专利名称：用于使用电晕放电制造粒子的装备及其方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造粒子的装备和方法，并且更具体地，涉及一种用于使用电晕放电制造粒子的装备和方法。
背景技术：
通常，粒子是通过这样的方法制造的，即在使用火焰或炉形成粒子之后，通过过滤器收集该粒子，或者使该粒子粘附到收集板上。根据该方法，获得了具有超高纯度的金属氧化物，诸如SiO2或Fe2O3。
然而，在传统的用于制造粒子的方法中，存在的某些缺陷在于，它们的收集效率是非常低的，并且不能控制所收集的粒子的尺寸。此外，存在这样的问题，大部分的未被收集的粒子不能被回收，并且由于所回收的粒子主要是金属氧化物，因此它们污染环境。特别地，在使用过滤器用于制造粒子的传统方法中，存在这样的困扰，即由于过滤器的严重污染，应频繁地替换过滤器。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于使用电晕放电制造粒子的装备和方法，其中可以获得非常高的收集效率。
本发明的另一目的在于，提供了一种用于使用电晕放电制造粒子的装备和方法，其中可以控制粒子尺寸。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于使用电晕放电制造粒子的装备，包括导管；放电设备，其放电电极安置在导管中，并且其通过放电产生了离子；反应气体供应设备，用于将反应气体供应到导管中；电压施加设备，其连接到放电设备和导管，以便于产生它们之间的电压差；加热设备，其安置在导管的外表面上，用于将能量施加到反应气体，以便于产生粒子，该粒子粘附到由放电设备产生的离子；收集设备，其被安置为与导管的出口隔开预定的距离，用于收集粒子。
根据本发明的另一方面，还提供了一种用于使用电晕放电制造粒子的装备，包括第一导管；安置在第一导管外侧的第二导管，并且其具有与第一导管同轴的轴线；安置在所述第二导管外侧的第四导管，并且其具有与所述第二导管同轴的轴线；放电设备，其放电电极安置在第一导管中，并且其通过放电产生离子；反应控制气体供应设备，其将反应控制气体供应到第一导管中，以便于由放电设备产生大量的离子，并且便于防止在放电电极周围发生化学反应；反应气体供应设备，用于将反应气体供应到第二导管中；燃料气体供应设备，用于将燃料气体供应到第四导管中；电压施加设备，其连接到放电设备和第一导管，以便于产生它们之间的电压差；收集设备，其被安置为与导管的出口隔开预定的距离，用于收集粘附到离子的反应气体粒子。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于使用电晕放电制造粒子的方法，包括以下步骤制备用于使用电晕放电制造粒子的装备，该装备包括具有安置在其中的放电电极的导管、连接到放电电极和导管的电压施加设备、以及用于收集粒子的收集设备；将高电压施加到放电电极，并且将低电压施加到导管，同时通过放电电极产生离子，并且沿导管引导所产生的离子；将反应气体供应到导管中；向反应气体施加能量以产生粘附到离子的粒子；通过位于导管面前的收集装置收集粘附到离子的粒子。
附图简述
图1是示出了根据本发明的用于制造粒子的装备的第一实施例的剖面图，
图2是示出了图1所示的第一实施例的第一修改方案的剖面图，图3是示出了图1所示的第一实施例的第二修改方案的剖面图，图4是示出了图1所示的第一实施例的第三修改方案的剖面图，图5是示出了图1所示的第一实施例的第四修改方案的剖面图，图6是示出了根据本发明的用于制造粒子的装备的第二实施例的剖面图，图7a是示出了根据本发明的用于制造粒子的装备的第三实施例的剖面图，图7b是图7a所示导管的透视图，图8是示出了图7所示的第三实施例的第一修改方案的剖面图，图9是示出了图7所示的第三实施例的第二修改方案的剖面图，图10是示出了根据本发明的用于制造粒子的装备的第四实施例的剖面图，图11是示出了图7所示的第四实施例的第一修改方案的剖面图，图12是示出了图7所示的第四实施例的第二修改方案的剖面图，图13是示出了根据本发明的用于制造粒子的装备的第五实施例的剖面图，图14是示出了根据本发明的用于制造粒子的装备的第六实施例的剖面图，图15是示出了根据本发明的用于制造粒子的方法的流程图。
实现本发明的最佳方式在下文中，将通过参考附图详细描述根据本发明的用于使用电晕放电制造粒子的装备和方法的实施例。
首先，将通过参考图1解释根据本发明的用于制造粒子的装备的第一实施例的构造。参考图1，针型放电电极10安置在导管20中。如所公知的，当高电压施加到放电电极10时，由电晕放电作为放电，在放电电极10周围产生了大量的离子。为了防止通过电晕放电产生的离子粘附到导管20的内壁上，将电压施加到导管20，该电压具有与施加到放电电极10的电压相同的极性。
因此，来自电源40的高电压施加到放电电极10，同时具有与施加到放电电极10的电压相同极性的低电压施加到导管20。为了在放电电极10和导管20之间产生电压差，第一可变电阻器42使形成自电源40的高电压下降。此外，第二可变电阻器44连接到第一可变电阻器42，以便于使已由第一可变电阻器42降低的电压进一步下降，并且该第二可变电阻器44连接到地。如果第一和第二可变电阻器42、44具有相同的电压电平，则施加在放电电极10和导管20之间的电压变得与施加在导管20和地之间的电压相同。在本实施例中，尽管可变电阻器42、44用于产生放电电极10和导管20之间的电压差，但是它们可由固定电阻器替换。此外，作为单一电源40和两个可变电阻器42、44的替换，可以使用两个电源，由此高电压可以施加到放电电极，而低电压可以施加到导管20。
支撑部件30装配到导管20中。放电电极10被安装为通过支撑部件30，并且支撑部件30具有通孔32、34、36，其适于与导管20的内部连通。为了协助产生大量的离子，并且为了防止由于其中产生电晕的区域周围的强能量而发生的化学反应，由反应控制气体供应装备50通过中心通孔32供应反应控制气体，诸如CO2或N2。由氧化气体供应设备52通过通孔34供应能够产生化学反应的氧化气体，诸如O2或H2。由反应气体供应设备54通过通孔36供应反应气体，诸如SiCl2或GeCl4，其与诸如N2或Ar的载气一同移动。在本实施例中，尽管通过通孔34、36分别供应氧化气体和反应气体，但是氧化气体和反应气体可以混合并通过一个通孔供应。由于公知的设备适用于反应控制气体供应设备50、氧化气体供应设备52和反应气体供应设备，因此此处将省略有关于它们的详细描述。
在导管20的外表面周围，安装了加热器60，用于加热导管20并且向能够产生粒子的反应气体施加能量。传统的使用电阻丝的热发生器用作加热器60，并且可以使用能够将能量施加到导管20的设备，诸如红外线灯或者紫外线灯。
收集板70被安置为在导管20出口面前与导管20隔开预定的距离。收集板70电气接地，并且用于冷却收集板70的冷却器80连接到收集板70，以便于增加其收集效率。收集板70的冷却是通过传统的冷却器80执行的，其能够将冷却物质注入到收集板70中，或者使收集板70维持在低的温度。图1示出了作为收集装备的收集板70。然而，作为收集板70的替换，可以使用中空的收集管，其与导管20同轴对准。此外，尽管在本实施例中使用了连接到冷却设备的收集板，但是能够收集粒子的其他的收集设备，诸如过滤器，也适于替换收集板。
图2表示图1的第一实施例的第一修改方案。第一修改方案的基本设置与第一实施例相同。如图2所示，第一修改方案进一步包括环绕放电电极10的引导电极22，以便于引入离子的层流。如果施加高电压，则从放电电极10产生离子。在本修改方案中，施加到引导电极22的电压与施加到导管20的电压相同。由第一可变电阻器42降低的电压施加到引导电极22。这样，引导电极22具有同放电电极10相同的极性，但是具有比其更低的电压电平。
图3表示第一实施例的第二修改方案。在如图3所示的本修改方案中，引导电极22维持这样的电压电平，即低于电晕放电电极10的电压电平但高于导管20的电压电平。
图4表示第一实施例的第三修改方案。通过连续地组合多个相互连接的导管25，作为图1所示的导管20的替换，构造了第一实施例的第三修改方案。在本修改方案中，连接的导管25的数目是3。绝缘材料27置于相互邻近的导管25之间，以便于使相邻的导管25电气绝缘。借助于第一、第二、第三和第四可变电阻器42、44、46、48分配电压，并且使这些电压适于每个导管25。因此，在导管20中产生了电场梯度。此时，由于整个导管20中的电场的梯度变得大于第一实施例的导管20中的电场梯度，因此放电出的离子更加快速地移动。
图5表示第一实施例的第四修改方案。第一修改方案和第一实施例的基本设置是相同的。第四修改方案具有如第一修改方案中所示的引导电极22，并且由第一可变电阻器42降低的电压施加到引导电极22。
下面，将解释根据本发明的用于制造粒子的装备的第二实施例的构造。第二实施例使用火焰替换第一实施例的加热装备60。参考图6，与图1所示的第一实施例相似，放电电极10安置在第一导管21中。与图1所示的构造相同，具有相同的电源40、第一可变电阻器42和第二可变电阻器44，高电压施加到放电电极10，而低电压施加到第一导管21。
同时，具有与第一导管21同轴的轴线的第二导管23安置在第一导管21外侧，具有与第二导管23同轴的轴线的第三导管25安置在第二导管23外侧，并且第四导管27安置在第三导管25外侧。支撑部件30装配到第一、第二、第三和第四导管21、23、25、27中，并且放电电极10被安装为通过支撑部件30。在支撑部件30中，第一通孔31、第二通孔33、第三通孔35和第四通孔37被形成为分别与第一导管21、第二导管23、第三导管25和第四导管27连通。
与第一实施例相似，化学反应控制气体供应设备54通过第一通孔31供应化学反应控制气体，以便于协助由放电电极10产生大量的离子，并且防止由于放电电极周围的强能量而发生的化学反应。反应气体供应设备54通过第二通孔33供应反应气体，诸如SiCl4或者GeCl4。保护气体供应设备通过第三通孔35供应保护气体，并且燃料气体供应设备58通过第四通孔37供应燃料气体。当借助于点燃供应的燃料气体使火焰出现在第四导管27的末端时，保护气体防止火焰的热量传输到第一导管21。同时，保护气体防止自第二导管23的内部排出的反应气体在第二导管23的末端发生化学反应。
下面，将解释根据本发明的用于制造粒子的装备的第三实施例的构造。参考图7a和图7b，第三实施例具有丝型放电电极12，替换上文提及的实施例中使用的针型放电电极。丝型放电电极12的部分可以具有不同的设置，诸如圆形、矩形或者菱形。丝型放电电极12横向安装在导管20中，同时，与上文提及的实施例相似，高于导管20电压的电压施加到放电电极12。根据前文提及的第三实施例的构造，丝型放电电极12具有的优点在于，其借助于所产生的远多于自针型放电电极10产生的离子，从而生成了大量的粒子。丝型放电电极12的两端和导管20在它们之间是电气绝缘的。
图8表示第三实施例的第一修改方案。为了增加借助于丝型放电电极12周围的电晕放电的离子的产生，并且为了防止灰尘物质粘附到丝型放电电极12上，本修改方案包括环绕放电电极12的引导板24，由此通过化学反应气体供应设备供应化学反应气体，诸如CO2或N2。此外，具有与导管20相同的极性和电平的电压施加到引导板24，由此引导板24借助于电晕放电引导由放电电极12产生的离子流。同时，在引导板24之间，由氧化气体供应设备52或反应气体供应设备54供应氧化气体或反应气体，或者混合的氧化气体和反应气体。
图9表示第三实施例的第二修改方案。在如图3所示的第二修改方案中，同第一实施例的第二修改方案相似，引导板24通过连接第三可变电阻器46，维持这样的电压，即低于放电电极10的电压但高于导管20的电压。
下面，将解释根据本发明的用于制造粒子的装备的第四实施例的构造。参考图10，本实施例在基础设置上同第三实施例相似，并且与第二实施例相似，使用火焰替换加热装备60。
图11表示第四实施例的第一修改方案，而图12表示第四实施例的第二修改方案。第一和第二修改方案的每一个是用于使用火焰制造粒子的装备，每个修改方案分别采用了前文提及的第三实施例的第一和第二修改方案的基本构造。
图13和图14表示根据本发明的用于制造粒子的装备的第五实施例和第六实施例。在第五实施例中，多个针型放电电极14安置在T型电极上。在第六实施例中，多个放电电极14安装在穿过导管20外壁的线型电极上。绝缘体29置于导管20的外壁和线型放电电极14之间。
现在将通过参考图15，解释根据本发明的用于使用电晕放电制造粒子的方法。由于与第一实施例或者第二实施例相比较，上文提及的其他的实施例和修改方案的作用基本上是相同的，但是有部分差别，因此，下文将解释根据本发明装备的第一实施例和第二实施例的构造的用于使用电晕放电制造离子的方法。
首先，制备用于使用电晕放电制造粒子的装备，其包括其中安置了放电电极10的导管20、21、施加于放电电极10和导管20、21的电源40、和作为电压施加设备的连接到导管20、21的可变电阻器42、44、以及用于收集粒子的收集板70(S10)。在制备了具有所提及的部件的用于制造粒子的装备之后，不同的电压分别施加到放电电极10以及导管20或第一导管21(S20)。然后，由于借助于具有高电压电平的电源40将高电压施加到放电电极10，并且将低电压施加到导管20或第一导管21，因此借助于电晕放电作为放电，由放电电极10产生了大量的离子。同时，根据第一实施例的设置，反应气体供应到导管20的内部(S30)。所产生的离子沿着通过通孔32、43、36供应的反应气体的流动，移动到导管20的下游。此时，由于具有与施加到放电电极10的电压极性相同极性的电压施加到导管20，因此由放电电极10产生的离子没有附于导管20上。
根据第一实施例的设置，由于导管20通过加热器60加热，因此导管20的内部变化为高温状态。因此，反应气体到达高温区域，并且在高温区域中进行化学反应(S40)。当发生这些化学反应时，形成了金属或者非金属粒子。通过使用分布在作为核的粒子周围的离子，形成了新的粒子P。因此，这些如此形成的粒子必然是带电的，并且通过存在于导管20内部的电场梯度以及它们的流流动，这些粒子被快速地排出到导管20的外部。此时，由于这些粒子具有相同的极性，因此粒子不会相互粘附。
下一步，由于收集板70安置在导管20的出口面前，因此通过如上文所述的导管20中高温区域中的化学反应产生的金属或非金属粒子移动到导管20外部，并且连续地粘附到收集板70上(S50)。此时，由于粒子具有相同的极性，因此粒子不会相互粘附，但是会粘附到收集板70。此外，由于收集板70通过冷却器80冷却，因此粒子有效地粘附到收集板70。如上文所述，自导管20排出的粒子通过两个物理现象，即，电场和热迁移，非常有效地粘附到收集板70。
根据第二实施例的构造，为了协助由放电电极10产生大量的离子，并且为了防止由于放电电极10周围的强能量而发生的化学反应，向第一导管21的内部供应化学反应控制气体，诸如CO2或N2。在第一导管21和第二导管23之间供应反应气体，诸如SiCl4或GeCl4(S30)，并且在第二导管23和第三导管25之间供应保护气体。在第三导管25和第四导管27之间供应燃料气体。
当燃料气体自第三导管25和第四导管27之间排出到外部时，点燃燃料气体。然后，通过燃料气体的燃烧产生了热能。如第一实施例中所述，通过自燃料气体燃烧而产生的热能，发生了自第一导管21和第二导管23之间排出的粒子的化学反应(S40)。因此，通过使用离子形成了新的金属或非金属粒子，其是通过放电电极10产生的并且被作为核而自第一导管21排出。显然，新形成的粒子P是高度带电的。因此，粒子P在电场的作用下排出到外部，粘附到收集板70，并且在收集板70上进行收集(S50)。
同时，由于如上文所述，在第二导管23和第三导管25之间供应了保护气体，因此保护气体排出到第二导管23和第三导管25的末端。由于排出的保护气体防止了通过点燃燃料气体产生的热能传输到第二导管23的末端，因此在第二导管23的末端未发生化学反应。因此，化学反应的粒子没有粘附到第二导管23的内壁，没有阻塞第二导管23的出口。因此，反应气体继续平缓地排出。
尽管在上文中已经描述了本发明的多种实施例，但是本发明的精神和范围不仅限于上文的实施例。在上文的实施例中示出的具体形状和结构仅被描述为示例性的示例。除了上文的实施例以外，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以进行多种修改。
工业适用性如上文所述，根据本发明的用于使用电晕放电制造粒子的装备和方法，粒子的收集效率可以是非常高的，并且可以控制待收集的粒子的尺寸。
权利要求
1.一种用于使用电晕放电制造粒子的装备，包括导管；放电装置，其放电电极安置在所述导管中，并且其通过放电产生离子；反应气体供应装置，用于将反应气体供应到所述导管中；电压施加装置，其连接到所述放电装置和所述导管，以便于产生它们之间的电压差；加热装置，其安置在所述导管的外表面上，用于将能量施加到反应气体，以便于产生粒子，该粒子粘附到由所述放电装置产生的离子；收集装置，其被安置为与所述导管的出口隔开预定的距离，用于收集粒子。
2.权利要求1的装备，进一步包括支撑部件，其装配到所述导管中，且所述放电装置通过所述支撑部件保持，同时通过所述支撑部件，所述支撑部件提供有通孔，用于允许所述导管内部与所述导管外部连通。
3.权利要求2的装备，进一步包括反应控制气体供应装置，其通过所述支撑部件上的通孔供应反应控制气体，用以由所述放电装置产生大量的离子，并且用以防止放电电极周围发生化学反应。
4.权利要求3的装备，进一步包括引导电极，其延伸到所述导管的内部，同时环绕放电电极，用于引导所产生离子的层流。
5.权利要求3的装备，进一步包括冷却装置，其连接到所述收集装置，用于冷却所述收集装置。
6.权利要求1的装备，其中所述导管被构造为多个相互连接且电气绝缘的管，由此不同的的电压电平施加到各自的管。
7.权利要求1的装备，其中放电电极由丝形成，并且该丝安置在两个引导板之间，并且在引导板之间供应反应控制气体。
8.权利要求1的装备，其中所述电压施加装置包括单一电源和多个可变电阻器。
9.一种用于使用电晕放电制造粒子的装备，包括第一导管；第二导管，其安置在所述第一导管外侧，并且其具有与所述第一导管同轴的轴线；第四导管，其安置所述第二导管外侧，并且其具有与所述第二导管同轴的轴线；放电装置，其放电电极安置在所述第一导管中，并且其通过放电产生离子；反应控制气体供应装置，其将反应控制气体供应到所述第一导管中，用以由所述放电装置产生大量的离子，并且用以防止在放电电极周围发生化学反应；反应气体供应装置，用于将反应气体供应到所述第二导管中；燃料气体供应装置，用于将燃料气体供应到所述第四导管中；电压施加装置，其连接到所述放电装置和所述第一导管，以便于产生它们之间的电压差；收集装置，其被安置为与上述导管的出口隔开预定的距离，用于收集粘附到离子的反应气体粒子。
10.权利要求9的装备，进一步包括支撑部件，其装配到所述第一、第二和第四导管中，且所述放电装置通过该支撑部件保持，同时穿过该支撑部件，所述支撑部件提供有第一、第二和第四通孔，用于允许所述第一、第二和第四导管的内部与所述第一、第二和第四导管的外部连通。
11.权利要求10的装备，进一步包括冷却装置，其连接到所述收集装置，用于冷却所述收集装置。
12.权利要求9的装备，进一步包括第三导管，其安置在所述第二和第四导管之间，用于在其之间供应保护气体。
13.权利要求9的装备，其中所述电压施加装置包括单一电源和多个可变电阻器。
14.一种用于使用电晕放电制造粒子的装备，包括导管；放电装置，其放电电极安置在所述导管中，并且其通过放电产生离子；反应气体供应装置，用于将反应气体供应到所述导管中；燃料气体供应装置，用于将燃料气体供应到所述导管中，且该燃料气体被点燃并产生火焰；电压施加装置，其连接到所述放电装置和所述导管，以便于产生它们之间的电压差；加热装置，其安置在所述导管的外表面上，用于将能量施加到反应气体，以便于产生粒子，该粒子粘附到由所述放电装置产生的离子；收集装置，其被安置为与所述导管的出口隔开预定的距离，用于收集粒子。
15.权利要求14的装备，其中放电电极由丝形成，并且该丝安置在两个引导板之间，在引导板之间供应反应控制气体。
16.一种用于使用电晕放电制造粒子的方法，包括以下步骤制备用于使用电晕放电制造粒子的装备，该装备包括具有安置在其中的放电电极的导管、连接到放电电极和导管的电压施加装置、以及用于收集粒子的收集装置；将高电压施加到放电电极，并且将低电压施加到导管，同时通过放电电极产生离子，并且沿导管引导所产生的离子；将反应气体供应到导管中；向反应气体施加能量以产生粘附到离子的粒子；通过位于导管面前的收集装置收集粘附到离子的粒子。
17.权利要求16的用于使用电晕放电制造粒子的方法，其中导管的外表面被加热，以向反应气体施加热量。
18.权利要求16的用于使用电晕放电制造粒子的方法，其中燃料气体被供应到导管中，并且该燃料气体被启动，以向反应气体施加能量。
19.权利要求17的用于使用电晕放电制造粒子的方法，其中进一步包括冷却收集装置的步骤。
全文摘要
公开了一种用于使用电晕放电制造粒子的装备和方法。在导管中提供放电电极，并且将反应气体供应到导管中。高电压施加到放电电极，并且低电压施加到导管，以产生它们之间的电压差。当热能施加到反应气体时，在气体中发生了化学反应，并且通过化学反应获得了粒子。该粒子形成了新的粒子，该新的粒子位于由电晕放电产生的、作为核的离子的中心，并且沿导管移动。安置在导管前面的收集板收集这些粒子。
文档编号H05H1/24GK1708353SQ02830036
公开日2005年12月14日 申请日期2002年11月12日 优先权日2002年11月12日
发明者安康镐, 安晶浩, 安相炫 申请人:安康镐, 安晶浩, 安相炫