本发明与高强度辐射设备，及与之相关的流体再循环系统有关。 美国专利第4，027，185号（颁发诺德威欠（Nodwell）等人）及第4，700，102号（颁发康姆（Camm）等人）揭示一种类型基本与本发明相似的高强度辐射设备。各专利揭示一种长圆柱形电弧室，室中安装在纵向上分离的同心电极。在室的进口喷入的气体及液体产生一个涡动，在电弧室附近形成一个液壁，冷却电弧的周围，增长电极寿命。
在上两专利及发明人所知的全部相似的设备中，剩余动量及重力将液体及气体送入一个接受槽，将液体及气体在里面分离，以备诸如流体泵及压缩器等附属装置再用。这种附属装置占设备投资的主要部分，并要求很大的保养工作。并且，据发现依靠动量与重力将流体从电弧室中排出，将减低设备潜力，并且如下文所述，对设备的安装有限制。
流体的紊流及室的出口对流速限制，倾向于增加动力消耗，并且增高流体向附近电极飞溅的可能性，减短电极的寿命。并且，在先有领域地设备中，排入接受槽中气体及液体的压力不回收，构成一部分的运转能源要求。
利用重力排放电弧室中的液体，如先有领域使用的设备，要求将接受槽放在下面，与电弧室接近。这样便对电弧室相对于设备其他部分的安装有极严重的限制。
本发明提出的高强度辐射设备，在电弧室出口附近的流体的限制减小，改进流体的流速特性，并减少能源要求，可减少先有领域中的困难和缺点。此外，元件数目可减少，便可减少投资。并且，与先有领域比较，电弧室与接受槽的相对位置可作比较大的变化。
本发明的一种设备是为产生高强度辐射，设备有一个长圆柱形电弧室，在该室中有第一及第二电极同心装置，可造成电弧放电。设备并有喷液装置，气体喷射装置和排气装置。喷液装置是为将液体喷入电弧室，产生一个涡动，从而形成电弧室附近的圆柱形液壁。这是因为将电弧放电的外周缘冷却，使电弧火花收紧。喷气装置是为将气体喷入电弧室，在其中的圆柱形液壁附近，产生一个涡动。液体及气体通过电弧室及排气装置，急速排出电弧室中的液体及气体，于是减小电弧室出口附近的流速限制。
本发明的一种方法，使用大致与上述相似的设备，特点在于将液体及气体喷入电弧室，在里面产生涡动。这样液体便形成电弧室附近的一个圆柱形液壁，气体在圆柱形液壁附近，相随作涡动。液体及气体主动从电弧室中排出，而保持两电极间的电弧。
急速排出室中液体及气体使液体溅落在电极上的机会减小。故可增长电极寿命。此外，急速排出液体及气体，可增高室出口排出的液体及气体的压力，达到足以将气体再循环到电弧室的进口，而不似先有领域需增加气体压缩机。这样，因不需分别的压气机而可简化与发明相关的附加装置，便降低了投资及保养费用。减少某些附加装置也减少活动部件的数目，从而减少气体损失及能源消耗。
下面的详细揭示与附图相关，叙述本发明的理想设备及方法，也可代表具体叙述及绘示的以外的设备及方法。
图1A为本发明设备一部分在一个直径上的简化分解纵向剖视，对某些部分示意，而某些部分未示以求清晰。
图1B为图1A所示设备其余部分一个直径上的简化分解纵向剖视，某些部分被简化或省略以求清晰。
图2为本发明右侧部分附近，在另一排出结构的某一直径上的简化分解纵向剖视，发明的左侧部分未示，因基本与图1A相同。
一种高强度辐射设备10有一个底座11，一个圆柱形石英电弧室12，一个用号14表示其整体的进口或阴极壳，有第一电极15，用号16表示其整体的出口或阳极壳，阳极壳16有一个第二电极17。于是可见设备有第一及第二电极装置，在电弧室中同心放置，在其间可构成电弧放电，这与先有领域相似。设有电气附件诸如起动电路及动力电路，在阴极与阳极间激发并维持电弧放电，直到有足够电流维持电弧。这种设备已熟知，在该美国专利第4，027，185号中有叙述，该发明的与本设备相关的主要部分的揭示，本文中作参考引述。这设备还需要辅助流体供给装置，将冷却液及一种惰气，例如水及氩在电弧室里面通过。这种设备有一个流体再循环系统18，它有一个接受槽20接受流体，即从阳极壳的通过一个向下伸的排流管21排出的气体和液体。一个液体再循环泵24将液体从接受槽泵回设备内，一部分液体首先通过一个换热器23，将液体冷却。一个回液管路22从换热器伸到阴极壳14的冷却液进口26。一个相似的回液管路19，从换热器23伸到阳极壳16的冷却液进口38。
一个气体回流管路28，从接受槽20的上部伸到阴极壳14的气体进口30。在先有领域中，需要一个分别的压气机将气体通过管路28再循环，但在本发明中，取消了先有领域中的压气机。然而在本发明中，则用将液体及气体排出电弧室的一个辅助泵中的剩余压力，将气体送回阴极壳，下面将有叙述。
否则，如虚线所示，可有一个排气管25，从阳极壳16向上伸，将气体从阳极壳中析出。在这替代方法中，大部分气体通过向上伸的导管25排出，以待送回接受槽20。在任一情况下将气体通过气体回送管路28，向阴极壳再循环。
电弧室12为一种用适当透明材料，例如石英制造的圆柱形电弧管31，其相对两端分别用阴极壳14及阳极壳16支持。一个环形管支架29放在阴极壳14内，支持电弧管31的附近端部。有若干火花制止器27，如已知，围绕阴极壳14附近的管31的端部的周缘。
参看图1A，本发明的阴极壳14的功能基本与美国专利第4，700，102号所述相似，电极15有尖部33，有根部35在壳14中固定。一个冷却水管37如虚线所示，从根部35附近向尖部33伸展，接受通过图中未示的冷却水输送管输送的冷却水。冷却水从尖部回流，沿管37的外侧流动，从阴极壳14通过图中未示的电极冷却水出口及导管，向接受槽20排放。
壳14还有一个涡流发生室45，发生室有一个进口46，接受来自冷却水进口26的冷却水。一个有突缘的管44，形成涡流发生室45的一壁，并有管部47，放在支持电弧管31的管29的径向内侧。管部47还圈围电极15的一部分，可见管29及47间的空间形成一个环形外通道48，作为涡流发生室45的一个出口。涡流发生装置的细节，在美国专利第4，700，102号中有说明，所揭示的内容本文引述作为参考。外导管48将室45里的液体，作为旋转液体的涡流，排出室45，沿电弧室12的内壁流向阳极壳。于是阴极壳14有喷液装置，将液体通过导管48喷入电弧室12，在里面产生涡动，形成室附近的圆柱形液壁。这样便可以通过冷却电弧放电的周围，缩紧电弧放电，如前面提及的专利所述。
将气体从气体进口30，沿切向喷入气体腔50，通过电极15与管47间伸展的内环形导管52向外排出。这样从内环形导管52排出的气体有涡流形式，旋转方向最好与通过外环形管道48排入电弧室的水相同。因此阴极壳有喷气装置，将气体喷入电弧室，在圆柱形液壁附近产生涡动。在两电极间通过电弧室的液体及气体，如该美国专利第4，700，102号所述。
参看图1B，阳极壳16的第二电极17有一个侧壁60，一个电极尖62与电极的外部相近，一个根部64从作阳极壳外壁66的支座上外伸。一个环形排出通道77由电极侧壁60的一部分，和电极壳16的一个内壁79形成。排出通道77在阳极壳16附近的电弧室12的端部，和低压歧管81之间伸展，与排液导管21及接受槽20接通。可以看到内壁79开始时从管31附近的直径最小的进口部开始膨胀，达到一个有基本平行壁的中间部82，通过电极17的中间部，达到一个喇叭形部83，喇叭口向外增大直径，从而排出流体有几乎最少的紊流，进入低压歧管81。由于与喇叭形部83相邻的电极侧壁60的一部分，有恒定的圆柱形截面，壳16的内壁79的喇叭形部分83，产生一个截面积逐渐扩大的通道。这样便有一个扩压器的作用，通过将流体中的一部分动能转变为增压，而增高电弧室排出液的压力。
冷却水管68从冷却液入口38，向电极尖62伸展，引导冷却水自行冷却电极尖。从电极尖62回流，通过管68与电极内壁间的一个环形空间69，然后通过从壁66附近的电极侧壁60上，基本径向外伸的电极冷却水出口咀71。出口咀71将冷却水从电极17，引入排液导管21及接受槽20。与尖部相邻的电极的一个外部，有若干在轴向上有间距的防溅翅片73，各在电极侧壁60的周围伸展。每一翅片有一个朝向上游的浅斜度壁75，和一个陡斜度朝向下游的壁76。因此可以看到防溅翅片73成为在电极侧壁上的限流装置，减少液流相对于电极侧壁逆流的机会。这样便可减少溅水接触电极的机会，否则电极寿命便将缩短。
如上所述阳极壳16的功能，大致与该美国专利第4，700，102号中的等同的阳极壳相似。本发明提出一种提高这种先有领域设备效率的简单措施，因为设有排出装置，急速排出通过通道77排出的液体与气体。这样便可有效减小排出液体及气体所受限制，使排流密度增高，并且/或者延长电极寿命。本发明提供了一种喷流泵或注入泵结构，壳16的内壁79上布置环形喷咀86，对诸如水等加压喷流引导，从电弧室喷入液体及气体的排出口。喷咀连续沿通道侧壁，即壁79的周缘围绕，在一个直径平面89内。壳16还有一个环形高压喷出歧管91，歧管91围绕排出通道77，并通过一条平滑的弧形通道92，向环形喷咀86供给加压流体。这样可以看到喷咀与作加压流体源的高压歧管91连接，喷咀与排出通道77相对倾斜，将加压流体的喷流喷入通道，通道将液流及气流通过排出通道加速。一个歧管进口93通过管道95接受泵24的加压流体，供给喷流。可以看到喷咀86基本连贯，围绕壳内壁79的周缘伸展，形成朝内向着电极17，进入排出通道77的截头圆锥形喷液。
环形排出通道77的径向宽度98与纵向长度99，其纵横比（即宽度∶长度）在1∶3到1∶11范围内。具体的一例中，一个电弧室直径为2.794厘米，长度为15厘米，电极的最大直径为2.54厘米，径向宽度98为0.127厘米，轴向长度99为1.27厘米。最好用较大的纵横比幅度，因可保证喷咀喷液与电弧室排出的液体及气体完全混合，这有助于在气体通过液体排出管21排放前，将气体冷却。将气体在向接受槽排放前冷却，可减少接受槽中气体的温度波动，从而可减少接受槽及低压歧管81中的压力波动，这种波动使回溅问题加剧。最好喷射泵所处的直径平面89，尽可能靠近电弧室的与阳极壳相近的端部，便可进一步减少液体回溅问题，基本灭电弧室中液体清理时对重力的依赖。由于将电弧室中的流体作急速而肯定的清理，故可将设备几乎在任何倾斜度或相对位置中放置。如有需要，可使排出管25的位置高于电弧室，见替代管25，又和先有领域有差别，先有领域需要用重力排除电弧室中的流体。
开始运转时，在阴极壳及阳极壳间形成液体与气体的涡流，将歧管91中的流体通过通道77中的喷咀86泵送，提高电弧室中的液体及气体的迅速有效排出。按照美国专利第4，027，185号所述的方法，阴极与阳极之间放电，形成电弧，电弧受液壁限制，由气体涡流稳定。电弧提供一个高强度辐射，可用于许多要求高强光，强热及其他辐射线的应用中。
喷射泵将电弧室中的液体及气体，提高一个称为压差的临界量。压差与高压歧管91中的压力成比例，对低压歧管81中的剩余压力也有影响。对于图1示的设备，电弧液流为0.3公升每秒，气体流量为1标准公升每秒，液体喷流在600千帕斯卡时为0.7公升每秒时，辐射泵本身产生的压差为100帕斯卡。最好喷射液流比电弧液流大2-3倍。环形喷流间隙（沿通道测量）为0.038厘米，喷咀直径为2.54厘米。环形歧管91中的液压，即喷流供给压力，可通过调节给定的喷流尺寸，改变喷液压力达40%。否则可用喷流间隙的另一种宽度改变运转参数。接受槽20中气体的剩余压力，为当气体与液体分离时，可通过气体回流管路28进入气体进口30，不需要象先有设备要求气体再循环压缩机来额外增高压力。因此，便可消除回流管路中压气机增加的费用与复杂性，从而因消除大部分活动部件而减少运转费用与气体损耗。
虽然对本发明的叙述中说明，水和气体从进口或阴极壳14，流向出口或阳极壳15，但可将电流方向颠倒，或用交流电替代。
而且图示电极冷却水出口71，向流体排出管21内，作不对称非临界排放。适当选择出口喷咀71及管道21的相对位置与尺寸，可确定使用的喷射泵，从而可使用电极17排出的冷却水流来提高低压歧管81的排水流量。为能从电极冷却水流回收值得回收的能量，必须使通过出口的水流量有足够的能量，促使水从低压歧管中流出。
本发明的另一方案101（见图2）有一个图中未示的进口或阴极壳，基本与图1中的阴极壳14相同。这替代方案也有一个相似的电弧管102，形成一个电弧室104与阴极壳配合，并有一个替代的阳极或出口壳106。
壳106有一个流体排出管107，并有一个替代电极108，电极108有电极侧壁109，电极尖110和从安装座上伸出的电极根部111，安装座作壳外壁112用。有若干防溅翅片113，大致与图1中的翅片73相似，被设在电极尖110与电极侧壁的中间部115之间。壳有内壁117，内壁有与电弧管102相邻的相对窄的进口部，内壁17膨胀成有基本平行壁的中间部119，然后开扩成喇叭形部121，与一个低压歧管123连接，低压歧管123基本与图1中的低压歧管81相似。内壁117与电极108间的空间形成环形流体出口通道124，从电弧室104伸到低压歧管123。歧管124接受电弧室排出的液体与气体，然后通过管107排入图中未示的接受槽。
电极冷却水管125从冷却水进口127，伸到与电极尖110相邻的位置，将水排出，冷却电极尖。将电极尖处的水，通过沿管125外侧伸展的通道130回流，通过电极冷却水出口132排出，进入流体排出管107。
上面的叙述基本与图1中的阳极壳16相似。替代阳极壳106的不同之处，在于设有替代排出措施，即在电极壁109的中间部115上的环形喷咀136。这与图1中的在壳内壁79上有环形喷咀的出口壳16有所不同。因此可取消图1中的高压环形歧管91，而代之以电极内的一个环形供给歧管138，向环形喷咀136供给高压水。歧管138也从进口127受水，于是可见进水口127中的高压水，分成两个分别的水流，一个水流沿冷却水管125流向电极尖110，另一个水流通过开口135进入环形高压歧管138，向环形喷咀136供给流体。
与图1中方案相似，环形喷咀136设置一个有喷咀放在一个直径平面137中的喷射泵，将加压流体从电弧室，引入液体及气体排出口。喷咀136与歧管138中的加压流体源连接，喷咀基本围绕电极侧壁的周缘连贯伸展，形成一个被从电极向外引入出口管的截头圆锥形喷射液流。
替代方案中的运转方式，基本与图1A中的方案相同，因为在每一方案中，出口管有一个设有一个喷咀的管壁。虽然是以增加复杂性作了代价，而可能效率有提高，可将环形喷咀设在阳极壳内壁上，如图1A所示，并且设在电极侧壁上，如图2所示。并且，泵送液体，即冷却水带入的任何液体蒸汽没有影响，因仅增加电弧室的流出流量。
简言之，可见本发明的方法包括将液体及气体喷入电弧室，在里面产生涡动，从而液体形成室附近的圆柱形液壁，气体跟随在圆柱形液壁附近涡动。方法还包括将一个加压喷流射入排出电弧室的液体及气体，使电弧室的液体及气体急速排出。最好加压喷流为液体，通过出口管的一个或两个壁上的在周缘上连贯伸展的倾斜喷咀，从电弧室向接受槽喷射。在本发明的两个方案中，都允许将电弧室排出的气液混合物利用重力分离，然后仅利用喷流中加压流体产生的压差，将从电弧室中排出的气体，通过气体回流管路或导管，引入电弧室的相对端中。