JPH09501794A

JPH09501794A - 電気放電による粒状物質の処理

Info

Publication number: JPH09501794A
Application number: JP50708994A
Authority: JP
Inventors: ケイ．ティルコ、ヨゼフ
Original assignee: リフランココーポレイション
Priority date: 1993-08-19
Filing date: 1994-08-12
Publication date: 1997-02-18
Also published as: CN1103232A; EP0722376A4; EP0722376A1; ZA946162B; US5824988A; US5626249A; US5403991A; KR960703700A

Abstract

(57)【要約】プラズマ作用によって物質を処理するリアクター及び方法。複数の電極構造体（２１）−（２６）が電極間空間と協働する反応領域を区画するように配置されている。電極問空問は（予めイオン化されることによって）調整され、一連の別々の電気放電が反応領域全体に生起される。好適な実施形態では、反応領域は反応領域内で処理される物質の滞留時間よりも短い時間間隔で一連の別々の電気放電に晒される。

Description

【発明の詳細な説明】電気放電による粒状物質の処理発明の背景本発明はプラズマとの相互作用による物質の処理、より詳細には同処理を不連続電気放電を介して実施するためのリアクター及び方法に関する。プラズマから得られる比較的高いエネルギー・レベルの利用価値は、多くの粒状物の処理において認められている。プラズマを形成する周知の一般的方法は、電流を高温の流出体（Effluents）へ変換することに基づく。流出体は自身の高い温度及びエンタルピーにより、供給材料と相互作用を起こす。この結果、流出体は低い温度における反応と比較して更に高い反応速度を実現する。プラズマ・トーチ（“プラズマトロン（Plasmatrons）”）等の低温プラズマを形成する殆どの従来の方法に関する工業的利用価値は、トン単位での粒状物処理において証明されていない。低温プラズマを利用した粒状物処理に関する問題点は、１９８２年１１月３０日に共同発明者の一人であるヨゼフケイ．ティルコに付与された米国特許第４，３６１，４４１号に開示されており、これをもって本明細書中にその内容を開示したものとする。前記の米国特許において定義された“低温プラズマ”とは、１００，０００°Ｋ未満のイオン温度を有する任意のプラズマを指す。この定義は本明細書中においても維持される。更に、“粒状物質”は個体粒子及び流体（気体または液体）、並びにこれらの化合物または混合物を含む。前記の米国出願に開示されているように、低温プラズマ技術の工業的利用は２つの異なるルートに沿って開発されてきた。第１のルート（同ルートでは、大量のアーク放電を供給材料の浮遊に使用していない）はアノード上におけるアーク衝突点を主に利用している。この意味において、第１のルートは電気アーク炉のように機能する。第２のルートは本発明に更に関連しており、形成されたプラズマの全体積内において粒子を“浮遊状態（In flight）”で処理する。この目的を達成するためには、プラズマの膨張が必要であり、同膨張はプラズマの初期体積を増加させることを含む。これは本発明の共同発明者の一人であるヨゼフケイ．ティルコによって開発された。プラズマを膨張させる２つの方法は、前記の米国特許中に開示されている。これらの方法はいずれも膨張したプラズマ体積の形成及び同体積の維持を含む。これらの方法に関連するとともに、本発明の理解に役立つ方法は英国特許第１，３９０，３５１から３号に開示されている。この方法において、カソードとして機能するプラズマ・トーチは円軌道上を旋回し、さらには下流に位置する環状電極へ向けてアークを垂直方向に対して僅かな角度をともなって放出する。円錐台状をなすプラズマ領域は、軌道上を旋回するアーク放電によって形成されている。この方法は多くの反応の研究に使用される研究室用プラズマ炉としても良好に機能する。しかし、トーチを旋回させる必要性に基づく機械的限界は、この方法の工業的利用を大きく制限する。前記の特許に開示された方法は、トーチの旋回に関する多くの問題を処理している。この方法論では、アーク放電は固定された電極構造体間に形成される。そして、電極構造体のうちの少なくとも１つは環状をなしている。前記の特許に開示されているシステムの主な要件としては、膨張したプラズマを電極構造体間に位置する反応領域内に形成し、かつ同膨張したプラズマを維持することが挙げられる。前記の特許に開示された方法論の初期のバージョンは、プラズマトロンの利用を必要とした。後期のバージョンは、アノードの環状構造を維持する一方で、中央のカソードとして簡単な電極構造体を利用している。環状アノードは複数のアノード・セグメントから構成されている。このようなシステムは、１９９１年４月にユニバーシティ・オブ・ミネソタにおいてスティーブンアンソニーヴルコタが記述した“電気アーク炉からの金属回収のためのサステインド・ショック・ウェーブ・リアタターの利用（Use of the Sustained Shock Wave Reacto r for the Recovery of Metals From Electric Arc Furnace）”と称される修士論文中に開示されている。前記の特許の方法は処理対象物質を更に大量に充填することを可能にする一方、少なくとも幾つかの物質がプラズマ内において示す特異な作用の効果を有する。プラズマ領域内に存在する粒子が高い密度を伴って浮遊することにより、有効エネルギー束が増大し、これによりプラズマ及び個体間に急激な相互作用が生じると結論づけている。これらの相互作用は純粋に熱力学的相互作用である必要はない。事実、前記の特許に開示された方法は、これらの非熱力学的（異常）現象を利用している。前記したように、これらの従来の方法における問題点としては、プラズマを形成するアーク放電の維持が挙げられる。一般的に、膨張したプラズマ内に案内する物質の量を増加した場合、アークが消滅する可能性が増大する。アークの消滅は多くの問題とともに処理の中止を招来する。前記の特許において、アークが消滅する問題は放電が環状電極構造体（アノード）の周辺を循環する間に、カソード電極構造体及びアノード電極構造体の間に生じる電位差の急激な変化を利用することによって処理されている。しかし、工業的に重要な供給材料を充填する際のプラズマの維持が問題として残された。最も低いエネルギー形態のパターンが確立され得る。また、充填量の多さも問題として残され、充填量が多いことにより全ての粒子を処理できない。即ち、前記の特許に開示された方法は非機械的手段によりアークを旋回させることにより従来技術における機械的制限を解消した。この方法では、機械的手段が実現し得る回転速度を遥かに上回る回転数が実現されている。更に、供給電力の急速な変化によって生じるアークの脈動は、処理対象物に作用するプラズマを強化する非熱力学的現象を利用する一方で、アーク放電の維持能力を改善する条件を形成する。しかし、環状電極構造体周辺を旋回するアーク放電を維持する必要性は、この方法の工業的利用を大きく制限する。更に、充填量の多さが問題として残されている。オペレーション中、最も低いエネルギー形態のパターンが確立されていた。この結果、粒子は均一に処理されていなかった。発明の概要本発明は旋回するアーク放電の維持の必要性を排除する一方で、前記の特許に開示する方法の利点を提供する。これに代えて、不連続な電気放電は互いに離間する電極構造体によって形成された処理領域、即ち反応領域内にて使用される。処理領域は処理対象となる大量の粒子を含む。そして、放電は浮遊状態の粒子に作用する。これらの放電は時間的に連続して実施し得る。しかし、同放電は空間的に連続して順次実施する必要はない。更に、同放電は時間的及び空間的に重複可能であり、かつ同時に実施してよい。従って、連続的に旋回して実施される放電を排除できる。前記の特許に開示され、かつ初期に実現された非熱力学的現象を使用する一方で、高い密度を有する浮遊状態の粒子が処理領域内に存在することにより、有効エネルギー束が増大する。特に、これらの非熱力学的現象は“マイクロフィールド”の形成によって得られると考えられる。同マイクロフィールド内では、非常に高い局所的電位差と、これに関連し、かつ変動を伴う他の異常とが生じる。これらの高い局所的電位差及び関連する異常は処理対象粒子に対して顕著な効果を示す。これらの効果の例としては、電気的ストレス及び機械的応力を加えることと、崩壊を補助し、かつ分極を引き起こすことと、イオン化の増大と、固体との間の相互作用とが挙げられる。この特性の効果は基本的に非熱力学的であり、プラズマの微視的メカニズム内に存在する。前記の特許に開示されているように、これらの効果は確認されているが、経済的利用に必要とされる十分に安定したプラズマの形成及び同プラズマの維持に依存している。本明細書中に開示するモデルは非常に簡略化されている。しかし、同モデルは本発明及び従来技術の間の主な違いを指摘するとともに、本発明の範囲内で動作する基本的メカニズムを示している。従来技術では、膨張した安定なプラズマの形成及び維持が必要であった。本発明に基づく好ましい実施例では、処理領域を形成する互いに離間した電極構造体を有するリアクターが提供される。処理領域は所望の方法にて予めイオン化されている。そして、不連続電気放電が処理領域全体にわたって形成される。不連続電気放電は所望の順序に基づくとともに、短い時間的間隔、好ましくは処理領域を通過する処理対象物質の通過時間より更に非常に短い時間間隔で実施される。任意の電極の形態を使用する好ましい実施例では、１つ以上の電極構造体がアノードまたはカソードとして交互に機能し得る。即ち、本発明に基づく電極構造体は可変極性（Variable polarity）を伴って動作させ得る。この可変極性は本発明の重要な特性であるとともに、本発明と従来技術との本質的違いを強調する。即ち、膨張したプラズマを電極間空間内において形成し、かつ同膨張したプラズマを維持するために前記の従来技術に基づく装置に使用されている電極は、膨張したプラズマを維持するために自身の極性を維持する必要がある。本発明はリアクター以外に、電気放電による物質の処理方法を提供する。同処理方法は、複数の電極構造体を配置して所望の電極間空間を区画する工程と、前記電極間空間を所望の方法で予めイオン化することによって同電極間空間を調節する工程と、処理すべき粒状物質を前記電極間空間に通す工程と、前記電極構造体間に所望の順序で複数の別々の電気放電を生起する工程とを含む。本発明の方法に基づき、電極間空間全体は、同電極間空間で処理される粒子の期待される滞留時間より短い時間間隔で不連続電気放電を受ける。好ましい実施例において、円錐状処理領域は１つの中央のカソードと、同カソードから長さ方向に離間し、かつ環状に配置された複数のアノードとによって形成されている。この構造は前記の特許に開示された構造に表面的に類似する一方で区別され得る。より詳細には、アーク放電は環状をなすアノード電極構造の周囲を旋回する必要はない。その代わり、本発明では、不連続な電気放電は環状に配置されたアノード構造体に沿って順次移動し得る。更に、環状に配置された電極構造体の任意の一部または全ては、カソードとして機能し得る。これは本発明を前記の特許と明確に区別する。任意の数の電極配置を特定の用途に基づいて使用できる。更に、本発明はガラスの製造、化合物の合成または化学的若しくは物理的反応から得られる廃棄物（固体、液体若しくは気体、またはこれらの組み合わせ）の処理に使用できる。リアクターは広い圧力範囲（大気圧以下から同大気圧以上）及び各種の状況（還元状態、酸化状態または中立状態）にわたる動作が可能である。図面の簡単な説明図１は本発明のリアクターの側面図である。図２は本発明に基づく好ましい電極配置及びその制御を示す図である。図３は本発明に基づく好ましい制御回路を示す回路図である。図４は図３の回路の一部の変形例を示す回路図である。図５Ａ〜図５Ｆは互いに離間する電極構造体によって形成された処理領域を通じて実施される不連続電気放電の順番を示す図である。図６は動作順序の一部における図３の電源スイッチのオン／オフの状態を示す表である。発明の詳細な説明図１は従来技術において周知の多くのエレメントを組み込むとともに、本発明を実施する際に使用される、本発明に基づくリアクターの概略図である。図１のリアクターにおいて、供給材料ディスペンサ１０は静電充電プローブ１１を介してモジューラヘッド１２に接続されている。供給材料ディスペンサ１０はプラズマを生成するガス、冷却剤及び始動電極用の電源も受け入れる。プラズマヘッド１２の下流には反応室１３及び電極集合体部１４が設けられている。図１のリアクターの他の部分は用途が特定され、例えばリアクターがエネルギーを回収するために用いられるのであれば利用され、電極部１４の直下に燃焼室１５を有している。燃焼室１５には符号１６において制御された量の空気が注入されるが、これは、例えば反応室１３において分離された炭素価（carbon value）の燃焼を生じさせるためである。サイドダクト１７は蒸気を上昇させ、電気を発生させるために、生成される熱風を運び去り、固形残留物は冷却室１８を通ってコレクタ１９に達する。図１に示すリアクターは一般的に記載され、本願に組み入れた特許の図３に示すリアクターに類似しており、本願に組み入れた特許において記載されるものと同一の用途領域を有している。図２について説明すると、図１のリアクターのモジューラヘッド１２に収容される軸方向における電極構造体２０と、図１のリアクターの電極集合体部１４の長手方向における中心軸の周囲に環状に配置された複数の電極構造体２１−２６が示されている。図２の実施形態の例では、６つの電極構造体２１−２６が設けられ、これらは本発明に基づき、黒鉛製又は金属製の単純なロッド形構造体であって、例えば、これらは以下に説明するように連続パルス電荷が付与される。同様に、本発明に基づき、電極２０は電極２１−２６に類似した単純なロッド構造体である。各電極２０−２６は、スイッチコントロール２９を介して制御される連動スイッチ３０により、ベース電流源２７及びパルス電流源２８に接続されている。スイッチ３０の好ましい実施形態は図３及び図４を参照して以下に説明され、制御端子（図２において端子３１にて表される）を有している。この制御端子により、ベース電流源２７及びパルス電流源２８により生成される電位は、以下により詳細に説明するように、２つ以上の電極２０−２６間に選択的に付与される。端子３１は特定の実施形態に必要とされる１つ以上の制御端子を表している。本明細書において、これは「端子」という名称にて表される。スイッチコントロール２９の端子３１はスイッチ３０と協働する端子３１に接続されている。これらの接続は明快さを考慮して示されないが、当業者の技術範囲内にあることである。上記のように、図３の中央電極２０は電極２１−２６に対して軸方向に配置され、電極２０−２６の配置は電極間空間にほぼ一致する処理領域、即ち反応域を画定している。当業者であれば理解されるように、電極２０−２６、特に電極２１−２６は所望の形状又は配置にて如何様にも配置され、これら電極間又はこれら電極と電極２０との間において所望の電極間空間を如何様にも画定する。表面上、本明細書中にて説明される埋込み（implantation）において、電極２０はアノードと称され、電極２１−２６はカソードとして機能し、又は以下に説明するように、選択的にアノードとして機能する。実際、本発明の幾つかの実施形態において、各電極は選択的にアノード又はカソードとして機能する。更に、６つの電極２１−２６が示されているが、所望の用途により、同様に構成されるとともに電気的に接続された電極の数を幾つにしてもよい。選択的にアノード又はカソードとして機能するように接続されたこれら電極は、本明細書において可変極性電極と称される時もある。動作中、電極構造体２０と協働するスイッチ３０は協働する端子３１及びスイッチコントロール２９を介して制御され、ベース電流源２７の負の端子を電極構造体２０に接続する。同時に、電極構造体２１−２６（通常、全ての電極構造体２１−２６）と協働する１つ以上のスイッチ３０は、協働する制御端子３１及びスイッチコントロール２９を介して選択的に制御され、ベース電流源２９の正の端子を電極構造体２１−２６のうちの選択された電極構造体に接続する。ベース電流源２９の出力は周知の方法で選択かつ制御され、ベース電流を形成して電極間空間を予めイオン化する。勿論、周知の如何なる方法でも予めイオン化することにより、電極間空間を調整することは本発明の範囲内にある。この調整（例えば、予めイオン化する）により実質的な電位差を有する選択された電極構造体間に放電を許容する。このような放電は以下により詳細に説明するように、パルス電流源２８から電極構造体２０−２６にパルスを選択的に付与することにより行われる。当業者には明らかなように、電極２０−２６間における連続放電はイオン化レベルを維持することにより電極間空間を「調整」し、作用の継続中にベース電流が停止することを許容する。電極構造体２０−２６のいずれも放電に対してカソードとして機能する。従って、スイッチ３０を選択的に制御することにより、電極間空間にわたって放電が拡大するように放電の制御を可能にすることは明らかである。これは図５を参照して説明されている。上記のように、これらの放電と処理領域内にて処理される粒状物質との相互作用、詳細には該領域内におけるマイクロフィールドの効果は、従来技術のように膨張プラズマを設定し、かつ維持する必要がなく、プラズマとの相互作用（プラスマ作用）をもたらす。図３は好ましい制御回路、詳細には図２のスイッチ３０の好ましい実施形態を示す。幾つかの図にわたって、同様の要素を示すのに同様の符号を用いている。図示した実施形態において、スイッチ３０は１つ以上のゲートターンオフ・サイリスタ（GTO）により構成されている。しかし、本発明を実施するのに他の半導体電源スイッチを用いてもよく、電流パルスを付与するのに、バイポーラ接合トランジスタ、ＭＯＳ電界効果トランジスタ技術及び他のサイリスタがあると理解されたい。図３の実施形態において、好適なスイッチ制御回路（符号２９にて表される）は上記のように、かつ図４に示すように、周知の方法でスイッチ３０に対し、ＧＴＯの制御電極に接続されている。本発明の説明において、オン又はオフ状態を得るため、適正な制御信号をＧＴＯの制御電極に付与する制御回路２９によって、種々のサイリスタが「オン」（伝導）又は「オフ」（非伝導）になっていると説明されている。各電極２０−２６と協働するスイッチ３０は”Ｃ”（カソード）、”Ｐ”（パルス）及び”Ｂ”（ベース電流）と名付けられた３つのＧＴＯから構成されている。当業者は理解されようか、パルス電流源２８の正の出力は”Ｐ”と名付けられたＧＴＯの各々に接続され、ベース電流源２７の正の出力は電流分担を向上させる、磁気的に結合されたインダクタ３２を介し、”Ｂ ”と名付けられたＧＴＯの各々に接続されている。動作時、図２に示すような「円錐形」の電極配置を想定すると、電極２０と協働するスイッチ３０は、電極２０がカソードとして機能するように制御される。即ち、電極２０と協働する”Ｃ”ＧＴＯは伝導し、協働する”Ｂ”及び”Ｐ”ＧＴＯは「オフ」状態である。電極２１−２６と協働する”Ｃ”ＧＴＯは「オフ」状態である。電極２１−２６と協働する各”Ｂ”ＧＴＯは、「カソード」電極２０と「アノード」電極２１−２６との間に電流が流れるように導通している。この電流は選択されて電極間空間を予めイオン化し、実用電位差にて電極２０と電極２１−２６との間におけるアーク放電に必要な条件を設定する。上記のように、予めイオン化することは適正な方法により代替的に、又は付加的に行われる。電極間空間を適正に調整し（例えば、上記のようにベース電流源２７を介して予めイオン化される）、パルス電流源２８からの出力が電極２１−２６と協働する各”Ｐ”ＧＴＯに付与される。スイッチコントロール２９の制御下において、ＧＴＯの１つは「オン」にされ、協働する電極２１−２６とカソード電極２０との間にアーク放電が生じる。以下により詳細に説明するように、スイッチコントロール２９は所望の順序のパルス（電極２１−２６と電極２０との間に）を形成するのに用いられることは明らかである。各電極２０−２６に関連し、図３及び図４に端子３５が示されている。端子３５は、電流検出器３６とともに用いられ、アノードとして機能する電極２０−２６の各々又はいずれかの間における電流を相対的に検出する。このような電流及び関連電圧は関連電極に近接して処理される供給材料の装填を表している。この情報は、特定の電極の影響の領域、即ちフィールド内における相対的な装填状態により決定するファイアリング順序又は他の適正な作用を選択するのに利用することができる。各電極２０−２６と協働する端子３５間の接続は、電流検出器３６と協働する端子３５により表されている。明快さを考慮し、図３には特定の接続は示されていない。さて、図４を参照すると、図３に示す実施形態の一部に対する変形例、特には各電極２０−２６と協働するスイッチ３０に対する変形例が示されている。図４に示すように、”Ｃ”ＧＴＯ４０は図３のスイッチ３０の”Ｃ”ＧＴＯに相当し、一方、”Ｂ”及び”Ｐ”ＧＴＯ４１及び４２は”Ｂ”及び”Ｐ”ＧＴＯにそれぞれ相当する。端子４３及び４４は図３の２７で示すようなベース電流源の負及び正の出力に接続可能であり、その端子４３は図３に２８で示すようなパルス電流源の負の出力に接続されている。図４の端子４５は図３に２８で示すようなパルス電流源の正の出力に接続可能である。電極４６は図３のいずれかの電極構造体２０−２６を示すことが可能である。この点に関し、図４に記載のエレメントは、電流検出器３６の端子３５を介した接続及びスイッチコントロール２９を介した制御と同様に、図３に記載のものと直接的な関連を有する。図４の変形例では、端子５０は追加のパルス電流源の負の出力に対する接続に適用され、そのパルス電流源は図３に２８で示すものに本質的には相当し、一方、端子５１はそのパルス電流源の正の出力に対する接続に適用される。端子５０は本質的には図３に２７で示すものに類似したベース電流源の負の出力に接続可能であり、その第２ベース電流源の負の出力はカソード電極２０に対して、当該技術に精通した者にとっては明らかな方法で接続される。第２”Ｃ”ＧＴＯ５２は端子５０に設けられ、一方、追加の”Ｐ”ＧＴＯ５３は端子５１に設けられている。ＧＴＯ５２及び５３はＧＴＯ４０及び４１にその機能において相当するが、第２及あるいは追加のパルス電流源及びベース電流源に接続されることにより、第１の組のパルスに追加して、それらに重ね合わせることによって、あるいは独立した一組のパルスとしてのいづれかで、第２の組のパルスを供給する。次に、図５Ａ−５Ｆを参照すると、図２の電極構造体２１−２６の配列に相当する一連の環状に配置された電極が模式的に例示されている。図５Ａ−５Ｆでは、電極構造体２１−２６の間に延びる点線が上記の制御システム、特には図３の制御システムによって確立された別々の電気放電を示している。電極間空間が適正に調整（予めイオン化）されたとすると、各電極及びいかなる電極２１−２６もカソードとして作用するように選択でき、他の電極はアノードとして選択的に作用する。例えば、図５Ａでは、電極構造体２３はカソードとして作用し、電極構造体２１，２６及び２５はアノードとして順次作用する。すなわち、別々の電気放電が（パルス電流源２８を介して）まず電極（カソード）２３と電極（アノード）２１との間に確立される。パルス電流源２８からの次のパルスはスイッチコントロール２９の制御の下に、カソードとしての電極２３とアノードとしての電極２６との間に付与される。同様に、次のパルスはカソードとしての電極２３とアノードとしての電極２５の間に付与される。その後、スイッチコントロール２９が動作して、カソードとして電極構造体２２を選択し、かつアノードとして電極構造体２４−２６を選択して、図５Ｂに示すように、これらの電極間で循環する一連の別々の電気放電を行うことを可能にする。本質的に、図５Ａ−５Ｆにそれぞれ示す連続的なファイアリングは同時には存在しないが、いくつかのオーバーラップは存在する。更に、図５Ａ−５Ｆによって選択された順序でカソード及びアノード電極を選択的に切り換えることにより、電極間空間の全容積が電気放電に晒される。従って、その容積内の粒子は本発明に基づく処理に晒される。勿論、いかなるファイアリング順序も利用することができ、それには、図４を参照して記載したように、多重パルスとベース電流源とによって生起される多重放電が含まれている。更に、電極２０は本発明に基づくリアクター内にて（カソード又はアノードとして）使用可能であり、電極間空間は１つ又はそれ以上の電極の移動によって変形可能である。実際には、電極配置は特定の用途及びその用途での要求に応じていかなる所望の配置にも容易に変更可能である。電極配置、ファイアリング順序及びタイミングは、ほぼ全体の電極間空間がその電極間空間内で処理されるべき粒子の期待滞留時間より短い時間間隔、好ましくは相当に短い時間間隔内に別々の放電に晒されるように、選択される。これは、電極間空間の反応領域を通過する処理すべき粒状物質の通過時間よりも短い時間間隔、好ましくは相当に短い時間間隔内において、別々の電気放電を選択された順序で行うことにより、達成可能である。図６の表は図５Ａに示すファイアリング順序についての伝導／非伝導（オンはＸ、オフはＯ）を示す。表中、第１行は特定の電極構造体を示し、第２行は各電極と協働する特定の”Ｃ”，”Ｂ”及び”Ｐ”ＧＴＯを示す。表の第３から第５行はパルス電流源２８によって発信される第１、第２及び第３パルスを示す。表を見ると、電極２３と協働する”Ｃ”ＧＴＯは３つのパルス全体を通じてオンされており、一方、他の電極と協働する”Ｃ”ＧＴＯはオフされている。電極２３と協働する”Ｐ”ＧＴＯはオフされており、一方、他の電極と協働する”Ｂ”ＧＴＯはオンされている。これにより、ベース電流源２７を介したベース電流が電極２３のカソードと、アノードとして作用する他の電極との間に供給される。電流パルス源２８からの第１パルスと同時に、電極２１と協働する”Ｐ”ＧＴＯが導通し（オンになり）、よって、電極構造体２１及び２３の間に電位が付与され、その結果、図５Ａのこれらの電極構造体間に点線によって示すように別々の電気放電が生じる。電流パルス源２８からの第２パルスは電極構造体２１と協働する”Ｐ”ＧＴＯをオフし、一方、電極構造体２６と協働する”Ｐ”ＧＴＯをオンする。従って、図５Ａのこれらの電極構造体間に点線で示すように、電極構造体２３及び２６間に放電が適用される。最下行は順序中の第３パルスの間におけるＧＴＯの状態を示し、その結果、電極構造体２３のカソードとアノード２５との間に電気放電が生じる。その後、いずれかの電極構造体２１−２６がカソードとして使用されて、それと協働する”Ｃ”ＧＴＯがオンされ、かつ、それと協働する”Ｐ”ＧＴＯがオフされる。他の電極構造体の”Ｃ”及び”Ｂ”ＧＴＯは反対の状態にあり、一方、アノードとして作用することが望まれる電極の”Ｐ”ＧＴＯは電流パルス源２８からのパルスと同時にオンされる。電極構造体２０は図示した装置中において、それと協働する”Ｃ”，”Ｂ”及び”Ｐ”ＧＴＯの状態に応じて、カソード又はアノードとして作用することが可能である。この記載から明らかなように、各電極構造体２０−２６はカソード又はアノードとして交互に作用することができ、よって、可変の極性を示す。更に、放電はカソードとして一つの電極を使用する所望の順序に従って生じ、一方、カソードとしての電極の選択も同様に所望の順序に従って行うことが可能である。上記のように、電極は所望の構成に配置することができ、かつ、動作中の配置あるいは初期のセットアップ状態を変更するために、周知の方法で移動可能である。例えば、上記の電極配置により、中央のカソード２０を考慮すれば、ほぼ円錐形の電極間空間が確立される。それ以外に、非円錐形の配置が本発明によって考慮されている。又、自然発生あるいは誘起される共鳴現象は浮遊する粒子と相互に作用してそれらの取り扱いを改善する。更に、処理領域は同一又は異なる電極配置を有する異なる領域と「組み立てる」ことも可能である（粒子通路内に順次配置された多重処理領域）。本発明に基づくリアクターの動作を円滑に行うため、磁場コイルを、調節可能な動力源とともに、当業者にとって周知の方法で設けることが可能である。最後に、処理すべき粒状物質、プラズマ形成用のガス及び／又は安定処理が周知の方法、例えば、本願に組み入れた特許の示唆に従って、反応領域内に導入可能である。従って、別々の電気放電を使用してプラズマ作用によって粒状物質を処理するのに整合したいかなる電極配置も、添付した請求の範囲に記載の本発明の範囲内にあることが理解されるべきである。

Claims

【特許請求の範囲】１．処理領域を区画する離間した電極構造体を備えた形式の、電気放電によって粒状物質を処理するリアクターにおいて、その改良は処理領域を予めイオン化するための手段と、前記処理領域全体を通じて別々の電気放電を生起するための手段とを含む。２．電気放電によって粒状物質を処理するためのリアクターであって、所望の形状の電極間空間を区画する複数の離間した電極手段と、前記電極間空間を予めイオン化するための手段と、前記電極間空間に処理すべき粒状物質を導入するための手段と、前記電極間空間全体を通じて一連の別々の電気放電を生起するための手段とを備えるリアクター。３．前記予めイオン化する手段は前記電極間空間内にベース電流を確立するための手段を備える請求項２のリアクター。４．調整された処理領域内にて電気放電によって粒状物質を処理するためのリアクターにおいて、そのリアクターは処理すべき粒状物質を処理領域に通すための手段と、前記処理領域を通る粒状物質の通過時間よりも相当に短い時間間隔に渡り、一連の別々の電気放電に前記処理領域全体を晒すための手段とを備える。５．前記電気放電に晒す手段は複数の離間した電極構造体と、前記電極構造体間に非正弦波パルスを選択的に付与するための手段とを備える請求項４のリアクター。６．前記電極構造体間にベース電流を選択的に確立するための手段を更に備える請求項５のリアクター。７．前記ベース電流を検出するための手段と、前記ベース電流検出手段に応答して前記パルスが付与される電極構造体を選択するための手段とを更に備える請求項９のリアクター。８．電気放電によって粒状物質を処理する方法であって、複数の電極構造体を配置して所望の電極間空間を区画する工程と、処理すべき粒状物質を前記電極間空間に導入する工程と、前記電極構造体間に所望の順序で複数の別々の電気放電を生起する工程とを備えた方法。９．少なくともいくつかの前記電極構造体間にベース電流を確立する工程を更に含む請求項８の方法。１０．ベース電流を検出し、かつ、検出されたベース電流に従って前記所望の順序を確立する工程を更に含む請求項９の方法。１１．電気放電によって粒状物質を処理する方法であって、複数の電極構造体を配置して所望の電極間空間を区画する工程と、前記電極間空間を予めイオン化する工程と、処理すべき粒状物質を前記電極間空間に通す工程と、電極間空間内にて処理すべき粒子の期待滞留時間よりも相当に短い時間間隔に渡り、別々の電気放電に前記電極間空間のほぼ全体を晒す工程とを備える方法。