发出的控制指令控制CMOS管CMOS_3N的通断。MOS管CMOS_3N工作于开关状态，当CMOS管CMOS_3N的栅极输入一个高电位时，CMOS管CMOS_3N导通，第3N个线圈L_3N的第二端相当于接到续流二极管D_3N的正极。整流器RE_3N将第3N个线圈L_1N输出的交流电压u_3N转换直流电压U_3N。续流二极管D_3N两端的电压为U_3N，上端为正，下端为负。当CMOS管CMOS_3N的栅极输入一个低电位时，CMOS管CMOS_3N截止。续流二极管D_3N两端的电压为二极管结电压。

每个直流电压单元之间用续流线圈相连接。如此，如果每个直流电压单元M₃₁…M_3N的电子开关均同时导通的情况下，高压直流电源24的第三组输出总电压为U_3总＝U₃₁+…+U_3N。高压直流电源24还包括滤波电感L₃和滤波电容C₃，以将滤除第三组输出总电压U_3总中的开关频率成分。滤波后的直流高电压U₃总用于给频率合成器33和射频放大器34供电。

本发明提供的等离子点火枪，在时钟脉冲控制下，控制系统6经过取样电路(电阻分压)得到的输出电压样值与参考信号的电压进行比较，采样电压小于设定电压时，控制器发出指令，开启一个直流单元，使高压电源输出电压升高；在下一个时钟周期，如果采样电压仍小于参考信号电压，控制器发出指令，再开启一个直流单元，继续使高压电源输出电压升高；直到采样电压大于设定电压，控制器发出指令，关闭一个直流单元，使高压电源输出电压降低，直到采样电压等于设定电压。本发明提供的等离子点火枪，还能够在时钟脉冲控制下，控制系统6使其中一部分直流电压单元在一定的时间段内的通断以控制输出电压。

本发明提供的等离子点火枪，对直流电压单元的开关控制遵循以下规则：需要开启一个直流单元时，总是开启处于关闭状态的时间最久的那个直流电压单元；需要关闭一个直流电压单元时，总是关闭处于开启状态的时间最久的那个直流电压单元。这样的开关控制规则带来两个好处：(1)每个开关模块工作时间区域均等，等效负荷均衡；(2)对一定的时钟脉冲频率，每个直流电压单元的电子开关的开关频率大幅度降低。以直流参考信号为例，如果时钟脉冲频率为f，高压直流电源由N个直流电压单元构成，则每个直流电压单元电子开关的实际开关频率为f/N。

本发明中在高压电源中引入续流二极管，使得各个直流电压单元的电子开关可以独立控制，无需同时导通或截止。某个直流单元的电子开关导通时，其输出电压是串联接入；电子开关截止时，其它直流单元通过续流二极管向外电路输出电压(电流)，即续流二极管的作用是在电子开关的截止状态，提供电流通路。续流线圈的作用是抑制电子开关导通或截止瞬间的暂态脉冲干扰；另一方面，所有续流线圈的等效自感系数，也参与构成后级滤波电路。

图4是本发明提供的高压脉冲电源的示意图。如图4所示，高压脉冲电源5包括一个变压器tr₁、整流二极管D₁、D₂和D₃，滤波电容C₄、C₅和C₆，以及高压脉冲单元1、2和3。整流二极管D₁将变压器tr₁的第一个次级线圈输出的交流电整流成直流电，二极滤波电容C₄滤除直流电中的交流成份以给高压脉冲单元42提供直流电压，高压脉冲单元42给等离子加热枪45提供高压脉冲。整流二极管D₂将变压器tr₁的第二个次级线圈输出的交流电整流成直流电，二极滤波电容C₄滤除直流电中的交流成份以给高压脉冲单元43提供直流电压，高压脉冲单元43给等离子加热枪46提供高压脉冲。整流二极管D₃将变压器tr₁的第三个次级线圈输出的交流电整流成直流电，滤波电容C₆滤除直流电中的交流成份以给高压脉冲单元44提供直流电压，高压脉冲单元44给等离子加热枪47提供高压脉冲。

图5是本发明提供的高压脉冲单元的电路图。以高压脉冲单元42为例来进行说明，以高压脉冲单元43和44的电路与高压脉冲单元1的电路相同。如如图5所示，高压脉冲单元42包括级连的N级充放电单元。第一级充放电单元包括电子开关T₁和依次相连的电感L₁₁、电容C₁和电感L₁₂，电子开关T₁的第一端连接到电感L₁₁的第二端和电容C₁的第一端相连的节点，电子开关T₁的第二端接电感L₁₂的第二端和变压器次级相连的节点，电子开关T₁的控制端连接控制系统6。电容C₁的第二端和电感L₁₂的第一端相连。第二级充放电单元包括电子开关T₂和依次相连的电感L₂₁、电容C₂、电感L₂₂，电子开关T₂的第一端接电感L₂₁的第二端和电容C₂的第一端相连的节点，电子开关T₂的第二端连接到电感L₂₂的第二端和和电感L₁₂的第一端相连的节点，电子开关T₂的控制端连接到控制系统6。电容C₂的第二端和电感L₂₂的第一端相连。依次类推，第n级充放电单元包括电子开关T_N和依次相连的电感L_N1、电容C_N和电感L_N2，电子开关T_N的第一端接电感L_N1的第二端和电容C_N的第一端相连的节点，电子开关T_N的第二端连接电感L_N2的第二端和前一级的电感相连的节点，电子开关T_N的控制端连接到控制系统6。电容C_N的第二端和电感L_N2的第一端相连。高压脉冲电源5还包括电子开关T_总，电子开关T_总的第一端连接直流输入电压U的正极输出端，电子开关T_总的第二端接充放电单元的第一级的电感L₁₁的第一端，电子开关T_总的控制端连接到控制系统6。等离子加热枪45的内电极1连接电感L₁₂第二端和变压器次级相连的节点，外电极2连接电感L_N2第一端和电容C_N的第二端相连的节点。

图6是本发明提供的高压脉冲单元给电容充电时的示意图。如图6所示，充电时，控制系统发出控制指令，使电子开关T_总导通，电子开关T₁、T₂、…和T_N同时截止，电压U同时给电容C₁、C₂、…和C_N，电容C₁、C₂、…和C_N两端的充电电压均为U。

图7是本发明提供的高压脉冲单元产生瞬时高电压电路示意图。如图7所示，放电时，控制系统发出控制指令，使电子开关T_总截止，电子开关T₁、T₂、…和T_N同时导通，则电容C₁、C₂、…和C_N两端的充电电压瞬时叠加，总电压为nU，该电压给内电极1和外电极2之间提供一瞬时高电压以电离内电极1和外电极2之间的腔体内的空气。

可选地，电子开关可以为CMOS管、晶体管或者可控硅。

由于本发明提供的高压直流电源和高压射频电源可以通过控制器软件编程其输出任意电压值，所以等离子体加热器的温度可以根据需要进行设定。而产生高电压的直流电源和脉冲电源是通过多级级联而成的，故可以采用耐压值较低的元器件来完成低电压到高电压的变换。

另外，本发明以外电极的冷却进行了说明，但是等离子体点火枪的内电极也可以做成供冷却水流通的中空结构，以用本发明提供的冷却系统进行冷却，以提高内电极的使用寿命。

虽然以上已结合附图对按照本发明目的的构思和实例作了详尽说明，但本领域技术人员应当认识到，在没有脱离本发明构思的前提下，任何基于本发明作出的改进和变换仍然属于本发明保护范围内的内容。

Claims

1.一种带有冷却系统的等离子体加热器，所述等离子体加热器包括等离子体加热单元和冷却系统，等离子体加热单元包括：多个等离子加热枪、高压脉冲电源(5)和高压射频电源(4)，每个等离子加热枪包括：柱状的内电极(1)、筒状的外电极(2)、绝缘套筒(3)和高频线圈，其中，所述柱状的内电极(1)固定于绝缘套筒(3)的中心通孔上以将柱状的内电极(1)设置于筒状的外电极(2)中心轴线上并与外电极绝缘，所述的高频线圈缠绕在外电极上；所述的高压脉冲电源(5)能够提供多组脉冲电压，每组脉冲电压接于一个等离子加热枪的内电极(1)和外电极(2)上，以给内电极(1)和外电极(2)之间提供一高压脉冲电源以电离内电极(1)和外电极(2)之间的腔体内的空气，高压射频电源能够提供多组射频电压，每组射频电压接于一个等离子加热枪的高频线圈的两端，所述外电极(2)的筒状体为由内层和外层组成的双层结构，内层和外层的双层之间形成能够供水流通的间隙，外层上设有进水管和出水管，其特征在于，所述冷却系统包括主泵(7)、三向阀(20)和热交换系统，主泵驱动冷却水流入三向阀的第一端，而后经三向阀(20)的第二端流入外电极(2)的进水管，冷却水在外电极(2)中变热而后从出水管流出，冷却水还经三向阀(20)的第三端流经热交换系统以进行降温。

2.根据权利要求1所述的等离子体加热器，其特征在于，出水管上设有出水温度传感器(19)以检测出水温度，如果出水温度低于下限，调节三向阀(20)，使热交换系统流量减小；温度高于上限，调节三向阀(20)，使热交换系统流量增大。

3.根据权利要求2所述的等离子体加热器，其特征在于，冷却系统还设有副泵(8)，所述三向阀(20)的入水管处设有流量传感器(17)以检测冷却水流量，如果流量正常，保持主泵工作；如果流量不正常，启用副泵。

4.根据权利要求3所述的等离子体加热器，其特征在于，所述的热交换系统为冷凝器。

5.根据权利要求4所述的等离子体加热器，其特征在于，所述冷凝器中具有蛇形管。

6.根据权利要求5所述的等离子体加热器，其特征在于，所述冷凝器中具有容纳水的第一容器，蛇形管浸于第一容器的水内，冷却系统内的冷却水通过蛇形管时与容器中的水进行热交换以冷却流过蛇形管内的冷却水。

7.根据权利要求6所述的等离子体加热器，其特征在于，所述冷却系统还具有第二容器，第二容器与第一容器通过水管连通，水泵将第二容器内的温度较低的水抽入第一容器，第一容器内的水经一水管连到第二容器以在第二容器中形成人工喷泉。