CN108901115A - 一种等离子体发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等离子体发生器。所述等离子体发生器包括石英管、绕设在所述石英管上的至少一组感应线圈、冷却装置和进气装置，所述进气装置用于给所述石英管进气；所述冷却装置上设置有供冷却气进入所述冷却装置内的至少一个进气口和多个用于将所述冷却装置内的冷却气排出的冷却孔，多个所述冷却孔的开口轴线相对所述石英管的外壁分别呈不同的角度设置，使得从多个所述冷却孔排出的冷却气能够以不同的角度排向所述石英管的不同位置。本发明中的等离子体发生器结构简单、具有合理的冷却结构、冷却均匀、能在感应线圈输入较高的功率条件下长时间稳定运行，且能够保证等离子体均匀产生排出以及更好地发挥等离子体的作用。

Description

一种等离子体发生器

技术领域

本发明属于等离子体风洞试验技术领域，尤其涉及一种等离子体发生器。

背景技术

感应耦合等离子体发生器是高频感应加热设备的重要组成部分，基本功能是将工作介质(空气、氮气等气体)通过感应线圈加热成为高温离解气体。

目前，感应加热在工业生产中已经得到了广泛应用，高频感应加热是其中的一种方式。美国、欧洲等国家利用高频感应技术建造了小型的大气压状态下的高频感应加热设备，应用于光谱分析、材料合成和改性、等离子体喷涂、有害化学物销毁、废物处理等方面。俄罗斯率先将该技术应用于低压环境下高超声速飞行器再入飞行时的遇到的气动热力学问题研究，先后建立了60kW、100kW、1000kW等不同功率的高频感应等离子体风洞。

常规的感应耦合等离子体发生器通过进气装置使气体介质进入石英管，气体进入石英管后，被缠绕在石英管上的高频线圈产生的电场电离，从而产生等离子体。由于感应耦合等离子体发生器用于产生高温离解气体，在长时间运行的过程中，石英管容易受热，严重的时候，可能导致石英管破裂。因此需要采取合理的措施对等离子体发生器的石英管进行冷却，保证等离子体发生器在长时间稳定运行过程中的结构安全。

此外，等离子体发生器的进气装置的进气部位可能会与石英管中的等离子体接触，而进气装置一般为金属材料，在等离子体发生器长时间的运行过程中，金属进气装置容易受热，严重的时候，可能导致金属进气部位融化。因此需要一种合理的冷却式进气装置，保证等离子体发生器在长时间稳定运行过程中的结构安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种能长时间稳定运行的等离子体发生器，以解决现有技术中存在的至少一个技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种等离子体发生器，包括石英管、绕设在所述石英管上的至少一组感应线圈、冷却装置和进气装置，所述进气装置用于给所述石英管进气；所述冷却装置上设置有供冷却气进入所述冷却装置内的至少一个进气口和多个用于将所述冷却装置内的冷却气排出的冷却孔，多个所述冷却孔的开口轴线相对所述石英管的外壁分别呈不同的角度设置，使得从多个所述冷却孔排出的冷却气能够以不同的角度排向所述石英管的不同位置。

优选地，所述冷却装置和所述进气装置分别位于所述石英管的两端；多个所述冷却孔沿所述冷却装置的周向设置。

优选地，由所述石英管靠近所述进气装置的一端至所述石英管靠近所述冷却装置的一端，多个所述冷却孔的开口轴线与所述石英管的外壁之间形成的多个角度依次递增。

优选地，所述冷却装置包括冷却环和沿所述冷却环的周向设置的冷却腔，所述冷却腔的内部具有供冷却气流动的冷却气通道，所述冷却装置通过所述冷却环套设在所述石英管上；所述进气口和所述冷却孔均设置在所述冷却腔上，且多个所述冷却孔沿所述冷却腔的周向设置。

优选地，所述冷却腔的轴向长度大于所述冷却环的轴向长度。

优选地，所述进气装置包括进气管和沿所述进气管的周向设置的第一连接件，所述进气管通过所述第一连接件与所述石英管连接；所述进气管连接有所述石英管的一端设置有多个导气槽，多个所述导气槽沿所述进气管的周向均匀分布，且所述导气槽相对所述进气管的轴线倾斜设置，所述导气槽与所述石英管连通；所述第一连接件与所述进气管的外壁之间具有第一空腔，所述第一空腔形成气体通道；所述第一连接件内开设有至少一个供工作气体进入的入口，所述入口和所述导气槽均与所述气体通道连通，使工作气体从所述入口进入所述气体通道后，并经所述导气槽流向所述石英管。

优选地，所述导气槽的倾斜角为30～60°。

优选地，所述进气管包括内壳和设置在所述内壳外的外壳，所述外壳与所述内壳之间具有第二空腔，所述第二空腔形成冷却水通道；所述外壳上设置有至少一个进水口和至少一个出水口，所述进水口与所述出水口均与所述冷却水通道连通，所述进水口和所述出水口位于所述外壳的两侧，使冷却水从所述进水口进入，并流经所述冷却水通道后从所述出水口流出。

优选地，所述进气管的内部为贯通的通孔，所述进气管远离所述石英管的一端设置有观察窗。

优选地，所述观察窗通过第二连接件连接在所述进气管上。

本发明与现有技术相比至少具有如下的有益效果：

(1)本发明中的等离子体发生器包括的冷却装置上设置有多个用于排出冷却气的冷却孔，多个所述冷却孔的开口轴线相对所述石英管的外壁分别呈不同的角度设置，使得从多个所述冷却孔排出的冷却气能够以不同的角度排向所述石英管的不同位置，用于石英管周向的不同位置的冷却，从而保证石英管的各个部位均得到有效的冷却，可以使得等离子体发生器在感应线圈输入较高的功率条件下长时间稳定运行而不发热；同时，由于所述冷却装置的合理设置，本发明中的石英管为单层结构，相比采用双层结构用于同时进工作气体和冷却气体来冷却的石英管，极大地简化了石英管以及等离子体发生器的结构。

(2)本发明的一些优选实施方案中，由所述石英管靠近所述进气装置的一端至所述石英管靠近所述冷却装置的一端，多个所述冷却孔的开口轴线与所述石英管的外壁之间形成的多个角度依次递增，可以使得冷却气的冷却强度与石英管的外壁的受热程度相匹配，从而保证了石英管的各个部位冷却均匀，也避免了由于石英管的外壁冷却不均匀而导致的等离子体产生的不均匀。

(3)本发明的一些优选实施方案中，所述导气槽相对所述进气管的轴线倾斜设置，所述导气槽与所述石英管连通，可以使得工作气体经所述导气槽后形成一定角度的旋转气体进入石英管内，从而可以使得气体沿着石英管的内壁面旋转，可以降低石英管受到的等离子体加热作用，同时气体的旋转可以控制等离子体在石英管内的形状和尺寸；在本发明中，所述第一连接件与所述进气管的外壁之间具有第一空腔，可以用于工作气体进气时的缓冲，可以保证工作气体稳定均匀地进入石英管，从而进一步保证产生稳定均匀的等离子体，更好地发挥等离子体的作用。

(4)本发明的一些优选实施方案中，所述进气装置设置了合理的水冷结构，冷却效率高、冷却均匀，可以保证等离子体发生器工作时，进气装置的进气部位不会严重受热，进一步保证了等离子体发生器在感应线圈输入较高的功率条件下长时间稳定运行。

(5)本发明中的等离子体发生器能够提供稳定、可靠的等离子体，具有耐高温、不易损坏，气流平稳均匀，保证发生器不被烧坏和等离子体均匀产生排出以及能更好地发挥等离子体的作用的优点。

附图说明

本发明附图仅仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。

图1是本发明中等离子体发生器的一个具体实施方式的结构示意图。

图2是图1中包括的进气管的结构示意图。

图3是图2中A-A的剖视图。

图4是图2中包括的导气槽的部分外壁展开图。

图5是图1中包括的第一连接件的局部结构示意图。

图中：1：石英管；2：感应线圈；3：冷却装置；31：冷却腔；32：冷却环；33：冷却气进气嘴；34：冷却孔；35：冷却气通道；4：进气装置；41：进气管；411：外壳；412：内壳；413：第二空腔；414：进水管接嘴；415：出水管接嘴；416：进水口；417：出水口；42：第一连接件；421：工作气进气嘴；422：入口；423：第一段；424：第二段；425：第一卡槽；43：导气槽；44：第一空腔；5：观察窗；51：第二连接件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种等离子体发生器，图1是本发明中等离子体发生器的一个具体实施方式的结构示意图。所述等离子体发生器包括石英管1、绕设在所述石英管1上的至少一组感应线圈2、冷却装置3和进气装置4，所述进气装置4用于给所述石英管1进气；所述冷却装置3上设置有供冷却气进入所述冷却装置3内的至少一个进气口和多个用于将所述冷却装置3内的冷却气排出的冷却孔34，多个所述冷却孔34的开口轴线相对所述石英管1的外壁分别呈不同的角度设置，使得从多个所述冷却孔34排出的冷却气能够以不同的角度排向所述石英管1的不同位置，如此，可以使得所述冷却孔34对所述石英管1周向的不同位置进行冷却，从而保证石英管1的各个部位均得到有效的冷却，可以使得等离子体发生器在感应线圈2输入较高的功率条件下长时间稳定运行而不发热；在本发明中，冷却装置3的结构设置合理，所述冷却装置3设置在所述石英管1的外部，使得本发明中的石英管1为单层结构，极大地简化了石英管1以及等离子体发生器的结构，更重要的是，相比采用双层结构用于同时进工作气体和冷却气体的石英管，可以避免冷却气体在冷却石英管的同时与工作气体进行热交换从而降低了工作气体的温度以及由于石英管的不同位置受热程度不一致与冷却气体在沿着石英管流动的过程中的冷却能力不匹配导致的冷却效率较差的问题。

在本发明中，所述感应线圈2与高频电源连接，通过在高频电源作用下产生高频电流，载有高频电流的感应线圈2缠绕在石英管1上形成感应放电室，在石英管1内部产生高频交变磁场，磁通量变化感应出电动势，流入石英管1内的气体被电离形成等离子体；在本发明中，所述感应线圈2的数量可以为一组或者多组，例如可以为3～5组，每组感应线圈2的匝数例如可以3～4匝，可以根据等离子体发生器需要输入的功率而设定，优选地，所述感应线圈的数量为3组，每组感应线圈的匝数为4匝；在本发明中，等离子体发生器可以在真空条件下工作，也可以在大气压条件工作下，取决于感应线圈连接的高频电源的频率。

根据一些优选的实施方式，所述感应线圈2绕设在所述石英管1的中部。

本发明对所述冷却装置3的设置位置没有特别的要求，只要多个所述冷却孔34的开口轴线相对所述石英管1的外壁分别呈不同的角度设置，使得从多个所述冷却孔34排出的冷却气能够以不同的角度排向所述石英管1的不同位置即可，例如所述冷却装置3可以为位于所述石英管1的一端且与所述石英管1相对分开设置的一个独立装置，或者所述冷却装置3套设在所述石英管1的一端。

根据一些优选的实施方式，所述冷却装置3和所述进气装置4分别位于所述石英管1的两端；优选地，所述冷却装置3套设在所述石英管1的一端，所述冷却装置3套设在所述石英管的外周，所述进气装置4连接在所述石英管1的另一端，优选地，所述进气装置4套接在所述石英管1的另一端，所述进气装置4套接在所述石英管的内周；多个所述冷却孔34沿所述冷却装置3的周向设置，例如，如图1所示，以C1、C2、C3和C4表示冷却孔34，从图1中可以清楚地看到多个所述冷却孔沿所述冷却装置3的周向设置，多个所述冷却孔34的开口轴线相对所述石英管1的外壁分别呈不同的角度设置。在本发明中，优选为所述进气口设置在所述冷却装置3的轴向的一端，例如，如图1所示；在本发明中，所述进气口的数量例如可以为一个或者多个，例如可以为2～6个，当所述进气口的数量为多个时，多个所述进气口沿所述冷却装置3的周向均匀间隔设置，可以使得冷却气体均匀地进入所述冷却装置3内，从而也保证了冷却气体同时均匀地从冷却孔34排出；在本发明中，用于将所述冷却装置3内的冷却气排出的所述冷却孔34的数量多于所述进气口的数量，更有利于冷却气体均匀稳定地排出，保证了所述石英管1的各个部分的有效冷却。

特别说明的是，在本发明中，多个(组)指的是两个(组)及两个(组)以上。

根据一些优选的实施方式，由所述石英管1靠近所述进气装置4的一端至所述石英管1靠近所述冷却装置3的一端，多个所述冷却孔34的开口轴线与所述石英管1的外壁之间形成的多个角度依次递增，优选地，由所述石英管1连接有进气装置4的一端至所述石英管1套设有冷却装置3的一端，多个所述冷却孔34的开口轴线与所述石英管1的外壁之间形成的多个角度依次递增，并且所述冷却孔34的开口轴线与所述石英管1的外壁之间形成的角度α不大于90°，例如多个所述冷却孔34的开口轴线与所述石英管1的外壁之间形成的多个角度在5°～90°之间依次递增，例如角度α可以从15°、30°、60°递增至90°。在本发明中，例如由所述石英管1连接有进气装置4的一端至所述石英管1套设有冷却装置3的一端，所述石英管1的受热程度依次增加，因此，当相对应的多个所述冷却孔34的开口轴线与所述石英管1的外壁之间形成的多个角度α依次递增时，可以使得相对应的冷却孔排出的冷却气的冷却强度(冷却能力)与石英管1的外壁的受热程度相匹配，从而保证了石英管1的各个部位冷却均匀，也避免了由于石英管1的外壁冷却不均匀而导致的等离子体产生的不均匀；在本发明中，所述石英管1套设有冷却装置3的一端受热最严重，因此与所述石英管1该位置相对的冷却孔34的开口轴向与所述石英管1的外壁之间形成90°的夹角，使得冷却孔34正对所述石英管1该位置处的外壁进行冷却，冷却效果最好。

根据一些优选的实施方式，所述冷却装置3包括冷却环32和沿所述冷却环32的周向设置的冷却腔31，所述冷却腔31的内部具有供冷却气流动的冷却气通道35，所述冷却装置3通过所述冷却环32套设在所述石英管1上；所述进气口和所述冷却孔34均设置在所述冷却腔31上，且多个所述冷却孔34沿所述冷却腔31的周向设置。

根据一些优选的实施方式，所述冷却装置3还包括冷却气进气嘴33，所述冷却气进气嘴33连接(例如通过焊接或螺纹连接的方式连接)在所述冷却腔31的进气口的位置，所述冷却气进气嘴33用于与冷却气源连接。优选地，所述冷却气进气嘴33的一端与设置在所述冷却腔31上的进气口连接，所述冷却气进气嘴33的另一端通过冷却气进气管与冷却气源连接；在本发明中，所述冷却气例如可以为高压空气。

根据一些优选的实施方式，所述冷却腔31的轴向长度大于所述冷却环32的轴向长度。

根据一些优选的实施方式，所述进气装置4包括进气管41和沿所述进气管41的周向设置的第一连接件42，所述进气管41通过所述第一连接件42与所述石英管1连接；所述进气管41连接有所述石英管1的一端设置有多个导气槽43，多个所述导气槽43沿所述进气管41的周向均匀分布，例如如图3所示，且所述导气槽43相对所述进气管41的轴线倾斜设置，所述导气槽43与所述石英管1连通；所述第一连接件42与所述进气管41的外壁之间具有第一空腔44，所述第一空腔44形成气体通道；所述第一连接件42内开设有至少一个供工作气体进入的入口422，所述入口422和所述导气槽43均与所述气体通道连通，使工作气体从所述入口422进入所述气体通道后，并经所述导气槽43流向所述石英管1。在本发明中，工作气体通过所述导气槽43形成的进气孔进入所述石英管1内；多个所述导气槽43沿所述进气管41的周向均匀分布形成了齿形导气槽43组件，可以使得工作气体经所述导气槽43后形成一定角度的旋转气体进入石英管1内，从而可以使得工作气体沿着石英管1的内壁面旋转，可以降低石英管1受到的等离子体加热作用，同时气体的旋转可以控制等离子体在石英管1内的形状和尺寸；在本发明中，所述第一连接件42与所述进气管41的外壁之间具有第一空腔44，可以用于工作气体进气时的缓冲，可以保证工作气体稳定均匀地进入石英管1，从而进一步保证产生稳定均匀的等离子体，更好地发挥等离子体的作用。

在本发明中，每个所述导气槽43为向所述进气管41的外壁内凹的凹槽，且每个所述导气槽43沿所述进气管41的外壁的轴向方向(长度方向)设置，每个所述导气槽43从设置有所述导气槽的相对应位置处的所述进气管的外壁的轴向方向的一端延伸至另一端；因此，在本发明中，所述导气槽43相对所述进气管41的轴线倾斜设置指的是，所述导气槽43与所述进气管41的侧向母线之间呈倾斜设置，也指的是所述导气槽43朝所述导气槽的长度方向延伸的中心线相对所述进气管41的轴线呈异面倾斜设置，换言之，所述导气槽43朝所述导气槽的长度方向延伸的中心线与所述进气管的轴线为不同在任何一个平面内的两条异面直线，这两异面直线之间有一个相对的倾斜角度。

在本发明中，所述入口的数量为1个或者多个，例如，优选地，所述入口422的数量为2～6个，当所述入口422的数量为多个时，多个所述入口422沿所述第一连接件42的周向均匀间隔设置，可以使得工作气体均匀地进入所述第一空腔内，从而也进一步保证了工作气体均匀地进入所述石英管内。

根据一些优选的实施方式，所述导气槽43的倾斜角β为30～60°(例如30°、35°、40°、45°、50°、55°或60°)；在本发明中，所述导气槽43的倾斜角β指的是，所述导气槽43朝所述导气槽的长度方向延伸的中心线与所述进气管41的轴线这两异面直线之间形成的倾斜角度。

在本发明中，当所述倾斜角β为30～60°时，形成这一角度的旋转气体进入石英管1内时，降低所述石英管受到的等离子体的加热作用的效果最好。

根据一些优选的实施方式，所述第一连接件42为法兰，在本发明中也记作进气法兰。

根据一些优选的实施方式，所述进气管41远离所述石英管1的一端的外径(径向宽度)大于所述进气管41靠近所述石英管1的一端的外径，所述第一连接件42远离所述石英管1的一端的内径大于所述第一连接件42靠近所述石英管1的一端的内径，使所述第一连接件42相匹配地沿所述进气管41的周向设置，且使得所述第一连接件42与所述进气管41的外壁之间具有第一空腔44，例如，如图1所示，所述第一连接件42的轴向方向的两端(图1所示的第一连接件42的左端和右端)分别连接(例如通过焊接或螺纹连接的方式连接)在所述进气管41的外壁上，例如，如图1所示，所述第一连接件42的左端内壁与所述进气管41左端外壁的平台连接，所述第一连接件42的右端内壁与沿所述进气管41的周向均匀分布的多个导气槽43的外壁连接。

根据一些优选的实施方式，所述第一连接件42的结构例如可以如图1和图5所示，所述第一连接件42包括第一法兰本体，所述第一法兰本体类似圆柱体状，为了便于描述，将所述第一法兰本体远离所述石英管的一端记作所述第一法兰本体的第一段423、将所述第一法兰本体连接有所述石英管的一端记作所述第一法兰本体的第二段424；所述第一法兰本体内开设有至少一个供工作气体进入的入口422，优选为所述第一法兰本体的第一段423内开设有至少一个供工作气体进入的入口422，所述第一法兰本体的第二段424的外径小于所述石英管的内径，使所述第一法兰本体的第二段424的至少一部分能够容置在所述石英管1内，所述第一法兰本体的第一段423的一端设置有第一卡槽425，用于卡合所述石英管1，与所述第一卡槽425相对应的所述第一法兰本体第一段423的外壁位置处设置有螺纹孔，所述石英管1卡合于所述第一卡槽425的部分与所述螺纹孔相对应位置处设置有与所述螺纹孔相对应的供螺栓通过的穿孔。

根据一些优选的实施方式，所述第一连接件42还包括工作气进气嘴421，所述工作气进气嘴421连接(例如通过焊接或螺纹连接的方式连接)在所述第一连接件42的入口的位置，所述工作气进气嘴421用于与工作气源连接。优选地，所述工作气进气嘴421的一端与设置在所述第一连接件42上的入口连接，所述工作气进气嘴421的另一端通过工作气进气管与工作气源连接；在本发明中，所述工作气体可以是氩气、空气、氮气、氧气、二氧化碳气体。

根据一些优选的实施方式，所述进气管41包括内壳412和设置在所述内壳412外的外壳411，所述外壳411与所述内壳412之间具有第二空腔413，所述第二空腔413形成冷却水通道；所述外壳411上设置有至少一个进水口416和至少一个出水口417，所述进水口416与所述出水口417均与所述冷却水通道连通，所述进水口416和所述出水口417位于所述外壳411的两侧，使冷却水从所述进水口416进入，并流经所述冷却水通道后从所述出水口417流出，如此可以对所述进气装置4进行冷却，冷却效率高、冷却均匀，可以保证等离子体发生器工作时，进气装置4的进气部位不会严重受热，进一步保证了等离子体发生器在感应线圈2输入较高的功率条件下长时间稳定运行。在本发明中，所述进水口416与所述出水口417的数量可以为1个或多个，使得冷却水从外壳411的一侧进入，从外壳411的另一侧流出即可。

在本发明中，所述进水口和所述出水口位于所述外壳的两侧指的是，所述进水口和所述出水口位于所述外壳的外壁的两侧；优选地，所述进水口和所述出水口位于所述外壳的外壁的两侧，且沿所述外壳的轴向方向相对称设置，换言之，所述进水口和所述出水口在所述外壳的周向方向上分开分布，且沿所述外壳的轴向方向相对称设置；当所述进气管沿如图1所示的方向放置时，所述进水口位于所述外壳的下侧，所述出水口位于所述外壳的上侧，使得冷却水从所述外壳的下侧流入，从所述外壳的上侧流出。

根据一些优选的实施方式，所述外壳411与所述内壳412同轴设置，使得所述外壳411与所述内壳412之间的第二空腔413等宽。在本发明中，当所述外壳411与所述内壳412之间的第二空腔413等宽时，可以使得冷却水在该第二空腔413内的流动得更加均匀。

根据一些优选的实施方式，所述第一连接件42的左端内壁与所述外壳411左端外壁的平台连接，所述第一连接件42的右端内壁与沿所述进气管41的周向均匀分布的多个导气槽43的外壁连接，所述第一法兰本体的一端容置在所述石英管1内，从而使得所述冷却水通道的一部分也位于所述石英管1内，如此，可以使得所述进气装置4与所述石英管1的等离子体接触的进气部位得到有效的冷却，保证所述等离子体发生器工作时其前端不会严重受热。

根据一些优选的实施方式，所述进气管41还包括进水管接嘴414和出水管接嘴415，所述进水管接嘴414和所述出水管接嘴415分别连接(例如通过焊接或螺纹连接的方式连接)在所述外壳411的进水口416和所述出水口417的位置，所述进水管接嘴414用于与冷却水源连接，所述出水管接嘴415用于将流经所述冷却水通道的冷却水排出所述外壳411。优选地，所述进水管接嘴414的一端与设置在所述外壳411上的进水口416连接，所述进水管接嘴414的另一端通过进水管与冷却水源连接；所述出水管接嘴415的一端与设置在所述外壳411上的出水口417连接，所述出水管接嘴415的另一端通过出水管将冷却后的冷却水排放至收容器内或者指定的位置。在本发明中，将所述进水管接嘴414和所述出水管接嘴415统称为冷却管接嘴。

根据一些优选的实施方式，所述进气管41的内部为贯通的通孔，所述进气管41远离所述石英管1的一端设置有观察窗5，用于对石英管1的内部以及石英管1的下游设备的观测，观测和测试石英管1内高温气体的参数以及下游设备的物体。

在本发明中，所述进气管的内部为贯通的通孔，指的是所述进气管的内部为远离所述石英管的一端和靠近所述石英管的一端相贯通的通孔，例如，如图1所示的所述进气管的内部为左右贯通的通孔。

根据一些优选的实施方式，所述观察窗5采用石英玻璃制成。

根据一些优选的实施方式，所述观察窗5通过第二连接件51连接在所述进气管41上。

根据一些优选的实施方式，所述第二连接件51为法兰，在本发明中也记作观察窗法兰。

根据一些优选的实施方式，所述第二连接件51的结构例如可以如图1所示，所述第二连接件51包括第二法兰本体，所述第二法兰本体类似圆柱体状，所述第二法兰本体远离所述进气管41的一端(图1所示第二法兰本体的左端)的外径、内径分别大于所述第二法兰本体连接所述进气管41的一端(图1所示第二法兰本体的右端)的外径、内径，为了便于描述，将所述第二法兰本体远离所述进气管的一端记作所述第二法兰本体的第一段、将所述第二法兰本体连接有所述进气管的一端记作所述第二法兰本体的第二段；且所述第二法兰本体的第二段套接在所述进气管41的内部，所述第二法兰本体的第一段的内周设置有第二卡槽，用于卡合所述观察窗5，与所述第二卡槽相对应的所述第二法兰本体第一段的端面位置处设置有螺纹孔，所述观察窗卡合于所述第二卡槽的部分与所述螺纹孔相对应位置处设置有与所述螺纹孔相对应的供螺栓通过的穿孔。

根据一些优选的实施方式，所述观察窗5、观察窗法兰、进气管41、冷却水接管嘴、进气法兰和工作气进气嘴421装配成一个整体，各个部分采用机械螺纹或者焊接的方式连接，用于等离子体发生器的进气，所述进气装置4一端的进气法兰与石英管1连接。

根据一些优选的实施方式，在所述等离子体发生器各个需要连接组装的部分均通过密封圈密封。

在一些具体实施方式中的等离子体发生器的工作原理例如可以为：

工作气体从工作气进气嘴进入所述进气法兰与所述进气管的外壁之间的第一空腔内，经沿所述进气管的周向均匀分布的导气槽形成一定角度的旋转气体进入所述石英管内，沿石英管的内壁旋转前进，前进方向为图1所示的从左至右的方向；绕设在所述石英管上的感应线圈与高频电源连接，通过在高频电源作用下产生高频电流，载有高频电流的感应线圈缠绕在石英管上形成感应放电室，在石英管内部产生高频交变磁场，磁通量变化感应出电动势，流入石英管内的工作气体被电离形成等离子体；在工作气体在石英管内被电流形成等离子体的过程中，高压空气从冷却气进气嘴进入冷却装置内，并沿着所述冷却装置上周向分布的冷却孔对石英管的周向进行冷却，所述冷却孔沿着不同的角度指向所述石英管的不同位置，用于石英管不同位置的冷却，保证石英管的各个部位均得到冷却，由于石英管的下游受热最严重，因此冷却孔正对其外壁面进行冷却，同时，在所述进气装置中，冷却水从所述进气装置的一侧进入充满所述冷却水通道后从所述进气装置的另一侧流出，实现对所述进气装置的冷却。

在所述等离子体发生器的工作过程中，可以通过设置在所述进气管的一端的观察窗对石英管及石英管的下游设备进行观测。

本发明中的等离子体发生器能够提供稳定、可靠的等离子体，具有耐高温、不易损坏，气流平稳均匀，保证发生器不被烧坏和等离子体均匀产生排出以及能更好地发挥等离子体的作用的优点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种等离子体发生器，其特征在于：

包括石英管(1)、绕设在所述石英管(1)上的至少一组感应线圈(2)、冷却装置(3)和进气装置(4)，所述进气装置(4)用于给所述石英管(1)进气；

所述冷却装置(3)上设置有供冷却气进入所述冷却装置(3)内的至少一个进气口和多个用于将所述冷却装置(3)内的冷却气排出的冷却孔(34)，多个所述冷却孔(34)的开口轴线相对所述石英管(1)的外壁分别呈不同的角度设置，使得从多个所述冷却孔(34)排出的冷却气能够以不同的角度排向所述石英管(1)的不同位置。

2.根据权利要求1所述的等离子体发生器，其特征在于：

所述冷却装置(3)和所述进气装置(4)分别位于所述石英管(1)的两端；

多个所述冷却孔(34)沿所述冷却装置(3)的周向设置。

3.根据权利要求2所述的等离子体发生器，其特征在于：

由所述石英管(1)靠近所述进气装置(4)的一端至所述石英管(1)靠近所述冷却装置(3)的一端，多个所述冷却孔(34)的开口轴线与所述石英管(1)的外壁之间形成的多个角度依次递增。

4.根据权利要求1所述的等离子体发生器，其特征在于：

所述冷却装置(3)包括冷却环(32)和沿所述冷却环(32)的周向设置的冷却腔(31)，所述冷却腔(31)的内部具有供冷却气流动的冷却气通道(35)，所述冷却装置(3)通过所述冷却环(32)套设在所述石英管(1)上；

所述进气口和所述冷却孔(34)均设置在所述冷却腔(31)上，且多个所述冷却孔(34)沿所述冷却腔(31)的周向设置。

5.根据权利要求4所述的等离子体发生器，其特征在于：

所述冷却腔(31)的轴向长度大于所述冷却环(32)的轴向长度。

6.根据权利要求1至5任一项所述的等离子体发生器，其特征在于：

所述进气装置(4)包括进气管(41)和沿所述进气管(41)的周向设置的第一连接件(42)，所述进气管(41)通过所述第一连接件(42)与所述石英管(1)连接；

所述进气管(41)连接有所述石英管(1)的一端设置有多个导气槽(43)，多个所述导气槽(43)沿所述进气管(41)的周向均匀分布，且所述导气槽(43)相对所述进气管(41)的轴线倾斜设置，所述导气槽(43)与所述石英管(1)连通；

所述第一连接件(42)与所述进气管(41)的外壁之间具有第一空腔(44)，所述第一空腔(44)形成气体通道；

所述第一连接件(42)内开设有至少一个供工作气体进入的入口(422)，所述入口(422)和所述导气槽(43)均与所述气体通道连通，使工作气体从所述入口(422)进入所述气体通道后，并经所述导气槽(43)流向所述石英管(1)。

7.根据权利要求6所述的等离子体发生器，其特征在于：

所述导气槽(43)的倾斜角为30～60°。

8.根据权利要求6所述的等离子体发生器，其特征在于：

所述进气管(41)包括内壳(412)和设置在所述内壳(412)外的外壳(411)，所述外壳(411)与所述内壳(412)之间具有第二空腔(413)，所述第二空腔(413)形成冷却水通道；

所述外壳(411)上设置有至少一个进水口(416)和至少一个出水口(417)，所述进水口(416)与所述出水口(417)均与所述冷却水通道连通，所述进水口(416)和所述出水口(417)位于所述外壳(411)的两侧，使冷却水从所述进水口(416)进入，并流经所述冷却水通道后从所述出水口(417)流出。

9.根据权利要求6所述的等离子体发生器，其特征在于：

所述进气管(41)的内部为贯通的通孔，所述进气管(41)远离所述石英管(1)的一端设置有观察窗(5)。

10.根据权利要求9所述的等离子体发生器，其特征在于：

所述观察窗(5)通过第二连接件(51)连接在所述进气管(41)上。