本發(fā)明涉及重復(fù)高功率脈沖領(lǐng)域，具體為一種自循環(huán)流動(dòng)并冷卻的水電阻。本發(fā)明利用溫度場(chǎng)、重力及氣壓的協(xié)同作用，保障電阻液穩(wěn)定的在系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)，通過冷凝管能夠有效提高水電阻的散熱性能，使其維持在一個(gè)特定的小溫度區(qū)間，保證其性能和使用壽命，有效滿足高功率脈沖設(shè)備在高頻、長(zhǎng)時(shí)間條件下的正常運(yùn)行，具有較好的應(yīng)用前景。

背景技術(shù)：

水電阻具有功率耐受性好、頻率響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，適于制作成各種形狀，且阻值可調(diào)，能夠用作電路匹配或是測(cè)量部件等，能夠滿足各種高壓、大電流、瞬態(tài)工作場(chǎng)合的需要。基于水電阻自身的優(yōu)點(diǎn)，其已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于高功率脈沖領(lǐng)域。

水電阻在工作過程中，其電極和電阻液溫度會(huì)升高，并電解電阻液中的可電解成分，產(chǎn)生氣體，進(jìn)而形成內(nèi)部高溫高壓環(huán)境。隨著溫度的升高，電阻液中的離子濃度受到影響發(fā)生變化，進(jìn)而影響水電阻的阻值。水電阻長(zhǎng)時(shí)間通過大電流高壓脈沖，也會(huì)改變水電阻的阻值。

目前，現(xiàn)有的水電阻通常包括如下幾種類型。

第一類是直接將水電阻加工成阻值可調(diào)的，但其沒有直接降低水電阻溫度的措施，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作時(shí)，水電阻的溫度和壓力均會(huì)過高，進(jìn)而導(dǎo)致阻值變化和水電阻脹裂。

第二類是直接在水電阻管體外加散熱器組，散熱器組不與電解液直接接觸，通過熱交換達(dá)到降溫的目的，散熱器組要求水電阻管外壁散熱效果良好。然而，散熱器組對(duì)對(duì)電阻液散熱較緩慢；在連續(xù)工作時(shí)，水電阻內(nèi)部仍會(huì)出現(xiàn)溫度和壓力過高的現(xiàn)象。

第三類是用管道將水電阻與水箱連接，水箱上帶有水泵，通過水泵保證水電阻中的電阻液連續(xù)流動(dòng)，并通過增加管道長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)電解液的散熱。但這種方式散熱速度慢，連續(xù)工作時(shí)，水電阻溫度會(huì)過高，且要求水泵具有極高的絕緣性能。

綜上，現(xiàn)有水電阻通常采用在管體外直接加散熱器組進(jìn)行熱交換散熱，或是將水電阻與水箱相連，通過水泵引入循環(huán)水，保證水電阻中的電解液連續(xù)流動(dòng)，并通過增加管道長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)電阻液散熱的方式；這兩種方式對(duì)電阻液的散熱速度都較緩慢，其工作時(shí)，仍可能會(huì)出現(xiàn)水電阻溫度或氣壓過高的現(xiàn)象，且對(duì)水泵的絕緣提出了很高的要求。因此，現(xiàn)有水電阻不能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，降低了各類高壓脈沖裝置的運(yùn)行效率。

為此，迫切需要一種新的裝置，以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對(duì)現(xiàn)有水電阻通常采用在管體外直接加散熱器組進(jìn)行熱交換散熱，或?qū)⑺娮枧c水箱相連，通過水泵引入循環(huán)水，并通過增加管道長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)電阻液散熱，對(duì)電阻液的散熱速度都較緩慢，其工作時(shí)，仍可能會(huì)出現(xiàn)水電阻溫度、氣壓過高阻值變動(dòng)加大的現(xiàn)象，無法滿足長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)工作的需要，降低了相應(yīng)高壓脈沖裝置運(yùn)行效率的問題，提供一種工業(yè)用自循環(huán)流動(dòng)并冷卻的水電阻。本發(fā)明以蒸餾水或其他液體電阻液，利用溫度場(chǎng)、重力、氣壓的作用，在無需水泵的前提下，使電阻液在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，工作過程中所產(chǎn)生的熱量被電阻液輸運(yùn)，并通過冷凝管及電阻液揮發(fā)及時(shí)帶走，提高了散熱性能，保證了水電阻的性能穩(wěn)定并延長(zhǎng)其使用壽命，也保證了高功率脈沖設(shè)備在高頻、長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)條件下的正常運(yùn)行。本發(fā)明構(gòu)思巧妙，設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，能有效提高高功率脈沖設(shè)備的效率，具有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景和應(yīng)用價(jià)值。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種工業(yè)用自循環(huán)流動(dòng)并冷卻的水電阻，包括電極、水電阻主體管道、高溫連接端管、低溫連接端管、連接管、水箱、冷卻管、與冷卻管相配合的冷卻裝置，所述電極為一組，所述電極、高溫連接端管、水電阻主體管道、低溫連接端管、電極依次相連構(gòu)成電阻主體，所述電極、高溫連接端管、水電阻主體管道、低溫連接端管之間形成設(shè)置容納電阻液的第一容納腔；

所述高溫連接端管上設(shè)置有用于與連接管相連的第一管接頭，所述高溫連接端管通過連接管與水箱相連，將連接管與水箱相連的接口記為高壓端接口；

所述低溫連接端管上設(shè)置有用于與連接管相連的第二管接頭，所述水箱通過冷卻管與低溫連接端管相連，將冷卻管與水箱相連的接口記為低壓端接口；

所述高壓端接口所在水平面位于低壓端接口所在水平面上面。

所述水電阻主體管道為玻璃管，所述電阻液為蒸餾水，所述冷卻管呈螺旋形。

所述連接管、水電阻主體管道采用絕緣材料制備而成。

所述連接管、水電阻主體管道采用玻璃、有機(jī)玻璃、尼龍、聚四氟乙烯或絕緣陶瓷制備而成。

所述高溫連接端管、水電阻主體管道、低溫連接端管可以為不同材質(zhì)通過粘結(jié)劑粘結(jié)，所述高溫連接端管、水電阻主體管道、低溫連接端管可以為一根整體的管道。

所述水箱上方設(shè)置有與大氣連通的開口。

所述水箱采用絕緣材料制成。

所述冷卻裝置為循環(huán)風(fēng)冷卻裝置。

還包括設(shè)置在第一容納腔、連接管、水箱、冷卻管內(nèi)的蒸餾水且蒸餾水能在第一容納腔、連接管、水箱、冷卻管中移動(dòng)。

所述水電阻主體管道與高溫連接端管之間、水電阻主體管道與低溫連接端管之間采用粘結(jié)相連。

所述電極為銅電極。

所述電極采用無氧銅材料制備而成。

所述電極朝向水電阻主體管道的側(cè)面呈臺(tái)階狀。

所述電極的端面呈弧形。

所述高溫連接端管與電極之間、低溫連接端管與電極之間分別設(shè)置有密封圈。

所述密封圈為o型圈。

所述水電阻主體管道傾斜設(shè)置，所述高溫連接端管頂端所在水平面高于低溫連接端管頂端所在水平面。

所述連接管包括低溫進(jìn)水管、冷熱水連接管、熱水補(bǔ)償管，所述第一管接頭、低溫進(jìn)水管、冷卻裝置、冷熱水連接管、水箱、熱水補(bǔ)償管與第二管接頭依次相連；

或所述冷卻裝置設(shè)置在水箱內(nèi)，所述冷卻裝置內(nèi)的冷卻管采用冷氣冷卻，所述冷卻管的兩端分別與冷氣進(jìn)口、冷氣出口相連。

所述水電阻主體管道沿豎直方向設(shè)置，還包括與高溫連接端管相連的泄壓排氣接頭、排氣連接管、與水箱相連的水汽管出口連接頭，所述泄壓排氣接頭、排氣連接管、水汽管出口連接頭依次相連且水電阻主體管道內(nèi)的氣體能依次經(jīng)泄壓排氣接頭、排氣連接管、水汽管出口連接頭通過水箱排出。

針對(duì)前述問題，本發(fā)明提供一種工業(yè)用自循環(huán)流動(dòng)并冷卻的水電阻。該水電阻包括電極、第一玻璃管、第一有機(jī)玻璃端管、第二有機(jī)玻璃端管、連接管、水箱、螺旋冷卻管、設(shè)置螺旋冷卻管上的冷卻裝置，電極為一組。其中，電極、第一有機(jī)玻璃端管、第一玻璃管、第二有機(jī)玻璃端管、電極依次相連構(gòu)成電阻主體。

所述高溫連接端管、低溫連接端管、水電阻主體管道其材質(zhì)可以為玻璃、有機(jī)玻璃、尼龍、聚四氟乙烯、絕緣陶瓷等絕緣材料。

所述高溫連接端管、水電阻主體管道、低溫連接端管可以為不同材質(zhì)通過粘結(jié)劑粘結(jié)，所述高溫連接端管、水電阻主體管道、低溫連接端管可以為一根整體的管道。

第一有機(jī)玻璃端管上設(shè)置有用于與連接管相連的第一管接頭，第一有機(jī)玻璃端管通過連接管與水箱相連，將連接管與水箱相連的接口記為高壓端接口；第二有機(jī)玻璃端管上設(shè)置有用于與連接管相連的第二管接頭，水箱通過螺旋冷卻管與第二有機(jī)玻璃端管相連，將螺旋冷卻管與水箱相連的接口記為低壓端接口；高壓端接口所在水平面位于低壓端接口所在水平面上面。

電極、第一有機(jī)玻璃端管、第一玻璃管、第二有機(jī)玻璃端管之間形成設(shè)置蒸餾水的第一容納腔。第一容納腔、連接管、水箱、螺旋冷卻管依次連通，構(gòu)成循環(huán)通道，蒸餾水能在循環(huán)通道內(nèi)流動(dòng)。本發(fā)明中，還包括蒸餾水，蒸餾水中正負(fù)離子較少，阻值較大，且通過大電流高壓脈沖后，阻值改變相對(duì)較少。

進(jìn)一步，第一玻璃管與第一有機(jī)玻璃端管之間、第一玻璃管與第二有機(jī)玻璃端管之間采用粘結(jié)相連。本發(fā)明中，第一玻璃管兩端分別與第一有機(jī)玻璃端管、第二有機(jī)玻璃端管相連，第一有機(jī)玻璃端管上設(shè)置有用于與連接管相連的第一管接頭，第二有機(jī)玻璃端管上設(shè)置有用于與連接管相連的第二管接頭，第一有機(jī)玻璃端管通過連接管與水箱相連，將連接管與水箱相連的接口記為高壓端接口；水箱通過螺旋冷卻管與第二有機(jī)玻璃端管相連，將螺旋冷卻管與水箱相連的接口記為低壓端接口；高壓端接口所在水平面位于低壓端接口所在水平面上面。

本發(fā)明工作時(shí)，在溫度場(chǎng)和重力的作用下，螺旋冷卻管內(nèi)的冷卻蒸餾水自動(dòng)流入第一容納腔內(nèi)，帶走電極的熱量，熱水和氣泡則從與第一有機(jī)玻璃端管相連的第一管接頭流出并進(jìn)入水箱，水箱中的水再由較低接口位置的低壓端接口流入螺旋冷卻管進(jìn)行冷卻，由此，形成自循環(huán)流動(dòng)并冷卻的水電阻。

由于玻璃管的散熱性能比有機(jī)玻璃好，因此，本發(fā)明以第一玻璃管作為容納蒸餾水的主體；但是玻璃管不能加工螺紋與電極連接，且與電極用密封圈壓緊時(shí)容易漏水，因此，在第一玻璃管兩端分別粘接第一有機(jī)玻璃端管、第二有機(jī)玻璃端管，再將電極與第一有機(jī)玻璃端管、第二有機(jī)玻璃端管連接，從而保證本發(fā)明具有較好的主體散熱效果和密封性能。

綜上，在水電阻經(jīng)過大電流高壓脈沖后，電極和電阻主體內(nèi)的蒸餾水溫度都會(huì)升高，從而與螺旋冷卻管內(nèi)的冷卻水形成溫度梯度，在重力的共同作用下，冷卻水自動(dòng)流入第一容納腔內(nèi)，冷卻水經(jīng)過電極，帶走電極的熱量，熱水則從另一端排出并流入水箱，水箱中的水再由較低位置的出水口（即低壓端接口）流入螺旋冷卻管進(jìn)行冷卻。因此，本發(fā)明在長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)工作時(shí)，也不會(huì)出現(xiàn)水電阻內(nèi)氣壓和溫度過高的現(xiàn)象，有效保證水電阻能長(zhǎng)時(shí)間工作，提高了高功率脈沖設(shè)備的效率。

進(jìn)一步，水箱采用絕緣材料制成，水箱上方設(shè)置有與大氣連通的開口。蒸餾水中的氣泡經(jīng)連接管后，進(jìn)入水箱中，由于水箱為敞開體系，因此，氣泡能夠直接排入到大氣中，保證本發(fā)明的正常運(yùn)行。

進(jìn)一步，冷卻裝置為系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)冷卻裝置。電極為銅電極，其采用無氧銅材料制備而成；電極朝向第一玻璃管的側(cè)面呈臺(tái)階狀，采用該結(jié)構(gòu)，有利于提高電極的散熱性能。電極的端面呈弧形，使得第二管接頭、第一管接頭能正對(duì)電極，方便流動(dòng)水帶走電極的熱量。

進(jìn)一步，第一有機(jī)玻璃端管與電極之間、第二有機(jī)玻璃端管與電極之間分別設(shè)置有密封圈，密封圈優(yōu)選為o型圈。通過o型密封圈，能夠增加電極與第一有機(jī)玻璃端管、第二有機(jī)玻璃端管的密封性能，保證裝置的密封性。本發(fā)明使用時(shí)，第一玻璃管傾斜放置，第一有機(jī)玻璃端管頂端所在水平面高于第二有機(jī)玻璃端管頂端所在水平面，使得高壓端在上。

綜上所述，本發(fā)明采用蒸餾水作為電阻，采用循環(huán)風(fēng)冷卻裝置風(fēng)冷卻螺旋冷卻管內(nèi)的蒸餾水，利用溫度場(chǎng)和重力的作用，蒸餾水在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，工作過程中所產(chǎn)生的熱量被蒸餾水及時(shí)帶走，提高了散熱性能，保證了水電阻的性能和使用壽命，也保證了高功率脈沖設(shè)備在高頻、長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)條件下的正常運(yùn)行。本發(fā)明采用現(xiàn)有循環(huán)風(fēng)冷卻裝置對(duì)螺旋冷卻管進(jìn)行冷卻，無額外添加的大型冷卻設(shè)備，合理利用了現(xiàn)有設(shè)備，能節(jié)約大量能源；同時(shí)，本發(fā)明內(nèi)對(duì)電解液為自循環(huán)流動(dòng)，無需水泵，既節(jié)約能源，又增加了水電阻的安全性；本發(fā)明的散熱效果良好，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作也不會(huì)出現(xiàn)水電阻內(nèi)氣壓和溫度過高的現(xiàn)象。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，性能可靠，能有效提高高功率脈沖設(shè)備的效率，具有較好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為圖3中高溫連接端管處的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記：1為電極，2為水電阻主體管道，3為高溫連接端管，4為低溫連接端管，5為連接管，6為水箱，7為螺旋冷卻管，8為冷卻裝置，9為第一管接頭，10為第二管接頭，11為密封圈，14為泄壓排氣接頭，15為水汽管出口連接頭，16為排氣連接管，22為冷氣進(jìn)口，23為冷氣出口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說明。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1

如圖所示，本發(fā)明的水電阻包括電極、水電阻主體管道、高溫連接端管、低溫連接端管、連接管、水箱、螺旋冷卻管、設(shè)置螺旋冷卻管上的冷卻裝置，電極為一組。

電極、高溫連接端管、水電阻主體管道、低溫連接端管、電極依次相連構(gòu)成電阻主體，電極、高溫連接端管、水電阻主體管道、低溫連接端管之間形成設(shè)置蒸餾水的第一容納腔。水電阻主體管道與高溫連接端管之間、水電阻主體管道與低溫連接端管之間采用粘結(jié)相連。高溫連接端管與電極之間、低溫連接端管與電極之間分別設(shè)置有密封圈。本實(shí)施例中，密封圈采用o型圈。

高溫連接端管上設(shè)置有用于與連接管相連的第一管接頭，高溫連接端管通過連接管與水箱相連，將連接管與水箱相連的接口記為高壓端接口。低溫連接端管上設(shè)置有用于與連接管相連的第二管接頭，水箱通過螺旋冷卻管與低溫連接端管相連，將螺旋冷卻管與水箱相連的接口記為低壓端接口。高壓端接口所在水平面位于低壓端接口所在水平面上面。

本實(shí)施例中，水箱上方設(shè)置有與大氣連通的開口，其采用絕緣材料制成；電極采用無氧銅材料制備而成，電極的端面呈弧形，電極朝向水電阻主體管道的側(cè)面呈臺(tái)階狀。冷卻裝置采用循環(huán)風(fēng)冷卻裝置。

本發(fā)明使用時(shí)，水電阻主體管道傾斜設(shè)置，高溫連接端管頂端所在水平面高于低溫連接端管頂端所在水平面，蒸餾水能在第一容納腔、連接管、水箱、螺旋冷卻管中移動(dòng)。

本發(fā)明工作過程如下。

水電阻正常工作時(shí)，在連續(xù)、高頻率給脈沖功率系統(tǒng)的電容組充電時(shí)，電極和電阻內(nèi)的電阻液會(huì)因焦耳熱使得其溫度急劇升高，并在充電過程中伴隨著電解水產(chǎn)生氫氣和氧氣的過程，使得水電阻內(nèi)產(chǎn)生氣體，由于冷卻管的低溫電阻液的密度比水電阻內(nèi)的高溫電阻液密度大，因?yàn)榈蜏仉娮枰簳?huì)在重力的作用下向水電阻內(nèi)流動(dòng)，高溫電阻液會(huì)因?yàn)榈兔芏犬a(chǎn)生的浮力以及溫度梯度向水箱運(yùn)動(dòng)，由于電極散熱片的存在，以及低溫電極靠近冷卻管，這使得低溫電極的溫度遠(yuǎn)低于高溫電極，進(jìn)而加速了熱電阻液的流動(dòng)，由于電解水產(chǎn)生氣體，氣體將會(huì)積聚在氣體緩存?zhèn)}，而后經(jīng)由水氣管排入大氣，此時(shí)水電阻內(nèi)部將形成一定的負(fù)壓，內(nèi)外的壓差將使得水箱內(nèi)的水經(jīng)冷卻管流入水電阻，當(dāng)流經(jīng)冷卻管的水量不足以平衡壓差帶來的負(fù)壓時(shí)，水箱內(nèi)的熱水將經(jīng)過熱水補(bǔ)償管流入水電阻，以保證高低溫電極弧形斷面之間始終充滿電阻液，進(jìn)而杜絕出現(xiàn)水電阻內(nèi)部擊穿的現(xiàn)象，當(dāng)整個(gè)體系穩(wěn)定時(shí)，電阻液的溫度將維持在一個(gè)較窄的區(qū)間內(nèi)，進(jìn)而保障水電阻的阻值不會(huì)有較大的浮動(dòng)，并且可以更具冷卻管內(nèi)媒介的溫度調(diào)節(jié)水電阻體系的溫度，進(jìn)而達(dá)到在不改變電阻液成分的情況下改變水電阻阻值的效果。

實(shí)際驗(yàn)證表明，本發(fā)明的水電阻在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)水電阻內(nèi)氣壓和溫度過高的現(xiàn)象，能夠有效保證水電阻能長(zhǎng)時(shí)間工作，提高高功率脈沖設(shè)備的效率，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。

實(shí)施例2

如圖2所示，本實(shí)施例中，連接管包括低溫進(jìn)水管、冷熱水連接管、熱水補(bǔ)償管，第一管接頭、低溫進(jìn)水管、冷卻裝置、冷熱水連接管、水箱、熱水補(bǔ)償管與第二管接頭依次相連。水電阻主體管道沿豎直方向設(shè)置，該裝置還包括與高溫連接端管相連的泄壓排氣接頭、排氣連接管、與水箱相連的水汽管出口連接頭，泄壓排氣接頭、排氣連接管、水汽管出口連接頭依次相連且水電阻主體管道內(nèi)的氣體能依次經(jīng)泄壓排氣接頭、排氣連接管、水汽管出口連接頭通過水箱排出。

其他與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例3

如圖3、4所示，本實(shí)施例中，冷卻裝置設(shè)置在水箱內(nèi)，冷卻裝置內(nèi)的冷卻管采用冷氣冷卻，冷卻管的兩端分別與冷氣進(jìn)口、冷氣出口相連。水電阻主體管道沿豎直方向設(shè)置，該裝置還包括與高溫連接端管相連的泄壓排氣接頭、排氣連接管、與水箱相連的水汽管出口連接頭，泄壓排氣接頭、排氣連接管、水汽管出口連接頭依次相連且水電阻主體管道內(nèi)的氣體能依次經(jīng)泄壓排氣接頭、排氣連接管、水汽管出口連接頭通過水箱排出。

其他與實(shí)施例1相同。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。