CN209949517U - 等离子体阳极结构和等离子体发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及等离子体发生器技术领域，特别涉及一种等离子体阳极结构和等离子体发生器。本实用新型所提供的等离子体阳极结构，包括阳极本体、具有介质入口的第一腔室、具有介质出口的第二腔室、以及第一旋流结构，第一旋流结构使由第一腔室进入第二腔室的冷却介质旋转流经阳极本体的外表面。基于此，可以增大冷却介质与阳极本体的有效接触面积，从而有效改善对阳极本体的冷却效果。

Description

等离子体阳极结构和等离子体发生器

技术领域

本实用新型涉及等离子体发生器技术领域，特别涉及一种等离子体阳极结构和等离子体发生器。

背景技术

阳极冷却系统是等离子体发生器的关键组成部分，其可以对阳极进行冷却，带走阳极的热量。作为阳极冷却系统的一种常见结构，其采用水冷系统，包括套设在阳极外部的空腔以及设置在空腔与阳极之间的分隔套，分隔套将空腔分隔为由内至外依次布置的进水腔和出水腔，且进水腔和出水腔形成水循环流路，实现冷却阳极的目的。

然而，在实现本实用新型的过程中，发明人发现，现有的阳极冷却系统，存在冷却效果较差的问题。

发明内容

本实用新型所要解决的一个技术问题是：改善对等离子发生器阳极的冷却效果。

为了解决上述技术问题，本实用新型第一方面提供了一种等离子体阳极结构，其包括：

阳极本体；和

冷却结构，用于冷却阳极本体，并包括冷却腔体、分隔套和第一旋流结构，冷却腔体套设在阳极本体外部，分隔套设置在冷却腔体内并将冷却腔体内部分隔为由外向内依次布置并彼此连通的第一腔室和第二腔室，第一腔室具有介质入口，第二腔室具有介质出口，且第一旋流结构使由第一腔室进入第二腔室的冷却介质旋转流经阳极本体的外表面。

在一些实施例中，第一旋流结构包括多个设置在分隔套上的第一旋流口，第一旋流口倾斜设置为使得冷却介质在第一旋流口中的流动方向相对于阳极本体的中心轴线倾斜，以使由第一腔室进入第二腔室的冷却介质旋转流经阳极本体的外表面。

在一些实施例中，多个第一旋流口沿着分隔套的周向均匀分布。

在一些实施例中，第一旋流口为长槽、腰形孔或者椭圆形孔。

在一些实施例中，在阳极本体的火焰喷出方向上，第一旋流结构位于阳极本体的弧根位置处或者位于弧根位置的下游。

在一些实施例中，冷却结构还包括第二旋流结构，第二旋流结构使第二腔室中的冷却介质旋转流出。

在一些实施例中，第二旋流结构包括多个第二旋流口，第二旋流口连通介质出口与外部，且第二旋流口倾斜设置为使得冷却介质在第二旋流口中的流动方向相对于等离子体阳极的中心轴线倾斜，以使第二腔室内的冷却介质旋转流出。

在一些实施例中，多个第二旋流口设置在阳极本体上并沿着阳极本体的周向均匀分布。

在一些实施例中，阳极本体具有沿着火焰喷出方向依次布置的第一端口和第二端口，第二旋流结构设置在阳极本体的与第一端口相应的端面上。

在一些实施例中，阳极本体具有沿着火焰喷出方向依次布置的第一端口和第二端口，介质入口和介质出口均位于第一端口一侧。

在一些实施例中，阳极本体的外表面上设有螺旋凹部或螺旋凸部。

在一些实施例中，第一腔室的有效通流面积大于第二腔室的有效通流面积。

本实用新型第二方面还提供了一种等离子体发生器，其包括本实用新型的等离子体阳极结构。

在一些实施例中，等离子体发生器还包括介质引入管和介质引出管，介质引入管通过介质入口与第一腔室流体连通，介质引出管通过介质出口与第二腔室流体连通。

在一些实施例中，等离子体发生器还包括引弧结构，引弧结构用于引导电弧由等离子体发生器的阴极到达等离子体阳极结构的阳极本体，由等离子体阳极结构的冷却结构流出的冷却介质继续冷却引弧结构。

在本实用新型中，第一旋流结构使得冷却介质可以旋转流经阳极本体外表面，由于可以增大冷却介质与阳极本体的有效接触面积，因此，可以有效改善冷却结构对阳极本体的冷却效果。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例进行详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本实用新型一实施例的等离子体阳极结构的剖切示意图。

图2示出图1中分隔套在设有第一旋流结构位置处的端面示意图。

图3示出图1中第一旋流结构在分隔套上分布的局部放大示意图。

图4示出图1中阳极本体在设有第二旋流结构位置处的端面示意图。

图5示出图1中第二旋流结构在阳极本体上分布的局部放大示意图。

图中：

1、阳极本体；2、冷却结构；

21、冷却腔体；22、分隔套；23、第一旋流结构；24、第二旋流结构；

231、第一旋流口；241、第二旋流口；1a、第一端口；1b、第二端口；2a、介质入口；2b、介质出口；2c、第一腔室；2d、第二腔室；

h1、等离子弧；h2、等离子弧火焰；s、冷却介质；i、弧根位置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1-5示出了本实用新型等离子体阳极结构的一个实施例。

参照图1-5，本实用新型所提供的等离子体阳极结构，包括阳极本体1和冷却结构2，冷却结构2用于冷却阳极本体1并包括冷却腔体21、分隔套22和第一旋流结构23，其中，冷却腔体21套设在阳极本体1外部，分隔套22设置在冷却腔体21内并将冷却腔体21内部分隔为由外向内依次布置并彼此连通的第一腔室2c和第二腔室2d，第一腔室2c具有介质入口2a，第二腔室2d具有介质出口2b，且第一旋流结构23使由第一腔室2c进入第二腔室2d的冷却介质s旋转流经阳极本体1的外表面。

在本实用新型中，冷却介质s可以是水，也可以是其他非导电液体或气体。

现有技术中，冷却结构中未设置旋流结构，这种情况下，冷却介质在冷却结构的两个腔室中均是平流流动，尤其冷却介质在流经内侧腔室(对应本实用新型的第二腔室2d)与阳极本体外表面接触时也是平流流动，这造成冷却介质在对阳极本体进行冷却的过程中与阳极本体的接触面积较小，接触充分性较差，导致冷却效果较差。

并且，现有技术中，通常将冷却结构的内侧腔室设置为介质流入腔(如进水腔)，并将外侧腔室设置为介质流出腔(如出水腔)，即，冷却介质一进入冷却结构即开始接触阳极本体进行冷却，由于冷却介质的初始速度较快，因此，这种情况下，冷却介质与阳极本体外表面的接触时间较短，这也影响冷却效果。

可见，现有的等离子体阳极结构，其冷却结构造成冷却介质与阳极本体接触时间较短，且接触面积较小，存在冷却效果较差的问题。

因此，为了改善对阳极本体的冷却效果，本实用新型对等离子体阳极结构的结构予以改进，一方面，增设第一旋流结构23，对冷却介质s施加旋转作用，将冷却介质s的平流流动改变为旋流流动，使得冷却介质s可以旋转流经阳极本体1的外表面，将冷却介质s与阳极本体1外表面的接触形式由面接触改变为旋转面立体接触，不仅可以增大冷却介质s与阳极本体1外表面的接触面积，还可以延长冷却介质s与阳极本体1外表面的接触时间，另一方面，还改变冷却结构的内外腔室的介质进出顺序，将位于内侧的第二腔室2d设置为介质流出腔，并将位于外侧的第一腔室2c设置为介质流入腔，使得冷却介质s在流经介质流入腔时不再与阳极本体1外表面接触，而是在流经介质流出腔时才与阳极本体1外表面接触，由于冷却介质在介质流出腔中的流动速度较介质流入腔中的流动速度有所减缓，因此，可以进一步延长冷却介质s与阳极本体1外表面的接触时间。可见，在本实用新型介质进出顺序及第一旋流结构23的综合作用下，冷却介质s与阳极本体1的接触面积更大，接触时间更长，冷却介质s可以更充分地吸收阳极本体1的热量，实现更好的冷却效果。

在本实用新型中，第一旋流结构23可以沿着阳极本体1的火焰喷出方向设置于阳极本体1的弧根位置i处或者弧根位置i的下游。

弧根位置i为等离子体发生器所产生的等离子弧h1的阳极弧根落在阳极本体1内壁上的位置，等离子弧h1在此位置黏连在阳极本体1的内壁上高速旋转，其中大部分电弧在此被加速压缩后从阳极本体1的前端(图1中的右端)抛出，形成高温高压等离子火焰。因此，弧根位置i为阳极本体1的发热最多的部分。

因此，本实用新型将第一旋流结构23设置在弧根位置i处或者弧根位置i的下游，可以使得冷却介质s在对阳极本体1进行冷却的过程中，最先冷却阳极本体1的发热较为集中的部分，由于最先冷却意味着冷却介质s在此的温度是整个冷却过程中最低的，因此，可以实现更好的冷却效果。

现有技术中，介质入口和介质出口通常设置在冷却结构的腔室的周向表面上，这种情况下，一方面，由于等离子体发生器其他结构部件对等离子体阳极结构安装空间的限制，介质入口和介质出口通常只能设置为较小的圆孔或腰形孔，不仅影响整个介质流路的流畅程度，也增加在介质出入口设置旋流结构的难度，另一方面，由于介质出入口处通常设置密封圈等密封件，而设置在冷却结构的腔室的周向表面上的介质出入口处的密封件容易随阳极本体1的多次拆卸而发生脱落，造成密封失效，因此，还影响密封效果，而密封失效所造成的水等冷却介质泄露，又会导致断弧、甚至阳极本体1烧损等现象的发生，影响等离子体发生器的正常工作。

所以，为了进一步解决因介质出入口设置在冷却结构的腔体的周向表面上所带来的技术问题，本实用新型还对介质出入口的设置位置进行了改进。具体地，在本实用新型中，阳极本体1具有沿着火焰喷出方向依次布置的第一端口1a和第二端口1b，介质入口2a和介质出口2b均位于第一端口1a一侧。基于此，介质出入口不再位于冷却结构2的腔体的周向表面上，而是位于等离子体阳极结构的轴向上，且位于阳极本体1的沿火焰喷出方向位于上游的第一端口1a一侧，这一方面使得介质出入口可以不受安装空间的限制而设置得较大，提高介质流动的顺畅程度，并降低在介质出入口设置旋流结构的难度，另一方面可以降低介质出入口处的密封件在阳极本体1拆卸过程中发生脱落的风险，实现更可靠的密封效果，减少断弧及烧损现象的发生，提高工作可靠性，再一方面还有利于使冷却介质s在阳极本体1的轴向上更长距离地流经阳极本体1，即与阳极本体1在轴向上进行更长距离的接触，从而对阳极本体1进行更充分地冷却，实现更好的冷却效果。

由于本实用新型的等离子体阳极结构可以实现对阳极本体1的更好的冷却效果，使得阳极本体1的内腔通道中的温度更稳定，从而形成更稳定的电弧，因此，将本实用新型的等离子体阳极结构应用于等离子体发生器中，可以降低等离子体发生器的断弧风险，改善等离子体发生器的工作可靠性和性能稳定性，并提高等离子体发生器的电能转换效率。

所以，本实用新型还提供了一种等离子体发生器，其既可以为接触式等离子体发生器，也可以为非接触式等离子体发生器。

除了包括本实用新型的等离子体阳极结构，本实用新型的等离子体发生器也包括阴极，或者还可以进一步包括引弧结构。此处的引弧结构指用于引导电弧由阴极到达阳极本体1的结构，例如可以包括起弧通道结构和过渡通道结构等中的至少一个，其中，起弧通道结构和过渡通道结构可以沿着由阴极至阳极的方向依次布置，实现对电弧的引导。

当等离子体发生器包括引弧结构时，为了实现对引弧结构的良好冷却，本实用新型的冷却结构2可以设置为由其流出的冷却介质s继续冷却引弧结构。通过将用于冷却阳极本体1的冷却结构1设置为也能够冷却沿火焰喷出方向位于阳极本体1上游的引弧结构，可以更有效地提升等离子体发生器的性能，且结构简单紧凑。

并且，为了实现对引弧结构更好的冷却效果，在本实用新型中，冷却结构2可以进一步包括第二旋流结构24，该第二旋流结构24使第二腔室2d中的冷却介质s旋转流出。由于所设置的第二旋流结构24，可以对流出第二腔室2d时的趋于减缓的旋流冷却介质实施第二次加速旋转，为进一步冷却引弧结构提供动力，并有利于加大冷却介质s与引弧结构的接触面积，因此，可以实现对引弧结构更好的冷却效果。

在本实用新型中，第一旋流结构23和第二旋流结构24可以采用旋流扇叶等结构形式，或者，也可以采用倾斜设置的开口结构，当实施为后者时，第一旋流结构23和第二旋流结构24在起到施加旋流作用的同时，还可以起到连通介质流路的作用，例如，第一旋流结构23可以同时起到连通第一腔室2c与第二腔室2d的作用，而第二旋流结构24可以同时起到连通第二腔室2d与冷却结构2外部的作用，由于可以无需再额外设置专门的连通结构，因此，有利于简化结构。

以下结合图1-5所示的实施例对本实用新型予以进一步地说明。

如图1-5所示，在该实施例中，等离子体阳极结构包括阳极本体1和冷却结构2。

阳极本体1为等离子体阳极结构的核心工作部件，其与等离子体发生器的阴极配合，生成电弧，并形成等离子火焰h2。阳极本体1具有两端开口的内部空腔，该内部空腔具有约束电弧的作用。

为了描述方便，将阳极本体1的内部空腔称为阳极内腔，并将阳极内腔的沿火焰喷出方向依次布置的两个开口分别称为第一端口1a(即图1中的左端)和第二端口1b(即图1中的右端)，同时，将火焰喷出方向称为前后方向，其中，第二端口1b相对于第一端口1a为前方，第一端口1a相对于第二端口1b为后方。

此处以接触式等离子发生器为例来说明阳极本体1的工作过程及原理。当阳极本体1与阴极通入恒定电流后，阴阳极接触产生高频放电，且当阴阳极短距离分离时，阴阳极之间形成高压电弧，高压电弧在介质风的推动下，由第一端口1a旋转压入阳极内腔，等离子弧h1的阳极一端落在弧根位置i处，且等离子弧h1在此位置黏连于阳极内腔的内壁上进行高速旋转，在该过程中，等离子弧h1所携带的热量大部分被介质风经由第二端口1b卷出阳极内腔，形成高温高压等离子火焰h2，但仍有剩余部分热量以辐射传导的方式加热阳极本体1，在阳极内腔中产生高温。

弧根位置i为阳极本体1的温度最高处，所以，弧根位置i及其下游所对应的阳极本体1的部分为阳极本体1的热量较为集中的部分，即，为真正需要冷却的阳极工作区间。弧根位置i一般位于阳极本体1的中前部，所以，相对应的发热最多的位置也集中在阳极本体1的中前部分。具体地，如图1所示，在该实施例中，弧根位置i位于阳极内腔内壁前端站阳极本体1总长度约1/3位置处。

阳极本体1的材料可以选用紫铜、银或者其合金等易导电和散热的金属材料。

并且，阳极本体1可以为方筒、圆筒或其他形状的筒状结构。结合图1和图4-5可知，在该实施例中，阳极本体1为圆筒结构，其中心轴线为阳极内腔的中线轴线，且其中心轴线沿着火焰喷出方向延伸。基于此，阳极本体1的外表面为圆柱外表面，有利于增大阳极本体1与冷却介质s的接触面积，实现更充分的热交换过程。具体地，阳极本体1呈阶梯圆筒状结构，其具有位于后端的凸台部和位于前端的主体部。

另外，虽然图中未示出，但在该实施例中，阳极本体1的外表面上还设有螺旋凹部(例如螺旋凹槽)。由于螺旋凹部也可以增加阳极本体1与冷却介质s的接触面积，因此，也有利于改善冷却效果。当然，以螺旋凸部替代螺旋凹部，也可以起到增大接触面积、改善冷却效果的作用。

冷却结构2用于对阳极本体1进行冷却，其可以将阳极本体1的热量尽快传导出去，防止因阳极本体1过热升温而影响等离子体发生器的正常工作。

如图1所示，在该实施例中，冷却结构2包括冷却腔体21、分隔套22、第一旋流结构23和第二旋流结构24。

其中，冷却腔体21套设在阳极本体1的外部，与分隔套22一起形成冷却结构2的内外腔室。

具体地，冷却腔体21具有中空腔室，分隔套22插入冷却腔体21的中空腔室中，将冷却腔体21与阳极本体1之间的空间分隔形成位于冷却腔体21内壁与分隔套22外壁之间的第一腔室2c和位于分隔套22内壁与阳极本体1外表面之间的第二腔室2d，得到由外向内依次布置的第一腔室2c和第二腔室2d。基于此，冷却介质s在流经第二腔室2d时与阳极本体1的外表面接触，吸收阳极本体1的热量，完成冷却过程。

通过设置内外嵌套的第一腔室2c和第二腔室2d，使得冷却介质s在冷却阳极本体1的过程中可以包裹阳极本体1，实现较好的冷却效果。

在该实施例中，第一腔室2c用作介质流入腔，其具有介质入口2a，该介质入口2a用于连接等离子体发生器的介质引入管，使得介质引入管可以通过介质入口2a与第一腔室2c流体连通，从而可以使冷却介质s流入第一腔室2c中；第二腔室2d用作介质流出腔，其具有介质出口2b，该介质出口2b用于连接等离子体发生器的介质引出管，使得介质引出管可以通过介质出口2b与第二腔室2d流体连通，从而可以使得冷却介质s从第二腔室2c中流出。

并且，在该实施例中，第一腔室2c和第二腔室2d之间的面积大小关系设置为：第一腔室2c的有效通流面积大于第二腔室2d的有效通流面积。这样，可以使得冷却介质s以较快的速度及较大的流量抵达第二腔室2d，从而减少冷却介质s在开始对阳极本体1进行接触冷却之前所吸收的热量，并增多冷却介质s所能吸收的阳极本体1的热量，进而实现较好的冷却效果。

更具体地，结合图1-3可知，在该实施例中，与阳极本体1的圆筒形结构相应，冷却腔体21和分隔套22也均采用中空的圆筒形结构，并由外向内与阳极本体1同轴设置。其中，冷却腔体21的前端(图1中的右端，也可称为头端)封闭，且后端(图1中的左端，也可称为尾端)开口；而分隔套22前后两端均开口，且其外径小于冷却腔体21的内径，同时其内径大致等于阳极本体1的凸台部的外边缘尺寸，使得位于分隔套22内部的阳极本体1的凸台部可以对分隔套22的内腔后端进行封闭。基于此，介质入口2a和介质出口2b不再位于第一腔室2a和第二腔室2b的周向表面上，而是分别位于第一腔室2c和第二腔室2d的后端端面上(即与第一端口1a对应的一侧的端面上)，这样冷却介质s可以由后端流入冷却结构2，并在由前至后流经阳极本体1外表面后，再由后端流出冷却结构2，实现对阳极本体1沿轴向的较多部分的冷却，冷却较充分。

第一旋流结构23和第二旋流结构24分别用于对由第一腔室2c流入第二腔室2d的冷却介质s以及由第二腔室2d流出的冷却介质s施加旋转作用，并且，在该实施例中，第一旋流结构23和第二旋流结构24还分别起到连通第一腔室2c与第一腔室2d以及连通第二腔室2d与外部的作用。

其中，如图1-3所示，该实施例的第一旋流结构23设置在分隔套22上，并包括多个设置在分隔套22前端的第一旋流口231。该第一旋流口231贯通分隔套22的腔壁，且沿着由后至前的方向，该第一旋流口231向着靠近阳极本体1中心轴线的方向倾斜。

基于上述设置，第一旋流口231倾斜地设置于第一腔室2c和第二腔室2d之间的连通通路上，其不仅连通第一腔室2c和第二腔室2d，使得流入第一腔室2c的冷却介质s能够流入第二腔室2d，即，使得第一腔室2c和第二腔室2d之间形成冷却介质s的循环流路，而且，该倾斜设置的多个第一旋流口231还可以对冷却介质s施加旋流作用，使得冷却介质s在第一旋流口231中的流动方向相对于阳极本体1的中心轴线倾斜，从而使得流入第二腔室2d中的冷却介质s在由前向后流动的过程中还具有一个旋转速度，即，使得进入第二腔室2d中的冷却介质s可以旋转流经阳极本体1的外表面。

由于第一旋流结构23可以将冷却介质s由平流流动方式改变为旋流流动方式，使得冷却介质s与阳极本体1外表面的接触形式由面接触改变为旋转立体接触，因此，可以有效增加冷却介质s与阳极本体1的热交换面积，并减缓冷却介质s流经阳极本体1的速度，延长二者的热交换时间，所以，第一旋流结构23可以有效改善冷却结构2对阳极本体1的冷却效果。

并且，该实施例的多个第一旋流口231设置于分隔套22的前端，基于此，冷却介质s可以第一时间到达阳极本体1的前端，由于在该过程中冷却介质s主要在外侧的第一腔室2a中流动，基本未参与对阳极本体1的冷却，温度尚未明显增加，因此，可以使得开始与阳极本体1接触的冷却介质s仍具有较低的温度，从而便于冷却介质s在流经第二腔室2d的过程中带走阳极本体1更多的热量。

而且，如图1所示，在火焰喷出方向上，位于分隔套22前端的第一旋流结构23实际上位于弧根位置i的下游，这样，可以使得旋转进入第二腔室2d中的冷却介质s在由前向后推进的过程中，最先冷却弧根位置i及其下游所对应的阳极本体1的集中发热区，且之后沿着由高温到低温的顺序流经阳极本体1。利用温度较低的冷却介质s充分吸收温度较高的集中发热区的热量，可以实现更好的冷却效果。且冷却介质s在第二腔室2d中的流动顺序是由阳极本体1的高温区域流向低温区域，也更符合温度不同区域对冷却介质s吸热能力的不同要求，冷却效果较好，冷却效率较高。

具体地，如图2和图3所示，该实施例的第一旋流口231的数量为16个，且这16个第一旋流口231沿着分隔套22的周向均匀分布。将多个第一旋流口231沿着分隔套22的周向均匀分布，不仅便于加工，也有利于获得更好的旋流效果。其中，第一旋流口231的数量并不局限于16个，例如，在其他一些实施例中，还可以为8个，10个，12个，18个等偶数个，或者，也可以为奇数个。

另外，由图2和图3可知，在该实施例中，第一旋流口231采用长槽结构。但作为变型，第一旋流口231也可以采用腰形孔或椭圆形孔等其他结构，只要其能够连通第一腔室2c和第二腔室2d，并能够将冷却介质s由平流改为旋流即可。

而如图1和图4-5所示，该实施例的第二旋流结构24设置在阳极本体1上，并位于阳极本体1的与第一端口1a相应的端面上。具体地，在该实施例中，第二旋流结构24包括多个设置在凸台部上的第二旋流口241。该第二旋流口241贯通凸台部的轴向两个表面，从而连通介质出口2b与外部，使得第二腔室2d中的冷却介质s能够依次经由介质出口2b和第二旋流口241流出至冷却结构2的外部。并且，沿着由后至前的方向，该第二旋流口241向着远离阳极本体1中心轴线的方向倾斜，基于此，冷却介质s在第二旋流口241中的流动方向相对于等离子体阳极1的中心轴线倾斜，从而这多个第二旋流口241可以对流出第二腔室2d的趋于减缓的旋流冷却介质s实施第二次加速旋转，为进一步冷却等离子体发生器的其他待冷却结构(如引弧结构)提供动力。

将第二旋流结构24设置在凸台部上，可以使得在第二腔室2d中完成对主体部冷却的冷却介质s继续流经凸台部，对凸台部进行冷却，从而完成对阳极本体1在轴向上的各个部位的冷却。

更具体地，如图4和图5所示，该实施例的第二旋流口241的数量为16个，且这16个第二旋流口241沿着阳极本体1的周向均匀分布。将多个第二旋流口241沿着阳极本体1的周向均匀分布，不仅便于加工，也有利于获得更好的旋流效果。其中，第二旋流口241的数量并不局限于16个，例如，在其他一些实施例中，还可以为8个，10个，12个，18个等偶数个，或者，也可以为奇数个。

另外，由图4和图5可知，在该实施例中，第二旋流口241采用长槽结构。但作为变型，第二旋流口241也可以采用腰形孔或椭圆形孔等其他结构，只要其能够连通第二腔室2d与外部，并能够将冷却介质s由平流改为旋流即可。

该实施例的冷却结构2在工作时，高压冷却介质s首先由位于冷却腔体21后端的介质入口2a汇入环形的第一腔室2c，并平行流过第一腔室2c，到达分隔套22前端的第一旋流结构23处，在第一旋流结构23的扰动作用下，冷却介质s进入第二腔室2d前端，直接抵达位于阳极本体1前端的弧根热量集中位置，并由平行流动转变为旋转流动，旋转流动的冷却介质s包裹于阳极本体1的外表面，对高温高热的阳极本体1产生全包裹性的对流效果，与阳极本体1之间进行较充分地热量交换，之后，吸收热量后的冷却介质s在压力的推动下由阳极本体1后端的第二旋流结构24流出，完成对阳极本体1整体的冷却，在该过程中，冷却介质s在高压的驱动下不断地更新补充，而在流经第二旋流结构24时，冷却介质s被再次旋转加速，并流向引弧结构等等离子发生器的待冷却部件，继续进行冷却。

可见，基于该实施例的等离子体阳极结构，冷却介质s能够以较高的流速及较大的流量第一时间抵达阳极本体1的真正需要冷却的阳极工作区间的最贴近部位，中间不携带任何热量，并可以对阳极本体1进行旋转包裹，从而冷却介质s可以第一时间与热量集中部位进行充分地热能交换，更高效可靠地满足阳极本体1的散热需求，使等离子体发生器不容易断弧，不容易烧损。

以上所述仅为本实用新型的示例性实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种等离子体阳极结构，其特征在于，包括：

阳极本体(1)；和

冷却结构(2)，用于冷却所述阳极本体(1)，并包括冷却腔体(21)、分隔套(22)和第一旋流结构(23)，所述冷却腔体(21)套设在所述阳极本体(1)外部，所述分隔套(22)设置在所述冷却腔体(21)内并将所述冷却腔体(21)内部分隔为由外向内依次布置并彼此连通的第一腔室(2c)和第二腔室(2d)，所述第一腔室(2c)具有介质入口(2a)，所述第二腔室(2d)具有介质出口(2b)，且所述第一旋流结构(23)使由所述第一腔室(2c)进入所述第二腔室(2d)的冷却介质(s)旋转流经所述阳极本体(1)的外表面。

2.根据权利要求1所述的等离子体阳极结构，其特征在于，所述第一旋流结构(23)包括多个设置在所述分隔套(22)上的第一旋流口(231)，所述第一旋流口(231)倾斜设置为使得冷却介质(s)在所述第一旋流口(231)中的流动方向相对于所述阳极本体(1)的中心轴线倾斜，以使由所述第一腔室(2c)进入所述第二腔室(2d)的冷却介质(s)旋转流经所述阳极本体(1)的外表面。

3.根据权利要求2所述的等离子体阳极结构，其特征在于，所述多个第一旋流口(231)沿着所述分隔套(22)的周向均匀分布。

4.根据权利要求2所述的等离子体阳极结构，其特征在于，所述第一旋流口(231)为长槽、腰形孔或者椭圆形孔。

5.根据权利要求1所述的等离子体阳极结构，其特征在于，在所述阳极本体(1)的火焰喷出方向上，所述第一旋流结构(23)位于所述阳极本体(1)的弧根位置(i)处或者位于所述弧根位置(i)的下游。

6.根据权利要求1-5任一所述的等离子体阳极结构，其特征在于，所述冷却结构(2)还包括第二旋流结构(24)，所述第二旋流结构(24)使所述第二腔室(2d)中的冷却介质(s)旋转流出。

7.根据权利要求6所述的等离子体阳极结构，其特征在于，所述第二旋流结构(24)包括多个第二旋流口(241)，所述第二旋流口(241)连通所述介质出口(2b)与外部，且所述第二旋流口(241)倾斜设置为使得冷却介质(s)在所述第二旋流口(241)中的流动方向相对于所述阳极本体(1)的中心轴线倾斜，以使所述第二腔室(2d)内的冷却介质(s)旋转流出。

8.根据权利要求7所述的等离子体阳极结构，其特征在于，所述多个第二旋流口(241)设置在所述阳极本体(1)上并沿着所述阳极本体(1)的周向均匀分布。

9.根据权利要求7所述的等离子体阳极结构，其特征在于，所述阳极本体(1)具有沿着火焰喷出方向依次布置的第一端口(1a)和第二端口(1b)，所述第二旋流结构(24)设置在所述阳极本体(1)的与所述第一端口(1a)相应的端面上。

10.根据权利要求1-5任一所述的等离子体阳极结构，其特征在于，所述阳极本体(1)具有沿着火焰喷出方向依次布置的第一端口(1a)和第二端口(1b)，所述介质入口(2a)和所述介质出口(2b)均位于所述第一端口(1a)一侧。

11.根据权利要求1-5任一所述的等离子体阳极结构，其特征在于，所述阳极本体(1)的外表面上设有螺旋凹部或螺旋凸部。

12.根据权利要求1-5任一所述的等离子体阳极结构，其特征在于，所述第一腔室(2c)的有效通流面积大于所述第二腔室(2d)的有效通流面积。

13.一种等离子体发生器，其特征在于，包括如权利要求1-12任一所述的等离子体阳极结构。

14.根据权利要求13所述的等离子体发生器，其特征在于，所述等离子体发生器还包括介质引入管和介质引出管，所述介质引入管通过所述介质入口(2a)与所述第一腔室(2c)流体连通，所述介质引出管通过所述介质出口(2b)与所述第二腔室(2d)流体连通。

15.根据权利要求13所述的等离子体发生器，其特征在于，所述等离子体发生器还包括引弧结构，所述引弧结构用于引导电弧由所述等离子体发生器的阴极到达所述等离子体阳极结构的阳极本体(1)，由所述等离子体阳极结构的冷却结构(2)流出的冷却介质(s)继续冷却所述引弧结构。

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