JP4339588B2 - プラズマを用いた処理用ガスのための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理用ガスがプラズマを用いて励起される、プラズマを用いた処理用ガスのための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特にこのタイプのマイクロ波によって持続されるプラズマを用いた処理用ガスのための装置は、一般に、マイクロ波発生器に接続される導波管を形成する中空の構造体と、入射波に係る電界の振幅が高く、好ましくは最大でとなる領域で、前記構造体中に処理用ガスを循環させるための手段とを具備する。
【０００３】
これらのガス処理技術の原則は、主に、不純物もしくは気体状の排出物を含むプラズマ発生ガス（アルゴン、窒素、クリプトン、キセノンなど）中に放電することによって、最初の分子が励起され、イオン化されて、小片、原子及びラジカルに分離されたプラズマを発生させることである。続いて、これらの小片は、互いに、並びに／もしくは補助的なガスと再結合並びに反応して、例えば反応性吸収（reactive absorption）のような一般的な方法でガス中から取り除かれ得る新しい種が生じる。浄化もしくは汚染除去のためのバックグラウンドガスの分子は、変化していない設備の出口にこれらの基本の状態で到達する。励起されたプラズマの発生を可能にする様々の装置の更なる詳細については、１９９２年、エルゼビアからの、M.MoisanとJ.Pelletierによる“Microwave Excited Plasmas”と題された研究（work）の詳細を参照したい。
【０００４】
文献US-A-５、７５０、８２３号は、入射電磁波と共に電界を用いて内部に放電を持続させることによってガスが励起されるようにする、プラズマによってガスを処理するための装置を開示している。上記電磁波は、導波管を形成している中空構造体によって形成される界の適用によって励起される。この中空構造体は、一般の導波管からマイクロ波パワーを供給される。また、この導波管も中空の構造体によって形成されている。
【０００５】
プラズマが表面電磁波によって持続されているとき、界の適用は、サーファトロンガイド（surfatron）かサーファガイドタイプ（surfaguide type）である。
【０００６】
ガスを循環させるために用いられる手段は、内部で放電が引き起こされる、誘電体材料でできた管から成る。
【０００７】
このようなガス処理システムの他の例が、文献DE−A−４４２８４１８号、US-A-５、３００、２０２号に開示されている。これらのシステムは、低圧で使用される。文献EP-A-０２９５０８３号は、大気圧で動作する共振空洞を具備する、プラズマによってガスを処理するための装置を説明している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これらのガス処理装置は、エネルギー効率、及び様々の作業状況に対する低動作感度（operating sensitivity）の点では効果的であるが、以下のような大きな欠点を有している。それは、これらの装置が、ガスの処理にはあまり、もしくはよく合わず、ガスの分解が、一般的には紛体の形状の相当量の固体を生じる点である。
【０００９】
これは、このような材料が管中で詰まることによる。この管中では、処理用ガスが循環し、放電が引き起こされるか、最低限でも、最初に最適化された内部の幾何学を変えられ、そして、熱交換と管の冷却とを妨げるか、もしくは、この管の誘電特性に良くない影響を与えて表面波の伝搬を妨げる。
【００１０】
こうした欠点を軽減するために、閉じられた管状の空間でなく、導波管から空間的に分けられた比較的開いた容積に渡ってガスがプラズマに転化されるガス処理装置を用いることが可能である。この場合、可能なアレンジの１つが、導波管によって支持されて供給を受けるプラズマトーチを用いることである。
【００１１】
これによって、トーチは、固体の沈降物（deposit）の潜在的な形成によって引き起こされる上述されたような欠点に悩まされることがなく、プラズマは、トーチのガス供給管内ではなく、トーチの下流部のトーチノズルの端部に形成される。
【００１２】
このようなガス処理装置を製造するために、プラズマが形成されるトーチの自由端が、チャンバに向かって開いている。このチャンバの主要な機能は、プラズマ中での処理後にガスを不浸透性に集め、処理によって発生された固体の沈降物を受けることである。次に、このようにして集められたガスは、出口管の方へ向かわされる。続いて、これらガスは、このまま使用されるか、あるいは、次の処理を経験するか、もしくは、大気中に放出されてもよい。
【００１３】
このようなマイクロ波プラズマトーチの公知の例は、軸方向噴射トーチ（AIT）である。このようなトーチは、例えば“An atmospheric pressure waveguide-fed microwave plasma torch”という物品（Plasma Source Sci. Technol 3 (1994)p.584乃至592）もしくは追加の証明出願（addition certificate application）FR-A-２５３３３９７号に説明されている。ＡＩＴトーチは、ＳＦ_６とＣ_２Ｆ_６との破壊に利用されていた。しかしながら、これのアーキテクチャは、比較的精巧で、また、これの構造は、かなり複雑かつ高価なものである。更に、ガス回路を適当にシールするのは本質的に難しく、これは、危険なガス（例えば腐食性のハロゲン化した混合物）もしくは高付加価値を有するガス（クリプトン、キセノン）を生じるように転化する不純物もしくは排出物を含むガスを処理するときには非常に重大な欠点となる。また、ＡＩＴの図の供給管の長さは極めて長く、これは、不純物の再凝縮の問題を引き起こし得る。
【００１４】
本発明の課題は、これらの欠点を軽減することである。
【００１５】
かくして、本発明の課題は、上述したタイプの、プラズマを用いた処理用ガスのための装置において、ガスを循環させるための手段は、自身の出口で処理用ガス内にプラズマを発生させる少なくとも１つのプラズマトーチを有し、このトーチは、導波管を形成する構造体の第１の大きな面に設けられて、この第１の大きな面に対向した第２の大きな面に形成されたオリフィスを通って突出し、導電性材料でできたインジェクターを有し、また、入射波の通路のためのギャップが、インジェクターの周りに延びていることを特徴とする装置である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この装置はまた、個々に、もしくは任意の技術的に可能な組み合わせで、１つ以上の以下の特徴を有する。
【００１７】
この装置は、導波管を形成する構造体に対するインジェクターの軸方向の位置を調節する調節手段を具備する。
【００１８】
調節手段は、インジェクターの外面に形成されて、導波管を形成する構造体によって支えられた雌ねじと共働するねじ溝の形状に設計されている。
【００１９】
インジェクターは、ほぼ円筒形の外部部品を有し、また、前記調節手段は、前記構造体の第１の大きな面に固定された二重リングカップリング装置の形状に設計され、この二重リングカップリング装置は、これの中を通るインジェクターを有し、前記円筒形の部品は、カップリング装置に径方向において固定されている。
【００２０】
導波管を形成する中空の構造体は、マイクロ波発生器に接続される第１の端部と、これの反対側の、短絡回路を形成するインピーダンス調節手段が設けられた第２の端部と、前記ガスを循環させ、かつマイクロ波パワーをインジェクターの端部に伝送するための手段が設けられている領域とを有している。
【００２１】
この領域は、狭くなった断面を有する領域である。
【００２２】
狭くなった断面を有する領域は、ガスを循環させるための手段が設けられ、一定の断面を有する部分を有し、また、断面が狭くなった領域は、２つの部分の間で延び、これら２つの部分の断面は、夫々、第１の端部、並びに第２の端部に向けて線形的に大きくなっている。
【００２３】
領域は、２つの端部の間に延びた、一定の断面を有する領域であり、また、本装置は、プラズマインジェクターシステムの電磁インピーダンスを、導波管を形成する構造体の特徴的な電磁インピーダンスに変換するインピーダンスマッチャーを更に具備する。
【００２４】
インピーダンスマッチャーは、良い導電性を有する材料、特に銅もしくは真鍮ででき、前記インジェクターを囲むように同軸的に配置され、構造体の第２の大きな面から第１の大きな面に向かって延びている、中空のシリンダーである。
【００２５】
マイクロ波は、ほぼ２．４５ＧＨｚの周波数を有し、また、中空のシリンダーは、２５ｍｍと４０ｍｍとの間、好ましくは３３ｍｍにほぼ等しい長さと、２０ｍｍと３０ｍｍとの間、好ましくはほぼ２５ｍｍに等しい長さの外径とを有する。
【００２６】
ギャップは、大きな長い面に形成されたオリフィスと、インジェクターの外形とによって規定されている。
【００２７】
第２の大きな面に設けられ、この第２の大きな面のオリフィスの直径より小さな直径を有する中央のオリフィスを備えている環状ディスクを更に具備し、また、ギャップは、中央のオリフィスによって規定され、さらに、スペーサーの片が、環状ディスクと、第２の大きな面の、中央のオリフィスの端面から離間された端面との間に配置されている。
ギャップを規定するオリフィスの端面は、丸められ、特に半円環状である。
ギャップは、１ｍｍ幅と３ｍｍ幅との間である。
【００２８】
中空の構造体は、少なくとも１つの端部、好ましくはこれらの端部の各々に、マイクロ波エネルギーを透して中空構造体内部をマイクロ波発生器とインピーダンス調節手段とに向かって夫々に延びた導波管部分から気体密に隔離する、誘電性材料、特にテフロン（商標名）でできたウインドーを有する。
【００２９】
導波管を形成する中空の構造体に設けられ、インジェクターの自由端を覆う処理用反応炉を具備する。
【００３０】
処理用反応炉の壁は、円筒形で、冷却流体源と連通する冷却コイルが設けられている。
【００３１】
処理用反応炉中の気体をポンピングする手段を更に具備する。
【００３２】
ポンピングする手段は、プラズマ領域の気体のほぼ層流の流れを調節する手段を構成している。
【００３３】
反応炉には、プラズマ点火手段が設けられている。
【００３４】
点火手段は、インジェクターの自由端の方へ延び、低周波数もしくは無線周波数の高ＡＣ電圧源に接続され、導電体の材料、特にタングステンでできたワイヤーのようなロッドと、前記自由端に接離可能な移動手段とを有する。
【００３５】
インジェクターの自由端は、円筒形もしくは円錐形の全体的な外形を有する。
【００３６】
インジェクターの自由端には、インジェクターの出口に対してプラズマを中心付けるための突出した中央部材と、この部材の各側に延びたガスの通路となるオリフィスとが設けられている。
【００３７】
他の特徴並びに欠点は、単なる例として添付図面を参照して成された以下の説明によって明らかにされるだろう。
【００３８】
【発明の実施の形態】
図１、２は、全体を通して参照符号１０で示された、本発明に係るプラズマによってガスを処理するための装置を概略的に示し、夫々に、側方、上方から示されている。
【００３９】
装置１０は、主に、縦長の形状を有する導波管を形成する中空の構造体１２から成り、想定される使用に適した導電性の材料、特に金属でできている。これは、好ましくは矩形の断面を有し、図１の平面に位置された対称面を有し、即ち、構造体１２の小さな面に平行である。
【００４０】
構造体１２は、２つの開いた端部１４、１６を有し、これら開いた端部は、一方がマイクロ波発生器（示されず）に接続され、他方が調節可能な短絡回路を形成するための適当な手段、好ましくはインピーダンスが調節され得るように縦横に調節可能なように配置される導電プレートに接続されることを意図されている。
【００４１】
構造体１２は、２つの端部１４、１６の間に、入射マイクロ波を集中させるように狭い断面を有する領域１８を有する。この領域１８は、２つの部分２２、２４の間に延びて一定の断面を有する中央部２０を有し、これの断面は、端領域１４、１６に向かって直線的に大きくなる。
【００４２】
図３を参照すると、構造体１２を構成する壁は、この中央部２０に２つの同軸オリフィス２６、２８を有し、これらオリフィスを通って、処理用ガスを、構造体１２、特に、入射波に関連した電界の振幅が高くて好ましくは最大であるような領域でこの構造体を通るように循環させる手段が延びている。
【００４３】
“高い電界の振幅”という表現は、プラズマを点火させるのに十分に高い電界の振幅という意味で理解されるのがよい。
【００４４】
図３に示されるように、前記の手段は、トーチ２９から成り、このトーチは、導波管によって支持され、インジェクター３０を有している。このインジェクターは、基端領域３２を有し、この基端領域を介して構造体１２の大きな面（large face）の１つ３３Ａに固定され、並びに、構造体１２の反対側の大きな面３３Ｂに形成されたオリフィス２６を通ってこの構造体１２から突出している自由な先端３４を有している。
【００４５】
インジェクター３０は、ギャップ２６Ａが、このインジェクター３０と構造体１２を構成する壁即ち面（face）３３との間のオリフィス２６に残されるように、これの自由端３４に向かって狭くなる断面を有する。このオリフィスを通って、入射波が、インジェクター３０の壁に沿って自由端３４に向かう。
【００４６】
これらの図に示された例示的な実施形態では、導波管を形成する構造体１２は、１つのトーチを取付けるための２つの同軸オリフィス２６、２８を有する。また、所定数のプラズマトーチを取付けるために、同軸のオリフィスが対で配置されるこのようなオリフィスをより多く有してもよいことが理解されるだろう。この場合、同軸のオリフィスの対は、一般に、入射パワーの好ましくは１％未満である反射パワーによって、一方では複数のトーチの端部に渡っておおよそ等しいプラズマを発生させるためにパワーをギャップ間に均等に分配するように、また、他方では他の場所に設けられた調節手段（例えば、従来の可動短絡回路と従来の３つの螺旋のマッチャー）を用いて複数のトーチ構造体の良いインピーダンスの整合を可能にするように、配置される。
【００４７】
更に、装置１０は、構造体１２に対するインジェクター３０の軸方向の位置を調節する手段を有する。この手段は、インジェクターの基端領域３２の外周面に形成されたねじ山３６の形状を有し、構造体１２によって支えられたナット３８の雌ねじと共働する。かくして、トーチの自由端３４と構造体１２の対応する大きな面３３Ｂとの間の距離を正確に調節することが可能である。
【００４８】
インジェクター３０は、処理用ガスが循環するように通る内部管４０を有する。この管は処理用ガス供給源に接続されている。この源は図示されていない。
【００４９】
代わって、インジェクター３０は、円筒形の管状部分から成る基部とこれから延びた円筒形もしくは円錐形の全体的な外形を有するノズルとを有する（図４乃至１２、もしくは図１９）。ガイドの大きな面に形成された環状のオリフィス２６の直径は、環状のギャップ２６Ａに、小さいけれどマイクロ波パワーがガイドからノズルのチップに向かって導かれるのに十分な幅を与えるようにされている。この幅は、アークがインジェクター３０と導波管との間で発達される危険を回避するために十分に大きい。
【００５０】
ギャップ２６Ａの幅は、例えば、１ｍｍと３ｍｍとの間である。
【００５１】
装置１０は、構造体１２の中央領域２０に、トーチのインジェクター３０の自由端を覆い、この端部が反応炉４２中に開くように設けられた処理反応炉４２を有する。
【００５２】
反応炉４２は、構造体１２に対して不浸透的に設けられ、インジェクター３０とオリフィス２６とによって規定された環状ギャップ２６Ａを介してこの構造体の内部容積と連通されていることに、注意してほしい。
【００５３】
構造体の端部１４、１６は、誘電性の材料、好ましくはテフロンででき、マイクロ波エネルギーを通す２つのプレート４３によって気体密に閉じられている。かくして、この２つのプレート４３は、マイクロ波のための“ウインドー”を形成しているが、構造体１２中に存在し得る腐食性もしくは有害なガスが反応炉４２から放出されて、外部もしくはマイクロ波発生器６０に向かって循環することがない。
【００５４】
反応炉４２の壁は、円筒形で、適当な冷却流体源（この源は図示されていない）に接続されたコイル４４の形状の冷却手段を設けられている。
【００５５】
これはまた、例えばタングステンででき、トーチのインジェクターの自由端３４へ向けて延び、低周波数もしくは無線周波数の高ＡＣ電圧源（図示されず）に接続され、及びワイヤーのような導電性ロッド４６の形状に設計されたプラズマ点火部材を支えている。このロッド４６には、放電されたあとに、これが自由端３４の近くから引き出されるのを可能にする移動手段（図示されず）が設けられている。
【００５６】
管４８は、ガスをこれらがプラズマ中を通過した後に集めるために、反応炉４２に接続されており、この管には、この実施形態では、反応炉内の大気圧をポンプするための手段５０が設けられている。
【００５７】
理解されるように、反応炉４２は、トーチ２９からのガスが外部環境から隔離されて残りの処理プロセスのためにこのガス全てが集められるのを可能にする。
【００５８】
反応炉４２のチャンバのディメンションは、安定していて均整が取れている望ましいプラズマを持続した状態を、マイクロ波エネルギーとチャンバの壁との寄生結合（parasitic coupling）かトーチ２９近くのガスの流れの状態の滅損（degradation）かによって壊さないように、十分に大きくなくてはならない。しかしながら、同時に、反応炉４２のチャンバのディメンションは、全体として装置を小型で維持するために十分に小さくなくてはならない。
【００５９】
例えば、反応炉４２は、直径約２００ｍｍ、高さ４８０ｍｍのアルミニウムのシリンダーから成る。
【００６０】
この場合、ポンピングする手段５０は、一般に、プラズマの炎の領域でガスの流れを層流に近い状態に維持するために使用が必要である。
【００６１】
小型性が禁じられた不都合でない場合には、大きなディメンションを採用してもよい。
【００６２】
かくして、大きなサイズの反応炉が使用されているときには、冷却手段は省略され得る。
【００６３】
図４乃至１３を参照すると、プラズマトーチのインジェクター３０の自由端は、様々の外形を有してよい。
【００６４】
特に、図１乃至３を参照して概略的に説明された例示的な実施形態では、インジェクターは、円錐形の外形を有する。これは、容易に、図５に示されているような円筒形の外形を有することもできる。
【００６５】
ノズルの自由端は、４と４．８ｍｍとの間、好ましくは４ｍｍの直径を有する。
【００６６】
直径が大きい場合、処理生産高（yield）が、プラズマの柱（column）が開口部を全体的に覆わないという点で低下される。
【００６７】
直径の値が小さい場合、結果的にガスの処理速度（speed for gas for treatment）が上昇することで、この種のプラズマ内での滞留時間、かくして破壊レベルが減じられる。
【００６８】
１つの開口部を有するインジェクター３０の場合、プラズマは周辺領域で点火され、かくして、ガスの流れに対して偏心的に位置付けられることが分かる。
【００６９】
図６乃至１１の例では明らかなように、インジェクターの自由端は、プラズマが自身をノズルの軸上に固定するように強制する中心チップ５２を、ガスの流れの中心に有する。
【００７０】
この場合、インジェクターの自由端は、中心チップ５２の周りに互いに均等に分布されたガス通路オリフィス５４の対を有し、これらは、“シャワーヘッド”タイプのインジェクターを形成するように例えば２、４もしくは６個（図７、９、１１）与えられている。
【００７１】
代わって、図１２、１３に示されているように、中心チップ５２の代わりに、インジェクターの自由端３４に設けられた橋を形成するチップ５６を用いてもよい。
【００７２】
ここまで説明されてきた装置を採用したガス処理設備が、図１４を参照して説明される。
【００７３】
図１４に示されているように、装置１０は、１つの反応炉４２によって覆われ、及びガス収集管４８中に開いた２つのトーチ２９を有する。
【００７４】
代わって、各トーチごとに１つの反応炉を有することも明らかに可能である。
【００７５】
導波管構造体１２の自由端１６の１つには、インピーダンスを調節するために可動短絡回路５８を形成する端板が設けられ、構造体１２内でのこれの位置を調節するための装置５９を接続されている。
【００７６】
反対の端部１４は、従来のタイプのサーキュレーター６２を介して、入射マイクロ波を発生させるパワー発生器６０に接続されている。サーキュレーターは、任意で用いられ、プラズマが消滅された際に、もしくは、インピーダンスの整合が良くないか調節されている途中に、トーチ２９によって反射されるパワーから発生器を保護する。サーキュレーター６２の役割は、反射パワーを、このパワーを吸収するように設計された装置（図示されていない）、例えば、水が装填された装置に移動させることである。
【００７７】
また、方向性結合器６４が、導波管を通るパワーによる所定の摩擦をタップオフ（tap off）するように、これの値を決定するために、サーキュレーター６２と装置１０との間に挿入されている。
【００７８】
この設備は、トーチ２９に接続された装置１０に処理用ガスを供給することによって補われる（この手段は図示されていない）。
【００７９】
これまで説明された処理装置の例示的な応用例が、Ｃ_２Ｆ_６の破壊のための、図１５乃至１７を参照して説明される。
【００８０】
入射マイクロ波は、２．４ＧＨｚの周波数を有する。構造体１２の自由端１６に設けられた可動短絡回路５８は、インピーダンスの整合を最適化するように、及び反射パワーを最小にするように設定されている。
【００８１】
本発明に係る導波管トーチ装置によれば、可動短絡回路５８を調節した後には、発生器により反射されるパワーの非常に低い値が得られることが判っている。任意で、３つの螺旋（screw）のインピーダンスの整合（示されず）が、導波管の、マイクロ波パワーが発生される側面で設定され得、方向性結合器６４と装置１４との間の調節を改良する。
【００８２】
また、図１５に示されているように、面３３Ｂの上面に対してインジェクター３０の高さ方向の位置を調節することは、非常によい調節手段となり、反射パワーを最小にさせる。この特定の例では、高さは、２．８ｃｍと４．１ｃｍとの間でよく、好ましくは３．４ｃｍである。
【００８３】
反応炉４２内の圧力は、トーチ２９のノズルと反応炉４２の壁との間で電気アークが発達するのを回避するように、及び所定のマイクロ波パワーの範囲内で安定したプラズマを得るために、ポンピングする手段５０（図１）を用いて調節される。
【００８４】
反応炉４２内の圧力が低下されると、入射マイクロ波のパワーは、プラズマを良好に安定した状態に維持するために減じられなくてはならないことに注意してほしい。
【００８５】
図１６を参照すると、反応炉４２内の圧力がまた、Ｃ_２Ｆ_６の破壊レベルに影響を与えていることが分かる。
【００８６】
かくして、プラズマを安定した状態に維持し、アークが発達する危険を回避するために、及び所定の破壊レベルに達するように十分なレベルのパワーを維持し得るように、好ましくは、８００ｈＰａ（６００Ｔｏｒｒ）と８６６ｈＰａ（６５０Ｔｏｒｒ）との間の圧力で作業（work）が実施される。
【００８７】
図１７は、Ｃ_２Ｆ_６が窒素中に１％まで希釈されている場合の、入射マイクロ波パワーの関数としてＣ_２Ｆ_６の破壊レベルの変化を表わす曲線を示す。これは、様々の窒素の流量について与えられている。低流量（５．０リッター／分）でも、破壊レベルは、適度なパワー（１２００ワット）で１００％に容易に達するのが見られる。対照的に、窒素の流量が４０．０リッター／分に上昇すると、２つのトーチを用いても、破壊レベルは、同等のパワーでほぼ４０％程度である。破壊レベル７０％に戻すためには、パワーを２８００ワット程度に上昇させる必要がある。
【００８８】
図１乃至１３を参照して説明された装置の動作状況は、流量と吸収されるマイクロ波とを変更することで１００％に近いＣ_２Ｆ_６の破壊レベルを得られるように適合され得ることが、前述部から理解されるだろう。この結果は、装置に処理用ガスを供給する管よりむしろトーチ２９の下流の反応炉４２内にプラズマが発生されることから、処理されたガスの分解を起源とする固体の発生に影響を受けない。
【００８９】
かくして、固体の残留物は、この管に詰まって封じたり、これの内部の幾何学的形状を変更し得ない。これらはまた、これらの分解された生成物が反応炉の底部に堆積することから、容易に回復され得る。
【００９０】
更に、この性能は、入射電磁波に関連した電界を供給するために設けられた手段が一般のようにプラズマトーチが設けられている場合と比べて非常に単純にされていることから単純でかくして安価な構造を有し、同時に非常に効果的である、本発明に係るガス処理装置を用いて得られる。
【００９１】
図１８、１９は、本発明に係る装置の第２の実施形態を示す。以下には、第１の実施形態との違いのみが説明される。第１の実施形態と同様の部材は、同じ参照符号を有する。
【００９２】
装置１０は、支持プレート７９によって支えられた中空の構造体１２を具備する。この中空の構造体は、２つの端部１４、１６の間の全長さに渡って断面が等しい領域８０を有する。
【００９３】
支持プレート７９は、中空の構造体１２の２つのオリフィス２６、２８と同軸の雌ねじ８２を有する。
【００９４】
二重リングカップリング装置８４は、この雌ねじ８２中にねじ付けされ、プレート７９の対向側から中空の構造体１２まで延びている。このカップリング装置８４は、それ自体が公知で、例えば“Swagelock”（商標名）の名前で市販されている。
【００９５】
カップリング装置８４は、ほぼ中空シリンダーの形状を有するベースボディ８６を有する。
【００９６】
このベースボディ８６は、雌ねじ８２中に取付けるための外ねじ溝８８を有する。また、ベースボディ８６は、支持プレート７９と対向する側に、外ねじ溝９０と、この支持部に向かって狭くなる内側の円錐形面９２とを有する。
【００９７】
装置８４は、互いに対して及びベースボディ８６に対して同軸に配置された円錐形（frustoconical）の２つのリング９４、９６を有する。第１のリングの円錐形の面は、ベースボディ８６の円錐形の面９２に押圧される。
【００９８】
クランプナット９８が、外ねじ溝９０にねじ付けされ、第２のリング９６とベースボディ８６との間で第１のリング９４をクランプする。
【００９９】
インジェクター３０は、円筒形の部分を有し、ナット９８、２つのリング９４、９６、及びベースボディ８６を通って延びている。このインジェクター３０は、インジェクター３０の円筒形の部分に対する第１のリング９４の径方向におけるクランプによって、軸方向に固定されている。
かくして、中空の構造体１２の面３３Ｂに対するインジェクター３０の高さの連続的な調節が可能である。
【０１００】
装置１０は、中空構造体１２の面３３Ｂの内面に固定されたインピーダンス変換器１００を更に有する。
このインピーダンス変換器１００は、基本的に、トーチ２９を囲むように同軸的に配置された中空のシリンダー１０２である。
【０１０１】
面３３Ｂに隣接した、中空のシリンダー１０２の端部は、中央のオリフィス１０５がインジェクター３０の通路を形成している、環状ディスクの形状の固定ベース１０４を有する。３個の固定孔１０６（このうち１つが図示されている）が、ベース１０４に形成され、シリンダーの軸の周りに均等に配置されている。インピーダンス変換器１００は、３個のねじ１０８によって中空の構造体１２に固定されている。
【０１０２】
ベース１０４の中央のオリフィス１０５は、構造体のオリフィス２６の直径よりも僅かに小さい直径を有することに注意してほしい。
【０１０３】
かくして、２つのオリフィス２６、１０５は、電磁気的に分断され、インジェクター３０の端部３４へのマイクロ波パワーの伝送は、オリフィス２６、１０５のところの、オリフィス１０５とインジェクター３０との間のギャップ１０５Ａによって幾分決定される。中央のオリフィス１０５の端面は、丸くされ、特に半円環形状にされており、端面とインジェクター３０との間でアークが発達される危険を減じている。
【０１０４】
固定ベース１０４は、中空の構造体１２の面３３Ｂに面する面に、環状の軸方向リム１１２を更に有する。このリム１１２は、固定ベース１０４とほぼ同じ直径を有する。このリム１１２は、固定ベース１０４を面３３Ｂから離し、かくして、インピーダンス変換器１００をマイクロ波エネルギーが影響する範囲内で中空の構造体１２から分離させるようなスペーサーを形成している。
【０１０５】
このように、放出場所までのマイクロ波パワーの通路は、主にインピーダンス変換器１００によって決定される。
【０１０６】
インピーダンス変換器のディメンションは、インジェクター３０の電磁インピーダンスが中空の構造体１２の特徴的な電磁インピーダンスとほぼ同じであるように選択されている。
【０１０７】
インピーダンス変換器は、例えば銅もしくは真鍮でできているが、良い導電性を有する任意の材料で作られてもよい。２．４５ＧＨｚのマイクロ波周波数の場合、変換器の好ましいディメンションは、以下である。長さは、３０と４０ｍｍとの間で、好ましくは３３ｍｍであり、外径は、２０ｍｍと３０ｍｍとの間で、好ましくは２５ｍｍである。
【０１０８】
第２の実施形態に係る装置が動作する方法は、第１の実施形態に係る装置の動作と同じである。
【０１０９】
本発明に係る装置の第２の実施形態は、特に単純な構造を有し、製造コストが安価である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るガス処理装置の第１の実施形態の概略的な縦断面図である。
【図２】 図１の装置の上から見た図である。
【図３】 図１の装置の一部分の断面図である。
【図４】 図１の装置のインジェクターの変形例を示す図である。
【図５】 図１の装置のインジェクターの変形例を示す図である。
【図６】 図１の装置のインジェクターの変形例を示す図である。
【図７】 図１の装置のインジェクターの変形例を示す図である。
【図８】 図１の装置のインジェクターの変形例を示す図である。
【図９】 図１の装置のインジェクターの変形例を示す図である。
【図１０】 図１の装置のインジェクターの変形例を示す図である。
【図１１】 図１の装置のインジェクターの変形例を示す図である。
【図１２】 図１の装置のインジェクターの変形例を示す図である。
【図１３】 図１の装置のインジェクターの変形例を示す図である。
【図１４】 本発明に係る処理装置を用いたガス処理設備を示す図である。
【図１５】 インジェクターの高さの関数として、導波管中の反射パワーの変化を示す曲線を表す図である。
【図１６】 反応炉内の圧力の関数として、図１の装置によるガスの破壊（destruction）レベルの変化を示す曲線を表す図である。
【図１７】 様々のガスの流量と１％のガスの希釈との場合の入射マイクロ波パワーの関数として、ガスの破壊レベルの変化を示す曲線を表す図である。
【図１８】 本発明に係るガス処理装置の第２の実施形態の概略的な縦断面図である。
【図１９】 図１８のＸＩＸ−ＸＩＸの断面図である。

Claims (22)

1. マイクロ波発生器（６０）に接続される導波管を形成する中空の構造体（１２）と、この構造体中の、入射波に関連した電界の振幅が最大である領域に処理用ガスを循環させるための手段（２９）とを具備するタイプの、マイクロ波によって持続されるプラズマを用いた処理用ガスのための装置において、前記ガスを循環させるための手段は、少なくとも１つのプラズマトーチ（２９）を有し、前記トーチの出口で処理用ガス内にプラズマを発生させ、前記トーチは、導波管を形成する構造体（１２）の第１の面（３３Ａ）に設けられて、この第１の面に対向した第２の面（３３Ｂ）に形成されたオリフィス（２６）を通って突出し、導電性材料でできたインジェクター（３０）を有し、また、入射波の通路のためのギャップ（２６Ａ；１０５Ａ）が、インジェクター（３０）の周りに延びていること、および
   前記第２の面（３３Ｂ）に設けられ、この第２の面（３３Ｂ）のオリフィス（２６）の直径より小さな直径を有する中央のオリフィス（１０５）を備えている、前記構造体（１２）の内部に設けられている環状ディスク（１０４）を更に具備し、また、前記ギャップ（１０５Ａ）は、中央のオリフィス（１０５）によって規定され、さらに、スペーサーの片（１１２）が、前記環状ディスク（１０４）と、第２の面（３３Ｂ）の、中央のオリフィス（１０５）の端面から離間された端面との間に配置されていることを特徴とする装置。
2. 前記導波管を形成する構造体（１２）に対するインジェクター（３０）の軸方向の位置を調節する、前記構造体（１２）の外部に設けられている調節手段（３６、３８；８４）を具備することを特徴とする請求項１の装置。
3. 前記構造体（１２）の外部に設けられている前記調節手段は、インジェクター（３０）の外面に形成されて、導波管を形成する構造体（１２）によって支えられた雌ねじ（３８）と共働するねじ溝（３６）の形状に設計されていることを特徴とする請求項２の装置。
4. 前記インジェクター（３０）は、ほぼ円筒形の外部部品を有し、また、前記構造体（１２）の外部に設けられている前記調節手段は、前記構造体（１２）の第１の面（３３Ａ）に固定された二重リングカップリング装置（８４）の形状に設計され、この二重リングカップリング装置は、これの中を通るインジェクター（３０）を有し、前記円筒形の部品は、カップリング装置（８４）に径方向において固定されていることを特徴とする請求項２の装置。
5. 前記導波管を形成する中空の構造体（１２）は、マイクロ波発生器（６０）に接続される第１の端部（１４）と、これの反対側の、短絡回路を形成するインピーダンス調節手段（５８）が設けられた第２の端部（１６）と、前記ガスを循環させ、かつマイクロ波パワーをインジェクター（３０）の端部に伝送するための手段が設けられている領域（１８；８０）とを有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１の装置。
6. 前記領域は、前記第１の端部（１４）および前記第２の端部（１６）に比べて狭くなった断面を有する領域（１８）であることを特徴とする請求項５の装置。
7. 前記狭くなった断面を有する領域（１８）は、前記ガスを循環させるための手段（２９）が設けられ、一定の断面を有する部分（２０）を有し、また、前記断面が狭くなった領域は、２つの部分（２２、２４）の間で延び、これら２つの部分の断面は、夫々、第１の端部（１４）、並びに第２の端部（１６）に向けて線形的に大きくなっていることを特徴とする請求項６の装置。
8. 前記領域は、２つの端部（１４、１６）の間に延びた、一定の断面を有する領域（８０）であり、また、本装置は、プラズマインジェクターシステムの電磁インピーダンスを、導波管を形成する構造体（１２）の特徴的な電磁インピーダンスに変換するインピーダンスマッチャー（１００）を更に具備することを特徴とする請求項５の装置。
9. 前記インピーダンスマッチャー（１００）は、良い導電性を有する材料ででき、前記インジェクター（３０）を囲むように同軸的に配置され、構造体（１２）の第２の面（３３Ｂ）から第１の面（３３Ａ）に向かって延びている、中空のシリンダー（１０２）であることを特徴とする請求項８の装置。
10. 前記マイクロ波は、２．４５ＧＨｚの周波数を有し、また、前記中空のシリンダー（１０２）は、２５ｍｍと４０ｍｍとの間の長さと、２０ｍｍと３０ｍｍとの間の長さの外径とを有することを特徴とする請求項９の装置。
11. 前記ギャップ（２６Ａ）は、前記第２の面（３３Ｂ）に形成されたオリフィス（２６）と、前記インジェクターの外形とによって規定されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１の装置。
12. 前記ギャップ（２６Ａ；１０５Ａ）を規定するオリフィス（２６；１０５）の端面は、丸められていることを特徴とする請求項１１の装置。
13. 前記ギャップ（２６Ａ；１０５Ａ）は、１ｍｍ幅と３ｍｍ幅との間であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１の装置。
14. 前記中空の構造体（１２）は、少なくとも１つの端部（１４、１６）、またはこれらの端部の各々に、マイクロ波エネルギーを透して中空構造体（１２）内部をマイクロ波発生器（６０）とインピーダンス調節手段（５８）とに向かって夫々に延びた導波管部分から気体密に隔離する、誘電性材料でできたウインドー（４３）を有することを特徴とする請求項５もしくは請求項５に従属する請求項６乃至１３のいずれか１の装置。
15. 導波管を形成する中空の構造体（１２）に設けられ、インジェクター（３０）の自由端を覆う処理用反応炉（４２）を具備する、請求項１乃至１４のいずれか１の装置。
16. 前記処理用反応炉（４２）の壁は、円筒形で、冷却流体源と連通する冷却コイル（４４）が設けられていることを特徴とする請求項１５の装置。
17. 前記処理用反応炉（４２）中の気体をポンピングする手段（５０）を更に具備することを特徴とする請求項１５もしくは１６のいずれか１の装置。
18. 前記ポンピングする手段は、プラズマ領域の気体のほぼ層流の流れを調節する手段を構成していることを特徴とする請求項１７の装置。
19. 前記反応炉（４２）には、プラズマ点火手段（４６）が設けられていることを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１の装置。
20. 前記点火手段は、インジェクター（３０）の自由端（３４）の方へ延び、低周波数もしくは無線周波数の高電圧ＡＣ電圧源に接続され、導電体の材料でできたワイヤーのようなロッド（４６）と、前記自由端（３４）に接離可能な移動手段とを有することを特徴とする請求項１９の装置。
21. 前記インジェクター（３０）の自由端（３４）は、円筒形もしくは円錐形の全体的な外形を有することを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１の装置。
22. 前記インジェクター（３０）の自由端（３４）には、インジェクター（３０）の出口に対してプラズマを中心付けるための突出した中央部材（５２；５６）と、この部材の各側に延びたガスの通路となるオリフィス（５４）とが設けられていることを特徴とする請求項２１の装置。

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