本技術涉及采用微波放電的化學氣相沉積工藝的，具體涉及一種微波等離子體化學氣相沉積系統。

背景技術：

1、微波等離子體化學氣相沉積系統(以下簡稱mpcvd)在金剛石生產領域有廣泛的應用，其自上游至下游主要包括依次相連的微波源、微波傳輸單元、模式轉換模塊和等離子體放電單元，微波在被激發時也會產生大量的熱能，降低了轉換效率又提高了能耗。

2、針對上述技術問題，如一專利號為cn202310156432.2(公告號為cn116043196b)的中國發明專利《一種工作點可調的微波源、調節方法及mpcvd設備》披露了這樣一種工作點可調的微波源調節方法，通過三銷釘調節器將磁控管的直流.微波轉換效率自動調節至目標效率，該方法能夠使不同的磁控管均達到高直流.微波轉換效率的工作狀態，從而盡可能地減小能耗的浪費。

3、然而，微波源輸出功率需種子源提供能量激發，種子源需直流電提供能量，高直流電源一般是用整流器將市電的交流電變為直流電再用于微波，在此過程中產生了約2％-5％的電能損耗，降低了電能利用率。

技術實現思路

1、本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀而提供一種電能利用率高的微波等離子體化學氣相沉積系統。

2、本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為：該微波等離子體化學氣相沉積系統，包括有：

3、沉積室，設有水冷臺；

4、微波等離子激發機構，設于所述沉積室上方，用于產生微波；

5、種子源，設于所述微波等離子激發機構的上游，用于提供能量激發所述微波等離子激發機構的微波；

6、其特征在于，還包括有：

7、氫燃料電池，供電端與所述種子源連接，用于向種子源供電；

8、吸熱制冷模塊，設于所述氫燃料電池和水冷臺之間，與所述氫燃料電池之間連通有吸熱回路，該吸熱回路將所述氫燃料電池產生的余熱輸入至所述吸熱制冷模塊內并轉化為制冷所需的能量；

9、并與所述沉積室之間連通有冷凝回路，所述冷凝回路部分位于吸熱制冷模塊內，通過所述吸熱制冷模塊以熱交換的形式對冷凝回路中的水進行冷卻并向所述水冷臺提供冷凝水。

10、為了提高氫燃料電池的余熱運輸效率，優選地，所述氫燃料電池的陰極室具有出水口和進水口；所述吸熱制冷模塊具有熱源入口、回水口，所述熱源入口與出水口之間連通有吸熱管路，所述回水口與進水口之間水路連通有回水管路，所述回水管路和吸熱管路構成為所述的吸熱回路。氫燃料電池陰極室內由余熱加熱的高溫水通過吸熱管路運輸至熱源入口，在經過吸熱制冷模塊的吸熱過程后溫度降低變成低溫水通過回水管路回流至氫燃料電池的陰極室，避免了氫燃料電池過熱的現象，同時在陰極室與吸熱制冷模塊之間的吸熱回路源源不斷地將余熱運輸至吸熱制冷模塊進行制冷。

11、為了減少向水冷臺提供冷凝水的用水量，優選地，所述吸熱制冷模塊還具有冷凝入口和冷凝出口，并且在內部具有將冷凝入口與冷凝出口連通的用于進行熱交換的冷凝通道，所述冷凝入口與所述水冷臺內設的水冷管道之間連通有冷凝進水管，所述冷凝出口與水冷管道之間連通有冷凝出水管，并與所述冷凝通道、水冷管道、冷凝進水管和冷凝出水管構成有冷凝回路，所述吸熱制冷模塊能夠吸收吸熱管路中水的熱量來對冷凝回路中的水進行冷卻。冷凝回路的設置使得水流在回路中水量保持恒定，不必在微波等離子體化學氣相沉積系統工作過程中持續從外部對水冷臺輸入冷凝水，節省了水量。

12、進一步地，所述吸熱制冷模塊為溴化鋰制冷機組，所述溴化鋰制冷機組包括有：

13、發生器，所述熱源入口和回水口設于發生器上；

14、冷凝器，位于所述發生器下游并連通；

15、蒸發器，位于所述冷凝器下游并連通，內部具有所述的冷凝通道，所述的冷凝入口、冷凝出口設于蒸發器上；

16、吸收器，位于所述蒸發器下游并與蒸發器與發生器連通，所述的回水口設于吸收器上。溴化鋰制冷機組采用溴化鋰為吸收劑，水為制冷劑，與氫燃料電池的產物水完美匹配，高溫水從氫燃料電池陰極流入溴化鋰制冷機組后剛好被發生器吸收熱量，之后依次經冷凝器、蒸發器、吸收器后變為低溫液態水回流至陰極室內，將氫燃料電池的產物水作為運輸余熱的介質，無需額外通入水，進一步節省了用水量。

17、為了提高沉積室內尾氣的利用率，進一步地，所述氫燃料電池還具有氫氣入口，所述沉積室具有尾氣出口，所述氫氣入口與尾氣出口之間連通有回氣管路，所述回氣管路上依次設置有輸氣泵、純化器，所述輸氣泵用于將沉積室內的尾氣輸送至氫氣入口，所述純化器用于純化尾氣以提高氫氣的占比。沉積室內的氫氣的輸入量一般遠大于甲烷，故而反應后必然會有殘余的氫氣，而氫燃料電池需要氫氣輸入，因此回氣管路的設置利用尾氣純化為氫燃料電池提供部分氫氣，降低了氫氣的額外輸入量。

18、進一步地，所述氫氣入口與作為氫氣氣源的供氫站由供氫管路氣路連通，所述供氫管路與回氣管路的接入點在純化器與氫氣入口之間，所述供氫管路分出一支路與沉積室連通。該技術方案充分利用回氣管路來鋪設供氫站到沉積室的氫氣輸入管道，降低了管道鋪設成本。

19、與現有技術相比，本實用新型的優點在于：

20、1、本系統利用氫燃料電池直接為種子源提供了能量，無需經過交流變直流的過程，避免了現有技術交直流轉換過程中的損耗；

21、2、本系統通過吸熱回路將氫燃料電池產生的余熱吸收后用于吸熱制冷模塊對冷凝回路中水的制冷，從而持續循環地為水冷臺提供冷凝水從而控制沉積室內的金剛石生長的溫度，提升了氫燃料電池，減少了冷凝水的用水量；

22、3、本系統巧妙地利用了氫燃料電池的產物為水的特性將余熱運輸至吸熱制冷模塊內吸熱后再回流至氫燃料電池，避免了氫燃料電池長時間處于高溫狀態而工作異常的現象。

技術特征：

1.一種微波等離子體化學氣相沉積系統，包括有：

2.根據權利要求1所述的微波等離子體化學氣相沉積系統，其特征在于：所述氫燃料電池(4)的陰極室具有出水口(o1)和進水口(i1)；所述吸熱制冷模塊(5)具有熱源入口(i2)、回水口(o2)，所述熱源入口(i2)與出水口(o1)之間連通有吸熱管路(51)，所述回水口(o2)與進水口(i1)之間水路連通有回水管路(52)，所述回水管路(52)和吸熱管路(51)構成為所述的吸熱回路(40)。

3.根據權利要求2所述的微波等離子體化學氣相沉積系統，其特征在于：所述吸熱制冷模塊(5)還具有冷凝入口(i3)和冷凝出口(o3)，并且在內部具有將冷凝入口(i3)與冷凝出口(o3)連通的用于進行熱交換的冷凝通道，所述冷凝入口(i3)與所述水冷臺(11)內設的水冷管道之間連通有冷凝進水管(12)，所述冷凝出口(o3)與水冷管道之間連通有冷凝出水管(13)，并與所述冷凝通道、水冷管道、冷凝進水管(12)和冷凝出水管(13)構成有冷凝回路(10)，所述吸熱制冷模塊(5)能夠吸收吸熱管路(51)中水的熱量來對冷凝回路(10)中的水進行冷卻。

4.根據權利要求3所述的微波等離子體化學氣相沉積系統，其特征在于：所述吸熱制冷模塊(5)為溴化鋰制冷機組，所述溴化鋰制冷機組包括有：

5.根據權利要求1～4任一權利要求所述的微波等離子體化學氣相沉積系統，其特征在于：所述氫燃料電池(4)還具有氫氣入口(i4)，所述沉積室(1)具有尾氣出口(o4)，所述氫氣入口(i4)與尾氣出口(o4)之間連通有回氣管路(6)，所述回氣管路(6)上依次設置有輸氣泵(61)、純化器(62)，所述輸氣泵(61)用于將沉積室(1)內的尾氣輸送至氫氣入口(i4)，所述純化器(62)用于純化尾氣以提高氫氣的占比。

6.根據權利要求5所述的微波等離子體化學氣相沉積系統，其特征在于：所述氫氣入口(i4)與作為氫氣氣源的供氫站(7)由供氫管路(71)氣路連通，所述供氫管路(71)與回氣管路(6)的接入點在純化器(62)與氫氣入口(i4)之間，所述供氫管路(71)分出一支路(72)與沉積室(1)連通。

技術總結
本微波等離子體化學氣相沉積系統，包括有：沉積室，設有水冷臺；微波等離子激發機構，種子源，其特征在于，還包括有：氫燃料電池，供電端與所述種子源連接，用于向種子源供電；吸熱制冷模塊，設于所述氫燃料電池和水冷臺之間，與所述氫燃料電池之間連通有吸熱回路，該吸熱回路將所述氫燃料電池產生的余熱輸入至所述吸熱制冷模塊內并轉化為制冷所需的能量；并與所述沉積室之間連通有冷凝回路，所述冷凝回路部分位于吸熱制冷模塊內，通過所述吸熱制冷模塊以熱交換的形式對冷凝回路中的水進行冷卻并向所述水冷臺提供冷凝水。本系統利用氫燃料電池直接為種子源提供了能量，無需經過交流變直流的過程，避免了現有技術交直流轉換過程中的損耗。

技術研發人員：胡付生,張軍安,張天翊,張軍恒
受保護的技術使用者：寧波晶鉆科技股份有限公司
技術研發日：20240624
技術公布日：2025/4/28