【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧プラズマを用い、プラズマの持つ非常に高い温度やラジカル反応等を利用する技術の中で、大気圧プラズマを容易に開始できるようにするプラズマ点火法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、大気圧下でマイクロ波によるプラズマを点火することはあまり容易ではない。しかしながら、使用する気体がアルゴンまたはヘリウムであれば、それを電界強度の高いマイクロ波の中に導入することにより、大気圧であっても比較的簡単に点火させることができる。また、アルゴンやヘリウム以外の気体を使用する場合であっても、減圧下であれば容易に点火させられる。したがって、これらの性質を利用して、大気圧プラズマとして点火しにくい気体の場合であっても、まずへリウムまたはアルゴンでプラズマを点火させた後、徐々に目的の気体に置き換える方法や、低圧で点火させた後に徐々に圧力を高めて大気圧とする方法が使われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空気や窒素等のガスで最初から大気圧下でプラズマ放電を開始させるには、非常に高いマイクロ波電界を使用する必要があり、このような電界を与えると放電管の外部で放電を開始することがあるので危険である。また、テスラコイルのように非常に高い電圧を使用し、放電管内部の、マイクロ波電界強度の最も高い場所から離れた位置で放電を行ない、大気圧下でマイクロ波放電を開始させているものもあるが、確実な点火が得られないために自動点火への応用は容易ではない。
【０００４】
また、従来のプラズマ点火法は、まずへリウムまたはアルゴンでプラズマを点火させた後、徐々に目的の気体に置き換える方法や、低圧で点火させた後に徐々に圧力を高めて大気圧とする方法を採用しているため、大気圧プラズマを得るまでにいくつかのステップを必要とし、時間が掛り、自動化しにくいという欠点を有する。特に連続運転を必要とするプラズマ装置においては、一旦点火したプラズマが何らかの原因で停止した場合には直ちに再点火させることが望ましいが、それができない場合は、一旦マイクロ波電源を停止させる等の処置を必要とする。プラズマが停止したままマイクロ波電源が作動していると、マイクロ波発生装置に少なからずダメージを与え、破損させることがある。したがって、大気圧プラズマを簡単で確実に点火させる方法があれば、簡単に再点火することが可能になり、安全性も確保しやすくなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来の欠点を除去すべくなされたものであって、このため、請求項１によるプラズマ点火方法は、大気圧下でマイクロ波プラズマの点火方法として、プラズマ化すべき気体をプラズマ放電管内に流し、火花放電電極を該プラズマ放電管内のマイクロ波電界強度の高い場所に位置するように挿入し、該電極による火花放電によりプラズマを点火させたあと、該電極を直ちにプラズマから待避させることを特徴とする。火花放電電極をプラズマ放電管内に挿入する際、気体の上流側から挿入することが好ましい。
【０００６】
大気圧下でプラズマを点火するためには、最初に電子を発生させることが必要である。電子が強電場の中で加速されることにより中性の分子と衝突してさらに多くの電子を発生させ、加速的に電子が増加してプラズマが形成される。この最初の電子を与えるためには火花放電が簡便であり、放電電極の間隔を狭くすればテスラコイルのような高い電圧を与えなくても良好な放電が得られる。一方、少ない数の電子がプラズマに成長するためには強度の高いマイクロ波電界が必要であり、放電開始のために局所的に高い電場を形成させることが望ましい。
【０００７】
本発明はこれらの条件を容易に満たす方法として、上記構成による火花放電を使った点火方法を提供するもので、これにより窒素や空気等ガスの種類によらず大気圧下でプラズマがガスライターの着火装置程度の火花放電で点火可能となる。しかも、火花放電によりプラズマを点火させたあと、電極を直ちにプラズマから待避させるようにしたので、電極への損傷は非常に小さい。
【０００８】
また、請求項２によるプラズマ点火方法は、請求項１の方法において、上記火花放電電極が同軸二極型電極であることを特徴とする。
放電電極を導波管内のマイクロ波電界の中に挿入すると、電極がアンテナとなってマイクロ波が導波管の外に出てくるので、放電電極に接続される高圧電源の配線を経由してマイクロ波が放射され、人体に対する危険性がある。このため高電圧配線のシールドが必要となるが、テスラコイルのような高電圧では絶縁が容易ではない。本発明の方法では、比較的低い電圧による放電を使うので絶縁が容易であり、放電電極を同軸二極型として外側電極を接地しておけば、マイクロ波の漏洩に関する心配は全くなくなる。放電電圧は２ｋＶ程度であり、プラズマ点火後は直ちにプラズマ領域外に待避させるので、電極や絶縁体の材質は特別に耐熱性や耐食性であることを必要としない。
【０００９】
また、単極あるいは平行二線型の高圧電極をマイクロ波電界の中に挿入して放電点火させる方式では、電極がマイクロ波のアンテナとなって導波管の外に強いマイクロ波の漏出を起こすためシールド対策が必要となるが、同軸二極型電極ではその心配が無く安全性が確保しやすい。
【００１０】
さらに、請求項３によるプラズマ点火方法は、請求項２の方法において、上記プラズマ放電管をマイクロ波共振器を使ったプラズマ発生装置の該マイクロ波共振器内に設置し、上記同軸二極型電極を該プラズマ放電管内の電気力線と平行に挿入し、火花放電によりプラズマを点火させることを特徴とする。
【００１１】
同軸二極型放電電極をプラズマ放電管内の電気力線と平行に挿入にすることで、マイクロ波を調整する効果を持つスタブが形成されるのでスタブの先端に位置する該放電電極部のマイクロ波電界強度を高めることができ、それによって火花放電によるプラズマ点火をより容易にすることができる。
【００１２】
また、請求項４によるプラズマ点火装置は、マイクロ波共振器を使った大気圧プラズマ発生装置のプラズマ点火装置おいて、該マイクロ波共振器内にプラズマ化する気体を流すプラズマ放電管を設置し、該プラズマ放電管内のマイクロ波電界強度の高い場所に火花放電電極の放電部分を進出および待避できるように移動可能に設けたことを特徴とする。
【００１３】
これにより、請求項１と同様な作用効果を有するプラズマ点火装置を得ることができる。
さらに、請求項５によるプラズマ点火装置は、請求項４のプラズマ点火装置において、上記火花放電電極が同軸二極型電極であることを特徴とする。
【００１４】
これにより、請求項２と同様な作用効果を有するプラズマ点火装置を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、大気圧マイクロ波プラズマを点火する装置について図１〜３を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明のプラズマ点火方法に使用される同軸二極型の放電電極１で、これに２ｋＶ以上の直流、交流、高周波、パルス等の波形で電圧を与えて火花放電を発生させる。
【００１７】
電極の材質には、常時プラズマから待避するため、同軸二極型電極の管状外側電極３と棒状内側電極５の両方ともに特に耐熱性及び耐食性を要求されない。したがって、ステンレス鋼が好ましく、ニッケル、クロム、アルミニウム及び銅、またはそれらのいずれかを含む合金を用いてもよい。同軸二極型電極１の外側電極３と内側電極５とを隔てる絶縁体７には、セラミックスまたはガラス等を用いる。
【００１８】
また、火花放電用電源（図示せず）には２ｋＶ以上の電圧を発生させられるものが好ましく、放電エネルギーが大きい必要はないので、ガスコンロ点火用の火花放電と同等の火花放電が得られるものであればよい。また、圧電素子で発生した高圧電気を使用することもできる。
【００１９】
図２および図３は、方形導波管を使ったマイクロ波共振器に放電管を入れて大気圧プラズマを発生させてガスのプラズマ処理を行なう装置に、上記電極１を設置してプラズマを点火させるようにしたものであって、図において、１１は方形導波管を使ったマイクロ波共振器、１３は該マイクロ波共振器１１の電界強度の高い位置に設置されるようベース１５に取り付けられたプラズマ放電管、１４は該プラズマ放電管１３周りに設けられたマイクロ波シールド、１７はベース１５上で該プラズマ放電管１３の上端部に取り付けられたガス供給ブロックでガス供給ノズル１９を介してプラズマ放電管１３内に被処理ガスを供給する。２１はガス供給ブロック１７と該ガス供給ブロックを貫通する電極１の部分をカバーしてベース１５上に設けられたモータ支持台、２３は該支持台２１上に設置された電極１移動用の小型モータであって、電極１に上下に離間して端部を固定されたベルト２５の中間部をモータのプーリに巻回してこれをモータ２３よって駆動することにより電極１を上下に移動できるようになっている。２７は支持台２１上に設けられたプラズマ点火用の放電スイッチであって、電極１がモータ２３により降下されたとき、電極１上に固定された作動片２９と係合して放電スイッチ２７を作動するようになっている。
【００２０】
しかして、電極１は、図２に示すように、その放電部２が常時プラズマから待避した場所に位置するように配置され、点火時にのみ、図３に示すように、電極１の放電部２を共振器１１の中心部に移動させて放電点火し、その後直ちに図２に示す元の場所に移動させるようにしてある。この電極移動のための駆動力には、上記のように小型モータを使用できるが、エアシリンダー及び各種アクチュエーターを使うこともできる。また、図示しないが、電極１の待避時には、電極がプラズマから離れた後に電極挿入用開口部に蓋をする構造を具備してもよい。
【００２１】
なお、同軸二極型電極１の外側電極３を共振器１１の導波管と電気的に接続し、この同軸二極型電極を共振器の中に入れると、マイクロ波に対してはスタブを形成する。スタブとは、棒状の導電性物質を導波管内に挿入することによってマイクロ波を調整するものとして機能し、棒状の導電性物質の先端から導波管内壁間のマイクロ波の電界強度が圧縮される形で高くなる。そのため、放電電極部はマイクロ波の電界強度が高くなり、この効果によりプラズマが発生させやすくなる。
【００２２】
図４は、火花放電電極の変形例を示す。
火花放電電極の先端形状は、例えば図４ａのように内側電極５’の先端を折り曲げて外側電極３との間隔を狭めることにより、低い電圧で放電できるようにしてある。点火の目的にはこのような簡単な構造のもので十分であるが、電極を回転体状（回転対称形）にすることにより、放電が一点に集中しないようにすれば電極の長寿命化が図れる。例えば図４ｂは外側電極３’を回転体状に絞り込み、電極間隔を狭めたものであり、一方図４ｃは内側電極５’’’の先端を円盤状または星形にすることで電極間隔を狭めたものである。両者とも分解処理に伴う反応性ガスが電極内部に入りにくい構造となるので発生ガスによる絶縁体の汚染を軽減することが可能となり、より電極の長寿命化を図ることができる。
【００２３】
【実施例】
次に、本発明の一実施例について説明する。
マイクロ波共振器１１は扁平方形導波管の一端を閉じたもので、定在波を発生させてその電界強度の高い位置に放電管１３を通したものである。この放電管１３に２０ＳＬＭ（標準状態気体での毎分流量体積ｄｍ３）の窒素ガスを流し、０．５〜１．５ｋＷのマイクロ波発生装置を使って点火試験を行った。
【００２４】
火花放電にはネオントランスを使用し、スライダックで一次電圧を変化させて供給した。このとき大気中で確実に放電を起こす電圧は実効値で約２ｋＶであった。放電はネオントランスの一次側にマイクロスイッチを入れて、電極１が共振器の中の定位置まで移動したときに放電が起こるようにしてある。この実験に使用したプラズマ点火装置の主要部分は図２に示したもと同じである。
【００２５】
上記の装置を使い２０ＳＬＭで１．５ｋＷのマイクロ波出力で点火試験を行ったところ、２ｋＶの火花放電でほば確実に点火できた。マイクロ波出力を下げていき、点火しなくなる出力を調べたところ、０．７ｋＷ以下では点火が不確実となり、０．６ｋＷで点火しなくなった。いったん点火したプラズマが、マイクロ波出力を下げていくことにより消火する値は０．６ｋＷであり、点火可能な出力との差は殆どない。
【００２６】
電極１の材質は同軸二極型電極の外側電極３と内部電極５の両方をステンレスで製作し、これで数十回の点火試験を行ったあと、その損傷程度を調べたが、両極ともやや色が変わっている程度で損傷の度合いは非常に小さかった。試験に使用した電極の移動装置は小型モータによるものであり、移動速度が挿入、引き出し（待避）ともに０．３秒程度の時間を要したが、移動装置を例えばエアシリンダー等で製作して０．１秒程度までに速くすれば、プラズマと接触する時間が短くなり、電極の損傷をさらに小さくすることができる。
【００２７】
ここで使用したネオントランスによる火花放電エネルギーの具体的数値は不明であるが、目視による火花の大きさはかなり小さく、ガスコンロ点火用の火花放電と同等であった。従って、プラズマ点火用に使用する放電用高圧電源もガスコンロに使用しているものと同等の簡便なものが使用可能である。さらに、ここで使用したマイクロスイッチの代わりに圧電素子に衝撃を与える構造にして、圧電素子で発生した高圧電気を使用することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、大気圧下でマイクロ波によるプラズマの点火法として、気体をプラズマ放電管に流し、火花放電電極を該プラズマ放電管内のマイクロ波電界強度の高い場所に位置するように挿入し、該火花放電電極による火花放電によりプラズマを点火させたあと、該火花放電電極をプラズマから待避させることにより、多種類のガスで大気圧プラズマを容易に、しかも自動点火させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用される同軸二極型電極の一例を示す部分断面図である。
【図２】電極が待避位置にある本発明によるプラズマ点火装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】電極が点火位置にある図２と同様な図である。
【図４】同軸二極型電極の変形例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１： 火花放電電極
３，３’： 外側電極
５，５’，５’’，５’’’： 内側電極
７： 絶縁体
１１： マイクロ波共振器
１３： プラズマ放電管
１９： ガス供給ノズル
２１： モータ支持台
２３： モータ
２５： ベルト
２７： 放電スイッチ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma ignition method that uses an atmospheric pressure plasma and uses a very high temperature, radical reaction, or the like of the plasma to easily start the atmospheric pressure plasma.
[0002]
[Prior art]
In general, it is not very easy to ignite microwave plasma at atmospheric pressure. However, if the gas used is argon or helium, it can be ignited relatively easily even at atmospheric pressure by introducing it into a microwave having a high electric field strength. Even when a gas other than argon or helium is used, it can be easily ignited under reduced pressure. Therefore, by utilizing these properties, even in the case of a gas that is difficult to ignite as atmospheric pressure plasma, first ignite the plasma with helium or argon, then gradually replace it with the target gas, or at low pressure. After ignition, a method is used in which the pressure is gradually increased to atmospheric pressure.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to start a plasma discharge at atmospheric pressure from the beginning with a gas such as air or nitrogen, it is necessary to use a very high microwave electric field, and when such an electric field is applied, the discharge is generated outside the discharge tube. It's dangerous because it can start. In some cases, such as a Tesla coil, which uses a very high voltage, discharges in a location away from the place with the highest microwave electric field strength inside the discharge tube, and starts microwave discharge under atmospheric pressure However, application to automatic ignition is not easy because reliable ignition cannot be obtained.
[0004]
Conventional plasma ignition methods include a method of first igniting plasma with helium or argon and then gradually replacing the gas with a target gas, or a method of igniting at a low pressure and gradually increasing the pressure to atmospheric pressure. Because of the adoption, several steps are required to obtain the atmospheric pressure plasma, which is time-consuming and difficult to automate. In particular, in a plasma device that requires continuous operation, it is desirable to immediately reignite the plasma once it has been ignited if it stops for some reason, but if that is not possible, take measures such as temporarily stopping the microwave power supply. Need. If the microwave power supply is operating while the plasma is stopped, the microwave generator may be considerably damaged and damaged. Therefore, if there is a simple and reliable method for igniting the atmospheric pressure plasma, it is possible to easily re-ignite and to easily secure safety.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to eliminate the above-mentioned conventional disadvantages. Therefore, the plasma ignition method according to the first aspect of the present invention is a method for igniting a microwave plasma under atmospheric pressure, in which a gas to be turned into a plasma is discharged. After flowing into the tube, insert the spark discharge electrode so as to be located in a place where the microwave electric field strength is high in the plasma discharge tube, and after igniting the plasma by the spark discharge by the electrode, immediately evacuate the electrode from the plasma. It is characterized by. When inserting the spark discharge electrode into the plasma discharge tube, it is preferable to insert the spark discharge electrode from the upstream side of the gas.
[0006]
In order to ignite a plasma at atmospheric pressure, it is necessary to first generate electrons. When electrons are accelerated in a strong electric field, they collide with neutral molecules to generate more electrons, and the electrons increase at an accelerated rate to form plasma. Spark discharge is simple to provide the first electrons, and good discharge can be obtained without applying a high voltage such as a Tesla coil by narrowing the interval between the discharge electrodes. On the other hand, in order for a small number of electrons to grow into plasma, a high-intensity microwave electric field is required, and it is desirable to form a locally high electric field for starting discharge.
[0007]
The present invention provides an ignition method using spark discharge according to the above configuration as a method for easily satisfying these conditions, whereby plasma is generated at a gas lighter under atmospheric pressure regardless of the type of gas such as nitrogen or air. It can be ignited by spark discharge of the ignition device. In addition, the electrode is immediately evacuated from the plasma after the plasma is ignited by the spark discharge, so that damage to the electrode is very small.
[0008]
A second aspect of the present invention is the plasma ignition method according to the first aspect, wherein the spark discharge electrode is a coaxial bipolar electrode.
When the discharge electrode is inserted into the microwave electric field in the waveguide, the electrode becomes an antenna and the microwave comes out of the waveguide, so it passes through the wiring of the high-voltage power supply connected to the discharge electrode. Microwaves are emitted and there is danger to the human body. For this reason, high voltage wiring must be shielded, but insulation is not easy at high voltages such as Tesla coils. In the method of the present invention, the insulation is easy because a discharge at a relatively low voltage is used. If the discharge electrode is a coaxial bipolar type and the outer electrode is grounded, there is no concern about microwave leakage. Since the discharge voltage is about 2 kV and immediately evacuated to the outside of the plasma region after the plasma ignition, the materials of the electrodes and the insulator do not need to be particularly heat-resistant or corrosion-resistant.
[0009]
Also, in the method of inserting a unipolar or parallel two-wire high voltage electrode into the microwave electric field and igniting discharge, the electrode acts as a microwave antenna, causing strong microwave leakage outside the waveguide. Although a shield measure is required, the coaxial two-pole type electrode does not have such a concern and can easily secure safety.
[0010]
Further, in the plasma ignition method according to claim 3, in the method according to claim 2, the plasma discharge tube is installed in the microwave resonator of a plasma generator using a microwave resonator, and the coaxial bipolar electrode is provided. Is inserted parallel to the lines of electric force in the plasma discharge tube, and the plasma is ignited by spark discharge.
[0011]
By inserting the coaxial bipolar type discharge electrode in parallel with the line of electric force in the plasma discharge tube, a stub having an effect of adjusting the microwave is formed, so that the microwave of the discharge electrode portion located at the tip of the stub is formed. The electric field strength can be increased, which can make plasma ignition by spark discharge easier.
[0012]
The plasma ignition device according to claim 4 is a plasma ignition device of an atmospheric pressure plasma generator using a microwave resonator, in which a plasma discharge tube for flowing gas to be turned into plasma is installed in the microwave resonator, The discharge portion of the spark discharge electrode is movably provided in a place where the microwave electric field strength is high in the plasma discharge tube so that the discharge portion can advance and retract.
[0013]
Thus, a plasma ignition device having the same function and effect as the first aspect can be obtained.
Further, the plasma ignition device according to claim 5 is characterized in that, in the plasma ignition device according to claim 4, the spark discharge electrode is a coaxial bipolar electrode.
[0014]
Thus, a plasma ignition device having the same function and effect as the second aspect can be obtained.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0016]
FIG. 1 shows a discharge electrode 1 of a coaxial bipolar type used in the plasma ignition method according to the present invention. The discharge electrode 1 is applied with a voltage of 2 kV or more in the form of direct current, alternating current, high frequency, pulse or the like to generate a spark discharge.
[0017]
Since the electrode material is always evacuated from the plasma, both the tubular outer electrode 3 and the rod-shaped inner electrode 5 of the coaxial bipolar electrode do not particularly require heat resistance and corrosion resistance. Therefore, stainless steel is preferable, and nickel, chromium, aluminum and copper, or an alloy containing any of them may be used. The insulator 7 separating the outer electrode 3 and the inner electrode 5 of the coaxial bipolar electrode 1 is made of ceramics or glass.
[0018]
Further, it is preferable that the spark discharge power supply (not shown) generates a voltage of 2 kV or more, and the discharge energy does not need to be large, so that a spark discharge equivalent to the spark discharge for gas stove ignition can be obtained. I just need. Further, high-voltage electricity generated by a piezoelectric element can be used.
[0019]
FIG. 2 and FIG. 3 show that the above-described electrode 1 is installed in a device for performing a plasma treatment of gas by putting a discharge tube in a microwave resonator using a rectangular waveguide and generating plasma at atmospheric pressure, and igniting the plasma. In the figure, 11 is a microwave resonator using a rectangular waveguide, and 13 is attached to a base 15 so as to be installed at a position where the electric field strength of the microwave resonator 11 is high. A plasma discharge tube, 14 is a microwave shield provided around the plasma discharge tube 13, and 17 is a gas supply block mounted on the base 15 at the upper end of the plasma discharge tube 13 through a gas supply nozzle 19. A gas to be processed is supplied into the plasma discharge tube 13. Reference numeral 21 denotes a motor support provided on the base 15 so as to cover the gas supply block 17 and a portion of the electrode 1 penetrating the gas supply block. Reference numeral 23 denotes a small-sized motor mounted on the support 21 for moving the electrode 1. A motor, in which an intermediate portion of a belt 25 whose upper end is fixed to the electrode 1 by being vertically separated from the electrode 1 is wound around a pulley of the motor and is driven by the motor 23 so that the electrode 1 can be moved up and down. Has become. Reference numeral 27 denotes a discharge switch for plasma ignition provided on the support base 21. When the electrode 1 is lowered by the motor 23, the discharge switch 27 engages with the operating piece 29 fixed on the electrode 1 to activate the discharge switch 27. It is supposed to work.
[0020]
As shown in FIG. 2, the electrode 1 is arranged such that the discharge portion 2 is always located at a place evacuated from the plasma, and only at the time of ignition, as shown in FIG. Is moved to the center of the resonator 11 for discharge ignition, and then immediately moved to the original position shown in FIG. As the driving force for the electrode movement, a small motor can be used as described above, but an air cylinder and various actuators can also be used. Although not shown, when the electrode 1 is retracted, a structure may be provided to cover the electrode insertion opening after the electrode is separated from the plasma.
[0021]
When the outer electrode 3 of the coaxial bipolar electrode 1 is electrically connected to the waveguide of the resonator 11 and the coaxial bipolar electrode is inserted into the resonator, a stub is formed for microwaves. Form. The stub functions as a means for adjusting microwaves by inserting a rod-shaped conductive substance into the waveguide, and the electric field strength of the microwave between the tip of the rod-shaped conductive substance and the inner wall of the waveguide is compressed. Higher in the form. For this reason, the electric field strength of the microwave is increased in the discharge electrode portion, and this effect facilitates the generation of plasma.
[0022]
FIG. 4 shows a modified example of the spark discharge electrode.
The tip shape of the spark discharge electrode is such that, for example, as shown in FIG. 4A, the tip of the inner electrode 5 'is bent to reduce the distance between the inner electrode 5' and the outer electrode 3, thereby enabling discharge at a low voltage. Although such a simple structure is sufficient for the purpose of ignition, the electrode is made to have a rotating body (rotationally symmetrical shape), so that if the discharge is not concentrated at one point, the life of the electrode can be extended. I can do it. For example, FIG. 4b shows the outer electrode 3 'narrowed down in the form of a rotating body and the electrode interval is reduced, while FIG. 4c shows that the tip of the inner electrode 5''' is formed in a disk shape or a star shape to reduce the electrode interval. It is a thing. In both cases, the structure is such that the reactive gas accompanying the decomposition treatment does not easily enter the inside of the electrode, so that the contamination of the insulator by the generated gas can be reduced, and the life of the electrode can be further extended.
[0023]
【Example】
Next, an embodiment of the present invention will be described.
The microwave resonator 11 has one end of a flat waveguide closed, generates a standing wave, and passes the discharge tube 13 to a position where the electric field strength is high. Nitrogen gas of 20 SLM (flow volume per minute dm 3 per minute in standard state gas) was passed through the discharge tube 13, and an ignition test was performed using a microwave generator of 0.5 to 1.5 kW.
[0024]
A neon transformer was used for the spark discharge, and the primary voltage was changed with a sliding bar and supplied. At this time, the voltage at which discharge was reliably caused in the atmosphere was about 2 kV in effective value. For the discharge, a microswitch is turned on the primary side of the neon transformer so that the discharge occurs when the electrode 1 moves to a fixed position in the resonator. The main parts of the plasma ignition device used in this experiment are the same as those shown in FIG.
[0025]
When an ignition test was carried out at 20 SLM with a microwave output of 1.5 kW using the above-described apparatus, ignition was almost completely achieved with a spark discharge of 2 kV. When the microwave output was lowered and the output at which ignition did not occur was examined, ignition became uncertain at 0.7 kW or less, and ignition stopped at 0.6 kW. The value of the once ignited plasma to extinguish by lowering the microwave output is 0.6 kW, and there is almost no difference from the ignitable output.
[0026]
As for the material of the electrode 1, both the outer electrode 3 and the inner electrode 5 of the coaxial bipolar electrode were made of stainless steel, and after performing an ignition test several tens of times with this, the degree of damage was examined. The degree of damage was very small as the color changed. The electrode moving device used in the test was driven by a small motor, and the moving speed required about 0.3 seconds for both insertion and withdrawal (retraction). If the speed is increased to about 1 second, the time for contact with the plasma is shortened, and damage to the electrode can be further reduced.
[0027]
Although the specific numerical value of the spark discharge energy by the neon transformer used here is unknown, the size of the spark by visual observation was considerably small, and was equivalent to the spark discharge for gas stove ignition. Therefore, a simple high-voltage power supply for gas ignition can be used as the high-voltage power supply for discharge used for plasma ignition. Further, instead of the microswitch used here, a structure for giving an impact to the piezoelectric element may be used, and high-voltage electricity generated by the piezoelectric element may be used.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, as a method of igniting plasma by microwaves under atmospheric pressure, a gas is caused to flow into a plasma discharge tube, and a spark discharge electrode is positioned in a place where the microwave electric field strength is high in the plasma discharge tube. To ignite the plasma by spark discharge from the spark discharge electrode, and then evacuate the spark discharge electrode from the plasma to easily and automatically ignite atmospheric pressure plasma with various kinds of gases. Becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing one example of a coaxial bipolar electrode used in the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of a plasma ignition device according to the present invention in which an electrode is at a retracted position.
FIG. 3 is a view similar to FIG. 2 with the electrodes in the ignition position.
FIG. 4 is a partial sectional view showing a modification of the coaxial bipolar electrode.
[Explanation of symbols]
1: spark discharge electrodes 3, 3 ′: outer electrodes 5, 5 ′, 5 ″, 5 ′ ″: inner electrode 7: insulator 11: microwave resonator 13: plasma discharge tube 19: gas supply nozzle 21: Motor support 23: Motor 25: Belt 27: Discharge switch
