CN206686433U - 一种脉冲点火式直流电弧等离子体发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种脉冲点火式直流电弧等离子体发生器，包括阴极、阴极头、辅助阳极、阳极和驱动电源，阴极头装于阴极的顶端，辅助阳极和阳极分别装于阴极头的近端和远端，驱动电源的负极与所述的阴极连接，驱动电源的正极分别连接到辅助阳极和阳极，其中在辅助阳极的前端和后端，所述后端通过控制开关和限流电阻与正极相连接，所述前端通过脉冲开关和限流电阻与正极相连接。本实用新型由于发生器阴极和阳极之间为固定弧长，通过脉冲式点火能够增大控制点火的点火性能，当环境气流垂直方向横吹电弧时，炭棒电极的弧形凹槽可以提高电弧的工作稳定性，有利于电弧弧柱的正常燃烧；即使气流流速更快，也能有更高的稳定性。

Description

一种脉冲点火式直流电弧等离子体发生器

技术领域

本实用新型涉及一种工业用的点火燃烧器，尤其是涉及一种脉冲点火式直流电弧等离子体发生器。

背景技术

工业上采用的直流电弧等离子体发生器的结构、有喷枪型、管状型、同轴型和多功能组合型(双阳极)等结构。它们的热效率分别为40-70％，40-60％，30-50％和60-75％。器存在的注意问题是热效率较低，耗能较高，不能满足现代工业需要高热效率、大功率的等离子体发生器的需求。

提高等离子体发生器功率有两种方法，一是提高电弧电流，二是提高电弧电压。工业上应用的等离子体发生器的电弧电流一般限制在400安培左右。工作电流太大，会造成热效率下降，电极寿命缩短和电源设备费用增加。这样，从提高电弧电压也就是提高电弧长度，是提高功率的最好办法。

现有的喷枪型、管状型、同轴型和多功能组合型等离子体发生器的电弧电压大小，主要决定于供给的气体流量的大小，在电流保持不变的情况下，气体流量越大，电弧柱长度增加，电压就越高。但是气体流量不能无限制的增大，它受到电弧淬灭的限制。当气流量增加到一定值时，气流会吹灭电弧，使电弧柱不能维持正常燃烧。因此如何有效的点亮电弧是需要考虑的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种脉冲点火式直流电弧等离子体发生器，以解决现有技术存在的热效率较低的问题，以及不能有效点火的问题，其技术方案如下所述：

一种脉冲点火式直流电弧等离子体发生器，包括阴极、阴极头、辅助阳极、阳极和驱动电源，阴极头装于阴极的顶端，辅助阳极和阳极分别装于阴极头的近端和远端，驱动电源的负极与所述的阴极连接，驱动电源的正极分别连接到辅助阳极和阳极，其中在辅助阳极的前端和后端，所述后端通过控制开关和限流电阻与正极相连接，所述前端通过脉冲开关和限流电阻与正极相连接。

所述阴极装有冷却装置，包括阴极的轴心孔、导流管、阴极进水口和阴极出水口，阴极的轴心孔的一端与阴极底端的阴极进水口相通，导流管的底端与该阴极进水口的内端连接，在阴极的靠近底端的外侧设有阴极出水口。

所述辅助阳极装有冷却装置，包括阳极外套、阳极进水口和阳极出水口，阳极外套密封套装在辅助阳极的外侧，两者之间设有冷却水通道，在阳极外套的两端设有分别与所述的冷却水通道两端相通的阳极进水口和阳极出水口。

所述阴极的顶端为圆锥形，在该圆锥形的顶端嵌入圆柱形阴极头；所述阴极靠近顶端的半部周围装有绝缘导气环，在该绝缘导气环与阴极之间留有与阴极顶端导通的导气间隙，在所述的绝缘导气环上设有进气接口并与所述的导气间隙相通。

所述绝缘导气环的前端与所述辅助阳极的近端连接，辅助阳极的近端设有与所述的阴极顶端吻合的圆锥形口。

所述驱动电源包括低压交流开关柜、变压器、整流装置、滤波电抗器、直流开关柜和高频引弧装置，低压交流开关柜、变压器、整流装置、滤波电抗器和直流开关柜依次连接，在该直流开关柜的正极与负极之间连接高频引弧装置。

所述滤波电抗器采用3～10毫亨的电感线圈，该电感线圈串联在所述的整流装置输出回路中。

所述脉冲开关的脉冲频率通过高频引弧装置控制。

本实用新型具有以下优点：

1、由于发生器阴极和阳极之间为固定弧长，通过脉冲式点火能够增大控制点火的点火性能；

2、在辅助阳极范围内，介质为惰性气体氮气，可减少NOx的排放量，有利于环境保护；

3、通过热平衡试验，能量利用率是非常高的；

4、当环境气流流速在20-25米/秒，垂直方向横吹电弧时，炭棒电极的弧形凹槽可以提高电弧的工作稳定性，有利于电弧弧柱的正常燃烧；即使气流流速更快，也能有更高的稳定性；

5、在进气孔输入H2，CH4，C2H2，CO等还原性气体，炭棒阳极升华的炭蒸汽均可脱硫脱硝，减少有害气体排放对环境的污染。

附图说明

图1是本实用新型实施例的总体剖视结构示意图；

图2是本实用新型的电源系统构成框图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供的脉冲点火式直流电弧等离子体发生器包括阴极1、阴极头3、辅助阳极4、阳极6和驱动电源7。阴极头3装于阴极1的顶端，辅助阳极4和阳极6分别装于阴极头3的近端和远端，辅助阳极4和阳极6之间的距离为100-200毫米，辅助阳极4的前端设置有绝缘装置26。

驱动电源7的负极与所述的阴极1连接，驱动电源7的正极通过串联的辅助阳极控制开关K1和限流电阻R与辅助阳极4的后端连接，驱动电源7的正极通过串联的辅助阳极控制开关K3和限流电阻R与辅助阳极4的前端连接，所述辅助阳极4的前端和后端是分开的两部分的，驱动电源7的正极通过阳极控制开关K2与所述的阳极6连接。

所述阴极1的顶端为圆锥形，在该圆锥形的顶端嵌入由铈钨合金制成的圆柱形阴极头3。在所述的阴极1靠近顶端的半部周围装有绝缘导气环2，在该绝缘导气环与阴极1之间留有与阴极1顶端导通的导气间隙14，在该绝缘导气环2上设有进气接口13，该进气接口13与所述的导气间隙14相通。

该绝缘导气环2的前端与所述的辅助阳极4的近端连接，该辅助阳极4的近端设有与所述的阴极1顶端吻合的圆锥形口，圆锥形口的底部构成辅助阳极4的轴心孔22的一部分，轴心孔22的直径向右端逐渐增大，构成电子流的加速电场。

所述的阴极1与底座之间通过螺纹连接，两者之间装有密封圈。所述的阴极1的冷却装置包括阴极的轴心孔23、导流管24、阴极进水口19和阴极出水口20，阴极1的轴心孔23的一端与阴极底座的阴极进水口19相通连接，导流管24的底端与阴极底座的进水口19的内端连接，在阴极1的靠近底端的外侧设有阴极出水口20。

所述的绝缘导气环2、辅助阳极4的近端以及阳极外套5的近端的外侧通过一个套管螺母11和与其螺接的套管12相互紧固连接。所述的进气接口13是在该套管12上。

所述的辅助阳极4的冷却装置包括阳极外套5、阳极进水口21和阳极出水口16，阳极外套5密封套装在辅助阳极4的外侧，两者之间设有冷却水通道15，在阳极外套5的两端设有分别与所述的冷却水通道15两端相通的阳极进水口21和阳极出水口16。阳极进水口21要穿过套管12进入阳极外套5内，与冷却水通道15相通。

所述的铈钨阴极头3的表面用惰性气体形成的气膜保护。所述绝缘导气环2一方面作为阴极1与第一阳极4之间的绝缘，另一方面提供惰性气体，并保护阴极不受氧化性气体的侵蚀。

所述第一阳极4为紫铜材质，起动时，阴极1发射的电子落在第一阳极4的前端上，并经过K3的脉冲点火形成电弧，该电弧会引起电子与第一阳极4的后端的辅助电弧18以及喷出等离子体火焰，击穿第一阳极4和第二阳极6之间的空气隙，气隙之间的距离可以100-200毫米，形成阴极1到第二阳极6之间的主电弧17，当主电弧17形成后，K3的电弧也被关闭，辅助电弧18自动熄灭。第二阳极6采用炭棒。

所述的整流装置73采用可控硅整流或饱和电抗器硅整流。在直流电源主回路串接3-10毫亨的滤波电抗器74，以保证转弧的可靠性。主电弧的弧长200-300毫米。主电弧17的弧电压可以达到300-500伏，电弧电流300-500安培，功率100-250KW。

还可在所述的炭棒阳极6面对辅助阳极4的一侧设有与主电弧17对应的弧形凹槽25。

参见图2，所述的驱动电源7包括低压交流开关柜71、变压器72、整流装置73、滤波电抗器74、直流开关柜75和高频引弧装置76，低压交流开关柜71、变压器72、整流装置73、滤波电抗器74和直流开关柜75依次连接，在该直流开关柜75的正极与负极之间连接高频引弧装置76。该驱动电源7的各个构成部分和连接关系均为常规技术。

这项实用新型具有以下优点：

1、由于发生器阴极和阳极之间为固定弧长，通过脉冲式点火能够增大控制点火的点火性能；

2、在辅助阳极范围内，介质为惰性气体氮气，可减少NOx的排放量，有利于环境保护；

3、通过热平衡试验，能量利用率是非常高的；

4、当环境气流流速在20-25米/秒，垂直方向横吹电弧时，炭棒电极的弧形凹槽可以提高电弧的工作稳定性，有利于电弧弧柱的正常燃烧；即使气流流速更快，也能有更高的稳定性；

5、在进气孔输入H2，CH4，C2H2，CO等还原性气体，炭棒阳极升华的炭蒸汽均可脱硫脱硝，减少有害气体排放对环境的污染。

本实用新型得结构设计的最主要的特点是设置了脉冲点火，增加点火的有效性，弧长又减少了阳极热损失，从而提高了功率和热效率。

Claims (8)

1.一种脉冲点火式直流电弧等离子体发生器，其特征在于：包括阴极、阴极头、辅助阳极、阳极和驱动电源，阴极头装于阴极的顶端，辅助阳极和阳极分别装于阴极头的近端和远端，驱动电源的负极与所述的阴极连接，驱动电源的正极分别连接到辅助阳极和阳极，其中在辅助阳极的前端和后端，所述后端通过控制开关和限流电阻与正极相连接，所述前端通过脉冲开关和限流电阻与正极相连接。

2.根据权利要求1所述的脉冲点火式直流电弧等离子体发生器，其特征在于：所述阴极装有冷却装置，包括阴极的轴心孔、导流管、阴极进水口和阴极出水口，阴极的轴心孔的一端与阴极底端的阴极进水口相通，导流管的底端与该阴极进水口的内端连接，在阴极的靠近底端的外侧设有阴极出水口。

3.根据权利要求1所述的脉冲点火式直流电弧等离子体发生器，其特征在于：所述辅助阳极装有冷却装置，包括阳极外套、阳极进水口和阳极出水口，阳极外套密封套装在辅助阳极的外侧，两者之间设有冷却水通道，在阳极外套的两端设有分别与所述的冷却水通道两端相通的阳极进水口和阳极出水口。

4.根据权利要求1所述的脉冲点火式直流电弧等离子体发生器，其特征在于：所述阴极的顶端为圆锥形，在该圆锥形的顶端嵌入圆柱形阴极头；所述阴极靠近顶端的半部周围装有绝缘导气环，在该绝缘导气环与阴极之间留有与阴极顶端导通的导气间隙，在所述的绝缘导气环上设有进气接口并与所述的导气间隙相通。

5.根据权利要求4所述的脉冲点火式直流电弧等离子体发生器，其特征在于：所述绝缘导气环的前端与所述辅助阳极的近端连接，辅助阳极的近端设有与所述的阴极顶端吻合的圆锥形口。

6.根据权利要求1所述的脉冲点火式直流电弧等离子体发生器，其特征在于：所述驱动电源包括低压交流开关柜、变压器、整流装置、滤波电抗器、直流开关柜和高频引弧装置，低压交流开关柜、变压器、整流装置、滤波电抗器和直流开关柜依次连接，在该直流开关柜的正极与负极之间连接高频引弧装置。

7.根据权利要求6所述的脉冲点火式直流电弧等离子体发生器，其特征在于：所述滤波电抗器采用3～10毫亨的电感线圈，该电感线圈串联在所述的整流装置输出回路中。

8.根据权利要求6所述的脉冲点火式直流电弧等离子体发生器，其特征在于：所述脉冲开关的脉冲频率通过高频引弧装置控制。