一種等離子體噴槍的陰極的制作方法
【專利摘要】一種等離子體噴槍的陰極，涉及到一種等離子體噴槍的陰極結構，其特征是陰極內有冷卻腔和冷卻分槽，陰極由空心圓棒體和實體頭部組成的一體結構，其中，空心圓棒體的內空間構成冷卻腔，冷卻分槽以陰極的軸線為中心呈環形分布在實體頭部內的后部，冷卻分槽與冷卻腔直接連通，各冷卻分槽之間的壁體構成冷卻肋板，冷卻肋板的徑向交合部位構成導流錐體；空心圓棒體的壁體后部外側有安裝凸緣，或空心圓棒體的壁體后部內側有安裝螺紋。本實用新型的等離子體噴槍陰極，適合沖刷冷卻方式，能快速把陰極的熱量移去，并且陰極的散熱面積更大，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。
【專利說明】一種等離子體噴槍的陰極
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及等離子體設備，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。
實用新型內容
[0005]本實用新型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，提供一種適合沖刷冷卻方式的等離子體噴槍陰極，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]本實用新型的一種等離子體噴槍的陰極，其特征是陰極內有冷卻腔(I )和冷卻分槽(II),陰極由空心圓棒體(I)和實體頭部(4)組成的一體結構，其中，空心圓棒體(I)的內空間構成冷卻腔(I )，冷卻分槽(II)以陰極的軸線為中心呈環形分布在實體頭部(4)內的后部，冷卻分槽(II)與冷卻腔(I )直接連通，各冷卻分槽(II)之間的壁體構成冷卻肋板
(5)，冷卻肋板(5)的徑向交合部位構成導流錐體(7)。本實用新型中，空心圓棒體(I)的壁體后部外側有安裝凸緣(8)，或空心圓棒體(I)的壁體后部內側有安裝螺紋(9);實體頭部
(4)呈由后向前縮小的圓錐體結構,其圓錐角度(a)為60° -120° ,圓錐體的前端為圓弧形結構。
[0007]本實用新型的陰極作為等離子體噴槍的主要部件之一。等離子體噴槍主要由后座(22)、陰極(10)、絕緣槍架(19)、套管(13)和陽極(16)組成，其中，后座(22)為中空的回轉體結構，陰極(10)安裝在后座(22)的回轉體前端，陰極(10)的軸線與后座(22)的回轉體軸線重合，在后座(22)的前部有安裝螺口(26)，在后座(22)的回轉體結構內有導流管(24)，導流管(24)伸入到陰極(10)內的冷卻腔(I )中并接近導流錐體(7)，導流管(24)的出水口指向陰極(10)內的冷卻分槽(II)、冷卻肋板(5)和導流錐體(7);導流管(24)的外壁與后座(22)的回轉體內壁之間有空間，導流管(24)的外壁與后座(22)的回轉體內壁之間的空間構成回水室(IX)，在后座(22)的回轉體結構有冷卻水輸入接口(23)和冷卻水輸出接口
(25),冷卻水輸入接口(23)連通到導流管(24)的管內空間，冷卻水輸出接口(25)連通到回水室(IX);絕緣槍架(19)為中空的回轉體結構，絕緣槍架(19)的前后分別有前安裝槽(18)和后安裝槽(21 )，絕緣槍架(19)的回轉體結構內有氣室(珊)，氣室(VDI)有工作氣輸入接口(29 )接入；套管(13 )為圓筒體結構，套管(13 )后部的壁體外側有安裝螺紋(12 )，套管(13 )的前端有前封頭(15)，套管(13)中部的壁體上有冷卻劑進口(17)接入，套管(13)前部的壁體上有冷卻劑出口(14)接出；陽極(16)為由后部向前逐漸擴張的圓錐形噴管結構，陽極
(16)的后端為由后向前收窄的喇機口結構，陽極(16 )后端的喇口八口結構與圓錐形噴管結構之間有貫通的圓形孔道；陽極(16)以嵌入方式安裝在套管(13)內，陽極(16)的外壁與套管
(13)的內壁之間的空間構成冷卻水套(III)，冷卻水套(III)的下部連通到冷卻劑進口(17)，冷卻水套(III)的上部連通到冷卻劑出口(14);套管(13)攜陽極(16)安裝在絕緣槍架(19)的前安裝槽(18)中，后座(22)攜陰極(10)安裝在絕緣槍架(19)的后安裝槽(21)中，陰極
(10)前部的外壁與絕緣槍架(19)的壁體之間有環形的工作氣通道(VD，陰極(10)的頭端伸入到陽極(16)后端的喇叭口空間中，使喇叭口的內空間構成放電區(VI)，陽極(16)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(16)的圓錐形噴管結構內空間構成噴射腔(IV);絕緣槍架(19)內的氣室(VDI)通過工作氣通道(VD連通到放電區(VI)，放電區(VI)通過壓縮孔道(V)連通到噴射腔(IV)。工作時，后座(22)作為陰極(10)的電氣連接件，套管(13)作為陽極的電氣連接件；一路冷卻水通過冷卻水輸入接口
(23)進入到導流管(24)的管內空間中，經導流管(24)的出水口進入陰極(10)內的各個冷卻分槽(II)，冷卻水吸收陰極(10)的熱量后，再經冷卻腔(I )進入到回水室(IX)，然后由冷卻水輸出接口(25)返回到冷卻系統的回路中；另一路冷卻水通過冷卻劑進口(17)進入到冷卻水套(III)中，吸收陽極的熱量后，再由冷卻劑出口(14)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(29)進入到氣室(VDI)中，然后由工作氣通道(VD進入到放電區(VI)，同時在陰極(10)與陽極(16)之間施加電能，在陰極(10)的頭端與陽極(16)的內壁之間形成等離子體電弧，等離子體電弧通過壓縮孔道(V)進入噴射腔(IV)，形成等離子體火炬，等離子體火炬經陽極(16)前端的出口噴出。上述過程中，被加熱的水蒸汽在放電區(VI)內被電離，成為離子弧，離子弧在經過壓縮孔道(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。本實用新型采取在陰極的實體頭部(4)內的后部設置冷卻分槽(II)和導流錐體(7)，使得冷卻分槽(II)、導流錐體(7)、冷卻肋板(5)均與實體頭部(4)緊密相鄰，在冷卻水對陰極的冷卻過程中，冷卻水的水流通過導流管(24)的出水口對導流錐體(7)、冷卻肋板(5)、冷卻分槽(II)和冷卻腔(I )的壁體進行沖刷冷卻，能快速把陰極的熱量移去，并且本實用新型的陰極散熱面積更大，因而，本實用新型的陰極能得到更有效的冷卻，使得陰極不易被燒蝕，從而更好地保護陰極。
[0009]本實用新型采用螺母鎖緊方式或螺紋連接方式把陰極安裝在后座(22)的回轉體前端，當采用螺母鎖緊方式時，在陰極的空心圓棒體(I)壁體后部外側有安裝凸緣(8)，同時在后座(22)的回轉體前端有配合鎖緊螺母(28)連接的鎖緊螺口，使用鎖緊螺母(28)把陰極安裝在后座(22)的回轉體前端；當采用螺紋連接方式時，在陰極的空心圓棒體(I)的壁體后部內側有安裝螺紋(9)，同時在后座(22)的回轉體前端有配合安裝螺紋(9)的外螺紋。
[0010]本實用新型的陰極選用難熔金屬制作，所述的難熔金屬材料包括鎢、鉭、鑰、鈮的合金材料。
[0011]本實用新型的有益效果是:提供的一種適合沖刷冷卻方式等離子體噴槍陰極，能快速把陰極的熱量移去，并且陰極的散熱面積更大，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。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的一種等離子體噴槍的陰極結構圖。
[0013]圖2是本實用新型的另一種等離子體噴槍的陰極結構圖。
[0014]圖3是圖1或圖2的A-A剖視圖。
[0015]圖4是圖1或圖2的B-B剖視圖。
[0016]圖5是本實用新型的應用示意圖。
[0017]圖中:1.陰極的空心圓棒體，2.陰極頭部的圓錐面，3.陰極的前端面，4.陰極的實體頭部，5.陰極頭內的冷卻肋板，6.陰極的后端面，7.陰極頭內的導流錐體，8.安裝凸緣，9.安裝螺紋，10.陰極，11.密封環，12.陽極套管的安裝螺紋，13.陽極的套管，14.冷卻劑出口，15.陽極套管的前封頭，16.陽極，17.冷卻劑進口，18.絕緣槍架的前安裝槽，19.絕緣槍架，20.紫銅密封圈，21.絕緣槍架的后安裝槽，22.后座，23.冷卻水輸入接口，24.導流管，25.冷卻水輸出接口，26.后座的安裝螺口，27.鎖緊螺口，28.鎖緊螺母，29.工作氣輸入接口 ；a.圓錐角度，Rl.陰極的端頭半徑，R2.平滑半徑；1.陰極的冷卻腔，I1.陰極頭內的冷卻分槽，II1.陽極的冷卻水套，IV.噴射腔，V.壓縮孔道，V1.放電區，VD.工作氣通道，VD1.氣室，IX.回水室。
【具體實施方式】
[0018]實施例1圖1和圖2所示的實施方式中，本實用新型的一種等離子體噴槍的陰極，其特征是陰極內有冷卻腔(I)和冷卻分槽(II)，陰極由空心圓棒體(I)和實體頭部(4)組成的一體結構，其中，空心圓棒體(I)的內空間構成冷卻腔(I )，冷卻分槽(II)以陰極的軸線為中心呈環形分布在實體頭部(4)內的后部，冷卻分槽(II)與冷卻腔(I )直接連通，各冷卻分槽(II)之間的壁體構成冷卻肋板(5)，冷卻肋板(5)的徑向交合部位構成導流錐體(7)。本實施例中，實體頭部(4)呈由后向前縮小的圓錐體結構，其圓錐角度(a)為60° -120°，圓錐面與直圓面相交部位的平滑半徑(R2)為5_，圓錐體的前端為圓弧形結構，圓弧半徑為8mm-15mm。本實施例采用螺母鎖緊方式或螺紋連接方式把陰極安裝在后座(22)的回轉體前端，當采用螺母鎖緊方式時，在陰極的空心圓棒體(I)壁體后部外側有安裝凸緣(8)，同時在后座(22)的回轉體前端有配合鎖緊螺母(28)連接的鎖緊螺口，使用鎖緊螺母(28)把陰極安裝在后座(22)的回轉體前端；當采用螺紋連接方式時，在陰極的空心圓棒體(I)的壁體后部內側有安裝螺紋(9)，同時在后座(22)的回轉體前端有配合安裝螺紋(9)的外螺紋。本實施例的陰極選用難熔金屬制作，所述的難熔金屬材料包括鎢、鉭、鑰、鈮的合金材料。
[0019]實施例2圖5所示的實施方式是第一實施例中的陰極在等離子體噴槍上的應用，等離子體噴槍主要由后座(22)、陰極(10)、鎖緊螺母(28)、絕緣槍架(19)、套管(13)和陽極
(16)組成，其中，陰極(10)的結構與第一實施的相同，不再贅述；后座(22)為中空的回轉體結構，陰極(10)以螺母鎖緊方式安裝在后座(22)的回轉體前端，使用鎖緊螺母(28)把陰極安裝在后座(22)的回轉體前端，陰極(10)的軸線與后座(22)的回轉體軸線重合，在陰極的后端面與后座的回轉體前端面之間有紫銅密封圈(20)，在后座(22)的前部有安裝螺口
(26)，在后座(22)的回轉體結構內有導流管(24)，導流管(24)伸入到陰極(10)內的冷卻腔(I )中并接近導流錐體(7)，導流管(24)的出水口指向陰極(10)內的冷卻分槽(II)、冷卻肋板(5)和導流錐體(7);導流管(24)的外壁與后座(22)的回轉體內壁之間有空間，導流管(24)的外壁與后座(22)的回轉體內壁之間的空間構成回水室(IX)，在后座(22)的回轉體結構有冷卻水輸入接口(23)和冷卻水輸出接口(25)，冷卻水輸入接口(23)連通到導流管(24)的管內空間，冷卻水輸出接口( 25 )連通到回水室(IX);絕緣槍架(19 )為中空的回轉體結構，絕緣槍架(19)的前后分別有前安裝槽(18)和后安裝槽(21 )，絕緣槍架(19)的回轉體結構內有氣室(珊)，氣室(VDI)有工作氣輸入接口(29)接入；套管(13)為圓筒體結構，套管(13)后部的壁體外側有安裝螺紋(12)，套管(13)的前端有前封頭(15)，套管(13)中部的壁體上有冷卻劑進口(17)接入，套管(13)前部的壁體上有冷卻劑出口(14)接出；陽極
(16)為由后部向前逐漸擴張的圓錐形噴管結構，陽極(16)的后端為由后向前收窄的喇叭口結構，陽極(16)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(16)以嵌入方式安裝在套管(13)內，陽極(16)的外壁與套管(13)的內壁之間的空間構成冷卻水套(III)，冷卻水套(III)的下部連通到冷卻劑進口(17)，冷卻水套(III)的上部連通到冷卻劑出口(14);套管(13)攜陽極(16)安裝在絕緣槍架(19)的前安裝槽(18)中，在絕緣槍架
(19)的前安裝槽(18)底與陽極(16)的后端面之間有密封環(11)，后座(22)攜陰極(10)安裝在絕緣槍架(19)的后安裝槽(21)中，陰極(10)前部的外壁與絕緣槍架(19)的壁體之間有環形的工作氣通道(VD，陰極(10)的頭端伸入到陽極(16)后端的喇叭口空間中，使喇叭口的內空間構成放電區(VI)，陽極(16)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(16)的圓錐形噴管結構內空間構成噴射腔(IV);絕緣槍架(19)內的氣室(VDI)通過工作氣通道(VD)連通到放電區(VI)，放電區(VI)通過壓縮孔道(V)連通到噴射腔(IV)。工作時，后座(22)作為陰極(10)的電氣連接件，套管(13)作為陽極的電氣連接件；一路冷卻水通過冷卻水輸入接口(23)進入到導流管(24)的管內空間中，經導流管
(24)的出水口進入陰極(10)內的各個冷卻分槽(II)，冷卻水吸收陰極(10)的熱量后，再經冷卻腔(I)進入到回水室(IX)，然后由冷卻水輸出接口(25)返回到冷卻系統的回路中；另一路冷卻水通過冷卻劑進口(17)進入到冷卻水套(III)中，吸收陽極的熱量后，再由冷卻劑出口(14)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(29)進入到氣室(VDI)中，然后由工作氣通道(VD)進入到放電區(VI)，同時在陰極(10)與陽極(16)之間施加電能，在陰極(10)的頭端與陽極(16)的內壁之間形成等離子體電弧，等離子體電弧通過壓縮孔道(V)進入噴射腔(IV)，形成等離子體火炬，等離子體火炬經陽極(16)前端的出口噴出。上述過程中，被加熱的水蒸汽在放電區(VI)內被電離，成為離子弧，離子弧在經過壓縮孔道(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，其特征是陰極內有冷卻腔(I)和冷卻分槽(II)，陰極由空心圓棒體(I)和實體頭部(4)組成的一體結構，其中，空心圓棒體(I)的內空間構成冷卻腔(I )，冷卻分槽(II)以陰極的軸線為中心呈環形分布在實體頭部(4)內的后部，冷卻分槽(II)與冷卻腔(I )直接連通，各冷卻分槽(II)之間的壁體構成冷卻肋板(5)，冷卻肋板(5)的徑向交合部位構成導流錐體(7)。
2.根據權利要求1所述的一種等離子體噴槍的陰極，其特征是空心圓棒體(I)的壁體后部外側有安裝凸緣(8)，或空心圓棒體(I)的壁體后部內側有安裝螺紋(9)。
3.根據權利要求1所述的一種等離子體噴槍的陰極，其特征是實體頭部(4)呈由后向前縮小的圓錐體結構，其圓錐角度(a)為60° -120°，圓錐體的前端為圓弧形結構。
【文檔編號】H05H1/28GK204168582SQ201420607658
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月18日 優先權日:2014年10月18日
【發明者】周開根 申請人:衢州迪升工業設計有限公司