[發(fā)明專利]一種等離子體源陽極冷卻結構

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510059014.5
• 申請日: 2015-02-05
• 公開（公告）號: CN104602433A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設計）人: 王鵬飛;黃佳華;王井楠;楊超;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(fā)明涉及等離子體源技術領域，更確切地說是一種等離子體源陽極冷卻結構。

背景技術

????等離子體源是等離子體的產(chǎn)生裝置，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。

陽極作為能量載體，若冷卻不良，則造成等離子體源燒損失效，因此對陽極冷卻至關重要。目前最常見的冷卻方式是在等離子體源內(nèi)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。

????國家知識產(chǎn)權局于2012年06月20日，公開了一件公開號為CN202282904U，名稱為“低溫等離子發(fā)生器的陽極裝置”的實用新型專利，該實用新型專利公開了一種低溫等離子發(fā)生器的陽極裝置，包括陽極、陽極水套、陽極殼體及陽極旋流環(huán)；陽極殼體緊靠著上端部的內(nèi)壁設置凹槽，陽極旋流環(huán)的外圓面與凹槽槽底相對設置的端部緊密配合封接，該陽極旋流環(huán)與凹槽槽底之間的空間形成進氣室；陽極旋流環(huán)的圓周方向均布2個以上的切向流孔；陽極沿軸向開設噴管，且陽極置于陽極旋流環(huán)的下方，同時陽極的外表面與陽極殼體液密封連接；陽極水套置于陽極與陽極殼體之間，陽極水套將陽極與陽極殼體之間的空間隔成連通的冷卻水出水室和冷卻水進水室。

這種方法雖然能夠保證等離子體源穩(wěn)定、長時間工作，但是這些被冷卻水帶走的能量以熱能形式散失在大氣中，無法被再次利用，使得等離子體源的熱效率不高。

然而等離子體發(fā)生器內(nèi)部，氣流通道中氣體溫度與電弧通道內(nèi)氣體溫度相差很大，在一定空間體積內(nèi)兩個通道中氣體壓力不同，電弧通道內(nèi)氣體對氣流通道內(nèi)氣體產(chǎn)生一個反向推力，由于層流等離子體射流的工作氣體流量一般很小，大概只有1-30slpm，這個反向推力會造成氣流通道內(nèi)氣流的短暫阻塞，之后由于反向推力減小直至消失，阻塞消除。在層流等離子體發(fā)生器工作時，這個反向推力會周期性的產(chǎn)生和消失，這就造成層流等離子體射流不穩(wěn)定。

另外在常規(guī)等離子體源中的氣流通道對外連接流量計和減壓閥，對內(nèi)連接電弧通道，等離子體源工作時，電弧通道中工作氣體溫度升高，進而氣壓升高，對氣流通道中的氣體產(chǎn)生一個反向作用力，引起氣流通道中的氣壓波動，且二者壓力相差越大，波動越明顯，這也造成等離子體源射流不穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明提供了一種等離子體源陽極冷卻結構，本發(fā)明可以實現(xiàn)等離子體源的自冷卻，且利用陽極冷卻過程中釋放的熱量，加熱工作氣體，減小電弧通道內(nèi)外工作氣體壓力，穩(wěn)定等離子體射流。

為了解決上述現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明是通過下述技術方案實現(xiàn)的：

一種等離子體源陽極冷卻結構，包括陽極本體，其特征在于：所述陽極本體內(nèi)部設置有冷卻通道；所述陽極本體上設置有進氣口和出氣口；所述進氣口和出氣口分別與冷卻通道連通；所述冷卻通道上設置有冷卻結構。

所述冷卻結構為設置在陽極本體內(nèi)部的空腔；所述空腔分別與進氣口和出氣口連通。

所述冷卻結構是由所述冷卻通道環(huán)狀分布在陽極本體內(nèi)部形成的冷卻結構。

所述冷卻結構是由所述冷卻通道螺旋狀分布在陽極本體內(nèi)部形成的冷卻結構。

冷卻結構是由所述冷卻通道呈豎直螺旋狀分布在陽極本體內(nèi)部形成的冷卻結構。

冷卻結構是由所述冷卻通道呈水平螺旋狀分布在陽極本體內(nèi)部形成的冷卻結構。

所述冷卻通道上至少設置有一層冷卻結構。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所達到的有益技術效果表現(xiàn)在：

1、等離子體源工作時工作氣體由進氣口進入陽極本體內(nèi)部，氣體在冷卻通道中帶走陽極本體能量，最后由出氣口進入等離子體源的氣流通道內(nèi)，最后進入電弧通道內(nèi)；工作氣體在經(jīng)過陽極本體內(nèi)部的冷卻通道時，吸收陽極本體釋放的能量，溫度升高，氣壓增加，使得電弧通道內(nèi)外氣體壓力差減小，氣流波動減小，能夠穩(wěn)定等離子體射流；同時陽極本體上額外的能量部分被用于氣體電離，提高了等離子體源的熱效率。

2、為了進一步提高冷卻效果，陽極本體內(nèi)部可以設置多層冷卻通道，增大工作氣體與陽極本體的接觸面積，從而進一步提高了冷卻陽極和吸收陽極本體上額外能量的效果。

3、陽極本體內(nèi)部的冷卻通道呈螺旋狀分布或環(huán)狀分布，都是為了增大工作氣體與陽極本體的接觸面積，而進一步提高了冷卻陽極和吸收陽極本體上額外能量的效果。

附圖說明

圖1為多環(huán)狀冷卻通道陽極的結構示意圖；

圖2為螺旋狀冷卻通道陽極的結構示意圖；

圖3為等離子體源整體結構示意圖；