CN113623543A - 远程掺杂气体供应系统的气体传输适配装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种远程掺杂气体供应系统的气体传输适配装置，用以串接于一远程掺杂气体源与一本地供气金属室之间，并包含有一电性绝缘盒、一硬质绝缘管件及至少一可挠性管；该硬质绝缘管件固定在该电性绝缘盒内，以与本地供气金属室的高电压源隔离，而该至少一可挠性管气密地固定于该电性绝缘盒上，并与该硬质绝缘管件对应的一端连通，以吸收外界震动能量。
Description
技术领域
本发明关于一种掺杂气体用的供气系统，尤指一种串接于一远程掺杂气体源与一本地供气金属室之间的气体传输适配装置。
背景技术
目前大部分的离子布植机采用一本地供气金属室，该本地供气金属室内放许多掺杂气体气瓶，供该离子布植机连接使用，由于气瓶有一定容量的限制，需经常进行更换，相当费时费工。
因此，目前已有多家厂商开发远程供气系统，以解决本地有容量供气的问题；然而，由于本地供气金属室为一高压电环境，当该远程供气系统将掺杂气体自远程传输至该本地金属室内，必须严防掺杂气体在输送管内受到高电位差而解离；此外，尚需考虑输送管因地震等剧烈摇晃而(破损,造成)外泄有毒的掺杂气体问题。
发明内容
有鉴于前揭远程掺杂气体源的气体传输装置的安全性考虑，本发明主要目的在于提出一种串接于一远程掺杂气体源与一本地供气金属室之间的气体传输适配装置。
欲达上述目的所使用的主要技术手段是令该气体传输适配装置包含：
一电性绝缘盒；
一硬质绝缘管件，直立地固定在该电性绝缘盒内，该硬质绝缘管件具有一第一端及一第二端；以及
至少一可挠性管，其一端气密地固定在该电性绝缘盒上，并与该硬质绝缘管件的第一端连通。
由上述说明可知，本发明的气体传输适配装置是使用电性绝缘盒，且用以传输掺杂气体的硬质绝缘管件固定在该电性绝缘盒内，故可与本地供气金属室的高电压源隔离，又该硬质绝缘管件的第一端与可挠性管连通，若安装位置受到外界震动波及，可由该可挠性管吸收震波，减少受震而破损的机率，提高安全性。
附图说明
图1为本发明气体传输适配装置设置于一本地供气金属室附近的一示意图。
图2A为本发明气体传输适配装置的一立体外观图。
图2B为本发明气体传输适配装置的另一立体外观图。
图3为本发明气体传输适配装置的一第一实施例的一管路示意图。
图4为本发明气体传输适配装置的一第二实施例的一管路示意图。
图5为本发明气体传输适配装置的一第三实施例的一管路示意图。
图6A为本发明供气系统使用的一种掺杂气体的帕邢曲线图。
图6B为本发明供气系统使用的一种非活性气体的帕邢曲线图。
其中，附图标记：
10:气体传输适配装置
11:电性绝缘盒
111:上开口
112:下开口
113:外侧板
12:硬质绝缘管
121:第一端
122:第二端
13:可挠性管
131:气动阀
132:金属管
133:气管
14:可挠性管
141:气动阀
142:金属管
143:气管
15:非活性气体管
16:排气管
17:抽气管
20:本地供气金属室
21:绝缘碍子
30:地板
31:制动高压气源
32:控制器
33:毒气检测器
34:泵浦
40:电性绝缘材
41:电性绝缘板
具体实施方式
本发明针对离子布植机的一种远程供气系统提出一种高安全性的气体传输适配装置，以下举多个实施例配合图式详加说明本案技术特征。
首先请参阅图1所示，本发明一气体传输适配装置10设置在一本地供气金属室20附近，将一远程掺杂气体传输至该本地供气金属室20内；其中该本地供气金属室20内存有多种掺杂气体的气瓶(图中未示)，用以将掺杂气体提供予附近的离子布植机(图中未示)，该本地供气金属室20电性连接至高压电源(约数百伏特到80千伏特)的高电位端(+)，故其底面以多支绝缘碍子21固定在一地板30上，而该些绝缘碍子21电性连接至该高压电源的低电位端(-)。于本实施例，该气体传输适配装置10设置在该本地供气金属室20与地板30之间的空间内，请参阅图2A、图2B及图3所示，该气体传输适配装置10包含有一电性绝缘盒11、一硬质绝缘管件12及至少一可挠性管13。
如图1、图2A及图2B所示，上述电性绝缘盒11为电性绝缘材质制成，如树脂(Epoxy)、陶瓷类、聚四氟乙烯、聚苯类、聚甲醛、酚醛塑料(电木)、液晶聚合物等。又，该电性绝缘盒11可固定在该本地供气金属室20外侧或固定在该本地供气金属室20附近地板30上；于本实施例，由于该电性绝缘盒11固定在该本地供气金属室20下方的地板30上，该电性绝缘盒11的顶面及底面分别形成有一上开口111及一下开口112，且该电性绝缘盒11外侧板113具有一鱼鯺表面，可防落尘堆积而引发高压放电。此外，该电性绝缘盒11亦可固定在该本地供气金属室20的底面。
如图3所示，上述硬质绝缘管件12直立地固定于该电性绝缘盒11内，该硬质绝缘管件12的长度为d1包含有一第一端121与一第二端122；于本实施例，该硬质绝缘管件12材质为蓝宝石玻璃、陶瓷或塑化材料；其中该塑化材料为乙烯类聚合物、苯酯类聚合物、硫醚类聚合物其中之一。
如图3所示，上述可挠性管13的一端气密地设置在该电性绝缘盒11上，并与该硬质绝缘管件12的第一端121连通，该可挠性管13的另一端即可连接至一外部掺杂气体气管；又该可挠性管13的材质可为金属材质，如不锈钢、或其他金属可挠管等。于本实施例，该可挠性管13使用管径1/8英吋的不锈钢管，该不锈钢管又以固定间距绕管成型呈一弹簧状，该弹簧状不锈钢管即构成一三维立体元件，在三维方向产生变动时，可提供足够的可挠性；因此，当地震造成剧烈摇晃时，该弹簧状不锈钢管确实能提供足够的空间缓冲。于本实施例，该可挠性管13气密地设置在该电性绝缘盒11的底面，其一端透过一气动阀131及一金属气管132与该硬质绝缘管件12的第一端121连通，而所连接该气动阀131的一气管133同样气密地固定在该电性绝缘盒11上，并连接于该气动阀131及一外部的制动高压气源31，由于该气动阀131为一种常闭气动阀，故由该制动高压气源31提供气体透过该气管133输出至该气动阀131，才能控制该气动阀131开启。本发明供气系统配合使用的该掺杂气体可为砷化氢、磷化氢、三氟化硼、一氧化碳、四氟化锗、四氟化硅、磷化氟、三氟化氮、四氢化锗，或前揭任一项可与补充气体如氟气、二气化碳、氢气、氮气、氩气任一混合后的掺杂气体。
此外，如图3所示，本发明可进一步包含另一可挠性管14，该可挠性管14的一端同样地气密地设置在该电性绝缘盒11上，并与该硬质绝缘管件12的第二端122连通。于本实施例，该可挠性管14的一端气密地设置在该电性绝缘盒11的顶面，且该可挠性管14透过一金属管142连接至该硬质绝缘管件12的第二端122。由于可挠性管13、14均为金属材质，设置在该硬质绝缘管件12的第一端121的电位为低电位，而设置在该硬质绝缘管件12的第二端122电位为高电位；然而，因为该可挠性管13、14分置于该电性绝缘盒11的顶面及底面，即可以该电性绝缘盒11作为电性隔离，故无高压放电的问题。
再请参阅图4所示，上述二可挠性管13、14亦可气密地设置在该电性绝缘盒11的一外侧板113，或如图2A、图2B所示，分别气密地设置在该电性绝缘盒11上开口111的内壁面及下开口112的内壁面。于本实施例，该可挠性管14也可透过一气动阀141及一金属管142连接至该硬质绝缘管件12的第二端122，该气动阀141的气管143一样气密地设置于该电性绝缘盒11的一外侧板131，再与该制动高压气源31连接，由该制动高压气源31透过气管143传输气体控制该气动阀141开启。由于本实施例的二可挠性管13、14设置于该电性绝缘盒11的一外侧板113，两者间距较近，故可于二个不同电位的可挠性管13、14之间增加电性绝缘材，即如图2A及图2B的上、下开口111、112之间设置电性绝缘材40；此外，如图4所示，可进一步于电性绝缘盒11内横向设置有一电性绝缘板41。
再者，为避免该硬质绝缘管件12因破裂而不慎外泄掺杂气体至该电性绝缘盒11再泄漏至厂区内，本发明气体传输适配装置进一步包含有一非活性气体管15，该非活性气体管15一端气密地固定于该电性绝缘盒11上，如图3所示，可气密地固定在该电性绝缘盒11的底面，或如图4所示，亦可气密地固定在该电性绝缘盒11一外侧板113近底面处，该非活性气体管15的另一端连接至外部的非活性气体(如氮气N2等惰性气体)，并将该非活性气体输送至该电性绝缘盒11内；此外，如图3所示，该电性绝缘盒11的顶面可再气密地连接一排气管16，或如图4所示，该电性绝缘盒11一外侧板113近顶面处可气密地连接一排气管16，以将该电性绝缘盒11内的非活性气体排出，于该电性绝缘盒11内形成一循环的非活性气体气流，保持该电性绝缘盒11的洁净，作为一道防掺杂气体渗漏的安全措施。
此外，更可进一步于该排气管16外连接一毒气检测器33，该毒气检测器33与该制动高压气源31的控制器32连结，该控制器32可透过该毒气检测器33检知自该电性绝缘盒11内排除的非活性气体中包含有一定浓度的掺杂气体，并据以关闭制动高压气源31供气至该气动阀131、141，以关闭气动阀131、141，停止掺杂气体的输送，作为另一道防止掺杂气体继续渗漏的安全措施。
请参阅图5所示，该电性绝缘盒11可再气密地连接一抽气管17，该抽气管17连接至一泵浦34，以将该电性绝缘盒11内压力抽负压，负压可接近真空，以保持该电性绝缘盒11的洁净，作为一道防掺杂气体渗漏的安全措施；此外，该抽气管17可串接上述毒气检测器33，作为控制气动阀131的启、闭用。
为提高本发明气体传输适配装置10所传输的掺杂气体不因高电位差而解离，请配合参阅图6A所示，为一种掺杂气体(氟化硼)的帕邢曲线，帕邢曲线函数为V＝f(pd)其中，V为二电极间形成电弧或放电的解离电压、p是气体压力、d是电极距离。由图6的曲线可知，假设输送的掺杂气体压力为一定值，则二电极之间的不同距离可决定该气体压力产生电弧的解离电压，而本发明的二电极是指该硬质绝缘管件12的第一端121及第二端122所分别连接的金属管132、142；因此，为了避免该硬质绝缘管件12内的掺杂气体受高电位形成电弧而解离，在硬质绝缘管件12输送的气体压力维持一定值前提下，决定该硬质绝缘管件12的长度d1，并使该长度与气体压力乘积落在可解离电压所对应的气体压力与电极距离乘积范围之外，也就是该硬质绝缘管件12的长度d1与其输送掺杂气体的气体压力的乘积，大于该硬质绝缘管件12的第一端121及该硬质绝缘管件12的第二端122之间的最大解离电位差，以确保硬质绝缘管件12输送的掺杂气体不会受到其第一端121及第二端122连接的金属管132、142的高电位差而解离。
此外，也可利用帕邢定律来配合调整硬绝缘质管件12输送的掺杂气体的气体压力，令气体压力与电极距离乘积落在更高解离电压对应的乘积范围，即该硬质绝缘管件12长度d1与其输送掺杂气体的压力的乘积，大于该硬质绝缘管件12的第一端121及该硬质绝缘管件12的第二端122的最大解离电位差。
此外，由于该电性绝缘盒11位在该电性连接于高电位的金属室20底面，故也一并考虑该电性绝缘盒11发生电弧放电可能，即该电性绝缘盒11的长度d2与其盒内气体压力乘积大于硬质绝缘管件12第一端121与第二端122之间的解离电位差；也就是说，如图6B所示，该电性绝缘盒11的长度d2与其盒内的气体压力乘积，落在可解离电压所对应的气体压力与电极距离乘积范围之外，以确保该电性绝缘盒11内的非活性气体(氮气N2)不会受高电位差而解离。
综上所述，本发明的气体传输适配装置是使用电性绝缘盒，且用以传输掺杂气体的硬质绝缘管件固定在该电性绝缘盒内，故可与本地供气金属室的高电压源隔离，又该硬质绝缘管件的第一端与可挠性管连通，若安装位置受到外界震动波及，可由该可挠性管吸收震波，减少受震而破损的机率，提高安全性。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (21)
1.一种远程掺杂气体供应系统的气体传输适配装置，其特征在于，包括：
一电性绝缘盒；
一硬质绝缘管件，直立地固定在该电性绝缘盒内，该硬质绝缘管件具有一第一端及一第二端；以及
一第一可挠性管，一端气密地固定在该电性绝缘盒上，并与该硬质绝缘管件的第一端连通。
2.如权利要求1所述的气体传输适配装置，其中该硬质绝缘管件长度与其输送掺杂气体的气体压力的乘积大于该硬质绝缘管件的第一端及第二端之间的最大解离电位差。
3.如权利要求2所述的气体传输适配装置，其中该电性绝缘盒的长度与其盒内气体压力乘积大于该硬质绝缘管件的第一端及第二端之间的最大解离电位差。
4.如权利要求1至3中任一项所述的气体传输适配装置，进一步包含：
一第二可挠性管，一端气密地固定在该电性绝缘盒上，并与该硬质绝缘管件的第二端连通。
5.如权利要求4所述的气体传输适配装置，其中该第一可挠性管的另一端与一外部掺杂气体气管连接。
6.如权利要求4所述的气体传输适配装置，其中该第一可挠性件通过一第一气动阀及一第一金属管连接至该硬质绝缘管件的第一端；其中该第一气动阀通过一第一气管连接至一制动高压气源。
7.如权利要求6所述的气体传输适配装置，其中该第二可挠性件通过一第二气动阀及一第二金属管连接至该硬质绝缘管件的第二端；其中该第二气动阀通过一第二气管连接至该制动高压气源。
8.如权利要求6所述的气体传输适配装置，进一步包含一非活性气体管，气密地固定在该电性绝缘盒上，用以连接至一非活性气体。
9.如权利要求8所述的气体传输适配装置，进一步包含一排气管，气密地固定在该电性绝缘盒上，将该电性绝缘盒内的气体排出。
10.如权利要求7所述的气体传输适配装置，其中该排气管连接一毒气检测器，检知该非活性气体内含掺杂气体的浓度。
11.如权利要求10所述的气体传输适配装置，其中该毒气检测器电性连接至该制动高压气源的一控制器，该控制器依据该毒气检测器的检测信号启、闭该制动高压气源。
12.如权利要求4所述的气体传输适配装置，其中：
该第一可挠性管气密地固定在该电性绝缘盒的底面；以及
该第二可挠性管气密地固定在该电性绝缘盒的顶面。
13.如权利要求4所述的气体传输适配装置，其中：
该第一可挠性管气密地固定在该电性绝缘盒的一外侧板；以及
该第二可挠性管气密地固定在该电性绝缘盒的该外侧板。
14.如权利要求13所述的气体传输适配装置，其中该第一及第二可挠性管之间设有一电性绝缘材。
15.如权利要求4所述的气体传输适配装置，其中：
该电性绝缘盒顶面形成有一上开口，而底面则形成有一下开口；
该第一可挠性管气密地固定在该下开口的一内壁面；以及
该第二可挠性管气密地固定在该上开口的一内壁面。
16.如权利要求15所述的气体传输适配装置，其中该第一可挠性管及第二可挠性管之间设有电性绝缘材，该电性绝缘盒内横向设置有一电性绝缘板。
17.如权利要求1至3中任一项所述的气体传输适配装置，其中该硬质绝缘管件材质为蓝宝石玻璃、陶瓷或塑化材料；其中该塑化材料为乙烯类聚合物、苯酯类聚合物、硫醚类聚合物其中之一。
18.如权利要求4所述的气体传输适配装置，其中该第一可挠性管及第二可挠性管的材质为不锈钢。
19.如权利要求1至3中任一项所述的气体传输适配装置，其中该电性绝缘盒的外侧板具有一鱼鯺表面。
20.如权利要求6所述的气体传输适配装置，进一步包含一抽气管，气密地固定在该电性绝缘盒上，并与一泵浦连接，将该电性绝缘盒内压力抽成负压。
21.如权利要求20所述的气体传输适配装置，其中该抽气管连接一毒气检测器，检知该非活性气体内含掺杂气体的浓度。
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