CN102844108A - 从电晕放电电离棒的气体离子中分离污染物 - Google Patents

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Abstract

清洁电晕电离棒将污染物副产品从电晕产生的离子中分离，可通过形成具有气压的非电离气体流，且其被引导趋向电荷中和目标的具有吸引力的非电离电场，也可通过形成具有离子和污染物副产品的等离子体区域，其中所述气压足够低于非离子气体流阻止污染物副产品移入非电离气体流的气压。电离棒可位于离电荷中和目标足够近的位置，这样电荷中和目标的非电离电场促使至少很大一部分的离子移入非电离气体流并作为清洁电离气体流趋向电荷中和目标。

Description

从电晕放电电离棒的气体离子中分离污染物
参见相关申请
本专利申请依据美国法典第35篇第119(e)条要求申请号为61/337,701，申请日为2010年2月11日，专利名称为“从电晕放电电离棒的气体离子中分离污染物”的处于申请阶段的美国专利申请的权利；同时，本专利申请也是美国专利申请(申请号为12/799,369)的部分继续申请案，美国申请12/799,369主张美国临时申请案(申请号为61/214,519，申请日为2009年4月24日，专利名称为“在电晕放电离子发生器中分离颗粒和气体离子”；并且申请号为61/276,792，申请日为2009年9月16日，专利名称为“在电晕放电离子发生器中分离颗粒和气体离子”的美国临时申请；申请号为61/279,784，申请日为2009年10月26日，专利名称为“覆盖广泛地区的电离气体流”的美国临时申请；申请号为61/337,701，申请日为2010年2月11日，专利名称为“从电晕放电离子发生器的气体离子中分离污染物”的美国临时申请；在此将上述美国临时申请以引用的方式全部并入此申请。
背景技术
1.技术领域
本发明涉及一种利用电晕放电产生气体离子的静电中和装置。尤其涉及一种在干净或超净环境下产生用于电荷中和的清洁的电离气体流，例如常见于制造半导体、电子设备、药物以及相似的进程和应用。
2.相关领域描述
在干净环境下的进程和操作特别易于在所有电绝缘表面上生成或积聚静电荷。所述电荷产生不必要的电场，吸引大气气溶胶至表面，在电介质中产生电气应力，在半导体和导体材料中产生电流，在生产环境下引起放电和电磁干扰。
消除这些静电危害最有效的方法是为带电表面提供电离气体流。这种类型的气体电离可有效抵消或中和不必要的电荷，并因此减少由不必要电荷产生的污染物、电场和电场干扰。已知的一种产生气体电离的传统方法是电晕放电。电晕基础离子发生器(例如，参见已公开的专利申请US20070006478，JP2007048682)的可取之处在于其可在狭小空间内节能且具有电离效率。然而，这类电晕放电装置的一个众所周知的缺陷在于高压电离电极/发射器(以尖角或细线的形式)在产生预期的气体离子的同时会产生不必要的污染物。比如，在大气环境下电晕放电也会促使形成水汽小液滴。
固态污染物副产品的形成还可以是在环境空气/气体中伴随电晕放电产生发射器表面腐蚀和/或化学反应而导致的。表面腐蚀是在电晕放电过程中刻蚀或喷镀发射器材料的结果。尤其，在电晕中存在比如空气这种负电性气体时，电晕放电还会发生氧化反应。其结果是在发射器顶端附着以不必要的气体(如，臭氧和氮氧化物)和固体为形式的副产品。因此为消除污染物颗粒排放的常用方法是采用由强抗腐蚀材料制成的发射器。然而这种方法有自身的缺点：其经常需要使用例如钨的发射器材料，这种材料不适合于例如半导体制造等技术工艺。在制造半导体硅片过程中用于中和电荷的优选离子发生器的硅材料发射器不具有预期的耐蚀刻性和耐腐蚀性。
另一用于减少电晕离子发生器中的发射器腐蚀和氧化效应的常用方法是持续地使清洁干燥空气、氮气等气流/气流层围绕发射器，所述气流/气流层沿与主气流相同的方向流动。所述气流层一般由在已公开的日本申请JP2006236763和美国专利5,847,917中所示和所描述的气源提供。
美国专利5,447,763硅离子发射器电极和美国专利5,650,203硅离子发射器电极公开了相关的发射器，这些专利的全部内容以引用的方式并入本申请。为避免半导体片的氧化，制造商利用正电性气体(如氩气和氮气)环境。在上述两个申请案中电晕离子化都会伴随着污染物颗粒的产生，并且在后一个申请案中，电离发射器腐蚀会因电子发射和电子轰击而加重。这些颗粒与相同气流层一起流动并能污染中和电荷的物体。因此这种方法解决了一个问题又产生了另一个问题。
在周围空气或气体中运行的交流电串联式离子发生器和交流或直流/脉冲直流离子发生器之间具有一些重大区别：串联式离子发生器的单个发射器是与环境大气(或气体)隔离的，并且没有由带电物体产生的电场来影响离子化颗粒。
与之相反，环境离子发生器发射器可以“看到”由带电物体产生的电场，并且所述电场参与离子云运动。而且，在离子发生器中的发射器并不与环境大气或气体相隔离。因此，仅有离子发生器内部的真空流并不能解决发射器污染的问题。实际上，离子发生器内部的真空流能够对一部分环境空气产生牵引效果(吸入效果)，相应地，一部分环境空气可使碎屑类物质围绕发射器顶点积聚，被称作“绒球”。
发明内容
本发明可满足上述需要并克服上述和相关领域其他的缺陷，本发明提供一种极净电离棒，其提供一个或多个下列优点：(1)提供一种静态中性的电荷中和目标/物体，其不暴露在必然由所述电离棒上的电晕放电电极所产生的大量颗粒污染物前；(2)提供一种静态中性的电荷中和目标/物体，其不暴露在由于化学反应而必然由所述电离棒上的电晕放电所产生的大量副产品气体前(如臭氧、氮氧化物等)；(3)防止或减少绒球和/或其他碎屑形成物/污染物形成在电离棒的电晕放电电极上，从而延长不需维护这种电晕放电电极的时间；以及(4)通过结合空气(气体)辅助技术和/或多频电晕电离技术，改善离子输送至电荷中和目标/物体。
根据本发明的电离棒包括单壳体组件或具有与交流电高压电源(HVPS)相适配的交流电电离电极的多壳体组件。可替换的是，根据本发明的电离棒可包括与正电性直流电高压电源相适配的专用正电性电极和与负电性直流电高压电源相适配的负电性电极。
本发明涉及一种电离棒，所述电离棒可引导清洁电离气体流趋向电荷中和目标的具有吸引力的非电离电场。本发明的电离棒可接收非电离气体流，排出污染物气体流并使其远离电荷中和目标，并且接收足够促使多个电极电晕放电的电离电位。本发明的电离棒包括至少一个气体通道，所述气体通道接收所述非电离气体流并引导清洁电离气体流趋向所述电荷中和目标，和至少一个排出通道，所述排出通道排出污染物气体流并使所述污染物气体流远离所述电离棒和所述电荷中和目标。本发明的电离棒包括多个壳体组件，每个壳体组件包括壳体，至少一个电离电极和至少一个排出口。所述壳体具有孔口，所述孔口与所述壳体和所述气体通道气体连通，从而使得一部分所述非电离气体流可进入所述壳体。所述电离电极可具有可产生等离子体区域的尖端，所述等离子体区域含有离子和污染物副产品，为响应所述电离电位的应用。所述电离电极可置入所述壳体内，因此所述尖端凹入所述壳体孔口一定距离，所述距离至少大体等于所述等离子体区域的尺寸，凭借此至少很大一部分产生的离子移入非离子气体流从而来形成清洁电离气体流，所述清洁电离气体流由所述非电离电场所吸引趋向所述电荷中和目标。电离电极也可设置为拉长的细线或锯齿带。所述排出口与所述排出通道气体连通，在所述壳体内邻近所述壳体孔口处产生气压，所述气压低于所述壳体外部邻近所述壳体的所述非电离气体流的气压，凭借此一部分所述非电离气体流流入所述壳体，并使至少很大一部分污染物副产品涌入由所述排出通道排出的所述污染物气体流中。
在相关的构造中，本发明可涉及一种电离棒，所述电离棒引导清洁电离气体流趋向电荷中和目标的具有吸引力的非电离电场。本发明电离棒接收非电离气体流，排出污染物气体流使其远离所述电荷中和目标，接收足够促使在正电性电离电极上电晕放电的正电性电离电位，以及接收足够促使在负电性电离电极上电晕放电的负电性电离电位。本发明涉及的电离棒包括至少一个气体通道，所述气体通道用于接收所述非电离气体流并引导所述清洁电离气体流趋向所述电荷中和目标，并且包括至少一个排出通道，所述排出通道排出来自所述电离棒的污染物气体流并使其远离所述电荷中和目标。
在这个构造中，本发明的电离棒可包括至少一个正极壳体组件，包括正极壳体，其具有与所述气体通道气体连通的孔口，这样一部分所述非电离气体流进入所述正极壳体，和包括至少一个具有尖端的正电性电离电极，所述正电性电离电极可产生等离子体区域，所述等离子体区域含离子和污染物副产品，为响应所述正电性电离电位的应用，所述正电性电离电极被设置在所述正极壳体内，这样所述尖端自所述壳体孔口处凹入一定距离，所述距离大体上相当于所述等离子体区域的尺寸，凭借此至少很大一部分产生的离子移入所述非电离气体流，从而形成清洁电离气体流，所述清洁电离气体流通过所述非电离电场被引导趋向所述电荷中和目标。所述正极壳体组件还可包括至少一个排出口，所述排出口与所述排出通道和所述壳体气体连通，在所述正极壳体内邻近所述孔口处产生气压，所述气压低于在所述正极壳体外部邻近所述孔口的非电离气体流的气压，凭借此一部分所述非电离气体流流入所述正极壳体内，并使至少很大一部分所述污染物副产品涌入由所述排出通道排出的所述污染物气体流中。
在这个构造中，本发明电离棒可进一步包括至少一个负电性壳体组件，包括负电性壳体，所述负电性壳体具有与所述气体通道气体连通的孔口，这样一部分所述非电离气体流进入所述负极壳体内，并且包括至少一个负电性电离电极，所述负电性电离电极具有尖端，所述负电性电离电极可产生等离子体区域，所述等离子体区域含离子和污染物副产品，为响应所述负电性电离电位的应用。所述负电性电离电极被设置在所述负极壳体内，这样所述尖端自所述壳体孔口处凹入一定距离，所述距离大体上相当于所述等离子体区域的尺寸，凭借此至少很大一部分产生的离子移入所述非电离气体流，从而形成清洁电离气体流，所述清洁电离气体流通过所述非电离电场引导趋向所述电荷中目标。所述负极壳体组件可进一步包括至少一个排出口，所述排出口与所述排出通道和所述壳体气体连通，所述负极壳体内邻近所述孔口处产生气压，所述气压低于所述负极壳体外邻近所述孔口的所述非电离气体流的气压，凭借此一部分所述非电离气体流流入所述负极壳体内并使至少很大一部分所述污染物副产品涌入由所述排出通道排出的所述污染物气体流中。
当然，本发明的上述方法非常适合用于本发明的上述装置。同样，本发明的上述装置非常适合实现本发明的上述方法。
通过结合权利要求和附图对本发明优选实施例进行描述，对于本领域一般技术人员来说，本发明许多其他优点、特征将会更加明显。
附图说明
本发明的优选实施例将会结合附图进行说明，相同的附图标记代表相同的步骤和/或结构，其中：
图1a是根据本发明的一个优选实施例的一部分电离棒，其示出与一部分电荷中和目标/对象相连接；
图1b为另一优选电离棒的横截面示意图，所述电离棒延伸至图纸平面的外部，且该横截面从具有变型设计的壳体组件处剖开；
图1c示出示范性射频交流电电离电位，所述电离电位可适用于图1a、1b和1d的实施例所述的电离电极；
图1d仍为另一优选电离棒的横截面示意图，所述电离棒延伸至图纸平面之外，且该横截面在具有另外变型设计的壳体组件处剖开；
图2a示出根据本发明另一优选实施例的一部分电离棒，其与一部分电荷中和目标/物体相连接；
图2b示出示范性脉冲直流离子电位，其适用于图2a实施例所描述的电离电极。
具体实施方式
一种优选极净交流电电晕电离棒100的发明构想如图1a横截面示意图所示；如图1a所示，一种优选线型电离棒100包括多个直线安装的壳体组件20(每个壳体组件20具有发射器5和壳体4)，壳体组件20由多个喷嘴/喷口29所分隔，喷嘴/喷口29与非电离空气/气体通道2’气体连通且被引导趋向电荷中和目标/物体T；空气/气体喷口/喷嘴29可帮助递送电荷载体10/11趋向电荷中和目标T；此外，电离棒100可包括低压排出通道14；排出通道14可与经制作/制造(in-tool/production)的真空管路(图中未示出)相连，或与一内置的真空源(图中未示出)相连，或与本技术领域公知的许多相似设备相连，所述设备可维持气压低于发射器壳体孔口7附近的气压，且也低于发射器壳体4外部的气压；通道2’可与高压气源(图中未示出)相连，高压气源可以为通道2’提供每个离子发生器和/或非电离喷嘴/孔口/喷射口29/29’每分钟容积范围在大约0.1至20.00升的清洁气体流3。然而，0.1-10.0升/分钟的速率最佳。该气体可能为CDA(清洁干燥空气)或氮气(或另一种正电性气体)，或在本领域公知的许多相似设置(例如一种高度清洁气体(如，氮气)源)。
例如，在真空/排出通道14的底壁设有至少一条高电压总线17，真空/排出通道14优选为至少邻近总线17的部分为非导电的。总线17与管状物26电连通，管状物26采用中空导电管，并具有两个功能：可提供与发射器5的电连通，并且还可自发射器壳体4中排出低压副产品流(含电晕产生的污染物)；管状物26具有开口端，其终于真空通道14，并且管状物26具有另一端，其形成容纳套用于接收电晕放电电极/发射器5。管状物26可部分或全部由导电材料或半导电材料构成，并也与电离电极5电连通，从而适用于总线17的电离电压也将被发射器5接收。当来自高电压电源(HVPS-未示出)的交流电电压输出超过发射器5的电晕阈值时气体电离开始。如本领域公知，这可导致在发射器5顶部附近并基本从发射器5顶部发射出的球形等离子体区域12内，由交流电(或在下述可选实施例中的直流电或脉冲直流电)电晕放电产生正、负离子10、11。此电晕放电也可导致产生不必要的污染物副产品15。这将意识到，如果不是防护性发射器壳体4，由于自发射器5顶部散出的离子风、扩散物和电斥力，污染物副产品15会不断地趋向电荷中和目标/物体T移动。因此，污染物副产品15会涌入非电离气体流3中(和新产生的离子一起)，并且被引导趋向电荷中和物体T，于是电荷中和物体T会被污染(包括清洁电荷中和的目的)。
然而，由于具有发射器壳体4和由排出通道14所体现的低气压，在等离子体区域12内部和/或附近形成气体流，等离子体区域12由发射器5产生以阻止污染物15进入气体流3中。尤其，如图1a所示的结构会在孔口7附近的非电离气体流和等离子体区域12(在壳体4内)产生压力差。因为该压力差，一部分高速气体流3从通道2’中渗出，通过孔口7，进入壳体4内。此高速气体流3会产生牵引力引导大体上所有电晕产生的副产品15从等离子体区域12，进入排出口14。那些一般技术人员会意识到副产品15受到如上文所述的促使离子10、11进入主气体流的相同离子风、扩散物和电斥力的支配。然而，本发明意在创造一种条件，在这种条件下，气体流部分足以克服此反作用力。因而，离子10、11和副产品15气动地和电动地分离并沿不同方向移动：正、负离子10、11进入非电离气体流以由此形成电离气体流，电离气体流顺流而下趋向电荷中和物体T；与此相反，副产品15被排出和/或涌向排出口14，优选，流向副产品收集器、过滤器或采集器(未示出)。
进一步参考图1a，管状物26在其邻近发射器套端部处具有至少一个开口/孔口，且所述开口/孔口接近发射器5。如所示，发射器5和管状物26的发射器套端部优选设置在空心壳体4内部，并且发射器5的发射端由孔口7向内隔开(或者凹入)距离R(参见如图1b所示)。凹入距离R越大，来自等离子体区域12的污染物副产品越容易经由低压排出流涌向排出通道14。已经确定，用于此目的，低压气体流通过通道在范围大约0.1至大约20升/分钟就足够了。最优选，气体流可为每个离子发生器或离子组件大约1-10升/分钟，以确实地释放各种粒径(例如，10-100纳米)。然而，凹入距离R越小，来自等离子体区域12的离子可能就越容易通过孔洞7并如期望地进入主气体流2的离子漂移区。为了最佳平衡这些相对抗的考虑因素，已经确定，如果距离R被选择为至少大致上和优选为实质上与在发射器5顶部的电晕放电所产生的等离子体区域12的尺寸相同，则可实现最佳离子/副产品分离法(等离子区域通常横跨大约1毫米)。此外，优选的距离R大体相当于孔口7的直径D(范围为大约2-3毫米)。最优选，D与R的比率在范围从大约0.5至大约2.0。
继续参见图1a所示，本领域一般技术人员将很容易意识到图中电离棒100包含表示两种流经电离棒100的主要气体流的方向性箭头：围绕壳体4流动并因此促使电荷载体10、11趋向电荷中和目标/物体T的气体流3；和低压抽吸/真空流15，低压抽吸/真空流15因排出通道14和周围环境的压力差吸引污染物气体和污染物颗粒通过排出通道14。通过这种方式，低压抽吸/真空流15至少大体上使发射器5顶部与周围环境隔绝。此外，如上所述，抽吸/真空流15吸入固态污染物颗粒和其他电晕副产品/气体并输送它们通过管状物26并进入真空通道14内(更重要地，使固态污染物颗粒和其他电晕品/气体远离电荷中和目标/物体T)。
尤其，气体流3的量与气体/颗粒流15的量之间的关系(例如，气体流比率3/15)对于界定离子发生器的清洁度和离子输送效率非常重要。且上述气体流比率可随不同环境/应用而变化以达到最优性能。例如，如果电荷中和目标/物体T设于距离电离棒100非常近的位置(如在半导体制造应用中经常是这样的)，气体流3的速度应受限制，例如，自大约75英尺/分钟至大约100英尺/分钟。
处于特定气体流比率3/15时，离子发射器5的等离子体区域12可与周围空气隔绝，因此抑制发射器5顶部上逐渐沉积的碎屑，且大体上全部由电晕产生的污染物副产品被清除。因此，在一些最优选实施例中，气体流3和15两者(并且，尤其是，气体流比率3/15)可根据不同的因素(例如电离组件20和电荷中和目标/物体T之间的距离)来调节，从而控制污染物副产品的移动。
反之，如果电荷中和目标/物体T设在距离电离棒100较远处，应该增加气体流3，因为在这种情况下，由电荷中和目标/物体T所具有的电场将会减弱(如，较低的电场强度会出现在电离棒处)，并且主要会由空气/气体流3提供离子输送。然而，气体流3的流量不足以使得污染物颗粒15从等离子体区域12渗出并趋向电荷中和目标/物体T流动。
再参见图1a所示，如上所述，当与交流电电源一起使用时，电离棒100可包括可选参比电极6用于(1)利于在发射器顶部产生离子，以及(2)提供电场使电荷载体10/11移动远离发射器顶部5。电绝缘参比电极6优选设置成基本为平面以形成电离棒100的一个外表面，从而在形成等离子体区域12的电离电场之外产生相对低强度的(非电离)电场。
发射器5所接收的电位可在约3千伏至约15千伏的范围内，且通常为9千伏。参比电极6所接收的电位可在约0伏至约1000伏的范围内，且30伏为最优选。非电离气体为空气的情况下，非电离电压在0伏以下波动。应注意的是，射频电离电位通过电容器优选来适用于电离电极5。同样，参比电极可通过电容器和感应器(可为正极电感电容电路)接地，并且反馈信号源于电容器和感应器。因此，这种设置可在电离电极5和非电离电极6之间形成电场。当电极之间的电位差足以产生电晕放电时，电流会从发射器5流向参比电极6。因为发射器5和参考电极6都由电容器所隔离，相对低的直流偏移电压会自动产生，并且可能出现的短时电离平衡偏移会减小至约为0伏的静止状态。
同样，自邻近电离壳体组件20和/或位于电离壳体组件20之间的专用喷嘴29(又可参见如图2a中所示，具有速度上限的喷嘴29’)流出的另一气体流，可提供一种可替代的、离子云趋向电荷中和物体的移动。喷嘴29可能与高压/清洁气体通道2’气体连通，且每个喷嘴29的横截面优选为远小于每个壳体孔口7的横截面。因此，每个喷嘴29能产生高速气体流(与壳体组件相比)，并高效吸入周围空气，收到(收集)离子，并使它们移动至远处(如，1000毫米或更远)的电荷中和目标/物体T。据此，自喷嘴29流出的气体流有助于将离子输送至电荷中和目标/物体T，从而大大增强离子发生器的效率。此概念披露于2006年10月6日递交，并于2010年4月13日授权公告的，美国专利7,697,258，其专利名称为“用于交流电离子发生器的空气辅助”，其发明的全部内容通过引用并入本文。本发明与上述美国专利7,697,258所公开的内容相协调。
多频高压波形可作为电离电位被应用于此处所公开的有创造性的电离棒，且图1c示出这样波形的示范性实例。这种特性的波形详细披露于美国专利(专利号为7,813,102，申请日为2008年3月14日，授权公告日为2010年10月12日，专利名称为“运用电子波形防止发射器污染物”)中，其全部内容通过引用并入本发明。根据这些启示，高频交流电电压分量(12-15千赫兹)在信号振幅大约等于电离电极的电晕阈值电压(最低可能的电压)时可提供高效离子化。这也会减少发射器的腐蚀和降低电晕副产品产生的速度。此外，高频电离可中和固态颗粒的潜在电荷和发射器壳体内壁的潜在电荷。再根据前述美国专利7,813,102的启示，电离电位可能具有将离子“极化”或“推向”目标的低频分量。该分量的电压振幅大致上是在电离电极和对象之间距离的函数。据此，电动力(和内在的扩散力)促使至少很大一部分离子10、11从壳体4外的等离子体区域12移出(通过排出孔口7并趋向电荷中和目标/物体T，同时又沿参比电极6的方向横向移动)。由于电场的强度低至接近电离电极5的强度，离子10、11涌入主(非电离)气体流3(由此形成清洁电离气体流)，并被引导趋向电荷中和目标表面或物体T。因此，本发明的一些实施例可采用气体流和交流电电位的低频分量促使离子从离子发生器移向电荷中和目标。用于提供与此处所描述的本发明相协调的电位的另外选择可在美国专利申请12/925,360(申请日为2010年10月20日，专利名称为“自平衡电离气体流”)中找到，此美国专利的全部内容通过引用并入本发明。
虽然电离电极5优选设置为具有尖角的锥形销，但是应了解的是，根据本发明，在本领域已知的不同发射器结构可适于在根据本发明的电离壳体组件内使用。包括但不限于：尖头、小直径金属丝、金属圈等。进一步，发射器5可由多种本领域已知材料制成，包括金属、导体和半导体非金属材料比如硅、单晶硅、多晶硅、碳化硅、陶瓷和玻璃(将使用哪种材料很大程度上依具体应用/环境而定)。
通道2’和14可由多种已知金属和非金属材料(将使用哪种材料依具体应用/环境而定)制成，前述材料包括等离子体电阻式绝缘材料(比如聚碳酸酯、特氟纶
Figure BPA00001624376800101
、非导电陶瓷、石英或玻璃)。或者，通道的有限部分也可由前述的材料制成。作为另外的可选项，一些或全部通道2’和/或14也可涂上一层等离子体电阻式绝缘材料。
发射器壳体4可由多种已知金属和非金属材料(将使用哪种材料依具体应用/环境而定)制成，前述材料包括等离子体电阻式绝缘材料(比如聚碳酸酯、特氟纶
Figure BPA00001624376800102
、非导电陶瓷、石英或玻璃)。或者，仅邻近壳体孔口的壳体部分由前述的材料制成。作为另外的可选项，一些或全部的发射器壳体4可涂上一层等离子体电阻式绝缘材料。
现参看图1b，其示出根据本发明相关优选实施例中的极净电离棒的一部分，其有助于显示许多相当的设计变化。如图1b所示，电离棒100’可具有一些类似图1a中的电离棒100(如图用相同的附图标记标示)的物理特性，且这一实施例的操作原则与上述阐述的相同。相应地，除了下面马上要探讨的区别之外，上述电离棒100的讨论也适用于电离棒100’。如图1b中显示的第一个区别在于通道2’的壁和壳体4的壁与图1a中所示的略有不同。进一步，为了本发明设计的目的，通道2’的壁与参比电极6’的壁之间增加了间距。此外，电离导线5’(其不与管状物26’电连接而与电离高压电源电连接)代替锥形销5。进一步，因为电离导线5’不从管状物26’处接收电位，因此管状物26’可由绝缘材料制成。导线5’与管状物26’轴向对齐(或同轴)，且管状物26’可大体为吸管状从而可在等离子体区域12附近设置大体上圆形的孔。当然，副产品15可流入所述孔内，从而通过管状物26’的相对端被输送至排出通道。
如图1d所示的另一可选实施例中，狭长电离棒100a仅包括一个细长的壳体组件20”，壳体组件20”包括电离电极，所述电离电极包括细长的(大体为线型)电晕线5”，电晕线5”设置于具有排出口26”的细长壳体4”内，并且当出现电离电位时，电晕线5’产生大体为圆柱形的等离子体区域12a，等离子体区域12a包括电荷载体10/11和污染物副产品。细长壳体4”可具有壳体孔口7’(如狭槽)，孔口7’沿至少大致平行于电晕线5”的方向延伸(在图纸的范围之外)。正如本发明所述的其他实施例所示，本实施例还包括环绕于细长壳体4”的气流通道2”(比如更大、细长的高压通道)，如此一小部分从那里通过的清洁气体3可进入细长壳体使污染物15通过排出口26”涌入排出通道14’。当然，很大一部分电晕产生的离子10/11仍会进入非电离气体流3以形成被引导趋向电荷中和物体的清洁电离气体流，如其他实施例所述。使用一个或多个参比电极6’是可选的，并且本领域一般技术人员可根据提供的整体描述可领会到这个。在这个实施例的变型中，总体呈线型的细长电晕锯片(未示出)可替代电晕线5”作为本领域一般技术人员可领会的等同设计选择。
现参看图1c所示，如图示出示范性射频交流电电离电位40，其可适用于图1a和1b所述实施例的电离电极。交流电电离信号40优选具有振幅在大约3千伏至大约15千伏之间的射频分量，优选为12千赫兹的频率。交流电电离信号40还可优选具有振幅在大约100伏至大约2000千伏的低频交流电(推动)分量，优选频率介于0.1赫兹至大约100赫兹之间。如本领域所公知，这种普遍特性的电离信号不仅可导致电离产生，而且还有助于将产生的离子推出等离子体区域并推入预定的方向。
本发明的另一优选实施例中，极净电离棒可配置为在直流电或脉冲交流电的运行模式中操作。如图2a所示，极净电离棒100”可具有与图1a中的电离棒100和图1b中的电离棒100’(如图用相同的附图标记标示)相似的结构。相应地，除以下要阐述的区别之外，前述电离棒100和100’的描述也适用于电离棒100”。如图2a所示，电离棒100”包括至少两个壳体组件20’和20”(分别包括专用的正、负极发射器)，壳体组件20’和20”分别与正、负电性高压总线17b、17a电连通。总线17a、17b可设置于高压/清洁气流通道2’和/或排出通道14的非导电部分。本领域一般技术人员可轻易地意识到(按照本发明公开的内容)，电离棒100”不需任何非电离参比电极。原因在于正、负极壳体组件20”和20’被成对设于相反电极上，其促使电晕产生的离子云在这些正、负极壳体组件之间横向移动。因此，我们知道如图2a中所示的参比电极6纯粹是可选的，其原因我们将在下文进一步阐述。
在最优选实施例中，多对正、负极壳体组件20”和20’沿电离棒100”设置，这样每隔一个壳体组件为负极壳体组件，且所有的壳体孔口至少大体面对电荷中和物体。在这种结构中，适用于正电性电离电极的电离电位将非电离电场强加于负极壳体组件20’的等离子体区域12’，所述电场足以促使至少很大一部分负离子10移入非电离气体流。鉴于此，应注意的是，如本领域的技术公知，99％的离子重组率是常见的，因此，甚至少于1％的离子可被认为是在给定环境下产生的很大一部分离子。同样，适用于负电性电离电极的电离电位可将非电离电场强加于正极壳体组件20”的等离子体区域12”，所述电场足以促使大部分正离子移入非电离气体流中。
如本领域公知，由于正极发射器腐蚀比负极发射器严重，正极发射器易于产生更多的污染物颗粒和碎屑。根据本发明某些直流电或脉冲直流电实施例，为正极壳体组件20”提供的真空流15(或气体流比率3/15)应优选高于为负极壳体组件20’提供的真空流，因此，污染物清除可发生在不相等流速下，并且在不同类型的壳体组件20’和20”中与污染物产生的速度成比例。
适用于电离棒100”的脉冲直流电(正、负)电离波形(分别为50p、50n)的示范性实例如图2b所示。如示范性波形50p和50n所述，电压振幅、脉冲频率和/或脉冲持续时间可变化以适合在任何给定应用中输送已平衡的正、负离子云至电荷中和目标/物体。此外，高压脉冲可与真空和/或可变逆行气流同步，从而提高电离效率和使污染物颗粒产生和碎屑形成最小化。如适用于图2a所示的优选实施例，阳性脉冲直流电信号50p通过总线17a在壳体组件20’内出现，而阴性脉冲直流电信号50n通过总线17b在壳体组件20”内出现。常规脉冲直流电振幅幅度和频率范围可适用于每一个信号50p和50n。仅举例说明，信号50p和50n的振幅可为大约3千伏至大约15千伏，且信号50p和50n的频率可为大约0.1赫兹至200赫兹。如本领域公知，这种普遍特性的电离信号不仅可导致电离产生，而且还有助于将产生的离子推出等离子体区域并推入预定的方向。
尽管本发明已经描述了目前认为的最具实践意义和优选的实施例，但应该明白本发明不仅限于所公开的实施例，也意在涵盖落入所附权利要求精神和范围内的各种变型和同等设置。例如，关于上述描述，应意识到本发明部件之间的最优空间关系，包括尺寸、材料、形状、构成、功能和操作方式、组装和使用方式的变化，对一个本领域一般技术人员而言可以轻易获知，且所有与附图所示和说明书中所描述的等同关系，都意在包含在所附权利要求内。因此，前述事项仅为示范而非全面描述本发明原则。
除了另外指出的，在说明书和权利要求书中使用的所有关于成分含量、反应条件等的数值或表达都应理解在所有实例中由术语“约”修正。据此，除非相反的表示，在说明书和所附权利要求中说明的数值参数是近似值，其可依据本发明所要获取的期望性能而变化。至少且不试图限制与权利要求的范围等同的应用原则，每一数值参数可根据已公开的有效数字和应用一般规约理论进行解释。
尽管说明本发明宽范围的数值范围和参数为近似值，但是在具体实例中所说明的数值已尽可能准确。但是，任何数值因其各自测试量度的标准差必然会导致固有包含某些误差。
同样，应当理解任何在此处引用的数值范围意图包含所有归入其中的子区间。例如，范围“1-10”意在包括所有介于所引用的最小值1和所引用的最大值10之间并且包括最小值1和最大值10的所有子区间，也就是说，具有最小数值大于等于1且最大数值小于等于10。因为所公开的数值范围为连续的，所以该数值范围包括最小值和最大值之间每个数值。除非有明确的相反说明，本应用中详述的各种数值范围为近似值。
为下文所述的目的，文中的术语“上部”、“下部”、“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”及其派生词须与本发明相关并在附图中确定位置。然而，除明确的相反表示，本发明可假设各种可替代变型和步进顺序。应当同样理解，附图中所示和说明书所描述的具体设备和步骤，仅为本发明的示范性实施例。因此，此处公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特性不应视为限制。

Claims (35)

1.一种电离棒，所述电离棒可引导清洁电离气体流趋向电荷中和目标的具有吸引力的非电离电场，所述电离棒接收非电离气体流，排出污染物气体流并使其远离电荷中和目标，并且接收足够促使多个电极电晕放电的电离电位，所述电离棒包括：
至少一个气体通道，所述气体通道接收所述非电离气体流并引导清洁电离气体流趋向所述电荷中和目标；
至少一个排出通道，所述排出通道排出来自所述电离棒的污染物气体流并使所述污染物气体流远离所述电荷中和目标；以及
多个壳体组件，每个壳体组件包括：
壳体，所述壳体具有孔口，所述孔口与所述气体通道气体连通，从而使得一部分所述非电离气体流可进入所述壳体；
至少一个可产生等离子体区域的电离电极，所述等离子体区域含有离子和污染物副产品，为响应所述电离电位的应用，所述电离电极可置入所述壳体内，因此所述电离电极凹入所述孔口一定距离，所述距离至少大体等于所述等离子体区域的尺寸，凭借此至少很大一部分产生的离子移入非离子气体流从而来形成清洁电离气体流，所述清洁电离气体流由所述非电离电场所吸引趋向所述电荷中和目标。
至少一个排出口，所述排出口与所述排出通道和所述壳体气体连通，在所述壳体内邻近所述壳体孔口处产生气压，所述气压低于所述壳体外部邻近所述壳体的所述非电离气体流的气压，凭借此一部分所述非电离气体流流入所述壳体，并使至少很大一部分污染物副产品涌入由所述排出通道排出的所述污染物气体流中。
2.根据权利要求1所述的电离棒，其特征在于，所述电离电极包括锥形销，所述锥形销具有面向所述孔口的尖角；并且所述排出口包括导电空心套，所述锥形销安置在所述导电空心套内，这样所述电离电位可通过所述排出口适用于所述锥形销。
3.根据权利要求1所述的电离棒，其特征在于，所述电离电位为射频电位，其周期性超过所述电离电极的正、负电晕阈值，凭借此所述等离子体区域总体处于电平衡，且所述污染物副产品总体呈中性。
4.根据权利要求1所述的电离棒，其特征在于，至少很大一部分所述污染物副产品为气体且通过所述排出口排出，并所述污染物副产品从由臭氧和氮氧化物组成的混合物中被挑选出。
5.根据权利要求1所述的电离棒，其特征在于，所述电离电位为射频电位，其周期性超过所述电离电极的正、负电晕阈值，凭借此所述电离电极可产生正、负离子。
6.根据权利要求1所述的电离棒，其特征在于，所述孔口大体呈圆形且具有一定直径；并且所述孔口直径与所述凹入距离比率介于大约0.5至大约2.0之间。
7.根据权利要求1所述的电离棒，其特征在于，
制成所述电离电极的材料选自由金属导体、非金属导体、半导体、单晶硅和多晶硅组成的混合物；以及
所述排出口与低压源相连通，所述排出口在所述壳体内每分钟提供范围在大约1-20升的气体流，从而排出至少很大一部分污染物副产品。
8.根据权利要求1所述的电离棒，其特征在于，
所述非电离气体为正电性气体；
所述电离电位为射频电离电位；以及
所述电离电极产生等离子体区域，所述等离子体区域含电子、正、负离子和污染物副产品。
9.根据权利要求1所述的电离棒，其特征在于，所述气体通道还包括多个喷嘴，所述喷嘴设置在相邻壳体组件之间，并且所述非电离气体通过所述喷嘴可被引导趋向所述电荷中和目标，从而促使所述电离气体流趋向所述电荷中和目标。
10.根据权利要求1所述的电离棒，所述电离棒还包括至少一个非电离电极，所述非电离电极叠加非电离电场在所述等离子体区域中，来促使至少很大一部分离子移动通过壳体孔口并移入非电离气体流，所述非电离气体流被引导趋向电荷中和目标。
11.一种电离棒，所述电离棒引导清洁电离气体流趋向所述电荷中和目标的具有吸引力的非电离电场，所述电离棒接收非电离气体流，排出污染物气体流，使污染物气体流远离所述电荷中和目标，并且接收足够促使电晕放电的电离电位，所述电离棒包括：
接收装置，其用于接收所述非电离气体流并用于引导所述清洁电离气体流趋向所述电荷中和目标；
排出装置，其用于排出来自电离棒的污染物气体流，并使所述污染物气体流远离所述电荷中和目标；以及
多个壳体组件，每个壳体组件包括：
壳体，所述壳体具有孔口，所述孔口与用于接收装置气体连通，因此一部分所述非电离气体流可进入所述壳体；
制造装置，其用于制造离子和污染物副产品以响应电离电位的应用，这样至少很大一部分产生的离子移入非电离气体流，从而形成由非电离电场牵引趋向电荷中和目标的清洁电离气体流；
产生装置，其用于在壳体内临近孔口处产生气压，所述气压低于在所述壳体外部临近所述孔口的所述非电离气体流的气压，所述产生装置与所述排出装置和所述壳体气体连通，凭借此使一部分所述非电离气体流流入所述壳体内并使至少很大一部分所述污染物副产品涌入由排出装置排出的污染物气体流中。
12.根据权利要求11所述的电离棒，其特征在于，
所述制造装置，包括至少一个电离电极，所述电离电极具有尖端，所述电离电极可制造等离子体区域，所述等离子区域含离子和污染物副产品，为响应电离电位的应用，所述电离电极被设置在壳体内，这样所述尖端凹入壳体孔口一定距离，所述距离大体上相当于等离子体区域的尺寸；
所述产生装置，包括导电空心套，所述电离电极被安置在所述导电空心套内，这样所述电离电位通过所述产生装置可应用于所述电离电极。
13.根据权利要求12所述的电离棒，其特征在于，所述电离电位为射频电位，所述电离电位周期性超过所述电离电极的正、负电晕阈值，凭借此所述等离子体区域总体处于电平衡且所述污染物副产品总体呈中性。
14.根据权利要求11所述的电离棒，其特征在于，至少很大一部分所述污染物副产品为通过所述产生装置排出的气体，并且所述污染物副产品是从由臭氧和氮氧化物组成的混合物中被挑选出的。
15.根据权利要求11所述的电离棒，其特征在于，所述电离电位为射频电位，所述电离电位周期性超过所述制造装置的正、负电晕阈值，凭借此所述制造装置制造正、负离子。
16.根据权利要求11所述的电离棒，其特征在于，
所述制造装置包括具有尖角的锥形发射器销，所述锥形发射器销在离子电晕放电时产生等离子体区域，所述尖角面向所述壳体孔口且从所述壳体孔口凹入一定距离，所述距离大体相当于所述等离子体区域的尺寸；
所述壳体孔口大体呈圆形且具有一定直径；并且
所述壳体孔口直径与所述凹入距离之比介于大约0.5和大约2.0之间。
17.根据权利要求1所述的电离棒，其特征在于，
制成所述制造装置的材料选自由金属导体、非金属导体、半导体、单晶硅和多晶硅组成的混合物；并且
所述产生装置与低压源相连通，所述产生装置在所述壳体内每分钟提供范围在0.1-20升的气体流，从而将至少很大一部分所述污染物副产品排出。
18.根据权利要求11所述的电离棒，其特征在于，
所述非电离气体为正电性气体；
所述电离电位为射频电离电位；以及
所述制造装置制造含电子、正、负离子和污染物副产品的等离子体区域。
19.根据权利要求11所述电离棒，其还包括至少一个非电离电极用于将非电离电场叠加在所述等离子体区域内，所述非电离电场促使至少很大一部分离子移动通过所述壳体孔口并移入被引导趋向所述电荷中和目标的所述非电离气体流。
20.一种电离棒，所述电离棒引导清洁电离气体流趋向电荷中和目标的具有吸引力的非电离电场，所述电离棒接收非电离气体流，排出污染物气体流使其远离所述电荷中和目标，接收足够促使至少一个电极电晕放电的电离电位，所述电离棒包括：
至少一个气体通道，其用于接收非电离气体流且引导清洁电离气体流趋向所述电荷中和目标；
至少一个排出通道，其用于排出来自所述电离棒污染物气体流，且使其远离所述电荷中和目标；以及
至少一个壳体组件，每个壳体组件包括：
壳体，所述壳体具有孔口，并与所述气体通道气体连通，这样一部分所述非电离气体流可进入所述壳体；
至少一个电离电极，所述电离电极制造等离子体区域，所述等离子体区域含电荷载体和污染物副产品，为响应所述电离电位的应用，所述电离电极被设置在所述壳体内，这样所述等离子体区域从所述壳体孔口处凹入，这样至少很大一部分产生的电荷载体移入所述非电离气体流，从而形成清洁电离气体流，所述清洁电离气体流通过所述非电离电场被引导趋向所述电荷中和目标；以及
至少一个排出口，其与所述排出通道和所述壳体气体连通，在所述壳体内邻近所述壳体孔口处产生气压，所述气压低于在所述壳体外部邻近所述壳体孔口的所述非电离气体流的气压，凭借此一部分所述非电离气体流流入所述壳体内并使至少很大一部分所述污染物副产品涌入由排出通道排出的污染物气体流中。
21.根据权利要求20所述的电离棒，其特征在于，
具有多个壳体组件；
每个所述壳体组件具有一个电离电极，所述电离电极具有锥形销，所述锥形销具有面对所述壳体孔口的尖角；以及
每个所述壳体组件具有排出口，所述排出口包括导电空心套，所述锥形销安置在所述导电空心套内，这样所述电离电位通过所述排出口可应用于所述锥形销。
22.根据权利要求20所述的电离棒，其特征在于，
具有一个壳体组件，所述壳体组件具有包括大体线型的电晕线的电离电极，所述电晕线产生大体圆柱形的等离子体区域，当产生电离电位时，所述等离子体区域含有电荷载体和污染物副产品；
所述壳体孔口为狭槽，所述孔口沿至少大体上平行于所述电晕线的方向延伸。
23.根据权利要求20所述的电离棒，其特征在于，
具有一个壳体组件，所述壳体组件具有电离电极，所述电离电极包括线型电晕锯片，所述线型电晕锯片可产生大体上呈平面的等离子体区域，当产生电离电位时，所述等离子体区域含有电荷载体和污染物副产品；
所述壳体孔口为狭槽，所述壳体孔口沿至少大体上平行于所述电晕锯片的方向延伸。
24.根据权利要求20所述的电离棒，进一步包括至少一个非电离电极，其用于叠加非电离电场在所述等离子体区域内，所述非电离电场促使至少很大一部分离子移动通过所述壳体孔口并移入被引导趋向所述电荷中和目标的非电离气体流。
25.一种电离棒，所述电离棒引导清洁电离气体流趋向电荷中和目标的具有吸引力的非电离电场，所述电离棒接收非电离气体流，排出污染物气体流使其远离所述电荷中和目标，接收足够促使在正电性电离电极上电晕放电的正电性电离电位，以及接收足够促使在负电性电离电极上电晕放电的负电性电离电位，所述电离棒包括：
至少一个气体通道，所述气体通道用于接收所述非电离气体流并引导所述清洁电离气体流趋向所述电荷中和目标；
至少一个排出通道，所述排出通道排出来自所述电离棒的污染物气体流并使其远离所述电荷中和目标；
至少一个正极壳体组件，包括
正极壳体，其具有与所述气体通道气体连通的孔口，这样一部分所述非电离气体流进入所述正极壳体；
至少一个具有尖端的正电性电离电极，所述正电性电离电极可产生等离子体区域，所述等离子体区域含离子和污染物副产品，为响应所述正电性电离电位的应用，所述正电性电离电极被设置在所述正极壳体内，这样所述尖端自所述壳体孔口处凹入一定距离，所述距离大体上相当于所述等离子体区域的尺寸，凭借此至少很大一部分产生的离子移入所述非电离气体流，从而形成清洁电离气体流，所述清洁电离气体流通过所述非电离电场被引导趋向所述电荷中和目标；以及
至少一个排出口，所述排出口与所述排出通道和所述壳体气体连通，在所述正极壳体内邻近所述孔口处产生气压，所述气压低于在所述正极壳体外部邻近所述孔口的非电离气体流的气压，凭借此一部分所述非电离气体流流入所述正极壳体内，并使至少很大一部分所述污染物副产品涌入由所述排出通道排出的所述污染物气体流中；
至少一个负电性壳体组件，包括
负电性壳体，所述负电性壳体具有与所述气体通道气体连通的孔口，这样一部分所述非电离气体流进入所述负极壳体内；
至少一个负电性电离电极，所述负电性电离电极具有尖端，所述负电性电离电极可产生等离子体区域，所述等离子体区域含离子和污染物副产品，为响应所述负电性电离电位的应用，所述负电性电离电极被设置在所述负极壳体内，这样所述尖端自所述壳体孔口处凹入一定距离，所述距离大体上相当于所述等离子体区域的尺寸，凭借此至少很大一部分产生的离子移入所述非电离气体流，从而形成清洁电离气体流，所述清洁电离气体流通过所述非电离电场引导趋向所述电荷中目标；
至少一个排出口，所述排出口与所述排出通道和所述壳体气体连通，所述负极壳体内邻近所述孔口处产生气压，所述气压低于所述负极壳体外邻近所述孔口的所述非电离气体流的气压，凭借此一部分所述非电离气体流流入所述负极壳体内并使至少很大一部分所述污染物副产品涌入由所述排出通道排出的所述污染物气体流中。
26.根据权利要求25所述的电离棒，进一步包括多对正、负极壳体组件，其中所述正、负极壳体组件设置为每隔一个壳体组件为负极壳体组件，并且全部所述壳体孔口至少大体上面向所述电荷中和目标。
27.根据权利要求26所述的电离棒，其特征在于，所述气体通道还包括多个喷嘴，所述喷嘴设置于相邻壳体组件之间，所述非电离气体通过所述喷嘴可被引导趋向所述电荷中和目标，从而促使所述清洁电离气体流直接趋向所述电荷中和目标。
28.根据权利要求26所述的电离棒，还包括
正电性导电总线，其电连接至所述多个正电性电离电极，所述正电性导电总线用于接收所述正电性电离电位，并提供所述正电性电离电位至所述多个正电性电离电极；以及
负电性导电总线，其电连接至所述多个负电性电离电极，所述负电性导电总线用于接收所述负电性电离电位，并提供所述负电性电离电位至所述多个负电性电离电极。
29.根据权利要求28所述的电离棒，其特征在于，
所述排出通道还包括电绝缘表面；和
所述正、负电性总线的至少一个设置在所述排出通道的所述电绝缘表面上。
30.根据权利要求25所述的电离棒，其特征在于，
所述电离棒还包括正电性导电总线，其用于接收所述正电性电离电位；
所述正电性电离电极包括锥形销，且在所述锥形销的自由端处的顶端包含尖角；以及
所述排出口包括导电空心套，所述锥形销安置在所述导电空心套内，且所述导电空心套与所述正电性导电总线电连接，这样所述正电性电离电位通过所述排出口和所述正电性总线可应用于所述锥形销。
31.根据权利要求25所述的电离棒，其特征在于，至少很大一部分污染物副产品为气体且通过所述排出口排出，所述污染物副产品是从由臭氧和氮氧化物组成的混合物中被挑选出的。
32.根据权利要求25所述的电离棒，其特征在于，
所述负电性电离电极包括锥形销，所述锥形销的自由端处的顶端包含尖角；
所述负电性壳体孔口大体呈圆形并具有一定直径；以及
所述负电性壳体孔口的直径与所述凹入距离之比介于大约0.5和大约2.0之间。
33.根据权利要求25所述的电离棒，其特征在于，
制成所述负电性电离电极的材料选自由金属导体、非金属导体、半导体、单晶硅和多晶硅组成的混合物；以及
所述负电性排出口与低压源相连通，并在所述负极壳体内每分钟提供范围在1-20升的气体流，从而排出至少很大一部分污染物副产品。
34.根据权利要求25所述的电离棒，其特征在于，所述正、负极壳体组件沿所述电离棒设置，这样：
适用于所述正电性电离电极的所述电离电位将非电离电场强加在所述负极壳体组件的等离子体区域上，所述电场足以促使至少很大一部分负离子移入所述非电离气体流；以及
适用于所述负电性电离电极的所述电离电位将非电离电场强加在所述正极壳体组件的等离子体区域上，所述电场足以促使至少很大一部分正离子移入所述非电离气体流。
35.根据权利要求25所述的电离棒，所述电离棒包括至少一个非电离电极，其用于在所述等离子体区域内叠加所述非电离电场，促使至少很大一部分离子移动通过所述壳体孔口并移入被引导趋向所述电荷中和目标的所述非电离气体流。
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