JP3553021B2 - マイクロウエーブプラズマバーナー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、マイクロウエーブプラズマバーナーに関するもので、詳細には、高温のプラズマを発生させるマイクロウエーブプラズマバーナーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロウエーブは、３０ＭＨｚから３０ＧＨｚまでの周波数範囲に属し、電子レンジなど多くの装置に幅広く利用される。特に、マイクロウエーブはプラズマの発生に使われる。
プラズマは、気体が高度に電離され、陽イオンと陰イオンが同一の密度として存在し、かつ電気的にバランスを取って中性となっている。放電管やアーク柱がその典型的な例である。
マイクロウエーブを利用することによってプラズマを発生させるために、従来はチャンバー内を高真空状態とし、真空チャンバー内に気体や混合気体を噴射し、マイクロウエーブをチャンバー内部に照射することで、チャンバー内部にプラズマを発生させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の方式は、マイクロウエーブが照射されるチャンバーの内部を高真空状態としなければならず、高真空を形成するためには精密なチャンバー設計が必要であり、実質的にチャンバー製作を非常に難しくしている。しかも、溶接バーナーでは点火装置が必要になり使いづらいという欠点がある。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、高真空状態を形成しなくてもマイクロウエーブを導入することによって高温のプラズマを発生させるためのマイクロウエーブプラズマバーナーを提供することにある。
本発明の他の目的は、点火装置を必要とせず、使いやすいマイクロウエーブプラズマバーナーを提供するためのものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明に係るマイクロウエーブプラズマバーナーは、ウエーブガイド共振器の内部にあるマグネトロンのアンテナからのマイクロウエーブを受信および案内し、気体を外部に噴射放出しながらマイクロウエーブによりガスが振動するようにすることによって高温度および高温のプラズマを発生させるウエーブ誘導管を含む。
また、本発明に係るマイクロウエーブプラズマバーナーは、アンテナを通してマイクロウエーブを送信するマグネトロン、アンテナから出たマイクロウエーブを共振させるウエーブガイド共振器、アンテナから出たマイクロウエーブを受信および案内するために、気体を噴射放出しながら高熱および高熱のプラズマを発生させかつマイクロウエーブガイド共振器の内部に設置されている誘導管を含む。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１はマイクロウエーブプラズマバーナーの構造図である。図示のごとく本発明に係るマイクロウエーブプラズマバーナーは、ウエーブガイド共振器２００の内部にあるマグネトロン１００のアンテナ１１０から出たマイクロウエーブを受信および案内し、噴射する形で気体を放出しながらマイクロウエーブにより噴射させたガスを振動させることによって高温のプラズマを発生させるウエーブ誘導管２１０からなる。
前記誘導管２１０の寸法は、アンテナ１１０の寸法に比例し、かつアンテナ１１０の形状に類似の形状を有す。特に前記誘導管２１０の、ウエーブガイド共振器２００の内部に位置する部分はマグネトロンのアンテナ１１０と形態が同じで、大きさはアンテナ１１０の二倍である。
【０００７】
つまり、本発明に係るマイクロウエーブプラズマバーナーは、アンテナ１１０を通してマイクロウエーブを出力するマグネトロン１００、アンテナ１１０から送信され、マイクロウエーブを共振させるウエーブガイド共振器２００、ウエーブガイド共振器２００の内部に設置されてアンテナ１１０からマイクロウエーブを受信および案内し、噴射する気体を端部２１１に放出しながら高熱および高温プラズマが発生するように、噴射したガスを振動させるためにマイクロウエーブを受信および案内するウエーブ誘導管２１０（誘導管２１０の端部２１１から発生される）と、高熱を集中させるために誘導管２１０を取り囲むガイド管３２０（誘導管２１０の端部２１１から放出される）と、マイクロウエーブの消失を防止するためにガイド管３２０とを取り囲む外部電極管３３０から構成される。
【０００８】
前記誘導管２１０の寸法はアンテナ１１０の寸法に比例し、かつ銅のような導体からなる。ガイド管３２０は高温の炎を集中させるため、石英のような熱に抵抗できる絶縁材でなければならない。外部電極管３３０はステンレス鋼のような強い導体からなる。
前記ウエーブガイド共振器２００の内部に位置した誘導管２１０の一部分２２０はセラミックスのような不導体からなっているので、誘導管２１０とウエーブガイド共振器２００との間に伝導されない。
マグネトロン１００とウエーブガイド共振器２００を收容するハウジング４００は鋼鐵からなっているので、ハウジング４００は接地手段として利用することができ、またマイクロウエーブが外部に放出しないようにする。
【０００９】
前記ハウジング４００と誘導管２１０間の接触部分４１０は不導体からなっている。前記誘導管２１０がハウジング４００の外部に支持されるようにするガイド３５０は不導体からなっているので、誘導管２１０への伝導が発生しない。ガイド３５０の外部に位置し、ガイド管３２０と電極管３３０を固定させるための固定部材３４０は導体からなっている。
前記ハウジング４００と誘導管２１０間の接触部分４１０は、固定部材３４０に接するようにする。また、マグネトン１００はさらに多くの熱を発生させるので発生した熱を放出するようにファン１２０を設置してエアクーリングさせる。
【００１０】
以下、前記のように構成された本発明に係るマイクロウエーブプラズマバーナーの作動について説明する。
マグネトロン１００にパワーが供給されるとマイクロウエーブが発生する。発生したマイクロウエーブはアンテナ１１０を通してウエーブガイド共振器２００に供給されて共振するようになる。
前記ウエーブガイド共振器２００の内部で共振されたマイクロウエーブは誘導管２１０によって端部２１１に案内される。誘導管２１０へ気体が供給されると気体は誘導管２１０に沿って端部２１１に放出される。
【００１１】
前記誘導管２１０の端部２１１に放出される気体は、誘導管２１０の表面に沿って案内されたマイクロウエーブによって振動する。この過程で高熱が発生し、発生した熱により炎５００が生じる。噴射した気体の種類にしたがって端部２１１の温度は異なる。特別に、大気中の空気を噴射した場合には端部２１１の炎の温度が約３、０００℃になる。また、炎５００の周りにプラズマ６００が形成される。
【００１２】
一方、誘導管２１０を取り囲んでいるガイド管３２０は発生した炎を集中させ、外部電極管３３０はマイクロウエーブが外部に放出させないようにする。
このように、高熱により誘導管２１０の端部で炎５００が発生する。このとき放出した気体の種類によって熱の温度は違ってくるので必要によって気体の種類を選ぶことができる。
たとえば、溶接作業をする間被溶接材の物質によって温度は多様にすることができる。つまり、酸化の防止と温度を上げるためには窒素、炭素、アルゴンの中の一つを適宜に選択すればよい。
【００１３】
また、大気中の空気を誘導管２１０に噴射した場合、マイクロウエーブの振動により高熱と高温のプラズマが発生する。このような状態では、マイクロウエーブの振動により誘導管２１０の端部２１１で自動的に炎が発生するようになり、別の点火装置は必要ない。
【００１４】
以上のごとく本発明に係るマイクロウエーブプラズマバーナーは、次のような成果を提供する。真空を必要としない構造により強力な高温のプラズマを発生することができる。空気の振動により発生した熱気により炎が発生するので点火器を必要としない。高温の炎が発生するので本発明のバーナーを溶接および切断に使用することができる。振動により発生する熱によって完全燃焼が行なわれるので空気の汚染を防止することができる。希望する気体を選択して使用することができるので溶接時における酸化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るマイクロウエーブプラズマバーナーの構造図である。
【発明が属する技術分野】
本発明は、マイクロウエーブプラズマバーナーに関するもので、詳細には、高温のプラズマを発生させるマイクロウエーブプラズマバーナーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロウエーブは、３０ＭＨｚから３０ＧＨｚまでの周波数範囲に属し、電子レンジなど多くの装置に幅広く利用される。特に、マイクロウエーブはプラズマの発生に使われる。
プラズマは、気体が高度に電離され、陽イオンと陰イオンが同一の密度として存在し、かつ電気的にバランスを取って中性となっている。放電管やアーク柱がその典型的な例である。
マイクロウエーブを利用することによってプラズマを発生させるために、従来はチャンバー内を高真空状態とし、真空チャンバー内に気体や混合気体を噴射し、マイクロウエーブをチャンバー内部に照射することで、チャンバー内部にプラズマを発生させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の方式は、マイクロウエーブが照射されるチャンバーの内部を高真空状態としなければならず、高真空を形成するためには精密なチャンバー設計が必要であり、実質的にチャンバー製作を非常に難しくしている。しかも、溶接バーナーでは点火装置が必要になり使いづらいという欠点がある。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、高真空状態を形成しなくてもマイクロウエーブを導入することによって高温のプラズマを発生させるためのマイクロウエーブプラズマバーナーを提供することにある。
本発明の他の目的は、点火装置を必要とせず、使いやすいマイクロウエーブプラズマバーナーを提供するためのものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明に係るマイクロウエーブプラズマバーナーは、ウエーブガイド共振器の内部にあるマグネトロンのアンテナからのマイクロウエーブを受信および案内し、気体を外部に噴射放出しながらマイクロウエーブによりガスが振動するようにすることによって高温度および高温のプラズマを発生させるウエーブ誘導管を含む。
また、本発明に係るマイクロウエーブプラズマバーナーは、アンテナを通してマイクロウエーブを送信するマグネトロン、アンテナから出たマイクロウエーブを共振させるウエーブガイド共振器、アンテナから出たマイクロウエーブを受信および案内するために、気体を噴射放出しながら高熱および高熱のプラズマを発生させかつマイクロウエーブガイド共振器の内部に設置されている誘導管を含む。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１はマイクロウエーブプラズマバーナーの構造図である。図示のごとく本発明に係るマイクロウエーブプラズマバーナーは、ウエーブガイド共振器２００の内部にあるマグネトロン１００のアンテナ１１０から出たマイクロウエーブを受信および案内し、噴射する形で気体を放出しながらマイクロウエーブにより噴射させたガスを振動させることによって高温のプラズマを発生させるウエーブ誘導管２１０からなる。
前記誘導管２１０の寸法は、アンテナ１１０の寸法に比例し、かつアンテナ１１０の形状に類似の形状を有す。特に前記誘導管２１０の、ウエーブガイド共振器２００の内部に位置する部分はマグネトロンのアンテナ１１０と形態が同じで、大きさはアンテナ１１０の二倍である。
【０００７】
つまり、本発明に係るマイクロウエーブプラズマバーナーは、アンテナ１１０を通してマイクロウエーブを出力するマグネトロン１００、アンテナ１１０から送信され、マイクロウエーブを共振させるウエーブガイド共振器２００、ウエーブガイド共振器２００の内部に設置されてアンテナ１１０からマイクロウエーブを受信および案内し、噴射する気体を端部２１１に放出しながら高熱および高温プラズマが発生するように、噴射したガスを振動させるためにマイクロウエーブを受信および案内するウエーブ誘導管２１０（誘導管２１０の端部２１１から発生される）と、高熱を集中させるために誘導管２１０を取り囲むガイド管３２０（誘導管２１０の端部２１１から放出される）と、マイクロウエーブの消失を防止するためにガイド管３２０とを取り囲む外部電極管３３０から構成される。
【０００８】
前記誘導管２１０の寸法はアンテナ１１０の寸法に比例し、かつ銅のような導体からなる。ガイド管３２０は高温の炎を集中させるため、石英のような熱に抵抗できる絶縁材でなければならない。外部電極管３３０はステンレス鋼のような強い導体からなる。
前記ウエーブガイド共振器２００の内部に位置した誘導管２１０の一部分２２０はセラミックスのような不導体からなっているので、誘導管２１０とウエーブガイド共振器２００との間に伝導されない。
マグネトロン１００とウエーブガイド共振器２００を收容するハウジング４００は鋼鐵からなっているので、ハウジング４００は接地手段として利用することができ、またマイクロウエーブが外部に放出しないようにする。
【０００９】
前記ハウジング４００と誘導管２１０間の接触部分４１０は不導体からなっている。前記誘導管２１０がハウジング４００の外部に支持されるようにするガイド３５０は不導体からなっているので、誘導管２１０への伝導が発生しない。ガイド３５０の外部に位置し、ガイド管３２０と電極管３３０を固定させるための固定部材３４０は導体からなっている。
前記ハウジング４００と誘導管２１０間の接触部分４１０は、固定部材３４０に接するようにする。また、マグネトン１００はさらに多くの熱を発生させるので発生した熱を放出するようにファン１２０を設置してエアクーリングさせる。
【００１０】
以下、前記のように構成された本発明に係るマイクロウエーブプラズマバーナーの作動について説明する。
マグネトロン１００にパワーが供給されるとマイクロウエーブが発生する。発生したマイクロウエーブはアンテナ１１０を通してウエーブガイド共振器２００に供給されて共振するようになる。
前記ウエーブガイド共振器２００の内部で共振されたマイクロウエーブは誘導管２１０によって端部２１１に案内される。誘導管２１０へ気体が供給されると気体は誘導管２１０に沿って端部２１１に放出される。
【００１１】
前記誘導管２１０の端部２１１に放出される気体は、誘導管２１０の表面に沿って案内されたマイクロウエーブによって振動する。この過程で高熱が発生し、発生した熱により炎５００が生じる。噴射した気体の種類にしたがって端部２１１の温度は異なる。特別に、大気中の空気を噴射した場合には端部２１１の炎の温度が約３、０００℃になる。また、炎５００の周りにプラズマ６００が形成される。
【００１２】
一方、誘導管２１０を取り囲んでいるガイド管３２０は発生した炎を集中させ、外部電極管３３０はマイクロウエーブが外部に放出させないようにする。
このように、高熱により誘導管２１０の端部で炎５００が発生する。このとき放出した気体の種類によって熱の温度は違ってくるので必要によって気体の種類を選ぶことができる。
たとえば、溶接作業をする間被溶接材の物質によって温度は多様にすることができる。つまり、酸化の防止と温度を上げるためには窒素、炭素、アルゴンの中の一つを適宜に選択すればよい。
【００１３】
また、大気中の空気を誘導管２１０に噴射した場合、マイクロウエーブの振動により高熱と高温のプラズマが発生する。このような状態では、マイクロウエーブの振動により誘導管２１０の端部２１１で自動的に炎が発生するようになり、別の点火装置は必要ない。
【００１４】
以上のごとく本発明に係るマイクロウエーブプラズマバーナーは、次のような成果を提供する。真空を必要としない構造により強力な高温のプラズマを発生することができる。空気の振動により発生した熱気により炎が発生するので点火器を必要としない。高温の炎が発生するので本発明のバーナーを溶接および切断に使用することができる。振動により発生する熱によって完全燃焼が行なわれるので空気の汚染を防止することができる。希望する気体を選択して使用することができるので溶接時における酸化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るマイクロウエーブプラズマバーナーの構造図である。
Claims (1)
- アンテナを通してマイクロウエーブを出力するマグネトロンと、上記アンテナから送信させたマイクロウエーブを共振させるウエーブガイド共振器と、前記ウエーブガイド共振器の内部に少なくとも一部設置して前記アンテナからのマイクロウエーブを受信および案内しながら気体を噴射放出しながら高熱および高温のプラズマが発生するように噴射したガスを振動させる誘導管と、前記誘導管の端部から発生される高熱を集中させるために前記誘導管の外部を囲むガイド管と、および前記誘導管の端部から放出されるマイクロウエーブの消失を防止するために前記ガイド管を囲む外部電極管とを含めてなることを特徴とするマイクロウエーブプラズマバーナー。
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