ES2219573T3 - Dispositivo de tratamiento de gas mediante plasma. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de tratamiento de gas mediante plasma particularmente mantenido por microondas, del tipo que comprende una estructura hueca (12) que forma guía ondas destinada para ser conectada a un generador (60) de microondas, y medios (29) para hacer circular el gas a tratar a través de la indicada estructura en una zona en la cual la amplitud del campo eléctrico asociado con la onda incidente es elevada y de preferencia máxima, caracterizado porque los medios para hacer circular el gas comprenden al menos una antorcha (29) de plasma para la producción, a la salida de esta última, de un plasma en el gas a tratar, comprendiendo la antorcha un inyector (30) de material conductor eléctrico montado en una primera gran superficie (33A) de la estructura (12) que forma guía ondas y que se extiende en saliente a través de un orificio (26) previsto en una segunda superficie mayor (33B) opuesta a la indicada primera superficie mayor, extendiéndose un intersticio (26A; 105A) de paso de las ondas incidentes alrededor del inyector (30).

Description

Dispositivo de tratamiento de gas mediante plasma.

La presente invención se refiere a un dispositivo de tratamiento de gas mediante plasma, en el cual el gas a tratar es excitado por el plasma.

Los dispositivos de tratamiento de gas mediante plasma, particularmente sustentado por microondas de este tipo comprenden generalmente una estructura hueca que forma guía ondas destinada para ser conectada a un generador de microondas y medios para hacer circular el gas a tratar a través de la indicada estructura dentro de una zona en la cual la amplitud del campo eléctrico asociado con la onda incidente es elevada, y de preferencia es máxima.

El principio de estas técnicas de tratamiento de gases consiste en crear por medio de una descarga eléctrica en un gas plasmágeno mayoritario (argón, nitrógeno, kriptón, xenón, etc...) que contiene impurezas o efluentes gaseosos, un plasma en el seno del cual las moléculas iniciales son excitadas ionizadas y disociadas en fragmentos más pequeños, átomos y radicales. Seguidamente, estos últimos se recombinan y reaccionan entre sí y/o con gases auxiliares para proporcionar nuevas especies que pueden ser retiradas del gas mediante métodos clásicos como por ejemplo la adsorción reactiva. Las moléculas de gas de fondo a depurar o a descontaminar, se encuentran de nuevo a la salida de la instalación intercambiadas y en su estado fundamental. Para más detalles sobre los diferentes dispositivos que permiten crear plasmas excitados, se podrá hacer referencia con más detalle a la obra titulada "Microwave Excited Plasmas" de M. Moisan y L. Pelletier, Elsevier, 1992.

El documento US-A-5.750.823 describe un dispositivo de tratamiento de gas mediante plasma que permite excitar el gas sustentando en éste una descarga eléctrica por medio de un campo eléctrico asociado con ondas electromagnéticas incidentes. Estas son excitadas por un aplicador de campo, formado por la estructura hueca que forma guía ondas, y que es así mismo alimentado en potencia microondas a partir de un guía ondas clásico, igualmente formado por la estructura hueca.

En el caso en que el plasma esté sustentado por una onda electromagnética de superficie, los aplicadores de campo utilizados son de tipo surfatrón-guía o surfa-guía.

Los medios utilizados para hacer circular el gas está constituidos por un tubo de material dieléctrico, dentro del cual se crea la descarga.

Otros ejemplos de tales sistemas de tratamiento de gas se describen en los documentos DE-A-44 28 418 y US-A-5.300.202. Estos sistemas son explotados a baja presión. El documento EP-A-O 295 083 describe un dispositivo de tratamiento de gas mediante plasma que comprende una cavidad resonante que opera a presión atmosférica.

Estos dispositivos de tratamiento de gas, aunque ventajosos en términos de rendimiento de conversión, de eficacia energética, y de baja sensibilidad de funcionamiento en condiciones operativas variables, presentan un inconveniente principal en la medida en que están poco o mal adaptados al tratamiento de gas cuya descomposición proporciona en cantidad notable materiales sólidos, generalmente en forma de polvo.

Estos materiales pueden en efecto producir un taponado del tubo por el cual circula el gas a tratar y en el cual se crea la descarga o, cuando menos, modifica su geometría interna, inicialmente optimizada, perturba los intercambios térmicos y entorpece la refrigeración del tubo, o también altera las propiedades dieléctricas de este último y perturba la propagación de la onda de superficie.

Para paliar este inconveniente, es posible utilizar un dispositivo de tratamiento de gas en el cual el gas se transforma en plasma, no en un espacio tubular confinado, sino en un volumen relativamente abierto, separado espacialmente del guía ondas. En este caso, una de las disposiciones posibles es la de una antorcha de plasma soportada y alimentada por el guía ondas.

En efecto, un antorcha no sufre ninguno de los inconvenientes anteriormente citados creados por la formación potencial de depósitos sólidos, en la medida en que el plasma no se forma en el conducto de alimentación de gas de la antorcha sino río abajo de éste, en el extremo de la boquilla de la antorcha.

Para realizar un dispositivo de tratamiento de gas, el extremo libre de la antorcha, a nivel del cual se forma el plasma, desemboca en un recinto que tiene por función principal recoger de forma estanca los gases después del tratamiento en el plasma así como recibir los depósitos sólidos producidos por el tratamiento. Los gases así recogidos son seguidamente dirigidos hacia una canalización de salida. Pueden luego ser utilizados tal cual, o bien experimentar un post-tratamiento, o bien también ser lanzados a la atmósfera.

Un ejemplo conocido de una antorcha de plasma de microondas de este tipo es la "antorcha de inyección axial" (TIA). Una antorcha de este tipo se describe por ejemplo en el artículo "An atmospheric pressure waveguide-fed microwave plasma torch" (Plasma Sources Sci. Technol. 3 (1994) páginas 584 a 592), o en la solicitud de certificado de adición FR-A-2.533.397. La antorcha TIA ha sido aplicada en la destrucción de SF_{6} y C_{2}F_{6}. Sin embargo, su arquitectura es relativamente sofisticada y su construcción es bastante compleja y costosa. Además, resulta intrínsicamente difícil realizar una estanqueidad muy buena del circuito de gas, lo cual es un inconveniente muy serio en el caso del tratamiento de gases que contienen impurezas o efluentes cuya conversión proporciona gases peligrosos (por ejemplo compuestos halogenados corrosivos) o incluso gases de elevado valor añadido (kriptón, xenón). Por último, la longitud del canal de alimentación de la boquilla TIA es bastante grande, lo cual puede plantear problemas de recondensación de las impurezas.

El fin de la invención es paliar estos inconvenientes.

La invención tiene por consiguiente por objeto un dispositivo de tratamiento de gas mediante plasma, del tipo anteriormente citado, caracterizado porque los medios para hacer circular el gas comprenden al menos una antorcha de plasma para la producción, a la salida de esta última, de un plasma en el gas a tratar, comprendiendo la antorcha un inyector de material conductor eléctrico montado en una primera gran superficie mayor de la estructura que forma guía ondas y que se extiende en saliente a través de un orificio previsto en una segunda superficie mayor opuesta a la indicada primera superficie mayor, un intersticio de paso de las ondas incidentes que se extiende alrededor del inyector.

Este dispositivo puede igualmente comprender una o varias de las características, tomadas por separado o según todas las combinaciones técnicamente posibles:

- el dispositivo comprende medios de ajuste de la posición axial del inyector con relación a la estructura que forma guía ondas;

- los medios de ajuste están dispuestos en forma de un roscado previsto en la superficie externa del inyector que coopera con un aterrajado llevado por la estructura que forma guía ondas;

- el inyector comprende una parte exterior sensiblemente cilíndrica, los medios de regulación están dispuestos en forma de un dispositivo de empalme de doble anillo fijado sobre la indicada primera superficie mayor de la estructura, siendo el dispositivo de empalme de doble anillo atravesado por el inyector y la indicada parte cilíndrica es apretada radialmente sobre el indicado dispositivo de empalme;

- la estructura hueca que forma guía ondas comprende un primer extremo destinado para ser conectado con el generador de microondas, un segundo extremo opuesto destinado para ser equipado con medios de ajuste de impedancia que forman cortocircuito y una zona en la cual están previstos los medios para hacer circular el gas y llevar la potencia microondas hacia el extremo del inyector:

- la indicada zona es una zona de sección estrechada:

- la indicada zona de sección estrechada comprende una parte de sección constante en la cual están previstos los medios para hacer circular el gas, y la indicada zona de sección estrechada se extiende entre dos partes de sección linealmente creciente en dirección a los primero y segundo extremos;

- la indicada zona es una zona de sección constante que se extiende entre los indicados dos extremos, y el dispositivo comprende además un adaptador de impedancia que transforma la impedancia electromagnética del sistema inyector de plasma en la impedancia electromagnética característica de la estructura que forma guía ondas;

- el adaptador de impedancia es un cilindro hueco de material buen conductor eléctrico, particularmente de cobre o de latón, dispuesto coaxialmente alrededor del inyector, y que se extiende a partir de la segunda superficie mayor de la estructura a la indicada primera superficie mayor;

- las microondas tienen una frecuencia sensiblemente de 2,45 GHz, y el cilindro hueco tiene una longitud comprendida entre 25 mm y 40 mm, de preferencia sensiblemente de 33 mm y un diámetro exterior comprendido entre 20 y 30 mm, de preferencia sensiblemente de 25 mm;

- el intersticio está delimitado por el orificio previsto en la indicada superficie mayor y el contorno exterior del inyector;

- el dispositivo comprende un disco anular montado sobre la indicada segunda superficie mayor y que presenta un orificio central que tiene un diámetro inferior al diámetro del orificio de la indicada segunda superficie mayor, el intersticio está delimitado por el orificio central, y un tirante está dispuesto entre el disco anular y la indicada segunda superficie mayor separada del borde del orificio central;

- el borde del orificio que delimita el intersticio es de forma redondeada, particularmente semi-tórica;

- el intersticio tiene una anchura comprendida entre 1 mm y 3 mm;

- la estructura hueca comprende en al menos uno de sus extremos y de preferencia en cada uno de ellos, una ventana de material dieléctrico, particularmente de Teflón ®, transparente a la energía microondas y que aisla de forma sensiblemente estanca al gas el volumen interno de la estructura hueca de las secciones del guía ondas que se extiende respectivamente hacia el generador de microondas y hacia los medios de ajuste de impedancia;

- el dispositivo comprende además un reactor de tratamiento montado sobre la estructura hueca que forma guía ondas y que cubre el extremo libre del inyector;

- la pared del reactor de tratamiento es cilíndrica y está provista de un serpentín de refrigeración en comunicación con una fuente de fluido de refrigeración;

- el dispositivo comprende además medios de bombeo de la atmósfera que reina en el reactor de tratamiento;

- los medios de bombeo constituyen medios de regulación de la circulación sensiblemente laminar de los gases en el emplazamiento del plasma;

- el reactor está provisto de medios de alimentación de plasma;

- los medios de alimentación comprenden un vástago filiforme de material eléctricamente conductor, particularmente de tungsteno, que se extiende en dirección al extremo libre del inyector y conectado con una fuente de alta tensión alternativa y a baja frecuencia o en radio-frecuencia, y medios de desplazamiento que permiten aproximarlo o alejarlo de la proximidad del extremo libre;

- el extremo libre del inyector tiene una forma general exterior cilíndrica o cónica; y

- el extremo libre del inyector está provisto de un elemento central en saliente de centrado del plasma con relación a la salida del inyector, orificios de paso para el gas que se extienden a uno y otro lado de este elemento.

Otras características y ventajas se desprenderán de la descripción siguiente, dada únicamente a título de ejemplo, y realizada con referencia a los dibujos adjuntos en los cuales:

- la figura 1 es una vista esquemática del perfil de un primer modo de realización de un dispositivo de tratamiento de gas conforme a la invención;

- la figura 2 es una vista por encima del dispositivo de la figura 1;

- la figura 3 es una vista en sección de una parte del dispositivo de la figura 1;

- las figuras 4 a 13 muestran diferentes modos de realización del inyector del dispositivo de la figura 1;

- la figura 14 es una instalación de tratamiento de gas que utiliza un dispositivo de tratamiento conforme a la invención;

- la figura 15 es una curva que muestra la evolución de la potencia reflejada en el guía ondas en función de la altura del inyector;

- la figura 16 es una curva que muestra el porcentaje de destrucción de un gas por medio del D dispositivo de la figura 1, en función de la presión que reina en el reactor;

- la figura 17 es una curva que muestra la evolución del porcentaje de destrucción de un gas en función de la potencia microondas incidente para diferentes caudales de gas y una dilución de un 1% de este último;

- la figura 18 es una vista esquemática del perfil de un segundo modo de realización de un dispositivo de tratamiento de gas según la invención; y

- la figura 19 es una vista en sección según la línea XIX-XIX de la figura 18.

En las figuras 1 y 2, se ha representado de forma esquemática un dispositivo de tratamiento de gas mediante plasma conforme a la invención, designado por la referencia numérica general 10, respectivamente en vista lateral y en vista por encima.

El dispositivo 10 está principalmente constituido por una estructura hueca 12 que forma guía ondas de forma longitudinal y realizada en un material eléctricamente conductor apropiado para la utilización considerada, en particular de metal. La misma tiene de preferencia una sección transversal rectangular y presenta un plano de simetría situado en el plano de la figura 1, es decir paralelo a las superficies menores de la estructura 12.

La estructura 12 comprende dos extremos abiertos respectivamente 14 y 16 destinados uno para ser conectado con un generador de microondas (no representado) y el otro, a medios apropiados para formar un cortocircuito ajustable, de preferencia una placa conductora dispuesta transversalmente y regulable longitudinalmente, con el fin de poder proceder a una regulación de impedancia.

Entre los dos extremos 14 y 16, la estructura 12 comprende una zona 18 de sección estrechada que realiza una concentración de las microondas incidentes, cuya zona 18 comprende una parte central 20 de sección constante que se extiende entre dos partes 22 y 24 de sección linealmente creciente en dirección a las zonas de extremo 14 y 16.

Haciendo referencia igualmente a la figura 3, la pared constitutiva de la estructura 12 comprende, a nivel de la parte central 20 dos orificios coaxiales, respectivamente 26 y 28, a través de los cuales se extienden unos medios para hacer circular un gas a tratar a través de la estructura 12 y, en particular, a través de esta en una zona en la cual la amplitud del campo eléctrico asociada con la onda incidente es elevada, y es de preferencia máxima.

Se entiende por "amplitud de campo eléctrico elevada", una amplitud del campo eléctrico suficientemente elevada para permitir una alimentación del plasma.

Como se aprecia en esta figura 3, estos medios están constituidos por una antorcha 29 soportada por el guía ondas, y que comprende un inyector 30 que incluye una zona proximal 32 mediante la cual se fija sobre una de las superficies mayores 33A de la estructura 12 y un extremo libre distal 34 que atraviesa el orificio 26 previsto en la superficie mayor opuesta 33B de la estructura 12 y por la cual se extiende en saliente por fuera de esta estructura 12.

El inyector 30 presenta una sección en corte transversal que se estrecha en dirección a su extremo libre 34 de forma que subsista un intersticio 26A a nivel del orificio 26, entre el inyector 30 y la pared o superficie 33B constitutiva de la estructura 12 por el cual las ondas incidentes pasan a lo largo de la pared del inyector 30 en dirección al extremo libre 34.

En el ejemplo de realización representado en estas figuras, la estructura 12 que forma guía ondas comprende dos orificios coaxiales 26, 28 para el montaje de una única antorcha 29. Se concibe que se pueda prever un número superior de tales orificios dispuestos por pares de orificios coaxiales, para el montaje de un número correspondiente de antorchas de plasma. En este caso, los pares de orificios coaxiales estarán en general dispuestos de forma que, por una parte, se asegure un reparto por igual de la potencia entre cada intersticio con el fin de crear plasmas sensiblemente idénticos en el extremo de cada antorcha y, por otra parte, permitir realizar una buena adaptación de impedancia de la estructura de antorchas múltiples con la ayuda de medios de regulación previstos por otro lado (por ejemplo un cortocircuito móvil y un adaptador de tres tornillos clásicos), con una potencia reflejada de preferencia inferior a un 1% de la potencia incidente.

Por otro lado, el dispositivo 10 comprende medios de regulación de la posición axial del inyector 30 con relación a la estructura 12, que se presenta en forma de un roscado 36 previsto en la superficie periférica externa de la zona proximal 32 del inyector y que coopera con un aterrajado de una tuerca 38 llevado por la estructura 12. Así resulta posible regular precisamente la distancia entre el extremo libre 34 de la antorcha y la superficie mayor correspondiente 33B de la estructura 12.

El inyector 30 comprende un conducto interno 40 por el cual circula el gas a tratar, estando este conducto conectado con una fuente de alimentación de gas a tratar no representada.

En variante, el inyector 30 comprende una base constituida por un tramo tubular cilíndrico prolongado por una boquilla de forma general exterior cilíndrica o cónica (fig. 4 a 12, y fig. 19). El diámetro del orificio circular 26 previsto en la superficie mayor del guía está adaptado para proporcionar una anchura suficientemente pequeña al intersticio circular 26A para que la potencia microondas sea conducida fuera del guía de ondas hacia la punta de la boquilla. La anchura es suficientemente grande para evitar el riesgo de generación de arcos entre el inyector 30 y el guía de ondas.

La anchura del intersticio 26A se encuentra por ejemplo comprendida entre 1 mm y 3 mm.

El dispositivo 10 comprende un reactor de tratamiento 42 montado sobre la estructura 12 a nivel de su zona central 20 con el fin de cubrir el extremo libre del inyector 30 de la antorcha de forma que esta desemboque en el reactor 42.

Se apreciará que el reactor 42 está montado de forma estanca sobre la estructura 12, y que se comunica con el volumen interno de la indicada estructura, por el intersticio circular 26A delimitado por el inyector 30 y el orificio 26.

Los extremos 14, 16 de la estructura están cerrados de forma estanca a los gases por dos placas 43 de material dieléctrico, de preferencia de Teflón®, y transparentes a la energía microondas. Estas dos placas 43 forman así unas "ventanas" para las microondas, mientras que el gas corrosivo o nocivo eventualmente presente en la estructura 12 y que viene del reactor 42 no puede circular hacia el entorno o hacia le generador de microondas 60.

La pared del reactor 42 es cilíndrica y está provista de medios de refrigeración, que se presentan en forma de un serpentín 44 conectado con una fuente de fluido de refrigeración apropiada (no representada).

La misma lleva por otro lado un órgano de alimentación de plasma dispuesto en forma de un vástago filiforme 46 conductor, por ejemplo de tungsteno que se extiende en dirección al extremo libre 34 del inyector de la antorcha y conectado con una fuente de alta tensión alternativa a baja frecuencia o de radio-frecuencia (no representada). Este vástago 46 está provisto de medios de desplazamiento (no representados) que permiten retirarlo de la proximidad del extremo libre 34 una vez que la descarga se ha encendido.

Un conducto 48 está conectado con el reactor 42 para recoger los gases después de su paso por el plasma, cuyo conducto está en el presente ejemplo dotado de medios de bombeo 50 de la atmósfera que reina en el reactor.

Como se concibe, el reactor 42 permite aislar del medio exterior los gases que salen de la antorcha 29 y recogerlos en su totalidad para la continuación del proceso de tratamiento.

Las dimensiones de la cámara del reactor 42 deben ser lo suficientemente grandes para no perturbar las condiciones de mantenimiento de un plasma que se desea estable y simétrico, bien sea por acoplamiento parásito de la energía de microondas a las paredes de la cámara, o bien por degradación del régimen de circulación del gas en la proximidad de la antorcha 29. Sin embargo, las dimensiones de la cámara del reactor 42 deben ser lo suficientemente pequeñas para dar una compacidad al conjunto del dispositivo.

Por ejemplo, el reactor 42 está constituido por un cilindro de aluminio de aproximadamente 200 mm de diámetro y 480 mm de altura.

En este caso, los medios de bombeo 50 deben en general ser utilizados para conservar un régimen de circulación de los gases próximo a las condiciones laminares en el emplazamiento de la llama del plasma.

Bien entendido, se pueden utilizar dimensiones superiores si la compacidad del conjunto no es un inconveniente redhibitorio.

Así, en el caso en que se utilice un reactor de grandes dimensiones, los medios de refrigeración pueden ser omitidos.

Con referencia a las figuras 4 a 13, el extremo libre del inyector 30 de la antorcha de plasma puede presentar diferentes configuraciones.

En efecto, mientras que en el ejemplo de realización descrito esquemáticamente con referencia a las figuras 1 a 3, el inyector presenta una forma exterior cónica, puede igualmente tener una forma exterior cilíndrica como se ha representado en la figura 5.

El extremo libre de la boquilla presenta un diámetro comprendido entre 4 y 4,8 mm, de preferencia igual a 4 mm.

Para un diámetro superior, el rendimiento del tratamiento se degrada en la medida en que la columna de plasma no cubre toda la abertura.

Para valores inferiores de diámetro, el aumento consecutivo de la velocidad del gas a tratar disminuye el tiempo de residencia de sus especies en el plasma y por consiguiente el porcentaje de destrucción.

Se apreciará que para un inyector 30 de una sola abertura, el plasma se alimenta por una región de circunferencia y se encuentra por consiguiente situado de forma excentrada con relación al flujo de gas.

Como se puede apreciar en los ejemplos de las figuras 6 a 11, el extremo libre del inyector está dotado de una punta 52 central que fuerza al plasma a fijarse sobre el eje de la boquilla, en el centro del flujo de gas.

En este caso, el extremo libre 34 del inyector comprende un conjunto de orificios de paso de gas, tales como 54, regularmente repartidos alrededor de la punta central 52, por ejemplo en número de dos, cuatro o seis (figuras 7, 9 y 11) para formar un inyector de tipo "ducha".

En variante, como se ha representado en las figuras 12 y 13, la punta central 52 es sustituida por una punta 56 que forma puente montada en el extremo libre 34 del inyector.

Con referencia a la figura 14, se describirá ahora una instalación de tratamiento de gas que utiliza el dispositivo que acaba de describirse.

Como se puede apreciar en esta figura 14, el dispositivo 10 comprende dos antorchas 29 cubiertas por un único reactor 42, el cual desemboca en un conducto 48 de recogida de gas.

En variante, es evidentemente posible disponer de un reactor para cada antorcha individual.

Uno de los extremos libres 16 de la estructura 12 de guía ondas está provisto de una placa terminal que forma cortacircuito móvil 58 de regulación de impedancia conectada con un dispositivo 59 de regulación de su posición en la estructura 12.

El extremo opuesto 14 está conectado a un generador de potencia 60 que genera las microondas incidentes por mediación de un circulador 62, de tipo clásico y opcional, asegurando una protección del generador contra las potencias reflejadas por las antorchas 29 cuando el plasma es alcanzado, o cuando el acuerdo de impedancia es malo o se encuentra en curso de regulación. El circulador 62 tiene por cometido transferir la potencia reflejada hacia un dispositivo (no representado) adaptado para absorber esta última, por ejemplo un dispositivo provisto de una carga de agua.

Unos acopladores direccionales 64 están por otro lado interpuestos entre el circulador 62 y el dispositivo 10 con el fin de extraer una fracción determinada de la potencia que pasa por el guía ondas, con el fin de determinar su valor.

La instalación se completa mediante medios de alimentación del dispositivo 10 de gas a tratar (no representados) conectados a las antorchas 29.

Ahora se describirá con referencia a las figuras 15 a 17 un ejemplo de aplicación del dispositivo de tratamiento que acaba de describirse para la destrucción de C_{2}F_{6}.

Las micro-ondas incidentes tienen una frecuencia de 2,45 GHz. El cortocircuito móvil 58 montado en el extremo libre 16 de la estructura 12 está ajustado de forma que optimice el ajuste de impedancia y minimice la potencia reflejada.

Se ha observado que con el dispositivo de antorcha en guía ondas según la invención, se puede obtener un valor muy bajo de la potencia reflejada hacia el generador después del ajuste del cortocircuito móvil 58. Opcionalmente, un adaptador de impedancia de tres tornillos (no representado) puede implantarse en el guía ondas por el lado de la entrada de la potencia de microondas, entre los acopladores direccionales 64 y el dispositivo 14 con el fin de mejorar el ajuste.

Por otro lado, como resulta visible en la figura 15, el ajuste de la posición de altura del inyector 30 con relación a la superficie superior de la cara 33B constituye un medio de ajuste muy fino y permite minimizar la potencia reflejada. En este presente ejemplo, la altura puede estar comprendida entre 2,8 cm y 4,1 cm y preferentemente es de 3,4 cm.

La presesión que reina en el interior del reactor 42 se ajusta utilizando los medios de bombeo 50 (figura 1) con el fin de evitar el desarrollo de un arco eléctrico entre la boquilla de la antorcha 29 y la pared del reactor 42 y con el fin de obtener un plasma estable, para una zona determinada de potencia microondas.

Se apreciará que si la presión en el interior del reactor 42 se baja, la potencia de las microondas incidentes debe reducirse consecuentemente para mantener una estabilidad aceptable del plasma.

Con referencia a la figura 16, se observa que la presión que reina en el reactor 42 tiene igualmente una influencia en el porcentaje de destrucción de C_{2}F_{6}.

Así, para mantener una estabilidad aceptable del plasma, evitar los riesgos de aparición de arcos y poder mantener un nivel de potencia suficiente para alcanzar el porcentaje de destrucción buscado, se trabaja, de preferencia, a presiones comprendidas entre 800 hPa (600 Torr) y 866 hPa (650 Torr).

En la figura 17, se ha representado una curva que ilustra la variación del porcentaje de destrucción de C_{2}F_{6} en función de la potencia microondas incidente, para C_{2}F_{6} diluido al 1% en nitrógeno, y esto para diferentes caudales de nitrógeno. Se observa, que con caudal bajo (5,0 litros por minuto), el porcentaje de destrucción alcanza fácilmente el 100% para una potencia moderada (1200 vatios). Por el contrario, cuando se aumenta el caudal de nitrógeno a 40,0 litros por minuto, incluso utilizando dos antorchas, el porcentaje de destrucción para un potencia comparable solo es del orden del 40%. Para subir a un porcentaje de destrucción del 70%, es preciso alcanzar una potencia de 2.800 vatios.

Se concibe entonces por lo que antecede, que las condiciones operativas del dispositivo descrito con referencia a las figuras 1 a 13, pueden adaptarse con el fin de obtener un porcentaje de destrucción de C_{2}F_{6} próximo al 100%, jugando con el caudal y con la potencia de las microondas absorbida. Estos resultados no están afectados por la generación de materiales sólidos procedentes de la descomposición de los gases tratados, en la medida en que el plasma se produce en el reactor 42, río abajo de la antorcha 29 y no en el conducto de alimentación del dispositivo de gas a tratar.

Los residuos sólidos no son por consiguiente susceptibles de inducir un taponado de este conducto o de modificar su geometría interna. Pueden además ser fácilmente recuperados en la medida en que estos productos de descomposición se acumulen en la parte baja del reactor 42.

Además, estos rendimientos se obtienen por medio de un dispositivo de tratamiento de gas según la invención, que es de una estructura sencilla, por consiguiente poco costosa, en la medida en que los medios previstos para aplicar el campo eléctrico asociado con la onda electromagnética incidente están grandemente simplificados con relación a los que equipan generalmente las antorchas de plasma, siendo de una gran eficacia.

En las figuras 18 y 19, se ha representado un segundo modo de realización de un dispositivo según la invención. En lo que sigue se describirán únicamente las diferencias con relación al primer modo de realización. Los elementos análogos a los del primer modo de realización llevan referencias idénticas.

Este dispositivo 10 comprende una estructura hueca 12 soportada por una placa de soporte 79. La estructura hueca presenta una zona 80 de sección transversal idéntica en toda su longitud entre los dos extremos 14, 16.

La placa de soporte 79 comprende un aterrajado 82 coaxial con relación a los dos orificios 26, 28 de la estructura hueca 12.

Un dispositivo de empalme de doble anillo 84 se rosca en este aterrajado 82 y se extiende por el lado de la placa 79 opuesto a la estructura hueca 12. Este dispositivo de empalme 84 es conocido en si y se comercializa por ejemplo bajo el nombre comercial de "Swagelok ®".

Este dispositivo de empalme 84 comprende un cuerpo de base 86 sensiblemente en forma de cilindro hueco.

El cuerpo de base 86 tiene un roscado exterior 88 mediante el cual se fija en el aterrajado 82. El cuerpo de base 86 comprende por el lado opuesto a la placa de soporte 79 un roscado externo 90 y una superficie cónica 92 interior que se estrecha hacia el soporte.

El dispositivo 84 comprende además dos anillos 94, 96 de forma troncocónica dispuestos coaxialmente uno respecto al otro y con relación al cuerpo de base 86. La superficie troncocónica del primer anillo 94 se aplica contra la superficie troncocónica 92 del cuerpo de base 86.

Una tuerca de sujeción 98 se rosca en el roscado externo 90 y sujeta el primer anillo 94 entre el segundo anillo 96 y el cuerpo de base 86.

El inyector 30 comprende una parte cilíndrica y se extiende a través de la tuerca 98, los dos anillos 94, 96 y el cuerpo de base 86. El inyector 30 está fijado axialmente por sujeción radial del primer anillo 94 contra una parte cilíndrica del inyector 30.

Un ajuste continuo de la altura del inyector 30 con relación a la superficie 33B de la estructura hueca 12 es así posible.

El dispositivo 10 comprende además un transformador de impedancia 100 fijado a la superficie interior de la superficie opuesta 33B de la estructura hueca 12.

El transformador de impedancia 100 es esencialmente un cilindro hueco 102 dispuesto coaxialmente alrededor de la antorcha 29.

El extremo de este cilindro hueco 102 adyacente a la superficie opuesta 33B comprende una base de fijación 104 en forma de disco anular en la cual está previsto un orificio central 105 para el paso del inyector 30. Tres orificios de fijación 106 (de los cuales uno es visible) están previstos en la base 104 y están repartidos regularmente alrededor del eje del cilindro. El transformador de impedancia 100 está fijado a la estructura hueca 12 por mediación de tres tornillos 108.

Hay que observar que el orificio central 105 de la base 104 presenta un diámetro ligeramente inferior al diámetro del orificio 26 de la estructura.

Así, los dos orificios 26, 105 están desacoplados en el plano electromagnético y la conducción de la potencia microondas hacia el extremo 34 del inyector 30 está, en el emplazamiento de los orificios 26, 105, sensiblemente determinado por el intersticio 105A presente entre el orificio 105 y el inyector 30. El borde del orificio central 105 tiene forma redondeada, particularmente semi- tórica con el fin de disminuir el riesgo de generación de arcos entre el borde y el inyector 30.

La base de fijación 104 comprende además un reborde axial 112 circular sobre su superficie vuelta hacia la cara opuesta 33B de la estructura hueca 12. El reborde 112 tiene sensiblemente el mismo diámetro que la base de fijación 104. este reborde 112 forma un tirante que separa la base de fijación 104 de la superficie opuesta 33B y desacoplando así el transformador de impedancia 100 de la estructura hueca 12 en lo que respecta a la energía microondas.

De esta manera, el paso de la potencia microondas al emplazamiento de la descarga está determinado principalmente por el transformador de impedancia 100.

Las dimensiones del transformador de impedancia son elegidas de forma que la impedancia electromagnética del inyector 30 sea sensiblemente la impedancia electromagnética característica de la estructura hueca 12.

El transformador de impedancia es fabricado por ejemplo en cobre o en latón pero puede ser fabricado en cualquier material buen conductor de la electricidad. Para una frecuencia de microondas de 2,45 GHz, las dimensiones preferenciales del transformador son las siguientes: la longitud está comprendida entre 30 y 40 mm, y es de preferencia de 33 mm y el diámetro exterior está comprendido entre 20 mm y 30 mm y es de preferencia de 25 mm.

El funcionamiento del dispositivo según el segundo modo de realización es análogo al funcionamiento del dispositivo según el primer modo de realización.

El segundo modo de realización del dispositivo según la invención es de una estructura particularmente sencilla y tiene un bajo coste de fabricación.

Claims (23)

1. Dispositivo de tratamiento de gas mediante plasma particularmente mantenido por microondas, del tipo que comprende una estructura hueca (12) que forma guía ondas destinada para ser conectada a un generador (60) de microondas, y medios (29) para hacer circular el gas a tratar a través de la indicada estructura en una zona en la cual la amplitud del campo eléctrico asociado con la onda incidente es elevada y de preferencia máxima, caracterizado porque los medios para hacer circular el gas comprenden al menos una antorcha (29) de plasma para la producción, a la salida de esta última, de un plasma en el gas a tratar, comprendiendo la antorcha un inyector (30) de material conductor eléctrico montado en una primera gran superficie (33A) de la estructura (12) que forma guía ondas y que se extiende en saliente a través de un orificio (26) previsto en una segunda superficie mayor (33B) opuesta a la indicada primera superficie mayor, extendiéndose un intersticio (26A; 105A) de paso de las ondas incidentes alrededor del inyector (30).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende medios de ajuste (36, 38; 84) de la posición axial del inyector (30) con relación a la estructura (12) que forma guía ondas.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque los medios de ajuste están dispuestos en forma de un roscado (36) previsto sobre la superficie externa del inyector (30) que coopera con un aterrajado (38) soportado por la estructura (12) que forma guía ondas.

4. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque el inyector (30) comprende una parte exterior sensiblemente cilíndrica, porque los medios de ajuste están dispuestos bajo la forma de un dispositivo de empalme de doble anillo (84) fijado sobre la indicada primera superficie mayor (33A) de la estructura (12), siendo el dispositivo de empalme de doble anillo atravesado por el inyector (30) y porque la indicada parte cilíndrica se sujeta radialmente sobre el indicado dispositivo de empalme (84).

5. Dispositivo según una cualquiera de las 1 reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la estructura hueca (12) que forma guía ondas comprende un primer extremo (14) destinado para ser conectado al generador (60) de microondas, un segundo extremo opuesto (16) destinado para ser equipado con medios de ajuste de impedancia (58) que forma cortocircuito y una zona (18; 80) en la cual están previstos los medios para hacer circular el gas y conducir la potencia microondas hacia el extremo del inyector (30).

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque la indicada zona es una zona (18) de sección estrechada.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque la indicada zona de sección estrechada (18) comprende una parte (20) de sección constante en la cual están previstos los medios (29) para hacer circular el gas, y porque la indicada zona de sección estrechada se extiende entre dos partes (22, 24) de sección linealmente creciente en dirección a los primero y segundo extremos (14, 16).

8. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque la indicada zona es una zona (80) de sección constante que se extiende entre los indicados dos extremos (14, 16), y porque el dispositivo comprende además un adaptador de impedancia (100) que transforma la impedancia electro-magnética del sistema inyector -plasma en la impedancia electromagnética característica de la estructura (12) que forma guía ondas.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el adaptador de impedancia (100) es un cilindro hueco (102) de material buen conductor eléctrico, particularmente de cobre o de latón, dispuesto coaxialmente alrededor del inyector (30), y que se extiende a partir de la segunda gran superficie (33B) de la estructura (12) hacia la indicada primera superficie mayor (33A).

10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque los micro-ondas tienen una frecuencia sensiblemente de 2,45 GHz, y porque el cilindro hueco (102) tiene una longitud comprendida entre 25 mm y 40 mm, de preferencia sensiblemente de 33 mm y un diámetro exterior comprendido entre 20 y 30 mm, de preferencia sensiblemente de 25 mm.

11. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el intersticio (26A) está delimitado por el orificio (26) previsto en la indicada superficie mayor (33B) y el contorno exterior del inyector.

12. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque comprende un disco anular (104) montado sobre la indicada segunda superficie mayor (33B) y que presenta un orificio central (105) que tiene un diámetro inferior al diámetro del orificio (26) de la indicada segunda superficie mayor (33B), porque el intersticio (105A) está delimitado por el orificio central (105), y porque un tirante (112) está dispuesto entre el disco anular (104) y la indicada segunda superficie mayor (33B) separada del borde del orificio central (105).

13. Dispositivo según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque el borde del orificio (26; 105) que delimita el intersticio (26A; 105A) es de forma redondeada, particularmente semi-tórica.

14. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el intersticio (26A; 105A) tiene una anchura comprendida entre 1 mm y 3 mm.

15. Dispositivo según la reivindicación 5 o una de las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 5, caracterizado porque la estructura hueca (12) comprende en al menos uno de sus extremos (14, 16) y de preferencia en cada uno de ellos, una ventana (43) de material dieléctrico, particularmente de Teflón®, transparente a la energía microondas y aislante de forma sensiblemente estanca al gas extendiéndose el volumen interno de la estructura hueca (12) de las secciones del guía ondas respectivamente hacia el generador de microondas (60) y hacia los medios de ajuste de impedancia (58).

16. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque comprende además un reactor (42) de tratamiento montado sobre la estructura hueca que forma guía ondas (12) y que cubre el extremo libre del inyector (30).

17. Dispositivo según la reivindicación 16, caracterizado porque la pared del reactor (42) de tratamiento es cilíndrica y está provista de un serpentín (44) de refrigeración en comunicación con una fuente de fluido de refrigeración.

18. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 16 ó 17, caracterizado porque comprende además medios (50) de bombeo de la atmósfera que reina en el reactor (42) de tratamiento.

19. Dispositivo según la reivindicación 18, caracterizado porque los medios de bombeo constituyen medios de ajuste de la circulación sensiblemente laminar de los gases en el emplazamiento del plasma.

20. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque el reactor (42) está provisto de medios (46) de alimentación de plasma.

21. Dispositivo según la reivindicación 20, caracterizado porque los medios de alimentación comprenden un vástago filiforme (46) de material eléctricamente conductor; particularmente de tungsteno, que se extiende en dirección al extremo libre (34) del inyector (30) y conectado con una fuente de alta tensión alternativa y de baja frecuencia o de radio-frecuencia, y medios de desplazamiento que permiten aproximarlo o alejarlo de la proximidad del extremo libre (34).

22. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque el extremo libre (34) del inyector (30) tiene una forma general exterior cilíndrica o cónica.

23. Dispositivo según la reivindicación 22, caracterizado porque el extremo libre (34) del inyector (30) está provisto de un elemento (52; 56) central en saliente de centrado del plasma con relación a la salida del inyector (30), orificios (54) de paso para el gas que se extienden a uno y otro lado de este elemento.