JPH0240475Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、化学反応プロセスや高温試験等に
用いられる高周波プラズマトーチ炉の改良に関す
る。

従来の技術 従来の高周波プラズマトーチ炉では、炉心管と
して、耐熱性のある石英ガラス管や高純度石英管
などが用いられている。

考案が解決しようとする問題点 ところで、高周波プラズマトーチ炉を長時間安
定に使用するためには炉心管の熱変形あるいは熱
破損を防ぐ必要がある。そこで、従来より炉心管
内部にシールガスと呼ばれるガスの層流を流すよ
うにしており、このガスによつて断熱層を形成し
ている。そして、この場合、炉心管とプラズマ高
温部とが接触することがないように、プラズマ生
成ガスに比較して速い流速でこのシールガスを流
す必要がある。また、他の例では炉心管外壁に水
冷を施したものもある。

そのため、従来では大出力の高周波プラズマト
ーチ炉は大型化せざるを得ないという問題があつ
た。

この考案は、従来に比較してより小型で大出力
化することが容易な高周波プラズマトーチ炉を提
供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 この考案による高周波プラズマトーチ炉は、多
孔質の耐熱管からなる炉心管と、その外周に設け
られた加圧室とを有し、上記炉心管の微細な穴か
らシールガスを該管の内壁と略直角な方向に噴出
させるようにしたことを特徴とする。

作 用 炉心管として多孔質の耐熱管を使用し、その外
周に加圧室を設け、シールガスを炉心管の微細な
穴からにじみ出すようにしているため、シールガ
スは炉心管の内壁と略直角な方向に噴出し、プラ
ズマ高温部と炉心管との間にシールガスによる断
熱層を効率良く形成することができる。そのため
炉心管の破損を防ぐことができるとともに、炉心
管内でプラズマを安定に保持できる。

実施例 第１図において、炉心管１は多孔質石英ガラス
管や多孔質セラミツク管などの多孔質の耐熱管に
より構成されており、その外周に加圧チヤンバ２
が設けられている。この多孔質の耐熱管は、たと
えば石英ガラスやセラミツクの管にドリルで微細
な穴を多数（たとえば直径0.2mmの穴を300個）設
けたものや、あるいは素焼きの管を用いる。素焼
きの管の場合には直径数μｍ〜数10μｍの穴が無
数に形成されている。加圧チヤンバ内には高周波
コイル３が配置される。他方、炉心管１と同心に
石英管４，５が配置される。石英管４は化学反応
を行なう場合の反応物をトーチ内に導くもので、
石英管５はプラズマ生成ガスを流すためのもので
ある。

この高周波プラズマトーチ炉を実際に用いてみ
たところ次のような結果を得ることができた。具
体的には、高周波コイル３として、直径６mmの銅
管を内径50mm、ピツチ10mm、ターン数５回に巻い
たものを用いた。なお、この銅管の内部には冷却
水を流して加熱を防ぐようにした。そしてEp＝
8kV，Ip＝4A、入力32kW（DC）の条件で運転さ
れる発振器でこのコイル３を駆動した。石英管５
には、プラズマ生成ガスとしてAr，O₂の混合ガ
スを毎分40リツトル流し、炉心管１にはシールガ
スとしてArガスを毎分20リツトル流した。また、
加圧チヤンバ２の入口２１からシールガスとして
Arガスを送り込んで加圧チヤンバ２内の圧力を
４Kg／cm²とした。点火は、タングステンワイアを
アース棒として用い、このワイアをトーチ炉内に
差し込んで高周波コイル３からの放電によつて行
ない、高周波プラズマ６を形成した。この実施例
では石英管４によりSiCl₄，O₂を導入し、炉内で SiCl₄＋O₂→SiO₂＋2Cl₂↑ の反応を起させこの反応により生成したSiO₂を
石英ターゲツト板上に補集したところ、毎分４ｇ
のSiO₂の堆積を観察することができた。

さらに、この高周波プラズマトーチ炉を用いて
直径30mmで長さ500mmのカーボン棒を加熱してみ
た。放射温度計で測定したところ表面温度は2300
℃であつた。また、このプラズマ炎により５mmの
厚さの鉄板を加熱し直径30mm程度の部分を溶融す
ることにより穴をあけることができた。

第２図は他の実施例を示すものである。この実
施例では、加圧チヤンバ２を複数室（３室）に分
割してトーチ軸方向に加圧圧力を変化させ、プラ
ズマ集束（閉じ込め）度を変化させるようにして
いる。その結果、プラズマ炎の形状が変化し、プ
ラズマ炎テールフレームの温度分布を変えること
ができ、化学反応、プロセス、高温試験等におい
て理想的な熱源となる。他の構成は第１図と同様
である。

この実施例で加圧チヤンバの圧力設定を変化さ
せプラズマフレームのスポツトサイズ（プラズマ
フレームの太さ）を測定したところ、約直径35mm
→12mmまで変化し、幅広くプラズマ炎径を変化さ
せることができた。スポツトサイズはテレビカメ
ラにより観測しプラズマ炎の輝度分布により決定
された値であり、本測定ではトーチ上部８cmの点
で測定した。

考案の効果 この考案による高周波プラズマトーチ炉では、
炉心管の破損を防ぐために炉心管の壁面の微細な
穴から該壁に略直角方向にシールガスを噴出させ
て、プラズマ高温部と炉心管との間にガスによる
断熱層を設けるようにしており、従来に比較して
より小型で大出力の高周波プラズマトーチ炉を容
易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の模式的な断面
図、第２図は他の実施例の模式的な断面図であ
る。 １……炉心管、２……加圧チヤンバ、３……高
周波コイル、４，５……石英管、６……高周波プ
ラズマ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 多孔質の耐熱管からなる炉心管と、その外周に
   設けられた加圧室とを有し、上記炉心管の微細な
   穴からシールガスを該管の内壁と略直角な方向に
   噴出させるようにしたことを特徴とする高周波プ
   ラズマトーチ炉。