KR20140007888A - 고성능 유도 플라즈마 토치 - Google Patents

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Abstract

유도 플라즈마 토치는 튜브형 토치 본체, 상기 튜브형 토치 본체 내에 배치되고 그와 동축을 이루는 플라즈마 구속 튜브, 상기 플라즈마 구속 튜브의 일 단부에 배치되고 적어도 하나의 가스상 물질을 상기 플라즈마 구속 튜브 내로 공급하도록 구성된 가스 분배기 헤드, 에너지를 상기 가스상 물질에 인가하여 상기 플라즈마 구속 튜브 내에 플라즈마를 생성 및 지속시키기 위한 유도 결합 부재, 및 상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면 또는 튜브형 토치 본체의 내부 표면에 적용된 전도성 재료의 필름을 포함한다. 상기 전도성 재료의 필름은 일 단부에서 상호 접속된 축방향 스트립들로 세그먼트화된다. 상기 전도성 재료의 필름은 상기 필름의 전도성 재료의 전기 전도성 및 상기 유도 결합 부재에 인가되는 전류의 주파수에 대해 계산된 표피 깊이보다 작은 두께를 갖는다. 축방향 홈이 상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면 또는 튜브형 토치 본체의 내부 표면에 기계 가공될 수 있고, 상기 축방향 홈들은 상기 축방향 스트립들 사이에 개재된다.

Description

고성능 유도 플라즈마 토치{HIGH PERFORMANCE INDUCTION PLASMA TORCH}
본 발명은 대체로 유도 플라즈마 토치에 관한 것이다. 더 구체적이지만 배타적이지는 않게, 본 발명은 실험실에서 초고순도 및 고출력 밀도 조건 하에서 그리고 산업상 규모의 생산 조건 하에서 작동하기 위한 플라즈마 구속 튜브와, 용량성 차폐부를 포함하는 튜브형 토치 본체와, 상기 플라즈마 구속 튜브 및 튜브형 토치 본체를 포함하는 유도 플라즈마 토치에 관한 것이다.
유도 플라즈마 토치는 고온 플라즈마 조건 하에서 재료들의 합성 및 처리를 위한 유용한 도구로서 관심을 점차 끌어 오고 있다. 그의 기본 개념은 60년 이상 동안 알려져 왔으며 실험실 도구로부터 산업적으로 유용한 고출력 장치까지 꾸준히 진화해 왔다. 유도 플라즈마 토치의 작동은 유도 결합 부재, 예를 들어 4 내지 6회 권취된 유도 코일을 이용하여 에너지를 플라즈마로 전자기 결합하는 것을 포함한다. 가스 분배기 헤드가 사용되어 플라즈마가 생성되는 방전 영역 내로의 적절한 가스 유동 패턴을 생성한다. 이러한 가스 유동 패턴은, 예를 들어 석영으로 제조된 플라즈마 구속 튜브의 중심에서 플라즈마를 안정화시킬 뿐만 아니라, 유도 코일의 중심에 플라즈마를 유지시키고 플라즈마로부터의 고열 부하로 인한 손상에 대해서 플라즈마 구속 튜브를 보호한다. 비교적 고출력인 레벨(약 5 내지 10 kW)에서, 플라즈마 구속 튜브를 보호하기 위하여 추가 냉각이 요구된다. 이는 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면 상에 유동하는 냉각 유체, 예를 들어 탈이온 냉각수를 이용하여 통상 달성된다.
유도 플라즈마 토치의 표준 설계가 도 1에 도시되어 있다. 도 1의 플라즈마 토치는 고주파 전류가 공급되는 수냉식 유도 구리 코일에 의해 둘러싸인 원통형 엔클로저를 포함한다. 플라즈마 가스는 원통형 엔클로저의 내부 공간 내로 축방향으로 도입된다. 전류가 유도 코일을 통하여 흐름으로써, 이는 방전 캐비티 내의 플라즈마 가스의 전기 절연 파괴(electrical breakdown)의 원인이 되는 축방향 교호 자기장을 생성한다. 일단 절연 파괴가 이루어지면, 접선 방향의 유도된 전류가 유도 코일 영역 내의 플라즈마 가스 내로 발현된다. 이러한 접선 방향의 유도된 전류는 방전 캐비티 내의 플라즈마 가스를 가열하여 플라즈마를 점화, 생성 및 지속시킨다.
본질적으로 동일한 원리에 기초하여 유도 플라즈마 토치를 구성하기 위하여 많은 설계가 개발되고 실험되어 왔다. 개선된 다양한 유도 플라즈마 토치들은 또한 발명의 명칭이 "수냉식 세라믹 구속 튜브를 구비한 고성능 유도 플라즈마 토치(High Performance Induction Plasma Torch with a Water-Cooled Ceramic Confinement Tube)"인 1993년 4월 6일자 미국 특허 제5,200,595호; 발명의 명칭이 "유도 플라즈마 토치에서 플라즈마 방전을 점화하기 위한 점화 장치 및 방법(Ignition Device and Method for Igniting a Plasma Discharge in an Induction Plasma Torch)"인 1995년 8월 4일자 미국 특허 출원 제08/693,513호; 발명의 명칭이 "액체 필름이 안정화된 유도 플라즈마 토치(Liquid Film Stabilized Induction Plasma Torch)"인 1996년 10월 1일자 미국 특허 제5,560,844호; 발명의 명칭이 "고상 전원 장치용 다중-코일 유도 플라즈마 토치(Multi-coil induction plasma torch for solid state power supply)"인 2004년 2월 17일자 미국 특허 제6,693,253호; 및 발명의 명칭이 "고상 전원 장치용 다중-코일 유도 플라즈마 토치"인 2005년 7월 19일자 미국 특허 제6,919,527호에 교시되어 있고, 이들 전체는 참고로 본 명세서에 포함되어 있다.
플라즈마 구속 튜브의 보호를 향상시키기 위한 시도가 또한 이루어져 왔다. 예를 들어, 세그먼트화된 금속성 벽 삽입체가 플라즈마 구속 튜브의 보호를 향상시키기 위하여 사용되어 왔으나 이는 플라즈마 토치의 전체 에너지 효율을 실질적으로 감소시키는 단점이 있다. 또한, 다공성 세라믹 재료로 제조된 플라즈마 구속 튜브는 단지 제한된 보호를 제공한다. 복사에 의해 냉각되는 구속 튜브와 관련하여, 이러한 세라믹 재료는 비교적 높은 작동 온도를 견뎌야만 하고, 우수한 열 충격 저항성을 나타내야 하며, RF(무선 주파수) 자기장을 흡수하지 않아야 한다. 대부분의 세라믹 재료는 이러한 엄격한 요구 사항들 중 하나 이상을 만족하지 못한다.
현재 유도 플라즈마 토치에 대한 계속되는 관심은 토치의 출구 노즐 및/또는 토치가 장착되는 반응기의 본체와 플라즈마 사이에 아크가 발생하는 문제이다. 도 2에서는 스트라이크-오버(strike-over)의 문제를 두 가지 경우에 대해 개략적으로 나타내고 있다.
보다 구체적으로, 도 2는 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 구속 튜브를 포함하는 튜브형 토치 본체를 포함하는 유도 플라즈마 토치를 도시한다. 튜브형 토치 본체 내에는 유도 코일이 매립되어 있다. 플라즈마 내에서 처리되는 임의의 분말 재료 또는 전구체가 플라즈마 토치 본체의 상부에 안착된 가스 분배기 헤드를 통하여 축방향으로 장착된 분말 분사기 프로브(probe)를 거쳐서 분사된다. 수냉식 노즐을 거쳐 반응기 벽에 의해 형성되는 반응기 내로 플라즈마 방전이 생성된다. 도 2는 토치의 출구 노즐 및 반응기의 본체와 플라즈마 사이의 아크 형성(스트라이크-오버)을 도시한다.
유도 플라즈마 토치 내에서 아크 형성의 문제를 해결하기 위한 초기의 시도는 1991년 지. 프린드(G. Frind)에 의해 보고되었고, 1993년 8월 3일자 미국 특허 제5,233,155호의 주제였다. 이 특허는 아크 발생이 유도 코일과 플라즈마 사이의 용량성 결합에 기인한다는 것을 확인하였고 유도 코일과 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면 사이에 용량성 차폐부를 추가하는 것을 통한 해결을 제안하였다. 그렇지만, 프린드에 의해 제안된 바와 같은 용량성 차폐부의 도입은 금속성 차폐부에서의 에너지 소산으로 인해 코일과 플라즈마 사이의 에너지 결합 효율에 상당한 손실을 가져왔고 플라즈마를 점화하는 데 어려움을 증가시켰다.
따라서, 에너지 결합 효율의 손실 없이 아크 발생을 제거하고 플라즈마 방전 캐비티 내로의 출력/에너지 밀도의 증가하기 위한 필요성이 남아 있다.
제1 태양에 따르면, 본 발명은 유도 플라즈마 토치에 사용하기 위한 플라즈마 구속 튜브에 관한 것이다. 플라즈마 구속 튜브는 기하학적 축 및 외부 표면을 형성하고, 상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면에 적용되고 축방향 스트립들로 세그먼트화된 전도성 재료의 필름을 포함하는 용량성 차폐부를 포함한다. 상기 축방향 스트립들은 일 단부에서 상호 접속되고, 상기 전도성 필름은 상기 필름의 전도성 재료의 전기 전도성 및 상기 유도 플라즈마 토치의 작동 주파수에 대해 계산된 표피 깊이(skin-depth)보다 작은 두께를 갖는다.
다른 태양은 유도 플라즈마 토치에 사용하기 위한 플라즈마 구속 튜브로서, 상기 플라즈마 구속 튜브는 기하학적 축 및 외부 표면을 형성하고, 상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면에 적용되고 일 단부에서 상호 접속된 축방향 스트립들로 세그먼트화된 전도성 재료의 필름을 포함하는 용량성 차폐부; 및 상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면의 축방향 홈들을 포함하는 플라즈마 구속 튜브에 관한 것이다. 축방향 홈들은 상기 축방향 스트립들 사이에 개재된다.
제3 태양에 따르면, 본 발명은 또한 유도 플라즈마 토치에 사용되는 튜브형 토치 본체에 관한 것이다. 튜브형 토치 본체는 기하학적 축 및 내부 표면을 형성하고, 튜브형 토치 본체의 내부 표면에 적용되고 축방향 스트립들로 세그먼트화된 전도성 재료의 필름을 포함하는 용량성 차폐부를 포함한다. 상기 축방향 스트립들은 일 단부에서 상호 접속되고, 상기 전도성 필름은 상기 필름의 전도성 재료의 전기 전도성 및 상기 유도 플라즈마 토치의 작동 주파수에 대해 계산된 표피 깊이보다 작은 두께를 갖는다.
제4 태양은 유도 플라즈마 토치에 사용되는 튜브형 토치 본체로서, 상기 튜브형 토치 본체는 기하학적 축 및 내부 표면을 형성하고, 튜브형 토치 본체의 내부 표면에 적용되고 일 단부에서 상호 접속된 축방향 스트립들로 세그먼트화된 전도성 재료의 필름을 포함하는 용량성 차폐부; 및 상기 튜브형 토치 본체의 내부 표면의 축방향 홈들을 포함하고, 상기 축방향 홈들은 축방향 스트립들 사이에 개재된 튜브형 토치 본체에 관한 것이다.
제5 태양에 따르면, 본 발명은 내부 표면을 갖는 튜브형 토치 본체; 상기 튜브형 토치 본체 내에 배치되고 상기 튜브형 토치 본체와 동축을 이루며 외부 표면을 갖는 플라즈마 구속 튜브; 상기 플라즈마 구속 튜브의 일 단부에 배치되고 적어도 하나의 가스상 물질을 상기 플라즈마 구속 튜브 내로 공급하도록 구성된 가스 분배기 헤드; 에너지를 상기 가스상 물질에 인가하여 상기 플라즈마 구속 튜브 내에 플라즈마를 생성 및 지속시키기 위해 튜브형 토치 본체의 내부 표면의 외측에 위치된 유도 결합 부재; 및 상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면 또는 튜브형 토치 본체의 내부 표면에 적용된 전도성 재료의 필름을 포함하고, 상기 전도성 재료의 필름은 축방향 스트립들로 세그먼트화되고, 상기 축방향 스트립들은 일 단부에서 상호 접속되고, 상기 전도성 필름은 상기 필름의 전도성 재료의 전기 전도성 및 상기 유도 결합 부재에 공급되는 전류의 주파수에 대해 계산된 표피 깊이보다 작은 두께를 갖는 용량성 차폐부를 포함하는 유도 플라즈마 토치에 관한 것이다.
마지막으로, 제6 태양에 따르면, 본 발명은 내부 표면을 갖는 튜브형 토치 본체; 상기 튜브형 토치 본체 내에 배치되고 상기 튜브형 토치 본체와 동축을 이루며 외부 표면을 갖는 플라즈마 구속 튜브; 상기 플라즈마 구속 튜브의 일 단부에 배치되고 적어도 하나의 가스상 물질을 상기 플라즈마 구속 튜브 내로 공급하도록 구성된 가스 분배기 헤드; 에너지를 상기 가스상 물질에 인가하여 상기 플라즈마 구속 튜브 내에 플라즈마를 생성 및 지속시키기 위해 튜브형 토치 본체의 내부 표면의 외측에 위치된 유도 결합 부재; 상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면 또는 튜브형 토치 본체의 내부 표면에 적용된 전도성 재료의 필름을 포함하고, 상기 전도성 재료의 필름은 축방향 스트립들로 세그먼트화되고, 상기 축방향 스트립들은 일 단부에서 상호 접속되는 용량성 차폐부; 및 상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면 또는 튜브형 토치 본체의 내부 표면의 축방향 홈들을 포함하고, 상기 축방향 홈들은 축방향 스트립들 사이에 개재된 유도 플라즈마 토치에 관한 것이다.
전술된 특징 및 다른 특징은, 첨부 도면을 단지 참조하는 일 예로서 주어진 후속하는 예시적인 실시예의 비제한적인 설명을 읽음으로써 보다 명백해질 것이다.
첨부 도면에서,
도 1은 유도 플라즈마 토치의 개략도이다.
도 2는 토치의 출구 노즐 및 반응기의 본체와 플라즈마 사이의 아크 발생을 도시하는 반응기의 상부에 장착된 유도 플라즈마 토치의 개략도이다.
도 3은 다수의 분말 분사 프로브를 갖고 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면 상에 용량성 차폐부가 구비된 유도 플라즈마 토치의 개략 단면도이다.
도 4는 도 3의 유도 플라즈마 토치의 평면도이다.
도 5는 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면 상에 용량성 차폐부가 구비된 다른 유도 플라즈마 토치의 개략적인 부분 사시도이다.
도 6은 세그먼트화된 필름 전도성 용량성 차폐부를 포함하는 외부 표면을 갖고 이러한 외부 표면에 기계 가공된 축방향 홈이 유도 코일의 레벨로 형성된 플라즈마 구속 튜브의 개략도이다.
도 7은 플라즈마 구속 튜브의 외주부 둘레의 홈의 전형적인 분포를 도시하는, 도 6의 플라즈마 구속 튜브의 단면도이다.
도 8은 도 6 및 도 7의 플라즈마 구속 튜브를 포함하는 유도 플라즈마 토치의 개략적인 사시도이다.
도 9는 전형적인 작동 조건 하에서 플라즈마 구속 튜브의 벽 및 플라즈마 토치 내로의 유동 온도장 및 농도장의 수학적 모델링에 의해 얻어지는 바와 같이 도 6 및 도 7의 플라즈마 구속 튜브의 벽에서의 온도장의 3차원 도면이다.
도 10은 도 9의 작동 조건과 동일한 작동 조건 하에서 플라즈마 구속 튜브의 홈 형성된 부분의 중심에서 플라즈마 구속 튜브의 벽에서의 온도장의 단면도이다.
개설하면, 본 발명은 튜브형 토치 본체와, 플라즈마 구속 튜브와, 가스 분배기 헤드와, 유도 결합 부재와, 플라즈마 구속 튜브 또는 튜브형 토치 본체에 결합된 용량성 차폐부를 포함하는 유도 플라즈마 토치를 제공한다. 플라즈마는 구속 튜브 내에서 생성된다. 플라즈마 구속 튜브는 내부 및 외부 표면과 제1 및 제2 단부를 포함한다. 플라즈마 구속 튜브의 냉각을 향상시키기 위하여 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면에는 그의 주연부 둘레로 측방향으로 인접한 일련의 축방향 홈이 유도 결합 부재의 레벨로 기계 가공될 수 있다. 가스 분배기 헤드는 플라즈마 구속 튜브 내로 하나 이상의 가스상 물질을 제공하기 위해 플라즈마 구속 튜브의 제1 단부에 배치되는데, 가스상 물질(들)은 구속 튜브를 통하여 그의 제1 단부로부터 그의 제2 단부를 향하여 유동한다. 유도 결합 부재는 구속 튜브 내에서 플라즈마를 유도 방식으로 점화, 생성 및 지속시키기 위하여 구속 튜브를 통하여 유동하는 가스상 물질에 에너지를 유도 방식으로 인가한다. 용량성 차폐부는 에너지 결합 효율의 손실 없이 아크 형성을 회피하고, 플라즈마 방전이 생성되는 구속 튜브 내로의 출력/에너지 밀도의 증가를 허용한다. 이러한 용량성 차폐부는, 일 실시예에 따르면, 얇은 전도성 필름으로 형성될 수 있다.
도 3은 고성능 유도 플라즈마 토치(10)를 도시한다.
플라즈마 토치(10)는,　예를 들어 캐스트 세라믹 또는 복합 중합체로 제조되고 내부 캐비티(13)를 형성하는 튜브형 토치 본체(12)를 포함한다. 토치 본체(12) 내에는 수냉식 구리 튜브로 제조된 유도 코일(14) 형태의 유도 결합 부재가 매립된다. 유도 코일(14)의 2개의 단부 모두는 원통형 토치 본체(12)의 외부 표면(16)으로 연장되고 한 쌍의 전기 단자(18, 20)에 각각 접속되는데, 상기 전기 단자(18, 20)를 통하여 RF(무선 주파수) 전류가 코일(14)에 공급될 수 있다. 토치 본체(12) 및 유도 코일(14)은, 예시된 실시예에서, 원통형이고 동축을 이룬다.
환형 플라즈마 출구 노즐(22)은　토치 본체(12)의 하단부에 장착되고, 플라즈마 구속 튜브(26)의 하단부를 수용하도록 하는 환형 안착부(24)가 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 환형 안착부(24)는　직각 단면을 가질 수 있다.
가스 분배기 헤드(28)는 튜브형 토치 본체(12)의 상단부에 고정된다. 토치 본체(12)의 상단부와 가스 분배기 헤드(28) 사이에는 디스크(30)가 개재된다. 디스크(30)는, 가스 분배기 헤드(28)의 하측면(32)과 함께, 플라즈마 구속 튜브(26)의 상단부를 수용할 수 있는 환형 안착부(34)를 형성한다. 또한, 환형 안착부(34)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 직각 단면을 갖는다.
도 3에 도시된 실시예에서, 튜브형 토치 본체(12) 및 플라즈마 구속 튜브(26)는　동축을 이루고 공통의 기하학적 축을 형성한다.
가스 분배기 헤드(28)는　또한 중간 튜브(36)를 포함한다. 중간 튜브(36)는　플라즈마 구속 튜브(26)보다 짧고 직경이 작다. 중간 튜브(36)는　또한 원통형일 수 있고, 토치 본체(12), 플라즈마 구속 튜브(26) 및 유도 코일(14)과 동축을 이룰 수 있다. 그에 따라서, 원통형 캐비티(37)가　중간 튜브(36)와 플라즈마 구속 튜브(26) 사이에 형성된다.
가스 분배기 헤드(28)에는 중심 개구(38)가 구비되고, 중심 개구(38)를 통하여 분말 분사 프로브 구조체(40)가 장착된다(도 4 또한 참조). 분사 프로브 구조체(40)는　튜브(26, 36), 유도 코일(14) 및 토치 본체(12)와 동축을 이루는 적어도 하나의 분말 분사 프로브(도 5의 실시예에서 42')를 포함한다. 다른 실시예에 따르면, 도 3 및 도 4는 튜브(26, 36) 내에서 튜브(26, 36)의 공통의 기하학적 축을 따라서 길게 연장되고 중심에 그룹 형성(도 4 참조)된 3개의 분말 분사 프로브(42)를 도시한다.
분말 및 캐리어 가스는 프로브(들)(42,　42')를 통하여 플라즈마 토치(10) 내에 분사된다. 캐리어 가스에 의해 수송되어 플라즈마 구속 튜브(26) 내에 분사되는 분말은, 종래 기술에서 알려진 바와 같이, 플라즈마에 의해 용융되거나 기화된 재료를 구성한다.
가스 분배기 헤드(28)는　원통형 캐비티(37) 내에 시스 가스(sheath gas)를 분사하고 플라즈마 구속 튜브(26)의 내부 표면에 걸쳐 이러한 시스 가스의 종방향 유동을 야기하기에 적합한 (도시되지 않은) 도관을 포함한다. 가스 분배기 헤드(28)는　또한 도관(44)을 포함하여　중간 튜브(36) 내측에 중심 가스를 분사하고 이러한 중심 가스의 접선 방향 유동을 야기한다. 이들 시스 가스 및 중심 가스의 기능은 유도 플라즈마 토치의 기술 분야에서 잘 알려져 있으며, 그에 따라서, 본 명세서에서는 설명하지 않을 것이다.
플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면과 튜브형 토치 본체(12)의 내부 표면 사이에는, 예를 들어 약 1 mm 두께의 얇은 환형 챔버(45)가 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 환형 챔버(45)는　상기 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면 및 튜브형 토치 본체(12)의 내부 표면을 낮은 공차로 기계 가공함으로써 제조될 수 있다. 냉각 유체, 예를 들어 탈이온 냉각수가 얇은 환형 챔버(45)에 공급되어 고속으로 챔버(45)를 통해 유동하여 내부 표면이 플라즈마의 고온에 노출되어 있는 플라즈마 구속 튜브(26)를 효과적으로 냉각시킨다. 보다 구체적으로, 냉각 유체는 (도시되지 않은) 입구를 거쳐 가스 분배기 헤드(28)　내로 공급되어 (도시되지 않은) 일련의 원통형 채널을 통하여 토치 본체(12)　내를 유동하여 출구 노즐(22)에 도달할 수 있어서 플라즈마에 의해 생성된 열에 노출되는 이러한 출구 노즐(22)의 내부 표면을 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 이어서, 냉각 유체는 얇은 환형 챔버(45)를 통하여 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면에 기계 가공된 전술된 축방향 홈 내에서 고속으로 상향 유동하여, 내부 표면이 플라즈마로부터의 강한 열에 직접 노출되는 플라즈마 구속 튜브(26)를 효과적으로 냉각시키고, 이후에, 최종적으로 가스 분배기 헤드(28)의 레벨에서 토치를 빠져나간다.
작동 중에, RF 전류를 유도 코일(14)에 공급하여 플라즈마 구속 튜브(26) 내에 RF 자기장을 생성함으로써 유도 결합된 플라즈마가 점화, 생성 및 지속된다. RF 자기장은 플라즈마 구속 튜브(26) 내의 이온화된 가스 물질 내에 와상 전류를 유도하고 주울(Joule) 가열을 통하여, 안정적인 플라즈마가 점화, 생성 및 지속된다. 플라즈마의 점화를 포함하는 유도 플라즈마 토치의 작동은 본 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자에게 잘 알려져 있는 것으로 이해되고, 그러한 이유로 본 명세서에서는 설명하지 않을 것이다.
플라즈마 구속 튜브(26)는, 예를 들어 소결된 또는 반응 결합된 질화 규소, 질화 붕소, 질화 알루미늄 및 알루미나에 기초한 복합 또는 순수 세라믹 재료, 또는 다양한 첨가제 및 충전제와 이들의 조합으로 제조될 수 있다. 이러한 세라믹 재료는 밀(dense)하고, 높은 열전도성, 높은 전기 저항성 및 높은 열 충격 저항성을 특징으로 한다.
플라즈마 구속 튜브(26)의 재료가 높은 열전도성을 나타냄에 따라서, 환형 챔버(45)를 통하여 유동하는 냉각 유체의 높은 속도는 플라즈마 구속 튜브(26)를 적절히 냉각하는 데 적합하고 그에 요구되는 높은 열전달 계수를 제공한다. 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면에 전술된 측방향으로 인접한 일련의 축방향 홈을 추가하면, 도 6, 도 7 및 도 8을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 이용 가능한 열전달 표면의 증가를 통하여 그리고 홈의 바닥에서 튜브(26)의 벽의 유효 두께의 감소로 인해 플라즈마 구속 튜브(26)의 냉각이 향상된다. 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면의 강하고 효율적인 냉각은 석영으로 제조된 구속 튜브를 포함하는 표준 플라즈마 토치에서 통상 요구되는 것보다 훨씬 높은 출력 밀도로 그리고 낮은 가스 유량으로 플라즈마를 생성하는 것을 가능하게 한다. 이어서, 이는 플라즈마 토치의 출구에서 가스의 더 높은 비엔탈피(specific enthalpy) 레벨을 야기한다.
도 5는 앞서 설명된 도 3 및 도 4의 플라즈마 토치(10)와 유사한 플라즈마 토치(10')를 도시하는데, 플라즈마 토치(10')는 단 하나의 중심 분말 분사 프로브(42')를 포함한다는 차이를 갖고, 그 자체는 모든 다른 요소들이 플라즈마 토치(10)와 유사하기 때문에 더 설명될 필요가 없다.
플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면에는 용량성 차폐부(50)가　적용된다.
용량성 차폐부(50)는, 예를 들어, 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면을 코팅하는 전도성 재료의 얇은 필름의 침착을 통하여 적용될 수 있다. 전도성 재료는 금속성 재료, 예를 들어 구리, 니켈, 금 또는 백금 또는 다른 금속일 수 있다. 필름의 두께는 용량성 차폐부(50)에 기인한 자기 결합 에너지 손실을 감소시키기 위하여 필름의 전도성 재료의 전기 전도성 및 인가된 RF 자기장의 주파수에 대해 계산된 표피 깊이보다 작고, 결과적으로 그에 대응하는 토치 효율의 증가를 제공할 것이다. 일반적으로, 필름의 두께는 100 마이크로미터 이하일 것이다. 일 실시예에서, 필름의 두께는 약 10 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터의 범위에 있다. 다른 실시예에서, 필름의 두께는 1 마이크로미터 내지 10 마이크로미터의 범위에 있다. 추가 실시예에서, 필름 두께는 1 마이크로미터보다 작다.
표피 깊이는 다음과 같이 정의될 수 있다. 표피 효과는 전도체 내에 교류 전류가 분포되는 경향이 있는데, 전류 밀도는 전도체의 표면 근처에서 가장 높아서 깊이가 깊어질수록 감소한다. 전류는 전도체의 "표피"에서, 즉 외부 표면과 표피 깊이라고 하는 레벨 사이에서 주로 흐른다. 표피 효과는 전도체의 실효 저항이 표피 깊이가 얕은 경우 고주파에서 증가하도록 하여, 그에 의해서 전도체의 유효 단면을 감소시킨다.
표피 깊이
Figure pct00001
여기서,
ξ0 = 자유 공간의 투자율 = 4π×10-7　(H/m) 또는 (V.s/A.m)　
σ = 용량성 차폐부 재료의 전기 전도도 (mho/m) 또는 (A/V.m)　
f = 진동자 주파수 (s-1)
환형 챔버(45)를 통하여 유동하는 토치 냉각 유체와 직접 접촉하는 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면　상에 용량성 차폐부(50)를 침착시킴으로써 용량성 차폐부(50)의 효율적인 냉각과 장시간의 기계적 완전성의 보호를 보장한다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 용량성 차폐부(50)를 형성하는 전도성 재료의 필름에서 전자기 결합을 가능하면 최대한 피하기 위하여, 필름은 다수의 좁고 측방향으로 인접한 축방향 스트립(51)을 형성함으로써 세그먼트화된다. 스트립(51)은　튜브(26)의 대부분의 길이에 걸쳐서 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면　상에 축방향으로 연장되는데, 각 쌍의 인접한 축방향 스트립(51)들 사이의 상호 거리는 동일하다. 모든 축방향 스트립(51)은　일 단부에서, 보다 구체적으로는 플라즈마 구속 튜브(26)의 상단부에서 전기적으로 상호 접속된다.
플라즈마의 점화를 용이하게 하기 위하여, 플라즈마 점화가 달성될 때까지 부유 전위로 용량성 차폐부(50)를 유지하기 위한 수단이 제공될 수 있다. 플라즈마가 점화되고서, 생성되고, 지속되는 경우, 용량성 차폐부(50)를 형성하는 필름의 표면 상에 발현된 임의의 용량성 전위를 배출하기 위하여 용량성 차폐부(50)를 축방향 스트립(51)　모두가 상호 접속된 그의 상단부에서 접지에 접속시키기 위한 수단이 제공된다.
용량성 차폐부(50)를 형성하기 위한 전도성 재료의 필름에 다수의 측방향으로 인접한 축방향 스트립(51')이 형성되고 각 쌍의 측방향으로 인접한 스트립(51')들 사이의 상호 거리가 동일한 다른 실시예에서, 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면은 기계 가공되어 축방향 스트립(51')들 사이에 개재된 도면 부호 510으로 표시된 전술된 축방향 홈을 형성한다. 보다 구체적으로, 축방향 홈의 하나는 각 쌍의 측방향으로 인접한 축방향 스트립(51')들 사이에 공간을 차지한다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 이러한 실시예에서, 축방향 홈(510)은 전도성 필름에 의해 덮이지 않고, 축방향 스트립(51') 및 축방향 홈(510)은　유도 코일(14)의 레벨로 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면　상에 종방향으로 배치된다. 축방향 스트립(51')의 모두는 튜브(26)의 상단부에서 전기적으로 상호 접속된다. 축방향 스트립(51') 및 축방향 홈(510)을 갖는 플라즈마 구속 튜브(26)를 포함하는 플라즈마 토치(10")가 도 8에 도시되어 있다.
유도 코일(14)의 레벨로 또는　플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면의 대부분의 길이를 따라서 용량성 차폐부(50)를　축방향 스트립(51 또는 51')으로 형성하는 전도성 재료의 필름의 세그먼트화는 또한 유도 코일(14)에 의해 생성된 RF 자기장의 플라즈마 구속 튜브(26) 내의 플라즈마와의 결합을 상당히 향상시킬 것이고, 또한 용량성 차폐부(50)에 의해 기인하는 자기 결합 에너지 손실을 상당히 감소시킬 것이고, 결과적으로 토치 효율을 그에 대응하여 증가시킨다.
축방향 홈(510)은　플라즈마 구속 튜브(26)의 벽의 두께를 감소시키고 열전달 표면적을 확장시켜서 환형 챔버(45)를 통하여 고속으로 유동하는 냉각 유체와 축방향 홈(510)의 내부 표면 사이의 열교환을 향상시킨다. 보다 구체적으로, 플라즈마 구속 튜브(26)는 축방향 홈(510)의 바닥에서의 벽 두께가 축방향 홈(510)들 사이의 벽 두께에 비하여 더 얇기 때문에, 홈(510) 바닥의 표면과 냉각 유체 사이의 열 교환은 결과적으로 플라즈마 구속 튜브(26)로부터 고속의 냉각 유체로의 열전달의 큰 증가를 가져온다. 플라즈마 구속 튜브 내의 대응하는 온도장 패턴이 도 9 및 도 10에 도시되어 있다.
플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면에 기계 가공된 축방향 홈(510)은 또한, 플라즈마 구속 튜브(26)의 벽 내로의 냉각 유체의 더 깊은 침투를 허용함으로써, 용량성 차폐부(50)의 축방향 스트립(51')을 형성하는 전도성 재료의 필름의 우수한 절연을 제공한다.
플라즈마 구속 튜브의 재료가 높은 열전도성을 특징으로 하기 때문에, 얇은 환형 챔버(45)를 통하여 그리고 그에 따라서 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면에 기계 가공된 축방향 홈(510)　내에서 유동하는 고속의 냉각 유체는 높은 열전달 계수를 제공한다. 이러한 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면의 강하고 효율적인 냉각은 낮은 가스 유량에서 더 높은 출력/에너지 밀도로 플라즈마의 생성을 가능하게 한다. 이는 또한 플라즈마 토치의 출구에서 가스의 더 높은 비엔탈피 레벨을 야기한다.
상기한 기능들을 수행하기 위하여, 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면의 개별 홈(510)은 폭이 1과 10 mm 사이에서 변할 수 있고, 깊이가 1과 2 mm 사이에서 변할 수 있지만 플라즈마 구속 튜브(26)의 전체 두께를 초과하지는 않는다.
다른 가능한 구성에 따르면, 세그먼트화되거나 또는 그렇지 않은 용량성 차폐부(50)의 전도성 재료의 필름은 플라즈마 구속 튜브(26)를 둘러싸고 유도 코일(14)이 매립된 토치 본체(12)의 내부 표면에 적용, 예를 들어 침착된다. 또한, 앞서 설명된 바와 같이 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면에서와 동일한 방식으로 전도성 재료의 필름의 축방향 스트립들 사이의 튜브형 토치 본체(12)의 내부 표면에 축방향 홈이 기계 가공될 수 있다. 이러한 구성에서, 용량성 차폐부(50)의 전도성 재료의 필름은 환형 챔버(45)　내에 유동하는 토치 냉각 액체에 의해 제공되어 용량성 차폐부(50)의 기계적 그리고 전기적 완전성 및 열적 보호를 보장하는 냉각 효과로부터 동일한 이점을 얻는다. 또한, 플라즈마 점화를 위한 부유 전위로 용량성 차폐부(50)를 유지하기 위한 수단이 제공될 수 있고, 플라즈마 점화 이후에는 용량성 차폐부(50)의 필름의 표면 상에 발현되는 임의의 용량성 전위를 배출하기 위하여 용량성 차폐부(50)를 접지에 접속시키기 위한 수단이 제공된다.
얇은 필름 용량성 차폐부(50)의 기능은 플라즈마 토치 내의 금속성 구성요소, 그의 출구 노즐 및/또는 플라즈마 토치가 장착되는 반응기 장치와 플라즈마 사이에서 제 위치를 벗어난 아크 형성을 방지하기 위한 것이다. 용량성 차폐부(50)는　또한 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 토치 내부 캐비티(13) 내의 다수의 분말 분사 프로브(42)의 도입을 가능하게 하여 분말 재료가 플라즈마 방전 내로 우수하게 분포되도록 한다.
예를 들어, 얇은 필름 용량성 차폐부(50)는, 프로브가 도 2에 도시된 바와 같이 토치 내에 중심에 위치되고 동축을 이루는 경우와 비교하여,　플라즈마 구속 튜브(26)의 내부 벽에 상당히 더 가까이 위치될 수 있는 분말 분사 프로브(42)와 유도 코일(14) 사이에 가능한 아크의 형성을 방지한다.
유도 코일(14)이　토치 본체(12)의 구성 물질 내에 완전히 매립되어, 유도 코일(14)과 플라즈마 구속 튜브(26)　사이의 간격은 유도 코일(14)과 플라즈마 사이의 에너지 결합 효율을 향상시키도록 정밀하게 제어될 수 있다. 이는 또한 유도 코일(14)에 기인한 어떠한 간섭도 없이 환형 챔버(45)의 두께의 정밀한 제어를 가능하게 하며, 이러한 제어는 토치 본체(12)의 내부 표면과 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면 사이의 공차를 작게 기계 가공함으로써 얻어진다.
플라즈마 구속 튜브(26)의 품질은　높은 열전도성, 높은 전기 저항성 및 높은 열 충격 저항성에 대한 요건과 밀접한 관계에 있다. 본 발명은 세라믹 재료의 사용에 한정되지 않고 만일 상기한 엄격한 요건을 만족한다면 다른 순수 또는 복합 재료의 사용을 또한 포함한다. 예를 들어, 질화 붕소, 질화 알루미늄 또는 알루미나 복합재가 가능한 대안을 구성한다.
환형 챔버(45)의 얇은 두께(약 1 mm)는 얇은 환형 챔버(45)를 통한 그리고 그에 따라서 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면 또는 튜브형 토치 본체의 내부 표면에 걸친 냉각 유체의 속도를 증가시키는 역할을 하고, 따라서 높은 열전달 계수에 이른다. 보다 구체적으로, 냉각 유체의 품질 및 플라즈마 구속 튜브(26)의 외부 표면에 걸친 그의 속도는 이러한 튜브(26)의 효율적인 냉각 및 플라즈마에 의해 노출되는 높은 열속(thermal flux)에 대한 보호를 수행하도록 선택된다.
비제한적이고 예시적인 실시예들이 이상에서 설명되었지만, 이들 실시예는 본 발명의 사상 및 특성으로부터 벗어나지 않고 첨부된 특허청구범위의 범주 내에서 변형될 수 있다.

Claims (34)

  1. 유도 플라즈마 토치에 사용하기 위한 플라즈마 구속 튜브로서,
    상기 플라즈마 구속 튜브는 기하학적 축 및 외부 표면을 형성하고,
    상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면에 적용되고 축방향 스트립들로 세그먼트화된 전도성 재료의 필름을 포함하는 용량성 차폐부를 포함하고,
    상기 축방향 스트립들은 일 단부에서 상호 접속되고, 상기 전도성 필름은 상기 필름의 전도성 재료의 전기 전도성 및 상기 유도 플라즈마 토치의 작동 주파수에 대해 계산된 표피 깊이(skin-depth)보다 작은 두께를 갖는
    플라즈마 구속 튜브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전도성 재료의 필름은 상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면 상에 침착된
    플라즈마 구속 튜브.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전도성 재료의 필름은 금속성 재료로 제조된
    플라즈마 구속 튜브.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 구속 튜브는 높은 열전도성, 높은 전기 저항성 및 높은 열 충격 저항성을 갖는 순수 또는 복합 세라믹 재료로 제조되는
    플라즈마 구속 튜브.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 재료의 필름은 두께가 100 마이크로미터 이하인
    플라즈마 구속 튜브.
  6. 유도 플라즈마 토치에 사용하기 위한 플라즈마 구속 튜브로서,
    상기 플라즈마 구속 튜브는 기하학적 축 및 외부 표면을 형성하고,
    상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면에 적용되고 일 단부에서 상호 접속된 축방향 스트립들로 세그먼트화된 전도성 재료의 필름을 포함하는 용량성 차폐부; 및
    상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면의 축방향 홈들을 포함하고, 상기 축방향 홈들은 축방향 스트립들 사이에 개재된
    플라즈마 구속 튜브.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 축방향 홈의 하나는 각 쌍의 측방향으로 인접한 축방향 스트립들 사이에 개재된
    플라즈마 구속 튜브.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 홈은 상기 전도성 재료의 필름이 없는 표면을 형성하는
    플라즈마 구속 튜브.
  9. 청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈은 폭이 1 내지 10 mm이고 깊이가 1 내지 2 mm인
    플라즈마 구속 튜브.
  10. 내부 표면을 갖는 튜브형 토치 본체;
    상기 튜브형 토치 본체 내에 배치되고 상기 튜브형 토치 본체와 동축을 이루며 외부 표면을 갖는 플라즈마 구속 튜브;
    상기 플라즈마 구속 튜브의 일 단부에 배치되고 적어도 하나의 가스상 물질을 상기 플라즈마 구속 튜브 내로 공급하도록 구성된 가스 분배기 헤드;
    에너지를 상기 가스상 물질에 인가하여 상기 플라즈마 구속 튜브 내에 플라즈마를 생성 및 지속시키기 위해 튜브형 토치 본체의 내부 표면의 외측에 위치된 유도 결합 부재; 및
    상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면 또는 튜브형 토치 본체의 내부 표면에 적용된 전도성 재료의 필름을 포함하고, 상기 전도성 재료의 필름은 축방향 스트립들로 세그먼트화되고, 상기 축방향 스트립들은 일 단부에서 상호 접속되고, 상기 전도성 필름은 상기 필름의 전도성 재료의 전기 전도성 및 상기 유도 결합 부재에 공급되는 전류의 주파수에 대해 계산된 표피 깊이보다 작은 두께를 갖는 용량성 차폐부를 포함하는
    유도 플라즈마 토치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전도성 재료의 필름은 상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면 또는 튜브형 토치 본체의 내부 표면 상에 침착된
    유도 플라즈마 토치.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    상기 전도성 재료의 필름은 금속성 재료로 제조된
    유도 플라즈마 토치.
  13. 청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 구속 튜브는 높은 열전도성, 높은 전기 저항성 및 높은 열 충격 저항성을 갖는 순수 또는 복합 세라믹 재료로 제조되는
    유도 플라즈마 토치.
  14. 청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 재료의 필름은 두께가 100 마이크로미터 이하인
    유도 플라즈마 토치.
  15. 청구항 10 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 재료의 필름 및 상기 플라즈마 구속 튜브 둘 모두를 냉각하기 위해 냉각 유체의 유동을 안내하도록 상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면과 튜브형 토치 본체의 내부 표면 사이에 환형 챔버를 포함하는
    유도 플라즈마 토치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 환형 챔버는 두께가 약 1 mm이고 상기 냉각 유체의 유동은 냉각 유체의 고속 유동인
    유도 플라즈마 토치.
  17. 청구항 10 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    플라즈마 점화 동안 부유 전위로 상기 용량성 차폐부를 유지하기 위한 수단과, 상기 플라즈마가 점화되어 지속되는 경우 상기 전도성 재료의 필름 상에 발현되는 임의의 용량성 전위를 배출하기 위하여 상기 용량성 차폐부를 접지에 접속시키기 위한 수단을 포함하는
    유도 플라즈마 토치.
  18. 내부 표면을 갖는 튜브형 토치 본체;
    상기 튜브형 토치 본체 내에 배치되고 상기 튜브형 토치 본체와 동축을 이루며 외부 표면을 갖는 플라즈마 구속 튜브;
    상기 플라즈마 구속 튜브의 일 단부에 배치되고 적어도 하나의 가스상 물질을 상기 플라즈마 구속 튜브 내로 공급하도록 구성된 가스 분배기 헤드;
    에너지를 상기 가스상 물질에 인가하여 상기 플라즈마 구속 튜브 내에 플라즈마를 생성 및 지속시키기 위해 튜브형 토치 본체의 내부 표면의 외측에 위치된 유도 결합 부재;
    상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면 또는 튜브형 토치 본체의 내부 표면에 적용된 전도성 재료의 필름을 포함하고, 상기 전도성 재료의 필름은 축방향 스트립들로 세그먼트화되고, 상기 축방향 스트립들은 일 단부에서 상호 접속되는 용량성 차폐부; 및
    상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면 또는 튜브형 토치 본체의 내부 표면의 축방향 홈들을 포함하고,
    상기 축방향 홈들은 축방향 스트립들 사이에 개재된
    유도 플라즈마 토치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 축방향 홈의 하나는 각 쌍의 측방향으로 인접한 축방향 스트립들 사이에 개재된 유도 플라즈마 토치.
  20. 청구항 18 또는 청구항 19에 있어서,
    상기 홈은 상기 전도성 재료의 필름이 없는 표면을 형성하는
    유도 플라즈마 토치.
  21. 청구항 18 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈은 폭이 1 내지 10 mm이고 깊이가 1 내지 2 mm인
    유도 플라즈마 토치.
  22. 청구항 18 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 재료의 필름은 상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면 또는 튜브형 토치 본체의 내부 표면 상에 침착된
    유도 플라즈마 토치.
  23. 청구항 18 또는 청구항 22에 있어서,
    상기 전도성 재료의 필름은 금속성 재료로 제조된
    유도 플라즈마 토치.
  24. 청구항 18 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 구속 튜브는 높은 열전도성, 높은 전기 저항성 및 높은 열 충격 저항성을 갖는 순수 또는 복합 세라믹 재료로 제조되는
    유도 플라즈마 토치.
  25. 청구항 18 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 재료의 필름은 두께가 100 마이크로미터 이하인
    유도 플라즈마 토치.
  26. 청구항 18 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 재료의 필름 및 상기 플라즈마 구속 튜브 둘 모두를 냉각하기 위해 냉각 유체의 유동을 안내하도록 상기 플라즈마 구속 튜브의 외부 표면과 튜브형 토치 본체의 내부 표면 사이에 환형 챔버를 포함하고, 상기 냉각 유체는 또한 상기 축방향 홈 내로 유동하는
    유도 플라즈마 토치.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 환형 챔버는 두께가 약 1 mm이고 상기 냉각 유체의 유동은 냉각 유체의 고속 유동인
    유도 플라즈마 토치.
  28. 청구항 18 내지 청구항 27 중 어느 한 항에 있어서,
    플라즈마 점화 동안 부유 전위로 상기 용량성 차폐부를 유지하기 위한 수단과, 상기 플라즈마가 점화되어 지속되는 경우 상기 전도성 재료의 필름 상에 발현되는 임의의 용량성 전위를 배출하기 위하여 상기 용량성 차폐부를 접지에 접속시키기 위한 수단을 포함하는
    유도 플라즈마 토치.
  29. 유도 플라즈마 토치에 사용되는 튜브형 토치 본체로서,
    상기 튜브형 토치 본체는 기하학적 축 및 내부 표면을 형성하고, 튜브형 토치 본체의 내부 표면에 적용되고 축방향 스트립들로 세그먼트화된 전도성 재료의 필름을 포함하는 용량성 차폐부를 포함하고, 상기 축방향 스트립들은 일 단부에서 상호 접속되고, 상기 전도성 필름은 상기 필름의 전도성 재료의 전기 전도성 및 상기 유도 플라즈마 토치의 작동 주파수에 대해 계산된 표피 깊이보다 작은 두께를 갖는
    튜브형 토치 본체.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 전도성 재료의 필름은 두께가 100 마이크로미터 이하인
    튜브형 토치 본체.
  31. 유도 플라즈마 토치에 사용되는 튜브형 토치 본체로서,
    상기 튜브형 토치 본체는 기하학적 축 및 내부 표면을 형성하고,
    튜브형 토치 본체의 내부 표면에 적용되고 일 단부에서 상호 접속된 축방향 스트립들로 세그먼트화된 전도성 재료의 필름을 포함하는 용량성 차폐부; 및
    상기 튜브형 토치 본체의 내부 표면의 축방향 홈들을 포함하고, 상기 축방향 홈들은 축방향 스트립들 사이에 개재된
    튜브형 토치 본체.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 축방향 홈의 하나는 각 쌍의 측방향으로 인접한 축방향 스트립들 사이에 개재된
    튜브형 토치 본체.
  33. 청구항 31 또는 청구항 32에 있어서,
    상기 홈은 상기 전도성 재료의 필름이 없는 표면을 형성하는
    튜브형 토치 본체.
  34. 청구항 31 내지 청구항 33 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈은 폭이 1 내지 10 mm이고 깊이가 1 내지 2 mm인
    튜브형 토치 본체.
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