一种等离子体源阳极冷却结构.pdf

本发明公开了一种等离子体源阳极冷却结构，涉及等离子体源技术领域。本发明包括阳极本体（1），所述阳极本体（1）内部设置有冷却通道（2）；所述阳极本体（1）上设置有进气口（3）和出气口（4）；所述进气口（3）和出气口（4）分别与冷却通道（2）连通；所述冷却通道（2）上设置有冷却结构（21）。本发明可以实现等离子体源的自冷却，且利用阳极冷却过程中释放的热量，加热工作气体，减小电弧通道内外工作气体压力，稳定等离子体射流。

权利要求书1.  一种等离子体源阳极冷却结构，包括阳极本体（1），其特征在于：所述阳极本体（1）内部设置有冷却通道（2）；所述阳极本体（1）上设置有进气口（3）和出气口（4）；所述进气口（3）和出气口（4）分别与冷却通道（2）连通；所述冷却通道（2）上设置有冷却结构（21）。 2.  如权利要求1所述的一种等离子体源阳极冷却结构，其特征在于：所述冷却结构（21）为设置在阳极本体内部的空腔；所述空腔分别与进气口（3）和出气口（4）连通。 3.  如权利要求1所述的一种等离子体源阳极冷却结构，其特征在于：所述冷却结构（21）是由所述冷却通道（2）环状分布在阳极本体（1）内部形成的冷却结构（21）。 4.  如权利要求1所述的一种等离子体源阳极冷却结构，其特征在于：所述冷却结构（21）是由所述冷却通道（2）螺旋状分布在阳极本体（1）内部形成的冷却结构（21）。 5.  如权利要求1或4所述的一种等离子体源阳极冷却结构，其特征在于：冷却结构（21）是由所述冷却通道（21）呈竖直螺旋状分布在阳极本体（1）内部形成的冷却结构（21）。 6.  如权利要求1或4所述的一种等离子体源阳极冷却结构，其特征在于：冷却结构（21）是由所述冷却通道（21）呈水平螺旋状分布在阳极本体（1）内部形成的冷却结构（21）。 7.  如权利要求1-4任意一项所述的一种等离子体源阳极冷却结构，其特征在于：所述阳极本体（1）内部至少设置有一层冷却结构（21）。

说明书一种等离子体源阳极冷却结构
技术领域
    本发明涉及等离子体源技术领域，更确切地说是一种等离子体源阳极冷却结构。
背景技术
    等离子体源是等离子体的产生装置，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。
阳极作为能量载体，若冷却不良，则造成等离子体源烧损失效，因此对阳极冷却至关重要。目前最常见的冷却方式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。
    国家知识产权局于2012年06月20日，公开了一件公开号为CN202282904U，名称为“低温等离子发生器的阳极装置”的实用新型专利，该实用新型专利公开了一种低温等离子发生器的阳极装置，包括阳极、阳极水套、阳极壳体及阳极旋流环；阳极壳体紧靠着上端部的内壁设置凹槽，阳极旋流环的外圆面与凹槽槽底相对设置的端部紧密配合封接，该阳极旋流环与凹槽槽底之间的空间形成进气室；阳极旋流环的圆周方向均布2个以上的切向流孔；阳极沿轴向开设喷管，且阳极置于阳极旋流环的下方，同时阳极的外表面与阳极壳体液密封连接；阳极水套置于阳极与阳极壳体之间，阳极水套将阳极与阳极壳体之间的空间隔成连通的冷却水出水室和冷却水进水室。
这种方法虽然能够保证等离子体源稳定、长时间工作，但是这些被冷却水带走的能量以热能形式散失在大气中，无法被再次利用，使得等离子体源的热效率不高。
然而等离子体发生器内部，气流通道中气体温度与电弧通道内气体温度相差很大，在一定空间体积内两个通道中气体压力不同，电弧通道内气体对气流通道内气体产生一个反向推力，由于层流等离子体射流的工作气体流量一般很小，大概只有1-30slpm，这个反向推力会造成气流通道内气流的短暂阻塞，之后由于反向推力减小直至消失，阻塞消除。在层流等离子体发生器工作时，这个反向推力会周期性的产生和消失，这就造成层流等离子体射流不稳定。
另外在常规等离子体源中的气流通道对外连接流量计和减压阀，对内连接电弧通道，等离子体源工作时，电弧通道中工作气体温度升高，进而气压升高，对气流通道中的气体产生一个反向作用力，引起气流通道中的气压波动，且二者压力相差越大，波动越明显，这也造成等离子体源射流不稳定性。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明提供了一种等离子体源阳极冷却结构，本发明可以实现等离子体源的自冷却，且利用阳极冷却过程中释放的热量，加热工作气体，减小电弧通道内外工作气体压力，稳定等离子体射流。
为了解决上述现有技术中的不足，本发明是通过下述技术方案实现的：
一种等离子体源阳极冷却结构，包括阳极本体，其特征在于：所述阳极本体内部设置有冷却通道；所述阳极本体上设置有进气口和出气口；所述进气口和出气口分别与冷却通道连通；所述冷却通道上设置有冷却结构。
所述冷却结构为设置在阳极本体内部的空腔；所述空腔分别与进气口和出气口连通。
所述冷却结构是由所述冷却通道环状分布在阳极本体内部形成的冷却结构。
所述冷却结构是由所述冷却通道螺旋状分布在阳极本体内部形成的冷却结构。
冷却结构是由所述冷却通道呈竖直螺旋状分布在阳极本体内部形成的冷却结构。
冷却结构是由所述冷却通道呈水平螺旋状分布在阳极本体内部形成的冷却结构。
所述冷却通道上至少设置有一层冷却结构。
与现有技术相比，本发明所达到的有益技术效果表现在：
1、等离子体源工作时工作气体由进气口进入阳极本体内部，气体在冷却通道中带走阳极本体能量，最后由出气口进入等离子体源的气流通道内，最后进入电弧通道内；工作气体在经过阳极本体内部的冷却通道时，吸收阳极本体释放的能量，温度升高，气压增加，使得电弧通道内外气体压力差减小，气流波动减小，能够稳定等离子体射流；同时阳极本体上额外的能量部分被用于气体电离，提高了等离子体源的热效率。
2、为了进一步提高冷却效果，阳极本体内部可以设置多层冷却通道，增大工作气体与阳极本体的接触面积，从而进一步提高了冷却阳极和吸收阳极本体上额外能量的效果。
3、阳极本体内部的冷却通道呈螺旋状分布或环状分布，都是为了增大工作气体与阳极本体的接触面积，而进一步提高了冷却阳极和吸收阳极本体上额外能量的效果。
附图说明
图1为多环状冷却通道阳极的结构示意图；
图2为螺旋状冷却通道阳极的结构示意图；
图3为等离子体源整体结构示意图；
附图标记：1、阳极本体，2、冷却通道，21、冷却结构，3、进气口，4、出气口，5、电弧通道，6、气流通道，7、阴极体。
具体实施方式
实施例1
作为本发明一较佳实施例，本实施例公开了一种等离子体源阳极的冷却结构，参照说明书附图3，本实施例包括阳极本体1，所述阳极本体1内部设置有冷却通道2；所述阳极本体1上设置有进气口3和出气口4；所述进气口3和出气口4分别与冷却通道2连通；所述冷却通道2上设置有冷却结构21。
等离子体源工作时工作气体由进气口进入阳极本体内部，气体在冷却通道中带走阳极本体能量，最后由出气口进入等离子体源的气流通道内，最后进入电弧通道内；工作气体在经过阳极本体内部的冷却通道时，吸收阳极本体释放的能量，温度升高，气压增加，使得电弧通道内外气体压力差减小，气流波动减小，能够稳定等离子体射流；同时阳极本体上额外的能量部分被用于气体电离，提高了等离子体源的热效率。
实施例2
作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了一种等离子体源阳极的冷却结构，参照说明书附图2，本实施例包括阳极本体1，所述阳极本体1内部设置有冷却通道2；所述阳极本体1上设置有进气口3和出气口4；所述进气口3和出气口4分别与冷却通道2连通；所述冷却通道2上设置有冷却结构21。所述冷却结构21为设置在阳极本体1内部的空腔；所述空腔分别与进气口3和出气口4连通。
等离子体源工作时工作气体由进气口进入阳极本体内部，气体在冷却通道中带走阳极本体能量，最后由出气口进入等离子体源的气流通道内，最后进入电弧通道内；工作气体在经过阳极本体内部的冷却通道时，吸收阳极本体释放的能量，温度升高，气压增加，使得电弧通道内外气体压力差减小，气流波动减小，能够稳定等离子体射流；同时阳极本体上额外的能量部分被用于气体电离，提高了等离子体源的热效率。
实施例3
作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了一种等离子体源阳极的冷却结构，参照说明书附图1，本实施例包括阳极本体1，所述阳极本体1内部设置有冷却通道2；所述阳极本体1上设置有进气口3和出气口4；所述进气口3和出气口4分别与冷却通道2连通；所述冷却通道2上设置有冷却结构21。所述冷却结构21是由所述冷却通道2环状分布在阳极本体1内部形成的冷却结构21。
等离子体源工作时工作气体由进气口进入阳极本体内部，气体在冷却通道中带走阳极本体能量，最后由出气口进入等离子体源的气流通道内，最后进入电弧通道内；工作气体在经过阳极本体内部的冷却通道时，吸收阳极本体释放的能量，温度升高，气压增加，使得电弧通道内外气体压力差减小，气流波动减小，能够稳定等离子体射流；同时阳极本体上额外的能量部分被用于气体电离，提高了等离子体源的热效率。
实施例4
作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了一种等离子体源阳极的冷却结构，本实施例包括阳极本体1，所述阳极本体1内部设置有冷却通道2；所述阳极本体1上设置有进气口3和出气口4；所述进气口3和出气口4分别与冷却通道2连通；所述冷却通道2上设置有冷却结构21。所述冷却结构21是由所述冷却通道2螺旋状分布在阳极本体1内部形成的冷却结构21。
等离子体源工作时工作气体由进气口进入阳极本体内部，气体在冷却通道中带走阳极本体能量，最后由出气口进入等离子体源的气流通道内，最后进入电弧通道内；工作气体在经过阳极本体内部的冷却通道时，吸收阳极本体释放的能量，温度升高，气压增加，使得电弧通道内外气体压力差减小，气流波动减小，能够稳定等离子体射流；同时阳极本体上额外的能量部分被用于气体电离，提高了等离子体源的热效率。
为了进一步提高冷却效果，阳极本体内部可以设置多层冷却通道，增大工作气体与阳极本体的接触面积，从而进一步提高了冷却阳极和吸收阳极本体上额外能量的效果。阳极本体内部的冷却通道呈环状或螺旋状分布，都是为了增大工作气体与阳极本体的接触面积，而进一步提高了冷却阳极和吸收阳极本体上额外能量的效果。
实施例5
作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了一种等离子体源阳极的冷却结构，本实施例包括阳极本体1，所述阳极本体1内部设置有冷却通道2；所述阳极本体1上设置有进气口3和出气口4；所述进气口3和出气口4分别与冷却通道2连通；所述冷却通道2上设置有冷却结构21。冷却结构21是由所述冷却通道2呈竖直螺旋状分布在阳极本体1内部形成的冷却结构21。
等离子体源工作时工作气体由进气口进入阳极本体内部，气体在冷却通道中带走阳极本体能量，最后由出气口进入等离子体源的气流通道内，最后进入电弧通道内；工作气体在经过阳极本体内部的冷却通道时，吸收阳极本体释放的能量，温度升高，气压增加，使得电弧通道内外气体压力差减小，气流波动减小，能够稳定等离子体射流；同时阳极本体上额外的能量部分被用于气体电离，提高了等离子体源的热效率。
实施例6
作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了一种等离子体源阳极的冷却结构，本实施例包括阳极本体1，所述阳极本体1内部设置有冷却通道2；所述阳极本体1上设置有进气口3和出气口4；所述进气口3和出气口4分别与冷却通道2连通；所述冷却通道2上设置有冷却结构21。冷却结构21是由所述冷却通道2呈水平螺旋状分布在阳极本体1内部形成的冷却结构21。
等离子体源工作时工作气体由进气口进入阳极本体内部，气体在冷却通道中带走阳极本体能量，最后由出气口进入等离子体源的气流通道内，最后进入电弧通道内；工作气体在经过阳极本体内部的冷却通道时，吸收阳极本体释放的能量，温度升高，气压增加，使得电弧通道内外气体压力差减小，气流波动减小，能够稳定等离子体射流；同时阳极本体上额外的能量部分被用于气体电离，提高了等离子体源的热效率。
所述阳极本体1内部设置有两层冷却通道2；其中一层冷却通道呈环状分布在阳极本体内部，且相邻两个环状冷却通道连通；另一层冷却通道呈螺旋状分布在阳极本体内部。为了进一步提高冷却效果，阳极本体内部可以设置多层冷却通道，增大工作气体与阳极本体的接触面积，从而进一步提高了冷却阳极和吸收阳极本体上额外能量的效果。阳极本体内部的冷却通道呈环状或螺旋状分布，都是为了增大工作气体与阳极本体的接触面积，而进一步提高了冷却阳极和吸收阳极本体上额外能量的效果。
实施例7
作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了一种等离子体源阳极的冷却结构，本实施例包括阳极本体1，所述阳极本体1内部设置有冷却通道2；所述阳极本体1上设置有进气口3和出气口4；所述进气口3和出气口4分别与冷却通道2连通；所述冷却通道2上设置有冷却结构21。冷却结构21是由所述冷却通道2呈水平螺旋状分布在阳极本体1内部形成的冷却结构21。
等离子体源工作时工作气体由进气口进入阳极本体内部，气体在冷却通道中带走阳极本体能量，最后由出气口进入等离子体源的气流通道内，最后进入电弧通道内；工作气体在经过阳极本体内部的冷却通道时，吸收阳极本体释放的能量，温度升高，气压增加，使得电弧通道内外气体压力差减小，气流波动减小，能够稳定等离子体射流；同时阳极本体上额外的能量部分被用于气体电离，提高了等离子体源的热效率。
所述阳极本体1内部设置有两层冷却通道2；其中一层冷却通道呈环状分布在阳极本体内部，且相邻两个环状冷却通道连通；另一层冷却通道呈螺旋状分布在阳极本体内部。为了进一步提高冷却效果，阳极本体内部可以设置多层冷却通道，增大工作气体与阳极本体的接触面积，从而进一步提高了冷却阳极和吸收阳极本体上额外能量的效果。阳极本体内部的冷却通道呈环状或螺旋状分布，都是为了增大工作气体与阳极本体的接触面积，而进一步提高了冷却阳极和吸收阳极本体上额外能量的效果。
所述冷却通道2上设置两层冷却结构21。为了进一步提高冷却效果，阳极本体内部可以设置多层冷却通道，增大工作气体与阳极本体的接触面积，从而进一步提高了冷却阳极和吸收阳极本体上额外能量的效果。阳极本体内部的冷却通道呈环状分布，都是为了增大工作气体与阳极本体的接触面积，而进一步提高了冷却阳极和吸收阳极本体上额外能量的效果。
实施例8
作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了一种等离子体源阳极的冷却结构，本实施例包括阳极本体1，所述阳极本体1内部设置有冷却通道2；所述阳极本体1上设置有进气口3和出气口4；所述进气口3和出气口4分别与冷却通道2连通；所述冷却通道2上设置有冷却结构21。
等离子体源工作时工作气体由进气口进入阳极本体内部，气体在冷却通道中带走阳极本体能量，最后由出气口进入等离子体源的气流通道内，最后进入电弧通道内；工作气体在经过阳极本体内部的冷却通道时，吸收阳极本体释放的能量，温度升高，气压增加，使得电弧通道内外气体压力差减小，气流波动减小，能够稳定等离子体射流；同时阳极本体上额外的能量部分被用于气体电离，提高了等离子体源的热效率。
所述阳极本体1内部设置有两层冷却通道2；其中一层冷却通道呈环状分布在阳极本体内部，且相邻两个环状冷却通道连通；另一层冷却通道呈螺旋状分布在阳极本体内部。为了进一步提高冷却效果，阳极本体内部可以设置多层冷却通道，增大工作气体与阳极本体的接触面积，从而进一步提高了冷却阳极和吸收阳极本体上额外能量的效果。阳极本体内部的冷却通道呈环状或螺旋状分布，都是为了增大工作气体与阳极本体的接触面积，而进一步提高了冷却阳极和吸收阳极本体上额外能量的效果。
所述冷却通道2上设置两层冷却结构21。其中一层冷却结构21是由冷却通道2呈环状分布在阳极本体1内部形成的冷却结构21，且相邻两个环状冷却通道连通；另一层冷却结构21是由冷却通道2呈竖直螺旋状分布在阳极本体1内部形成的冷却结构21。为了进一步提高冷却效果，阳极本体内部可以设置多层冷却通道，增大工作气体与阳极本体的接触面积，从而进一步提高了冷却阳极和吸收阳极本体上额外能量的效果。阳极本体内部的冷却通道呈环状或螺旋状分布，都是为了增大工作气体与阳极本体的接触面积，而进一步提高了冷却阳极和吸收阳极本体上额外能量的效果。