CN209196937U - 一种微波等离子火炉装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微波等离子火炉装置，涉及一种热源器件，其技术方案要点包括火炬发生器以及与所述火炬发生器连接的管理控制模块和送气模块；所述火炬发生器包括微波谐振腔体、设置在所述微波谐振腔体下侧的微波发生器、以及设置在所述微波谐振腔体内的放电管，在所述放电管内嵌设有点火导体；所述放电管下端开设有进气口，上端开设有出火口，所述送气模块连接在所述进气口上；所述管理控制模块连接所述微波发生器。避免了使用电极，且所需要功耗较小，能够迅速产生高温（2000℃左右）的火焰，便于对食材迅速加热，使用更加方便。

Description

一种微波等离子火炉装置

技术领域

本实用新型涉及一种热源器件，更具体的，涉及一种微波等离子火炉装置。

背景技术

传统的家用及商用烹饪炉灶以燃气灶为主。传统燃气灶是使用可燃气体作为热源，如煤气、天然气、液化石油气等，易燃易爆、易泄露，经常导致爆炸等安全事故，存在严重的安全隐患。

燃气火焰的温度最高温度一般为几百摄氏度，加热速度不够快，而且绝大多数热量通过空气迅速散去，燃料真正有效加热而利用到的能量不超过40%，造成了能源浪费。而且燃烧化石燃料会排放大量的温室气体，在燃烧不充分时会排放大量一氧化碳，在封闭环境中人存在中毒的危险。此外，传统的燃气灶存在难以智能化的问题。

等离子火炬由于具有温度高，节能的特点，可以作为新灶具的加热源，由于等离子火炬的结构限制，等离子火炬所产生的加热面积相对较为集中，在作为灶具热源的使用时，需要设计较为密集的等离子火炬阵列。

现有的可参考的申请号为201710671086.4的中国发明专利申请文件，其公开了一种等离子火炬装置及等离子灶具，其技术要点包括一点火管道，其中，所述点火管道包括一收缩段、与所述收缩段衔接的等径段以及一于所述等径段衔接的扩散段，其中，所述点火管道的管壁设置有用于喷射等离子介质流的第一喷嘴环、中心电极以及上电极，所述第一喷嘴环设置 在所述收缩段下方，所述第一喷嘴环与所述第一介质管理模块的输出端连接，所述第一喷嘴环上设置有多个喷射所述等离子介质流的喷口，所述第一介质管理模块用于控制等离子介质流从所述第一喷嘴环的喷口喷出。

该申请为电弧等离子体炉，在使用时放电功率一般需要10kW以上的功耗，需要较大的变压器设备提供高电压，所占空间体积较大，不易携带；与此同时，在激发等离子时，需要额外的电极，在使用过程中，对电极的持续烧蚀，减小了火炉的使用寿命。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种微波等离子火炉装置，避免了使用电极，且所需要功耗较小，能够迅速产生高温（2000℃左右）的火焰，便于对食材迅速加热，使用更加方便。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种微波等离子火炉装置，包括火炬发生器以及与所述火炬发生器连接的管理控制模块和送气模块；所述火炬发生器包括微波谐振腔体、设置在所述微波谐振腔体下侧的微波发生器、以及设置在所述微波谐振腔体内的放电管，在所述放电管内嵌设有点火导体；所述放电管下端开设有进气口，上端开设有出火口，所述送气模块连接在所述进气口上；所述管理控制模块连接所述微波发生器。

通过采用上述技术方案，通过设置的微波发生器产生微波，微波经过微波谐振腔体，使得空间电磁场增强，在放电管位置处引发强烈的气体电离从而产生等离子体，形成电子火焰。该装置产生微波等离子体无需电极，使用空气作为工作气体，使用中避免了替换电极，使用更佳方便快捷。作为新灶具的加热源，微波等离子火炉只需要1kW-3kW的放电功率，即可迅速产生高温（2000℃左右）的火焰，大大降低了功耗，与此同时，避免了提供高电压，节约了空间，能够实现以简单、高效的手段实现高效加热。

较佳的，所述送气模块包括与所述放电管连通的进气管、导气管、以及向导气管通入工作气体的气泵，所述导气管一端穿过进气管侧壁，且连通进气管的内腔。

通过采用上述技术方案，在使用时，通过气泵和导气管，可以向放电管中鼓入空气，从而可以维持放电管内的火焰稳定，同时，可以根据鼓风大小，对火焰温度进行控制。利用导体吸收微波能量与进气管发生瞬间闪络，提供了种子电子，使得微波等离子体易于激发；在微波等离子体激发后，微波能量即转移进入等离子体，点火导体不吸收能量，闪络时间非常短暂；在微波等离子体意外熄灭后，导体吸收微波能量，再一次点火，可以使等离子体重燃。

较佳的，所述导气管的出口端与所述进气管内壁齐平；所述导气管的与进气管连接处的管段的轴向线与进气管的轴向线的夹角a呈10-80度。

通过采用上述技术方案，通过以上设置，在鼓入工作气体后，工作气体在非金属导电管内更容易形成涡旋气体。由于工作气体涡旋进入微波等离子体核心区，使得微波等离子体与非金属导体内壁之间有一定距离，同时工作气体也起到冷却的作用。

较佳的，所述放电管采用石英微波放电管。

通过采用上述技术方案，通过使用耐高温材料制作放电管，可以提高该装置的使用寿命。

较佳的，所述放电管的中心轴线位置位于距离微波谐振腔体（21）端面（1/4λ+kλ）处，λ为系统中微波波长，k为大于等于0的整数。

通过采用上述技术方案，通过将放电管设置在微波电场幅值最大位置处，可以使得放电管内能够更佳容易激发微波离子火焰。

较佳的，所述点火导体呈环状贴合在所述放电管内壁上。

通过采用上述技术方案，通过将点火导体贴合设置在放电管内壁上，可以减小点火导体的局部放电，从而增加了点火导体的使用寿命。

较佳的，所述点火导体圆周侧壁呈网格状。

较佳的，所述点火导体圆周侧壁呈螺旋线状。

较佳的，所述点火导体的侧壁向放电管轴心线一侧延伸形成有放电尖端。

通过采用上述技术方案，通过设置的尖端使得激发微波离子体更佳容易。

较佳的，所述微波谐振腔体上方安装有炉灶面板，在所述炉灶面板上设置有火炉支架，所述放电管的出火口位于所述火炉支架的中心位置处。

通过采用上述技术方案，通过将放电管设置在火炉支架中心位置，使得放电管中的电子火焰能够更好的喷出，从而更好的进行加热。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1、通过设置的微波发生器产生微波，微波经过微波谐振腔体，使得空间电磁场增强，在放电管位置处引发强烈的气体电离从而产生等离子体，形成电子火焰。该装置产生微波等离子体无需电极，使用空气作为工作气体，使用中避免了替换电弧等离子体炉所使用的电极，使用更佳方便快捷。作为新灶具的加热源，微波等离子火炉只需要1kW-3kW的放电功率，即可迅速产生高温（2000℃左右）的火焰，大大降低了功耗，与此同时，避免了提供高电压，节约了空间，能够实现以简单、高效的手段实现高效加热；

2、利用导体吸收微波能量与进气管发生瞬间闪络，提供了种子电子，使得微波等离子体易于激发；在微波等离子体激发后，微波能量即转移进入等离子体，点火导体不吸收能量，闪络时间非常短暂；在微波等离子体意外熄灭后，导体吸收微波能量，再一次点火，可以使等离子体重燃；

3、通过将点火导体贴合设置在放电管内壁上，可以减小点火导体的局部放电，从而增加了点火导体的使用寿命。

附图说明

图1为一种微波等离子火炉装置的整体结构示意图；

图2为一种微波等离子火炉装置中突出点火导体的示意图；

图3为一种微波等离子火炉装置中突出放电尖端的示意图；

图4为一种微波等离子火炉装置中突出放电管和火炉支架配合的示意图。

附图标记：1、炉灶面板；11、火炉支架；12、按钮；2、火炬发生器；21、微波谐振腔体；211、收缩段；22、微波发生器；23、放电管；231、出火口；232、进气口；24、点火导体；241、放电尖端；3、管理控制模块；4、送气模块；41、气泵；42、导气管；43、进气管。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”、“底面”和“顶面”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

一种微波等离子火炉装置，结合图1和图2所示，包括炉灶面板1、以及设置在炉灶面板1下方的火炬发生器2、以及与火炬发生器2连接的管理控制模块3和送气模块4，在使用时，通过调节管理控制模块3使得火炬发生器2产生离子火焰，同时，通过送气模块4将工作气体送入火炬发生器2，使得火焰保持稳定。

结合图2和图3所示，火炬发生器2包括微波谐振腔体21、设置在微波谐振腔体21下侧的微波发生器22、以及设置在微波谐振腔体21内的放电管23，其中，放电管23竖直穿过微波谐振腔体21，上端开设有出火口231，下端开设有进气口232。在放电管23内腔中安装有点火导体24，且点火导体24位置位于靠近微波谐振腔体21内的管段内，在使用时，调节微波发生器22，在微波谐振腔体21内产生电磁场，从而使得内部的点火导体24产生离子火焰。

微波在微波谐振腔体21内传播,使得空间电磁场增强，引发强烈的气体电离从而产生等离子体。微波等离子体的产生无需电极，所以空气可以为工作气体，也防止了电极的腐蚀，无需替换电弧等离子体炉所使用的电极。微波等离子体具有较高的电热转化效率，特别是产生高温火焰并不需要化石燃料，仅需提供电能，避免了在用户终端的气体污染，在小型化高温等离子体炉灶方面有非常大的应用潜力。

其中，微波谐振腔体21固定在炉灶面板1下侧，微波发生器22固定在微波谐振腔体21水平的一侧，通过微波发生器22向微波谐振腔体21中提供微波电场。

微波谐振腔体21在靠近微波发生器22的厚度较厚，在水平方向且远离微波发生器22的一侧厚度较薄，而该位置为微波谐振腔体21的收缩段211，在收缩段211内，微波谐振腔体21内的微波电场幅值最大，为了使得放电管23内能够更为顺利的产生火焰，将放电管23设置在收缩段211。

在使用时，微波通过微波谐振腔体21时，使得空间内电磁场增强，在放电管23的位置可释放微波等离子火焰。

为了使得点火导体24能够更佳容易激发微波等离子，将放电管23设在其轴心线距离微波谐振腔体21尾部端面（1/4λ+kλ）位置处，其中，λ为系统中微波波长，k为大于等于0的整数，其中，上文中提到的微波谐振腔体21尾部端面指的是微波谐振腔体21水平远离微波发生器22的一端。该位置的微波电场幅值最大，较为容易激发微波等离子。

点火导体24材质为耐高温材料，可以为钨、铁、铜等，将其设置呈环状，在安装时，将点火导体24嵌合在放电管23中，其中，点火导体24侧壁的形状可以为螺纹线状，也可以为网格状，通过设置呈管状，在使用时，点火导体24与等离子体不直接接触，从而防止点火导体24被烧蚀，提高了点火导体24使用寿命。为了更好的激发等离子体，在点火导体24上向中间一侧延伸形成有放电尖端241，放电尖端241材质为耐高温导电材料。

需要说明的是，放电管23采用石英微波放电管23，该放电管23具有较佳的耐热性能，使用寿命更长。

在使用该装置时，送气模块4可以向放电管23内提供空气，使得内部等离子火焰稳定工作。送气模块4包括固定在微波谐振腔体21上且与放电管23连通的进气管43、气泵41、以及一端与气泵41连通、另一端与进气管43连通的导气管42，通过调节气泵41的供气量大小，可以实现对火焰温度的控制。

导气管42的一端穿过进气管43与进气管43的内腔连通。其中，导气管42与进气管43内壁齐平，且导气管与进气管连接处的管段的轴向线与进气管的轴向线的夹角a呈10-80度。通过以上对喷气方向的角度设置，使得片喷入放电管23内的气流为涡旋气流。从而使得等离子火焰在从出火口231喷出时，喷火能够更好的与加热物体进行良好接触，提高了传热效率。其中，通过导气管42引入的工作气体的组成可以为空气、氧气、氮气、氩气等气体。

通过设置的进气管43，在使用时，利用导体吸收微波能量与进气管43发生瞬间闪络，提供了种子电子，使得微波等离子体易于激发；在微波等离子体激发后，微波能量即转移进入等离子体，点火导体24不吸收能量，闪络时间非常短暂；由于工作气体涡旋进入微波等离子体核心区，使得微波等离子体与放电管23内壁之间有一定距离，同时工作气体也起到冷却的作用。综合以上两个效应，点火导体24寿命大大延长。在微波等离子体意外熄灭后，导体吸收微波能量，再一次点火，可以使等离子体重燃。

结合图1和图4所示，炉灶面板1上设置有火炉支架11，其中，放电管23的出火口231位于火炉支架11的中心位置处，从而方便火焰能够更好的从火炉支架11喷出。

为了方便用户使用，在炉灶面板1上设置有对微波大小、气流大小进行调节的按钮12，且两个按钮12分别控制管理控制模块3和气泵41。

本申请通过使用微波等离子火炉点火不需要电极，因此减少了火焰对电极的烧蚀，火炉的使用寿命更长。此外，本申请中的微波等离子火炉，在使用时，不需要较大的变压器设备提供高压，所占用的体积空间较小，方便携带。微波等离子火炉只需要1kW-3kW，就能够实现点火，并能够迅速产生高温（2000℃左右）火焰，耗能较小，更佳节能环保。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种微波等离子火炉装置，其特征在于：包括火炬发生器（2）以及与所述火炬发生器（2）连接的管理控制模块（3）和送气模块（4）；

所述火炬发生器（2）包括微波谐振腔体（21）、设置在所述微波谐振腔体（21）下侧的微波发生器（22）、以及设置在所述微波谐振腔体（21）内的放电管（23），所述放电管（23）内嵌设有点火导体（24）；

所述放电管（23）下端开设有进气口（232），上端开设有出火口（231），所述送气模块（4）连接在所述进气口（232）上；所述管理控制模块（3）连接所述微波发生器（22）。

2.根据权利要求1所述的微波等离子火炉装置，其特征是：所述送气模块（4）包括与所述放电管（23）连通的进气管（43）、导气管（42）、以及向导气管（42）通入工作气体的气泵（41），所述导气管（42）一端穿过进气管（43）侧壁，且连通进气管（43）的内腔。

3.根据权利要求2所述的微波等离子火炉装置，其特征是：所述导气管（42）的出口端与所述进气管（43）内壁齐平；所述导气管（42）与进气管（43）连接处的管段的轴向线与进气管（43）的轴向线的夹角a呈10-80度。

4.根据权利要求1所述的微波等离子火炉装置，其特征是：所述放电管（23）采用石英微波放电管（23）。

5.根据权利要求1所述的微波等离子火炉装置，其特征是：所述放电管（23）的中心轴线位置位于距离微波谐振腔体（21）端面1/4λ+kλ处，λ为系统中微波波长，k为大于等于0的整数。

6.根据权利要求1所述的微波等离子火炉装置，其特征是：所述点火导体（24）呈环状贴合在所述放电管（23）内壁上。

7.根据权利要求6所述的微波等离子火炉装置，其特征是：所述点火导体（24）圆周侧壁呈网格状。

8.根据权利要求6所述的微波等离子火炉装置，其特征是：所述点火导体（24）圆周侧壁呈螺旋线状。

9.根据权利要求6-8任一项所述的微波等离子火炉装置，其特征是：所述点火导体（24）的侧壁向放电管（23）轴心线一侧延伸形成有放电尖端（241）。

10.根据权利要求1所述的微波等离子火炉装置，其特征是：所述微波谐振腔体（21）上方安装有炉灶面板（1），在所述炉灶面板上设置有火炉支架（11），所述放电管（23）的出火口（231）位于所述火炉支架（11）的中心位置处。