CN106304594A - 一种层流等离子发生器 - Google Patents

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何�泽
李向阳
李露
黄佳华
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
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    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles

Abstract

本发明属于等离子装置领域，具体为一种等离子发生器，尤其涉及一种层流等离子发生器，其特征在于包括：阴极、管内阳极、管外阳极、冷却装置、等离子流出口、阳极绝缘层和等离子发生器主体，所述阴极、管内阳极、管外阳极、冷却装置、等离子流出口、阳极绝缘层和等离子发生器主体相连接在一起，所述阴极和管内阳极设置在等离子发生器主体的内部，所述管内阳极的内部设置有一层阳极绝缘层，所述冷却装置设置在等离子发生器主体的外部，所述等离子流出口设置在等离子发生器主体的一侧，所述管外阳极设置在等离子流出口上。

Description

一种层流等离子发生器
技术领域
本发明属于等离子装置领域，具体为一种等离子发生器，尤其涉及一种层流等离子发生器。
背景技术
等离子态是物质的第四态，宇宙中几乎99﹪的物质（不包括尚未确认的暗物质）都处于等离子态。等离子体射流与一般流体在流动特征上有相似性，具有两种流动状态：层流与湍流。对某一指定流体，当其流速小于一特定值时，流体作有规则的层状或流束状运动，流体质点没有横向运动，质点间互不干扰地前进，这种流动形式叫层流；当流体流速大于该值时，流体有规则的运动遭到破坏，质点除了主要的纵向运动外还有附加的横向运动，流体质点交错混乱地前进，这种流动形式叫湍流。
等离子体其温度分布范围则从10 K的低温到核聚变等离子体的 10亿K超高温并拥有一系列独特性质，使等离子体在纳米材料生产、新材料合成、热加工制造、冶炼、钻探、煤化工、垃圾废物处理、材料表面处理、电子、新能源、军事、航空航天等领域获得广泛应用。
在等离子体高温热源方面，目前应用十分广泛的电弧等离子体射流绝大部分采用湍流形态工作，这是由现有湍流电弧等离子体射流发生器技术和工作原理决定的。电弧等离子发生器分为层流和湍流两种，其关键技术是发生器结构设计。
近几十年来，等离子体发生器的研制及等离子诊断技术的开发均取得了巨大的进展，并且等离子体研制与开发的重点已不再局限与航天航空方面的应用，而是更多地转向机械、化工、冶金、环保等工业部门的应用，特别是在材料加工与新材料研制方面的应用。对于工业生产性的应用，要求等离子体发生器有较长的寿命和较高的效率。然而在实际工程应用中，等离子体流呈现复杂的流动状况，特别是大尺寸、大流量、大功率的工业等离子体装置中则通常为湍流流动。
因此，在工业应用中，希望等离子体射流稳定地维持在层流状态，这就需要把握等离子体在发生器中形成的各个环节，控制所有影响电弧稳定性的扰动因素，克服等离子体射流的湍动性，才能产生出高温区域长、能量衰减慢而分布均匀、噪音小、有利于电弧能量的有效利用和便于工艺控制的等离子体射流。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种层流等离子发生器。
一种层流等离子发生器，其特征在于包括：阴极、管内阳极、管外阳极、冷却装置、等离子流出口、阳极绝缘层和等离子发生器主体，所述阴极、管内阳极、管外阳极、冷却装置、等离子流出口、阳极绝缘层和等离子发生器主体相连接在一起，所述阴极和管内阳极设置在等离子发生器主体的内部，所述管内阳极的内部设置有一层阳极绝缘层，所述冷却装置设置在等离子发生器主体的外部，所述等离子流出口设置在等离子发生器主体的一侧，所述管外阳极设置在等离子流出口上。
所述等离子发生器主体的内部设置有多个阴极，采用多个阴极结构有助于降低现有技术中单个阴极电压过高的问题。
所述冷却装置为热管，相比于现有技术中的风冷散热和水冷散热，热管散热散热稳定安全，大大增加了层流等离子发生器工作的稳定性和可靠性。
所述冷却装置包括圆柱形热管或者螺旋形热管,当层流等离子发生器处于低功率工作状态的时候，冷却装置采用圆柱形热管，当层流等离子发生器处于高功率的时候，冷却装置采用螺旋形热管。
所述等离子流出口的出口形状可为圆形、矩形、梯形等多边形。
所述阳极绝缘层为耐高温绝缘层。
所述等离子发生器主体由耐高温玄武岩纤维材料制成。
本发明的有益效果：
1.本发明的层流电弧等离子体束发生器的结构能够实现层流等离子高弧压、小电流的工作模式，结构相对较为合理，能够形成层流等离子射流。
2.本发明中阳极部分和阴极部分的分布，阴极电离腔的形成，有助于稳定等离子射流。
3.本发明的产生的层流等离子射流性能优异，不能可以长时间稳定运行，而且产生的射流具有长度长、能量密度集中、轴向温度梯度小、噪声低、可控性好、可重复、精度高等突出优点。
4.本发明设置的多个阴极，解决了现有技术中单个阴极的电压过大的问题，延长了阴极的使用时间。
5. 本发明中，由于设置了带有热管的冷却装置，对比现有技术中的风冷散热和水冷散热，本发明的冷却装置能够让层流等离子发生器的工作稳定性和可靠性，从而保证了从本发明中产生的层流等离子的稳定性。
附图说明
图1为本技术方案的结构图；
附图标记
1.阴极、2.管内阳极、3.管外阳极、4.冷却装置、5.等离子流出口、6.阳极绝缘层、7.等离子发生器主体。
具体实施方式：
实施例1：
一种层流等离子发生器，其特征在于包括：阴极1、管内阳极2、管外阳极3、冷却装置4、等离子流出口5、阳极绝缘层6和等离子发生器主体7，所述阴极1、管内阳极2、管外阳极3、冷却装置4、等离子流出口5、阳极绝缘层6和等离子发生器主体7相连接在一起，所述阴极1和管内阳极2设置在等离子发生器主体的内部，所述管内阳极2的内部设置有一层阳极绝缘层6，所述冷却装置4设置在等离子发生器主体7的外部，所述等离子流出口5设置在等离子发生器主体的一侧，所述管外阳极3设置在等离子流出口5上。
所述等离子发生器主体7的内部设置有多个阴极1。
实施例2：
一种层流等离子发生器，其特征在于包括：阴极1、管内阳极2、管外阳极3、冷却装置4、等离子流出口5、阳极绝缘层6和等离子发生器主体7，所述阴极1、管内阳极2、管外阳极3、冷却装置4、等离子流出口5、阳极绝缘层6和等离子发生器主体7相连接在一起，所述阴极1和管内阳极2设置在等离子发生器主体的内部，所述管内阳极2的内部设置有一层阳极绝缘层6，所述冷却装置4设置在等离子发生器主体7的外部，所述等离子流出口5设置在等离子发生器主体的一侧，所述管外阳极3设置在等离子流出口5上。
所述等离子发生器主体7的内部设置有多个阴极1。
所述冷却装置4为热管。
所述冷却装置4包括圆柱形热管或者螺旋形热管。
实施例3：
一种层流等离子发生器，其特征在于包括：阴极1、管内阳极2、管外阳极3、冷却装置4、等离子流出口5、阳极绝缘层6和等离子发生器主体7，所述阴极1、管内阳极2、管外阳极3、冷却装置4、等离子流出口5、阳极绝缘层6和等离子发生器主体7相连接在一起，所述阴极1和管内阳极2设置在等离子发生器主体的内部，所述管内阳极2的内部设置有一层阳极绝缘层6，所述冷却装置4设置在等离子发生器主体7的外部，所述等离子流出口5设置在等离子发生器主体的一侧，所述管外阳极3设置在等离子流出口5上。
所述等离子发生器主体7的内部设置有多个阴极1。
所述冷却装置4为热管。
所述冷却装置4包括圆柱形热管或者螺旋形热管。
实施例4：
一种层流等离子发生器，其特征在于包括：阴极1、管内阳极2、管外阳极3、冷却装置4、等离子流出口5、阳极绝缘层6和等离子发生器主体7，所述阴极1、管内阳极2、管外阳极3、冷却装置4、等离子流出口5、阳极绝缘层6和等离子发生器主体7相连接在一起，所述阴极1和管内阳极2设置在等离子发生器主体的内部，所述管内阳极2的内部设置有一层阳极绝缘层6，所述冷却装置4设置在等离子发生器主体7的外部，所述等离子流出口5设置在等离子发生器主体的一侧，所述管外阳极3设置在等离子流出口5上。
所述等离子发生器主体7的内部设置有多个阴极1。
所述冷却装置4为热管。
所述冷却装置4包括圆柱形热管或者螺旋形热管。
所述等离子流出口5的出口形状可为圆形、矩形、梯形等多边形。
实施例5：
一种层流等离子发生器，其特征在于包括：阴极1、管内阳极2、管外阳极3、冷却装置4、等离子流出口5、阳极绝缘层6和等离子发生器主体7，所述阴极1、管内阳极2、管外阳极3、冷却装置4、等离子流出口5、阳极绝缘层6和等离子发生器主体7相连接在一起，所述阴极1和管内阳极2设置在等离子发生器主体的内部，所述管内阳极2的内部设置有一层阳极绝缘层6，所述冷却装置4设置在等离子发生器主体7的外部，所述等离子流出口5设置在等离子发生器主体的一侧，所述管外阳极3设置在等离子流出口5上。
所述等离子发生器主体7的内部设置有多个阴极1。
所述冷却装置4为热管。
所述冷却装置4包括圆柱形热管或者螺旋形热管。
所述等离子流出口5的出口形状可为圆形、矩形、梯形等多边形。
所述阳极绝缘层6为耐高温绝缘层。
实施例6：
一种层流等离子发生器，其特征在于包括：阴极1、管内阳极2、管外阳极3、冷却装置4、等离子流出口5、阳极绝缘层6和等离子发生器主体7，所述阴极1、管内阳极2、管外阳极3、冷却装置4、等离子流出口5、阳极绝缘层6和等离子发生器主体7相连接在一起，所述阴极1和管内阳极2设置在等离子发生器主体的内部，所述管内阳极2的内部设置有一层阳极绝缘层6，所述冷却装置4设置在等离子发生器主体7的外部，所述等离子流出口5设置在等离子发生器主体的一侧，所述管外阳极3设置在等离子流出口5上。
所述等离子发生器主体7的内部设置有多个阴极1。
所述冷却装置4为热管。
所述冷却装置4包括圆柱形热管或者螺旋形热管。
所述等离子流出口5的出口形状可为圆形、矩形、梯形等多边形。
所述阳极绝缘层6为耐高温绝缘层。
所述等离子发生器主体7由耐高温玄武岩纤维材料制成。

Claims (7)

1.一种层流等离子发生器，其特征在于包括：阴极(1)、管内阳极(2)、管外阳极(3)、冷却装置(4)、等离子流出口(5)、阳极绝缘层(6)和等离子发生器主体(7)，所述阴极(1)、管内阳极(2)、管外阳极(3)、冷却装置(4)、等离子流出口(5)、阳极绝缘层(6)和等离子发生器主体(7)相连接在一起，所述阴极(1)和管内阳极(2)设置在等离子发生器主体的内部，所述管内阳极(2)的内部设置有一层阳极绝缘层(6)，所述冷却装置(4)设置在等离子发生器主体(7)的外部，所述等离子流出口(5)设置在等离子发生器主体的一侧，所述管外阳极(3)设置在等离子流出口(5)上。
2.根据权利要求1所述一种层流等离子发生器，其特征在于：所述等离子发生器主体(7)的内部设置有多个阴极(1)。
3.根据权利要求1所述一种层流等离子发生器，其特征在于：所述冷却装置(4)为热管。
4.根据权利要求1所述一种层流等离子发生器，其特征在于：所述冷却装置(4)包括圆柱形热管或者螺旋形热管。
5.根据权利要求1所述一种层流等离子发生器，其特征在于：所述等离子流出口(5)的出口形状可为圆形、矩形、梯形等多边形。
6.根据权利要求1所述一种层流等离子发生器，其特征在于：所述阳极绝缘层(6)为耐高温绝缘层。
7.根据权利要求1所述一种层流等离子发生器，其特征在于：所述等离子发生器主体(7)由耐高温玄武岩纤维材料制成。
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