[实用新型]一种阳极自冷却等离子体源

说明书

技术领域

本实用新型涉及等离子体发生装置，尤其涉及一种阳极自冷却等离子体源。

背景技术

等离子体源是产生等离子体的装置，它是利用阴极与阳极之间的电弧能量，将工作气体加热并使其电离成等离子体，然后从通道射出，形成等离子体射流。等离子体由于具有高温、高能量密度以及气氛可控等特点，已经广泛应用于喷涂、切割、焊接等传统领域。

现有技术中，等离子体发生装置主要由电极、电弧和电源组成，如中国专利号“201310131303.2”在2013年7月10日公开了一种电弧等离子体装置，其技术方案为所述等离子体装置的喷枪由阳极、阴极头、阴极帽、枪筒和阴极基座组成，阳极、枪筒和阴极基座同轴心设置，枪筒的后端连接在阴极基座上构成枪体，阳极连接在枪筒的前端，阳极的环心空间构成喷口，枪筒的内空间构成气室，阴极基座构成枪筒的后封闭端，阴极头设置在枪体内，阴极帽把阴极头紧固在阴极基座上，阴极头与阳极之间的空间构成放电空间；其中，阴极基座为圆盘体设计，圆盘体的圆心上有过孔，过孔构成阴极头的安装孔和冷却腔，阴极头为圆柱实体，阴极头的后部圆柱实体上有工作水气化孔或汽化肋片，阴极帽与阴极头的圆柱实体之间的环槽空间构成喷汽环，喷汽环的出口在气室。但在实际使用过程中，由于等离子体源的功率多为几十到几百千瓦，阳极作为能量载体，若冷却不良，将造成等离子体源烧损失效，因此对阳极冷却至关重要。但以上述专利文件为代表的现有技术，对阳极的冷却方式通常是在等离子体源内部设计加工出水冷通道，利用冷却水把阳极上额外能量带走，降低阳极温度。但是对于某些特殊应用领域，则要求不能采用辅助冷却手段，因此传统的冷却方式不再适用。另外等离子体源工作时，电弧通道中工作气体的温度逐渐升高，进而导致气压升高，这就会对气流通道中的气体产生一个反向作用力，造成气流通道中的气压波动，且二者压力相差越大，波动越明显，最终造成等离子体源射流不稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种阳极自冷却等离子体源，本实用新型能够解决以下技术问题：一是能够利用工作气体自冷却阳极；二是能够提高工作气体进入电弧通道的温度，从而提高等离子体源的热效率；三是能够平衡电弧通道内外工作气体压力，稳定等离子体射流。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种阳极自冷却等离子体源，其特征在于：包括阴极、阳极和外壳，所述阴极和阳极分别固定设置在外壳的两端，阴极、阳极和外壳组合形成气流通道，所述阳极内部设置有冷却通道，所述阳极上设置有分别与冷却通道相通的进气口和出气口，所述冷却通道通过出气口与气流通道连通，所述气流通道与阳极的电弧通道连通，工作时，工作气体依次经冷却通道和气流通道后进入电弧通道。

所述阴极与阳极之间固定设置有中间段，所述气流通道由阴极、阳极、中间段和外壳组合形成，所述中间段内部开设有过渡电弧通道，所述过渡电弧通道的两端分别与气流通道和阳极的电弧通道相通。

所述中间段上设置有与过渡电弧通道相通的锥形口，所述阴极的端部位于锥形口内，且阴极的端部与锥形口之间有间隙。

所述阴极与外壳之间设置有绝缘体a，所述中间段与阳极之间设置有绝缘体b。

所述中间段的数量至少为二个，且相邻两中间段之间设置有绝缘体b。

所述外壳为筒形，沿筒形外壳轴心线方向的筒壁内开设有进气通道，进气通道与进气口连通。

所述冷却通道内设置有冷却结构，所述冷却结构是由所述冷却通道环状分布在阳极内部形成的冷却结构。

所述冷却通道内设置有冷却结构，所述冷却结构是由所述冷却通道螺旋状分布在阳极内部形成的冷却结构。

所述冷却结构是由所述冷却通道呈竖直螺旋状分布在阳极内部形成的冷却结构。

所述冷却结构是由所述冷却通道呈水平螺旋状分布在阳极内部形成的冷却结构。

采用本实用新型的优点在于：

一、本实用新型中，由于阳极上的冷却通道通过气流通道与电弧通道相通，因此能够利用工作气体作为冷却气体吸收阳极释放的热量，即工作气体在被电离成等离子前能够预先冷却阳极，既实现了工作气体的自冷却，又提高了工作气体的利用率。反之，工作气体在被电离前，与阳极发生热交换，工作气体的温度上升，即提高了进入电弧通道的工作气体的温度，进而提高了等离子体源的热效率。另外，从进入阳极时起，工作气体的温度就逐渐升高，工作气体流动一段距离后才会进入电弧通道，这就能够平衡电弧通道内外工作气体的压力，达到稳定等离子体射流的目的。