TWI344179B - - Google Patents

Description

13.44179 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ，纟發明係有關於-種雙模式卫作之電聚反應器裝 置’尤指運用-腔體内之—特定氣體放電產生不同放 電模式的電隸清潔物件表面之用，其操作簡單且可 連續以電漿清潔物件者。 【先前技術】 • #統物件之清潔方式須耗費大量化學清潔溶劑， 以及後續需使用大量清水沖洗及洪乾，此清潔程序不 僅會產生揮發性有機氣體造成空污問題，且浪費水資 ; 源、及耗時。以台灣而言，環保署最近擬修改法規，開 .徵默空污費，對此將在國内造成清潔製程更新之壓 力。另國際趨勢亦朝綠色製程之綠色產品方向前進， 相關法規亦在擬定或實施中。 鲁 A氣電漿清潔處理技術乃是利用氣體高麼放電方 式產生具有高動能的自由電子，經由此類電子與其他 氣體分子、原子碰撞轉移能量而形成自由活化基與激 心心77子等，再與物件表面之有機污染物發生反應如 氧化作用，將這些有機污染物轉變成無害或低污染物 質’達到清潔物·件表面之目的$為在此放電過程，， 主要外界能量均施加在電子上，原氣體分子能量並無 大f田麦❺即平均電子溫度遠大於氣體溫度，故稱為 非熱電漿。此技術具有省能與高效率之優點，且可大 1344179 幅減少化學品使用量。

一般高壓放電電漿反應器的結構設計與其應用之 標的物有密切關聯。目前應用於清潔物件表面上之電 漿反應器的主要有採RF放電及介電質屏壁放電二 種。採RF放電主要以一金屬振盪腔體放電為主，因 大氣中起始放電不易，常須以它法輔助，另須有調譜 裝置以負載匹配減少反射’其系統較複雜及成本較 高。介電質屏壁放電起源自1857年德國Siemens製造 臭氧’且延用至今並無巨大變化，此法之反應器則有 一或二個介電質絕緣材質於放電金屬電極間作隔離， 避免紐路，另此法使用一般交流高壓電源即可，故可 降低電源設置成本，因而應用層面較廣且普及。

乃叔中華民國專利公報公告第541614號之「電漿 π潔裝置」’此專利内容係為一種電漿清潔裝置，係於 支樓架内配合溝槽供放置數條平板狀的待清潔物於腔 體内配合電源供應||及電極外側之磁鐵所提供之磁 待?物提供—種電漿之清潔；崎徵在於該 :木内橫設有-傳動桿可與腔體的動力源連接並受 條待：：使之在支撐架内可以上下作動同時將至少二 稼架影響且使清料=成為一種不會受支 便β為效果更為均勻的電漿清潔裝置者> 構複：然上二習用之電聚清潔裝置可清潔基板，但架 次需裝置數個基板，《清潔時間亦較長， (S >

6 1344179 每次清潔之基板數量有限’更換基板亦耗時，而電將 清潔裝置於更換職巾若不_電源即造成耗電，二 :::要浪費再次開啟之時間。故一般習用者係I法 符合使用者於實際使用時之所需。 【發明内容】 本發明之主要目的係在於，提供—操作簡單 模式工作之電漿反應H裝置，只須將欲清潔之物件放

^於錢喷射處，依不同清潔物件可選擇不同施 率，即可達到清潔之功效，除可連續清潔物件外，亦 達到省電及降低成本之功效。 為達上述之目的，本發明係一種雙模式工作 漿反應器裝置’其包含一具兩個或多個氣體輸入埠之 氣體旋流空腔、-設置於該氣體璇流空腔内之第一電 極、-設置於該氣體漩流空腔内並與該第一電極相對 應之第二電極、一設於該第一電極與該第二電極間之 絕緣間隔層、一設於該氣體璇流空腔外之氣體輸入緩 衝空腔及一設於該第一電極外側之磁場產生裝置，另 有-與該第-電極及該第二電極電性輕接之高壓電源 裝置’用以提供氣體放電產生非熱電漿所需之高壓電 源，而本發明所產生之非熱電漿係由言亥第二電極之中 空圓柱通道喷射而出，且所欲清潔之物件只須放置於 電漿喷射出口處，即可以用電漿清潔。 、 1344179 【實施方式】 - 請參閱『第1及第2圖』所示，係分別為本發明 ’ 使用狀態之側視剖面示意圖及本發明使用狀態之俯視 剖面不意圖。如圖所示··本發明之雙模式卫作之電浆 反應器裝置1係包含一氣體漩流空腔2 i、一第一電 =1 2、-第二電極i 3、一絕緣間隔層丄4、一磁 %產生裝置1 5及一氣體輸入緩衝空腔丄6，另有一 ·_源裝置i 2 2與該第一電極丄2及該第二電極 1 3電性耦接，用以提供氣體放電產生非熱電漿所需 之高壓電源。 : 山該第一電極1 2係設於該氣體漩流空腔丄：内之 :、端該第一電極]2之中心係設有一中空圓柱氣流 圪C1 3 1其形狀為單端開口 一帽形。該第二電極1 3係與該第—電極1 2相對應，設置於該氣體旋流空 ^ 1 1内之另一端其形狀為一雙端開口之帽形。而該 電極1 2之内側係覆蓋有一第一絕緣層丄2工， /、X第電極1 2之外側係設有一磁場產生裝置1 5且5亥第一電極丄2係連接該高壓電源裝置1 2 2。 5亥第二電極1 3之中心係設有一中空圓柱通道i 1 °亥中空通道1 3 1係貫通第一電極1 2與第二 $極1 3之同心氣流通道。該第二電極i 3靠近該第 ▲電極1 2之一側係覆蓋有一第二絕緣層丄3 2 ,且 5玄第二電極1 3係接地電極。 1344179 。玄第電極1 2與第二電極1 3間係設有該絕緣 間隔4 ’並與絕緣間隔層121及絕緣間隔層m 構成氣體璇流空間η。該絕緣間隔層工4係設置有兩 個或多個圓形對稱之細小氣體輸入埠丄丄丄貫穿到氣 體旋流空腔11。該第一電極丄2與第二電極丄3係由 -金屬導電材質所製成，該金屬材質可為不導磁之銅 合金，且該電極之厚度可視實際運作考量之，厚度可 為3〜5mm。該第一絕緣層1 2 1與該第二絕緣層丄3 2之材質可為鐵弗龍（PTFE)、聚芳醚酮（ΡΕΕκ)、 聚乙烯（PE)、陶瓷、玻璃、石英等，厚度可為〇5〜3_。 而該高壓電源裝置i 2 2係為一高壓高頻 (>lkHz)交流電源裝置。 當使用本發明時，一工作氣體係先進入該氣體輸 入缓衝空腔1 6後，經由絕緣間隔層i 4該兩個或多 個細小之氣體輸入埠1 1 1 ’加快流速進入該氣體旋 流空腔1 1中。s玄氣體旋流空腔1 1係設有兩個或多 個氣體輸入埠1 1 1，該氣體輸入埠1 1 1係採圓對 稱設置，以近切線角度鑽孔穿透該絕緣間隔層1 4， 其口徑極細’約在1mm左右’當該工作氣體從該氣體 輸入埠1 1 1通入時，係於該絕緣間隔層1 4、該第 一絕緣層1 2 1與該第二絕緣層1 3 2所構成之氣體 璇流空腔1 1内之放電空間形成高速漩流，以加長該 工作氣體在該放電空間内的流動路徑，增加碰撞;欠數

9 1344179 產生更多活性自由基。中，上 土八中，邊工作氣體係可為氧氣、 氮軋、空氣、氦窮、畜盏 产 乱風乳、四氟化碳等乾燥氣體，亦 可視欲清潔物件之污染性質而添加水氣調整混合之。 §亥絕緣間隔層1 4之材質可為鐵弗龍（PTFE)、聚乙 = (PE)等’且該絕緣間隔層14之厚度可視實際高 壓運作及放電間隙距離考量之，該絕緣間隔層“之 厚度可為G.5〜3_，而在該第—電極丄2側邊之該第 一絕緣層12β該第二電極13側邊之第二絕緣層 1 3 2間所形成之實際放電間隙距離係可為G3〜icm。 當工作氣體在進入該氣體輸入緩衝空腔16後， 係藉由該氣體輸人蟑Η 1加速進人該氣體旋流空腔 1 1内形成尚速漩流，此時該高壓電源裝置丄2 2係 ^出高壓電源至該第—電極1 2，㈣轉該氣體璇 流空腔1 1内之氣體因高壓放電游離而產生電浆，且 4磁％產生裝置i 5係因位在該氣體漩流空腔i 1之 T央而產生一對稱軸向磁力線，可協助導引控制游離 軋體喷射之方向且增加喷射速度，故該電漿係由該第 二電極1 3間之該中空圓柱通道工3工喷射而出，其 乳流運動方向如圖1所示。當高壓放電產生電漿之 時，於低電流情形下，主要於兩平板間之氣體漩流空 腔1 1產生放電，主要為絲光（streamer)放電，故 稱此工作模式為絲光放電；但若再提升放電功率時隨 工作電流之升高’此時將轉為火花（SPARK)放電，其 1344179 放電主要產生於兩電極間之中空圓柱通道ΐ3ι，故 稱此工作模式為火花放電。料空11柱通道i 3 i之 管壁係為電絕緣材質，可為鐵弗龍（ptfe) ㈣（PEEK)、聚乙缔㈤）冑絕緣材質，其通道 内之直徑可為（MM.Sem，而該中空圓柱通道i 3丄之

出口亦可逐漸縮小成—喷嘴狀，以提昇氣體於出口端 之流速’其喷嘴π之直經可為G3〜Q8em。本發明之欲 清潔物件2只須放置於該中空圓柱通道i 3 i下方 即可以電t達到清潔之功效1磁場產生裝置15可 為-水久磁鐵，或一可由電流控制磁場大小之通電線 圈磁鐵。該氣體輸人緩衝空料6之作用除提供一氣 體輸入緩衝空間外’更作為聯結該第-電極i 2、該 第二電極1 3及該磁場產生裝置i 5之絕緣固定裝 置，其材質可為鐵㈣（PTFE) $聚芳賴（peek) 等可機械加工製作之絕緣材料。

第3圖，係本發明實例測試結果示意圖，亦為本 發明雙m之電漿反應器裝置的實例職結果， 在大軋壓下，以空氟為工作氣體，於低電流情形下， 為絲光放電於兩平板電極間，主要為臭氧產生；但當 電流升高時，轉為火花放電主要在於中央通道兩電極 間’臭氧沒有了，反而生成高濃度的氮氧化物。 古岭發明可在一大氣塵下工#，且㈣配合輸送 平台的程序控制，並可依照不同清潔物件的污染特性

需求，rK 之物3由調整施加功率，改變放電模式，對欲清潔 少值件進行清潔。又因採先進電漿清潔方式，大幅減 統化學清潔溶劑之使用，為一綠色技術。 综上所述，本發明之雙模式工作之電漿反應器可 A改善習用之種種缺點’操作簡單，並只須將欲清 置於電”射處，即可達到清潔之功效， 可連續清潔物件，達到省電及降低成本之功效，進 使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者 所々’確已符合發明專利申請之要件，爱依法 專利申請。 、♦准X上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已’ \不能以此限定本發明實施之範圍；⑨，凡依本發明 申》月專利紅圍及發明說明書内容所作之簡單的等效變 化與修飾’皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍内。 1J44179 【圖式簡單說明】 第1圖’係本發明使用狀態之側視剖面示意圖。 第2圖’係本發明使用狀態之俯視剖面示意圖。 第3圖，係本發明實例測試結果示意圖。 【主要元件符號說明】 電漿清潔裝置1 氣體漩流空腔1 1 氣體輸入埠1 1 1 第一電極1 2 第一絕緣層121 高壓電源裝置122 第二電極1 3 中空圓柱通道131 第二絕緣層1 3 2 絕緣間隔層1 4 磁場產生裝置15 氣體輸入緩衝空腔16 欲清潔之物件2

Claims (1)

1. 十、申請專利範圍： 1種雙模式工作之電漿反應器裝置，其至少包括 有： 一高壓電源骏置； 一氣體輸入緩衝空腔； ^ 氣體漩流空腔，該氣體漩流空腔係設置於 該氣體輸人緩衝空㈣，該氣體錢空腔係包含 兩個或多個氣體輸入埠； 乜咖第電極，該第一電極係設置於該氣體漩 Ί二腔内，並與该高壓電源裝置電性耦接，且於 其表面覆蓋一第一絕緣層； 士一第二電極’該第二電極係設置於該氣體漩 #工腔内，並與該第一電極相對應，且係接地電 極，而該第二電極之中心係設置有一中空圓柱通 道，又於第二電極表面覆蓋一第二絕緣層； 一絕緣間隔層，該絕緣間隔層係設置於該第 一電極與該第二電極之間；以及 一磁場產生裝置，該磁場產生裝置係設置於 該第一電極之外側。 •依申明專利範圍第1項所述之雙模式工作之電漿 反應器裝置’其中，當高壓放電產生電漿之時， 於低工作電流情形下，主要為產生絲光放電於兩 平板間之氣體璇流空腔，此時為絲光放電工作模 2 ;但若再提升放電功率產生電漿時，隨工作電 Μ之升问，此時將轉為火花放電，其放電主要產 生於兩電極間之中空圓柱通道，此時為火花放電 工作模式。 •依申請專利範圍第i項所述之電漿裝置，其中， 該氣體漩流空腔之兩個或多個氣體輸入埠係雀圓 對稱ηχ置，以近切線角度鑽孔穿透該絕緣間隔 層其口徑系勺在1 mm左右；而一工作氣體係從該 兩個或夕個氣體輸入埠通入，於該絕緣間隔層與 ==、一電極所構成之一放電空間内形成高速 旋流，以加長該工作氣體在該放電空間内的放電 路徑，增加碰撞次數產生更多活性自由基。 •依申請專利範圍第2項所述之電漿裝置，其中， ，工作氣體係可為氧氣、I氣、空氣、氦氣、氬 氡或四氟化碳等乾燥氣體，也可視欲清潔物件之 污染性質而添加水氣調整混合之。 依，请專利範圍第i項所述之電漿裝置，其中， =第電極與該第二電極係由一金屬導電材質所 製成，而遠金屬材質可為不導磁之銅合金，且該 電極之厚度可視實際運作考量之，厚度可為 3〜5mm。 1344179 加工製作之絕緣材料。 11·依申請專利範圍第1項所述之電漿裝置，其 中，該高壓電源裝置係為一高壓高頻（>1 kHz)交 流電源裝置。