跨高电压电位的气体传输的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例与气体配送系统相关。更确切地说，本发明涉及去除帕邢事件(Paschen events)或大幅降低帕邢事件的效应的气体配送系统。
【背景技术】
[0002]将工业用气体由处于大地电位(例如0V)的远程配送箱(remote distribut1nbox)传输至可能处于大电压电位环境的利用该气体的机器是一项挑战。在毒性气体的传输过程中，安全性是首要的考虑。气体泄漏至大气中可能会对在紧邻的环境中工作的人员造成严重的健康危害。任何的泄漏都必须限制在百万分率(PPM)等级。于毒性气体传输中的另一项重要考虑是跨接(bridging)气体来源与其目的地间的高电压电位。气体必须以去除帕邢事件或大幅降低帕邢事件的效应的方式来传输。
[0003]本说明书揭示的实施例是根据【背景技术】中所述与其他考虑而进行开发。
【发明内容】
[0004]本
【发明内容】
以精简的形式来介绍将于后续实施方式中进一步描述的概念的选录。本
【发明内容】
并非意欲确定所请标的的关键特征或必要特征，亦非意欲辅助判断所请标的的范围。
[0005]不同的实施例将用于降低气体传输系统中的帕邢事件的效应和/或去除存在于气体传输系统中的帕邢事件。举例而言，可使用被动隔离组件(passive isolat1nassembly)将气体由在第一压力下的低电位环境跨接(bridge)至在第二压力下的高电位环境。被动隔离组件可以包含由长条形杆(elongated rod)构成的非导电的传输绝缘体，上述长条形杆具有沿其长度方向延伸的中央轴向孔。非导电的隔离循迹绝缘体(isolat1ntracking insulator)可以直接接触并包围上述传输绝缘体。上述隔离循迹绝缘体可以具有不规则的形状，上述不规则的形状增加隔离循迹绝缘体的外径(outside diameter)的循迹长度(tracking length)。隔离循迹绝缘体可以由热塑性材料制得。被动隔离组件也可以包含位于大地电位的导电性的前端封盖(front end sealing cap)与位于高电压电位的导电性的后端封盖(rear end sealing cap)，上述导电性的前端封盖具有适于(adaptedto)与来源气体传输管线(gas transport line)親接的开孔，上述导电性的后端封盖具有适于与目标气体传输管线耦接的开孔。
[0006]在其他的实施例中，上述被动隔离组件被整合于较大的气体传输系统，以安全地将被传输的气体由位于大地电位的环境跨接至下游设备所应用的位于高电位的环境。
【附图说明】
[0007]图1为显示各种气体的帕邢曲线的范例。
[0008]图2为显示依据本揭示的一实施例的气体传输系统的范例。
[0009]图2a为更详细显示依据本揭示的一实施例的气体传输管线。
[0010]图3为显示依据本揭示的一实施例的被动隔离组件的范例。
[0011]图4为显示依据本揭示的一实施例的前端封盖剖面图的范例。
[0012]图5为显示依据本揭示的一实施例的后端封盖剖面图的范例。
【具体实施方式】
[0013]下文将参看附图来更充分的描述本发明，只示出了其中一些较佳的实施例。然而，本发明可由许多不同的方式实施，而不受限于本说明书所列的实施例。更确切地说，此处所提供的实施例将使本揭示更加详细且完整，并将本发明所囊括的范围充分传达给所属技术领域中具通常知识者。在附图中，相似的组件符号在全文指代相似的组件。
[0014]如同先前所述，安全性是传输有毒气体时十分重要的考虑。特别是当将有毒气体由位于大地电位(亦即:0V)的来源容器传输至位于极高电压电位(例如:100kV)的机器。气体必须要以去除帕邢事件或大幅降低帕邢事件的效应的方式来传输。帕邢事件可以视为是一种导致累増崩溃(avalanche breakdown)的连锁反应，导致一连串电子释放而形成电弧。在此事件的过程中有可能会形成等离子体。等离子体的形成会降低跨接组件(bridgingcomponent)的寿命，并导致额外的电流消耗从而限制跨接组件的效能。
[0015]帕邢定律将平行板间的气体的崩溃电压(breakdown voltage)描述为压力与间隙距离(gap distance)的函数。跨过间隙(gap)的电弧所需要的电压在一定程度上随压力降低而递减。电压接着递增，逐步地超过其初始值。就一般压力而言，产生电弧所需要的电压随间隙尺寸递减，但仅到一定程度而已。当间隙进一步地缩小，所需的电压上升，并再一次地超过其初始值。图1将氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氢气(H2)以及氮气(N2)的帕邢曲线显示为电压对压力的函数。
[0016]气体分子的平均自由径是在气体分子与其他分子的碰撞间所经的平均距离。平均自由径与气体压力成反比。标准温度下空气中分子的平均自由径约为96纳米。由于电子远小于分子，电子与分子的撞击间的平均距离约5.64倍长，或是约0.5微米。这是提供最低电弧电压的电极间7.5微米的间隙中的一部分。如果电子处于43MV/m的电场，在电场方向中移动0.5微米，电子将被加速并获得21.5电子伏特(eV)的能量。举例而言，将一颗电子移出氮所需的第一游离能约为15eV。加速过的电子将会获取足够的能量以游离氮原子。获得释放的电子将会依序被加速，这将导致另一次的碰撞。连锁性的反应导致累增崩溃，且一连串经释放的电子形成电弧。
[0017]在较高的气体压力下，电极间的电子路径(electron path)中将会发生更多次碰撞。当压力-间隙乘积P*d高时，电子在从阴极移动至阳极的过程中将会与许多不同的气体分子碰撞。每次的撞击都将随机化电子的行进方向，所以电子并非永远都受到电场加速，有时候电子会朝阴极方向返回并受到电场减速。
[0018]碰撞降低了电子的能量并使得电子更难去游离分子。大量碰撞所造成的能量损失使得电子需要更大的电压，致使电子可累积足够的能量以游离大量的气体分子而造成累增崩溃。
[0019]在图1中的帕邢曲线的左侧，p*d乘积很小。电子平均自由径相较于电极间的间隙要长得多。在此种状况下，电子可以获得更多的能量，但游离碰撞却较少。因此需要更高的电压以确保游离足够多的气体分子来启动累増。
[0020]不同的气体种类有不同的分子与电子平均自由径。这是由于不同分子有不一样的直径。像氦气与氩气等惰性气体为单原子分子，倾向于拥有较小的直径。这使得它们有较大的平均自由径。不同分子间除了游离位能(1nizat1n potential)相异以外，分子再捕获曾被踢出轨域外的电子的速率亦相异。前述三种效应皆会改变产生电弧所必需的自由电子的指数增长(exponential growth)所需要的碰撞次数。
[0021]气体传输系统
[0022]传输来源于大地电位且预定前往处于极高电压电位的设备的气体的其中一个目标为安全地跨接不同电压电位间的差距。根据前述帕邢定律中的压力与间隙距离，藉由确保跨接组件的导电端间的气体不超过其崩溃电压，而可达到上述目标。如果气体达到崩溃电压，有可能会产生游离并导致累增效应，使得气体传输系统变得不稳定、损坏设备、并危及邻近人员。
[0023]图2为显示依据本揭示的一实施例的气体传输系统200的范例。尽管图2的气体传输系统200在特定型态上只包含有限数目的部件，但应可理解的是，气体传输系统200在其他实施型态上可以包含更多或更少的部件。
[0024]气体传输系统200可在来源产生。在本实例中来源为容纳气槽(gas tank) 204的密封的气体盒容器(gas box container) 202。气槽204包括安装在气瓶(gas cylinder)内的手动气瓶阀(manual gas bottle valve)以及与气体传输管线220连接的接头(coupling) 205。来源气体传输管线220可包括，例如说，双重壁面(double walled)的不锈钢结构。图2a显示了图2中的方框圈起处215，图2a进一步显示了气体传输管体220。来源气体传输管线220可包括内部管体219与外部管体221这两个分开的管体，其中内部管体219运送(carry)来自气槽204的气体，外部管体221运送惰性气体，例如氮气。双重壁面的气体传输管线220始于气体盒202的外侧，结束于控制箱(control box) 224。双重壁面的气体传输管线220可经由安装在最外侧管体221上的T型接头(T-fitting)进行气体充填。T型接头可包括压力表/换能器(pressure gauge/transducer) 222，用以透过目视与经由电子设备(electronics) 223两种方式监控(monitor)压力。双重壁面的气体传输管线220的外部管体221可被充填预定(pre-determined)压力的氮(N2)气并且受到监控。
[0025]此外，可直接从远程(re