CN213244445U - 一种新型等离子体发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新型等离子体发装置，属于等离子体领域。上述等离子体发生器装置包括阴极组件、阳极组件及进气组件。其中，阴极组件包括阴极内部水管、阴极外部水管及阴极头，阴极内部水管与阴极外部水管能够形成阴极冷却回路，进而有效对阴极头进行冷却；阳极组件包括阳极外部水管、阳极内部水管及阳极头，阳极外部水管及阳极内部水管能够形成阳极冷却回路，从而能够对阳极头进行有效冷却。使用时，给阴极头及阳极头通电，同时，水源管给外层水流通道供应冷却水，冷却水流到阳极头处给阳极头进行冷却降温，然后流入到内层水流通道内，最后从内层水流通道流出，从而形成冷却回路；进而能够有效对阳极头进行降温。

Description

一种新型等离子体发生装置

技术领域

本实用新型涉及等离子体领域，具体而言，涉及一种新型等离子体发生装置。

背景技术

等离子体(plasma)又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质，尺度大于德拜长度的宏观电中性电离气体，其运动主要受电磁力支配，并表现出显著的集体行为。它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间、空间物理、地球物理等科学的进一步发展提供了新的技术和工艺。例如利用等离子体进行冶炼、喷涂、焊接或点火。等离子体产生的基本原理是利用阴极头和阳极头之间的电弧对阴极头附近的气体进行电离，从而产生正负离子束；期间会产生大量的热，使得阳极头温度较高容易烧蚀；因此，提供一种能够对阳极头进行有效降温的等离子体发生器具有比较重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种新型等离子体发生装置，其能够有效对等离子体发生器进行的阳极头进行降温。

本实用新型是这样实现的：

一种新型等离子体发生装置，包括：

阴极组件，所述阴极组件包括阴极外部水管及阴极头，所述阴极头设置在所述阴极外部水管端部；

进气组件，所述进气组件包括导电水冷套，所述导电水冷套套设在所述阳极外部水管上，并延伸至所述阴极头处，所述导电水冷套与所述阳极外部水管间隔设置形成气流通道；

阳极组件，所述阳极组件包括阳极外部水管、阳极内部水管、阳极头及端盖；所述阳极外部水管套设在所述阳极内部水管上，所述阳极外部水管与所述阳极内部水管间隔设置形成外层水流通道；所述阳极内部水管套设在所述导电水冷套上；所述阳极内部水管与所述导电水冷套之间形成内层水流通道，所述外层水流通道与所述内层水流通道连通；

所述阳极内部水管的一端与所述阳极外部水管的一端密封连接，另一端设置有所述阳极头，所述端盖与所述阳极外部水管的端部可拆卸连接；所述阳极头与所述阴极头相对设置；所述端盖的中部设置有通孔，所述阳极头的端部能够从所述端盖的中部露出；

所述阳极组件与所述阴极组件绝缘设置。

进一步；

还包括中间电极，所述中间电极设置在所述阳极头与所述阴极头之间，并位于所述阳极内部水管中，所述中间电极的外壁与所述阳极内部水管的内壁间隙设置；所述中间电极为圆柱状结构，所述中间电极的轴向设置有通孔；所述中间电极、所述阴极头及所述阳极头同轴设置。

进一步；

还包括引弧电极，所述引弧电极为圆柱状结构，并位于所述阳极内部水管中；所述引弧电极的轴向设置有通孔，所述引弧电极、所述阴极头及所述阳极头同轴设置；

所述引弧电极的外圆周面与所述阳极内部水管的内壁间隙设置。

进一步；

所述中间电极的圆周面上设置有中间级水槽，所述引弧电极的圆周面上设置有引弧极水槽，所述阳极头的圆周面上设置有螺旋形的阳极水槽；所述阳极内部水管的端部与所述端盖设置有过水间隙；冷却水能够从所述外层水流通道通过所述过水间隙流入到所述内层水流通道中。

进一步；

所述阴极组件还包括阴极内部水管；所述阴极外部水管套设在所述阴极内部水管上，所述阴极外部水管与所述阴极内部水管间隔设置形成阴极水流通道；所述阴极内部水管的一端封闭，另一端设置有出水口；所述阴极外部水管一端封闭，另一端设置有所述阴极头；所述阴极头与所述出水口相对设置。

进一步；

所述进气组件还包括气体输送管及端部内管，所述气体输送管套设在所述阴极外部水管上，所述导电水冷套套设在所述气体输送管上；所述气体输送管的外壁与所述导电水冷套的内壁配合，所述气体输送管的内壁与所述阴极外部水管的外壁配合；所述气体输送管的长度小于所述导电水冷套的长度，所述端部内管的一端与所述气体输送管的端部抵接；

所述气体输送管设置有多个气流通道；所述气流通道沿所述气体输送管的长度方向延伸。

进一步；

阴极部分还包括阴极导气环，所述阴极导气环与所述阴极外部水管的端部可拆卸连接，用于将阴极头固定于所述阴极外部水管上；所述阴极导气环设置在所述端部内管中；

所述阴极导气环的外壁上设置有多个螺旋槽，所述阴极导气环的外圆周面与所述端部内管的内壁配合；所述气流通道的气体能够通过上述螺旋槽到达所述阴极头处；

所述气体输送管远离所述阴极头的一端内壁上设置有环形凹槽，进气管与所述环形凹槽连通，所述环形凹槽与所述多个气流通道连通。

进一步；

所述气体输送管包括至少两个管体，相邻的管体端部形成气体缓冲空间；

所述气流通道为设置在所述管体内壁上的凹槽，所述凹槽的横截面为半圆形。

进一步；

所述阴极头包括阴极座及钨棒，所述阴极座朝所述阳极头的一面设置有盲孔，所述钨棒安装在所述盲孔中。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过上述设计得到的新型等离子体发生装置，使用时，给阴极头及阳极头通电，同时，水源管给外层水流通道(或内层水流通道) 供应冷却水，冷却水流到阳极头处给阳极头进行冷却降温，然后流入到内层水流通道内，最后从内层水流通道(或外层水流通道)流出，从而形成冷却回路；进而能够有效对阳极头进行降温。另外，上述新型等离子体发生装置的长度还可以根据具体工况进行设计；即对于比较狭长的通道，可以通过加长阳极组件或阴极组件的长度使得发生器整体长度较长，进而便于伸入到狭长的通道里面(比如用等离子体点火点燃煤粉的时候就需要伸入十几米长的通道里面)。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例提供的等离子体发生器的立体图；

图2是本实用新型实施例提供的等离子体发生器的左视图

图3是本实用新型实施例提供的图2中A-A的剖视图；

图4是本实用新型实施例提供的图2中B-B的剖视图；

图5是本实用新型实施例提供的图2中C-C的剖视图.

图标：100-等离子体发生器；110-阴极组件；111-阴极内部水管；112- 阴极外部水管；113-阴极头；114-阴极导气环；115-阴极法兰；116-阴极水源管；120-进气组件；121-导电水冷套；122-气体输送管；123-端部内管；124-气流通道；125-气源管；130-阳极组件；131-阳极外部水管；132- 阳极内部水管；133-阳极头；134-端盖；135-阳极法兰；136-阳极水源管； 141-中间电极；142-中间级绝缘套；1421-第一条形孔；1422-第二条形孔； 1423-第三条形孔；145-中间电极；150-绝缘法兰。

具体实施方式

实施例：

请参考图1-图3,本实施例提供了一种新型等离子体发生装置，其包括阴极组件110、阳极组件130及进气组件120。其中，阴极组件110包括阴极内部水管111、阴极外部水管112及阴极头113，阴极内部水管111与阴极外部水管112能够形成阴极冷却回路，进而有效对阴极头113进行冷却；阳极组件130包括阳极外部水管131、阳极内部水管132及阳极头133，阳极外部水管131及阳极内部水管132能够形成阳极冷却回路，从而能够对阳极头133进行有效冷却。

具体地，请参考图3-图5，阴极组件110包括阴极内部水管111、阴极外部水管112、阴极头113以及阴极法兰115；其中，阴极内部水管111 包括中空管及设置在中空管一端的圆形板，阴极法兰115的边缘设置有螺栓孔，中部设置有安装通孔，圆形板安装在上述安装通孔中。阴极外部水管112的内径大于阴极内部水管111的外径，阴极外部水管112的一端与圆形板的内表面抵接,并套设在阴极内部水管111上，从而形成阴极水流通道；阴极头113可拆卸连接于阴极外部水管112端部。

进一步地，阴极外部水管112的长度大于阴极内部水管111的长度，使得阴极头113与阴极内部水管111的端部之间形成一定的间隙；从而便于阴极内部水管111与阴极水流通道之间冷却水的流通。阴极内部水管111 靠近圆形板的一端设置有阴极进水孔，其沿阴极内部水管111的径向延伸；阴极外部水管112靠近圆形板的一端设置有阴极出水口，其沿阴极外部水管112径向延伸。阴极进水孔与阴极进水管连接，阴极出水孔与阴极出水管连接。

冷却水进入到阴极内部水管111后，朝靠近阴极头113的方向流动，并从阴极内部水管111的端部流出，同时对阴极头113进行冷却；然后通过阴极内部水管111与阴极头113之间的间隙流入到阴极水流通道中；阴极水流通道中的冷却水朝阴极出水口的方向流动，进而通过阴极出水口流出。

进一步地，阴极头113包括阴极座及钨棒，钨棒安装在阴极座上的盲孔中。阴极座上设置有定位环，定位环与阴极外部水管112端部抵接。为了固定阴极头113，阴极部分还设置有阴极导气环114；阴极导气环114的一端设置有定位环。阴极导气环114螺纹连接在阴极外部水管112的端部，定位环与阴极座上的定位环抵接；从而将阴极座固定。

进气组件120用于将气体通入到阴极头113的位置，以便于进行电离, 其包括导电水冷套121、气体输送管122以及端部内管123。其中，气体输送管122及端部内管123同轴首尾连接；并且，气体输送管122的内径与阴极外部水管112的外径大致相等，并套设在阴极外部水管112上。导电水冷套121的内径与气体输送管122的外径大致相等，并套设在气体输送管122上；另外，导电水冷套121采用了金属制成。

具体地，气体输送管122集导气与绝缘一体，其套设在阴极外部水管 112上，其内壁与阴极外部水管112的外壁配合，其外壁与导电水冷套121 的内壁配合。气体输送管122包括两个同轴设置的管体，两个管体相邻的端部留有一定的间隙。其中一个管体的端部内壁上设置有环形凹槽，环形凹槽的圆周面上设置有多个进气通孔，多个进气通孔沿圆周均匀分布。管体设置有多个气流通道124，其用于将气体输送到阴极头113处。上述气流通道124为在管内内壁上加工的截面为半圆形的凹槽结构。为利于细长部件的加工，该气体输送管122由两段或多段组成，每段长度可根据需要调整，内表面分布有三到十二个半圆槽，与阴极外部水管112共同形成进气通道。多个进气通道有利于气体的均布，并降低通道流阻，进而利于等离子电弧形成。另外，假如将两个管体的端部直接抵接，只有气流通道124 正对的时候，其才能正常输送气体；当两个管体错开一定角度时，气流通道124可能被封堵。因此，在两段管体相邻的端部设置间隙，其能够降低装配难度。

气体输送管122的一端设置有绝缘法兰150，另一端与端部内管123 连接。绝缘法兰150与阴极法兰115固定连接，用于将阴极组件110与阳极组件130隔绝。

导电水冷套121包括套管及导电法兰，套管的一端与导电法兰连接，另一端设置有限位环；导电法兰与上述绝缘法兰150连接。套管套设在气体输送管122上，使得端部内管123的端部与限位环的内部抵接。导电法兰的内圆周面上设置有内凹槽，内凹槽的底部设置有径向进气孔，径向进气孔贯穿导电法兰，其用于与气源管125连接。气体通过径向进气孔进入到内凹槽中后，再通过气体输送管122端部的进气通孔进入到环形凹槽中，在环形凹槽中混合。

进一步地，阴极部分还包括阴极导气环114；阴极导气环114与阴极外部水管112的端部可拆卸连接，用于将阴极头113固定于阴极外部水管 112上。阴极导气环114设置在端部内管123中，阴极导气环114的外径与端部内管123的内径相等。阴极导气环114的外壁上设置有多个螺旋槽，阴极导气环114的外圆周面与端部内管123的内壁配合；气流通道124的气体能够通过上述螺旋槽到达阴极头113处。

进气组件120的工作原理及有益效果如下：

利用气源管125给导电法兰上的径向进气孔通入气体后，气体通过气体输送管122端部的进气通孔进入到环形凹槽中进行混合，然后通过气体输送管122的气流通道124来到端部内管123与阴极外部水管112之间的间隙中，进而通过螺旋槽到达阴极头113处。由于阴极导气环114上设置有多个螺旋槽，其使得气体从螺旋槽中出来过后内管在阴极头113处形成涡流，进而能够提高等离子体生成效率。

阳极组件130包括阳极外部水管131、阳极内部水管132、阳极头133 及端盖134；阳极外部水管131套设在阳极内部水管132上，阳极外部水管 131与阳极内部水管132间隔设置形成外层水流通道。阳极内部水管132套设在导电水冷套121上；阳极内部水管132与导电水冷套121之间形成内层水流通道，外层水流通道与内层水流通道连通。阳极内部水管132的一端与气体输送管122密封连接，另一端设置有阳极头133；阳极头133与阴极头113相对设置。

具体地，阳极外部水管131套设在阳极内部水管132上，阳极内部水管132套设在导电水冷套121上；并且阳极外部水管131的内壁与阳极内部水管132的外壁之间设置有间隙形成外层水流通道，阳极内部水管132 的内壁与导电水冷套121的外壁之间设置有过水间隙形成内层水流通道。

阳极外部水管131和阳极内部水管132的一端均与阳极法兰135连接，使得阳极外部水管131与阳极内部水管132之间的外层水流通道一端被封堵。

阳极法兰135与导电水冷套121的导电法兰连接，从而将阳极组件130 进行固定。阳极内部水管132的长度小于阳极内部水管132，使得阳极内部水管132的端部与端盖134的内表面之间留有间隙，进而使外层水流通道与内层水流通道连通。阳极头133为中部设置通孔的圆柱状结构，其设置于阳极外部水管131远离阳极法兰135的一端。

进一步地，上述等离子体发生器100还包括中间电极145141，中间电极145141设置在阳极头133与所述阴极头113之间；中间电极145141头为圆柱状结构，中间电极145141的轴向设置有通孔。还包括引弧电极，所述引弧电极为圆柱状结构，并位于所述阳极内部水管132中；所述引弧电极的轴向设置有通孔，所述引弧电极、所述阴极头113及所述阳极头133同轴设置；所述引弧电极的外圆周面与所述阳极内部水管132的内壁间隙设置。

中间电极145141的圆周面上设置有中间级水槽，所述引弧电极的圆周面上设置有引弧极水槽，所述阳极头133的圆周面上设置有螺旋形的阳极水槽；所述阳极内部水管132的端部与所述端盖134设置有过水间隙；冷却水能够从所述外层水流通道通过过水间隙流入到所述内层水流通道中。

另外，上述等离子体发生器100还包括中间级绝缘套142，中间级绝缘套142套设在中间电极145141以及阳极头133上，并位于阳极内部水管 132中。中间级绝缘套142上设置第一条形孔1421、第二条形孔1422及第三条形孔1423，上述三个条形孔相当于是沿平行与轴线的平面将材料切除后形成的，切除后，中间级绝缘套142的套体被切穿，从而形成了三个条形孔，同时对应形成了三个平面；其中第一条形孔1421处的平面与第二条形孔1422处的平面共面，并且，第一条形孔1421与第二条形孔1422之间还留有中部弧形板。第三条形孔1423处的平面与第一条形孔1421处的平面平行间隔设置，并且其长度大于第一条形孔1421的长度。中间级绝缘套 142靠近阳极头133的一端与端盖134抵接，并且，中间级绝缘套142的该端部设置有多个过水孔；上述过水孔使得中间级绝缘套142内部与外层水流通道连通。

请参考图5(图5箭头代表冷却水流向)，设置中间级绝缘套142后，当通过水源管给内层水流通道通入冷却水后，冷却水先通过第一条形孔 1421进入到引弧电极的引弧级水槽中，然后通过第三条形孔1423进入到中间电极145、141的中间级水槽中；在通过第二条形孔1422进入到阳极头133的螺旋槽中，进而通过中间级绝缘套142端部的过水孔进入到外层水流通道中，最后通过出水管流出。

上述中间级绝缘套142的设计能够强制使冷却水在中间电极145141水槽及阳极水槽中流动，从而能够对中间电机头以及阳极头133进行充分冷却；进而提高中间电极145141及阳极头133的使用寿命。

另外，由于阳极组件130、进气组件120以及阴极组件110的具体长度可以根据实际工况进行设计；并且，具体长度的改变并不影响电弧的产生以及等离子体发生器100的正常工作；因此，本实用新型提供的等离子体发生器100可以适应不同深度的通道，其应用范围更广。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种新型等离子体发生装置，其特征在于，包括：

阴极组件，所述阴极组件包括阴极外部水管及阴极头，所述阴极头设置在所述阴极外部水管端部；

阳极组件，所述阳极组件包括阳极外部水管、阳极内部水管、阳极头及端盖；

进气组件，所述进气组件包括导电水冷套，所述导电水冷套套设在所述阳极外部水管上，并延伸至所述阴极头处，所述导电水冷套与所述阳极外部水管间隔设置形成气流通道；

所述阳极外部水管套设在所述阳极内部水管上，所述阳极外部水管与所述阳极内部水管间隔设置形成外层水流通道；所述阳极内部水管套设在所述导电水冷套上；所述阳极内部水管与所述导电水冷套之间形成内层水流通道，所述外层水流通道与所述内层水流通道连通；

所述阳极内部水管的一端与所述阳极外部水管的一端密封连接，另一端设置有所述阳极头，所述端盖与所述阳极外部水管的端部可拆卸连接；所述阳极头与所述阴极头相对设置；所述端盖的中部设置有通孔，所述阳极头的端部能够从所述端盖的中部露出；

所述阳极组件与所述阴极组件绝缘设置。

2.根据权利要求1所述的新型等离子体发生装置，其特征在于：

还包括中间电极，所述中间电极设置在所述阳极头与所述阴极头之间，并位于所述阳极内部水管中，所述中间电极的外壁与所述阳极内部水管的内壁间隙设置；所述中间电极为圆柱状结构，所述中间电极的轴向设置有通孔；所述中间电极、所述阴极头及所述阳极头同轴设置。

3.根据权利要求2所述的新型等离子体发生装置，其特征在于：

还包括引弧电极，所述引弧电极为圆柱状结构，并位于所述阳极内部水管中；所述引弧电极的轴向设置有通孔，所述引弧电极、所述阴极头及所述阳极头同轴设置；

所述引弧电极的外圆周面与所述阳极内部水管的内壁间隙设置。

4.根据权利要求3所述的新型等离子体发生装置，其特征在于：

所述中间电极的圆周面上设置有中间级水槽，所述引弧电极的圆周面上设置有引弧极水槽，所述阳极头的圆周面上设置有螺旋形的阳极水槽；所述阳极内部水管的端部与所述端盖设置有过水间隙；冷却水能够从所述外层水流通道通过所述过水间隙流入到所述内层水流通道中。

5.根据权利要求1所述的新型等离子体发生装置，其特征在于：

所述阴极组件还包括阴极内部水管；所述阴极外部水管套设在所述阴极内部水管上，所述阴极外部水管与所述阴极内部水管间隔设置形成阴极水流通道；所述阴极内部水管的一端封闭，另一端设置有出水口；所述阴极外部水管一端封闭，另一端设置有所述阴极头；所述阴极头与所述出水口相对设置。

6.根据权利要求1所述的新型等离子体发生装置，其特征在于：

所述进气组件还包括气体输送管及端部内管，所述气体输送管套设在所述阴极外部水管上，所述导电水冷套套设在所述气体输送管上；所述气体输送管的外壁与所述导电水冷套的内壁配合，所述气体输送管的内壁与所述阴极外部水管的外壁配合；所述气体输送管的长度小于所述导电水冷套的长度，所述端部内管的一端与所述气体输送管的端部抵接；

所述气体输送管设置有多个气流通道；所述气流通道沿所述气体输送管的长度方向延伸。

7.根据权利要求6所述的新型等离子体发生装置，其特征在于：

阴极部分还包括阴极导气环，所述阴极导气环与所述阴极外部水管的端部可拆卸连接，用于将阴极头固定于所述阴极外部水管上；所述阴极导气环设置在所述端部内管中；

所述阴极导气环的外壁上设置有多个螺旋槽，所述阴极导气环的外圆周面与所述端部内管的内壁配合；所述气流通道的气体能够通过上述螺旋槽到达所述阴极头处；

所述气体输送管远离所述阴极头的一端内壁上设置有环形凹槽，进气管与所述环形凹槽连通，所述环形凹槽与所述多个气流通道连通。

8.根据权利要求6所述的新型等离子体发生装置，其特征在于：

所述气体输送管包括至少两个管体，相邻的管体端部形成气体缓冲空间；

所述气流通道为设置在所述管体内壁上的凹槽，所述凹槽的横截面为半圆形。

9.根据权利要求1所述的新型等离子体发生装置，其特征在于：

所述阴极头包括阴极座及钨棒，所述阴极座朝所述阳极头的一面设置有盲孔，所述钨棒安装在所述盲孔中。

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