等离子枪和包括等离子枪的加热装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种等离子枪，用于加热气体，更具体来说用于加热位于加热空间内的空气，该等离子枪包括喷嘴，该喷嘴包括喷嘴壁和位于该喷嘴壁内的喷嘴开口。此外，本发明涉及包括加热空间和等离子枪的加热装置。
【背景技术】
[0002]加热装置的热源一般基于燃料的燃烧，燃料通常为天然气。最近，增多量的研究已经集中在替代热源的使用上。在加热装置的一个公开和可能能够用作用于加热装置的热源的装置的一些公开中，等离子枪的使用起到作用。
[0003]等离子枪时能够产生等离子弧的装置，等离子弧从电连接至电压源的阴极延伸。在产生非转移等离子弧的等离子枪中，等离子弧在阴极和阳极之间的空间中产生，阳极为等离子枪的一部分，一般为喷嘴壁。为了产生和保持等离子弧，高电位差是必要的。由于形成等离子的离子化分子，等离子弧是可见的。等离子枪一般包括通道，用于将等离子气体供应至阴极和阳极之间的空间。高电位差的结果是，在等离子弧中的或附近的的等离子气体被转换为等离子，即离子化等离子气体分子。因为等离子气体随后的供应，等离子弧的体积将提高，并且因此在等离子弧中的和周围的温度将提高。传统上，等离子气体为氩气、或氦气、或氢气、或者这些气体的混合物。等离子气体储存在合适的加压气瓶中。许多等离子枪包括单独的、封闭的、水基冷却系统，以保护阴极和等离子枪的其他部分免受等离子的高温。但是，水基冷却系统中的水不直接接触等离子弧。在又一其他等离子枪中，水蒸气或水在阳极至阴极的方向上被引导朝向等离子弧用于产生高速蒸气，参见US2010/0252537。在该专利文件中公开的等离子枪使用氩气的等离子气体代替水蒸气产生等离子弧。产生非转移等离子弧的传统的等离子枪的喷嘴开口的截面一般为具有0.2-0.6mm直径的圆形。喷嘴直径的此特征允许等离子弧聚焦、热量集中。等离子枪主要用于焊接或切割金属物体，US专利5，360，495公开了一种等离子枪，产生宽的、但仍然直的、延伸通过喷嘴开口的等离子“束”。喷嘴开口的长度为使得磁体能够沿喷嘴开口定位。在此专利文件中公开的喷嘴开口的截面为椭圆形，使得等离子弧能够被磁体操纵，使得生成宽的等离子“束”。此喷嘴开口被设计为将等离子弧集中、而不是分散，以产生尖锐的切割边缘。
[0004]CAl 242 000公开了一种装置，包括用于加热高容量空气的等离子枪，该装置可能够用作用于加热装置的热源。这里，等离子弧在椭圆形空间内延伸，椭圆形空间由位于该空间后部附近的电极和位于该空间前部附近的另一电极限定。通过将大量的空气导引通过此空间，等离子弧的热量被释放，并且等离子枪、更具体地是其阴极被保护免受可能的破坏性的高温。此文件没有公开等离子气体被用于供给至等离子弧。可能的是使用了传统的等离子气体。传统的等离子气体被储存在气瓶中，需要重要的安全措施。因此使用在此文件中公开的装置的加热装置不适合用在用于家庭用途的加热装置中，例如用于加热房子。除了传统的气体储存不安全的事实以外，传统的等离子气体的成本本身能够增加整体成本。结果，这种加热装置关于使用成本是不利的。这种系统的另一缺点在于只有高容量空气能够被加热。因此，此系统难于被连接至属于房子中的加热装置的现存的水管道系统。又一缺点在于这种等离子枪包括两个单独的通道系统，一个用于冷却装置的水，一个用于保持等离子弧和提高等离子弧中以及周围的温度的等离子气体。单独的通道系统的生产成本增加了整体的生产成本。而且，此文件没有公开系统的效率的评价。换句话说，其没有公开用于加热高容量空气的潜在使用成本。因此，这种加热装置关于使用成本是否能够与传统的加热装置竞争是不清楚的。
[0005]UA81989公开了一种包括等离子枪的蒸汽发生器。此蒸汽发生器可能够用作用于加热装置的热源。在此情况下，代替等离子弧的蒸汽将提供热源。也就是，在此蒸汽发生器中，冷水被引导沿着由等离子枪产生的等离子弧，主要目标是生成水蒸气或高速蒸汽。将水的体积转化为水蒸气所需的能量减小了系统的效率。另一缺点在于相对大量的冷凝水需要被丢弃。此文件没有公开所使用的等离子气体。因此，能够假设使用传统的等离子气体，以上提到的关于用于家庭用途的加热装置的缺点是相关的。
[0006]DE3735341公开了一种加热装置，其中热源是基于等离子枪。加热装置包括单独的水通道系统，其中水被用作冷却剂，但是不直接接触等离子弧。其包括用于将水供应至燃烧空间的机构，等离子弧延伸通过该燃烧空间。根据以上提到的此专利的发明者，燃烧空间中的水被转化为蒸汽，且热分解以形成氢气。氢气随后被燃烧。此文件没有公开所使用的等离子气体。因此，能够假设使用传统的等离子气体，以上提到的关于用于家庭用途的加热装置的缺点是相关的。在此文件中公开了燃烧空间中的温度能够高达1200°C。但是，可假设当等离子弧产生时，温度将高出许多倍，并能够达到导致材料破坏的温度。也就是，等离子弧中的温度能够高达8000°C。因为水的分解产生氢气，且此氢气在燃烧空间中燃烧，可假设水和/或水蒸气的供应不具有实质的冷却效果。此文件没有提到保护加热装置的冷却措施。提高燃烧空间的尺寸不能解决问题，因为这将降低用于燃烧的氢气的浓度。而且，此文件没有公开加热装置的效率的评估。因此，这种加热装置关于使用成本是否能够与使用天然气的传统的加热装置竞争是不清楚的。
[0007]当设计用于加热装置或用于与等离子枪结合的加热装置的等离子枪时，产生的问题在不同的方式中涉及温度。重要的是，等离子弧中和等离子弧周围的高温不造成加热装置或等离子枪自身的破坏。提高加热装置中的加热空间的体积不是优选的，因为这将阻止加热装置与传统的加热装置定位在相同的位置。因此重要的是，等离子弧的强度被控制。但是，操作等离子弧的可能性是有限的。必须考虑的约束是，阴极和阳极之间的距离太大，其结果是更加难以生成和/或保持等离子弧，等离子枪内侧和外侧传输热量的有限的可能性，生成和/或保持等离子弧所需的大量的电能，其结果是热效率降低，等等。一方面，应当保证等离子枪的冷却能力能够防止材料破坏和不稳定的电弧，并且另一方面，应当保证产生的热量和使用电能的比例仅可能高。与温度无关的另一问题是如传统使用的氩气、氦气、和/或氢气的等离子气体的储存是不安全的。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的目的在于提供一种等离子枪或者包括等离子枪的加热装置，不使用储存在气瓶中的等离子气体。此外，本发明的目的在于提供一种加热装置，呈现的使用成本等于或低于使用天然气的传统的加热装置的使用成本。此外，本发明的目的在于提供一种加热装置，适于家庭用途，例如用于加热房子，且能够被成本有效地制造并能够被连接至现存的供水系统。
[0009]为了实现这些目的中的至少一个，本发明提供一种等离子枪，用于加热气体，更特别为，位于加热空间内的空气，该等离子枪包括喷嘴，该喷嘴包括喷嘴壁和位于该喷嘴壁内的喷嘴开口，其中喷嘴开口的截面的最大直径关于喷嘴开口的第一长度的比例大于2。
[0010]在本发明的一实施例中，以上提到的比例在2-3的范围内。在另一实施例中，以上提到的比例在3-4的范围内。
[0011]如上描述的包括喷嘴的等离子枪的主要优点在于，其能够产生高度发散的等离子弧。因此，由等离子弧产生的热量的扩散被提高，将这种等离子枪使用在用于家庭用途的加热装置中所需的措施更少。当使用传统的等离子枪时，从喷嘴开口至环绕加热空间的壁的相对的壁部分的距离应当相对高，从而防止该壁部分的破坏。由于所需的此大距离，与用于家庭用途的加热装置结合使用传统的等离子枪是不现实的。但是，根据本发明的等离子枪的一个优点是发散的等离子弧使得用于家庭用途的加热装置中的加热空间的现实尺寸成为可能。
[0012]如这里关于喷嘴开口使用的术语“长度”旨在包含由喷嘴壁的截面限定的喷嘴开口的平均尺寸，该尺寸平行于等离子弧延伸通过喷嘴开口的主方向。
[0013]如这里关于喷嘴开口使用的术语“截面”旨在包含横截等离子弧延伸通过喷嘴开口的主方向的截面。
[0014]在根据本发明的等离子枪的示例性实施例中，喷嘴壁的厚度基本等于喷嘴开口的第一长度，且不超过3mm。
[0015]由于喷嘴开口的第一长度与喷嘴开口的截面面积相比相对较低，其不期望等离子弧将延伸通过喷嘴开口并作为辐射束的聚焦束离开等离子枪。优选地，第一长度在I至2_的范围内。
[0016]在根据本发明的等离子枪的示例性实施例中，喷嘴开口具有非圆形的截面。
[0017]已发现，非圆形的喷嘴开口有利于提高等离子弧的扩散，和随后的源于等离子弧的热量的扩散，换句话说，用于加宽等离子弧，同时另外用于获得稳定的等离子弧。
[0018]优选地，喷嘴壁包括具有椭圆形截面的喷嘴开口，其中，截面的第二长度大于截面的宽度至少1.3倍。在不希望被理论束缚的情况下，宽度能够足够保持等离子弧，而第二长度使得其等离子弧的扩散被提高。
[0019]在根据本发明的等离子枪的另一示例性实施例中