跨高電壓電位的氣體傳輸?shù)闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施例與氣體配送系統(tǒng)相關(guān)。更確切地說，本發(fā)明涉及去除帕邢事件(Paschen events)或大幅降低帕邢事件的效應的氣體配送系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]將工業(yè)用氣體由處于大地電位(例如0V)的遠程配送箱(remote distribut1nbox)傳輸至可能處于大電壓電位環(huán)境的利用該氣體的機器是一項挑戰(zhàn)。在毒性氣體的傳輸過程中，安全性是首要的考慮。氣體泄漏至大氣中可能會對在緊鄰的環(huán)境中工作的人員造成嚴重的健康危害。任何的泄漏都必須限制在百萬分率(PPM)等級。于毒性氣體傳輸中的另一項重要考慮是跨接(bridging)氣體來源與其目的地間的高電壓電位。氣體必須以去除帕邢事件或大幅降低帕邢事件的效應的方式來傳輸。
[0003]本說明書揭示的實施例是根據(jù)【背景技術(shù)】中所述與其他考慮而進行開發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本
【發(fā)明內(nèi)容】
以精簡的形式來介紹將于后續(xù)實施方式中進一步描述的概念的選錄。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并非意欲確定所請標的的關(guān)鍵特征或必要特征，亦非意欲輔助判斷所請標的的范圍。
[0005]不同的實施例將用于降低氣體傳輸系統(tǒng)中的帕邢事件的效應和/或去除存在于氣體傳輸系統(tǒng)中的帕邢事件。舉例而言，可使用被動隔離組件(passive isolat1nassembly)將氣體由在第一壓力下的低電位環(huán)境跨接(bridge)至在第二壓力下的高電位環(huán)境。被動隔離組件可以包含由長條形桿(elongated rod)構(gòu)成的非導電的傳輸絕緣體，上述長條形桿具有沿其長度方向延伸的中央軸向孔。非導電的隔離循跡絕緣體(isolat1ntracking insulator)可以直接接觸并包圍上述傳輸絕緣體。上述隔離循跡絕緣體可以具有不規(guī)則的形狀，上述不規(guī)則的形狀增加隔離循跡絕緣體的外徑(outside diameter)的循跡長度(tracking length)。隔離循跡絕緣體可以由熱塑性材料制得。被動隔離組件也可以包含位于大地電位的導電性的前端封蓋(front end sealing cap)與位于高電壓電位的導電性的后端封蓋(rear end sealing cap)，上述導電性的前端封蓋具有適于(adaptedto)與來源氣體傳輸管線(gas transport line)親接的開孔，上述導電性的后端封蓋具有適于與目標氣體傳輸管線耦接的開孔。
[0006]在其他的實施例中，上述被動隔離組件被整合于較大的氣體傳輸系統(tǒng)，以安全地將被傳輸?shù)臍怏w由位于大地電位的環(huán)境跨接至下游設備所應用的位于高電位的環(huán)境。
【附圖說明】
[0007]圖1為顯示各種氣體的帕邢曲線的范例。
[0008]圖2為顯示依據(jù)本揭示的一實施例的氣體傳輸系統(tǒng)的范例。
[0009]圖2a為更詳細顯示依據(jù)本揭示的一實施例的氣體傳輸管線。
[0010]圖3為顯示依據(jù)本揭示的一實施例的被動隔離組件的范例。
[0011]圖4為顯示依據(jù)本揭示的一實施例的前端封蓋剖面圖的范例。
[0012]圖5為顯示依據(jù)本揭示的一實施例的后端封蓋剖面圖的范例。
【具體實施方式】
[0013]下文將參看附圖來更充分的描述本發(fā)明，只示出了其中一些較佳的實施例。然而，本發(fā)明可由許多不同的方式實施，而不受限于本說明書所列的實施例。更確切地說，此處所提供的實施例將使本揭示更加詳細且完整，并將本發(fā)明所囊括的范圍充分傳達給所屬技術(shù)領(lǐng)域中具通常知識者。在附圖中，相似的組件符號在全文指代相似的組件。
[0014]如同先前所述，安全性是傳輸有毒氣體時十分重要的考慮。特別是當將有毒氣體由位于大地電位(亦即:0V)的來源容器傳輸至位于極高電壓電位(例如:100kV)的機器。氣體必須要以去除帕邢事件或大幅降低帕邢事件的效應的方式來傳輸。帕邢事件可以視為是一種導致累増崩潰(avalanche breakdown)的連鎖反應，導致一連串電子釋放而形成電弧。在此事件的過程中有可能會形成等離子體。等離子體的形成會降低跨接組件(bridgingcomponent)的壽命，并導致額外的電流消耗從而限制跨接組件的效能。
[0015]帕邢定律將平行板間的氣體的崩潰電壓(breakdown voltage)描述為壓力與間隙距離(gap distance)的函數(shù)?？邕^間隙(gap)的電弧所需要的電壓在一定程度上隨壓力降低而遞減。電壓接著遞增，逐步地超過其初始值。就一般壓力而言，產(chǎn)生電弧所需要的電壓隨間隙尺寸遞減，但僅到一定程度而已。當間隙進一步地縮小，所需的電壓上升，并再一次地超過其初始值。圖1將氦氣(He)、氖氣(Ne)、氬氣(Ar)、氫氣(H2)以及氮氣(N2)的帕邢曲線顯示為電壓對壓力的函數(shù)。
[0016]氣體分子的平均自由徑是在氣體分子與其他分子的碰撞間所經(jīng)的平均距離。平均自由徑與氣體壓力成反比。標準溫度下空氣中分子的平均自由徑約為96納米。由于電子遠小于分子，電子與分子的撞擊間的平均距離約5.64倍長，或是約0.5微米。這是提供最低電弧電壓的電極間7.5微米的間隙中的一部分。如果電子處于43MV/m的電場，在電場方向中移動0.5微米，電子將被加速并獲得21.5電子伏特(eV)的能量。舉例而言，將一顆電子移出氮所需的第一游離能約為15eV。加速過的電子將會獲取足夠的能量以游離氮原子。獲得釋放的電子將會依序被加速，這將導致另一次的碰撞。連鎖性的反應導致累增崩潰，且一連串經(jīng)釋放的電子形成電弧。
[0017]在較高的氣體壓力下，電極間的電子路徑(electron path)中將會發(fā)生更多次碰撞。當壓力-間隙乘積P*d高時，電子在從陰極移動至陽極的過程中將會與許多不同的氣體分子碰撞。每次的撞擊都將隨機化電子的行進方向，所以電子并非永遠都受到電場加速，有時候電子會朝陰極方向返回并受到電場減速。
[0018]碰撞降低了電子的能量并使得電子更難去游離分子。大量碰撞所造成的能量損失使得電子需要更大的電壓，致使電子可累積足夠的能量以游離大量的氣體分子而造成累增崩潰。
[0019]在圖1中的帕邢曲線的左側(cè)，p*d乘積很小。電子平均自由徑相較于電極間的間隙要長得多。在此種狀況下，電子可以獲得更多的能量，但游離碰撞卻較少。因此需要更高的電壓以確保游離足夠多的氣體分子來啟動累増。
[0020]不同的氣體種類有不同的分子與電子平均自由徑。這是由于不同分子有不一樣的直徑。像氦氣與氬氣等惰性氣體為單原子分子，傾向于擁有較小的直徑。這使得它們有較大的平均自由徑。不同分子間除了游離位能(1nizat1n potential)相異以外，分子再捕獲曾被踢出軌域外的電子的速率亦相異。前述三種效應皆會改變產(chǎn)生電弧所必需的自由電子的指數(shù)增長(exponential growth)所需要的碰撞次數(shù)。
[0021]氣體傳輸系統(tǒng)
[0022]傳輸來源于大地電位且預定前往處于極高電壓電位的設備的氣體的其中一個目標為安全地跨接不同電壓電位間的差距。根據(jù)前述帕邢定律中的壓力與間隙距離，藉由確?？缃咏M件的導電端間的氣體不超過其崩潰電壓，而可達到上述目標。如果氣體達到崩潰電壓，有可能會產(chǎn)生游離并導致累增效應，使得氣體傳輸系統(tǒng)變得不穩(wěn)定、損壞設備、并危及鄰近人員。
[0023]圖2為顯示依據(jù)本揭示的一實施例的氣體傳輸系統(tǒng)200的范例。盡管圖2的氣體傳輸系統(tǒng)200在特定型態(tài)上只包含有限數(shù)目的部件，但應可理解的是，氣體傳輸系統(tǒng)200在其他實施型態(tài)上可以包含更多或更少的部件。
[0024]氣體傳輸系統(tǒng)200可在來源產(chǎn)生。在本實例中來源為容納氣槽(gas tank) 204的密封的氣體盒容器(gas box container) 202。氣槽204包括安裝在氣瓶(gas cylinder)內(nèi)的手動氣瓶閥(manual gas bottle valve)以及與氣體傳輸管線220連接的接頭(coupling) 205。來源氣體傳輸管線220可包括，例如說，雙重壁面(double walled)的不銹鋼結(jié)構(gòu)。圖2a顯示了圖2中的方框圈起處215，圖2a進一步顯示了氣體傳輸管體220。來源氣體傳輸管線220可包括內(nèi)部管體219與外部管體221這兩個分開的管體，其中內(nèi)部管體219運送(carry)來自氣槽204的氣體，外部管體221運送惰性氣體，例如氮氣。雙重壁面的氣體傳輸管線220始于氣體盒202的外側(cè)，結(jié)束于控制箱(control box) 224。雙重壁面的氣體傳輸管線220可經(jīng)由安裝在最外側(cè)管體221上的T型接頭(T-fitting)進行氣體充填。T型接頭可包括壓力表/換能器(pressure gauge/transducer) 222，用以透過目視與經(jīng)由電子設備(electronics) 223兩種方式監(jiān)控(monitor)壓力。雙重壁面的氣體傳輸管線220的外部管體221可被充填預定(pre-determined)壓力的氮(N2)氣并且受到監(jiān)控。
[0025]此外，可直接從遠程(re