KR20060102266A - 플라즈마 생성기, 반응기 시스템 및 관련 방법 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 생성기, 반응기 및 연계된 시스템과 방법이 본 발명에 따라 제공된다. 플라즈마 반응기는 다수의 섹션 또는 모듈을 포함할 수 있으며, 이들은 챔버를 형성하도록 함께 제거가능하게 결합된다. 3상 교류(AC) 전원의 단일 위상에 각 전극이 결합되어 있는 3개 전극을 포함하는 전극 세트가 각 섹션과 연계되어 있다. 전극은 챔버의 종방향 중심선 둘레에 배치되며, 연장된 아크를 제공하고 연장된 플라즈마의 본체를 생성하도록 배열된다. 전극은 챔버의 종방향 중심선에 대하여 변위가능하다. 제어 시스템은 전극을 자동으로 변위시켜 연계된 전원의 전압 또는 전류 레벨의 측정에 응답하는 전극 간격을 형성하도록 사용될 수 있다.
플라즈마, 플라즈마 생성기, 아크 반응기, 전극 세트, 흑연 전극
Description
관련 출원
본 출원은 본 명세서에 참조 문헌으로 포함되어 있는 2003년 12월 2일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제10/727,033호로부터의 우선권을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로, 플라즈마 아크 반응기 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 모듈식 플라즈마 아크 반응기 및 시스템, 그리고 이와 관련된 플라즈마 아크 생성 방법에 관한 것이다.
플라즈마는 일반적으로, 대략 균등한 수의 양이온과 전자를 포함하면서, 가스의 일부 특성을 나타내지만, 양호한 전기 전도성 및 자기장의 영향을 받는다는 점에서 가스와는 다른, 대전 입자의 집합체로서 정의된다. 플라즈마는 예로서, 전기 아크를 통해 가스를 통과시킴으로써 생성될 수 있다. 전기 아크는 저항 및 복사 가열에 의해 가스가 아크를 통과하는 수 마이크로초내에 가스를 매우 높은 온도까지 급속히 가열시킨다. 본질적으로, 이런 방식으로 플라즈마를 생성하기 위해서 임의의 가스가 사용될 수 있다. 따라서, 플라즈마가 활용되는 처리과정에 따라, 불활 성 또는 천연 가스(예로서, 아르곤, 헬륨, 네온 또는 질소)가 사용될 수 있거나, 환원성 가스(reductive gas)(예로서, 수소, 메탄, 암모니아 또는 일산화탄소)가 사용될 수 있거나, 또는 산화성 가스(oxidative gas)(예로서, 산소 또는 이산화탄소)가 사용될 수 있다.
예로서, 플라즈마 토치(torch), 플라즈마 제트 및 플라즈마 아크 반응기와 연계하여 사용되는 것들을 포함하는 플라즈마 생성기는 일반적으로, 동작 가스내에 전기 방전을 생성하여 플라즈마를 생성한다. 플라즈마 생성기는 직류(DC) 생성기와, 무선 주파수(RF) 플라즈마 생성기와 같은 교류(AC) 플라즈마 생성기로서, 그리고 마이크로파(MW) 플라즈마 생성기로서 형성되어 왔다. RF 또는 MW 소스로 생성된 플라즈마는 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma)라 지칭된다. 예로서, RF형 플라즈마 생성기는 RF 소스와, 동작 가스를 둘러싸는 유도 코일을 포함한다. 소스로부터 유도 코일로 전송된 RF 신호는 유도 결합에 의한 동작 가스의 이온화를 초래하여 플라즈마를 생성한다. DC- 및 AC-형 생성기는 그 사이에 전압차가 형성되는 둘 이상의 전극(예로서, 애노드 및 캐소드)을 포함할 수 있다. 아크는 가스가 플라즈마 상태를 얻도록 주변 가스를 가열 및 이온화하기 위해 전극 사이에 형성될 수 있다. 그후, 생성된 플라즈마는 특정한 프로세스 분야에 사용될 수 있다.
예로서, 플라즈마 제트는 부품의 정밀한 절삭 및 성형을 위해 사용되며, 플라즈마 토치는 기판 또는 다른 부품에 재료 코팅을 적용할 때 사용될 수 있으며, 플라즈마 반응기는 그 화학 또는 재료 처리를 조절하도록 재료 화합물을 고온 가열하기 위해 사용될 수 있다. 이런 화학 및 재료 처리는 유해 물질의 감소 및 분해를 포함할 수 있다. 다른 용례에서, 플라즈마 반응기는 원하는 재료를 포함하는 화합물로부터 금속 또는 금속 합금 같은 원하는 재료를 추출하는 것을 보조하기 위해 활용되어 왔다.
플라즈마형 반응기를 사용하는 예시적 처리는 미국 특허 제5,935,293호 및 RE37,8583호에 개시되어 있으며, 이들 모두는 디터링(Detering) 등에게 허여되고, 본 발명의 양수인에게 양도되었으며, 이들 각 특허의 내용은 본 명세서에 그 전문이 참조로 포함되어 있다. 디터링 특허에 기술된 처리는 반응제로부터 원하는 최종 제품을 포함하는 열역학적으로 안정한 고온 스트림(stream)을 형성하도록 예로서, 플라즈마 토치에 의해 하나 이상의 반응제를 가열하는 것을 포함한다. 가스상태의 스트림은 가스상 스트림내에서 역반응이 발생되지 않는 상태로 원하는 최종 제품을 획득하기 위해 가스의 팽창 등에 의해 급속히 냉각된다(quenched).
일 실시예에서, 원하는 최종 제품은 아세틸렌을 포함할 수 있고, 반응제는 메탄 및 수소를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 원하는 최종 제품은 금속, 금속 산화물 또는 금속 합금을 포함할 수 있으며, 반응제는 특정한 금속 화합물을 포함할 수 있다. 그러나, 디터링 특허에서 인지된 바와 같이, 가스 및 액체는 반응제의 양호한 형태이며, 이는 고체는 가스 냉각 이전에 급속히 흐르는 플라즈마 가스내에서 화학 반응을 발생시키기에는 너무 느리게 기화하는 경향이 있기 때문이다. 고체가 플라즈마 화학 처리에 사용되는 경우, 이런 고체는 비교적 낮은 온도에서 높은 기화 압력을 갖는 것이 이상적이다. 그러나, 이들 유형의 고체는 극도로 제한되어 있다.
상술한 바와 같이, 플라즈마 생성기를 사용하는 처리 용례는 종종 특수화되어 있으며, 따라서, 연계된 플라즈마 제트, 토치 및/또는 반응기는 매우 특정한 기준에 따라 설계 및 구성될 필요가 있다. 이런 특수화된 디자인 때문에 종종 디바이스의 그 활용성이 제한된다. 달리 말해서, 플라즈마를 형성하기 위해 특정한 동작 가스를 사용하는 재료의 특정 형식을 처리하도록 구성된 플라즈마 생성기는 다른 동작 가스가 필요할 수 있는 다른 처리, 플라즈마가 실질적으로 다른 온도를 나타낼 필요가 있는 다른 처리 또는 보다 크거나 보다 작은 체적의 플라즈마가 생성될 필요가 있는 다른 처리에 사용하기 적합하지 못할 수 있다.
본 기술의 이러한 단점들의 견지에서, 플라즈마 생성기가 사용되는 용례의 유형에 관하여 개선된 유연성을 제공하는 플라즈마 생성기 및 연계된 시스템을 제공하는 것이 유리할 것이다. 예로서, 고체 재료의 플라즈마내로의 도입 이전에, 고체 재료를 기화시킬 필요 없이 고체 재료의 직접적 처리를 가능하게 하는 플라즈마 생성기 및 시스템을 제공하는 것이 유리할 것이다. 또한, 아크 및 플라즈마 체적이 쉽게 조절될 수 있으며, 플라즈마가 생성되는 의도된 처리에 따라 최적화된 특성 및 파라미터로 플라즈마를 제공하도록 규정될 수 있는, 개선된 아크 및 연계된 플라즈마 컬럼 또는 체적을 생성하는 플라즈마 생성기 및 연계된 시스템을 제공하는 것이 유리하다.
본 발명의 일 태양에 따라서, 플라즈마를 생성하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 챔버, 제1 전극 세트 및 적어도 하나의 다른 세트를 포함한다. 각 전극 세트는 챔버의 종축선 둘레에 배치되고 임의의 다른 세트에 대해 종축선을 따라 변위되는 3개 개별 전극을 포함할 수 있다. 각 전극 세트는 3상 교류(AC) 전원의 단일 위상과 결합하도록 추가로 구성될 수 있다. 전극 세트는 종축선선에 대하여 특정한 각도로 배향될 수 있으며, 또한, 특정한 배향으로 종축선 둘레에 원주방향으로 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따라서, 아크 발생 장치가 제공된다. 장치는 제1 전극 세트와 적어도 하나의 다른 세트를 포함한다. 각 전극 세트는 규정된 축 둘레에 배치되고 임의의 다른 세트에 관하여 규정된 축을 따라 변위되는 3개 개별 전극을 포함할 수 있다. 각 세트의 전극은 3상 교류(AC) 전원의 단일 위상과 결합하도록 추가로 구성될 수 있다. 전극 세트는 규정된 축에 대하여 지정된 각도로 배향될 수 있으며, 또한 지정된 배향으로 규정된 축 둘레에 원주방향으로 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 플라즈마 아크 반응기가 제공된다. 반응기는 제1 챔버 섹션 및 제1 챔버 섹션에 제거가능하게 결합된 적어도 하나의 다른 챔버 섹션을 포함한다. 챔버 섹션은 상호협력하여 챔버 본체를 형성한다. 반응기는 제1 챔버 섹션과 연계된 제1 전극 세트와, 다른 챔버 섹션과 연계된 적어도 하나의 다른 세트를 추가로 포함할 수 있다. 각 전극 세트는 챔버 본체의 종축선 둘레에 배치되어 임의의 다른 세트에 대해 종축선을 따라 변위되는 3개 개별 전극을 포함할 수 있다. 각 전극 세트는 3상 교류(AC) 전원의 단일 위상과 결합하도록 추가로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따라서, 재료를 처리하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 그 제1 단부에 입구를 가지고, 그 제2 단부에 출구를 가지는 챔버를 포함할 수 있다. 시스템은 제1 전극 세트와 적어도 하나의 다른 세트를 추가로 포함할 수 있다. 각 전극 세트는 챔버의 종축선 둘레에 배치된, 그리고, 임의의 다른 세트에 대하여 종축선을 따라 변위되는 3개 개별 전극을 포함할 수 있다. 3상 AC 전기 서비스를 포함하는 제1 전원이 제1 전극 세트와 결합될 수 있으며, 3상 AC 전기 서비스를 포함하는 다른 전원이 다른 세트에 결합될 수 있다. 전원은 각각 연계된 전극 세트내의 각 전극의 위상각 파이어링(firing)을 제어하도록 구성된 실리콘 제어식 정류기(silicon controlled rectifier, SCR)를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따라서, 플라즈마를 생성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 가스를 챔버내에 도입하는 단계와, 제1 전극 세트와 적어도 하나의 제2 전극 세트를 제공하는 단계를 포함한다. 각 전극 세트는, 챔버의 종축선 둘레에 배치되고, 임의의 다른 세트에 대하여 종축선을 따라 변위되는 3개 개별 전극을 포함할 수 있다. 전극 세트는 연계된 3상 AC 전원과 결합된다. 내부에 플라즈마를 생성하기 위해 가스의 존재시 챔버내에 제1 및 제2 전극 세트의 전극 사이에 아크가 생성된다.
본 발명의 상술한 바 및 다른 장점은 도면을 참조로 하기의 상세한 설명을 읽을 때 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기 시스템을 도시하는 개략도.
도 2는 도 1의 시스템의 일부의 사시도.
도 3A 내지 도 3C는 다양한 상세도 레벨로 예시적 플라즈마 반응기의 부분 단면도를 도시하는 도면.
도 4는 도 3의 반응기와 연계하여 사용될 수 있는 전극 배열의 개략 측면도.
도 5A 내지 도 5C는 도 4에 표시된 바와 같은 다양한 전극 세트의 평면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다수의 전극 세트의 제어 및 독립 전원을 도시하는 개략도.
도 7은 개별 전극 세트를 위한 전원의 일반적 개략도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 개별 전극 세트를 위한 전원의 보다 상세한 개략도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기 시스템에 사용될 수 있는 개략적인 변압기 접속도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 개별 전극의 배치와 연계된 개략적인 모터 제어도.
도 1을 참조하면, 시스템(100)의 개략도가 도시되어 있으며, 이는 플라즈마 반응기(102)를 포함한다. 반응기(102)는 전원(106)에 전기적으로 결합된 복수의 전극 조립체(104)를 포함할 수 있다. 냉각 시스템(108)은 반응기(102), 전극 조립체(104) 또는 양자 모두로부터 열 에너지를 전달하도록 구성될 수 있다. 센서(110)는 예로서, 반응기(102)의 하나 이상의 부품의 온도 또는 반응기(102)내로 도입되고 그에 의해 처리되는 재료의 유속 같은 반응기(102)와 연계된 하나 이상의 동작 특성을 결정하기 위해 활용될 수 있다. 유사하게, 센서(112) 또는 다른 적절한 디바이스가 전극(104)에 공급된 전력의 다양한 전기적 특징을 결정하기 위해 활용될 수 있다.
제어 시스템(114)은 예로서, 다양한 센서(110, 112)로부터 정보를 수집하고, 예로서, 전원(106), 냉각 시스템(108) 및/또는 전극 조립체(104)를 필요에 따라 제어하기 위해 시스템(100)의 다양한 부품과 통신할 수 있다. 구체적으로 도시되지는 않았지만, 제어 시스템(114)은 중앙 처리 유닛(CPU) 같은 프로세서, 연계된 메모리 및 저장 디바이스, 하나 이상의 입력 디바이스 및 하나 이상의 출력 디바이스를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 시스템(114)은 그와 일체로 형성된 하나 이상의 메모리 디바이스를 포함하는 시스템 온 칩(SOC) 프로세서 같은 용도 특정 프로세서(application specific processor)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반응기(102) 및 연계된 냉각 시스템(108)의 사시도가 도시되어 있다. 냉각 시스템(108)은 반응기(102)의 다양한 위치를 통해 냉각 유체를 순환시키도록 구성된 배관 또는 도관 같은 복수의 냉각 라인(120)을 포함할 수 있다. 예로서, 냉각 라인(120)은 개별 전극 조립체(104)에, 또는 반응기(102)를 위한 하우징으로서 작용하는 챔버(122)의 부분에 냉각 유체를 순환시킬 수 있다. 펌프(124)는 냉각 라인(120)을 통해, 반응기(102)의 다양한 부품을 통해 유체를 순환시키고, 그후 다시 열교환기(126)로 유체를 복귀시킬 수 있다. 냉각 라인(120)을 통해 순환되는 냉각 유체는 전극 조립체(104) 및/또는 반응 기 챔버(122)와 같은 반응기(102)의 다양한 부품으로부터 외부로 열 에너지를 전달하도록 기능한다. 그후, 냉각 유체는 열 교환기(126)를 통해 흘러, 냉각 유체에 의해 축적된 임의의 열 에너지를 그에 전달하고, 그후, 냉각 라인(120)을 통해 재순환된다.
열 교환기(126)는 예로서, 냉각 라인(120)을 통해 순환되는 냉각 유체가 열 교환기(126)내에서 규정된 경로를 따라 제1 방향으로 흐르고, 제2 유체가 제1 유동 경로에 인접한 제2 경로내에서, 그러나, 실질적으로 그에 대향한 방향으로 흐르도록 부가적인 도관(128)을 통해 도입되는 역류식 배열(counterflowing arrangement)을 포함할 수 있다. 역류식 배열은 열 또는 열 에너지가 냉각 라인(120)의 냉각 유체로부터 부가적인 도관(128)을 통해 흐르는 제2 유체로 전달될 수 있게 한다. 부가적인 도관(128)을 통해 도입된 유체는 예로서, 용이하게 입수할 수 있는 플랜트 워터(plant water) 또는 적절한 냉각제를 포함할 수 있다.
물론, 예로서, 대기형 또는 강제 공기형 열 교환기를 포함하는 다른 유형의 열 교환기가 다양한 열 전달 요구조건에 따라 사용될 수 있다. 본 기술의 숙련자(이하 당업자)는 열 교환기, 펌프, 및 냉각 시스템(108)과 연계된 기타 장비가 반응기(102)로부터 제거될 열 에너지의 양에 따라 크기설정 및 구성될 수 있다는 것과, 다양한 유형의 시스템이 이런 열 전달을 실행하기 위해 활용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
전술한 바와 같이, 반응기(102)는 화학 처리, 재료 처리 또는 양자 모두가 수행될 수 있는 하우징 또는 챔버(122)를 포함할 수 있다. 반응기 챔버(122)는 반 응기(102)를 통해 처리되는 재료의 분리 및 수집을 위해 예로서, 사이클론(cyclone;130) 및 필터(132) 같은 부가적인 처리 장비와 결합될 수 있다.
도 3을 참조하면, 반응기 챔버(122)의 확대 부분 단면도가 도시되어 있다. 반응기 챔버(122)는 다양한 챔버 섹션(122A-122C)을 포함한다. 챔버(122)는 예로서, 수렴 노즐 및 챔버(122) 외부로 재료를 유동시키기 위한 출구 도관을 포함할 수 있는 출구 섹션(122D)을 추가로 포함할 수 있다.
챔버 섹션(122A-122C)은 각각 그 측벽을 통해 형성된 다양한 포트를 포함할 수 있다. 이런 포트는 관찰 포트(140A), 전극 포트(140B) 또는 연계된 냉각 라인(120)과의 결합을 위한 냉각제 포트(140C)로서 구성될 수 있다(도 2).
본원에서 토치(torch)라고도 지칭될 수 있는 전극 세트가 각 챔버 섹션(122A-122C)과 연계되어 있다. 예로서, 제1 챔버 섹션(122A)은 그와 연계된 복수의 전극 조립체(104A-104C)를 가질 수 있으며, 제2 챔버 섹션은 그와 연계된 복수의 전극 조립체(104D-104F)를 가질 수 있으며(전극 조립체 104F는 도 3A에 도시되지 않음), 제3 챔버 섹션(122C)은 그와 연계된 복수의 전극 조립체(104G-104I)를 가질 수 있다(전극 조립체 104I는 도 3A에 도시되지 않음).
도 3B를 참조하면, 챔버 섹션(122C) 및 연계된 전극 조립체(104G-104I)가 보다 상세히 도시되어 있다. 챔버 섹션(122C)은 예로서, 본체(142)의 각 단부에서 그와 결합된 플랜지(144)를 가지는 대체적인 관형체(tubular body;142)를 포함할 수 있다. 플랜지(144)는 인접 섹션의 플랜지에 결합하도록 구성될 수 있다(즉, 챔버 섹션(122B) 및 출구 섹션(122D)). 포켓 또는 채널(146)이 본체(142)내에 형성될 수 있다. 예로서, 일 실시예에서, 본체(142)는 포켓 또는 채널(146)을 형성하는 실질적인 환형 간극을 그 사이에 남기도록 서로에 대해 크기설정 및 위치설정된 두 개의 동심 관형 부재로 형성될 수 있다. 냉각 포트(140C)(도 3B)는 그를 통해 냉각 유체를 순환시키고, 챔버 섹션(122C)을 원하는 온도로 유지하도록 채널(146)과 유체 소통될 수 있다.
전극 조립체(104G-104I)는 전극(148G-148I)이 그 각 전극 포트(140B)를 통해, 본체(142)를 통해, 그리고, 챔버 섹션(122C)의 내부 부분내로 연장하도록 전극 포트(140B)와 결합된다. 전극(148G-148I)은 예로서, 흑연 전극(graphite electrode)으로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 전극은 내부에 냉각 유체를 수용하도록 구성된 실질적인 중공 금속 부재로 형성될 수 있다.
보다 상세히 후술되는 바와 같이, 전극(148G-148I)은 챔버 섹션(122C)(그리고, 반응기 챔버(122))의 종축선(150) 둘레에서 원주방향으로 대칭 배열되고, 아크를 제공하도록 구성될 수 있으며, 또한, 반응기 챔버(122)내에 존재할 수 있는 임의의 가스내에 플라즈마를 형성한다.
도 3B와 함께 도 3C를 참조하면, 도 3C는 챔버 섹션(122C) 및 연계된 전극 조립체(104G)의 부분 단면도를 추가로 상세히 도시한다. 상술한 바와 같이, 전극 조립체(104G)는 전극 포트(140B)와 결합된다. 전극 조립체(104G)는 본체(142)에 의해 형성된 바와 같은 챔버 섹션(122C)의 내부 영역으로 연장하는 전극(148G)을 포함한다. 전극 조립체(104G)는 챔버 섹션(122C)에 대하여 전극(148G)의 위치를 조절하도록 구성된 작동기(152)를 추가로 포함한다. 예로서, 작동기(152)는 나사형 구 동 로드(drive rod;154)를 포함할 수 있으며, 이는 규정된 축(156)을 따라 선형 변위가능하다. 작동기는 예로서, 당업자가 인지할 수 있는 바와 같이 구동 로드(154)의 위치를 제어하도록 구성된 선형 위치설정 서보 모터(servo motor)를 포함할 수 있다.
활주식 프레임 부재(158)는 구동 로드(154)에 결합될 수 있으며, 규정된 축(156)에 실질적으로 평행하게 그리고, 작동기(152)와 커플링 부재(162) 사이에서 연장하는 하나 이상의 선형 로드 베어링(160) 둘레에 활주가능하게 배치될 수 있다. 결합 부재(162)는 전극 포트(140B)와 기계적으로 결합되며, 그에 의해, 챔버 섹션(122C)에 대한 작동기(152), 선형 로드 베어링(160) 및 커플링 부재(162)의 상대적 위치를 고정한다.
활주식 프레임 부재(158)는 또한 전극(148G)에 결합될 수 있으며, 작동기(152) 및 연계된 구동 로드(154)에 의한 활주식 프레임 부재(158)의 변위시, 대체적으로 규정된 축(156)을 따르는 방향으로 챔버 섹션(122C)에 대한 전극(148G)의 변위를 형성한다. 따라서, 전극 조립체(104G-104I)는 인접 전극(148G-148I) 사이의 거리 또는 아크 간격이 그 사이에 원하는 아크를 획득하도록 설정될 수 있도록 조절될 수 있다. 부가적으로, 전극(148G-148I)이 반복된 아크형성으로 인해 마모되었을 때, 이들은 원하는 아크 간격을 유지하도록 그 연계된 작동기(152)에 의해 전진될 수 있다.
또한, 도 3C에 도시된 바와 같이, 전극(148G)은 제1 관형 부재(163), 그리고 이 제1 관형 부재(163)내에 실질적으로 동심으로 배치될 수 있는 제2 관형 부재 (164)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 관형 부재(163, 164)는 환형 간극(165)이 그 사이에 형성되도록 크기설정되고 위치되며 구성될 수 있다. 유체 입구(166)는 제2 관형 부재(163)의 내부 부분과 유체 소통할 수 있으며, 유체 출구(167)는 환형 간격(165)과 유체 소통할 수 있다. 따라서, 동작시, 냉각 유체는 유체 입구(166)를 통해 도입되고, 제2 관형 부재(164)의 내부를 통해, 환형 간격(165)내로 그리고, 유체 출구(167) 외부로 유동할 수 있다. 이런 구조는 전극(148G)의 효율적인 냉각을 가능하게 하며, 그 동작 수명을 향상시킨다.
관형 부재(163, 164)는 예로서, 전기 및 열 양자 모두에 전도성인 예로서, 금속 재료로 형성될 수 있다. 부가적으로, 전극(148G)은 마모된 선단부(tip)가 필요시 교체될 수 있도록 예로서, 제1 관형 부재(163)와 제거가능하게 결합되어 있는 교체형 선단부(168)를 포함할 수 있다. 부가적으로, 전극 조립체(104G)는 예로서, 그로부터 전극을 절연하도록 제1 관형 부재(163)와 전극 포트(140B) 사이에 배치된 절연 슬리브(insulating sleeve;169)를 포함할 수 있다. 이런 슬리브(169)는 예로서, 붕소 질화물 또는 붕소 질화물과 알루미늄 질화물의 합성 재료로 형성될 수 있다.
각 챔버 섹션(122A-122C)과 연계된 바와 같이, 전극 세트는 그로부터 원하는 아크 및 연계된 플라즈마 컬럼을 제공하도록 형상이 구성될 수 있다. 예로서, 도 3A 및 4를 참조하면, 일 실시예에서, 제1 세트의 각 전극(148A-148C) 각각은 그들이 종축선(150)에 관하여 예각 α(도 3A)를 형성하도록 반응기 챔버(122)(명확화를 위해 도 4에 점선으로 도시되어 있음)로부터 연장하도록 배치 및 배향될 수 있다. 다른 세트(148D-148F)는 원하는 거리로 제1 전극 세트(148A-148C)로부터 변위될 수 있으며, 그들이 종축선(150)에 실질적으로 횡단하여 연장하도록 배향될 수 있다. 다른 세트(148G-148I)는 원하는 거리로 제1 전극 세트(148D-148F)로부터 변위될 수 있으며, 그들이 또한 종축선(150)에 실질적으로 횡단하여 연장하도록 배향될 수 있다.
도 5A를 참조하면, 제1 전극 세트(148A-148C)는 종축선(150)(도 3A)에 관해, 그리고, 서로에 관해 직교하는 두 개의 다른 직교좌표축(170, 172)의 교차부로서 표시된 바와 같이, 종축선(150) 둘레에서 실질적으로 대칭으로 원주방향으로 배열될 수 있다. 예로서, 인접 전극(즉, 148B)에 대한 하나의 전극(즉, 148A)의 각도는 약 120°가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 규정된 축(170, 172)에 대하여, 제1 전극(148A)은 약 90°배향으로 위치될 수 있으며, 제2 전극(148B)은 약 210°배향으로 배치될 수 있고, 제3 전극(148C)은 약 330°배향으로 배치될 수 있다.
도 5B를 참조하면, 제2 전극 세트(148D-148F)는 또한 종축선(150) 둘레에서 실질적으로 대칭으로 원주방향으로 배열되지만, 그러나 제1 전극 세트(148A-148C)에 비해, 규정된 축(170, 172)에 대하여 서로 다른 배향으로 배열될 수 있다. 예로서, 규정된 축(170, 172)에 대하여, 제1 전극(148D)은 약 30°배향으로 위치될 수 있으며, 제2 전극(148D)은 약 150°배향으로 위치될 수 있고, 제3 전극(148F)은 약 270°배향으로 위치될 수 있다.
도 5C를 참조하면, 제3 전극 세트(148G-148I)는 또한 종축선(!50) 둘레에서 실질적으로 대칭으로, 그러나 제2 전극 세트(148D-148F)에 비해 규정된 축(170, 172)에 대하여 서로 다른 배향으로 배열될 수 있다. 예로서, 규정된 축(170, 172)에 대하여, 제1 전극(148G)은 약 90°배향으로 위치될 수 있고, 제2 전극(148H)은 약 210°배향으로 위치될 수 있고, 제3 전극(148I)은 약 330°배향으로 위치될 수 있다. 따라서, 제1 전극 세트(148A-148C)는 제3 전극 세트(148G-148I)에 대해 유사하게 배향될 수 있다.
도 4 및 도 5A 내지 도 5C에 관하여 설명된 바와 같은 전극 구성에서, 제1 전극 세트(148A-148C)는 종축선(150) 둘레에서 제1 각도 배향 또는 배열을 나타내고, 제2 전극 세트(148D-148)는 종축선(150) 둘레에서 제2 각도 배향을 나타내며, 그래서 종축선(150)에 횡단하는 평면으로부터 볼 때, 제2 전극 세트(148D-148F)는 회전방향으로 제1 전극 세트(148A-148C) 사이에 분포되는 것으로 나타난다. 제2 전극 세트(148D-148F)와 제3 전극 세트(148G-148I)에 관하여서도 유사한 배열을 인지할 수 있다.
이런 구성은 전극들(148A-148I) 사이에 긴, 고온 아크의 생성을 위해 챔버(122)내의 전극들(148A-148I)의 균일한 분포의 장점을 제공한다. 결과적인 고온 아크는 다양한 재료를 가열, 용융 및 증발시키기 위한 상당한 열 에너지를 제공한다. 또한, 아크는 반응기 챔버(122)내에 실질적으로 균일한 컬럼 또는 플라즈마 본체를 생성한다. 또한, 전극 세트들(즉, 148A-148C, 148D-148F 및 148G-148I)의 적층 배열 및 결과적인 연장 아크와 플라즈마 컬럼은 그를 통해 흐르는 소정의 반응제를 위한 보다 긴 체류 시간을 제공한다. 따라서, 별개의 챔버 섹션(122A-122C)을 포함해서 반응기(102)(도 2)의 모듈식 특성으로 인해, 원하는 처리과정에 결과적인 플 라즈마를 맞춤화하도록 현존하는 챔버 섹션을 제거하거나 부가적인 챔버 섹션을 도입함으로써, 다양한 길이의 플라즈마의 컬럼이 형성될 수 있다. 부가적으로, 도 3B에 도시된 바와 같은 스페이서(spacer;179)가 챔버 섹션(122A-122C)(도 3A)의 각 단부에 결합되어 인접 전극 세트들(즉, 148A-148C 및 148D-148F) 사이의 종축선을 따른 거리를 변경할 수 있다. 달리 말해서, 명확화를 위해, 도 3B에 챔버 섹션(122C)의 하부에만 도시되어 있지만, 적어도 하나의 스페이서(179)가 각 챔버 섹션들(122A-122C) 사이에 배치되도록 챔버 섹션의 각 단부에 유사한 스페이서(179)가 배치될 수 있다.
또한 다양한 전극 세트들(148A-148C, 148D-148F 및 148G-148I)이 도 4 및 도 5A 내지 도 5C에 관하여 설명한 것과 다른 각도 배향을 나타낼 수 있다는 것에 주의하여야 한다. 예로서, 도 4 및 도 5A에 도시된 바와 같이 구성된 제1 전극 세트(148A-148C)에서, 제2 전극 세트(148D-148F)는 각각 10°, 130° 및 250°로 규정된 축(170, 172)에 대하여 배향되고, 제3 전극 세트(148G-148I)는 각각 50°, 170° 및 290°로 규정된 축(170, 172)에 대하여 배향될 수 있다. 물론, 예로서, 사용되는 전극 세트들의 수 및 종축선(150)을 따른 각 전극 세트 사이의 거리에 따라서, 다른 배열이 사용될 수 있다.
도 3A 및 도 4를 다시 참조하면, 입구(180)는 반응제 같은 재료를 반응기 챔버(122)내로 도입하도록 챔버에 형성될 수 있다. 일 특정 실시예에서, 입구(180)는 재료가 복수의 전극(148A-148I)에 의해 형성된 아크의 중심을 통과하도록 종축선(150)을 따라 재료를 도입하도록 구성될 수 있다. 재료를 실질적으로 아크의 중심 을 통과시키는 능력은 챔버(122)내로의 그 도입 이전에 이런 재료의 사전상태조절이 필요하지 않도록 고체 재료의 용융 및/또는 증발을 가능하게 한다.
이제 도 6을 참조하면, 전원 및 관련된 작동기 제어에 관하여 반응기(102)의 예시적 개략도가 도시되어 있다. 전기 서비스(188A-188B)는 480볼트(V) 및 60암페어(A)로 3상 교류(AC) 전력을 개별 전극 세트 전원(190A-190C)에 제공한다. 전력 측정 디바이스 또는 시스템(192A-192C)이 각 전원(190A-190C)과 연계될 수 있다. 각 전력 측정 시스템(192A-192C)은 예로서, 그 연계된 전원(190A-190C)을 위한 전력의 각 위상의 전압 및 전류를 감시하도록 구성될 수 있다.
변압기(transformer;194A-194C)가 각 전원(190A-190C)과 반응기(102) 사이에 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 각 변압기(194A-194C)는 연계된 전원(190A-190C)과 규정된 전극 세트들(즉, 전극 148A-148C, 148D-148F 또는 148G-148I) 사이에 결합될 수 있다. 복수의 작동기 제어 디바이스(196A-196C)가 또한 반응기(102)에 결합될 수 있다. 보다 구체적으로 각 작동기 제어 디바이스(196A-196C)가 규정된 전극 세트들의 작동기들(152)(도 3B, 도 3C)에 결합된다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 전극 세트 전원(190A)의 예시적 개략도가 도시되어 있다. 전원(190A)은 실리콘 제어식 정류기(SCR)(198)를 포함할 수 있다. 각 3상 전원의 단일 위상이 전극 세트(즉, 148A-148C)의 단일 전극(즉, 전극 148A)에 결합된 상태에서, SCR(198)은 각 전극의 위상각 파이어링을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 일 특정 실시예에서, SCR(198)은 480V 및 75A로 정격화될 수 있다. 이런 디바이스는 미국 플로리다 클리어워터(Clearwater)의 Phasetronics로부터 상업적으로 입수가능하다.
개략적으로, 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 사용될 수 있는 변압기(194A)의 예시적 개략도가 도시되어 있다. 변압기(194A)는 아크 점화와 연계한 높은 순간 전류를 제한하기 위해 사용된다. 보다 구체적으로, 변압기의 유도성 리액턴스는 회로 보호 디바이스가 작동되지 않도록 연계된 전원(190A)으로부터의 초기 전류를 감소시킨다.
도 9를 참조하면, 작동기 제어 시스템 또는 디바이스(196A)에 대한 예시적 개략도가 도시되어 있다. 작동기(152)의 제어(도 3A 및 도 3B)는 예로서, 전극들과 결합된 전력의 개별 위상의 측정된 전류 및 전압값에 응답할 수 있다. 연계된 전원(즉, 190A)으로부터 취해진 전류 및 전압 측정값에 기초하여, 주어진 세트의 전극(즉, 전극 148A-148C)의 개별 전극이 상술한 바와 같이, 그사이의 간격 또는 거리를 변화시키기 위해 변위될 수 있다. 전압 및/또는 전류의 연속적 감시 및 부수적인 전극 세트의 개별 전극의 조절은 이런 전극들에 의한 보다 효율적인 아크 생성을 가능하게 한다. 부가적으로, 시동 동안, 작동기는 반응기의 보다 용이한 시동을 위해 전극들 사이에 보다 작은 간격을 형성하도록 제어될 수 있다. 아크의 형성시, 전극들은 정상 동작 동안의 최적의 성능을 위해 재배치될 수 있다.
본 발명은 다양한 변형 및 대안적 형태를 가질 수 있지만, 특정 실시예를 도면에 예로서 도시하고, 여기서 상세히 설명하였다. 그러나, 본 발명은 설명된 특정 형태에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 오히려, 본 발명은 하기의 첨부된 청구범위에 의해 규정되는 바와 같은 본 발명의 개념 및 범주내에 드는 모든 변 형, 등가체 및 대안을 포함한다.
Claims (85)
- 플라즈마 발생 장치에 있어서,챔버와,3개 전극들을 포함하는 제 1 전극 세트와,3개 전극들을 포함하는 적어도 하나의 다른 전극 세트를 포함하고,상기 제 1 전극 세트의 각 전극은 3상 교류(AC) 전원의 단일 위상에 연결되도록 구성되며, 제 1 전극 세트의 3개 전극들은 챔버의 종축선 둘레에 배치되고,상기 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극 다른 3상 교류(AC) 전원의 단일 위상에 연결되도록 구성되며, 상기 적어도 하나의 다른 전극 세트의 세 전극들은 챔버의 종축선 둘레에 배치되고, 상기 적어도 하나의 다른 전극 세트는 상기 제1 전극 세트에 대하여 종축선을 따라 변위되는 플라즈마 발생 장치.
- 제 1 항에 있어서, 챔버는 제1 단부에서 입구를 포함하고, 그 대향한 제 2 단부에서 출구를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
- 제 2 항에 있어서, 입구는 실질적으로 제1 전극 세트와 적어도 하나의 다른 전극 세트에 의해 생성된 아크의 중심선을 따른 위치에서 챔버내로 재료를 도입하도록 배치되고 구성되는 플라즈마 발생 장치.
- 제 3 항에 있어서, 출구는 수렴 노즐로서 구성되는 플라즈마 발생 장치.
- 제 1 항에 있어서, 제1 전극 세트의 각 전극은 종축선에 대하여 변위되도록 구성되는 플라즈마 발생 장치.
- 제 5 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 전극 세트의 전극은 종축선에 대하여 변위되도록 구성되는 플라즈마 발생 장치.
- 제 6 항에 있어서, 복수의 작동기들을 추가로 포함하고,제1 전극 세트의 각 전극 및 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극은 복수의 작동기 중 일 작동기와 결합되며, 그에 의해 변위될 수 있는 플라즈마 발생 장치.
- 제 7 항에 있어서, 복수의 작동기와 연계된 복수의 활주 조립체를 추가로 포함하고,각 활주 조립체는 챔버와 실질적으로 강체 결합된 제1 프레임 부재와, 프레임 부재와 그 연계된 작동기 사이에 결합된 적어도 하나의 선형 로드 베어링과, 연계된 전극과 결합되고 적어도 하나의 선형 로드 베어링을 따라 실질적으로 선형적으로 변위되도록 구성된 활주 부재를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
- 제 7 항에 있어서, 챔버는 내부면, 외부면 그리고, 내부면과 외부면 사이에 형성된 적어도 하나의 통로를 구비하는 본체를 추가로 포함하는 플라즈마 발생 장치.
- 제 9 항에 있어서, 적어도 하나의 통로와 유체 소통하는 적어도 하나의 냉각 포트를 추가로 포함하는 플라즈마 발생 장치.
- 제 10 항에 있어서, 본체는 외부면으로부터 내부면을 통해 적어도 하나의 개구를 형성하며, 관찰 포트가 적어도 하나의 개구와 결합되는 플라즈마 발생 장치.
- 제 6 항에 있어서, 제1 전극 세트의 각 전극은 종축선에 대해 예각으로 연장하는 플라즈마 발생 장치.
- 제 12 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극은 종축선에 대해 실질적인 수직 각도로 연장하는 플라즈마 발생 장치.
- 제 13 항에 있어서, 제1 전극 세트의 각 전극은 제1 전극 세트의 인접 전극에 대하여 약 120°의 각도로 종축선 둘레에 원주방향으로 배치되는 플라즈마 발생 장치.
- 제 14 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극은 적어도 하나의 다른 전극 세트의 인접 전극에 대하여 약 120°의 각도로 종축선 둘레에 원주방향으로 배치되는 플라즈마 발생 장치.
- 제 15 항에 있어서, 제1 전극 세트는 종축선 둘레에서 제1 원주방향 배향을 나타내고, 적어도 하나의 다른 전극 세트는 종축선 둘레에서 제1 원주방향 배향과는 다른 제2 원주방향 배향을 나타내는 플라즈마 발생 장치.
- 제 16 항에 있어서, 제2 원주방향 배향은 제1 전극 세트의 전극에 대하여 종축선 둘레에서 약 60°로 회전되는 적어도 하나의 다른 전극 세트의 전극을 포함하는 플라즈마 발생 장치.
- 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 전극의 세트는 제2 전극 세트와, 제2 전극 세트에 대하여 종축선 둘레에서 변위되는 제3 전극 세트를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
- 제 1 항에 있어서, 전극들은 흑연을 포함하는 재료로 형성되는 플라즈마 발생 장치.
- 제 1 항에 있어서, 각 전극들은 적어도 하나의 금속 관형 부재를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
- 제 20 항에 있어서, 적어도 하나의 금속 관형 부재는 제1 금속 관형 부재와 제2 금속 관형 부재를 포함하고, 제2 금속 관형 부재는 제1 금속 관형 부재내에 배치되며, 제1 및 제2 관형 부재는 그사이에 환형 간극을 형성하도록 크기설정되고, 배치되며 구성되는 플라즈마 발생 장치.
- 제 21 항에 있어서, 제2 관형 부재의 내부 부분과 유체 소통하는 입구 및, 환형 간격과 유체 소통하는 출구를 추가로 포함하는 플라즈마 발생 장치.
- 제 20 항에 있어서, 각 전극은 적어도 하나의 금속 관형 부재와 제거가능하게 결합된 전극 선단부를 추가로 포함하는 플라즈마 발생 장치.
- 아크 발생 장치에 있어서,3개 전극들을 포함하는 제 1 전극 세트와,3개 전극들을 포함하는 적어도 하나의 다른 전극 세트를 포함하고,상기 제 1 전극 세트의 각 전극은 3상 교류(AC) 전원의 단일 위상에 결합되도록 구성되며, 상기 제 1 전극 세트의 3개 전극들은 규정된 축 둘레에 배치되고,상기 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극은 다른 3상 교류(AC) 전원의 단일 위상에 결합되도록 구성되며, 적어도 하나의 다른 전극 세트의 3개 전극들은 챔버의 종축선 둘레에 배치되며, 이 적어도 다른 세트는 규정된 축을 따라 제1 전극 세트로부터 변위되는 아크 발생 장치.
- 제 24 항에 있어서, 제1 전극 세트의 각 전극은 규정된 축에 대하여 변위되도록 구성되는 아크 발생 장치.
- 제 25 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극은 규정된 축에 대하여 변위되도록 구성되는 아크 발생 장치.
- 제 26 항에 있어서, 제1 전극 세트의 각 전극은 규정된 축에 대하여 예각으로 연장하는 아크 발생 장치.
- 제 27 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극은 규정된 축에 대하여 실질적으로 수직 각도로 연장하는 아크 발생 장치.
- 제 28 항에 있어서, 제1 전극 세트의 각 전극은 제1 전극 세트의 인접 전극들에 대하여 약 120°의 각도로 규정된 축 둘레에 원주방향으로 배치되는 아크 발생 장치.
- 제 29 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극은 적어도 하나 의 다른 전극 세트의 인접 전극들에 대해 약 120°의 각도로 규정된 축 둘레에 원주방향으로 배치되는 아크 발생 장치.
- 제 30 항에 있어서, 제1 전극 세트는 규정된 축에 대해 제1 원주방향 배향을 나타내고, 적어도 하나의 다른 전극 세트는 규정된 축 둘레에서 제1 원주방향 배향과는 다른 제2 원주방향 배향을 나타내는 아크 발생 장치.
- 제 31 항에 있어서, 제2 원주방향 배향은 제1 전극 세트의 전극들에 대하여 규정된 축 둘레로 약 60°회전된 적어도 하나의 다른 전극 세트의 전극들을 포함하는 아크 발생 장치.
- 제 32 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 전극 세트는 제2 전극 세트와, 제2 전극 세트에 대하여 규정된 축을 따라 변위된 제3 전극 세트를 포함하는 아크 발생 장치.
- 제 24 항에 있어서, 전극들은 흑연을 포함하는 재료로 형성되는 아크 발생 장치.
- 제 24 항에 있어서, 전극들은 각각 적어도 하나의 금속 관형 부재를 포함하는 아크 발생 장치.
- 제 35 항에 있어서, 적어도 하나의 금속 관형 부재는 제1 금속 관형 부재 및 제2 금속 관형 부재를 포함하고, 제2 금속 관형 부재는 제1 금속 관형 부재내에 배치되며, 제1 및 제2 금속 관형 부재는 그 사이에 환형 간격을 형성하도록 크기설정되며 배치되고 구성되는 아크 발생 장치.
- 제 36 항에 있어서, 제2 관형 부재의 내부와 유체 소통하는 입구와, 환형 간격과 유체 소통하는 출구를 추가로 포함하는 아크 발생 장치.
- 제 35 항에 있어서, 각 전극은 적어도 하나의 금속 관형 부재와 제거가능하게 결합된 전극 선단부를 추가로 포함하는 아크 발생 장치.
- 플라즈마 아크 반응기에 있어서,제1 챔버 섹션과,적어도 하나의 다른 챔버 섹션과, ,적어도 부분적으로 제1 챔버 섹션내에 배치된 3개 전극을 포함하는 제1 전극 세트와,부분적으로 적어도 하나의 다른 챔버 섹션내에 배치된 3개 전극들을 포함하는 적어도 하나의 다른 전극 세트를 포함하고,상기 제1 챔버 섹션과 적어도 하나의 다른 챔버 섹션은 적어도 부분적으로 챔버 본체를 형성하도록 구성 및 배치되며,상기 제1 전극 세트의 각 전극은 3상 교류(AC) 전원의 단일 위상에 결합되도록 구성되고, 제1 전극 세트의 3개 전극은 챔버 본체의 종축선 둘레에 배치되며,적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극은 다른 3상 교류(AC) 전원의 단일 위상에 결합되도록 구성되고, 적어도 하나의 다른 전극 세트의 3개 전극은 챔버 본체의 종축선 둘레에 배치되며, 적어도 하나의 다른 전극 세트는 제1 전극 세트에 대하여 종축선을 따라 변위되는 플라즈마 아크 반응기.
- 제 39 항에 있어서, 제1 전극 세트의 각 전극들은 종축선에 대하여 변위되도록 구성되는 플라즈마 아크 반응기.
- 제 40 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극들은 종축선에 대하여 변위되도록 구성되는 플라즈마 아크 반응기.
- 제 41 항에 있어서, 복수의 작동기를 추가로 포함하고, 제1 전극 세트의 각 전극 및 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극은 복수의 작동기 중 일 작동기와 결합되고 그에 의해 변위가능한 플라즈마 아크 반응기.
- 제 42 항에 있어서, 제1 챔버 섹션은 내부면과, 외부면 그리고, 그 사이에 형성된 적어도 하나의 통로를 추가로 포함하는 플라즈마 아크 반응기.
- 제 43 항에 있어서, 제1 챔버 섹션의 적어도 하나의 통로와 유체 소통하는 적어도 하나의 냉각 포트를 추가로 포함하는 플라즈마 아크 반응기.
- 제 44 항에 있어서, 적어도 다른 챔버 섹션은 내부면과, 외부면 그리고, 그 사이에 규정된 적어도 하나의 통로를 추가로 포함하는 플라즈마 아크 반응기.
- 제 45 항에 있어서, 적어도 다른 챔버 섹션의 적어도 하나의 통로와 유체 소통하는 적어도 하나의 냉각 포트를 추가로 포함하는 플라즈마 아크 반응기.
- 제 42 항에 있어서, 제1 전극 세트의 각 전극은 종축선에 대하여 예각으로 연장하는 플라즈마 아크 반응기.
- 제 47 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극은 종축선에 대해 실질적으로 수직 각도로 연장하는 플라즈마 아크 반응기.
- 제 48 항에 있어서, 제1 전극 세트는 종축선 둘레에서 제1 원주방향 배향을 나타내고, 적어도 하나의 다른 전극 세트는 종축선 둘레에서 제1 원주방향 배향과는 다른 제2 원주방향 배향을 나타내는 플라즈마 아크 반응기.
- 제 39 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 챔버 섹션은 제1 챔버 섹션과 제거가능하게 결합되는 플라즈마 아크 반응기.
- 제 39 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 챔버 섹션은 제1 챔버 섹션에 제거가능하게 결합된 제2 챔버 섹션과, 제2 챔버 섹션에 제거가능하게 결합된 제3 챔버 섹션을 포함하고, 적어도 하나의 다른 전극 세트는 적어도 부분적으로 제2 챔버 섹션내에 배치된 제2 전극 세트와, 적어도 부분적으로 제3 챔버 섹션내에 배치된 제3 전극 세트를 포함하는 플라즈마 아크 반응기.
- 제 32 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 챔버 섹션과 제1 챔버 섹션 각각에 제거가능하게 연결되고 그 사이에 배치된 스페이서를 추가로 포함하는 플라즈마 아크 반응기.
- 재료 처리 시스템에 있어서,제1 단부에서 입구를 그리고 제2 단부에서 출구를 가지는 챔버와,챔버의 종축선 둘레에 배치된 3개 전극을 포함하는 제1 전극 세트와,챔버의 종축선 둘레에 배치된 3개 전극을 포함하고, 제1 전극 세트에 대하여 종축선을 따라 변위되는 적어도 하나의 다른 전극 세트와,3상 교류(AC) 전기 서비스를 포함하는 제1 전원과,3상 AC 전기 서비스를 포함하는 적어도 하나의 다른 전원을 포함하고,상기 제1 전원의 각 위상은 제1 전극 세트의 개별 전극에 결합되며,상기 적어도 하나의 다른 전원의 각각의 위상은 적어도 하나의 다른 전극 세트의 개별 전극에 결합되는 재료 처리 시스템.
- 제 53 항에 있어서, 챔버로부터 멀어지는 방향으로 열 에너지를 전달하도록 배치되고 구성된 냉각 시스템을 추가로 포함하는 재료 처리 시스템.
- 제 54 항에 있어서, 냉각 시스템은 열 교환기와, 챔버와 열 교환기 사이에서 냉각 유체의 순환을 조절하도록 배치되고 구성된 적어도 하나의 냉각 라인을 추가로 포함하는 재료 처리 시스템.
- 제 55 항에 있어서, 냉각 시스템은 적어도 하나의 냉각 라인을 통해 냉각 유체를 순환시키도록 배치되고 구성된 펌프를 추가로 포함하는 재료 처리 시스템.
- 제 53 항에 있어서, 제1 전원은 제1 실리콘 제어식 정류기(SCR)를 포함하는 재료 처리 시스템.
- 제 57 항에 있어서, 제1 SCR은 제1 전원의 각 위상의 위상각에 따라 제1 전극 세트의 각 전극의 파이어링을 제어하도록 구성되는 재료 처리 시스템.
- 제 53 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 전원은 적어도 하나의 다른 실리콘 제어식 정류기를 포함하는 재료 처리 시스템.
- 제 59 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 SCR은 적어도 하나의 다른 전원 각각의 위상의 위상각에 따라 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극의 파이어링을 제어하도록 구성되는 재료 처리 시스템.
- 제 60 항에 있어서, 제1 전극 세트의 각 전극은 종축선에 대해 변위되도록 구성되는 재료 처리 시스템.
- 제 61 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극은 종축선에 대하여 변위되도록 구성되는 재료 처리 시스템.
- 제 62 항에 있어서, 복수의 작동기를 추가로 포함하고, 제1 전극 세트의 각 전극 및 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극은 복수의 작동기 중 일 작동기와 결합되고 그에 의해 변위가능한 재료 처리 시스템.
- 제 63 항에 있어서, 제1 전원 각각의 위상의 전류 및 전압 중 적어도 하나를 결정하고, 그에 응답하는 제1 신호를 생성하도록 구성되고 배치된 제1 측정 디바이스와, 적어도 하나의 다른 전원 각각의 위상의 전류 및 전압 중 적어도 하나를 결 정하고, 그에 응답하여 적어도 하나의 다른 신호를 생성하도록 구성되고 배치된 적어도 하나의 다른 측정 디바이스를 추가로 포함하는 재료 처리 시스템.
- 제 64 항에 있어서, 복수의 작동기들은 각각 제1 신호와 적어도 하나의 다른 신호 중 적어도 하나에 응답하여 그 연계된 전극을 변위시키도록 구성되는 재료 처리 시스템.
- 제 65 항에 있어서, 입구는 실질적으로 제1 전극 세트와 적어도 하나의 다른 전극 세트에 의해 생성된 아크의 중심선을 따른 위치에서 챔버내에 재료를 도입하도록 배치되고 구성되는 재료 처리 시스템.
- 제 66 항에 있어서, 출구는 수렴 노즐로서 구성되는 재료 처리 시스템.
- 제 67 항에 있어서, 챔버의 출구에 결합된 분리 디바이스를 추가로 포함하는 재료 처리 시스템.
- 제 68 항에 있어서, 분리 디바이스는 사이클론과 필터 중 적어도 하나를 포함하는 재료 처리 시스템.
- 제 65 항에 있어서, 제1 전극 세트의 각 전극은 종축선에 대해 예각으로 연 장하는 재료 처리 시스템.
- 제 70 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극은 종축선에 대해 실질적으로 수직 각도로 연장하는 재료 처리 시스템.
- 제 71 항에 있어서, 제1 전극 세트는 종축선 둘레에서 제1 원주방향 배향을 나타내고, 적어도 하나의 다른 전극 세트는 종축선 둘레에서 제1 원주방향 배향과는 다른 제2 원주방향 배향을 나타내는 재료 처리 시스템.
- 플라즈마 생성 방법에 있어서,챔버내에 가스를 도입하는 단계와,챔버의 종축선 둘레에 배치된 3개 전극을 포함하는 제1 전극 세트를 제공하는 단계와,종축선 둘레에 배치되고 제1 전극 세트에 대하여 종축선을 따라 변위되는 3개 전극을 포함하는 적어도 하나의 다른 전극 세트를 제공하는 단계와,제1 전극 세트의 각 전극을 3상 교류(AC) 전원의 일 위상에 결합하는 것을 포함하는, 제1 전원에 제1 전극 세트를 결합하는 단계와,적어도 하나의 다른 3상 전원의 일 위상에 적어도 하나의 다른 전극 세트의 각 전극을 결합하는 것을 포함하는, 적어도 하나의 다른 전원에 적어도 하나의 다른 전극 세트를 결합하는 단계와,가스의 존재하에 챔버내에서 제1 전극 세트와 적어도 하나의 다른 전극 세트 사이에 아크를 생성하는 단계를 포함하는 플라즈마 생성 방법.
- 제 73 항에 있어서, 제1 전원의 적어도 하나의 동작 특성과, 적어도 하나의 다른 전원의 적어도 하나의 동작 특성을 결정하는 단계를 추가로 포함하는 플라즈마 생성 방법.
- 제 74 항에 있어서, 제1 전원의 적어도 하나의 동작 특성을 결정하는 단계는 제1 전원의 전류 및 전압 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하고, 적어도 하나의 다른 전원의 적어도 하나의 동작 특성을 결정하는 단계는 적어도 하나의 다른 전원의 전류 및 전압 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하는 플라즈마 생성 방법.
- 제 75 항에 있어서, 제1 전원의 결정된 적어도 하나의 동작 특성에 응답하여 제1 전극 세트의 적어도 하나의 전극을 변위시키는 단계를 추가로 포함하는 플라즈마 생성 방법.
- 제 76 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 전원의 결정된 적어도 하나의 동작 특성에 응답하여 적어도 하나의 다른 전극 세트의 적어도 하나의 전극을 변위시키는 단계를 추가로 포함하는 플라즈마 생성 방법.
- 제 77 항에 있어서, 챔버로부터 멀어지는 방향으로 열 에너지를 전달하는 단계를 추가로 포함하는 플라즈마 생성 방법.
- 제 77 항에 있어서, 제1 전원 각각의 위상의 위상각을 제어하는 단계를 추가로 포함하는 플라즈마 생성 방법.
- 제 78 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 전원 각각의 위상의 위상각을 제어하는 단계를 추가로 포함하는 플라즈마 생성 방법.
- 플라즈마 생성 방법에 있어서,챔버내에 가스를 도입하는 단계와,적어도 하나의 전극의 선단부가 인접 전극의 선단부로부터 제1 거리에 배치되도록 하는 제1 배열로 적어도 부분적으로 챔버내에 적어도 복수의 제1 전극을 배치하는 단계와,가스의 존재하에 챔버내에서 적어도 복수의 제1 전극 사이에 아크를 생성하는 단계와,아크를 유지하면서, 인접 전극의 선단부로부터 제2 거리에 적어도 하나의 전극의 선단부가 배치되도록 적어도 하나의 전극을 변위시키는 단계를 포함하는 플라즈마 생성 방법.
- 제 81 항에 있어서, 적어도 부분적으로 챔버내에 적어도 복수의 제1 전극을 배치하는 단계는, 챔버의 종축선 둘레에 원주방향으로 적어도 복수의 제1 전극을 실질적인 대칭으로 배열하는 단계를 추가로 포함하는 플라즈마 생성 방법.
- 제 82 항에 있어서, 적어도 하나의 전극을 변위시키는 단계는, 복수의 전극의 각 전극을 변위시키는 단계를 포함하는 플라즈마 생성 방법.
- 제 83 항에 있어서, 적어도 복수의 제1 전극 사이에 아크를 생성하는 단계는 각 전극에 전기 서비스를 제공하는 것을 추가로 포함하고,상기 방법은 각 전극에 제공된 전기 서비스와 연계된 적어도 하나의 동작 파라미터를 결정하는 단계를 추가로 포함하며, 각 전극을 변위시키는 단계는 결정된 적어도 하나의 동작 파라미터에 응답하게 되는 플라즈마 생성 방법.
- 제 81 항에 있어서, 적어도 부분적으로 챔버내에 적어도 복수의 제1 전극을 배치하는 단계는, 종축선을 따른 제1 위치에 제1 전극 세트를 배치하는 단계와, 제1 위치로부터 변위된 종축선을 따른 제2 위치에 적어도 하나의 제2 전극 세트를 배치하는 단계를 추가로 포함하는 플라즈마 생성 방법.
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