JP2010225308A - 誘導熱プラズマ発生方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも高い圧力下あるいは従来よりも小さなコイル電圧の印加で熱プラズマを発生させることができる誘導熱プラズマ発生方法及び装置を提供する。
【解決手段】整合用トランス２６の二次側コイルの一端２６ａと誘導コイル２２の一端２２ａとの間にのみ共振コンデンサ３６を接続することにより、少なくとも熱プラズマの着火時に、誘導コイル２２の一端２２ａ側と他端２２ｂ側とで互いに所定値以上の比率となるように偏った容量を有するインピーダンス整合回路３４を介して高周波電力を誘導コイルに供給することにより熱プラズマを発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導熱プラズマ発生方法に係り、特に、インピーダンス整合回路を介して高周波電力を誘導コイルに供給することにより熱プラズマを発生させる方法、並びにこの方法により熱プラズマを発生させる装置に関する。

一般に、熱プラズマは、プラズマ全体が高温で熱容量が大きく、被加熱物を迅速に加熱することができ、さらに外部から電磁界を印加することで熱プラズマ流を制御して所望の温度、速度、形状を有する熱プラズマを発生させることができる。このため、酸化物の還元、プラズマ溶射皮膜の生成、プラズマＣＶＤ（化学気相成長）法、ＭＨＤ（電磁流体）発電、高融点金属の粉末生成等に広く応用されている。

中でも高周波誘導熱プラズマは、反応性豊かな高温の熱プラズマ空間を無電極状態で実現することができるため、電極間のアーク放電を利用する直流プラズマと比較して、電極金属のスパッタリングや溶融による汚染問題から開放されたクリーンな高温、高速のプラズマ媒体を形成することが可能であるという特徴を有している。この特徴は、不純物混入が極めて少なく且つ任意の媒体中（不活性雰囲気、酸化雰囲気、還元雰囲気等）で反応を促進させることができるという点で原料生成分野では非常に有利である。

このような高周波誘導熱プラズマを発生させる装置として、例えば特許文献１に、図８に示されるような誘導結合プラズマ装置が開示されている。
三相交流電源１０に三相全波整流回路１２及び平滑コンデンサ１４を介してＭＯＳＦＥＴインバータ回路１６が接続されている。また、プラズマトーチ１８の放電管２０の周囲に誘導コイル２２が巻回されており、この誘導コイル２２の両端部にインピーダンス整合回路２４を介してＭＯＳＦＥＴインバータ回路１６の出力端が接続されている。

インピーダンス整合回路２４は、インバータ回路１６からの電力を効率よく放電管２０内部のプラズマに供給するために、プラズマ負荷を含めた負荷インピーダンスの共振周波数をインバータ回路１６の駆動周波数領域内となるようにインピーダンス整合を行うもので、整合用トランス２６と共振コンデンサ２８及び３０から構成されている。整合用トランス２６の一次側コイルがインバータ回路１６の出力端に接続され、整合用トランス２６の二次側コイルと誘導コイル２２との間に共振コンデンサ２８及び３０が接続されている。そして、整合用トランス２６の二次側コイルと共振コンデンサ２８及び３０と誘導コイル２２とで直列共振回路３２が形成され、共振コンデンサ２８及び３０の静電容量を変えることにより、プラズマ負荷を含めた負荷インピーダンスの共振周波数を調整することができる。

通常は、誘導コイル２２の両端部にそれぞれ接続された共振コンデンサ２８及び３０として、互いにほぼ同一の静電容量を有するものが選択され、誘導コイル２２に高周波電流を流したときに誘導コイル２２のほぼ中央部に中性電位が形成されるように構成されている。

三相交流電源１０から供給された三相交流は、三相全波整流回路１２で整流されると共に平滑コンデンサ１４で平滑化された後、インバータ回路１６によって高周波電力に変換され、インピーダンス整合回路２４を通して誘導コイル２２に供給される。このようにして誘導コイル２２に高周波の大電流を流すことにより、予め減圧状態とされた放電管２０の内部に導入されたガスに高電圧が印加され、熱プラズマが着火される。

特開平１１−２５１０８８号公報

しかしながら、上述したような従来の誘導結合プラズマ装置では、プラズマの発生を実現するために、放電管２０の内部を極めて真空度の高い状態にまで減圧した上で、誘導コイル２２に大きなコイル電圧を印加してプラズマを発生させる必要がある。また、特開昭６１-１６１１３８号公報には、高周波誘導コイルの中心部に金属片を配置した状態で誘導加熱し、金属片から放出される熱電子を引金としてプラズマを発生させる方法、およびプラズマ空間を減圧して発生させたグロー放電を火種としてプラズマを発生させる方法が開示されている。さらに、特開昭６２−８６７００号公報に記載のように、減圧したプラズマ空間にテスラコイルを用いて電圧を印加することにより発生する高電圧をトリガーとしてプラズマを発生させる方法もある。
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、従来よりも高い圧力下あるいは従来よりも小さなコイル電圧の印加で熱プラズマを発生させることができる誘導熱プラズマ発生方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明に係る誘導熱プラズマ発生方法は、キャパシタンス手段を含むインピーダンス整合回路を介して高周波電力を誘導コイルに供給することにより熱プラズマを発生させる誘導熱プラズマ発生方法において、少なくとも熱プラズマの着火時に誘導コイルの一端側と他端側とでキャパシタンス手段の容量を互いに所定値以上の比率となるように偏らせることを特徴とする。

なお、熱プラズマの着火後に誘導コイルの一端側と他端側とでキャパシタンス手段の容量を互いにほぼ等しくすることが好ましい。

本発明に係る誘導熱プラズマ発生装置は、キャパシタンス手段を含むインピーダンス整合回路を介して高周波電力を誘導コイルに供給することにより熱プラズマを発生させる誘導熱プラズマ発生装置において、キャパシタンス手段は、少なくとも熱プラズマの着火時に誘導コイルの一端側と他端側とで互いに所定値以上の比率となるように偏った容量を有することを特徴とする。

キャパシタンス手段として、誘導コイルの一端側と他端側のいずれか一方に接続された一つのコンデンサを用いることができる。
あるいは、キャパシタンス手段は、熱プラズマの着火後に誘導コイルの一端側と他端側とで互いにほぼ等しい容量を有するように構成することもでき、この場合、キャパシタンス手段として、誘導コイルの一端側と他端側にそれぞれ接続された一対の可変コンデンサを用いることができる。さらに、熱プラズマが着火したか否かを判定する着火判定手段と、着火判定手段により熱プラズマがまだ着火しないと判定されたときには一対の可変コンデンサの容量が互いに所定値以上の比率となるように偏らせ、着火判定手段により熱プラズマが着火したと判定された後は一対の可変コンデンサの容量が互いにほぼ等しくなるように一対の可変コンデンサを制御する制御手段とを備えることが好ましい。

本発明によれば、少なくとも熱プラズマの着火時にインピーダンス整合回路のキャパシタンス手段の容量を誘導コイルの一端側と他端側とで互いに所定値以上の比率となるように偏らせることにより、容量の偏りがない場合と比べて、誘導コイルの一端側または他端側とプラズマトーチの端部との間により大きな電圧が生成され、従来よりも高い圧力下あるいは従来よりも小さなコイル電圧の印加で熱プラズマを発生させることが可能になるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る誘導熱プラズマ発生装置の構成を示す回路図である。 実施の形態１に係る誘導熱プラズマ発生装置に用いられた直列共振回路を示す回路図である。 従来の誘導熱プラズマ発生装置に用いられた直列共振回路を示す回路図である。 実施の形態２に係る誘導熱プラズマ発生装置の構成を示す回路図である。 実施の形態３に係る誘導熱プラズマ発生装置の構成を示す回路図である。 実施の形態４に係る誘導熱プラズマ発生装置の構成を示す回路図である。 実施例の結果を示す図である。 従来の誘導熱プラズマ発生装置の構成を示す回路図である。

以下、図面に示す好適な実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
実施の形態１
図１に、本発明の実施の形態１に係る誘導熱プラズマ発生装置の構成を示す。三相交流電源１０に三相全波整流回路１２及び平滑コンデンサ１４を介してＭＯＳＦＥＴインバータ回路１６が接続されている。また、プラズマトーチ１８の放電管２０の周囲に誘導コイル２２が巻回されており、この誘導コイル２２の両端部にインピーダンス整合回路３４を介してＭＯＳＦＥＴインバータ回路１６の出力端が接続されている。
すなわち、実施の形態１に係る誘導熱プラズマ発生装置は、図８に示した従来の装置において、インピーダンス整合回路２４の代わりにインピーダンス整合回路３４をインバータ回路１６と誘導コイル２２との間に接続したものである。

インピーダンス整合回路３４は、整合用トランス２６と共振コンデンサ３６とを有しており、整合用トランス２６の一次側コイルがインバータ回路１６の出力端に接続され、整合用トランス２６の二次側コイルの一端２６ａと誘導コイル２２の一端２２ａとの間に共振コンデンサ３６が接続されている。整合用トランス２６の二次側コイルの他端２６ｂと誘導コイル２２の他端２２ｂは、互いに直結されている。
整合用トランス２６の二次側コイルと共振コンデンサ３６と誘導コイル２２とで直列共振回路３８が形成されている。共振コンデンサ３６の静電容量（以下、容量とする）Ｃは、プラズマ負荷を含めた直列共振回路３８の共振周波数がインバータ回路１６の駆動周波数領域内となるように設定される。この共振コンデンサ３６により、本発明のキャパシタンス手段が構成されている。

なお、プラズマトーチ１８の放電管２０は、例えばそれぞれ石英製の内筒と外筒からなる二重管構造を有しており、内筒と外筒との間に冷却水を循環させて水冷することにより、プラズマトーチ１８内で発生した熱プラズマ炎からの熱を受けた内筒が高温になり過ぎるのを防止するように構成されている。放電管２０の上端部及び下端部は、それぞれプラズマトーチ１８を構成する。

次に、この実施の形態１に係る誘導熱プラズマ発生装置の動作について説明する。
三相交流電源１０から供給された三相交流は、三相全波整流回路１２で整流されると共に平滑コンデンサ１４で平滑化された後、インバータ回路１６によって高周波電力に変換され、インピーダンス整合回路３２を通して誘導コイル２２に供給される。

このとき、図２に示されるように、整合用トランス２６の二次側コイルには、整合用トランス２６の巻き数比に応じて変圧された高周波電圧Ｖ０が発生し、これにより共振コンデンサ３６に高周波電流が流れ、共振コンデンサ３６の両端間に電圧Ｖ１が生成される。ここで、直列共振回路３８の共振周波数がインバータ回路１６の駆動周波数に近い場合には、直列共振回路３８のインピーダンスが小さくなって直列共振回路３８を大きな電流が流れるため、共振コンデンサ３６の両端間の電圧Ｖ１は整合用トランス２６の二次側コイルの高周波電圧Ｖ０に対してＶ０≪Ｖ１の関係を有し、誘導コイル２２の両端間にＶ１とほぼ等しい高電圧が印加されることとなる。さらに、二次側コイルのほぼ中央部Ａに中性電位が形成され、放電管２０の上端部及び下端部も電気的に接地された金属部品で支持されることにより中性電位となっているので、整合用トランス２６の二次側コイルの他端２６ｂに直結されている誘導コイル２２の他端２２ｂと放電管２０の下端部との間の電圧はＶ０となるが、誘導コイル２２の一端２２ａと放電管２０の上端部との間にはＶ１とほぼ等しい高電圧が形成される。そして、予め減圧状態とされた放電管２０の内部に導入されたガスにこの高電圧が印加され、熱プラズマが着火される。

比較のために、図８に示した従来の誘導熱プラズマ発生装置における直列共振回路３２の回路図を図３に示す。この直列共振回路３２では、互いに直列に接続された一対の共振コンデンサ２８及び３０が存在するので、図２に示した本実施の形態１における直列共振回路３８と回路のインピーダンスを揃えるために、本実施の形態１の共振コンデンサ３６の容量Ｃに対して、これら共振コンデンサ２８及び３０の容量をそれぞれ２Ｃとする。

整合用トランス２６の二次側コイルに高周波電圧Ｖ０が発生すると、一対の共振コンデンサ２８及び３０にそれぞれ高周波電流が流れ、これら共振コンデンサ２８及び３０の両端間にそれぞれ電圧Ｖ１／２が生成される。このため、整合用トランス２６の二次側コイルのほぼ中央部Ａに中性電位が形成されると共に誘導コイル２２のほぼ中央部Ｂに中性電位が形成される。ここで、直列共振回路３２の共振周波数がインバータ回路１６の駆動周波数に近い場合には、電圧Ｖ１／２と電圧Ｖ０の間にＶ０≪Ｖ１／２の関係が成立するので、誘導コイル２２の他端２２ｂと中央部Ｂとの間及び誘導コイル２２の一端２２ａと中央部Ｂとの間にそれぞれＶ１／２とほぼ等しい電圧が形成される。さらに、放電管２０の上端部及び下端部も中性電位となっているので、誘導コイル２２の他端２２ｂと放電管２０の下端部との間及び誘導コイル２２の一端２２ａと放電管２０の上端部との間にもＶ１／２とほぼ等しい電圧が形成されることとなる。このように、誘導コイル２２の両端にそれぞれ容量２Ｃの共振コンデンサ２８及び３０が接続された直列共振回路３２を用いた場合には、放電管２０内のガスに印加される電圧は、ほぼＶ１／２となる。

すなわち、本実施の形態１では、誘導コイル２２の両端のうち一端２２ａ側にのみ共振コンデンサ３６を接続することにより、誘導コイル２２の両端にそれぞれ同一容量の共振コンデンサ２８及び３０が接続された従来の回路に比べて、ほぼ２倍の電圧を放電管２０内のガスに印加することが可能となる。このため、熱プラズマが発生しやすくなり、従来よりも高い圧力下あるいは従来よりも小さな高周波電力の供給で熱プラズマを発生させることができる。

実施の形態２
図４に、実施の形態２に係る誘導熱プラズマ発生装置の構成を示す。この誘導熱プラズマ発生装置は、図１に示した実施の形態１の装置において、インピーダンス整合回路３４の代わりにインピーダンス整合回路４０をインバータ回路１６と誘導コイル２２との間に接続したものである。その他の回路及び要素は、実施の形態１の装置で使用されたものと同様である。

インピーダンス整合回路４０は、整合用トランス２６と共振コンデンサ４２及び４４とを有しており、整合用トランス２６の二次側コイルの一端２６ａと誘導コイル２２の一端２２ａとの間に共振コンデンサ４２が、整合用トランス２６の二次側コイルの他端２６ｂと誘導コイル２２の他端２２ｂとの間に共振コンデンサ４４がそれぞれ接続されている。整合用トランス２６の二次側コイルと共振コンデンサ４２及び４４と誘導コイル２２とで直列共振回路４６が形成されている。共振コンデンサ４２及び４４は、互いに所定値以上の比率ｒとなるように偏った容量Ｃ１及びＣ２を有している。例えば、Ｃ２＝ｒ・Ｃ１となるように設定される。ただし、ｒ＞１とする。これらの共振コンデンサ４２及び４４により、本発明のキャパシタンス手段が構成されている。

このように、容量Ｃ１の共振コンデンサ４２と容量Ｃ２（＝ｒ・Ｃ１）の共振コンデンサ４４とが直列共振回路４６内に互いに直列に接続されているので、整合用トランス２６の二次側コイルに高周波電圧Ｖ０が発生すると、共振コンデンサ４２の両端間には、共振コンデンサ４４の両端間に生成される電圧のｒ倍の電圧が生成される。このため、直列共振回路４６の共振周波数がインバータ回路１６の駆動周波数に近い場合には、誘導コイル２２の中央部Ｂよりも他端２２ｂ側に偏った位置に中性電位が形成され、誘導コイル２２の一端２２ａと放電管２０の上端部との間に共振コンデンサ４２の両端間電圧とほぼ等しい高電圧が形成されることとなる。
その結果、実施の形態１と同様に、従来よりも高い圧力下あるいは小さなコイル電圧の印加で熱プラズマを発生させることができるようになる。

実施の形態３
図５に、実施の形態３に係る誘導熱プラズマ発生装置の構成を示す。この誘導熱プラズマ発生装置は、図４に示した実施の形態２の装置において、インピーダンス整合回路４０の代わりにインピーダンス整合回路４８をインバータ回路１６と誘導コイル２２との間に接続すると共に、インバータ回路１６の入力電流及び入力電圧をそれぞれ検出する電流センサ５０及び電圧センサ５２を配置し、これら電流センサ５０及び電圧センサ５２に判定回路５４及び制御回路５６を順次接続したものである。その他の回路及び要素は、実施の形態２の装置で使用されたものと同様である。

インピーダンス整合回路４８は、整合用トランス２６と可変コンデンサ５８及び６０とを有しており、整合用トランス２６の二次側コイルの一端２６ａと誘導コイル２２の一端２２ａとの間に可変コンデンサ５８が、整合用トランス２６の二次側コイルの他端２６ｂと誘導コイル２２の他端２２ｂとの間に可変コンデンサ６０がそれぞれ接続されている。整合用トランス２６の二次側コイルと可変コンデンサ５８及び６０と誘導コイル２２とで直列共振回路６２が形成されている。これら可変コンデンサ５８及び６０により、本発明のキャパシタンス手段が構成されている。

判定回路５４は、電流センサ５０及び電圧センサ５２で検出されたインバータ回路１６の入力電流及び入力電圧に基づいてプラズマトーチ１８の放電管２０内で熱プラズマが着火したか否かを判定するものである。
また、制御回路５６は、判定回路５４による判定結果に基づいてインピーダンス整合回路４８の可変コンデンサ５８及び６０の容量を制御するものである。具体的には、制御回路５６は、判定回路５４により熱プラズマがまだ着火しないと判定されたときは、可変コンデンサ５８及び６０の容量を互いに所定値以上の比率となるように偏らせ、判定回路５４により熱プラズマが着火したと判定された後は、可変コンデンサ５８及び６０の容量を互いにほぼ等しい値とする。
電流センサ５０、電圧センサ５２及び判定回路５４により本発明の着火判定手段が構成され、制御回路５６により本発明の制御手段が構成されている。

プラズマはガスが電離したものであるので、熱プラズマの発生前と発生後とでは、負荷インピーダンスの値が大きく変化する。このため、インピーダンス整合回路４８を介して誘導コイル２２に高周波電力を供給するインバータ回路１６の入力電流及び入力電圧を監視することにより熱プラズマの着火の有無を判定することができる。
そこで、この実施の形態３においては、電流センサ５０及び電圧センサ５２でインバータ回路１６の入力電流及び入力電圧をそれぞれ検出し、これら検出値に基づいてプラズマトーチ１８の放電管２０内で熱プラズマが着火したか否かを判定回路５４が判定する。

そして、判定回路５４により熱プラズマがまだ着火しないと判定されたときは、制御回路５６が、可変コンデンサ５８及び６０を制御してこれら可変コンデンサ５８及び６０の容量を互いに所定値以上の比率となるように偏らせる。これにより、従来よりも高い圧力下あるいは従来よりも小さな高周波電力の供給で熱プラズマを発生させることが可能となる。
一方、判定回路５４により熱プラズマが着火したと判定された後は、制御回路５６が、可変コンデンサ５８及び６０を制御してこれら可変コンデンサ５８及び６０の容量を互いにほぼ等しい値とする。これにより、プラズマトーチ１８の放電管２０内に軸方向に長い一様な電磁場が形成され、軸方向に長い熱プラズマを安定維持することができる。

実施の形態４
図６に、実施の形態４に係る誘導熱プラズマ発生装置の構成を示す。この誘導熱プラズマ発生装置は、図５に示した実施の形態３の装置において、電流センサ５０、電圧センサ５２及び判定回路５４の代わりにプラズマトーチ１８の放電管２０を外部から光学的に監視するための光学素子６４をプラズマトーチ１８の近傍に配置すると共にこの光学素子６４に判定回路６６を接続したものである。その他の回路及び要素は、実施の形態３の装置で使用されたものと同様である。

熱プラズマは極めて強い光を放射するため、プラズマトーチ１８の放電管２０が石英等の透光性の材料から形成されている場合には、放電管２０から外部へ放射される光を監視することにより、放電管２０内で熱プラズマが着火したか否かを検知することができる。
そこで、この実施の形態４においては、プラズマトーチ１８の近傍に配置された光学素子６４で放電管２０から放射される光を捉え、光学素子６４で得られた受光信号に基づいてプラズマトーチ１８の放電管２０内で熱プラズマが着火したか否かを判定回路６６が判定する。例えば、判定回路６６は、光学素子６４で捉えた受光強度が所定のしきい値を超えたときに、熱プラズマが着火したと判定することができる。
なお、光学素子６４としては、可視光の強度を検出する光センサの他、ビデオカメラ等の撮像装置を用いることができる。

そして、判定回路６６により熱プラズマがまだ着火しないと判定されたときは、制御回路５６が、可変コンデンサ５８及び６０を制御してこれら可変コンデンサ５８及び６０の容量を互いに所定値以上の比率となるように偏らせる。これにより、従来よりも高い圧力下あるいは従来よりも小さな高周波電力の供給で熱プラズマを発生させることが可能となる。
一方、判定回路６６により熱プラズマが着火したと判定された後は、制御回路５６が、可変コンデンサ５８及び６０を制御してこれら可変コンデンサ５８及び６０の容量を互いにほぼ等しい値とする。これにより、プラズマトーチ１８の放電管２０内に軸方向に長い一様な電磁場が形成され、軸方向に長い熱プラズマを安定維持することができる。

実施例１
定格周波数３００ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ，最大電力５０ｋＷ，定格直流電圧２５０Ｖ，定格直流電流２５０Ａの高周波ＭＯＳＦＥＴインバータ電源を使用して、図４に示した実施の形態２の誘導熱プラズマ発生装置を構成した。プラズマトーチ１８の放電管２０として、内径７０ｍｍ，長さ３１６ｍｍの内筒を有する二重管構造のものを用い、誘導コイル２２として、外径１３２ｍｍ，コイル導体径１４ｍｍφ，コイル長１５８ｍｍの８ターンのものを使用した。

インピーダンス整合回路４０内の共振コンデンサ４２及び４４としては、それぞれ、静電容量０．３３μＦの８個の単位コンデンサを直列接続した回路に対して短絡用ブスバーで適宜箇所を短絡させることにより、単位コンデンサ０個、２個直列接続（０．１６５μＦ）、４個直列接続（０．０８２５μＦ）、６個直列接続（０．０５５μＦ）、８個直列接続（０．０４１２μＦ）の５通りに調整可能なものを使用した。

そして、共振コンデンサ４２の容量Ｃ１と共振コンデンサ４４の容量Ｃ２とをそれぞれ変化させ、プラズマトーチ１８の放電管２０の内部圧力を８０Ｐａに固定する条件で、直流電流を２５０Ａまで徐々に上げつつ、着火実験を行った。

実験の結果を図７に示す。上記の運転条件において可能な共振コンデンサ４２の容量Ｃ１と共振コンデンサ４４の容量Ｃ２の組み合わせは、図７に○印と×印で表される計９通りであるが、これらのうち、○印が付された組み合わせでは熱プラズマの着火が確認されたが、×印が付された組み合わせでは熱プラズマの着火を確認することができなかった。なお、図７におけるＣ１及びＣ２は、それぞれ単位コンデンサを直列接続した個数で表されている。

すなわち、共振コンデンサ４２及び４４のうちいずれか一方の単位コンデンサを０個とし、他方に６個あるいは８個の単位コンデンサを直列接続させた場合のみ、熱プラズマの着火が可能であった。
誘導コイル２２の一端２２ａに接続された共振コンデンサ４２と他端２２ｂに接続された共振コンデンサ４４の容量を所定値以上の比率となるように偏らせることで、同一の運転条件でも熱プラズマが着火しやすくなることが確認された。

実施例２
プラズマトーチ１８の放電管２０として、実施例１で用いられた長さ３１６ｍｍの内筒を有する二重管構造のものと、長さ３８６ｍｍの内筒を有する二重管構造のものを使用して、着火が可能な圧力について実験した。共振コンデンサ４２及び４４としては、これらのうち一方の単位コンデンサを０個とし、他方に８個の単位コンデンサを直列接続させたものを用い、放電管２０の内部圧力を種々の値に設定して、誘導コイル２２に供給する直流電流を２５０Ａまで徐々に上げつつ、熱プラズマが着火したか否かを確認した。その他の条件は、実施例１におけるものと同一とした。

実験の結果は以下の通りである。
（１）誘導コイル２２の一端２２ａに接続された共振コンデンサ４２として８個の単位コンデンサの直列接続（０．０４１２μＦ）を使用し、誘導コイル２２の他端２２ｂに接続された共振コンデンサ４４としては単位コンデンサ０個とした場合、
長さ３１６ｍｍの内筒を用いた装置では最大１４０Ｐａで着火、長さ３８６ｍｍの内筒を用いた装置では最大１８０Ｐａで着火することが確認された。
（２）誘導コイル２２の一端２２ａに接続された共振コンデンサ４２としては単位コンデンサ０個とし、誘導コイル２２の他端２２ｂに接続された共振コンデンサ４４として８個の単位コンデンサの直列接続（０．０４１２μＦ）を使用した場合、
長さ３１６ｍｍの内筒を用いた装置では最大９５Ｐａで着火、長さ３８６ｍｍの内筒を用いた装置では最大１３０Ｐａで着火することが確認された。

このように、同一の誘導コイル２２を用いた場合には、１００Ｐａ程度の圧力で熱プラズマの着火が可能であった。
なお、図８に示した従来の装置のように、誘導コイル２２の両端部にそれぞれ接続された一対の共振コンデンサの静電容量を互いに同一にした場合には、熱プラズマを着火させるために、１０Ｐａ程度の真空状態にしても熱プラズマは自然着火せず、テスラコイルを用いて電圧を印加することにより発生する高電圧をトリガーとして用いなければ着火することはできなかった。

上記の実施の形態１〜４において、誘導コイル２２に供給される高周波電流を任意波形に振幅変調させて変調誘導熱プラズマを維持するように構成することもできる。例えば、三相全波整流回路１２とＭＯＳＦＥＴインバータ回路１６との間にＤＣ−ＤＣコンバータ回路を挿入し、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の出力を変調波形発生器からの変調信号に追従させればよい。このようにして変調誘導熱プラズマを維持すれば、プラズマを用いた各種処理の対象に応じて熱プラズマの温度等を詳細に制御することができる。

本発明は、誘導熱プラズマを利用した各種の処理に適用することができる。
また、上記の実施の形態１〜４並びに実施例は、いずれも本発明の一例を示したものであり、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更や改良を行ってもよいことはいうまでもない。

１０ 三相交流電源
１２ 三相全波整流回路
１４ 平滑コンデンサ
１６ ＭＯＳＦＥＴインバータ回路
１８ プラズマトーチ
２０ 放電管
２２ 誘導コイル
２６ 整合用トランス
３４，４０，４８ インピーダンス整合回路
２８，３０，３６，４２，４４ 共振コンデンサ
３８．４６．６２ 直列共振回路
５０ 電流センサ
５２ 電圧センサ
５４，６６ 判定回路
５６ 制御回路
５８．６０ 可変コンデンサ
６４ 光学素子

Claims (7)

1. キャパシタンス手段を含むインピーダンス整合回路を介して高周波電力を誘導コイルに供給することにより熱プラズマを発生させる誘導熱プラズマ発生方法において、
   少なくとも熱プラズマの着火時に前記誘導コイルの一端側と他端側とで前記キャパシタンス手段の容量を互いに所定値以上の比率となるように偏らせることを特徴とする誘導熱プラズマ発生方法。
2. 熱プラズマの着火後に前記誘導コイルの一端側と他端側とで前記キャパシタンス手段の容量を互いにほぼ等しくする請求項１に記載の誘導熱プラズマ発生方法。
3. キャパシタンス手段を含むインピーダンス整合回路を介して高周波電力を誘導コイルに供給することにより熱プラズマを発生させる誘導熱プラズマ発生装置において、
   前記キャパシタンス手段は、少なくとも熱プラズマの着火時に前記誘導コイルの一端側と他端側とで互いに所定値以上の比率となるように偏った容量を有することを特徴とする誘導熱プラズマ発生装置。
4. 前記キャパシタンス手段は、前記誘導コイルの一端側と他端側のいずれか一方に接続された一つのコンデンサからなる請求項３に記載の誘導熱プラズマ発生装置。
5. 前記キャパシタンス手段は、熱プラズマの着火後に前記誘導コイルの一端側と他端側とで互いにほぼ等しい容量を有する請求項３に記載の誘導熱プラズマ発生装置。
6. 前記キャパシタンス手段は、前記誘導コイルの一端側と他端側にそれぞれ接続された一対の可変コンデンサを有する請求項５に記載の誘導熱プラズマ発生装置。
7. 熱プラズマが着火したか否かを判定する着火判定手段と、
   前記着火判定手段により熱プラズマがまだ着火しないと判定されたときには前記一対の可変コンデンサの容量が互いに所定値以上の比率となるように偏らせ、前記着火判定手段により熱プラズマが着火したと判定された後は前記一対の可変コンデンサの容量が互いにほぼ等しくなるように前記一対の可変コンデンサを制御する制御手段と
   を備えた請求項６に記載の誘導熱プラズマ発生装置。

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