CN109379828A - 一种热等离子体双层冷却降温装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热等离子体双层冷却降温装置，包括冷却降温器底座、第一冷却介质输送通道外管、第二冷却介质输送通道外管、第一等离子体夹层管、第二等离子体夹层管、冷却介质输送通道内管、冷却降温器风流尾座、冷却介质输出接口和冷却介质输入接口组成。所述第一冷却介质输送通道外管、第二冷却介质输送通道外管、第一等离子体夹层管和冷却介质输入接口与冷却降温器底座相连，所述第二等离子体夹层管和冷却介质输送通道内管与冷却降温器风流尾座相连，所述冷却介质输出接口与冷却介质输送通道外管相连。本发明的优点是对高温热等离子体的冷却降温效率极高，是相同通流面积普通管冷却效率的5‑15倍，是相同通流流面翅片管冷却效率的3‑10倍，具有结构简单，安全高效，方便应用等特点。

Description

一种热等离子体双层冷却降温装置

技术领域

本申请涉及一种热等离子体双层冷却降温装置，属于等离子体降温装置技术领域。

背景技术

等离子体是除固态、液态、气态之外的第四态，宇宙中99％的物质是等离子态。热等离子体是低温等离子体的一种，但温度通常也高达5000°K至10000°K，目前在冶金、切割、喷涂、煤粉锅炉点火等领域已经有广泛的应用。冷等离子体通常温度在1000°K以下，如稀薄低压辉光放电等离子体、电晕放电等离子体、DBD介质阻挡放电等离子体等，已经在医学领域如伤口愈合、体表慢性溃疡处理等方面得到了广泛的应用。实践证明，热等离子体经过简单的处理后同样可以应用在医疗、消毒、种子诱变等领域。

由于热等离子体温度高、设备制造技术复杂、收集高温等离子体还有不少困难，所以在上述领域还没有得到广泛的应用。所以，有必要做一种快速降底热等离子体温度的装置来推动此技术的发展。

发明内容

本申请为了解决现有的等离子体温度较高，不利于直接作为医疗使用，因此提供一种热等离子体双层冷却降温装置。

本申请是通过以下技术方案实现的，一种热等离子体双层冷却降温装置，其特殊之处在于：包括冷却降温器底座、第一冷却介质输送通道外管、第二冷却介质输送通道外管、第一等离子体夹层管、第二等离子体夹层管、冷却介质输送通道内管、冷却降温器风流尾座、冷却介质输出接口和冷却介质输入接口；所述的冷却降温器底座包括一体的外环座和内环座，外环座和内环座之间设置有环状的介质进入槽，在外环座上开有与介质进入槽连通的输入通道，外环座端部的中间设置有安装凸环，内环座端部的外侧设置有安装台阶；所述的冷却降温器风流尾座包括一体的尾座外基座和尾座内基座，尾座内基座位于尾座外基座内的一端，尾座内基座和尾座外基座形成沉孔状的等离子体气流喷出通道，尾座外基座位于尾座内基座的端部成阶梯结构，尾座外基座上的阶梯结构包括外层的第一外管安装座、中层第二外管安装座和内层的第一夹层管安装座；尾座内基座包括一体的第二夹层管安装座和内管安装座，第二夹层管安装座和内管安装座之间为介质流动槽；等离子体气流流通通道为均匀分布在尾座外基座和尾座内基座之间的多条平行的圆形孔道，冷却介质流出通道由安装座深入到介质流动槽，等离子体气流通通道由第二外管安装座外壁深入到尾座内基座内沉孔中；所述的第二等离子体夹层管为一体的两个桶状的第二夹层管外管和第二夹层管内管，第二夹层管内管的开口端位于第二夹层管外管的底部；所述的第一冷却介质输送通道外管两端一端焊接在安装凸环外侧，一端焊接在第一外管安装座上；第二冷却介质输送通道外管一端焊接在安装凸环内侧，一端焊接在第二外管安装座上的台阶环上；第一等离子体夹层管的一端焊接在安装台阶上，另一端焊接在第一夹层管安装座的端部；第二夹层管外管的开口段焊接在第二夹层管安装座的端部；冷却介质输送通道内管焊接在内管安装座的端部并套装在第二夹层管内管外侧；在第一冷却介质输送通道外管的外侧开有安装冷却介质输出接口的开口。上述方案的作用是快速冷却降温从第二等离子体夹层管内壁和第一等离子体夹层管外壁之间流过的等离子体气流，并得到充分收集，同时保证从等离子体气流喷出通道出口喷出的等离子体气流仍保持热等离子体内原有的绝大多数有效成份。

在上述技术方案的基础上，可以对上述的方案中的特征做进一步限定：

所述的冷却介质流出通道和冷却介质流入通道为多条且均匀分布在冷却降温器风流尾座的侧壁上，且冷却介质流出通道和冷却介质流入通道与等离子体气流通通道不连通。

所述热等离子体双层冷却降温装置，此长度L与等离子体发生器功率有关，长度L(单位mm)与等离子体发生器功率(单位KW)的比例在3：1mm/KW至60：1mm/KW之间。作用是针对不同功率的热等离子体发生器，结合对热等离子体降温速度以及对等离子体气流喷出通道出口温度的高低，设定不同长度的热等离子体降温装置，热等离子体发生器功率越大、降温速度越快、出口温度需求越低，等离子体降温装置长度L要求越长。

所述第二夹层管内管的长度大于其半径，等离子体入口的直径与第二夹层管内管直径的比为1：10至10：1之间；连接第二夹层管内管和第二夹层管外管的夹层底处的剖面形状为平板形、半圆形、V字形和圆弧底的V字形。作用是让等离子体热流通过第二等离子体夹层管内壁和第一等离子体夹层管外壁之间的夹层，同时保证等离子体气流在夹层中均匀分布。

所述所述第一冷却介质输送通道外管、第二冷却介质输送通道外管、第一等离子体夹层管以及冷却介质输入接口与冷却降温器底座和离子体第二夹层管、冷却介质输送通道内管与冷却降温器风流尾座之间的连接为密封连接，并形成密闭的冷却介质通道，通道耐压不小于0.1Mpa。作用保证冷却介质通道具有足够的耐压强度，同时不带来制造成本的大幅增加。

所述第一等离子体夹层管和第二等离子体夹层管之间的夹层为等离子体气流通道,夹层厚度大于0.1mm。作用保证热等离子体气流得到双侧冷却，提高冷却效率，同时保证使用的安全性。

所述第一等离子体夹层管和第二等离子体夹层管材料包括不锈钢、碳钢、合金钢、紫铜、黄铜、铜合金、钛合金和其他合金等。作用是保证第一等离子体夹层管和第二等离子体夹层管具有较好的导热性，同时具备足够的强度和加工工艺性。

所述所述冷却介质从第二等离子体夹层管内壁和第一等离子体夹层管外壁双面冷却从夹层中流过流过的等离子体气流，所述冷却介质包括各种无毒无害的液体。作用是对等离子体双面进行冷却，同时不造成周围环境污染合人体的伤害。

所述冷却介质可以从冷却介质输入接口进，从冷却介质输出接口出，也可以从冷却介质输入接口出，从冷却介质输出接口进。作用是通过逆向或顺向冷却，改变对等离子体的冷却效果。

所述冷却降温器风流尾座上面至少开有一个等离子体气流通通道，一个冷却介质流入通道和一个冷却介质流出通道，且相互之间不直接贯通。作用是实现等离子体气流和冷却水从各自独立的通道流过，不造成相互混合。

所述冷却降温器风流尾座出口段至少开有一个等离子体气流喷出通道为单一圆筒状，圆台和圆柱组成的手电筒状和多条平行的圆孔状，喷口端通道总的通流面当量直径d3与冷却降温器底座中心等离子体气流通道直径d1的比例在1：50至50：1之间。作用是控制等离子体气流喷出是的流速、喷射面积，满足使用需求。

附图说明

图1为本申请一种热等离子体双层冷却降温装置总体图；

图2为图1中的冷却降温器底座的结构示意图；

图3为图1中的冷却降温器风流尾座结构示意图；

图4为图3的左视图；

图5为离子体第二夹层管5示意图；

图6为手电筒状的等离子体气流喷出通道11结构示意图；

图7为多条平行的圆孔状的等离子体气流喷出通道11结构示意图；

图8为图7中的A-A剖视图；

图9为夹层底剖面成半圆形结构的示意图；

图10为夹层底剖面成V字形结构的示意图；

图11为夹层底剖面成圆弧底的V字形结构的示意图。

附图标记记录如下：冷却降温器底座(1)，外环座(1.1)，内环座(1.2)，介质进入槽(1.3)，等离子体入口(1.4)，安装凸环(1.5)，安装台阶(1.6)，输入通道(1.7)，第一冷却介质输送通道外管(2)，第二冷却介质输送通道外管(3)，第一等离子体夹层管(4)，第二等离子体夹层管(5)，第二夹层管外管(5.1)，第二夹层管内管(5.2)，夹层底(5.3)，冷却介质输送通道内管(6)，冷却降温器风流尾座(7)，尾座外基座(7.1)，第一外管安装座(7.11)，第二外管安装座(7.12)，第一夹层管安装座(7.13)，尾座内基座(7.2)，第二夹层管安装座(7.21)，内管安装座(7.22)，冷却介质输出接口(8)，冷却介质9，冷却介质输入接口(10)，等离子体气流喷出通道(11)，冷却介质流出通道(12)，冷却介质流入通道(13)，等离子体气流通通道(14)。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种热等离子体双层冷却降温装置，包括冷却降温器底座1、第一冷却介质输送通道外管2、第二冷却介质输送通道外管3、第一等离子体夹层管4、第二等离子体夹层管5、冷却介质输送通道内管6、冷却降温器风流尾座7、冷却介质输出接口8和冷却介质输入接口10；所述的冷却降温器底座1(参见图2)包括一体的外环座1.1和内环座1.2，外环座1.1和内环座1.2之间设置有环状的介质进入槽1.3，在外环座1.1上开有与介质进入槽1.3连通的输入通道1.7，外环座1.1端部的中间设置有安装凸环1.5，内环座1.2端部的外侧设置有安装台阶1.6；所述的冷却降温器风流尾座7(参见图3和图4)包括一体的尾座外基座7.1和尾座内基座7.2，尾座内基座7.2位于尾座外基座7.1内的一端，尾座内基座7.2和尾座外基座7.1形成沉孔状的等离子体气流喷出通道11，尾座外基座7.1位于尾座内基座7.2的端部成阶梯结构，尾座外基座7.1上的阶梯结构包括外层的第一外管安装座7.11、中层第二外管安装座7.12和内层的第一夹层管安装座7.13；尾座内基座7.2包括一体的第二夹层管安装座7.21和内管安装座7.22，第二夹层管安装座7.21和内管安装座7.22之间为介质流动槽；等离子体气流流通通道14为均匀分布在尾座外基座7.1和尾座内基座7.2之间的多条平行的圆形孔道，冷却介质流出通道12由7.13深入到介质流动槽，等离子体气流通通道14由第二外管安装座7.12外壁深入到尾座内基座7.2内沉孔中；所述的第二等离子体夹层管5(参见图5)为一体的两个桶状的第二夹层管外管5.1和第二夹层管内管5.2，第二夹层管内管5.2的开口端位于第二夹层管外管5.1的底部；所述的第一冷却介质输送通道外管2两端一端焊接在安装凸环1.5外侧，一端焊接在第一外管安装座7.11上；第二冷却介质输送通道外管3一端焊接在安装凸环1.5内侧，一端焊接在第二外管安装座7.12上的台阶环上；第一等离子体夹层管4的一端焊接在安装台阶1.6上，另一端焊接在第一夹层管安装座7.13的端部；第二夹层管外管5.1的开口段焊接在第二夹层管安装座7.21的端部；冷却介质输送通道内管6焊接在内管安装座7.22的端部并套装在第二夹层管内管5.2外侧；在第一冷却介质输送通道外管2的外侧开有安装冷却介质输出接口8的开口。作用是快速冷却降温从第二等离子体夹层管5内壁和第一等离子体夹层管4外壁之间流过的等离子体气流，并得到充分收集，同时保证从等离子体气流喷出通道11出口喷出的等离子体气流仍保持热等离子体内原有的绝大多数有效成份。

所述的冷却介质流出通道12和冷却介质流入通道13为多条且均匀分布在冷却降温器风流尾座7的侧壁上(参见图3和图4)，且冷却介质流出通道12和冷却介质流入通道13与等离子体气流通通道14不连通。

所述热等离子体双层冷却降温装置，此长度L与等离子体发生器功率有关，长度L(单位mm)与等离子体发生器功率(单位KW)的比例在3：1mm/KW至60：1mm/KW之间。作用是针对不同功率的热等离子体发生器，结合对热等离子体降温速度以及对等离子体气流喷出通道11出口温度的高低，设定不同长度的热等离子体降温装置，热等离子体发生器功率越大、降温速度越快、出口温度需求越低，等离子体降温装置长度L要求越长。

所述第二等离子体夹层管5，与冷却降温器底座1相邻的一段，端部形状为杯底状，杯体高k大于0.5d2直径，直径d2与冷却降温器底座1中心等离子体气流通道直径d1的比例在1：10至10：1之间；具体的即为所述第二夹层管内管5.2的长度大于其半径，等离子体入口1.4的直径与第二夹层管内管5.2直径的比为1：10至10：1之间；连接第二夹层管内管5.2和第二夹层管外管5.1的夹层底5.3处的剖面形状为平板形(参见图5)、半圆形5.31(图9)、V字形5.32(图10)和圆弧底的V字形5.33(图11)。作用是让等离子体热流通过第二等离子体夹层管5内壁和第一等离子体夹层管4外壁之间的夹层，同时保证等离子体气流在夹层中均匀分布。

所述所述第一冷却介质输送通道外管2、第二冷却介质输送通道外管3、第一等离子体夹层管4以及冷却介质输入接口10与冷却降温器底座1和离子体第二夹层管5、冷却介质输送通道内管6与冷却降温器风流尾座7之间的连接为密封连接，并形成密闭的冷却介质通道，通道耐压不小于0.1Mpa。作用保证冷却介质通道具有足够的耐压强度，同时不带来制造成本的大幅增加。

所述第一等离子体夹层管4和第二等离子体夹层管5之间的夹层为等离子体气流通道,夹层厚度大于0.1mm。作用保证热等离子体气流得到双侧冷却，提高冷却效率，同时保证使用的安全性。

所述第一等离子体夹层管4和第二等离子体夹层管5材料包括不锈钢、碳钢、合金钢、紫铜、黄铜、铜合金、钛合金和其他合金等。作用是保证第一等离子体夹层管4和第二等离子体夹层管5具有较好的导热性，同时具备足够的强度和加工工艺性。

所述所述冷却介质9从第二等离子体夹层管5内壁和第一等离子体夹层管4外壁双面冷却从夹层中流过流过的等离子体气流，所述冷却介质9包括各种无毒无害的液体。作用是对等离子体双面进行冷却，同时不造成周围环境污染合人体的伤害。

所述冷却介质9可以从冷却介质输入接口10进，从冷却介质输出接口8出，也可以从冷却介质输入接口10出，从冷却介质输出接口8进。作用是通过逆向或顺向冷却，改变对等离子体的冷却效果。

所述冷却降温器风流尾座7上面至少开有一个等离子体气流通通道14，一个冷却介质流入通道13和一个冷却介质流出通道12，且相互之间不直接贯通。作用是实现等离子体气流和冷却水从各自独立的通道流过，不造成相互混合。

所述冷却降温器风流尾座7出口段至少开有一个等离子体气流喷出通道11为单一圆筒状(参见图3)，圆台和圆柱组成的手电筒状(参见图6)和多条平行的圆孔状(参见图7和图8)，喷口端通道总的通流面当量直径d3与冷却降温器底座1中心等离子体气流通道直径d1的比例在1：50至50：1之间。作用是控制等离子体气流喷出是的流速、喷射面积，满足使用需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种热等离子体双层冷却降温装置，其特征在于：包括冷却降温器底座(1)、第一冷却介质输送通道外管(2)、第二冷却介质输送通道外管(3)、第一等离子体夹层管(4)、第二等离子体夹层管(5)、冷却介质输送通道内管(6)、冷却降温器风流尾座(7)、冷却介质输出接口(8)和冷却介质输入接口(10)；所述的冷却降温器底座(1)包括一体的外环座(1.1)和内环座(1.2)，外环座(1.1)和内环座(1.2)之间设置有环状的介质进入槽(1.3)，在外环座(1.1)上开有与介质进入槽(1.3)连通的输入通道(1.7)，外环座(1.1)端部的中间设置有安装凸环(1.5)，内环座(1.2)端部的外侧设置有安装台阶(1.6)；所述的冷却降温器风流尾座(7)包括一体的尾座外基座(7.1)和尾座内基座(7.2)，尾座内基座(7.2)位于尾座外基座(7.1)内的一端，尾座内基座(7.2)和尾座外基座(7.1)形成沉孔状的等离子体气流喷出通道(11)，尾座外基座(7.1)位于尾座内基座(7.2)的端部成阶梯结构，尾座外基座(7.1)上的阶梯结构包括外层的第一外管安装座(7.11)、中层第二外管安装座(7.12)和内层的第一夹层管安装座(7.13)；尾座内基座(7.2)包括一体的第二夹层管安装座(7.21)和内管安装座(7.22)，第二夹层管安装座(7.21)和内管安装座(7.22)之间为介质流动槽；等离子体气流流通通道(14)为均匀分布在尾座外基座(7.1)和尾座内基座(7.2)之间的多条平行的圆形孔道，冷却介质流出通道(12)由安装座(7.13)深入到介质流动槽，等离子体气流通通道(14)由第二外管安装座(7.12)外壁深入到尾座内基座(7.2)内沉孔中；所述的第二等离子体夹层管(5)为一体的两个桶状的第二夹层管外管(5.1)和第二夹层管内管(5.2)，第二夹层管内管(5.2)的开口端位于第二夹层管外管(5.1)的底部；所述的第一冷却介质输送通道外管(2)两端一端焊接在安装凸环(1.5)外侧，一端焊接在第一外管安装座(7.11)上；第二冷却介质输送通道外管(3)一端焊接在安装凸环(1.5)内侧，一端焊接在第二外管安装座(7.12)上的台阶环上；第一等离子体夹层管(4)的一端焊接在安装台阶(1.6)上，另一端焊接在第一夹层管安装座(7.13)的端部；第二夹层管外管(5.1)的开口段焊接在第二夹层管安装座(7.21)的端部；冷却介质输送通道内管(6)焊接在内管安装座(7.22)的端部并套装在第二夹层管内管(5.2)外侧；在第一冷却介质输送通道外管(2)的外侧开有安装冷却介质输出接口(8)的开口。

2.根据权利要求1所述热等离子体双层冷却降温装置，其特征在于：所述的冷却介质流出通道(12)和冷却介质流入通道(13)为多条且均匀分布在冷却降温器风流尾座(7)的侧壁上，且冷却介质流出通道(12)和冷却介质流入通道(13)与等离子体气流通通道(14)不连通。

3.根据权利要求1所述热等离子体双层冷却降温装置，其特征在于：所述热等离子体双层冷却降温装置的长度L与等离子体发生器功率比为在3：1mm/KW至60：1mm/KW之间。

4.根据权利要求1所述热等离子体双层冷却降温装置，其特征在于：所述第二夹层管内管(5.2)的长度大于其半径，等离子体入口(1.4)的直径与第二夹层管内管(5.2)直径的比为1：10至10：1之间；连接第二夹层管内管(5.2)和第二夹层管外管(5.1)的夹层底(5.3)处的剖面形状为平板形、半圆形(5.31)、V字形(5.32)和圆弧底的V字形(5.33)。

5.根据权利要求1所述热等离子体双层冷却降温装置，其特征在于：所述第一冷却介质输送通道外管(2)、第二冷却介质输送通道外管(3)、第一等离子体夹层管(4)以及冷却介质输入接口(10)与冷却降温器底座(1)和离子体第二夹层管(5)、冷却介质输送通道内管(6)与冷却降温器风流尾座(7)之间的连接为密封连接，并形成密闭的冷却介质通道。

6.根据权利要求1所述热等离子体双层冷却降温装置，其特征在于：所述第一等离子体夹层管(4)和第二等离子体夹层管(5)之间的夹层为等离子体气流通道,夹层厚度大于0.1mm。

7.根据权利要求1所述热等离子体双层冷却降温装置，其特征在于：所述等离子体气流喷出通道(11)为单一圆筒状，圆台和圆柱组成的手电筒状和多条平行的圆孔状。