[发明专利]一种双腔激励的增强型微波等离子体炬发生装置

摘要

一种双腔激励的增强型微波等离子体炬发生装置，属于微波等离子体技术领域，包括微波磁控管、环行器、定向耦合器、微波等离子体耦合波导、圆柱形波导、点火器和放电管。微波磁控管、环行器、定向耦合器依次串联后，定向耦合器与微波等离子体耦合波导连接。在垂直于压缩矩形波导的放电管轴向上增加了一个圆柱形波导腔室；在微波等离子体耦合波导中的热阻波导有效隔绝了等离子体放电的热释放对整个系统的影响；点火器使得整个系统由单人操作方便的完成点火、激发、维持的一系列过程，在微波源的空载输出较低的条件下点火成功率接近100％。本发明的效果和益处是能够增加等离子体炬的最大功率获得具有较大体积作用区的等离子体炬余辉，使之可以长时间稳定可靠的运转，在辅助燃烧，纳米材料合成，废气处理和耐高温材料表面改性等方面的应用诸多相关领域得到应用。

主权项

一种双腔激励的增强型微波等离子体炬发生装置，包括微波磁控管、环行器、定向耦合器、微波等离子体耦合波导(1)、圆柱形波导(2)、点火器(3)和放电管(4)，微波磁控管、环行器、定向耦合器依次串联后，定向耦合器与微波等离子体耦合波导(1)连接，其特征在于：所述的微波等离子体耦合波导(1)包括热阻波导(11)，波导横截面渐缩的阻抗变换器(12)，压缩矩形波导(13)，金属短路活塞(14)，水冷套(15)；金属短路活塞(14)位于压缩矩形波导(13)的短路端口；热阻波导(11)上设有透波耐温绝缘薄片(111、112)，压缩矩形波导(13)的上下两个宽的波导壁面的对称中心的相对位置开有一对圆形开口(131、132)，圆形开口(131、132)的中心连线垂直于压缩矩形波导(13)的宽波导壁；微波等离子体耦合波导(1)的侧壁加装水冷套(15)，水冷套(15)上设有进出水口；所述的圆柱形波导(2)位于压缩矩形波导(13)的圆形开孔(132)处，由水冷圆柱形波导(21)和入气圆柱形波导(22)串联对接而成，水冷圆柱形波导(21)的侧壁安装水冷套，水冷套与外部的水冷循环机相连，冷却水从入水口(211)进入后从出水口(212)排出；水冷圆柱形波导(21)的一个端面和压缩矩形波导(13)宽壁上的圆形开孔(132)对接；入气圆柱形波导(22)的侧壁开有四个入气管道(221、222、223、224)，四个入气管道(221、222、223、224)相对于入气圆柱形波导(22)内壁的圆周切向等间距对称排布；入气圆柱形波导(22)的一个端面安装一个能够开合的金属挡板(23)，另一端面与水冷圆柱形波导(21)的端面串联对接；所述的放电管(4)的一端依次穿过微波等离子体耦合波导(1)的压缩矩形波导(13)宽壁上相对的圆形开口(131、132)以及水冷圆柱形波导(21)，直通到入气圆柱形波导(22)的入气管道(221、222、223、224)附近，等离子体炬的放电空间约束在放电管(4)内；放电管(4)的另一端为开放端，在放电管(4)中放电产生的等离子体在入射气体的推动下，在压缩矩形波导(13)的外部形成等离子体炬；所述的点火器(3)包括圆筒(31)、可移动的绝缘活塞(32)、两根耐高温的金属丝电极(33)以及交流高压电源(34)；点火器(3)通过能够开合的金属挡板(23)与圆柱形波导(2)对接；两根金属丝电极(33)一端穿过绝缘活塞(32)并固定在上面，两根金属丝电极(33)的点火端之间的距离小于它固定在绝缘活塞(32)上的间距，两根金属丝电极(33)的另一端通过高压绝缘的导线(35)分别接在交流高压电源(34)的两个电极上；绝缘活塞(32)能够在圆筒(31)内移动，两根金属丝电极(33)在绝缘活塞(32)上伸出的长度要求绝缘活塞(32)在圆筒(31)内推入时，金属丝电极(33)的点火尖端能够在金属挡板(23)打开的条件下，沿着放电管(4)伸入微波等离子体耦合波导(1)的压缩矩形波导(13)的中心区域，当绝缘活塞(32)退回归位时能够使金属丝电极(33)的尖端完全退到点火器(1)的圆筒(31)内并关闭挡板(23)。