TWI385042B - 多氣式混合器與電漿火炬的混合氣供氣裝置 - Google Patents

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Description

多氣式混合器與電漿火炬的混合氣供氣裝置
本發明係關於一種多氣體混合器，特別是關於一種能將多種不同特性的氣體按照任意比例均勻混合的多氣體混合器。
再者，本發明的多氣體混合器可以作為電漿火炬的混合氣供氣裝置，其產生之電漿火焰可應用於電漿噴塗、電漿切割以及電漿清潔等領域。電漿噴塗是一種利用高溫高速電漿火焰加熱注入粉末至熔融或半熔融狀態，然後在基材沉積成膜的鍍膜方法。電漿切割是一種利用高溫高速電漿火焰加熱金屬板，然後將金屬板切成所需要的形狀。電漿清潔是一種利用高溫電漿火焰將細菌殺死或活化表面的方法。上述應用領域相當廣泛包括航空、機械、電子及生醫等工業。
以電漿噴塗應用為例，如果使用氬、氦及氫氣，或氬、氦及氮氣，或氬、氦、氫及氮氣為電漿氣體時，本發明之多氣式混合器可以提供合乎其比例需求的混合氣體供其使用。搭配大氣高速電漿噴塗火炬(槍)使用時，如果輸出電漿氣體速度大於1馬赫(例如商業產品Praxair SG100 Mach I電漿噴塗火炬)，本發明之多氣式混合器能提供均勻混合氣體使得該大氣高速電漿噴塗火炬能在高電壓中電流穩定工作，產生高溫(可至幾萬℃)高速長弧電漿火焰，並可提高電漿噴塗火炬的電極使用壽命及注入粉末的加熱效率，且受熱粉末可依噴塗條件在基材堆積成多孔性薄膜或高緻密性薄膜。
隨應用混合氣之需求增加，如何產生混合氣體之需求也與日劇增。但現在仍然有些混合氣(例如氬氫混合氣)是在氣體裝填工廠先混合裝填於鋼瓶內後再運送至使用處。如果使用者需要不同量的混合氣體或者是不同比例的混合氣體或者是不同種類的混合氣體，則氣體裝填工廠需要準備很多混合氣鋼瓶於工廠內，除了占空間外，對混合氣體裝填工廠及使用者都造成很大的不方便。
再者，傳統電漿火炬常用調整電漿氣體流量及調整電漿火炬工作電流來調整電漿火焰特性，以便應付不同需求，使得電極容易耗損而須經常更換增加成本。
因此，有多種習知技術致力於將多種不同密度之氣體做均勻混合而且具有大的混合比範圍，例如T型接頭及噴嘴組合等嚐試要達到此目的，但都無法做到可調變且最佳化的混合比率。
在習用技術中，例如美國專利第4793712號揭露了一種結構及製造複雜的氣體混合器，可應用於電漿噴塗鍍膜應用領域。該混合器需要三種過濾空腔，該三種過濾空腔之腔壁分別鑽有不同尺寸之微小孔徑(平均孔洞直徑分別有60、45和20微米)，這些微小孔徑用於導引兩種氣流，讓這兩種氣流做複雜的氣體流動以達到混合作用。該兩種氣流中其中一種氣流為氫氣或氦氣或預先混合氫氦混合氣之氣流，而另一種氣流為氬氣或氮氣或預先混合氬氮混合氣之氣流。如果使用者需要氫、氦、氬及氮四種不同氣體之混合氣時，則需有預先混合之氫氦混合氣及預先混合之氬氮混合氣，再經該專利之混合器才能有氫氦氬氮混合氣。另外該專利並未提出如何精確控制調整混合氣混合比的方法。
又如美國專利第6333481 B2號揭露了一種可產生電弧電漿之裝置，此電弧電漿使用氬氫或氮氫混合氣，用於切割材料。但此專利之氣體混合器只有兩個進氣端可用於引入兩種氣體而且該專利並未對其氣體混合器結構做任何說明。雖然該專利提到需要利用外部控制以求精確控制混合氣中每一成份氣體所占之百分比，但該專利並未說明其外部控制的具體方法及硬體安排。
又如美國專利第7326875 B2號揭露了一種用於製作電漿切割所需要之混合氣的裝置及方法，該專利利用控制氣體體積流量及壓力的方法，來達到精確控制混合氣中每一成份氣體所占之百分比，但由於每一種氣體均需要額外的壓力偵測器且該方法需要一個信號處理器處理每一種氣體的壓力信號，導致結構複雜，況且該專利只混合氬、氮及氫三種氣體，也沒有對氣體混合器之結構做任何具體敘述與說明。
雖然習用技術中對於氣體混合器及其應用有了很多的研究，但是仍然無法滿足氣體混合種類之可變性以及混合比例之可調性的要求。綜合上述，因此亟需一種多氣體混合器，特別是關於一種能將任意多種不同特性的氣體按照任意比例均勻混合的多氣體混合器來解決習用技術所具有之問題。
本發明的目的係提供一種能將任意多種不同特性的氣體按照任意比例均勻混合的多氣式混合器。其係具有複數個氣體進氣口，可以提供任意多種氣體進行混合，同時以複數個氣體旋轉混合單元使每一種氣體都能快速地被均勻混合。並且每一個氣體進氣口更可以耦接一氣體質量流量控制器來控制每一種氣體流量，藉以產生所需混合比例的混合氣體。
為了能精確控制混合氣中每一種氣體所占的比率，本發明採用質量流量控制器控制準備混合之每一種氣體的流量，再由公式Rn =Fn /(F1 +F2+F3 +‧‧‧+FN )計算某氣體n的混合比Rn ，此公式中N為全部氣體的總數，Fn 為氣體n的流量，其中n=1、2、3、……或N。
本發明之另一目的係提供一種多氣式混合供氣裝置，其可以作為調整電漿火焰特性的裝置，該裝置係藉改變電漿氣體成份與混合比例以便達到最佳電漿火炬工作參數條件及獲得最佳電漿火焰特性，使電漿火炬可在高電壓(>85V)中電流(<650A)穩定工作產生高溫高速長弧電漿火焰，因火炬在較低電流工作，使得火炬內部陰極及陽極之熔蝕率明顯降低，可提高電漿火炬的電極使用壽命。
為使　貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，下文特將本發明之裝置的相關細部結構、設計的理念原由以及運作方法進行說明，以使得審查委員可以了解本發明之特點，詳細說明陳述如下：在本發明多氣式混合器之實施例係以獨立氣體之氣瓶為氣源，然後把每一種氣瓶內的氣體壓力經各別的調壓表降至氣體質量流量控制器的工作壓力(4~6kgw/cm2 )，再將每一個氣瓶利用輸送管線連接於其對應之氣體質量流量控制器以控制每一種氣體的流量Fn ，每一種氣體之質量流量控制器的輸出端耦接有輸送管線，將需混合之個別氣體引至本發明之多氣式氣體混合器之一氣體進氣口，進行多氣式混合。混合氣體中每一種氣體佔有之百分比Rn 可由每一種氣體之質量流量控制器的流量大小Fn 來控制，每一種氣體之混合比例Rn 基本上不受限制。
請參閱圖一所示，該圖係為本發明多氣式混合器第一實施例之結構示意圖。在本實施例中，該多氣式混合器100包含：一混合器腔體111、至少一個氣體旋轉混合單元112(圖一只顯示6個)、複數個間隙墊圈113、一進氣端固定螺帽114、至少一個氣體旋轉擴散混合室115、一出氣端固定螺帽116、一過濾網117、複數個氣體進氣口(T1、T2、T3、……以及TN)、一進氣端封氣蓋119、一出氣端封氣蓋120、一錐形出氣尾端121以及一混合氣出氣口122。其中複數個氣體進氣口在本實施例只設置三個氣體進氣口：第一氣體進氣口(T1)118a、第二氣體進氣口(T2)118b以及第三氣體進氣口(T3)118c。圖中的箭頭係顯示氣流的前進方向。
其中該混合器腔體111係採用圓柱對稱形，以符合較佳之流體動力學結構，使氣體可以更快速地被均勻混合。第一實施例中該混合器腔體111採用商用圓管，其內直徑在3~5cm，有利於混合器整體之加工及組裝。上述尺寸係本發明之實例說明，但本發明不限於上述尺寸。
在第一實施例中，該多氣式混合器100包含有至少一個氣體旋轉混合單元112(圖一只顯示6個)，其係設置於該混合器腔體111內，並且沿著其圓柱對稱軸以預定之間隔距離設置於該複數個氣體進氣口118a、118b及118c與該混合氣出氣口122之間。該每一個氣體旋轉混合單元112上設置有複數個缺口作為氣體旋轉混合流道1121，其功能係使各氣體流經氣體旋轉混合流道1121後，便在緊接的由該混合器腔體111內壁與該氣體旋轉混合單元112所圍成之氣體旋轉擴散混合室115內形成對腔體之圓柱對稱軸旋轉的氣流，做旋轉及擴散動作，以達快速均勻混合之目的。本發明使每一種氣體經過複數個氣體旋轉混合單元112來提升混合氣的混合均勻度。氣體旋轉混合單元112之厚度為0.8~1.2cm，但本發明不限於上述尺寸。
本發明較佳之設計為該混合器腔體111中設置6~10個氣體旋轉混合單元112及5~9個氣體旋轉擴散混合室115，在該每一個氣體旋轉混合單元112上設置8~12個氣體旋轉混合流道1121。上述數目過大會增加製作成本，如果上述數目過小則會影響混合之均勻度，但本發明不對上述數目做限制。
第一實施例中該複數個間隙墊圈113之厚度及外徑分別為1.6~2.2cm及9~12mm。氣體旋轉擴散混合室115為由氣體旋轉混合單元112、間隙墊圈113及混合器腔體111之內壁所共同圍成之空間。本發明亦可將該每一個氣體旋轉混合單元112與該混合器腔體111之內壁連結，則間隙墊圈113與出氣端固定螺帽116並非必要元件。
第一實施例的過濾網117係用來濾除氣體中可能存在的顆粒，一般而言，氣體中有顆粒的機會很低，因此，過濾網117並非必要元件。
本發明該複數個氣體進氣口(T1、T2、T3、……以及TN)係設置於該混合器腔體111之圓柱對稱軸的一端側壁，每一個氣體進氣口可以分別耦接輸送管線外接於不同之氣體容器，以提供所需要的氣體產生混合氣體。
第一實施例中該進氣端封氣蓋119與出氣端封氣蓋120係用來使該混合器腔體111形成密閉空間，可將其拆開以更換元件。
第一實施例中該錐形出氣尾端121係用來壓縮混合氣使之在該混合氣出氣口122形成高速氣流。
第一實施例的混合氣出氣口122係設置於該混合器腔體111之圓柱對稱軸的另一端，使該多氣式混合器100可藉輸送管線與需要使用混合氣的裝置相耦接，例如電漿火炬。
在第一實施例中，準備混合之各氣體經由進氣端之第一氣體進氣口(T1)118a、第二氣體進氣口(T2)118b以及第三氣體進氣口(T3)118c進入混合器腔體111。當準備混合之各氣體其分子量相差不大，則各氣體進氣口之空間位置及配置沒有特別限制。當準備混合之各氣體中有一種其分子量特別大(例如常用氬氫氦混合氣或氫氮氦混合氣中的氬氣分子量比其他氣體都大很多)，本發明讓分子量特別大的氣體(例如氬氣)由多氣式混合器100位於進氣端中心位置之第二氣體進氣口(T2)118b進入混合器腔體111。當此分子量特別大的氣體遇到進氣端固定螺帽114時便改變流動方向且均勻分散至氣體旋轉混合單元112外緣之氣體旋轉混合流道1121，與其他分子量輕的氣體混合。
第一實施例的每一個氣體旋轉混合單元112係使用順時式氣體旋轉混合單元，使形成之旋轉氣流的前進方向與旋轉方向符合右手定則。請參閱圖二A與圖二B所示，其為本發明多氣式混合器第一實施例使用的順時式氣體旋轉混合單元之結構示意圖，其中圖二A為正視圖而圖二B為側視圖。如圖二B所示，設置於氣體旋轉混合單元112上的每一個氣體旋轉混合流道1121與該氣體旋轉混合單元112之中心軸線平行且通過該流道缺口的切線夾一「-α」的極座標角，該每一個氣體旋轉混合流道1121的寬度及深度分別為1.6~3mm及5~8mm，α角通常為25°~45°。但本發明不限於上述尺寸與角度。
當本發明將每一個氣體旋轉混合流道1121的寬度及深度加大，則其每一個氣體旋轉混合單元112即形成一具有葉片的元件，類似電風扇的葉片結構。
如圖二A所示，該每一個氣體旋轉混合單元112都具有一中心孔洞用來設置間隙墊圈113與出氣端固定螺帽116。當本發明將該每一個氣體旋轉混合單元112與該混合器腔體111之內壁連結時，可以不設置間隙墊圈113與出氣端固定螺帽116，此時，該每一個氣體旋轉混合單元112不具有中心孔洞。
請參閱圖三所示，該圖係為本發明多氣式混合器第二實施例之結構示意圖。在本實施例中，該多氣式混合器200包含：一混合器腔體211、至少一個氣體旋轉混合單元212(圖三只顯示6個)、複數個間隙墊圈213、一進氣端固定螺帽214、至少一個氣體旋轉擴散混合室215、一出氣端固定螺帽216、一過濾網217、複數個氣體進氣口(T1、T2、T3、……以及TN)、一進氣端封氣蓋219、一出氣端封氣蓋220、一錐形出氣尾端221以及一混合氣出氣口222。其中複數個氣體進氣口在本實施例只設置三個氣體進氣口：第一氣體進氣口(T1)218a、第二氣體進氣口(T2)218b以及第三氣體進氣口(T3)218c。
第二實施例與第一實施例的唯一差異在於氣體旋轉混合單元的結構。第二實施例的每一個氣體旋轉混合單元212係使用逆時式氣體旋轉混合單元，使形成之旋轉氣流的前進方向與旋轉方向符合左手定則。請參閱圖四A與圖四B所示，其為本發明多氣式混合器第二實施例使用的逆時式氣體旋轉混合單元之結構示意圖，其中圖四A為正視圖而圖四B為側視圖。如圖四B所示，設置於氣體旋轉混合單元212上的每一個氣體旋轉混合流道2121與該氣體旋轉混合單元212之中心軸線平行且通過該流道缺口的切線夾一「＋α」的極座標角，該每一個氣體旋轉混合流道2121的寬度及深度分別為1.6~3mm及5~8mm，α角通常為25°~45°。但本發明不限於上述尺寸與角度。
當本發明將每一個氣體旋轉混合流道2121的寬度及深度加大，則其每一個氣體旋轉混合單元212即形成一具有葉片的元件，類似電風扇的葉片結構。
如圖四A所示，該每一個氣體旋轉混合單元212都具有一中心孔洞用來設置間隙墊圈213與出氣端固定螺帽216。當本發明將該每一個氣體旋轉混合單元212與該混合器腔體211之內壁連結時，可以不設置間隙墊圈213與出氣端固定螺帽216，此時，該每一個氣體旋轉混合單元212不具有中心孔洞。
請參閱圖五所示，該圖係為本發明多氣式混合器第三實施例之串聯結構示意圖。在本實施例中，為了增加氣體混合的均勻度及減少混合氣體的旋轉動量，將一設置有複數個順時式氣體旋轉混合單元之多氣式混合器100與另一設置有複數個逆時式氣體旋轉混合單元之多氣式混合器200以可撓式輸送管線300相耦接串聯使用。但本發明不限制串聯的多氣式混合器之數目。
請參閱圖六所示，該圖係為本發明多氣式混合器第四實施例之複合結構示意圖。本發明為了增加氣體混合的均勻度及減少混合氣體的旋轉動量，在多氣式混合器400的腔體內設置複數個氣體旋轉混合單元區(圖六只顯示2個)，其中相鄰二區分別包含有不同旋轉方式的氣體旋轉混合單元，例如其一為順時式而另一為逆時式。在本第四實施例只設置二個氣體旋轉混合單元區：第一氣體旋轉混合單元區410以及第二氣體旋轉混合單元區420。在本實施例中，該第一氣體旋轉混合單元區410係包含複數個順時式氣體旋轉混合單元，而該第二氣體旋轉混合單元區420係包含複數個逆時式氣體旋轉混合單元，其餘結構則與第一實施例相同不再贅述。但本發明不限制氣體旋轉混合單元區之數目。
請參閱圖七所示，該圖係為本發明多氣式混合供氣系統之結構示意圖。在本實施例中，該多氣式混合供氣系統500包含：複數個氣瓶5111(G1)、5112(G2)、5113(G3)、……以及511N(GN)，複數個調壓器5211(P1)、5212(P2)、5213(P3)、……以及521N(PN)，複數個質量流量控制器5311(M1)、5312(M2)、5313(M3)、……以及531N(MN)，一控制與顯示單元541以及一多氣式混合器550。其中該每一個氣瓶係用以裝填單一一種準備混合之氣體作為氣源，並經由輸送管線依序與其相對應之調壓器、質量流量控制器以及多氣式混合器550之一氣體進氣口相耦接串聯。其中該多氣式混合供氣系統500所使用的多氣式混合器550可以是本發明之第一實施例、第二實施例、第三實施例或者是第四實施例的多氣式混合器。
在圖七中，以第一種氣體G1為例，氣瓶5111先與調壓器5211相耦接，調壓器5211再與質量流量控制器5311相耦接，最後質量流量控制器5311再與多氣式混合器550之氣體進氣口T1相耦接，並有一導線連接該質量流量控制器5311與該控制與顯示單元541，藉以控制並監視第一種氣體G1流經質量流量控制器5311的流量F1 ，使經由氣體進氣口T1進入多氣式混合器550進行混合之第一種氣體G1滿足所需之混合比例R1 。其餘氣體的輸送、控制與元件耦接方式與第一種氣體G1相同，不再贅述。每一種氣體的混合比例控制的方法、裝置與原理已詳載於上述之發明內容，不再贅述。
混合氣的應用相當廣泛，包括電漿噴塗、電漿切割及電漿清潔等應用，以上應用都會用到的氬、氦、氫及氮四種氣體的混合氣體。為了說明本發明之特色，進一步闡述如何實際使用本發明之多氣式混合器，請參閱圖八，該圖係為本發明四氣式混合供氣系統之結構示意圖。在本實施例中，該四氣式混合供氣系統600包含：一氮氣瓶6111(N2 )、一氬氣瓶6112(Ar)、一氫氣瓶6113(H2 )、一氦氣瓶6114(He)、一氮氣調壓器6211、一氬氣調壓器6212、一氫氣調壓器6213、一氦氣調壓器6214、一氮氣質量流量控制器6311()、一氬氣質量流量控制器6312()、一氫氣質量流量控制器6313()、一氦氣質量流量控制器631N()、一控制與顯示單元641以及一四氣式混合器650。其中各元件耦接方式與圖七的多氣式混合供氣系統500相同，各氣體的流量、、、與混合比例、、、的控制方式也相同，不再贅述。其中該多氣式混合供氣系統600所使用的四氣式混合器650可以是本發明之第一實施例、第二實施例、第三實施例或者是第四實施例的至少設置有四個氣體進氣口之多氣式混合器。
在圖八的四氣式混合供氣系統600中的四氣式混合器650係設置有四個氣體進氣口T1、T2、T3與T4，其中T2係設置於該四氣式混合器650之圓柱對稱軸上，而T1、T3與T4則設置於靠近該四氣式混合器650之腔體內壁。氬、氦、氫及氮四種氣體中以氬氣分子量最大，所以使氬氣從該四氣式混合器650的中心氣體進氣口T2進入混合器腔體。當由中心氣體進氣口T2進入混合器之氬氣遇到進氣端固定螺帽時便改變流動方向且均勻分散至氣體旋轉混合單元外緣之氣體旋轉混合流道，與其他輕的氣體做混合。氬、氦、氫及氮四種氣體流經氣體旋轉混合流道後便在緊接的氣體旋轉擴散混合室做旋轉、擴散及混合動作，以達進一步混合，並讓氬、氦、氫及氮氣體多次經過氣體旋轉混合單元來提升混合氣的混合均勻度。
請參閱圖九所示，該圖係為本發明多氣式混合供氣系統與電漿火炬、高頻高電壓點火裝置及DC電弧電源組合之配置示意圖。該配置中包含：一多氣式混合供氣系統700、一電漿火炬710以及一高頻高電壓點火裝置及DC電弧電源組合720。圖九中的多氣式混合供氣系統700只顯示出其所使用之多氣式混合器的混合器腔體及其混合氣出氣口701。其中該多氣式混合供氣系統700所使用的多氣式混合器可以是本發明之第一實施例、第二實施例、第三實施例或者是第四實施例的多氣式混合器。
在圖九中該電漿火炬710設置有一第一進氣口711、一第二進氣口712以及一電漿火焰噴嘴713。而該電漿火炬710與一高頻高電壓點火裝置及DC電弧電源組合720的正負極相連結，該高頻高電壓點火裝置及DC電弧電源組合720係作為該電漿火炬710點火裝置。當多氣式混合供氣系統700所產生的混合氣由混合氣出氣口701藉輸氣管線經由該第一進氣口711與第二進氣口712導入該電漿火炬710後，即可啟動點火裝置而從該電漿火焰噴嘴713產生電漿火焰730。
當本發明之多氣式混合器及其所構成之多氣式混合供氣系統與高速電漿火炬搭配使用時，其可以作為調整電漿火焰特性的裝置，該裝置係藉改變電漿氣體成份與混合比例以便達到最佳電漿火炬工作參數條件及獲得最佳電漿火焰特性，使電漿火炬可在高電壓(>85V)中電流(<650A)穩定工作產生高溫高速長弧電漿火焰，因火炬在較低電流工作，使得火炬內部陰極及陽極之熔蝕率明顯降低，可提高電漿火炬的電極使用壽命，其所產生之高溫高速長弧電漿火焰可用於噴塗鍍膜、切割金屬、工件表面加熱及滅菌等領域。在噴塗鍍膜應用時還可以提高注入粉末的加熱效率，使得受熱粉末可依噴塗條件在基材堆積成高強度多孔性薄膜電極或高強度高緻密性薄膜電解質，有利於固態氧化物燃料電池元件之製作。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例，當不能以之限制本發明範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。
100、200．．．多氣式混合器
111、211．．．混合器腔體
112、212．．．氣體旋轉混合單元
1121、2121．．．氣體旋轉混合流道
113、213．．．間隙墊圈
114、214．．．進氣端固定螺帽
115、215．．．氣體旋轉擴散混合室
116、216．．．出氣端固定螺帽
117、217．．．過濾網
118a、218a．．．第一氣體進氣口(T1)
118b、218b．．．第二氣體進氣口(T2)
118c、218c．．．第三氣體進氣口(T3)
119、219．．．進氣端封氣蓋
120、220．．．出氣端封氣蓋
121、221．．．錐形出氣尾端
122、222．．．混合氣出氣口
300．．．可撓式輸送管線
400．．．多氣式混合器
410．．．第一氣體旋轉混合單元區
420．．．第二氣體旋轉混合單元區
500．．．多氣式混合供氣系統
5111、5112、5113、511N．．．氣瓶
5211、5212、5213、521N．．．調壓器
5311、5312、5313、531N．．．質量流量控制器
541．．．控制與顯示單元
550．．．多氣式混合器
600．．．四氣式混合供氣系統
6111．．．氮氣瓶
6112．．．氬氣瓶
6113．．．氫氣瓶
6114．．．氦氣瓶
6211．．．氮氣調壓器
6212．．．氬氣調壓器
6213．．．氫氣調壓器
6214．．．氦氣調壓器
6311．．．氮氣質量流量控制器
6312．．．氬氣質量流量控制器
6313．．．氫氣質量流量控制器
6314．．．氦氣質量流量控制器
641．．．控制與顯示單元
650．．．四氣式混合器
700．．．多氣式混合供氣系統
701．．．混合氣出氣口
710．．．電漿火炬
711．．．第一進氣口
712．．．第二進氣口
713．．．電漿火焰噴嘴
720．．．高頻高電壓點火裝置及DC電弧電源組合
730．．．電漿火焰
圖一係為本發明多氣式混合器第一實施例之結構示意圖。
圖二A係為本發明多氣式混合器第一實施例使用的順時式氣體旋轉混合單元之結構正視示意圖。
圖二B係為本發明多氣式混合器第一實施例使用的順時式氣體旋轉混合單元之結構側視示意圖。
圖三係為本發明多氣式混合器第二實施例之結構示意圖。
圖四A係為本發明多氣式混合器第二實施例使用的逆時式氣體旋轉混合單元之結構正視示意圖。
圖四B係為本發明多氣式混合器第二實施例使用的逆時式氣體旋轉混合單元之結構側視示意圖。
圖五係為本發明多氣式混合器第三實施例之串聯結構示意圖。
圖六係為本發明多氣式混合器第四實施例之複合結構示意圖。
圖七係為本發明多氣式混合供氣系統之結構示意圖。
圖八係為本發明四氣式混合供氣系統之結構示意圖。
圖九係為本發明多氣式混合供氣系統與電漿火炬、高頻高電壓點火裝置及DC電弧電源組合之配置示意圖。
100．．．多氣式混合器
111．．．混合器腔體
112．．．氣體旋轉混合單元
1121．．．氣體旋轉混合流道
113．．．間隙墊圈
114．．．進氣端固定螺帽
115．．．氣體旋轉擴散混合室
116．．．出氣端固定螺帽
117．．．過濾網
118a．．．第一氣體進氣口(T1)
118b．．．第二氣體進氣口(T2)
118c．．．第三氣體進氣口(T3)
119．．．進氣端封氣蓋
120．．．出氣端封氣蓋
121．．．錐形出氣尾端
122．．．混合氣出氣口

Claims (18)

  1. 一種多氣式混合器，其係包含：一混合器腔體，其係包含：複數個氣體進氣口，其係分別耦接外接於不同之氣體容器之輸送管線，以提供所需要的氣體產生混合氣體；選自至少一個順時鍾氣體旋轉混合單元、或至少一個逆時鐘氣體旋轉混合單元、或至少一個順時鍾結合逆時鐘氣體旋轉混合單元，三種其中之一，其係設置於該混合器腔體內，其中複數個氣體旋轉混合流道，其係位於每個順時鍾氣體旋轉混合單元、每個逆時鐘氣體旋轉混合單元、或每個順時鍾結合逆時鐘氣體旋轉混合單元的週邊，以形成一螺旋氣流，該螺旋氣流係經由該混合器腔體內側，延該混合器腔體的對稱軸前進，並形成每一種氣體任意百分比混合的均勻混合氣體；以及一混合氣出氣口，其係延該混合器腔體的對稱軸，提供經由該混合器腔體內混合釋出的高速氣流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多氣式混合器，其中每一個氣體旋轉混合流道，其中通過該流道缺口的切線之相對夾角係一負的極座標角。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之多氣式混合器，其中該極座標角係大於等於25°且小於等於45°。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之多氣式混合器，其中每一 個氣體旋轉混合流道，其中通過該流道缺口的切線之相對夾角係一正的極座標角。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之多氣式混合器，其中該極座標角係大於等於25°且小於等於45°。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之多氣式混合器，其中該複數個氣體旋轉混合單元更分為複數個氣體旋轉混合單元區，每一個氣體旋轉混合單元區係包含至少一個氣體旋轉混合單元，而且同一個氣體旋轉混合單元區內的每個氣體旋轉混合單元具有相同方向的氣體旋轉混合流道，而且相鄰二個氣體旋轉混合單元區具有不同方向的氣體旋轉混合流道。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之多氣式混合器，其中每一個氣體進氣口和與其相連通之氣體容器之間更串聯耦接一個質量流量控制器，其係用以控制並監視該氣體通過該氣體進氣口的流量。
  8. 一種多氣式混合裝置，其係包含：複數個多氣式混合器，每一個多氣式混合器更包含：一混合器腔體，其係包含：複數個氣體進氣口，其係分別耦接外接於不同之氣體容器之輸送管線，以提供所需要的氣體產生混合氣體；選自至少一個順時鍾氣體旋轉混合單元、或至少一個逆時鐘氣體旋轉混合單元、或至少一個順時鍾結合逆時鐘氣體旋轉混合單元，三種其中 之一，其係設置於該混合器腔體內，其中複數個氣體旋轉混合流道，其係位於每個順時鍾氣體旋轉混合單元、每個逆時鐘氣體旋轉混合單元、或每個順時鍾結合逆時鐘氣體旋轉混合單元的週邊，以形成一螺旋氣流，該螺旋氣流係經由該混合器腔體內側，延該混合器腔體的對稱軸前進，並形成每一種氣體任意百分比混合的均勻混合氣體；以及一混合氣出氣口，其係延該混合器腔體的對稱軸，提供經由該混合器腔體內混合釋出的高速氣流；以及至少一個可撓式輸送管線，係用以將該複數個多氣式混合器兩兩相耦接串聯。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之多氣式混合裝置，其中同一個多氣式混合器內的每一個氣體旋轉混合單元具有相同方向的氣體旋轉混合流道，而且相鄰二個多氣式混合器具有不同方向的氣體旋轉混合流道。
  10. 一種電漿火炬系統，其係包括：一電漿火炬；一高頻高電壓點火裝置及DC電弧電源組合，係與該電漿火炬的陰極及陽極相串聯，作為該電漿火炬的點火裝置；一多氣式混合器，係與該電漿火炬相耦接以提供混合氣給該電漿火炬產生電漿火焰，其係包含： 一混合器腔體，其係包括：複數個氣體進氣口，其係分別耦接外接於不同之氣體容器之輸送管線，以提供所需要的氣體產生混合氣體；選自至少一個順時鍾氣體旋轉混合單元、或至少一個逆時鐘氣體旋轉混合單元、或至少一個順時鍾結合逆時鐘氣體旋轉混合單元，三種其中之一，其係設置於該混合器腔體內，，其中複數個氣體旋轉混合流道，其係位於每個順時鍾氣體旋轉混合單元、每個逆時鐘氣體旋轉混合單元、或每個順時鍾結合逆時鐘氣體旋轉混合單元的週邊，以形成一螺旋氣流，該螺旋氣流係經由該混合器腔體內側，延該混合器腔體的對稱軸前進，並形成每一種氣體任意百分比混合的均勻混合氣體；以及一混合氣出氣口，其係延該混合器腔體的對稱軸，提供經由該混合器腔體內混合釋出的高速氣流。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電漿火炬系統，其中每一個氣體旋轉混合流道，其中通過該流道缺口的切線之相對夾角係一負的極座標角。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電漿火炬系統，其中該極座標角係大於等於25°且小於等於45°。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之電漿火炬系統，其中每一個氣體旋轉混合流道，其中通過該流道缺口的切線之 相對夾角係一正的極座標角。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之電漿火炬系統，其中該極座標角係大於等於25°且小於等於45°。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之電漿火炬系統，其中該複數個氣體旋轉混合單元更分為複數個氣體旋轉混合單元區，每一個氣體旋轉混合單元區係包含至少一個氣體旋轉混合單元，而且同一個氣體旋轉混合單元區內的每個氣體旋轉混合單元具有相同方向的氣體旋轉混合流道，而且相鄰二個氣體旋轉混合單元區具有不同方向的氣體旋轉混合流道。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之電漿火炬系統，其中每一個氣體進氣口和與其相連通之氣體容器之間更串聯耦接一個質量流量控制器，其係用以控制並監視該氣體通過該氣體進氣口的流量。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之電漿火炬系統，其中該電漿火炬係在高電壓(>85V)中電流(<650A)運作產生高溫高速長弧之電漿火焰。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之電漿火炬系統，其中該電漿火炬係藉改變混合氣體成份與或混合比例來達到最佳電漿火炬工作參數條件及最佳電漿火焰特性。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10449619B2 (en) * 2015-11-09 2019-10-22 Peddinghaus Corporation System for processing a workpiece
JP2017157298A (ja) * 2016-02-29 2017-09-07 シャープ株式会社 プラズマ生成装置
US20210101221A1 (en) * 2019-10-02 2021-04-08 Lincoln Global, Inc. Shielding gas customized welding apparatus and method
CN111688060A (zh) * 2020-06-29 2020-09-22 朱明亮 一种硅橡胶生产的加热器
CN111988901B (zh) * 2020-08-12 2023-01-13 河北大学 产生电子密度可调制型的等离子体光子晶体的装置及方法
CN115055124B (zh) * 2022-06-22 2023-12-29 上海盛蓝汇科技有限责任公司 一种丙烯腈流化床反应装置和工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4560284A (en) * 1983-11-21 1985-12-24 Chen Hwang C Continuous type of fluid mixing and feeding device
US5489154A (en) * 1994-01-12 1996-02-06 Haldor Topsoe A/S Method and apparatus for mixing gases
US6333481B2 (en) * 2000-02-18 2001-12-25 L'Air Liquide, Societe Anonyme pour l'Etude et l″Exploitation des Procedes Georges Claude Process and unit for plasma-arc working with a gas mixture based on hydrogen, nitrogen and/or argon
TW578450B (en) * 1998-08-27 2004-03-01 Lockheed Martin Advanced Envir Dual mode plasma arc torch for use with a plasma arc treatment system and method of use thereof

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3420290C1 (de) * 1984-05-30 1986-01-02 Ritter-Plastic GmbH, 8931 Untermeitingen Statisches Mischteil
US4614440A (en) * 1985-03-21 1986-09-30 Komax Systems, Inc. Stacked motionless mixer
DE3511927C2 (de) 1985-04-01 1994-07-07 Perkin Elmer Corp Mischvorrichtung zur Mischung von wenigstens zwei strömenden Fluidstoffen
US5232283A (en) * 1992-10-13 1993-08-03 The M. W. Kellogg Company Apparatus for mixing concurrently, downwardly flowing fluids
JPH08215856A (ja) * 1995-02-13 1996-08-27 Komatsu Sanki Kk プラズマ切断方法
US5846330A (en) * 1997-06-26 1998-12-08 Celestech, Inc. Gas injection disc assembly for CVD applications
US6121570A (en) * 1998-10-28 2000-09-19 The Esab Group, Inc. Apparatus and method for supplying fluids to a plasma arc torch
JP2003053548A (ja) * 2001-08-17 2003-02-26 Koike Sanso Kogyo Co Ltd 流量調整装置及び加工装置
DE10332569B3 (de) * 2003-07-11 2005-02-03 Kjellberg Finsterwalde Elektroden Und Maschinen Gmbh Verfahren und Anordnung zur Versorgung eines Plasmabrenners mit einem Plasmagasgemisch aus mindestens zwei verschiedenen Gasen oder Mischgasen oder mindestens einem Gas und mindestens einem Mischgas
WO2008004278A1 (fr) * 2006-07-04 2008-01-10 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Procédé et dispositif de concentration / dilution de gaz spécifique
US8129652B2 (en) * 2007-10-30 2012-03-06 GM Global Technology Operations LLC Welding stability system and method
US7954514B2 (en) * 2009-09-30 2011-06-07 Chun-Shuo Tung Air-admitting guide member

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4560284A (en) * 1983-11-21 1985-12-24 Chen Hwang C Continuous type of fluid mixing and feeding device
US5489154A (en) * 1994-01-12 1996-02-06 Haldor Topsoe A/S Method and apparatus for mixing gases
TW270898B (zh) * 1994-01-12 1996-02-11 Haldor Topsoe As
TW578450B (en) * 1998-08-27 2004-03-01 Lockheed Martin Advanced Envir Dual mode plasma arc torch for use with a plasma arc treatment system and method of use thereof
US6333481B2 (en) * 2000-02-18 2001-12-25 L'Air Liquide, Societe Anonyme pour l'Etude et l″Exploitation des Procedes Georges Claude Process and unit for plasma-arc working with a gas mixture based on hydrogen, nitrogen and/or argon

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