JP2000182799A - Inductive coupling plasma device and treating furnace using this - Google Patents

Inductive coupling plasma device and treating furnace using this

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JP2000182799A
JP2000182799A JP10358634A JP35863498A JP2000182799A JP 2000182799 A JP2000182799 A JP 2000182799A JP 10358634 A JP10358634 A JP 10358634A JP 35863498 A JP35863498 A JP 35863498A JP 2000182799 A JP2000182799 A JP 2000182799A
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JP
Japan
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discharge tube
inductively coupled
coupled plasma
thin film
plasma
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Sakakibara
康史 榊原
Genichi Katagiri
源一 片桐
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To treat a to-be-treated material by suppressing heat loss caused by radiation energy from a high temperature to-be treated material and efficiently heating it. SOLUTION: An inductive coupling plasma device having an electric insulation discharge tube 1, a high frequency induction coil 2 coiled on the discharge tube 1, and a gas introducing part 4 is joined with a furnace vessel 21, gas introduced from the gas introducing part 4 into the discharge tube 1 is converted into plasma by supplying high frequency current to a high frequency induction coil 2, obtained plasma flame is applied to a to-be-treated material 30 to heat and melt it for treatment. A metal thin film made of 1 μm thick gold is formed on the inner surface of the discharge tube 1, and escape of radiation energy emitted from an opening of furnace vessel 21 to the outside is prevented.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波誘導結合を
用いて熱プラズマを発生させ、廃棄物の焼却、溶融処理
等に用いる誘導結合プラズマ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inductively coupled plasma apparatus which generates thermal plasma using high frequency inductive coupling and is used for incineration and melting of waste.

【0002】[0002]

【従来の技術】誘導結合プラズマ装置は、放電管に同軸
に高周波誘導コイルを巻装し、高周波誘導コイルに高周
波電流を通電して、放電管内部に導入したガスをプラズ
マ化して用いる装置である。
2. Description of the Related Art An inductively coupled plasma apparatus is an apparatus in which a high-frequency induction coil is wound coaxially around a discharge tube, a high-frequency current is applied to the high-frequency induction coil, and the gas introduced into the discharge tube is converted into plasma. .

【0003】図2は、従来より用いられている誘導結合
プラズマ装置の基本構成を示す断面図である。本図にお
いて、1は、円筒状の放電管である。放電管1は、絶縁
内筒1aと絶縁外筒1bとの二重構造よりなり、電気絶
縁性と耐熱性を考慮して、通常、石英により形成され
る。放電管1は、絶縁内筒1aと絶縁外筒1bとの間の
隙間に冷媒を流すことによって冷却される。2は、放電
管1に同軸に巻かれた高周波誘導コイルで、巻数は通常
3〜4ターンである。また、3は、高周波誘導コイル2
に高周波電流を供給する高周波電源である。放電管1の
上部には、ガス供給配管6により供給されたガスを放電
管1の内部へ、周方向に吹き出させるノズルと径方向に
吹き出させるノズルを備えたガス導入部4が配置されて
いる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the basic configuration of a conventionally used inductively coupled plasma apparatus. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a cylindrical discharge tube. The discharge tube 1 has a double structure of an insulating inner cylinder 1a and an insulating outer cylinder 1b, and is usually formed of quartz in consideration of electrical insulation and heat resistance. The discharge tube 1 is cooled by flowing a refrigerant through a gap between the insulating inner cylinder 1a and the insulating outer cylinder 1b. Reference numeral 2 denotes a high-frequency induction coil coaxially wound around the discharge tube 1, and the number of turns is usually 3 to 4 turns. 3 is a high frequency induction coil 2
This is a high-frequency power supply that supplies a high-frequency current to the power supply. Above the discharge tube 1, a gas introduction unit 4 having a nozzle for blowing gas supplied by the gas supply pipe 6 into the discharge tube 1 in a circumferential direction and a nozzle for blowing gas in a radial direction is arranged. .

【0004】本構成において、バルブ7を操作して、ま
ず点火用ガスとしてのヘリウムガスを、ヘリウムガス供
給源8から、ガス供給配管6、ガス導入部4を通して放
電管1の内部へと導入し、高周波電源3の出力電圧を高
周波誘導コイル2に印加する。放電管1へ導入されたヘ
リウムガスは、高周波誘導コイル2により形成される容
量結合電界によって放電する。このようにヘリウムガス
が放電している状態において、ガス供給源9よりアルゴ
ン等のプラズマガスを導入して、放電を維持し続ける。
次いで、ヘリウムガスの導入を停止し、放電管1内のア
ルゴンガス濃度を上昇させてアークプラズマへと移行さ
せる。この後のプラズマへのエネルギー供給は、高周波
誘導コイル2により発生する高周波誘導電界によりなさ
れる。このプラズマが一般的に誘導結合型プラズマと呼
ばれている。得られるプラズマは、電界の強さと形状お
よびガス流に依存する。さらに、アルゴン以外のプラズ
マを得たい場合には、そのプラズマガスをガス供給源1
0より導入し、バルブ7の開閉操作により、アルゴンガ
スをそのプラズマガスによって徐々に置換する方法を採
る。
In this configuration, a valve 7 is operated to first introduce helium gas as an ignition gas from a helium gas supply source 8 into a discharge tube 1 through a gas supply pipe 6 and a gas introduction section 4. Then, the output voltage of the high frequency power supply 3 is applied to the high frequency induction coil 2. The helium gas introduced into the discharge tube 1 is discharged by a capacitive coupling electric field formed by the high frequency induction coil 2. In the state where the helium gas is discharged, a plasma gas such as argon is introduced from the gas supply source 9 to maintain the discharge.
Next, the introduction of the helium gas is stopped, and the argon gas concentration in the discharge tube 1 is increased to shift to the arc plasma. The subsequent supply of energy to the plasma is performed by a high-frequency induction electric field generated by the high-frequency induction coil 2. This plasma is generally called inductively coupled plasma. The resulting plasma depends on the strength and shape of the electric field and the gas flow. Further, when it is desired to obtain a plasma other than argon, the plasma gas is supplied to the gas supply source 1.
0, and the method of gradually replacing the argon gas with the plasma gas by opening and closing the valve 7 is adopted.

【0005】プラズマは、約10,000Kの高温であり、加
熱源としての能力が高い。このため、放電管プラズマ内
における気体、液体、固体の溶融、分解等の処理に利用
されている。また、プラズマは極めて高温であるが故に
急激に熱膨張し、プラズマフレーム(プラズマ炎)20
と呼ばれる状態で、放電管1の外部へと噴出する。この
噴出するプラズマフレーム20を利用して、焼却や溶融
等の熱処理を行うこともできる。
[0005] Plasma has a high temperature of about 10,000 K and has a high capability as a heating source. Therefore, it is used for processing such as melting and decomposition of gas, liquid, and solid in the discharge tube plasma. Further, since the plasma is extremely high in temperature, the plasma expands rapidly, and the plasma flame (plasma flame) 20
In this state, it gushes out of the discharge tube 1. Utilizing the jetted plasma frame 20, heat treatment such as incineration or melting can be performed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】高周波誘導結合プラズ
マを熱源として焼却、溶融処理等に用いる場合、誘導結
合プラズマ装置より吹き出すプラズマフレームを炉内に
導入して被処理物に照射する方法が最も一般的に用いら
れる。この方法を用いれば、被処理物はプラズマの照射
により加熱され、焼却あるいは溶融することとなる。し
かしながら、このとき次のような問題が生じる。
When high-frequency inductively coupled plasma is used as a heat source for incineration, melting, and the like, the most common method is to introduce a plasma frame blown out from an inductively coupled plasma apparatus into a furnace and irradiate the object to be treated. It is commonly used. When this method is used, the object to be processed is heated by the irradiation of the plasma, and is incinerated or melted. However, at this time, the following problem occurs.

【0007】加熱によって被処理物の温度が上昇する
と、プランクの放射則に従って、被処理物からのエネル
ギー放出量も増大する。その放射エネルギー量はステフ
ァン・ボルツマンの法則により表され、次式により与え
られる。
[0007] When the temperature of the object increases due to heating, the amount of energy released from the object increases in accordance with Planck's radiation law. The amount of radiant energy is represented by Stefan-Boltzmann's law and is given by the following equation.

【0008】[0008]

【数1】 E = εσT4 〔W/m2 〕 (1) なお、式(1)において、Eは放射エネルギー、εは放
射率、σはステファン・ボルツマン定数、Tは温度
(K)である。
E = εσT 4 [W / m 2 ] (1) In equation (1), E is radiant energy, ε is emissivity, σ is Stefan-Boltzmann constant, and T is temperature (K). .

【0009】このように放射エネルギーは温度の4乗に
比例して増加するため、高温にある被処理物からの熱損
失のほとんどはこの放射エネルギーによる。被処理物の
飽和温度は、プラズマからの入射エネルギーとこの放射
による熱損失とのバランスにより決まる。したがって、
被処理物を高温領域まで温度上昇させるには、この放射
エネルギーによる損失を抑える必要がある。そのため、
一般に、被処理物は耐熱性と断熱性に優れた材料で形成
された密閉炉容器内で処理される。しかしながら、高周
波誘導結合プラズマを加熱源とする処理炉においては、
炉容器に、誘導結合プラズマ装置からのプラズマを導入
する開口部を備える必要があり、この開口部を通しての
放射エネルギーによる熱損失が問題となる。他方式と比
較してみると、抵抗加熱炉では熱源が炉容器内に配され
るので、炉容器を密閉型とすることができる。また、同
じプラズマ方式でも、直流アークを用いる場合は、高周
波誘導結合プラズマに比べてプラズマ径が小さいので、
炉容器の開口部は小さくてよい。これに対して、高周波
誘導結合プラズマは、その発生原理から径が大きくなる
ことは避けられず、これを組み込む炉容器には大きな開
口部を備える必要がある。このため、誘導結合プラズマ
装置を用いる処理炉においては、炉容器に設けた大きな
開口部を通して、先に説明した放射エネルギーが外部へ
と放出されるので、他の方式の処理炉に比べて熱損失が
大きくなるという問題点がある。すなわち、誘導結合プ
ラズマ装置を用いる処理炉では、炉容器の開口部には誘
導結合プラズマ装置が配され、蓋をするような形となる
が、誘導結合プラズマ装置の放電管は石英により形成さ
れているため、熱放射の主要部を構成する赤外領域に対
しては、ほぼ透明となっている。通常、放電管の外側に
は冷却水が通水されており、この水の放射率(したがっ
て吸収率)は0.95と高く、被処理物からの放射エネルギ
ーはこの冷却水に吸収されて外部へと取出されることと
なる。
As described above, since the radiant energy increases in proportion to the fourth power of the temperature, most of the heat loss from the workpiece at a high temperature is due to the radiant energy. The saturation temperature of the object is determined by the balance between the incident energy from the plasma and the heat loss due to this radiation. Therefore,
In order to raise the temperature of the object to be processed to a high temperature region, it is necessary to suppress the loss due to the radiant energy. for that reason,
Generally, an object to be processed is processed in a closed furnace vessel formed of a material having excellent heat resistance and heat insulation. However, in a processing furnace using high-frequency inductively coupled plasma as a heating source,
It is necessary to provide the furnace container with an opening for introducing plasma from the inductively coupled plasma device, and heat loss due to radiant energy through this opening becomes a problem. Compared with the other methods, in the resistance heating furnace, the heat source is arranged in the furnace container, so that the furnace container can be a closed type. In addition, even in the same plasma method, when a DC arc is used, the plasma diameter is smaller than that of the high frequency inductively coupled plasma.
The opening of the furnace vessel may be small. On the other hand, it is inevitable that the diameter of the high-frequency inductively coupled plasma increases due to the principle of its generation, and the furnace vessel in which the plasma is incorporated must have a large opening. For this reason, in a processing furnace using an inductively coupled plasma apparatus, the radiant energy described above is emitted to the outside through a large opening provided in the furnace container, so that the heat loss is higher than that of a processing furnace of another type. However, there is a problem that is increased. That is, in a processing furnace using an inductively coupled plasma device, the inductively coupled plasma device is disposed at the opening of the furnace vessel and has a shape like a lid, but the discharge tube of the inductively coupled plasma device is formed of quartz. Therefore, it is almost transparent to the infrared region constituting the main part of heat radiation. Normally, cooling water is passed through the outside of the discharge tube, and the emissivity (and therefore the absorptance) of this water is as high as 0.95, and the radiant energy from the object is absorbed by this cooling water and Will be removed.

【0010】誘導結合プラズマ装置を用いる処理炉の熱
効率を上げるには、この放射エネルギーの放電管外部へ
の逃散を防止する必要があるが、仮に放電管の構成材料
をこの放射に対して不透明な材料としても、放射エネル
ギーはこの放電管に吸収され、冷却水へと伝熱されて取
出されることとなるので、熱損失は低減できない。放電
管に適用できる耐熱、絶縁材料としてはセラミックスが
あるが、セラミックスは一般に放射率が高く、上記と同
様な結果となる。
In order to increase the thermal efficiency of a processing furnace using an inductively coupled plasma apparatus, it is necessary to prevent the radiation energy from escaping to the outside of the discharge tube. As a material, radiant energy is absorbed by the discharge tube and transferred to the cooling water to be taken out, so that the heat loss cannot be reduced. Ceramics are heat-resistant and insulating materials applicable to the discharge tube. Ceramics generally have high emissivity, and the same results as described above are obtained.

【0011】本発明は、上記のごとき問題点を解決する
ためになされたもので、特に誘導結合プラズマ装置を用
いる処理炉の放射によるエネルギー損失を少なくして、
プラズマエネルギーが効率よく被処理物に伝達され、被
処理物が加熱、処理される誘導結合プラズマ装置、なら
びにこの誘導結合プラズマ装置を用いる処理炉を提供す
ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and in particular, has been made to reduce energy loss due to radiation of a processing furnace using an inductively coupled plasma apparatus.
An object of the present invention is to provide an inductively coupled plasma apparatus in which plasma energy is efficiently transmitted to an object to be processed and the object to be processed is heated and processed, and a processing furnace using the inductively coupled plasma apparatus.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、(1)電気絶縁性の放電管
と、放電管に巻装された高周波誘導コイルと、放電管の
上部に配置されたガス導入部を備えて構成され、ガス導
入部より放電管の内部にガスを導入し、高周波誘導コイ
ルに高周波電流を流して、導入したガスをプラズマ化す
る誘導結合プラズマ装置において、放電管の内表面と外
表面のうち少なくともいずれか一方の表面に、赤外光を
反射する薄膜、例えば金属の蒸着膜をコーティングする
こととし、上記薄膜の厚さtを、例えば、高周波電流の
周波数(f)と薄膜の抵抗率(ρ)により次式のごとく
定まる電磁界の表皮深さ(δ)より小さい厚さとする。
In order to achieve the above object, the present invention provides (1) an electric insulating discharge tube, a high-frequency induction coil wound around the discharge tube, and an upper portion of the discharge tube. In an inductively coupled plasma device configured to include a gas introduction unit disposed in the gas introduction unit, a gas is introduced into the discharge tube from the gas introduction unit, a high-frequency current flows through a high-frequency induction coil, and the introduced gas is turned into plasma. At least one of the inner surface and the outer surface of the discharge tube is coated with a thin film that reflects infrared light, for example, a metal deposition film, and the thickness t of the thin film is set to, for example, a high-frequency current. The thickness is smaller than the skin depth (δ) of the electromagnetic field determined by the frequency (f) and the resistivity (ρ) of the thin film as expressed by the following equation.

【0013】[0013]

【数2】 δ = (2ρ/(ωμ))0.5 (2) なお、式(2)において、ωは角周波数、したがってω
=2πfである。また、μは、薄膜の透磁率である。
Δ = (2ρ / (ωμ)) 0.5 (2) In Equation (2), ω is an angular frequency, and therefore ω
= 2πf. Μ is the magnetic permeability of the thin film.

【0014】(2)また、(1)の誘導結合プラズマ装
置を、炉容器の一端に設けられた開口部に連結して、処
理炉を構成し、炉容器に収納された被処理物を、該誘導
結合プラズマ装置により発生したプラズマフレームによ
って加熱し、焼却、溶融処理することとする。
(2) Further, the inductively coupled plasma device of (1) is connected to an opening provided at one end of the furnace vessel to constitute a processing furnace, and the object to be processed stored in the furnace vessel is Heating, incineration, and melting are performed by a plasma frame generated by the inductively coupled plasma apparatus.

【0015】上記(1)のごとくとすると、熱放射線が
薄膜面にて反射され、プラズマ装置外への逃散が抑えら
れる。放射エネルギーは炉容器内へと戻され、炉容器の
壁材による吸収、放射を繰り返したのち、最終的に被処
理物に吸収される。薄膜としては、反射率の大きな(し
たがって放射率、吸収率の小さな)金などの金属蒸着膜
を用いるのが望ましい。
According to the above (1), thermal radiation is reflected on the thin film surface, and escape to the outside of the plasma device is suppressed. The radiant energy is returned into the furnace vessel, and is repeatedly absorbed and radiated by the wall material of the furnace vessel, and finally absorbed by the object. As the thin film, it is desirable to use a metal vapor-deposited film of gold or the like having a high reflectance (and thus a low emissivity and absorptance).

【0016】また、放電管内のプラズマは、放電管の外
側に巻かれた高周波誘導コイルによる誘導電磁界により
発生しているので、この誘導電磁界を妨げるような薄膜
を放電管に配すると、所定のプラズマが得られなくな
る。図3は、金属膜中における電界の減衰特性を示す特
性図で、放電管へのコーティング材として好適な反射率
を有する金(ρ=2.44×10-8Ωm)について、誘導プラ
ズマ発生に用いられる周波数13.56 MHz ,4 MHz ,450
kHz の場合の特性を示したものである。図3から判るよ
うに、薄膜の厚さが厚くなると、電界が遮蔽されること
となり、所定のプラズマが得られない。この遮蔽の程度
を測る目安が表皮深さである。薄膜材料を金、周波数を
450 kHzとして、式(2)を用いて表皮深さ(δ)を算
出すると、117 μmとなる。図3より、表皮深さは電界
強度が 37 %に低下する厚さを示すことが判る。
Further, since the plasma in the discharge tube is generated by an induction electromagnetic field generated by a high-frequency induction coil wound outside the discharge tube, if a thin film that obstructs the induction electromagnetic field is disposed on the discharge tube, a predetermined Plasma cannot be obtained. FIG. 3 is a characteristic diagram showing an electric field attenuation characteristic in a metal film. Gold (ρ = 2.44 × 10 −8 Ωm) having a suitable reflectance as a coating material for a discharge tube is used for induction plasma generation. Frequency 13.56 MHz, 4 MHz, 450
This shows the characteristics in the case of kHz. As can be seen from FIG. 3, when the thickness of the thin film is increased, the electric field is blocked, and a predetermined plasma cannot be obtained. The measure to measure the degree of this shielding is the skin depth. Gold for thin film material, frequency for
When the skin depth (δ) is calculated using Equation (2) at 450 kHz, it is 117 μm. FIG. 3 shows that the skin depth indicates the thickness at which the electric field intensity is reduced to 37%.

【0017】また、このように放電管に薄膜をコーティ
ングする際には、薄膜に生じる渦電流損に注意しなけれ
ばならない。金属薄膜中には電磁界の大きさに対応した
渦電流が生じ、渦電流の大きさと薄膜の抵抗値で決まる
損失が発生する。この損失は金属薄膜が薄くなるほど小
さくなる。図4は、金の薄膜で生じる渦電流による発熱
を膜厚の関数として示したもので、算出条件は、周波
数;13.56 MHz ,4 MHz,450 kHz 、印加磁界強度; 2
7.5 kA/m、誘導コイルの巻長;100 mである。なお、
この印加磁界強度は実際の誘導プラズマ装置での運転条
件を加味した値である。図4より判るように、金の薄膜
の厚さが 1μm以下であれば、この薄膜における渦電流
損は 1 kW 以下と見込まれる。誘導プラズマ装置のこの
運転条件における入力エネルギーは約 50 kWであり、渦
電流損が 1 kW 以下であれば、その影響は無視できる。
また、赤外線技術,第9号(1984),P.70によれば、金
のコーティングの厚さによる反射率の変化は次表の通り
である。
When coating the discharge tube with a thin film, attention must be paid to eddy current loss that occurs in the thin film. An eddy current corresponding to the magnitude of the electromagnetic field is generated in the metal thin film, and a loss is determined by the magnitude of the eddy current and the resistance of the thin film. This loss becomes smaller as the metal thin film becomes thinner. FIG. 4 shows the heat generated by the eddy current generated in the thin film of gold as a function of the film thickness. The calculation conditions are: frequency: 13.56 MHz, 4 MHz, 450 kHz, applied magnetic field strength;
7.5 kA / m, winding length of induction coil; 100 m. In addition,
This applied magnetic field intensity is a value that takes into account the operating conditions of the actual induction plasma device. As can be seen from FIG. 4, if the thickness of the gold thin film is 1 μm or less, the eddy current loss in this thin film is expected to be 1 kW or less. The input energy of the induction plasma device at this operating condition is about 50 kW, and the effect is negligible if the eddy current loss is 1 kW or less.
According to Infrared Technology, No. 9 (1984), p. 70, the change in reflectance depending on the thickness of the gold coating is as shown in the following table.

【0018】[0018]

【表1】 本表から、膜厚が1μmあれば、97.7%の反射率が得ら
れることが判る。以上より、上記(1)のごとくとし
て、膜厚を1μmとすれば、熱放射に対して十分な反射
効果が得られ、かつ薄膜に生じる損失も小さく抑えるこ
とができる。したがって、誘導結合プラズマ装置の熱効
率が向上することとなる。また、上記(2)のごとく、
この誘導結合プラズマ装置に炉容器を組み合わせて処理
炉を構成すれば、処理炉の熱効率が向上することとな
る。
[Table 1] From this table, it can be seen that a reflectance of 97.7% can be obtained if the film thickness is 1 μm. As described above, when the film thickness is set to 1 μm as in the above (1), a sufficient reflection effect on heat radiation can be obtained, and the loss occurring in the thin film can be suppressed to a small value. Therefore, the thermal efficiency of the inductively coupled plasma device is improved. Also, as in the above (2),
If a processing furnace is configured by combining a furnace container with this inductively coupled plasma apparatus, the thermal efficiency of the processing furnace will be improved.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の誘導結合プラズ
マ装置を用いた処理炉の実施例を示す縦断面図で、焼却
灰等を被処理物としてこれを溶融処理する処理炉の断面
図である。図1において、高周波誘導コイル2は図示し
ない高周波インバータ電源に接続されており、この電源
の定格出力周波数は450 kHz である。高周波誘導コイル
2を含む誘導結合プラズマ装置の構成は、図2に示した
従来の装置の構成と基本的に同一で、放電管1の内半径
は 85 mmである。図1に示した誘導結合プラズマ装置の
従来の装置との差異は、放電管1の内面に施された金属
薄膜11にある。この金属薄膜11は、真空蒸着法によ
ってコーティングされたもので、その厚さは1μmであ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a processing furnace using an inductively coupled plasma apparatus of the present invention. FIG. In FIG. 1, the high-frequency induction coil 2 is connected to a high-frequency inverter power supply (not shown), and the rated output frequency of this power supply is 450 kHz. The configuration of the inductively coupled plasma device including the high frequency induction coil 2 is basically the same as the configuration of the conventional device shown in FIG. 2, and the inner radius of the discharge tube 1 is 85 mm. The difference between the inductively coupled plasma apparatus shown in FIG. 1 and the conventional apparatus is a metal thin film 11 provided on the inner surface of the discharge tube 1. The metal thin film 11 is coated by a vacuum evaporation method, and has a thickness of 1 μm.

【0020】誘導結合プラズマ装置の下部には、焼却灰
等の被処理物30を収納する炉容器21が配され、放電
管1の内半径と同一の内半径の開口部を通して誘導結合
プラズマ装置と連結されている。炉容器21には、焼却
灰等の被処理物30を導入するための被処理物供給口2
3、溶融した被処理物30を外部に流出させるための溶
融物出湯口24、ならびに排気ガス排出用のガス排気口
25が配されている。また、誘導結合プラズマ装置から
噴出するプラズマフレーム20を被処理物30へとガイ
ドするプラズマ輸送管22が、上記の開口部の部分に連
結されている。焼却灰等は、被処理物供給口23より炉
容器21の内部へと連続して供給され、誘導結合プラズ
マ装置から噴出するプラズマフレーム20の熱によって
加熱、溶融処理される。得られた溶融物は、溶融物出湯
口24よりオーバーフローして連続的に取出される。
At the lower part of the inductively coupled plasma apparatus, a furnace container 21 for storing a workpiece 30 such as incineration ash is disposed, and is connected to the inductively coupled plasma apparatus through an opening having the same inner radius as that of the discharge tube 1. Are linked. The furnace container 21 has a workpiece supply port 2 for introducing a workpiece 30 such as incineration ash.
3. A melt outlet 24 for allowing the melted workpiece 30 to flow out and a gas outlet 25 for exhaust gas discharge are provided. Further, a plasma transport pipe 22 for guiding the plasma frame 20 ejected from the inductively coupled plasma apparatus to the workpiece 30 is connected to the opening. The incineration ash and the like are continuously supplied into the furnace container 21 from the processing object supply port 23, and are heated and melted by the heat of the plasma frame 20 ejected from the inductively coupled plasma device. The obtained melt overflows from the melt outlet 24 and is continuously taken out.

【0021】本処理炉において、被処理物30の焼却灰
の溶融温度は約 1700 ℃であり、この高温の被処理物3
0から、上記の開口部を通して誘導結合プラズマ装置側
へと放射されるエネルギーは 10 kWにもなる。誘導結合
プラズマ装置のプラズマフレーム出力はおよそ 50 kWで
あるので、約 20 %が開口部からの熱放射により放出さ
れることとなる。従来の誘導結合プラズマ装置では、こ
の放射エネルギーは放電管1を通して冷却水へと伝わ
り、多大なエネルギー損失を生じていた。本実施例の構
成では、上記のとおり放電管1の内面に金属薄膜11が
施されているので、開口部からの熱放射線はこの金属薄
膜11によって効果的に反射され、内部に留まることと
なるので、熱放射損失が大幅に低減することとなる。ま
た、この金属薄膜11は厚さが1μmであるので、この
金属薄膜11中で発生する渦流損は小さく、無視できる
レベルである。なお、本実施例では金属薄膜11を金に
より形成しているが、反射率の大きい他の金属を用いる
こととしても同一の効果がえられることは明らかであ
る。
In the present treatment furnace, the melting temperature of the incinerated ash of the object 30 is about 1700 ° C.
From 0, the energy radiated through the opening to the inductively coupled plasma device side can be as much as 10 kW. Since the plasma flame output of the inductively coupled plasma device is about 50 kW, about 20% will be released by heat radiation from the opening. In the conventional inductively coupled plasma device, this radiant energy is transmitted to the cooling water through the discharge tube 1 and causes a large energy loss. In the configuration of the present embodiment, since the metal thin film 11 is provided on the inner surface of the discharge tube 1 as described above, the heat radiation from the opening is effectively reflected by the metal thin film 11 and stays inside. Therefore, heat radiation loss is greatly reduced. Further, since the metal thin film 11 has a thickness of 1 μm, the eddy current loss generated in the metal thin film 11 is small and negligible. Although the metal thin film 11 is formed of gold in this embodiment, it is apparent that the same effect can be obtained by using another metal having a high reflectance.

【0022】また、本実施例では金属薄膜11を放電管
1の内面に配しているが、外面に配することとしてもよ
い。なお、図2に示した従来例のごとく放電管1が二重
管構造よりなり、その隙間に冷却水を通水する場合に
は、冷却水より内側にある絶縁内管1aの内面あるいは
外面に配することとすればよい。
In this embodiment, the metal thin film 11 is disposed on the inner surface of the discharge tube 1, but may be disposed on the outer surface. The discharge tube 1 has a double tube structure as in the conventional example shown in FIG. 2, and when cooling water is passed through the gap, the discharge tube 1 is placed on the inner surface or outer surface of the insulating inner tube 1a inside the cooling water. It should be arranged.

【0023】[0023]

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、 (1)誘導結合プラズマ装置を請求項1、2または3に
記載のように構成することとしたので、本誘導結合プラ
ズマ装置を炉容器と組み合わせて被処理物の焼却、溶融
を行えば、熱放射による熱損失が効果的に抑制され、熱
損失が20%も節減されることとなり、極めて効率よくプ
ラズマエネルギーが供給できる誘導結合プラズマ装置が
得られることとなった。
As described above, according to the present invention, (1) the inductively coupled plasma apparatus is configured as described in claim 1, 2 or 3; By incinerating and melting the material to be treated in combination with a container, heat loss due to heat radiation is effectively suppressed, reducing heat loss by as much as 20%, and inductively coupled plasma that can supply plasma energy extremely efficiently. The device was obtained.

【0024】(2)また、請求項4のごとく、上記の誘
導結合プラズマ装置を炉容器と組み合わせて処理炉を構
成すれば、誘導プラズマ方式においても、他方式の溶融
炉と同等の断熱性能を備えた処理炉が得られることとな
る。
(2) If the processing furnace is constructed by combining the above-mentioned inductively coupled plasma apparatus with a furnace vessel as in claim 4, the heat insulation performance of the induction plasma method is equivalent to that of other melting furnaces. Thus, a processing furnace having the same is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の誘導結合プラズマ装置を用いた処理炉
の実施例を示す縦断面図
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a processing furnace using an inductively coupled plasma apparatus of the present invention.

【図2】従来より用いられている誘導結合プラズマ装置
の基本構成を示す断面図
FIG. 2 is a sectional view showing a basic configuration of a conventionally used inductively coupled plasma apparatus.

【図3】金属膜中における電界の減衰特性を示す特性図FIG. 3 is a characteristic diagram showing an electric field attenuation characteristic in a metal film.

【図4】金属膜中で生じる渦電流による発熱量の膜厚依
存性を示す特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a film thickness dependency of a calorific value due to an eddy current generated in a metal film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁管 2 高周波誘導コイル 3 高周波インバータ電源 4 ガス導入部 11 金属薄膜 20 プラズマフレーム 21 炉容器 22 プラズマ輸送管 23 被処理物供給口 24 溶融物出湯口 25 ガス排気口 30 被処理物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulation pipe 2 High frequency induction coil 3 High frequency inverter power supply 4 Gas introduction part 11 Metal thin film 20 Plasma frame 21 Furnace vessel 22 Plasma transport pipe 23 Processing object supply port 24 Melt outlet 25 Gas exhaust port 30 Processing object

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05B 7/18 H05B 7/18 E Fターム(参考) 3K061 AA18 AB03 AC03 CA14 DB20 3K084 AA09 AA15 BA07 4K046 AA01 AA03 BA10 CC05 CD02 CD04 5C034 CC07 CC19 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H05B 7/18 H05B 7/18 EF term (Reference) 3K061 AA18 AB03 AC03 CA14 DB20 3K084 AA09 AA15 BA07 4K046 AA01 AA03 BA10 CC05 CD02 CD04 5C034 CC07 CC19

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電気絶縁性の放電管と、放電管に巻装され
た高周波誘導コイルと、放電管の上部に配置されたガス
導入部を備えて構成され、ガス導入部より放電管の内部
にガスを導入し、高周波誘導コイルに高周波電流を流し
て、導入したガスをプラズマ化する誘導結合プラズマ装
置において、 前記放電管の内表面と外表面のうち少なくともいずれか
一方の表面に、赤外光を反射する薄膜がコーティングさ
れていることを特徴とする誘導結合プラズマ装置。
An electric insulating discharge tube, a high-frequency induction coil wound around the discharge tube, and a gas introduction portion disposed above the discharge tube. In an inductively coupled plasma device that introduces a gas into a high-frequency induction coil and causes a high-frequency current to flow through the high-frequency induction coil to convert the introduced gas into plasma, at least one of the inner and outer surfaces of the discharge tube has An inductively coupled plasma device characterized by being coated with a thin film that reflects light.
【請求項2】請求項1に記載の誘導結合プラズマ装置に
おいて、前記の薄膜の厚さが、前記高周波電流の周波数
と該薄膜の導電率より定まる電磁界の表皮深さより小さ
いことを特徴とする誘導結合プラズマ装置。
2. The inductively coupled plasma apparatus according to claim 1, wherein the thickness of the thin film is smaller than the skin depth of an electromagnetic field determined by the frequency of the high-frequency current and the conductivity of the thin film. Inductively coupled plasma device.
【請求項3】請求項1または2に記載の誘導結合プラズ
マ装置において、前記の薄膜が金属の蒸着膜よりなるこ
とを特徴とする誘導結合プラズマ装置。
3. An inductively coupled plasma apparatus according to claim 1, wherein said thin film is made of a metal deposited film.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載の誘導結
合プラズマ装置を、炉容器の一端に設けられた開口部に
連結し、該炉容器に収納された被処理物を、該誘導結合
プラズマ装置により発生したプラズマフレームによって
加熱し、焼却、溶融処理する処理炉。
4. An inductively coupled plasma device according to claim 1, wherein said inductively coupled plasma device is connected to an opening provided at one end of a furnace vessel, and an object to be processed stored in said furnace vessel is subjected to said induction. A processing furnace that heats, incinerates, and melts with a plasma flame generated by a combined plasma device.
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