[发明专利]烧蚀性等离子体枪

说明书

技术领域

本发明主要涉及等离子体枪，特别地，本发明涉及烧蚀性等离子 体枪，且本发明还涉及用于电弧装置的触发器。

背景技术

电弧装置被用于多种应用中，这些应用包括在转让给本发明的受让 人的美国专利4,259,704中所述的串联电容器保护装置、高功率开关、 发声器、冲击波发生器以及脉冲等离子体推进器。这些装置具有被空气 或另一种气体的间隙分开的两个或更多个电极。偏压被施加到间隙两端 的电极上。间隙中的触发装置使间隙中的气体的一部分被电离，从而提 供了在电极之间引发电弧放电的传导性路径。

常规的火花间隙触发涉及到将高电压脉冲施加到触发器销上。触发 器脉冲的大小在很大程度上取决于火花间隙两端的偏压。尽管这种脉冲 触发得到了广泛使用，但触发器源及其电子器件的成本比主火花间隙本 身的成本高出几倍。例如，在600V系统中，对于20mm的间隙而言，所 需的触发器电压为至少250KV。

发明内容

本发明的一个方面在于一种等离子体枪，所述等离子体枪具有位于 由烧蚀性材料如烧蚀性聚合物形成的端部开口的室的沿对角线相对的 端部处的两个间隙电极。扩散型喷嘴以超声速度喷射并散布烧蚀性等离 子体。

本发明的另一方面在于利用烧蚀性等离子体来触发主电弧装置，如 电弧短路器(arc crowbar)或高功率开关，这种触发与现有的触发器 相比更快且利用了更少的触发器能量。

本发明的另一方面在于通过烧蚀性等离子体的性质来控制主电弧 装置中触发的电弧的引发性质，所述烧蚀性等离子体的性质进一步地可 由烧蚀性等离子体枪的设计参数来控制。

本发明的另一方面在于借助廉价的烧蚀性等离子体枪设计并通过 降低触发能量和相关的触发器电路需求来降低用于触发电弧装置的成 本。

附图说明

在结合附图阅读下面的详细描述时将更好地理解本发明的这些和 其它特征、方面和优点，在所有的附图中，相似的附图标记代表相似的 部件，其中：

图1是根据本发明的多个方面的烧蚀性等离子体枪的剖视图；

图2是用来触发电弧装置的烧蚀性等离子体枪的总电路图；

图3是电弧装置的烧蚀性等离子体枪触发器的典型电路图；

图4是触发电弧短路器的烧蚀性等离子体枪的剖视图；

图5是触发电弧短路器的烧蚀性等离子体枪的透视图；和

图6示出了在单个模型中由单一材料模制成型的烧蚀性等离子体 枪的一个实施例。

具体实施方式

图1是等离子体枪20的剖视图，所述等离子体枪具有第一电极22 和第二电极24、由烧蚀性材料形成的杯形结构26以及扩散型喷嘴30。 施加在电极22、24之间的电位脉冲形成了电弧32，所述电弧加热且烧 蚀掉一些杯形结构26材料从而形成了处于高压力下的高传导性等离子 体34。该等离子体在超声速度下以散布图案的形式被排出喷嘴30。

可通过电极的尺寸和分离、杯形结构26的内室28的尺寸、烧蚀性 材料的类型、触发器脉冲形状和能量以及喷嘴形状来控制等离子体射流 34的特性如速度、离子浓度和散布性。杯形结构材料可以是聚四氟乙烯、 聚甲醛、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、其它烧蚀性聚合物或这 些材料的各种混合物。室28可大体上是细长的且呈圆柱形并具有封闭 端部，以使触发器脉冲能量、烧蚀响应时间和喷射时间最小化，并且使 等离子体的产生最大化，或该室可呈现另一种形状。

等离子体枪可具有用于支承电极22、24和杯形结构26的基底36， 如图所示。盖38可封住其它元件并提供喷嘴30。杯形结构26可被保持 在基底36与盖38之间，如图所示。基底36和盖38可由与杯形结构相 同的材料制成或由不同材料如难熔材料或陶瓷材料制成。每个电极22、 24具有通过杯形结构26的壁部而进入室28的相应的远端23、25。电 极22、24可被成形为如图所示的金属丝以使成本最小化，或所述电极 可具有已公知的其它形式。电极23、25的远端可跨过室28沿对角线相 对并且如图所示沿室28的长度被分开以便为枪的电弧32提供间隙。电 极或至少电极远端的材料可以是钨钢、钨、其它高温难熔金属/合金、 碳/石墨或其它适当的电弧电极材料。