CN109714850A - 一种用于产生洁净高温空气的高效方法 - Google Patents

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张晰哲
张志豪
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Abstract

一种用于产生洁净高温空气的高效方法，首先构建气体加热工具，包括等离子体炬、进气部件、阳极、阴极、直流电弧、附属结构，等离子体炬为长圆筒状，进气部件为带有切向通孔的圆台、阳极、阴极均为管状，进气部件、阳极和阴极安装在等离子体炬中，沿轴线顺序布置，直流电弧在阳极与阴极间，两端的弧根分别落在阳极与阴极的内壁上，弧柱与等离子体炬的结构轴线重合，附属结构包括冷却水管道、阳极与阴极间的绝缘体、用于约束直流电弧的电磁线圈，然后将常温空气使用等离子体加热装置进行加热，得到洁净高温空气。

Description

一种用于产生洁净高温空气的高效方法
技术领域
本发明涉及一种产生高温空气的方法，可以高效地产生洁净的高温空气，属于等离子体技术领域。
背景技术
高温空气在航空航天、冶金冶炼、环境保护等领域具有十分广泛的用途，其产生方式一般为电热式、燃油式、燃煤式等，但这些方法普遍存在预热时间长、加热效率低等缺陷，有些方法还会对被加热的空气造成一定污染。
发明内容
本发明解决的问题：克服现有技术的不足之处，提供一种高效的空气加热方法，可以产生洁净的高温空气，克服了传统方法预热时间长、加热效率低、加热系统复杂庞大的缺点。
本发明的技术解决方案是：一种用于产生洁净高温空气的高效方法，包括下列步骤：
(1)构建气体加热工具；
(2)将常温空气使用等离子体加热装置进行加热，得到洁净高温空气。
所述的气体加热工具包括等离子体炬、进气部件、阳极、阴极、直流电弧、附属结构，其中：
等离子体炬为长圆筒状，进气部件为带有切向通孔的圆台、阳极、阴极均为管状，进气部件、阳极和阴极安装在等离子体炬中，沿轴线顺序布置，直流电弧在阳极与阴极间，两端的弧根分别落在阳极与阴极的内壁上，弧柱与等离子体炬的结构轴线重合，附属结构包括冷却水管道、阳极与阴极间的绝缘体、用于约束直流电弧的电磁线圈。
所述的阳极、阴极向等离子体炬供电，在电极间产生并维持直流电弧。
所述的直流电弧调节直流电弧强度，以控制气体通过等离子体炬后达到的温度。
所述的等离子体炬通过的气量与需要获得的洁净高温空气的量相当。
一种用于产生洁净高温空气的装置，包括等离子体炬、进气部件、阳极、阴极、直流电弧、附属结构，其中：
等离子体炬为长圆筒状，进气部件为带有切向通孔的圆台、阳极、阴极均为管状，进气部件、阳极和阴极安装在等离子体炬中，沿轴线顺序布置，直流电弧在阳极与阴极间，两端的弧根分别落在阳极与阴极的内壁上，弧柱与等离子体炬的结构轴线重合，附属结构包括冷却水管道、阳极与阴极间的绝缘体、用于约束直流电弧的电磁线圈。
所述的阳极、阴极向等离子体炬供电，在电极间产生并维持直流电弧。
所述的直流电弧调节直流电弧强度，以控制气体通过等离子体炬后达到的温度。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)由于直流电弧在产生之后立即达到超高的温度，本发明通过直流电弧加热气体使气体加热速度大大提升，省去了漫长的预热时间，可以在系统开机后2～3s内即获得所需的高温空气；
(2)本发明采用电热转换方式对空气进行加热，与燃油或燃煤方法相比，该方法不会对空气造成污染，可获得洁净的高温空气，与传统的电热方法相比，热转换效率提升了20％以上。
附图说明
图1是本发明产生洁净高温空气的高效方法的原理图，如图所示常温空气在经历等离子体炬1、进气部件2、阳极3、阴极4、直流电弧5以及等离子体炬附属结构后被加热为高温空气。
具体实施方式
本发明针对现有技术的不足，提出一种高效的空气加热方法，可以产生洁净的高温空气，克服了传统方法预热时间长、加热效率低、加热系统复杂庞大的缺点。如图1所示是本发明产生洁净高温空气的高效方法的原理图，常温空气在经历等离子体炬1、进气部件2、阳极3、阴极4、直流电弧5以及等离子体炬附属结构后被加热为高温空气。
等离子体炬1为长圆筒状，进气部件2为带有切向通孔的圆台、阳极3、阴极4均为管状，进气部件2、阳极3和阴极4安装在等离子体炬1中，沿轴线顺序布置，直流电弧5在阳极2与阴极3间产生，电弧两端的弧根分别落在阳极与阴极的内壁，弧柱部分与等离子体炬1的结构轴线重合。附属结构包括冷却水管道，阳极2与阴极3间必要的绝缘体，以及用于约束直流电弧5的电磁线圈。
本发明首先选择等离子体炬作为气体加热工具，根据需获得的气量确定等离子体炬的进气结构和供气压力，使通过等离子体炬电极的气量与需获得的气量相等，使等离子体炬的电极间产生并维持直流电弧，调节直流电弧的强度，以控制气体通过等离子体炬后达到的温度。
(1)根据所需的气量15g/s确定等离子体炬的进气部件具有4个直径1mm的进气孔，相邻进气孔夹角为90°，且全部与电极圆周呈相切方向。
(2)调整气体供应压力为0.35MPa，使通过进气部件进入等离子体炬电极的气量达到2～60g/s之间，最优为15g/s，等离子体炬的进气方向应为电极圆周的切向进气。
(3)向等离子体炬供电，在电极间产生并维持直流电弧，此时直流电弧的电流强度为50～1200A，最优为150A，功率为60kW，出口气体温度为2500K。
(4)根据需要的气体温度3000K，提升直流电弧的电流强度至215A，功率为80kW，则出口气体温度提升至3000K。
综上所述，本发明根据需获得的气量和气温，选择合适的直流电弧等离子体炬，确定等离子体炬的结构和工作参数；调整气体供应压力，使通过等离子体炬电极的气量与需要获得的洁净高温空气的量相当；在等离子体炬的电极间产生并维持直流电弧；调节直流电弧的强度，将通过等离子体炬的空气加热至所需的温度。与现有技术相比，本发明显著提高了高温空气的产生速度，并具有热转换效率高、对气体无污染等优点。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种用于产生洁净高温空气的高效方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)构建气体加热工具；
(2)将常温空气使用等离子体加热装置进行加热，得到洁净高温空气。
2.根据权利要求1所述的产生洁净高温空气的高效方法，其特征在于：所述的气体加热工具包括等离子体炬(1)、进气部件(2)、阳极(3)、阴极(4)、直流电弧(5)、附属结构，其中：
等离子体炬(1)为长圆筒状，进气部件(2)为带有切向通孔的圆台、阳极(3)、阴极(4)均为管状，进气部件(2)、阳极(3)和阴极(4)安装在等离子体炬(1)中，沿轴线顺序布置，直流电弧(5)在阳极(2)与阴极(3)间，两端的弧根分别落在阳极与阴极的内壁上，弧柱与等离子体炬(1)的结构轴线重合，附属结构包括冷却水管道、阳极(2)与阴极(3)间的绝缘体、用于约束直流电弧(5)的电磁线圈。
3.根据权利要求1或2所述的一种产生洁净高温空气的高效方法，其特征在于：所述的阳极(3)、阴极(4)向等离子体炬(5)供电，在电极间产生并维持直流电弧。
4.根据权利要求1或2所述的一种产生洁净高温空气的高效方法，其特征在于：所述的直流电弧(5)调节直流电弧强度，以控制气体通过等离子体炬后达到的温度。
5.根据权利要求1或2所述的一种产生洁净高温空气的高效方法，其特征在于：所述的等离子体炬(1)通过的气量与需要获得的洁净高温空气的量相当。
6.一种用于产生洁净高温空气的装置，其特征在于包括等离子体炬(1)、进气部件(2)、阳极(3)、阴极(4)、直流电弧(5)、附属结构，其中：
等离子体炬(1为长圆筒状，进气部件(2为带有切向通孔的圆台、阳极(3)、阴极(4)均为管状，进气部件(2)、阳极(3)和阴极(4)安装在等离子体炬(1)中，沿轴线顺序布置，直流电弧(5)在阳极(2)与阴极(3)间，两端的弧根分别落在阳极与阴极的内壁上，弧柱与等离子体炬(1)的结构轴线重合，附属结构包括冷却水管道、阳极(2)与阴极(3)间的绝缘体、用于约束直流电弧(5)的电磁线圈。
7.根据权利要求6所述的一种用于产生洁净高温空气的装置，其特征在于：所述的阳极(3)、阴极(4)向等离子体炬(5)供电，在电极间产生并维持直流电弧。
8.根据权利要求6所述的一种用于产生洁净高温空气的装置，其特征在于：所述的直流电弧(5)调节直流电弧强度，以控制气体通过等离子体炬后达到的温度。
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