'以電生火'，不同場景，不同稱謂：用于爐灶，叫做'電燃灶'或'電焰爐'；用于工業(yè)，叫做'電弧等離子體加熱器'或'空氣電弧等離子體焰炬'常用的等離子體產(chǎn)生方法有直流、交流、脈沖、高頻、射頻和微波等。氣體放電等離子體，簡稱等離子。氣體放電等離子體做為物質(zhì)的第四態(tài)，其物性及規(guī)律與固體、液態(tài)、氣態(tài)的各不相同。等離子體是由電子、離子和中性原子三種粒子的混合物。宏觀上，等離子體呈電中性。等離子體是在兩組電極上施加足夠高的電壓，在電極間形成強(qiáng)電場，電場的強(qiáng)度高達(dá)30kV/cm。在強(qiáng)電場的作用下，氣體產(chǎn)生流光放電和局部電離，在氣體電離過程中產(chǎn)生大量的O、羥基、活性因子和自由基……一般來說，溫度在108K左右的等離子體稱高溫等離子體，目前只用于受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)中;具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的等離子體是溫度在2×103~5×104K之間、能持續(xù)幾分鐘乃至幾十小時(shí)的低溫等離子體，主要用氣體放電法和燃燒法獲得。氣體放電又分為電弧放電、高頻感應(yīng)放電和低氣壓放電。前兩者產(chǎn)生的等離子體稱熱等離子體，主要用作高溫?zé)嵩?/span>;后者產(chǎn)生的等離子體稱冷等離子體，具有工業(yè)上可利用的特殊的物理性質(zhì)。高溫等離子體：此種等離子體的溫度可達(dá)106～107℃以上。在此溫度下，原子中的全部電子將逸出原有軌道而成為自由電子。所以，也稱完全電離的等離子體。低溫等離子體：此種等離子體的溫度范圍為101～105℃左右。這時(shí)并不是所有電子都成為自由電子，甚至有的粒子仍然是中性的。故而，也稱部分電離的等離子體。在低溫等離子體中，從熱力平衡或宏觀溫度的角度看可分為：熱等離子體：它的宏觀溫度為103～105℃左右。基本上接近熱力學(xué)平衡狀態(tài)。這時(shí)電子的平均動(dòng)能和重粒子的平均動(dòng)能基本相等，即電子的溫度基本上等于重粒子的溫度。這種情況常發(fā)生在氣體密度較大的條件下。此時(shí)，粒子間頻繁的碰撞使平衡很快建立。燃燒等離子體、電弧等離子體、高頻等離子體、激波等離子體等都屬于熱等離子體。冷等離子體：在稀薄的等離子體內(nèi)，粒子間的碰撞很少，遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡的狀態(tài)可以長期存在。這時(shí)，電子的平均動(dòng)能大大超過重粒子的平均動(dòng)能，即電子的溫度大大高于重粒子的溫度。氣體壓力越低，它們的差別越大。因此，雖然電子溫度很高，達(dá)104～105K，但由于重粒子溫度是很低的。所以，反映出來的宏觀溫度仍然是接近室溫，故稱冷等離子體。日光燈、霓虹燈中的弧光放電，就是冷等離子體的典型代表。電弧等離子體應(yīng)用的進(jìn)展：'電燃灶'或'電焰爐'
之所以取名為電焰灶，是因?yàn)樗狞c(diǎn)火方式為插電生火。其實(shí)，是以脈沖方式供給電流的電弧。民用電壓通過變壓器升壓，使電弧擊穿空氣產(chǎn)生等離子炬，從而產(chǎn)生我們可見的'火'。實(shí)際上，是'空氣電弧等離子體焰炬'。我們知道正常的火焰是沒有多少氧勢的，因?yàn)檠踉诨鹧姘l(fā)育后完全消耗。但是空氣等離子焰！空氣中的氧氣被加熱到800℃用電拆開成單原子態(tài)的氧自由基!，氧自由基的腐蝕效果，在所有氣態(tài)化合物里僅次于氟氣。通常，工業(yè)用途時(shí)，持續(xù)噴入傳統(tǒng)燃料來吸收等離子體里的氧自由基。'焰'(載體)是惰性氣體，并不存在腐蝕問題。眾所周知，電弧能夠迅速的把電能轉(zhuǎn)換為熱能，并且高溫等離子體可以被氣流吹動(dòng)以實(shí)現(xiàn)指定部位的加熱。電弧爐、等離子弧焊槍、割炬就是用了這個(gè)原理。電燃灶之中的等離子火炬裝置，主要用于對(duì)等離子介質(zhì)進(jìn)行電離，產(chǎn)生等離子火炬(火焰)，利用高溫等離子流加熱物體表面(如鍋具等)。其中，火炬發(fā)生器10以及第一介質(zhì)管理模塊21；火炬發(fā)生器包括一點(diǎn)火管道、收縮段104、等徑段105以及擴(kuò)散段106；點(diǎn)火管道的管壁設(shè)置有用于噴射等離子介質(zhì)流的第一噴嘴環(huán)102、中心電極102以及上電極101；第一噴嘴環(huán)120設(shè)置在收縮段104下方，與第一介質(zhì)管理模塊21的輸出段連接；第一噴嘴環(huán)120上設(shè)置有多個(gè)噴射等離子介質(zhì)流的噴口；第一介質(zhì)管理模塊21用于控制等離子介質(zhì)流從第一噴嘴環(huán)噴出。
通過將等離子火炬發(fā)生器10的點(diǎn)火管道結(jié)構(gòu)設(shè)置成收縮段、等徑段以及擴(kuò)散段，使得等離子介質(zhì)流進(jìn)入點(diǎn)火管道后，在收縮段進(jìn)行加速。同時(shí)，利用電極對(duì)等離子介質(zhì)流進(jìn)行電離，形成高溫等離子流，受到收縮段的加速影響，等離子介質(zhì)流在等徑段高速流出，使得具有更高溫度的等離子介質(zhì)流能夠迅速涌出，并在擴(kuò)散段進(jìn)行擴(kuò)散，這樣，使得溫度更高的等離子介質(zhì)流能夠與被加熱物體形成更大面積的接觸，從而提高加熱效率。收縮段104范圍內(nèi)的中心電極設(shè)置有一放電尖端103.這樣，等離子介質(zhì)流在該收縮段開始加速。同時(shí)，受到電離形成等離子流，處于加速狀態(tài)。由于在收縮段104加速流動(dòng)導(dǎo)致下部形成負(fù)壓，有效地減小放電尖端103的損耗。第一噴嘴環(huán)120的噴口121相對(duì)于管壁切向設(shè)置且相對(duì)于水平面呈斜角，使得噴出的等離子流向上快速流動(dòng)，更好地保持中心電極102下部的負(fù)壓狀態(tài)。電感耦合高頻等離子體焰炬(InductivelyCoupled Plasma,ICP)，當(dāng)在感應(yīng)線圈上施加高頻電場時(shí)，由于某種原因(如電火花等)在等離子體工作氣體中部分電離產(chǎn)生的帶電粒子在高頻交變電磁場的作用下做高速運(yùn)動(dòng)，碰撞氣體原子，使之迅速、大量電離，形成雪崩式放電，電離的氣體在垂直于磁場方向的截面上形成閉合環(huán)形的渦流，在感應(yīng)線圈內(nèi)形成相當(dāng)于變壓器的次級(jí)線圈并同相當(dāng)于初級(jí)線圈的感應(yīng)線圈耦合，這種高頻感應(yīng)電流產(chǎn)生的高溫又將氣體加熱、電離，并在管口形成一個(gè)火炬狀的穩(wěn)定的等離子體焰矩。可產(chǎn)生高溫氣流。電弧加熱器系統(tǒng)主要包括大功率電源系統(tǒng)、等離子電弧負(fù)載和等離子電弧加熱器。電弧加熱設(shè)備的基本工作原理為：將可調(diào)節(jié)壓力和流量的壓縮空氣注入電弧加熱器,由電源系統(tǒng)將空氣擊穿電離,形成等離子體電弧,把空氣加熱到高溫狀態(tài),穩(wěn)定的電氣參數(shù)和氣流參數(shù)保證所需溫度的精確性。從供電特性上來講,電弧加熱器裝置的從發(fā)展初期就經(jīng)歷著兩種發(fā)展模式交流電弧加熱器和直流電弧加熱器。交流電弧加熱器采用了交流供電,每半周有一次熄弧和再燃過程,電流方向變化,所以，采用多電極、各相電極交替工作方式,其電源系統(tǒng)直接采用變壓器供電即可,由于交流電弧再燃需要,采用串聯(lián)電抗器實(shí)現(xiàn)降壓和移相的作用。交流電弧加熱器具有電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、投資小等優(yōu)點(diǎn),但存在固有缺陷,熱效率低。直流電弧加熱器采用直流供電,需要變流裝置實(shí)現(xiàn)交流到直流的變換,提供恒定方向的電壓、電流,它可以做到氣流與電弧的長時(shí)間接觸,出口氣流焓值較高,但缺點(diǎn)是需增加變流裝置,投資大,控制復(fù)雜。
電弧加熱器系統(tǒng)設(shè)備要求：1)電弧加熱器本身結(jié)構(gòu)：電弧加熱器是產(chǎn)生試驗(yàn)所需求高焓的主要場所,首先其自身要能夠耐受電弧燒蝕；其次,提高電流或電壓是大功率化的唯一手段,但電流燒蝕電極,對(duì)加熱器危害較大,而電壓同弧長成正比,如何通過增加弧長從而提高電壓,是大功率較好的策略,所以,加熱器結(jié)構(gòu)上應(yīng)該能夠保證盡量得到較長的電弧。2)電源系統(tǒng)：高壓大功率的電弧加熱設(shè)備需要高壓大功率的電源系統(tǒng)提供能量。電源系統(tǒng)必須可以安全提供加熱器所需電壓、電流,高壓大功率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)是對(duì)設(shè)備本身一種考驗(yàn),也是電力電子發(fā)展的一個(gè)重要方向。電弧加熱關(guān)鍵設(shè)備：管式電弧加熱設(shè)備；疊片式電弧加熱設(shè)備；段式電弧加熱設(shè)備。一言概之，等離子加熱采暖——基于'新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)'，契合'柔性直流用電變革建筑用能'。直流高壓母線的電壓則由入口的交流—直流整流器控制，通過調(diào)節(jié)直流母線電壓，調(diào)控建筑的瞬間用電功率。這樣，建筑用電就從以前的剛性負(fù)載特性變?yōu)榭筛鶕?jù)要求調(diào)控的柔性負(fù)載特性，從而實(shí)現(xiàn)'需求側(cè)響應(yīng)'方式的柔性用電。不同功能的建筑、不同的光伏電池安裝量及不同蓄電池的安裝容量，通過調(diào)節(jié)直流母線電壓可實(shí)現(xiàn)不同的功率調(diào)節(jié)深度。蓄電池安裝量越大，實(shí)現(xiàn)的瞬態(tài)功率調(diào)節(jié)深度就越大。而當(dāng)通過智能充電樁接入足夠多的電動(dòng)汽車時(shí)，就可以響應(yīng)電網(wǎng)要求，使建筑瞬態(tài)用電功率在0到100%之間實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。這時(shí)，一座直流供配電建筑就成為一座虛擬的蓄能調(diào)節(jié)電廠，可根據(jù)電網(wǎng)的供需平衡狀況進(jìn)行削峰填谷調(diào)節(jié)。新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不僅關(guān)系著投資，由此孵化的諸多創(chuàng)新與應(yīng)用，更為新消費(fèi)、新制造、新服務(wù)打開廣闊空間。新型基礎(chǔ)設(shè)施不只是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，更包含數(shù)字基礎(chǔ)、運(yùn)算基礎(chǔ)。加快計(jì)算力支撐非常重要。新型基礎(chǔ)設(shè)施是指融合感知、傳輸、存儲(chǔ)、計(jì)算、處理為一體的新一代智能化信息基礎(chǔ)設(shè)施。新型基礎(chǔ)設(shè)施可以分為兩大組成部分：數(shù)字設(shè)施化和設(shè)施數(shù)字化。數(shù)字設(shè)施化部分主要是面向公眾、企業(yè)和機(jī)構(gòu)的通用需求，涵蓋'端(數(shù)字化采集)—管(網(wǎng)絡(luò)化傳輸)—云(智能化計(jì)算)'數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施。設(shè)施數(shù)字化部分主要是面向企業(yè)、行業(yè)的專業(yè)化需求，利用物聯(lián)網(wǎng)、先進(jìn)計(jì)算、人工智能等新一代信息技術(shù)對(duì)交通運(yùn)輸、能源水利、市政、環(huán)保等傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化升級(jí)而建設(shè)形成的信息設(shè)施。新型基礎(chǔ)設(shè)施重在'創(chuàng)新'。數(shù)字設(shè)施化是新型基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，'新型'強(qiáng)調(diào)的是數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施新的發(fā)展方向，主要包括5G、千兆光纖寬帶、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、新型互聯(lián)網(wǎng)交換中心等。新型基礎(chǔ)設(shè)施重在'融合'。區(qū)別于傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施，'新型'強(qiáng)調(diào)的是信息技術(shù)與傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的深度融合，助力其高質(zhì)量發(fā)展，新發(fā)展方向包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、電力物聯(lián)網(wǎng)、城市感知設(shè)施、智能化市政設(shè)施和城市部件等。新型基礎(chǔ)設(shè)施重在'智能'。新型基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的側(cè)重點(diǎn)不只是在網(wǎng)絡(luò)連接能力建設(shè)，'新型'更加重視數(shù)據(jù)采集和智能化計(jì)算環(huán)節(jié)的發(fā)展，云計(jì)算、邊緣計(jì)算等先進(jìn)計(jì)算能力是人工智能的算力基礎(chǔ)，需要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和統(tǒng)籌部署。
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