[发明专利]一种多弧等离子体发生器

摘要

本发明公开了一种多弧等离子体发生器，包括有一个导电阳极、多个阴极组件和一个环形气体分配器，导电阳极为一具有气体流入端和气体流出端的变径圆管，阴极组件由圆形棒状导电阴极和出口段收缩的同轴套管，以及它们之间的旋气环组成，环形气体分配器壁上开设有切向气流通道，用于将流入的气体经环形气体分配器产生涡旋气流。本发明采用多个导电阴极和一个公共导电阳极放电，有效减少电极材料的烧蚀；通过调控多个导电阴极之间的相对位置增强多个电弧弧柱间的耦合关系，通过导电阴极与导电阳极间引入涡旋气流，以及变径圆管导电阳极进一步对耦合的多弧柱进行约束控制，得到体积较大、高温区温度均匀、能量密度高的稳定多弧等离子体。

主权项

1.一种多弧等离子体发生器，其特征在于：包括导电阳极、环形气体分配器、多个结构材料均相同的阴极组件，所述导电阳极由变径圆管构成，变径圆管在轴向上依次分为四段，其中第一段为内径渐变增大的内径扩张段，第二段为内径不变的直管段或内径缓变减小的渐缩段，第三段为内径渐变减小的收缩段，第四段为内径不变或缓变增大的喷嘴段，所述喷嘴段作为气体流出端，变径圆管与气体流出端相对的轴向另一端设为气体流入端；每个阴极组件分别由棒状的导电阴极、同轴套在导电阴极外的同轴套管，以及同轴安装在同轴套管内并套在导电阴极上的旋气环构成，多个阴极组件分别插装在变径圆管的内径扩张段并在环向均匀分布，各个阴极组件的中轴线与变径圆管的中轴线在空间上形成的夹角均为相同角度的锐角，每个阴极组件的中轴线在变径圆管同一径向截面上的投影均不与该径向截面中任意一个直径重合，各个阴极组件的中轴线在变径圆管同一径向截面上的投影仅平行于该径向截面中的不同直径，且每个阴极组件的中轴线在变径圆管同一径向截面上投影后存在一个公共切圆，由此构成各个阴极组件的交错分布；每个阴极组件的轴向一端分别伸向变径圆管的直管段或渐缩段内，每个阴极组件的轴向另一端分别位于变径圆管外，以阴极组件伸向变径圆管内的轴向一端为内端、轴向另一端为外端，各个阴极组件的内端设为收缩的出口端，各个阴极组件的外端设有工作气体进口，所述旋气环分隔所在同轴套管内部，并仅通过旋气环自身气道连通同轴套管内被分隔区域；所述环形气体分配器同轴设置于变径圆管第二段直管段或渐缩段内壁，环形气体分配器的内环壁设有多个切向气流出口，多个切向气流出口的切向方向相同；所述导电阳极连接电源正极，各个阴极组件中的导电阴极分别连接电源负极；一路工作气体由各个阴极组件中的工作气体进口进入同轴套管，经过旋气环产生涡旋后由各个阴极组件的出口端进入变径圆管内，由多个交错分布的阴极组件在变径圆管内形成涡旋气流；另一路工作气体由变径圆管的气体流入端进入变径圆管，经过环形气体分配器时，环形气体分配器的切向气流出口产生工作气体气流，由环形气体分配器切向气流出口产生的气流使另一路工作气体形成涡旋气流，且环形气体分配器的切向气流出口使另一路工作气体形成的涡旋气流与多个交错分布的阴极组件形成的涡旋气流旋向相同，通过导电阳极、导电阴极之间电压击穿工作气体形成等离子体，并基于两股涡旋气流共同约束等离子体，使等离子体从变径圆管的喷嘴段出射。