JP5161241B2 - プラズマスプレー装置および方法 - Google Patents
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- プラズマ生成装置であって、
a.アノードと、
b.カソードと、
c.前記カソードと前記アノードとの間にアノードを通過して長手方向に延在し、アノード端に出口開口を有し、一部分が2個以上の互いに電気的に絶縁された中間電極および前記アノードによって形成されるプラズマチャネルであって、該プラズマチャネルが前記2個以上の中間電極の1個により形成された絞り部を有し、絞り部がプラズマチャネルを、
i.カソードに最も近い絞り部の側に位置付けられ、絞り部を形成する中間電極と異なる少なくとも1個の中間電極によって形成されている高圧部と、
ii.アノードに最も近い絞り部の側に位置付けられている低圧部と、
に分割し、
絞り部が喉部を有し、喉部がプラズマチャネルの長手方向を横断する断面積を有し、該断面積が、(1)プラズマチャネルの長手方向を横断する高圧部の最小断面積、および、(2)プラズマチャネルの長手方向を横断する低圧部の最小断面積より小さい、
前記プラズマチャネルと、
d.流動性材料を生成されたプラズマチャネルのプラズマ流に導くための、1台以上の流動性材料インジェクタであって、該流動性材料インジェクタが、プラズマチャネルの絞り部とアノードとの間にある低圧部への開口を備える流動性材料フィーダを備える、前記流動性材料インジェクタと、
を備え、
低圧部が絞り部を形成する中間電極と異なる少なくとも1つの中間電極によって形成され、低圧部において前記流動性材料フィーダの開口とアノードとの間のプラズマチャネルの部分が少なくとも1個の中間電極によって形成される、前記プラズマ生成装置。 - 前記高圧部が前記絞り部を形成する中間電極と異なる2個以上の中間電極によって形成されている、請求項1に記載のプラズマ生成装置。
- 前記低圧部が2個以上の中間電極によって形成されている、請求項2に記載のプラズマ生成装置。
- 前記絞り部が超音速ノズルである、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のプラズマ生成装置。
- 前記プラズマチャネルの長手方向を横断する前記高圧部の最小断面積が前記プラズマチャネルの長手方向を横断する前記低圧部の最小断面積以下である、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のプラズマ生成装置。
- 前記アノードを冷却する手段をさらに備える、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のプラズマ生成装置。
- 前記アノードを冷却する手段と別個に、前記絞り部を形成する中間電極を冷却する手段をさらに備える、請求項6に記載のプラズマ生成装置。
- 前記流動性材料フィーダが、(a)前記プラズマチャネルの長手方向に垂直の方向、(b)前記アノードへ向かって角度が付けられた方向、および、(c)前記アノードから遠ざかるように角度が付けられた方向のうちの1つの方向を有している、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のプラズマ生成装置。
- 隣接したフィーダのいずれかのペアの間のプラズマチャネルの部分が2個以上の中間電極によって形成されている、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のプラズマ生成装置。
- a.アノードと、
b.カソードと、
c.前記カソードと前記アノードとの間にアノードを通過して長手方向に延在し、アノード端に出口開口を有し、一部分が2個以上の互いに電気的に絶縁された中間電極および前記アノードによって形成されるプラズマチャネルであって、該プラズマチャネルが前記2個以上の中間電極の1個により形成された絞り部を有し、絞り部がプラズマチャネルを、
i.カソードに最も近い絞り部の側に位置付けられ、絞り部を形成する中間電極と異なる少なくとも1個の中間電極によって形成されている高圧部と、
ii.アノードに最も近い絞り部の側に位置付けられている低圧部と、
に分割し、
絞り部が喉部を有し、喉部がプラズマチャネルの長手方向を横断する断面積を有し、該断面積が、(1)プラズマチャネルの長手方向を横断する高圧部の最小断面積、および、(2)プラズマチャネルの長手方向を横断する低圧部の最小断面積より小さい、
プラズマチャネルと、
d.流動性材料を生成されたプラズマチャネルのプラズマ流に導くための、1台以上の流動性材料インジェクタであって、プラズマチャネルの絞り部とアノードとの間にある低圧部への流動性材料入口を備える該流動性材料インジェクタと、を備え、
低圧部が絞り部を形成する中間電極と異なる少なくとも1つの中間電極によって形成され、低圧部において前記流動性材料入口とアノードとの間のプラズマチャネルの部分が少なくとも1個の中間電極によって形成される、装置によって1個以上の流動性材料をプラズマスプレーする方法であって、
a.前記絞り部の上流における前記チャネル内のプラズマ流中の少なくとも1部のプラズマを加熱するステップと、
b.前記チャネルの前記絞り部を通してプラズマを通過させるステップと、
c.前記絞り部の下流における前記チャネル内の1個以上の流動性材料入口を通して、1個以上の流動性材料を前記プラズマ流に注入するステップと、
d.前記チャネル内の1個以上の流動性材料入口の各々の下流における前記プラズマ流中の少なくとも1部のプラズマを加熱することにより前記プラズマ流中のすべての流動性材料の粒子を加熱するステップと、
を含む、方法。 - 前記絞り部を通してプラズマを通過させるステップが、前記プラズマ流中のプラズマの速度を超音速まで増加させるステップをさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 結果として生じた加熱された粒子およびプラズマを出力するステップをさらに含む、請求項10又は11に記載の方法。
- 前記粒子を加熱するステップが、少なくとも1個の流動性材料の少なくとも一部の粒子が所定の温度に到達するまで実行される、請求項10乃至12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記注入するステップにおいて、注入される少なくとも1個の流動性材料の注入レートが経時的に変えられる、請求項10乃至13のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1個の流動性材料がナノ粒子前駆体溶液である、請求項10乃至14のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1個の流動性材料が水素と炭化水素との混合物である、請求項10乃至15のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1個の流動性材料が(a)破壊されるべき廃棄物と(b)有害な材料とのうちの一方である、請求項10乃至16のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1個の流動性材料について、原子状炭素を含む混合物に分解するステップをさらに備える、請求項17に記載の方法。
- 前記プラズマ流中の一部のプラズマが、少なくとも10,000°Kまで加熱される、請求項10乃至18のいずれか1項に記載の方法。
- 前記プラズマ流中の少なくとも一部のプラズマを、少なくとも10,000°Kまで加熱するステップが、前記チャネル中の電気アークを維持することにより達成される、請求項19に記載の方法。
- 前記プラズマ流中の少なくとも一部のプラズマを加熱することにより前記プラズマ流中のすべての流動性材料の粒子を加熱するステップが、前記チャネル中の電気アークを維持することにより達成される、請求項20に記載の方法。
- 前記1台以上の流動性材料インジェクタが入口を有する流動性材料チャンバをさらに備える、請求項1乃至9のいずれか1項に記載のプラズマ生成装置。
- 前記チャネルの前記絞り部を通してプラズマを通過させるステップが、前記プラズマ流中の加熱されたプラズマの速度圧を増加させ、前記プラズマ流中の加熱されたプラズマの静圧を減少させる、請求項10乃至21のいずれか1項に記載の方法。
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