一種具有冷卻肋環的迴轉體陰極的製作方法

2023-08-06 01:37:01

一種具有冷卻肋環的迴轉體陰極的製作方法
【專利摘要】一種具有冷卻肋環的迴轉體陰極，涉及到一種等離子體噴槍的陰極。迴轉體陰極的軸向中心有前後貫通的圓柱形孔道，圓柱形孔道的前端內壁構成內環放電面，迴轉體陰極前端的外壁構成嵌入面a，迴轉體陰極後端的外壁構成嵌入面b，嵌入面a與嵌入面b之間的迴轉體外壁上有凸起的冷卻肋環；迴轉體陰極以嵌入方式安裝在陰極基座中，陰極基座內壁與迴轉體陰極外壁之間的空間構成冷卻水套，陰極基座的前端壁體上有嵌入口a，迴轉體陰極的嵌入面a緊密嵌入在陰極基座前端壁體上的嵌入口a中，陰極基座的後部壁體上有嵌入口b，迴轉體陰極的嵌入面b緊密嵌入在陰極基座後部壁體上的嵌入口b中。本實用新型在等離子體加熱噴槍中應用，克服了陰極易燒蝕的缺點。
【專利說明】一種具有冷卻肋環的迴轉體陰極
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及等離子設備，特別是涉及到一種等離子體噴槍的陰極。
【背景技術】
[0002]當前，等離子技術已得到廣泛的應用，工業上應用於等離子點火、等離子噴塗、金屬冶煉、等離子加熱製造納米材料、切割、垃圾焚燒和廢物處理等。等離子體是在電離層或放電現象下所形成的一種狀態，在等離子體發生器中，放電作用使得氣體分子失去外層電子而形成離子狀態，經相互碰撞而產生高溫，因此，等離子體火炬的中心溫度可高達攝氏數萬度以上，火炬邊緣溫度也可達到數千度以上，被處理的物質受到高溫等離子體衝擊時，其分子將會分解、原子將會重新組合而生成新的物質。
[0003]不同的應用場合對等離子設備的要求不同，當用於處理化工生產所排放有害廢氣或用於熱解水制氫時，需要被加熱介質具有較強的活性及在等離子噴槍內有足夠的逗留時間，因此，對等離子體設備的設計提出了不同的要求。現有的等離子設備不能滿足有害廢氣處理或熱解水制氫的使用要求，並且，電極容易被燒蝕，使用壽命不長。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是克服現有等離子體設備電極易燒蝕、使用壽命不長的缺點，提供一種具有冷卻肋環的迴轉體陰極，用於熱解水制氫或用於處理有害物質的等離子體設備中，使等離子設備滿足有害廢氣處理或熱解水制氫的使用要求，實現清潔燃燒，保護生態環境。
[0005]本實用新型的一種具有冷卻肋環的迴轉體陰極，其特徵是迴轉體陰極為等離子體噴槍的部件之一，迴轉體陰極安裝在等離子體噴槍後部的陰極基座中，其中，迴轉體陰極
(3)的軸向中心有前後貫通的圓柱形孔道，圓柱形孔道的前端內壁構成內環放電面(303)，迴轉體陰極(3)前端的外壁構成嵌入面a (302)，迴轉體陰極(3)後端的外壁構成嵌入面b(304)，嵌入面a (302)與嵌入面b (304)之間的迴轉體外壁上有凸起的環圈，迴轉體外壁上的凸起環圈構成冷卻肋環(301);迴轉體陰極(3)以嵌入方式安裝在陰極基座(2)中，陰極基座(2)的內壁與迴轉體陰極(3)的外壁之間有空間，陰極基座(2)內壁與迴轉體陰極(3)外壁之間的空間構成冷卻水套(I )，冷卻水套(I )有冷卻進水接口(205)接入和冷卻出水接口(202)接出，陰極基座(2)的前端壁體上有嵌入口 a (203)，迴轉體陰極(3)的嵌入面a(302)緊密嵌入在陰極基座(2)前端壁體上的嵌入口 a (203)中，陰極基座(2)的後部壁體上有嵌入口 b (206)，迴轉體陰極(3)的嵌入面b (304)緊密嵌入在陰極基座(2)後部壁體上的嵌入口 b (206)中。
[0006]本實用新型中，迴轉體陰極(3)外壁上的冷卻肋環(301)為一環以上，多環的冷卻肋環均勻分布在迴轉體陰極(3)的外壁上；陰極基座(2)的後端有轉接件(I)接入，轉接件(O的前端有向前伸出的旋流器(101)，旋流器(101)呈矩形螺紋或梯形螺紋結構，旋流器(101)伸入到迴轉體陰極(3)的圓柱形孔道中，旋流器(101)的螺距空間構成螺旋通道，轉接件(I)的體中有空腔，轉接件體中的空腔構成氣室(IX)，氣室(IX)的壁體上有通孔(102)，轉接件(I)的後端有加熱介質輸入接口(201)，加熱介質輸入接口(201)連通到氣室(IX)，氣室(IX)經過通孔(102)和旋流器(101)上的螺旋通道連通到迴轉體陰極(3)的圓柱形孔道中。
[0007]本實用新型在等離子體加熱噴槍中應用，所述的等離子體加熱噴槍包括陰極、陰極基座、陽極和絕緣架，其中，本實用新型的迴轉體陰極安裝在陰極基座之中，陰極基座連接在絕緣架的後端上，陽極嵌入在絕緣架之中，陽極由前向後呈漸縮的喇叭形結構，陽極的後部中心有圓柱形的喉口，圓柱形的喉口構成壓縮通道，陽極的喇叭形結構的內壁構成陽極的放電面，陽極的喇叭形結構的內空間構成離子弧通道，陽極外壁與絕緣架內壁之間的空間構成陽極的冷卻水套，陽極的冷卻水套有冷卻水進口接入和冷卻水出口接出，在絕緣架的後部有環形的工作氣室，工作氣室有工作氣接口接入，在陽極的後端與迴轉體陰極的前端之間有工作氣的氣流通道，迴轉體陰極的內環放電面與陽極喇叭形內壁的放電面之間的空間構成放電區。
[0008]上述實用新型中的各迴路工作流程是:一路冷卻水從冷卻進水接口(205)進入到陰極的冷卻水套(I )中，進行衝刷迴轉體陰極(3)的外壁及冷卻肋環(301)，把熱量快速移走，然後，冷卻水從冷卻出水接口(202)流出，返回到冷卻系統中；另一路冷卻水從冷卻水進口(602)進入到陽極的冷卻水套(IV)中，進行衝刷陽極(4)的外壁，使陽極(4)得到冷卻，然後，冷卻水從冷卻水出口( 601)流出，返回到冷卻系統中；工作氣從工作氣接口進入到工作氣室(VDI)中，再通過氣流通道(II)進入到迴轉體陰極內環與陽極喇叭形內壁之間的放電區，形成等離子體電弧，然後從火炬出口(VI)噴出；氣態的加熱介質從輸入接口(103)進入到氣室(IX)中，然後經過通孔(102)和旋流器(101)的螺旋通道以旋轉方式進入到迴轉體陰極(3)中心的加熱通道(VD中，被高溫的等離子體電弧所加熱，再通過壓縮通道(III)進一步升溫，進行活化、分解或生成新的物質，然後依次通過離子弧通道(V)、火炬出口(VI)噴出。所述的工作氣包括空氣、氮氣和氫氣其中的一種，所述的加熱介質包括水蒸汽和工業有害氣體其中的一種，當加熱介質為水蒸汽時，工作氣選用氫氣。
[0009]在等離子設備中，陰極的作用是發射電子，等離子電弧的弧根溫度很高，極易使陰極燒蝕。本實用新型把等離子體加熱噴槍的陰極設計為具有冷卻肋環的迴轉體結構，多環的冷卻肋環均勻分布在迴轉體陰極(3)的外壁上，因陰極基座(2)內壁與迴轉體陰極(3)外壁之間的空間構成冷卻水套(I )，因此，多環的冷卻肋環置於冷卻水套(I )中，冷卻水直接衝刷迴轉體陰極(3)的外壁及多環的冷卻肋環，使得迴轉體陰極(3)的受冷麵積增大，迴轉體陰極(3)得到快速散熱，避免或減緩被燒蝕；迴轉體陰極(3)的軸向中心的圓柱形孔道前端內壁構成內環放電面(303 )，使得放電的面積增大，等離子體電弧的弧根分散在內環放電面(303)上，避免局部溫度過高而燒蝕陰極；在等離子體加熱噴槍工作時，迴轉體陰極(3)的軸向中心的圓柱形孔道按工況自然構成加熱通道(VD，加熱介質在迴轉體陰極(3)的圓柱形孔道構成加熱通道(VD中受熱更集中，因此，對介質的加熱效果更好。
[0010]上述的實用新型把氣態的加熱介質通過旋流器(101)以旋轉方式進入到加熱通道α/Π)中，旋轉氣流使得等離子體電弧的弧根更容易分散在迴轉體陰極(3)的內環放電面上，同時，旋轉氣流使得介質受熱更均勻。
[0011]本實用新型的有益效果是:提供的一種具有冷卻肋環的迴轉體陰極，在等離子體加熱噴槍中應用，克服了現有等離子體噴槍陰極易燒蝕、使用壽命不長的缺點，使等離子體噴槍能滿足有害廢氣處理或熱解水制氫的使用要求，實現清潔燃燒，保護生態環境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的一種具有冷卻肋環的迴轉體陰極結構圖。
[0013]圖2是本實用新型的迴轉體陰極與基座組合的示意圖。
[0014]圖3是本實用新型的迴轉體陰極應用於等離子體噴槍的示意圖。
[0015]圖中:1.轉接件，101.旋流器，102.通孔，103.加熱介質輸入接口，2.陰極基座，201.轉接件的連接口，202.冷卻出水接口，203.嵌入口 a，204.陰極基座的安裝孔，205.冷卻進水接口，206.嵌入口 b，3.迴轉體陰極，301.冷卻肋環，302.嵌入面a，303.內環放電面，304.嵌入面b，4.陽極，5.絕緣架，6.前端頭，601.冷卻水出口，602.冷卻水進口，7.磁壓縮線圈，1.陰極的冷卻水套，I1.工作氣的氣流通道，II1.壓縮通道，IV.陽極的冷卻水套，V.離子弧通道，VI.火炬出口，VD.加熱通道，VDK工作氣室，IX.加熱介質的氣室。
【具體實施方式】
[0016]實施例1圖1所示的實施方式中，迴轉體陰極(3)的軸向中心有前後貫通的圓柱形孔道，圓柱形孔道的前端內壁構成內環放電面(303)，迴轉體陰極(3)前端的外壁構成嵌入面a (302),迴轉體陰極(3)後端的外壁構成嵌入面b (304),嵌入面a (302)與嵌入面b(304)之間的迴轉體外壁上有凸起的環圈，迴轉體外壁上的凸起環圈構成冷卻肋環(301)，冷卻肋環(301)為四環。本實施例的迴轉體陰極(3)作為等離子體噴槍的部件之一，安裝在等離子體噴槍後部的陰極基座中應用。
[0017]實施例2圖2所示的實施方式中，迴轉體陰極(3)以嵌入方式安裝在陰極基座
(2)中，陰極基座(2)的內壁與迴轉體陰極(3)的外壁之間有空間，陰極基座(2)內壁與迴轉體陰極(3)外壁之間的空間構成冷卻水套(I )，冷卻水套(I )有冷卻進水接口(205)接入和冷卻出水接口(202)接出，陰極基座(2)的前端壁體上有嵌入口 a (203)，迴轉體陰極
(3)的嵌入面a(302)緊密嵌入在陰極基座(2)前端壁體上的嵌入口 a (203)中，陰極基座(2)的後部壁體上有嵌入口 b (206)，迴轉體陰極(3)的嵌入面b (304)緊密嵌入在陰極基座(2)後部壁體上的嵌入口 b (206)中；在陰極基座(2)的後端中心有轉接件的連接口(201)。
[0018]實施例3圖3所示的實施方式中，一種具有冷卻肋環的迴轉體陰極在等離子體加熱噴槍中應用，等離子體加熱噴槍包括迴轉體陰極(3)、陰極基座(2)、轉接件(I)、絕緣架
(5)、陽極(4)、前端頭(6)和磁壓縮線圈(7)，其中，迴轉體陰極(3)和陰極基座(2)的結構與第一實施例和第二實施例所述的相同，不再贅述。轉接件(I)安裝在陰極基座(2)後端的連接口( 201)上，轉接件(I)的前端有向前伸出的旋流器(101)，旋流器(101)呈矩形螺紋或梯形螺紋結構，旋流器(101)伸入到迴轉體陰極(3)的圓柱形孔道中，旋流器(101)的螺距空間構成螺旋通道，轉接件(I)的體中有空腔，轉接件體中的空腔構成氣室(IX)，氣室(IX)的壁體上有通孔(102)，轉接件(I)的後端有加熱介質輸入接口( 201 )，加熱介質輸入接口(201)連通到氣室(IX)，氣室(IX)經過通孔(102)和旋流器(101)上的螺旋通道連通到迴轉體陰極(3)的圓柱形孔道中，迴轉體陰極(3)的圓柱形孔道構成加熱通道(VD);陰極基座(2)連接在絕緣架(5)的後端上；前端頭(6)連接在絕緣架(5)的前端上，在前端頭(6)上有冷卻水進口(602)接入和冷卻水出口(601)接出；陽極(4)的前端嵌入到前端頭(6)之中，陽極(4)的後端嵌入在絕緣架(5)之中；陽極(4)呈由前向後漸縮的喇叭形結構，陽極(4)的後部中心有圓柱形的喉口，圓柱形的喉口構成壓縮通道(III)，陽極(4)的喇叭形結構的內壁構成陽極的放電面，陽極(4)的喇叭形結構的內空間構成離子弧通道(V);陽極(4)的外壁與絕緣架(5)的內壁之間的空間構成陽極的冷卻水套(IV)，陽極的冷卻水套(IV)連通到冷卻水進口(602)和冷卻水出口(601);在絕緣架(5)的後部有環形的工作氣室(珊)，工作氣室(珊)有工作氣接口接入，在陽極(4)的後端與迴轉體陰極(3)的前端之間有工作氣的氣流通道(II);迴轉體陰極(3)的內環放電面(303)與陽極(4)的喇叭形內壁放電面之間的空間構成放電區。本實施例在工作時，一路冷卻水從冷卻進水接口(205)進入到陰極的冷卻水套(I )中，進行衝刷迴轉體陰極(3)的外壁及冷卻肋環(301)，把熱量快速移走，然後，冷卻水從冷卻出水接口(202)流出，返回到冷卻系統中；另一路冷卻水從冷卻水進口(602)進入到陽極的冷卻水套(IV)中，進行衝刷陽極(4)的外壁，使陽極(4)得到冷卻，然後，冷卻水從冷卻水出口(601)流出，返回到冷卻系統中；把工作氣從工作氣接口輸入到工作氣室(珊)中，工作氣通過氣流通道(II)進入到迴轉體陰極內環與陽極喇叭形內壁之間的放電區，在迴轉體陰極(3)與陽極(4)之間施加工作電壓和引弧電壓，使放電區形成等離子體電弧，然後從火炬出口(VI)噴出；同時，把氣態的加熱介質從輸入接口(103)輸入到氣室(IX)中，力口熱介質經過通孔(102)和旋流器(101)的螺旋通道以旋轉方式進入到迴轉體陰極(3)中心的加熱通道(VD)中，被高溫的等離子體電弧所加熱，再通過壓縮通道(III)進一步升溫，進行活化、分解或生成新的物質，然後依次通過離子弧通道(V)、火炬出口(VI)噴出。本實施例中的工作氣為空氣、氮氣和氫氣其中的一種，加熱介質為水蒸汽和工業有害氣體其中的一種。當加熱介質為水蒸汽時，工作氣選用氫氣。把本實施例的噴槍作為熱解水制氫設備應用時，在常壓條件下容易實現把水加熱到分解的最佳溫度3400?3500Κ，與煤氣化聯產造氣或用來處置生活垃圾，實現清潔燃燒，保護生態環境。
[0019]上述的實施例中，迴轉體陰極(3)和陽極(4)選用紫銅材料製作，絕緣架(5)選用膠木材料或聚四氟乙烯材料製作，其餘部件選用不鏽鋼材料製作。
【權利要求】
1.一種具有冷卻肋環的迴轉體陰極，其特徵是迴轉體陰極為等離子體噴槍的部件之一，迴轉體陰極安裝在等離子體噴槍後部的陰極基座中，其中，迴轉體陰極(3)的軸向中心有前後貫通的圓柱形孔道，圓柱形孔道的前端內壁構成內環放電面(303)，迴轉體陰極(3)前端的外壁構成嵌入面a (302)，迴轉體陰極(3)後端的外壁構成嵌入面b (304)，嵌入面a (302)與嵌入面b (304)之間的迴轉體外壁上有凸起的環圈，迴轉體外壁上的凸起環圈構成冷卻肋環(301);迴轉體陰極(3)以嵌入方式安裝在陰極基座(2)中，陰極基座(2)的內壁與迴轉體陰極(3)的外壁之間有空間，陰極基座(2)內壁與迴轉體陰極(3)外壁之間的空間構成冷卻水套(I )，冷卻水套(I )有冷卻進水接口(205)接入和冷卻出水接口(202)接出，陰極基座(2)的前端壁體上有嵌入口 a (203)，迴轉體陰極(3)的嵌入面a (302)緊密嵌入在陰極基座(2)前端壁體上的嵌入口 a (203)中，陰極基座(2)的後部壁體上有嵌入口b (206)，迴轉體陰極(3)的嵌入面b (304)緊密嵌入在陰極基座(2)後部壁體上的嵌入口b (206)中。
2.根據權利要求1所述的一種具有冷卻肋環的迴轉體陰極，其特徵是迴轉體陰極(3)外壁上的冷卻肋環(301)為一環以上，多環的冷卻肋環均勻分布在迴轉體陰極(3)的外壁上。
3.根據權利要求1所述的一種具有冷卻肋環的迴轉體陰極，其特徵是陰極基座(2)的後端有轉接件(I)接入，轉接件(I)的前端有向前伸出的旋流器(101)，旋流器(101)呈矩形螺紋或梯形螺紋結構，旋流器(101)伸入到迴轉體陰極(3)的圓柱形孔道中，旋流器(101)的螺距空間構成螺旋通道，轉接件(I)的體中有空腔，轉接件體中的空腔構成氣室(IX)，氣室(IX)的壁體上有通孔(102)，轉接件(I)的後端有加熱介質輸入接口(201)，加熱介質輸入接口(201)連通到氣室(IX)，氣室(IX)經過通孔(102)和旋流器(101)上的螺旋通道連通到迴轉體陰極(3)的圓柱形孔道中。
【文檔編號】H05H1/28GK203827594SQ201420236756
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月10日 優先權日:2014年5月10日
【發明者】周開根 申請人:衢州昀睿工業設計有限公司