CN114828373A - 一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置 - Google Patents

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史红菲
陈海
姜文涛
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Abstract

本发明公开了一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置，包括：进气管、一体化出气管、四个带针尖的长条放电电极、电磁线圈A、电磁线圈B、等离子体矩壳体。带针尖的长条放电电极、等离子体矩壳体、电磁线圈A由内到外依次套装；进气管设置在等离子体炬壳体的头部，外部电离介质气体通过进气管喷入后并形成减速加压的气流；四个带针尖的长条放电电极在等离子体矩壳体内部每旋转90度的位置固定一个，使得其针尖放电并击穿气流形成电弧等离子体射流；收缩管先呈收缩态，使得亚声速气流加速，减压；再呈扩张态，使得超声速气流加速、减压，提高等离子体能量密度；外加电磁线圈使得相互排斥的并联电弧等离子体呈收缩态，提高等离子体气流的能量。这种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置，解决了目前等离子体聚焦效果差、寿命短、能量小且转换效率低的问题。

Description

一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置
技术领域
本发明涉及等离子体发生技术领域，具体是一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置。
背景技术
等离子体是物质在高温或者某种特定激励下的一种由电子和离子构成且电荷量呈准中性的物质状态，被称为除固、液、气之外的第四种物质形态。根据其外部表现特征被视为离子化气体。根据等离子体温度进行划分，可分为高温等离子体和低温等离子体，而低温等离子体又可分为热等离子体、暖等离子体和冷等离子体。
热等离子体主要用于以下3方面。①等离子体冶炼：用于冶炼用普通方法难于冶炼的材料，例如高熔点的锆、钛、钽、铌、钒、钨等金属；还用于简化工艺过程，例如直接从ZrCl4、MoS2、Ta2O5和TiCl4中分别获得Zr、Mo、Ta和Ti；用等离子体熔化快速固化法可开发硬的高熔点粉末，如碳化钨-钴、Mo-Co、Mo-Ti-Zr-C等粉末。等离子体冶炼的优点是产品成分及微结构的一致性好，可免除容器材料的污染。②等离子体喷涂：许多设备的部件应能耐磨、耐腐蚀、抗高温，为此需要在其表面喷涂一层具有特殊性能的材料。用等离子体沉积快速固化法可将特种材料粉末喷入热等离子体中熔化，并喷涂到基体上，使之迅速冷却、固化，形成接近网状结构的表层，这可大大提高喷涂质量。③等离子体焊接：可用以焊接钢、合金钢；铝、铜、钛等及其合金。特点是焊缝平整，可以再加工，没有氧化物杂质，焊接速度快。用于切割钢、铝及其合金，切割厚度大。
综上所述，热等离子体具有能量密度大、化学活性强等特点，可用于切割、焊接、喷涂、冶金、材料、化工和废物处理等工业领域。但由于热等离子体效率低、稳定性差，限制了其工业应用，因此如何提高等离子体能量密度并增加其在高温区的稳定性是目前研究的重点和难点。因此本文提出一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置，解决了目前等离子体聚焦效果差、寿命短、能量小且转换效率低的问题。
发明内容
发明目的
本发明的目的是提出了一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置，解决了目前等离子体聚焦效果差、寿命短、能量小且转换效率低的问题。
技术方案
第一方面，本发明实施例提供了一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置，包括：进气管、一体化出气管、一体化带针尖的长条放电电极、电磁线圈A、电磁线圈B、等离子体炬壳体、介质气体七部分；
其中，所述一体化带针尖的长条放电电极、所述等离子体炬壳体、所述电磁线圈A从内到外依次套装。
进一步而言，所述一体化带针尖的长条放电电极由四个带针尖的长条放电电极组成；
其中，四个所述带针尖的长条放电电极在所述等离子体炬壳体内部每旋转90度的位置固定一个；
其中，四个所述带针尖的长条放电电极的针尖位置两两相对来固定；
其中，四个所述带针尖的长条放电电极由导电材料构成并在除针尖尖端外的金属材料上包裹一层绝缘材料。
进一步而言，所述进气管固定在所述等离子体炬壳体的头部；
其中，所述进气管顶端的内直径小于所述进气管底端的内直径，由平滑的曲面过渡。
进一步而言，所述一体化出气管设置在等离子体炬壳体的尾部；
其中，所述一体化出气管由多个出气管构成，多个所述出气管顶端的内直径小于所述进气管中间部位内直径，所述进气管中间部位内直径大于所述进气管底端的内直径，从所述进气管顶端到所述进气管中间部位，再到所述进气管底端用曲面连接。
进一步而言，电磁线圈B放置在所述一体化出气管的尾部。
进一步而言，所述介质气体为一种或多种组合的惰性气体；
其中，所述介质气体从所述进气管顶端进入到所述进气管底端，再到所述等离子体炬壳体内部被电离成等离子体气体，经过所述一体化出气管，最后从所述电磁线圈B中流出；
其中，所述电磁线圈A磁场方向与所述等离子体炬壳体内部所述介质气体流动方向相同；
其中，所述电磁线圈B磁场方向与所述一体化出气管的所述介质气体流动方向相同。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)收缩管先呈现收缩态，使得亚声速气流加速，减压；再呈现扩张态，使得超声速气流加速、减压，提高等离子体能量密度。相互排斥的并联电弧等离子体在电磁线圈的作用下呈现收缩态，提高喷出等离子体气流的能量。
2)本发明采取的四个带针尖的长条放电电极使得流过的等离子体气体充分电离。
3)本发明采用电磁线圈产生与气流同方向的磁场方向，使得电弧等离子体收缩，一方面电弧等离子体收缩作用使得其具有的能量更大；另一方面有效约束所产生的高温高速等离子体射流，减少与电极接触，提高能量转换率和电弧寿命。
4)进气管呈现扩张态，使得亚声速气流减速加压，气体电离更加充分。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置示意图，如图1所示。该外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置，包括：进气管(1)、一体化出气管(5)、四个带针尖的长条放电电极(3)、电磁线圈A(4)、电磁线圈B(6)、等离子体炬壳体(2)、介质气体。
进一步地，继续参见图1，带针尖的长条放电电极(3)、等离子体炬壳体(2)、电磁线圈A(4)由内到外依次套装。
进一步地，继续参见图1，四个带针尖的长条放电电极(3)在等离子体炬壳体(2)内部每旋转90度的位置固定一个；四个带针尖的长条放电电极(3)针尖所处位置两两相对固定；
其中，带针尖的长条放电电极由金属材料构成并在除针尖尖端外的导电材料上包裹一层绝缘材料，金属材料优先选择铜材料。
进一步地，继续参见图1，介质气体为的一种或多种组合惰性气体，惰性气体优先选择空气、氩气气或氦气等，介质气体的气压范围优先选择为0.7MPa～5.0MPa。
进一步地，继续参见图1，进气管上端口(10)的直径小于下端口(9)的直径，由平滑的曲面过渡；进气管(1)设置在等离子体炬壳体(2)的头部，外部电离介质气体通过进气管(1)进入等离子体炬壳体(2)内部。
进一步地，继续参见图1，电磁线圈A(4)的磁场方向与等离子体气流方向相同，使介质气体电流出的电弧等离子气体收缩，能量集中，减少等离子体碰壁，损耗能量。
进一步地，继续参见图1，一体化出气管(5)设置在等离子体炬壳体(2)的尾部，使得等离子体气体从一体化出气管(5)流出；
其中，一体化出气管(5)由多个出气管构成，每个出气管顶部内直径小于出气管中间部位内直径，出气管中间部位内直径大于出气管底部内直径；从出气管顶部到出气管中间部位，再到出气管底部用曲面过渡。
进一步地，继续参见图1，所述电磁线圈B(6)放置在出气管(5)的尾部；
其中，电磁线圈B(6)的磁场方向与一体化出气管等离子体气流方向相同，使从一体化出气管流出的多股电弧等离子气体收缩，提高喷出等离子体气流的能量。
本发明实施例中收缩管先呈现收缩态，使得亚声速气流加速，减压；再呈现扩张态，使得超声速气流加速、减压，提高等离子体能量密度。相互排斥的并联电弧等离子体在电磁线圈的作用下呈现收缩态，提高喷出等离子体气流的能量。本发明实施例中四个带针尖的长条放电电极使得流过的等离子体气体充分电离。本发明实施例中电磁线圈产生与气流同方向的磁场方向，使得电弧等离子体收缩，一方面电弧等离子体收缩作用使得其具有的能量更大；另一方面有效约束所产生的高温高速等离子体射流，减少与电极接触，提高能量转换率和电弧寿命。本发明实施例中进气管呈现扩张态，使得亚声速气流减速加压，气体电离更加充分。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置，包括：进气管、一体化出气管、一体化带针尖的长条放电电极、电磁线圈A、电磁线圈B、等离子体炬壳体、介质气体；
所述一体化带针尖的长条放电电极、所述等离子体炬壳体、所述电磁线圈A由内到外依次套装。
2.根据权利要求1所述的一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置，其特征在于，所述一体化带针尖的长条放电电极由四个带针尖的长条放电电极组成；
四个所述带针尖的长条放电电极在所述等离子体炬壳体内部每旋转90度的位置固定一个；
四个所述带针尖的长条放电电极的针尖位置两两相对来固定。
3.根据权利要求1所述的一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置，其特征在于，所述一体化出气管设置在等离子体炬壳体的尾部，使得所述介质气体流出。
4.根据权利要求1所述的一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置，其特征在于，所述电磁线圈B放置在所述一体化出气管的尾部。
5.根据权利要求2所述的一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置，其特征在于，所述的带针尖的长条放电电极由导电材料构成并在除针尖尖端外的金属材料上包裹一层绝缘材料。
6.根据权利要求3所述的一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置，其特征在于，所述的一体化出气管由多个出气管构成，所述多个出气管的头部内直径小于中间部位内直径，中间部位内直径大于底部内直径，中间用曲面过渡。
7.根据权利要求3所述的一种外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置，其特征在于，所述介质气体为一种或多种组合的惰性气体。
8.根据权利要求7所述的外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置，其特征在于，所述电磁线圈A的磁场方向与介质气体流动方向相同。
9.根据权利要求7所述的外加磁场调控电弧等离子体发生和新型出气装置，其特征在于，所述电磁线圈B的磁场方向与所述介质气体流动方向相同。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100199560A1 (en) * 2009-02-11 2010-08-12 Dighe Shyam V Plasma gasification reactor
CN102802334A (zh) * 2012-07-31 2012-11-28 北京航空航天大学 一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置
CN103227090A (zh) * 2013-02-04 2013-07-31 深圳市劲拓自动化设备股份有限公司 一种线性等离子体源
CN103298969A (zh) * 2010-11-08 2013-09-11 哈尔科夫国家科技中心物理科技学院(Nsckipt) 用于传输真空电弧等离子体的方法和装置
CN109561562A (zh) * 2018-12-14 2019-04-02 大连民族大学 一种自控流复合型等离子体发生装置
CN109640503A (zh) * 2018-12-21 2019-04-16 西安航天动力研究所 一种高效长寿命宽功率范围的直流电弧等离子体炬
CN110970280A (zh) * 2018-09-29 2020-04-07 长鑫存储技术有限公司 离子源和等离子体处理设备
CN111924143A (zh) * 2020-06-28 2020-11-13 燕山大学 一种基于高能电子的空间碎片破除设备
CN113207215A (zh) * 2021-05-08 2021-08-03 徐从裕 一种针尖阵列与dbd组合放电装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100199560A1 (en) * 2009-02-11 2010-08-12 Dighe Shyam V Plasma gasification reactor
CN103298969A (zh) * 2010-11-08 2013-09-11 哈尔科夫国家科技中心物理科技学院(Nsckipt) 用于传输真空电弧等离子体的方法和装置
CN102802334A (zh) * 2012-07-31 2012-11-28 北京航空航天大学 一种加载磁场的滑动电弧放电等离子体发生装置
CN103227090A (zh) * 2013-02-04 2013-07-31 深圳市劲拓自动化设备股份有限公司 一种线性等离子体源
CN110970280A (zh) * 2018-09-29 2020-04-07 长鑫存储技术有限公司 离子源和等离子体处理设备
CN109561562A (zh) * 2018-12-14 2019-04-02 大连民族大学 一种自控流复合型等离子体发生装置
CN109640503A (zh) * 2018-12-21 2019-04-16 西安航天动力研究所 一种高效长寿命宽功率范围的直流电弧等离子体炬
CN111924143A (zh) * 2020-06-28 2020-11-13 燕山大学 一种基于高能电子的空间碎片破除设备
CN113207215A (zh) * 2021-05-08 2021-08-03 徐从裕 一种针尖阵列与dbd组合放电装置

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