一种等离子体喷枪的阴极的制作方法
【专利摘要】一种等离子体喷枪的阴极，涉及到一种等离子体喷枪的阴极结构，其特征是阴极内有冷却腔和冷却分槽，阴极由空心圆棒体和实体头部组成的一体结构，其中，空心圆棒体的内空间构成冷却腔，冷却分槽以阴极的轴线为中心呈环形分布在实体头部内的后部，冷却分槽与冷却腔直接连通，各冷却分槽之间的壁体构成冷却肋板，冷却肋板的径向交合部位构成导流锥体；空心圆棒体的壁体后部外侧有安装凸缘，或空心圆棒体的壁体后部内侧有安装螺纹。本发明的等离子体喷枪阴极，适合冲刷冷却方式，能快速把阴极的热量移去，并且阴极的散热面积更大，使阴极不易被烧蚀，以延长等离子体喷枪的使用周期，提高生产效率及节约生产成本。
【专利说明】一种等离子体喷枪的阴极
【技术领域】
[0001]本发明涉及等离子体设备，特别是涉及到一种等离子体喷枪的阴极结构。
【背景技术】
[0002]当前，等离子技术已得到广泛的应用，工业上应用于等离子点火、等离子喷涂、金属冶炼、等离子加热制造纳米材料、切割、垃圾焚烧废物处理等。等离子体的处理方式和一般的方式大不一样，等离子体是在电离层或放电现象下所形成的一种状态，伴随着放电现象将会生成了激发原子、激发分子、离解原子、游离原子团、原子或分子离子群的活性化学物以及它们与其它的化学物碰撞而引起的反应。在等离子体发生器中，放电作用使得工作气分子失去外层电子而形成离子状态，经相互碰撞而产生高温，温度可达几万度以上。
[0003]等离子热解水制氢技术是最近几年提出来的水制氢候选技术之一，因为水是一种相当稳定的物质，在常压条件下，温度在2000K时水分子几乎不分解，2500K时有25%的水发生分解，3400?3500K时氢气和氧气的摩尔分数达到最大，分别为18%和6%，当温度达到4200K以上时,水分子将全部分解为氢气、氢、氧气、氧和氢氧原子团，一般的加热方式难以达到这么高的温度，而使用等离子体喷枪则能做到；应用等离子体喷枪处理危险有害的废弃物和生活垃圾，使气化炉不需输入空气或氧气，使生活垃圾转化的合成气品质好，达到化工原料的要求，合成气再通过后级设备生产甲醇或二甲醚产品，实现资源化和无污染处理生活垃圾；在煤气化生产线上如利用等离子体喷枪把水蒸汽加热分解后再喷入气化炉内，与煤炭进行化学反应，所发生的反应是放热反应，使气化炉不需输入空气或氧气助燃，生产的合成气中氢气的分数比例高，废气的含量低，实现节能减排。
[0004]等离子体喷枪的阴极是发射电子的部件，由于承受电流的冲击和数万度的高温烧灼，因此，阴极的头部很容易被烧蚀而致损坏，不仅影响生产，而且增加生产成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是要克服现有等离子体喷枪的阴极容易被烧蚀的缺点，提供一种适合冲刷冷却方式的等离子体喷枪阴极，使阴极不易被烧蚀，以延长等离子体喷枪的使用周期,提高生产效率及节约生产成本。
[0006]本发明的一种等离子体喷枪的阴极，其特征是阴极内有冷却腔(I)和冷却分槽
(II)，阴极由空心圆棒体(I)和实体头部(4 )组成的一体结构，其中，空心圆棒体(I)的内空间构成冷却腔(I )，冷却分槽(II)以阴极的轴线为中心呈环形分布在实体头部(4)内的后部，冷却分槽(II)与冷却腔(I )直接连通，各冷却分槽(II)之间的壁体构成冷却肋板(5)，冷却肋板(5)的径向交合部位构成导流锥体(7)。本发明中，空心圆棒体(I)的壁体后部外侧有安装凸缘(8)，或空心圆棒体(I)的壁体后部内侧有安装螺纹(9);实体头部(4)呈由后向前缩小的圆锥体结构，其圆锥角度(a)为60° -120°，圆锥体的前端为圆弧形结构。
[0007]本发明的阴极作为等离子体喷枪的主要部件之一。等离子体喷枪主要由后座(22)、阴极(10)、绝缘枪架(19)、套管(13)和阳极(16)组成，其中，后座(22)为中空的回转体结构，阴极(10)安装在后座(22)的回转体前端，阴极(10)的轴线与后座(22)的回转体轴线重合，在后座(22)的前部有安装螺口(26)，在后座(22)的回转体结构内有导流管(24)，导流管(24)伸入到阴极(10)内的冷却腔(I )中并接近导流锥体(7)，导流管(24)的出水口指向阴极(10)内的冷却分槽(II)、冷却肋板(5)和导流锥体(7);导流管(24)的外壁与后座(22)的回转体内壁之间有空间，导流管(24)的外壁与后座(22)的回转体内壁之间的空间构成回水室(IX)，在后座(22)的回转体结构有冷却水输入接口(23)和冷却水输出接口
(25),冷却水输入接口(23)连通到导流管(24)的管内空间，冷却水输出接口(25)连通到回水室(IX);绝缘枪架(19)为中空的回转体结构，绝缘枪架(19)的前后分别有前安装槽(18)和后安装槽(21 )，绝缘枪架(19)的回转体结构内有气室(珊)，气室(VDI)有工作气输入接口
(29)接入；套管(13)为圆筒体结构，套管(13)后部的壁体外侧有安装螺纹(12)，套管(13)的前端有前封头(15)，套管(13)中部的壁体上有冷却剂进口(17)接入，套管(13)前部的壁体上有冷却剂出口(14)接出；阳极(16)为由后部向前逐渐扩张的圆锥形喷管结构，阳极
(16)的后端为由后向前收窄的喇机口结构，阳极(16 )后端的喇口八口结构与圆锥形喷管结构之间有贯通的圆形孔道；阳极(16)以嵌入方式安装在套管(13)内，阳极(16)的外壁与套管
(13)的内壁之间的空间构成冷却水套(III)，冷却水套(III)的下部连通到冷却剂进口(17)，冷却水套(III)的上部连通到冷却剂出口(14);套管(13)携阳极(16)安装在绝缘枪架(19)的前安装槽(18)中，后座(22)携阴极(10)安装在绝缘枪架(19)的后安装槽(21)中，阴极
(10)前部的外壁与绝缘枪架(19)的壁体之间有环形的工作气通道(VD，阴极(10)的头端伸入到阳极(16)后端的喇叭口空间中，使喇叭口的内空间构成放电区(VI)，阳极(16)后端的喇叭口结构与圆锥形喷管结构之间的圆形孔道构成压缩孔道(V)，阳极(16)的圆锥形喷管结构内空间构成喷射腔(IV);绝缘枪架(19)内的气室(VDI)通过工作气通道(VD连通到放电区(VI)，放电区(VI)通过压缩孔道(V)连通到喷射腔(IV)。工作时，后座(22)作为阴极(10)的电气连接件，套管(13)作为阳极的电气连接件；一路冷却水通过冷却水输入接口
(23)进入到导流管(24)的管内空间中，经导流管(24)的出水口进入阴极(10)内的各个冷却分槽(II)，冷却水吸收阴极(10)的热量后，再经冷却腔(I )进入到回水室(IX)，然后由冷却水输出接口(25)返回到冷却系统的回路中；另一路冷却水通过冷却剂进口(17)进入到冷却水套(III)中，吸收阳极的热量后，再由冷却剂出口( 14 )返回到冷却系统的回路中；工作气或被加热的气体由工作气输入接口(29)进入到气室(VDI)中，然后由工作气通道(VD)进入到放电区(VI)，同时在阴极(10)与阳极(16)之间施加电能，在阴极(10)的头端与阳极(16)的内壁之间形成等离子体电弧，等离子体电弧通过压缩孔道(V)进入喷射腔(IV)，形成等离子体火炬，等离子体火炬经阳极(16)前端的出口喷出。上述过程中，被加热的水蒸汽在放电区(VI)内被电离，成为离子弧，离子弧在经过压缩孔道(V)时，被进一步加热分解，成为目标产物。
[0008]等离子体喷枪的阴极头部需承受电流冲击及数万度的高温烧灼，因此，必需对阴极的头部采取有效的冷却措施才能增加阴极的使用寿命。本发明采取在阴极的实体头部
(4)内的后部设置冷却分槽(II)和导流锥体(7)，使得冷却分槽(II)、导流锥体(7)、冷却肋板(5)均与实体头部(4)紧密相邻，在冷却水对阴极的冷却过程中，冷却水的水流通过导流管(24)的出水口对导流锥体(7)、冷却肋板(5)、冷却分槽(II)和冷却腔(I )的壁体进行冲刷冷却，能快速把阴极的热量移去，并且本发明的阴极散热面积更大，因而，本发明的阴极能得到更有效的冷却，使得阴极不易被烧蚀，从而更好地保护阴极。
[0009]本发明采用螺母锁紧方式或螺纹连接方式把阴极安装在后座(22)的回转体前端，当采用螺母锁紧方式时，在阴极的空心圆棒体(I)壁体后部外侧有安装凸缘(8)，同时在后座(22)的回转体前端有配合锁紧螺母(28)连接的锁紧螺口，使用锁紧螺母(28)把阴极安装在后座(22)的回转体前端；当采用螺纹连接方式时，在阴极的空心圆棒体(I)的壁体后部内侧有安装螺纹(9)，同时在后座(22)的回转体前端有配合安装螺纹(9)的外螺纹。
[0010]本发明的阴极选用难熔金属制作，所述的难熔金属材料包括钨、钽、钥、铌的合金材料。
[0011]本发明的有益效果是:提供的一种适合冲刷冷却方式等离子体喷枪阴极，能快速把阴极的热量移去，并且阴极的散热面积更大，使阴极不易被烧蚀，以延长等离子体喷枪的使用周期，提高生产效率及节约生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明的一种等离子体喷枪的阴极结构图。
[0013]图2是本发明的另一种等离子体喷枪的阴极结构图。
[0014]图3是图1或图2的A-A剖视图。
[0015]图4是图1或图2的B-B剖视图。
[0016]图5是本发明的应用示意图。
[0017]图中:1.阴极的空心圆棒体，2.阴极头部的圆锥面，3.阴极的前端面，4.阴极的实体头部，5.阴极头内的冷却肋板，6.阴极的后端面，7.阴极头内的导流锥体，8.安装凸缘，
9.安装螺纹，10.阴极，11.密封环，12.阳极套管的安装螺纹，13.阳极的套管，14.冷却剂出口，15.阳极套管的前封头，16.阳极，17.冷却剂进口，18.绝缘枪架的前安装槽，19.绝缘枪架，20.紫铜密封圈，21.绝缘枪架的后安装槽，22.后座，23.冷却水输入接口，24.导流管，25.冷却水输出接口，26.后座的安装螺口，27.锁紧螺口，28.锁紧螺母，29.工作气输入接口 ；a.圆锥角度，Rl.阴极的端头半径，R2.平滑半径；1.阴极的冷却腔，I1.阴极头内的冷却分槽，II1.阳极的冷却水套，IV.喷射腔，V.压缩孔道，V1.放电区，VD.工作气通道，VD1.气室，IX.回水室。
【具体实施方式】
[0018]实施例1 图1和图2所示的实施方式中，本发明的一种等离子体喷枪的阴极，其特征是阴极内有冷却腔(I)和冷却分槽(II)，阴极由空心圆棒体(I)和实体头部(4)组成的一体结构，其中，空心圆棒体(I)的内空间构成冷却腔(I )，冷却分槽(II)以阴极的轴线为中心呈环形分布在实体头部(4)内的后部，冷却分槽(II)与冷却腔(I )直接连通，各冷却分槽(II)之间的壁体构成冷却肋板(5 )，冷却肋板(5 )的径向交合部位构成导流锥体(7 )。本实施例中，实体头部(4)呈由后向前缩小的圆锥体结构，其圆锥角度(a)为60° -120°，圆锥面与直圆面相交部位的平滑半径(R2)为5mm，圆锥体的前端为圆弧形结构，圆弧半径为8mm-15mm。本实施例采用螺母锁紧方式或螺纹连接方式把阴极安装在后座(22)的回转体前端，当采用螺母锁紧方式时，在阴极的空心圆棒体(I)壁体后部外侧有安装凸缘(8)，同时在后座(22)的回转体前端有配合锁紧螺母(28)连接的锁紧螺口，使用锁紧螺母(28)把阴极安装在后座(22)的回转体前端；当采用螺纹连接方式时，在阴极的空心圆棒体(I)的壁体后部内侧有安装螺纹(9)，同时在后座(22)的回转体前端有配合安装螺纹(9)的外螺纹。本实施例的阴极选用难熔金属制作，所述的难熔金属材料包括钨、钽、钥、铌的合金材料。
[0019] 实施例2 图5所示的实施方式是第一实施例中的阴极在等离子体喷枪上的应用，等离子体喷枪主要由后座(22)、阴极(10)、锁紧螺母(28)、绝缘枪架(19)、套管(13)和阳极(16)组成，其中，阴极(10)的结构与第一实施的相同，不再赘述；后座(22)为中空的回转体结构，阴极(10)以螺母锁紧方式安装在后座(22)的回转体前端，使用锁紧螺母(28)把阴极安装在后座(22)的回转体前端，阴极(10)的轴线与后座(22)的回转体轴线重合，在阴极的后端面与后座的回转体前端面之间有紫铜密封圈(20)，在后座(22)的前部有安装螺口(26)，在后座(22)的回转体结构内有导流管(24)，导流管(24)伸入到阴极(10)内的冷却腔(I )中并接近导流锥体(7)，导流管(24)的出水口指向阴极(10)内的冷却分槽(II)、冷却肋板(5)和导流锥体(7);导流管(24)的外壁与后座(22)的回转体内壁之间有空间，导流管(24)的外壁与后座(22)的回转体内壁之间的空间构成回水室(IX)，在后座(22)的回转体结构有冷却水输入接口(23)和冷却水输出接口(25)，冷却水输入接口(23)连通到导流管(24 )的管内空间，冷却水输出接口( 25 )连通到回水室(IX);绝缘枪架(19 )为中空的回转体结构，绝缘枪架(19)的前后分别有前安装槽(18)和后安装槽(21 )，绝缘枪架(19)的回转体结构内有气室(珊)，气室(珊)有工作气输入接口(29)接入；套管(13)为圆筒体结构，套管(13)后部的壁体外侧有安装螺纹(12)，套管(13)的前端有前封头(15)，套管(13)中部的壁体上有冷却剂进口(17)接入，套管(13)前部的壁体上有冷却剂出口(14)接出；阳极
(16)为由后部向前逐渐扩张的圆锥形喷管结构，阳极(16)的后端为由后向前收窄的喇叭口结构，阳极(16)后端的喇叭口结构与圆锥形喷管结构之间有贯通的圆形孔道；阳极(16)以嵌入方式安装在套管(13)内，阳极(16)的外壁与套管(13)的内壁之间的空间构成冷却水套(III)，冷却水套(III)的下部连通到冷却剂进口(17)，冷却水套(III)的上部连通到冷却剂出口(14);套管(13)携阳极(16)安装在绝缘枪架(19)的前安装槽(18)中，在绝缘枪架
(19)的前安装槽(18)底与阳极(16)的后端面之间有密封环(11)，后座(22)携阴极(10)安装在绝缘枪架(19)的后安装槽(21)中，阴极(10)前部的外壁与绝缘枪架(19)的壁体之间有环形的工作气通道(VII)，阴极(10)的头端伸入到阳极(16)后端的喇叭口空间中，使喇叭口的内空间构成放电区(VI)，阳极(16)后端的喇叭口结构与圆锥形喷管结构之间的圆形孔道构成压缩孔道(V)，阳极(16)的圆锥形喷管结构内空间构成喷射腔(IV);绝缘枪架(19)内的气室(VDI)通过工作气通道(VD)连通到放电区(VI)，放电区(VI)通过压缩孔道(V)连通到喷射腔(IV)。工作时，后座(22)作为阴极(10)的电气连接件，套管(13)作为阳极的电气连接件；一路冷却水通过冷却水输入接口(23)进入到导流管(24)的管内空间中，经导流管
(24)的出水口进入阴极(10)内的各个冷却分槽(II)，冷却水吸收阴极(10)的热量后，再经冷却腔(I)进入到回水室(IX)，然后由冷却水输出接口(25)返回到冷却系统的回路中；另一路冷却水通过冷却剂进口(17)进入到冷却水套(III)中，吸收阳极的热量后，再由冷却剂出口(14)返回到冷却系统的回路中；工作气或被加热的气体由工作气输入接口(29)进入到气室(VDI)中，然后由工作气通道(VD进入到放电区(VI)，同时在阴极(10)与阳极(16)之间施加电能，在阴极(10)的头端与阳极(16)的内壁之间形成等离子体电弧，等离子体电弧通过压缩孔道(V)进入喷射腔(IV)，形成等离子体火炬，等离子体火炬经阳极(16)前端的出口喷出。上述过程中，被加热的水蒸汽在放电区(VI)内被电离，成为离子弧，离子弧在经过压缩孔道(V)时，被进一步加热分解，成为目标产物。
【权利要求】
1.一种等离子体喷枪的阴极，其特征是阴极内有冷却腔(I)和冷却分槽(II)，阴极由空心圆棒体(I)和实体头部(4)组成的一体结构，其中，空心圆棒体(I)的内空间构成冷却腔(I )，冷却分槽(II)以阴极的轴线为中心呈环形分布在实体头部(4)内的后部，冷却分槽(II)与冷却腔(I )直接连通，各冷却分槽(II)之间的壁体构成冷却肋板(5)，冷却肋板(5)的径向交合部位构成导流锥体(7)。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体喷枪的阴极，其特征是空心圆棒体(I)的壁体后部外侧有安装凸缘(8)，或空心圆棒体(I)的壁体后部内侧有安装螺纹(9)。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体喷枪的阴极，其特征是实体头部(4)呈由后向前缩小的圆锥体结构，其圆锥角度(a)为60° -120°，圆锥体的前端为圆弧形结构。
【文档编号】H05H1/28GK104333968SQ201410559441
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月18日 优先权日:2014年10月18日
【发明者】周开根 申请人:周开根