CN109959030A - 一种低电压等离子灶原理和喷火头 - Google Patents

Abstract

一种低电压等离子灶原理和喷火头，其原理在于阳极和阴极之间起弧点和正常燃烧时的放电点并不属于同一个点，而且阳极和阴极之间起弧点的距离小于正常燃烧时的放电距离，且在成功起弧后，位于阳极和阴极之间起弧点之间的等离子电弧可以根据雅各布天梯原理，自动从起弧点滑动到正常燃烧放电点，从而形成低电压下稳定燃烧的电弧。

Description

一种低电压等离子灶原理和喷火头

技术领域

本发明涉及能源、电力、等离子领域，是一种采用低电压产生等离子弧的炉灶。

背景技术

等离子被称为物质的第四态，是气体在电离过程中发生，原子的电子和原子核部分脱离，此时电子和阳离子可以自由的移动，物质的状态也起了根本的变化，它的性质也变得与气体完全不同。为区别于固体、液体和气体这三种状态，我们称物质的这种状态为物质的第四态，又起名叫等离子态。等离子体的用途非常广泛。从我们的日常生活到工业、农业、环保、军事、医学、宇航、能源、天体等方面，它都有非常重要的应用价值。

等离子灶是一种新型的火焰产生方式，是采用高频变化的电场，让空气电离，生成高温的等离子体，用来加热物体。由于在生成等离子火焰的过程中不需要天然气等可燃气体的参与，用等离子火焰加热物体时无需氧气，不会排放出有毒有害的气体，可以在无氧的条件下生成等离子火焰，避免了煤气燃烧产生的废气和爆炸的危害，是一种新型的环保型能源利用方式。

但是，由于等离子灶属于新的等离子应用领域，目前研发的很少，技术还不太成熟，目前可以查阅到等离子灶专利申请号2017106710864，2015101149234采用的为高压放电原理，而在空气中击穿1厘米空气需要30KV的电场强度，如此高的电压，对人的安全存在巨大的危险。低电压情况下的等离子发生器常用于等离子切割机，通常采用的工作电压为100V左右，这样的电压对人体来说仍然存在一定危险。

雅各布天梯电弧在空气中放电传播的现象，由变压器提供数万伏的高压，在羊角电极间击穿空气，形成弓形电弧，产生磁场，使电弧向上运动，其运动过程类似于爬梯,如一簇簇圣火似地向上爬升，犹如希腊神话的雅各布天梯。

为解决等离子灶的高电压不安全的问题，本发明采用电弧放电中的雅各布天梯原理设计了低压等离子放电结构，采用普通的煤气灶的点火针，即可引燃的低电压等离子电弧，使得等离子灶更加的安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种更加安全、燃烧的等离子灶原理和喷火头。

一种低电压等离子灶原理和喷火头，其原理在于阳极和阴极之间起弧点和正常燃烧时的放电点并不属于同一个点，而且阳极和阴极之间起弧点的距离小于正常燃烧时的放电距离，且在成功起弧后，位于阳极和阴极之间起弧点之间的等离子电弧可以根据雅各布天梯原理，自动从起弧点滑动到正常燃烧放电点，从而形成低电压下稳定燃烧的电弧。

本发明是采用以下技术方案来实现。

根据上述低压等离子弧产生原理，一种低电压等离子灶原理和喷火头，核心是由点火模块、低压电源、控制模块，以及产生电弧的喷火头组成的；低压电源模块把220V或380V家用电转换为更安全的低压电源，为喷火头提供电源；控制模块用来控制电源的通断、点火、燃烧、并调节火焰功率大小，及提供过流、过压保护功能；喷火头上安装有成对布置的的多组喷火针，每对喷火针之间靠的较近而离其他成对喷火针的距离较远；在喷火头中间安装有检锅压力杆，检锅压力杆下端安装有行程开关，能够感知锅的存在，当没有锅时可以自动切断电源；其中点火模块仅在点火时为喷火针提供高频高压电源，在点火产生电弧后，系统检测到喷火针电路的大电流，点火模块自动停止工作，并断开与喷火头喷火针的电路连接。

优选地，所述每对喷火针之间的距离最近点为起弧点，顶端为低电压工作时的电弧燃烧点，起弧点到电弧燃烧点之间为平滑过渡，可以更好的实现电弧的平滑移动。

优选地，所述喷火针的工作电源为直流时，其中的接地极喷火针可以合并为一个（或多个）菱形截面的圆环结构，以减少接线数量。

优选地，所述成对喷火针之间的距离与选取的工作电压成正比，当工作电压低于36V时，成对喷火针起弧点之间的距离应小于3毫米，电弧燃烧点之间距离应小于20毫米；工作电压在36V-300V之间时，喷火针起弧点之间的距离应小于10毫米，电弧燃烧点之间距离应小于30毫米；工作电压高于300V之间时，喷火针起弧点之间的距离应小于20毫米，电弧燃烧点之间距离应小于70毫米。

优选地，所述喷火针为圆锥形或子弹头形，喷火针由耐高温、不易氧化的金属制造，并在表面涂有石墨烯涂层，以防止高温氧化。

优选地，所述检锅压力杆安装在炉灶喷火头的中央，下端的行程开关常开触点与炉灶开关并联后接在电源火线上，当炉灶开关闭合后，可以取消检锅功能，实现掂锅炒菜功能。

附图说明

图1是本发明的系统原理图。

图2是本发明的喷火头主视图。

图3是本发明的喷火头俯视图。

图4是本发明的喷火针结构图。

具体实施方式

根据本发明的原理，一种低电压等离子灶原理和喷火头实例如下:

实例1

如图1 系统原理图所示，一种低电压等离子灶原理和喷火头，喷火针3、压力杆7、弹簧8、行程开关9、电路板14构成，且都安装在支架2上。在电路板14上有控制模块、低压电源和点火模块，还有电源开关13；其中点火模块用来产生高频高压点火信号点燃电弧，低压电源用来产生喷火针工作时的电压和电流，控制模块用来控制电弧燃烧的电流大小及点火信号的启停。如图1所示，喷火针3为子弹头形状导电体，上半部分为圆锥形，下半部分为倒置的圆台型，下端通过金属螺钉与低压电源输出端相连；成对的喷火针3圆锥顶端为电弧燃烧点，成对喷火针3圆锥下边缘最近点为点火起弧点。

当电源开关13闭合时，低压电源模块和点火模块同时启动，给点火针3供电，高压高频的小电流点火信号会击穿成对喷火针3起弧点间的空气，形成等导电离子体，此时加在喷火针3起弧点的低压电源相当于短路，会产生大电流的低压电弧火焰，当电压电弧火焰形成后，控制板检测到流过低压电源模块的大电流，会自动断开点模块电流，此过程类似与等离子切割机起弧过程。如图1中的火焰形成示意图，当低电压燃烧电弧在点火针3起弧点形成后，由于周围空气被加热上升，电弧燃烧放电点也会沿着喷火针3的圆锥型表面跟随上升，一直到达喷火针3的圆锥顶点，喷火针3的两个圆锥顶点形成稳定的放电电弧火焰，此过程类似雅各布天梯的原理。

如图1中，当锅具放下时，锅具会压迫压力杆7下移，使得安装在压力杆7下部的行程开关9常开触点闭合，其中行程开关常开触点与系统的电源开关13并联，使得系统接通电源，炉灶开始点火燃烧，当位于压力杆7上的锅具被拿开时，弹簧8复位伸长，压力杆7上移，行程开关9常开触点断开，系统电源自动断开，火焰熄灭。

如图2所示，是本发明的一种实例，由面板1、支架2、喷火针3、螺钉4、套管5、压力杆7、弹簧8、行程开关9、电路板10、绝缘胶11、底板12构成；其中面板1和底板12构成壳体，支架2为圆筒型绝缘材料，下底面开关喷火针安装孔、压力杆安装孔、以及冷风孔6，喷火针3通过螺钉4安装在支架2的下底面上、压力杆7上套由弹簧8并安装在支架2底板上，行程开关9固定在支架2底板的背面，压力杆7的下端。当安装完螺钉4及接线后，由绝缘胶11进行封闭。

如图3喷火头俯视图，圆形的支架2安装在面板1的中间，支架2的底板中部安装有压力杆7，在压力杆7的四周安装有24个成对分布的喷火针3，在安装成对喷火针3的两侧支架2底板面上开有通风孔6，成对安装的喷火针3之间的距离，例如喷火针A1-A2之间的距离小于A1到其他喷火针的距离。

如图3喷火头俯视图为成对喷火针3的结构图，喷火针3为子弹头形状，上半部分为圆锥型，下半部分为圆台型，底板开有安装螺纹孔。喷火针3的圆锥下边最近点为点火起弧点，距离为d1，喷火针3的圆锥的顶端为低电压工作时电弧的燃烧点，距离为d2，其中d1<d2，点以保证容易点火的同时，电弧在低电压燃烧时具有足够的长度；点火起弧点到电弧的燃烧之间要平滑过渡，以形成雅克布电梯放电效果，让电弧可以平稳上升。

以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明原理的一种应用情况，在不脱离本发明原理的前提下，仅仅改变元器件结构、数量、外形、材质、安装方式、尺寸，移动方式等参数，这些变化和改进都属于本发明的范围。

Claims (7)

1.一种低电压等离子灶原理和喷火头，其原理在于阳极和阴极之间起弧点和正常燃烧时的放电点并不属于同一个点，而且阳极和阴极之间起弧点的距离小于正常燃烧时的放电距离，且在成功起弧后，位于阳极和阴极之间起弧点之间的等离子电弧可以根据雅各布天梯原理，自动从起弧点滑动到正常燃烧放电点，从而形成低电压下稳定燃烧的电弧。

2.根据权利要求1所述原理，一种低电压等离子灶原理和喷火头，其特征是由点火模块、低压电源、控制模块，以及产生电弧的喷火头组成；低压电源模块把220V或380V家用电转换为更安全的低压电源，为喷火头提供电源；控制模块用来控制电源的通断、点火、燃烧、并调节火焰功率大小，及提供过流、过压保护功能；喷火头上安装有成对布置的的多组喷火针，每对喷火针之间靠的较近而离其他成对喷火针的距离较远；其中点火模块仅在点火时为喷火针提供高频高压电源，在点火产生电弧后，系统检测到喷火针电路的大电流，点火模块自动停止工作，并断开与喷火头喷火针的电路连接。

3.根据权利要求1、2所述优选地，喷火头中每对喷火针之间的距离最近点为起弧点，顶端为低电压工作时的电弧燃烧点，起弧点到电弧燃烧点之间为平滑过渡，可以更好的实现电弧的平滑移动。

4.根据权利要求1、2所述优选地，所述喷火针的工作电源为直流时，其中的接地极喷火针可以合并为一个（或多个）菱形截面的圆环结构，以减少接线数量。

5.根据权利要求1、2所述优选地，所述成对喷火针之间的距离与选取的工作电压成正比，当工作电压低于36V时，成对喷火针起弧点之间的距离应小于3毫米，电弧燃烧点之间距离应小于20毫米；工作电压在36V-300V之间时，喷火针起弧点之间的距离应小于10毫米，电弧燃烧点之间距离应小于30毫米；工作电压高于300V之间时，喷火针起弧点之间的距离应小于20毫米，电弧燃烧点之间距离应小于70毫米。

6.根据权利要求1、2所述优选地，所述喷火针为圆锥形或子弹头形，喷火针由耐高温、不易氧化的金属制造，并在表面涂有石墨烯涂层，以防止高温氧化。

7.根据权利要求1、2所述优选地，所述检锅压力杆安装在炉灶喷火头的中央，下端的行程开关常开触点与炉灶开关并联后接在电源火线上，当炉灶开关闭合后，可以取消检锅功能，实现掂锅炒菜功能。