JPH01176700A - 熱プラズマ発生装置 - Google Patents
熱プラズマ発生装置Info
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- JPH01176700A JPH01176700A JP62335519A JP33551987A JPH01176700A JP H01176700 A JPH01176700 A JP H01176700A JP 62335519 A JP62335519 A JP 62335519A JP 33551987 A JP33551987 A JP 33551987A JP H01176700 A JPH01176700 A JP H01176700A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
イ、発明の目的
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高純度の反応生成物を高能率に生成するため
の高周波熱プラズマ発生装置に係る。
の高周波熱プラズマ発生装置に係る。
一般に高周波プラズマ炎は無電極であるために、生成物
に不純物の混入が無く、種々改良の結果、一応企業化に
充分な域に達している。
に不純物の混入が無く、種々改良の結果、一応企業化に
充分な域に達している。
然し、使用周波数を高くする程、プラズマ発生が容易に
なり能率が向上するために、マイクロ波領域まで周波数
を高め、現在もまだ反応物生成に成功していない分野ま
で応用範囲を拡大する試みが詰所で実施されている。使
用周波数が短波帯以下の場合には、高周波誘導コイルの
発生する高周波磁界によって、電気エネルギーをプラズ
マに伝達することが容易であったが、マイクロ波帯では
マイクロ波エネルギーをプラズマに能率よ〈伝達する適
切な方法が見当らなかった。
なり能率が向上するために、マイクロ波領域まで周波数
を高め、現在もまだ反応物生成に成功していない分野ま
で応用範囲を拡大する試みが詰所で実施されている。使
用周波数が短波帯以下の場合には、高周波誘導コイルの
発生する高周波磁界によって、電気エネルギーをプラズ
マに伝達することが容易であったが、マイクロ波帯では
マイクロ波エネルギーをプラズマに能率よ〈伝達する適
切な方法が見当らなかった。
然し、発光分析の分野では、Ｇ、１．Ｍ、 １３ａｅｎ
ａｋｋｅｒが１９７６年に、 ＴＭＯＩＯ姿態の空胴共
振器を使用して、２．４５ ＧＨｚにおけるプラズマ発
生に成功した。
ａｋｋｅｒが１９７６年に、 ＴＭＯＩＯ姿態の空胴共
振器を使用して、２．４５ ＧＨｚにおけるプラズマ発
生に成功した。
（Ｃ，１，Ｍ、 Ｂｅｅｎａｋｋｅｒ、！３ｐｅｃｔ
ｒｏｃｈｉｍ、Ａｃｔａ、 ３１Ｂ。
ｒｏｃｈｉｍ、Ａｃｔａ、 ３１Ｂ。
４８３ （１９７１１）、 ）
〔発明が解決しようとする問題点〕
Ｂｅｅｎａｋｋｅｒの方法では、平たい円ｔｔＪＩ型共
振器ｌの中央に耐熱絶縁管４を配置し、この中に作動ガ
スを流し、外部よりマイクロ波電力を加えてＴＭＯＩＯ
姿態の共振を起させている。このＴＭＯＩＯ共振の状態
を略図で示すと、第２図の如くになる。
振器ｌの中央に耐熱絶縁管４を配置し、この中に作動ガ
スを流し、外部よりマイクロ波電力を加えてＴＭＯＩＯ
姿態の共振を起させている。このＴＭＯＩＯ共振の状態
を略図で示すと、第２図の如くになる。
同図（イ）は縦断面図、（ロ）は横断面図であって、マ
イクロ波磁界は点線の如く同心円となり、これに直交す
る電界は実線の如くなり、共振器ｌの中央が最も電界強
度が高くなり、共振器壁内部をマイクロ波電流が流れる
。このＴに０１０姿態の共振では、共振器内径Ｄａｍと
共振周波数ｆ（ＧＨｚ）との間には次式の関係があり、
厚さ（軸長）Ｌｍｍの影響は受けない。
イクロ波磁界は点線の如く同心円となり、これに直交す
る電界は実線の如くなり、共振器ｌの中央が最も電界強
度が高くなり、共振器壁内部をマイクロ波電流が流れる
。このＴに０１０姿態の共振では、共振器内径Ｄａｍと
共振周波数ｆ（ＧＨｚ）との間には次式の関係があり、
厚さ（軸長）Ｌｍｍの影響は受けない。
ｆ （ＧＨｚ） ＝ ２２９．５／Ｄ （ｍ
ｓ）そこで、分光分析のために大気圧中で作動ガスを点
火させる目的だけでは、厚さを薄くすれば、ガスに与え
る電界強度は強くなるので、Ｌ＝１０ｍ■程度として、
数十Ｗのマイクロ波電力を大きくする程１点灯能力が増
大し、分光分析の精度も上昇するが、負荷部分での温度
上昇が過大となるために自然空冷の場合１００Ｗ程度１
強制空冷や水冷の場合でも１５０ Ｗ程度が限界である
。また共振空胴にマイクロ波電流が流れるために損失が
太きくなり、能率も低くなる。
ｓ）そこで、分光分析のために大気圧中で作動ガスを点
火させる目的だけでは、厚さを薄くすれば、ガスに与え
る電界強度は強くなるので、Ｌ＝１０ｍ■程度として、
数十Ｗのマイクロ波電力を大きくする程１点灯能力が増
大し、分光分析の精度も上昇するが、負荷部分での温度
上昇が過大となるために自然空冷の場合１００Ｗ程度１
強制空冷や水冷の場合でも１５０ Ｗ程度が限界である
。また共振空胴にマイクロ波電流が流れるために損失が
太きくなり、能率も低くなる。
一方工業的に超微粒子の生成、単結晶の生成、高温反応
急冷プロセスによる新しい素材の開発などを実施するに
は、マイクロ波による高能率を確保しつつ、印加電力を
増大させる必要がある。最終的には１００ ｋＷ程度の
マイクロ波電力を必要とする。
急冷プロセスによる新しい素材の開発などを実施するに
は、マイクロ波による高能率を確保しつつ、印加電力を
増大させる必要がある。最終的には１００ ｋＷ程度の
マイクロ波電力を必要とする。
上記の点に鑑み、本発明は、小電力用で、Ｑも低く、損
失の大きなＴＭＯＩＯ姿態共振器に代え、高Ｑで損失が
小さく大電力に耐え得るＴＥ０１１姿態共振空洞を使い
、大電力の熱プラズマ発生装置を作ることを目的とする
。
失の大きなＴＭＯＩＯ姿態共振器に代え、高Ｑで損失が
小さく大電力に耐え得るＴＥ０１１姿態共振空洞を使い
、大電力の熱プラズマ発生装置を作ることを目的とする
。
口、発明の構成
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、入力高周波電力に対して、 ＴＥ０１１姿態
の共振を行う金属製円筒の同心状中央部に二重若しくは
多重の耐熱絶縁管を通し、その中央管内に、作動ガスを
流し、その外周絶縁管内に冷却液を流しておき、外部よ
り導波管または同軸管を介し、共振円筒側壁の結合部を
通して高周波電力を印加し、ガスを励起させて熱プラズ
マを発生させ、必要に応じてその内部に反応物質を注入
させる熱プラズマ発生装置で、ある。
の共振を行う金属製円筒の同心状中央部に二重若しくは
多重の耐熱絶縁管を通し、その中央管内に、作動ガスを
流し、その外周絶縁管内に冷却液を流しておき、外部よ
り導波管または同軸管を介し、共振円筒側壁の結合部を
通して高周波電力を印加し、ガスを励起させて熱プラズ
マを発生させ、必要に応じてその内部に反応物質を注入
させる熱プラズマ発生装置で、ある。
第３図はＴＥＯＩＩ共振空胴の動作を説明するものであ
る。同図（イ）は縦断面、（ロ）は横断面内の電界（実
線）および磁界（点線）の分布を示している０図示の如
く、電界は同心円状分布となり、磁界はこれらと直交し
ている。電界が空胴壁と交叉しないので、 ＴＭＯＩＯ
空胴のような、空胴壁内のマイクロ波電流による損失は
皆無である。
る。同図（イ）は縦断面、（ロ）は横断面内の電界（実
線）および磁界（点線）の分布を示している０図示の如
く、電界は同心円状分布となり、磁界はこれらと直交し
ている。電界が空胴壁と交叉しないので、 ＴＭＯＩＯ
空胴のような、空胴壁内のマイクロ波電流による損失は
皆無である。
従って、 ＴＥＯ１１空胴共振器にマイクロ波電力を印
加して、中央部にガス流を流せば、誘導結合高周波プラ
ズマ （略称ｒａｐ）と同様に熱プラズマを発生できる
。 ＴＥＯＩＩ型空胴共振器を使用すれば、ＴＭＯＩ
Ｏ空胴共振器と比較して遥かにＱが高くなり、低損失で
あり、しかも大形で大電力に耐えるために、工業的にマ
イクロ波熱プラズマを利用できる。
加して、中央部にガス流を流せば、誘導結合高周波プラ
ズマ （略称ｒａｐ）と同様に熱プラズマを発生できる
。 ＴＥＯＩＩ型空胴共振器を使用すれば、ＴＭＯＩ
Ｏ空胴共振器と比較して遥かにＱが高くなり、低損失で
あり、しかも大形で大電力に耐えるために、工業的にマ
イクロ波熱プラズマを利用できる。
今ＴＥＯ１１姿態空胴共振器の厚さ（軸長）Ｌを内径り
と等しくすると、その共振周波数ｆ （ＧＨｚ）と内径
Ｄ （ｍｓ）の関係は次式で示される。
と等しくすると、その共振周波数ｆ （ＧＨｚ）と内径
Ｄ （ｍｓ）の関係は次式で示される。
ｆ （ＧＨｚ） ＝ ３９５．２ ／ Ｄ （ａ
ｍ）従って、２．４５ ＧＨｚで使用する ＴＫＯＩＩ
共振空胴としてＤ＝Ｌとすれば、直径りは１８１．３
ａｍとなりＴＭＱＩＯ形空調と比較して、遥かに大形と
なり、Ｑも飲方となって、能率も向上し、大電力に耐え
得るようになる。無論本発明のＴＥＯＩＩ形空調の方が
ＴＭＯＩＯ形に比し、プラズマ点火電力は大きくなるが
、多量のプラズマ反応物質を処理するために、マイクロ
波電力が大きくなるから、問題はない。
ｍ）従って、２．４５ ＧＨｚで使用する ＴＫＯＩＩ
共振空胴としてＤ＝Ｌとすれば、直径りは１８１．３
ａｍとなりＴＭＱＩＯ形空調と比較して、遥かに大形と
なり、Ｑも飲方となって、能率も向上し、大電力に耐え
得るようになる。無論本発明のＴＥＯＩＩ形空調の方が
ＴＭＯＩＯ形に比し、プラズマ点火電力は大きくなるが
、多量のプラズマ反応物質を処理するために、マイクロ
波電力が大きくなるから、問題はない。
この際マイクロ波エネルギーによって発生する電磁界分
布は、数十ＭＨｚ以下でプラズマ発生に使用している誘
導コイルによる電磁界分布と情況は一致している。そこ
で、空胴中央部にガス流を流すと、ガス中に環流が誘導
され１発熱してプラズマジェットを発生することになる
。
布は、数十ＭＨｚ以下でプラズマ発生に使用している誘
導コイルによる電磁界分布と情況は一致している。そこ
で、空胴中央部にガス流を流すと、ガス中に環流が誘導
され１発熱してプラズマジェットを発生することになる
。
第１図は本発明の構造を示す概略断面図である０図中１
は入力マイクロ波電力に対してＴＥ０１１姿態の共振を
行う金属製空胴共振器で、共振周波数を僅かに調整する
ための軸長調整機構などは省略している。この共振器に
対して、マイクロ波電力を印加するために、共振器の側
壁に方形導波管２を取り付け、結合孔３を通して、外部
マイクロ波発振源の電力を注入している。導波管２の代
りに同軸管を使用し、ループコイルで電力を注入しても
よい。
は入力マイクロ波電力に対してＴＥ０１１姿態の共振を
行う金属製空胴共振器で、共振周波数を僅かに調整する
ための軸長調整機構などは省略している。この共振器に
対して、マイクロ波電力を印加するために、共振器の側
壁に方形導波管２を取り付け、結合孔３を通して、外部
マイクロ波発振源の電力を注入している。導波管２の代
りに同軸管を使用し、ループコイルで電力を注入しても
よい。
この円筒形空胴の同心状中央に３重の耐熱絶縁管（石英
ガラス製）４・５φ６を通し、中心の管４には、ギヤリ
ヤガス（Ａｒ等）および反応物質を流し、その外側管５
には、注入ロアからギヤリヤガスと同種のガスを注入し
、絶縁管５の内側に回転層流を作って、プラズマ炎が絶
縁管５に触れないようにし、合わせて反応物質がプラズ
マ炎内に巧く注入されるようにしている。また絶縁管５
と６の間には、損失が小さく冷却効果の大きい冷却液を
流しておく、冷却液は、８から入り出口９から流れ出て
いる。
ガラス製）４・５φ６を通し、中心の管４には、ギヤリ
ヤガス（Ａｒ等）および反応物質を流し、その外側管５
には、注入ロアからギヤリヤガスと同種のガスを注入し
、絶縁管５の内側に回転層流を作って、プラズマ炎が絶
縁管５に触れないようにし、合わせて反応物質がプラズ
マ炎内に巧く注入されるようにしている。また絶縁管５
と６の間には、損失が小さく冷却効果の大きい冷却液を
流しておく、冷却液は、８から入り出口９から流れ出て
いる。
プラズマ点火に際しては、マイクロ波電力を印加し、作
動ガスのみを流しておいて、管内を０．１ＴＯＲＲ程度
に低圧するか、或いはテスラコイルなどで衝撃波高電界
を加えると、管内にグロー放電が起り次いでマイクロ波
誘導環流がガス流体内に流れ、プラズマ炎１０が発生す
る。ここでマイクロ波電力を増大し、充分強力な熱プラ
ズマを発生させ、作動ガスに反応物質を混入して、反応
物質の生成を行う。
動ガスのみを流しておいて、管内を０．１ＴＯＲＲ程度
に低圧するか、或いはテスラコイルなどで衝撃波高電界
を加えると、管内にグロー放電が起り次いでマイクロ波
誘導環流がガス流体内に流れ、プラズマ炎１０が発生す
る。ここでマイクロ波電力を増大し、充分強力な熱プラ
ズマを発生させ、作動ガスに反応物質を混入して、反応
物質の生成を行う。
ハ、発明の効果
従来のＴＭＯＩＱ型空胴を使用するマイクロ波誘導プラ
ズマ（ＮＩＰ）では、強制冷却を行っても１５０Ｗ程度
が限界であり、分光分析等の小電力プラズマしか利用で
きなかったが、本発明では、小規模実験でも５ｋＷのマ
イクロ波電力による強力な熱プラズマジェットを発生で
き１種々の反応物質の生成ができた。今後マイクロ波発
振源の増力および本装置の冷却法の改善などによって、
より強力な熱プラズマジェットを発生し、新物質の生成
など数多の応用面が開拓される希望が明るくなった。
ズマ（ＮＩＰ）では、強制冷却を行っても１５０Ｗ程度
が限界であり、分光分析等の小電力プラズマしか利用で
きなかったが、本発明では、小規模実験でも５ｋＷのマ
イクロ波電力による強力な熱プラズマジェットを発生で
き１種々の反応物質の生成ができた。今後マイクロ波発
振源の増力および本装置の冷却法の改善などによって、
より強力な熱プラズマジェットを発生し、新物質の生成
など数多の応用面が開拓される希望が明るくなった。
尚一般にマイクロ波とは周波数ＩＧＨｚ（３ＧＨｚ）以
上の周波数を総称しているが、本発明を実施する際には
、このような周波数に限定されることなく、数百ＭＨｚ
あるいは数十ＭＨｚの低い周波数範囲の高周波発生源の
エネルギーをも利用できる。従って本発明では、大電力
エネルギーが容易に使用でき、Ｈ２やＮ２ガスなどのプ
ラズマジェットによる超電導物質の生産業の新たな利用
面も現実的となった。
上の周波数を総称しているが、本発明を実施する際には
、このような周波数に限定されることなく、数百ＭＨｚ
あるいは数十ＭＨｚの低い周波数範囲の高周波発生源の
エネルギーをも利用できる。従って本発明では、大電力
エネルギーが容易に使用でき、Ｈ２やＮ２ガスなどのプ
ラズマジェットによる超電導物質の生産業の新たな利用
面も現実的となった。
第１図は本発明の構造を示す縦断面概略図、第２図は、
従来使用されたＴＭＯＩＯ型空胴共振器を使用するプラ
ズマ発生装置の略図で、同図（イ）は縦断面図、（ロ）
は横断面図、第３図は本発明に使用する ＴＥＯ１１型
空胴共振器の説明図で、（イ）は縦断面、（ロ）は横断
面を示す。 ｌは空胴共振器、２は結合用導波管、３は結合孔、４は
キャリヤガスおよび反応物質注入絶縁管、５は回転層流
を生じさせる冷却ガス用絶縁管、６は冷却液用絶縁管、
７は冷却ガス注入口、８は冷却液注入口、９は同出口、
１０はプラズマ炎。 （自発）手続補正書 １．事件の表示 昭和６２年 特 許 願第３３５５１９号２、発明の
名称 熱プラズマ発生装置 ３、手続をした者 事件との関係 特 許 出 願 人名 称 日本
高周波株式会社 ４、代理人 （外１名） ５、補正の対象 「委任状」・「明細書、発明の詳細
な説明」の欄。 ６、補正の内容 （１）別ｔが通り委任状を補充する。 （２）明細書９頁７行「Ｎ２」の次に「、０２Ｊを加入
する。
従来使用されたＴＭＯＩＯ型空胴共振器を使用するプラ
ズマ発生装置の略図で、同図（イ）は縦断面図、（ロ）
は横断面図、第３図は本発明に使用する ＴＥＯ１１型
空胴共振器の説明図で、（イ）は縦断面、（ロ）は横断
面を示す。 ｌは空胴共振器、２は結合用導波管、３は結合孔、４は
キャリヤガスおよび反応物質注入絶縁管、５は回転層流
を生じさせる冷却ガス用絶縁管、６は冷却液用絶縁管、
７は冷却ガス注入口、８は冷却液注入口、９は同出口、
１０はプラズマ炎。 （自発）手続補正書 １．事件の表示 昭和６２年 特 許 願第３３５５１９号２、発明の
名称 熱プラズマ発生装置 ３、手続をした者 事件との関係 特 許 出 願 人名 称 日本
高周波株式会社 ４、代理人 （外１名） ５、補正の対象 「委任状」・「明細書、発明の詳細
な説明」の欄。 ６、補正の内容 （１）別ｔが通り委任状を補充する。 （２）明細書９頁７行「Ｎ２」の次に「、０２Ｊを加入
する。
Claims (1)
- １、入力高周波電力に対して、ＴＥ０１１姿態の共振を
行う金属製円筒の同心状中央部に二重若しくは多重の耐
熱絶縁管を通し、その中央管内に、作動ガスを流し、そ
の外周絶縁管内に冷却液を流しておき、外部より導波管
または同軸管を介し、共振円筒側壁の結合部を通して高
周波電力を印加し、ガスを励起させて熱プラズマを発生
させ、必要に応じてその内部に反応物質を注入させる熱
プラズマ発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62335519A JPH0693397B2 (ja) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | 熱プラズマ発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62335519A JPH0693397B2 (ja) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | 熱プラズマ発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01176700A true JPH01176700A (ja) | 1989-07-13 |
| JPH0693397B2 JPH0693397B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=18289479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62335519A Expired - Fee Related JPH0693397B2 (ja) | 1987-12-29 | 1987-12-29 | 熱プラズマ発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0693397B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000025557A1 (fr) * | 1998-10-23 | 2000-05-04 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Dispositif de production de plasma au moyen d'hyperfrequences, procede et systeme de decomposition d'un halogenure organique |
| JP2011522691A (ja) * | 2008-05-28 | 2011-08-04 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | マイクロ波プラズマの冷却方法およびそれを用いる化学分子の選択的破壊のためのプラズマ処理システム |
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