CN201316616Y - 带点火隧道的水冷射频等离子反应器 - Google Patents

带点火隧道的水冷射频等离子反应器 Download PDF

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叶高英
刘川东
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Abstract

本实用新型属于一种低温等离子反应器，具体涉及一种带点火隧道的水冷射频等离子反应器，它包括固定件，与固定件下部密封连接的石英管套件，贯穿固定件并与其密封连接的粉体原料注入枪，在石英管套件外套有高频感应线圈，其特征在于石英管套件和粉体原料注入枪内均有水冷却通道，在石英管的外下侧设有点火隧道，在点火隧道内设有放电装置。其优点是：采用水冷方式，有利于参数的调节和控制，可较大幅度地提高设备的应用性能，等离子体电弧可在较宽的能量区间稳定运行，成本低廉；利用点火隧道和点火装置使点火操作方便简洁，不引入杂质。本实用新型可用于粉末材料的制备和处理。

Description

带点火隧道的水冷射频等离子反应器
技术领域
本实用新型涉及低温等离子反应器，具体涉及一种水冷射频等离子体反应器。
背景技术
等离子体具有高温、高焓、高活性和温度梯度大的特性，用等离子体做热源在纳米粉末材料的制备与微米亚微米粉末材料的球化处理等方面，具有较大的技术优势。射频等离子体技术和设备由于其不带入任何杂质、运行持续稳定、材料制备产能高和设备造价适中，使之较微波和直流弧等离子体热源更广泛地应用于粉末材料处理领域，比如熔制石英棒(法国)，粉末材料球化(加拿大)，纳米材料制备(日本)等研制的系统在世界范围均有应用。
射频等离子体系统用于粉末材料制备和处理，对等离子体参数的调节和控制有较严格的要求。目前国内一般采用惰性气体冷却的方式，气体用量较大，成本较高，另外由于气体流量大，等离子体参数难以控制；对于点火方式，一般点火方式容易引入杂质，纯净度不高，加拿大采用真空触发点火，法国采用一套液压设备控制和驱动金属丝棒进入点火，撤离反应室等方法，但均存在造价高、结构组件复杂，难以应用到反应器设计之中的缺点。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种利于调节和控制等离子体参数、成本低、点火不引入杂质的带点火隧道的水冷射频等离子反应器。
本实用新型是这样实现的：一种带点火隧道的水冷射频等离子反应器，它包括一个固定件，与固定件下部密封连接的石英管套件，贯穿固定件并与其密封连接的粉体原料注入枪，在石英管套件外套有高频感应线圈，所说的石英管套件是由内石英管、中石英管和外石英管同轴布置而成，外石英管与内石英管下端相连，中石英管的下端与外石英管和内石英管的底部之间留有流通间隙，使内石英管和中石英管之间，中石英管与外石英管之间形成石英管套件的冷却通道，在固定件上设有冷却水进、出口，它们与石英管套件的冷却通道相通；所说的粉体原料注入枪是由钢制的内管、中管和外管同轴布置而成，外管和内管的底部之间相连，中管的下端与外管和内管的底部之间留有流通间隙，使内管和中管之间，中管与外管之间形成粉体原料注入枪的冷却通道，在固定件上还开有注入枪冷却水进、出口，它们与粉体原料注入枪冷却通道相通；在固定件上同时还设有反应气体输入口和保护气体输入口，它们均与内石英管相通；在石英管套件外下侧开有点火隧道，在点火隧道内设有可移动的放电装置。
上述带点火隧道的水冷射频等离子反应器中，所述的高频感应线圈是用紫铜管外包套聚四氟乙稀管，绕制成直经相同的4～5匝同轴线圈。
本实用新型的优点是：在石英管的外下侧设有点火隧道，在点火隧道内设有放电装置，采用一种新的点火方式，仅用一个小的电机驱动和定位放电装置的放电端头进入点火隧道，即可配合完成点火启动等离子体的操作过程，点火隧道仅用石英管一种材料相互熔接构建，简捷实用，设备成本低廉，操作简便，不引入杂质；石英管套件和粉体原料注入枪内均有水冷却通道，即采用水冷方式，成本低廉，且有利于参数的调节和控制，可较大幅度地提高设备的应用性能，等离子体电弧可在较宽的能量区间稳定运行。
附图说明
图1是本实用新型提供的一种带点火隧道的水冷射频等离子反应器结构剖面示意图；
图2是本实用新型提供的一种带点火隧道的水冷射频等离子反应器中粉体原料注入枪结构剖面示意图。
图中：1粉体原料注入枪，2反应气体输入口，3保护气体输入口4内石英管，5石英管冷却水出口，6固定件，7石英管冷却水进口，8高频感应线圈，9中石英管，10石英管套件，11放电装置，12点火隧道，13等离子体炬，14外石英管，15注入枪冷却水进口，16注入枪冷却水出口，17内管，18中管，19外管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明：一种带点火隧道的水冷射频等离子反应器，它包括一个固定件6，与固定件6下部密封连接的石英管套件10和贯穿固定件6并与其密封连接的粉体原料注入枪1，在石英管套件10外套有高频感应线圈8，其中，所说的石英管套件10是由内石英管4、中石英管9和外石英管14同轴布置而成，外石英管14与内石英管4下端相连，中石英管9的下端与外石英管14和内石英管4的底部之间留有流通间隙，使内石英管4和中石英管9，以及中石英管9与外石英管14之间形成石英管套件10的冷却通道。在固定件6上设有冷却水进、出口7，5，它们与石英管套件10的冷却通道相通；粉体原料注入枪1是由钢制内管17、中管18和外管19同轴布置而成，外管19和内管17的底部之间相连，中管18的下端与外管19和内管17的底部之间留有流通间隙，使内管17和中管18之间，以及中管18与外管19之间形成粉体原料注入枪1的冷却通道，在固定件6上还开有注入枪冷却水出、入口16，15，它们与粉体原料注入枪1冷却通道相通；在固定件6上同时还设有反应气体输入口2和保护气体输入口3，均与内石英管4相通；在石英管套件10外下侧开有点火隧道12，在点火隧道12内设有可移动的放电装置11。
所说的石英管套件10外壁上套有的高频感应线圈8，可采用紫铜管外包套聚四氟乙稀管，绕制成直经相同的5匝同轴线圈，石英管水冷套件10与高频感应线圈8同轴安装。
石英管套件10采用内中外三根同轴布置的水冷石英管结构：三根石英管中的每一根与反应器固定件6的连接处均用O-型密封圈密封。连接完成需通水试验，保证所有密封处都不漏水。
在石英管套件10内、反应器固定件6上密封焊接有原料粉体注入枪1，即插入并穿过反应器固定件6顶部的圆形孔，下端留出所需的长度后定位，并用O-型密封圈密封、紧固连接，其结构采用与水冷石英管套件10相同的内中外三根同轴布置的钢管结构，其本身带有单独的水冷却回路，即在反应器固定件6上密封焊接有分别与中管18、外管19相连通的小石英管，作为注入枪冷却水出口16和注入枪冷却水入口15。
放电装置可使用外购的电火花真空检测器，其前端端电头是一段细弹簧，因此不会在移动时撞击和损伤石英管。
本实用新型所述的反应器作为射频等离子体系统的一个组成部分，参与运行。其基本运行步骤是：接通冷却水，输入反应气体和保护气体，定位放电装置，在高频感应线圈的作用下利用高压电加热工作气体，同时放电点火，气体电离生成等离子体炬13，同时由原料粉体注入枪1将原料粉末送入反应器，按照要求在反应器内对原料粉末进行处理后，气粉混合离开反应器，进入下一步工序。

Claims (2)

1.一种带点火隧道的水冷射频等离子反应器，它包括一个固定件(6)，与固定件(6)下部密封连接的石英管套件(10)，贯穿固定件(6)并与其密封连接的粉体原料注入枪(1)，在石英管套件(10)外套有高频感应线圈(8)，其特征在于：所述的石英管套件(10)是由内石英管(4)、中石英管(9)和外石英管(14)同轴布置而成，外石英管(14)与内石英管(4)下端相连，中石英管(9)的下端与外石英管(14)和内石英管(4)的底部之间留有流通间隙，使内石英管(4)和中石英管(9)之间，中石英管(9)与外石英管(14)之间形成石英管套件(10)的冷却通道，在固定件(6)上设有冷却水进、出口(7，5)，它们与石英管套件(10)的冷却通道相通；所说的粉体原料注入枪(1)是由钢制的内管(17)、中管(18)和外管(19)同轴布置而成，外管(19)和内管(17)的底部之间相连，中管(18)的下端与外管(19)和内管(17)的底部之间留有流通间隙，使内管(17)和中管(18)之间，中管(18)与外管(19)之间形成粉体原料注入枪(1)的冷却通道，在固定件(10)上还开有注入枪冷却水进、出口(15，16)，它们与粉体原料注入枪(1)冷却通道相通；在固定件(6)上同时还设有反应气体输入口(2)和保护气体输入口(3)，它们均与内石英管(4)相通；在石英管套件(10)外下侧开有点火隧道(12)，在点火隧道(12)内设有可移动的放电装置(11)。
2.如权利1所述的一种带点火隧道的水冷射频等离子反应器，其特征在于：所述的高频感应线圈(8)是用紫铜管外包套聚四氟乙稀管，绕制成直经相同的4～5匝同轴线圈。
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