專利名稱：具有用于引導(dǎo)冷卻氣體的多個(gè)入口的等離子體噴槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
具有用于引導(dǎo)冷卻氣體的多個(gè)入口的等離子體噴槍技術(shù)領(lǐng)域[0001]本申請(qǐng)涉及等離子體噴槍(plasma torch)。
背景技術(shù)：
[0002]等離子體噴槍用于產(chǎn)生并傳輸?shù)入x子體，以供分析化學(xué)中的多種應(yīng)用使用。例如， 感應(yīng)耦合等離子體(ICP)通常用于這樣的應(yīng)用中。[0003]筒型(cartridge-type)等離子體噴槍便于把等離子體源連接到依賴等離子體進(jìn)行化學(xué)分析的儀器。筒型等離子體噴槍構(gòu)造成當(dāng)設(shè)置在噴槍裝載器中時(shí)進(jìn)行自動(dòng)連接。相比之下，某些類型的等離子體噴槍需要進(jìn)行單獨(dú)的管連接，以用于噴槍產(chǎn)生等離子體。[0004]筒型等離子體噴槍的某些部分包括玻璃材料。當(dāng)在噴槍中產(chǎn)生等離子體球時(shí)，由噴槍產(chǎn)生的極度熱量會(huì)不利地影響石英玻璃組件，引起等離子體噴槍的早期失效。[0005]因此，需要至少克服上述已知等離子體噴槍的缺點(diǎn)的等離子體噴槍。實(shí)用新型內(nèi)容[0006]在代表性實(shí)施例中，一種等離子體噴槍包括玻璃內(nèi)管，其包括入口，在入口處形成等離子體；玻璃外管，其包括至少三個(gè)入口，這些入口用于接收冷卻氣體并使冷卻氣體分布在玻璃外管和玻璃內(nèi)管之間；筒殼體，其包括氣體接收入口，玻璃外管與氣體接收入口以流體方式連通。這至少三個(gè)入口中的任意兩個(gè)之間在徑向偏移小于180°。


[0007]在閱讀附圖時(shí)從下列詳細(xì)描述可最好地理解本實(shí)用新型。特征不需要按比例繪制。在可行的情況下，相同的附圖標(biāo)記表示相同的特征。[0008]圖I是根據(jù)代表性實(shí)施例的筒型等離子體噴槍的透視圖。[0009]圖2是沿著線2-2取得的圖I所示的等離子體噴槍的截面圖。[0010]圖3是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出氣流的等離子體噴槍的簡(jiǎn)化截面圖。[0011]圖4是根據(jù)代表性實(shí)施例的包括三個(gè)入口的等離子體噴槍的俯視圖。
具體實(shí)施方式
[0012]在下列詳細(xì)描述中，為了進(jìn)行說明而非加以限制，闡明對(duì)具體細(xì)節(jié)進(jìn)行公開的代表性實(shí)施例，以提供對(duì)本實(shí)用新型的透徹理解。會(huì)省略對(duì)已知裝置、材料和制造方法的描述，以避免使對(duì)示例性實(shí)施例的描述難理解。盡管如此，可以根據(jù)代表性實(shí)施例來使用在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的知識(shí)范圍內(nèi)的這樣的裝置、材料和方法。[0013]應(yīng)理解的是，在本文中定義的某些術(shù)語只是為了描述具體實(shí)施例，而不是要加以限制。定義的術(shù)語是對(duì)該定義的術(shù)語在本實(shí)用新型技術(shù)領(lǐng)域中通常理解和接受的技術(shù)和科學(xué)含義的補(bǔ)充。[0014]如在說明書和權(quán)利要求書中所使用的，詞語“一個(gè)”、“所述”和“該”既包括單數(shù)指稱又包括復(fù)數(shù)指稱，除非上下文另有明確規(guī)定。因此，例如，“裝置”包括一個(gè)裝置和多個(gè)裝置。[0015]如在說明書和權(quán)利要求書中所使用的，詞語“基本”或“基本上”除了它們通常的含義之外，意味著在允許界限或程度之內(nèi)。[0016]如在說明書和權(quán)利要求書中所使用的，詞語“大約”除了其通常的含義之外，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說意味著在允許界限或數(shù)量之內(nèi)。[0017]圖I是根據(jù)代表性實(shí)施例的等離子體噴槍100的透視圖。等離子體噴槍100包括第一端101和第二端102，第一端101提供用于注入到等離子體中的抽吸試樣的入口(圖I 未示出)，第二端102提供用于形成等離子體的氣體的出口。在第二端102附近形成的等離子體可以是使用已知裝置(未示出)、方法和材料所形成的感應(yīng)耦合等離子體(ICP)或微波等離子體(MP)。[0018]玻璃外管103設(shè)置成圍繞玻璃內(nèi)管104，其中玻璃外管103和玻璃內(nèi)管104共同具有穿過它們的幾何中心的公共軸線105。筒殼體106包括等離子體噴槍100的某些部分。 筒殼體106構(gòu)造成被連接到分析裝置(未示出)。如下更全面描述的，筒殼體106包括第一入口 107，第一入口 107用于在玻璃內(nèi)管104和玻璃外管103之間提供冷卻氣體。冷卻氣體在玻璃外管103和等離子體之間提供防護(hù)性屏障。第二入口 108允許氣體進(jìn)入等離子體。在代表性實(shí)施例中，冷卻氣體包括氮，盡管可考慮適合于在玻璃外管103和等離子體之間提供防護(hù)屏障的其他氣體。[0019]玻璃內(nèi)管104和玻璃外管103可以是很多玻璃材料中的一種，例如石英玻璃材料或其他適合的陶瓷材料。筒殼體106通常由適合于在筒型等離子體噴槍中使用的已知聚合物材料制造。[0020]圖2是沿著線2-2取得的圖I所示的等離子體噴槍100的截面圖。如上所述，玻璃外管103設(shè)置成同心地圍繞玻璃內(nèi)管104，玻璃內(nèi)管104和玻璃外管103具有穿過它們各自的幾何中心的公共對(duì)稱軸線201。如下更全面描述的，第一入口 107將冷卻氣體提供至充氣室202，充氣室202均勻地將氣體分布至多個(gè)入口(圖2中未示出)。多個(gè)入口促進(jìn)玻璃內(nèi)管104和玻璃內(nèi)管103之間更均勻的冷卻氣體分布。均勻的冷卻氣體分布減少由在等離子體噴槍100的第二端102處所形成的等離子體(未示出)所產(chǎn)生的熱量，這最終基本阻止圍繞玻璃外管103形成“熱區(qū)”、并增加等離子體噴槍100的使用壽命。使用至少三個(gè)入口以用于在玻璃內(nèi)管104和玻璃外管103之間提供冷卻氣體，將特別有益于確保更均勻的冷卻氣體分布、防止形成“熱區(qū)”、防止損壞等離子體噴槍100的組件(例如，玻璃內(nèi)管104 和玻璃外管103)、并最終延長(zhǎng)等離子體噴槍100的使用壽命。[0021]在運(yùn)行中，用于形成等離子體的氣體從第二入口 108流入，抽吸試樣在等離子體噴槍100的第一端101處進(jìn)入、并在第二端102處排出。示例性的，等離子體是由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的方法和材料所形成的ICP或MP。[0022]圖3是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出氣流的等離子體噴槍300的簡(jiǎn)化截面圖。結(jié)合圖 I和2的實(shí)施例所描述的等離子體噴槍100的很多細(xì)節(jié)與等離子體噴槍300是共同的，將不重復(fù)。[0023]等離子體噴槍300包括筒殼體301，筒殼體301具有第一開口 302和第二開口 303。 第一開口 302從氣體源(未示出)接收用于產(chǎn)生等離子體的氣體。第二開口 303接收冷卻氣體304，冷卻氣體304示例性的為氮。等離子體噴槍包括玻璃外管305和玻璃內(nèi)管306。 充氣空間307形成于玻璃外管305和筒殼體301之間。玻璃外管305包括多個(gè)入口 308，入口 308為冷卻氣體304提供從第二開口 303行進(jìn)經(jīng)過充氣空間307然后經(jīng)由間隙312離開的流動(dòng)路徑，間隙312用作冷卻氣體的出口。[0024]在玻璃內(nèi)管306的出口 310處形成等離子體309。通過已知方法由在等離子體噴槍300的第一開口 302處接收的氣體形成等離子體309。如上所述，等離子體309示例性的為ICP或MP。等離子體309易于膨脹，并且會(huì)產(chǎn)生不可接受地加熱玻璃內(nèi)管306和玻璃外管305。由等離子體309所產(chǎn)生的熱量會(huì)損害等離子體噴槍300的完整性而引起等離子體噴槍300失效、或減少等離子體噴槍300的使用壽命、或者上述兩者。多個(gè)入口 308的布置用于從充氣空間307提供冷卻氣體304。冷卻氣體304連續(xù)經(jīng)過多個(gè)入口 308并環(huán)狀圍繞對(duì)稱軸線311流動(dòng)并經(jīng)由間隙312離開，引起熱量在玻璃內(nèi)管306和玻璃外管305的內(nèi)部及周邊耗散。[0025]在代表性實(shí)施例中，在玻璃外管305中設(shè)置至少三個(gè)入口 308。示例性地，圍繞玻璃外管305的圓周以基本相等的角度間隔設(shè)置入口 308。就此而言，如果利用三個(gè)入口 308， 則圍繞玻璃外管305的圓周以120°的角度間隔設(shè)置入口 308。類似的，如果利用四個(gè)入口 308，則以90°的角度間隔設(shè)置入口 308。盡管通常通過試驗(yàn)來確定對(duì)入口 308的數(shù)量的實(shí)際限制，但是本實(shí)用新型可考慮使用3、4、5、6、7、8、9、或10、或更多個(gè)入口 308。此外，這至少三個(gè)入口中的任意兩個(gè)之間在徑向偏移小于180°。[0026]相比之下，只使用一個(gè)或兩個(gè)入口 308不足以引起冷卻氣體304從充氣空間307 適當(dāng)分布以有效地耗散由等離子體309所產(chǎn)生的熱量。[0027]應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，圍繞玻璃外管305的圓周以基本相等的角度間隔設(shè)置入口 308僅僅是示例性的，可以圍繞玻璃外管305的圓周以不相等的角度間隔設(shè)置三個(gè)或更多個(gè)入口 308。[0028]圖4是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出氣流的等離子體噴槍400的俯視圖。結(jié)合圖1-3 示出的實(shí)施例所描述的等離子體噴槍100、300的很多細(xì)節(jié)與等離子體噴槍400是共同的， 將不重復(fù)。等離子體噴槍400包括筒殼體401，圍繞玻璃內(nèi)管403同心地設(shè)置玻璃外管402。 充氣空間404設(shè)置在筒殼體401和玻璃外管402之間。第一入口 405、第二入口 406和第三入口 407設(shè)置在玻璃外管402中，并且與設(shè)置在筒殼體401中的冷卻氣體入口 408流體連通。[0029]在圖4所示的實(shí)施例中，等離子體噴槍400包括圍繞玻璃外管402的圓周以120° 的相等角度間隔設(shè)置的三(3)個(gè)入口。如上所述，需要最少三個(gè)入口來提供冷卻氣體從充氣空間404沿著環(huán)狀間隙412的充分分布以有效地耗散由等離子體409所產(chǎn)生的熱量，等離子體409在玻璃內(nèi)管403的出口處形成。如上進(jìn)一步所述的，可考慮在玻璃外管402中多于三個(gè)入口以用于將冷卻氣體輸送到環(huán)狀間隙412。此外，圍繞玻璃外管402的圓周以相等焦距隔開第一、第二和第三(或更多個(gè))入口 405、406和407僅僅是示例性的，可以圍繞玻璃外管402的圓周以不相等的角度間隔設(shè)置第一、第二和第三(或更多個(gè))入口 405、 406 和 407。[0030] 在運(yùn)行中，從冷卻氣體入口 408提供冷卻氣體410，冷卻氣體410從作為圍繞筒殼體401的環(huán)形的空間411行進(jìn)。冷卻氣體410穿過空間411經(jīng)過充氣空間404然后流動(dòng)經(jīng)5過第一、第二和第三入口 405、406和407中的每一者。來自第一、第二和第三入口 405、406 和407的冷卻氣體410從環(huán)狀間隙412流出，并耗散由等離子體409所產(chǎn)生的熱量。使用三個(gè)或更多個(gè)入口(例如，第一、第二和第三入口 405、406和407)促進(jìn)從環(huán)狀間隙412流出的冷卻氣體410的更佳分布，并顯著改進(jìn)從等離子體409的散熱。由于改進(jìn)冷卻氣體410 的分布、并由此改進(jìn)來自等尚子體409的熱量的分布，所以改進(jìn)使玻璃外管402和玻璃內(nèi)管 403不受等離子體409的熱量的損害，引起減少等離子體噴槍400的失效并延長(zhǎng)等離子體噴槍的使用壽命。[0031]考慮到本公開文本，應(yīng)注意到的是，可以在符合本實(shí)用新型的變化結(jié)構(gòu)中、使用變化組件和變化方法來實(shí)現(xiàn)各種等離子體噴槍及其使用方法。此外，包括的各種組件、結(jié)構(gòu)和參數(shù)僅用于說明和舉例，并沒有任何限制意義。考慮到本公開文本，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)執(zhí)行本實(shí)用新型來確定他們自己的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用所需要的組件、材料、結(jié)構(gòu)和裝置。
權(quán)利要求1.一種等離子體噴槍，其特征在于包括 玻璃內(nèi)管，所述玻璃內(nèi)管在其出口處包括等離子體； 玻璃外管，其包括至少三個(gè)入口，這些入口用于接收冷卻氣體并使所述冷卻氣體分布在所述玻璃外管和所述玻璃內(nèi)管之間；和 筒殼體，其包括氣體接收入口，所述玻璃外管與所述氣體接收入口以流體方式連通，其中，所述至少三個(gè)入口中的任意兩個(gè)之間在徑向偏移小于180°。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體噴槍，其中，所述玻璃外管設(shè)置成同心地圍繞所述玻璃內(nèi)管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子體噴槍，其中，所述筒殼體設(shè)置成同心地圍繞所述玻璃外管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體噴槍，其中，所述玻璃內(nèi)管和所述玻璃外管各自包括石英玻璃材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體噴槍，其中，用于接收所述冷卻氣體的所述入口是圍繞所述玻璃外管的圓周以基本相等的間隔設(shè)置的。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體噴槍，其中，用于接收所述冷卻氣體的所述入口是圍繞所述玻璃外管以120°的間隔設(shè)置的。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體噴槍，其中，所述冷卻氣體圍繞所述玻璃內(nèi)管基本均勻地分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體噴槍，其中，所述冷卻氣體沿著所述筒殼體和所述玻璃外管之間的充氣空間流動(dòng)。
9.一種筒型件，其特征在于包括權(quán)利要求I所述的等離子體噴槍。
專利摘要本實(shí)用新型涉及具有用于引導(dǎo)冷卻氣體的多個(gè)入口的等離子體噴槍。該等離子體噴槍包括玻璃內(nèi)管，其包括入口，在入口處形成等離子體；玻璃外管，其包括至少三個(gè)入口，這些入口用于接收冷卻氣體并使冷卻氣體分布在玻璃外管和玻璃內(nèi)管之間；筒殼體，其包括氣體接收入口，玻璃外管與氣體接收入口流體連通。至少三個(gè)入口中的任意兩個(gè)之間在徑向偏移小于180°。
文檔編號(hào)H05H1/28GK202818751SQ20122032031
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者塞恩·M·肯特, 胡戈·查爾斯·史蒂文森, 本杰明·J·帕格斯雷, 拉斯·尼爾森 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司