具有螺旋導流結構的陰極的制作方法
【專利摘要】一種具有螺旋導流結構的陰極，涉及到一種等離子體噴槍的導流結構，其特征是陰極由陰極頭和陰極套組成，陰極套為空心圓棒體結構，在陰極套的圓棒體上有螺旋導流凸體，螺旋導流凸體中的空間構成螺旋氣流形成通道，陰極套的內空間構成冷卻腔，陰極頭嵌入到陰極套前部的圓棒體中，陰極頭的前端從陰極套中伸出，陰極頭的后端有冷卻尾突，冷卻尾突伸入到冷卻腔中；陰極套的前端為由后向前收縮的圓錐形結構；陰極套的后端有內螺紋接口；陰極頭的前端為圓弧形結構。本實用新型應用于等離子體噴槍中，在工作時形成螺旋保護氣流，氣流中心不會產生真空或負壓，使保護氣流能全面覆蓋陰極頭端，結合冷卻保護措施，使陰極不易被燒蝕，以延長等離子體噴槍的使用周期。
【專利說明】具有螺旋導流結構的陰極
【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導流結構。
【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，提供一種具有螺旋導流結構的陰極，用于等離子體噴槍中，在工作時形成螺旋保護氣流，結合冷卻結構對陰極進行保護，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]本實用新型的具有螺旋導流結構的陰極，其特征是陰極(3)由陰極頭(3-3)和陰極套(3-6)組成，陰極套(3-6)為空心圓棒體結構，在陰極套(3-6)的圓棒體上有螺旋導流凸體(3-1)，螺旋導流凸體(3-1)中的空間構成螺旋氣流形成通道(V)，陰極套(3-6)的內空間構成冷卻腔(VI)，陰極頭(3-3)嵌入到陰極套(3-6)前部的圓棒體中，陰極頭(3-3)的前端從陰極套(3-6)中伸出，陰極頭(3-3)的后端有冷卻尾突(3-5)，冷卻尾突(3-5)為圓錐體結構，冷卻尾突(3-5)伸入到冷卻腔(VI)中。本實用新型中，陰極套(3-6)的前端為由后向前收縮的圓錐形結構；陰極套(3-6)的后端有內螺紋接口(3-7);陰極頭(3-3)在嵌入到陰極套(3-6)中的部位上有環形凹槽(3-4)，環形凹槽(3-4)中有陰極套(3-6)的壁體填Λ ;陰極頭(3-3)的前端為圓弧形結構。
[0007]本實用新型的陰極(3)作為等離子體噴槍的主要部件之一，等離子體噴槍主要由絕緣槍架(2)、后座(I)、陰極(3)、陽極套(5)和陽極(4)組成，其中，絕緣槍架(2)為中空回轉體結構，絕緣槍架(2)的前部體內有前安裝槽(2-3)，絕緣槍架(2)中部的內空間中有氣室(VII)，在絕緣槍架(2)上有保護氣輸入接口(2-2)，保護氣輸入接口(2-2)直接連通到氣室(VD，在氣室(VD與前安裝槽(2-3)之間有直通孔道(2-4)，直通孔道(2-4)的內徑與陰極套(3-6)上的螺旋導流凸體(3-1)外徑相同，在絕緣槍架(2)的后部有后安裝槽(2-1)；后座(I)為中空回轉體結構，后座(I)的回轉體外壁上有與絕緣槍架(2)上后安裝槽(2-1)旋合的安裝螺口( 1-1);后座(I)的回轉體前端有與陰極套(3-6)后端的內螺紋接口( 3-7)旋合的外螺紋接頭(1-2)，在后座(I)的回轉體結構上有冷卻水輸入接口(1-4)和冷卻水輸出接口(1-5)，在后座(I)的回轉體結構內有冷卻導流管(1-3);陽極套(5)為圓筒體結構，陽極套(5)后部的壁體外側有安裝螺紋(5-4)，陽極套(5)的前端有榫座(5-2);陽極(4)為由后部向前逐漸擴張的圓錐形噴管結構，陽極(4)的后端為由后向前收窄的喇叭口結構，陽極(4)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(4)的圓錐形噴管前端有榫頭(4-1)，陽極(4)以嵌入方式安裝在陽極套(5)內，陽極(4)外壁與陽極套(5)內壁之間的空間構成冷卻水套(IV);冷卻水套(IV)有冷卻劑進口(5-3)接入和冷卻劑出口(5-1)接出，冷卻劑進口(5-3)設置在陽極套(5)下方的壁體上，冷卻劑出口(5-1)設置在陽極套(5)上方的壁體上；陽極套(5)攜陽極(4)安裝在絕緣槍架(2)的前安裝槽(2-3)，后座(I)安裝在絕緣槍架(2)的后安裝槽(2-1)中，陰極(3)安裝在后座(I)的回轉體結構前端，陰極套(3-6)的螺旋導流凸體(3-1)段位于絕緣槍架(2)內的直通孔道(2-4)中，陰極頭(3-3)的圓弧形前端伸入到陽極(4)后端的喇叭口空間中；后座(I)上的冷卻導流管(1-3)伸入到陰極(3)內的冷卻腔(VI)中，冷卻導流管(1-3)的出水口在冷卻尾突(3-5)的周邊；冷卻導流管(1-3)的內空間構成冷卻供水通道(珊)，冷卻導流管(1-3)的外壁與后座(I)壁體之間的空間構成冷卻回水通道(IX)，冷卻水輸入接口( 1-4)連通到冷卻供水通道(VDI)，冷卻供水通道(VDI)通過冷卻腔(VI)連通到冷卻回水通道(IX)，冷卻回水通道(IX)連通到冷卻水輸出接口( 1- 5 );陽極(4 )后端的喇叭口空間構成放電區(I )，陽極(4 )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(II)，陽極(4)的圓錐形噴管結構內空間構成噴射腔(III);絕緣槍架(2)內的氣室(VI)連通到陰極套(3-6)上螺旋導流凸體(3-1)中的螺旋氣流形成通道(V)，螺旋氣流形成通道(V)連通到放電區(I )，放電區(I )通過壓縮孔道(II)連通到噴射腔(III)。
[0008]上述的實用新型應用時，把工作氣或被加熱的氣體同時作為保護氣體利用。工作時，一路冷卻水通過冷卻水輸入接口( 1-4)進入到冷卻導流管(1-3)內的冷卻供水通道(VDI)中，經冷卻導流管(1-3)前端的出水口對陰極頭(3-3)后端的冷卻尾突(3-5)進行沖刷冷卻，冷卻水吸收了陰極頭的熱量后，再經冷卻腔(VI)進入到冷卻回水通道(IX)，然后由冷卻水輸出接口(1-5)返回到冷卻系統的回路中；另一路冷卻水通過冷卻劑進口(5-3)進入到冷卻水套(IV )中，吸收陽極(4 )的熱量后，再由冷卻劑出口( 5 -1)返回到冷卻系統的回路中；工作氣或被加熱的氣體由保護氣輸入接口(2-2)進入到氣室(VD中，然后由螺旋氣流形成通道(V)以螺旋方式進入到放電區(I )，再通過壓縮孔道(II)和噴射腔(III)從噴槍中噴出；后座(I)作為陰極(3)的電氣連接件，陽極套(5)作為陽極(4)的電氣連接件，在陰極(3)與陽極(4)之間施加電能，在陰極頭(3-3)的前端形成圓弧放電面(3-2)，同時在陽極(4)的噴管內壁形成圓錐放電面(4-2)，在圓弧放電面(3-2)與圓錐放電面(4-2)之間產生等離子體電弧，等離子體電弧由噴射腔(III)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(I )內被電離，成為離子弧，離子弧與陰極頭(3-3)的圓弧放電面(3-2)發射的電子混合，通過壓縮孔道(II)進入到噴射腔(III)，在經過壓縮孔道(II)時，被進一步加熱分解，成為目標產物。
[0009]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和氣體保護才能增加陰極的使用壽命。現有的等離子體噴槍中，有的保護氣體以切線方式進入等離子體噴槍中，以產生旋轉氣流，這類旋轉氣流具有離心力，在氣流中心會產生真空或負壓，使保護氣流不能覆蓋陰極的頭端。本實用新型具有螺旋導流結構設置在陰極套(3-6)的圓棒體上，螺旋導流凸體(3-1)中的空間構成螺旋氣流形成通道(V)，在工作氣或被加熱氣體通過螺旋氣流形成通道(V)時形成螺旋保護氣流，氣流中心不會產生真空或負壓，使保護氣流能全面覆蓋陰極頭端，實現對陰極進行有效的氣體保護，結合冷卻保護措施，使陰極不易被燒蝕。
[0010]本實用新型的有益效果是:提供的一種具有螺旋導流結構的陰極，用于等離子體噴槍中，在工作時形成螺旋保護氣流，氣流中心不會產生真空或負壓，使保護氣流能全面覆蓋陰極頭端，克服了現有技術中的保護氣體以切線方式進入產生旋轉氣流的缺點。本實用新型實現對陰極進行有效的氣體保護，結合冷卻保護措施，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】
[0011]圖1是本實用新型的具有螺旋導流結構的陰極結構圖。
[0012]圖2是本實用新型的應用示意圖。
[0013]圖中:1.后座，1-1.后座的安裝螺口，1-2.后座上的外螺紋接頭，1-3.冷卻導流管，1-4.冷卻水輸入接口，1-5.冷卻水輸出接口，2.絕緣槍架，2-1.絕緣槍架的后安裝槽，
2-2.保護氣輸入接口，2-3.絕緣槍架的前安裝槽，2-4.絕緣槍架中的直通孔道，3.陰極，
3-1.螺旋導流凸體，3-2.陰極的圓弧放電面，3-3.陰極頭，3-4.環形凹槽，3-5.冷卻尾突，3-6.陰極套，3-7.內螺紋接口，4.陽極，4-1.陽極前端的榫頭，4-2.圓錐放電面，5.陽極套，5-1.冷卻劑出口，5-2.榫座，5-3.冷卻劑進口，5-4.陽極套的安裝螺紋，6.密封圈，
7.密封環，8.密封墊；1.放電區，I1.壓縮孔道，II1.噴射腔，IV.陽極的冷卻水套，V.螺旋氣流形成通道，V1.冷卻腔，νπ.氣室，VD1.冷卻供水通道，IX.冷卻回水通道。
【具體實施方式】
[0014]實施例1 圖1所示的實施方式中，具有螺旋導流結構的陰極由陰極頭(3-3)和陰極套(3-6)組成，陰極套(3-6)為空心圓棒體結構，在陰極套(3-6)的圓棒體上有螺旋導流凸體(3-1)，螺旋導流凸體(3-1)中的空間構成螺旋氣流形成通道(V)，陰極套(3-6)的內空間構成冷卻腔(VI)，陰極套(3-6)的前端為由后向前收縮的圓錐形結構，陰極套(3-6)的后端有內螺紋接口(3-7);陰極頭(3-3)嵌入到陰極套(3-6)前部的圓棒體中，陰極頭(3-3 )在嵌入到陰極套(3-6 )中的部位上有環形凹槽(3-4)，環形凹槽(3-4)中有陰極套(3-6)的壁體填入，陰極頭(3-3)的前端從陰極套(3-6)中伸出，陰極頭(3-3)的前端為圓弧形結構，陰極頭(3-3 )的后端有冷卻尾突(3-5 )，冷卻尾突(3-5 )為圓錐體結構，冷卻尾突(3-5)伸入到冷卻腔(VI)中。本實施例中，把陰極(3)分為陰極頭(3-3)和陰極套(3-6)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(3-6)選用紫銅材料制作，陰極頭(3-3)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。制作時，陰極頭(3-3)選用鎢粉摻加少量的氧化鑭和氧化鋯混合后進行壓制或注射成型，再進行燒制，然后通過精加工完成；陰極套(3-6)選用紫銅材料采用模鑄工藝制作毛坯，澆鑄時，把陰極頭(3-3)嵌入其中，然后把陰極套(3-6)的毛坯通過精加工完成。
[0015]實施例2 圖2所示的實施方式中，等離子體噴槍主要由絕緣槍架(2)、后座(I)、陰極(3)、陽極套(5)和陽極(4)組成，其中，絕緣槍架(2)為中空回轉體結構，絕緣槍架(2)的前部體內有前安裝槽(2-3)，絕緣槍架(2)中部的內空間中有氣室(VII)，在絕緣槍架(2)上有保護氣輸入接口(2-2)，保護氣輸入接口(2-2)直接連通到氣室(VII)，在氣室(VD)與前安裝槽(2-3)之間有直通孔道(2-4)，直通孔道(2-4)的內徑與陰極套(3-6)上的螺旋導流凸體(3-1)外徑相同，在絕緣槍架(2)的后部有后安裝槽(2-1);后座(I)為中空回轉體結構，后座(I)的回轉體外壁上有與絕緣槍架(2)上后安裝槽(2-1)旋合的安裝螺口( 1-1);后座(I)的回轉體前端有與陰極套(3-6 )后端的內螺紋接口( 3-7 )旋合的外螺紋接頭(1-2 )，在后座(I)的回轉體結構上有冷卻水輸入接口( 1-4)和冷卻水輸出接口( 1-5)，在后座(I)的回轉體結構內有冷卻導流管(1-3);陽極套(5)為圓筒體結構，陽極套(5)后部的壁體外側有安裝螺紋(5-4)，陽極套(5)的前端有榫座(5-2);陽極(4)為由后部向前逐漸擴張的圓錐形噴管結構，陽極(4)的后端為由后向前收窄的喇叭口結構，陽極(4)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(4)的圓錐形噴管前端有榫頭(4-1)，陽極(4)以嵌入方式安裝在陽極套(5)內，陽極(4)外壁與陽極套(5)內壁之間的空間構成冷卻水套(IV);冷卻水套(IV)有冷卻劑進口(5-3)接入和冷卻劑出口(5-1)接出，冷卻劑進口( 5-3 )設置在陽極套(5 )下方的壁體上，冷卻劑出口( 5-1)設置在陽極套(5 )上方的壁體上；陽極套(5)攜陽極(4)安裝在絕緣槍架(2)的前安裝槽(2-3)，后座(I)安裝在絕緣槍架(2)的后安裝槽(2-1)中，陰極(3)安裝在后座(I)的回轉體結構前端，陰極套(3-6)的螺旋導流凸體(3-1)段位于絕緣槍架(2)內的直通孔道(2-4)中，陰極頭(3-3)的圓弧形前端伸入到陽極(4)后端的喇叭口空間中；后座(I)上的冷卻導流管(1-3)伸入到陰極(3)內的冷卻腔(VI)中，冷卻導流管(1-3)的出水口在冷卻尾突(3-5)的周邊；冷卻導流管(1-3)的內空間構成冷卻供水通道(珊)，冷卻導流管(1-3)的外壁與后座(I)壁體之間的空間構成冷卻回水通道(IX)，冷卻水輸入接口( 1-4)連通到冷卻供水通道(VDI)，冷卻供水通道(VDI)通過冷卻腔(VI)連通到冷卻回水通道(IX)，冷卻回水通道(IX)連通到冷卻水輸出接口(1-5);陽極(4)后端的喇叭口空間構成放電區(I )，陽極(4)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(II)，陽極(4)的圓錐形噴管結構內空間構成噴射腔(III);絕緣槍架(2)內的氣室(VI)連通到陰極套(3-6)上螺旋導流凸體(3-1)中的螺旋氣流形成通道(V)，螺旋氣流形成通道(V)連通到放電區(I )，放電區(I )通過壓縮孔道(II)連通到噴射腔(III)。
[0016]上述的實施例應用時，把水蒸汽作為工作氣或被加熱的氣體同時作為保護氣體利用。工作時，一路冷卻水通過冷卻水輸入接口( 1-4)進入到冷卻導流管(1-3)內的冷卻供水通道(VDI)中，經冷卻導流管(1-3)前端的出水口對陰極頭(3-3)后端的冷卻尾突(3-5)進行沖刷冷卻，冷卻水吸收了陰極頭的熱量后，再經冷卻腔(VI)進入到冷卻回水通道(IX)，然后由冷卻水輸出接口(1-5)返回到冷卻系統的回路中；另一路冷卻水通過冷卻劑進口(5-3)進入到冷卻水套(IV)中，吸收陽極(4)的熱量后，再由冷卻劑出口(5-1)返回到冷卻系統的回路中；水蒸汽作為工作氣或被加熱的氣體由保護氣輸入接口(2-2)進入到氣室(VD)中，然后由螺旋氣流形成通道(V)以螺旋方式進入到放電區(I )，再通過壓縮孔道(II)和噴射腔(III)從噴槍中噴出；后座(I)作為陰極(3)的電氣連接件，陽極套(5)作為陽極(4)的電氣連接件，在陰極(3)與陽極(4)之間施加電能，在陰極頭(3-3)的前端形成圓弧放電面(3-2)，同時在陽極(4)的噴管內壁形成圓錐放電面(4-2)，在圓弧放電面(3-2)與圓錐放電面(4-2)之間產生等離子體電弧，等離子體電弧由噴射腔(III)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(I )內被電離，成為離子弧，離子弧與陰極頭(3-3)的圓弧放電面(3-2)發射的電子混合，通過壓縮孔道(II)進入到噴射腔(III)，在經過壓縮孔道(II)時，被進一步加熱分解，成為目標產物。
【權利要求】
1.一種具有螺旋導流結構的陰極，其特征是陰極(3)由陰極頭(3-3)和陰極套(3-6)組成，陰極套(3-6 )為空心圓棒體結構，在陰極套(3-6 )的圓棒體上有螺旋導流凸體(3-1)，螺旋導流凸體(3-1)中的空間構成螺旋氣流形成通道(V)，陰極套(3-6)的內空間構成冷卻腔(VI)，陰極頭(3-3)嵌入到陰極套(3-6)前部的圓棒體中，陰極頭(3-3)的前端從陰極套(3-6)中伸出，陰極頭(3-3)的后端有冷卻尾突(3-5)，冷卻尾突(3-5)為圓錐體結構，冷卻尾突(3-5)伸入到冷卻腔(VI)中。
2.根據權利要求1所述的一種具有螺旋導流結構的陰極，其特征是陰極套(3-6)的前端為由后向前收縮的圓錐形結構。
3.根據權利要求1所述的一種具有螺旋導流結構的陰極，其特征是陰極套(3-6)的后端有內螺紋接口(3-7)。
4.根據權利要求1所述的一種具有螺旋導流結構的陰極，其特征是陰極頭(3-3)在嵌入到陰極套(3-6)中的部位上有環形凹槽(3-4)，環形凹槽(3-4)中有陰極套(3-6)的壁體填入。
5.根據權利要求1所述的一種具有螺旋導流結構的陰極，其特征是陰極頭(3-3)的前端為圓弧形結構。
【文檔編號】H05H1/26GK204168580SQ201420624896
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月27日 優先權日:2014年10月27日
【發明者】周開根 申請人:衢州迪升工業設計有限公司