一種等離子體源陽(yáng)極冷卻結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及等離子體源技術(shù)領(lǐng)域，更確切地說(shuō)是一種等離子體源陽(yáng)極冷卻結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體源是等離子體的產(chǎn)生裝置，它是利用陰極與陽(yáng)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。
[0003]陽(yáng)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(duì)陽(yáng)極冷卻至關(guān)重要。目前最常見的冷卻方式是在等離子體源內(nèi)部設(shè)計(jì)加工出水冷通道，利用冷卻水把陽(yáng)極上額外能量帶走，降低陽(yáng)極溫度。
[0004]國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2012年06月20日，公開了一件公開號(hào)為CN202282904U，名稱為“低溫等離子發(fā)生器的陽(yáng)極裝置”的實(shí)用新型專利，該實(shí)用新型專利公開了一種低溫等離子發(fā)生器的陽(yáng)極裝置，包括陽(yáng)極、陽(yáng)極水套、陽(yáng)極殼體及陽(yáng)極旋流環(huán)；陽(yáng)極殼體緊靠著上端部的內(nèi)壁設(shè)置凹槽，陽(yáng)極旋流環(huán)的外圓面與凹槽槽底相對(duì)設(shè)置的端部緊密配合封接，該陽(yáng)極旋流環(huán)與凹槽槽底之間的空間形成進(jìn)氣室；陽(yáng)極旋流環(huán)的圓周方向均布2個(gè)以上的切向流孔；陽(yáng)極沿軸向開設(shè)噴管，且陽(yáng)極置于陽(yáng)極旋流環(huán)的下方，同時(shí)陽(yáng)極的外表面與陽(yáng)極殼體液密封連接；陽(yáng)極水套置于陽(yáng)極與陽(yáng)極殼體之間，陽(yáng)極水套將陽(yáng)極與陽(yáng)極殼體之間的空間隔成連通的冷卻水出水室和冷卻水進(jìn)水室。
[0005]這種方法雖然能夠保證等離子體源穩(wěn)定、長(zhǎng)時(shí)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(wú)法被再次利用，使得等離子體源的熱效率不高。
[0006]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(gè)通道中氣體壓力不同，電弧通道內(nèi)氣體對(duì)氣流通道內(nèi)氣體產(chǎn)生一個(gè)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l(wèi)-30slpm，這個(gè)反向推力會(huì)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(shí)，這個(gè)反向推力會(huì)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。
[0007]另外在常規(guī)等離子體源中的氣流通道對(duì)外連接流量計(jì)和減壓閥，對(duì)內(nèi)連接電弧通道，等離子體源工作時(shí)，電弧通道中工作氣體溫度升高，進(jìn)而氣壓升高，對(duì)氣流通道中的氣體產(chǎn)生一個(gè)反向作用力，引起氣流通道中的氣壓波動(dòng)，且二者壓力相差越大，波動(dòng)越明顯，這也造成等離子體源射流不穩(wěn)定性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型提供了一種等離子體源陽(yáng)極冷卻結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)等離子體源的自冷卻，且利用陽(yáng)極冷卻過(guò)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。
[0009]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種等離子體源陽(yáng)極冷卻結(jié)構(gòu)，包括陽(yáng)極本體，其特征在于:所述陽(yáng)極本體內(nèi)部設(shè)置有冷卻通道；所述陽(yáng)極本體上設(shè)置有進(jìn)氣口和出氣口 ；所述進(jìn)氣口和出氣口分別與冷卻通道連通；所述冷卻通道上設(shè)置有冷卻結(jié)構(gòu)。
[0011]所述冷卻結(jié)構(gòu)為設(shè)置在陽(yáng)極本體內(nèi)部的空腔；所述空腔分別與進(jìn)氣口和出氣口連通。
[0012]所述冷卻結(jié)構(gòu)是由所述冷卻通道環(huán)狀分布在陽(yáng)極本體內(nèi)部形成的冷卻結(jié)構(gòu)。
[0013]所述冷卻結(jié)構(gòu)是由所述冷卻通道螺旋狀分布在陽(yáng)極本體內(nèi)部形成的冷卻結(jié)構(gòu)。
[0014]冷卻結(jié)構(gòu)是由所述冷卻通道呈豎直螺旋狀分布在陽(yáng)極本體內(nèi)部形成的冷卻結(jié)構(gòu)。
[0015]冷卻結(jié)構(gòu)是由所述冷卻通道呈水平螺旋狀分布在陽(yáng)極本體內(nèi)部形成的冷卻結(jié)構(gòu)。
[0016]所述冷卻通道上至少設(shè)置有一層冷卻結(jié)構(gòu)。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所達(dá)到的有益技術(shù)效果表現(xiàn)在:
[0018]1、等離子體源工作時(shí)工作氣體由進(jìn)氣口進(jìn)入陽(yáng)極本體內(nèi)部，氣體在冷卻通道中帶走陽(yáng)極本體能量，最后由出氣口進(jìn)入等離子體源的氣流通道內(nèi)，最后進(jìn)入電弧通道內(nèi)；工作氣體在經(jīng)過(guò)陽(yáng)極本體內(nèi)部的冷卻通道時(shí)，吸收陽(yáng)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(dòng)減小，能夠穩(wěn)定等離子體射流；同時(shí)陽(yáng)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。
[0019]2、為了進(jìn)一步提高冷卻效果，陽(yáng)極本體內(nèi)部可以設(shè)置多層冷卻通道，增大工作氣體與陽(yáng)極本體的接觸面積，從而進(jìn)一步提高了冷卻陽(yáng)極和吸收陽(yáng)極本體上額外能量的效果O
[0020]3、陽(yáng)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(yáng)極本體的接觸面積，而進(jìn)一步提高了冷卻陽(yáng)極和吸收陽(yáng)極本體上額外能量的效果。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為多環(huán)狀冷卻通道陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為螺旋狀冷卻通道陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為等離子體源整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]附圖標(biāo)記:1、陽(yáng)極本體，2、冷卻通道，21、冷卻結(jié)構(gòu)，3、進(jìn)氣口，4、出氣口，5、電弧通道，6、氣流通道，7、陰極體。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1
[0026]作為本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例，本實(shí)施例公開了一種等離子體源陽(yáng)極的冷卻結(jié)構(gòu)，參照說(shuō)明書附圖3，本實(shí)施例包括陽(yáng)極本體1，所述陽(yáng)極本體I內(nèi)部設(shè)置有冷卻通道2 ;所述陽(yáng)極本體I上設(shè)置有進(jìn)氣口 3和出氣口 4 ;所述進(jìn)氣口 3和出氣口 4分別與冷卻通道2連通；所述冷卻通道2上設(shè)置有冷卻結(jié)構(gòu)21。
[0027]等離子體源工作時(shí)工作氣體由進(jìn)氣口進(jìn)入陽(yáng)極本體內(nèi)部，氣體在冷卻通道中帶走陽(yáng)極本體能量，最后由出氣口進(jìn)入等離子體源的氣流通道內(nèi)，最后進(jìn)入電弧通道內(nèi)；工作氣體在經(jīng)過(guò)陽(yáng)極本體內(nèi)部的冷卻通道時(shí)，吸收陽(yáng)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(dòng)減小，能夠穩(wěn)定等離子體射流；同時(shí)陽(yáng)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。
[0028]實(shí)施例2
[0029]作為本實(shí)用新型又一較佳實(shí)施例，本實(shí)施例公開了一種等離子體源陽(yáng)極的冷卻結(jié)構(gòu)，參照說(shuō)明書附圖2，本實(shí)施例包括陽(yáng)極本體1，所述陽(yáng)極本體I內(nèi)部設(shè)置有冷卻通道2 ;所述陽(yáng)極本體I上設(shè)置有進(jìn)氣口 3和出氣口 4 ;所述進(jìn)氣口 3和出氣口 4分別與冷卻通道2連通；所述冷卻通道2上設(shè)置有冷卻結(jié)構(gòu)21。所述冷卻結(jié)構(gòu)21為設(shè)置在陽(yáng)極本體I內(nèi)部的空腔；所述空腔分別與進(jìn)氣口 3和出氣口 4連通。
[0030]等離子體源工作時(shí)工作氣體由進(jìn)氣口進(jìn)入陽(yáng)極本體內(nèi)部，氣體在冷卻通道中帶走陽(yáng)極本體能量，最后由出氣口進(jìn)入等離子體源的氣流通道內(nèi)，最后進(jìn)入電弧通道內(nèi)；工作氣體在經(jīng)過(guò)陽(yáng)極本體內(nèi)部的冷卻通道時(shí)，吸收陽(yáng)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(dòng)減小，能夠穩(wěn)定等離子體射流；同時(shí)陽(yáng)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。
[0031]實(shí)施例3
[0032]作為本實(shí)用新型又一較佳實(shí)施例，本實(shí)施例公開了一種等離子體源陽(yáng)極的冷卻結(jié)構(gòu)，參照說(shuō)明書附圖1，本實(shí)施例包括陽(yáng)極本體1，所述陽(yáng)極本體I內(nèi)部設(shè)置有冷卻通道2;所述陽(yáng)極本體I上設(shè)置有進(jìn)氣口 3和出氣口 4 ;所述進(jìn)氣口 3和出氣口 4分別與冷卻通道2連通；所述冷卻通道2上設(shè)置有冷卻結(jié)構(gòu)21。所述冷卻結(jié)構(gòu)21是由所述冷卻通道2環(huán)狀分布在陽(yáng)極本體I內(nèi)部形成的冷卻結(jié)構(gòu)21。
[0033]等離子體源工作時(shí)工作氣體由進(jìn)氣口進(jìn)入陽(yáng)極本體內(nèi)部，氣體在冷卻通道中帶走陽(yáng)極本體能量，最后由出氣口進(jìn)入等離子體源的氣流通道內(nèi)，最后進(jìn)入電弧通道內(nèi)；工作氣體在經(jīng)過(guò)陽(yáng)極本體內(nèi)部的冷卻通道時(shí)，吸收陽(yáng)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(dòng)減小，能夠穩(wěn)定等離子體射流；同時(shí)陽(yáng)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。
[0034]實(shí)施例4
[0035]作為本實(shí)用新型又一較佳實(shí)施例，本實(shí)施例公開了一種等離子體源陽(yáng)極的冷卻結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例包括陽(yáng)極本體1，所述陽(yáng)極本體I內(nèi)部設(shè)置有冷卻通道2 ;所述陽(yáng)極本體I上設(shè)置有進(jìn)氣口 3和出氣口 4 ;所述進(jìn)氣口 3和出氣口 4分別與冷卻通道2連通；所述冷卻通道2上設(shè)置有冷卻結(jié)構(gòu)21。所述冷卻結(jié)構(gòu)21是由所述冷卻通道2螺旋狀分布在陽(yáng)極本體I內(nèi)部形成的冷卻結(jié)構(gòu)21。
[0036]等離子體源工作時(shí)工作氣體由進(jìn)氣口進(jìn)入陽(yáng)極本體內(nèi)部，氣體在冷卻通道中帶走陽(yáng)極本體能量，最后由出氣口進(jìn)入等離子體源的氣流通道內(nèi)，最后進(jìn)入電弧通道內(nèi)；工作氣體在經(jīng)過(guò)陽(yáng)極本體內(nèi)部的冷卻通道時(shí)，吸收陽(yáng)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(dòng)減小，能夠穩(wěn)定等離子體射流；同時(shí)陽(yáng)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。
[0037]為了進(jìn)一步提高冷卻效果，陽(yáng)極本體內(nèi)部可以設(shè)置多層冷卻通道，增大工作氣體與陽(yáng)極本體的接觸面積，從而進(jìn)一步提高了冷卻陽(yáng)極和吸收陽(yáng)極本體