CN219204768U - 等离子炬阳极、等离子炬及废气处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例提供了一种等离子炬阳极、等离子炬及废气处理装置，涉及等离子炬领域。旨在改善等离子炬电弧不够稳定的问题。等离子炬阳极包括阳极本体；阳极本体设置有贯通第一端以及第二端的电弧通道，电弧通道包括依次连通且同轴设置的至少两个通道段，相邻的两个通道段中，靠近第二端的通道段的直径大于靠近第一端的通道段的直径；相邻的两个通道段的直径比例范围为1/2‑7/10。等离子炬包括等离子炬阳极。废气处理装置包括等离子炬。相邻的两个通道段的直径比例在1/2‑7/10之间时，等离子炬电弧不会产生涡流，可以保持在较稳定状态，也不会有高温区。

Description

等离子炬阳极、等离子炬及废气处理装置

技术领域

本实用新型涉及等离子炬领域，具体而言，涉及一种等离子炬阳极、等离子炬及废气处理装置。

背景技术

几乎所有半导体的废气均为有毒有害气体，对人体和环境造成严重威胁。随着半导体行业的产能激增，半导体厂商企业内部设施的限制，使企业对废气处理设备的处理效率有更高的要求。

等离子炬加热采用惰性气体等离子放电，中心温度可达10000K，废气处理效率高。但是目前的等离子炬存在电弧不够稳定的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的包括，例如，提供了一种等离子炬阳极，其能够改善等离子炬电弧不够稳定的问题。

本实用新型的目的还包括，提供了一种等离子炬，其能够改善等离子炬电弧不够稳定的问题。

本实用新型的目的还包括，提供了一种废气处理装置，其能够改善等离子炬电弧不够稳定的问题。

本实用新型的实施例可以这样实现：

本实用新型的实施例提供了一种等离子炬阳极，用于与等离子炬阴极匹配，所述等离子炬阳极包括阳极本体；所述阳极本体具有位置相对的第一端以及第二端，所述阳极本体的所述第一端用于与等离子炬阴极对应；所述阳极本体设置有贯通所述第一端以及所述第二端的电弧通道，所述电弧通道包括依次连通且同轴设置的至少两个通道段，相邻的两个所述通道段中，靠近所述第二端的所述通道段的直径大于靠近所述第一端的所述通道段的直径；相邻的两个所述通道段的直径比例范围为1/2-7/10。

上下两段通道段的直径不同时，由于通道段的横截面积不同，根据伯努利方程可知横截面接更大部分，流速更小、压力更大，上下两段压力也不同，中间部分气压增大，将电弧推到电弧通道的内壁上，使电弧提前在阳极着落，达到稳定电弧的目的。上下两段通道段的直径比不同会有不同的效果，直径比例在1/2-7/10之间时，等离子炬电弧不会产生涡流，也不会有高温区，等离子炬电压可以保持在较稳定状态，且不会有高温区。直径比例小于1/2时，会在变径的直径较大一侧形成涡流，导致热量在变径部分聚集造成局部温度过高，进而导致等离子炬腐蚀严重、寿命减少；直径比例大于7/10时，所述台阶形结构则起不到明显作用。

另外，本实用新型的实施例提供的等离子炬阳极还可以具有如下附加的技术特征：

可选地，所述至少两个通道段包括第一通道段以及第二通道段；所述第一通道段相对所述第二通道段靠近所述第一端；所述第一通道段的直径与所述第二通道段的直径比例范围为1/2-7/10。

保证等离子炬电压可以保持在较稳定状态，且不会有高温区。直径比例小于1/2时，会在变径的直径较大一侧形成涡流，导致热量在变径部分聚集造成局部温度过高，进而导致等离子炬腐蚀严重、寿命减少；直径比例大于7/10时，所述台阶形结构则起不到明显作用。

可选地，相邻的两个所述通道段的直径比例为1/2、3/5、2/3或者7/10。直径比例在1/2-7/10均可以保证电弧的稳定状态，适用范围广。

可选地，所述电弧通道还包括设置在所述第一端的第一喇叭口；所述第一喇叭口以及所述至少两个通道段依次设置且连通；所述第一喇叭口的口径沿所述第一端到所述第二端的方向逐渐减小。

第一喇叭口用于引导气体进入电弧通道。第一喇叭口作用为导流口可以将旋转气体顺利导入通道段；加工好的等离子阳极若没有第一喇叭口，通道口部分两面角度为90度，尖角部分极易与阴极放电而导致电弧无法移动，进而导致等离子炬阳极通道口部分极易烧损，有第一喇叭口后可同时解决起弧和电弧无法移动问题。

可选地，所述电弧通道还包括设置在所述第二端的第二喇叭口；所述第一喇叭口、所述至少两个通道段以及所述第二喇叭口依次设置且连通；所述第二喇叭口的口径沿所述第一端到所述第二端的方向逐渐增大。

第二喇叭口用于供等离子体喷出，等离子体从等离子炬阳极喷出时，电弧会优先落在有尖角部分，若没有第二喇叭口则第二端的尖角会使电弧优先接触，导致局部温度过高进而烧蚀、损坏、降低寿命，有第二喇叭口就避免了等离子炬阳极的第二端被烧蚀，延长等离子炬阳极的使用寿命。

可选地，所述阳极本体的所述第一端的外部设置有向外凸起的第一限位台，所述阳极本体的所述第二端的外部设置有向外凸起的第二限位台；所述第一限位台以及所述第二限位台用于安装固定所述阳极本体。

第一限位台以及第一限位台用于辅助安装固定阳极本体。

本实用新型的实施例还提供了一种等离子炬。所述等离子炬包括等离子炬阳极。改善等离子炬电弧不够稳定的问题。

可选地，所述等离子炬还包括安装壳以及等离子炬阴极，所述等离子炬阳极设置在所述安装壳内，所述等离子炬阳极与所述等离子炬阴极对应设置，所述等离子炬阳极的所述第一端相对所述第二端靠近所述等离子炬阴极。改善等离子炬电弧不够稳定的问题。

本实用新型的实施例还提供了一种废气处理装置，所述废气处理装置包括等离子炬。能够改善等离子炬电弧不够稳定的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的等离子炬阳极的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的等离子炬阳极内部没有涡流的流场模拟的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的等离子炬阳极内部有涡流的流场模拟的示意图。

图标：10-等离子炬阳极；100-阳极本体；110-第一端；120-第二端；130-电弧通道；131-第一通道段；132-第二通道段；140-第一喇叭口；150-第二喇叭口；160-第一限位台；170-第二限位台。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。

下面结合图1至图3对本实施例提供的等离子炬阳极10、等离子炬及废气处理装置进行详细描述。

请参照图1，本实用新型的实施例提供了一种等离子炬阳极10，用于与等离子炬阴极匹配，等离子炬阳极10包括阳极本体100；阳极本体100具有位置相对的第一端110以及第二端120，阳极本体100的第一端110用于与等离子炬阴极对应；阳极本体100设置有贯通第一端110以及第二端120的电弧通道130，电弧通道130包括依次连通且同轴设置的至少两个通道段，相邻的两个通道段中，靠近第二端120的通道段的直径大于靠近第一端110的通道段的直径；相邻的两个通道段的直径比例范围为1/2-7/10。

具体的，以图1中的相对位置进行介绍，阳极本体100的上端为第一端110，阳极本体100的下端为第二端120，第一端110与第二端120从上到下间隔设置，等离子炬阴极设置在等离子炬阳极10的上方。电弧通道130沿竖直方向设置，电弧通道130贯通阳极本体100的上端以及下端。“至少两个通道段”沿从上到下的方向依次设置，单独的通道段等径，相邻的两个通道段之间形成台阶部。

当等离子炬阳极10内部上端通道段与下端通道段直径不同时，由于通道段的横截面积不同，上下两段压力也不同，会导致旋转氮气在台阶处压力减小量大，中间部分气压增大，将电弧推到阳极本体100内壁上，使电弧提前在等离子炬阳极10内壁着落，达到稳定电弧的目的。因此，台阶型等离子炬阳极10可以有效使电弧围绕在下一个通道段部分环形运动，避免集中同一个点长时间放热导致局部温度过高，加重烧蚀、降低寿命。

通过控制通道段之间的直径比例，可以控制等离子炬喷射出来等离子体的热量分布区域，达到通过控制结构来控制等离子炬高温区的目的。通过控制通道段之间的直径比例越小，等离子体造成的高温区范围越细、距离越远；通过控制通道段之间的直径比例越大，等离子体造成的高温区范围越粗、距离越近。

因此，相邻的两个通道段的直径在一定比例的情况下可对电弧起到固定作用，避免电弧跳动导致电压波动。“相邻的两个通道段的直径比例范围为1/2-7/10”，等离子炬电压可以保持在较稳定状态，且不会有局部高温区。参照图2，线A左侧的电弧B1为位于上端的通道段内的电弧，线A右侧的电弧B2为位于下端的通道段内的电弧，由于下端的通道段直径变大，电弧被推到下端的通道段的内壁上，使电弧提前在等离子炬阳极10内着落，同时，电弧B1的下方区域W没有涡流产生，也没有聚集的高温区产生，电弧保持在一个较稳定的状态。参照图3，电弧B1的下方区域W1有涡流。

需要说明的是：“至少两个通道段”包括两个、三个、四个或者四个以上的通道段。

参照图1，本实施例中，至少两个通道段包括第一通道段131以及第二通道段132；第一通道段131相对第二通道段132靠近第一端110；第一通道段131的直径与第二通道段132的直径比例范围为1/2-7/10。

以图1中的相对位置进行介绍，第一通道段131以及第二通道段132从上到下依次设置。第一通道段131的直径为H1，第二通道段132的直径为H2，H1/H2的范围为1/2-7/10。

具体的，相邻的两个通道段的直径比例为1/2、3/5、2/3或者7/10等。

参照图1，第一通道段131与第二通道段132的直径比例不同，最终实现的效果也不同。通过控制通道段之间的直径比例，可以控制等离子炬喷射出来等离子体的热量分布区域。

参照图1，本实施例中，电弧通道130还包括设置在第一端110的第一喇叭口140；第一喇叭口140以及至少两个通道段依次设置且连通；第一喇叭口140的口径沿第一端110到第二端120的方向逐渐减小。

以图1中的相对位置进行介绍，第一喇叭口140设置在至少两个通道段的上方。具体的，第一喇叭口140设置在第一通道段131的上方，第一喇叭口140的直径从上到下逐渐减小。第一喇叭口140用于引导气体进入电弧通道130。

第一喇叭口140作用为导流口可以将旋转气体顺利导入通道段；加工好的等离子阳极若没有第一喇叭口140，通道口部分两面角度为90度，尖角部分极易与阴极放电而导致电弧无法移动，进而导致等离子炬阳极通道口部分极易烧损，有第一喇叭口140后可同时解决起弧和电弧无法移动问题。

参照图1，本实施例中，电弧通道130还包括设置在第二端120的第二喇叭口150；第一喇叭口140、至少两个通道段以及第二喇叭口150依次设置且连通；第二喇叭口150的口径沿第一端110到第二端120的方向逐渐增大。

以图1中的相对位置进行介绍，第二喇叭口150设置在至少两个通道段的下方。具体的，第二喇叭口150设置在第二通道段132的下方，第一喇叭口140的直径从上到下逐渐增大。

第二喇叭口150用于供等离子体喷出，等离子体从等离子炬阳极喷出时，电弧会优先落在有尖角部分，若没有第二喇叭口150则第二端的尖角会使电弧优先接触，导致局部温度过高进而烧蚀、损坏、降低寿命，有第二喇叭口150就避免了等离子炬阳极的第二端被烧蚀，延长等离子炬阳极的使用寿命。

参照图1，本实施例中，阳极本体100的第一端110的外部设置有向外凸起的第一限位台160，阳极本体100的第二端120的外部设置有向外凸起的第二限位台170；第一限位台160以及第二限位台170用于安装固定阳极本体100。

等离子炬还包括安装壳(图未示)，阳极本体100设置在安装壳内，第一限位台160以及第二限位台170用于与安装壳之间形成冷却水腔，冷却水腔用于容置对阳极本体100进行冷却的冷却水。

具体的，在第一限位台160与安装壳之间还设置密封圈，同理，在第二限位台170与安装壳之间也设置有密封圈，用于形成密封的冷却水腔。冷却水腔用于对等离子炬阳极10进行冷却，防止等离子炬阳极10温度过高，延长等离子炬阳极10的使用寿命。

本实施例中，第一限位台160与第二限位台170结构相同。具体的，第一限位台160与第二限位台170均呈圆盘状，且尺寸相同。

本实施例中，阳极本体100呈圆柱状。在其他实施例中，也可以是圆锥状。降低加工难度，降低与安装壳的匹配难度。

根据本实施例提供的一种等离子炬阳极10，等离子炬阳极10的工作原理是：通过控制通道段之间的直径比例，控制等离子炬喷射出来的等离子体的热量分布区域。

本实施例提供的一种等离子炬阳极10至少具有以下优点：

上下两段通道段的直径比例在1/2-7/10之间时，等离子炬电弧不会产生涡流，也没有聚集的高温区产生，电弧保持在一个较稳定的状态。

本实用新型的实施例还提供了一种等离子炬。等离子炬包括等离子炬阳极10。改善等离子炬电弧不够稳定的问题。

本实施例中，等离子炬还包括安装壳以及等离子炬阴极，等离子炬阳极10设置在安装壳内，等离子炬阳极10与等离子炬阴极对应设置，等离子炬阳极10的第一端110相对第二端120靠近等离子炬阴极。

本实用新型的实施例还提供了一种废气处理装置，废气处理装置包括上述的等离子炬。改善等离子炬电弧不够稳定的问题。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种等离子炬阳极，用于与等离子炬阴极匹配，其特征在于，所述等离子炬阳极包括：

阳极本体(100)；

所述阳极本体(100)具有位置相对的第一端(110)以及第二端(120)，所述阳极本体(100)的所述第一端(110)用于与等离子炬阴极对应；所述阳极本体(100)设置有贯通所述第一端(110)以及所述第二端(120)的电弧通道(130)，所述电弧通道(130)包括依次连通且同轴设置的至少两个通道段，相邻的两个所述通道段中，靠近所述第二端(120)的所述通道段的直径大于靠近所述第一端(110)的所述通道段的直径；相邻的两个所述通道段的直径比例范围为1/2-7/10。

2.根据权利要求1所述的等离子炬阳极，其特征在于：

所述至少两个通道段包括第一通道段(131)以及第二通道段(132)；所述第一通道段(131)相对所述第二通道段(132)靠近所述第一端(110)；所述第一通道段(131)的直径与所述第二通道段(132)的直径比例范围为1/2-7/10。

3.根据权利要求1所述的等离子炬阳极，其特征在于：

相邻的两个所述通道段的直径比例为1/2、3/5、2/3或者7/10。

4.根据权利要求1所述的等离子炬阳极，其特征在于：

所述电弧通道(130)还包括设置在所述第一端(110)的第一喇叭口(140)；所述第一喇叭口(140)以及所述至少两个通道段依次设置且连通；所述第一喇叭口(140)的口径沿所述第一端(110)到所述第二端(120)的方向逐渐减小。

5.根据权利要求4所述的等离子炬阳极，其特征在于：

所述电弧通道(130)还包括设置在所述第二端(120)的第二喇叭口(150)；所述第一喇叭口(140)、所述至少两个通道段以及所述第二喇叭口(150)依次设置且连通；所述第二喇叭口(150)的口径沿所述第一端(110)到所述第二端(120)的方向逐渐增大。

6.根据权利要求1-5任一项所述的等离子炬阳极，其特征在于；

所述阳极本体(100)的所述第一端(110)的外部设置有向外凸起的第一限位台(160)，所述阳极本体(100)的所述第二端(120)的外部设置有向外凸起的第二限位台(170)；

所述第一限位台(160)以及所述第二限位台(170)用于安装固定所述阳极本体(100)。

7.一种等离子炬，其特征在于，所述等离子炬包括权利要求1-6任一项所述的等离子炬阳极。

8.根据权利要求7所述的等离子炬，其特征在于，所述等离子炬还包括安装壳以及等离子炬阴极，所述等离子炬阳极设置在所述安装壳内，所述等离子炬阳极与所述等离子炬阴极对应设置，所述等离子炬阳极的所述第一端(110)相对所述第二端(120)靠近所述等离子炬阴极。

9.一种废气处理装置，其特征在于：所述废气处理装置包括权利要求7或8所述的等离子炬。

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