一种具有螺旋导流结构的等离子体喷枪的制作方法
【专利摘要】一种具有螺旋导流结构的等离子体喷枪，涉及到一种等离子体喷枪的导流结构，由绝缘枪架、后座、阴极、阳极套和阳极组成，绝缘枪架的前段体内有前安装槽，绝缘枪架中段的内空间构成气室，在气室与前安装槽之间的壁体上有螺旋膛线，螺旋膛线的内空间构成螺旋导流孔道；阳极以嵌入方式安装在阳极套内，阳极外壁与阳极套内壁之间的空间构成冷却水套，阳极套携阳极安装在绝缘枪架的前安装槽中，后座安装在绝缘枪架的后段上，阴极安装在后座的回转体结构前端，阴极的头部从螺旋导流孔道中穿过并伸入到阳极后端的喇叭口空间中。本实用新型实现对阴极进行有效的气体保护，结合冷却保护措施，使阴极不易被烧蚀，以延长等离子体喷枪的使用周期，提高生产效率及节约生产成本。
【专利说明】
一种具有螺旋导流结构的等离子体喷枪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及等离子体设备，特别是涉及到一种等离子体喷枪的导流结构。
【背景技术】
[0002]当前，等离子技术已得到广泛的应用，工业上应用于等离子点火、等离子喷涂、金属冶炼、等离子加热制造纳米材料、切割、垃圾焚烧废物处理等。等离子体的处理方式和一般的方式大不一样，等离子体是在电离层或放电现象下所形成的一种状态，伴随着放电现象将会生成了激发原子、激发分子、离解原子、游离原子团、原子或分子离子群的活性化学物以及它们与其它的化学物碰撞而引起的反应。在等离子体发生器中，放电作用使得工作气分子失去外层电子而形成离子状态，经相互碰撞而产生高温，温度可达几万度以上。
[0003]等离子热解水制氢技术是最近几年提出来的水制氢候选技术之一，因为水是一种相当稳定的物质，在常压条件下，温度在2000K时水分子几乎不分解，2500K时有25%的水发生分解，3400?3500K时氢气和氧气的摩尔分数达到最大，分别为18%和6%，当温度达到4200K以上时,水分子将全部分解为氢气、氢、氧气、氧和氢氧原子团，一般的加热方式难以达到这么高的温度，而使用等离子体喷枪则能做到；应用等离子体喷枪处理危险有害的废弃物和生活垃圾，使气化炉不需输入空气或氧气，使生活垃圾转化的合成气品质好，达到化工原料的要求，合成气再通过后级设备生产甲醇或二甲醚产品，实现资源化和无污染处理生活垃圾；在煤气化生产线上如利用等离子体喷枪把水蒸汽加热分解后再喷入气化炉内，与煤炭进行化学反应，所发生的反应是放热反应，使气化炉不需输入空气或氧气助燃，生产的合成气中氢气的分数比例高，废气的含量低，实现节能减排。
[0004]等离子体喷枪的阴极是发射电子的部件，由于承受电流的冲击和数万度的高温烧灼，因此，阴极的头部很容易被烧蚀而致损坏，不仅影响生产，而且增加生产成本。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是要克服现有等离子体喷枪的阴极容易被烧蚀的缺点，提供一种具有螺旋导流结构的等离子体喷枪，形成螺旋保护气流，结合冷却结构对阴极进行保护，使阴极不易被烧蚀，以延长等离子体喷枪的使用周期，提高生产效率及节约生产成本。
[0006]本实用新型的一种具有螺旋导流结构的等离子体喷枪，其特征是等离子体喷枪由绝缘枪架(2)、后座(I)、阴极(3)、阳极套(5)和阳极(4)组成，其中，绝缘枪架(2)为中空回转体结构，绝缘枪架(2)的前段体内有前安装槽(2-4)，绝缘枪架(2)中段的内空间构成气室(VI)，在气室(VI)与前安装槽(2-4)之间的壁体上有螺旋膛线(2-3)，螺旋膛线(2-3)形成螺旋导流结构，螺旋膛线(2-3)的内空间构成螺旋导流孔道(V)，在绝缘枪架(2)的后段有连接法兰(2-1)或后安装槽(2-5);后座(I)为中空回转体结构，后座(I)上有安装法兰(1-1)或安装螺口(1-2);阳极套(5)为圆筒体结构，阳极套(5)后部的壁体外侧有安装螺纹(5-4)，阳极套(5)的前端有榫座(5-2);阳极(4)为由后部向前逐渐扩张的圆锥形喷管结构，阳极(4)的后端为由后向前收窄的喇叭口结构，阳极(4)后端的喇叭口结构与圆锥形喷管结构之间有贯通的圆形孔道；阳极(4)以嵌入方式安装在阳极套(5)内，阳极(4)外壁与阳极套(5)内壁之间的空间构成冷却水套(IV);阳极套(5)携阳极(4)安装在绝缘枪架(2)的前安装槽(2-4)中，后座(I)安装在绝缘枪架(2)的后段上，阴极(3)安装在后座(I)的回转体结构前端，阴极(3)的头部从螺旋导流孔道(V)中穿过并伸入到阳极(4)后端的喇叭口空间中；阳极(4)后端的喇叭口空间构成放电区(I )，阳极(4)后端的喇叭口结构与圆锥形喷管结构之间的圆形孔道构成压缩孔道(II)，阳极(4)的圆锥形喷管结构内空间构成喷射腔(III);绝缘枪架(2)内的气室(VI)通过螺旋膛线(2-3)内的螺旋导流孔道(V)连通到放电区(I )，放电区(I )通过压缩孔道(II)连通到喷射腔(III)。
[0007]本实用新型中，在后座(I)的回转体结构内有冷却导流管(1-5)，在后座(I)的回转体结构上有冷却水输入接口(1-6)和冷却水输出接口(1-7);阴极(3)为圆棒体结构，阴极(3)的身部体内有空间，阴极(3)身部体内的空间构成冷却腔(VII)，阴极(3)的头部为实体结构，阴极(3)的头部内侧有向后伸出的冷却尾突(3-3)，冷却尾突(3-3)为圆锥体结构，冷却尾突(3-3)朝向冷却腔(YD);冷却导流管(1-5)伸入到阴极(3)的冷却腔(VD中，冷却导流管(1-5)的出水口在冷却尾突(3-3)的周边；冷却导流管(1-5)的内空间构成冷却供水通道(IX)，冷却导流管(1-5)的外壁与后座(I)壁体之间的空间构成冷却回水通道(X)，冷却水输入接口( 1-6)连通到冷却供水通道(IX)，冷却供水通道(IX)通过冷却腔(VD连通到冷却回水通道(X)，冷却回水通道(X)连通到冷却水输出接口(1-7);在阴极(3)的壁体后部有内螺纹槽口或在阴极(3)后端的壁体外侧有凸缘(3-2)，当在阴极(3)的壁体后部有内螺纹槽口时，在后座(I)的中空回转体前端有连接螺口( 1-3 )，阴极(3 )安装在连接螺口(1-3)上；当在阴极(3)后端的壁体外侧有凸缘(3-2)时，在绝缘枪架(2)的中空回转体结构内有阴极的定位套(7)，后座(I)的中空回转体前端顶压在阴极(3)的后端面上；阴极(3)的头部外形为由后向前缩小的圆锥形结构，阴极(3)的头端为圆弧形结构；在绝缘枪架(2)上有保护气进口( 2-2 )或在后座(I)上有保护气输入接口( 1-4)，当在绝缘枪架(2 )上有保护气进口(2-2)时，保护气进口(2-2)直接连通到气室(VI);当在后座(I)上有保护气输入接口(1-4)时，后座(I)的回转体结构内有保护气通道(VDI)，保护气输入接口(1-4)通过保护气通道(VDI)连通到气室(VI);冷却水套(IV)有冷却剂进口(5-3)接入和冷却剂出口(5-1)接出，冷却剂进口(5-3)设置在阳极套(5)下方的壁体上，冷却剂出口(5-1)设置在阳极套
(5)上方的壁体上。
[0008]上述的实用新型应用时，把工作气或被加热的气体同时作为保护气体利用。工作时，一路冷却水通过冷却水输入接口( 1-6)进入到冷却导流管(1-5)内的冷却供水通道(IX)中，经冷却导流管(1-5)前端的出水口对阴极头后端的冷却尾突(3-3)进行冲刷冷却，冷却水吸收了阴极头的热量后，再经冷却腔(VD进入到冷却回水通道(X)，然后由冷却水输出接口(1-7)返回到冷却系统的回路中；另一路冷却水通过冷却剂进口(5-3)进入到冷却水套(IV)中，吸收阳极(4)的热量后，再由冷却剂出口(5-1)返回到冷却系统的回路中；工作气或被加热的气体由保护气输入接口(1-4)或保护气进口(2-2)进入到气室(VI)中，然后由螺旋导流孔道(V)以螺旋方式进入到放电区(I )，再通过压缩孔道(II)和喷射腔(III)从喷枪中喷出；后座(I)作为阴极(3)的电气连接件，阳极套(5)作为阳极(4)的电气连接件，在阴极(3)与阳极(4)之间施加电能，在阴极(3)的头端形成圆弧放电面(3-1)，同时在阳极(4)的喷管内壁形成圆锥放电面(4-2)，在圆弧放电面(3-1)与圆锥放电面(4-2)之间产生等离子体电弧，等离子体电弧由喷射腔(III)的出口喷出，形成等离子体火炬。上述过程中，被加热的水蒸汽在放电区(I )内被电离，成为离子弧，离子弧与阴极(3)的圆弧放电面(3-1)发射的电子混合，通过压缩孔道(II)进入到喷射腔(III)，在经过压缩孔道(II)时，被进一步加热分解，成为目标产物。
[0009]等离子体喷枪的阴极头部需承受电流冲击及数万度的高温烧灼，因此，必需对阴极的头部采取有效的冷却措施和气体保护才能增加阴极的使用寿命。现有的等离子体喷枪中，有的保护气体以切线方式进入等离子体喷枪中，以产生旋转气流，这类旋转气流具有离心力，在气流中心会产生真空或负压，使保护气流不能覆盖阴极的头端。本实用新型在等离子体喷枪内设置螺旋膛线(2-3)以形成螺旋导流结构，在工作气或被加热气体通过螺旋导流结构时形成螺旋保护气流，气流中心不会产生真空或负压，使保护气流能全面覆盖阴极头端，实现对阴极进行有效的气体保护，结合冷却保护措施，使阴极不易被烧蚀。
[0010]本实用新型的有益效果是:提供一种具有螺旋导流结构的等离子体喷枪，形成螺旋保护气流，气流中心不会产生真空或负压，使保护气流能全面覆盖阴极头端，克服了现有技术中的保护气体以切线方式进入产生旋转气流的缺点。本实用新型实现对阴极进行有效的气体保护，结合冷却保护措施，使阴极不易被烧蚀，以延长等离子体喷枪的使用周期，提高生产效率及节约生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型的一种具有螺旋导流结构的等离子体喷枪结构图。
[0012]图2是本实用新型的另一种具有螺旋导流结构的等离子体喷枪结构图。
[0013]图3是本实用新型的一种绝缘枪架结构图。
[0014]图4是本实用新型的另一种绝缘枪架结构图。
[0015]图5是本实用新型的又一种绝缘枪架结构图。
[0016]图6是本实用新型的又一种阴极结构图。
[0017]图中:1.后座，1-1.后座的安装法兰，1-2.后座的安装螺口，1-3.后座的连接螺口，1-4.保护气输入接口，1-5.冷却导流管，1-6.冷却水输入接口，1-7.冷却水输出接口，2.绝缘枪架，2-1.绝缘枪架的连接法兰，2-2.保护气进口，2-3.螺旋膛线，2-4.绝缘枪架的前安装槽，2-5.绝缘枪架的后安装槽，3.阴极，3-1.阴极的圆弧放电面，3-2.凸缘，3-3.冷却尾突，4.阳极，4-1.阳极前端的榫头，4-2.圆锥放电面，5.阳极套，5-1.冷却剂出口，5-2.榫座，5-3.冷却剂进口，5-4.阳极套的安装螺纹，6.密封圈，7.阴极的定位套，8.密封环；
1.放电区，I1.压缩孔道，II1.喷射腔，IV.阳极的冷却水套，V.螺旋导流孔道，V1.气室，νπ.冷却腔，VD1.保护气通道，IX.冷却供水通道，X.冷却回水通道。
【具体实施方式】
[0018]实施例1 图1所示的实施方式中，一种具有螺旋导流结构的等离子体喷枪由绝缘枪架(2)、后座(I)、阴极(3)、阳极套(5)和阳极(4)组成，其中，绝缘枪架(2)为中空回转体结构，绝缘枪架(2)的前段体内有前安装槽(2-4)，绝缘枪架(2)中段的内空间构成气室(VI)，在绝缘枪架(2)中段的壁体上有保护气进口(2-2)，保护气进口(2-2)直接连通到气室(VI)，在气室(VI)与前安装槽(2-4)之间的壁体上有螺旋膛线(2-3)，螺旋膛线(2-3)形成螺旋导流结构，螺旋膛线(2-3)的内空间构成螺旋导流孔道(V)，在绝缘枪架(2)的后段有连接法兰(2-1);后座(I)为中空回转体结构，后座(I)上有安装法兰(1-1)或安装螺口( 1-2 )，在后座(I)的回转体结构内有冷却导流管(1-5)，在后座(I)的回转体结构上有冷却水输入接口( 1-6 )和冷却水输出接口( 1-7 );阴极(3 )为圆棒体结构，阴极(3 )的身部体内有空间，阴极(3)身部体内的空间构成冷却腔(VD，在阴极(3)后端的壁体外侧有凸缘(3-2)，阴极
(3)的头部为实体结构，阴极(3)的头部内侧有向后伸出的冷却尾突(3-3)，冷却尾突(3-3)为圆锥体结构，冷却尾突(3-3)朝向冷却腔(VII)，阴极(3)的头部外形为由后向前缩小的圆锥形结构，阴极(3)的头端为圆弧形结构；阳极套(5)为圆筒体结构，阳极套(5)后部的壁体外侧有安装螺纹(5-4)，阳极套(5)的前端有榫座(5-2);阳极(4)为由后部向前逐渐扩张的圆锥形喷管结构，阳极(4)的后端为由后向前收窄的喇叭口结构，阳极(4)后端的喇叭口结构与圆锥形喷管结构之间有贯通的圆形孔道；阳极(4)以嵌入方式安装在阳极套(5)内，阳极(4)外壁与阳极套(5)内壁之间的空间构成冷却水套(IV)，冷却水套(IV)有冷却剂进口(5-3)接入和冷却剂出口(5-1)接出，冷却剂进口(5-3)设置在阳极套(5)下方的壁体上，冷却剂出口(5-1)设置在阳极套(5)上方的壁体上；阳极套(5)携阳极(4)安装在绝缘枪架(2 )的前安装槽(2-4)中，后座(I)安装在绝缘枪架(2 )的后段上，阴极(3 )安装在后座(I)的回转体结构前端，在绝缘枪架(2)的中空回转体结构内有阴极的定位套(7)，后座(I)的中空回转体前端顶压在阴极(3)的后端面上，阴极(3)的头部从螺旋导流孔道(V)中穿过并伸入到阳极(4)后端的喇叭口空间中，后座(I)的冷却导流管(1-5)伸入到阴极(3)的冷却腔(VD)中，冷却导流管(1-5)的出水口在冷却尾突(3-3)的周边；冷却导流管(1-5)的内空间构成冷却供水通道(IX)，冷却导流管(1-5)的外壁与后座(I)壁体之间的空间构成冷却回水通道(X)，冷却水输入接口( 1-6)连通到冷却供水通道(IX)，冷却供水通道(IX)通过冷却腔(VD)连通到冷却回水通道(X)，冷却回水通道(X)连通到冷却水输出接口( 1-7);阳极
(4)后端的喇叭口空间构成放电区(I)，阳极(4)后端的喇叭口结构与圆锥形喷管结构之间的圆形孔道构成压缩孔道(II)，阳极(4)的圆锥形喷管结构内空间构成喷射腔(III);绝缘枪架(2)内的气室(VI)通过螺旋膛线(2-3)内的螺旋导流孔道(V)连通到放电区(I)，放电区(I )通过压缩孔道(II)连通到喷射腔(III)。本实施例中，阴极(3)选用难熔金属材料制作，所述的难熔金属材料包括钨、钽、钥、铌的合金材料，优选钨镧锆合金材料。
[0019]实施例2 图2所示的实施方式中，是在第一实施例的结构上，把绝缘枪架(2)的后段的连接法兰(2-1)改变为后安装槽(2-5)，把后座(I)上的安装法兰(1-1)改变为安装螺口(1-2)，后座(I)上安装螺口(1-2)连接在绝缘枪架(2)的后安装槽(2-5)中；把阴极
(3)后端的壁体外侧的凸缘(3-2)改变为阴极(3)的壁体后部有内螺纹槽口，同时，在后座
(I)的中空回转体前端设置连接螺口( 1-3)，阴极(3)安装在连接螺口( 1-3)上；取消在绝缘枪架(2)的结构内的阴极定位套(7);把绝缘枪架(2)上的保护气进口( 2-2)改变为在后座
(I)上设置保护气输入接口( 1-4)，同时在后座(I)的回转体结构内设置保护气通道(VDI)，保护气输入接口( 1-4)通过保护气通道(珊)连通到气室(VI)。其它部分与第一实施中的结构相同，不再赘述。
[0020]上述的实施例应用时，把工作气或被加热的气体同时作为保护气体利用。工作时，一路冷却水通过冷却水输入接口( 1-6)进入到冷却导流管(1-5)内的冷却供水通道(IX)中，经冷却导流管(1-5)前端的出水口对阴极头后端的冷却尾突(3-3)进行冲刷冷却，冷却水吸收了阴极头的热量后，再经冷却腔(νπ)进入到冷却回水通道(X)，然后由冷却水输出接口(1-7)返回到冷却系统的回路中；另一路冷却水通过冷却剂进口(5-3)进入到冷却水套(IV)中，吸收阳极(4)的热量后，再由冷却剂出口(5-1)返回到冷却系统的回路中；工作气或被加热的气体由保护气输入接口(1-4)或保护气进口(2-2)进入到气室(VI)中，然后由螺旋导流孔道(V)以螺旋方式进入到放电区(I )，再通过压缩孔道(II)和喷射腔(III)从喷枪中喷出；后座(I)作为阴极(3)的电气连接件，阳极套(5)作为阳极(4)的电气连接件，在阴极(3)与阳极(4)之间施加电能，在阴极(3)的头端形成圆弧放电面(3-1)，同时在阳极(4)的喷管内壁形成圆锥放电面(4-2)，在圆弧放电面(3-1)与圆锥放电面(4-2)之间产生等离子体电弧，等离子体电弧由喷射腔(III)的出口喷出，形成等离子体火炬。上述过程中，被加热的水蒸汽在放电区(I )内被电离，成为离子弧，离子弧与阴极(3)的圆弧放电面(3-1)发射的电子混合，通过压缩孔道(II)进入到喷射腔(III)，在经过压缩孔道(II)时，被进一步加热分解，成为目标产物。
【权利要求】
1.一种具有螺旋导流结构的等离子体喷枪，其特征是等离子体喷枪由绝缘枪架(2)、后座(I)、阴极(3)、阳极套(5)和阳极(4)组成，其中，绝缘枪架(2)为中空回转体结构，绝缘枪架(2)的前段体内有前安装槽(2-4)，绝缘枪架(2)中段的内空间构成气室(VI)，在气室(VI)与前安装槽(2-4)之间的壁体上有螺旋膛线(2-3)，螺旋膛线(2-3)形成螺旋导流结构，螺旋膛线(2-3)的内空间构成螺旋导流孔道(V)，在绝缘枪架(2)的后段有连接法兰(2-1)或后安装槽(2-5);后座(I)为中空回转体结构，后座(I)上有安装法兰(1-1)或安装螺口(1-2);阳极套(5)为圆筒体结构，阳极套(5)后部的壁体外侧有安装螺纹(5-4)，阳极套(5)的前端有榫座(5-2);阳极(4)为由后部向前逐渐扩张的圆锥形喷管结构，阳极(4)的后端为由后向前收窄的喇叭口结构，阳极(4)后端的喇叭口结构与圆锥形喷管结构之间有贯通的圆形孔道；阳极(4)以嵌入方式安装在阳极套(5)内，阳极(4)外壁与阳极套(5)内壁之间的空间构成冷却水套(IV);阳极套(5)携阳极(4)安装在绝缘枪架(2)的前安装槽(2-4)中，后座(I)安装在绝缘枪架(2)的后段上，阴极(3)安装在后座(I)的回转体结构前端，阴极(3)的头部从螺旋导流孔道(V)中穿过并伸入到阳极(4)后端的喇叭口空间中；阳极(4)后端的喇叭口空间构成放电区(I )，阳极(4)后端的喇叭口结构与圆锥形喷管结构之间的圆形孔道构成压缩孔道(II )，阳极(4)的圆锥形喷管结构内空间构成喷射腔(III);绝缘枪架(2)内的气室(VI)通过螺旋膛线(2-3)内的螺旋导流孔道(V)连通到放电区(I)，放电区(I )通过压缩孔道(II)连通到喷射腔(III)。
2.根据权利要求1所述的一种具有螺旋导流结构的等离子体喷枪，其特征是在后座(O的回转体结构内有冷却导流管(1-5)，在后座(I)的回转体结构上有冷却水输入接口(1-6)和冷却水输出接口( 1-7);阴极(3)为圆棒体结构，阴极(3)的身部体内有空间，阴极(3)身部体内的空间构成冷却腔(VD，阴极(3)的头部为实体结构，阴极(3)的头部内侧有向后伸出的冷却尾突(3-3)，冷却尾突(3-3)为圆锥体结构，冷却尾突(3-3)朝向冷却腔(VD)；冷却导流管(1-5)伸入到阴极(3)的冷却腔(VD中，冷却导流管(1-5)的出水口在冷却尾突(3-3)的周边；冷却导流管(1-5)的内空间构成冷却供水通道(IX)，冷却导流管(1-5)的外壁与后座(I)壁体之间的空间构成冷却回水通道(X )，冷却水输入接口( 1-6)连通到冷却供水通道(IX)，冷却供水通道(IX)通过冷却腔(VD连通到冷却回水通道(X )，冷却回水通道(X)连通到冷却水输出接口(1-7)。
3.根据权利要求1所述的一种具有螺旋导流结构的等离子体喷枪，其特征是在阴极(3)的壁体后部有内螺纹槽口或在阴极(3)后端的壁体外侧有凸缘(3-2)，当在阴极(3)的壁体后部有内螺纹槽口时，在后座(I)的中空回转体前端有连接螺口( 1-3 )，阴极(3 )安装在连接螺口(1-3)上；当在阴极(3)后端的壁体外侧有凸缘(3-2)时，在绝缘枪架(2)的中空回转体结构内有阴极的定位套(7)，后座(I)的中空回转体前端顶压在阴极(3)的后端面上。
4.根据权利要求1所述的一种具有螺旋导流结构的等离子体喷枪，其特征是阴极(3)的头部外形为由后向前缩小的圆锥形结构，阴极(3)的头端为圆弧形结构。
5.根据权利要求1所述的一种具有螺旋导流结构的等离子体喷枪，其特征是在绝缘枪架(2 )上有保护气进口( 2-2 )或在后座(I)上有保护气输入接口( 1-4)，当在绝缘枪架(2 )上有保护气进口(2-2)时，保护气进口(2-2)直接连通到气室(VI);当在后座(I)上有保护气输入接口( 1-4)时，后座(I)的回转体结构内有保护气通道(珊)，保护气输入接口( 1-4)通过保护气通道(VDI)连通到气室(VI)。
6.根据权利要求1所述的一种具有螺旋导流结构的等离子体喷枪，其特征是冷却水套(IV)有冷却剂进口(5-3)接入和冷却剂出口(5-1)接出，冷却剂进口(5-3)设置在阳极套(5)下方的壁体上，冷却剂出口(5-1)设置在阳极套(5)上方的壁体上。
【文档编号】H05H1/34GK204168585SQ201420620859
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月26日 优先权日:2014年10月26日
【发明者】周开根 申请人:衢州迪升工业设计有限公司