TW202007232A - 電漿炬激發裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種電漿炬激發裝置，包括一極芯架具有一艙室，該艙室內植入一極棒而形成一圍繞於極棒與艙室壁面之間的集氣槽，該極芯架的底端固置有一極芯，該極芯具有一芯孔，該芯孔的內端連通該集氣槽，該芯孔的外端作為電漿炬的噴火口，其中該極棒具有一電離子投射端，該電離子投射端鄰近於該芯孔的內端，該芯孔的內端與外端之間形成為一圓錐形孔壁，該圓錐形孔壁係由該內端逐漸擴張至該外端而形成；藉此，改善傳統電漿炬因芯孔短淺而造成火燄溫度及火燄長度受限的問題。

Description

電漿炬激發裝置
本發明涉及由電極激發電離子而生成的電漿炬(Plasma Torch)，特別是有關於一種電漿炬激發裝置。
電漿炬(Plasma torch)是一種能夠生成一束定向電漿噴流的高溫火燄，電漿炬的溫度能夠高達3000℃~10000℃，因此常見用於材料加工、熔接、廢物處理、陶瓷切割、金屬切割及半導體廢氣燒結等用途上。
請參閱圖1，揭示出現有電漿炬的生成技術，包括利用一陽極的極棒10a和一陰極的極芯20a之間通以數十伏特電壓(V)、數百安培(A)電流的DC、AC或RF電源，並且使於極棒10a和極芯20a之間形成有集氣槽21，並在該集氣槽21內導入例如是He、Ar、N2或O2等氣體集壓，進而在極棒10a和極芯20a之間激發生成電離子(e-)碰撞及跳動，且在所述電離子(e-)碰撞及跳動的同時，憑藉該集氣槽21內集壓的氣體，將電離子(e-)帶出極芯20a而形成對外噴流的電漿炬。
進一步的說，極芯20a一般具有一芯孔22a，極芯20a內的集氣槽21經由芯孔22a連通至外界，集氣槽21內的氣體就是經由芯孔22a對外噴流形成電漿炬；其中，芯孔22a的孔壁提供極棒10a激發的電離子(e-)碰撞及跳動而成為一電場。
但是，現有技術中該芯孔22a多半為短淺的圓形或圓錐形孔壁，其可供電離子(e-)碰撞的面積及跳動的距離均顯過小也過短；換言之，在一定的給電條件下，現有技術中極芯20a的芯孔22a所能生成的電場太小，乃至於電漿炬的火燄溫度及火燄 長度均因此而受到局限，除了影響到極芯20a的使用壽命之外，還影響到例如半導體廢氣處理程序中利用火燄燒結廢氣中有害物質的能力。
此外，由於電漿炬的火燄溫度極高，因此現有的極芯20a內一般都會開設水道23，並於水道23中導入水循環，以冷卻極芯20a的溫度，避免受到電漿炬之火燄溫度的熱傳導作用而影響極芯20a的使用壽命。但是，現有極芯20a內可供水循環進行熱交換的構造設計並不理想，這也是影響極芯20a的使用壽命的原因之一。
有鑑於此，本發明旨在針對電場中極棒、極芯與集氣槽之間的配置環境提出改善之道，進而提供一種電漿炬激發裝置。
在一較佳實施中，本發明之技術手段包括：一極芯架，具有一中空的艙室；一極棒，植入於該艙室內而形成一圍繞於極棒與艙室壁面之間的集氣槽；一極芯，固置於該極芯架的底端，該極芯具有一芯孔，該芯孔具有一內端及一外端，該內端連通該集氣槽，該外端作為電漿炬的噴火口；其中，該極棒具有一電離子投射端，該電離子投射端鄰近於該芯孔的內端；該芯孔的內端與外端之間形成為一圓錐形孔壁，該圓錐形孔壁係由該內端逐漸擴張至該外端而形成，且該圓錐形孔壁擴張至該外端的孔徑小於該圓錐形孔壁的深度。
在進一步實施中，該芯孔的內端還包含由該圓錐形孔壁延伸形成的一圓形孔壁，該極棒的電離子投射端係鄰近該圓形孔壁。
在進一步實施中，該極芯的外圍罩設有一極芯座，使該極芯與該極芯座之間形成一水腔室。其中該極芯座上配置有與該水腔室相連通的一進水管及一出水管。該極芯的外壁形成歧片狀。
在進一步實施中，該極芯架上配置有一用以導引氣體流入該集氣槽的一進氣管，該進氣管內的氣體依序經由該集氣槽的集壓而後經由該芯孔流出。其中所述氣體為He、Ar、N2、O2的其中之一。
在進一步實施中，該極芯座配置於一半導體廢氣處理槽上，該半導體廢氣處理槽內形成有一反應腔室，該極芯作為電漿炬噴火口的外端植入於該反應腔室內。其中該半導體廢氣處理槽還配置有至少一廢氣導入管，該廢氣導入管之一端植入該反應腔室內。該半導體廢氣處理槽的頂部罩設有一頭蓋，該極芯座及該廢氣導入管係間隔配置於該頭蓋上。
根據上述技術，本發明所能產生的技術效果在於：藉由芯孔長深的圓錐形孔壁，其可供電離子(e-)碰撞的面積及跳動的距離相對於傳統芯孔大且長，使得極芯的芯孔所能生成的電場較大，因此能有效的提高電漿炬的火燄溫度及火燄長度。
以上所述技術手段及其產生效能的具體實施細節，請參照下列實施例及圖式加以說明。
10a、10b‧‧‧極棒
101‧‧‧電離子投射端
102‧‧‧接電端
11‧‧‧絕緣套
20a、20b‧‧‧極芯
201‧‧‧環部
21‧‧‧集氣槽
22a、22b‧‧‧芯孔
221‧‧‧內端
222‧‧‧外端
223‧‧‧圓錐形孔壁
224‧‧‧圓形孔壁
23‧‧‧水道
24‧‧‧固定孔
25‧‧‧螺絲
26‧‧‧導流孔
30‧‧‧極芯架
31‧‧‧艙室
32‧‧‧集氣槽
33‧‧‧承套
34‧‧‧承座
35‧‧‧環狀導引槽
36‧‧‧導引孔
37‧‧‧進氣管
40‧‧‧極芯座
41‧‧‧水腔室
42‧‧‧螺孔
43‧‧‧進水管
44‧‧‧出水管
50‧‧‧半導體廢氣處理槽
51‧‧‧反應腔室
52‧‧‧頭蓋
53‧‧‧廢氣導入管
531‧‧‧出口
532‧‧‧進氣壓力偵測口
54‧‧‧紫外線偵測口
D‧‧‧孔徑
H‧‧‧深度
圖1是傳統電漿炬激發裝置的剖示圖；圖2是本發明電漿炬激發裝置的剖示圖；圖3是圖2的A-A剖示圖；圖4是圖2的動作示意圖；圖5是本發明電漿炬激發裝置配置於半導體廢氣處理槽的剖示圖。
首先，請合併參閱圖2及圖3，揭露本發明所提供之一種電漿炬激發裝置的較佳實施形態，說明該電漿炬激發裝置包括一極芯架30、一極棒10b及一極芯20b，其中：該極芯架30概略製成座管形態，而使極芯架30具 有一中空的艙室31。該極棒10b在實施上是由導電金屬製成條棒狀，而使得極棒10b具有一電離子投射端101及一接電端102，該極棒10b經由一絕緣套11的居中束持而固定於極芯架30上，並且使得該極棒10b的電離子投射端101能植入於艙室31內，進而形成一圍繞於極棒10b與艙室31的四周壁面之間的一集氣槽32，且該極棒10b的接電端102係突伸至極芯架30外連接電源。
該極芯20b是由導電金屬製成，並且固置於極芯架30的底端。該極芯20b具有一芯孔22b，該芯孔22b具有一內端221及一外端222，其中該內端221連通集氣槽32，該外端222係作為電漿炬的噴火口。該極棒10b的電離子投射端101在實施上是鄰近的坐落於該芯孔22b的內端221。
進一步的說，該芯孔22b包含一圓錐形孔壁223，該圓錐形孔壁223是形成於該內端221與外端222之間，且該圓錐形孔壁223係由該內端221逐漸擴張至該外端222而形成；更進一步的說，該圓錐形孔壁223擴張至該外端222的孔徑D在實施上是小於該圓錐形孔壁223的深度H(如圖2所示)。如此實施，使得該芯孔22b之圓錐形孔壁223上可供電離子(e-)碰撞的面積及跳動的距離相對大於傳統的芯孔，且上述孔徑D<深度H的拘束，乃有助於進一步加大電漿炬所生成的火燄長度。
更進一步的說，該芯孔22b的內端221還包含由該圓錐形孔壁223延伸形成的一圓形孔壁224，該極棒10b的電離子投射端101係鄰近該圓形孔壁224。此外，該極芯20b上還形成有一連接芯孔22b的內端221(也就是圓形孔壁224)的導流孔26，該芯孔22b的內端221(也就是圓形孔壁224)是經由導流孔26而連通集氣槽32，該導流孔26能導引集氣槽32內的氣體順暢的流入芯孔22b內。由上述可知，該圓形孔壁224、導流孔26皆隸屬於芯孔22b的內端221的一部分，並予敘明。請參閱圖3，說明該極芯架30外圍罩設有一承套33，而使極芯架30與承套33之間形成一環狀導引槽35，該極芯架30的艙室31壁面上還形成有多個連通 集氣槽32與環狀導引槽35的導引孔36，換言之，該環狀導引槽35、導引孔36與集氣槽32之間形成一氣流通道。該環狀導引槽35與一進氣管37相連通，該進氣管37用來導入例如是He、Ar、N2或O2等氣體，使上述氣體沿環狀導引槽35、導引孔36與集氣槽32之間所形成的氣流通道流向芯孔22b，再通過芯孔22b向外流出。
請再次參閱圖2及圖3，說明該極芯20b的外圍罩設有一極芯座40，該極芯座40在實施上是經由一承座34而固定在極芯架30的底端，進而罩設於極芯20b的外圍。進一步的說，該極芯20b與該極芯座40之間形成一水腔室41，該水腔室41中能導入水循環，用以冷卻極芯20b的溫度。該極芯座40在實施上形成有多個螺孔42，該極芯20b的外壁形成有一環部201，且該環部201上開設有與上述多個螺孔42相對應的固定孔24，藉由螺絲25通過固定孔24螺組於螺孔42而使極芯20b與極芯座40相互固定結合。其中，該極芯座40在實施上配置有與該水腔室41相連通的一進水管43及一出水管44，使水能由進水管43流入水腔室41內，再由出水管44流出，進而形成水循環來冷卻極芯20b的溫度。更進一步的說，該極芯20b的外壁是形成歧片狀，該歧片狀的外壁能增加極芯20b與水的接觸面積，進而提高水在冷卻極芯20b時的熱交換效果。
請參閱圖4，說明將電源的正極與負極分別連接極棒10b的接電端102與極芯20b進行通電，而於極棒10b與極芯20b的圓錐形孔壁223之間激發暨生成電離子(e-)的碰撞及跳動，使芯孔22b內成為生成電離子(e-)的電場，在此同時，並在該集氣槽32內導入所述的He、Ar、N2或O2等氣體集壓，而經由所述氣體將電離子(e-)由芯孔22b的外端222推出，進而形成對外噴流的電漿炬火燄。在此狀態下，可透過由進水管43流入水腔室41內而後再由出水管44流出的循環水，來降低極芯20b的溫度，避免極芯20b受到電漿炬火燄的加熱作用而降低耐久的使用壽命；其中特別 的是，製成歧片狀的極芯20b外壁提供了較大的熱交換面積，有助於和水腔室41內的水進行熱交換，能有效避免極芯20b的溫度過高。
請參閱圖5，說明本發明之電漿炬激發裝置是配置於一半導體廢氣處理槽50上，該半導體廢氣處理槽50內形成有一反應腔室51，所述半導體製程廢氣係先導入反應腔室51內，接著，以電漿炬所提供的高溫進行燒結處理。進一步的說，該半導體廢氣處理槽50的頂部罩設有一頭蓋52，該極芯座40是配置於頭蓋52上而使該極芯20b作為電漿炬噴火口的外端植入反應腔室51內，令該極芯20b之芯孔22b所噴流形成的電漿炬進入反應腔室51內對所述半導體製程廢氣進行燒結處理，透過高溫的燒結反應，可將所述半導體製程廢氣中例如是有害的NF3、SF6、CF4、C3F8及C2F6等氟化物(Per Fluorinated Compounds,PFC)氣體分解成無害的氟離子，進而達到淨化廢氣的目的。
該半導體廢氣處理槽50在實施上配置有至少一半導體製程廢氣的廢氣導入管53，該廢氣導入管53植入反應腔室51之一端形成有一出口531，該廢氣導入管53經由其出口531而與反應腔室51相連通，該廢氣導入管53導引半導體製程廢氣進入反應腔室51內。進一步的說，該廢氣導入管53與極芯座40是間隔配置於頭蓋52上，使該廢氣導入管53能由半導體廢氣處理槽50的頂部導引廢氣進入反應腔室51內。此外，該廢氣導入管53上設有一進氣壓力偵測口532，藉由該進氣壓力偵測口532能以儀器偵測廢氣導入管53內半導體製程廢氣流入反應腔室51內時的壓力及流量；該頭蓋52上還設有一紫外線偵測口54，藉由該紫外線偵測口54能以紫外線偵測器偵測電漿炬的運作狀況。
以上實施例僅為表達了本發明的較佳實施方式，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出複數變形和改進，這些都屬於本發 明的保護範圍。因此，本發明應以申請專利範圍中限定的請求項內容為準。
10b‧‧‧極棒
101‧‧‧電離子投射端
102‧‧‧接電端
11‧‧‧絕緣套
20b‧‧‧極芯
201‧‧‧環部
22b‧‧‧芯孔
221‧‧‧內端
222‧‧‧外端
223‧‧‧圓錐形孔壁
224‧‧‧圓形孔壁
24‧‧‧固定孔
25‧‧‧螺絲
26‧‧‧導流孔
30‧‧‧極芯架
31‧‧‧艙室
32‧‧‧集氣槽
33‧‧‧承套
34‧‧‧承座
35‧‧‧環狀導引槽
36‧‧‧導引孔
40‧‧‧極芯座
41‧‧‧水腔室
42‧‧‧螺孔
43‧‧‧進水管
44‧‧‧出水管
D‧‧‧孔徑
H‧‧‧深度

Claims (10)

  1. 一種電漿炬激發裝置，包括：一極芯架，具有一中空的艙室；一極棒，植入於該艙室內而形成一圍繞於極棒與艙室壁面之間的集氣槽；一極芯，固置於該極芯架的底端，該極芯具有一芯孔，該芯孔具有一內端及一外端，該內端連通該集氣槽，該外端作為電漿炬的噴火口；其中，該極棒具有一電離子投射端，該電離子投射端鄰近於該芯孔的內端；該芯孔的內端與外端之間形成為一圓錐形孔壁，該圓錐形孔壁係由該內端逐漸擴張至該外端而形成，且該圓錐形孔壁擴張至該外端的孔徑小於該圓錐形孔壁的深度。
  2. 如請求項1所述之電漿炬激發裝置，其中該芯孔的內端還包含由該圓錐形孔壁延伸形成的一圓形孔壁，該極棒的電離子投射端係鄰近該圓形孔壁。
  3. 如請求項1所述之電漿炬激發裝置，其中該極芯的外圍罩設有一極芯座，使該極芯與該極芯座之間形成一水腔室。
  4. 如請求項3所述之電漿炬激發裝置，其中該極芯座上配置有與該水腔室相連通的一進水管及一出水管。
  5. 如請求項3所述之電漿炬激發裝置，其中該極芯的外壁形成歧片狀。
  6. 如請求項1所述之電漿炬激發裝置，其中該極芯架上配置有一用以導引氣體流入該集氣槽的一進氣管，該進氣管內的氣體依序經由該集氣槽的集壓而後經由該芯孔流出。
  7. 如請求項6所述之電漿炬激發裝置，其中所述氣體為He、Ar、N 2、O 2的其中之一。
  8. 如請求項1所述之電漿炬激發裝置，其中該極芯座配置於一半導體廢氣處理槽上，該半導體廢氣處理槽內形成有一反應腔 室，該極芯作為電漿炬噴火口的外端植入於該反應腔室內。
  9. 如請求項8所述之電漿炬激發裝置，其中該半導體廢氣處理槽還配置有至少一廢氣導入管，該廢氣導入管之一端植入該反應腔室內。
  10. 如請求項9所述之電漿炬激發裝置，其中該半導體廢氣處理槽的頂部罩設有一頭蓋，該極芯座及該廢氣導入管係間隔配置於該頭蓋上。
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