一种高频感应等离子发生器双水冷电感线圈的制作方法

本发明涉及高温等离子体技术领域，具体涉及一种双水冷电感线圈设计。

背景技术：

高频感应热等离子体由于其频率高，又称射频感应耦合等离子体。高频等离子体具有如下特点：(1)高频等离子体主要依靠强烈的电磁耦合产生，不需要电极，因此不存在电极蒸发污染的问题，因此产生的等离子体气氛纯净；(2)焦耳热效应的作用，可以使等离子体流达到3000～10000K的极高温度；(3)高频等离子体体积较大，焰流速度低，温度分布均匀平坦。因此，高频等离子体特别适用于难熔颗粒的加工(如球化、固气反应、超细粉制备等)以及对热环境气氛要求较高的深空探测器热防护材料的地面加热实验研究等。

高频感应等离子体主要通过高频感应等离子发生器产生，其工作原理为高频等离子体产生的原理为：高频电源提供的高频电流通过反应器的线圈产生变化的磁场与放电管内的等离子体耦合，使气体发生电离，线圈中的交变磁场产生的感应交变电场，在导电气体中引起电流并产生焦耳热。由此可见，感应线圈为等离子发生器核心部件，感应线圈的匝数、线圈的尺寸与石英灯管的匹配、线圈的冷却效果、线圈尺寸与电源参数的匹配等对高频等离子体发生器的电离效果和安全运行都起到了至关重要的作用。

目前高频感应等离子发生器感应线圈多采用简单方式独立布置在石英灯管外围空间内，在电感线圈末端对线圈进行固定，该种设计条件下感应线圈的可靠性只有通过线圈内部足够的冷却水来保证，通过末端固定的线圈稳固性较差，难以保证线圈与石英灯管的同轴度，与此同时，电感线圈布置于石英灯管外围的开放空间内，由于该空间内气体的存在，很容易在线圈通过交变电流时产生匝间打弧现象，影响了电感线圈的使用寿命和整套高频等离子发生器的安全稳定运行。

技术实现要素：

本发明提供一种高频感应等离子体发生器双水冷电感线圈，强化电感线圈的冷却效果，提高其在高频感应等离子体发生器中的稳固性及其与石英灯管的同轴度，同时避免匝间打弧的问题。

本发明的技术方案是：一种高频感应等离子发生器双水冷电感线圈，包括电感线圈、陶瓷固化套、内循环冷却水通道和外循环冷却水通道；在电感线圈螺旋部分外部浇筑陶瓷形成陶瓷固化套，陶瓷固化套为中空结构且与电感线圈同轴布置；石英管布置在陶瓷固化套空腔内，通过石英管外壁与陶瓷固化套内壁间形成外循环冷却水通道，整个电感线圈为中空结构，其中心通道为内循环冷却水通道，内冷却水通过内循环冷却水通道在电感线圈内部对线圈进行换热冷却，外循环冷却水通道内的外冷却水通过陶瓷固化套的导热作用对电感线圈外部进行冷却。

进一步的，电感线圈匝数设计为3～8匝。

进一步的，电感线圈匝间距离设计为5～50mm。

进一步的，陶瓷固化套的外环面距离电感线圈的螺旋部分的外端面至少10mm。

进一步的，陶瓷固化套的上下端面距离电感线圈轴向对应的外端面距离至少15mm。

进一步的，陶瓷固化套的内壁与石英管外壁之间的距离不小于3mm。

本发明的有益效果为：

1、电感线圈通过内层和外层双冷却，同时保证外循环冷却水通道有足够的流通面积，强化了电感线圈的冷却效果，提高了线圈的可靠性和安全性。

2、电感线圈固化在陶瓷固化套内，并通过设计陶瓷固化套外环面及上下端面与感应线圈螺旋部分对应端面的距离，保证了电感线圈在固化套和高频等离子发生器上的稳固性，同时，电感线圈螺旋部分与发生器石英管的同轴度得到提高。

3、由于电感线圈固化在陶瓷固化套内，线圈匝间不存在气体，避免了电感线圈通过交变电流时匝间气体电离打弧的问题。

4、通过外循环冷却水通道的冷却水对高频感应等离子发生器外石英管进行冷却，防止其被发生器内高温等离子体烧损，提高了整套高频感应等离子发生器的可靠性。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为本发明及高频感应等离子发生器的示意图；

图中标号：1-电感线圈；2-陶瓷固化套；3-内循环冷却水通道；4-外循环冷却水通道；5-石英管；6-高频电源。

具体实施方式

以下结合附图对发明做进一步的详细描述。

一种高频感应等离子体发生器双水冷电感线圈，如图1所示包括：电感线圈1、陶瓷固化套2、内循环冷却水通道4和外循环冷却水通道3。通过在电感线圈1外部浇筑陶瓷形成陶瓷固化套2，电感线圈1与陶瓷固化套2同轴布置；电感线圈内循环冷却水通道通过电感线圈薄壁特征实现，内冷却水在电感线圈内部对线圈进行换热冷却，外循环冷却水通道3在陶瓷固化套内壁和石英管外壁间形成，外循环冷却水通过陶瓷固化套2的导热作用对电感线圈外部进行冷却，以此实现电感线圈的内部和外部双水冷，与此同时，通过外循环冷却水通道的冷却水对高频感应等离子发生器外石英管进行冷却，防止其被发生器内高温等离子体烧损，提高发生器的可靠性。

在上述的一种高频感应等离子发生器双水冷电感线圈设计中，电感线圈匝数设计为3～8匝。电感线圈匝间距离设计为5～50mm。陶瓷固化套2的外环面距离电感线圈1的螺旋部分的外端面至少10mm。陶瓷固化套2的上下端面距离电感线圈1轴向对应的外端面距离至少15mm。陶瓷固化套2的内壁与石英管外壁之间的距离不小于3mm。

如图2所示，本发明应用于高频感应等离子发生器，其工作原理是：电感线圈1末端连接高频电源6，当交变的高频电流通过电感线圈1时在石英管5内产生变化的磁场，变化的磁场又感应出电场，通过强烈的电磁耦合，使得发生器内的工作气体发生电离。在整套高频等离子体发生器工作的过程中，内冷却水通过内循环冷却水通道3对感应线圈1进行冷却，外冷却水通过外循环冷却水通道4，一方面通过陶瓷固化套的导热作用对电感线圈1外部进行冷却，另一方面，对外石英管5进行冷却，防止其被发生器内高温等离子体烧损，以此提高高频感应等离子发生器感应线圈和石英管安全性，提高整套系统的可靠性。

本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。