CN110072324A - 一种无阴极等离子发生器 - Google Patents

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李露
赵华
任琼英
曾毅
吴章勇
谭军
李林
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    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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Abstract

本发明属于3D打印增材制造、金属表面处理、焊接、金属表面修复领域，具体涉及一种无阴极等离子发生器，其特征在于包括：分气环、阴极导柱、阻挡介质、工作电源阳极、工作电源阴极、气体通道、引弧级、外壳体、内壳体、射频电源、射频电源阳极、绝缘垫、密封圈、阴极支座和阳极绝缘垫，本发明利用双电源系统，一个射频电源引弧，另一个是工作电源，工作时射频电源首先与阻挡介质形成微点晕，而后工作电源再与阻挡介绍之间形成等离子弧，这样极大的减少起弧时对阴极的烧蚀，阻挡介质与阴极之间采用紧密连接，本发明涉及到的无阴极等离子发生器的阳极等离子弧不与阴极直接产生，阴极基本无烧蚀，极大的提高阴极寿命。

Description

一种无阴极等离子发生器
技术领域
本发明属于3D打印增材制造、金属表面处理、焊接、金属表面修复等领域，具体涉及一种无阴极等离子发生器。
背景技术
传统的等离子发生器使用阴极直接与阳极进行放电，由于电压较高，等离子放电温度极高很容易对阴极或阳极造成表面烧蚀，极大的减小阴极与阳极的使用寿命。
如专利号为CN200620013110.2，名称为一种等离子发生器，摘要为一种等离子发生器，由阴极、阳极、前腔进气环、后腔进气环、电动调压阀、支撑套、罩壳、底座、前腔进气口、后腔进气口、进水口、出水口、引弧装置、开关电源组成，用于在燃煤锅炉点火、稳燃、助燃中直接点燃煤粉。本等离子发生器结构形式为定极距同轴双气室空气压缩式，功率可达350KW甚至更大；等离子发生器的阴阳极之间的距离为固定值，引弧方式为高频引弧或单独回路小电流触针引弧机构；等离子发生器的阴极设计为贵金属合金复合空心水冷结构，电子发射面为圆柱面；等离子发生器设计有气压波动装置，使阴极上发射电子的部位可以调节；等离子体的压缩设计为空气压缩，压缩空气从前后腔进气环旋转进入等离子发生器，使等离子体向中心压缩，从后腔进气环旋转进入等离子发生器的压缩空气，将向中心压缩后的等离子体推出阳极外部，与煤粉接触，点燃煤粉。
发明内容
针对上述现有技术中传统的等离子发生器使用阴极直接与阳极进行放电，由于电压较高，等离子放电温度极高很容易对阴极或阳极造成表面烧蚀，极大的减小阴极与阳极的使用寿命的不足，本发明提供了一种无阴极等离子发生器。
一种无阴极等离子发生器，其特征在于包括：分气环、阴极导柱、阻挡介质、工作电源阳极、工作电源阴极、气体通道、引弧级、外壳体、内壳体、射频电源、射频电源阳极、绝缘垫、密封圈、阴极支座和阳极绝缘垫，所述等离子发生器装置外部设置有一周外壳体，所述外壳体内部设置有一周内壳体，所述阴极支座设置在内壳体的中部，与内壳体相接触，所述阴极支座的底部设置有一周分气环，所述阴极导柱设置在阴极支座下方，所述阴极导柱的下方设置有引弧级，所述引弧级的上方设置有一周密封圈，所述密封圈内部设置有绝缘垫，所述引弧级的外侧设置有一周射频电源阳极，所述射频电源阳极的下方设置有阳极绝缘垫，所述阳极绝缘垫下方设置有工作电源阳极，所述工作电源阳极的下方设置有气体通道，所述气体通道的下方设置有等离子弧喷嘴。
所述阴极导柱的下方设置有一周引弧级，所述阴极导柱的底端处于引弧级的内部。
所述阴极导柱与工作电源阴极相连接。
所述射频电源与引弧级相连接。
所述内壳体的内部设置有用于等离子发生器冷却的水道。
所述气体通道内部为介质气体。
所述阴极导柱与阴极支座采用螺纹连接或者直接焊接在一起。
所述阻挡介质为耐高温无机材质，所述耐高温无机材质包括：石英管、玻璃管、或碳管。
所述介质气体为：为氢气、氩气、氮气或空气。
所述介质气体为：为氢气、氩气、氮气和空气的混合气体。
工作原理：
介质气体从阴极支座通入阻挡介质与引弧级间隙，在进入阳极喷口喷出，介质气体可以为氢气、氩气、氮气，空气或者是这几种混合气体。
工作时阳极射频电源与阻挡介质放电在阻挡介质表面形成电晕，电晕与工作电源阳极之间形成等离子弧，等离子弧通过介质气体从阳极喷嘴吹出形成等离子弧，作为热源，温度可到20000度。
本发明的有益效果：
1.本发明利用双电源系统，一个射频电源引弧，另一个是工作电源，工作时射频电源首先与阻挡介质形成微点晕，而后工作电源再与阻挡介绍之间形成等离子弧，这样极大的减少起弧时对阴极的烧蚀，阻挡介质与阴极之间采用紧密连接。
2.本发明涉及到的无阴极等离子发生器的阳极等离子弧不与阴极直接产生，阴极基本无烧蚀，极大的提高阴极寿命，提高等离子发生器的使用寿命至5至10倍，并可减少工作电源电压，减少阳极烧蚀，增加阳极寿命。
3.本发明内壳体的内部设置有用于等离子发生器冷却的水道，这样设计使得等离子发生器的工作温度能够合理地控制，增加了等离子发生器的工作强度。
4.本发明设置的阻挡介质为耐高温无机材质，所述耐高温无机材质包括：石英管、玻璃管、或碳管，这样设置的优点在于增加了等离子发生器的使用寿命。
5.本发明在工作时采用的介质气体为：为氢气、氩气、氮气或空气或者为为氢气、氩气、氮气和空气的混合气体，这样使得等离子发生器内部氧化减少，增加了等离子发生器的使用寿命。
附图标记
1、分气环，2、阴极导柱，3、阻挡介质，4、工作电源阳极，5、气体通道，6、引弧级，7、外壳体，8、内壳体，9、射频电源阳极，10、绝缘垫，11、密封圈，12、阴极支座，13、阳极绝缘垫。
附图说明
图1为本发明的结构图；
具体实施方式：
实施例1：
一种无阴极等离子发生器，其特征在于包括：分气环1、阴极导柱2、阻挡介质3、工作电源阳极4、工作电源阴极、气体通道5、引弧级6、外壳体7、内壳体8、射频电源、射频电源阳极9、绝缘垫10、密封圈11、阴极支座12和阳极绝缘垫13，所述等离子发生器装置外部设置有一周外壳体7，所述外壳体7内部设置有一周内壳体8，所述阴极支座12设置在内壳体8的中部，与内壳体8相接触，所述阴极支座12的底部设置有一周分气环1，所述阴极导柱2设置在阴极支座12下方，所述阴极导柱2的下方设置有引弧级6，所述引弧级6的上方设置有一周密封圈11，所述密封圈11内部设置有绝缘垫10，所述引弧级6的外侧设置有一周射频电源阳极9，所述射频电源阳极9的下方设置有阳极绝缘垫13，所述阳极绝缘垫13下方设置有工作电源阳极4，所述工作电源阳极4的下方设置有气体通道5，所述气体通道5的下方设置有等离子弧喷嘴。
所述阴极导柱2的下方设置有一周引弧级6，所述阴极导柱2的底端处于引弧级6的内部。
所述阴极导柱2与工作电源阴极相连接。
所述射频电源与引弧级6相连接。
本等离子发生器采用双电源系统，一个射频电源引弧，另一个是工作电源，工作时射频电源首先与阻挡介质形成微点晕，而后工作电源再与阻挡介绍之间形成等离子弧，这样极大的减少起弧时对阴极的烧蚀，阻挡介质与阴极之间采用紧密连接。
本等离子发生器中的阳极等离子弧不与阴极直接产生，阴极基本无烧蚀，极大的提高阴极寿命，提高等离子发生器的使用寿命至5至10倍，并可减少工作电源电压，减少阳极烧蚀，增加阳极寿命。
工作原理：
介质气体从阴极支座通入阻挡介质与引弧级间隙，在进入阳极喷口喷出，介质气体可以为氢气、氩气、氮气，空气或者是这几种混合气体。
工作时阳极射频电源与阻挡介质放电在阻挡介质表面形成电晕，电晕与工作电源阳极之间形成等离子弧，等离子弧通过介质气体从阳极喷嘴吹出形成等离子弧，作为热源，温度可到20000度。
实施例2：
一种无阴极等离子发生器，其特征在于包括：分气环1、阴极导柱2、阻挡介质3、工作电源阳极4、工作电源阴极、气体通道5、引弧级6、外壳体7、内壳体8、射频电源、射频电源阳极9、绝缘垫10、密封圈11、阴极支座12和阳极绝缘垫13，所述等离子发生器装置外部设置有一周外壳体7，所述外壳体7内部设置有一周内壳体8，所述阴极支座12设置在内壳体8的中部，与内壳体8相接触，所述阴极支座12的底部设置有一周分气环1，所述阴极导柱2设置在阴极支座12下方，所述阴极导柱2的下方设置有引弧级6，所述引弧级6的上方设置有一周密封圈11，所述密封圈11内部设置有绝缘垫10，所述引弧级6的外侧设置有一周射频电源阳极9，所述射频电源阳极9的下方设置有阳极绝缘垫13，所述阳极绝缘垫13下方设置有工作电源阳极4，所述工作电源阳极4的下方设置有气体通道5，所述气体通道5的下方设置有等离子弧喷嘴。
所述阴极导柱2的下方设置有一周引弧级6，所述阴极导柱2的底端处于引弧级6的内部。
所述阴极导柱2与工作电源阴极相连接。
所述射频电源与引弧级6相连接。
所述气体通道5内部为介质气体。
所述阴极导柱2与阴极支座12采用螺纹连接或者直接焊接在一起。
本等离子发生器采用双电源系统，一个射频电源引弧，另一个是工作电源，工作时射频电源首先与阻挡介质形成微点晕，而后工作电源再与阻挡介绍之间形成等离子弧，这样极大的减少起弧时对阴极的烧蚀，阻挡介质与阴极之间采用紧密连接。
本等离子发生器中的阳极等离子弧不与阴极直接产生，阴极基本无烧蚀，极大的提高阴极寿命，提高等离子发生器的使用寿命至5至10倍，并可减少工作电源电压，减少阳极烧蚀，增加阳极寿命。
本等离子发生器内部设置有用于等离子发生器冷却的水道，这样设计使得等离子发生器的工作温度能够合理地控制，增加了等离子发生器的工作强度。
工作原理：
介质气体从阴极支座通入阻挡介质与引弧级间隙，在进入阳极喷口喷出，介质气体可以为氢气、氩气、氮气，空气或者是这几种混合气体。
工作时阳极射频电源与阻挡介质放电在阻挡介质表面形成电晕，电晕与工作电源阳极之间形成等离子弧，等离子弧通过介质气体从阳极喷嘴吹出形成等离子弧，作为热源，温度可到20000度。
实施例3：
一种无阴极等离子发生器，其特征在于包括：分气环1、阴极导柱2、阻挡介质3、工作电源阳极4、工作电源阴极、气体通道5、引弧级6、外壳体7、内壳体8、射频电源、射频电源阳极9、绝缘垫10、密封圈11、阴极支座12和阳极绝缘垫13，所述等离子发生器装置外部设置有一周外壳体7，所述外壳体7内部设置有一周内壳体8，所述阴极支座12设置在内壳体8的中部，与内壳体8相接触，所述阴极支座12的底部设置有一周分气环1，所述阴极导柱2设置在阴极支座12下方，所述阴极导柱2的下方设置有引弧级6，所述引弧级6的上方设置有一周密封圈11，所述密封圈11内部设置有绝缘垫10，所述引弧级6的外侧设置有一周射频电源阳极9，所述射频电源阳极9的下方设置有阳极绝缘垫13，所述阳极绝缘垫13下方设置有工作电源阳极4，所述工作电源阳极4的下方设置有气体通道5，所述气体通道5的下方设置有等离子弧喷嘴。
所述阴极导柱2的下方设置有一周引弧级6，所述阴极导柱2的底端处于引弧级6的内部。
所述阴极导柱2与工作电源阴极相连接。
所述射频电源与引弧级6相连接。
所述内壳体8的内部设置有用于等离子发生器冷却的水道。
所述气体通道5内部为介质气体。
所述阴极导柱2与阴极支座12采用螺纹连接或者直接焊接在一起。
本等离子发生器采用双电源系统，一个射频电源引弧，另一个是工作电源，工作时射频电源首先与阻挡介质形成微点晕，而后工作电源再与阻挡介绍之间形成等离子弧，这样极大的减少起弧时对阴极的烧蚀，阻挡介质与阴极之间采用紧密连接。
本等离子发生器中的阳极等离子弧不与阴极直接产生，阴极基本无烧蚀，极大的提高阴极寿命，提高等离子发生器的使用寿命至5至10倍，并可减少工作电源电压，减少阳极烧蚀，增加阳极寿命。
本等离子发生器内部设置有用于等离子发生器冷却的水道，这样设计使得等离子发生器的工作温度能够合理地控制，增加了等离子发生器的工作强度。
工作原理：
介质气体从阴极支座通入阻挡介质与引弧级间隙，在进入阳极喷口喷出，介质气体可以为氢气、氩气、氮气，空气或者是这几种混合气体。
工作时阳极射频电源与阻挡介质放电在阻挡介质表面形成电晕，电晕与工作电源阳极之间形成等离子弧，等离子弧通过介质气体从阳极喷嘴吹出形成等离子弧，作为热源，温度可到20000度。
实施例4：
一种无阴极等离子发生器，其特征在于包括：分气环1、阴极导柱2、阻挡介质3、工作电源阳极4、工作电源阴极、气体通道5、引弧级6、外壳体7、内壳体8、射频电源、射频电源阳极9、绝缘垫10、密封圈11、阴极支座12和阳极绝缘垫13，所述等离子发生器装置外部设置有一周外壳体7，所述外壳体7内部设置有一周内壳体8，所述阴极支座12设置在内壳体8的中部，与内壳体8相接触，所述阴极支座12的底部设置有一周分气环1，所述阴极导柱2设置在阴极支座12下方，所述阴极导柱2的下方设置有引弧级6，所述引弧级6的上方设置有一周密封圈11，所述密封圈11内部设置有绝缘垫10，所述引弧级6的外侧设置有一周射频电源阳极9，所述射频电源阳极9的下方设置有阳极绝缘垫13，所述阳极绝缘垫13下方设置有工作电源阳极4，所述工作电源阳极4的下方设置有气体通道5，所述气体通道5的下方设置有等离子弧喷嘴。
所述阴极导柱2的下方设置有一周引弧级6，所述阴极导柱2的底端处于引弧级6的内部。
所述阴极导柱2与工作电源阴极相连接。
所述射频电源与引弧级6相连接。
所述内壳体8的内部设置有用于等离子发生器冷却的水道。
所述气体通道5内部为介质气体。
所述阴极导柱2与阴极支座12采用螺纹连接或者直接焊接在一起。
所述阻挡介质3为耐高温无机材质，所述耐高温无机材质包括：石英管、玻璃管、或碳管。
本等离子发生器采用双电源系统，一个射频电源引弧，另一个是工作电源，工作时射频电源首先与阻挡介质形成微点晕，而后工作电源再与阻挡介绍之间形成等离子弧，这样极大的减少起弧时对阴极的烧蚀，阻挡介质与阴极之间采用紧密连接。
本等离子发生器中的阳极等离子弧不与阴极直接产生，阴极基本无烧蚀，极大的提高阴极寿命，提高等离子发生器的使用寿命至5至10倍，并可减少工作电源电压，减少阳极烧蚀，增加阳极寿命。
本等离子发生器内部设置有用于等离子发生器冷却的水道，这样设计使得等离子发生器的工作温度能够合理地控制，增加了等离子发生器的工作强度。
本等离子发生器的阻挡介质为耐高温无机材质，所述耐高温无机材质包括：石英管、玻璃管、或碳管，这样设置的优点在于增加了等离子发生器的使用寿命。
工作原理：
介质气体从阴极支座通入阻挡介质与引弧级间隙，在进入阳极喷口喷出，介质气体可以为氢气、氩气、氮气，空气或者是这几种混合气体。
工作时阳极射频电源与阻挡介质放电在阻挡介质表面形成电晕，电晕与工作电源阳极之间形成等离子弧，等离子弧通过介质气体从阳极喷嘴吹出形成等离子弧，作为热源，温度可到20000度。
实施例5：
一种无阴极等离子发生器，其特征在于包括：分气环1、阴极导柱2、阻挡介质3、工作电源阳极4、工作电源阴极、气体通道5、引弧级6、外壳体7、内壳体8、射频电源、射频电源阳极9、绝缘垫10、密封圈11、阴极支座12和阳极绝缘垫13，所述等离子发生器装置外部设置有一周外壳体7，所述外壳体7内部设置有一周内壳体8，所述阴极支座12设置在内壳体8的中部，与内壳体8相接触，所述阴极支座12的底部设置有一周分气环1，所述阴极导柱2设置在阴极支座12下方，所述阴极导柱2的下方设置有引弧级6，所述引弧级6的上方设置有一周密封圈11，所述密封圈11内部设置有绝缘垫10，所述引弧级6的外侧设置有一周射频电源阳极9，所述射频电源阳极9的下方设置有阳极绝缘垫13，所述阳极绝缘垫13下方设置有工作电源阳极4，所述工作电源阳极4的下方设置有气体通道5，所述气体通道5的下方设置有等离子弧喷嘴。
所述阴极导柱2的下方设置有一周引弧级6，所述阴极导柱2的底端处于引弧级6的内部。
所述阴极导柱2与工作电源阴极相连接。
所述射频电源与引弧级6相连接。
所述内壳体8的内部设置有用于等离子发生器冷却的水道。
所述气体通道5内部为介质气体。
所述阴极导柱2与阴极支座12采用螺纹连接或者直接焊接在一起。
所述阻挡介质3为耐高温无机材质，所述耐高温无机材质包括：石英管、玻璃管、或碳管。
所述介质气体为：为氢气、氩气、氮气或空气。
所述介质气体为：为氢气、氩气、氮气和空气的混合气体。
本等离子发生器采用双电源系统，一个射频电源引弧，另一个是工作电源，工作时射频电源首先与阻挡介质形成微点晕，而后工作电源再与阻挡介绍之间形成等离子弧，这样极大的减少起弧时对阴极的烧蚀，阻挡介质与阴极之间采用紧密连接。
本等离子发生器中的阳极等离子弧不与阴极直接产生，阴极基本无烧蚀，极大的提高阴极寿命，提高等离子发生器的使用寿命至5至10倍，并可减少工作电源电压，减少阳极烧蚀，增加阳极寿命。
本等离子发生器内部设置有用于等离子发生器冷却的水道，这样设计使得等离子发生器的工作温度能够合理地控制，增加了等离子发生器的工作强度。
本等离子发生器的阻挡介质为耐高温无机材质，所述耐高温无机材质包括：石英管、玻璃管、或碳管，这样设置的优点在于增加了等离子发生器的使用寿命。
本等离子发生器工作时采用的介质气体为：为氢气、氩气、氮气或空气或者为为氢气、氩气、氮气和空气的混合气体，这样使得等离子发生器内部氧化减少，增加了等离子发生器的使用寿命。
工作原理：
介质气体从阴极支座通入阻挡介质与引弧级间隙，在进入阳极喷口喷出，介质气体可以为氢气、氩气、氮气，空气或者是这几种混合气体。
工作时阳极射频电源与阻挡介质放电在阻挡介质表面形成电晕，电晕与工作电源阳极之间形成等离子弧，等离子弧通过介质气体从阳极喷嘴吹出形成等离子弧，作为热源，温度可到20000度。

Claims (10)

1.一种无阴极等离子发生器，其特征在于包括：分气环（1）、阴极导柱（2）、阻挡介质（3）、工作电源阳极（4）、工作电源阴极、气体通道（5）、引弧级（6）、外壳体（7）、内壳体（8）、射频电源、射频电源阳极（9）、绝缘垫（10）、密封圈（11）、阴极支座（12）和阳极绝缘垫（13），所述等离子发生器装置外部设置有一周外壳体（7），所述外壳体（7）内部设置有一周内壳体（8），所述阴极支座（12）设置在内壳体（8）的中部，与内壳体（8）相接触，所述阴极支座（12）的底部设置有一周分气环（1），所述阴极导柱（2）设置在阴极支座（12）下方，所述阴极导柱（2）的下方设置有引弧级（6），所述引弧级（6）的上方设置有一周密封圈（11），所述密封圈（11）内部设置有绝缘垫（10），所述引弧级（6）的外侧设置有一周射频电源阳极（9），所述射频电源阳极（9）的下方设置有阳极绝缘垫（13），所述阳极绝缘垫（13）下方设置有工作电源阳极（4），所述工作电源阳极（4）的下方设置有气体通道（5），所述气体通道（5）的下方设置有等离子弧喷嘴。
2.根据权利要求1所述一种无阴极等离子发生器，其特征在于：所述阴极导柱（2）的下方设置有一周引弧级（6），所述阴极导柱（2）的底端处于引弧级（6）的内部。
3.根据权利要求1所述一种无阴极等离子发生器，其特征在于：所述阴极导柱（2）与工作电源阴极相连接。
4.根据权利要求1所述一种无阴极等离子发生器，其特征在于：所述射频电源与引弧级（6）相连接。
5.根据权利要求1所述一种无阴极等离子发生器，其特征在于：所述内壳体（8）的内部设置有用于等离子发生器冷却的水道。
6.根据权利要求1所述一种无阴极等离子发生器，其特征在于：所述气体通道（5）内部为介质气体。
7.根据权利要求1所述一种无阴极等离子发生器，其特征在于：所述阴极导柱（2）与阴极支座（12）采用螺纹连接或者直接焊接在一起。
8.根据权利要求1所述一种无阴极等离子发生器，其特征在于：所述阻挡介质（3）为耐高温无机材质，所述耐高温无机材质包括：石英管、玻璃管、或碳管。
9.根据权利要求6所述一种无阴极等离子发生器，其特征在于所述介质气体为：为氢气、氩气、氮气或空气。
10.根据权利要求6所述一种无阴极等离子发生器，其特征在于所述介质气体为：为氢气、氩气、氮气和空气的混合气体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110418487A (zh) * 2019-08-14 2019-11-05 成都金创立科技有限责任公司 长寿命空气等离子发生器

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CN110418487A (zh) * 2019-08-14 2019-11-05 成都金创立科技有限责任公司 长寿命空气等离子发生器

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