JP3615938B2 - プラズマ生成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波領域の電磁波を利用したプラズマ生成装置に関するものである。更に詳述すると、本発明は、大気圧雰囲気で用いられるプラズマトーチとして微量分析等に使用される原子化源、半導体装置の生成のためのＣＶＤ（ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、エッチング装置、スパッタリング装置、新規材料合成装置、有害ガス等の分解処理装置（有機ハロゲン化合物分解装置）等に用いられる、マイクロ波領域の電磁波を利用したプラズマ生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波領域の電磁波を利用した大気圧雰囲気で用いられるプラズマトーチは、周波数１３．５６ＭＨｚ 付近の高周波放電とともに、これまで、主として微量分析等に使用される原子化源、半導体装置の生成のためのＣＶＤ（ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） 装置、エッチング装置、スパッタリング装置に多く使われている。
【０００３】
これら高周波のなかでも電源が安価で操作性が優れていることから工業周波数２．４５ＧＨｚ のマイクロ波の利用が装置化されつつあるが、新規材料合成装置、有害ガス等の分解処理装置等についてはキャビティー（空胴共振器）の設計が困難なためあまり用いられていない。
【０００４】
従来のマイクロ波を利用した大気圧雰囲気で用いられるプラズマ生成装置では、プラズマ等の生成に関して、Ｓｐｅｃｔ． Ｃｈｅｍ． Ａｃｔａ， Ｖｏｌ．３７Ｂ， ｐ５８３ （１９８２） 等で、主に元素分析に使用されるキャビティーが論じられている。
【０００５】
ここで、マイクロ波放電プラズマ生成を用いた従来のプラズマトーチを図６及び図７を参照して説明する。
【０００６】
図６に示すプラズマトーチにおいては、キャビティー（空胴共振器）０１は約１０ｍｍの円筒形で側面には同軸コネクター０２が取り付けられ、この同軸コネクター０２の内導体の先端にはワイヤがループアンテナ０３となるようキャビティー０１の端板に固定されている。マイクロ波０４は、同軸ケーブル（図示省略）により伝送されてきて、同軸コネクター０２を介してキャビティー０１に入力される。キャビティー０１の中心軸上には放電管０５が設置され、この放電管０５には、放電用ガス０６及び冷却ガス０７が供給される。また、キャビティー０１にはチューナ０８が備えられている。この従来のプラズマトーチでは、マイクロ波入力パワーを約２００Ｗにしたときに、トーチ状の大気圧プラズマ０９が得られる。
【０００７】
図７に示すプラズマトーチにおいては、キャビティー（空胴共振器）０１０に、矩形導波管０１１を介してマイクロ波０１２が導入される。キャビティー０１０には、矩形導波管０１１に接続された、円形リッジ０１３が備えられている。この円形リッジ０１３は、ドアノブ型の同軸導波管変換器の同軸部分を極端に短くしたものであり、結果的にはリッジ導波管のように導波管高さが小さくされており、矩形導波管０１１内で形成される定在波に対して電界を強化する効果を奏する。そして、円形リッジ０１３の中心部に放電管０１４が設けられている。この放電管０１４には、放電用ガス０１５及び冷却ガス０１６が供給される。なお、０１７は電界ベクトルである。このプラズマトーチでは、マイクロ波入力パワーを約１ｋＷにしたときに、トーチ状の大気圧プラズマ０１８が得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６に示す従来技術では、キャビティー０１は、ＴＭ０１０ モードを形成するものであるが、本来このモードは円筒内で軸対象の電界を発生させるはずであるが、内部に設置されたループアンテナ０３のためアンテナ部がひずんだ電界分布となる。従って、放電管０５の内部のプラズマがうまく中心軸上に維持できないという問題がある。なお、ＴＭ０１０ モードとは、Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍｏｄｅであり、キャビティー内部に電界の定在波の節や腹が無いモードであり、電界の方向は、円筒形キャビティーの軸と同一である。
【０００９】
また、図６に示す従来技術では、分解反応等に富んだ反応性プラズマが内部に発生するとプラズマとしての負荷が大きく変動する。このとき、キャビティー軸方向及び径方向に取り付けたチューナ０８でインピーダンスを調整するが、これらチューナ０８の挿入によって電界分布をさらに大きくひずませるため、チューナ０８自体でのエネルギー損失（発熱）が大きくなり、長時間の連続した放電を安定に維持できない等の問題がある。
【００１０】
更に、同軸ケーブルを用いるループアンテナ０３によるエネルギー入力では、大電力を投入できないため、分解や材料合成等の処理速度を上げられないという設備上の問題がある。
【００１１】
図７に示す従来技術では、同軸ケーブルを使用せず矩形導波管０１１を使用しているため、比較的大きな電力を放電管０１４内のプラズマ０１８に投入できるが、矩形導波管０１１の基本モードであるＴＥ１０モードの定在波を、マグネトロン（マイクロ波発生源）側とキャビティー側の両終端板間で形成させるため、放電管０１４側に電界を集中するように導波管高さ（電界方向）を極端に狭くする必要がある。このため、マイクロ波投入電力が高い場合や負荷の急激な変動が生じた場合には、電界ベクトル０１７にひずみが生じ、導波管０１１内で放電が起こる可能性がある。
【００１２】
更に、このようなかなり通常から外れた条件での整合状態では、高調波等の発生により、マグネトロン（マイクロ波発生源）が影響を受け、電源が誤動作し、マグネトロンの暴走に直結しやすいという欠点がある。また、マイクロ波電力約５００Ｗ以下では、上記理由により、電界強度が安定せず、放電が着火しにくいという欠点がある。
【００１３】
本発明に関する大気圧でのプラズマ生成に関しては、特開平２−１３１１１６号公報に示されているように、アルゴンガスを用いて周波数１〜４０ＭＨｚ の高周波放電及び周波数１〜３ＧＨｚ のマイクロ波放電が誘導加熱方式として使われているが、有機ハロゲン化合物のような分解性に富んだ分子性ガスを添加した系で、かつ、大気圧条件で長時間安定に、かつ均一なプラズマを生成することは現状では困難である。
【００１４】
本発明は、上記実状に鑑みなされたもので、フロン、トリクロロメタン等の揮発性有機ハロゲン化合物を高効率で分解することができるプラズマ生成装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の構成は、
マイクロ波を伝送すると共に開口が形成されている矩形導波管と、
前記開口を介して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、しかも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するように配置されている円筒形空胴共振器と、
前記円筒形空胴共振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を通る状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形空胴共振器を貫通している誘電体製の放電管と、
前記矩形導波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞しつつ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在しており、前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在している円筒部分がプローブアンテナとなっている金属導体と、
前記円筒形空胴共振器の端板に備えられて前記放電管を囲繞しつつ軸方向にスライド移動ができる環状金属導体と、を有することを特徴とする。
【００１８】
また本発明の構成は、マイクロ波を伝送すると共に開口が形成されている矩形導波管と、
前記開口を介して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、しかも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するように配置されている円筒形空胴共振器と、
前記円筒形空胴共振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を通る状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形空胴共振器を貫通している誘電体製の放電管と、
前記矩形導波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞しつつ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在している金属導体と、
前記円筒形空胴共振器の端板のうち前記放電管が貫通している部分に備えられて前記放電管を囲繞するテーパ管と、を有することを特徴とする。
【００１９】
また本発明の構成は、前記円筒形空胴共振器の内部の電界としてＴＭ０１０ モードを形成させることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態にかかるプラズマ生成装置を説明する。なお、以下に説明するプラズマ生成装置は、有機ハロゲン化合物を含んだガスにマイクロ波を照射することによって熱プラズマを生成し、この熱プラズマを利用して有機ハロゲン化合物を分解させる有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置である。
【００２１】
〔第１の実施の形態〕
先ず初めに本発明の第１の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置を、図１及び図２を参照しつつ説明する。両図に示すように、矩形導波管１の始端部（左端部）には周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振するマイクロ波発振器２が備えられており、矩形導波管１の終端部（右端部）近傍には開口１ａが形成されている。この矩形導波管１は、始端部側から終端部側に向けて、マイクロ波を伝送する。
【００２２】
円筒形空胴共振器３は、前記開口１ａを介して矩形導波管１に連通する状態で結合している。しかも、円筒形空胴共振器３の中心軸が矩形導波管１内の電界方向に一致するように配置している。そして、円筒形空胴共振器３の上面が、開口１ａ（つまり、矩形導波管１と円筒形空胴共振器３との結合部）の絞り３ａとなっている。
【００２３】
誘電体製の放電管４は、円筒形空胴共振器３の中心軸に対して同軸となると共に開口１ａを通る状態で配置されて、矩形導波管１及び円筒形空胴共振器３を貫通している。この放電管４の先端部（下端部）は、円筒形空胴共振器３の端板３ｂを貫通して反応器５に連通している。この放電管４の基端部（上端部）には、ガス供給管６を介して、フロンガス７や空気８や水蒸気発生器９からの水蒸気が供給される。
【００２４】
金属導体１０は、矩形導波管１の底部１ｂに連結されており、放電管４を囲繞しつつ開口１ａを通って円筒形空胴共振器３の内部にまで延在されている。この金属導体１０のうち、円筒形空胴共振器３内にまで延在されている円筒部分が、プローブアンテナ１０ａとなっている。
【００２５】
一方、反応器５の下端は、容器１１内のアルカリ水溶液１２中に浸漬しており、容器１１の上部には排気ダクト１３が連結されている。
【００２６】
かかる構成となっている有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置では、マイクロ波発振器２で発生したマイクロ波は、矩形導波管１により伝送され、このマイクロ波は、金属導体１０及びプローブアンテナ１０ａを介して、円筒形空胴共振器３に伝送される。このとき、円筒形空胴共振器３内の電界としては、電界強度の大きなＴＭ０１０ モードが形成される。しかも、金属導体１０及びプローブアンテナ１０ａにより、矩形導波管１内の電界モードと、円筒形空胴共振器３内の電界モードとがカップリングされているため、円筒形空胴共振器３内の電界は安定する。なお、図２において、１４は、ＴＭ０１０ モードの電界が形成されているときの電界ベクトルを示す。
【００２７】
このとき、放電管４内に、有機ハロゲン化合物を含んだガスを供給し、このガスにマイクロ波を照射すると、放電管４内には、電子エネルギーが高く、温度が２０００〜６０００Ｋの熱プラズマ１５が発生する。このため、有機ハロゲン化合物を含んだガスは、容易に、塩素原子，フッ素原子，水素原子に解離し易い状態になり分解する。
【００２８】
この場合、有機ハロゲン化合物の解離に大量のエネルギー吸収等が発生し、負荷変動が大きい状態になるが、電界強度が大きいＴＭ０１０ モードの電界を形成すると共に、矩形導波管１内の電界モードと、円筒形空胴共振器３内の電界モードとをカップリングさせているため、負荷変動に耐えて安定して、有機ハロゲン化合物の分解ができる。
【００２９】
〔第１実施例〕
ここで、図１及び図２に示すプラズマ生成装置により有機ハロゲン化合物を分解したときの、第１実施例を説明する。
【００３０】
この第１実施例はフロンＲ１２を分解する例であり、熱プラズマ１５を生成する円筒形空胴共振器３を内径９０ｍｍ，長さ３５ｍｍとし、プローブアンテナ１０ａと円筒形空胴共振器３の端板３ｂとのギャップ長さを１５ｍｍとし、外径１２ｍｍ，内径１１ｍｍの石英製の放電管４を、金属導体１０及びプローブアンテナ１０ａの内部に貫通させて円筒形空胴共振器３内に取り付けた。
【００３１】
円筒形空胴共振器３の内部の放電管４にはフロンガス（Ｒ１２）７を大気圧、流量１０リットル／ｍｉｎで供給した。そして２．４５ＧＨｚ のマイクロ波が、マイクロ波発振器２から矩型導波管１に取り付けた金属導体１０及びプローブアンテナ１０ａを経て、円筒形空胴共振器３内に導かれ、円筒形空胴共振器３内に形成されたＴＭ０１０ モードの軸方向電界により放電を発生させた。
【００３２】
放電は大気圧でも従来の方法と比較して、十分安定しており、解析的に求められた電界ベクトル１４は円筒形空胴共振器３の中心で高電界を維持していることがわかった。フロンガス７は放電した熱プラズマ１５により反応器５内で分解された後、アルカリ水溶液１２（水酸化カルシウム）中を通過し、除害処理され、炭酸ガス等を含む残りのガスは排気ダクト１３から排出した。
【００３３】
フロンの分解率は反応器５内のガスを一部採取し、プラズマ有無のフロン濃度のガスクロ分析から算出した。フロン供給量１ｋｇ／ｈでマイクロ波パワーをパラメータとした場合の分解率測定の実験結果を表１に示す。
【００３４】
また、この試験において、空気８を混入したフロン１３４ａについても同様の試験を行った。結果を表１に示す。この表から、フロン１３４ａについても同様の分解が可能であることが確認された。
【００３５】
一方、添加ガスとしてアルゴンや空気等が混入しても、マイクロ波パワーを調節すれば、ほぼ同程度の分解率が得られることも実験的に確認した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
上記第１実施例において、対象となる有機ハロゲン化合物の分解反応機構は、次のようになっている。
代表的な例としてエアコン等の冷媒に使用されているフロンＲ１２（ＣＣｌ２ Ｆ２ ）については、
ＣＣｌ２ Ｆ２ ＋２Ｈ２ Ｏ → ２ＨＣｌ＋２ＨＦ＋ＣＯ２
と考えられ、生成物の除害には次の反応を用いることができる。
２ＨＣｌ＋２ＨＦ＋２Ｃａ（ＯＨ）２ → ＣａＣｌ２ ＋ＣａＦ２ ＋４Ｈ２ Ｏ
また、塩素を含まない代替フロンとして知られ、分解が比較的困難とされていたフロン１３４ａ（ＣＦ３ ＣＨ２ Ｆ）についても本発明は有効である。反応例を次に示す。
ＣＦ３ ＣＨ２ Ｆ＋２Ｈ２ Ｏ → ４ＨＦ＋ＣＯ２ ＋Ｃ
Ｃは酸素等の存在下ではＣＯ２ に転化する。
【００３８】
〔第２の実施の形態〕
次に本発明の第２の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置を、要部断面図である図３を参照して説明する。
【００３９】
第２の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置では、有機ハロゲン化合物に水蒸気を添加したガスの添加量を変化させても放電を安定化できるよう、電界強度調整用のチューナとなるスライド式プローブアンテナ２０を設けたものである。
【００４０】
更に説明すると、図３に示すように、金属導体１０は、矩形導波管１の底部１ｂに連結されており、放電管４の上部を囲繞して矩形導波管１の内部に存在しているが、円筒形空胴共振器３の内部にまでは延在されていない。この金属導体１０と放電管４との間には、円筒状のスライド式プローブアンテナ２０が介在されて軸方向にスライド自在に備えられている。このスライド式プローブアンテナ２０は、金属導体１０に摺接して金属導体１０からのマイクロ波を伝送するものであり、開口１ａを通って円筒形空胴共振器３の内部にまで延在している。このスライド式プローブアンテナ２０をスライドさせることにより、円筒形空胴共振器３内でのスライド式プローブアンテナ２０の長さを調整することにより、放電管４の内部で発生する熱プラズマ１５等の負荷変動に対して電界強度を調整することができる。
【００４１】
このため、従来のマイクロ波トーチのように、プラズマ条件の変化に伴う負荷変動に対して使用電力範囲が大きくとれるため、これまで、分解が十分できなかった有機ハロゲン化合物についても分解が十分にできる。
【００４２】
〔第２実施例〕
ここで、図３に示すプラズマ生成装置により有機ハロゲン化合物を分解したときの、第２実施例を説明する。
【００４３】
図３に示すプラズマ生成装置では、有機ハロゲン化合物と水蒸気の混合ガスにマイクロ波を照射することによって生成する熱プラズマ１５中で、フロン（Ｒ１２）を分解させる。図３に示すプラズマ生成装置では、矩型導波管１の底面１ｂから円筒形空胴共振器３内に引き込んだ金属導体の長さすなわちスライド式プローブアンテナ２０の長さを調節することによって、放電管４内部で発生するプラズマ等の負荷変動に対して電界強度を調整した。
【００４４】
プローブアンテナ長に対するフロン分解率は第１実施例と同様にして求めた。フロン供給量１ｋｇ／ｈ及び水蒸気供給量１ｋｇ／ｈでマイクロ波パワーをパラメータとした場合の分解率測定の実験結果を表２に示す。この試験において、添加ガスとしてアルゴンや空気等が混入しても、マイクロ波パワーを調節すれば、ほぼ同程度の分解率が得られることがわかった。
【００４５】
【表２】
【００４６】
〔第３の実施の形態〕
次に本発明の第３の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置を、要部断面図である図４を参照して説明する。
【００４７】
第３の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置では、円筒形空胴共振器３の中心軸上での電界強度を強化するように工夫したものである。つまり、図４に示すように、円筒形空胴共振器３の端板３ｂには、放電管４を囲繞する状態で環状金属導体２１を備えている。この環状金属導体２１を軸方向に沿いスライド移動することができるようにしている。このスライド移動により、電界強度の強化量を調整することができる。
【００４８】
〔第３実施例〕
ここで、図４に示すプラズマ生成装置により有機ハロゲン化合物を分解したときの、第３実施例を説明する。
【００４９】
図４に示すプラズマ生成装置では、有機ハロゲン化合物を含んだガスにマイクロ波を照射することによって生成する熱プラズマ１５中でフロン（Ｒ１２）を分解する。このプラズマ生成装置では、円筒型空胴共振器３の端板３ｂに放電管４を取り囲むように取り付けた環状金属導体２１により、円筒形空胴共振器３の中心軸上の電界強度を強化することができる。
【００５０】
フロン分解率は第１実施例と同様にして求めた。フロン供給量１ｋｇ／ｈ及び噴霧する水供給量１ｋｇ／ｈで金属環の挿入長をパラメータとした場合の分解率測定の実験結果を表３に示す。この試験において、添加ガスとしてアルゴンや空気等が混入しても、マイクロ波パワーを調節すれば、ほぼ同程度の分解率が得られることがわかった。
【００５１】
【表３】
【００５２】
〔第４の実施の形態〕
次に本発明の第４の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置を、要部断面図である図５を参照して説明する。
【００５３】
第４の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置では、円筒形空胴共振器３内部での電界強度を強化すると共に、熱プラズマ１５が放電管４に接触するのを防止するように工夫したものである。つまり、図５に示すように、円筒形空胴共振器３の端板３ｂのうち、放電管４が貫通している部分には、端板３ｂ側から円筒形空胴共振器３の内部に向かって絞りこまれつつ、放電管４を囲繞しているテーパ管２２が取り付けられている。
【００５４】
〔第４実施例〕
ここで、図５に示すプラズマ生成装置により有機ハロゲン化合物を分解したときの、第４実施例を説明する。
【００５５】
第４実施例において、フロン分解率は第１実施例と同様にして求めた。フロン供給量０．１ｋｇ／ｈ及び噴霧する水酸化カルシウムを溶解させたアルカリ水供給量１ｋｇ／ｈでテーパ管有無での分解率測定の実験結果を表４に示す。この試験において、添加ガスとしてアルゴンや空気等が混入しても、マイクロ波パワーを調節すれば、ほぼ同程度の分解率が得られることがわかった。
【００５６】
本実施例ではアルカリ水の供給方法として壁面を流す方法を記載したが、反応器５内のプラズマを取り囲むように直接アルカリ水噴霧してもよい。
【００５７】
【表４】
【００５８】
【発明の効果】
以上実施の形態及び実施例と共に具体的に説明したように、本発明では、マイクロ波を伝送すると共に開口が形成されている矩形導波管と、
前記開口を介して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、しかも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するように配置されている円筒形空胴共振器と、
前記円筒形空胴共振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を通る状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形空胴共振器を貫通している誘電体製の放電管と、
前記矩形導波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞しつつ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在しており、前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在して円筒部分がプローブアンテナとなっている金属導体と、
前記円筒形空胴共振器の端板に備えられて前記放電管を囲繞しつつ軸方向にスライド移動ができる環状金属導体と、を有する構成とした。
【００５９】
かかる構成としたため、長時間の連続した放電を安定に維持できる。また、同軸ケーブルを用いないため、大電力を投入でき、分解や材料合成等の処理速度を上げられる。更に、導波管高さ等を特殊な構造にしないため、マイクロ波投入電力が高い場合や負荷の急激な変動に容易に対応できる。また更に、負荷に応じたキャビティー（円筒形空洞共振器）の調整ができるので試料に応じて放電が容易に着火できる。
【００６０】
さらに、本発明によれば、これまで分解しにくかった廃棄物中あるいは排気ガス中のフロンやトリクロロメタン等の有機ハロゲン化合物を高い分解率（９９．９９％以上）で無害化処理できる。本発明で用いるキャビティー（円筒形空洞共振器）は、大きなマイクロ波電力を効率よく有機ハロゲン化合物を含んだガスを集中的に供給し、効率良く安定にプラズマ化できる。さらに、電磁波として整合等の制御性に優れることや量産化電源が使用可能の点から、装置の小型化や低コスト化が図れる。
【００６４】
かかる構成としたため、円筒形空胴共振器の中心軸上の電界強度を強化することができる。
【００６５】
また本発明では、マイクロ波を伝送すると共に開口が形成されている矩形導波管と、
前記開口を介して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、しかも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するように配置されている円筒形空胴共振器と、
前記円筒形空胴共振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を通る状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形空胴共振器を貫通している誘電体製の放電管と、
前記矩形導波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞しつつ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在している金属導体と、
前記円筒形空胴共振器の端板のうち前記放電管が貫通している部分に備えられて前記放電管を囲繞するテーパ管と、を有する構成とした。
【００６６】
かかる構成としたため、円筒形空胴共振器内部の電界を強化することができると共に、円筒形空胴共振器から放出されるプラズマが放電管に接触することを防止することができる。
【００６７】
また本発明では、前記円筒形空胴共振器の内部の電界としてＴＭ０１０ モードを形成させる構成とした。
【００６８】
かかる構成としたため、電界強度を大きくすることができ、負荷変動が大きくても、安定してプラズマを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置を示す構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置の要部を示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置の要部を示す断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置の要部を示す断面図。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置の要部を示す断面図。
【図６】従来のプラズマトーチを示す構成図。
【図７】従来のプラズマトーチを示す構成図。
【符号の説明】
１ 矩形導波管
１ａ 開口
１ｂ 底部
２ マイクロ波発振器
３ 円筒形空胴共振器
３ａ 絞り
３ｂ 端板
４ 放電管
５ 反応器
６ ガス供給管
７ フロンガス
８ 空気
９ 水蒸気発生器
１０ 金属導体
１０ａ プローブアンテナ
１１ 容器
１２ アルカリ水溶液
１３ 排気ダクト
１４ 電界ベクトル
１５ 熱プラズマ
２０ スライド式プローブアンテナ
２１ 環状金属導体
２２ テーパ管
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波領域の電磁波を利用したプラズマ生成装置に関するものである。更に詳述すると、本発明は、大気圧雰囲気で用いられるプラズマトーチとして微量分析等に使用される原子化源、半導体装置の生成のためのＣＶＤ（ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、エッチング装置、スパッタリング装置、新規材料合成装置、有害ガス等の分解処理装置（有機ハロゲン化合物分解装置）等に用いられる、マイクロ波領域の電磁波を利用したプラズマ生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波領域の電磁波を利用した大気圧雰囲気で用いられるプラズマトーチは、周波数１３．５６ＭＨｚ 付近の高周波放電とともに、これまで、主として微量分析等に使用される原子化源、半導体装置の生成のためのＣＶＤ（ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） 装置、エッチング装置、スパッタリング装置に多く使われている。
【０００３】
これら高周波のなかでも電源が安価で操作性が優れていることから工業周波数２．４５ＧＨｚ のマイクロ波の利用が装置化されつつあるが、新規材料合成装置、有害ガス等の分解処理装置等についてはキャビティー（空胴共振器）の設計が困難なためあまり用いられていない。
【０００４】
従来のマイクロ波を利用した大気圧雰囲気で用いられるプラズマ生成装置では、プラズマ等の生成に関して、Ｓｐｅｃｔ． Ｃｈｅｍ． Ａｃｔａ， Ｖｏｌ．３７Ｂ， ｐ５８３ （１９８２） 等で、主に元素分析に使用されるキャビティーが論じられている。
【０００５】
ここで、マイクロ波放電プラズマ生成を用いた従来のプラズマトーチを図６及び図７を参照して説明する。
【０００６】
図６に示すプラズマトーチにおいては、キャビティー（空胴共振器）０１は約１０ｍｍの円筒形で側面には同軸コネクター０２が取り付けられ、この同軸コネクター０２の内導体の先端にはワイヤがループアンテナ０３となるようキャビティー０１の端板に固定されている。マイクロ波０４は、同軸ケーブル（図示省略）により伝送されてきて、同軸コネクター０２を介してキャビティー０１に入力される。キャビティー０１の中心軸上には放電管０５が設置され、この放電管０５には、放電用ガス０６及び冷却ガス０７が供給される。また、キャビティー０１にはチューナ０８が備えられている。この従来のプラズマトーチでは、マイクロ波入力パワーを約２００Ｗにしたときに、トーチ状の大気圧プラズマ０９が得られる。
【０００７】
図７に示すプラズマトーチにおいては、キャビティー（空胴共振器）０１０に、矩形導波管０１１を介してマイクロ波０１２が導入される。キャビティー０１０には、矩形導波管０１１に接続された、円形リッジ０１３が備えられている。この円形リッジ０１３は、ドアノブ型の同軸導波管変換器の同軸部分を極端に短くしたものであり、結果的にはリッジ導波管のように導波管高さが小さくされており、矩形導波管０１１内で形成される定在波に対して電界を強化する効果を奏する。そして、円形リッジ０１３の中心部に放電管０１４が設けられている。この放電管０１４には、放電用ガス０１５及び冷却ガス０１６が供給される。なお、０１７は電界ベクトルである。このプラズマトーチでは、マイクロ波入力パワーを約１ｋＷにしたときに、トーチ状の大気圧プラズマ０１８が得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６に示す従来技術では、キャビティー０１は、ＴＭ０１０ モードを形成するものであるが、本来このモードは円筒内で軸対象の電界を発生させるはずであるが、内部に設置されたループアンテナ０３のためアンテナ部がひずんだ電界分布となる。従って、放電管０５の内部のプラズマがうまく中心軸上に維持できないという問題がある。なお、ＴＭ０１０ モードとは、Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍｏｄｅであり、キャビティー内部に電界の定在波の節や腹が無いモードであり、電界の方向は、円筒形キャビティーの軸と同一である。
【０００９】
また、図６に示す従来技術では、分解反応等に富んだ反応性プラズマが内部に発生するとプラズマとしての負荷が大きく変動する。このとき、キャビティー軸方向及び径方向に取り付けたチューナ０８でインピーダンスを調整するが、これらチューナ０８の挿入によって電界分布をさらに大きくひずませるため、チューナ０８自体でのエネルギー損失（発熱）が大きくなり、長時間の連続した放電を安定に維持できない等の問題がある。
【００１０】
更に、同軸ケーブルを用いるループアンテナ０３によるエネルギー入力では、大電力を投入できないため、分解や材料合成等の処理速度を上げられないという設備上の問題がある。
【００１１】
図７に示す従来技術では、同軸ケーブルを使用せず矩形導波管０１１を使用しているため、比較的大きな電力を放電管０１４内のプラズマ０１８に投入できるが、矩形導波管０１１の基本モードであるＴＥ１０モードの定在波を、マグネトロン（マイクロ波発生源）側とキャビティー側の両終端板間で形成させるため、放電管０１４側に電界を集中するように導波管高さ（電界方向）を極端に狭くする必要がある。このため、マイクロ波投入電力が高い場合や負荷の急激な変動が生じた場合には、電界ベクトル０１７にひずみが生じ、導波管０１１内で放電が起こる可能性がある。
【００１２】
更に、このようなかなり通常から外れた条件での整合状態では、高調波等の発生により、マグネトロン（マイクロ波発生源）が影響を受け、電源が誤動作し、マグネトロンの暴走に直結しやすいという欠点がある。また、マイクロ波電力約５００Ｗ以下では、上記理由により、電界強度が安定せず、放電が着火しにくいという欠点がある。
【００１３】
本発明に関する大気圧でのプラズマ生成に関しては、特開平２−１３１１１６号公報に示されているように、アルゴンガスを用いて周波数１〜４０ＭＨｚ の高周波放電及び周波数１〜３ＧＨｚ のマイクロ波放電が誘導加熱方式として使われているが、有機ハロゲン化合物のような分解性に富んだ分子性ガスを添加した系で、かつ、大気圧条件で長時間安定に、かつ均一なプラズマを生成することは現状では困難である。
【００１４】
本発明は、上記実状に鑑みなされたもので、フロン、トリクロロメタン等の揮発性有機ハロゲン化合物を高効率で分解することができるプラズマ生成装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の構成は、
マイクロ波を伝送すると共に開口が形成されている矩形導波管と、
前記開口を介して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、しかも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するように配置されている円筒形空胴共振器と、
前記円筒形空胴共振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を通る状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形空胴共振器を貫通している誘電体製の放電管と、
前記矩形導波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞しつつ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在しており、前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在している円筒部分がプローブアンテナとなっている金属導体と、
前記円筒形空胴共振器の端板に備えられて前記放電管を囲繞しつつ軸方向にスライド移動ができる環状金属導体と、を有することを特徴とする。
【００１８】
また本発明の構成は、マイクロ波を伝送すると共に開口が形成されている矩形導波管と、
前記開口を介して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、しかも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するように配置されている円筒形空胴共振器と、
前記円筒形空胴共振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を通る状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形空胴共振器を貫通している誘電体製の放電管と、
前記矩形導波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞しつつ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在している金属導体と、
前記円筒形空胴共振器の端板のうち前記放電管が貫通している部分に備えられて前記放電管を囲繞するテーパ管と、を有することを特徴とする。
【００１９】
また本発明の構成は、前記円筒形空胴共振器の内部の電界としてＴＭ０１０ モードを形成させることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態にかかるプラズマ生成装置を説明する。なお、以下に説明するプラズマ生成装置は、有機ハロゲン化合物を含んだガスにマイクロ波を照射することによって熱プラズマを生成し、この熱プラズマを利用して有機ハロゲン化合物を分解させる有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置である。
【００２１】
〔第１の実施の形態〕
先ず初めに本発明の第１の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置を、図１及び図２を参照しつつ説明する。両図に示すように、矩形導波管１の始端部（左端部）には周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振するマイクロ波発振器２が備えられており、矩形導波管１の終端部（右端部）近傍には開口１ａが形成されている。この矩形導波管１は、始端部側から終端部側に向けて、マイクロ波を伝送する。
【００２２】
円筒形空胴共振器３は、前記開口１ａを介して矩形導波管１に連通する状態で結合している。しかも、円筒形空胴共振器３の中心軸が矩形導波管１内の電界方向に一致するように配置している。そして、円筒形空胴共振器３の上面が、開口１ａ（つまり、矩形導波管１と円筒形空胴共振器３との結合部）の絞り３ａとなっている。
【００２３】
誘電体製の放電管４は、円筒形空胴共振器３の中心軸に対して同軸となると共に開口１ａを通る状態で配置されて、矩形導波管１及び円筒形空胴共振器３を貫通している。この放電管４の先端部（下端部）は、円筒形空胴共振器３の端板３ｂを貫通して反応器５に連通している。この放電管４の基端部（上端部）には、ガス供給管６を介して、フロンガス７や空気８や水蒸気発生器９からの水蒸気が供給される。
【００２４】
金属導体１０は、矩形導波管１の底部１ｂに連結されており、放電管４を囲繞しつつ開口１ａを通って円筒形空胴共振器３の内部にまで延在されている。この金属導体１０のうち、円筒形空胴共振器３内にまで延在されている円筒部分が、プローブアンテナ１０ａとなっている。
【００２５】
一方、反応器５の下端は、容器１１内のアルカリ水溶液１２中に浸漬しており、容器１１の上部には排気ダクト１３が連結されている。
【００２６】
かかる構成となっている有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置では、マイクロ波発振器２で発生したマイクロ波は、矩形導波管１により伝送され、このマイクロ波は、金属導体１０及びプローブアンテナ１０ａを介して、円筒形空胴共振器３に伝送される。このとき、円筒形空胴共振器３内の電界としては、電界強度の大きなＴＭ０１０ モードが形成される。しかも、金属導体１０及びプローブアンテナ１０ａにより、矩形導波管１内の電界モードと、円筒形空胴共振器３内の電界モードとがカップリングされているため、円筒形空胴共振器３内の電界は安定する。なお、図２において、１４は、ＴＭ０１０ モードの電界が形成されているときの電界ベクトルを示す。
【００２７】
このとき、放電管４内に、有機ハロゲン化合物を含んだガスを供給し、このガスにマイクロ波を照射すると、放電管４内には、電子エネルギーが高く、温度が２０００〜６０００Ｋの熱プラズマ１５が発生する。このため、有機ハロゲン化合物を含んだガスは、容易に、塩素原子，フッ素原子，水素原子に解離し易い状態になり分解する。
【００２８】
この場合、有機ハロゲン化合物の解離に大量のエネルギー吸収等が発生し、負荷変動が大きい状態になるが、電界強度が大きいＴＭ０１０ モードの電界を形成すると共に、矩形導波管１内の電界モードと、円筒形空胴共振器３内の電界モードとをカップリングさせているため、負荷変動に耐えて安定して、有機ハロゲン化合物の分解ができる。
【００２９】
〔第１実施例〕
ここで、図１及び図２に示すプラズマ生成装置により有機ハロゲン化合物を分解したときの、第１実施例を説明する。
【００３０】
この第１実施例はフロンＲ１２を分解する例であり、熱プラズマ１５を生成する円筒形空胴共振器３を内径９０ｍｍ，長さ３５ｍｍとし、プローブアンテナ１０ａと円筒形空胴共振器３の端板３ｂとのギャップ長さを１５ｍｍとし、外径１２ｍｍ，内径１１ｍｍの石英製の放電管４を、金属導体１０及びプローブアンテナ１０ａの内部に貫通させて円筒形空胴共振器３内に取り付けた。
【００３１】
円筒形空胴共振器３の内部の放電管４にはフロンガス（Ｒ１２）７を大気圧、流量１０リットル／ｍｉｎで供給した。そして２．４５ＧＨｚ のマイクロ波が、マイクロ波発振器２から矩型導波管１に取り付けた金属導体１０及びプローブアンテナ１０ａを経て、円筒形空胴共振器３内に導かれ、円筒形空胴共振器３内に形成されたＴＭ０１０ モードの軸方向電界により放電を発生させた。
【００３２】
放電は大気圧でも従来の方法と比較して、十分安定しており、解析的に求められた電界ベクトル１４は円筒形空胴共振器３の中心で高電界を維持していることがわかった。フロンガス７は放電した熱プラズマ１５により反応器５内で分解された後、アルカリ水溶液１２（水酸化カルシウム）中を通過し、除害処理され、炭酸ガス等を含む残りのガスは排気ダクト１３から排出した。
【００３３】
フロンの分解率は反応器５内のガスを一部採取し、プラズマ有無のフロン濃度のガスクロ分析から算出した。フロン供給量１ｋｇ／ｈでマイクロ波パワーをパラメータとした場合の分解率測定の実験結果を表１に示す。
【００３４】
また、この試験において、空気８を混入したフロン１３４ａについても同様の試験を行った。結果を表１に示す。この表から、フロン１３４ａについても同様の分解が可能であることが確認された。
【００３５】
一方、添加ガスとしてアルゴンや空気等が混入しても、マイクロ波パワーを調節すれば、ほぼ同程度の分解率が得られることも実験的に確認した。
【００３６】
【表１】
上記第１実施例において、対象となる有機ハロゲン化合物の分解反応機構は、次のようになっている。
代表的な例としてエアコン等の冷媒に使用されているフロンＲ１２（ＣＣｌ２ Ｆ２ ）については、
ＣＣｌ２ Ｆ２ ＋２Ｈ２ Ｏ → ２ＨＣｌ＋２ＨＦ＋ＣＯ２
と考えられ、生成物の除害には次の反応を用いることができる。
２ＨＣｌ＋２ＨＦ＋２Ｃａ（ＯＨ）２ → ＣａＣｌ２ ＋ＣａＦ２ ＋４Ｈ２ Ｏ
また、塩素を含まない代替フロンとして知られ、分解が比較的困難とされていたフロン１３４ａ（ＣＦ３ ＣＨ２ Ｆ）についても本発明は有効である。反応例を次に示す。
ＣＦ３ ＣＨ２ Ｆ＋２Ｈ２ Ｏ → ４ＨＦ＋ＣＯ２ ＋Ｃ
Ｃは酸素等の存在下ではＣＯ２ に転化する。
【００３８】
〔第２の実施の形態〕
次に本発明の第２の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置を、要部断面図である図３を参照して説明する。
【００３９】
第２の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置では、有機ハロゲン化合物に水蒸気を添加したガスの添加量を変化させても放電を安定化できるよう、電界強度調整用のチューナとなるスライド式プローブアンテナ２０を設けたものである。
【００４０】
更に説明すると、図３に示すように、金属導体１０は、矩形導波管１の底部１ｂに連結されており、放電管４の上部を囲繞して矩形導波管１の内部に存在しているが、円筒形空胴共振器３の内部にまでは延在されていない。この金属導体１０と放電管４との間には、円筒状のスライド式プローブアンテナ２０が介在されて軸方向にスライド自在に備えられている。このスライド式プローブアンテナ２０は、金属導体１０に摺接して金属導体１０からのマイクロ波を伝送するものであり、開口１ａを通って円筒形空胴共振器３の内部にまで延在している。このスライド式プローブアンテナ２０をスライドさせることにより、円筒形空胴共振器３内でのスライド式プローブアンテナ２０の長さを調整することにより、放電管４の内部で発生する熱プラズマ１５等の負荷変動に対して電界強度を調整することができる。
【００４１】
このため、従来のマイクロ波トーチのように、プラズマ条件の変化に伴う負荷変動に対して使用電力範囲が大きくとれるため、これまで、分解が十分できなかった有機ハロゲン化合物についても分解が十分にできる。
【００４２】
〔第２実施例〕
ここで、図３に示すプラズマ生成装置により有機ハロゲン化合物を分解したときの、第２実施例を説明する。
【００４３】
図３に示すプラズマ生成装置では、有機ハロゲン化合物と水蒸気の混合ガスにマイクロ波を照射することによって生成する熱プラズマ１５中で、フロン（Ｒ１２）を分解させる。図３に示すプラズマ生成装置では、矩型導波管１の底面１ｂから円筒形空胴共振器３内に引き込んだ金属導体の長さすなわちスライド式プローブアンテナ２０の長さを調節することによって、放電管４内部で発生するプラズマ等の負荷変動に対して電界強度を調整した。
【００４４】
プローブアンテナ長に対するフロン分解率は第１実施例と同様にして求めた。フロン供給量１ｋｇ／ｈ及び水蒸気供給量１ｋｇ／ｈでマイクロ波パワーをパラメータとした場合の分解率測定の実験結果を表２に示す。この試験において、添加ガスとしてアルゴンや空気等が混入しても、マイクロ波パワーを調節すれば、ほぼ同程度の分解率が得られることがわかった。
【００４５】
【表２】
〔第３の実施の形態〕
次に本発明の第３の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置を、要部断面図である図４を参照して説明する。
【００４７】
第３の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置では、円筒形空胴共振器３の中心軸上での電界強度を強化するように工夫したものである。つまり、図４に示すように、円筒形空胴共振器３の端板３ｂには、放電管４を囲繞する状態で環状金属導体２１を備えている。この環状金属導体２１を軸方向に沿いスライド移動することができるようにしている。このスライド移動により、電界強度の強化量を調整することができる。
【００４８】
〔第３実施例〕
ここで、図４に示すプラズマ生成装置により有機ハロゲン化合物を分解したときの、第３実施例を説明する。
【００４９】
図４に示すプラズマ生成装置では、有機ハロゲン化合物を含んだガスにマイクロ波を照射することによって生成する熱プラズマ１５中でフロン（Ｒ１２）を分解する。このプラズマ生成装置では、円筒型空胴共振器３の端板３ｂに放電管４を取り囲むように取り付けた環状金属導体２１により、円筒形空胴共振器３の中心軸上の電界強度を強化することができる。
【００５０】
フロン分解率は第１実施例と同様にして求めた。フロン供給量１ｋｇ／ｈ及び噴霧する水供給量１ｋｇ／ｈで金属環の挿入長をパラメータとした場合の分解率測定の実験結果を表３に示す。この試験において、添加ガスとしてアルゴンや空気等が混入しても、マイクロ波パワーを調節すれば、ほぼ同程度の分解率が得られることがわかった。
【００５１】
【表３】
〔第４の実施の形態〕
次に本発明の第４の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置を、要部断面図である図５を参照して説明する。
【００５３】
第４の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置では、円筒形空胴共振器３内部での電界強度を強化すると共に、熱プラズマ１５が放電管４に接触するのを防止するように工夫したものである。つまり、図５に示すように、円筒形空胴共振器３の端板３ｂのうち、放電管４が貫通している部分には、端板３ｂ側から円筒形空胴共振器３の内部に向かって絞りこまれつつ、放電管４を囲繞しているテーパ管２２が取り付けられている。
【００５４】
〔第４実施例〕
ここで、図５に示すプラズマ生成装置により有機ハロゲン化合物を分解したときの、第４実施例を説明する。
【００５５】
第４実施例において、フロン分解率は第１実施例と同様にして求めた。フロン供給量０．１ｋｇ／ｈ及び噴霧する水酸化カルシウムを溶解させたアルカリ水供給量１ｋｇ／ｈでテーパ管有無での分解率測定の実験結果を表４に示す。この試験において、添加ガスとしてアルゴンや空気等が混入しても、マイクロ波パワーを調節すれば、ほぼ同程度の分解率が得られることがわかった。
【００５６】
本実施例ではアルカリ水の供給方法として壁面を流す方法を記載したが、反応器５内のプラズマを取り囲むように直接アルカリ水噴霧してもよい。
【００５７】
【表４】
【発明の効果】
以上実施の形態及び実施例と共に具体的に説明したように、本発明では、マイクロ波を伝送すると共に開口が形成されている矩形導波管と、
前記開口を介して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、しかも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するように配置されている円筒形空胴共振器と、
前記円筒形空胴共振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を通る状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形空胴共振器を貫通している誘電体製の放電管と、
前記矩形導波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞しつつ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在しており、前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在して円筒部分がプローブアンテナとなっている金属導体と、
前記円筒形空胴共振器の端板に備えられて前記放電管を囲繞しつつ軸方向にスライド移動ができる環状金属導体と、を有する構成とした。
【００５９】
かかる構成としたため、長時間の連続した放電を安定に維持できる。また、同軸ケーブルを用いないため、大電力を投入でき、分解や材料合成等の処理速度を上げられる。更に、導波管高さ等を特殊な構造にしないため、マイクロ波投入電力が高い場合や負荷の急激な変動に容易に対応できる。また更に、負荷に応じたキャビティー（円筒形空洞共振器）の調整ができるので試料に応じて放電が容易に着火できる。
【００６０】
さらに、本発明によれば、これまで分解しにくかった廃棄物中あるいは排気ガス中のフロンやトリクロロメタン等の有機ハロゲン化合物を高い分解率（９９．９９％以上）で無害化処理できる。本発明で用いるキャビティー（円筒形空洞共振器）は、大きなマイクロ波電力を効率よく有機ハロゲン化合物を含んだガスを集中的に供給し、効率良く安定にプラズマ化できる。さらに、電磁波として整合等の制御性に優れることや量産化電源が使用可能の点から、装置の小型化や低コスト化が図れる。
【００６４】
かかる構成としたため、円筒形空胴共振器の中心軸上の電界強度を強化することができる。
【００６５】
また本発明では、マイクロ波を伝送すると共に開口が形成されている矩形導波管と、
前記開口を介して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、しかも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するように配置されている円筒形空胴共振器と、
前記円筒形空胴共振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を通る状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形空胴共振器を貫通している誘電体製の放電管と、
前記矩形導波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞しつつ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在している金属導体と、
前記円筒形空胴共振器の端板のうち前記放電管が貫通している部分に備えられて前記放電管を囲繞するテーパ管と、を有する構成とした。
【００６６】
かかる構成としたため、円筒形空胴共振器内部の電界を強化することができると共に、円筒形空胴共振器から放出されるプラズマが放電管に接触することを防止することができる。
【００６７】
また本発明では、前記円筒形空胴共振器の内部の電界としてＴＭ０１０ モードを形成させる構成とした。
【００６８】
かかる構成としたため、電界強度を大きくすることができ、負荷変動が大きくても、安定してプラズマを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置を示す構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置の要部を示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置の要部を示す断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置の要部を示す断面図。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置の要部を示す断面図。
【図６】従来のプラズマトーチを示す構成図。
【図７】従来のプラズマトーチを示す構成図。
【符号の説明】
１ 矩形導波管
１ａ 開口
１ｂ 底部
２ マイクロ波発振器
３ 円筒形空胴共振器
３ａ 絞り
３ｂ 端板
４ 放電管
５ 反応器
６ ガス供給管
７ フロンガス
８ 空気
９ 水蒸気発生器
１０ 金属導体
１０ａ プローブアンテナ
１１ 容器
１２ アルカリ水溶液
１３ 排気ダクト
１４ 電界ベクトル
１５ 熱プラズマ
２０ スライド式プローブアンテナ
２１ 環状金属導体
２２ テーパ管
Claims (3)
- マイクロ波を伝送すると共に開口が形成されている矩形導波管と、
前記開口を介して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、しかも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するように配置されている円筒形空胴共振器と、
前記円筒形空胴共振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を通る状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形空胴共振器を貫通している誘電体製の放電管と、
前記矩形導波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞しつつ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在しており、前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在している円筒部分がプローブアンテナとなっている金属導体と、
前記円筒形空胴共振器の端板に備えられて前記放電管を囲繞しつつ軸方向にスライド移動ができる環状金属導体と、を有することを特徴とするプラズマ生成装置。 - マイクロ波を伝送すると共に開口が形成されている矩形導波管と、
前記開口を介して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、しかも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するように配置されている円筒形空胴共振器と、
前記円筒形空胴共振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を通る状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形空胴共振器を貫通している誘電体製の放電管と、
前記矩形導波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞しつつ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在している金属導体と、
前記円筒形空胴共振器の端板のうち前記放電管が貫通している部分に備えられて前記放電管を囲繞するテーパ管と、を有することを特徴とするプラズマ生成装置。 - 請求項１または請求項２において、前記円筒形空胴共振器の内部の電界としてＴＭ010 モードを形成させることを特徴とするプラズマ生成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17435698A JP3615938B2 (ja) | 1998-06-22 | 1998-06-22 | プラズマ生成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP17435698A JP3615938B2 (ja) | 1998-06-22 | 1998-06-22 | プラズマ生成装置 |
Publications (2)
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