DC等离子体焰炬电力设计方法和设备技术

一种用于使DC等离子体焰炬工作的方法和设备。所使用的电源至少是所使用的平均工作电压的两倍，从而使所述焰炬更稳定工作。所述焰炬可以包括两个同心圆柱电极，所述电极可以是石墨，并且等离子体合成气体可以是氢气。所提供的电源还具有以至少20千伏的脉冲电压点燃所述焰炬的能力。

【技术实现步骤摘要】
DC等离子体焰炬电力设计方法和设备本申请是申请日为2016年07月26日、申请号为201680056461.8、专利技术名称为“DC等离子体焰炬电力设计方法和设备”的中国专利申请(其对应PCT申请的申请日为2016年07月26日、申请号为PCT/US2016/044039)的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求2015年7月29日提交的美国临时申请62/198,431的优先权，上述申请通过引用而全文并入于此。
本专利技术一般涉及的
是利用电能来实现化学变化的方法和设备。
技术介绍
无论产品或过程如何独特，随着时间的推移，所有的制造过程都在寻找更高效且更有效的方式。这可以采用原材料成本、能量成本、或过程稳定性和效率的简单改进等的形式。一般来说，作为大部分制造过程(如果不是全部的话)的成本的主要部分的原材料成本和能量资源实际上趋向于随时间而增加，这是因为如果没有其它原因，则规模会扩大并且产量会增加。出于这些和其它原因，在本领域不断搜索不仅改进过程和生产的产品而且还以更高效率且有效的方式生产产品的方式。这里描述的系统满足上述的挑战，同时还实现附加的改进。
技术实现思路
描述了一种方法，其使用等离子体合成气体和工作电压电源来使DC等离子体电弧焰炬工作，其中，所述电源至少是所使用的平均工作电压的两倍，从而使得所述焰炬更稳定地工作，该更稳定地工作包括电压波动减少以及所述电弧基本上不熄灭。附加实施例包括：在上述方法中，所述焰炬在功率调节模式下工作，其中在该功率调节模式下，所述电源在给定功率设定点处工作，并且所述电源调节输出电压和电流这两者以使输出功率保持在所述设定点处；在上述方法中，所述焰炬利用电流设定点进行工作，其中在该电流设定点处，所述电源切换为电流调节模式以保持所述电弧不熄灭，然后使所述电流设定点升高并且在电流高到足以保持所述电弧不熄灭的情况下切换回所述功率调节模式，从而使得电压波动被基本上消除并且电弧熄灭被基本上消除；在上述方法中，所述焰炬包括同心圆柱电极；在上述方法中，所述电源具有以至少20千伏的脉冲电压点燃所述焰炬的能力；在上述方法中，所述电极包括石墨；在上述方法中，所述等离子体合成气体是氢气。描述了一种设备，其包括DC等离子体焰炬和工作电压电源，其中，所述电源至少是所使用的平均工作电压的两倍，从而使得所述焰炬更稳定地工作。附加实施例包括：在上述设备中，所述焰炬包括同心圆柱电极；在上述设备中，所述电源具有以至少20千伏的脉冲电压点燃所述焰炬的能力；在上述设备中，所述电源包含感应滤波器，所述感应滤波器分布在调节器的正极腿和负极腿之间以防止所述等离子体焰炬和/或点燃器所引起的传导发射反馈回敏感电子部件；在上述设备中，还包括滤波元件，所述滤波元件用于使所述敏感电子部件在瞬时测量或累积测量中暴露于电压或电流形式的能量的50％以下；在上述设备中，所述电源包含斩波调节器的输出处的滤波元件以对高频能量进行分流；在上述设备中，所述电源包含并联配置的斩波调节器以实现冗余；在上述设备中，所述电源包含串并联配置的斩波调节器以允许使用较低的阻断电压；在上述设备中，所述电极包括石墨。根据以下说明，这些和附加实施例将变得显而易见。附图说明图1示出如这里所述的典型焰炬的示意性表示。图2示出如这里所述的典型系统的示意性表示。具体实施方式这里所示的详情利用示例的方式并且仅用于说明性地讨论本专利技术的实施例，并且是为了提供被认为是对本专利技术的原理和概念方面最有用且最容易理解的描述而呈现的。在这方面，没有尝试比对本专利技术的基本理解所必需的更详细地示出本专利技术的详情，该描述使得关于可以如何在实践中实现本专利技术的多个形式对于本领域技术人员而言是显而易见的。现将参考更详细的实施例来描述本专利技术。然而，本专利技术能够以不同形式实现，并且不应当被理解为受限于这里阐述的实施例。相反，这些实施例被提供以使得本公开将是全面且完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本专利技术的范围。除非另有定义，这里所使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。这里在本专利技术的描述中所使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本专利技术。如在本专利技术的描述和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另有明确指示，单数形式“a”、“an”和“the”还包括复数形式。这里所提及的所有公布、专利申请、专利和其它引用文献明确地通过引用而全文并入于此。除非另有指示，说明书和权利要求书中所使用的所有表示成分数量的数字、以及反应条件等被理解为在所有情况下通过术语“约”来修饰。因此，除非有相反指示，以下说明书和所附权利要求书中阐述的数值参数是可以根据旨在通过本专利技术获得的期望属性而变化的近似值。至少不应认为是尝试将等同原则的应用限制到权利要求书的范围，各数值参数应该根据有效数字的数量和一般舍入方法来进行解释。尽管阐述本专利技术的宽范围的数值范围和参数是近似值，但可以尽可能精确地报告具体示例中所阐述的数值。然而，任何数值固有地包含由它们各自的测试测量中发现的标准偏差所必然导致的某些误差。在该说明书中给出的每个数值范围将包括落在这种更宽数值范围内的每个较窄数值范围，就如同这种较窄数值范围都在这里明确写出一样。本专利技术的附加优点将在以下的描述中部分阐述，并且其中一部分将根据以下描述而变得显而易见，或者可以通过实践本专利技术而获悉。应当理解，前面的一般描述和以下的详细描述仅仅是示例性和说明性的，而不限制所要求保护本专利技术。DC等离子体电弧焰炬所用的典型DC(directcurrent，直流)电源的大小通常被设计为使得该DC电源的最大电压比焰炬的预期工作电压高35％。对于采用同心圆柱作为电极的焰炬设计(例如参见美国专利4,289,949和5,481,080，其公开内容通过引用而并入于此)，电弧行为可能是不稳定的，例如表现为针对电弧的大的电压波动、或者甚至是电弧的熄灭。为了获得这种焰炬的稳定工作，应该使用比平均工作电压大两倍的最大电源电压。这样将使得针对电弧的电压波动减少或最小化并且电弧熄灭被基本上消除。另外，出于相同的目的，与更常用的较低电压(例如，6kV～12kV)相反，需要较高的电压脉冲(例如，20千伏(kV))来点燃焰炬。由于需要较高的电压，因此还需要适当的电容滤波器来防止对用于控制电力电子开关装置的敏感电子部件的损坏。此外，如果使用同心圆柱石墨杆，则在电源的大小没有如这里所述被适当设计(例如，为大于通常用于传统DC等离子体焰炬的电源的大小)的情况下，过程完全不能稳定地运行。使焰炬在功率调节模式下工作还有助于减少电压波动。通常，大部分焰炬在电流调节模式下运行，其中电源被赋予电流设定点，然后该电源调节其输出电压以使电流保持在设定点处，而与负载电压无关。在功率调节模式中，电源被赋予功率设定点，然后该电源调节输出电压和电流这两者以使输出功率保持在设定点处。在功率调节模式下运行将大大减少电压波动，但是如果电流和电压漂移得太远并且电流太低、则可能导致本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其使用等离子体合成气体和工作电压电源来使DC等离子体电弧焰炬工作，其中，所述电源至少是所使用的平均工作电压的两倍，从而使得所述焰炬更稳定地工作，该更稳定地工作包括电压波动减少以及所述电弧基本上不熄灭。/n

【技术特征摘要】
20150729 US 62/198,4311.一种方法，其使用等离子体合成气体和工作电压电源来使DC等离子体电弧焰炬工作，其中，所述电源至少是所使用的平均工作电压的两倍，从而使得所述焰炬更稳定地工作，该更稳定地工作包括电压波动减少以及所述电弧基本上不熄灭。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述焰炬在功率调节模式下工作，其中在该功率调节模式下，所述电源在给定功率设定点处工作，并且所述电源调节输出电压和电流这两者以使输出功率保持在所述设定点处。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述焰炬利用电流设定点进行工作，其中在该电流设定点处，所述电源切换为电流调节模式以保持所述电弧不熄灭，然后使所述电流设定点升高并且在电流高到足以保持所述电弧不熄灭的情况下切换回所述功率调节模式，从而...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·莫斯，B·T·诺埃尔，
申请(专利权)人：巨石材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US