[发明专利]一种气冷陶瓷隔热电弧加热器

说明书

本发明涉及一种气冷陶瓷隔热电弧加热器，包括外壳、负极、正极、电弧、第一进气系统、第二进气系统和瓷套管，负极架设在外壳一端，正极架设在外壳另一端，电弧两端分别架设在负极和正极无氧铜内壳上，若干个瓷套管插接在外壳内，相邻瓷套管之间内径不同，第一进气系统和第二进气系统间隔架设在瓷套管相接处的外壳上，本发明具有使气流旋转并在瓷套管内壁形成冷却气膜，保护瓷套管，减少电弧对外壁的传热，提高电弧加热器的效率的优点。

技术领域

本发明涉及电弧加热器技术领域，尤其涉及一种气冷陶瓷隔热电弧加热器。

背景技术

电弧加热器可用于材料生产加工，冶金、喷涂，也是开展高超声速飞行器热环境模拟试验的重要设备。电弧加热器采用电弧放电加热空气形成高温气流，加热目标材料或试验模型。在加热空气时，由于电弧的温度很高，电弧经过的压缩通道中，将会对通道的壁面释放大量的热能，因此，该通道一般需要采用导热良好的铜及合金进行强制冷却并带走热量，从而降低通道壁面的温度，以防止烧损。由于冷却水带走大量的热量，气流被冷却，焓值不容易提高，也导致电弧加热器的效率较低，一般在50％左右，这造成电弧加热器的电源规模大，而有效利用率低。

因此，针对以上不足，需要提供一种气冷陶瓷隔热电弧加热器。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有电弧加热器气流焓值低，加热效率不足的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种气冷陶瓷隔热电弧加热器，包括外壳、负极、正极、电弧、第一进气系统、第二进气系统和瓷套管，负极架设在外壳一端，正极架设在外壳另一端，电弧两端分别架设在负极和正极无氧铜内壳上，若干个瓷套管插接在外壳内，相邻瓷套管之间内径不同，第一进气系统和第二进气系统间隔架设在瓷套管相接处的外壳上。

通过采用上述技术方案，电弧加热器的电极内间设置多级瓷套管组，形成电弧通道，减少电弧对冷却壁的传热，此时不仅可以避免烧损，而且还能避免冷却水对气流的冷却，直接提高电弧加热器的传热效率。

作为对本发明的进一步说明，优选地，若干个瓷套管沿气流方向内径逐步增大。

通过采用上述技术方案，使电弧始终被压缩在旋转冷气形成的低压力梯度的中心处，进而使电弧能对周围气流进行均匀加热，保证气流温度分布均匀。

作为对本发明的进一步说明，优选地，内径大的瓷套管端头处套接内径小的瓷套管。

通过采用上述技术方案，利用瓷套管相接端的间隙，气流通过间隙在瓷套管内壁形成气膜，起到保护瓷套管，同时进一步避免传热。

作为对本发明的进一步说明，优选地，第一进气系统包括第一进气管和第一进气环，第二进气系统包括第二进气管和第二进气环，若干个第一进气管呈环状固连在内径最小的瓷套管与负极相接处的外壳上，第一进气环上呈环状开设有若干个倾斜的气孔，第一进气管通过气孔与瓷套管内相通；若干个第二进气管呈环状固连在内径最小的瓷套管与相邻瓷套管相接处的外壳上，第二进气环上呈环状开设有若干个倾斜的流孔，第二进气管通过流孔与瓷套管内相通。

通过采用上述技术方案，在内外径的间隙处设置进气环，采用旋转的高速气膜保护瓷套管内壁，防止电弧高温气流对各个瓷套管剧烈的加热。

作为对本发明的进一步说明，优选地，气孔轴线分布在竖直面内，气孔轴线与瓷套管轴心和气孔端头连线的夹角为60°；流孔轴线水平且不与瓷套管轴线平行，流孔轴线与瓷套管轴线夹角为60°。

通过采用上述技术方案，以使通过进气环的气流形成气旋，进而使形成的气膜分布均匀并且能覆盖瓷套管内壁各处，使气旋对瓷套管的冷却均匀。

作为对本发明的进一步说明，优选地，第一进气管内气体流量为100g/s，第二进气管内气体流量为50g/s。