等離子體噴槍的陰極冷卻結構的制作方法
【專利摘要】一種等離子體噴槍的陰極冷卻結構，涉及到一種等離子體噴槍的陰極結構，由后座、陰極套和陰極頭構成，后座的回轉體結構內有導流管，陰極套為中空回轉體結構，陰極套的內空間構成冷卻腔，陰極頭嵌入到陰極套的前端內，陰極頭的前端從陰極套中伸出，陰極頭的后端為圓錐體的冷卻尾突，冷卻尾突伸入到冷卻腔中，后座上的導流管伸入到陰極套的冷卻腔中，導流管的出水口包圍住陰極頭后端的冷卻尾突；導流管的外壁與后座壁體之間的空間構成回水通道，導流管的內空間構成導流通道，冷卻水輸入接口連通到導流通道，導流通道通過陰極頭后端的冷卻尾突周圍空間連通到回水通道。本發明的陰極冷卻結構，進行貼近沖刷方式冷卻陰極頭，能快速把陰極頭部的熱量移去，使陰極不易被燒蝕。
【專利說明】等離子體噴槍的陰極冷卻結構
【技術領域】
[0001]本發明涉及等離子體設備，特別是涉及到一種等離子體噴槍的陰極結構。
【背景技術】
[0002]當前，等離子技術已得到廣泛的應用，工業上應用于等離子點火、等離子噴涂、金屬冶煉、等離子加熱制造納米材料、切割、垃圾焚燒廢物處理等。等離子體的處理方式和一般的方式大不一樣，等離子體是在電離層或放電現象下所形成的一種狀態，伴隨著放電現象將會生成了激發原子、激發分子、離解原子、游離原子團、原子或分子離子群的活性化學物以及它們與其它的化學物碰撞而引起的反應。在等離子體發生器中，放電作用使得工作氣分子失去外層電子而形成離子狀態，經相互碰撞而產生高溫，溫度可達幾萬度以上。
[0003]等離子熱解水制氫技術是最近幾年提出來的水制氫候選技術之一，因為水是一種相當穩定的物質，在常壓條件下，溫度在2000K時水分子幾乎不分解，2500K時有25%的水發生分解，3400?3500K時氫氣和氧氣的摩爾分數達到最大，分別為18%和6%，當溫度達到4200K以上時,水分子將全部分解為氫氣、氫、氧氣、氧和氫氧原子團，一般的加熱方式難以達到這么高的溫度，而使用等離子體噴槍則能做到；應用等離子體噴槍處理危險有害的廢棄物和生活垃圾，使氣化爐不需輸入空氣或氧氣，使生活垃圾轉化的合成氣品質好，達到化工原料的要求，合成氣再通過后級設備生產甲醇或二甲醚產品，實現資源化和無污染處理生活垃圾；在煤氣化生產線上如利用等離子體噴槍把水蒸汽加熱分解后再噴入氣化爐內，與煤炭進行化學反應，所發生的反應是放熱反應，使氣化爐不需輸入空氣或氧氣助燃，生產的合成氣中氫氣的分數比例高，廢氣的含量低，實現節能減排。
[0004]等離子體噴槍的陰極是發射電子的部件，由于承受電流的沖擊和數萬度的高溫燒灼，因此，陰極的頭部很容易被燒蝕而致損壞，不僅影響生產，而且增加生產成本。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是要克服現有等離子體噴槍的陰極容易被燒蝕的缺點，提供一種等離子體噴槍的陰極冷卻結構，使陰極不易被燒蝕，以延長等離子體噴槍的使用周期，提高生產效率及節約生產成本。
[0006]本發明的一種等離子體噴槍的陰極冷卻結構，其特征是陰極冷卻結構由后座(I)、陰極套(2)和陰極頭(3)構成，其中，后座(I)為中空回轉體結構，后座(I)的回轉體結構內有導流管(1-4)，在后座(I)的回轉體結構上有冷卻水輸入接口( 1-5)和冷卻水輸出接口(1-6)，在后座(I)回轉體前端的壁體內側有螺紋槽口(1-1);陰極套(2)為中空回轉體結構，陰極套(2 )后部的壁體外側有安裝螺口( 2-2 )，安裝螺口( 2-2 )與后座(I)上的螺紋槽口(1-1)進行配合，陰極套(2)的內空間構成冷卻腔(I );陰極頭(3)為實體回轉體結構，陰極頭(3)嵌入到陰極套(2)的前端內，陰極頭(3)的前端從陰極套(2)中伸出，陰極頭(3)的后端為圓錐體的冷卻尾突(3-2)，冷卻尾突(3-2)伸入到冷卻腔(I )中；陰極套(2)攜陰極頭(3)安裝在后座(I)的回轉體前端，后座(I)上的導流管(1-4)伸入到陰極套(2)的冷卻腔(I )中，導流管(1-4)的出水口包圍住陰極頭(3)后端的冷卻尾突(3-2);導流管(1-4)的外壁與后座(I)壁體之間的空間構成回水通道(III)，導流管(1-4)的內空間構成導流通道
(II)，冷卻水輸入接口( 1-5)連通到導流通道(II )，導流通道(II)通過陰極頭(3)后端的冷卻尾突(3-2 )周圍空間連通到回水通道(III)，回水通道(III)連通到冷卻水輸出接口( 1-6 )。本發明中，在后座(I)回轉體的外側有連接螺紋(1-3);陰極套(2)的前端為由后向前縮小的圓錐臺結構，其圓錐角度(a)為60° -120° ;陰極套(2)的前端內側有限位階環(2-1)，陰極頭(3)嵌入段后端的外側有凸緣(3-3)，凸緣(3-3)與限位階環(2-1)配合對陰極頭(3)進行定位；陰極頭(3)的前端為圓弧面；導流管(1-4)的前端為喇叭口結構，喇叭口構成喇叭導流口(1-2)，喇叭導流口(1-2)的擴張角度與陰極頭(3)后端的冷卻尾突(3-2)的圓錐角度相同。
[0007]本發明作為等離子體噴槍的主要結構之一。等離子體噴槍主要由后座(I)、陰極套
(2)、陰極頭(3)、絕緣槍架(8)、陽極套(6)和陽極(5)組成，其中，后座(I)、陰極套(2)和陰極頭(3)構成陰極冷卻結構，絕緣槍架(8)為中空的回轉體結構，絕緣槍架(8)的前后分別有前安裝槽(8-1)和后安裝槽(8-2)，絕緣槍架(8)的回轉體結構內有氣室(IX)，氣室(IX)有工作氣輸入接口( 8-3 )接入；陽極套(6 )為圓筒體結構，陽極套(6 )后部的壁體外側有安裝螺紋(6-4 )，陽極套(6 )的前端有榫座(6-2 )，陽極套(6 )中部的壁體上有冷卻劑進口( 6-3 )接入，陽極套(6 )前部的壁體上有冷卻劑出口(6-1)接出；陽極(5)為由后部向前逐漸擴張的圓錐形噴管結構，陽極(5)的后端為由后向前收窄的喇叭口結構，陽極(5)后端的喇叭口結構與圓錐形噴管結構之間有貫通的圓形孔道；陽極(5)以嵌入方式安裝在陽極套(6)內，陽極(5)的外壁與陽極套(6)的內壁之間的空間構成冷卻水套(VII)，冷卻水套(YD)的下部連通到冷卻劑進口(6-3)，冷卻水套(YD)的上部連通到冷卻劑出口(6-1);陽極套(6)攜陽極(5)安裝在絕緣槍架(8)的前安裝槽(8-1)中，后座(I)攜陰極套(2)和陰極頭(3)安裝在絕緣槍架(8 )的后安裝槽(8-2 )中，陰極套(2 )外壁與絕緣槍架(8 )內的壁體之間有環形的工作氣通道(VDI)，陰極頭(3 )伸入到陽極(5 )后端的喇叭口空間中，使喇叭口的內空間構成放電區(IV)，陽極(5)后端的喇叭口結構與圓錐形噴管結構之間的圓形孔道構成壓縮孔道(V)，陽極(5)的圓錐形噴管結構內空間構成噴射腔(VI);絕緣槍架(8)內的氣室(IX)通過工作氣通道(VDI)連通到放電區(IV)，放電區(IV)通過壓縮孔道(V)連通到噴射腔(VI)。工作時，后座(I)作為陰極的電氣連接件，陽極套(6)作為陽極(5)的電氣連接件；一路冷卻水通過冷卻水輸入接口( 1-5)進入到導流管(1-4)內的導流通道(II)中，經導流管(1-4)前端的喇叭導流口(1-2)對陰極頭(3)后端的冷卻尾突(3-2)進行沖刷冷卻，冷卻水吸收了陰極頭(3)的熱量后，再經冷卻腔(I )進入到回水通道(III)，然后由冷卻水輸出接口(1-6)返回到冷卻系統的回路中；另一路冷卻水通過冷卻劑進口(6-3)進入到冷卻水套(VD中，吸收陽極(5)的熱量后，再由冷卻劑出口(6-1)返回到冷卻系統的回路中；工作氣或被加熱的氣體由工作氣輸入接口(8-3)進入到氣室(IX)中，然后由工作氣通道(VDI)進入到放電區(IV)，同時在陰極與陽極之間施加電能，在陰極頭(3)的頭端形成圓弧放電面(3-1)，同時在陽極(5)的噴管內壁形成圓錐放電面(5-2)，在圓弧放電面(3-1)與圓錐放電面(5-2)之間產生等離子體電弧，等離子體電弧由噴射腔(VI)的出口噴出，形成等離子體火炬。上述過程中，被加熱的水蒸汽在放電區(IV)內被電離，成為離子弧，離子弧與陰極頭(3)的圓弧放電面(3-1)發射的電子混合，通過壓縮孔道(V)進入到噴射腔(VI)，在經過壓縮孔道(V)時，被進一步加熱分解，成為目標產物。
[0008]等離子體噴槍的陰極頭部需承受電流沖擊及數萬度的高溫燒灼，因此，必需對陰極的頭部采取有效的冷卻措施才能增加陰極的使用壽命。本發明在陰極頭(3)的后端上設置冷卻尾突(3-2)、在導流管(1-4)的前端設計喇叭導流口(1-2)，并且喇叭導流口( 1-2)的擴張角度與陰極頭(3)后端的冷卻尾突(3-2)的圓錐角度相同，使冷卻水緊貼著冷卻尾突(3-2)進行沖刷冷卻，快速把陰極頭(3)熱量帶走；當陰極套(2)選用紫銅材料制作時，由于紫銅材料具有優良的導熱性能，因此，陰極頭(3)的嵌入段得到間接的冷卻，使冷卻效果增強。另外，工作氣或被加熱的氣體也能對陰極起到冷卻和保護作用，本發明把陰極套(2)的前端設計為由后向前縮小的圓錐臺結構以及把陰極頭(3)的前端為圓弧面結構，使工作氣或被加熱氣體的氣流能平滑接觸陰極頭(3)的表面，沒有死角，有利于保護陰極頭(3)不被燒蝕。
[0009]本發明把陰極分為陰極套(2)和陰極頭(3) 二個部件進行加工，使得制作簡單，提高部件的加工效率，并且節約材料成本。具體實施時，陰極套(2)選用紫銅材料制作，陰極頭(3)選用難熔金屬材料制作，所述的難熔金屬材料包括鎢、鉭、鑰、鈮的合金材料，優選鎢鑭錯合金材料。
[0010]本發明的有益效果是:提供一種等離子體噴槍的陰極冷卻結構，進行貼近沖刷方式冷卻陰極頭，能快速把陰極頭部的熱量移去，使陰極不易被燒蝕，以延長等離子體噴槍的使用周期，提高生產效率及節約生產成本。把陰極分為二個部件進行加工，使得制作簡單，提高部件的加工效率，并且節約材料成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明的一種等離子體噴槍的陰極冷卻結構圖。
[0012]圖2是本發明的應用示意圖。
[0013]圖中:1.后座，1-1.螺紋槽口，1-2.喇叭導流口，1-3.后座的連接螺紋，1_4.導流管，1-5.冷卻水輸入接口，1-6.冷卻水輸出接口，2.陰極套，2-1.限位階環，2-2.安裝螺口，3.陰極頭，3-1.圓弧放電面，3-2.冷卻尾突，3-3.凸緣，4.密封環，5.陽極，5-1.陽極前端的榫頭，5-2.圓錐放電面，6.陽極套，6-1.冷卻劑出口，6-2.榫座，6-3.冷卻劑進口，6-4.陽極套的安裝螺紋，7.密封圈，8.絕緣槍架，8-1.絕緣槍架的前安裝槽，8-2.絕緣槍架的后安裝槽，8-3.工作氣輸入接口 ；1.沖刷水流，1.冷卻腔，I1.導流通道，II1.回水通道，IV.放電區，V.壓縮孔道，V1.噴射腔，νπ.陽極的冷卻水套，VD1.工作氣通道，IX.氣室。
【具體實施方式】
[0014]實施例1 圖1所示的實施方式中，等離子體噴槍的陰極冷卻結構由后座(I)、陰極套(2)和陰極頭(3)構成，其中，后座(I)為中空回轉體結構，后座(I)的回轉體結構內有導流管(1-4)，在后座(I)的回轉體結構上有冷卻水輸入接口( 1-5)和冷卻水輸出接口( 1-6)，在后座(I)回轉體前端的壁體內側有螺紋槽口( 1-1 )，在后座(I)回轉體的外側有連接螺紋(1-3);陰極套(2)為中空回轉體結構，陰極套(2)后部的壁體外側有安裝螺口(2-2)，安裝螺口(2-2)與后座(I)上的螺紋槽口(1-1)進行配合，陰極套(2)的前端為由后向前縮小的圓錐臺結構，其圓錐角度(a)為60° -120°，陰極套(2)的前端內側有限位階環(2-1)，陰極套(2)的內空間構成冷卻腔(I );陰極頭(3)為實體回轉體結構，陰極頭(3)嵌入到陰極套(2)的前端內，陰極頭(3)的前端從陰極套(2)中伸出，陰極頭(3)的前端為圓弧面，陰極頭(3)嵌入段后端的外側有凸緣(3-3)，凸緣(3-3)與限位階環(2-1)配合對陰極頭(3)進行定位，陰極頭(3)的后端為圓錐體的冷卻尾突(3-2)，冷卻尾突(3-2)伸入到冷卻腔(I )中；陰極套(2)攜陰極頭(3)安裝在后座(I)的回轉體前端，后座(I)上的導流管(1-4)伸入到陰極套(2)的冷卻腔(I )中，導流管(1-4)的出水口包圍住陰極頭(3)后端的冷卻尾突(3-2)，導流管(1-4)的前端為喇叭口結構，喇叭口構成喇叭導流口( 1-2)，喇叭導流口(1-2)的擴張角度與陰極頭(3)后端的冷卻尾突(3-2)的圓錐角度相同；導流管(1-4)的外壁與后座(I)壁體之間的空間構成回水通道(III)，導流管(1-4)的內空間構成導流通道(II )，冷卻水輸入接口( 1-5)連通到導流通道(II )，導流通道(II)通過陰極頭(3)后端的冷卻尾突(3-2)周圍空間連通到回水通道(III)，回水通道(III)連通到冷卻水輸出接口(1-6)。本實施例中，采取由陰極套(2)和陰極頭(3)組成復合陰極，把陰極分為二個部件進行加工，使得制作簡單，提高部件的加工效率，并且節約材料成本，陰極套(2)選用紫銅材料制作，陰極頭(3)選用難熔金屬材料制作，所述的難熔金屬材料包括鎢、鉭、鑰、鈮的合金材料，優選鎢鑭鋯合金材料。
[0015] 實施例2 圖2所示的實施方式是本發明在等離子體噴槍上的應用，等離子體噴槍主要由后座(I)、陰極套(2)、陰極頭(3)、絕緣槍架(8)、陽極套(6)和陽極(5)組成，其中，后座(I)、陰極套(2)和陰極頭(3)構成陰極冷卻結構，與第一實施中的結構相同，不再贅述；絕緣槍架(8)為中空的回轉體結構,絕緣槍架(8)的前后分別有前安裝槽(8-1)和后安裝槽(8-2 )，絕緣槍架(8 )的回轉體結構內有氣室(IX)，氣室(IX)有工作氣輸入接口( 8-3 )接入；陽極套(6)為圓筒體結構，陽極套(6)后部的壁體外側有安裝螺紋(6-4)，陽極套(6)的前端有榫座(6-2 )，陽極套(6 )中部的壁體上有冷卻劑進口( 6-3 )接入，陽極套(6 )前部的壁體上有冷卻劑出口( 6-1)接出；陽極(5 )為由后部向前逐漸擴張的圓錐形噴管結構，陽極
(5)的后端為由后向前收窄的喇機口結構，陽極(5)后端的喇機口結構與圓錐形噴管結構之間有貫通的圓形孔道；陽極(5)以嵌入方式安裝在陽極套(6)內，陽極(5)的外壁與陽極套
(6)的內壁之間的空間構成冷卻水套(VD，冷卻水套(YD)的下部連通到冷卻劑進口(6-3)，冷卻水套(YD)的上部連通到冷卻劑出口(6-1);陽極套(6)攜陽極(5)安裝在絕緣槍架(8)的前安裝槽(8-1)中，后座(I)攜陰極套(2 )和陰極頭(3 )安裝在絕緣槍架(8 )的后安裝槽(8-2)中，陰極套(2)外壁與絕緣槍架(8)內的壁體之間有環形的工作氣通道(珊)，陰極頭
(3)伸入到陽極(5)后端的喇叭口空間中，使喇叭口的內空間構成放電區(IV)，陽極(5)后端的喇叭口結構與圓錐形噴管結構之間的圓形孔道構成壓縮孔道(V)，陽極(5)的圓錐形噴管結構內空間構成噴射腔(VI);絕緣槍架(8)內的氣室(K)通過工作氣通道(珊)連通到放電區(IV)，放電區(IV)通過壓縮孔道(V)連通到噴射腔(VI)。工作時，后座(I)作為陰極的電氣連接件，陽極套(6)作為陽極(5)的電氣連接件；一路冷卻水通過冷卻水輸入接口(1-5)進入到導流管(1-4)內的導流通道(II)中，經導流管(1-4)前端的喇叭導流口(1-2)對陰極頭(3)后端的冷卻尾突(3-2)進行沖刷冷卻，冷卻水吸收了陰極頭(3)的熱量后，再經冷卻腔(I )進入到回水通道(III)，然后由冷卻水輸出接口(1-6)返回到冷卻系統的回路中；另一路冷卻水通過冷卻劑進口(6-3)進入到冷卻水套(VD)中，吸收陽極(5)的熱量后，再由冷卻劑出口(6-1)返回到冷卻系統的回路中；工作氣或被加熱的氣體由工作氣輸入接口(8-3)進入到氣室(IX)中，然后由工作氣通道(VDI)進入到放電區(IV)，同時在陰極與陽極之間施加電能，在陰極頭(3)的頭端形成圓弧放電面(3-1)，同時在陽極(5)的噴管內壁形成圓錐放電面(5-2)，在圓弧放電面(3-1)與圓錐放電面(5-2)之間產生等離子體電弧，等離子體電弧由噴射腔(VI)的出口噴出，形成等離子體火炬。上述過程中，被加熱的水蒸汽在放電區(IV)內被電離，成為離子弧，離子弧與陰極頭(3)的圓弧放電面(3-1)發射的電子混合，通過壓縮孔道(V)進入到噴射腔(VI)，在經過壓縮孔道(V)時，被進一步加熱分解，成為目標產物。
【權利要求】
1.一種等離子體噴槍的陰極冷卻結構，其特征是陰極冷卻結構由后座(I)、陰極套(2)和陰極頭(3)構成，其中，后座(I)為中空回轉體結構，后座(I)的回轉體結構內有導流管(1-4)，在后座(I)的回轉體結構上有冷卻水輸入接口( 1-5)和冷卻水輸出接口( 1-6)，在后座(I)回轉體前端的壁體內側有螺紋槽口(1-1);陰極套(2)為中空回轉體結構，陰極套(2)后部的壁體外側有安裝螺口(2-2)，安裝螺口(2-2)與后座(I)上的螺紋槽口(1-1)進行配合，陰極套(2)的內空間構成冷卻腔(I );陰極頭(3)為實體回轉體結構，陰極頭(3)嵌入到陰極套(2)的前端內，陰極頭(3)的前端從陰極套(2)中伸出，陰極頭(3)的后端為圓錐體的冷卻尾突(3-2)，冷卻尾突(3-2)伸入到冷卻腔(I )中；陰極套(2)攜陰極頭(3)安裝在后座(I)的回轉體前端，后座(I)上的導流管(1-4)伸入到陰極套(2)的冷卻腔(I )中，導流管(1-4)的出水口包圍住陰極頭(3)后端的冷卻尾突(3-2);導流管(1-4)的外壁與后座(I)壁體之間的空間構成回水通道(III)，導流管(1-4)的內空間構成導流通道(II)，冷卻水輸入接口(1-5)連通到導流通道(II)，導流通道(II)通過陰極頭(3)后端的冷卻尾突(3-2)周圍空間連通到回水通道(III)，回水通道(III)連通到冷卻水輸出接口(1-6)。
2.根據權利要求1所述的一種等離子體噴槍的陰極冷卻結構，其特征是在后座(I)回轉體的外側有連接螺紋(1-3 )。
3.根據權利要求1所述的一種等離子體噴槍的陰極冷卻結構，其特征是陰極套(2)的前端為由后向前縮小的圓錐臺結構，其圓錐角度(a)為60° -120°。
4.根據權利要求1所述的一種等離子體噴槍的陰極冷卻結構，其特征是陰極套(2)的前端內側有限位階環(2-1)，陰極頭(3)嵌入段后端的外側有凸緣(3-3)，凸緣(3-3)與限位階環(2-1)配合對陰極頭(3 )進行定位。
5.根據權利要求1所述的一種等離子體噴槍的陰極冷卻結構，其特征是陰極頭(3)的前端為圓弧面。
6.根據權利要求1所述的一種等離子體噴槍的陰極冷卻結構，其特征是導流管(1-4)的前端為喇叭口結構，喇叭口構成喇叭導流口(1-2)，喇叭導流口(1-2)的擴張角度與陰極頭(3)后端的冷卻尾突(3-2)的圓錐角度相同。
【文檔編號】H05H1/28GK104320901SQ201410574866
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月25日 優先權日:2014年10月25日
【發明者】周開根 申請人:周開根