[發明專利]陽極自冷卻等離子體源

在審

• 申請號: 201510059012.6
• 申請日: 2015-02-05
• 公開（公告）號: CN104602432A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 黃佳華;王鵬飛;王井楠;趙華;任瓊英;李向陽;李露
• 申請（專利權）人: 成都真火科技有限公司
• 主分類號: H05H1/28
• 分類號: H05H1/28
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 冉鵬程

技術領域

本發明涉及等離子體發生裝置，尤其涉及一種陽極自冷卻等離子體源。

背景技術

等離子體源是產生等離子體的裝置，它是利用陰極與陽極之間的電弧能量，將工作氣體加熱并使其電離成等離子體，然后從通道射出，形成等離子體射流。等離子體由于具有高溫、高能量密度以及氣氛可控等特點，已經廣泛應用于噴涂、切割、焊接等傳統領域。

現有技術中，等離子體發生裝置主要由電極、電弧和電源組成，如中國專利號“201310131303.2”在2013年7月10日公開了一種電弧等離子體裝置，其技術方案為所述等離子體裝置的噴槍由陽極、陰極頭、陰極帽、槍筒和陰極基座組成，陽極、槍筒和陰極基座同軸心設置，槍筒的后端連接在陰極基座上構成槍體，陽極連接在槍筒的前端，陽極的環心空間構成噴口，槍筒的內空間構成氣室，陰極基座構成槍筒的后封閉端，陰極頭設置在槍體內，陰極帽把陰極頭緊固在陰極基座上，陰極頭與陽極之間的空間構成放電空間；其中，陰極基座為圓盤體設計，圓盤體的圓心上有過孔，過孔構成陰極頭的安裝孔和冷卻腔，陰極頭為圓柱實體，陰極頭的后部圓柱實體上有工作水氣化孔或汽化肋片，陰極帽與陰極頭的圓柱實體之間的環槽空間構成噴汽環，噴汽環的出口在氣室。但在實際使用過程中，由于等離子體源的功率多為幾十到幾百千瓦，陽極作為能量載體，若冷卻不良，將造成等離子體源燒損失效，因此對陽極冷卻至關重要。但以上述專利文件為代表的現有技術，對陽極的冷卻方式通常是在等離子體源內部設計加工出水冷通道，利用冷卻水把陽極上額外能量帶走，降低陽極溫度。但是對于某些特殊應用領域，則要求不能采用輔助冷卻手段，因此傳統的冷卻方式不再適用。另外等離子體源工作時，電弧通道中工作氣體的溫度逐漸升高，進而導致氣壓升高，這就會對氣流通道中的氣體產生一個反向作用力，造成氣流通道中的氣壓波動，且二者壓力相差越大，波動越明顯，最終造成等離子體源射流不穩定性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的上述問題，提供一種陽極自冷卻等離子體源，本發明能夠解決以下技術問題：一是能夠利用工作氣體自冷卻陽極；二是能夠提高工作氣體進入電弧通道的溫度，從而提高等離子體源的熱效率；三是能夠平衡電弧通道內外工作氣體壓力，穩定等離子體射流。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種陽極自冷卻等離子體源，其特征在于：包括陰極、陽極和外殼，所述陰極和陽極分別固定設置在外殼的兩端，陰極、陽極和外殼組合形成氣流通道，所述陽極內部設置有冷卻通道，所述陽極上設置有分別與冷卻通道相通的進氣口和出氣口，所述冷卻通道通過出氣口與氣流通道連通，所述氣流通道與陽極的電弧通道連通，工作時，工作氣體依次經冷卻通道和氣流通道后進入電弧通道。

所述陰極與陽極之間固定設置有中間段，所述氣流通道由陰極、陽極、中間段和外殼組合形成，所述中間段內部開設有過渡電弧通道，所述過渡電弧通道的兩端分別與氣流通道和陽極的電弧通道相通。

所述中間段上設置有與過渡電弧通道相通的錐形口，所述陰極的端部位于錐形口內，且陰極的端部與錐形口之間有間隙。

所述陰極與外殼之間設置有絕緣體a，所述中間段與陽極之間設置有絕緣體b。

所述中間段的數量至少為二個，且相鄰兩中間段之間設置有絕緣體b。

所述外殼為筒形，沿筒形外殼軸心線方向的筒壁內開設有進氣通道，進氣通道與進氣口連通。

所述冷卻通道內設置有冷卻結構，所述冷卻結構是由所述冷卻通道環狀分布在陽極內部形成的冷卻結構。

所述冷卻通道內設置有冷卻結構，所述冷卻結構是由所述冷卻通道螺旋狀分布在陽極內部形成的冷卻結構。

所述冷卻結構是由所述冷卻通道呈豎直螺旋狀分布在陽極內部形成的冷卻結構。

所述冷卻結構是由所述冷卻通道呈水平螺旋狀分布在陽極內部形成的冷卻結構。

采用本發明的優點在于：

一、本發明中，由于陽極上的冷卻通道通過氣流通道與電弧通道相通，因此能夠利用工作氣體作為冷卻氣體吸收陽極釋放的熱量，即工作氣體在被電離成等離子前能夠預先冷卻陽極，既實現了工作氣體的自冷卻，又提高了工作氣體的利用率。反之，工作氣體在被電離前，與陽極發生熱交換，工作氣體的溫度上升，即提高了進入電弧通道的工作氣體的溫度，進而提高了等離子體源的熱效率。另外，從進入陽極時起，工作氣體的溫度就逐漸升高，工作氣體流動一段距離后才會進入電弧通道，這就能夠平衡電弧通道內外工作氣體的壓力，達到穩定等離子體射流的目的。