[发明专利]一种高能高效长寿命的大功率电弧等离子体炬

说明书

本发明公开了一种高能高效长寿命的大功率电弧等离子体炬发射新结构，包括：进气管、出气管、四对带针尖的圆环放电电极、一体化通电导线、等离子体矩壳体。带针尖的圆环放电电极、等离子体炬壳体、一体化通电导线由内到外依次套装；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；在等离子体炬壳体内部四对带针尖的圆环放电电极沿壳体中线方向每间隔一段距离依次固定，八个圆环电极采用五部分独立供电方式，使得其针尖放电并击穿气流形成电弧等离子体射流；等离子体矩壳体外部缠绕一体化通电导线使其磁场方向与等离子体气流方向相同，一方面电弧等离子体收缩使其具有更大的能量，另一方面有效约束所产生的高温高速等离子体射流，减少其与电极接触，提高能量转换率和电弧寿命；出气管设置在等离子体炬壳体的尾部，其形状呈收缩态，使得亚声速气流加速减压，电弧等离子体收缩，提高能量密度。本发明解决的是等离子体聚焦效果差、寿命短、能量小且转换效率低的问题。

技术领域

本发明涉及一种高能高效长寿命的直流电弧等离子体炬，尤其涉及一种具有高温、能量高度集中、能量转换效率高和工作寿命长特点的等离子体炬。

背景技术

1879年，英国科学家威廉克鲁克斯提出了物质的第四态概念，美国科学家和物理学家欧文朗缪尔在1929年首次将电离气体定义为等离子体。等离子体由电子、离子和中性粒子混合而成，总体上呈现电中性。由于带电粒子的存在，等离子体具有热传导和导电性。等离子体有多种分类方法，其中最常用的是根据温度划分和根据热力学平衡划分。根据温度差异将等离子体分为高温等离子体(T＞104K)和低温等离子(T＜104K)，其中低温等离子体又可分为热等离子体和冷等离子体。基于热力学平衡划分，高温等离子体的电子温度、离子温度和气体温度相等，属于完全热力学平衡等离子体，激光聚变等离子体为其代表；热等离子体的电子温度、离子温度和气体温度近似相等，属于局部热力学平衡等离子体，电弧等离子体、高频等离子体属于此类；冷等离子体的电子温度远远高于离子和气体温度，属于非热力学平衡等离子体，电晕放电则属于这一类。热等离子体温度高达2×10³～3×10⁴K，它是通过气体电离产生的高能电子通过弹性碰撞将能量传递给重粒子(离子或分子)使得电子温度、离子温度和气体温度趋于均一，而电离的气体则形成了热等离子体射流。

热等离子体由于其高温、高能量密度等特点，自上世纪60年代以来，广泛应用于以下领域：(1)机械加工：如切割、焊接以及喷涂；(2)材料科学：制备超细粉末和表面改性等；(3)冶金工业：清洁熔炼以及合金制备；(4)化工领域：制气，合成气重整等；(5)环保领域。

由于等离子体炬具有放电能量高、放电范围大、环境友好等优点，使得其工程应用具有巨大的社会效益。而目前制约大功率等离子体炬工程应用的核心问题是等离子体聚焦效果差、寿命短、能量小且转换效率低。因此，设计一种具有能量高度集中、转换效率高以及工作寿命长的大功率等离子体炬发生装置势在必行。

发明内容

发明目的

本发明的技术提出了一种高能高效长寿命的大功率电弧等离子体炬，通过电弧来产生高温气体，可在氧化、还原或惰性环境下工作，可以为气化、裂解、反应、熔融和冶炼等各种功能的工业炉提供热源。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高能高效长寿命的大功率电弧等离子体炬新结构，包括进气管、出气管、四对带针尖的圆环放电电极、一体化通电导线、等离子体炬壳体、介质气体六部分；

其中，所述带针尖的圆环放电电极、所述等离子体炬壳体、所述一体化通电导线由内到外依次嵌套。

进一步而言，所述一体化通电导线由缠绕在等离子体炬壳体外部的通电导线组成。

进一步而言，所述进气管设置在所述等离子体炬壳体的顶端；