JPH1187095A - Inductively coupled plasma device - Google Patents

Inductively coupled plasma device

Info

Publication number
JPH1187095A
JPH1187095A JP9236607A JP23660797A JPH1187095A JP H1187095 A JPH1187095 A JP H1187095A JP 9236607 A JP9236607 A JP 9236607A JP 23660797 A JP23660797 A JP 23660797A JP H1187095 A JPH1187095 A JP H1187095A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
gas
inductively coupled
discharge tube
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9236607A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
康史 ▲榊▼原
Yasushi Sakakibara
Genichi Katagiri
源一 片桐
Sanae Suzuki
早苗 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP9236607A priority Critical patent/JPH1187095A/en
Publication of JPH1187095A publication Critical patent/JPH1187095A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make transmitting of a plasma flame possible to a processed object in a processing device, which is produced by high frequency inductively coupled, without generating a fouling in the device and efficiently. SOLUTION: In combustion processing applying irradiation of plasma flame 12, obtained by introducing plasma gas from a gas introducing part 4 on the inside of a discharge lamp 1 and flowing a high frequency current in a high frequency induction coil 2, to a processed object 20 consisting of powder graphite held as a fluidic layer by introducing oxygen to a diffusion chamber 16 of a furnace vessel 14 straitened by a straightening plate 15 to be made to flow upward, in an end part on the downstream of plasma gas of the discharge lamp 1, a plasma transport pipe 21 guiding plasma gas to the processed object 20 to consist of heat resistance material is incorporated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波誘導結合を
用いてアークプラズマを発生させ、例えば焼却、溶融等
の処理を行うプラズマ処理装置へと供給する誘導結合プ
ラズマ装置に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an inductively coupled plasma apparatus which generates arc plasma using high frequency inductive coupling and supplies the generated arc plasma to a plasma processing apparatus for performing processing such as incineration and melting.

【0002】[0002]

【従来の技術】誘導結合プラズマ装置は、放電管に同軸
に高周波誘導コイルを巻装し、高周波誘導コイルに高周
波電流を通電して放電管内部に導入したガスをプラズマ
化して用いる装置である。図6は、従来より用いられて
いる誘導結合プラズマ装置の基本構成図である。図6に
おいて、1は、円筒状の放電管であり、通常、電気絶縁
性、耐熱性材料である石英を用いて形成されている。図
に見られるように、放電管1は内管1aと外管1bとの
二重管構造よりなり、その隙間に冷却水を通して冷却す
ることにより、所定温度に保持し、熱的に保護して使用
される。2は、放電管1に同軸上に巻かれた高周波誘導
コイルで、通常3〜4ターン巻装して構成されている。
また、3は、高周波電源である。放電管1の一端には、
ガスを放電管1の周方向に吹き出すノズルと放電管1の
径方向に吹き出すノズルを備えたガス導入部4が備えら
れ、さらに接地電極5が配置されている。なお、接地電
極5は、図示されていないが水冷式であり、アース側に
接地して高周波誘導コイル2と容量結合されている。
2. Description of the Related Art An inductively coupled plasma apparatus is an apparatus in which a high-frequency induction coil is wound coaxially around a discharge tube, and a high-frequency current is applied to the high-frequency induction coil to convert the gas introduced into the discharge tube into plasma. FIG. 6 is a basic configuration diagram of a conventionally used inductively coupled plasma device. In FIG. 6, reference numeral 1 denotes a cylindrical discharge tube, which is usually formed using quartz which is an electrically insulating and heat-resistant material. As shown in the figure, the discharge tube 1 has a double tube structure of an inner tube 1a and an outer tube 1b. used. Reference numeral 2 denotes a high-frequency induction coil wound coaxially around the discharge tube 1 and is usually wound three to four turns.
Reference numeral 3 denotes a high-frequency power supply. At one end of the discharge tube 1,
A gas inlet 4 having a nozzle for blowing gas in the circumferential direction of the discharge tube 1 and a nozzle for blowing gas in the radial direction of the discharge tube 1 is provided, and a ground electrode 5 is further provided. The ground electrode 5 is of a water-cooled type, not shown, and is grounded to the earth side and capacitively coupled to the high-frequency induction coil 2.

【0003】本構成において、まず点火用ガスとして、
ヘリウムガス供給源8よりガス供給管6を通して供給さ
れるヘリウムガスを、上端に設けられたガス導入口4よ
り放電管1の内部に導入し、高周波電源3の出力電圧を
高周波誘導コイル2に印加する。放電管1に導入された
ヘリウムガスは、高周波誘導コイル2と接地電極5の間
に形成される容量結合電界により放電する。放電状態に
おいて、例えばアルゴンガス供給源9よりアルゴンガス
を導入して放電を維持し、続いて、ヘリウムガスの導入
を停止し、放電管1内のアルゴンガスの濃度を高めてア
ークプラズマに移行させる。これより後、プラズマへの
エネルギー供給は、高周波誘導コイル2により発生する
高周波誘導電界にてなされる。このプラズマを一般的
に、誘導結合型プラズマと呼んでいる。得られるプラズ
マは、電界の強さと形状およびガスの流れに依存する。
In this configuration, first, as an ignition gas,
Helium gas supplied from a helium gas supply source 8 through a gas supply pipe 6 is introduced into the discharge tube 1 through a gas inlet 4 provided at the upper end, and an output voltage of a high frequency power supply 3 is applied to the high frequency induction coil 2. I do. The helium gas introduced into the discharge tube 1 is discharged by a capacitive coupling electric field formed between the high-frequency induction coil 2 and the ground electrode 5. In the discharge state, for example, an argon gas is introduced from the argon gas supply source 9 to maintain the discharge, subsequently, the introduction of the helium gas is stopped, and the concentration of the argon gas in the discharge tube 1 is increased to shift to arc plasma. . Thereafter, energy is supplied to the plasma by a high-frequency induction electric field generated by the high-frequency induction coil 2. This plasma is generally called an inductively coupled plasma. The resulting plasma depends on the strength and shape of the electric field and the gas flow.

【0004】生じるプラズマは凡そ 10,000 K程度の高
温状態にあるので、急激な熱膨張が起こり、一般にプラ
ズマフレーム12(プラズマ炎)と呼ばれる状態で放電
管1の外部へと噴出する。噴出するプラズマフレーム1
2の長さと含まれる熱量は温度とガス種に依存してい
る。この噴出するプラズマフレーム12を利用すれば、
焼却・溶融など、特に高温度の熱処理を行うことができ
る。
[0004] Since the generated plasma is in a high temperature state of about 10,000 K, rapid thermal expansion occurs, and is ejected to the outside of the discharge tube 1 in a state generally called a plasma frame 12 (plasma flame). Spouting plasma frame 1
The length of 2 and the amount of heat involved depend on the temperature and the gas species. By using the plasma frame 12 that gushes out,
Particularly high-temperature heat treatment such as incineration and melting can be performed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】高周波誘導結合プラズ
マを熱源として焼却・溶解処理などに用いる場合の方式
としては、誘導結合プラズマ装置より噴き出すプラズマ
フレームを処理装置の炉内に導入し、被処理物に照射す
る方式が最も一般的である。誘導結合プラズマ装置の放
電管中に生成されたプラズマの温度は、高周波誘導コイ
ルの巻装された領域が最も高く、この高周波誘導コイル
の巻装された領域より隔たって下流側へと進むにしたが
い低下する。特に、下流側の長さの長い放電管が用いら
れている場合には、熱保護のために冷却された放電管壁
への熱伝導損失が大きくなるので、プラズマの温度は急
激に低下する。また、プラズマが放電管よりプラズマ処
理装置の炉内へと噴出したのちも、炉内の低温の雰囲気
ガスと接触することによってプラズマガスが冷却される
ので、プラズマ温度はさらに低下する。したがって、プ
ラズマガスの温度を高く保持するためには、プラズマを
生成する誘導結合プラズマ装置と被処理物との距離を可
能な限り小さくして配置することが望ましい。
As a method for using high-frequency inductively coupled plasma as a heat source for incineration / melting treatment, a method of introducing a plasma flame ejected from an inductively coupled plasma apparatus into a furnace of a processing apparatus and treating the object to be processed is described below. Is the most common method. The temperature of the plasma generated in the discharge tube of the inductively coupled plasma device is highest in the region where the high-frequency induction coil is wound, and the temperature of the plasma proceeds downstream from the region where the high-frequency induction coil is wound. descend. In particular, when a long discharge tube is used on the downstream side, the heat conduction loss to the discharge tube wall cooled for thermal protection increases, so that the temperature of the plasma drops rapidly. Further, even after the plasma is ejected from the discharge tube into the furnace of the plasma processing apparatus, the plasma gas is cooled by contact with the low-temperature atmosphere gas in the furnace, so that the plasma temperature further decreases. Therefore, in order to keep the temperature of the plasma gas high, it is desirable that the distance between the inductively coupled plasma apparatus for generating plasma and the object to be processed is set as small as possible.

【0006】しかしながら、一方、このように誘導結合
プラズマ装置と被処理物を近接して配置すると、被処理
溶融物や飛灰の飛散による放電管の汚損が起こり、放電
管の電気絶縁性能が劣化して、誘導電界がシールドされ
プラズマに電力が吸収されなくなるとともに、放電管が
誘導加熱により発熱し、熱応力破壊を生じる事態となる
危険性があり、また、冷却して用いられる誘導結合プラ
ズマ装置を被処理物に接近させると、プラズマ装置が、
1000℃以上の高温となる被処理物からの放射および熱伝
達により熱を吸収するので、接近させ過ぎると逆に熱損
失が大きくなり、効率が低下することとなる。さらに、
誘導結合プラズマ装置と被処理物との距離を制限する
と、プラズマ処理装置の設計の自由度が低下し、例えば
被処理物の供給口等の設計が困難となる等の難点があ
る。
However, when the inductively coupled plasma apparatus and the object to be treated are arranged in such a manner as to be close to each other, the discharge tube is contaminated by the scattering of the molten material to be treated and fly ash, and the electric insulation performance of the discharge tube is deteriorated. As a result, the induction electric field is shielded, the power is not absorbed by the plasma, and the discharge tube generates heat due to the induction heating, which may cause thermal stress destruction. When the plasma device is brought closer to the object,
Since heat is absorbed by radiation and heat transfer from the object to be processed, which has a high temperature of 1000 ° C. or more, if the distance is too close, the heat loss will increase and the efficiency will decrease. further,
If the distance between the inductively coupled plasma device and the object to be processed is limited, the degree of freedom in designing the plasma processing device is reduced, and for example, it is difficult to design the supply port of the object to be processed.

【0007】本発明の目的は、上記のごとき従来技術の
難点を解消し、高周波誘導結合により生成したプラズマ
フレームの熱量を、装置に汚損を生じることなく、かつ
効率的にプラズマ処理装置の被処理物へと伝達できる誘
導結合型プラズマ装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to efficiently remove the heat of the plasma frame generated by the high-frequency inductive coupling from the plasma processing apparatus without causing contamination of the apparatus. An object of the present invention is to provide an inductively coupled plasma device capable of transmitting an object to an object.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、冷媒により冷却される電気絶縁
性、耐熱性材料よりなる円筒状の放電管と、放電管に巻
装された高周波誘導コイルと、放電管の一端に配された
複数のガス導入口を備えてなり、放電管内部にガス導入
口よりガスを導入し、高周波誘導コイルに高周波電流を
流してガスをプラズマ化し、生じたプラズマガスを、プ
ラズマガスを用いて被処理物を処理するプラズマ処理装
置へと供給する誘導結合プラズマ装置において、 (1)上記の放電管のプラズマガスの下流側の端部に、
プラズマガスをプラズマ処理装置の被処理物へと導く、
耐熱性材料よりなるプラズマ輸送管を備えることとす
る。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a cylindrical discharge tube made of an electrically insulating and heat-resistant material cooled by a refrigerant, and a discharge tube wound around the discharge tube. It has a high-frequency induction coil and a plurality of gas inlets arranged at one end of the discharge tube, gas is introduced from the gas inlet into the discharge tube, a high-frequency current flows through the high-frequency induction coil, and the gas is turned into plasma. In an inductively coupled plasma apparatus for supplying the generated plasma gas to a plasma processing apparatus for processing an object to be processed using the plasma gas, (1) the discharge tube has an end on the downstream side of the plasma gas,
Guide the plasma gas to the object to be processed in the plasma processing apparatus,
A plasma transport tube made of a heat-resistant material is provided.

【0009】(2)上記の(1)の誘導結合プラズマ装
置において、プラズマ輸送管の口径を、プラズマガスの
下流側に行くにしたがって小さくなるよう形成すること
とする。あるいは、プラズマガスの下流側に行くにした
がって大きくなるよう形成することとする。 (3)また、上記の(1)あるいは(2)の誘導結合プ
ラズマ装置において、上記のプラズマ輸送管を放電管と
一体に形成することとする。
(2) In the inductively coupled plasma apparatus of the above (1), the diameter of the plasma transport tube is formed so as to decrease toward the downstream side of the plasma gas. Alternatively, it is formed so as to increase as it goes downstream of the plasma gas. (3) In the inductively-coupled plasma device of (1) or (2), the plasma transport tube is formed integrally with the discharge tube.

【0010】上記(1)のごとく構成することとすれ
ば、高周波誘導コイルが巻装され、プラズマが生成され
る領域の下流側にはプラズマ輸送管が配置されており、
生成されたプラズマはこのプラズマ輸送管の内部を通し
て被処理物へと導かれる。プラズマ輸送管は耐熱性材料
で形成されており、放電管のごとき冷却手段を特に設け
ていないので、プラズマのプラズマ輸送管への熱伝導に
よる損失は、放電管への熱伝導による損失に比べて大幅
に低減されることとなる。さらに、プラズマ輸送管の出
口が被処理物に接近して配置されるので、プラズマ処理
装置の炉内に直接プラズマフレームを吹き出させる場合
に比べて、炉内の低温の雰囲気ガスへの対流による熱伝
達量も大幅に低減されることとなり、プラズマフレーム
は、熱損失を大幅に抑制して、被処理物へと照射される
こととなる。また、本方式の誘導結合プラズマ装置を用
いれば、プラズマ輸送管によってプラズマが効率的に輸
送されるので、従来の装置ではプラズマフレームが届か
なかった離れた位置に被処理物を配してプラズマ処理装
置を構成することが可能となり、種々のプラズマ処理装
置に適用できることとなる。さらに本構成とすれば、放
電管と被処理物との間の距離がプラズマ輸送管によって
隔てられるので、従来見られたごとき被処理溶融物や飛
灰の飛散による放電管の汚損が防止され、特性低下が抑
制されることとなる。
According to the above configuration (1), a high-frequency induction coil is wound, and a plasma transport pipe is arranged downstream of a region where plasma is generated.
The generated plasma is guided to the object through the inside of the plasma transport tube. Since the plasma transport tube is formed of a heat-resistant material and has no cooling means such as a discharge tube, the loss due to heat conduction of the plasma to the plasma transport tube is smaller than the loss due to heat conduction to the discharge tube. It will be greatly reduced. Furthermore, since the outlet of the plasma transport pipe is arranged close to the object to be processed, the heat generated by convection to the low-temperature atmosphere gas in the furnace is lower than in the case where the plasma flame is directly blown into the furnace of the plasma processing apparatus. The amount of transmission is also greatly reduced, and the plasma frame is irradiated onto the object to be processed while significantly suppressing heat loss. In addition, if the inductively coupled plasma apparatus of this method is used, the plasma is efficiently transported by the plasma transport pipe, and the plasma processing is performed by disposing the workpiece at a remote position where the plasma frame could not reach with the conventional apparatus. The apparatus can be configured, and can be applied to various plasma processing apparatuses. Furthermore, with this configuration, the distance between the discharge tube and the object to be processed is separated by the plasma transport tube, so that the discharge tube is prevented from being stained by scattering of the molten material to be processed and fly ash as conventionally seen, The deterioration of characteristics is suppressed.

【0011】また、上記(2)のごとく、プラズマ輸送
管の口径を、プラズマガスの下流側に行くにしたがって
小さくなるよう形成すれば、プラズマフレームは径が絞
られて輸送されるので、熱密度の高いプラズマを被処理
物へ照射できることとなる。また、プラズマ輸送管の口
径を、プラズマガスの下流側に行くにしたがって大きく
なるよう形成すれば、プラズマフレームは出口側に行く
ほど広がるので、照射面積の広いプラズマを被処理物へ
照射できることとなる。
Further, as described in (2) above, if the diameter of the plasma transport tube is formed so as to become smaller toward the downstream side of the plasma gas, the plasma frame is transported with a reduced diameter, so that the heat density is reduced. Plasma can be applied to the object to be processed. Further, if the diameter of the plasma transport tube is formed so as to increase toward the downstream side of the plasma gas, the plasma frame expands toward the outlet side, so that a plasma having a large irradiation area can be irradiated to the workpiece. .

【0012】また、冷却手段を備えた放電管は、電気絶
縁性で耐熱性の材料により形成されるのに対して、プラ
ズマ輸送管は、耐熱性材料であることが要求される。し
たがって、上記(3)のごとく、プラズマ輸送管を放電
管と同一材料を用いて一体化して形成し、プラズマ輸送
管の部分には冷却手段を備えない構成としても、所定の
プラズマフレームがプラズマ装置の被処理物へと照射さ
れることとなる。
The discharge tube provided with the cooling means is made of an electrically insulating and heat-resistant material, while the plasma transport tube is required to be a heat-resistant material. Therefore, as described in (3) above, even if the plasma transport tube is integrally formed using the same material as the discharge tube, and the plasma transport tube is not provided with a cooling means, the predetermined plasma frame can be used in the plasma apparatus. Is irradiated to the object to be processed.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

<実施例1>図1は、本発明の誘導結合プラズマ装置を
組み込んだプラズマ処理装置の第1の実施例の基本構成
を示す縦断面図である。本プラズマ処理装置は、誘導結
合プラズマを用いて黒鉛廃棄物の焼却処理をおこなう装
置であり、流動層炉に誘導結合プラズマ装置を組み合わ
せたものである。
<Embodiment 1> FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a basic configuration of a first embodiment of a plasma processing apparatus incorporating an inductively coupled plasma apparatus according to the present invention. This plasma processing apparatus is an apparatus for performing incineration of graphite waste using inductively coupled plasma, and is a combination of a fluidized bed furnace and an inductively coupled plasma apparatus.

【0014】図1において、垂直方向に中心軸を配した
流動層炉の炉容器14は、図示しない水冷機構を備えた
金属円筒の内面に耐火煉瓦を装着して構成されている。
炉容器14の内部には、流動化ガスと燃焼ガスの二つの
役割を果たす酸素ガスの流れを整流する、アルミナフォ
ームからなる整流板15が備えられている。また炉容器
14の上部には、廃棄物の粒状黒鉛よりなる被処理物2
0を整流板15の上へと供給する被処理物供給口17、
ならびに排気ガスを排出するガス排気口19が設置され
ている。炉容器14の整流板15の下部には、酸素ガス
を導入するガス供給口18を備えた拡散室が形成されて
おり、さらに下方には、電気絶縁性、耐熱性の石英材よ
りなる放電管1と、放電管1に巻装された高周波誘導コ
イル2と、放電管1にプラズマ生成ガスを導入するガス
導入部4を備えた誘導結合プラズマ装置が設置されてい
る。特に本実施例においては、誘導結合プラズマ装置の
放電管1のプラズマガスの下流側端部に耐熱性材料のア
ルミナよりなるプラズマ輸送管21が組み込まれ、この
輸送管21を拡散室16へ配し、出口を被処理物20を
搭載した整流板15へと開口させている点が特徴であ
る。
In FIG. 1, a furnace vessel 14 of a fluidized bed furnace having a vertically arranged central axis is constructed by mounting a refractory brick on the inner surface of a metal cylinder provided with a water cooling mechanism (not shown).
Inside the furnace vessel 14, there is provided a flow straightening plate 15 made of alumina foam, which straightens the flow of oxygen gas which plays two roles of fluidizing gas and combustion gas. On the upper part of the furnace container 14, the processing target 2 made of waste granular graphite is provided.
0, which supplies 0 to the rectifying plate 15,
A gas exhaust port 19 for exhausting exhaust gas is provided. A diffusion chamber having a gas supply port 18 for introducing oxygen gas is formed below the current plate 15 of the furnace vessel 14, and a discharge tube made of an electrically insulating and heat-resistant quartz material is further formed below the diffusion chamber. 1, an inductively-coupled plasma apparatus including a high-frequency induction coil 2 wound around a discharge tube 1 and a gas introduction unit 4 for introducing a plasma-generating gas into the discharge tube 1 is provided. In particular, in this embodiment, a plasma transport tube 21 made of a heat-resistant material, alumina, is incorporated at the downstream end of the plasma gas of the discharge tube 1 of the inductively coupled plasma device. The outlet is opened to the rectifying plate 15 on which the workpiece 20 is mounted.

【0015】本構成においては、ガス供給口18より拡
散室16へと導入した酸素ガスを、整流板15で整流し
て上方へと流すことにより、整流板15の上に搭載され
た被処理物(粒状黒鉛)20に浮力を加え、自重とのバ
ランスにより粒状黒鉛の流動層を形成させ、本流動層に
誘導結合プラズマ装置からの高温プラズマガスを照射し
て処理温度を所定の温度に維持し、粒状黒鉛の燃焼反応
を制御することにより、黒鉛廃棄物の焼却処理が行われ
る。
In this configuration, the oxygen gas introduced from the gas supply port 18 into the diffusion chamber 16 is rectified by the rectifying plate 15 and flows upward, so that the processing object mounted on the rectifying plate 15 is processed. (Granular graphite) 20 is subjected to buoyancy to form a fluidized bed of granular graphite in balance with its own weight, and the fluidized bed is irradiated with a high-temperature plasma gas from an inductively coupled plasma apparatus to maintain a processing temperature at a predetermined temperature. By controlling the combustion reaction of granular graphite, incineration of graphite waste is performed.

【0016】図2は、図1に示した誘導結合プラズマ装
置において、プラズマ輸送管21を組み込んだ場合と組
み込まない場合の二つの条件下で、黒鉛燃焼部に対応す
る整流板15の部分の温度を測定し、比較した結果を示
す特性図である。図2の横軸は黒鉛流動化用ガスと燃焼
用ガスの役割を果たす酸素の流量であり、アルゴンプラ
ズマガスの流量は90(Nl/min)である。図中に白丸で示
したように、プラズマ輸送管21を組み込まない場合に
は、酸素流量の増大とともに整流板15の温度が低下し
ていくことがわかる。この測定結果は、ガス供給口18
より導入される酸素ガスの増大とともに拡散室16の内
部に強制対流が生じ、プラズマフレーム12が冷却され
て温度が低下されることを示すものであり、対流により
プラズマフレーム12から雰囲気ガスへと奪われた熱量
は、黒鉛焼却に寄与することなく、最終的に拡散室16
の壁面に吸収されることとなる。また、測定結果を見る
と、酸素の流量が 300(Nl/min)のとき、整流板部の温度
は 200℃に低下しており、黒鉛を燃焼させることは不可
能である。一方、図中に黒丸で示したように、プラズマ
輸送管21を組み込んだ場合には、酸素の流量を増して
も整流板部の温度はほとんど低下せず、高い温度に維持
されている。これは、プラズマ輸送管21によってプラ
ズマフレームと酸素ガスとの対流が阻止され、整流板1
5近傍までプラズマフレーム熱量が維持されていること
を示すもので、プラズマ輸送管21を組み込めば、プラ
ズマフレームの含熱量を損なうことなく、黒鉛燃焼に効
果的に寄与させることができることがわかる。
FIG. 2 shows the temperature of the portion of the rectifying plate 15 corresponding to the graphite burning section under the two conditions of the inductively coupled plasma apparatus shown in FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the results of measuring and comparing. The horizontal axis in FIG. 2 is the flow rate of oxygen that plays the role of graphite fluidizing gas and combustion gas, and the flow rate of argon plasma gas is 90 (Nl / min). As shown by the white circles in the figure, when the plasma transport tube 21 is not incorporated, it can be seen that the temperature of the rectifying plate 15 decreases as the oxygen flow rate increases. This measurement result is obtained from the gas supply port 18.
This indicates that forced convection occurs inside the diffusion chamber 16 with an increase in the oxygen gas introduced, and the plasma frame 12 is cooled and its temperature is reduced. The heat generated does not contribute to the incineration of graphite, and eventually reaches the diffusion chamber 16.
Will be absorbed by the wall. According to the measurement results, when the flow rate of oxygen is 300 (Nl / min), the temperature of the rectifying plate section has dropped to 200 ° C, and it is impossible to burn graphite. On the other hand, as shown by the black circles in the figure, when the plasma transport tube 21 is incorporated, even if the flow rate of oxygen is increased, the temperature of the rectifying plate portion hardly decreases and is maintained at a high temperature. This is because the convection between the plasma frame and the oxygen gas is prevented by the plasma transport pipe 21 and
This indicates that the calorific value of the plasma flame is maintained up to around 5, and it can be seen that the incorporation of the plasma transport tube 21 can effectively contribute to the combustion of graphite without impairing the heat content of the plasma flame.

【0017】<実施例2>図3は、本発明の誘導結合プ
ラズマ装置を組み込んだプラズマ処理装置の第2の実施
例の基本構成を示す縦断面図である。本プラズマ処理装
置は、誘導結合プラズマを用いた溶融装置の一例で、溶
融炉を用いて焼却灰の溶融処理をおこなう装置の構成図
である。
<Embodiment 2> FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a basic configuration of a second embodiment of a plasma processing apparatus incorporating the inductively coupled plasma apparatus of the present invention. The present plasma processing apparatus is an example of a melting apparatus using inductively coupled plasma, and is a configuration diagram of an apparatus that performs a melting process of incinerated ash using a melting furnace.

【0018】図3において、内部で被処理物20Aとし
ての焼却灰が溶融される溶融炉本体の炉容器14Aは、
断熱性耐火物で形成されており、炉容器14Aには焼却
灰を導入するための被処理物供給口17Aと、溶融した
焼却灰を外部へ流出させるための溶融物出湯口22、お
よび排気ガス排出用のガス排気口19Aが設けられてい
る。また、炉容器14Aの上部には、石英材よりなる放
電管1、高周波誘導コイル2、ガス導入部4を備えた誘
導結合プラズマ装置が組み込まれており、特に、本実施
例においては、誘導結合プラズマ装置の放電管1のプラ
ズマガスの下流側の端部にアルミナよりなるプラズマ輸
送管21Aが組み込まれ、先端の開口部を被処理物20
Aへと近接して配設されている点が特徴である。
In FIG. 3, a furnace vessel 14A of a melting furnace body in which incinerated ash as an object to be treated 20A is melted,
The furnace container 14A is formed of a heat-insulating refractory. The furnace container 14A has a workpiece supply port 17A for introducing incinerated ash, a molten metal outlet 22 for allowing molten incinerated ash to flow out, and exhaust gas. A gas exhaust port 19A for exhaust is provided. Further, an inductively coupled plasma device including a discharge tube 1, a high frequency induction coil 2, and a gas introduction unit 4 made of quartz material is incorporated in the upper part of the furnace container 14A. A plasma transport tube 21A made of alumina is incorporated at the downstream end of the plasma gas of the discharge tube 1 of the plasma apparatus, and the opening at the tip is treated with the workpiece 20.
It is characterized in that it is arranged close to A.

【0019】本構成においては、処理される焼却灰は被
処理物供給口17Aより炉容器14Aの内部へと供給さ
れ、上部の誘導結合プラズマ装置から噴出されるプラズ
マフレーム12Aの熱により溶融処理される。得られた
溶融物を溶融物出湯口22からオーバーフローさせて取
出すことにより、炉容器14Aの内部の被処理物20A
の高さを一定に保持し、連続して焼却灰の溶融処理が行
われる。本構成においては、放電管1のプラズマガスの
下流側の端部にプラズマ輸送管21Aが組み込まれてい
るので、実施例1に示したプラズマ輸送ダクト21と同
様に、プラズマフレームは、炉容器14Aの内部の雰囲
気ガスに影響されることなく、被処理物20へと導かれ
るので、プラズマフレーム熱量の低下を引き起こすこと
なく、効率よく被処理物の溶融処理が行われることとな
る。
In this configuration, the incinerated ash to be treated is supplied from the workpiece supply port 17A into the furnace vessel 14A, and is melted by the heat of the plasma frame 12A ejected from the upper inductively coupled plasma apparatus. You. The obtained melt is allowed to overflow from the melt tapping port 22 and is taken out, so that the object 20A inside the furnace container 14A is removed.
Is kept constant, and the incineration ash is continuously melted. In this configuration, since the plasma transport tube 21A is incorporated at the downstream end of the plasma gas of the discharge tube 1, similarly to the plasma transport duct 21 shown in the first embodiment, the plasma frame is composed of the furnace container 14A. Is guided to the processing object 20 without being affected by the atmosphere gas inside, the melting processing of the processing object is performed efficiently without causing a decrease in the calorific value of the plasma flame.

【0020】<実施例3>図4は、本発明の誘導結合プ
ラズマ装置を組み込んだプラズマ処理装置の第3の実施
例の基本構成を示す縦断面図である。本プラズマ処理装
置は、誘導結合プラズマを用いた溶融装置の一例で、図
3に示した第2の実施例との差異は、放電管1の下端に
組み込まれたプラズマ輸送管21A、21Bにあり、第
2の実施例では、プラズマ輸送管21Aが同一内径の直
管で形成されていたのに対して、図4に示した第3の実
施例のプラズマ輸送管21Bは、その内径が出口側に行
くにしたがい小さくなるよう形成されていることが特徴
である。本構成のプラズマ輸送管21Bを用いれば、誘
導結合プラズマ装置で生成されたプラズマフレーム12
Bは、出口部で径が細くなり、熱密度の大きなプラズマ
として、被処理物20Bへと照射されることとなる。し
たがって、本構成の誘導結合プラズマ装置を組み込んだ
溶融装置は、高融点物質などを溶融する場合に特に有利
である。
<Embodiment 3> FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a basic configuration of a third embodiment of a plasma processing apparatus incorporating the inductively coupled plasma apparatus of the present invention. This plasma processing apparatus is an example of a melting apparatus using inductively coupled plasma. The difference from the second embodiment shown in FIG. 3 lies in the plasma transport tubes 21A and 21B incorporated at the lower end of the discharge tube 1. In the second embodiment, the plasma transport pipe 21A is formed of a straight pipe having the same inner diameter, whereas the plasma transport pipe 21B of the third embodiment shown in FIG. It is characterized in that it is formed so as to become smaller as it goes. If the plasma transport tube 21B having this configuration is used, the plasma frame 12 generated by the inductively coupled plasma
B has a smaller diameter at the outlet portion, and is irradiated to the processing object 20B as plasma having a large heat density. Therefore, the melting device incorporating the inductively coupled plasma device of the present configuration is particularly advantageous when melting a high melting point material or the like.

【0021】<実施例4>図5は、本発明の誘導結合プ
ラズマ装置を組み込んだプラズマ処理装置の第4の実施
例の基本構成を示す縦断面図で、誘導結合プラズマを用
いた溶融装置の一例であり、第2の実施例や第3の実施
例との差異は、放電管1の下端に組み込まれたプラズマ
輸送管21Cの内径が出口側に行くにしたがい大きくな
るように形成されていることにある。本構成において
は、誘導結合プラズマ装置で生成されてプラズマフレー
ム12Cは出口側で広がり、被処理物20Cの広い面積
に照射されることとなるので、大面積の被処理物を均一
加熱して処理したい場合に特に有利である。
<Embodiment 4> FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a basic configuration of a fourth embodiment of a plasma processing apparatus incorporating an inductively coupled plasma apparatus according to the present invention. This is an example, and is different from the second embodiment and the third embodiment in that the inner diameter of the plasma transport tube 21C installed at the lower end of the discharge tube 1 is increased as going to the outlet side. It is in. In this configuration, the plasma frame 12C generated by the inductively coupled plasma apparatus spreads on the outlet side and is irradiated onto a large area of the processing target 20C, so that the processing target having a large area is uniformly heated and processed. This is particularly advantageous if you want to.

【0022】なお、上記の実施例1〜4においては、い
ずれの実施例においても、アルミナを用いて形成したプ
ラズマ輸送管を備えることとしているが、使用材料はア
ルミナに限るものではなく、例えば、石英等の耐熱セラ
ミックス材料、あるいは、タングステン、モリブデン等
の高融点金属材料など、処理装置の雰囲気に適合した耐
熱性材料であればよい。
In each of the first to fourth embodiments, the plasma transport tube made of alumina is provided in any of the embodiments. However, the material to be used is not limited to alumina. A heat-resistant ceramic material such as quartz or a high-melting metal material such as tungsten or molybdenum may be used as long as it is a heat-resistant material suitable for the atmosphere of the processing apparatus.

【0023】また、プラズマ輸送管を石英を用いて形成
する場合には、プラズマフレームを生成する放電管と、
生成したプラズマフレームを輸送するプラズマ輸送管を
一体化して形成してもよい。この場合、放電管の機能を
果たす部分には冷却手段が備えられるが、プラズマ輸送
管の機能を果たす部分は、熱損失を抑制するために、冷
却手段を設けないで構成される。
In the case where the plasma transport tube is formed using quartz, a discharge tube for generating a plasma flame is provided;
A plasma transport tube for transporting the generated plasma frame may be integrally formed. In this case, a cooling unit is provided in a part that functions as a discharge tube, but a part that functions as a plasma transport tube is configured without a cooling unit in order to suppress heat loss.

【0024】[0024]

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、冷媒に
より冷却される電気絶縁性、耐熱性材料よりなる円筒状
の放電管と、放電管に巻装された高周波誘導コイルと、
放電管の一端に配された複数のガス導入口を備えてな
り、放電管内部にガス導入口よりガスを導入し、高周波
誘導コイルに高周波電流を流してガスをプラズマ化し、
生じたプラズマガスを、プラズマガスを用いて被処理物
を処理するプラズマ処理装置へと供給する誘導結合プラ
ズマ装置において、 (1)上記の放電管のプラズマガスの下流側の端部に、
プラズマガスをプラズマ処理装置の被処理物へと導く、
耐熱性材料、例えばアルミナ、石英等の耐熱セラミック
ス材料、あるいは、タングステン、モリブデン等の高融
点金属材料よりなるプラズマ輸送管を備えることとした
ので、放電管と被処理物が隔てられ、被処理物による放
電管の汚損の恐れが無くなり、かつ、放電管で生成され
たプラズマフレームを周囲条件にほとんど影響されるこ
となく被処理物へと照射させることができることとな
り、高周波誘導結合により生成したプラズマフレームの
熱量を、装置に汚損を生じることなく、かつ効率的に被
処理物へと伝達できる誘導結合型プラズマ装置が得られ
ることとなった。
As described above, according to the present invention, a cylindrical discharge tube made of an electrically insulating and heat-resistant material cooled by a refrigerant, a high-frequency induction coil wound around the discharge tube,
It has a plurality of gas inlets arranged at one end of the discharge tube, gas is introduced from the gas inlet into the discharge tube, a high-frequency current flows through a high-frequency induction coil, and the gas is turned into plasma.
In an inductively coupled plasma apparatus for supplying the generated plasma gas to a plasma processing apparatus for processing an object to be processed using the plasma gas, (1) the discharge tube has an end on the downstream side of the plasma gas,
Guide the plasma gas to the object to be processed in the plasma processing apparatus,
A plasma transport tube made of a heat-resistant material, for example, a heat-resistant ceramic material such as alumina or quartz, or a high-melting-point metal material such as tungsten or molybdenum is provided. And the plasma flame generated by the discharge tube can be irradiated to the object to be processed almost without being influenced by ambient conditions. The inductively-coupled plasma device capable of efficiently transferring the heat quantity to the object without causing contamination of the device is obtained.

【0025】(2)さらに、上記の(1)の誘導結合プ
ラズマ装置において、プラズマ輸送管の口径を、プラズ
マガスの下流側に行くにしたがって小さくなるよう形成
することとすれば、高融点物質などの処理に特に効果の
ある、熱密度の高いプラズマを効率的に被処理物へと伝
達できる誘導結合型プラズマ装置が得られることとな
る。
(2) Further, in the inductively coupled plasma apparatus of the above (1), if the diameter of the plasma transport tube is formed so as to become smaller toward the downstream side of the plasma gas, a material having a high melting point or the like can be obtained. In particular, an inductively-coupled plasma apparatus that can efficiently transmit plasma having a high heat density to the object to be processed is obtained.

【0026】(3)あるいは、プラズマガスの下流側に
行くにしたがって大きくなるよう形成することとすれ
ば、大面積の被処理物の均一加熱処理に特に効果的な、
大面積で均一なプラズマを効率的に被処理物へと伝達で
きる誘導結合型プラズマ装置が得られることとなる。 (4)また、上記の(1)、(2)あるいは(3)の誘
導結合プラズマ装置において、上記のプラズマ輸送管を
放電管と一体に形成することとすれば、単一の材料で信
頼性が高く、かつ廉価な構成に形成することができるの
で、特に設計の自由度の高いプラズマ処理装置の被処理
物へとプラズマを効率的に伝達できる誘導結合型プラズ
マ装置として好適である。
(3) Alternatively, if the plasma gas is formed so as to become larger toward the downstream side of the plasma gas, it is particularly effective for uniform heating of a large-area workpiece.
As a result, an inductively-coupled plasma device capable of efficiently transmitting a large-area uniform plasma to an object to be processed is obtained. (4) In the inductively-coupled plasma apparatus of (1), (2) or (3), if the plasma transport tube is formed integrally with the discharge tube, reliability can be improved by a single material. Therefore, it is suitable as an inductively coupled plasma apparatus capable of efficiently transmitting plasma to an object to be processed in a plasma processing apparatus having a high degree of freedom in design, since it can be formed in a low-cost and low-cost configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の誘導結合プラズマ装置を組み込んだプ
ラズマ処理装置の第1の実施例の基本構成を示す縦断面
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a basic configuration of a first embodiment of a plasma processing apparatus incorporating an inductively coupled plasma apparatus of the present invention.

【図2】第1の実施例のプラズマ処理装置に組み込まれ
たプラズマ輸送管の効果を示す特性図
FIG. 2 is a characteristic diagram showing an effect of the plasma transport tube incorporated in the plasma processing apparatus of the first embodiment.

【図3】本発明の誘導結合プラズマ装置を組み込んだプ
ラズマ処理装置の第2の実施例の基本構成を示す縦断面
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a basic configuration of a second embodiment of the plasma processing apparatus incorporating the inductively coupled plasma apparatus of the present invention.

【図4】本発明の誘導結合プラズマ装置を組み込んだプ
ラズマ処理装置の第3の実施例の基本構成を示す縦断面
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a basic configuration of a third embodiment of the plasma processing apparatus incorporating the inductively coupled plasma apparatus of the present invention.

【図5】本発明の誘導結合プラズマ装置を組み込んだプ
ラズマ処理装置の第3の実施例の基本構成を示す縦断面
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a basic configuration of a third embodiment of the plasma processing apparatus incorporating the inductively coupled plasma apparatus of the present invention.

【図6】従来より用いられている誘導結合プラズマ装置
の基本構成図
FIG. 6 is a basic configuration diagram of a conventionally used inductively coupled plasma device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 放電管 2 高周波誘導コイル 4 ガス導入部 12,12A プラズマフレーム 12B,12C プラズマフレーム 13 プラズマ出口 14,14A 炉容器 15 整流板 16 拡散室 17,17A 被処理物供給口 18 ガス供給口 19,19A ガス排気口 20,20A 被処理物 20B,20C 被処理物 21,21A プラズマ輸送ダクト 21B,21C プラズマ輸送ダクト 22 溶融物出湯口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge tube 2 High frequency induction coil 4 Gas introduction part 12, 12A Plasma frame 12B, 12C Plasma frame 13 Plasma outlet 14, 14A Furnace container 15 Rectifier plate 16 Diffusion chamber 17, 17A Workpiece supply port 18 Gas supply port 19, 19A Gas exhaust port 20, 20A Workpiece 20B, 20C Workpiece 21, 21A Plasma transport duct 21B, 21C Plasma transport duct 22 Melt tapping port

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】冷媒により冷却される電気絶縁性、耐熱性
材料よりなる円筒状の放電管と、放電管に巻装された高
周波誘導コイルと、放電管の一端に配された複数のガス
導入口を備えてなり、放電管内部にガス導入口よりガス
を導入し、高周波誘導コイルに高周波電流を流してガス
をプラズマ化し、生じたプラズマガスを、プラズマガス
を用いて被処理物を処理するプラズマ処理装置へと供給
する誘導結合プラズマ装置において、 前記放電管のプラズマガスの下流側の端部に、プラズマ
ガスをプラズマ処理装置の被処理物へと導く、耐熱性材
料よりなるプラズマ輸送管を備えてなることを特徴とす
る誘導結合プラズマ装置。
1. A cylindrical discharge tube made of an electrically insulating and heat-resistant material cooled by a refrigerant, a high-frequency induction coil wound around the discharge tube, and a plurality of gas introduction tubes disposed at one end of the discharge tube. A gas is introduced from the gas inlet into the discharge tube, a high-frequency current is passed through the high-frequency induction coil to convert the gas into plasma, and the generated plasma gas is processed using the plasma gas. In the inductively coupled plasma device to be supplied to the plasma processing apparatus, a plasma transport pipe made of a heat-resistant material, which guides the plasma gas to an object to be processed of the plasma processing apparatus, is provided at a downstream end of the plasma gas of the discharge tube. An inductively coupled plasma device, comprising:
【請求項2】請求項1に記載の誘導結合プラズマ装置に
おいて、前記プラズマ輸送管の口径が、プラズマガスの
下流側に行くにしたがって小さくなるよう形成されてい
ることを特徴とする誘導結合プラズマ装置。
2. The inductively coupled plasma apparatus according to claim 1, wherein the diameter of the plasma transport tube is formed so as to decrease toward the downstream side of the plasma gas. .
【請求項3】請求項1に記載の誘導結合プラズマ装置に
おいて、前記プラズマ輸送管の口径が、プラズマガスの
下流側に行くにしたがって大きくなるよう形成されてい
ることを特徴とする誘導結合プラズマ装置。
3. The inductively coupled plasma apparatus according to claim 1, wherein the diameter of the plasma transport tube is formed to increase toward the downstream side of the plasma gas. .
【請求項4】請求項1ないし3に記載の誘導結合プラズ
マ装置において、前記プラズマ輸送管を形成する耐熱性
材料が、アルミナ、石英等の耐熱セラミックス材料、あ
るいは、タングステン、モリブデン等の高融点金属材料
であることを特徴とする誘導結合プラズマ装置。
4. The inductively coupled plasma apparatus according to claim 1, wherein the heat-resistant material forming the plasma transport tube is a heat-resistant ceramic material such as alumina or quartz, or a high melting point metal such as tungsten or molybdenum. An inductively coupled plasma device characterized by being a material.
【請求項5】請求項1ないし3に記載の誘導結合プラズ
マ装置において、前記プラズマ輸送管が、放電管と一体
に形成されていることを特徴とする誘導結合プラズマ装
置。
5. The inductively coupled plasma device according to claim 1, wherein said plasma transport tube is formed integrally with a discharge tube.
JP9236607A 1997-09-02 1997-09-02 Inductively coupled plasma device Pending JPH1187095A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9236607A JPH1187095A (en) 1997-09-02 1997-09-02 Inductively coupled plasma device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9236607A JPH1187095A (en) 1997-09-02 1997-09-02 Inductively coupled plasma device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1187095A true JPH1187095A (en) 1999-03-30

Family

ID=17003154

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9236607A Pending JPH1187095A (en) 1997-09-02 1997-09-02 Inductively coupled plasma device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1187095A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107058941A (en) * 2017-05-16 2017-08-18 重庆理工大学 Infiltration method and device are expanded in the heating of gear surface vacuum induction

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107058941A (en) * 2017-05-16 2017-08-18 重庆理工大学 Infiltration method and device are expanded in the heating of gear surface vacuum induction
CN107058941B (en) * 2017-05-16 2019-05-03 重庆理工大学 Infiltration method and device are expanded in the heating of gear surface vacuum induction

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7189940B2 (en) Plasma-assisted melting
EP0710054B1 (en) Microwave plasma torch and method for generating plasma
US20230110818A1 (en) Device for melting metals
CN112212346A (en) Plasma gasification melting furnace with multiple heat sources for heating in coordination
JPH1187095A (en) Inductively coupled plasma device
TWI700462B (en) Radiant burner and method of treating an effluent gas stream
NO851357L (en) PROCEDURE AND DEVICE FOR CREATING A PLASMA STREAM WITH A HEATED AND EXTENDED PLASMA RADIATION
RU2447384C2 (en) Method and device for feeding dusts to metal melt at pyrometallurgical plant
JPH02260399A (en) Generating method of high pressure plasma arc
CN101189920B (en) An improved plasma torch for use in a waste processing chamber
JP2000182799A (en) Inductive coupling plasma device and treating furnace using this
CN214064933U (en) Plasma gasification melting furnace with multiple heat sources for heating in coordination
RU2157795C1 (en) Method and apparatus for preparing melt silicate
JPS643317B2 (en)
JPH0240475Y2 (en)
JP2004091246A (en) Method for melting iron-phosphate glass
JPH1074581A (en) Plasma type fluidized bed reactor
JPH08195295A (en) Inductive coupling type plasma torch
RU2119201C1 (en) Apparatus for melting radioactive ash residue
JP2000171157A (en) Method for operating inductively coupled plasma heating furnace
JP2530356B2 (en) Induction plasma generator
JPH0367499A (en) Induction plasma generation device
JPS60194013A (en) Heat treating furnace
JPH0263549A (en) Process and apparatus for plasma reaction
JPH07103977B2 (en) Microwave incineration method and apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20031211

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040120

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050104