CN104956774A - 电磁波-高频混性等离子体炬 - Google Patents

电磁波-高频混性等离子体炬 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够解决现有高频等离子体炬的问题,以克服高频等离子体快速淬火问题及相应的不稳定性问题的等离子体炬。根据用于达成上述目的的本发明一个实施例,本发明可以公开一种电磁波-高频混性等离子体炬。所述电磁波-高频混性等离子体炬可以包括:电磁波振荡器,其发生电磁波;电源供应部,其向所述电磁波振荡器供应电源;电磁波传输线路,其传输所述电磁波振荡器发生的电磁波;第一等离子体形成气体供应部,其注入等离子体形成气体;电磁波放电管,其通过从所述电磁波传输线路流入的电磁波与从所述第一等离子体形成气体供应部注入的等离子体形成气体发生等离子体;高频放电管,其接收从所述电磁波放电管流入的电磁波等离子体流;感应线圈结构体,其与所述高频放电管同轴,内部设置有感应线圈;冷却水流路,其以所述高频放电管为中心流入和排出冷却水;以及第二等离子体形成气体供应部,其向所述高频放电管流入等离子体形成气体。

Description

电磁波-高频混性等离子体炬
技术领域
本发明涉及电磁波-高频混性等离子体炬,尤其涉及一种将通过电磁波发生的等离子体流入到高频等离子体炬的混性等离子体炬。
背景技术
目前公开的技术中已经有通过利用电磁波的等离子体炬及利用高频的等离子体炬进行合成的方法及装置。
现有发明专利文献1(授权专利第10-0631828号)公开了一种具有圆筒形感应线圈结构体的一体型电感耦合等离子体炬。
根据现有专利文献1,将高频等离子体炬的感应线圈部分制作成圆筒形感应线圈结构体并以同轴方式配置在炬外壁与等离子体收纳管之间,以在外壁与感应线圈结构体之间、感应线圈结构体与收纳管之间形成双重的环形流路23、24,通过高频输入端将感应线圈结构体与炬外壁一体化,使得炬的主要结构体能够分离成炬外壁、感应线圈结构体及等离子体收纳管,根据需要选定炬的各构体的最佳材料与加工方法并使用,因此能够提高炬性能及经济性。
根据上述现有高频等离子体炬,高频等离子体炬可以在炬内部利用大范围、大体积的超高温(8,000-10,000K)热等离子体加热固态粉末或喷雾液态的注入物使得熔融或蒸发,也可以通过加热气体进行热分解或提高热焓。上述作业通常可以在能够承受2,000K以上温度的耐火物质构成的收纳管内部进行,也可以通过喷射射流(jet)形态的等离子体火焰在收纳管出口外部进行,因此能够广泛应用于熔射喷涂高熔点物质、合成超细粉末、化学沉积、垃圾焚烧及热分解处理等领域,并且越来越多地用于需要新技术开发的多种领域。
高频等离子体炬具有无电极、大体积、适宜的气流速度等特征,因此适合用于多种科学领域及工业领域。但是电极的构件使得高频等离子体炬对流入到等离子体内的反应物等外部不利因素非常敏感。实际中,当反应物任意超出很小量时,流入等离子体内的反应物将会造成等离子体起伏、引发等离子体快速淬火(quenching)。这种高频等离子体的敏感特性阻碍在各领域的应用。
因此,即使说高频等离子体炬在各领域能否正常工作主要取决于向等离子体内注入反应物时等离子体能否保持稳定也不为过。因此,可以向高频等离子体发生区域内流入高温(~5,000K)、高密度的等离子体流以解决高频等离子体的快速淬火问题及相应的不稳定性问题。
本申请的发明人意识到这种问题并进行研究,通过如下构成解决现有高频等离子体炬的问题,开发出了能够解决高频等离子体快速淬火问题及相应的不稳定性问题的电磁波-高频混性等离子体炬。
[现有技术文献]
[专利文献]
(发明专利文献1)KR10-0631828B1
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种能够解决现有高频等离子体炬的问题,以克服高频等离子体快速淬火问题及相应的不稳定性问题的等离子体炬。
根据用于达成上述目的的本发明一个实施例,本发明可以公开一种电磁波-高频混性等离子体炬。所述电磁波-高频混性等离子体炬可以包括:电磁波振荡器,其发生电磁波;电源供应部,其向所述电磁波振荡器供应电源;电磁波传输线路,其传输所述电磁波振荡器发生的电磁波;第一等离子体形成气体供应部,其注入等离子体形成气体;电磁波放电管,其通过从所述电磁波传输线路流入的电磁波与从所述第一等离子体形成气体供应部注入的等离子体形成气体发生等离子体;高频放电管,其接收从所述电磁波放电管流入的电磁波等离子体流;感应线圈结构体,其与所述高频放电管同轴,内部设置有感应线圈;外壁,其包围所述感应线圈结构体;冷却水流路,其以所述高频放电管为中心流入和排出冷却水;以及第二等离子体形成气体供应部,其向所述高频放电管流入等离子体形成气体。
并且,所述电磁波-高频混性等离子体炬还可以包括:反应气体供应部,其向所述高频放电管注入反应气体。
并且,所述电磁波-高频混性等离子体炬还可以包括:高频输入输出用铜管,其向所述感应线圈结构体输入输出高频。
并且,所述等离子体形成气体是CO2,所述反应气体可以是CH4、H2O或O2中的一种。
并且,所述冷却水流路包括:第一冷却水流路,其形状为环形,位于所述外壁与所述感应线圈结构体之间;以及第二冷却水流路,其形状为环形,位于所述感应线圈结构体与所述高频放电管之间,其中所述第一冷却水流路与所述第二冷却水流路相互连接且与外部隔离,从所述冷却水流路的一侧部注入的冷却水可以沿所述冷却水流路从另一侧部排出。
本发明通过上述结构向高频等离子体发生区域内流入高温(~5,000K)、高密度的等离子体流以解决高频等离子体的快速淬火问题及相应的不稳定性问题。
附图说明
图1为根据本发明优选实施例的电磁波-高频混性等离子体炬的功能框图;
图2为根据本发明优选实施例的电磁波-高频混性等离子体炬的示意图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明根据本发明实施例的电磁波-高频混性等离子体炬。本发明可做多种变更,可以具有多种形态,以下在附图中显示特定实施例并在说明书中进行详细说明。但其目的并非将本发明限定于所公开的形态,实际上应该理解为包括本发明思想及技术范围内的所有变更、等同物及替代物。在说明各附图时对相同的构成要素标注相同的附图标记。为明确说明本发明,附图中各构件的尺寸比实际有所放大。
并且,第一及第二等用语可用于说明多种构成要素,但所述构成要素不得限定于所述用语。所述用语只是用于区分一个构成要素与其他构成要素。例如,在不脱离本发明技术方案的前提下,可以把第一构成要素命名为第二构成要素,同样也可以把第二构成要素命名为第一构成要素。
本申请中所使用的用语只是用于说明特定实施例,而并非限定本发明。单数的表现形式在无特殊说明的情况下也包括复数。应该将本申请中的“包括”或“具有”等用语理解为存在说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部分或其组合,而不应理解为预先排除一个或多个其他特征或数字、步骤、动作、构成要素、部分或其组合
另外若无另行定义,本文中使用的包括技术用语或科学用语在内的所有用语均表示与本领域普通技术人员通常理解相同的意思。通常使用的词典中定义过的用语应解释为与相关技术的文章脉络相一致的意思,本申请中没有明确定义的情况下不得解释为怪异或过度形式性的意思。
电磁波等离子体炬发生装置参见本申请发明人的之前授权专利即韩国发明专利公报10-0394994号。为了参考,该专利原封整合到本发明。
图1为根据本发明优选实施例的电磁波-高频混性等离子体炬的功能框图。
电磁波-高频混性等离子体炬100可以包括:电磁波振荡器120,其发生电磁波;电源供应部110,其向所述电磁波振荡器供应电源;电磁波传输线路130,其传输所述电磁波振荡器发生的电磁波;第一等离子体形成气体供应部170,其注入等离子体形成气体;电磁波放电管150,其通过从所述电磁波传输线路130流入的电磁波与从所述第一等离子体形成气体供应部注入的等离子体形成气体发生等离子体;高频放电管160,其接收从所述电磁波放电管流入的电磁波等离子体流;感应线圈结构体111,其与所述高频放电管同轴,内部设置有感应线圈;外壁,其包围所述感应线圈结构体;冷却水流路190,其以所述高频放电管为中心流入和排出冷却水;以及第二等离子体形成气体供应部180,其向所述高频放电管流入等离子体形成气体。
并且,所述电磁波-高频混性等离子体炬100还可以包括:反应气体供应部140,其向所述高频放电管注入反应气体。
并且,所述电磁波-高频混性等离子体炬100还可以包括:高频输入输出用铜管12,其向所述感应线圈结构体输入输出高频。
并且,所述等离子体形成气体是CO2,所述反应气体可以是CH4、H2O或O2中的一种。
所述电源供应部110例如可以由电波电压倍增器与脉冲及直流(DC)装置构成且向所述电磁波振荡器120供电。
所述电磁波振荡器120例如可以是发生例如10MHz至10GHz频带的电磁波的磁控管。
所述电磁波传输线路130是一种导波管,向电磁波放电管150发送所述电磁波。
所述电磁波放电管150设置成贯通所述电磁波传输线路130,提供利用从所述电磁波传输线路130输入的电磁波生成等离子体的空间。
所述第一等离子体形成气体供应部170向电磁波放电管150供应诸如二氧化碳(CO2)之类的用于形成等离子体的气体。
所述电磁波放电管150通过电磁波生成等离子体,生成的等离子体流入到连接于电磁波放电管的高频放电管160。
通过冷却水流路190流入的冷却水在外壁、感应线圈结构体111及高频放电管160之间循环,以冷却外壁、感应线圈结构体111及高频放电管160。
可以通过所述反应气体供应部140向高频放电管160流入诸如CH4、H2O或O2之类的反应气体。
感应线圈结构体111可以包括环形包围高频放电管160的感应线圈。
通过高频输入输出用铜管112向感应线圈输入高频的情况下,高频电流可以利用涡流根据法拉第定律及安培定律感应加热的原理在高频放电管内形成等离子体。
图2为根据本发明优选实施例的电磁波-高频混性等离子体炬200的示意图。
电源供应部向电磁波振荡器供应电源的情况下电磁波振荡器能够发生电磁波,电磁波振荡器发生的电磁波可以通过电磁波传输线路230传输。
如图所示,电磁波传输线路230可以是电磁波引入入口的弯曲角度在0度至90度之间的导波管。
可以通过第一等离子体形成气体供应部270向电磁波放电管250注入CO2之类的等离子体形成气体。
如图2所示,环形的电磁波放电管250贯通电磁波传输线路230,电磁波放电管250可以利用从电磁波传输线路230流入的电磁波与从所述第一等离子体形成气体供应部注入的等离子体形成气体发生等离子体。
电磁波传输线路230的端部为遮蔽结构,因此反射接收到的电磁波,例如可以将电磁波放电管250贯通到距离电磁波传输线路230末端1/4波长位置,以使电磁波放电管内产生最大电场。
由于电磁波放电管250与高频放电管260相连,因此在电磁波放电管250发生的等离子体流入到高频放电管260。
另外,形成有与高频放电管260同轴的感应线圈结构体211,其形状为环形。感应线圈结构体211内部插入有以高频放电管230为垂直轴的感应线圈213。
外壁210包围感应线圈结构体211。
冷却水通过冷却水流路290a、290b、290c、290d以所述高频放电管为中心流入和排出,在外壁、感应线圈结构体211及高频放电管260之间循环,对外壁、感应线圈结构体211及高频放电管260进行冷却。
冷却水流路290a、290b、290c、290d包括位于所述外壁210与所述感应线圈结构体211之间的环形的第一冷却水流路290c及位于所述感应线圈结构体211与所述高频放电管260之间的环形的第二冷却水流路290d,所述第一冷却水流路290c与所述第二冷却水流路290d相连且与外部隔离,从所述冷却水流路的一侧部290a注入的冷却水可以沿所述冷却水流路循环并从另一侧部290b排出。
通过高频输入输出用铜管212向感应线圈结构体211输入高频的情况下,高频电流可以利用涡流根据法拉第定律及安培定律感应加热的原理在高频放电管内形成等离子体。
所述第二等离子体形成气体供应部280向高频放电管260供应二氧化碳(CO2)之类的用于形成等离子体的气体。
可以通过反应气体供应部240向高频放电管260流入CH4、H2O或O2之类的反应气体。
公开上述实施例的目的在于使本领域普通技术人员能够利用或实施本发明。本领域普通技术人员可以对实施例进行变形实施,在不脱离本发明一般原理的前提下,本说明书中定义的一般原理可以适用于其他实施例。因此应从与本说明书公开的原理及特征一贯的最大范围解释本发明,而不应理解为本发明限定于这些实施例。

Claims (5)

1.一种电磁波-高频混性等离子体炬,其特征在于,包括:
电磁波振荡器,其发生电磁波;
电源供应部,其向所述电磁波振荡器供应电源;
电磁波传输线路,其传输所述电磁波振荡器发生的电磁波;
第一等离子体形成气体供应部,其注入等离子体形成气体;
电磁波放电管,其通过从所述电磁波传输线路流入的电磁波与从所述第一等离子体形成气体供应部注入的等离子体形成气体发生等离子体;
高频放电管,其接收从所述电磁波放电管流入的电磁波等离子体流;
感应线圈结构体,其形状为圆筒形,其与所述高频放电管同轴,内部设置有感应线圈;
外壁,其包围所述感应线圈结构体;
冷却水流路,其以所述高频放电管为中心流入和排出冷却水;以及
第二等离子体形成气体供应部,其向所述高频放电管流入等离子体形成气体。
2.根据权利要求1所述的电磁波-高频混性等离子体炬,其特征在于,还包括:
反应气体供应部,其向所述高频放电管注入反应气体。
3.根据权利要求2所述的电磁波-高频混性等离子体炬,其特征在于,还包括:
高频输入输出用铜管,其向所述感应线圈结构体输入输出高频。
4.根据权利要求2所述的电磁波-高频混性等离子体炬,其特征在于:
所述等离子体形成气体是CO2,所述反应气体是CH4、H2O或O2中的一种。
5.根据权利要求2所述的电磁波-高频混性等离子体炬,其特征在于,所述冷却水流路包括:
第一冷却水流路,其形状为环形,位于所述外壁与所述感应线圈结构体之间;以及
第二冷却水流路,其形状为环形,位于所述感应线圈结构体与所述高频放电管之间,
其中,所述第一冷却水流路与所述第二冷却水流路相互连接且与外部隔离,从所述冷却水流路的一侧部注入的冷却水沿所述冷却水流路从另一侧部排出。
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