JP6718613B2 - Plasma generating method and plasma generating apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、機能水生成や工場廃液、下水廃水、汚染液体等の溶液をプラズマ化学反応処理（以下、プラズマ処理という。）するために使用可能なプラズマを流体中で発生させるプラズマ発生方法およびプラズマ発生装置に関する。 The present invention relates to a plasma generation method for generating a plasma in a fluid, which can be used for plasma chemical reaction treatment (hereinafter referred to as plasma treatment) of a solution such as functional water generation, factory waste liquid, sewage wastewater, and contaminated liquid. And a plasma generator.
従来、所定の改質処理等をプラズマを用いて行うために、所定の溶液中にてプラズマを発生させるプラズマ発生装置が提案されている（例えば、特許文献１、２）。 BACKGROUND ART Conventionally, a plasma generator that generates plasma in a predetermined solution has been proposed in order to perform a predetermined modification treatment and the like using plasma (for example, Patent Documents 1 and 2).
特開２００４−１５２５２３号公報（特許文献１）には、ドデカン等の液中に加熱手段や真空装置により気泡を発生させ、液中で該気泡が発生している位置に電極を介して電磁波を照射して気泡中にプラズマを発生させるプラズマ発生装置が開示されている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2004-152523 (Patent Document 1), bubbles are generated in a liquid such as dodecane by a heating means or a vacuum device, and an electromagnetic wave is generated at a position where the bubbles are generated in the liquid through an electrode. A plasma generator that irradiates to generate plasma in bubbles is disclosed.
特開２００８−１３８１０号公報（特許文献２）には、貯留部に貯留している金属塩の溶液に配置した一対の液中電極間に液中プラズマを生じさせるプラズマ発生装置が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2008-13810 (Patent Document 2) discloses a plasma generator that generates in-liquid plasma between a pair of in-liquid electrodes arranged in a solution of a metal salt stored in a storage portion. ..
しかしながら、従来のプラズマ発生装置においては、溶液を収容した容器内で収容液の一部に対してプラズマを発生する、いわゆるバッチ式の発生機構であるため、収容液全体に対するプラズマの発生効率が向上せず、また、該発生機構で発生させたプラズマによりプラズマ処理する場合には処理性能が向上しないといった問題があった。 However, in the conventional plasma generator, since it is a so-called batch type generation mechanism that generates plasma for a part of the contained liquid in the container containing the solution, the plasma generation efficiency for the entire contained liquid is improved. However, there is a problem that the processing performance is not improved when the plasma processing is performed by the plasma generated by the generation mechanism.
従って、本発明の目的は、プラズマを効率的に発生させ、プラズマ処理の高性能化を実現し得るプラズマ発生方法およびプラズマ発生装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a plasma generation method and a plasma generation device that can efficiently generate plasma and realize high performance of plasma processing.
本発明者は、上記バッチ式の発生機構を用いず、流体中にプラズマを発生させる、フロー式のプラズマ発生機構を提案している。本発明者は、フロー式のプラズマ発生機構のさらなる研究を重ねた結果、プラズマ発生領域に流体の還流を発生させることにより、より効率的に流体中プラズマを発生し得ることの知見を得るに至った。 The present inventor has proposed a flow-type plasma generation mechanism that generates plasma in a fluid without using the batch-type generation mechanism. As a result of further research on a flow-type plasma generation mechanism, the present inventor has come to the finding that plasma in a fluid can be generated more efficiently by causing reflux of a fluid in a plasma generation region. It was
本発明は上記課題を解決するため、上記知見に基づきになされたものであり、本発明の第１の形態は、流体を流通させる流通部に配置された電極に高電圧高周波パルスを印加して、流通部内の流体中に高電圧放電によるプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、前記電極を通過した通過流体を電極側に再放電可能に還流して前記高電圧放電によるプラズマを発生させることを特徴とするプラズマ発生方法である。 The present invention has been made based on the above findings in order to solve the above problems, and a first mode of the present invention is to apply a high-voltage high-frequency pulse to electrodes arranged in a circulation unit for circulating a fluid. A plasma generation method of generating plasma by high-voltage discharge in the fluid in the circulation part, wherein the passing fluid that has passed through the electrode is re-dischargeable to the electrode side to generate plasma by the high-voltage discharge. Is a plasma generating method.
本発明の第２の形態は、１種または２種以上の気体を混入した気体含有流体を前記流通部に導入してプラズマを発生させるプラズマ発生方法である。 A second aspect of the present invention is a plasma generation method in which a gas-containing fluid mixed with one or more gases is introduced into the flow section to generate plasma.
本発明の第３の形態は、前記流通部に流入した流体の内圧を減圧して電極周辺に流入させてプラズマを発生させるプラズマ発生方法である。 A third aspect of the present invention is a plasma generation method in which the internal pressure of the fluid flowing into the circulation portion is reduced and the fluid is caused to flow around the electrodes to generate plasma.
本発明の第４の形態は、導電性を帯びた流体を前記流通部に流通させ、該流体を前記電極とは別の電極としてプラズマを発生させるプラズマ発生方法である。 A fourth aspect of the present invention is a plasma generation method in which a fluid having conductivity is circulated in the circulation portion and plasma is generated by using the fluid as an electrode different from the electrode.
本発明の第５の形態は、前記流通部に接続する流体導入経路をコイル化して、前記流体の導電性によるインダクタンスを形成し、該インダクタンスによるインピーダンスを用いて過渡電圧を維持させてプラズマを発生させるプラズマ発生方法である。 In a fifth aspect of the present invention, a fluid introduction path connected to the circulation portion is coiled to form an inductance due to the conductivity of the fluid, and a transient voltage is maintained using the impedance due to the inductance to generate plasma. This is a plasma generation method that allows the plasma to be generated.
本発明の第６の形態は、前記流通部より流出した流体を再び前記流通部に循環させながらプラズマを発生させるプラズマ発生方法である。 A sixth aspect of the present invention is a plasma generation method in which plasma is generated while circulating the fluid flowing out from the flow section again into the flow section.
本発明の第７の形態は、流体を流通させる流通部と、流通部内に配置された電極に高電圧高周波パルスを印加する印加手段と、高電圧高周波パルスの印加により、流通部内の流体中に高電圧放電によるプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、前記電極を通過した通過流体を電極側に再放電可能に還流させる還流部を前記流通部に設けたことを特徴とするプラズマ発生装置である。 According to a seventh aspect of the present invention, a circulation unit for circulating a fluid, an application unit for applying a high-voltage high-frequency pulse to an electrode arranged in the circulation unit, and a high-voltage high-frequency pulse are applied to the fluid in the circulation unit. A plasma generator that generates plasma by high-voltage discharge, characterized in that the circulation part is provided in the circulation part that recirculates the passing fluid that has passed through the electrode so that it can be re-discharged to the electrode side. is there.
本発明の第８の形態は、前記還流部は、前記流通部内を閉塞することなく設けられ、前記通過流体の衝突により還流させる面体を有するプラズマ発生装置である。 An eighth aspect of the present invention is the plasma generation device, wherein the recirculation part is provided without blocking the inside of the circulation part and has a face body that recirculates by the collision of the passing fluid.
本発明の第９の形態は、１種または２種以上の気体を混入した気体含有流体を前記流通部に導入する気体含有流体導入手段を有したプラズマ発生装置である。 A ninth mode of the present invention is a plasma generator having a gas-containing fluid introducing means for introducing a gas-containing fluid mixed with one or more gases into the flow section.
本発明の第１０の形態は、前記電極より上流側に所定の気体を導入して、前記流通部に流入した流体の内圧を減圧する減圧手段を有したプラズマ発生装置である。 A tenth aspect of the present invention is a plasma generator including a decompression unit that introduces a predetermined gas upstream of the electrode to reduce the internal pressure of the fluid flowing into the circulation unit.
本発明の第１１の形態は、導電性を帯びた流体を前記流通部に導入する導電性流体導入手段を有し、前記導電性を帯びた流体を前記電極とは別の電極として前記高電圧放電を発生させてプラズマを発生させるプラズマ発生装置である。 An eleventh aspect of the present invention has a conductive fluid introducing unit that introduces a conductive fluid into the flow section, and uses the conductive fluid as an electrode different from the electrode to generate the high voltage. It is a plasma generator that generates a discharge to generate plasma.
本発明の第１２の形態は、前記流通部に接続する流体導入経路をコイル化して、前記流体の導電性によるインダクタンスを形成するインダクタンス形成手段を有し、該インダクタンスによるインピーダンスを用いて過渡電圧を維持させてプラズマを発生させるプラズマ発生装置である。 A twelfth aspect of the present invention has an inductance forming means for forming an inductance due to the conductivity of the fluid by coiling a fluid introduction path connected to the circulation portion, and a transient voltage is generated by using an impedance due to the inductance. It is a plasma generator that maintains and generates plasma.
本発明の第１３の形態は、前記流通部より排出された流体を再び前記流通部に循環させる循環手段を有したプラズマ発生装置である。 A thirteenth aspect of the present invention is a plasma generation apparatus having a circulation unit that circulates the fluid discharged from the circulation unit again to the circulation unit.
本発明の第１の形態によれば、流体を流通させる流通部に配置された電極に高電圧高周波パルスを印加して、流通部内の流体中に高電圧放電によるプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、前記電極を通過した通過流体を電極側に再放電可能に還流して前記高電圧放電によるプラズマを発生させるので、流体中プラズマを効率的に発生させることができ、該流体中プラズマを用いたプラズマ処理の高性能化を実現することができる。本願において使用される「還流」は、蒸留分野用語の「還流」ではなく、通過流体を電極側に再放電可能に戻す流れの意義を有する。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a plasma generation method in which a high-voltage high-frequency pulse is applied to an electrode arranged in a circulation part for circulating a fluid to generate plasma by high-voltage discharge in the fluid in the circulation part. Then, since the passing fluid that has passed through the electrode is recirculated to the electrode side so that it can be re-discharged to generate plasma by the high voltage discharge, plasma in the fluid can be efficiently generated, and the plasma in the fluid can be generated. High performance of the used plasma processing can be realized. As used herein, "reflux" is not a distillation field term "reflux" but has the meaning of a flow that allows the passing fluid to be re-discharged back to the electrode side.
本発明の第２の形態によれば、１種または２種以上の気体を混入した気体含有流体を前記流通部に導入してプラズマを発生させるので、例えば、気体に含有された成分を液中に固定化する処理等に好適な気液プラズマを効率的に発生させることができる。 According to the second aspect of the present invention, a gas-containing fluid mixed with one or more kinds of gas is introduced into the flow section to generate plasma. It is possible to efficiently generate a gas-liquid plasma that is suitable for the treatment of immobilizing on the substrate.
本発明の第３の形態によれば、前記流通部に流入した流体の内圧を減圧して電極周辺に流入させてプラズマを発生させるので、電極周辺における減圧流体によるプラズマ発生の効率化を実現することができる。 According to the third aspect of the present invention, the internal pressure of the fluid that has flowed into the circulation portion is reduced to flow around the electrode to generate plasma, so that the efficiency of plasma generation by the reduced pressure fluid around the electrode is realized. be able to.
本発明の第４の形態によれば、導電性を帯びた流体（以下、導電性流体という。）を前記流通部に流通させ、該流体を前記電極とは別の電極としてプラズマを発生させるので、導電性流体自体を電極にして前記高電圧放電を行い、しかも再放電可能に還流してプラズマを効率的に発生させることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, a fluid having conductivity (hereinafter, referred to as a conductive fluid) is circulated in the circulation portion, and the fluid is used as an electrode different from the electrode to generate plasma. The high-voltage discharge can be performed by using the conductive fluid itself as an electrode, and further, recirculation can be performed so that plasma can be efficiently generated.
本発明の第５の形態によれば、前記流通部に接続する流体導入経路をコイル化して、前記流体の導電性によるインダクタンスを形成し、該インダクタンスによるインピーダンスを用いて過渡電圧を維持させてプラズマを起動させるので、高電圧高周波パルスによる電気エネルギーを効率的に利用して流体中プラズマの発生を行うことができる。 According to a fifth aspect of the present invention, the fluid introduction path connected to the circulation portion is coiled to form an inductance due to the conductivity of the fluid, and the transient voltage is maintained by using the impedance due to the inductance to generate plasma. Is activated, the plasma in the fluid can be generated by efficiently utilizing the electric energy generated by the high-voltage high-frequency pulse.
本発明の第６の形態によれば、前記流通部より流出した流体を再び前記流通部に循環させながらプラズマを発生させるので、流体中プラズマを連続的に高効率で発生させることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, plasma is generated while circulating the fluid flowing out of the circulation portion again in the circulation portion, so that plasma in the fluid can be continuously and efficiently generated.
本発明の第７の形態によれば、流体を流通させる流通部と、流通部内に配置された電極に高電圧高周波パルスを印加する印加手段と、高電圧高周波パルスの印加により、流通部内の流体中に高電圧放電によるプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、前記電極を通過した通過流体を電極側に再放電可能に還流させる還流部を前記流通部に設けたので、流体中プラズマを効率的に発生させることができ、該流体中プラズマを用いたプラズマ処理の高性能化を実現し得るプラズマ発生装置を提供することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the circulation part for circulating the fluid, the applying means for applying the high-voltage high-frequency pulse to the electrode arranged in the circulation part, and the fluid in the circulation part by applying the high-voltage high-frequency pulse. A plasma generator for generating plasma by high-voltage discharge, in which a circulation part for recirculating the passing fluid passing through the electrode to the electrode side so as to be re-dischargeable is provided in the circulation part, so that plasma in the fluid can be efficiently generated. It is possible to provide a plasma generator that can be generated efficiently and can realize high performance of plasma processing using the plasma in the fluid.
本発明の第８の形態によれば、前記還流部は、前記流通部内を閉塞することなく設けられ、前記通過流体の衝突により還流させる面体を有するので、所定流量の流体を無駄なく確実に還流させてより効率的な流体中プラズマ発生を行えるプラズマ発生装置を実現することができる。 According to the eighth aspect of the present invention, the recirculation part is provided without blocking the inside of the circulation part and has a face body that recirculates due to the collision of the passing fluid, so that a predetermined amount of fluid is reliably recirculated without waste. As a result, it is possible to realize a plasma generator that can generate plasma in a fluid more efficiently.
本発明の第９の形態によれば、１種または２種以上の気体を混入した気体含有流体を前記流通部に導入する気体含有流体導入手段を有するので、例えば、気体に含有された成分を液中に固定化する処理等に好適な気液プラズマを効率的に発生し得るプラズマ発生装置を実現することができる。 According to the ninth aspect of the present invention, since it has a gas-containing fluid introducing means for introducing a gas-containing fluid mixed with one or more kinds of gas into the flow section, for example, a component contained in the gas It is possible to realize a plasma generator capable of efficiently generating gas-liquid plasma suitable for a process of immobilizing in liquid.
本発明の第１０の形態によれば、前記電極より上流側に所定の気体を導入して、前記流通部に流入した流体の内圧を減圧する減圧手段を有するので、電極周辺における減圧流体によるプラズマ発生の効率化を実現し得るプラズマ発生装置を提供することができる。 According to the tenth aspect of the present invention, since a predetermined gas is introduced to the upstream side of the electrode to reduce the internal pressure of the fluid that has flowed into the circulation portion, plasma generated by the reduced pressure fluid around the electrode is provided. It is possible to provide a plasma generator that can realize efficient generation.
本発明の第１１の形態によれば、導電性を帯びた流体を前記流通部に導入する導電性流体導入手段を有し、前記導電性を帯びた流体を前記電極とは別の電極として前記高電圧放電を発生させてプラズマを発生させるので、導電性流体自体を電極にして前記高電圧放電を行い、しかも再放電可能に還流してプラズマを効率的に発生し得るプラズマ発生装置を実現することができる。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a conductive fluid introducing unit that introduces a conductive fluid into the flow section, and the conductive fluid is used as an electrode different from the electrode. Since the high-voltage discharge is generated to generate the plasma, the high-voltage discharge is performed by using the conductive fluid itself as an electrode, and further, the plasma generator capable of recirculating so as to be re-dischargeable and efficiently generating the plasma is realized. be able to.
本発明の第１２の形態によれば、前記流通部に接続する流体導入経路をコイル化して、
前記流体の導電性によるインダクタンスを形成するインダクタンス形成手段を有し、該インダクタンスによるインピーダンスを用いて過渡電圧を維持させてプラズマを起動させるので、高電圧高周波パルスによる電気エネルギーを効率的に利用して流体中プラズマの発生を行えるプラズマ発生装置を実現することができる。
According to the twelfth aspect of the present invention, the fluid introduction path connected to the circulation unit is coiled,
It has an inductance forming means for forming an inductance due to the conductivity of the fluid, and maintains the transient voltage by using the impedance due to the inductance to start the plasma, so that the electric energy by the high-voltage high-frequency pulse is efficiently used. It is possible to realize a plasma generator that can generate plasma in a fluid.
本発明の第１３の形態によれば、前記流通部より排出された流体を再び前記流通部に循環させる循環手段を有するので、流体中プラズマを連続的に高効率で発生し得るプラズマ発生装置を実現することができる。 According to the thirteenth aspect of the present invention, since it has a circulation means for circulating the fluid discharged from the circulation section again to the circulation section, a plasma generator capable of continuously generating plasma in the fluid with high efficiency is provided. Can be realized.
以下、本発明に係るプラズマ発生装置を備えたプラズマ処理装置の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a plasma processing apparatus including a plasma generator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図１は本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す。 FIG. 1 shows the overall configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
本実施形態に係るプラズマ処理装置は、流体中プラズマを発生させるプラズマ発生部１と、プラズマ発生用電源の高電圧高周波パルス電源２と、プラズマ発生部１に所定の流体（液体）を導入するための流体導入経路３とを有し、フロー式のプラズマ発生機能を有する。 The plasma processing apparatus according to the present embodiment introduces a plasma generation unit 1 that generates plasma in a fluid, a high-voltage high-frequency pulse power supply 2 for a plasma generation power supply, and a predetermined fluid (liquid) into the plasma generation unit 1. And a fluid introduction path 3 and a flow type plasma generating function.
プラズマ発生部１から排出された流体は、排出経路４、６を通じて貯留槽７に回収される。貯留槽７に回収、貯留された貯留液８は、貯留槽７の流出部１０と接続された帰還経路１１を通じて流体導入経路３を介してプラズマ発生部１に帰還可能になっている。本実施形態において、流体導入経路３、排出経路４、６および帰還経路１１によって、プラズマ発生部１から排出された流体をプラズマ発生部１内の流通部に循環させる循環手段が構成されている。 The fluid discharged from the plasma generator 1 is collected in the storage tank 7 through the discharge paths 4 and 6. The stored liquid 8 collected and stored in the storage tank 7 can be returned to the plasma generation unit 1 via the fluid introduction path 3 through the return path 11 connected to the outflow section 10 of the storage tank 7. In the present embodiment, the fluid introduction path 3, the discharge paths 4 and 6 and the return path 11 constitute a circulation unit that circulates the fluid discharged from the plasma generation section 1 to the circulation section in the plasma generation section 1.
プラズマ発生部１は、流体導入経路３より導入された流体を流通させる流通部を有する。該流通部内には、高電圧高周波パルス電源２から供給された高電圧高周波パルスを印加する印加線５０、５１が導入されている。プラズマ発生部１において、該高電圧高周波パルスの印加により流体中に高電圧放電による流体中プラズマが発生可能になっている。 The plasma generation unit 1 has a circulation unit that circulates the fluid introduced through the fluid introduction path 3. Application lines 50 and 51 for applying the high-voltage high-frequency pulse supplied from the high-voltage high-frequency pulse power source 2 are introduced into the flow section. In the plasma generator 1, the in-fluid plasma can be generated in the fluid by the high-voltage discharge by applying the high-voltage high-frequency pulse.
排出経路４と排出経路６の間には、気液分離装置５が設けられている。気液分離装置５には、例えば、超音波によりガス含有液体を霧化して気相と液相に分離する超音波霧化分離装置、ガス含有液体をプレートに衝突させることにより飛散させて気液に分離する衝突型分離装置、あるいはこれらの複合分離装置などを使用することができる。プラズマ発生部１から排出された流体は、気液分離装置５に導入されて気液分離された後、気液分離装
置５から排出経路６を経て貯留槽７に排出され、回収可能になっている。排出経路６と貯留槽７の接続部９は、貯留液が帯電しないように接地線Ｅ２により接地されている。
A gas-liquid separator 5 is provided between the discharge path 4 and the discharge path 6. The gas-liquid separation device 5 includes, for example, an ultrasonic atomization separation device that atomizes a gas-containing liquid by ultrasonic waves to separate it into a gas phase and a liquid phase, and a gas-containing liquid is scattered by colliding the gas-containing liquid with a plate. It is possible to use a collision type separation device that separates into two or more, or a composite separation device of these. The fluid discharged from the plasma generator 1 is introduced into the gas-liquid separator 5 and separated into gas and liquid, and then discharged from the gas-liquid separator 5 to the storage tank 7 through the discharge path 6 so that it can be collected. There is. The connection portion 9 between the discharge path 6 and the storage tank 7 is grounded by the ground wire E2 so that the stored liquid is not charged.
プラズマ発生部１には、外部から所定の気体を導入できる気体導入経路３２が接続されている。気液分離装置５の分離気体の排出口には、気体帰還経路３１が接続されている。気体帰還経路３１は気体導入経路３２に連通して接続されている。気液分離装置５により分離された気体成分は、気体帰還経路３１および気体導入経路３２を通じてプラズマ発生部１に再投入可能になっている。気体帰還経路３１および気体導入経路３２の各途中には逆止弁３３、３４が設けられている。 A gas introduction path 32 capable of introducing a predetermined gas from the outside is connected to the plasma generation unit 1. A gas return path 31 is connected to the separated gas outlet of the gas-liquid separator 5. The gas return path 31 communicates with and is connected to the gas introduction path 32. The gas component separated by the gas-liquid separation device 5 can be reintroduced into the plasma generation unit 1 through the gas return path 31 and the gas introduction path 32. Check valves 33 and 34 are provided in the middle of the gas return path 31 and the gas introduction path 32, respectively.
気体導入経路３２を通じて１種または２種以上の気体をプラズマ発生部１に外部から導入することができる。外部導入ガスの導入圧は、０．１ＭＰａである。外部導入ガスには、プラズマ発生部１で発生した流体中プラズマと反応させるための種々の反応ガスを使用することができ、本実施形態においては、窒素ガスと二酸化炭素ガスが使用可能になっている。窒素ガスの貯留部３５と二酸化炭素ガスの貯留部３６のガス排出口は、電磁式開閉弁３７、３８を介して気体導入経路３２に連通している。該ガス排出口の近傍において気体導入経路３２から分岐した液回収経路４６が設けられている。処理終了時や清掃時等において、液回収経路４６に設けた開閉弁４７を開放することによって、貯留槽７内の貯留液８を液回収経路４６を通じて外部に回収することができる。気体導入経路３２には、プラズマ発生部１に供給されるガス（帰還ガスを含む。）の供給量を計測するガス流量計３９が設置されている。窒素ガスと二酸化炭素ガスの他に、気体導入経路３２を通じてプラズマ発生部１に任意のガス、例えば、反応補助となるアルゴン等の不活性ガスなどを導入可能にすることができる。 One or more gases can be introduced into the plasma generator 1 from the outside through the gas introduction path 32. The introduction pressure of the externally introduced gas is 0.1 MPa. As the externally introduced gas, various reaction gases for reacting with the plasma in the fluid generated in the plasma generation unit 1 can be used. In the present embodiment, nitrogen gas and carbon dioxide gas can be used. There is. The gas outlets of the nitrogen gas storage portion 35 and the carbon dioxide gas storage portion 36 communicate with the gas introduction path 32 via electromagnetic on-off valves 37 and 38. A liquid recovery path 46 branched from the gas introduction path 32 is provided near the gas outlet. By opening the on-off valve 47 provided in the liquid recovery path 46 at the end of processing or cleaning, the stored liquid 8 in the storage tank 7 can be recovered to the outside through the liquid recovery path 46. A gas flow meter 39 that measures the supply amount of gas (including return gas) supplied to the plasma generation unit 1 is installed in the gas introduction path 32. In addition to the nitrogen gas and the carbon dioxide gas, it is possible to introduce an arbitrary gas, for example, an inert gas such as argon, which assists the reaction, into the plasma generation unit 1 through the gas introduction path 32.
流体導入経路３の一端側には、混合装置１６が接続されている。混合装置１６には、例えば、渦流ターボミキサーを使用することができる。渦流ターボミキサーを使用することにより、被混合材と液体とを回転ブレードによって撹拌して該液体に混合物質を溶解、混合して外部に（流体導入経路３側に）圧送することができる。被混合材には、気体、液体または例えば、粉体等の固体を使用することができる。混合装置１６の混合液の送出口近傍の流体導入経路３には、送出圧を計測する圧力計４１が設けられている。混合装置１６により、例えば、被混合ガスを０．３〜０．５ＭＰａに液中に圧入混合して、ガス含有液を流体導入経路３に供給、排出することができる。 A mixing device 16 is connected to one end of the fluid introduction path 3. For the mixing device 16, for example, a vortex turbo mixer can be used. By using the vortex turbo mixer, the material to be mixed and the liquid can be stirred by the rotating blade to dissolve and mix the mixed substance in the liquid, and the mixture can be pressure-fed to the outside (to the fluid introduction path 3 side). As the material to be mixed, gas, liquid or solid such as powder can be used. A pressure gauge 41 for measuring the delivery pressure is provided in the fluid introduction path 3 near the delivery port of the mixed liquid of the mixing device 16. By the mixing device 16, for example, the gas to be mixed can be press-mixed into the liquid at 0.3 to 0.5 MPa to supply and discharge the gas-containing liquid to the fluid introduction path 3.
混合装置１６の一方の流入側は、流体の帰還経路１１と連通し、他方の流入側は、混合ガス用の気体供給経路４４と連通している。帰還経路１１における貯留槽７の流出部１０側には、開閉弁１２が設けられている。帰還経路１１には、開閉弁１２に対し、中間の可動継手１３を挟んで、ストレーナ（メッシュ器具フィルター）１４と電磁開閉弁１５が配設されている。帰還経路１１には、経路内の流圧を計測する圧力計４０と、経路内の流量を計測する流量計４５が取り付けられている。圧力計４０には、正と負のゲージ圧の測定が可能な連成計が使用されている。 One inflow side of the mixing device 16 communicates with the fluid return path 11, and the other inflow side communicates with the gas supply path 44 for the mixed gas. An on-off valve 12 is provided on the return path 11 on the outflow portion 10 side of the storage tank 7. A strainer (mesh device filter) 14 and an electromagnetic on-off valve 15 are arranged in the return path 11 with an intermediate movable joint 13 sandwiched with respect to the on-off valve 12. A pressure gauge 40 that measures the flow pressure in the path and a flow meter 45 that measures the flow rate in the path are attached to the return path 11. As the pressure gauge 40, a compound gauge capable of measuring positive and negative gauge pressures is used.
混合装置１６の他方の流入側は、貯留槽７の貯留液（プラズマ処理に供される被処理液）８中に混合装置１６により圧入して混合するための反応ガスを供給する気体供給経路４４と連通している。気体供給経路４４を通じて１種または２種以上の気体を貯留液（被処理液）８に圧入混合することができる。反応ガスには、プラズマ発生部１で発生した流体中プラズマと反応させるための好適な気体種を使用することができ、本実施形態においては、二酸化炭素ガス、空気、窒素ガスおよび任意のガスが使用可能になっている。二酸化炭素ガス、空気、窒素ガスおよび任意のガスの各貯留部２０〜２３のガス排出口は、それぞれ電磁式開閉弁２５〜２８を介して混合装置１６に連通している。気体供給経路４４には、供給ガスの流量を計測するガス流量計４３および開閉弁２９が設置されている。任意
のガスには、例えば、反応補助となるアルゴン等の不活性ガスを使用することができる。
The other inflow side of the mixing device 16 supplies a reaction gas for press-fitting and mixing by the mixing device 16 into the stored liquid (the liquid to be processed to be subjected to the plasma processing) 8 of the storage tank 7. Is in communication with. Through the gas supply path 44, one or more kinds of gas can be pressed and mixed into the stored liquid (process liquid) 8. As the reaction gas, a suitable gas species for reacting with the plasma in the fluid generated in the plasma generation unit 1 can be used. In the present embodiment, carbon dioxide gas, air, nitrogen gas and any gas can be used. It is ready for use. The gas outlets of the carbon dioxide gas, air, nitrogen gas, and arbitrary gas reservoirs 20 to 23 communicate with the mixing device 16 via electromagnetic on-off valves 25 to 28, respectively. A gas flow meter 43 for measuring the flow rate of the supply gas and an opening/closing valve 29 are installed in the gas supply path 44. As an arbitrary gas, for example, an inert gas such as argon which assists the reaction can be used.
本実施形態に係るプラズマ処理装置は、所定の粉体を流体中に混合することによって、流体中プラズマにより該粉体の成分による表面修飾処理、例えば、親水化処理を行うことができる。プラズマ処理対象の粉体には、導電性粉体または非導電性粉体を使用することができる。粉体は、混合装置１６の上記他方の流入側に粉体供給経路４８を介して粉体供給装置２４により供給可能になっている。粉体供給経路４８には、該供給経路を開閉するための開閉弁３０が設けられている。 The plasma processing apparatus according to the present embodiment can perform a surface modification treatment, for example, a hydrophilic treatment, with a component of the powder by plasma in the fluid by mixing a predetermined powder in the fluid. Conductive powder or non-conductive powder can be used as the powder to be plasma-treated. The powder can be supplied to the other inflow side of the mixing device 16 by the powder supply device 24 via the powder supply path 48. The powder supply path 48 is provided with an opening/closing valve 30 for opening/closing the supply path.
貯留槽７の貯留液８は、混合装置１６の送出作用によって、流体導入経路３、排出経路４、６および帰還経路１１を介してプラズマ発生部１内を流通し、循環可能になっている。流体導入経路３、排出経路４、６および帰還経路１１は、絶縁性を帯びた流管材、例えば、ＰＣ、ＡＢＳ等の合成樹脂により形成することができる。 The stored liquid 8 in the storage tank 7 can be circulated and circulated in the plasma generator 1 via the fluid introduction path 3, the discharge paths 4 and 6 and the return path 11 by the sending action of the mixing device 16. The fluid introduction path 3, the discharge paths 4 and 6, and the return path 11 can be formed of an insulating flow tube material, for example, a synthetic resin such as PC or ABS.
流体導入経路３は、経路の一部をコイル化して螺旋形状にしたコイル流路１７を有する。コイル流路１７のコイル部分には磁心１８を最適に配設することにより、所望のインダクタンスＬが形成可能になっている。インダクタンスＬは、磁心１８の透磁率、コイルの巻数、コイルの長さおよびコイルの断面積で決まる自己インダクタンスである。流体導入経路３を通過する流体は、接地線Ｅ１と導通可能になっている。 The fluid introduction path 3 has a coil flow path 17 in which a part of the path is coiled to have a spiral shape. The desired inductance L can be formed by optimally disposing the magnetic core 18 in the coil portion of the coil flow path 17. The inductance L is a self-inductance determined by the magnetic permeability of the magnetic core 18, the number of turns of the coil, the length of the coil, and the cross-sectional area of the coil. The fluid passing through the fluid introduction path 3 can be electrically connected to the ground wire E1.
貯留槽７には、流体プラズマによる処理対象の原液が収容される。原液としては、例えば、機能水原液（市水、精製水、イオン交換水）、廃液（工場廃水、メッキ廃液、下水等）、川水、海水等の汚染水等である。 A stock solution to be processed by the fluid plasma is stored in the storage tank 7. The undiluted solution is, for example, functional water undiluted solution (city water, purified water, ion-exchanged water), waste solution (factory wastewater, plating waste solution, sewage, etc.), contaminated water such as river water, seawater and the like.
図２は、プラズマ発生部１の縦断面構造を示す。 FIG. 2 shows a vertical cross-sectional structure of the plasma generator 1.
図３は、プラズマ発生部１の本体部５２の外観斜視図である。 FIG. 3 is an external perspective view of the main body 52 of the plasma generator 1.
プラズマ発生部１は、本体部５２と、本体部５２の上部に連結されるノズル部５３と、本体部５２の側部に連結される電圧印加線（以下、印加線という。）５１の保持部５４とを有する。本体部５２は、全体として四角柱形状を有し、縦の中心軸に沿って中空形状に形成されている。プラズマ発生部１の成形素材には、例えば、ＡＢＳ樹脂やセラミック材等の絶縁性材を使用することができる。 The plasma generating unit 1 includes a main body 52, a nozzle portion 53 connected to an upper portion of the main body 52, and a holding portion for a voltage application line (hereinafter referred to as an application line) 51 connected to a side portion of the main body 52. 54 and. The main body 52 has a quadrangular prism shape as a whole, and is formed in a hollow shape along a vertical central axis. An insulating material such as an ABS resin or a ceramic material can be used as the molding material of the plasma generation unit 1.
図４は、中心軸を含む切断面で切断したときの本体部５２のＡ−Ａ矢視縦断面を示す。図５は、図４の切断面を斜めに回転させた切断面で切断したときの本体部５２のＢ−Ｂ矢視縦断面を示す。 FIG. 4 shows a vertical cross section taken along the line AA of the main body 52 when cut along a cutting plane including the central axis. FIG. 5 shows a vertical cross section of the main body portion 52 taken along the line BB when the cross section of FIG. 4 is cut by the cross section that is rotated obliquely.
本体部５２の上部側には、球形状の空間６８が形成されている。空間６８の上部には、流入口６２が開口形成されている。空間６８の下部は、本体部５２の流出口５５と連通している。空間６８の側部には、本体部５２の横中心線に沿って貫通した貫通部６３、６４が形成されている。貫通部６３、６４と直交する側部には、空間６８を観察するための円形の開口部６５が形成されている。開口部６５の周辺には４個のビス止め孔６７が形成されている。耐熱ガラス板（図示せず）を固定する固定部材（図示せず）でビスをビス止め孔６７に挿着してビス止めすることにより開口部６５に該耐熱ガラス板が密封状に取着される。 A spherical space 68 is formed on the upper side of the main body 52. An inflow port 62 is formed in the upper portion of the space 68. The lower portion of the space 68 communicates with the outlet 55 of the main body 52. Penetration portions 63 and 64 are formed on the side portions of the space 68 so as to penetrate along the horizontal center line of the main body portion 52. A circular opening 65 for observing the space 68 is formed on a side portion orthogonal to the penetrating portions 63 and 64. Four screw holes 67 are formed around the opening 65. The heat-resistant glass plate is hermetically attached to the opening 65 by inserting a screw into the screw fixing hole 67 and fixing the screw with a fixing member (not shown) that fixes the heat-resistant glass plate (not shown). It
貫通部６３、６４の周辺には４個のビス止め孔６６が形成されている。ビスを各ビス止め孔６７に挿着してビス止めすることによって、貫通部６３、６４には、それぞれ、印加線５０、５１を保持する保持部５４が密閉状に嵌着される。保持部５４は、外側に形成さ
れた大径孔部７５と、大径孔部７５と連通して内側に形成された細孔部６９とを有し、大径孔部７５および細孔部６９は、水平状に形成されている。印加線５０、５１の配線部分の外側は、大径孔部７５に挿入され、該配線部分内の導５８、５９は、細孔部６９に挿通される。一対の保持部５４は、印加線５０、５１を水平状に保持し、導線５８、５９の先端は、空間６８内で露出し、高電圧放電可能な間隔（先端間距離：例えば、０．５〜１０ｍｍ）をおいて対向配置されている。一対の保持部５４の互いに対向する対向部分は、導線５８、５９先端間に流体が流れ落ちやすくするための斜面７４が形成されている。すなわち、導線５８、５９先端間において下側に傾斜した斜面７４により流体の通過が絞られるノズル様に幅狭形状になっている。
Four screw holes 66 are formed around the through portions 63 and 64. By inserting screws into the screw fixing holes 67 and fixing the screws, the holding portions 54 for holding the application wires 50 and 51 are hermetically fitted to the through portions 63 and 64, respectively. The holding portion 54 has a large diameter hole portion 75 formed on the outer side and a fine hole portion 69 formed on the inner side in communication with the large diameter hole portion 75. Are formed horizontally. The outside of the wiring portion of the application lines 50 and 51 is inserted into the large diameter hole portion 75, and the conductors 58 and 59 in the wiring portion are inserted into the pore portion 69. The pair of holding portions 54 hold the application wires 50 and 51 horizontally, the tips of the conducting wires 58 and 59 are exposed in the space 68, and a high-voltage discharge interval (distance between tips: 0.5, for example). 10 mm to 10 mm apart. Slopes 74 are formed between the tips of the pair of holding portions 54 so as to face each other so that the fluid can easily flow down between the tips of the conducting wires 58, 59. That is, it has a narrow shape like a nozzle in which the passage of the fluid is restricted by the inclined surface 74 that is inclined downward between the tips of the conducting wires 58 and 59.
導線５８、５９先端間より下方には、保持部５４の互いに対向する対向部分を通過した流体が導線５８、５９先端側に還流させる還流部６０が形成されている。 A reflux portion 60 is formed below the tips of the conducting wires 58 and 59 to recirculate the fluid passing through the facing portions of the holding portion 54 to the leading ends of the conducting wires 58 and 59.
図６は、本体部５２の底面図である。図１１は、本体部５２の底面側からみた還流部６０の外観斜視図である。 FIG. 6 is a bottom view of the main body 52. FIG. 11 is an external perspective view of the reflux section 60 as seen from the bottom side of the main body section 52.
還流部６０は、本体部５２内の中心に位置する湾曲面部６０と、湾曲面部６０の上方近傍にて仕切部分により８個に分割して形成された貫通孔部６１とを有する。貫通孔部６１は、流出口５５と連通形成されている。湾曲面部６０は、球形の空間６８の底部の一部を形成する湾曲面７６を有する。湾曲面７６は、下向きに凸状に形成され、湾曲面７６の中心は、導線５８、５９先端間の中心に位置している。導線５８、５９先端間に還流部６０を配置することによって、導線５８、５９先端間を流下した流体が、湾曲面７６に衝突、当接して跳ね返って空間６８内に戻る還流を生じさせることができる。還流部６０に流れ込んだ流体の一部は、貫通孔部６１より流れ落ちて流出口５５より排出可能になっている。貫通孔部６１によって、プラズマ発生部１の流体の流通部内を閉塞することなく還流部６０が配設されている。還流部６０は、図１１に示すように、放射状に延びた８個の保持部材６１ａにより流通部内の中央に保持されている。貫通孔部６１は、保持部材６１ａどうしの間隙により形成されている。 The reflux portion 60 has a curved surface portion 60 located in the center of the main body portion 52, and a through hole portion 61 formed by being divided into eight by a partition portion in the vicinity of the upper portion of the curved surface portion 60. The through hole portion 61 is formed so as to communicate with the outflow port 55. The curved surface portion 60 has a curved surface 76 that forms a part of the bottom portion of the spherical space 68. The curved surface 76 is formed in a downward convex shape, and the center of the curved surface 76 is located at the center between the tips of the conducting wires 58 and 59. By arranging the reflux part 60 between the tips of the conducting wires 58 and 59, the fluid flowing down between the tips of the conducting wires 58 and 59 collides with the curved surface 76, abuts and bounces back to the space 68 to cause reflux. it can. A part of the fluid that has flowed into the reflux portion 60 flows down from the through hole portion 61 and can be discharged from the outflow port 55. The through-hole portion 61 is provided with the reflux portion 60 without blocking the inside of the fluid passage portion of the plasma generating portion 1. As shown in FIG. 11, the reflux portion 60 is held in the center of the circulation portion by eight holding members 61a that extend radially. The through hole portion 61 is formed by a gap between the holding members 61a.
本体部５２の流入口６２には、ノズル部５３が密閉状に取着されている。ノズル部５３は、流体導入経路３の管材が装着される中空の突部５６と、突部５６の下端側に一体形成されたフランジ部とを有する。該フランジ部の中間の中心付近には、内径を縮径したオリフィス７１が形成されている。本実施形態において、プラズマ発生部１の流通部に流入した流体の内圧を減じる減圧手段がオリフィス７１によって構成されている。該フランジ部の下側の両側部には、気体導入経路３２の管材が水平状に挿着可能であり、気体導入経路３２と連通する、一対の気体導入孔７２が水平状に対向して貫通形成されている。該フランジ部の下端側で、気体導入孔７２より下方の流出口７３は、流入口６２に向けて拡径されたテーパ形状に形成されている。流体導入経路３より導入された流体は、ノズル部５３に流入し、突部５６内のオリフィス７１を通過して流速を増しながら減圧されて、流出口７３より噴射状に流入口６２に向けて流下して本体部５２の内部に流入することができる。 The nozzle portion 53 is hermetically attached to the inflow port 62 of the main body portion 52. The nozzle portion 53 has a hollow protrusion 56 to which the pipe material of the fluid introduction path 3 is attached, and a flange portion integrally formed on the lower end side of the protrusion 56. An orifice 71 having a reduced inner diameter is formed near the center in the middle of the flange portion. In the present embodiment, the pressure-reducing means for reducing the internal pressure of the fluid flowing into the circulation portion of the plasma generating portion 1 is constituted by the orifice 71. The tubular material of the gas introduction path 32 can be horizontally inserted into both sides of the lower side of the flange portion, and a pair of gas introduction holes 72 communicating with the gas introduction path 32 are horizontally penetrated. Has been formed. On the lower end side of the flange portion, the outflow port 73 below the gas introduction hole 72 is formed in a tapered shape whose diameter is expanded toward the inflow port 62. The fluid introduced from the fluid introduction path 3 flows into the nozzle portion 53, passes through the orifice 71 in the protrusion 56, is decompressed while increasing the flow velocity, and is ejected from the outlet 73 toward the inlet 62. It can flow down and flow into the main body 52.
図７は、本実施形態に係るプラズマ処理装置の制御部９０の概要を示す。 FIG. 7 shows an outline of the control unit 90 of the plasma processing apparatus according to this embodiment.
制御部９０は、ＣＰＵ９１、プラズマ処理制御プログラムを記憶するプログラム記憶メモリのＲＯＭ９２及びワーキングメモリのＲＡＭ９３からなるマイクロプロセッサにより構成されている。マイクロプロセッサに代えて、制御部９０をシーケンス制御を行うプログラムロジックコントローラにより構成することができる。 The control unit 90 is configured by a microprocessor including a CPU 91, a ROM 92 of a program storage memory that stores a plasma processing control program, and a RAM 93 of a working memory. Instead of the microprocessor, the control unit 90 can be configured by a program logic controller that performs sequence control.
制御部９０は、プラズマ処理制御プログラムの実行に際して、電磁式開閉弁１５、２５
〜２８、３７，３８に対する開閉制御信号Ｓ１〜Ｓ７を出力することができる。制御部９０には、ガス流量計３９、４３、４５および圧力計４０、４１の各出力データが入力可能になっている。制御部９０には、プラズマ処理レシピに必要な各種データの設定入力を行うためのキー入力装置９４が接続されており、キー入力装置９４による設定データは液晶表示装置９５に外部出力されて表示される。キー入力装置９４による起動指示入力により、プラズマ処理制御プログラムを起動させることができる。制御部９０は、プラズマ処理制御プログラムの実行に際して、高電圧高周波パルス電源２、気液分離装置５および混合装置１６の各駆動制御を行うことができる。粉体混合流体のプラズマ処理を行う場合は、粉体供給装置２４を制御部９０の制御下に置くことによりプラズマ化学反応処理に必要な粉体供給制御を制御部９０により行うことができる。
The control unit 90, when executing the plasma processing control program, controls the electromagnetic on-off valves 15, 25.
Opening/closing control signals S1 to S7 for ~28, 37, 38 can be output. The output data of the gas flow meters 39, 43, 45 and the pressure gauges 40, 41 can be input to the control unit 90. The control unit 90 is connected to a key input device 94 for setting and inputting various data necessary for the plasma processing recipe, and the setting data by the key input device 94 is externally output and displayed on the liquid crystal display device 95. It The plasma processing control program can be started by inputting a start instruction from the key input device 94. When executing the plasma processing control program, the control unit 90 can control each drive of the high-voltage high-frequency pulse power supply 2, the gas-liquid separation device 5, and the mixing device 16. When performing the plasma treatment of the powder mixed fluid, by placing the powder supply device 24 under the control of the control unit 90, the control unit 90 can perform the powder supply control necessary for the plasma chemical reaction treatment.
図８は、高電圧高周波パルス電源２による出力波形を示す。 FIG. 8 shows an output waveform from the high-voltage high-frequency pulse power supply 2.
本発明における高電圧高周波パルスは、１ｋＶ〜２０ｋＶの範囲のいずれかのピーク間電圧値Ｖｐｐを有するパルスを使用することができる。また、高電圧高周波パルスは、０．１ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲のいずれかの周波数を有するパルスを使用することができる。さらに、高電圧高周波パルスは、数１０ｎＳ〜１００μＳの範囲のいずれかのパルス幅を有するパルスを使用することができる。加えて、高周波パルスに、例えば、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚあるいは４０．６８ＭＨｚのいずれかの周波数ＲＦ電圧を重畳した合成電圧からなる高電圧高周波パルスを使用することもできる。 As the high-voltage high-frequency pulse in the present invention, a pulse having any peak-to-peak voltage value Vpp in the range of 1 kV to 20 kV can be used. Further, as the high-voltage high-frequency pulse, a pulse having any frequency in the range of 0.1 kHz to 500 kHz can be used. Further, as the high-voltage high-frequency pulse, a pulse having any pulse width in the range of several 10 nS to 100 μS can be used. In addition, it is also possible to use a high-voltage high-frequency pulse composed of a composite voltage obtained by superposing a high-frequency pulse with a frequency RF voltage of, for example, 13.56 MHz, 27.12 MHz or 40.68 MHz.
高電圧高周波パルス電源２は、図８の（８Ａ）に示すように、パルス波高値Ｈ、最大周波数Ｆ、パルス幅Ｗとして、それぞれ、２０ｋＶ、５００ｋＨｚ、１００ｎＳの高電圧高周波パルスを出力することができる。図のＰＰはパルスピッチを示す。高電圧高周波パルス電源２としては、従来のＩＧＢＴデバイスに代えてＳｉＣ化することにより高電圧ナノパルスを出力できるパルス電源を構成することができる。また、（８Ａ）の両波パルスを（８Ｂ）または（８Ｃ）のように整流することによって、プラズマ中の荷電粒子、イオン（＋帯電）および電子（−帯電）の挙動を操ることによってプラズマ化学反応を制御することが可能である。 As shown in (8A) of FIG. 8, the high-voltage high-frequency pulse power supply 2 can output high-voltage high-frequency pulses of 20 kV, 500 kHz, and 100 nS as the pulse peak value H, the maximum frequency F, and the pulse width W, respectively. it can. PP in the figure indicates the pulse pitch. As the high-voltage high-frequency pulse power supply 2, a pulse power supply capable of outputting high-voltage nanopulses can be formed by replacing the conventional IGBT device with SiC. Further, by rectifying the double-wave pulse of (8A) as in (8B) or (8C), the behavior of charged particles, ions (+charged) and electrons (-charged) in plasma is manipulated so that plasma chemistry It is possible to control the reaction.
高電圧高周波パルス電源２から上記高電圧高周波パルスを印加する場合、一つの印加方法として、高電圧高周波パルス電源２の出力端子ａ、ｂから各印加線５０、５１に供給し、導線５８、５９を電極にして高電圧放電を行って流体中プラズマを発生させることができる。他の印加方法としては、図１の破線８０に示すように、導線５８、５９を短絡して同電位化して、流体自体の導電性を利用して一方の電極とし、導線５８、５９の先端電極と流体電極間で高電圧放電を行い流体中プラズマを発生させることができる。流体電極を使用する印加方法は、高導電率溶液、例えば、工場廃水、メッキ廃液、汚染水、海水などをプラズマ処理する場合に有効である。 When applying the above-mentioned high-voltage high-frequency pulse from the high-voltage high-frequency pulse power supply 2, as one application method, it is supplied from the output terminals a and b of the high-voltage high-frequency pulse power supply 2 to the respective application lines 50 and 51, and the conducting lines 58 and 59. Can be used as an electrode to perform high-voltage discharge to generate plasma in a fluid. As another application method, as shown by a broken line 80 in FIG. 1, the conducting wires 58 and 59 are short-circuited to have the same potential, and the conductivity of the fluid itself is used to form one electrode, and the tips of the conducting wires 58 and 59 are used. High-voltage discharge can be generated between the electrode and the fluid electrode to generate plasma in the fluid. The application method using the fluid electrode is effective when plasma-treating a high-conductivity solution such as factory wastewater, plating wastewater, contaminated water, and seawater.
図９は、制御部９０による主なプラズマ処理制御処理を示す。 FIG. 9 shows main plasma processing control processing by the control unit 90.
制御部９０によって、プラズマ発生部１に流体を流通させる液循環処理（処理ステップＳ１）、混合ガスの気体供給経路４４からのガス導入処理（処理ステップＳ２）、気体導入経路３２からのガス導入処理（処理ステップＳ３）および高電圧高周波パルス電源２による高電圧高周波パルス印加処理（処理ステップＳ４）を実行制御することができる。液循環処理の液循環は、混合装置１６の圧送作用により行うことができる。 A liquid circulation process for circulating a fluid through the plasma generation unit 1 (processing step S1), a gas introduction process from the gas supply path 44 of the mixed gas (processing step S2), and a gas introduction process from the gas introduction path 32 by the control unit 90. (Processing step S3) and the high-voltage high-frequency pulse applying processing by the high-voltage high-frequency pulse power supply 2 (processing step S4) can be executed and controlled. The liquid circulation in the liquid circulation process can be performed by the pressure feeding action of the mixing device 16.
混合ガスの気体供給経路４４からのガス導入処理においては、流体導入経路３にコイル流路１７を設けているので、経路長を十分に確保することができるので、流体中へのガス混入を確実に行うことができる。特に、コイル流路１７は、流体電極を使用する高電圧高
周波パルスの印加方法を採用する場合において、流体電極側に所定電位に維持できる利点を有する。すなわち、導電性流体がコイル流路１７内を流れることによって、その導電性によるインダクタンスが形成されるため、該インダクタンスによるインピーダンスを用いて過渡電圧を維持でき、よりスムースにプラズマの起動を行うことができる。
In the gas introduction process from the gas supply path 44 of the mixed gas, since the coil passage 17 is provided in the fluid introduction path 3, it is possible to secure a sufficient path length, so that the gas is reliably mixed into the fluid. Can be done. In particular, the coil flow path 17 has an advantage that it can be maintained at a predetermined potential on the fluid electrode side when a method of applying a high-voltage high-frequency pulse using a fluid electrode is adopted. That is, since the conductive fluid flows through the coil flow path 17 to form an inductance due to its conductivity, the impedance due to the inductance can be used to maintain the transient voltage, and the plasma can be more smoothly started. it can.
気体含有流体がオリフィス７１を通過するときには、オリフィス７１によって０．１ＭＰａ以下に減圧される減圧作用により含有気体が放散されて、導線５８、５９による高電圧高周波パルスの印加を受けて気体成分に対するプラズマ発生を誘引することができる。このとき、気体導入経路３２からのガス導入処理により反応ガスを供給することにより所望のプラズマ化学反応を精度よく行うことができる。 When the gas-containing fluid passes through the orifice 71, the contained gas is dissipated by the depressurizing action of reducing the pressure to 0.1 MPa or less by the orifice 71, and the high voltage high frequency pulse is applied by the conducting wires 58 and 59 to the plasma for the gas component. Can trigger an outbreak. At this time, a desired plasma chemical reaction can be accurately performed by supplying the reaction gas by the gas introduction process from the gas introduction path 32.
図１０は、還流部６０による還流作用を示す。図１０の矢印は、空間６８内部における流体個々の流れ方向をシミレーションしたものである。 FIG. 10 shows the reflux action by the reflux unit 60. The arrow in FIG. 10 is a simulation of the flow direction of each fluid inside the space 68.
プラズマ発生部１には、図１０に示すように、導線５８、５９先端間に還流部６０を配置しているので、導線５８、５９先端間を流下した流体が、湾曲面７６に衝突、当接して跳ね返って空間６８内に戻る還流を生じさせることができる。流体が一方向に流れ落ちるだけでは、導線５８、５９先端間を一度通過するだけであるためプラズマ処理効果が非効率になるおそれがある。本実施形態では、流体が還流部６０の還流作用を受けて、導線５８、５９先端間付近で乱流化して、複数回、高電圧高周波パルスの印加を受けて高電圧放電を繰り返してプラズマ化学反応を効率的に行うことができる。すなわち、該流体中プラズマを用いたプラズマ処理装置におけるプラズマ処理の高性能化、高速化、連続処理化を実現することができる。本発明における還流部は、還流部６０の形体に限定されず、導線５８、５９先端間を流下した流体が衝突して空間６８側に戻る還流を生じさせ得る形体を備えたものであればよい。 As shown in FIG. 10, in the plasma generating unit 1, since the reflux portion 60 is arranged between the tips of the conducting wires 58 and 59, the fluid flowing between the leading ends of the conducting wires 58 and 59 collides with the curved surface 76 and hits it. A return flow can be created that bounces back into space 68. If the fluid simply flows down in one direction, the plasma treatment effect may be inefficient because it only passes once between the tips of the conducting wires 58 and 59. In the present embodiment, the fluid is subjected to the reflux action of the reflux portion 60 and becomes turbulent near the tips of the conducting wires 58 and 59, and the high-voltage high-frequency pulse is applied a plurality of times to repeat the high-voltage discharge to perform plasma chemistry. The reaction can be carried out efficiently. That is, high performance, high speed, and continuous processing of plasma processing in a plasma processing apparatus using plasma in the fluid can be realized. The reflux portion in the present invention is not limited to the shape of the reflux portion 60, and may be any shape as long as it has a shape capable of causing the fluid flowing down between the tips of the conducting wires 58 and 59 to collide and return to the space 68 side. ..
例えば、粉体供給装置１６により水等の流体中に粉体を混入させてプラズマ発生部１に流通させることにより、水中プラズマ種であるＨ+やＯＨ-等のラジカル・イオン種・電子に接触することにより、粉体の周囲に水和層が形成される親水化（水溶化）処理を短時間に大量かつ連続的に処理することができる。 For example, by mixing powder in a fluid such as water by the powder supply device 16 and circulating the powder in the plasma generation unit 1, it is possible to contact with radicals, ionic species and electrons such as H + and OH − which are underwater plasma species. By doing so, it is possible to continuously perform a large amount of hydrophilic treatment (solubilization) for forming a hydrated layer around the powder in a short time.
本発明は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications and design changes within the technical scope of the present invention are included in the technical scope thereof. Needless to say.
本発明によれば、流体中プラズマを効率的に発生させるので、流体中プラズマによるプラズマ処理を高速化、高機能化、短時間の大量処理を低コストで行うことができるので、例えば粉体の利用分野、廃液処理、浄化処理、機能水生成等の応用範囲の拡大を図ることができる。 According to the present invention, since plasma in a fluid is efficiently generated, plasma processing by the plasma in a fluid can be performed at high speed, high functionality, and a large amount of processing in a short time can be performed at low cost. It is possible to expand the fields of application, waste liquid treatment, purification treatment, application range such as functional water generation.
１ プラズマ発生部
２ 高電圧高周波パルス
３ 流体導入経路
４ 排出経路
５ 気液分離装置
６ 排出経路
７ 貯留槽
８ 貯留液
９ 接続部
１０ 流出部
１１ 帰還経路
１２ 開閉弁
１３ 可動継手
１４ ストレーナ
１５ 電磁式開閉弁
１６ 混合装置
１７ コイル流路
１８ 磁心
２０ 貯留部
２１ 貯留部
２２ 貯留部
２３ 貯留部
２４ 粉体供給装置
２５ 電磁式開閉弁
２６ 電磁式開閉弁
２７ 電磁式開閉弁
２８ 電磁式開閉弁
２９ 開閉弁
３０ 開閉弁
３１ 気体帰還経路
３２ 気体導入経路
３３ 逆止弁
３４ 逆止弁
３５ 貯留部
３６ 貯留部
３７ 電磁式開閉弁
３８ 電磁式開閉弁
３９ ガス流量計
４０ 圧力計
４１ 圧力計
４３ ガス流量計
４４ 気体供給経路
４５ 流量計
４６ 液回収経路
４７ 開閉弁
４８ 粉体供給経路
５０ 電圧印加線
５１ 電圧印加線
５２ 本体部
５３ ノズル部
５４ 保持部
５５ 流出口
５６ 突部
５８ 導線
５９ 導線
６０ 還流部
６０ａ 湾曲面部
６１ 貫通孔部
６１ａ 保持部材
６２ 流入口
６３ 貫通部
６４ 貫通部
６５ 開口部
６６ ビス止め孔
６７ ビス止め孔
６８ 空間
６９ 細孔部
７１ オリフィス
７２ 気体導入口
７３ 流出口
７４ 斜面
７５ 大径孔部
７６ 湾曲面
９０ 制御部
９１ ＣＰＵ
９２ ＲＯＭ
９３ ＲＡＭ
９４ キー入力装置
９５ 液晶表示装置
1 Plasma Generating Section 2 High Voltage High Frequency Pulse 3 Fluid Introducing Path 4 Exhausting Path 5 Gas-Liquid Separator 6 Discharging Path 7 Reservoir 8 Reservoir 9 Connection 10 Outflow 11 Return Path 12 Open/Close Valve 13 Movable Joint 14 Strainer 15 Electromagnetic On-off valve 16 Mixing device 17 Coil flow path 18 Magnetic core 20 Reservoir 21 Reservoir 22 Reservoir 23 Reservoir 24 Powder feeder 25 Electromagnetic on-off valve 26 Electromagnetic on-off valve 27 Electromagnetic on-off valve 28 Electromagnetic on-off valve 29 Opening and closing Valve 30 On-off valve 31 Gas return path 32 Gas introduction path 33 Check valve 34 Check valve 35 Reservoir 36 Reservoir 37 Electromagnetic on-off valve 38 Electromagnetic on-off valve 39 Gas flow meter 40 Pressure gauge 41 Pressure gauge 43 Gas flow meter 44 gas supply path 45 flow meter 46 liquid recovery path 47 on-off valve 48 powder supply path 50 voltage application line 51 voltage application line 52 main body section 53 nozzle section 54 holding section 55 outflow port 56 protrusion 58 lead wire 59 lead wire 60 reflux section 60a Curved surface portion 61 Through hole portion 61a Holding member 62 Inlet port 63 Through portion 64 Through portion 65 Opening portion 66 Screw fixing hole 67 Screw fixing hole 68 Space 69 Pore portion 71 Orifice 72 Gas inlet 73 Outlet 74 Slope 75 Large diameter hole Part 76 Curved surface 90 Control part 91 CPU
92 ROM
93 RAM
94 key input device 95 liquid crystal display device
Claims (12)
前記流通部に設けられた還流部は、前記流通部内を閉塞することなく設けられ、前記電極を通過した通過流体の衝突により還流させる面体を有することにより、
前記電極を通過した通過流体を電極側に再放電可能に還流して前記高電圧放電によるプラズマを発生させることを特徴とするプラズマ発生方法。 A plasma generation method of applying a high-voltage high-frequency pulse to an electrode arranged in a circulation part for circulating a fluid to generate plasma by high-voltage discharge in the fluid in the circulation part,
The reflux portion provided in the circulation portion is provided without blocking the inside of the circulation portion, and has a face body that is recirculated by the collision of the passing fluid that has passed through the electrode,
A plasma generating method, wherein the passing fluid that has passed through the electrode is recirculated to the electrode side so that it can be re-discharged to generate plasma by the high voltage discharge.
流通部内に配置された電極に高電圧高周波パルスを印加する印加手段と、
高電圧高周波パルスの印加により、流通部内の流体中に高電圧放電によるプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
前記電極を通過した通過流体を電極側に再放電可能に還流させる還流部を前記流通部に設け、
前記還流部は、前記流通部内を閉塞することなく設けられ、前記通過流体の衝突により還流させる面体を有することを特徴とするプラズマ発生装置。 A circulation unit for circulating a fluid,
Applying means for applying a high-voltage high-frequency pulse to the electrodes arranged in the flow section,
A plasma generator for generating plasma by high-voltage discharge in a fluid in a flow section by applying a high-voltage high-frequency pulse,
A circulating portion is provided in the circulation portion that recirculates the passing fluid that has passed through the electrode so that it can be re-discharged to the electrode side .
The plasma generator according to claim 1, wherein the recirculation unit has a surface member that is provided without blocking the inside of the circulation unit and recirculates by the collision of the passing fluid .
The plasma generator according to claim 7 , further comprising a circulation unit that circulates the fluid discharged from the circulation unit again to the circulation unit.
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