CN207720494U - 风冷式非转移弧等离子枪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风冷式非转移弧等离子枪，风冷式非转移弧等离子枪包括壳管、进气管、绝缘体、阳极体、阴极体壳管具有第一端和第二端，进气管从壳管的第二端插入。绝缘体的至少一部分设在壳管的第二端和进气管之间。阳极体封堵在壳管的第一端，阳极体上设有喷口，喷口与进气管连通。阴极体设在壳管内，阴极体的一端与进气管伸入至壳管的一端相连，阴极体的另一端朝向喷口设置，阴极体内设有连通进气管的气道。根据本实用新型实施例的风冷式非转移弧等离子枪，采用风冷方式对枪体内部零件进行冷却，简化了离子枪结构，提高了电能的有效利用率，提高了工作效率，延长了电极体的使用寿命。

Description

风冷式非转移弧等离子枪

技术领域

本实用新型涉及等离子体技术领域，尤其涉及一种风冷式非转移弧等离子枪。

背景技术

等离子态是物质的第四态，宇宙中几乎99%的物质(不包括尚未确认的暗物质)都处于等离子态。等离子体其温度分布范围则从10K的低温到核聚变等离子体的10亿K超高温，且等离子体拥有一系列独特性质，使等离子体在纳米材料生产、新材料合成、热加工制造、冶炼、钻探、煤化工、垃圾废物处理、材料表面处理、电子、新能源、军事、航空航天等领域获得广泛应用。近几十年来，等离子体发生器的研制及等离子诊断技术的开发均取得了巨大的进展，并且等离子体研制与开发的重点已不再局限于航天航空方面的应用，而是更多地转向机械、化工、冶金、环保等工业部门的应用，特别是在材料加工与新材料研制方面的应用。等离子系统有转移弧与非转移弧两种，非转移弧等离子体的正负极均在一个等离子枪内部，与转移弧等离子相比，非转移弧等离子设备结构更为复杂，价格更为昂贵，在一定程度上影响是非转移弧等离子技术的发展，目前亟需一种价格便宜、结构简单的非转移弧等离子系统以促进等离子技术的广泛应用。

现有非转移弧等离子枪都是水冷结构，水冷结构针对一些短期运行的加热系统效果较好，但对一些长期运行的加热系统如垃圾处理、飞灰处理等效果较差，其原因是冷却水带走了一半的热量，使得电能的利用率仅有50％左右，增大了电能消耗及成本，目前急需一种能够提高电能利用率，减小运行成本的非转移弧等离子枪。

现有技术公开了一种“手持式气冷等离子炬”，该技术的方案是导电管前端有导电盘，导电盘前端有石墨电极座，石墨电机座前端有空心石墨电极，导电管的前端与直流电源的一极相连，金属件与直流电源另一端相连。该技术为转移弧等离子枪，枪体只为阴极，必须得有一个外阳极，无法形成非转移弧，只能进行熔覆或切割等类似焊接的工况，无法对其他工况进行加热。

现有技术公开了一种“小型非冷却等离子体射流点火器”，该装置主要由阳极、阴极、气旋器、陶瓷、壳体、弹簧、供气管路(阴极接线管)组成。该实用新型只适用于小型工况，枪体内部烧损较为厉害，不适用于长期工作；而且该装置结构较为复杂，不利于损耗件更换，也难以用于大型加热设备。

现有技术公开了一种“大功率空冷等离子发生器”，该装置主要由阴极体、阳极体、磁线圈组成，阴极体形状为陀螺状，阳极体的结构采用拉瓦尔喷管结构，阴极体和阳极体呈同轴式布置，磁线圈布置在阴极体后部并串接在阴极体电路回路中，阴极体与阳极体之间形成电弧，电弧在磁线圈产生洛伦兹力的作用下高速旋转并被旋转气流沿阳极体通道吹出形成等离子流，阴极体及阳极体的冷却均采用空冷方式，将大功率等离子发生器阴极体和阳极体冷却方式由水冷改为空气冷却，克服了现有水冷电极等离子的结构复杂、可靠性差的问题。该装置采用磁线圈对等离子弧进行冷却，在一定程度上提高了设备的成本，而且磁压缩也是耗能的，虽然减少了冷却水对能量的损耗，但其磁线圈耗能也在一定程度上降低了电能的有效利用率，此外该装置损耗件结构复杂，不易更换，在一定程度上提高了设备运行的成本，不适合长时间运行。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种风冷式非转移弧等离子枪，所述风冷式非转移弧等离子枪结构简单，电能的有效利用率较高。

根据本实用新型实施例的风冷式非转移弧等离子枪，包括：壳管，所述壳管具有第一端和第二端；进气管，所述进气管从所述壳管的第二端插入；绝缘体，所述绝缘体的至少一部分设在所述壳管的第二端和所述进气管之间；阳极体，所述阳极体封堵在所述壳管的第一端，所述阳极体上设有喷口，所述喷口与所述进气管连通；阴极体，所述阴极体设在所述壳管内，所述阴极体的一端与所述进气管伸入至所述壳管的一端相连，所述阴极体的另一端朝向所述喷口设置，所述阴极体内设有连通所述进气管的气道；其中，所述进气管、所述阴极体均与所述壳管的内壁间隔开，所述进气管、所述阴极体与所述壳管的内壁之间限定出相连通的风冷通道；所述阴极体与所述阳极体间隔开以限定出与所述风冷通道相通的保护通道；所述进气管的管壁上设有连通所述风冷通道的冷却孔；另外，所述壳管、所述进气管、所述阳极体和所述阴极体均为导体，所述壳管适于连接正极电，所述进气管适于连接负极电。

根据本实用新型实施例的风冷式非转移弧等离子枪，采用风冷方式对枪体内部零件进行冷却，简化了离子枪结构，提高了电能的有效利用率，提高了工作效率，延长了电极体的使用寿命。

在一些实施例中，所述风冷式非转移弧等离子枪，还包括：隔热套，所述隔热套套设在所述进气管和所述绝缘体之间，所述隔热套的一部分从所述绝缘体内伸出。

在一些实施例中，所述阳极体的朝向所述阴极体的端面上设有凹槽，所述阴极体的一端伸入到所述凹槽内。

具体地，所述凹槽的内表面形成为半球面，所述阴极体的端面形成为相适配的半球面。

在一些实施例中，所述冷却孔形成为由所述进气管的管内到管外的方向上朝向所述喷口延伸的斜孔。

在一些实施例中，从所述进气管到所述阳极体，每相连接的两个部件之间，至少一处采用螺纹连接。

在一些实施例中，所述进气管和所述壳管分别为耐热钢件。

在一些实施例中，所述阴极体和所述阳极体分别为高纯石墨件。

在一些实施例中，所述绝缘体为玻璃钢件。

在一些实施例中，所述阴极体形成为圆柱体，所述气道在所述阴极体的轴向方向上贯通所述阴极体，所述气道的一端形成为大孔以外套所述进气管，所述阴极体与所述壳管同轴设置。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施例的风冷式非转移弧等离子枪的整体结构示意图。

附图标记：

风冷式非转移弧等离子枪100、

壳管1、第一端S1、第二端S2、

进气管2、冷却孔21、

绝缘体3、

阳极体4、喷口41、

阴极体5、气道51、

隔热套6、风冷通道7、保护通道8、非转移等离子弧9。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考图1描述根据本实用新型实施例的风冷式非转移弧等离子枪100。

如图1所示，根据本实用新型实施例的风冷式非转移弧等离子枪100包括壳管1、进气管2、绝缘体3、阳极体4、阴极体5。

壳管1具有第一端S1和第二端S2，进气管2从壳管1的第二端S2插入，绝缘体3的至少一部分设在壳管1的第二端S2和进气管2之间。阳极体4封堵在壳管1的第一端S1，阳极体4上设有喷口41，喷口41与进气管2连通。阴极体5设在壳管1内，阴极体5的一端与进气管2伸入至壳管1的一端相连，阴极体5的另一端朝向喷口41设置，阴极体5内设有连通进气管2的气道51。

其中，进气管2、阴极体5均与壳管1的内壁间隔开，进气管2、阴极体5与壳管1的内壁之间限定出相连通的风冷通道7。阴极体5与阳极体4间隔开以限定出与风冷通道7相通的保护通道8。进气管2的管壁上设有连通风冷通道7的冷却孔21，此外，壳管1、进气管2、阳极体4和阴极体5均为导体，壳管1适于连接正极电，进气管2适于连接负极电。

可以理解的是，在本实用新型实施例的风冷式非转移弧等离子枪100工作工程中，压缩空气自进气管2中进入枪体内部，一部分压缩空气从设在进气管2的管壁上的冷却孔21进入风冷通道7，对枪体内部的零部件起到了冷却作用，由于风冷通道7与保护通道8连通，这一部分压缩空气还可以起到压缩等离子弧保护阳极体4和阴极体5的作用。而另一部分空气进入阴极体5内的气道51，作为等离子气体产生等离子弧。

由上述叙述可以看出，本实用新型实施例的风冷式非转移弧等离子枪100的结构非常简单，进入枪体的压缩空气既可以充当等离子气产生等离子弧，由可以对枪体内部起到冷却作用，还可以对阴极体5和阳极体4起到保护作用。

此外，由于本实用新型实施例的风冷式非转移弧等离子枪100使用风冷替代了水冷，减少了冷却水对能量的损耗，提高了离子枪的电能利用率。与此同时，由于空气具有流动性，压缩空气在对枪体内部进行冷却之后同样可以作为等离子气体产生等离子弧，提高了压缩空气的利用率。

根据本实用新型实施例的风冷式非转移弧等离子枪100，采用风冷方式对枪体内部零件进行冷却，简化了离子枪结构，提高了电能的有效利用率，提高了工作效率，延长了离子枪的使用寿命。

在一些实施例中，风冷式非转移弧等离子枪100包括隔热套6，隔热套6套设在进气管2和绝缘体3之间，隔热套6的一部分从绝缘体3内伸出由此，可以防止用户在更换阴极体5时被烫伤。

当然，也可以不设置隔热套6，绝缘体3设计为阶梯状，直径较小的一端伸出壳管1的第二端S2设置，且绝缘体3有隔热功能，同样可以起到对用户起到保护作用。

当然，还可以在进气管2伸出壳管1的第二端S2的周壁上涂布隔热材料或者设置隔热层以保护用户。

在一些实施例中，阳极体4的朝向阴极体5的端面上设有凹槽，阴极体5的一端伸入到凹槽内。由此，可以增加阳极体4和阴极体5的极间相对面积。

具体地，凹槽的内表面形成为半球面，阴极体5的端面形成为相适配的半球面，这样，不仅容易加工，还能保证阳极体4与阴极体5之间间隔的缝隙宽度均匀，更加有利于产生电弧。

当然，阳极体4的朝向阴极体5的端面也可以形成为平面、凸面等各种形状。

在一些实施例中，冷却孔21形成为由进气管2的管内到管外的方向上朝向喷口41延伸的斜孔，这样进气管2内气体喷朝向阳极体4的方向喷射。由此，可将压缩空气均匀输入到等离子枪体内部。

当然，冷却孔21也可以形成为直孔，锥形孔等等。

具体地，冷却孔21为多个，更具体地，沿进气管2的轴向上设有多排孔，每排孔沿进气管2的周向形成有多个冷却孔21。

在一些实施例中，从进气管2到阳极体4，每相连接的两个部件之间，至少一处采用螺纹连接。

具体而言，当进气管2与绝缘体3之间未设隔热套6时，进气管2与绝缘体3之间、绝缘体3与壳管1之间、壳管1与阳极体4直接、进气管2与阴极体5之间，至少有一处采用螺纹连接。当进气管2与绝缘体3之间设有隔热套6时，进气管2与隔热套6之间、隔热套6与绝缘体3之间、绝缘体3与壳管1之间、壳管1与阳极体4直接、进气管2与阴极体5之间，至少有一处采用螺纹连接。由此，等离子枪整体装配非常方便，尤其阴极体5和阳极体4的更换十分方便，且螺纹连接加工较为方便，降低了风冷式非转移弧等离子枪100的生产成本。

当然，连接方式并不限于螺纹连接，还可以是利用螺钉连接，卡扣连接等多种形式。

在一些实施例中，进气管2和壳管1分别为耐热钢件。可以理解的是，进气管2与阴极体5相连，可以将负电流传入阴极体5；壳管1与阳极体4相连，可以将正电流接入阳极体4。由此，阴极体5和阳极体4之间产生电压，引弧后产生非转移等离子弧。由于产生非转移等离子弧的过程中会放出大量的热，因此进气管2和壳管1采用耐热钢材料，有利于延长二者的使用寿命。当然进气管2和壳管1还可以采用其他耐热的导电材料。

在一些实施例中，阴极体5和阳极体4分别为高纯石墨件。高纯石墨在烧损消耗时也会释放热量对反应物进行加热，因此阴极体5和阳极体4不属于消耗件，而属于燃料。由此，整个风冷式非转移弧等离子枪100没有消耗件，提高了电能的利用效率，电能的效率能达到95％以上。

可选地，阴极体5与阳极体4的结构通过设计，使得阴极体5与阳极体4具有相同的寿命，通过工作经验摸索出阴极体5和阳极体4的寿命，当二者的寿命将尽时，停止工作，取出风冷式非转移弧等离子枪100，更换阴极体5和阳极体4。这样可以最大限度的减少风冷式非转移弧等离子枪100的零件更换时间，提高了工作效率。

在一些实施例中，绝缘体3为玻璃钢件。绝缘体3起到隔绝正负极电流的作用，避免了正负极电流短接造成的故障发生。此外玻璃钢的强度较大，可以对风冷式非转移弧等离子枪100起到保护作用。当然绝缘体3的材料并不限于玻璃钢，还可以是其他绝缘材料。

在一些实施例中，阴极体5形成为圆柱体，气道51在阴极体5的轴向方向上贯通阴极体5，气道51的一端形成为大孔以外套进气管2，阴极体5与壳管1同轴设置。

在一些可选的实施例中，风冷式非转移弧等离子枪100的引弧方式采用高频高压引弧或接触式引弧。

在一些可选的实施例中，风冷式非转移弧等离子枪100承受的功率范围为50kW-5000kW。

在一些可选的实施例中，风冷式非转移弧等离子枪100的尺寸范围为100mm-1000mm。

下面参考图1描述本实用新型一个具体实施例的风冷式非转移弧等离子枪100。

如图1所示，风冷式非转移弧等离子枪100包括进气管2，隔热套6，绝缘体3，壳管1，阴极体5，阳极体4。进气管2与隔热套6采用螺纹连接，隔热套6与绝缘体3采用螺纹连接，绝缘体3与壳管1采用螺纹连接，壳管1与阳极体4采用螺纹连接，进气管2与阴极体5采用螺纹连接。

壳管1具有第一端S1和第二端S2，进气管2设在壳管1内且一端从壳管1的第二端S2伸出。绝缘体3的一部分设在壳管1的第二端S2和进气管2之间。阳极体4封堵在壳管1的第一端S1，阳极体4上设有喷口41。阴极体5设在壳管1内，阴极体5的一端与进气管2相连，阴极体5的另一端朝向喷口41设置，阴极体5内设有连通进气管2的气道51。进气管2、阴极体5均与壳管1的内壁间隔开，进气管2、阴极体5与壳管1的内壁之间限定出相连通的风冷通道7。阴极体5与阳极体4间隔开以限定出与风冷通道7相通的保护通道8。进气管2的管壁上设有连通风冷通道7的冷却孔21。

进气管2的材料为耐热钢，主要作用是将压缩空气及负电流导入阴极体5中。

隔热套6的材料为隔热材料，主要作用是防止用户拆装阴极体5时烫伤。

绝缘体3的材料为玻璃钢，主要作用是隔绝正负极电流。

冷却孔21形成为由内到外的方向上朝向喷口41延伸的斜孔，可将压缩空气均匀输入到等离子枪体内部，对进气管2的下端及枪体起到了冷却的作用，压缩空气到达阴极体5与阳极体4之间时还可以起到压缩等离子弧保护电极的作用。

壳管1的材料为耐热钢，主要作用是将正电流传送到阳极体4的作用。

阴极体5的材料为高纯石墨，其作用是与阳极体4之间产生非转移等离子弧9。

阳极体4的材料为高纯石墨，其作用是与阴极体5之间产生非转移等离子弧9。

阴极体5与阳极体4的结构通过设计，使得阴极体5与阳极体4具有相同的寿命，通过工作经验摸索出阴阳极体4的寿命，当阴阳极体4的寿命将尽时，停止工作，取出等离子枪，更换阴阳极体4。

本实施例中的风冷式非转移弧等离子枪100适用于等离子体处理垃圾、飞灰及锅炉等离子点火等工况，通过改变结构，承受功率为50kW-5000kW，引弧方式采用高频高压引弧或接触式引弧。

工作时，需要至少准备三根等离子枪，以便于更换阴极体5和阳极体4的过程中不间断作业。

本实施例的风冷式非转移弧等离子枪100具有以下优点：

(1)采用气冷保护，简化了等离子枪的结构。

(2)进气管2与阴极连接处设有冷却孔21，压缩空气通过冷却孔21流到枪体内部，对枪体内部进行较好的冷却，且在冷却完毕之后，压缩空气还可以作为等离子气体产生非转移等离子弧9。

(3)阴极体5和阳极体4采用高纯石墨，电能利用效率能够达到95％以上。此外石墨在空气环境下燃烧，能够产生燃烧热，热量可以用于产生等离子弧。

(4)阴极体5和阳极体4的寿命设计为相同的，方便更换，减少了等离子枪更换电极体的时间。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种风冷式非转移弧等离子枪，其特征在于，包括：

壳管，所述壳管具有第一端和第二端；

进气管，所述进气管从所述壳管的第二端插入；

绝缘体，所述绝缘体的至少一部分设在所述壳管的第二端和所述进气管之间；

阳极体，所述阳极体封堵在所述壳管的第一端，所述阳极体上设有喷口，所述喷口与所述进气管连通；

阴极体，所述阴极体设在所述壳管内，所述阴极体的一端与所述进气管伸入至所述壳管的一端相连，所述阴极体的另一端朝向所述喷口设置，所述阴极体内设有连通所述进气管的气道；其中，

所述进气管、所述阴极体均与所述壳管的内壁间隔开，所述进气管、所述阴极体与所述壳管的内壁之间限定出相连通的风冷通道；

所述阴极体与所述阳极体间隔开以限定出与所述风冷通道相通的保护通道；

所述进气管的管壁上设有连通所述风冷通道的冷却孔；另外，

所述壳管、所述进气管、所述阳极体和所述阴极体均为导体，所述壳管适于连接正极电，所述进气管适于连接负极电。

2.根据权利要求1所述的风冷式非转移弧等离子枪，其特征在于，还包括：隔热套，所述隔热套套设在所述进气管和所述绝缘体之间，所述隔热套的一部分从所述绝缘体内伸出。

3.根据权利要求1所述的风冷式非转移弧等离子枪，其特征在于，所述阳极体的朝向所述阴极体的端面上设有凹槽，所述阴极体的一端伸入到所述凹槽内。

4.根据权利要求3所述的风冷式非转移弧等离子枪，其特征在于，所述凹槽的内表面形成为半球面，所述阴极体的端面形成为相适配的半球面。

5.根据权利要求1所述的风冷式非转移弧等离子枪，其特征在于，所述冷却孔形成为由所述进气管的管内到管外的方向上朝向所述喷口延伸的斜孔。

6.根据权利要求1或2所述的风冷式非转移弧等离子枪，其特征在于，从所述进气管到所述阳极体，每相连接的两个部件之间，至少一处采用螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的风冷式非转移弧等离子枪，其特征在于，所述进气管和所述壳管分别为耐热钢件。

8.根据权利要求1所述的风冷式非转移弧等离子枪，其特征在于，所述阴极体和所述阳极体分别为高纯石墨件。

9.根据权利要求1所述的风冷式非转移弧等离子枪，其特征在于，所述绝缘体为玻璃钢件。

10.根据权利要求1所述的风冷式非转移弧等离子枪，其特征在于，所述阴极体形成为圆柱体，所述气道在所述阴极体的轴向方向上贯通所述阴极体，所述气道的一端形成为大孔以外套所述进气管，所述阴极体与所述壳管同轴设置。