本發(fā)明涉及高溫等離子體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙水冷電感線圈設(shè)計。

背景技術(shù)：

高頻感應(yīng)熱等離子體由于其頻率高，又稱射頻感應(yīng)耦合等離子體。高頻等離子體具有如下特點：(1)高頻等離子體主要依靠強烈的電磁耦合產(chǎn)生，不需要電極，因此不存在電極蒸發(fā)污染的問題，因此產(chǎn)生的等離子體氣氛純凈；(2)焦耳熱效應(yīng)的作用，可以使等離子體流達到3000～10000K的極高溫度；(3)高頻等離子體體積較大，焰流速度低，溫度分布均勻平坦。因此，高頻等離子體特別適用于難熔顆粒的加工(如球化、固氣反應(yīng)、超細粉制備等)以及對熱環(huán)境氣氛要求較高的深空探測器熱防護材料的地面加熱實驗研究等。

高頻感應(yīng)等離子體主要通過高頻感應(yīng)等離子發(fā)生器產(chǎn)生，其工作原理為高頻等離子體產(chǎn)生的原理為：高頻電源提供的高頻電流通過反應(yīng)器的線圈產(chǎn)生變化的磁場與放電管內(nèi)的等離子體耦合，使氣體發(fā)生電離，線圈中的交變磁場產(chǎn)生的感應(yīng)交變電場，在導(dǎo)電氣體中引起電流并產(chǎn)生焦耳熱。由此可見，感應(yīng)線圈為等離子發(fā)生器核心部件，感應(yīng)線圈的匝數(shù)、線圈的尺寸與石英燈管的匹配、線圈的冷卻效果、線圈尺寸與電源參數(shù)的匹配等對高頻等離子體發(fā)生器的電離效果和安全運行都起到了至關(guān)重要的作用。

目前高頻感應(yīng)等離子發(fā)生器感應(yīng)線圈多采用簡單方式獨立布置在石英燈管外圍空間內(nèi)，在電感線圈末端對線圈進行固定，該種設(shè)計條件下感應(yīng)線圈的可靠性只有通過線圈內(nèi)部足夠的冷卻水來保證，通過末端固定的線圈穩(wěn)固性較差，難以保證線圈與石英燈管的同軸度，與此同時，電感線圈布置于石英燈管外圍的開放空間內(nèi)，由于該空間內(nèi)氣體的存在，很容易在線圈通過交變電流時產(chǎn)生匝間打弧現(xiàn)象，影響了電感線圈的使用壽命和整套高頻等離子發(fā)生器的安全穩(wěn)定運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種高頻感應(yīng)等離子體發(fā)生器雙水冷電感線圈，強化電感線圈的冷卻效果，提高其在高頻感應(yīng)等離子體發(fā)生器中的穩(wěn)固性及其與石英燈管的同軸度，同時避免匝間打弧的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高頻感應(yīng)等離子發(fā)生器雙水冷電感線圈，包括電感線圈、陶瓷固化套、內(nèi)循環(huán)冷卻水通道和外循環(huán)冷卻水通道；在電感線圈螺旋部分外部澆筑陶瓷形成陶瓷固化套，陶瓷固化套為中空結(jié)構(gòu)且與電感線圈同軸布置；石英管布置在陶瓷固化套空腔內(nèi)，通過石英管外壁與陶瓷固化套內(nèi)壁間形成外循環(huán)冷卻水通道，整個電感線圈為中空結(jié)構(gòu)，其中心通道為內(nèi)循環(huán)冷卻水通道，內(nèi)冷卻水通過內(nèi)循環(huán)冷卻水通道在電感線圈內(nèi)部對線圈進行換熱冷卻，外循環(huán)冷卻水通道內(nèi)的外冷卻水通過陶瓷固化套的導(dǎo)熱作用對電感線圈外部進行冷卻。

進一步的，電感線圈匝數(shù)設(shè)計為3～8匝。

進一步的，電感線圈匝間距離設(shè)計為5～50mm。

進一步的，陶瓷固化套的外環(huán)面距離電感線圈的螺旋部分的外端面至少10mm。

進一步的，陶瓷固化套的上下端面距離電感線圈軸向?qū)?yīng)的外端面距離至少15mm。

進一步的，陶瓷固化套的內(nèi)壁與石英管外壁之間的距離不小于3mm。

本發(fā)明的有益效果為：

1、電感線圈通過內(nèi)層和外層雙冷卻，同時保證外循環(huán)冷卻水通道有足夠的流通面積，強化了電感線圈的冷卻效果，提高了線圈的可靠性和安全性。

2、電感線圈固化在陶瓷固化套內(nèi)，并通過設(shè)計陶瓷固化套外環(huán)面及上下端面與感應(yīng)線圈螺旋部分對應(yīng)端面的距離，保證了電感線圈在固化套和高頻等離子發(fā)生器上的穩(wěn)固性，同時，電感線圈螺旋部分與發(fā)生器石英管的同軸度得到提高。

3、由于電感線圈固化在陶瓷固化套內(nèi)，線圈匝間不存在氣體，避免了電感線圈通過交變電流時匝間氣體電離打弧的問題。

4、通過外循環(huán)冷卻水通道的冷卻水對高頻感應(yīng)等離子發(fā)生器外石英管進行冷卻，防止其被發(fā)生器內(nèi)高溫等離子體燒損，提高了整套高頻感應(yīng)等離子發(fā)生器的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的示意圖；

圖2為本發(fā)明及高頻感應(yīng)等離子發(fā)生器的示意圖；

圖中標號：1-電感線圈；2-陶瓷固化套；3-內(nèi)循環(huán)冷卻水通道；4-外循環(huán)冷卻水通道；5-石英管；6-高頻電源。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對發(fā)明做進一步的詳細描述。

一種高頻感應(yīng)等離子體發(fā)生器雙水冷電感線圈，如圖1所示包括：電感線圈1、陶瓷固化套2、內(nèi)循環(huán)冷卻水通道4和外循環(huán)冷卻水通道3。通過在電感線圈1外部澆筑陶瓷形成陶瓷固化套2，電感線圈1與陶瓷固化套2同軸布置；電感線圈內(nèi)循環(huán)冷卻水通道通過電感線圈薄壁特征實現(xiàn)，內(nèi)冷卻水在電感線圈內(nèi)部對線圈進行換熱冷卻，外循環(huán)冷卻水通道3在陶瓷固化套內(nèi)壁和石英管外壁間形成，外循環(huán)冷卻水通過陶瓷固化套2的導(dǎo)熱作用對電感線圈外部進行冷卻，以此實現(xiàn)電感線圈的內(nèi)部和外部雙水冷，與此同時，通過外循環(huán)冷卻水通道的冷卻水對高頻感應(yīng)等離子發(fā)生器外石英管進行冷卻，防止其被發(fā)生器內(nèi)高溫等離子體燒損，提高發(fā)生器的可靠性。

在上述的一種高頻感應(yīng)等離子發(fā)生器雙水冷電感線圈設(shè)計中，電感線圈匝數(shù)設(shè)計為3～8匝。電感線圈匝間距離設(shè)計為5～50mm。陶瓷固化套2的外環(huán)面距離電感線圈1的螺旋部分的外端面至少10mm。陶瓷固化套2的上下端面距離電感線圈1軸向?qū)?yīng)的外端面距離至少15mm。陶瓷固化套2的內(nèi)壁與石英管外壁之間的距離不小于3mm。

如圖2所示，本發(fā)明應(yīng)用于高頻感應(yīng)等離子發(fā)生器，其工作原理是：電感線圈1末端連接高頻電源6，當交變的高頻電流通過電感線圈1時在石英管5內(nèi)產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場又感應(yīng)出電場，通過強烈的電磁耦合，使得發(fā)生器內(nèi)的工作氣體發(fā)生電離。在整套高頻等離子體發(fā)生器工作的過程中，內(nèi)冷卻水通過內(nèi)循環(huán)冷卻水通道3對感應(yīng)線圈1進行冷卻，外冷卻水通過外循環(huán)冷卻水通道4，一方面通過陶瓷固化套的導(dǎo)熱作用對電感線圈1外部進行冷卻，另一方面，對外石英管5進行冷卻，防止其被發(fā)生器內(nèi)高溫等離子體燒損，以此提高高頻感應(yīng)等離子發(fā)生器感應(yīng)線圈和石英管安全性，提高整套系統(tǒng)的可靠性。

本發(fā)明未公開技術(shù)屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。