本發(fā)明屬于一種等離子體發(fā)生裝置，具體涉及一種基于熱電子發(fā)射陰極的等離子體發(fā)生裝置。

背景技術(shù)：

目前，對于現(xiàn)有低溫等離子體發(fā)生裝置主要基于電子束輻射、輝光放電、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、射頻放電、滑動(dòng)電弧放電和射流放電等幾種原理。其中電子束輻射設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高；輝光放電受低氣壓的限制，工業(yè)應(yīng)用難于連續(xù)化生產(chǎn)且成本高昂；電暈放電和介質(zhì)阻擋放電裝置對電壓等級(jí)要求較高，等離子體產(chǎn)生過程中，有較高濃度的副產(chǎn)物臭氧和氧化氮等生成，此外電暈放電裝置難以產(chǎn)生某單一帶電等離子體；射頻放電裝置在放電過程中同樣有副產(chǎn)物產(chǎn)生等問題，而滑動(dòng)電弧和射流放電都是靠擊穿電極中較少的空氣產(chǎn)生等離子體，作用范圍較小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出一種基于熱電子發(fā)射陰極的等離子體發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生高密度等離體射流，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低、存在臭氧副產(chǎn)物問題。

本發(fā)明提出的一種基于熱電子發(fā)射陰極的等離子體發(fā)生裝置，包括加熱單元、等離子體發(fā)生單元和供氣單元組成，其中：

所述加熱單元包括電熱件、高溫絕緣套管、絕緣隔熱組件、接線端子和電源；所述電熱件安裝在高溫絕緣套管內(nèi)，兩端通過絕緣隔熱組件的兩根接線端子接電源輸出端；所述高溫絕緣套管為筒狀結(jié)構(gòu)，其一側(cè)封閉，另一側(cè)與絕緣隔熱組件固定連接，將電熱件包含在內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)密封加熱空間；通過調(diào)節(jié)所述電源輸出電壓，能改變電熱件發(fā)熱功率，控制高溫絕緣套管表面溫度；

所述等離子體發(fā)生單元包括熱電子發(fā)射陰極、陽極筒和高壓電源；所述陽極筒為整體接地的圓筒狀結(jié)構(gòu)，同軸設(shè)在電子發(fā)射陰極外部；陽極筒一端開設(shè)有噴嘴，用于噴射等離子體，另一端固定在絕緣隔熱組件上；所述熱電子發(fā)射陰極為筒狀結(jié)構(gòu)，貼附安裝在高溫絕緣套管外表面，以接受其發(fā)出的熱量；熱電子發(fā)射陰極開口一端固定在所述絕緣隔熱組件上；所述熱電子發(fā)射陰極與所述高溫絕緣套管同軸設(shè)置，用于發(fā)射電子；所述高壓電源輸出高壓端作高壓極通過高壓接線端子與所述熱電子發(fā)射陰極相連，高壓電源輸出另一端作為地極接地；

所述高壓電源輸出電壓可調(diào)節(jié)，用于改變熱電子發(fā)射陰極工作電壓，控制等離子體發(fā)生密度；

所述供氣單元包含高壓氣罐，其通過氣管穿過所述隔熱絕緣組件與陽極筒和熱電子發(fā)射陰極構(gòu)成的腔體相通，用于向熱電子發(fā)射陰極和陽極筒構(gòu)成的放電空間提供工作氣氛；

工作時(shí)，經(jīng)過電熱件加熱，熱電子發(fā)射陰極在高壓作用下發(fā)射電子，產(chǎn)生等離子體，并在供氣單元產(chǎn)生的氣流作用下，形成等離子體射流，從所述噴嘴噴射。

優(yōu)選地，所述電熱件為呈u形的電熱絲，其材料為鎳鉻合金或者鎢，線徑0.5mm～5mm，呈螺旋狀安裝在高溫絕緣套管內(nèi)，所提供溫度不低于1500℃；通過調(diào)節(jié)所述電源輸出電壓，調(diào)節(jié)電熱件發(fā)熱功率，可控制高溫絕緣套管表面溫度；

優(yōu)選地，所述高溫絕緣套管長度2～50cm，筒外徑1～5cm，采用包括石英管或剛玉管在內(nèi)的耐高溫絕緣材料制作；

優(yōu)選地，所述熱電子發(fā)射陰極采用含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.2％的la2o3或y2o3或ce2o3的包括稀土鎢和稀土鉬在內(nèi)的熱電子發(fā)射材料制作，筒內(nèi)徑1～5cm，筒厚1～5mm，筒長2～50cm。

優(yōu)選地，所述高壓電源額定工作功率5～20kw，輸出電壓為0～20kv連續(xù)可調(diào)，輸出為直流電；

優(yōu)選地，所述高壓氣罐所儲(chǔ)氣體為包括ar惰性氣體或co2在內(nèi)的還原性非可燃性氣體，容積為30l～300l，工作壓力為0.1mpa～0.7mpa。

優(yōu)選地，所述供氣單元?dú)饴吩O(shè)有氣壓表，用于監(jiān)測高壓氣罐氣壓；

優(yōu)選地，所述隔熱絕緣組件開設(shè)有多個(gè)通氣孔，供氣單元?dú)夤芊侄嗦肪鶆蚺帕蟹绞?，通過各通氣孔與陽極筒和熱電子發(fā)射陰極構(gòu)成的腔體相通。

本發(fā)明提供的基于熱電子發(fā)射陰極的等離子體發(fā)生裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)電子密度高。稀土鎢熱電子發(fā)射材料具有良好的電子發(fā)射特性，零場發(fā)射電流密度較高，采用此種材料作為陰極，能夠在較低的電壓和某一工作溫度下產(chǎn)生高密度的等離子體。

(2)無臭氧等副產(chǎn)物。相比于以往的低溫等離子發(fā)生裝置，本發(fā)明采用的熱電子發(fā)射陰極工作時(shí)，不通過擊穿空氣產(chǎn)生等離子體就能夠向外界發(fā)射單一電子，因此無臭氧等副產(chǎn)物生成。

(3)結(jié)構(gòu)簡單，靈活度高。本發(fā)明成本相對較低、結(jié)構(gòu)簡單，可便攜移動(dòng)，靈活度較高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明加熱單元絕緣隔熱組件局部放大圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明由加熱單元、等離子體發(fā)生單元和供氣單元組成：

所述加熱單元包括電熱件10、高溫絕緣套管11、絕緣隔熱組件12、接線端子13、電源14；所述電熱件10呈u形安裝在高溫絕緣套管11內(nèi)，兩端穿過絕緣隔熱組件12的兩根接線端子13接電源14輸出端，所述高溫絕緣套管11一側(cè)封閉，另一側(cè)與絕緣隔熱組件12固定連接；

通過調(diào)節(jié)所述電源14輸出電壓，調(diào)節(jié)電熱件10發(fā)熱功率，控制高溫絕緣套管11表面溫度；

所述等離子體發(fā)生單元包括熱電子發(fā)射陰極20、陽極筒21和高壓電源22；陽極筒21同軸設(shè)在電子發(fā)射陰極20外部，陽極筒21整體接地，其一端設(shè)有噴嘴25，噴射等離子體；所述熱電子發(fā)射陰極20設(shè)在絕緣隔熱組件12上，與所述高溫絕緣套管11同軸設(shè)置，用于發(fā)射電子；所述高壓電源22輸出高壓端作高壓極通過高壓接線端子23與所述熱電子發(fā)射陰極20相連，高壓電源22輸出另一端作為地極接地；

所述熱電子發(fā)射陰極20呈筒狀，貼附安裝在高溫絕緣套管11外表面；熱電子發(fā)射陰極20一端固定在隔熱絕緣組件上12；所述陽極筒21呈圓筒狀，一端與絕緣隔熱組件12固定連接；

所述高壓電源22輸出電壓可調(diào)節(jié)，用于改變熱電子發(fā)射陰極20工作電壓，控制等離子體發(fā)生密度；

所述供氣單元包含高壓氣罐30，其通過氣管31穿過所述隔熱絕緣組件12上開設(shè)的通氣孔，向熱電子發(fā)射陰極20和陽極筒21構(gòu)成的放電空間提供工作氣氛；

工作時(shí)，經(jīng)過電熱件10加熱，熱電子發(fā)射陰極20在高壓作用下發(fā)射電子，產(chǎn)生等離子體，并在供氣單元產(chǎn)生的氣流作用下，形成等離子體射流，從所述噴嘴噴射。

所述等離子體發(fā)生裝置，其進(jìn)一步特征在于：

所述電熱件10為鎳鉻合金絲或者鎢絲，線徑1mm，呈螺旋狀安裝在高溫絕緣套管內(nèi)，所提供溫度為800℃；

所述高溫絕緣套管11長度10cm，筒外徑1cm，采用剛玉管制作；

所述熱電子發(fā)射陰極20采用含有l(wèi)a2o3的稀土鎢材料制作，電極呈筒狀，筒內(nèi)徑1.1cm，筒厚2mm，筒長10cm；

所述高壓電源22額定功率20kw，輸出電壓為0～20kv連續(xù)可調(diào)，輸出形式為直流形式；

所述高壓氣罐30所儲(chǔ)氣體為co2氣體，容積為100l，工作壓力為0.1mpa～0.7mpa。

本發(fā)明提供一種基于熱電子發(fā)射陰極的等離子體發(fā)生裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)電子密度高。稀土鎢熱電子發(fā)射材料具有良好的電子發(fā)射特性，零場發(fā)射電流密度較高，采用此種材料作為陰極，能夠在較低的電壓和某一工作溫度下產(chǎn)生高密度的等離子體。

(2)無臭氧等副產(chǎn)物。相比于以往的低溫等離子發(fā)生裝置，本發(fā)明采用的熱電子發(fā)射陰極工作時(shí)，不通過擊穿空氣產(chǎn)生等離子體就能夠向外界發(fā)射單一電子，因此無臭氧等副產(chǎn)物生成。

(3)結(jié)構(gòu)簡單，靈活度高。本發(fā)明成本相對較低、結(jié)構(gòu)簡單，可便攜移動(dòng)，靈活度較高。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。