JPS63146400A - Plasma torch - Google Patents

Plasma torch

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JPS63146400A
JPS63146400A JP61292234A JP29223486A JPS63146400A JP S63146400 A JPS63146400 A JP S63146400A JP 61292234 A JP61292234 A JP 61292234A JP 29223486 A JP29223486 A JP 29223486A JP S63146400 A JPS63146400 A JP S63146400A
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JP
Japan
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plasma
torch
emitter
plasma torch
electron emitter
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Pending
Application number
JP61292234A
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Japanese (ja)
Inventor
公一 横山
幾久 浜田
車地 隆治
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Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマトーチに係り、特にプラズマ中での
反応を利用する装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a plasma torch, and particularly to an apparatus that utilizes reactions in plasma.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

プラズマトーチは、プラズマ中の熱やイオン、ラジカル
といった化学種を利用できるようになっている。そのた
め、活性種を用いたプラズマ化学反応や高温(>5,0
OOK)を利用した高融点物質の加工へ適用されている
。特に高周波やマイクロ波を利用してプラズマを発生さ
せるもの(以下、(Radio Frequency 
1lave Induced Plasmaを総称して
単にRFプラズマという)は、電極からの汚れがないた
め、高純度物質の合成に利用されることが多い、しかし
RFプラズマトーチを、化学反応に応用するに際し、特
に液体や固体の原料を用いた場合、プラズマの不安定性
が増加するという問題があった。
Plasma torches can utilize chemical species such as heat, ions, and radicals in plasma. Therefore, plasma chemical reactions using active species and high temperatures (>5,0
It is applied to the processing of high melting point substances using OOK). In particular, those that generate plasma using high frequencies or microwaves (hereinafter referred to as (Radio Frequency)
1lave Induced Plasma (hereinafter simply referred to as RF plasma) is often used for the synthesis of high-purity substances because there is no contamination from electrodes.However, when applying an RF plasma torch to chemical reactions, it is especially important to When a solid raw material is used, there is a problem in that plasma instability increases.

そこで従来、特開昭55−32317に提案さているよ
うに、アークプラズマトーチを設け、このアークプラズ
マトーチにより生じるアークプラズマを高周波炎の種火
として利用している。そして、RF炎がトーチ内に供給
される反応物質により不安定性が増加しても、アークプ
ラズマからの電子やイオンの供給によってRFプラズマ
を安定させている。
Therefore, as proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-32317, an arc plasma torch has been provided and the arc plasma generated by the arc plasma torch is used as a pilot light for a high-frequency flame. Even if the RF flame becomes unstable due to the reactants supplied into the torch, the RF plasma is stabilized by the supply of electrons and ions from the arc plasma.

また、この方式を改良したプラズマ化学反応装置とし、
直流アークプラズマトーチにより生じる直流アークジェ
ットとRFプラズマにそれぞれ異なる原料を導入し、直
流アークジェットとRFプラズマとを重畳させる装置が
提案されている。
In addition, we have developed a plasma chemical reaction device that is an improved version of this method.
An apparatus has been proposed in which different materials are introduced into the DC arc jet and RF plasma generated by a DC arc plasma torch, and the DC arc jet and RF plasma are superimposed.

(特開昭6O−19034)。(Unexamined Japanese Patent Publication No. 6O-19034).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記した従来の装置では、いずれもアークプラズマトー
チにより生じるアークプラズマからの電子、イオンの供
給によってプラズマの原料導入に伴うプラズマの不安定
性を改善している。
In all of the above-mentioned conventional devices, instability of the plasma accompanying the introduction of raw materials into the plasma is improved by supplying electrons and ions from the arc plasma generated by the arc plasma torch.

しかしながら、アーク電極(陽極銅、陰極タングステン
等)が、プラズマの熱により加熱され、電極を構成する
金属成分が蒸発し、プラズマ反応による生成物中に蒸発
した金属成分が混入し、高純度の物質が得られないとい
う問題がある。また原料として、HCI NHz等の腐
食性ガスや02、N2等の酸化性ガスを用いた場合、こ
れらの原料のガスにより電極が腐食又は酸化される。
However, when the arc electrode (anode copper, cathode tungsten, etc.) is heated by the heat of the plasma, the metal components that make up the electrode evaporate, and the evaporated metal components mix into the products of the plasma reaction, resulting in high-purity substances. The problem is that it cannot be obtained. Further, when a corrosive gas such as HCI NHz or an oxidizing gas such as 02 or N2 is used as a raw material, the electrodes are corroded or oxidized by these raw material gases.

この結果、電極の腐食に寄因するアークの不安定性の増
大や電極の酸化等により導電性劣化という問題が新たに
生じてくる。
As a result, new problems arise, such as increased instability of the arc due to corrosion of the electrodes and deterioration of conductivity due to oxidation of the electrodes.

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解消し、
腐食性ガス、酸化性ガス等の原料の如何を問わず、プラ
ズマを安定化させることができるとともに高純度物質を
得ることが可能なプラズマトーチを提供することにある
The purpose of the present invention is to solve the problems of the prior art described above,
It is an object of the present invention to provide a plasma torch capable of stabilizing plasma and obtaining a highly pure substance regardless of the raw material such as corrosive gas or oxidizing gas.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、高周波又はマイクロ波によりトーチ内にプ
ラズマを形成させるプラズマトーチにおいて、前記プラ
ズマトーチに形成されるプラズマから少なくとも離間さ
れた位置に相当するトーチ内部に電子放出体を設置する
ことによって達成される。
The above object is achieved by installing an electron emitter inside the torch at a position that is at least spaced apart from the plasma formed in the plasma torch, in which plasma is formed within the torch using high frequency waves or microwaves. Ru.

〔作用〕[Effect]

プラズマを発生させた状態でプラズマトーチ内に原料を
導入した場合、プラズマの温度が低下し、原料とプラズ
マ用のガスとの誘電率の違いから、RF又はマイクロ波
が効率的に導入されない状態(マツチングが取れない状
態)が起こる。このため、更にプラズマの温度が低下し
、プラズマを維持できなくなる。そこで原料をプラズマ
に導入する場合、原料を励起・電離・解離させるための
手段として、プラズマ中に電子を導入する。
If a raw material is introduced into the plasma torch while plasma is being generated, the temperature of the plasma will drop and RF or microwaves will not be efficiently introduced due to the difference in dielectric constant between the raw material and the plasma gas ( (a condition in which matching cannot be achieved) occurs. Therefore, the temperature of the plasma further decreases, making it impossible to maintain the plasma. Therefore, when a raw material is introduced into plasma, electrons are introduced into the plasma as a means to excite, ionize, and dissociate the raw material.

プラズマ中に導入された電子は、RF又はマイクロ波に
よって加速され、高エネルギー状態の電子となる。この
高エネルギー電子は、原料に対しての衝突回数が大幅に
増加し、その原料を励起・電離・解離できる。そして、
プラズマ内の誘電率の変動と温度の変動とをプラズマが
安定に存在できる程度の変動に抑制でき、プラズマの不
安定性増大を防止できる。電子放出体は、プラズマ)−
チ内におけるプラズマに離間された位置に設置され、か
つ原料の種類に応じて電子放出体材料を選定可能が1ち
り、電子放出体の腐食、酸化及びこれらの起因する物質
の生成物への混入は無視できる。
Electrons introduced into the plasma are accelerated by RF or microwaves and become electrons in a high energy state. These high-energy electrons greatly increase the number of collisions with the raw material, and can excite, ionize, and dissociate the raw material. and,
Fluctuations in the dielectric constant and temperature within the plasma can be suppressed to a level that allows the plasma to exist stably, and an increase in instability of the plasma can be prevented. The electron emitter is plasma)
The electron emitter material can be selected depending on the type of raw material, and the electron emitter material is installed at a location separated from the plasma in the chamber, and the electron emitter material is not corroded, oxidized, and the substances that cause these are mixed into the product. can be ignored.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

本発明において、電子放出体はプラズマトーチ内に配置
されるが、プラズマの温度はほとんど10.0OOK以
上の超高温領域であり、プラズマ中に配置することはで
きない。したがって、トーチ内壁のプラズマ近傍の温度
が1.000〜2.0OOK程度の領域に電子放出体を
設置すればよい。
In the present invention, the electron emitter is disposed within the plasma torch, but the temperature of the plasma is in an extremely high temperature region of almost 10.0 OOK or higher, and it cannot be disposed within the plasma. Therefore, the electron emitter may be installed in a region where the temperature near the plasma on the inner wall of the torch is about 1.000 to 2.0 OOK.

熱電子放出体又は電子放出体を用いた場合、プラズマに
よる熱等を受けない部分に設置されるので電子放出体の
酸化は問題にならない。光電子放出体は、条件として(
a)波長2.000人〜7.000人の間(特に4,0
00人付近)の光に最大の光電効率(A/1m)を有す
るものが望ましい、この理由は、プラズマ発光が4,0
00人付近に極大のピークを有するためである。また最
大光電効率として40uA/1m以上のものが望ましい
When a thermionic emitter or an electron emitter is used, oxidation of the electron emitter is not a problem because it is installed in a part that does not receive heat from plasma. The photoelectron emitter is used as a condition (
a) Wavelength between 2,000 and 7,000 (especially 4,0
It is desirable to have the maximum photoelectric efficiency (A/1m) for light (nearly 0.00 people).The reason for this is that plasma emission
This is because there is a maximum peak around 00 people. Further, it is desirable that the maximum photoelectric efficiency is 40 uA/1 m or more.

本発明において、使用可能な光電子放出体としては、C
sSb、AgCs、B1Cs等の成分からなるか、又は
これらの化合物を主成分する化合物を代表例として挙げ
ることができる。
In the present invention, photoelectron emitters that can be used include C
Typical examples include compounds consisting of components such as sSb, AgCs, and B1Cs, or compounds containing these compounds as a main component.

熱電子放出体は、融点が1,250℃以上で仕事定数が
3.5eV以上のものが望ましく、熱電子放出体をその
融点の0.8倍以下の温度領域に設置することが望まし
い。本発明において、使用可能な熱電子放出体としては
、Th0z 、BaO1SrO等の成分からなるか、又
はこれらの化合物を主成分とする化合物を代表例として
挙げることができる。
The thermionic emitter preferably has a melting point of 1,250° C. or higher and a work constant of 3.5 eV or higher, and it is desirable to install the thermionic emitter in a temperature range that is 0.8 times or lower than the melting point. In the present invention, typical examples of thermionic emitters that can be used include compounds consisting of components such as Th0z, BaO1SrO, etc., or compounds having these compounds as main components.

以下、本発明のプラズマトーチの作用効果を以下の実施
例により詳細に説明する。
Hereinafter, the effects of the plasma torch of the present invention will be explained in detail with reference to the following examples.

実施例1 第1図に示す装置全体を真空引きした際、プラズマガス
用ノズル1からA「ガスを流し、RF電源3に接続され
たRFコイル9に通電し、プラズマを点火させた。その
後、冷却ガス用ノズル2から冷却用Arガスを流して熱
ピンチ効果によりプラズマをプラズマトーチ内部に局在
化させた。このとき、プラズマガス用ノズル1と冷却ガ
ス用ノズル2から導入するArガスの流量を1:1にし
て、プラズマトーチ内圧力を160Torrにした。
Example 1 When the entire apparatus shown in FIG. 1 was evacuated, A gas was flowed from the plasma gas nozzle 1, and the RF coil 9 connected to the RF power source 3 was energized to ignite the plasma. Cooling Ar gas was flowed from the cooling gas nozzle 2 to localize the plasma inside the plasma torch by a thermal pinch effect.At this time, the flow rate of the Ar gas introduced from the plasma gas nozzle 1 and the cooling gas nozzle 2 was was set to 1:1, and the pressure inside the plasma torch was set to 160 Torr.

第2図に示したようにBaOをイオンプレーディング法
で膜圧10μm程度に成膜した熱電子放出体11をプラ
ズマトーチに取り付けた。RF電源3の出力を800W
にしたところ、光高温計(図示せず)による温度測定の
結果、BaO膜は800〜850℃であった。
As shown in FIG. 2, a thermionic emitter 11 made of BaO formed into a film with a film thickness of about 10 μm by the ion plating method was attached to a plasma torch. RF power supply 3 output to 800W
As a result of temperature measurement using an optical pyrometer (not shown), the temperature of the BaO film was 800 to 850°C.

上記の条件下で、原料ガス用ノズル4からトリクロルメ
チルシラン(CIIsSiCl * )をA「ガスをキ
ャリアとしてプラズマ中に導入した。プラズマは、目視
による光学的形状変化は全く認められなかった。また、
BaO膜表面温度は、760〜810℃の温度で、はぼ
安定していた。実験終了後、第3図のような生成物が得
られた。この生成物はX線回折によると、B−3iC単
相であり、EPMA分析によればBaは検出されなかっ
た。
Under the above conditions, trichloromethylsilane (CIIsSiCl*) was introduced into the plasma from the raw material gas nozzle 4 using A' gas as a carrier. No change in the optical shape of the plasma was observed by visual inspection.
The surface temperature of the BaO film was 760 to 810°C, which was fairly stable. After the experiment was completed, a product as shown in Figure 3 was obtained. This product was a B-3iC single phase according to X-ray diffraction, and Ba was not detected according to EPMA analysis.

次に、上記実験結果と対比するため、上記実験条件のう
ち、プラズマトーチの形状は、上記の熱電子放出体11
を内蔵した場合と同一形状として、熱電子放出体を設置
していないプラズマトーチに変えた以外は、同一条件で
実験した。
Next, in order to compare with the above experimental results, among the above experimental conditions, the shape of the plasma torch was
The experiment was conducted under the same conditions as the case with a built-in plasma torch, except that the plasma torch was changed to a plasma torch without a thermionic emitter installed.

原料ガスノズル4から原料ガスを導入したところ、プラ
ズマは明らかに光学的形状変化を示し、第4図に示す安
定状態にあったプラズマは、第5図に示すように不安定
な状態に変化した。このような実験を5回繰り返して行
ったところ、全くプラズマが削減してしまう現象が2回
生した。また、プラズマ状態が不安定なため生成物は全
く回収できなかった。
When the source gas was introduced from the source gas nozzle 4, the plasma clearly showed a change in optical shape, and the plasma, which was in a stable state as shown in FIG. 4, changed to an unstable state as shown in FIG. When such an experiment was repeated five times, a phenomenon in which plasma was completely reduced occurred twice. Further, due to the unstable plasma state, no products could be recovered.

実施例2 第6図に示す装置において、光電子放出体としてCs、
sb箔の環材を12を用い、第6図のプラズマトーチで
次の実験を行った。トーチの内部の寸法は実施例1のト
ーチと同一である。また、トーチ構造以外の条件は、す
べて実施例1と同条件で行った。原料をプラズマに導入
すると、プラズマは、目視による光学的な形状の変化は
全くなかったscs、sbの光波長−電子放出率の極大
値が波長4,000人付近にあり、Arの4 、000
人イ寸近のスペクトルであるAI  (4,200人)
の強度をスペクトルアナライザーで原料導入の前後で5
回繰り返し測定したところ、原料導入後、AIの強度が
低下したが、実施例1と同様の生成物を得、EPMA分
析によればCsやsbは検出されなかったことから、上
記の強度低下による影響は無視できた。
Example 2 In the apparatus shown in FIG. 6, Cs,
The following experiment was conducted using the plasma torch shown in FIG. 6 using sb foil ring material No. 12. The internal dimensions of the torch are the same as the torch of Example 1. In addition, all conditions other than the torch structure were the same as in Example 1. When the raw material was introduced into the plasma, there was no visual change in the optical shape of the plasma.The maximum value of the optical wavelength-electron emission rate for scs and sb was around the wavelength of 4,000, and for Ar, the maximum value of the optical wavelength - electron emission rate was around 4,000.
AI with a spectrum close to that of humans (4,200 people)
The intensity was measured with a spectrum analyzer before and after introducing the raw material.
As a result of repeated measurements, the strength of AI decreased after the introduction of raw materials, but the same product as in Example 1 was obtained, and according to EPMA analysis, no Cs or sb was detected. The impact was negligible.

以上に示したように電子放出体をプラズマトーチ内に内
蔵してやれば、プラズマ中から放出される未使用のエネ
ルギーを回収し、プラズマ自体をより安定成形の高いも
のにできる。また、プラズマの安定性を高いものにでき
る。また、プラズマの安定性が増すことからプラズマト
ーチ自体の工業的規模での連続使用にも耐え、電極材料
混入等のない高純度生成物を得ることができる。
If the electron emitter is built into the plasma torch as described above, the unused energy emitted from the plasma can be recovered and the plasma itself can be formed more stably. Moreover, the stability of the plasma can be made high. Furthermore, since the stability of the plasma is increased, the plasma torch itself can withstand continuous use on an industrial scale, and it is possible to obtain a highly pure product free from contamination with electrode materials.

また、熱プラズマを利用するプラズマリアクターにおい
ても、原料導入に伴う、プラズマ不安定性の増大を防ぎ
、しかも電極材料混入等のない高純度生成物を得ること
ができる。
Furthermore, even in a plasma reactor that utilizes thermal plasma, it is possible to prevent an increase in plasma instability due to the introduction of raw materials, and to obtain a highly pure product free from contamination with electrode materials.

実施例3 第7図に示すように、光電子放出体12を設置し、Ar
ガスレーザーでこの光電子放出体12にレーザ光を照射
する実験を行った。原料としてのstow粉(粒径1μ
m)とNH3(30%)+Ar(70%)の混合ガスを
第1図の原料ガスノズル4よりトーチ内導入した。この
際Sin。
Example 3 As shown in FIG. 7, a photoelectron emitter 12 was installed and an Ar
An experiment was conducted in which the photoelectron emitter 12 was irradiated with laser light using a gas laser. Stow powder as raw material (particle size 1μ
A mixed gas of NH3 (30%) and Ar (70%) was introduced into the torch from the source gas nozzle 4 shown in FIG. At this time, Sin.

粉を10 g/h、混合ガスを500 m 1 / m
 i nで導入し、第1図の冷却ガス用ノズル2とプラ
ズマガスノズルlからA「導入し、その流量の比はlO
:1に調整し、プラズマトーチ内圧力は160  To
rrになるようそれぞれの流量も調節した。
10 g/h of powder, 500 m 1 / m of mixed gas
A is introduced from cooling gas nozzle 2 and plasma gas nozzle l in Fig. 1, and the ratio of the flow rates is lO.
:1, and the pressure inside the plasma torch is 160 To.
The respective flow rates were also adjusted so that rr.

RF比出力800Wで行った。その際、1mWのArガ
スレーザーで光電子放出材を照射したところ、プラズマ
の光学的形状は、第4図に示されるように安定化されて
いた。
The test was carried out at an RF specific output of 800W. At that time, when the photoelectron emitting material was irradiated with a 1 mW Ar gas laser, the optical shape of the plasma was stabilized as shown in FIG. 4.

一方、レーザーによる光電子放出体12への照射をとめ
たところ、プラズマの光学的形状は第5図に示されたよ
うな不安定な光学的形状に変化した。また、レーザーに
よる電子放出体12への照射を行った場合、実験後、生
成物(sisNa)が得られた。
On the other hand, when the irradiation of the photoelectron emitter 12 with the laser was stopped, the optical shape of the plasma changed to an unstable optical shape as shown in FIG. Further, when the electron emitter 12 was irradiated with a laser, a product (sisNa) was obtained after the experiment.

しかし、上記照射を行わなかった場合、生成物は、Si
ngがほとんどであり、Si、N、はX線回折では検出
されなかった。また、レーザー照射の有無のいずれの場
合においても、EPMAによる生成物分析では、Csも
sbも検出されなかった。
However, if the above irradiation was not performed, the product would be Si
ng, and Si and N were not detected by X-ray diffraction. Further, in product analysis by EPMA, neither Cs nor sb was detected in either case with or without laser irradiation.

実施例4 第8図において、タングステン環にBaOをQ、1mm
の厚さにコーティングした熱電子放出体15を使用し、
この電子放出体15に加熱体16が固着されている。第
8図に示したプラズマトーチと第1図に示す装置により
実験を行った以外の実験条件は、実施例3と全く同じ条
件(原料の種類・流量・圧力・RF比出力で第8図のタ
ングステン環がジュール熱により発熱するようにセット
しである。タングステン環が870〜920℃になるよ
うに電圧を調整した後で、実施例3に示したように原料
を導入し、同様にArも導入してトーチ内圧力を160
Torrに調整した。この場合、プラズマ形状は第4図
に示されるように安定である。一方、該タングステン環
を加熱しなかった場合、上記と同一条件で実験を行うと
、プラズマ形状は、第5図に示すように不安定となった
Example 4 In Fig. 8, BaO was added to the tungsten ring in a thickness of Q, 1 mm.
Using the thermionic emitter 15 coated to a thickness of
A heating element 16 is fixed to this electron emitter 15. The experimental conditions were exactly the same as in Example 3 (type of raw material, flow rate, pressure, RF specific output) except that the experiment was conducted using the plasma torch shown in Fig. 8 and the apparatus shown in Fig. 1. The tungsten ring is set to generate heat due to Joule heat. After adjusting the voltage so that the tungsten ring reaches 870 to 920°C, raw materials are introduced as shown in Example 3, and Ar is also Introduce the torch internal pressure to 160
Adjusted to Torr. In this case, the plasma shape is stable as shown in FIG. On the other hand, when the tungsten ring was not heated and an experiment was conducted under the same conditions as above, the plasma shape became unstable as shown in FIG.

また、それぞれの場合の生成物としては、タングステン
環を加熱して用いた場合は、3 t 3 Naが生成し
たが、タングステン環を加熱しなかた場合、Sin、と
5isFJ・aの混合物が生成した。
In addition, as for the product in each case, when the tungsten ring was heated, 3t3Na was produced, but when the tungsten ring was not heated, a mixture of Sin and 5isFJ・a was produced. .

(いずれもX性回折による)、EPMAによる分析では
、Baは検出されなかった。
Ba was not detected in the analysis by EPMA (both by X diffraction) and EPMA.

以上のように実施例3および4より、原料に固体、液体
の両者または、いずれかを用いる場合には、電子放出体
をプラズマからのエネルギーに加えて、別エネルギー源
からのエネルギーを与えてやり、プラズマ中の電子濃度
を増してやることによって、プラズマを安定化でき、し
かも不純物の混入はない。
As mentioned above, from Examples 3 and 4, when using a solid and/or liquid as the raw material, the electron emitter can be given energy from another energy source in addition to the energy from the plasma. By increasing the electron concentration in the plasma, the plasma can be stabilized without the introduction of impurities.

以上、RFプラズマで行ったことと同一の比較をマイク
ロ波出力800Wの第9図に示すマイクロ波プラズマト
ーチで行った。第9図では、電源17によるコイル18
への通電によりマイクロ波を発生させ、以下RFプラズ
マをマイクロ波プラズマに置き換えた以外は同一条件で
、実施例1゜2.3.4にそれぞれ対応する実施例5.
6,7゜8を行った。そこで得られた結果は全く同一で
あり、プラズマ発生方式による差異は認められなかった
The same comparison as that made with the RF plasma was made using the microwave plasma torch shown in FIG. 9 with a microwave output of 800 W. In FIG. 9, the coil 18 is powered by the power source 17.
Example 5. corresponding to Example 1.2.3.4 was conducted under the same conditions except that the RF plasma was replaced with microwave plasma.
6,7°8 was performed. The results obtained were exactly the same, and no difference was observed depending on the plasma generation method.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように本発明によれば、電子放出体はプラズマト
ーチ内のプラズマ近傍への設置によってプラズマの安定
化を図ることができ、電子放出体は従来のプラズマトー
チ内に設置されるアークプラズマ電極のように超高温領
域にさらされないのでアークプラズマ電極に生じる酸化
現象はなく、また電子放出体を原料に合わせて変換する
ことも可能であるのでプラズマを安定化させつつ、高純
度物質を得ることができる。
As described above, according to the present invention, plasma can be stabilized by installing an electron emitter near the plasma in a plasma torch, and the electron emitter is an arc plasma electrode installed in a conventional plasma torch. Since it is not exposed to ultra-high temperatures, there is no oxidation phenomenon that occurs in arc plasma electrodes, and it is also possible to change the electron emitter to match the raw material, making it possible to stabilize the plasma and obtain high-purity materials. I can do it.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明のプラズマトーチの一実施例を示す概略
的構成図、第2図は第1図のプラズマトーチにおける熱
電子放出体の配置状態を示す説明図、第3図は実施例1
で得られる粒子の状態を倍率1万倍で示す電子顕微鏡写
真、第4図は安定状態のプラズマの光学的形状の説明図
、第5図は不安定状態のプラズマの光学的形状の説明図
、第6図は本発明の他の実施例を示す光電子放出体内蔵
のプラズマトーチの要部断面図、第7図は本発明のさら
に他の実施例を示すトーチ外部からの光照射方式のプラ
ズマトーチの説明図、第8図は本発明のさらに他の実施
例を示す熱電子放出体を内蔵のプラズマトーチの概略的
構成図、第9図は本発明におけるマイクロ波電源を備え
たプラズマトーチの概略的構成図である。 l・・・・・・プラズマガス用ノズル、2・・・・・・
冷却ガス用ノズル、3・・・・・・RF電源、4・・・
・・・原料ガスノズル、5・・・・・・フィルタ、6・
・・・・・プラズマガス導入口、7・・・・・・冷却ガ
ス導入口、8・・・・・・原料ガス導入口、9・・・・
・・RFコイル、10・・・・・・回収部、11・・・
・・・プラズマ、12・・・・・・光電子放出体、13
・・・・・・冷却水、14・・・・・・水冷式石英管、
15・・・・・・熱電子放出体、16・・・・・・加熱
体、17・・・・・・マイクロ波用電源、18・・・・
・・マイクロ波用コイル。 代理人 弁理士 西 元 勝 − 第1図 第2図 第3図 第4図    第5図 第6図
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of the plasma torch of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing the arrangement of thermionic emitters in the plasma torch of FIG. 1, and FIG. 3 is Embodiment 1.
An electron micrograph showing the state of the particles obtained at a magnification of 10,000 times, Figure 4 is an illustration of the optical shape of plasma in a stable state, and Figure 5 is an illustration of the optical shape of plasma in an unstable state. FIG. 6 is a sectional view of a main part of a plasma torch with a built-in photoelectron emitter showing another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a plasma torch of a light irradiation method from outside the torch, showing still another embodiment of the present invention. 8 is a schematic configuration diagram of a plasma torch with a built-in thermionic emitter showing still another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a schematic diagram of a plasma torch equipped with a microwave power source according to the present invention. It is a configuration diagram. l...Plasma gas nozzle, 2...
Cooling gas nozzle, 3...RF power supply, 4...
... Raw material gas nozzle, 5... Filter, 6.
...Plasma gas inlet, 7...Cooling gas inlet, 8...Raw material gas inlet, 9...
...RF coil, 10...Recovery section, 11...
...Plasma, 12...Photoelectron emitter, 13
......Cooling water, 14...Water-cooled quartz tube,
15... Thermionic emitter, 16... Heating body, 17... Power source for microwave, 18...
...Microwave coil. Agent Patent Attorney Masaru Nishimoto - Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)高周波又はマイクロ波によりトーチ内にプラズマ
を形成させるプラズマトーチにおいて、前記プラズマト
ーチに形成されるプラズマから少なくとも離間された位
置に相当するトーチ内部に電子放出体を設置したことを
特徴とするプラズマトーチ。
(1) A plasma torch that forms plasma within the torch using high frequency waves or microwaves, characterized in that an electron emitter is installed inside the torch at a position that is at least spaced apart from the plasma formed in the plasma torch. plasma torch.
(2)前記電子放出体は、熱電子放出体からなり、その
加熱源を前記プラズマトーチ内に形成されるプラズマの
熱としたことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記
載のプラズマトーチ。
(2) The plasma according to claim (1), wherein the electron emitter is a thermionic emitter, and its heating source is the heat of plasma formed within the plasma torch. torch.
(3)前記電子放出体は、熱電子放出体からなり、その
熱源に前記プラズマトーチに形成されるプラズマの熱と
は別個の加熱源を設置したことを特徴とする特許請求の
範囲第(1)項記載のプラズマトーチ。
(3) The electron emitter is a thermionic emitter, and a heat source separate from the heat of the plasma formed in the plasma torch is installed in the heat source of the electron emitter. ) Plasma torch described in section.
(4)前記電子放出体は、光電子放出体からなり、その
光源を前記プラズマトーチに形成されるプラズマとした
ことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のプラ
ズマトーチ。
(4) The plasma torch according to claim 1, wherein the electron emitter is a photoelectron emitter, and its light source is plasma formed in the plasma torch.
(5)前記電子放出体は、光電子放出体からなり、その
光源を前記プラズマトーチ内に形成されるプラズマとし
たことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のプ
ラズマトーチ。
(5) The plasma torch according to claim 1, wherein the electron emitter is a photoelectron emitter, and its light source is plasma formed within the plasma torch.
(6)前記電子放出体は、光電子放出体からなり、該光
電子放出体に前記プラズマトーチ内に形成されるプラズ
マの光とは別個の光源から光を照射するようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のプラズマ
トーチ。
(6) A patent characterized in that the electron emitter is a photoelectron emitter, and the photoelectron emitter is irradiated with light from a light source different from the light of the plasma formed in the plasma torch. A plasma torch according to claim (1).
(7)前記熱電子放出体は、ThO_2、BaO、及び
SrOの群から選択された化合物からなるか、又はその
化合物を主成分とすることを特徴とする特許請求の範囲
第(2)項又は第(3)項記載のプラズマトーチ。
(7) The thermionic emitter is made of a compound selected from the group of ThO_2, BaO, and SrO, or has the compound as a main component, or The plasma torch according to item (3).
(8)前記光電子放出体は、CsSb、AgCs及びB
iCsの群から選択された化合物をからなるか、又はそ
の化合物を主成分とすることを特徴とする特許請求の範
囲第(4)項又は第(5)項記載のプラズマトーチ。
(8) The photoelectron emitter may include CsSb, AgCs and B.
The plasma torch according to claim 4 or 5, characterized in that it consists of a compound selected from the group of iCs or has the compound as its main component.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015503641A (en) * 2011-12-29 2015-02-02 武▲漢凱▼迪工程技▲術▼研究▲総▼院有限公司 Microwave plasma biomass spouted bed gasifier and method
JP2015507673A (en) * 2011-12-29 2015-03-12 武▲漢凱▼迪工程技▲術▼研究▲総▼院有限公司 Externally heated microwave plasma gasification furnace and synthesis gas production method
JP2015511966A (en) * 2011-12-29 2015-04-23 武▲漢凱▼迪工程技▲術▼研究▲総▼院有限公司 Microwave plasma biomass gasification fixed bed gasification furnace and method

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