JP2003168595A - 高周波熱プラズマ装置 - Google Patents
高周波熱プラズマ装置Info
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- JP2003168595A JP2003168595A JP2001363614A JP2001363614A JP2003168595A JP 2003168595 A JP2003168595 A JP 2003168595A JP 2001363614 A JP2001363614 A JP 2001363614A JP 2001363614 A JP2001363614 A JP 2001363614A JP 2003168595 A JP2003168595 A JP 2003168595A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラズマトーチの失火のおそれなしに温度の
低い均一温度領域の広いプラズマフレームが得られる高
周波熱プラズマ装置。 【解決手段】 第１プラズマ１を発生する第１トーチ１
１と第２プラズマ２を発生する第２トーチ２１の誘導加
熱コイル１７、１８が直列若しくは並列に接続されて１
電源により電力が付加される２段トーチ（石英管）１０
を備える。プラズマフレーム中に拡散ガス放出部３３と
緩衝ブロック３４を設けてプラズマフレームを拡散して
プラズマフレームの温度を低下させ均一温度の範囲を広
くする。
低い均一温度領域の広いプラズマフレームが得られる高
周波熱プラズマ装置。 【解決手段】 第１プラズマ１を発生する第１トーチ１
１と第２プラズマ２を発生する第２トーチ２１の誘導加
熱コイル１７、１８が直列若しくは並列に接続されて１
電源により電力が付加される２段トーチ（石英管）１０
を備える。プラズマフレーム中に拡散ガス放出部３３と
緩衝ブロック３４を設けてプラズマフレームを拡散して
プラズマフレームの温度を低下させ均一温度の範囲を広
くする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱プラズマ加熱に
より物質の熱化学合成をしたり、粒体を加熱溶融して球
状化処理したり、あるいは表面物質を溶融化してコーテ
ィングするなどの材料、物質を加熱処理する高周波熱プ
ラズマ装置に関するものである。
より物質の熱化学合成をしたり、粒体を加熱溶融して球
状化処理したり、あるいは表面物質を溶融化してコーテ
ィングするなどの材料、物質を加熱処理する高周波熱プ
ラズマ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】１２００Ｋを超える高温が必要な化学物
質の熱合成や、化学物質を溶融球状化して球状粉末を得
るためなどに熱プラズマによる加熱処理装置が使用され
る。このような高周波熱プラズマによる加熱は、高温度
が容易に得られて、物質の汚染がない点で有利であり、
物質の熱合成や粉末の球状化の加熱方法として望まし
い。
質の熱合成や、化学物質を溶融球状化して球状粉末を得
るためなどに熱プラズマによる加熱処理装置が使用され
る。このような高周波熱プラズマによる加熱は、高温度
が容易に得られて、物質の汚染がない点で有利であり、
物質の熱合成や粉末の球状化の加熱方法として望まし
い。
【０００３】上記の熱合成の際に温度が低すぎると反応
速度が低下し、あまり温度が高すぎると再分解して所要
の組成の生成物が得られない。また、前記原料粒体を熱
プラズマにより加熱溶融して球体とする場合には、加熱
温度が物質の融点より低いと溶解しないために球状化せ
ず、加熱温度が沸点より高すぎると成分が蒸発して原料
粒体と異なる構造または組成になってしまうという問題
点がある。したがって、熱プラズマにより加熱処理する
場合には熱プラズマにおける加熱部の温度を一定に保持
する必要がある。とくに融点温度が高く融点と沸点の温
度差が少ない物質の場合には高温でかつ狭い温度範囲で
管理することが要求される。
速度が低下し、あまり温度が高すぎると再分解して所要
の組成の生成物が得られない。また、前記原料粒体を熱
プラズマにより加熱溶融して球体とする場合には、加熱
温度が物質の融点より低いと溶解しないために球状化せ
ず、加熱温度が沸点より高すぎると成分が蒸発して原料
粒体と異なる構造または組成になってしまうという問題
点がある。したがって、熱プラズマにより加熱処理する
場合には熱プラズマにおける加熱部の温度を一定に保持
する必要がある。とくに融点温度が高く融点と沸点の温
度差が少ない物質の場合には高温でかつ狭い温度範囲で
管理することが要求される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高周波
熱プラズマの温度はプラズマフレームの渦流中心の温度
が１０，０００Ｋにも達し、高周波熱プラズマによる直
接加熱方式ではプラズマフレームが超高温で温度均一領
域が狭いために、融点の低い複合材料や金属間化合物で
は温度が高すぎて分解を生じ、原料粒体と同じ特性が得
られなくなるという問題点がある。また、低融点物質の
球状化の場合にはプラズマの温度が高すぎて超微粒子が
多量に発生し、所要の粒度の球状粒子の収率が低下する
ほか、超微粒子の分級を要しコスト増となるのみでなく
分級が不可能な場合も生ずる。
熱プラズマの温度はプラズマフレームの渦流中心の温度
が１０，０００Ｋにも達し、高周波熱プラズマによる直
接加熱方式ではプラズマフレームが超高温で温度均一領
域が狭いために、融点の低い複合材料や金属間化合物で
は温度が高すぎて分解を生じ、原料粒体と同じ特性が得
られなくなるという問題点がある。また、低融点物質の
球状化の場合にはプラズマの温度が高すぎて超微粒子が
多量に発生し、所要の粒度の球状粒子の収率が低下する
ほか、超微粒子の分級を要しコスト増となるのみでなく
分級が不可能な場合も生ずる。
【０００５】一方、プラズマの渦流中心の温度を下げれ
ばプラズマフレーム中の所要温度領域が広くなるが、プ
ラズマの温度を下げすぎると失火するなどプラズマフレ
ームが不安定になるという問題点がある。そのためプラ
ズマ加熱には、必要な処理温度を得るための温度コント
ロールが難しく局部加熱されて均一な加熱が困難である
という問題点がある。
ばプラズマフレーム中の所要温度領域が広くなるが、プ
ラズマの温度を下げすぎると失火するなどプラズマフレ
ームが不安定になるという問題点がある。そのためプラ
ズマ加熱には、必要な処理温度を得るための温度コント
ロールが難しく局部加熱されて均一な加熱が困難である
という問題点がある。
【０００６】そこで本発明は、プラズマトーチにおいて
プラズマの失火を防止しながら反応に必要な加熱温度ま
でフレームの温度を下げて均一な温度領域を拡大し、物
質熱合成や球状化などに使用する場合に安定したプラズ
マフレームが得られる高周波熱プラズマ装置を提供する
ことを目的とする。
プラズマの失火を防止しながら反応に必要な加熱温度ま
でフレームの温度を下げて均一な温度領域を拡大し、物
質熱合成や球状化などに使用する場合に安定したプラズ
マフレームが得られる高周波熱プラズマ装置を提供する
ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の高周波熱プラズマ装置は、被処理物質を加
熱処理する高周波熱プラズマ装置において、プラズマフ
レーム径の小さい第１プラズマを発生する第１トーチと
フレーム径の大きい第２プラズマを発生する第２トーチ
とを有し、該第１トーチと第２トーチの誘導加熱コイル
が直列若しくは並列に接続されて１電源により電力が付
加される２段トーチを備えたことを特徴とするものであ
る。
に、本発明の高周波熱プラズマ装置は、被処理物質を加
熱処理する高周波熱プラズマ装置において、プラズマフ
レーム径の小さい第１プラズマを発生する第１トーチと
フレーム径の大きい第２プラズマを発生する第２トーチ
とを有し、該第１トーチと第２トーチの誘導加熱コイル
が直列若しくは並列に接続されて１電源により電力が付
加される２段トーチを備えたことを特徴とするものであ
る。
【０００８】そして本発明の高周波熱プラズマ装置の特
徴は、前記第１トーチのフレームと第２トーチのフレー
ムが繋がっていることにある。
徴は、前記第１トーチのフレームと第２トーチのフレー
ムが繋がっていることにある。
【０００９】従来の高周波熱プラズマ装置は、図４に示
すように石英管５の内部にプラズマガスを流しながら外
周に巻かれた誘導加熱コイル６に高周波電流を付加して
熱プラズマ４を発生させる１段トーチの装置が使用され
ている。このような装置の熱プラズマにより被処理物質
を直接加熱する場合には、熱プラズマの温度が局部的に
非常に高いため、被処理物質が所定温度より過温度に加
熱されるおそれがある。また、これを避けるために熱プ
ラズマの温度を下げると失火するという使い難さがあっ
た。
すように石英管５の内部にプラズマガスを流しながら外
周に巻かれた誘導加熱コイル６に高周波電流を付加して
熱プラズマ４を発生させる１段トーチの装置が使用され
ている。このような装置の熱プラズマにより被処理物質
を直接加熱する場合には、熱プラズマの温度が局部的に
非常に高いため、被処理物質が所定温度より過温度に加
熱されるおそれがある。また、これを避けるために熱プ
ラズマの温度を下げると失火するという使い難さがあっ
た。
【００１０】そこで本発明の高周波熱プラズマ装置は、
プラズマフレームをプラズマフレーム径の小さい第１ト
ーチとフレーム径の大きい第２トーチとの２段トーチに
して、第１トーチの高温フレームを第２トーチにより拡
散してプラズマフレームの均一温度の領域を広くしたも
のである。
プラズマフレームをプラズマフレーム径の小さい第１ト
ーチとフレーム径の大きい第２トーチとの２段トーチに
して、第１トーチの高温フレームを第２トーチにより拡
散してプラズマフレームの均一温度の領域を広くしたも
のである。
【００１１】このような２段トーチは公知であるが、従
来の２段トーチは図５（ａ）に示すように第１トーチと
第２トーチの高周波誘導加熱コイルを、それぞれ別個の
電源に並列に接続していた（明石和夫：表面技術，Ｖｏ
ｌ．４１，Ｎｏ．５，１９９０，Ｐ１８）。このため
に、同図に示すように第１トーチのプラズマフレームと
第２トーチのフレームが繋がらないでとぎれるため、十
分な拡大効果が得られなかった。
来の２段トーチは図５（ａ）に示すように第１トーチと
第２トーチの高周波誘導加熱コイルを、それぞれ別個の
電源に並列に接続していた（明石和夫：表面技術，Ｖｏ
ｌ．４１，Ｎｏ．５，１９９０，Ｐ１８）。このため
に、同図に示すように第１トーチのプラズマフレームと
第２トーチのフレームが繋がらないでとぎれるため、十
分な拡大効果が得られなかった。
【００１２】これに対し発明者らは、図５（ｂ）又は
（ｃ）に示すように第１トーチと第２トーチの誘導加熱
コイルを直列若しくは並列に接続して１電源により電力
を付加することにより、同図に示すように第１トーチの
プラズマフレームと第２トーチのフレームが切れないで
繋がることを見出だした。これによりフレームの拡大効
果を増すことができ、プラズマトーチの失火のおそれな
しに温度の低い均一温度領域の広いプラズマフレームを
得ることができた。
（ｃ）に示すように第１トーチと第２トーチの誘導加熱
コイルを直列若しくは並列に接続して１電源により電力
を付加することにより、同図に示すように第１トーチの
プラズマフレームと第２トーチのフレームが切れないで
繋がることを見出だした。これによりフレームの拡大効
果を増すことができ、プラズマトーチの失火のおそれな
しに温度の低い均一温度領域の広いプラズマフレームを
得ることができた。
【００１３】また、本発明の高周波熱プラズマ装置は、
被処理物質を加熱処理する高周波熱プラズマ装置におい
て、プラズマフレーム中にプラズマフレームを拡散させ
る拡散手段を設けけることにより、プラズマフレームの
温度が下がり、かつフレームの均一温度領域が広くなっ
て、物質加熱の取り扱いが容易になる。
被処理物質を加熱処理する高周波熱プラズマ装置におい
て、プラズマフレーム中にプラズマフレームを拡散させ
る拡散手段を設けけることにより、プラズマフレームの
温度が下がり、かつフレームの均一温度領域が広くなっ
て、物質加熱の取り扱いが容易になる。
【００１４】前記拡散手段は、ガス放出によりプラズマ
フレームを拡散する拡散ガス放出部又は／及びフレーム
を衝突させて拡散する緩衝ブロックをプラズマフレーム
中に設けることが望ましい。そして、前記拡散ガス放出
部と緩衝ブロックとが一体に形成された拡散手段が、プ
ラズマ加熱部に原料を投入する原料投入管に設けられる
ことが簡易に目的を達成するために望ましい。
フレームを拡散する拡散ガス放出部又は／及びフレーム
を衝突させて拡散する緩衝ブロックをプラズマフレーム
中に設けることが望ましい。そして、前記拡散ガス放出
部と緩衝ブロックとが一体に形成された拡散手段が、プ
ラズマ加熱部に原料を投入する原料投入管に設けられる
ことが簡易に目的を達成するために望ましい。
【００１５】このように、プラズマフレーム中を貫通す
る原料投入管に拡散ガス放出部を設けて、フレーム中心
の拡散ガス放出部から拡散ガスを放出することにより、
プラズマフレームの温度が下がり、かつフレームが拡散
されて均一温度の領域が広くなり物質の加熱が容易にな
る。また、緩衝ブロックを設けることにより、流出する
プラズマフレームが緩衝ブロックに衝突してフレームの
流れが拡散されてフレームの温度が均一になる。この緩
衝ブロックはプラズマフレームが衝突して流れが乱れる
形状であれば、どのようなものでも良いが、拡散ガス放
出部と一体にすることが簡易である。また、拡散ガス放
出部と緩衝ブロックはいずれか一方の設置でも効果があ
るが、両者を併用すれば一層効果が向上する。
る原料投入管に拡散ガス放出部を設けて、フレーム中心
の拡散ガス放出部から拡散ガスを放出することにより、
プラズマフレームの温度が下がり、かつフレームが拡散
されて均一温度の領域が広くなり物質の加熱が容易にな
る。また、緩衝ブロックを設けることにより、流出する
プラズマフレームが緩衝ブロックに衝突してフレームの
流れが拡散されてフレームの温度が均一になる。この緩
衝ブロックはプラズマフレームが衝突して流れが乱れる
形状であれば、どのようなものでも良いが、拡散ガス放
出部と一体にすることが簡易である。また、拡散ガス放
出部と緩衝ブロックはいずれか一方の設置でも効果があ
るが、両者を併用すれば一層効果が向上する。
【００１６】また、プラズマフレームの流れを分散させ
る複数のフレーム通過孔が設けられた孔付部材からなる
拡散手段がプラズマフレームの流路の途中に配設される
ことが望ましい。このようにすると、孔付部材に衝突し
たプラズマフレームは、複数のフレーム通過孔を分散し
て通過し、フレームが拡散されるのでフレーム温度が均
一になる。
る複数のフレーム通過孔が設けられた孔付部材からなる
拡散手段がプラズマフレームの流路の途中に配設される
ことが望ましい。このようにすると、孔付部材に衝突し
たプラズマフレームは、複数のフレーム通過孔を分散し
て通過し、フレームが拡散されるのでフレーム温度が均
一になる。
【００１７】上記の拡散手段は、２段トーチの熱プラズ
マのみでなく、従来の１段トーチの熱プラズマ装置に使
用しても効果があり、また、上記の拡散手段を組み合わ
せて採用することにより、一層プラズマフレームの拡散
効果が増進される。
マのみでなく、従来の１段トーチの熱プラズマ装置に使
用しても効果があり、また、上記の拡散手段を組み合わ
せて採用することにより、一層プラズマフレームの拡散
効果が増進される。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の第１実施形
態について具体的に説明する。図１は本発明第１実施形
態の高周波熱プラズマ装置の断面図、図２は第２実施形
態の拡散手段の詳細図である。
態について具体的に説明する。図１は本発明第１実施形
態の高周波熱プラズマ装置の断面図、図２は第２実施形
態の拡散手段の詳細図である。
【００１９】［第１実施形態］まず図１に基づき本発明
第１実施形態の高周波熱プラズマ装置の構成について説
明する。本発明第１実施形態の熱プラズマによる加熱処
理装置は、第１トーチ１１、第１トーチ２１からなる２
段プラズマトーチと拡散手段３１及び原料供給手段４１
により構成されている。
第１実施形態の高周波熱プラズマ装置の構成について説
明する。本発明第１実施形態の熱プラズマによる加熱処
理装置は、第１トーチ１１、第１トーチ２１からなる２
段プラズマトーチと拡散手段３１及び原料供給手段４１
により構成されている。
【００２０】２段プラズマトーチになる水冷される二重
管構造の石英管（図には一重に図示）１０は、小径管１
２と大径管２２とが連結された２段円筒になっている。
小径管１２と大径管２２の外周には、それぞれ高周波誘
導コイル（以下単にコイルという）１７、１８が巻か
れ、コイル１７、１８に同方向の電流が流れるように接
続部１７ａにより接続されている。そして、図示しない
高周波電源に接続されてコイル１７、１８に高周波電流
が付加されるようになっている。こうして小径管１２が
第１トーチ１１を、大径管２２が第２トーチ２１を構成
している。
管構造の石英管（図には一重に図示）１０は、小径管１
２と大径管２２とが連結された２段円筒になっている。
小径管１２と大径管２２の外周には、それぞれ高周波誘
導コイル（以下単にコイルという）１７、１８が巻か
れ、コイル１７、１８に同方向の電流が流れるように接
続部１７ａにより接続されている。そして、図示しない
高周波電源に接続されてコイル１７、１８に高周波電流
が付加されるようになっている。こうして小径管１２が
第１トーチ１１を、大径管２２が第２トーチ２１を構成
している。
【００２１】小径管１２の上部は水冷の（水冷は図示し
ない）トーチヘッド１６に固定され、大径管２２の下部
は水冷ジャケット（水冷は図示しない）１９に固定さ
れ、トーチヘッド１６と水冷ジャケット１９はタイバー
２０により締結されて、石英管１０を保持している。そ
して水冷ジャケット１９が図示しない加熱処理装置のタ
ンクなどに装着されるようになっている。
ない）トーチヘッド１６に固定され、大径管２２の下部
は水冷ジャケット（水冷は図示しない）１９に固定さ
れ、トーチヘッド１６と水冷ジャケット１９はタイバー
２０により締結されて、石英管１０を保持している。そ
して水冷ジャケット１９が図示しない加熱処理装置のタ
ンクなどに装着されるようになっている。
【００２２】トーチヘッド１６の中心に原料供給管４１
を挿通した拡散手段保持管３２が装着されている。拡散
手段保持管３２の外側に円筒状のシース管４５が小径管
１２の内周との間に隙間を持たせて設けられトーチヘッ
ド１６に固定されている。
を挿通した拡散手段保持管３２が装着されている。拡散
手段保持管３２の外側に円筒状のシース管４５が小径管
１２の内周との間に隙間を持たせて設けられトーチヘッ
ド１６に固定されている。
【００２３】トーチヘッド１６にコアガス供給管１３、
クーリングガス供給管１４、拡散ガス供給管１５が設け
られ、コアガス供給管１３から拡散手段保持管３２とト
ーチヘッド１６の中心孔との隙間を通してコアガスが供
給され、クーリングガス供給管１４からシース管４５と
小径管１２との隙間を通してクーリングガスが供給さ
れ、拡散ガス供給管１５から拡散手段保持管３２の内部
に拡散ガスが供給される。これらのガスは、目的に応じ
て適切な種類のガスが選択される。
クーリングガス供給管１４、拡散ガス供給管１５が設け
られ、コアガス供給管１３から拡散手段保持管３２とト
ーチヘッド１６の中心孔との隙間を通してコアガスが供
給され、クーリングガス供給管１４からシース管４５と
小径管１２との隙間を通してクーリングガスが供給さ
れ、拡散ガス供給管１５から拡散手段保持管３２の内部
に拡散ガスが供給される。これらのガスは、目的に応じ
て適切な種類のガスが選択される。
【００２４】上記構成の石英管（プラズマトーチ）１０
に、コアガス、クーリングガス供給管１３、１４からガ
スを流入しながらコイル１７、１８に高周波電力を掛け
ると図の鎖線で示すように小径管１２の第１プラズマ１
と大径管２２の第２プラズマ２の２段プラズマが発生
し、大径管２２の下部側から噴出する。
に、コアガス、クーリングガス供給管１３、１４からガ
スを流入しながらコイル１７、１８に高周波電力を掛け
ると図の鎖線で示すように小径管１２の第１プラズマ１
と大径管２２の第２プラズマ２の２段プラズマが発生
し、大径管２２の下部側から噴出する。
【００２５】この際に、小径管１２と大径管２２のコイ
ル１７、１８は連結されて１電源により加熱され、図の
鎖線で示すような形の第１プラズマと第２プラズマが切
れることなく繋がることに本発明の特徴がある。
ル１７、１８は連結されて１電源により加熱され、図の
鎖線で示すような形の第１プラズマと第２プラズマが切
れることなく繋がることに本発明の特徴がある。
【００２６】［第２実施形態］次に図１および２により
第２実施形態の拡散手段３１について説明する。拡散手
段３１は、第２トーチのプラズマフレーム２中に配設さ
れ、拡散手段保持管３２と拡散ガス放出部３３とにより
構成され、拡散ガス放出部３３の外形が緩衝ブロック３
４を構成している。拡散手段保持管３２の内部に原料供
給管４１が挿通され、拡散手段保持管３２の一端がトー
チヘッド１６に支持されている。
第２実施形態の拡散手段３１について説明する。拡散手
段３１は、第２トーチのプラズマフレーム２中に配設さ
れ、拡散手段保持管３２と拡散ガス放出部３３とにより
構成され、拡散ガス放出部３３の外形が緩衝ブロック３
４を構成している。拡散手段保持管３２の内部に原料供
給管４１が挿通され、拡散手段保持管３２の一端がトー
チヘッド１６に支持されている。
【００２７】拡散ガス放出部３３は拡散手段保持管３２
の他端が膨らんだ形状をなし外周に複数の放射状ガス孔
３３ａが設けられ、拡散手段保持管３２の内周と原料供
給管４１との隙間から拡散ガス供給管を通じて供給され
る拡散ガスを放射方向に放出するようになっている。こ
れによって、プラズマフレームは温度が低下するととも
に拡散されて均一温度領域が広くなる。
の他端が膨らんだ形状をなし外周に複数の放射状ガス孔
３３ａが設けられ、拡散手段保持管３２の内周と原料供
給管４１との隙間から拡散ガス供給管を通じて供給され
る拡散ガスを放射方向に放出するようになっている。こ
れによって、プラズマフレームは温度が低下するととも
に拡散されて均一温度領域が広くなる。
【００２８】図２に拡散ガス放出部３３の形状の一例を
示す。拡散ガス放出部３３の外形は肩を張った円筒状を
なし、プラズマフレームをこの肩部に衝突させて拡散す
る緩衝ブロックを構成している。これにより、図２に示
すようにプラズマフレームが拡がって拡散され、前述の
拡散ガス放出部３３の効果を一層助長する。
示す。拡散ガス放出部３３の外形は肩を張った円筒状を
なし、プラズマフレームをこの肩部に衝突させて拡散す
る緩衝ブロックを構成している。これにより、図２に示
すようにプラズマフレームが拡がって拡散され、前述の
拡散ガス放出部３３の効果を一層助長する。
【００２９】拡散手段保持管３２の内部に挿通された原
料供給管４１は中空パイプをなし、図示しないホッパー
に装入された原料粉末を一端４１ａからキャリヤガスに
より第２プラズマフレーム２中に供給する。
料供給管４１は中空パイプをなし、図示しないホッパー
に装入された原料粉末を一端４１ａからキャリヤガスに
より第２プラズマフレーム２中に供給する。
【００３０】上記第１、第２実施形態の構成の高周波熱
プラズマ装置の動作について説明する。まずコアガス、
クーリングガス供給管１３、１４からＡｒ，Ｈ2 などの
ガスを供給しながらコイル１７、１８に高周波電流を付
加すると図１の鎖線で示すように第１、第２プラズマが
発生する。このとき、第１プラズマの中心部は１０，０
００Ｋもの超高温になり中心と外周の温度差が大きい。
本発明の装置では、この第１プラズマが第２プラズマと
繋がり、第２プラズマはコイル１８の位置で拡大される
ので、第２プラズマでは温度がやや低下し均一温度領域
も広くなる。
プラズマ装置の動作について説明する。まずコアガス、
クーリングガス供給管１３、１４からＡｒ，Ｈ2 などの
ガスを供給しながらコイル１７、１８に高周波電流を付
加すると図１の鎖線で示すように第１、第２プラズマが
発生する。このとき、第１プラズマの中心部は１０，０
００Ｋもの超高温になり中心と外周の温度差が大きい。
本発明の装置では、この第１プラズマが第２プラズマと
繋がり、第２プラズマはコイル１８の位置で拡大される
ので、第２プラズマでは温度がやや低下し均一温度領域
も広くなる。
【００３１】第２プラズマフレームは、緩衝ブロック３
４に衝突して拡散されるので、フレーム温度の均一領域
がさらに広くなる。また、拡散ガス供給管１５から拡散
ガスが供給され、拡散手段３１の拡散ガス放出部３３か
ら第２プラズマ２のフレーム中にガスを放出されるの
で、プラズマフレームの温度が低下するとともに、均一
温度領域が一層が広くなる。
４に衝突して拡散されるので、フレーム温度の均一領域
がさらに広くなる。また、拡散ガス供給管１５から拡散
ガスが供給され、拡散手段３１の拡散ガス放出部３３か
ら第２プラズマ２のフレーム中にガスを放出されるの
で、プラズマフレームの温度が低下するとともに、均一
温度領域が一層が広くなる。
【００３２】この状態で原料供給管４１からキャリヤガ
スとともに原料粉末をプラズマフレーム中に供給するこ
とにより、物質の熱合成や粉末の溶融球状化が行われ
る。本発明の高周波熱プラズマ装置は、所要の温度の均
一温度領域の広いプラズマフレームが得られるので、加
熱温度が高すぎて物質が再分解したり、温度が沸点より
高すぎて異なる組成になったりすることなく、熱合成や
溶融球状化を行うことができる。
スとともに原料粉末をプラズマフレーム中に供給するこ
とにより、物質の熱合成や粉末の溶融球状化が行われ
る。本発明の高周波熱プラズマ装置は、所要の温度の均
一温度領域の広いプラズマフレームが得られるので、加
熱温度が高すぎて物質が再分解したり、温度が沸点より
高すぎて異なる組成になったりすることなく、熱合成や
溶融球状化を行うことができる。
【００３３】上記構成の本発明の高周波熱プラズマ装置
と図５に示す従来の高周波熱プラズマ装置を用いてＡｌ
ＰＯ4 材料の溶融球状化を行った。その結果を図６〜１
１に示す。図６はプラズマ条件を示す図、図７は原料の
ＡｌＰＯ4 のＸ線回折パターン、図８は従来装置で球状
化した球状粉末のＸ線回折パターン、図９は本発明装置
で球状化した球状粉末のＸ線回折パターンを示す。ま
た、図１０及び図１１は、それぞれ従来装置と本発明装
置で球状化した球状粉末のＳＥＭ写真である。
と図５に示す従来の高周波熱プラズマ装置を用いてＡｌ
ＰＯ4 材料の溶融球状化を行った。その結果を図６〜１
１に示す。図６はプラズマ条件を示す図、図７は原料の
ＡｌＰＯ4 のＸ線回折パターン、図８は従来装置で球状
化した球状粉末のＸ線回折パターン、図９は本発明装置
で球状化した球状粉末のＸ線回折パターンを示す。ま
た、図１０及び図１１は、それぞれ従来装置と本発明装
置で球状化した球状粉末のＳＥＭ写真である。
【００３４】図６に示すようにプラズマ条件は従来装
置、本発明装置ともほぼ同一であるが、入力電力は従来
装置は１０ｋＷに対し本発明装置は２０ｋＷと２倍の入
力をかけて加熱処理能力を増加させた。
置、本発明装置ともほぼ同一であるが、入力電力は従来
装置は１０ｋＷに対し本発明装置は２０ｋＷと２倍の入
力をかけて加熱処理能力を増加させた。
【００３５】図１０及び図１１のＳＥＭ写真に見られる
ように従来装置、本発明装置ともに良好な球状体が得ら
れた。しかし、Ｘ線回折パターンを見ると、図７の原料
のパターンはＡｌＰＯ4 の回折線を示しているが、図８
の従来装置で球状化した粉末のパターンはＡｌ2 Ｏ3 の
パターンを示している。すなわち、従来装置ではプラズ
マ温度が高温過ぎてＡｌＰＯ4 がＡｌ2 Ｏ3 に分解して
しまったことを示す。これに対し、図９の本発明の装置
により球状化した粉末のパターンは原料と同じＡｌＰＯ
4 のパターンを示している。これは、本発明の装置で
は、従来装置より２倍の電力を入力して加熱能力を増し
たにもかかわらず、プラズマ温度は低下して均一温度領
域が広くなったため、粒子の組成の変化を生じない適正
な温度で球状化されたことを示すものである。
ように従来装置、本発明装置ともに良好な球状体が得ら
れた。しかし、Ｘ線回折パターンを見ると、図７の原料
のパターンはＡｌＰＯ4 の回折線を示しているが、図８
の従来装置で球状化した粉末のパターンはＡｌ2 Ｏ3 の
パターンを示している。すなわち、従来装置ではプラズ
マ温度が高温過ぎてＡｌＰＯ4 がＡｌ2 Ｏ3 に分解して
しまったことを示す。これに対し、図９の本発明の装置
により球状化した粉末のパターンは原料と同じＡｌＰＯ
4 のパターンを示している。これは、本発明の装置で
は、従来装置より２倍の電力を入力して加熱能力を増し
たにもかかわらず、プラズマ温度は低下して均一温度領
域が広くなったため、粒子の組成の変化を生じない適正
な温度で球状化されたことを示すものである。
【００３６】このように本発明の高周波熱プラズマ装置
によれば、従来のプラズマ装置では組成の変化なしに球
状化できなかった物質の球状化が能率良く可能になる。
によれば、従来のプラズマ装置では組成の変化なしに球
状化できなかった物質の球状化が能率良く可能になる。
【００３７】上記構成の本発明の高周波熱プラズマ装置
と図５に示す従来の高周波熱プラズマ装置を用いてＮｂ
・Ａｌ系金属材料の溶融球状化を行った。その結果、従
来の高周波熱プラズマ装置によって球状化した場合は球
状粉末の収率が３０％であったが、本発明の装置を使用
した場合は８５％の収率が得られた。
と図５に示す従来の高周波熱プラズマ装置を用いてＮｂ
・Ａｌ系金属材料の溶融球状化を行った。その結果、従
来の高周波熱プラズマ装置によって球状化した場合は球
状粉末の収率が３０％であったが、本発明の装置を使用
した場合は８５％の収率が得られた。
【００３８】［第３実施形態］次に第３実施形態の拡散
手段について説明する。図３は第３実施形態の拡散手段
の概念図である。第３実施形態の拡散手段はプラズマフ
レームの流路に孔付部材３５を設けたものである。孔付
部材３５は、図のようにプラズマフレームが通過する多
数の貫通孔３５ａが設けられた円板からなる。これをプ
ラズマフレームの流路に配設すると、プラズマフレーム
が貫通孔を通過する際に拡散されて渦流が生ずるのでフ
レーム断面の温度が均一になる。貫通孔３５ａは、図に
示すように螺旋状に設けることが拡散効果を増すために
望ましい。
手段について説明する。図３は第３実施形態の拡散手段
の概念図である。第３実施形態の拡散手段はプラズマフ
レームの流路に孔付部材３５を設けたものである。孔付
部材３５は、図のようにプラズマフレームが通過する多
数の貫通孔３５ａが設けられた円板からなる。これをプ
ラズマフレームの流路に配設すると、プラズマフレーム
が貫通孔を通過する際に拡散されて渦流が生ずるのでフ
レーム断面の温度が均一になる。貫通孔３５ａは、図に
示すように螺旋状に設けることが拡散効果を増すために
望ましい。
【００３９】上記第２、第３実施形態の拡散手段は、２
段プラズマのみでなく従来の１段プラズマに使用しても
効果が得られる。
段プラズマのみでなく従来の１段プラズマに使用しても
効果が得られる。
【００４０】以上述べたように、本発明実施形態の高周
波熱プラズマ装置は、第１プラズマを発生する第１トー
チと第２プラズマを発生する第２トーチの誘導加熱コイ
ルが直列若しくは並列に接続されて１電源により電力が
付加される２段トーチを備えているので、 従来の２
段プラズマのように第１トーチのプラズマと第２トーチ
のプラズマのフレームがとぎれることがなく、第１プラ
ズマと第２プラズマのフレームが繋がって第２プラズマ
の拡大効果を増し、プラズマフレームの十分な拡大効果
が得られる。 プラズマフレームの局部の超高温部の
温度を低下し、プラズマトーチの失火のおそれなしに温
度の低い均一温度領域の広いプラズマフレームを得るこ
とができる。 これにより、プラズマフレームで直接
物質を加熱する場合に熱プラズマの温度が局部的に高す
ぎて過温度に加熱されることが防止される。
波熱プラズマ装置は、第１プラズマを発生する第１トー
チと第２プラズマを発生する第２トーチの誘導加熱コイ
ルが直列若しくは並列に接続されて１電源により電力が
付加される２段トーチを備えているので、 従来の２
段プラズマのように第１トーチのプラズマと第２トーチ
のプラズマのフレームがとぎれることがなく、第１プラ
ズマと第２プラズマのフレームが繋がって第２プラズマ
の拡大効果を増し、プラズマフレームの十分な拡大効果
が得られる。 プラズマフレームの局部の超高温部の
温度を低下し、プラズマトーチの失火のおそれなしに温
度の低い均一温度領域の広いプラズマフレームを得るこ
とができる。 これにより、プラズマフレームで直接
物質を加熱する場合に熱プラズマの温度が局部的に高す
ぎて過温度に加熱されることが防止される。
【００４１】また、本発明の高周波熱プラズマ装置は、
プラズマフレームを拡散させる拡散手段が設けられてい
るので、プラズマフレームの温度が下がり、かつフレー
ムの均一温度領域が広くなって物質加熱の取り扱いが容
易になる。
プラズマフレームを拡散させる拡散手段が設けられてい
るので、プラズマフレームの温度が下がり、かつフレー
ムの均一温度領域が広くなって物質加熱の取り扱いが容
易になる。
【００４２】この拡散手段として、緩衝ブロックを設け
てプラズマフレームを衝突させて拡散し、拡散ガス放出
部を設けてプラズマフレームをガスにより拡散するの
で、フレームの温度を低下させるとともに均一温度領域
を拡大する。
てプラズマフレームを衝突させて拡散し、拡散ガス放出
部を設けてプラズマフレームをガスにより拡散するの
で、フレームの温度を低下させるとともに均一温度領域
を拡大する。
【００４３】また、拡散手段には、フレーム通過孔を設
けた孔付部材をプラズマフレームの流路の途中に配設し
てプラズマフレームの流れを分散させても良い。
けた孔付部材をプラズマフレームの流路の途中に配設し
てプラズマフレームの流れを分散させても良い。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の高周波熱
プラズマ装置によれば、プラズマトーチの失火のおそれ
なしに、温度の低い均一温度領域の広いプラズマフレー
ムを得ることができるので、従来のプラズマ装置ではで
きなかった組成などに変質が生じない物質のプラズマ加
熱による熱合成や、収率の高い粉末の溶融球状化などの
プラズマ加熱の用途が拡大される。
プラズマ装置によれば、プラズマトーチの失火のおそれ
なしに、温度の低い均一温度領域の広いプラズマフレー
ムを得ることができるので、従来のプラズマ装置ではで
きなかった組成などに変質が生じない物質のプラズマ加
熱による熱合成や、収率の高い粉末の溶融球状化などの
プラズマ加熱の用途が拡大される。
【図１】 本発明第１実施形態の高周波熱プラズマ装置
の断面図
の断面図
【図２】 本発明第２実施形態の拡散手段の１例を示す
詳細図
詳細図
【図３】 本発明第３実施形態の拡散手段の１例を示す
詳細図
詳細図
【図４】 従来の１段プラズマの説明図
【図５】 本発明の２段プラズマと従来の２段プラズマ
との差を説明する図
との差を説明する図
【図６】 本発明の高周波熱プラズマ装置と従来のプラ
ズマ装置とによる球状化実験のプラズマ条件を示す図
ズマ装置とによる球状化実験のプラズマ条件を示す図
【図７】 本発明実施形態の原料のＸ線回折パターンを
示す図
示す図
【図８】 従来のプラズマ装置により球状化した粉末の
Ｘ線回折パターンを示す図
Ｘ線回折パターンを示す図
【図９】 本発明の高周波熱プラズマ装置により球状化
した粉末のＸ線回折パターンを示す図
した粉末のＸ線回折パターンを示す図
【図１０】 従来のプラズマ装置により球状化した粉末
のＳＥＭ写真
のＳＥＭ写真
【図１１】 本発明の高周波熱プラズマ装置により球状
化した粉末のＳＥＭ写真
化した粉末のＳＥＭ写真
１ 第１プラズマフレーム、２ 第２プラズマフレー
ム、４ 熱プラズマ、５石英管、６ 誘導加熱コイル、
１０ 石英管（プラズマトーチ）、１１ 第１トーチ、
１２ 小径管、１３ コアガス供給管、１４ クーリン
グガス供給管、１５ 拡散ガス供給管、１６ トーチヘ
ッド、１７ 高周波誘導コイル、１８高周波誘導コイ
ル、１９ 水冷ジャケット、２０ タイバー、２１ 第
２トーチ、２２ 大径管、３１ 拡散手段、３２ 拡散
手段保持管、３３ 拡散ガス放出部、３４ 緩衝ブロッ
ク、３５ 孔付部材、４１ 原料供給管
ム、４ 熱プラズマ、５石英管、６ 誘導加熱コイル、
１０ 石英管（プラズマトーチ）、１１ 第１トーチ、
１２ 小径管、１３ コアガス供給管、１４ クーリン
グガス供給管、１５ 拡散ガス供給管、１６ トーチヘ
ッド、１７ 高周波誘導コイル、１８高周波誘導コイ
ル、１９ 水冷ジャケット、２０ タイバー、２１ 第
２トーチ、２２ 大径管、３１ 拡散手段、３２ 拡散
手段保持管、３３ 拡散ガス放出部、３４ 緩衝ブロッ
ク、３５ 孔付部材、４１ 原料供給管
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 横田 誠二
神奈川県平塚市田村5893番地 高周波熱錬
株式会社内
(72)発明者 川嵜 一博
神奈川県平塚市田村5893番地 高周波熱錬
株式会社内
Ｆターム(参考） 4G075 AA27 AA30 CA02 CA03 CA47
EB43 FB06
Claims (6)
- 【請求項１】 被処理物質を加熱処理する高周波熱プラ
ズマ装置において、プラズマフレーム径の小さい第１プ
ラズマを発生する第１トーチとフレーム径の大きい第２
プラズマを発生する第２トーチとを有し、該第１トーチ
と第２トーチの誘導加熱コイルが直列若しくは並列に接
続されて１電源により電力が付加される２段トーチを備
えたことを特徴とする高周波熱プラズマ装置。 - 【請求項２】 前記第１トーチのフレームと第２トーチ
のフレームが繋がっていることを特徴とする請求項２に
記載の高周波熱プラズマ装置。 - 【請求項３】 被処理物質を加熱処理する高周波熱プラ
ズマ装置において、プラズマフレーム中にプラズマフレ
ームを拡散させる拡散手段が設けられたことを特徴とす
る高周波熱プラズマ装置。 - 【請求項４】 前記拡散手段は、ガス放出によりプラズ
マフレームを拡散する拡散ガス放出部又は／及びフレー
ムを衝突させて拡散する緩衝ブロックがプラズマフレー
ム中に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の高
周波熱プラズマ装置。 - 【請求項５】 前記拡散ガス放出部と緩衝ブロックとが
一体に形成された拡散手段が、プラズマ加熱部に原料を
投入する原料投入管に設けられたことを特徴とする請求
項４に記載の高周波熱プラズマ装置。 - 【請求項６】 プラズマフレームの流れを分散させる複
数のフレーム通過孔が設けられた孔付部材からなる拡散
手段がプラズマフレームの流路の途中に配設されたこと
を特徴とする請求項４に記載の高周波熱プラズマ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001363614A JP2003168595A (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 高周波熱プラズマ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001363614A JP2003168595A (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 高周波熱プラズマ装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005197005A Division JP3949694B2 (ja) | 2005-07-06 | 2005-07-06 | 高周波熱プラズマ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003168595A true JP2003168595A (ja) | 2003-06-13 |
Family
ID=19173926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001363614A Pending JP2003168595A (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 高周波熱プラズマ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003168595A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005342559A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-15 | Hitachi Metals Ltd | 定量切断チップの製造方法及びこれを用いた金属球の製造方法 |
| JP2008544454A (ja) * | 2005-06-17 | 2008-12-04 | パーキンエルマー・インコーポレイテッド | 増強装置及びその使用方法 |
| US20120140786A1 (en) * | 2006-06-28 | 2012-06-07 | Thomas Matschullat | Method and furnace for melting steel scrap |
| US8263897B2 (en) | 2002-12-12 | 2012-09-11 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Induction device |
| US8289512B2 (en) | 2005-06-17 | 2012-10-16 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Devices and systems including a boost device |
| JP2013120633A (ja) * | 2011-12-06 | 2013-06-17 | Panasonic Corp | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
| US8622735B2 (en) * | 2005-06-17 | 2014-01-07 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Boost devices and methods of using them |
| US8786394B2 (en) | 2010-05-05 | 2014-07-22 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Oxidation resistant induction devices |
| US8829386B2 (en) | 2010-05-05 | 2014-09-09 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Inductive devices and low flow plasmas using them |
| US9259798B2 (en) | 2012-07-13 | 2016-02-16 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Torches and methods of using them |
| JP2017060952A (ja) * | 2017-01-10 | 2017-03-30 | 富士夫 堀 | 容器回転装置 |
| US10147585B2 (en) | 2011-10-27 | 2018-12-04 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Plasma processing apparatus |
-
2001
- 2001-11-29 JP JP2001363614A patent/JP2003168595A/ja active Pending
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9360430B2 (en) | 2002-12-12 | 2016-06-07 | Perkinelmer Health Services, Inc. | Induction device |
| US8742283B2 (en) | 2002-12-12 | 2014-06-03 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Induction device |
| US8263897B2 (en) | 2002-12-12 | 2012-09-11 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Induction device |
| JP2005342559A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-15 | Hitachi Metals Ltd | 定量切断チップの製造方法及びこれを用いた金属球の製造方法 |
| US8289512B2 (en) | 2005-06-17 | 2012-10-16 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Devices and systems including a boost device |
| US9847217B2 (en) | 2005-06-17 | 2017-12-19 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Devices and systems including a boost device |
| US8622735B2 (en) * | 2005-06-17 | 2014-01-07 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Boost devices and methods of using them |
| US8896830B2 (en) | 2005-06-17 | 2014-11-25 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Devices and systems including a boost device |
| JP2008544454A (ja) * | 2005-06-17 | 2008-12-04 | パーキンエルマー・インコーポレイテッド | 増強装置及びその使用方法 |
| US8491836B2 (en) * | 2006-06-28 | 2013-07-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and furnace for melting steel scrap |
| US20120140786A1 (en) * | 2006-06-28 | 2012-06-07 | Thomas Matschullat | Method and furnace for melting steel scrap |
| US8786394B2 (en) | 2010-05-05 | 2014-07-22 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Oxidation resistant induction devices |
| US8829386B2 (en) | 2010-05-05 | 2014-09-09 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Inductive devices and low flow plasmas using them |
| US10096457B2 (en) | 2010-05-05 | 2018-10-09 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Oxidation resistant induction devices |
| US10229814B2 (en) | 2011-10-27 | 2019-03-12 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Plasma processing apparatus |
| US10147585B2 (en) | 2011-10-27 | 2018-12-04 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Plasma processing apparatus |
| JP2013120633A (ja) * | 2011-12-06 | 2013-06-17 | Panasonic Corp | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
| US9686849B2 (en) | 2012-07-13 | 2017-06-20 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Torches and methods of using them |
| US9259798B2 (en) | 2012-07-13 | 2016-02-16 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Torches and methods of using them |
| JP2017060952A (ja) * | 2017-01-10 | 2017-03-30 | 富士夫 堀 | 容器回転装置 |
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