KR19980064336A

KR19980064336A - 기체 정제 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 장치

Info

Publication number: KR19980064336A
Application number: KR1019970070465A
Authority: KR
Inventors: 쟝-크리스토프로스땅; 쟝-끌로드빠렝; 프랑시스브리셀부; 미쉘뫄상
Original assignee: 띠에르쉬에르; 레르리뀌드,소시에떼아노님뿌르레뛰드에렉스쁠로와따시옹데프로세데죠르쥬끌로드
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1997-12-13
Publication date: 1998-10-07
Also published as: US5993612A; US6190510B1; JPH10277354A; TW436321B; FR2757082B1; SG67456A1; FR2757082A1; EP0847794A1

Abstract

본 발명은 i) 중공의 유전관(16)을 통해 기체류를 형성시키는 단계; ii) 이 유전관(16)내에서 진행하고, 기체내의 불순물을 해리시켜 반응성 화합물을 형성하도록 편재적 열역학적 평형상태에 있지 않은 대기압 플라즈마(18)를 기체내에서 형성시키기에 적합한 진행성 전자기파를 사용하여 상기 기체내에 전기장을 형성시키는 단계; 및 iii) 이와 같이 하여 형성된 반응성 화합물을 이에 대응하는 반응성 성분(22, 24)과 반응시켜, 정제할 기체로부터 반응성 화합물을 제거하는 단계를 포함하는 기체 정제 방법에 관한 것이다.

Description

기체 정제 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 장치

본 발명은 기체, 구체적으로 플라즈마원성 희기체, 예컨대, 테트라플루오로메탄과 메탄을 함유하는 크립톤과 크세논을 정제하기 위한 기체 정제 방법, 및 이방법을 수행하기 위한 정제 장치에 관한 것이다.

희기체는 일반적으로 증류에 의해 공기로부터 추출된다. 증류후, 희기체는 이를 사용하기 전에 추출되어야만 하는 불순물을 함유한다.

따라서, 크립톤과 크세논의 경우에 불순물은 주로 테트라플루오로메탄(CF₄)과 메탄(CH₄)을 수백 ppmv(부피 백만 당 부) 정도의 농도로 함유한다. 이러한 희기체의 가장 보편적인 용도에는 고순도 생성물을 필요로 하고, 따라서 이종 분자의 존재는 이러한 용도에 바람직하지 않은 단점인 것이다.

예컨대, 크립톤은 필라멘트 램프의 부분 진공 충전에 널리 사용된다. 이러한 용도에 있어서, 램프중에 있는 텅스텐 필라멘트가 가열되는 최고 온도는 테트라플루오로메탄을 부식성이 강한 플루오르화된 라디칼로 해리시킬 수 있고, 이에 따라 금속의 부식에 의해 필라멘트가 급속히 분해될 수 있다.

또한, 메탄도 이러한 온도 조건에서는 해리하여 전구의 내면에 갈색빛의 탄소-함유 고체 침착물을 형성시키는 불안정한 기체 전구체를 생성한다.

당해 기술분야에 공지되어 있는 바와 같이 기술적인 이유로 인해 희기체의 정제는 증류 공정으로 수행할 수 없었다.

지금까지 공지된 정제 기법은 주로 열 현상을 기초로 한 것이다.

그러나, 이러한 기법은 CH₄를 용이하게 분해 및/또는 산화시키지만, 매우 안정하여 반응성이 매우 적은 분자인 CF₄를 제거하기에는 적합하지 않다.

또한, CF₄분자는 실온에서 어떤 고체 또는 액체 매질과도 현저하게 반응하지 않으므로, CF₄가 화학적 전환하는데에는 도달되어야 하는 매우 높은 반응 온도와 기체 매질에 전달되어야 하는 상당한 엔탈피를 필요로 한다.

연소 기법을 사용하는 경우에는, 매우 높은 유속의 연소 기체, 일반적으로 수소가 필요하여, 처리 비용 문제, 안전성 문제 및 방출되는 열에 의한 플랜트-제한 문제를 낳는다. 또한, 이 기법은 이미 낮은 불순물 농도를 무시할만한 수준으로 감소시키는데에는 적합하지 않다.

또다른 공지의 정제 기법은 적합한 금속, 예컨대 지르코늄 상에서의 반응에 의한 열화학적 분해 공정에 기초한 것이다. 이 기법은 비교적 효과적이며 연소 기체의 다량 공급도 그다지 필요로 하지 않는다. 그러나, 많은 단점이 있는데, 특히 높은 유속의 기체를 정제하는 것이 가능하지 않고 공정 수행시 많은 공간을 차지하는 장치를 필요로 한다.

더욱이, 이 기법은 꽤 높은 작동 온도, 예컨대 약 900 내지 1000℃의 온도를 필요로 하고 사용된 금속 베드는 매우 비싸며 그 사용 기간도 제한된다.

전술한 이유로 인해, 현재 희기체의 정제 단계는 희기체를 생산하는 공정 라인들의 효율을 제한하는 주원인이 되고 있다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해소하는 기체 정제 방법 및 이러한 방법을 수행하는 정제 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 전기장 어플리케이터가 설파트론-가이드형의 표면파 여자기(exciter)인 경우의 본 발명에 따른 기체 정제 장치의 모식도이다.

도 2는 플라즈마 여자기를 보여주는 도 1에 도시된 장치의 처리 반응기의 종단면도이다.

도 3은 유전관과 처리 순환로의 나머지 부분간의 관계를 보여주는 도 1에 도시된 장치의 일부분의 세부도이다.

도 4는 플라즈마의 부재하에 도 1에 도시된 장치를 통과한 크립톤의 적외선 스펙트럼이다.

도 5는 플라즈마 처리후, 소다 석회와 그 다음 실리카겔 상으로 통과시킨 후에 유전관을 통과한 크립톤의 적외선 스펙트럼이다.

[도면의 주요 부호에 대한 설명]

10 : 고주파장 어플리케이터

12 : 도파관

14 : 마이크로파 발생기

18 : 플라즈마

19 : 슬리브

20 : 라인

22 : 처리 단위

24 : 기체 탈수 단위

34, 36 : 샘플링 셀

46, 50 : 플런저

본 발명의 제 1 목적은 i) 중공의 유전관을 통해 정제될 기체류를 형성시키는 단계; ii) 이 유전관내에서 진행하고, 기체내의 불순물을 해리시켜 반응성 화합물을 형성하도록 편재적 열역학적 평형상태에 있지 않은 대기압 플라즈마를 기체내에 형성시키기에 적합한 진행성 전자기파를 사용하여 상기 기체내에 전기장을 형성시키는 단계; 및 iii) 이와 같이 하여 형성된 반응성 화합물을 이에 대응하는 반응성 성분과 반응시켜, 정제될 기체로부터 반응성 화합물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 정제 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 하나 이상의 특징을 추가로 포함할 수 있다.

- 전자기파는 설파트론-가이드 형의 표면파 여자기에 의하여 생성되는 표면파이다;

- 본 방법은 전기장이 유전관의 일정 영역에서 형성되고, 또한 상기 플라즈마의 길이를 조정하기 위하여 상기 영역의 종축 치수를 조정하는 단계를 추가로 포함한다;

- 유전관을 통해 기체류를 형성시키는 단계 이전에 정제될 기체에 산소를 첨가한다;

- 반응성 화합물을 반응시키는 것으로 구성되는 단계가 반응성 화합물을 알칼리성 성분, 특히 소다 석회나 알칼리성 수용액과 반응시키는 것으로 구성된다;

- 본 방법은 추가로 반응성 화합물을 이에 대응하는 반응성 성분과 반응시키는 단계 이후에 기체의 탈수 단계를 포함한다;

- 정제될 희기체가 크립톤이나 크세논으로 구성된다;

- 상기 기체중의 불순물이 메탄 및 과플루오르화된 기체, 구체적으로 테트라플루오로메탄중에서 선택된다.

또한, 본 발명의 제 2 목적은 정제할 기체를 흐르게 만든 하나 이상의 중공 유전관으로 하나 이상의 전자기파 여자기에 의해 생성된 주행 파를 유도하기에 적합한 도파관과 결합된 하나 이상의 고주파 주행파 여자기를 포함하여, 기체내의 불순물이 해리되도록 정제될 기체의 분자를 이온화 및 여기시키기 위한 대기압 플라즈마를 내부에 형성시키므로써 반응성 화합물, 특히 플루오르화된 화합물을 형성시키며, 해당 중공 유전관의 배출구 측에 배치된 상기 반응성 화합물을 처리하기 위한 하나 이상의 단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 정제 방법을 수행하기 위한 기체 정제 장치를 제공하는 것이다.

이 장치는 다음과 같은 하나 이상의 특징을 추가로 포함할 수 있다.

- 각 여자기는 표면파 여자기 및 전도성 재료로 제조된 원통형 슬리브로 구성되며, 그 내부에는 해당 유전관이 장착되어 있고, 상기 여자기의 내벽과 상기 슬리브의 자유 말단 사이에 존재하는 공간내에 입사파를 집중시키기 위한 영역을 포함하여 상기 유전관과 동축으로 전기장을 형성시킬 수 있다;

- 상기 슬리브는 그 내부에 유전관이 장착되어 있는 내부 실린더, 및 이 내부 실린더와 함께 액체 냉각제를 공급하는 냉각 챔버를 한정하는 외부 실린더를 포함한다;

- 상기 슬리브 및 상기 유전관이 원통형 공간을 사이에 두고 있고 이 공간에 기체 냉각제를 공급하는 수단을 추가로 포함한다;

- 상기 유전관이 실리카로 구성된다;

- 각 여자기가 상기 슬리브와 동축으로 여자기내에서 축방향으로 이동할 수 있도록 장착된 1/4 파장의 트랩을 형성하는 플런저를 포함하는 임피던스-조정 수단을 구비하고 있다;

- 본 장치는 중공 유전관에 형성된 플라즈마의 종축 치수를 조정하는 수단을 추가로 포함한다;

- 각 여자기의 벽이 입사파 집중 영역에 근접할수록 얇아진다;

- 각 여자기 벽의 얇아진 부분이 상기 벽의 나머지 부분에 용접된 부가 부재를 함유한다;

- 상기 반응성 화합물을 처리하기 위한 하나 이상의 단위가 각각 소다-석회 카트리지를 포함한다;

- 본 장치는 소다-석회 카트리지의 상류에 배치된 가습기를 포함한다;

- 본 장치는 추가로 상기 반응성 화합물을 처리하기 위한 단위의 하류에 배치된, 정제될 기체를 탈수하기 위한 단위를 포함한다;

- 상기 표면파 여자기가 각각 설파트론-가이드 형의 여자기를 포함한다.

본 발명의 기타 다른 특징과 이점은 첨부되는 도면을 참조로 하여 단지 실시예로서 제시한 하기 상세한 설명을 통해서 알 수 있을 것이다.

도 1은 플라즈마원성 기체, 구체적으로 크립톤 또는 크세논과 같은 희기체를 정제하는 장치의 모식도이다.

하기 정제 장치 및 그 작동에 대한 설명은 크립톤 및 크세논 정제에 관한 것이다.

물론, 본 발명은 기타 다른 기체, 예컨대 Ar, N₂, Ne, Kr, Xe, He, O₂, CO₂및 H₂, 또는 이 기체의 혼합물을 처리하는 방법에 관한 것이다.

이 장치의 대상은 초기 중성 기체 분자로부터 제거되는 전자에 의해 일어나는 기체 분자의 이온화로 전기방전을 생성하기에 충분히 높은 전기장중에서 처리될 플라즈마원성 기체를 배치하는 것이다.

플라즈마원성 기체란 전기장의 효과로 인해 방전이 일어나는 기체를 의미하고, 본원에 기재된 방전 성질, 즉 전자 분포 및 물리화학적 변수는 방전을 형성하는 기체에 의해 결정된다.

정제될 기체내에서 전기장의 효과로 인해 본 발명을 수행하기에 적합한 성질을 가진 방전이 일어날 가능성은 주로 그 기체의 성질에 따라 좌우되고, 불순물의 농도가 낮다면, 일반적으로 대략 수백 ppmv 정도로 낮다면 불순물의 성질에는 영향을 받지 않는다.

방전 효과로 인해, 기체 분자는 해리하여 초기 분자보다 크기가 작은 라디칼을 형성하고, 결국에는 각각의 원자를 형성한다.

원자, 또는 경우에 따라서는 정제될 기체의 분자는 여기하고, 이 분자는 방전중에 원자 또는 분자 단편으로 해리된다. 그러나, 여기 및/또는 해리된 종은 이들 고유의 특성(희기체)이나 또는 처리될 기체와 반응할 수 있는 또다른 다량의 기체가 방전중에는 유입되지 않기 때문에 실질적으로 어떤 화학적 반응을 일으키지 않는다. 정제될 기체의 원자 또는 분자는 방전관을 통해 통과한 후, 탈여기되고(또는) 재결합하여 다시 본래 상태로 방전관에서 배출된다.

이와 반대로, 정제될 기체를 사용하는 연속 공정에 유해한 분자이고 소량으로 존재하는 전술한 바와 같은 불순물은 여기에 의해 해리되고 초기 분자의 화학적 성질과는 다른 화학적 성질을 가진 새로운 분자 단편을 형성하여 비가역적 변형을 일으키며, 이 분자 단편은 적합한 고체 또는 적합한 액체상에서의 반응에 의해 처리되거나 또는 즉시 자발적으로 축합하여 고체 침착물이나 입자를 형성할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명의 정제 장치는 크립톤 및 크세논을 추출하기 위한 공기 증류 플랜트의 배출구 측에 장착되어, CF₄및 CH₄와 같은 불순물 분자를 파괴하고, 상기 불순물을 이에 대응하는 반응성 화합물의 작용에 의해 처리될 수 있는 반응성 기체 화합물로 전환시키기 위한 것이다. 또한, 본 정제 장치는 증류에 의해 크립톤과 크세논을 분리하기 위한 플랜트의 하류에 장착될 수도 있다. 마지막으로, 본 정제 장치는 크립톤이나 크세논, 이 두 기체의 혼합물을 가압하에 저장하고 있는 병을 구비한 독립형 정제 장치를 구성할 수도 있다.

이 정제 공정을 실시하기 위하여, 본 발명에 기재된 장치는 도파관(12)을 통해 마이크로파 발생기(14)에 연결된 표면파 여자기를 포함하는 도면 부호 (10)으로 나타낸 고주파장 어플리케이터 장치를 포함한다.

이 장치는 추가로 표면파 여자기(10)와 결합되고, 실리카와 같은 유전 물질로 만들어진 유전관(16)을 포함하며, 이 유전관을 통해 정제될 플라즈마원성 기체가 흐른다.

또한, 고주파장 어플리케이터라고도 하는 표면파 여자기(10)는 도파관(12)과 결합하여, 마이크로파 발생기(14)에 의해 발생된 마이크로파 방사선을 방전관(16)으로 유도하므로써 정제될 기체내에 플라즈마(18)를 형성시키는 설파트론-가이드 형의 어플리케이터를 포함한다.

또한, 도 1은 방전관(16)이 전도 물질로 만들어진 슬리브(19)내에 배치되어 있는 것을 나타내며 그 구조는 도 2를 참고로 하여 하기에 보다 상세히 설명될 것이다.

방전관은 고주파 어플리케이터(10)의 외측인 정제될 기체 흐름의 방향에 대해 그 하류에, 소다 석회 또는 알칼리성 수용액과 같은 알칼리성 성분을 함유하는 카트리지로 구성되는 처리 단위(22) 및 기체 탈수 단위(24)로 여기된 기체를 전달하는 라인(20)이 연결되어 있다.

또한, 라인(20)은 2개의 분지 단위(26)과 (28)를 포함하며, 이것은 각 해당 밸브, 예컨대 (30)과 (32)에 의해 조절되며, 그 위에 푸리에 변환 적외선 분광기를 사용하여 기체를 분석하기 위한 샘플링 셀(34)와 (36)이 봉합 방식으로 장착되어 있다.

이 셀은 길이가 약 100mm인 Spectra-Tec 일회 통과형 셀로서, 검출 범위가 예상 용도에 충분하게 광범위하다. 이 셀은 기체가 관(16)내에서 형성된 방전을 통해 통과한 후 일부 플루오르화된 생성물에 의해 공격받을 수 있는 실리카로 제조된 셀 경우에 나타날 수 있는 부가 생성물의 생성을 피하기 위해 스테인레스 스틸로 제조한다. 이 셀의 윈도우는 적외선 분광분석기에 의한 분석에 사용된 관련 범위의 파장에서 흡광도가 매우 낮은 BaF₂로 제조한다.

마지막으로, 도 1은 방전관(16)이 냉각 카트리지(38)를 통해 라인(20)에 연결되어 있음을 보여주고 있으며, 그 상세한 구조에 대해서는 도 3과 관련하여 설명하겠다.

이하에는 도 2를 참조로 하여 표면파 어플리케이터(10)에 대해서 설명하겠다.

전술한 바와 같이, 어플리케이터(10)는 설파트론-가이드 어플리케이터로 구성되는 것이 바람직하다.

어플리케이터는 도파관(12)에 의해 유도되어 도 2에서 화살표 F로 나타낸 방향으로 입사하고 도파관(12)에 의해 유도된 마이크로파 방사선을 전파시키기 위한 적당한 파장을 형성하는 제 1 부재(40) 및 방전관(16)과 동축방향이고, 그 내부에 1/4 파장의 트랩을 형성하는 동조 플런저(46)가 축방향으로 이동할 수 있도록 장착되어 있는 주로 원통형의 제 1 부재(44)로 구성된 임피던스-정합 부재(42)라고 하는 동축의 제 2 부재, 및 또한 주로 원통형이고 도파관(12)의 연장부에 배치되어 있고 도 1에 도시된 바와 같은 이동성 도파관 플런저(50)를 구비하고 있는 제 2 부재(48)를 포함한다.

도 2를 통해서는 동조 플런저(46)가 바람직하게는 Teflon(등록 상표명)으로 만든 활주 세정기(52)에 고정되어 있다.

또한, 설파트론-가이드(10)는 플런저(46) 및 (50)의 축방향 위치의 조정을 조절하는 수단을 구비하고 있고, 이 수단은 조작자가 수동으로 조작할 수 있거나 모터 수단을 구비할 수도 있고 동조 플런저(46)와 도파관 플런저(50)의 위치를 조정하여 설파트론-가이드/플라즈마 시스템에 마이크로파-발생기/도파관 시스템을 임피던스-정합하기 위한 막대(53) 및 (54)를 함유한다.

특히, 동축 플런저(46)는 고성능 작동을 허용할 뿐만 아니라 사실상 어떤 메인테넌스(maintenance)도 필요치 않은 1/4 파장의 트랩을 사용하여 무접촉 단락을 제공한다는 것은 주목할만한 것이다.

또한, 설파트론-가이드(10)의 본체내에는 조정을 수행한 후 동조 플런저(46)를 제위치로 잠그기 위한 스크류(56)를 구비하고 있다.

또, 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 동조 플런저(46)의 축방향으로의 이동을 제한하기 위한 고정장치(58)는 동조를 예비조정하기 위한 해당 조절 막대(53)상에 구비되어 있다.

전술한 바와 같이, 설파트론-가이드는 내측에 원통형 슬리브(19)를 구비하고 있고, 그 내부에 방전관(16)이 배치되어 있다. 이것은 설파트론-가이드의 발사 갭의 폭을 조정하기 위하여 방전관(16) 및 동조 플런저(46)와 동축의 제 1 부재(44)에 대해 축방향으로 이동할 수 있도록 장착되어 있다.

또한, 설파트론-가이드(10)의 본체는 횡형 스크류(62)로 구성되는 소정 위치에 슬리브(19)를 보유하는 장치를 포함하고 있다.

슬리브(19)는 2개의 동축 벽(64) 및 (66)을 가지며, 이들 사이에 도 2에 부분적으로 도시된 바와 같은 관(16)내에서의 방전동안 슬리브(19)를 냉각시키는 수냉각 순환로(70)와 연결된 원통형 챔버(68)가 한정되어 있다.

또한, 방전관(16)은 슬리브(60)의 내벽(64)과 함께, 추가 냉각을 제공하기 위하여 슬리브(19)와 방전관(16) 사이의 갭(72)내에 가압된 기체류가 형성되도록 관(16)내에 가압하에 기체를 공급하기 위한 라인(74)(일부만이 도시됨)에 연결된 주로 원통형의 갭(72)을 한정하고 있다. 기체상 냉각제는 예컨대 압축기에 의해 형성된 가압하의 공기이다.

이러한 냉각 수단은 대기압에서 작업하는데 필수적이며, 여기에서 플라즈마는 기체내의 전자보다는 훨씬 낮은 온도이지만, 이러한 냉각 수단이 없는 경우에는 방전관(16)을 용융시킬 수도 있는 온도에 도달한다.

마지막으로, 슬리브(19)의 자유 말단은 도파관(40)내에 나와있고, 도파관의 내벽과 함께 갭(76)을 한정하고 있고, 이에 따라 이 지점에 편재된 마이크로파 에너지는 표면파를 통해 플라즈마로 전달된다.

또한, 갭(76)에 가까운 설파트론-가이드(10) 벽의 횡단면은 도파관(40)의 벽을 구성하는 구조체내에서 가열을 통해 일어나는 마이크로파 전력의 상당한 손실없이 표면파의 여기를 방해하지 않도록 도파관(40)의 외벽으로 부터 물질을 제거하여 0.5 내지 0.7 mm 두께로 얇아진다는 것을 주목하기 바란다.

또, 갭(76)은 동축의 제 1 부재(44)내에서 축방향으로 슬리브(19)를 이동시키고 스크류(62)를 사용하여 슬리브를 고정시키므로써 조정할 수 있다는 것을 주목하라. 이러한 조정으로 이 장치가 높은 마이크로파 전력에서 작동할 때 갭(76)내에 전기 아아크의 형성을 방지하여 임피던스 정합을 최적화할 수 있다.

마지막으로, 방전관(16)의 자유 말단(78)은 도시하지는 않았지만 예컨대 공기 증류 플랜트로 구성된 처리될 기체 공급원에 연결되어 있어 설파트론-가이드를 통해 기체류를 형성시킬 수 있다.

작동중에, 발생기(14)에 의해 생성된 마이크로파 방사선은 방전관(16) 및 여기에 함유된 기체 혼합물내에서, 관련 전기장을 발생시켜 기체 혼합물내에 방전을 유지시키는 진행 전자기 표면파를 전파시키기 위하여 갭(76)내에 입사광을 집중시키는 설파트론-가이드(10)로 도파관(12)에 의해 유도된다.

특히, 설파트론-가이드(10)의 구조는 입사파의 전기장이 갭(76)을 통해 방전관(16)의 축 방향을 따라 플라즈마원성 기체까지 통하도록 연결되어 있다.

이와 같이 정제될 기체내에서 생성된 플라즈마는 컬럼 형태이고 이것의 전자 밀도는 공지 기능에 따라 갭으로부터 멀어질수록 감소한다.

거의 모든 불순물을 변화시키기 위하여 불순물 입자를 꽤 장시간 체류시키기 위하여, 장치에는 방전관(16)내에 존재하는 플라즈마의 종축 치수를 조정하는 수단이 완비되어 있는 것이 바람직하다. 이 수단은 마이크로파 전력을 조정하는 장치를 포함하며, 이와 함께 마이크로파 발생기(14)가 통상적으로 장치되어 있다; 이 장치에 의하여 전기장이 발생하는 영역의 종축 치수를 조정할 수 있으며, 이 영역의 길이는 공지된 방식으로 전력을 증가시키면 증가한다.

또한, 방전관(16)의 직경은 예컨대 외경이 8mm이고 내경이 4mm 정도로 충분히 작게 만들어, 관의 축에 집중되고 재현가능하고 안정한 방식으로 형성될 수 있는 단일 플라즈마 필라멘트를 얻는 것이 바람직하다.

이것은 대기압하에서 작동할 때, 특히 크세논, 크립톤 및 아르곤과 같은 낮은 열전도도를 가진 기체를 사용하는 경우에, 관의 내경이 증가하여도 플라즈마 자체의 직경은 증가하지 않아 관의 둘레에서 흐르는 처리될 기체가 점차 감쇠된 여기 상태로 처리될 수 있기 때문이다.

또한, 여러 플라즈마 필라멘트도 형성될 수 있지만, 특이적인 양태를 나타내고 방전관 벽에 점착하여 방전관 벽의 손상을 일으킬 수 있는 가능성이 있다.

그러나, 허용 유속을 증가시키기 위하여 각각 플라즈마를 발생시키는 고주파장 어플리케이터를 가진 여러 작은 직경의 방전관을 평행하게 결합시키고, 그 다음 총 기체류를 단일 반응성 성분상에서 처리하는 것도 가능하다. 또한, 플라즈마 매질내에 존재하는 분자의 체류 시간을 증가시키기 위하여 여러 고주파 어플리케이터를 사용하여 동일한 관내에서 연속적으로 수회 방전을 형성시키는 것도 가능하다.

전술한 바와 같이, 전 문단에서 설명드린 배치는 정제될 플라즈마원성 기체 경로와 그 이후의 경로에도 수만 켈빈 온도에 상응하는 매우 높은 전자-에너지 여기상태의 부위인 플라즈마를 형성시킬 수 있고, 이에 따라 전자 충돌에 의하여 기체를 구성하는 원자 및 분자를 여기시키고, 특히 CF₄및 CH₄와 같은 불순물 분자를 비교적 화학적으로 안정한 상태에서 반응성 상태로 전환시킬 수 있으며, 따라서 이러한 불순물을 그 즉시 자발적으로 고체 침착물이나 입자(플루오로탄소 중합체, 카본 블랙 등) 형태로 응축시키거나, 또는 불순물을 이하 기재되는 바와 같이 상응하는 고체 또는 액체 반응물과 반응시켜 연속적으로 제거할 수 있다. 또한, 정제될 기체의 원자 및 분자는 방전중에 여기되나, 방전관에서 배출된 즉시 탈여기 및/또는 재결합하고, 더욱이 정제될 기체가 이후에 그 위로 흐르는 고체 또는 액체 반응성 화합물과 반응하지는 않는다.

특히, 이 장치에 의해 형성되는 플라즈마는 편재적인 열역학적 평형(LTE) 상태가 아닌 플라즈마이다.

이러한 형태의 플라즈마에서 이 매질내에 존재하는 전자들만이 고 에너지로 상승하고, 이온 종과 중성 종의 온도는 훨씬 낮게 유지되며, 심지어 특정 종은 주위 온도 부근이다.

열역학적 평형 상태가 아닌 시스템에서는 방전 매개변수, 예컨대 전자기장의 주파수, 방전관의 직경, 흡수된 마이크로파 전력 밀도 및 부가되는 보조 기체에 의해 처리되는 기체의 조성을 변화시킴에 따라 다수의 여러 상태가 얻어질 수 있다.

한편, 편재적 열역학적 평형 상태(LTE)에 있는 플라즈마의 경우에는 존재하는 모든 종이 매우 높은 동일한 온도에 있으며, 이러한 총 반응 평형은 특정 화학적 전환 공정을 수행하는데 있어서 반드시 바람직한 것이 아니며, 이러한 평형은 방전 매개변수를 변화시켜 수정할 수도 없다.

편재적 열역학적 평형 상태에 있는 모든 시스템에서와 같이, 전환후 최종 상태는 전 시스템의 온도에 의해 주로 결정된다.

바람직하지 않은 반응 경로는 이러한 경우, 뿐만 아니라 바람직한 결과로 용도의 원소적 전환시 유리할 수 있다. 또한, 매질의 매우 높은 엔탈피는 플랜트의 제한 문제(냉각 등)를 유발하고 이 엔탈피를 유지하는 것은 에너지면에서 많은 비용이 든다.

따라서, 이 장치에서 생성된 편재적 열역학적 평형 상태에 있지 않은 방전물은 활동적으로 보다 효과적이고 예상되는 분자 전환을 수행하기에 보다 적합한 작업 조건을 찾을 수 있는 가능성을 제공하는 것으로 사료된다.

더욱이, 방전관(16)내에 존재하는 플라즈마의 길이를 조정하여, 분자 및 불순물이 반응성 종으로 전환되는데 필요한 체류 시간을, 처리 마지막에 불순물의 잔류 농도가 소정의 농도로 되기에만 충분한 시간으로 조정할 수 있고, 따라서 시스템의 전기 소비를 최소화할 수 있다.

전술한 바와 같이, 연결 영역으로 부터 열을 제거하기 위해 방전관(16)과 라인(20) 사이에 냉각 단위(38)를 개재시킨다. 이것은 크립톤의 경우에 유전관 내부는 아니지만 라인(20)에 연결된 접합부 바로 다음인 방전의 수십 cm 하류에 위치한 영역에서 매우 강한 열의 발생이 관찰되기 때문이다. 이 현상은 방전관내의 고속 기체(높은 유속 및 작은 직경)로 인해 크립톤의 준안정 에너지 상태가 지연되어 탈-여기된다는 것으로부터 설명될 수 있다.

또한, 탈여기는 실리카 관에 비해 금속이나 중합체로 제조된 라인에서 주로 일어나는 것도 가능하다.

냉각 수단이 없다면, 라인(20)은 스테인레스 스틸(이 금속은 조작 수 분후 빨갛게 뜨거워진다)로 만들어졌을 지라도 그 자체를 유지하기에 적합하지 않은 온도에 급속하게 도달한다. 따라서, 이 장치는 방전관의 배출구 측에 처리될 기체류가 흐르는 구리 또는 스테인레스 스틸 코일로 이루어진 열 교환기를 포함하고, 이 코일은 물이 내부에서 순환하는 스틸 엔클로저내에 함유되어 있다.

열 교환기는 방전관의 배출구 측에 있어서의 라인의 온도가 정상 상태의 작동 중에 충분히 적당하게, 일반적으로 100℃ 미만으로 유지되도록 디자인되어 있다.

또한, 방전관과 열교환기 사이에 필요한 이동성 연결부는 중합체 물질(Teflon(등록상표명))로 만들어진 밀봉 쇠고리의 이용을 필요로 하고, 이 쇠고리의 가열도 절대적으로 제한되어야 한다. 따라서, 순환수로 접속기를 냉각시키는 냉각 카트리지를 구비해야 하며, 이것에 대해서는 하기에 상세하게 설명할 것이다.

도 3은 냉각 카트리지가 챔버(81)를 연속 한정하고 있고 그 한쪽 말단에 방전관(16)을 고정시키기 위한 접속기(82)를 구비하고 있으며, 다른쪽 말단에는 방전관(16)을 라인(20)에 결합시키기 위한 플랜지(84)를 구비하고 있는 케이싱(80)을 포함한다.

더욱이, 카트리지(38)는 챔버(81)에 물을 공급하기 위한 파이프(86)와 물 배출 파이프(88)를 구비하고 있다.

작동시, 방전관(16)을 통해 흐르는 기체는 챔버(81)에 존재하는 물과 열을 교환하고, 따라서 접속기의 쇠고리(89)(Teflon(등록상표명))를 그대로 유지시킬 수 있다. 또한, 장기간동안 연속 작동시키기 위해서는 (Teflon(등록상표명)) PFA(퍼플루오로알콕시 수지)와 같은 부식액에 대한 내성이 큰 중합체 보다는 스테인레스 스틸 316L로 라인(20)을 제조하는 것이 바람직하다. 그 이유는 저농도의 산류 때문에 비교적 서서히 부식하는 금속 라인을 때로 대체시키는 것이 중합체의 과열로 인해 유발되는 돌발사고를 각오하는 것보다 낫기 때문이다.

실험 결과는 방전 부재의 경우와 방전 중의 경우 장치에서 배출된 크립톤의 파장수의 함수로서 적외선 흡광 스펙트럼을 각각 나타내는 도 4와 도 5를 참조로 하여 이하에 제시하며, 이러한 결과치는 분석 셀(34) 및 (36)을 사용하여 수득한 것이다.

이 셀(34) 및 (36)에서 수행되는 분석은 특히 소다 석회의 베드상이나 순환로의 내벽에 흡착/탈착 공정을 초래할 수 있는 모든 일시적인 현상을 계산에 넣지 않기 위해서는 장치의 안정한 작동 체제를 설정한 후에만 수행한다.

이러한 안정화 상태 중에 셀을 분리하고 기체를 해당 분지로를 통해 유동시킨다. 기체를 채취하기 위한 밸브의 개폐 순서는 동일하게 재현하고 셀내에 항상 일정 압력이 유지되도록 점검한다.

대조 스펙트럼은 순수 질소로 세정한 셀을 사용하여 기록한다. 기체 샘플의 총 투광도(T)는 시간 경과에 따라 변화하기 쉬운 원료의 방출 스펙트럼 및 검출기의 응답을, 분광기의 광학을 통합한 대조 스펙트럼으로 나누어 얻는다.

흡광도는 관계식 A = log(1/T)을 이용하는 비어-람버트의 법칙을 사용하여 계산한다.

생성물은 각 스펙트럼이 공지 생성물에 해당하는 기억된 대조 스펙트럼과 비교하여 동정한다.

이와 같이 동정된 화합물을 정량하기 위해서 조정 샘플을 사용하고, 피크 아래의 면적이 부피 단위당 진동 결합 수에 비례하는 것으로 추정한다.

무엇보다도 도 4를 통하여, 크립톤 분석은 각각 CF₄및 CH₄에 해당하는 1283 cm^-1및 3017 cm^-1에서 피크를 나타낸다는 것을 관찰할 수 있다. 이 피크들은 정제될 크립톤내에 존재하는 CF₄및 CH₄의 초기 농도가 각각 172 ppm 및 335 ppm이라는 것을 나타낸다.

또한, H₂O의 특징을 나타내는 피크는 1500 cm^-1의 영역과 3500 cm^-1보다 큰 파장수에서 관찰되며, 잔류 대기 CO₂의 특징을 나타내는 피크는 분광계의 2380 cm^-1구역에서 관찰된다.

그 이외에, 정제될 기체는 인지가능한 농도의 어떤 다른 불순물도 함유하고 있지 않음을 알 수 있다.

도 5는 방전에서 배출될 때(곡선 I)와 장치에서 배출될 때(곡선 II)의 크립톤의 흡광 스펙트럼을 보여주고 있다.

전술한 바와 같이, 처리될 기체 유출액은 20 표준 l/min(slm), 즉 1.2 ㎥/h 유속의 크립톤과 1500W의 입사 마이크로파 전력을 포함한다.

CF₄를 반응성 종으로 전환시키기 위한 공정 실행을 증진시키기 위해서는 크립톤이 유전관(16)을 통해 흐르기 전에 크립톤에 산소를 첨가한다.

그러나, 크립톤중에 발생된 표면파 플라즈마에 허용되는 산소 농도는 다른 기체중에서 발생된 플라즈마에 비해 매우 제한된다. 특히, 입사 기체중에 존재하는 CF₄의 농도와 대략 동일 수준 이상의 산소 농도에서, 플라즈마는 색이 매우 급속하게 변화하고 불안정해지며 다중필라멘트성이 된다. 문제의 조건하에서 최대 산소 유속은 20 표준 ㎤/min(sccm)으로 고정시키는 것이 바람직하다.

설파트론-가이드(10)의 임피던스 동조는 갭(76)의 길이에 대해, 동축 동조 플런저(46)의 위치에 대해, 그리고 도파관 플런저(50)의 위치에 대해 작용시켜 미리 조정한다.

상기 마지막 2가지 조정 공정, 즉 동조 플런저(46) 및 도파관 플런저(50)에 대한 조정은 작동 막대(53) 및 (54)를 사용하여 플라즈마가 충돌되는 실시간에 수행할 수 있다.

또한, 갭(76)은 근사치로 연속 조정할 수 있는데, 이러한 수정은 안정성 기준에 적합하지 않은 누출 방사선에 조작자를 노출시키지 않도록 플라즈마에 충격을 주지 않으면서 실시할 수 있다.

시스템을 동조하면, 단지 수 와트의 반사 전력, 즉 입사 전력의 1% 미만의 전력이 얻어진다.

방전을 형성시킨 후, 냉각 카트리지(38)의 상류에서 분석한 결과, 좌표의 눈금이 10배씩 증가함에도 불구하고 CF₄및 CH₄의 특징을 나타내는 피크, 각각 1283 cm^-1및 3017 cm^-1에서의 피크 높이는 상당히 감소(곡선 I)하는 것으로 나타나며, 방전내의 반응물에 의해 형성된 생성물의 특징을 나타내는 피크들은 한편으로는 HF, COF₂, SiF₄및 HCN과 같은 산 종과 다른 한편으로는 CO 및 C₂H₂로 구성된다.

곡선 II는 산 종이 실리카겔 카트리지의 하류에서 더이상 검출되지 않는다는 것을 나타낸다.

CF₄및 CH₄의 조정 혼합물로부터 얻어진 푸리에 변환 적외선 분광분석 시그널과 비교하여 수행한, 장치에서 배출되는 크립톤중의 불순물을 정량 평가 결과는 CF₄의 잔류 농도가 0.3 ppmv이고 CH₄의 잔류 농도가 3 ppmv라는 것을 나타낸다. 즉, 특히 CF₄와 같은 불순물 농도가 상당히 감소하는 것으로 관찰되며, 이 농도는 규정중의 규제 범위 이하의 농도이다.

메탄의 경우에는, 통상의 방식으로 CH₄를 파괴시키는 것이 가능한 데옥소형의 열처리 기법을 사용하는 부가 단계(상기 부가 단계는 이 장치의 상류에 배치되어 방전관내의 어떤 침착도 일어나지 않도록 함) 또는 메탄 처리용 산소 유속을 보다 높게 작동시킬 수 있는 부가 플라즈마-처리 단계를 부가하여 통상의 기법으로 잔류 농도를 추가 감소시킬 수도 있을 것이다. 또한, 이 때에는 잔류 CO₂를 제거하기 위한 탈탄화 단위를 부가로 구비할 필요가 있다.

더욱이, 정제될 기체중에 존재하는 잔류 CO 농도는 평균 법적 규제값인 50 ppmv 정도이어야 한다. 그러나, CO를 대기로 방출시키기 위하여 연속적인 저온 증류 단계에 의해 정제 기체로부터 용이하게 추출시킬 수도 있다.

또한, C₂H₂및 CO₂는 모두 분자체에 대한 흡착 방법으로 용이하게 제거할 수 있다.

도 1에 도시한 예시적인 양태에서, 기체 탈수 단위는 실리카겔을 함유한다. 그러나, 이 겔을 분자체, 예컨대 13X 형으로 대체시킬 수도 있다. 또한, 탄소-함유 고체 입자가 장치의 배출구 측에서 관찰되지 않도록 특정 필터를 체의 하류에 배치할 수도 있다.

또, 장치는 연속 공정중에 정제될 기체류의 영향으로 인해 소다 석회를 점진적으로 건조시키며 유동 기체가 물과 접촉하여 수증기를 적재하게 되어 초래되는 효율 손실을 피하기 위하여 소다 석회의 상류에 배치되는 통상적인 형태의 가습기를 완비하는 것이 유리할 수 있다.

더욱이, 본 명세서에 기재된 설명은 크립톤과 크세논의 정제에 관한 것이나, 이와 같은 정제 방법을 모든 종류의 플라즈마원성 기체, 특히 아르곤에 사용할 수 있으며, 일반적으로 Ar, Ne, Kr, Xe, He, O₂, CO₂및 H₂와 같은 기체 정제에도 사용할 수 있다.

그러나, 본 발명은 크립톤을 특히 효과적으로 정제할 수 있으며, 이 기체는 비교적 장시간의 체류 시간을 갖는 플라즈마를 생성할 수 있고, 그 원자는 비교적 저온이다.

더욱이, 전술한 불순물로는 주로 CF₄및 CH₄를 포함하나, 또한 본 발명은 다른 불순물을 함유하는 기체, 특히 다른 과플루오르화된 기체 또는 기체상 히드로플루오로카본을 정제하는데에도 사용할 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 전술한 설명에서 플라즈마는 설파트론-가이드를 사용하여 생성한다. 그러나, 일 변환예로서 표면파와 관련된 다른 고주파 플라즈마-생성 기구를 가진 장치, 예컨대 설파가이드 또는 ro-box, 또는 임의적으로 공지 형태의 공진-공동 장치, 또는 역시 공지된 고주파 전파를 위한 전도성 구조체, 즉 유전관의 외측 주위에 있는 사다리형, 나사형 또는 나선형 구조체중의 하나를 장치에 구비할 수도 있다.

이러한 양태에 있어서, 이동파는 표면파가 아니며, 플라즈마의 종축 치수는 플라즈마의 바람직한 길이를 얻기 위해서 방전관을 따라 충분한 길이에 걸쳐 플라즈마가 전개되도록 플라즈마-형성 장치를 적당한 크기로 만들어 조정한다.

전술한 본 발명에 대한 설명은 크립톤이나 크세논 또는 이 두 기체의 혼합물의 정제에 관한 것이었다.

물론 전술한 바와 같이, 본 발명은 또한 다른 플라즈마원성 기체의 처리에도 사용할 수 있으며, 특히 아르곤과 같은 다른 기체들중에서 보다 훨씬 높은 온도에 플라즈마를 도달시키는 기체인 질소 처리에도 사용할 수 있다.

이 경우에, 슬리브(19)의 외부 실린더(66)와 유전관에 의해 한정되는 챔버(68)를 통해 흐르는 냉각제는 통상적으로 유압 순환로중에 사용되고 퀘벡에 소재하는 루브리 델타 인코오포레이티드에 의해 시판되는 이소파라핀성 알파-올레핀 중합체(AOP)를 함유하는 것이 바람직하다.

통상적으로, 질소내에서의 표면파 방전은 아르곤, 크립톤 또는 크세논 플라즈마 보다 더 적은 수의 방사상 수축을 나타내며, 광방출 영역은 방전관의 횡단면을 통해 방사상으로 비편재화된다.

튜브 내벽의 근접 부위에 있어서의 플라즈마 밀도를 최소화하기 위하여 질소내에서 플라즈마를 생성시키는 경우에는 3가지 변수를 결정해야만 한다: 방전관의 내벽, 관 통과를 위해 여자기의 구성 벽에 만들어진 2개의 오리피스의 직경 및 입사파 집중 영역(76)에 근접된 여자기 벽의 박막화 정도.

따라서, 방전관의 내경은 예컨대, 크립톤 또는 크세논의 경우에는 4mm 정도로 선택되는데 반해, 질소중에서 플라즈마를 생성시키는 경우에는, 관(16)의 내경을, 처리될 불순물의 전환 효율을 인지가능한 정도로 감소시키지 않고 동시에 관의 내벽에 근접할 수록 플라즈마 밀도를 최소화시키면서 방전중에 소정의 잔류 시간동안 정제될 기체의 총 유속을 증가시킬 수 있도록 14 mm 정도로 증가시킨다.

그러나, 임의의 직경 이상이 되면 특히 방전 밀도 감소로 인해 불순물 파괴 효율이 감소되는 것으로 관찰되었다. 따라서, 내경이 10mm 정도인 것이 바람직하다.

또한, 플라즈마원성 기체로서 질소를 사용하는 경우에 있어서 에너지 효율의 감소를 피하기 위하여, 입사파 집중 영역(76)에 근접한, 방전관(16)을 통과하기 위한 여자기의 벽에 만들어진 오리피스는, 내경이 10mm 이고 두께가 0.5 또는 1mm 인 방전 관(16)을 사용하는 경우에 약 13 mm 정도로 선택한다. 슬리브(19) 및 관(16)을 통과하기 위한 여자기(10)의 벽내에 존재하고, 제 1 오리피스와는 대향측면에 구비되는 다른 오리피스는 직경이 약 22 mm이고 슬리브(19)의 외경은 16 내지 18 mm이다.

마지막으로, 전술한 예시적인 양태에 있어서, 갭(76)에 근접해 있는 설파트론-가이드(10) 벽의 횡단면은 표면파의 여기를 방해하지 않도록 도파관(40)의 외벽으로부터 물질을 제거하므로써 얇아진다.

일 변환예로서, 또한 어플리케이터를 수선하는 조작을 용이하게 하기 위하여 갭내에 아아크를 형성시켜 여자기 벽의 얇아진 부분을, 조정 외륜을 구비하고 여자기 벽의 나머지 부분에 용접된 원형의 부가 부재의 형태로 제공하는 것도 가능하다.

본 발명에 따라 구성된 장치에서 생성된 편재적 열역학적 평형 상태에 있지 않은 방전물은 활동적으로 보다 효과적이고 예상되는 분자 전환을 수행하기에 보다 적합한 작업 조건을 찾을 수 있는 가능성을 제공한다.

Claims

i) 중공의 유전관(16)을 통해 정제될 기체류를 형성시키는 단계; ii) 이 유전관(16)내에서 진행하고, 기체내의 불순물을 해리시켜 반응성 화합물을 형성하도록 편재적 열역학적 평형상태에 있지 않은 대기압 플라즈마를 기체내에 형성시키기에 적합한 진행성 전자기파를 사용하여 상기 기체내에 전기장을 형성시키는 단계; 및 iii) 이와 같이 하여 형성된 반응성 화합물을 이에 대응하는 반응성 성분(22, 24)과 반응시켜, 정제할 기체로부터 반응성 화합물을 제거하는 단계를 포함하는 기체 정제 방법.
제1항에 있어서, 전자기파가 설파트론-가이드(surfatron-guide)형의 표면파 여자기(10)에 의하여 형성된 표면파인 것을 특징으로 하는 기체 정제 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 전기장이 유전관(16)의 일정 영역에서 형성되고, 플라즈마의 길이를 조정하기 위하여 상기 영역의 종축 치수를 조정하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 기체 정제 방법.
제1항 내지 제3항중 어느 하나의 항에 있어서, 유전관(16)을 통해 기체류를 형성시키는 단계 이전에 정제할 기체에 산소를 첨가하는 것을 특징으로 하는 기체 정제 방법.
제1항 내지 제4항중 어느 하나의 항에 있어서, 반응성 기체 화합물을 반응시키는 것으로 구성되는 단계가 반응성 기체 화합물을 알칼리성 성분(22), 특히 소다 석회 또는 알칼리성 수용액과 반응시키는 것으로 구성되는 것임을 특징으로 하는 기체 정제 방법.
제1항 내지 제5항중 어느 하나의 항에 있어서, 반응성 화합물과 이에 상응하는 반응성 성분을 반응시키는 단계 이후에 기체 탈수 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 기체 정제 방법.
제1항 내지 제6항중 어느 하나의 항에 있어서, 기체가 크립톤 또는 크세논을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 정제 방법.
제1항 내지 제7항중 어느 하나의 항에 있어서, 기체중에 존재하는 불순물이 메탄 및 과플루오르화된 기체, 특히 테트라플루오로메탄 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 기체 정제 방법.
정제할 기체를 흐르게 만든 하나 이상의 중공 유전관(16)으로 하나 이상의 전자기파 여자기(10)에 의해 생성된 진행파를 유도하기에 적합한 도파관(12)과 결합된 하나 이상의 고주파 진행파 여자기(10)를 포함하여, 기체내의 불순물이 해리되도록 정제될 기체의 분자를 이온화 및 여기시키기 위한 대기압 플라즈마를 내부에 형성시키므로써 반응성 화합물, 특히 플루오르화된 화합물을 형성시키며, 해당 중공 유전관의 배출구 측에 배치된 상기 반응성 화합물을 처리하기 위한 하나 이상의 단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제8항중 어느 하나의 항에 기재된 정제 방법을 수행하기 위한 기체 정제 장치.
제9항에 있어서, 각 여자기(10)가 표면파 여자기이며, 해당 유전관(16)이 내부에 장착되어 있는 전도성 물질로 만들어진 원통형 슬리브(19), 및 상기 유전관(16)과 동축의 전기장을 내부에 형성시키기 위하여 상기 슬리브(19)의 자유 말단과 상기 여자기(10)의 내벽 사이의 공간에 입사파를 집중시키기 위한 영역(76)을 포함함을 특징으로 하는 기체 정제 장치.
제10항에 있어서, 슬리브(19)가 유전관(16)이 내부에 장착되어 있는 내부 실린더(64), 및 이 내부 실린더(64)와 함께 액체 냉각제가 공급된 냉각 챔버를 한정하는 외부 실린더(66)를 포함함을 특징으로 하는 기체 정제 장치.
제10항 또는 제11항에 있어서, 슬리브(19) 및 유전관(16)이 원통형 공간(72)에 의해 분리되어 있고, 이 공간에 기체 냉각제를 공급하기 위한 수단(74)을 포함함을 특징으로 하는 기체 정제 장치.
제10항 내지 제12항중 어느 하나의 항에 있어서, 플라즈마를 생성할 정제될 기체가 질소를 포함하고, 방전관의 내경이 14 mm 이하, 바람직하게는 약 10 mm인 것을 특징으로 하는 기체 정제 장치.
제13항에 있어서, 입사파를 집중시키기 위한 영역(76)에 근접한 여자기(10)의 벽이, 10 mm의 내경을 가진 관(16)에 대해 대략 13 mm 정도의 직경을 가진, 방전관(16)을 통과시키기 위한 오리피스, 및 대략 22 mm 정도의 직경을 가진, 슬리브(19) 및 관(16)을 통과시키기 위한 제 2 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 정제 장치.
제9항 내지 제14항중 어느 하나의 항에 있어서, 유전관(16)이 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 정제 장치.
제10항 내지 제15항중 어느 하나의 항에 있어서, 각 표면파 여자기(10)가 1/4 파장의 트랩을 형성하는 플런저(46)를 포함하는 임피던스-조정 수단을 구비하고, 이 플런저는 상기 슬리브와 동축 방향이고 상기 여자기(10)내에서 축방향으로 이동할 수 있도록 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 기체 정제 장치.
제9항 내지 제16항중 어느 하나의 항에 있어서, 중공의 유전관(16)내에 형성된 플라즈마의 종축 치수를 조정하기 위한 수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 기체 정제 장치.
제8항 내지 제17항중 어느 하나의 항에 있어서, 각 여자기(10)의 벽이 입사파 집중 영역(76)에 근접할 수록 얇아지는 것을 특징으로 하는 기체 정제 장치.
제18항에 있어서, 각 여자기(10) 벽의 얇아진 부분에 이 벽의 나머지 부분에 용접된 부가 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 정제 장치.
제9항 내지 제19항중 어느 하나의 항에 있어서, 반응성 화합물을 처리하기 위한 하나 이상의 단위(22)가 각각 소다-석회 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 정제 장치.
제20항에 있어서, 소다-석회 카트리지(22)의 상류에 배치된 가습기를 포함함을 특징으로 하는 기체 정제 장치.
제9항 내지 제21항중 어느 하나의 항에 있어서, 정제될 기체를 탈수하기 위한 단위(24)를 추가로 포함하고, 이 단위는 상기 반응성 화합물을 처리하기 위한 단위(27)의 하류에 배치되는 것을 특징으로 하는 기체 정제 장치.
제10항 내지 제22항중 어느 하나의 항에 있어서, 표면파 여자기(10)가 각각 설파트론-가이드형의 여자기를 포함함을 특징으로 하는 기체 정제 장치.