CN212519532U - 一种纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬 - Google Patents

Abstract

一种涉及纳米材料制造领域的纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬，包含等离子炬本体和空气制备吹送设备；等离子炬本体包含从内到外套设的送粉管、内层管、中间管、外层管和感应线圈，外层管上下端外侧分别套设有上密封环座和下密封环座，上密封环座和下密封环座均与外层管之间设有第一密封圈；感应线圈外侧套设有送风玻璃罩，送风玻璃罩的底端敞口，送风玻璃罩的顶端与上密封环座的底端密封固定，上密封环座外侧壁设有多个送风口；靠近下密封环座的中间管和外层管之间设有用于阻挡等离子火焰光的挡焰环套；该射频等离子炬不仅能够防止高频感应线圈匝间放电，增加降温效果，而且能够防止密封圈受热损坏，提高使用寿命。

Description

一种纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬

技术领域

本实用新型涉及纳米材料制造领域，尤其是涉及一种纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬。

背景技术

公知的，利用射频等离子体为热源制取纳米粉体的设备，已经在纳米材料制造行业被广泛应用，并具有能源利用率高、产出率高、无污染、安全性好的特点；射频等离子制粉设备主要有射频等离子炬、射频等离子体电源、供气送粉系统、反应室与收集室、真空抽气系统、冷水机组、电气控制及测量系统组成；在射频等离子炬内，惰性气体（如氩气）在高频感应线圈产生的电磁波的作用下被电离，形成稳定的高温惰性气体等离子体，原料粉末通过运载气体经送粉器喷入等离子炬中，粉末颗粒在高温等离子体中吸收大量的热，迅速熔化，并以极高的速度进入反应器，在惰性气氛下快速冷却凝固成新的粉末，通过改变线圈电压和频率、等离子体火焰形状、送粉速度等工艺参数，能够制备不同粒径的纳米粉末，或者只使原料粉末表面熔化，在表面张力的作用下制作出球形化粉体；总之，射频等离子炬作为等离子体的产生场所，在纳米粉体制作过程中起到至关重要的作用；

传统的等离子炬一般竖直设置，并包含从里到外同轴并间隙套置的送粉管、内层管、中间管和外层管，以及用于固定多层套管上下两端的上连接座和下连接座，等离子炬的上连接座与上游的供气送粉系统连接，下连接座与下游的反应室与收集室连接，为了观察等离子体火焰的形状，便于进行图像分析，调整工艺参数，一般内层管、中间管和外层管都会使用透明的玻璃管，而高频感应线圈环套在外层管的外部；但是，这种传统的等离子炬存在以下两个问题：

第一、为了达到高温惰性气体等离子体的制备需要，感应线圈的通电电压很高，达到6000～30000伏，且会产生几兆赫兹的高频电磁震荡，一旦击穿空气产生匝间放电，不仅使得线圈不对内工作，影响氩气电离，而且若对玻璃管或等离子炬的其它部件放电，也会击毁设备，造成严重损失；尤其是在干燥的工作环境，会大大降低空气的击穿电压，增加事故的发生几率；

第二、上连接座和下连接座分别与外层管的两端通过密封圈密封连接，由于高频等离子体火焰的温度很高，即使在中间管和外层管之间通有冷却气体降温，也会对密封圈的寿命造成影响，因为等离子体火焰被从上向下吹送，距离上连接座较远，对上连接座的密封圈影响较小，但是下连接座的密封圈容易因高温损毁，影响整个等离子腔室的密封效果，进而会影响的纳米产品的制造质量。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬，不仅能够防止高频感应线圈匝间放电，增加降温效果，而且能够防止密封圈受热损坏，提高使用寿命。

为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬，包含竖直设置的等离子炬本体和空气制备吹送设备；所述等离子炬本体包含从内到外同轴并间隙套设的送粉管、内层管、中间管、外层管和用于电离惰性气体产生等离子体的感应线圈，所述外层管上下端外侧分别套设有上密封环座和下密封环座，所述上密封环座和下密封环座均与外层管之间设有用于密封的第一密封圈；所述感应线圈外侧有间隙的套设有筒形的送风玻璃罩，所述送风玻璃罩的底端敞口，送风玻璃罩的顶端与上密封环座的底端密封固定，所述上密封环座外侧壁均匀环设有多个连通至送风玻璃罩内腔的送风口；所述空气制备吹送设备包含气体分布器、风机和用于制备潮湿空气的加湿器，所述加湿器的空气出口与风机的进口连接，所述风机的出口与气体分布器的总进口连接，所述气体分布器对应送风口设有多个支路出口，所述支路出口与相应送风口通过软管连通；靠近下密封环座的中间管和外层管之间设有用于阻挡等离子火焰光的挡焰环套。

进一步，所述上密封环座的底端面设有适配送风玻璃罩顶端插入的凹槽，所述凹槽内壁与送风玻璃罩外壁之间设有第二密封圈，所述送风玻璃罩顶端外侧套设有与上密封环座外端面可拆卸固定连接，并用于压紧第二密封圈的密封压板。

进一步，所述送风玻璃罩外壁沿其轴向设有多排对应于感应线圈的通孔，每排通孔数量设为若干并沿送风玻璃罩周向均匀分布。

进一步，所述送风玻璃罩内壁与感应线圈的外壁间距小于30mm。

进一步，所述下密封环座下端面中央设有用于中间管穿过的台阶孔，所述挡焰环套与中间管之间留有间隙，所述挡焰环套的下端向外直角延伸设有适配台阶孔沉孔的圆环，所述挡焰环套的上端穿过台阶孔通孔并高于位于下密封环座的第一密封圈；所述台阶孔的外缘面可拆卸固定连接有用于压紧固定挡焰环套的环形压板，所述环形压板与中间管之间留有间隙。

进一步，所述挡焰环套分别与外层管和台阶孔通孔之间均留有间隙，所述挡焰环套的圆环上设有竖直的通气孔，所述台阶孔的台阶面下沉设有用于连通通气孔和外层管内腔的斜角，所述环形压板与通气孔外侧的圆环表面对应抵触。

进一步，所述加湿器包含缓冲管、加热水箱和控制柜；所述加热水箱侧壁安装有电加热装置、液位计和水温检测装置，所述加热水箱的底部设有排水管，所述排水管上安装有排水阀，所述加热水箱的顶部设有进水管、蒸汽出管和泄压管，所述进水管、蒸汽出管和泄压管上分别安装有电磁阀、第一电动调节阀和开关阀；所述缓冲管的两端分别设有空气进管和空气出管，所述空气进管上安装有第二电动调节阀；所述缓冲管靠近进风管一端的管壁通过蒸汽出管与加热水箱连通，所述缓冲管的中部管壁设有用于为缓冲管内空气降温的冷却装置，所述缓冲管的另一端管壁安装有第一温度探测器和第一湿度探测器；所述电加热装置、液位计、水温检测装置、电磁阀、第一电动调节阀、第二电动调节阀、第一温度探测器、第一湿度探测器分别与控制柜信号连接。

进一步，所述冷却装置包含夹套以及分别与控制柜信号连接的电动进水阀和电动出水阀，所述电动进水阀和电动出水阀分别安装在夹套两端外壁设置的冷却水进管和冷却水出管上。

进一步，所述加湿器包含外壳，所述加热水箱和控制柜分别设于外壳内腔下部两侧，所述缓冲管设于外壳内腔上部。

进一步，所述加湿器与风机之间设有汽水分离器。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型公开的纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬，在感应线圈的外侧套设送风玻璃罩，在不影响对内观察等离子体火焰的同时，利用上密封环座将送风玻璃罩的顶端密封固定，通过风机向送风玻璃罩内通入高速气体，不仅能够对感应线圈和外层管进行降温，而且能够吹走感应线圈附近的自由电子，防止感应线圈出现匝间放电现象，并能够通过加湿器增加送入高速气体中的水分子，提高捕获自由电子的能力，进而提高空气的击穿电压；相对于传统的等离子炬，本实用新型设置不仅增大了感应线圈和外层管的冷却效果，而且降低了玻璃管或等离子炬的其它部件被击毁的风险，保证了纳米粉体制备的安全生产过程；

当通过感应线圈电离惰性气体在中间管内形成高温火焰后，在惰性气体的吹送下，高温火焰会从送粉管的喷头处向中间管的下端蔓延，通过在外层管下端和中间管之间设置挡焰环套，能够防止等离子体火焰的辐射热量过多的传递到外层管与下密封环座之间设置的第一密封圈，降低第一密封圈的使用寿命，甚至损坏第一密封圈，同时挡焰环套与中间管之间的间隙也不妨碍中间管与外层管之间冷却气体的流动；因此，本实用新型能够防止第一密封圈受热损坏，具有更好的密封效果，降低了损失，保证了纳米粉体制造的安全生产过程。

附图说明

图1是本实用新型的示意图；

图2是图1的A部放大示意图；

图3是图1的B部放大示意图；

图4是所述加湿器的结构示意图。

图中：1、送粉管；2、内层管；3、中间管；4、外层管；5、送风玻璃罩；6、感应线圈；7、气体分布器；8、风机；9、加湿器；901、第二电动调节阀；902、缓冲管；903、冷却装置；904、第一温度探测器；905、第一湿度探测器；906、第一电动调节阀；907、加热水箱；908、电加热装置；10、上密封环座；11、挡焰环套；12、第一密封圈；13、下密封环座；14、送风口；15、第二密封圈；16、密封压板；17、通气孔；18、环形压板。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进，本实用新型并不局限于下面的实施例；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系，仅是与本申请的附图对应，为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位：

结合附图1-4所述的纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬，包含竖直设置的等离子炬本体和空气制备吹送设备；等离子炬本体包含从内到外同轴并间隙套设的送粉管1、内层管2、中间管3、外层管4和用于电离惰性气体产生等离子体的感应线圈6，送粉管1用于喷出原料粉末，送粉管1和内层管2之间通入用于被电离为等离子体的氩气，内层管2和中间管3之间通入氩气用于限制等离子体火焰，防止高温的等离子体火焰接触到中间管3，同时能够控制通入氩气的速度，改变等离子体火焰形状，中间管3和外层管4之间同样通入氩气用于对中间管3进行冷却降温；外层管4上下端外侧分别套设有上密封环座10和下密封环座13，上密封环座10和下密封环座13均与外层管4之间设有用于密封的第一密封圈12，外层管4是保障该射频等离子炬内氩气不会泄漏的屏障，因此，外层管4的两端需要密封起来，也防止纳米粉体制备的过程中被污染；

感应线圈6外侧有间隙的套设有筒形的送风玻璃罩5，送风玻璃罩5设为透明的圆筒形玻璃罩，便于制作和安装，不妨碍对等离子体火焰的观察；送风玻璃罩5的底端敞口，送风玻璃罩5的顶端与上密封环座10的底端密封固定；根据需要，上密封环座10的底端面设有适配送风玻璃罩5顶端插入的凹槽，凹槽内壁与送风玻璃罩5外壁之间设有第二密封圈15，为了增强密封效果，第二密封圈15能够设为多个，送风玻璃罩5顶端外侧套设有与上密封环座10外端面可拆卸固定连接，并用于压紧第二密封圈15的密封压板16，密封压板16与上密封环座10外端面能够通过螺钉进行连接，保证密封严密，连接稳固，防止送风玻璃罩5掉落；上密封环座10外侧壁均匀环设有多个连通至送风玻璃罩5内腔的送风口14，保证送风均匀，通过送风口14向送风玻璃罩5内通入高速气体，不仅能够对感应线圈6和外层管4进行降温，而且能够吹走感应线圈6附近的自由电子，防止感应线圈6出现匝间放电现象；此外，送风玻璃罩5外壁沿其轴向设有多排对应于感应线圈6的通孔，每排通孔数量设为若干并沿送风玻璃罩5周向均匀分布，使得自由电子能够从通孔逐步向外释放，防止大量自由电子通过送风玻璃罩5的底敞口端向外层管4下端的下密封环座13汇集，下密封环座13一般设为金属材质，优选的，下密封环座7为绝缘材质，防止导电；优选的，感应线圈6的部分线圈露出送风玻璃罩5，最好只露出一到两匝线圈，同样是为了及早释放自由电子至送风玻璃罩5外；优选的，送风玻璃罩5内壁与感应线圈6的外壁间距小于30mm，增大送风效率和效益，提高冷却效果，一般设为10mm；

空气制备吹送设备包含气体分布器7、风机8和用于制备潮湿空气的加湿器9，加湿器9的空气出口与风机8的进口连接，风机8的出口与气体分布器7的总进口连接，气体分布器7对应送风口14设有多个支路出口，支路出口与相应送风口通过软管连通，利用风机8抽送空气并通过气体分布器7向射频等离子炬的感应线圈6吹送，在降温的同时吹走感应线圈6周围的自由电子，防止感应线圈6匝间放电，并能够通过加湿器9增加送入空气中的水分子，提高捕获自由电子的能力，进而提高空气的击穿电压；此外，加湿器9与风机8之间设有汽水分离器，防止风机8的风速过大时，带走大颗粒的水滴；根据需要，加湿器包含缓冲管902、加热水箱907和控制柜，此外，加湿器9包含外壳，加热水箱907和控制柜分别设于外壳内腔下部两侧，缓冲管902设于外壳内腔上部，模块化结构便于节省空间，也便于防水防尘，移动运输；加热水箱907侧壁安装有电加热装置908、液位计和水温检测装置，加热水箱907的底部设有排水管，排水管上安装有排水阀，加热水箱907的顶部设有进水管、蒸汽出管和泄压管，进水管、蒸汽出管和泄压管上分别安装有电磁阀、第一电动调节阀906和开关阀，进水管接外部水源，利用液位计检测加热水箱907中的水位，当水位低于设定值时，控制电磁阀打开向加热水箱907中注水；利用电加热装置908给加热水箱907内的水升温加热来制备水蒸汽，在加热过程中打开开关阀，保证加热水箱907在常压下加热，防止加热水箱907损坏；当加热水箱907的水沸腾时，通过水温检测装置检测温度，控制电加热装置908停止加热或处于保温状态，节约能源；通过控制第一电动调节阀906的开度，来控制水蒸汽的输送量，进而控制吹送空气的湿度；

缓冲管902的两端分别设有空气进管和空气出管，空气进管上安装有第二电动调节阀901，通过调节第二电动调节阀901的开度，能够调节外部空气的进气量；缓冲管902靠近进风管一端的管壁通过蒸汽出管与加热水箱907连通，使得水蒸气和外部空气能够在缓冲管902端部混合均匀，增加空气的整体湿度；缓冲管902的中部管壁设有用于为缓冲管902内空气降温的冷却装置903，此外，冷却装置903包含夹套以及分别与控制柜信号连接的电动进水阀和电动出水阀，电动进水阀和电动出水阀分别安装在夹套两端外壁设置的冷却水进管和冷却水出管上，采用夹套冷却结构为吹送空气降温；此外，冷却装置903设为与控制柜信号连接的芯片冷却系统，芯片冷却系统为新型的接触式降温系统，温度控制根据稳定；缓冲管902的另一端管壁安装有第一温度探测器904和第一湿度探测器905，在降温或增湿前，能够先用来检测外部环境，在降温或增湿后只能用来检测末端吹送空气的温度和湿度；电加热装置908、液位计、水温检测装置、电磁阀、第一电动调节阀906、第二电动调节阀901、第一温度探测器904、第一湿度探测器905分别与控制柜信号连接，通过检测外部环境的温度和湿度，以及射频等离子炬根据纳米粉体的制备需要而设定的感应线圈6电压值，来控制吹送空气的温度和湿度，能够在保证吹送效果的同时，节约能源，降低成本；

靠近下密封环座13的中间管和外层管之间设有用于阻挡等离子火焰光的挡焰环套11，挡焰环套11设为耐高温的陶瓷或金属材质，隔温隔光效果更好；根据需要，下密封环座13下端面中央设有用于中间管3穿过的台阶孔，挡焰环套11与中间管3之间留有间隙，便于冷却气体通过，对挡焰环套11和中间管3进行降温；挡焰环套11的下端向外直角延伸设有适配台阶孔沉孔的圆环，挡焰环套11的上端穿过台阶孔通孔并高于位于下密封环座13的第一密封圈12，防止等离子体火焰的辐射热量过多的传递到第一密封圈12，影响第一密封圈12的使用寿命；台阶孔的外缘面可拆卸固定连接有用于压紧固定挡焰环套11的环形压板18，环形压板18与中间管3之间留有间隙；此外，挡焰环套11分别与外层管4和台阶孔通孔之间均留有间隙，挡焰环套11的圆环上设有竖直的通气孔17，台阶孔的台阶面下沉设有用于连通通气孔17和外层管内腔的斜角，环形压板18与通气孔17外侧的圆环表面对应抵触，这样挡焰环套11和外层管4不直接接触，且挡焰环套11与外层管4之间也能够流通冷却气体，更加有利于对第一密封圈12进行隔热保护；根据需要，下密封环座13内设有环形水槽，通过在环形水槽中通入循环水，能够对下密封环座13以及下密封环座13周围的管件、连接件和第一密封圈12进行冷却降温。

本实用新型未详述部分为现有技术。

Claims (10)

1.一种纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬，包含竖直设置的等离子炬本体和空气制备吹送设备；所述等离子炬本体包含从内到外同轴并间隙套设的送粉管（1）、内层管（2）、中间管（3）、外层管（4）和用于电离惰性气体产生等离子体的感应线圈（6），所述外层管（4）上下端外侧分别套设有上密封环座（10）和下密封环座（13），所述上密封环座（10）和下密封环座（13）均与外层管（4）之间设有用于密封的第一密封圈（12），其特征在于：所述感应线圈（6）外侧有间隙的套设有筒形的送风玻璃罩（5），所述送风玻璃罩（5）的底端敞口，送风玻璃罩（5）的顶端与上密封环座（10）的底端密封固定，所述上密封环座（10）外侧壁均匀环设有多个连通至送风玻璃罩（5）内腔的送风口（14）；所述空气制备吹送设备包含气体分布器（7）、风机（8）和用于制备潮湿空气的加湿器（9），所述加湿器（9）的空气出口与风机（8）的进口连接，所述风机（8）的出口与气体分布器（7）的总进口连接，所述气体分布器（7）对应送风口（14）设有多个支路出口，所述支路出口与相应送风口通过软管连通；靠近下密封环座（13）的中间管和外层管之间设有用于阻挡等离子火焰光的挡焰环套（11）。

2.根据权利要求1所述的纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬，其特征是：所述上密封环座（10）的底端面设有适配送风玻璃罩（5）顶端插入的凹槽，所述凹槽内壁与送风玻璃罩（5）外壁之间设有第二密封圈（15），所述送风玻璃罩（5）顶端外侧套设有与上密封环座（10）外端面可拆卸固定连接，并用于压紧第二密封圈（15）的密封压板（16）。

3.根据权利要求1所述的纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬，其特征是：所述送风玻璃罩（5）外壁沿其轴向设有多排对应于感应线圈（6）的通孔，每排通孔数量设为若干并沿送风玻璃罩（5）周向均匀分布。

4.根据权利要求1所述的纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬，其特征是：所述送风玻璃罩（5）内壁与感应线圈（6）的外壁间距小于30mm。

5.根据权利要求1所述的纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬，其特征是：所述下密封环座（13）下端面中央设有用于中间管（3）穿过的台阶孔，所述挡焰环套（11）与中间管（3）之间留有间隙，所述挡焰环套（11）的下端向外直角延伸设有适配台阶孔沉孔的圆环，所述挡焰环套（11）的上端穿过台阶孔通孔并高于位于下密封环座（13）的第一密封圈（12）；所述台阶孔的外缘面可拆卸固定连接有用于压紧固定挡焰环套（11）的环形压板（18），所述环形压板（18）与中间管（3）之间留有间隙。

6.根据权利要求5所述的纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬，其特征是：所述挡焰环套（11）分别与外层管（4）和台阶孔通孔之间均留有间隙，所述挡焰环套（11）的圆环上设有竖直的通气孔（17），所述台阶孔的台阶面下沉设有用于连通通气孔（17）和外层管内腔的斜角，所述环形压板（18）与通气孔（17）外侧的圆环表面对应抵触。

7.根据权利要求1所述的纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬，其特征是：所述加湿器包含缓冲管（902）、加热水箱（907）和控制柜；所述加热水箱（907）侧壁安装有电加热装置（908）、液位计和水温检测装置，所述加热水箱（907）的底部设有排水管，所述排水管上安装有排水阀，所述加热水箱（907）的顶部设有进水管、蒸汽出管和泄压管，所述进水管、蒸汽出管和泄压管上分别安装有电磁阀、第一电动调节阀（906）和开关阀；所述缓冲管（902）的两端分别设有空气进管和空气出管，所述空气进管上安装有第二电动调节阀（901）；所述缓冲管（902）靠近进风管一端的管壁通过蒸汽出管与加热水箱（907）连通，所述缓冲管（902）的中部管壁设有用于为缓冲管（902）内空气降温的冷却装置（903），所述缓冲管（902）的另一端管壁安装有第一温度探测器（904）和第一湿度探测器（905）；所述电加热装置（908）、液位计、水温检测装置、电磁阀、第一电动调节阀（906）、第二电动调节阀（901）、第一温度探测器（904）、第一湿度探测器（905）分别与控制柜信号连接。

8.根据权利要求7所述的纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬，其特征是：所述冷却装置（903）包含夹套以及分别与控制柜信号连接的电动进水阀和电动出水阀，所述电动进水阀和电动出水阀分别安装在夹套两端外壁设置的冷却水进管和冷却水出管上。

9.根据权利要求7所述的纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬，其特征是：所述加湿器（9）包含外壳，所述加热水箱（907）和控制柜分别设于外壳内腔下部两侧，所述缓冲管（902）设于外壳内腔上部。

10.根据权利要求1所述的纳米粉体制造用带有放电保护装置的射频等离子炬，其特征是：所述加湿器（9）与风机（8）之间设有汽水分离器。

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