CN109041395B - 一种用于等离子体发生器的气冷装置和等离子体发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于等离子体发生器的气冷装置和等离子体发生器。所述气冷装置包括气冷装置本体和用于安装等离子体发生器的放电管的安装腔，气冷装置本体包括内壳和外壳，安装腔由内壳的内壁面围设而成；外壳与内壳之间具有空腔，空腔形成冷却气腔；外壳上设置有至少一个用于供冷却气进入冷却气腔的进气孔，内壳以及气冷装置本体的一个端部或两个端部上设置有多个用于将冷却气腔内的冷却气排出的喷气孔，多个喷气孔的开口轴线相对安装腔的轴线方向分别呈不同的角度设置，使得从多个喷气孔排出的冷却气能够以不同的角度排向放电管的不同位置。本发明中的气冷装置冷却效率高、冷却均匀，能保证等离子体发生器高效、平稳地运行。

Description

一种用于等离子体发生器的气冷装置和等离子体发生器

技术领域

本发明属于等离子体风洞试验技术领域，尤其涉及一种用于等离子体发生器的气冷装置和等离子体发生器。

背景技术

高频感应加热的设备(例如等离子体发生器)的原理是以法拉第电磁感应现象为基础，利用高频电源输出的高频交变电流产生交变磁场，通过交变磁场产生的感应涡流的热效应来对工件加热，具有加热效率高，速度快，可控性好等优点。这一加热过程的关键在于被加热工件的导电性，当工件为固体时，通常是金属等导体，导电性能良好；当工件为气体时，该气体首先会在交变磁场的作用下电离，然后被加热成为高温电离气体，气体温度高达10000K，高温电离气体具有极强的热辐射。与加热固体时不同，为了控制被加热气体的流量、压力等，需要在感应线圈与气体之间增加一放电管，除了确保气体被加热外，还需要承受高达10000K的气体辐射加热，国际上通常采用高温强度好、磁滞极小的石英作为放电管材料。然而，石英的熔点普遍为1700℃，高于1000℃强度便会下降，在长时间运行的过程中，放电管容易受热，严重的时候，可能导致放电管破裂。因此放电管的冷却装置，是决定等离子体发生器成败和效率的关键。

目前，等离子体发生器通常采用的冷却装置有：(1)双层石英管水冷装置，例如日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)所研发的100kW高频等离子体风洞采用了双层石英管水冷装置来解决石英管的气体辐射加热问题，其设计了直径分别为75mm的内管和80mm的外管，在内外管之间通入高压水，对石英管进行冷却；(2)铜笼水冷装置，例如比利时冯卡门实验室(VKI)所研发的1MW高频等离子体风洞采用了中空铜笼水冷装置来解决采用铜制成的放电管的气体辐射加热问题，其在双层铜管之间通入冷水带走部分气体辐射热量，确保等离子体发生器正常加热工作气体。但是，这两种用于等离子体发生器的冷却装置会由于双层石英管中的水或铜笼以及铜笼中的水而存在一定的磁滞，会导致消耗一部分电源功率，降低等离子体发生器的效率，此外双层石英管的结构或铜笼结构增加了感应线圈和负载气体之间的间隙，使二者的耦合减弱，等效阻抗增大，系统的可调谐范围减小。

发明内容

本发明的目的是提供一种能保证等离子体发生器高效、平稳运行的用于等离子体发生器的气冷装置和等离子体发生器，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，本发明在第一方面提供了一种用于等离子体发生器的气冷装置，包括气冷装置本体和用于安装等离子体发生器的放电管的安装腔，所述气冷装置本体包括内壳和设置在所述内壳外的外壳，所述安装腔由所述内壳的内壁面围设而成；所述外壳与所述内壳之间具有空腔，所述空腔形成冷却气腔；所述外壳上设置有至少一个用于供冷却气进入所述冷却气腔的进气孔，所述内壳以及所述气冷装置本体的一个端部或两个端部上设置有多个用于将所述冷却气腔内的冷却气排出的喷气孔，多个所述喷气孔的开口轴线相对所述安装腔的轴线方向分别呈不同的角度设置，使得从多个所述喷气孔排出的冷却气能够以不同的角度排向等离子体发生器的放电管的不同位置。

优选地，在所述安装腔的轴线方向上，由远离所述安装腔的位置至靠近所述安装腔的位置，多个所述喷气孔的开口轴线与所述安装腔的轴线之间形成的多个角度依次递增。

优选地，所述外壳上设置有多个所述进气孔，多个所述进气孔沿所述外壳的周向间隔设置。

优选地，所述安装腔的内径比等离子体发生器的放电管的外径大3～5mm。

优选地，所述外壳与所述内壳同轴设置，使得所述外壳与所述内壳之间的空腔等宽。

优选地，所述内壳的周向和所述气冷装置本体的一个端部上设置有多个周向均布的所述喷气孔。

优选地，所述进气孔上通过进气管连接有接管嘴；所述进气孔为沉孔，所述沉孔包括第一沉孔段和第二沉孔段，所述第一沉孔段的孔径大于所述第二沉孔段的孔径；所述第一沉孔段与所述第二沉孔段贯通，所述进气管的一端设置在所述第一沉孔段内。

优选地，所述气冷装置还包括法兰，所述气冷装置通过法兰与等离子体发生器连接。

本发明在第二方面提供了一种等离子体发生器，包括放电管、绕设在所述放电管上的感应线圈和本发明在第一方面所述的用于等离子体发生器的气冷装置，所述放电管的一端或两端设置有所述气冷装置。

优选地，所述放电管与所述气冷装置之间通过法兰连接，所述放电管的一端或两端设置有翻边，所述法兰具有内腔，所述放电管通过所述翻边连接在所述法兰的内腔壁上。

本发明与现有技术相比至少具有如下的有益效果：

(1)本发明中的所述气冷装置能利用冷却气流对等离子体发生器中的放电管进行冷却，不占用感应线圈和负载气体之间的空间，气冷装置自身不会对等离子体发生器的效率和耦合强度、电源的效率和稳定性产生影响，此外，冷却气作为冷却源与水冷相比，气体的磁滞可忽略，对电源功率的损耗可以忽略不计，与现有的水冷装置相比，本发明中的气冷装置可以有效减少冷却装置对等离子体发生器效率和整个电路的影响，能有效保证等离子体发生器高效、平稳地运行。

(2)本发明中的所述气冷装置设置有多个用于排出冷却气的喷气孔，多个所述喷气孔的开口轴线相对所述安装腔的轴线方向分别呈不同的角度设置，使得从多个所述喷气孔排出的冷却气能够以不同的角度排向等离子体发生器的放电管的不同位置，用于等离子体发生器的放电管的周向的不同位置的冷却，确保冷却气流可以覆盖整个放电管的表面，均匀冷却放电管，降低放电管的工作温度，取得好的冷却效果，从而保证等离子体发生器的各个部位均得到有效的冷却，本发明中的气冷装置冷却效率高、冷却均匀，解决了大功率高频感应等离子体发生器的冷却难题，有效降低了放电管的温度。

(3)本发明的一些优选实施方案中，在所述安装腔的轴线方向上，由远离所述安装腔的位置至靠近所述安装腔的位置，多个所述喷气孔的开口轴线与所述安装腔的轴线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放电管的外壁的受热程度相匹配，从而保证了放电管以及等离子体发生器的各个部位冷却均匀，也避免了由于放电管的外壁冷却不均匀而导致等离子体发生器中等离子体产生的不均匀。

(4)本发明的一些优选实施方案中，所述气冷装置本体包括的外壳上沿周向设置有多个进气孔，作为冷却气的入口，多个进气孔的设置可以使得冷却气在冷却气腔内充分混合，冷却气的压力分布更加均匀，进一步保证了放电管冷却得更加均匀；此外，所述安装腔的内径比等离子体发生器的放电管的外径略大，可以确保冷却气流在放电管的表面流动，在放电管的表面形成均匀的流动，更高效地带走放电管表面热量，降低放电管工作温度，从而提高气冷装置的冷却效率。

(5)本发明中的所述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，保证等离子体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是本发明中用于等离子体发生器的气冷装置的一个具体实施方式的侧视图。

图2是图1中A-A的剖视图。

图3是图1中B-B的剖视图。

图4是图2中包括的气冷装置本体的部分结构示意图。

图5是图3中C部分的放大图。

图6是图3中包括的法兰的结构示意图。

图7是图1中包括的喷气孔在所述气冷装置本体的端部的分布示意图。

图8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9是图8中E部分的放大图。

图中：1：外壳；11：沉孔；111：第一沉孔段；112：第二沉孔段；12：进气管；13：接管嘴；2：内壳；21：喷气孔；3：安装腔；4：冷却气腔；5：法兰；51：通孔；52：内腔；6：放电管；61：翻边；7：感应线圈。

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。

本发明在第一方面提供了一种用于等离子体发生器的气冷装置，图1是本发明中用于等离子体发生器的气冷装置的一个具体实施方式的侧视图，图2是图1中A-A的剖视图，图3是图1中B-B的剖视图，图4是图2中包括的气冷装置本体的部分结构示意图，图5是图3中C部分的放大图，图6是图3中包括的法兰的结构示意图，图7是图1中包括的喷气孔在所述气冷装置本体的端部的分布示意图；其中，图1中虚线用于示意在所述气冷装置本体的端部上设置的多个喷气孔形成的圆周阵列盘。

在本发明中，所述用于等离子体发生器的气冷装置包括气冷装置本体和用于安装等离子体发生器的放电管6的安装腔3，所述气冷装置本体包括内壳2和设置在所述内壳2外的外壳1，所述安装腔3由所述内壳2的内壁面围设而成，例如，如图2和图3所示；所述外壳1与所述内壳2之间具有空腔，所述空腔形成冷却气腔4；所述外壳1上设置有至少一个用于供冷却气进入所述冷却气腔4的进气孔，所述内壳2以及所述气冷装置本体的一个端部或两个端部上设置有多个用于将所述冷却气腔4内的冷却气排出的喷气孔21，多个所述喷气孔21的开口轴线相对所述安装腔3的轴线方向分别呈不同的角度设置，使得从多个所述喷气孔21排出的冷却气能够以不同的角度排向等离子体发生器的放电管6的不同位置，如此，可以用于等离子体发生器的放电管6的周向的不同位置的冷却，确保冷却气流可以覆盖整个放电管6的表面(外壁)，均匀冷却放电管6，降低放电管6的工作温度，取得好的冷却效果，从而保证等离子体发生器的各个部位均得到有效的冷却，本发明中的气冷装置冷却效率高、冷却均匀，解决了大功率高频感应等离子体发生器的冷却难题，有效降低了放电管的温度。

本发明中的所述气冷装置能利用冷却气流对等离子体发生器中的放电管进行冷却，占用空间小，不占用感应线圈和负载气体之间的空间，气冷装置自身不会对等离子体发生器的效率和感应线圈与负载气体的耦合强度、电源的效率和稳定性以及整个电路的可调谐范围产生不良影响，此外，冷却气作为冷却源与水冷相比，气体的磁滞可忽略，对电源功率的损耗可以忽略不计，与现有的水冷装置相比，本发明中的气冷装置可以有效减少冷却装置对等离子体发生器效率和整个电路的影响，能有效保证等离子体发生器高效、平稳地运行。在本发明中，所述冷却气例如可以为高压冷却气流，优选为高压空气，当冷却气流对放电管的表面进行冷却后，高压空气冷却气流可以直接进入大气，不对大气环境造成影响，不对等离子体发生器的效率和耦合强度产生影响。

在本发明中，所述安装腔3用于安装等离子体发生器的放电管6的一端或者除去两端以外的任意部位(例如放电管的中部)，例如，所述放电管6的外壁与所述安装腔3的腔壁通过连接件(例如法兰)安装连接，或者所述放电管的一端放置在所述安装腔内，并通过连接件(例如法兰)与所述气冷装置本体连接；在本发明中，当所述放电管6的一端安装在所述安装腔3内时，所述内壳2以及所述气冷装置本体的一个端部上设置有多个用于将所述冷却气腔4内的冷却气排出的喷气孔21；当所述放电管6除去两端以外的任意部位安装在所述安装腔3内时，所述内壳2以及所述气冷装置本体的两个端部上设置有多个用于将所述冷却气腔4内的冷却气排出的喷气孔21，使得所述气冷装置本体的两个端部均有冷却气喷出排向穿过所述安装腔3两端的放电管6的表面(外壁)；在本发明中，所述内壳2和所述外壳1的端部连接在一起，所述气冷装置本体的端部也指的是所述内壳2和所述外壳1的端部。在本发明中，当所述放电管6安装在所述安装腔3内时，所述放电管6的外壁与所述安装腔3的轴线方向平行，多个所述喷气孔21的开口轴线相对所述安装腔3的轴线方向分别呈不同的角度设置(呈倾斜设置)，即多个所述喷气孔21的开口轴线相对所述放电管6的外壁分别呈不同的角度设置。

根据一些优选的实施方式，在所述安装腔3的轴线方向上，由远离所述安装腔3的位置至靠近所述安装腔3的位置，多个所述喷气孔21的开口轴线与所述安装腔3的轴线之间形成的多个角度依次递增，例如多个所述喷气孔21的开口轴线与所述安装腔3的轴线之间形成的多个角度在5°～120°之间依次递增，例如形成的角度可以从12.5°、15°、30°递增至105°。在本发明中，当所述放电管6的一端或两端安装在所述安装腔3内时，例如在所述安装腔3的轴线方向上，由所述放电管6远离所述安装腔3的一端至所述放电管6连接有所述安装腔3的一端，所述放电管6的受热程度依次增加，因此，当相对应的多个所述喷气孔21的开口轴线与所述安装腔3的轴线(放电管的外壁)之间形成的多个角度依次递增时，可以使得相对应的喷气孔21排出的冷却气的冷却强度(冷却能力)与放电管6的外壁的受热程度相匹配，从而保证了放电管6以及等离子体发生器的各个部位冷却均匀，也避免了由于放电管6的外壁冷却不均匀而导致等离子体发生器中等离子体产生的不均匀。在本发明中，所述放电管6的出口端(如图8所示的右端)受热最严重，因此与所述放电管6该位置相对应的喷气孔21的开口轴线与所述放电管6的外壁之间形成一个大的倾斜角(例如90°、95°、100°、105°110°、115°或120°)，使得喷气孔21能相对正对着所述放电管6的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，所述外壳1上设置有多个所述进气孔，例如2～6个进气孔，多个所述进气孔沿所述外壳1的周向间隔设置，例如多个所述进气孔沿所述外壳1的周向间隔均匀设置。在本发明中，多个指的是两个及两个以上，多个所述进气孔沿所述外壳1的周向间隔设置时，多个所述进气孔在所述外壳1的轴向上可以在一个平面上或者不在一个平面上。在本发明中，优选为在所述外壳1的周向间隔设置多个进气孔作为冷却气的入口，多个进气孔的设置可以使得冷却气同时均匀地进入所述冷却气腔4内，从而可以使得冷却气在冷却气腔4内充分混合，冷却气的压力分布更加均匀，从而也保证了冷却气同时均匀地从喷气孔21排出，进一步保证了放电管6冷却得更加均匀。

根据一些优选的实施方式，所述进气孔的内径大于所述喷气孔21的内径且所述喷气孔21的数量多于所述进气孔的数量，如此，更有利于冷却气从所述喷气孔21中以喷射状均匀稳定地喷射出，进一步保证了等离子体发生器的放电管6的各个部分的有效冷却。

根据一些优选的实施方式，所述安装腔3的内径比等离子体发生器的放电管6的外径大3～5mm(例如3、3.5、4、4.5或5mm)。在本发明中，所述安装腔3的内径比等离子体发生器的放电管6的外径略大，可以确保冷却气流可以在放电管6的表面流动，在放电管6的表面形成均匀的流动，更高效地带走表面热量，降低放电管6工作温度，从而提高气冷装置的冷却效率。

根据一些优选的实施方式，所述外壳1与所述内壳2同轴设置，使得所述外壳1与所述内壳2之间的空腔等宽，如此可以使得冷却气在所述空腔内流动得更加均匀，且能够使得放电管6沿轴线对称的两侧外壁得到相同程度的均匀冷却。在本发明中，所述空腔的宽度指的是沿所述气冷装置的径向方向的宽度。

根据一些优选的实施方式，当等离子体发生器的放电管6的一端安装在所述安装腔3内时，所述内壳2的周向和所述气冷装置本体的一个端部上设置有多个周向均布的所述喷气孔21。

根据一些优选的实施方式，当等离子体发生器的放电管6的中部安装在所述安装腔3内时，所述内壳2的周向和所述气冷装置本体的两个端部上设置有多个周向均布的所述喷气孔21。

在本发明中，多个周向均布的所述喷气孔21指的是，所述内壳2上的多个所述喷气孔21是沿所述内壳2的周向间隔设置，所述气冷装置本体的端部上的多个所述喷气孔21是沿所述气冷装置本体的端部的周向间隔设置。在本发明中，也可以认为多个所述喷气孔21是沿所述安装腔3的周向相对应地间隔设置在所述内壳2和所述气冷装置本体的一个端部或者两个端部上。在本发明中，为了更清楚地描述所述喷气孔的设置位置关系，例如，如图5所示，以喷气孔D1和喷气孔D2表示设置在所述气冷装置本体的端部上的喷气孔21，以喷气孔D3和喷气孔D4表示设置在所述内壳2上的喷气孔21，喷气孔D1、喷气孔D2、喷气孔D3和喷气孔D4均为多个，一起构成了多个所述喷气孔21。在本发明中，例如多个所述喷气孔D1和多个所述喷气孔D2均沿所述气冷装置本体的端部的周向间隔均匀设置分别形成了一个圆周阵列盘，例如，如图7所示；同样地，多个所述喷气孔D3和多个所述喷气孔D4均沿所述内壳2的周向均匀间隔设置也分别形成了一个圆周阵列盘，但多个所述喷气孔D3和多个所述喷气孔D4在内壳2的轴向上不在一个平面上。在本发明中，每个所述喷气孔D1、每个所述喷气孔D2、每个所述喷气孔D3和每个所述喷气孔D4的开口轴线与所述安装腔3的轴线之间的倾斜角相等；本发明对多个所述喷气孔D1和多个所述喷气孔D2的数量以及彼此之间的位置分布关系、多个所述喷气孔D3和多个所述喷气孔D4的数量以及彼此之间的位置分布关系没有特别的限制；对于所述喷气孔D3和所述喷气孔D4，例如可以在所述内壳2的同一母线上相对应地设置一个所述喷气孔D3和一个所述喷气孔D4，例如也可以所述喷气孔D3和所述喷气孔D4之间在所述内壳2的母线方向上具有一定的夹角；同样地，对于所述喷气孔D1和所述喷气孔D2，例如可以在所述气冷装置的同一径向方向上相对应地设置有一个所述喷气孔D1和一个所述喷气孔D2，例如也可以所述喷气孔D1和所述喷气孔D2之间在所述气冷装置的径向方向上具有一定的夹角β，该夹角β的大小例如可以为5°～10°(例如5°、5.5°、6°、6.5°、7°、7.5°、8°、8.5°、9°、9.5°或10°)，优选为7.5°。当所述喷气孔D1、所述喷气孔D2的开口轴线与所述安装腔3的轴线之间的倾斜角的大小相差比较小时，优选为所述喷气孔D1和所述喷气孔D2在所述气冷装置的径向方向上具有一定的夹角β，例如当所述喷气孔D1、所述喷气孔D2的开口轴线与所述安装腔3的轴线之间的倾斜角分别为12.5°、15°时，优选为所述夹角β为7.5°，如此可以确保冷却气流可以最有效地覆盖整个放电管6表面，均匀冷却放电管6，达到最佳的冷却效果。

根据一些优选的实施方式，所述进气孔上通过进气管12连接有接管嘴13；所述进气孔为沉孔11，所述沉孔11包括第一沉孔段111和第二沉孔段112，所述第一沉孔段111的孔径大于所述第二沉孔段112的孔径，例如，如图4所示；所述第一沉孔段111与所述第二沉孔段112贯通，所述进气管12的一端设置在所述第一沉孔段111内，例如所述进气管12的一端通过焊接或螺纹连接的方式连接在所述第一沉孔段111内；在本发明中，所述接管嘴13的一端与进气管12连接，另一端用于与冷却气源连接。在本发明中，优选为所述进气孔为沉孔11，便于安装所述进气管12以及保证所述冷却气腔4的密封性；在本发明中，优选为所述进气孔上通过进气管12连接接管嘴13，而不是直接将进气孔与所述接管嘴13连接，所述进气管12的设置可以用于冷却气进气时的缓冲，可以保证冷却气更稳定均匀地进入冷却气腔4内，从而也保证了冷却气在冷却气腔4内混合得更均匀。

根据一些优选的实施方式，所述气冷装置还包括法兰5，所述气冷装置通过法兰5与等离子体发生器连接，例如所述气冷装置通过法兰5与所述等离子体发生器的放电管6连接。特别说明的是，在本发明中，术语“连接”可以为直接连接或间接连接。

根据一些优选的实施方式，所述法兰5的结构例如可以如图6所示，所述法兰5包括法兰本体，所述法兰本体具有内腔52，所述内腔52由所述法兰本体围设而成，所述法兰本体沿其周向间隔开设有多个通孔51，所述通孔51例如可以为螺栓孔，所述螺栓孔用于供螺栓通过后与螺母紧配固定。在本发明中，所述气冷装置优选为螺纹连接或焊接在所述法兰本体上，当所述气冷装置连接在所述法兰本体上时，优选为所述气冷装置的安装腔3与所述法兰本体的内腔52的轴线同轴，且优选为所述安装腔3的内径不小于所述内腔52的内径，如此可以便于将所述气冷装置和等离子体发生器的放电管6同时连接在所述法兰本体上，从而使得所述气冷装置通过法兰5与等离子体发生器的放电管6连接，从而也有利于将所述放电管6安装在所述气冷装置的安装腔3内。在本发明中，更优选为所述安装腔3的内径与所述内腔52的内径相等，从而可以使得放电管6的内部通道在出口端沿放电管6的径向方向大小不发生改变，如此可以有效保证等离子体发生器向等离子风洞中的下游设备提供稳定、可靠的等离子体。

根据一些优选的实施方式，在所述气冷装置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，本发明中用于等离子体发生器的气冷装置的工作过程例如可以为：

当等离子体发生器处于工作状态，所述气冷装置需提前启动，冷却其通过多个进气孔同时进入冷却气腔内均匀混合，在放电管的一端的喷气孔以不同角度喷射出高压冷却气流，在放电管的表面形成均匀的流动，带走放电管表面热量，降低放电管的工作温度。最后，在喷气孔远处，随着压力的降低，高压冷却气流进入大气，不对等离子体发生器的效率和耦合强度产生影响，确保了发生器高效、平稳运行。本发明中的气冷装置结构简单、具有合理的冷却结构、冷却效率高、冷却均匀，其应用于等离子体发生器时，能够保证等离子体发生器高效、平稳地长时间运行，保证等离子体均匀产生以及更好地发挥等离子体的作用。

本发明在第二方面提供了一种等离子体发生器，图8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9是图8中E部分的放大图。在本发明中，所述等离子体发生器包括放电管6、绕设在所述放电管6上的感应线圈7和本发明在第一方面所述的用于等离子体发生器的气冷装置，所述放电管6的一端或两端设置有所述气冷装置。在本发明中，所述放电管6的两端均可设置本发明所述的气冷装置，进一步增强冷却效果。

在本发明中，当所述放电管6的一端安装在所述气冷装置的安装腔3内时，多个所述喷气孔D1、多个所述喷气孔D2、多个所述喷气孔D3和多个所述喷气孔D4的开口轴线与所述安装腔3的轴线之间形成的倾斜角也即多个所述喷气孔D1、多个所述喷气孔D2、多个所述喷气孔D3和多个所述喷气孔D4的开口轴线与所述放电管6的外壁之间形成的倾斜角α，如图8和图9所示。

在本发明中，所述等离子体发生器中的气冷装置的结构设置合理，其设置在所述放电管的外部，可以使得本发明中的放电管为单层结构，极大地简化了放电管以及等离子体发生器的结构，更重要的是，相比采用双层结构的水冷装置的等离子体发生器，本发明中的气冷装置解决了大功率高频感应等离子体发生器中的放电管的冷却难题，且对等离子体发生器效率和整个电路的调谐无不良影响，能维持等离子体发生器的高效、平稳运行。本发明中的气冷装置以及等离子体发生器在1MW高频等离子体风洞上成功应用，并实现了放电管在高状态、长时间运行情况下的温度冷却，本发明中的等离子体发生器综合性能优良；此外，本发明中的等离子体发生器相比采用双层结构用于同时进工作气体和冷却气体的冷却装置的等离子体发生器，可以有效避免冷却气体在冷却放电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放电管的不同位置受热程度不一致与冷却气体在沿着放电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7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7缠绕在放电管6上形成感应放电室，在放电管内部产生高频交变磁场，磁通量变化感应出电动势，流入放电管内的气体被电离形成等离子体；在本发明中，所述感应线圈7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7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7的数量为3组，每组感应线圈7的匝数为4匝；在本发明中，所述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7连接的高频电源的频率。

根据一些优选的实施方式，所述放电管6为由石英材料制成的石英管。

根据一些优选的实施方式，所述感应线圈7绕设在所述石英管的中部。

根据一些优选的实施方式，所述放电管6与所述气冷装置之间通过法兰5连接，所述放电管6的一端或两端设置有翻边61，所述法兰5具有内腔52，所述放电管6通过所述翻边61连接在所述法兰5的内腔壁上，例如，如图8所示；在本发明中，所述放电管6设置有翻边的部分伸入所述内腔52内，所述翻边61沿所述放电管6的周向设置并沿所述放电管6的径向方向向外翻出，所述翻边61与所述放电管6之间可以一体成型或者焊接或螺纹连接在一起。在本发明中，所述法兰5的设置，还便于所述等离子体发生器与等离子体风洞中的下游设备连接。在本发明中，当所述放电管6的一端或两端设置有翻边61时，所述放电管6的外径指的是所述放电管主体部分的外径，而不是指的所述翻边的外径。

本发明中的所述等离子体发生器结构简单，冷却效果好，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，保证等离子体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 (9)

1.一种用于等离子体发生器的气冷装置，其特征在于：

包括气冷装置本体和用于安装等离子体发生器的放电管的安装腔，所述气冷装置本体包括内壳和设置在所述内壳外的外壳，所述安装腔由所述内壳的内壁面围设而成；

所述外壳与所述内壳之间具有空腔，所述空腔形成冷却气腔；

所述外壳上设置有至少一个用于供冷却气进入所述冷却气腔的进气孔，所述内壳以及所述气冷装置本体的一个端部或两个端部上设置有多个用于将所述冷却气腔内的冷却气排出的喷气孔，多个所述喷气孔的开口轴线相对所述安装腔的轴线方向分别呈不同的角度设置，使得从多个所述喷气孔排出的冷却气能够以不同的角度排向等离子体发生器的放电管的不同位置；

在所述安装腔的轴线方向上，由远离所述安装腔的位置至靠近所述安装腔的位置，多个所述喷气孔的开口轴线与所述安装腔的轴线之间形成的多个角度在5°～120°之间依次递增。

2.根据权利要求1所述的气冷装置，其特征在于：

所述外壳上设置有多个所述进气孔，多个所述进气孔沿所述外壳的周向间隔设置。

3.根据权利要求1所述的气冷装置，其特征在于：

所述安装腔的内径比等离子体发生器的放电管的外径大3～5mm。

4.根据权利要求1所述的气冷装置，其特征在于：

所述外壳与所述内壳同轴设置，使得所述外壳与所述内壳之间的空腔等宽。

5.根据权利要求1至4任一项所述的气冷装置，其特征在于：

所述内壳的周向和所述气冷装置本体的一个端部上设置有多个周向均布的所述喷气孔。

6.根据权利要求1至4任一项所述的气冷装置，其特征在于：

所述进气孔上通过进气管连接有接管嘴；

所述进气孔为沉孔，所述沉孔包括第一沉孔段和第二沉孔段，所述第一沉孔段的孔径大于所述第二沉孔段的孔径；

所述第一沉孔段与所述第二沉孔段贯通，所述进气管的一端设置在所述第一沉孔段内。

7.根据权利要求1至4任一项所述的气冷装置，其特征在于：

所述气冷装置还包括法兰，所述气冷装置通过法兰与等离子体发生器连接。

8.一种等离子体发生器，包括放电管和绕设在所述放电管上的感应线圈，其特征在于：

所述等离子体发生器还包括权利要求1至7任一项所述的用于等离子体发生器的气冷装置，所述放电管的一端或两端设置有所述气冷装置。

9.根据权利要求8所述的等离子体发生器，其特征在于：

所述放电管与所述气冷装置之间通过法兰连接，所述放电管的一端或两端设置有翻边，所述法兰具有内腔，所述放电管通过所述翻边连接在所述法兰的内腔壁上。