CN108696979B - 一种等离子体点火器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等离子体点火器，包括喷管、电机、风扇以及放电装置，所述喷管由喷管壳体、固定于喷管壳体内部腔体的支撑架、位于支撑架中心的圆筒形安装头组成，风扇安装于电机上并与电机一起安装于安装头靠近喷管端部的一侧，所述放电装置安装于安装头另一侧。本发明是现有等离子体发生器的辅助点火装置，利用拉法尔喷管将放电装置产生的电子喷入等离子体发生器的电离区域，实现等离子体的低压点火，大大降低了等离子体发生器的点火电压，避免了离子体发生器用高压电源点火所带来的安全隐患。本发明结构精巧，适用性强，可与现有等离子体发生器搭配使用。
Description
技术领域
本发明属于等离子应用技术领域，尤其是一种等离子体点火器。
背景技术
随着等离子体技术的发展，等离子体发生器被广泛应用于能源，化工及材料处理等领域。对于等离子体发生器而言，其点火所需的能量远大于维持等离子体的能量，因此等离子体发生器大多配有高功率的电源以完成等离子体点火。而在点火完成后，维持等离子体状态所需的能量相对较低，所需放电电源的功率较低。
等离子体放电的初始阶段称为点火，点火电压较高是由于在通常状态下，空气中含有的自由电子非常少，难以维持电离雪崩效应的进行。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种可大幅降低等离子体点火电压，结构精巧的等离子体点火器。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种等离子体点火器，包括喷管、电机、风扇以及放电装置，所述喷管由喷管壳体、固定于喷管壳体内部腔体的支撑架、位于支撑架中心的圆筒形安装头组成，支撑架位于喷管壳体中靠近端部的位置，风扇安装于电机上并与电机一起安装于安装头靠近喷管端部的一侧，所述放电装置包括复位弹簧、定位套、导电柱体、放电阴极、放电阳极，所述放电阴极固定于安装头另一侧的外侧面，所述定位套固定于安装头另一侧的内侧面，所述导电柱体一端端部设置凸缘，复位弹簧套装于导电柱体上，导电柱体的另一端依次穿过安装头和放电阴极后固定放电阳极，复位弹簧被限位于定位套和凸缘之间，放电阳极通过复位弹簧的伸张使其与放电阴极端部接触，导电柱体可沿着导电柱体中心线方向在复位弹簧的压缩长度范围内移动；所述放电阳极和放电阴极在非接触时绝缘。
进一步的，所述支撑架及安装头的材质都为绝缘材料，所述安装头上设有阳极线孔，供电导线穿过阳极线孔与导电柱体凸缘一端连接。
进一步的，所述喷管壳体为圆形导气管道，呈现先收缩后扩张的形状，为拉法尔喷管结构。
进一步的，所述电机为转速可调电机，通过调整电机转速来调整喷管的入口压力，从而使气流在喷管的最小截面处达到声速，并在喷管的出口继续膨胀，达到超声速。
进一步的，所述放电阳极包含阳极头以及粘结在阳极头上的发射体，所述发射体位于与放电阴极接触的一侧；所述放电阳极的阳极头为高电阻材料，发射体为电子发射率较高的材料，所述导电柱体，放电阴极与放电阳极形成闭合的回路，该回路连接电流源。
更进一步的，所述放电阳极的阳极头材料为铁铬铝，发射体材料为六硼化镧。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明是现有等离子体发生器的辅助点火装置，利用拉法尔喷管将放电装置产生的电子喷入等离子体发生器的电离区域，实现等离子体的低压点火，大大降低了等离子体发生器的点火电压，避免了离子体发生器用高压电源点火所带来的安全隐患。本发明结构精巧，适用性强，可与现有等离子体发生器搭配使用。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2A、图2B分别是本发明喷管的剖视、侧视结构示意图；
图2C是本发明图2A中A部分放大图；
图3A、图3B分别是本发明旋转电机及扇叶的主视、侧视结构示意图；
图4是本发明未工作时的内部结构示意图；
图5是本发明工作时阳极离开阴极发射电子状态的结构示意图；
图6是本发明的一个具体实施方案；
图7是本发明的另一个具体实施方案；
其中：1、喷管，2、电机，3、风扇，4、复位弹簧，5、定位套，6、导电柱体，7、放电阴极，8、放电阳极，1-1、喷管壳体，1-2、支撑架，1-3、安装头，1-4、阳极线孔，6-1、供电导线正极，8-1、阳极头，8-2、发射体，10-1、主放电阳极，10-2、主放电阴极，10-3、支撑架，10-4、等离子体点火器，10-5、放电腔体。
具体实施方式
下面结合附图对发明做进一步详细描述：
本发明提供了一种等离子体点火器，用于产生初始等离子体并喷入需要点火的电离区域，用较小的放电电压即可实现点火，在等离子体点火完成后，可以关闭该等离子点火器的电源。本发明可配合现有的等离子体发生器使用，避免了高压电源所带来的安全隐患。
如图1、图2A、2B、2C、图3A、3B、图4所示，本发明包括喷管1、电机2、风扇3以及用于生成电子的放电装置，所述喷管由喷管壳体1-1、固定于喷管壳体内部腔体的支撑架1-2、位于支撑架中心的圆筒形安装头1-3组成，所述喷管壳体为拉法尔喷管结构，喷管壳体内部为圆形导气管道，呈现先收缩后扩张的形状，所述支撑架位于喷管壳体中靠近端部的位置，风扇安装于电机上并与电机一起安装于安装头靠近喷管端部的一侧上，所述放电装置包括复位弹簧4、定位套5、导电柱体6、放电阴极7、放电阳极8，所述放电阴极为圆筒形，固定于安装头另一侧的外侧面，固定方式可以是套接或者螺纹连接，所述定位套固定于安装头另一侧的内侧面，所述导电柱体一端端部设置凸缘，复位弹簧套装于导电柱体上，导电柱体的另一端依次穿过安装头和放电阴极后固定放电阳极，复位弹簧被限位于定位套和凸缘之间，所述放电阳极为圆形，直径和放电阴极外径相同，其通过复位弹簧的伸张使其与放电阴极端部接触，受定位套和放电阴极的限制，导电柱体可沿着导电柱体中心线方向在复位弹簧的压缩长度范围内移动；为了保证放电阴极和放电阳极在不接触时处于绝缘状态，所述放电阳极和放电阴极在非接触时绝缘。为了实现绝缘，所述支撑架及安装头的材质选用绝缘材料，为了便于放电阴极和放电阳极与电源的连接，所述安装头上设有阳极线孔1-4，供电导线正极6-1穿过阳极线孔与导电柱体凸缘一端连接，供电导线负极穿过支撑架与放电阴极连接。
为了保证电子能够被风扇吹至电离区域，所述电机为转速可调电机，通过调整电机转速来调整喷管的入口压力，从而使气流在喷管的最小截面处达到声速，并在喷管的出口继续膨胀，达到超声速。
为了更好的实现电子的发射，所述放电阳极包含阳极头8-1以及粘结在阳极头上的发射体8-2，所述发射体位于与放电阴极接触的一侧；所述放电阳极的阳极头为高电阻材料，例如：铁铬铝，发射体为电子发射率较高的材料，例如：六硼化镧，所述导电柱体，放电阴极与放电阳极形成闭合的回路，该回路连接电流源。
工作流程：
本发明工作过程中首先采用电流源对由放电阴极、放电阳极、导电柱体组成的导电回路供电，电流源的负极连接放电阴极上，电流源的正极穿过阳极线孔连接导电柱体上。放电阴极，放电阳极和导电柱体形成了放电回路，由于阳极头采用高电阻材料，电能转化为热能，阳极头温度升高并加热发射体。在接通电流源一定时间后给电机通电，电机带动风扇旋转从而增加喷管进口的压力，气流在向出口运动过程中首先经过喷管的收缩段，在此过程中流速增大，压力降低，在喷管截面最小位置处气流速度达到声速。在气流进一步流过扩张段的过程中，气流速度进一步增加，压力进一步降低，并以超声速喷出喷管的出口。风扇工作后，由于气流的作用放电阳极两端会形成压力差，放电阳极处在喷管的最小截面处，放电阳极外侧为高速低压的空气流，内部为环境压力。两者的气压差使得放电阳极带动导电柱体并压缩复位弹簧(如图5所示)，使放电阳极离开放电阴极，此时由于电流源的作用，放电阴极与放电阳极之间形成高电压，加热的发射体在高电压的作用下发射电子，发射的电子在高速气流的作用下沿喷管喷出，形成含有大量电子的气流，该气流进入等离子体的电离区域，用于等离子体的点火，可大大降低等离子体的点火电压。
图6所示是本发明的一个具体的应用实施例，该实施例用于在大气条件下放电的情况，在主放电阳极10-1和主放电阴极10-2之间通过支撑架10-3放置等离子体点火器10-4。等离子体点火器工作流程同上所述，在此不再赘述。等离子体点火器喷出的电子气流进入主放电阳极和主放电阴极之间的电离区域，进而对主放电阳极和主放电阴极通电，用较小的放电电压即可实现点火，在等离子体点火完成后，可以关闭等离子点火器的电流源及电机。
图7所示所示是本发明的另一个具体的应用实施例，该实施例用于在放电腔体内放电的情况，可以在喷管外加入辅助结构将等离子体点火器固定在放电腔体10-5上。工作流程同上一实施例所述，在此不再赘述。
Claims (8)
1.一种等离子体点火器，其特征在于：包括喷管(1)、电机(2)、风扇(3)以及放电装置，所述喷管由喷管壳体(1-1)、固定于喷管壳体内部腔体的支撑架(1-2)、位于支撑架中心的圆筒形安装头(1-3)组成，支撑架位于喷管壳体中靠近端部的位置，风扇安装于电机上并与电机一起安装于安装头靠近喷管端部的一侧，所述放电装置包括复位弹簧(4)、定位套(5)、导电柱体(6)、放电阴极(7)、放电阳极(8)，所述放电阴极固定于安装头另一侧的外侧面，所述定位套固定于安装头另一侧的内侧面，所述导电柱体一端端部设置凸缘，复位弹簧套装于导电柱体上，导电柱体的另一端依次穿过安装头和放电阴极后固定放电阳极，复位弹簧被限位于定位套和凸缘之间，放电阳极通过复位弹簧的伸张使其与放电阴极端部接触，导电柱体可沿着导电柱体中心线方向在复位弹簧的压缩长度范围内移动；所述放电阳极和放电阴极在非接触时绝缘。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体点火器，其特征在于：所述支撑架及安装头的材质都为绝缘材料。
3.根据权利要求2所述的一种等离子体点火器，其特征在于：所述安装头上设有阳极线孔(1-4)，供电导线穿过阳极线孔与导电柱体凸缘一端连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种等离子体点火器，其特征在于：所述喷管壳体为圆形导气管道，呈现先收缩后扩张的形状，为拉法尔喷管结构。
5.根据权利要求4所述的一种等离子体点火器，其特征在于：所述电机为转速可调电机，通过调整电机转速来调整喷管的入口压力，从而使气流在喷管的最小截面处达到声速，并在喷管的出口继续膨胀，达到超声速。
6.根据权利要求5所述的一种等离子体点火器，其特征在于：所述放电阳极包含阳极头(8-1)以及粘结在阳极头上的发射体(8-2)，所述发射体位于与放电阴极接触的一侧。
7.根据权利要求6所述的一种等离子体点火器，其特征在于：所述放电阳极的阳极头为高电阻材料，发射体为电子发射率较高的材料，所述导电柱体，放电阴极与放电阳极形成闭合的回路，该回路连接电流源。
8.根据权利要求7所述的一种等离子体点火器，其特征在于：所述放电阳极的阳极头材料为铁铬铝，发射体材料为六硼化镧。
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