'以电生火'，不同场景，不同称谓：用于餐厨，叫做电燃灶或电焰炉；用于工业，叫做电弧等离子体加热器或空...

'以电生火'，不同场景，不同称谓：用于炉灶，叫做'电燃灶'或'电焰炉'；用于工业，叫做'电弧等离子体加热器'或'空气电弧等离子体焰炬'

常用的等离子体产生方法有直流、交流、脉冲、高频、射频和微波等。气体放电等离子体，简称等离子。气体放电等离子体做为物质的第四态，其物性及规律与固体、液态、气态的各不相同。等离子体是由电子、离子和中性原子三种粒子的混合物。宏观上，等离子体呈电中性。等离子体是在两组电极上施加足够高的电压，在电极间形成强电场，电场的强度高达30kV/cm。在强电场的作用下，气体产生流光放电和局部电离，在气体电离过程中产生大量的O、羟基、活性因子和自由基……

一般来说，温度在10⁸K左右的等离子体称高温等离子体，目前只用于受控热核聚变实验中;具有工业应用价值的等离子体是温度在2×10³~5×10⁴K之间、能持续几分钟乃至几十小时的低温等离子体，主要用气体放电法和燃烧法获得。气体放电又分为电弧放电、高频感应放电和低气压放电。前两者产生的等离子体称热等离子体，主要用作高温热源;后者产生的等离子体称冷等离子体，具有工业上可利用的特殊的物理性质。

高温等离子体：此种等离子体的温度可达10⁶～10⁷℃以上。在此温度下，原子中的全部电子将逸出原有轨道而成为自由电子。所以，也称完全电离的等离子体。

低温等离子体：此种等离子体的温度范围为10¹～10⁵℃左右。这时并不是所有电子都成为自由电子，甚至有的粒子仍然是中性的。故而，也称部分电离的等离子体。在低温等离子体中，从热力平衡或宏观温度的角度看可分为：

热等离子体：它的宏观温度为10³～10⁵℃左右。基本上接近热力学平衡状态。这时电子的平均动能和重粒子的平均动能基本相等，即电子的温度基本上等于重粒子的温度。这种情况常发生在气体密度较大的条件下。此时，粒子间频繁的碰撞使平衡很快建立。燃烧等离子体、电弧等离子体、高频等离子体、激波等离子体等都属于热等离子体。

冷等离子体：在稀薄的等离子体内，粒子间的碰撞很少，远离热力学平衡的状态可以长期存在。这时，电子的平均动能大大超过重粒子的平均动能，即电子的温度大大高于重粒子的温度。气体压力越低，它们的差别越大。因此，虽然电子温度很高，达10⁴～10⁵K，但由于重粒子温度是很低的。所以，反映出来的宏观温度仍然是接近室温，故称冷等离子体。日光灯、霓虹灯中的弧光放电，就是冷等离子体的典型代表。

电弧等离子体应用的进展：'电燃灶'或'电焰炉'

之所以取名为电焰灶，是因为它的点火方式为插电生火。其实，是以脉冲方式供给电流的电弧。民用电压通过变压器升压，使电弧击穿空气产生等离子炬，从而产生我们可见的'火'。实际上，是'空气电弧等离子体焰炬'。我们知道正常的火焰是没有多少氧势的，因为氧在火焰发育后完全消耗。但是空气等离子焰！空气中的氧气被加热到800℃用电拆开成单原子态的氧自由基!，氧自由基的腐蚀效果，在所有气态化合物里仅次于氟气。通常，工业用途时，持续喷入传统燃料来吸收等离子体里的氧自由基。'焰'(载体)是惰性气体，并不存在腐蚀问题。

众所周知，电弧能够迅速的把电能转换为热能，并且高温等离子体可以被气流吹动以实现指定部位的加热。电弧炉、等离子弧焊枪、割炬就是用了这个原理。电燃灶之中的等离子火炬装置，主要用于对等离子介质进行电离，产生等离子火炬(火焰)，利用高温等离子流加热物体表面(如锅具等)。其中，火炬发生器10以及第一介质管理模块21；火炬发生器包括一点火管道、收缩段104、等径段105以及扩散段106；点火管道的管壁设置有用于喷射等离子介质流的第一喷嘴环102、中心电极102以及上电极101；第一喷嘴环120设置在收缩段104下方，与第一介质管理模块21的输出段连接；第一喷嘴环120上设置有多个喷射等离子介质流的喷口；第一介质管理模块21用于控制等离子介质流从第一喷嘴环喷出。

通过将等离子火炬发生器10的点火管道结构设置成收缩段、等径段以及扩散段，使得等离子介质流进入点火管道后，在收缩段进行加速。同时，利用电极对等离子介质流进行电离，形成高温等离子流，受到收缩段的加速影响，等离子介质流在等径段高速流出，使得具有更高温度的等离子介质流能够迅速涌出，并在扩散段进行扩散，这样，使得温度更高的等离子介质流能够与被加热物体形成更大面积的接触，从而提高加热效率。

收缩段104范围内的中心电极设置有一放电尖端103.这样，等离子介质流在该收缩段开始加速。同时，受到电离形成等离子流，处于加速状态。由于在收缩段104加速流动导致下部形成负压，有效地减小放电尖端103的损耗。第一喷嘴环120的喷口121相对于管壁切向设置且相对于水平面呈斜角，使得喷出的等离子流向上快速流动，更好地保持中心电极102下部的负压状态。

'电弧等离子体加热器'或'空气电弧等离子体焰炬'

电感耦合高频等离子体焰炬(InductivelyCoupled Plasma,ICP)，当在感应线圈上施加高频电场时，由于某种原因(如电火花等)在等离子体工作气体中部分电离产生的带电粒子在高频交变电磁场的作用下做高速运动，碰撞气体原子，使之迅速、大量电离，形成雪崩式放电，电离的气体在垂直于磁场方向的截面上形成闭合环形的涡流，在感应线圈内形成相当于变压器的次级线圈并同相当于初级线圈的感应线圈耦合，这种高频感应电流产生的高温又将气体加热、电离，并在管口形成一个火炬状的稳定的等离子体焰矩。可产生高温气流。

电弧加热器系统主要包括大功率电源系统、等离子电弧负载和等离子电弧加热器。电弧加热设备的基本工作原理为：将可调节压力和流量的压缩空气注入电弧加热器,由电源系统将空气击穿电离,形成等离子体电弧,把空气加热到高温状态,稳定的电气参数和气流参数保证所需温度的精确性。

从供电特性上来讲,电弧加热器装置的从发展初期就经历着两种发展模式交流电弧加热器和直流电弧加热器。交流电弧加热器采用了交流供电,每半周有一次熄弧和再燃过程,电流方向变化,所以，采用多电极、各相电极交替工作方式,其电源系统直接采用变压器供电即可,由于交流电弧再燃需要,采用串联电抗器实现降压和移相的作用。交流电弧加热器具有电源系统结构简单、投资小等优点,但存在固有缺陷,热效率低。直流电弧加热器采用直流供电,需要变流装置实现交流到直流的变换,提供恒定方向的电压、电流,它可以做到气流与电弧的长时间接触,出口气流焓值较高,但缺点是需增加变流装置,投资大,控制复杂。

电弧加热器系统设备要求：1)电弧加热器本身结构：电弧加热器是产生试验所需求高焓的主要场所,首先其自身要能够耐受电弧烧蚀；其次,提高电流或电压是大功率化的唯一手段,但电流烧蚀电极,对加热器危害较大,而电压同弧长成正比,如何通过增加弧长从而提高电压,是大功率较好的策略,所以,加热器结构上应该能够保证尽量得到较长的电弧。2)电源系统：高压大功率的电弧加热设备需要高压大功率的电源系统提供能量。电源系统必须可以安全提供加热器所需电压、电流,高压大功率的同时实现是对设备本身一种考验,也是电力电子发展的一个重要方向。

电弧加热关键设备：管式电弧加热设备；叠片式电弧加热设备；段式电弧加热设备。

一言概之，等离子加热采暖——基于'新型基础设施建设'，契合'柔性直流用电变革建筑用能'。

柔性直流用电变革建筑用能

直流高压母线的电压则由入口的交流—直流整流器控制，通过调节直流母线电压，调控建筑的瞬间用电功率。这样，建筑用电就从以前的刚性负载特性变为可根据要求调控的柔性负载特性，从而实现'需求侧响应'方式的柔性用电。

不同功能的建筑、不同的光伏电池安装量及不同蓄电池的安装容量，通过调节直流母线电压可实现不同的功率调节深度。蓄电池安装量越大，实现的瞬态功率调节深度就越大。而当通过智能充电桩接入足够多的电动汽车时，就可以响应电网要求，使建筑瞬态用电功率在0到100%之间实时调节。这时，一座直流供配电建筑就成为一座虚拟的蓄能调节电厂，可根据电网的供需平衡状况进行削峰填谷调节。

新型基础设施建设

新型基础设施建设不仅关系着投资，由此孵化的诸多创新与应用，更为新消费、新制造、新服务打开广阔空间。新型基础设施不只是网络基础，更包含数字基础、运算基础。加快计算力支撑非常重要。

新型基础设施是指融合感知、传输、存储、计算、处理为一体的新一代智能化信息基础设施。新型基础设施可以分为两大组成部分：数字设施化和设施数字化。数字设施化部分主要是面向公众、企业和机构的通用需求，涵盖'端(数字化采集)—管(网络化传输)—云(智能化计算)'数字基础设施。设施数字化部分主要是面向企业、行业的专业化需求，利用物联网、先进计算、人工智能等新一代信息技术对交通运输、能源水利、市政、环保等传统基础设施进行数字化、网络化、智能化升级而建设形成的信息设施。

新型基础设施重在'创新'。数字设施化是新型基础设施发展的基础和先导，'新型'强调的是数字基础设施新的发展方向，主要包括5G、千兆光纤宽带、物联网、云计算、边缘计算、新型互联网交换中心等。

新型基础设施重在'融合'。区别于传统基础设施，'新型'强调的是信息技术与传统基础设施的深度融合，助力其高质量发展，新发展方向包括工业物联网、车联网、电力物联网、城市感知设施、智能化市政设施和城市部件等。

新型基础设施重在'智能'。新型基础设施发展的侧重点不只是在网络连接能力建设，'新型'更加重视数据采集和智能化计算环节的发展，云计算、边缘计算等先进计算能力是人工智能的算力基础，需要加强基础研究和统筹部署。