JP2020042979A - High frequency induction thermal plasma device - Google Patents

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Abstract

To provide a high frequency induction thermal plasma device in which an inner tube of a plasma generation unit can be sufficiently cooled and a thermal load on a sealing material is reduced to thereby allow for prevention of leakage of cooling water due to melting of the sealing material.SOLUTION: The high frequency induction thermal plasma device is provided that comprises: a plasma generation unit generating thermal plasma by high frequency induction; and a chamber causing gas generated by thermal plasma to pass therethrough and cooling the gas, the plasma generation unit comprises: a double pipe structure comprised of an inner pipe with an internal space for flowing cooling water and an outer pipe; and a sealing material provided to be in contact with the inner tube to seal the cooling water. The high frequency induction thermal plasma device further comprises, at a portion in contact with the sealing member, of the lower end of the inner tube, a reinforcing portion having a greater wall thickness than other portions of the inner tube, and a water flow rotation mechanism for rotating the cooling water flow in the direction along the outer circumference of the inner tube.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、高周波誘導熱プラズマ装置に関する。   The present invention relates to a high-frequency induction thermal plasma device.

高周波誘導熱プラズマ装置は、プラズマトーチ内にある絶縁管の中にプラズマ用ガスを供給し、絶縁管の周囲に設けた誘導コイルに高周波電力を供給することにより、誘導加熱の原理に基づきプラズマ用ガスを励起して熱プラズマを発生させている。
この熱プラズマは、ガス温度で数千度〜１万５千度程度の超高温になっていることが知られており、その熱プラズマの中心に、粉末や液体やガスを導入すると、瞬時に蒸発或いは溶融する。そして、プラズマトーチの下段に水冷チャンバーを設置することにより、蒸発或いは溶融した粉末や液体やガスが急冷されて、過飽和により固相化する。 The high-frequency induction thermal plasma device supplies plasma gas into an insulating tube inside a plasma torch, and supplies high-frequency power to an induction coil provided around the insulating tube. The gas is excited to generate thermal plasma.
It is known that this thermal plasma has an extremely high temperature of several thousand degrees to about 15,000 degrees in gas temperature, and when a powder, liquid, or gas is introduced into the center of the thermal plasma, it is instantaneous. Evaporates or melts. Then, by installing a water-cooling chamber below the plasma torch, the powder, liquid or gas evaporated or melted is rapidly cooled and solidified by supersaturation.

この高周波誘導熱プラズマ装置を用いることにより、金属などの微粒子をプラズマ中で蒸発させてナノ粒子を作製すること、複雑な形状の微粉末をプラズマ中で表面を溶融させて球状化する加工をすること、コアシェル構造の粒子を作製すること、ガスを分解すること、などが可能である（例えば、特許文献１を参照。）。   By using this high-frequency induction thermal plasma device, nanoparticles such as metal are evaporated in the plasma to produce nanoparticles, and fine powder with a complicated shape is melted in the plasma to make the surface spherical and processed. It is possible to produce particles having a core-shell structure, to decompose gas, and the like (for example, see Patent Document 1).

ここで、高周波誘導熱プラズマ装置の従来の構成について説明する。
高周波誘導熱プラズマ装置の従来の構成のプラズマトーチの拡大図を、図６に示す。
図６に示す高周波誘導熱プラズマ装置１００は、プラズマ発生部であるプラズマトーチとして、ＲＦ（Radio Frequency）プラズマトーチ１０を備えている。 Here, a conventional configuration of the high-frequency induction thermal plasma device will be described.
FIG. 6 is an enlarged view of a plasma torch having a conventional configuration of a high-frequency induction thermal plasma device.
The high-frequency induction thermal plasma device 100 shown in FIG. 6 includes an RF (Radio Frequency) plasma torch 10 as a plasma torch serving as a plasma generation unit.

ＲＦプラズマトーチ１０は、絶縁管１２と誘導コイル１４を備えている。誘導コイル１４は、絶縁管１２の周囲に設けられ、図示しない高周波発振機から高周波電力が供給される。ＲＦプラズマトーチ１０には、アルゴンなどのプラズマ用ガスを、図６中の矢印Ｇで示すように、絶縁管１２内に供給すると共に、高周波発振機から誘導コイル１４へ高周波電力を供給する。これにより、誘導加熱によってプラズマガスを励起させて、絶縁管１２内に熱プラズマＰを発生させることができる。この熱プラズマＰは、ガスの温度で数千度〜１万５千度程度の超高温になっていることが知られており、熱プラズマＰの中心に、粉末や液体、ガスを導入すると、瞬時に蒸発或いは溶融する。
熱プラズマＰによって蒸発或いは溶融した粉末や液体、ガスは、ＲＦプラズマトーチ１０の下段に設置された、例えば水冷チャンバー内のガスに衝突し急冷され、過飽和によって固相化する。これにより、ナノ粒子或いは球状粒子、コアシェル構造の粒子などの、目的のサンプルが得られる。 The RF plasma torch 10 includes an insulating tube 12 and an induction coil 14. The induction coil 14 is provided around the insulating tube 12, and is supplied with high-frequency power from a high-frequency oscillator (not shown). As shown by an arrow G in FIG. 6, a plasma gas such as argon is supplied to the RF plasma torch 10 into the insulating tube 12, and high-frequency power is supplied from the high-frequency oscillator to the induction coil 14. Thus, the plasma gas can be excited by the induction heating, and the thermal plasma P can be generated in the insulating tube 12. It is known that the thermal plasma P has a very high temperature of several thousand degrees to about 15,000 degrees in gas temperature. When a powder, a liquid, or a gas is introduced into the center of the thermal plasma P, Evaporates or melts instantly.
The powder, liquid, or gas evaporated or melted by the thermal plasma P collides with, for example, a gas in a water-cooled chamber provided below the RF plasma torch 10, is rapidly cooled, and solidified by supersaturation. Thereby, a target sample such as a nanoparticle, a spherical particle, or a particle having a core-shell structure is obtained.

ここで、図６のＲＦプラズマトーチ１０の詳細な拡大図を、図７に示す。
図７に示すように、ＲＦプラズマトーチ１０は、誘導コイル１４に流れる高周波電流によって得られる強磁場を遮らないように、内管１６は窒化ケイ素などのセラミックス材を使用し、外管１７は透明石英管など絶縁性の材料を使用している。そして、熱プラズマからの輻射熱及び輻射光によって破損及び溶損しないように、内管１６と外管１７との間に、冷却水Ｗを循環させている。
内管１６及び外管１７は、上端と下端にそれぞれ、封止材としてＯリング１８を設けて、冷却水Ｗが外部に漏れないように封止している。 Here, a detailed enlarged view of the RF plasma torch 10 of FIG. 6 is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the RF plasma torch 10 uses a ceramic material such as silicon nitride, and the outer tube 17 is transparent so as not to block a strong magnetic field obtained by a high-frequency current flowing through the induction coil 14. An insulating material such as a quartz tube is used. The cooling water W is circulated between the inner tube 16 and the outer tube 17 so as not to be damaged or melted by radiant heat and radiant light from the thermal plasma.
The inner pipe 16 and the outer pipe 17 are provided with O-rings 18 as sealing materials at the upper and lower ends, respectively, to seal the cooling water W from leaking to the outside.

特開２００１−２１７０９７号公報JP 2001-217097 A

プラズマ用ガスをＲＦプラズマトーチ１０に供給する方法は、図８に示す、絶縁管１２の内周に軸方向へ沿うように供給させるＲａｄｉａｌと、図９に示す、絶縁管１２の内周を回転するように供給させるＴａｎｇｅｎｔｉａｌがある。
図８に示すＲａｄｉａｌの場合には、プラズマトーチ１０の出口側へ、プラズマフレームを伸ばす利点がある。
図９に示すＴａｎｇｅｎｔｉａｌの場合には、プラズマ中に入れた材料の滞留時間を長くさせる利点があり、プラズマの直径を太くすることができる。 The method of supplying the plasma gas to the RF plasma torch 10 is as shown in FIG. 8 by radially supplying the inner circumference of the insulating tube 12 along the axial direction, and by rotating the inner circumference of the insulating tube 12 shown in FIG. There is a Tangential that is supplied to be used.
In the case of the Radial shown in FIG. 8, there is an advantage that the plasma frame is extended to the outlet side of the plasma torch 10.
In the case of the Tangential shown in FIG. 9, there is an advantage that the residence time of the material put in the plasma is increased, and the diameter of the plasma can be increased.

しかしながら、Ｒａｄｉａｌの場合には、ＲＦプラズマトーチ１０内のガス流や磁場の影響から、プラズマフレームが曲がる傾向にある。そして、プラズマフレームが出口付近で曲がり、内管１６の下端部付近の拡大図である図１０に示すように、内管１６に超高温の熱プラズマＲＰ（Radial Plasma）が近づく。これにより、図１０に示すように、内管１６の下側で冷却水を封止しているＯリング１８Ｓに対して、熱プラズマＲＰから強い熱負荷がかかる。
また、Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌの場合、プラズマの直径が太くなることから、図１０に示すように、内管１６に超高温の熱プラズマＴＰ(Tangential Plasma)が近づくことになる。そして、この場合も、図１０に示すように、内管の下側で冷却水を封止しているＯリング１８Ｓに対して、熱プラズマＴＰから強い熱負荷がかかる。 However, in the case of Radial, the plasma frame tends to bend due to the influence of the gas flow and the magnetic field in the RF plasma torch 10. Then, the plasma frame bends near the outlet, and as shown in FIG. 10 which is an enlarged view near the lower end of the inner tube 16, an ultra-high temperature thermal plasma RP (Radial Plasma) approaches the inner tube 16. Thereby, as shown in FIG. 10, a strong heat load is applied from the thermal plasma RP to the O-ring 18S sealing the cooling water below the inner tube 16.
In the case of Tangential, since the diameter of the plasma becomes large, the ultra-high temperature thermal plasma TP (Tangential Plasma) approaches the inner tube 16 as shown in FIG. Also in this case, as shown in FIG. 10, a strong heat load is applied from the thermal plasma TP to the O-ring 18S that seals the cooling water below the inner tube.

さらに、プラズマガスとしてアルゴンに水素を加えることで、熱プラズマＰ（ＲＰ，ＴＰ）の熱伝導が増して、Ｏリング１８Ｓに対する熱負荷が強くなる。
また、３０ｋＷを超える高周波出力とした場合でも、Ｏリング１８Ｓに対する熱負荷が強くなる。 Further, by adding hydrogen to argon as a plasma gas, the thermal conductivity of the thermal plasma P (RP, TP) increases, and the thermal load on the O-ring 18S increases.
In addition, even when a high-frequency output exceeding 30 kW is used, the heat load on the O-ring 18S increases.

図１０に示すように、Ｏリング１８Ｓは、冷却水Ｗで直接冷却される訳ではないため、上述したようにＯリング１８Ｓに対する熱負荷が強くなると、Ｏリング１８Ｓの耐熱限界を超えて、Ｏリング１８Ｓが溶損することがあり得る。Ｏリング１８Ｓが溶損すると、冷却水Ｗが漏れることがある。   As shown in FIG. 10, since the O-ring 18S is not directly cooled by the cooling water W, when the heat load on the O-ring 18S increases as described above, the O-ring 18S exceeds the heat resistance limit of the O-ring 18S, and The ring 18S may be eroded. If the O-ring 18S is damaged, the cooling water W may leak.

また、プラズマトーチ１０の水冷二重管内の冷却水の流れ方向は、通常、下から供給して、上から排出するようにしている。
図７の冷却水Ｗの入口の部分の断面図を、図１１に示す。
図７及び図１１に示すように、下側フランジに設けられた流入口から、冷却水Ｗを通水する。 In addition, the flow direction of the cooling water in the water-cooled double tube of the plasma torch 10 is normally supplied from below and discharged from above.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a portion of the inlet of the cooling water W in FIG.
As shown in FIGS. 7 and 11, the cooling water W flows through an inlet provided in the lower flange.

しかしながら、どうしても水路の圧力差によって冷却水Ｗの通水量が変わってしまう。
ここで、図１１の構成において、水量を矢印の太さで比較して、図１２に示す。図１２に示すように、流入口付近では水量が最も多く、流入口からの角度が９０度付近の流入口から最も離れた箇所では、水量が最も低くなる。このように一部の箇所において水量が低くなると、内管１６の冷却能力を妨げられることになり、当該箇所においてＯリング１８に対する熱負荷が強くなる。 However, the flow rate of the cooling water W is inevitably changed due to the pressure difference in the water channel.
Here, in the configuration of FIG. 11, the amount of water is compared by the thickness of the arrow, and is shown in FIG. As shown in FIG. 12, the water amount is the largest near the inflow port, and the water amount is lowest at the point farthest from the inflow port near 90 degrees from the inflow port. As described above, when the amount of water is low in some portions, the cooling capacity of the inner tube 16 is hindered, and the heat load on the O-ring 18 increases in the portions.

上述した問題の解決のために、本発明においては、プラズマ発生部の内管を十分に冷却することができ、また、封止材に対する熱負荷を低減して封止材の溶損による冷却水の漏れを防止することができる、高周波誘導熱プラズマ装置を提供するものである。   In order to solve the above-described problem, in the present invention, the inner pipe of the plasma generating unit can be sufficiently cooled, and the cooling water due to the melting of the sealing material by reducing the heat load on the sealing material is reduced. It is intended to provide a high-frequency induction thermal plasma device capable of preventing leakage of water.

本発明は、高周波誘導により熱プラズマを発生させるプラズマ発生部と、熱プラズマにより発生したガスを通過させて冷却するチャンバーを備えた、高周波誘導熱プラズマ装置である。
そして、本発明の高周波誘導熱プラズマ装置は、プラズマ発生部が、冷却水を流すための内部空間を備えた内管と外管からなる２重管構造と、冷却水を封止するために内管に接するように設けられた封止材とを備えている。さらに、内管の下端部の封止材が接する部分に、肉厚が内管の他の部分よりも厚く構成された補強部が設けられている。さらにまた、内管の一部の外側に、冷却水の水流を内管の外周に沿った方向に回転させる、水流回転機構が設けられている。 The present invention is a high-frequency induction thermal plasma apparatus including a plasma generation unit that generates thermal plasma by high-frequency induction, and a chamber that cools by passing gas generated by the thermal plasma.
In the high-frequency induction thermal plasma apparatus of the present invention, the plasma generating section has a double-pipe structure including an inner pipe and an outer pipe having an internal space for flowing cooling water, and an inner pipe for sealing the cooling water. A sealing material provided in contact with the pipe. Further, a reinforcing portion having a greater thickness than other portions of the inner tube is provided at a portion of the lower end portion of the inner tube where the sealing material contacts. Further, a water flow rotating mechanism for rotating the water flow of the cooling water in a direction along the outer circumference of the inner pipe is provided outside a part of the inner pipe.

上述の本発明によれば、内管が均一に冷却され、封止材にかかる熱負荷が低減されるので、封止材の溶損による冷却水の漏れなどの不具合を防ぐことができる。   According to the present invention described above, the inner tube is uniformly cooled, and the heat load on the sealing material is reduced, so that problems such as leakage of cooling water due to erosion of the sealing material can be prevented.

本発明の実施の形態の高周波誘導熱プラズマ装置の概略構成図である。It is a schematic structure figure of a high frequency induction thermal plasma device of an embodiment of the invention. 図１のＲＦプラズマトーチの詳細な拡大図である。FIG. 2 is a detailed enlarged view of the RF plasma torch of FIG. 1. 図２の内管の下端部付近の拡大図である。It is an enlarged view near the lower end part of the inner pipe of FIG. Ａ、Ｂ 図２の水流回転機構付近の水平断面図である。FIGS. 3A and 3B are horizontal cross-sectional views of the vicinity of the water flow rotating mechanism of FIG. Ａ〜Ｃ 水流回転機構の構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of AC water flow rotation mechanism. 高周波誘導熱プラズマ装置の従来の構成のプラズマトーチの拡大図である。It is an enlarged view of the plasma torch of the conventional structure of a high frequency induction thermal plasma apparatus. 図６のＲＦプラズマトーチの詳細な拡大図である。FIG. 7 is a detailed enlarged view of the RF plasma torch of FIG. 6. Ｒａｄｉａｌの場合を示す図である。It is a figure showing the case of Radial. Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌの場合を示す図である。It is a figure showing the case of Tangential. 図７の内管の下端部付近の拡大図である。It is an enlarged view near the lower end part of the inner pipe of FIG. 図７の冷却水Ｗの入口の部分の断面図である。It is sectional drawing of the part of the inlet of the cooling water W of FIG. 図１１の構成において、水量を矢印の太さで比較して示した図である。FIG. 12 is a diagram showing the amount of water in the configuration of FIG. 11 in comparison with the thickness of an arrow.

以下に、本発明に係る高周波誘導熱プラズマ装置について、図面を参照しながら、下記の順で説明する。
１．本発明の概要
２．実施の形態
３．変形例 Hereinafter, a high-frequency induction thermal plasma device according to the present invention will be described in the following order with reference to the drawings.
1. 1. Outline of the present invention Embodiment 3 FIG. Modified example

＜１．本発明の概要＞
本発明の高周波誘導熱プラズマ装置は、高周波誘導により熱プラズマを発生させるプラズマ発生部と、熱プラズマにより発生したガスを通過させて冷却するチャンバーを備えたものである。
そして、本発明の高周波誘導熱プラズマ装置は、プラズマ発生部が、冷却水を流すための内部空間を備えた内管と外管からなる２重管構造と、冷却水を封止するために内管に接するように設けられた封止材とを備えている。
さらに、内管の下端部の封止材が接する部分に、肉厚が内管の他の部分よりも厚く構成された補強部が設けられている。
さらにまた、内管の一部の外側に、冷却水の水流を内管の外周に沿った方向に回転させる、水流回転機構が設けられている。 <1. Overview of the present invention>
The high-frequency induction thermal plasma apparatus of the present invention includes a plasma generation unit that generates thermal plasma by high-frequency induction, and a chamber that cools by passing gas generated by the thermal plasma.
In the high-frequency induction thermal plasma apparatus of the present invention, the plasma generating section has a double-pipe structure including an inner pipe and an outer pipe having an internal space for flowing cooling water, and an inner pipe for sealing the cooling water. A sealing material provided in contact with the pipe.
Further, a reinforcing portion having a greater thickness than other portions of the inner tube is provided at a portion of the lower end portion of the inner tube where the sealing material contacts.
Further, a water flow rotating mechanism for rotating the water flow of the cooling water in a direction along the outer circumference of the inner pipe is provided outside a part of the inner pipe.

本発明の高周波誘導熱プラズマ装置のプラズマ発生部は、プラズマトーチ（例えば、ＲＦプラズマトーチ）などによって、構成することができる。
本発明の高周波誘導熱プラズマ装置では、絶縁管の内管と外管の間に冷却水を流すが、好ましくは、内管の下側から上側に向かって冷却水を流すように、装置を構成する。 The plasma generating section of the high-frequency induction thermal plasma device of the present invention can be constituted by a plasma torch (for example, an RF plasma torch) or the like.
In the high-frequency induction thermal plasma device of the present invention, the cooling water flows between the inner tube and the outer tube of the insulating tube. Preferably, the device is configured such that the cooling water flows from the lower side to the upper side of the inner tube. I do.

本発明は、大気圧下あるいは１ｋＰａ以上で、数リットル／分〜数千リットル／分のプラズマ用ガスを必要とする熱プラズマ（高周波式、或いはその複合及びハイブリッドなどを含む）を発生する、各種の高周波誘導熱プラズマ装置に適用することができる。   The present invention provides various types of thermal plasmas (including high-frequency types, or composites and hybrids thereof) that require a plasma gas of several liters / minute to several thousand liters / minute under atmospheric pressure or 1 kPa or more. Can be applied to the high frequency induction thermal plasma apparatus.

（内管の下端部の補強部）
本発明の高周波誘導熱プラズマ装置は、上述したように、プラズマ発生部（プラズマトーチなど）の絶縁管の内管の下端部の封止材が接する部分に、内管の他の部分よりも肉厚が厚い補強部を有している。これにより、内管の下端部に接する封止材は、肉厚の厚い補強部の外側に配置される。 (Reinforcement at lower end of inner tube)
As described above, the high-frequency induction thermal plasma apparatus of the present invention has a portion where the sealing material at the lower end of the inner tube of the insulating tube of the plasma generating portion (such as a plasma torch) is in contact with the inner tube more than other portions. It has a thick reinforcing portion. Thereby, the sealing material in contact with the lower end of the inner pipe is arranged outside the thick reinforcing portion.

プラズマ発生部の絶縁管の内管の下端部を、他の部分よりも肉厚が厚い補強部とすることにより、内管の下端部がラッパ構造となっている。
冷却水を封止する封止材としては、例えば、Ｏリング、もしくはその他の構成の封止材を、使用することができる。
封止材が肉厚の厚い補強部に接していることにより、熱プラズマから封止材までの距離を離すことができるため、封止材にかかる熱負荷を低減して、封止材がその融点に達しないようにすることができる。
特に、プラズマガスの供給方法がＲａｄｉａｌ又はＴａｎｇｅｎｔｉａｌのいずれの方法であっても、内管の下端部では熱プラズマが外側に広がって内管に近づくので、内管の下端部に補強部を設けることによる、封止材への熱負荷を低減する効果を奏する。 The lower end of the inner tube of the insulating tube of the plasma generating portion is a reinforcing portion having a greater thickness than other portions, so that the lower end of the inner tube has a trumpet structure.
As a sealing material for sealing the cooling water, for example, an O-ring or a sealing material having another configuration can be used.
Since the sealing material is in contact with the thick reinforcing portion, the distance from the thermal plasma to the sealing material can be increased, so that the heat load applied to the sealing material is reduced and the sealing material is The melting point may not be reached.
In particular, regardless of the method of supplying the plasma gas, either radial or tangential, the thermal plasma spreads outward at the lower end of the inner tube and approaches the inner tube, so that a reinforcing portion is provided at the lower end of the inner tube. Has the effect of reducing the thermal load on the sealing material.

内管の補強部の外径は、好ましくは、内管の他の部分の外径に対して、６〜４０ｍｍ大きくする。
補強部と他の部分の外径との差が６ｍｍ未満では、封止材への熱負荷の抑制、封止材の溶損を防止する効果が薄れる。
逆に、補強部と他の部分の外径との差が４０ｍｍを超えると、内管を窒化ケイ素などの素材で作製する場合に、内管が高価になってしまう。 The outer diameter of the reinforcing portion of the inner pipe is preferably 6 to 40 mm larger than the outer diameter of the other part of the inner pipe.
If the difference between the outer diameter of the reinforcing portion and the outer diameter of the other portion is less than 6 mm, the effect of suppressing the thermal load on the sealing material and preventing the sealing material from being melted is weakened.
Conversely, if the difference between the outer diameter of the reinforcing portion and the outer diameter of the other portion exceeds 40 mm, the inner tube becomes expensive when the inner tube is made of a material such as silicon nitride.

内管は、窒化ケイ素から成る構成とすることが好ましい。
窒化ケイ素で内管を構成することにより、窒化ケイ素が不透明であることから、プラズマから発生した光が遮られて、外部に照射されることがない。これにより、プラズマから発生した光による、装置の構造部品の焼損を回避することができる。従って、プラズマから発生した光による、Ｏリングなどの封止材の焼損も回避することができる。 Preferably, the inner tube is made of silicon nitride.
By forming the inner tube with silicon nitride, since the silicon nitride is opaque, the light generated from the plasma is blocked and is not irradiated to the outside. Thus, it is possible to avoid burning of the structural parts of the device due to the light generated from the plasma. Therefore, burning of a sealing material such as an O-ring due to light generated from plasma can be avoided.

（水流回転機構）
本発明の高周波誘導熱プラズマ装置では、内管の外周における冷却水の水流を内管の周方向に回転させる、水流回転機構を、内管の外周の一部に対して設ける。
水流回転機構によって、内管の外周における冷却水の水流を内管の周方向に回転させることで、部位による冷却水の水量の斑、即ち水量の不均一性が無くなり、内管の外周の全周を均一に冷却することができる。 (Water flow rotation mechanism)
In the high frequency induction thermal plasma apparatus of the present invention, a water flow rotating mechanism for rotating the water flow of the cooling water on the outer circumference of the inner pipe in the circumferential direction of the inner pipe is provided for a part of the outer circumference of the inner pipe.
By rotating the water flow of the cooling water on the outer circumference of the inner pipe in the circumferential direction of the inner pipe by the water flow rotating mechanism, unevenness in the amount of the cooling water due to parts, that is, non-uniformity of the water quantity is eliminated, and the entire outer circumference of the inner pipe is The circumference can be cooled uniformly.

水流回転機構は、内管の外周の一部に対して設ける。即ち、内管の外周の上端部から下端部までのいずれかの位置に、水流回転機構を設ける。   The water flow rotating mechanism is provided for a part of the outer circumference of the inner pipe. That is, a water flow rotating mechanism is provided at any position from the upper end to the lower end of the outer periphery of the inner pipe.

さらに好ましくは、水流回転機構を、冷却水の流入口と内管の外周の水路の間、並びに、冷却水の流出口と内管の外周の水路の間に、それぞれ設ける。
これにより、それぞれの水流回転機構によって、冷却水をより効果的に内管の外周に沿って回転させることができる。 More preferably, the water flow rotating mechanism is provided between the cooling water inflow port and the outer water path of the inner pipe, and between the cooling water outflow port and the outer water path of the inner pipe, respectively.
Thus, the cooling water can be more effectively rotated along the outer circumference of the inner pipe by the respective water flow rotating mechanisms.

水流回転機構の具体的な構成としては、例えば、内管の外径よりも大きい内径を有するリング状（同心円状）の部材に、内管の半径方向に対して斜めの方向に向かうように形成された流路を複数設けて、この流路に冷却水を通過させる構成が考えられる。
流路は、部材の上部又は下部に溝状で形成してもよく、部材の中央部に貫通孔で形成してもよい。
流路が、内管の半径方向に対して斜めの方向に設けられていることにより、流路を通過した冷却水に、回転流が生じる。そして、この回転流によって、部位による水量の斑（不均一性）が無くなり、肉厚の厚い補強部を含む、内管の外周の全周を均一に冷却することができる。 As a specific configuration of the water flow rotation mechanism, for example, a ring-shaped (concentric) member having an inner diameter larger than the outer diameter of the inner pipe is formed so as to be directed obliquely to the radial direction of the inner pipe. A configuration is conceivable in which a plurality of flow paths are provided and cooling water passes through the flow paths.
The flow path may be formed in a groove at the upper or lower part of the member, or may be formed as a through hole at the center of the member.
Since the flow path is provided in a direction oblique to the radial direction of the inner pipe, a rotational flow is generated in the cooling water passing through the flow path. The rotational flow eliminates unevenness (non-uniformity) in the amount of water due to the portions, and can uniformly cool the entire outer circumference of the inner tube including the thick reinforcing portion.

本発明の高周波誘導熱プラズマ装置の内管の補強部（ラッパ構造）及び水流回転機構は、上述したプラズマ用ガスの供給方法がＲａｄｉａｌ或いはＴａｎｇｅｎｔｉａｌのいずれである場合でも、適用することが可能である。
特に、Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌの場合には、熱プラズマがチャンバーの内壁付近まで拡がり易いため、内管の補強部（ラッパ構造）及び水流回転機構を設ける効果が大きい。 The reinforcing part (wrapper structure) of the inner tube and the water flow rotating mechanism of the high-frequency induction thermal plasma apparatus of the present invention can be applied to the above-described plasma gas supply method of either Radial or Tangential. .
In particular, in the case of Tangential, the thermal plasma easily spreads to the vicinity of the inner wall of the chamber, so that the effect of providing the reinforcing portion (the horn structure) of the inner tube and the water flow rotating mechanism is great.

なお、内管の下端部の補強部と通常の厚さの部分との境界に、厚さが徐々に変化するようにテーパー構造とされたテーパー部を設けても良い。
例えば、内管に窒化ケイ素を用いた場合には、テーパー構造を有する構成の方が、テーパー構造が無い構成と比較して、窒化ケイ素の加工がし易いという利点がある。 A tapered portion having a tapered structure may be provided at the boundary between the reinforcing portion at the lower end of the inner tube and a portion having a normal thickness so that the thickness gradually changes.
For example, when silicon nitride is used for the inner tube, a configuration having a tapered structure has an advantage that silicon nitride can be processed more easily than a configuration having no tapered structure.

本発明の高周波誘導熱プラズマ装置は、各種の高周波誘導熱プラズマ装置に適用することができる。
高周波誘導熱プラズマ装置としては、例えば、高周波誘導熱プラズマの発生部を１つ有するタイプ、或いはＤＣ（Direct Current）ジェットを高周波誘導熱プラズマの上に重畳させたハイブリッドタイプ、２つ乃至３つの高周波誘導結合型プラズマが直列に配置されたタンデムタイプなどが挙げられる。 The high-frequency induction thermal plasma device of the present invention can be applied to various high-frequency induction thermal plasma devices.
As the high-frequency induction thermal plasma device, for example, a type having one high-frequency induction thermal plasma generation unit, a hybrid type in which a DC (Direct Current) jet is superimposed on the high-frequency induction thermal plasma, or two to three high-frequency A tandem type in which inductively coupled plasmas are arranged in series may be used.

＜２．実施の形態＞
本発明の実施の形態の高周波誘導熱プラズマ装置の概略構成図を、図１に示す。
本実施の形態は、高周波誘導熱プラズマ装置で粒子を生成して、生成した粒子を回収する構成である。 <2. Embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a high-frequency induction thermal plasma device according to an embodiment of the present invention.
The present embodiment has a configuration in which particles are generated by a high-frequency induction thermal plasma device and the generated particles are collected.

図１に示す本実施の形態の高周波誘導熱プラズマ装置１は、プラズマ発生部であるプラズマトーチとして、ＲＦプラズマトーチ１０を備えており、さらに、チャンバーと、冷却部３０と、回収部４０とを備えている。   The high-frequency induction thermal plasma device 1 according to the present embodiment shown in FIG. 1 includes an RF plasma torch 10 as a plasma torch as a plasma generation unit, and further includes a chamber, a cooling unit 30, and a recovery unit 40. Have.

ＲＦプラズマトーチ１０は、絶縁管１２と高周波発振機１３と誘導コイル１４を備えている。誘導コイル１４は、絶縁管１２の周囲に設けられ、高周波発振機１３から高周波電力が供給される。ＲＦプラズマトーチ１０には、粉末供給器１１が接続され、この粉末供給器１１から、原料の粉末と、キャリアガスであるＡｒ（アルゴン）などのガスが、プローブ１５を通じて絶縁管１２内のプラズマ中心へ供給される。   The RF plasma torch 10 includes an insulating tube 12, a high-frequency oscillator 13, and an induction coil 14. The induction coil 14 is provided around the insulating tube 12 and supplied with high-frequency power from the high-frequency oscillator 13. A powder supply 11 is connected to the RF plasma torch 10. From the powder supply 11, a raw material powder and a gas such as Ar (argon) serving as a carrier gas are passed through a probe 15 to a plasma center in an insulating tube 12. Supplied to

チャンバーは、上部の透明石英２重管製水冷チャンバー２１と下部のステンレス２重管製水冷チャンバー２２とを備えている。チャンバーの上部が透明石英２重管製水冷チャンバー２１であって透明であることにより、高周波誘導熱プラズマ装置１の外部からプラズマの状態を観察や監視することができる。   The chamber includes an upper transparent quartz double-tube water cooling chamber 21 and a lower stainless steel double-tube water cooling chamber 22. Since the upper part of the chamber is a transparent quartz double-tube water-cooling chamber 21 and is transparent, the state of plasma can be observed and monitored from outside the high-frequency induction thermal plasma apparatus 1.

冷却部３０は、異なる位置に貫通孔３３が形成された冷却板３１，３２を一組としたる４枚の冷却板３１，３２，３１，３２を用いて構成されている。それぞれの冷却板３１，３２は、銅などの熱伝導の良い水冷された金属で形成されている。   The cooling unit 30 is configured using four cooling plates 31, 32, 31, 32 that form a set of cooling plates 31, 32 having through holes 33 formed at different positions. Each of the cooling plates 31 and 32 is formed of a water-cooled metal having good heat conductivity such as copper.

回収部４０は、管内に、例えば布製のフィルター４１を設けて成る。回収部４０の後段には、真空ポンプ５１が接続されており、この真空ポンプ５１によって、粒子を回収した後のガスを排気することができる。   The collecting unit 40 is provided with, for example, a filter 41 made of cloth in a tube. A vacuum pump 51 is connected to a stage subsequent to the collection unit 40, and the gas after collecting the particles can be exhausted by the vacuum pump 51.

本実施の形態の高周波誘導熱プラズマ装置１は、特に、ＲＦプラズマトーチ１０の構成に特徴を有する。
図１の高周波誘導熱プラズマ装置１のＲＦプラズマトーチ１０の詳細な拡大図を、図２に示す。 The high-frequency induction thermal plasma device 1 of the present embodiment is particularly characterized by the configuration of the RF plasma torch 10.
FIG. 2 is a detailed enlarged view of the RF plasma torch 10 of the high-frequency induction thermal plasma device 1 of FIG.

図２に示すように、ＲＦプラズマトーチ１０は、誘導コイル１４に流れる高周波電流によって得られる強磁場を遮らないように、内管１６は窒化ケイ素などのセラミックス材を使用し、外管１７は透明石英管など絶縁性の材料を使用している。そして、熱プラズマからの輻射熱及び輻射光に破損及び溶損しないように、内管１６と外管１７との間に、冷却水Ｗを循環させている。
また、内管１６及び外管１７は、下端と上端にそれぞれ、封止材としてＯリング１８を設けて、冷却水が外部に漏れないように封止している。 As shown in FIG. 2, the RF plasma torch 10 uses a ceramic material such as silicon nitride and the outer tube 17 is transparent so as not to block a strong magnetic field obtained by a high-frequency current flowing through the induction coil 14. An insulating material such as a quartz tube is used. The cooling water W is circulated between the inner pipe 16 and the outer pipe 17 so as not to be damaged or melted by radiant heat and radiant light from the thermal plasma.
Further, the inner pipe 16 and the outer pipe 17 are provided with O-rings 18 as sealing materials at the lower end and the upper end, respectively, to seal the cooling water so as not to leak outside.

具体的には、内管１６及び外管１７の下端部に、第１の部材１９Ａ及び第２の部材２０Ａから成る下側フランジが設けられ、内管１６及び外管１７の上端部に、第１の部材１９Ｂ及び第２の部材２０Ｂから成る上側フランジが設けられている。
下側フランジの第２の部材２０Ａに冷却水Ｗの流入口が設けられ、上側フランジの第２の部材２０Ｂに冷却水Ｗの流出口が設けられている。そして、冷却水Ｗは、内管１６及び外管１７の間を、下側から上側に向かって流れる。
さらに、内管１６の下端部と下側フランジの第２の部材２０Ａの間、内管１６の上端部と上側フランジの第２の部材２０Ｂの間、外管１７の下端部と下側フランジの第１の部材１９Ａの間、外管１７の上端部と上側フランジの第１の部材１９Ｂの間に、それぞれ封止材としてＯリング１８が設けられている。 Specifically, a lower flange composed of a first member 19A and a second member 20A is provided at the lower end of the inner tube 16 and the outer tube 17, and the lower flange is formed at the upper end of the inner tube 16 and the outer tube 17. An upper flange composed of the first member 19B and the second member 20B is provided.
An inlet for cooling water W is provided on the second member 20A of the lower flange, and an outlet for cooling water W is provided on the second member 20B of the upper flange. Then, the cooling water W flows from the lower side to the upper side between the inner pipe 16 and the outer pipe 17.
Further, between the lower end of the inner tube 16 and the second member 20A of the lower flange, between the upper end of the inner tube 16 and the second member 20B of the upper flange, and between the lower end of the outer tube 17 and the lower flange. An O-ring 18 is provided as a sealing material between the first member 19A and between the upper end of the outer tube 17 and the first member 19B of the upper flange.

本実施の形態では、さらに、ＲＦプラズマトーチ１０が、内管１６の下端部に、内管１６の他の部分よりも肉厚が厚く形成された、補強部１６Ａを有している。内管１６の下端部に補強部１６Ａを有しているので、内管１６の下端部がラッパ構造となっている。
そして、この内管１６の補強部１６Ａの外側に、Ｏリング１８を設けている。以下、４箇所のＯリング１８のうち、この内管１６の補強部１６Ａの外側のＯリング１８を、Ｏリング１８Ｓとして区別する。 In the present embodiment, the RF plasma torch 10 further has a reinforcing portion 16 </ b> A formed at the lower end of the inner tube 16 so as to be thicker than other portions of the inner tube 16. Since the lower end of the inner tube 16 has the reinforcing portion 16A, the lower end of the inner tube 16 has a trumpet structure.
An O-ring 18 is provided outside the reinforcing portion 16A of the inner tube 16. Hereinafter, of the four O-rings 18, the O-ring 18 outside the reinforcing portion 16A of the inner tube 16 is distinguished as the O-ring 18S.

また、本実施の形態では、ＲＦプラズマトーチ１０の下部の冷却水Ｗの流入口と内管１６の外周の水路の間、並びに、ＲＦプラズマトーチの上部の冷却水Ｗの流出口と内管１６の外周の水路の間に、それぞれ水流回転機構６１Ａ，６１Ｂが設けられている。これらの水流回転機構６１Ａ，６１Ｂは、中央部に、冷却水Ｗを通過させる流路６２を有している。   Further, in the present embodiment, the space between the inlet of the cooling water W below the RF plasma torch 10 and the water channel on the outer periphery of the inner tube 16, and the outlet of the cooling water W above the RF plasma torch and the inner tube 16. The water flow rotating mechanisms 61A and 61B are provided between the water passages on the outer periphery of. These water flow rotating mechanisms 61A and 61B have a flow path 62 in the center thereof, through which the cooling water W passes.

ここで、図２の内管１６の下端部付近の拡大図を、図３に示す。
図３に示すように、内管１６の下端部に補強部１６Ａを有し、この補強部１６Ａの外側にＯリング１８Ｓが設けられているので、補強部１６Ａによって熱プラズマＰからＯリング１８Ｓまでの距離が遠くなる。また、図３中の矢印で示すように、補強部１６Ａが冷却水Ｗによって冷却される。
これらの作用によって、Ｏリング１８Ｓが受ける熱負荷を大幅に低減することができるため、Ｏリング１８Ｓが熱負荷により溶損して冷却水Ｗが漏れることを防ぐことができる。
従って、例えば、熱プラズマＰが水素熱プラズマである場合のように、より熱伝導の良好な熱プラズマとなっていても、補強部１６Ａの分で熱プラズマＰからＯリング１８Ｓまで距離があるため、内管１６が水冷されることでＯリング１８Ｓの溶損を防ぐことができる。 Here, an enlarged view near the lower end of the inner tube 16 in FIG. 2 is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the lower end of the inner tube 16 has a reinforcing portion 16A, and the O-ring 18S is provided outside the reinforcing portion 16A. Distance becomes longer. Further, as indicated by the arrow in FIG. 3, the reinforcing portion 16A is cooled by the cooling water W.
With these functions, the thermal load applied to the O-ring 18S can be significantly reduced, so that the O-ring 18S can be prevented from being melted and damaged by the thermal load and the cooling water W leaking.
Therefore, for example, even if the thermal plasma P is hydrogen thermal plasma, even if the thermal plasma has better thermal conductivity, there is a distance from the thermal plasma P to the O-ring 18S due to the reinforcing portion 16A. When the inner tube 16 is water-cooled, the O-ring 18S can be prevented from being damaged.

また、図２の水流回転機構６１Ａ，６１Ｂ付近の水平断面図を、図４Ａ及び図４Ｂに示す。図４Ａは、内管１６の下端部の水流回転機構６１Ａ付近の水平断面図を示し、図４Ｂは、内管１６の上端部の水流回転機構６１Ｂ付近の水平断面図を示している。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、それぞれの水流回転機構６１Ａ，６１Ｂは、同心円状の水流回転機構６１Ａ，６１Ｂの半径方向に対して右斜めの方向に、貫通孔による流路６２が数本設けられている。これにより、右斜めの方向の流路６２を通過する冷却水Ｗの作用により、流路６２の前後の冷却水Ｗに、右回りの回転流を付与することができる。
内管１６の下端部から流入させた冷却水Ｗは、図４Ａに示す下端部の水流回転機構６１Ａの流路６２によって右回りの回転流が付与される。そして、右回りの回転流となったままで内管１６の外壁に沿って上昇し、図４Ｂに示す上端部の水流回転機構６１Ｂを通過して、流出口に向かう。
即ち、それぞれの水流回転機構６１Ａ，６１Ｂ付近だけでなく、内管１６の外周に沿った途中の区間でも、冷却水Ｗが右回りの回転流となり、内管１６の外周全面に螺旋状に満遍なく冷却水Ｗが流れる。これにより、斑無く、内管１６の周囲をほぼ均一に冷却することが可能になる。
このようにして、絶縁管１２の内管１６の加熱による内管１６の下端部に接するＯリング１８Ｓの溶損を防ぐことができるので、水漏れを無くすことができる。 4A and 4B are horizontal cross-sectional views of the vicinity of the water flow rotating mechanisms 61A and 61B in FIG. FIG. 4A is a horizontal cross-sectional view of the lower end of the inner pipe 16 near the water flow rotating mechanism 61A, and FIG. 4B is a horizontal cross-sectional view of the upper end of the inner pipe 16 near the water flow rotating mechanism 61B.
As shown in FIGS. 4A and 4B, each of the water flow rotation mechanisms 61A and 61B has several flow channels 62 formed by through holes in a direction oblique to the right with respect to the radial direction of the concentric water flow rotation mechanisms 61A and 61B. Is provided. Thereby, the clockwise rotation flow can be given to the cooling water W before and after the flow path 62 by the action of the cooling water W passing through the flow path 62 in the diagonally right direction.
The cooling water W that has flowed in from the lower end of the inner pipe 16 is given a clockwise rotating flow by the flow path 62 of the water flow rotating mechanism 61A at the lower end shown in FIG. 4A. Then, it rises along the outer wall of the inner pipe 16 while keeping the clockwise rotation flow, passes through the water flow rotation mechanism 61B at the upper end shown in FIG. 4B, and heads toward the outlet.
That is, not only in the vicinity of each of the water flow rotating mechanisms 61A and 61B, but also in the middle section along the outer circumference of the inner pipe 16, the cooling water W becomes a clockwise rotation flow, and spirally and evenly over the entire outer circumference of the inner pipe 16. Cooling water W flows. Thereby, it becomes possible to cool the periphery of the inner tube 16 almost uniformly without unevenness.
In this manner, it is possible to prevent the O-ring 18S in contact with the lower end portion of the inner tube 16 due to the heating of the inner tube 16 of the insulating tube 12, thereby preventing water leakage.

図４Ａ及び図４Ｂに示した構成では、水流回転機構６１Ａ，６１Ｂの流路６２を、水流回転機構６１Ａ，６１Ｂの半径方向に対して右斜めの方向として、流路６２の前後の冷却水Ｗに右回りの回転流を付与していた。
なお、これら図４Ａ及び図４Ｂに示した構成とは逆に、水流回転機構の流路を水流回転機構の半径方向に対して左斜めの方向として、流路の前後の冷却水に左回りの回転流を付与する構成としてもよい。 In the configuration shown in FIGS. 4A and 4B, the cooling water W before and after the flow path 62 is set such that the flow path 62 of the water flow rotation mechanisms 61A and 61B is oblique to the right with respect to the radial direction of the water flow rotation mechanisms 61A and 61B. Was given a clockwise rotating flow.
4A and 4B, the flow path of the water flow rotating mechanism is set to be diagonally leftward with respect to the radial direction of the water flow rotating mechanism, and the cooling water before and after the flow path is rotated counterclockwise. It is good also as composition which gives a rotating flow.

また、水流回転機構６１（６１Ａ，６１Ｂ）の構成の例を、図５Ａ〜図５Ｃにそれぞれ示す。
図５Ａは、水流回転機構６１（６１Ａ，６１Ｂ）の上側に、流路６２を溝状に形成した構成である。
図５Ｂは、図２の断面図に示した水流回転機構６１Ａ，６１Ｂと同様に、水流回転機構６１（６１Ａ，６１Ｂ）の中央部に、流路６２を貫通孔で形成した構成である。
図５Ｃは、水流回転機構６１（６１Ａ，６１Ｂ）の下側に、流路６２を溝状に形成した構成である。
図５Ａ〜図５Ｃのいずれの形状としても、冷却水Ｗに回転流を付与することができる。
なお、図５Ａ〜図５Ｃに示した各構成では、流路６２の断面形状をほぼ矩形としているが、流路をその他の断面形状、例えば、Ｕ字形や半円形、円形や楕円形などとすることも可能である。流路をこれらの断面形状としても、断面形状を矩形とした場合と同様に、冷却水に回転流を付与することができる。 5A to 5C show examples of the configuration of the water flow rotating mechanism 61 (61A, 61B).
FIG. 5A shows a configuration in which a flow path 62 is formed in a groove shape above the water flow rotating mechanism 61 (61A, 61B).
FIG. 5B shows a configuration in which a flow path 62 is formed with a through hole at the center of the water flow rotation mechanism 61 (61A, 61B), similarly to the water flow rotation mechanisms 61A and 61B shown in the cross-sectional view of FIG.
FIG. 5C shows a configuration in which a flow path 62 is formed in a groove shape below the water flow rotating mechanism 61 (61A, 61B).
5A to 5C, a rotational flow can be applied to the cooling water W.
In each of the configurations shown in FIGS. 5A to 5C, the cross-sectional shape of the flow path 62 is substantially rectangular, but the flow path has another cross-sectional shape, for example, a U-shape, a semicircle, a circle, an ellipse, or the like. It is also possible. Even when the flow path has these cross-sectional shapes, a rotational flow can be applied to the cooling water, similarly to the case where the cross-sectional shape is rectangular.

（高周波誘導熱プラズマ装置の動作）
続いて、本実施の形態の高周波誘導熱プラズマ装置１において、ナノ粒子などの粒子を作製する際の動作について説明する。
まず、真空ポンプ５１を用いて、高周波誘導熱プラズマ装置１の各部１０，２１，２２，３０，４０内を真空引きする。
次に、ＲＦプラズマトーチ１０の上部から、プラズマ用ガス（アルゴンなど）を供給すると共に、高周波発振機１３から誘導コイル１４に高周波電力を供給して、熱プラズマを発生させる。このとき、例えば、１ｋＰａ以下の動作圧力になるまで、各部１０，２１，２２，３０，４０内を高真空にさせる。 (Operation of high-frequency induction thermal plasma device)
Subsequently, an operation when producing particles such as nanoparticles in the high-frequency induction thermal plasma device 1 of the present embodiment will be described.
First, the insides of the components 10, 21, 22, 30, and 40 of the high-frequency induction thermal plasma device 1 are evacuated using the vacuum pump 51.
Next, a plasma gas (eg, argon) is supplied from above the RF plasma torch 10, and high-frequency power is supplied from the high-frequency oscillator 13 to the induction coil 14 to generate thermal plasma. At this time, for example, the inside of each of the sections 10, 21, 22, 30, and 40 is evacuated to a high vacuum until the operating pressure becomes 1 kPa or less.

そして、粉末供給器１１に原料粉末（金属粉末など）を収容した状態で、キャリアガス（アルゴンなど）を供給し、キャリアガスと共に原料粉末を、熱プラズマの中心へ定量供給すると、超高温の熱プラズマによって原料粉末が溶融或いは蒸発する。   Then, a carrier gas (eg, argon) is supplied in a state where the raw material powder (eg, metal powder) is contained in the powder supply device 11, and the raw material powder is supplied quantitatively to the center of the thermal plasma together with the carrier gas. The raw material powder is melted or evaporated by the plasma.

溶融或いは蒸発した原料粉末は、透明石英２重管製水冷チャンバー２１内のガス分子によって急冷されて、粒子が生成される。
さらに、ステンレス２重管製水冷チャンバー２２によって、ガス及び生成した粒子が冷却される。
そして、生成した粒子は、さらに冷却部３０の冷却板３１，３２の貫通孔３３を通過することによって十分に冷却されて、その後回収部４０のフィルター４１で回収される。 The melted or evaporated raw material powder is quenched by gas molecules in a water cooling chamber 21 made of a transparent quartz double tube to generate particles.
Further, the gas and the generated particles are cooled by the water cooling chamber 22 made of a stainless steel double tube.
Then, the generated particles are further cooled sufficiently by passing through the through holes 33 of the cooling plates 31 and 32 of the cooling unit 30, and thereafter collected by the filter 41 of the collection unit 40.

＜３．変形例＞
以下、上述した実施の形態の構成に対する、変形例を説明する。 <3. Modification>
Hereinafter, modified examples of the configuration of the above-described embodiment will be described.

（各種の高周波誘導熱プラズマ装置への適用）
上述した実施の形態においては、高周波誘導熱プラズマ装置１を、高周波誘導熱プラズマを発生させる１つのプラズマ発生部（ＲＦプラズマトーチ１０）のみを有する構成としていた。
本発明は、高周波誘導熱プラズマを発生させる１つのプラズマ発生部のみを有する高周波誘導熱プラズマ装置に限定されず、その他の構成の高周波誘導熱プラズマ装置にも適用することができる。例えば、前述した、ＤＣジェットを高周波誘導熱プラズマの上に重畳させたハイブリッドタイプ、２つ乃至３つの高周波誘導結合型プラズマが直列に配置されたタンデムタイプの高周波誘導熱プラズマ装置にも、適用することができる。 (Application to various high-frequency induction thermal plasma devices)
In the above-described embodiment, the high-frequency induction thermal plasma device 1 is configured to have only one plasma generating unit (RF plasma torch 10) for generating high-frequency induction thermal plasma.
The present invention is not limited to the high-frequency induction thermal plasma device having only one plasma generating unit for generating the high-frequency induction thermal plasma, but can be applied to a high-frequency induction thermal plasma device having another configuration. For example, the present invention is also applied to the above-described tandem-type high-frequency induction thermal plasma apparatus in which a DC jet is superimposed on a high-frequency induction thermal plasma and two to three high-frequency inductively coupled plasmas are arranged in series. be able to.

上述した実施の形態においては、高周波誘導熱プラズマ装置１を、高周波誘導熱プラズマ装置１で粒子を生成して、生成した粒子を回収する構成に適用していた。
本発明は、高周波誘導熱プラズマ装置で粒子を生成して、生成した粒子を回収する構成に限定されず、その他の構成の高周波誘導熱プラズマ装置にも適用することができる。例えば、プラズマ発生部にフロンやハロンなどの有機ハロゲン化合物のガスを供給して、供給したガスを分解する構成や、基材上に成膜を行う構成の高周波誘導熱プラズマ装置にも、適用することができる。 In the above-described embodiment, the high-frequency induction thermal plasma device 1 is applied to a configuration in which particles are generated by the high-frequency induction thermal plasma device 1 and the generated particles are collected.
The present invention is not limited to a configuration in which particles are generated by a high-frequency induction thermal plasma apparatus and the generated particles are collected, and can be applied to a high-frequency induction thermal plasma apparatus having another configuration. For example, the present invention is also applied to a high frequency induction thermal plasma apparatus configured to supply a gas of an organic halogen compound such as chlorofluorocarbon or halon to a plasma generating unit and decompose the supplied gas, or to form a film on a substrate. be able to.

１ 高周波誘導熱プラズマ装置、１０ ＲＦプラズマトーチ、１１ 粉末供給器、１２ 絶縁管、１３ 高周波発振機、１４ 誘導コイル、１５ プローブ、１６ 内管、１６Ａ 補強部、１７ 外管、１８，１８Ｓ Ｏリング、１９Ａ 下側フランジの第１の部材、１９Ｂ 上側フランジの第１の部材、２０Ａ 下側フランジの第２の部材、２０Ｂ 下側フランジの第２の部材、２１ 透明石英２重管製水冷チャンバー、２２ ステンレス２重管製水冷チャンバー、３０ 冷却部、３１，３２ 冷却板、３３ 貫通孔、４０ 回収部、４１ フィルター、５１ 真空ポンプ、６１，６１Ａ，６１Ｂ 水流回転機構、６２ 流路、Ｐ，ＲＰ，ＴＰ 熱プラズマ、Ｗ 冷却水 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High frequency induction thermal plasma apparatus, 10 RF plasma torch, 11 Powder feeder, 12 Insulation tube, 13 High frequency oscillator, 14 Induction coil, 15 Probe, 16 Inner tube, 16A Reinforcement part, 17 Outer tube, 18, 18S O-ring , 19A a first member of a lower flange, 19B a first member of an upper flange, 20A a second member of a lower flange, 20B a second member of a lower flange, 21 a water cooling chamber made of a transparent quartz double tube, 22 water cooling chamber made of stainless steel double pipe, 30 cooling unit, 31, 32 cooling plate, 33 through hole, 40 recovery unit, 41 filter, 51 vacuum pump, 61, 61A, 61B water flow rotation mechanism, 62 flow path, P, RP , TP thermal plasma, W cooling water

Claims (4)

高周波誘導により熱プラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記熱プラズマにより発生したガスを通過させて冷却するチャンバーを備えた、高周波誘導熱プラズマ装置であって、
前記プラズマ発生部は、冷却水を流すための内部空間を備えた内管と外管からなる２重管構造と、冷却水を封止するために前記内管に接するように設けられた封止材とを備え、
前記内管の下端部の前記封止材が接する部分に、肉厚が前記内管の他の部分よりも厚く構成された補強部が設けられ、
前記内管の一部の外側に、前記冷却水の水流を前記内管の外周に沿った方向に回転させる、水流回転機構が設けられている
高周波誘導熱プラズマ装置。 A high-frequency induction thermal plasma device, comprising: a plasma generation unit that generates thermal plasma by high-frequency induction; and a chamber that cools by passing gas generated by the thermal plasma,
The plasma generating section has a double-pipe structure including an inner pipe and an outer pipe having an internal space for flowing cooling water, and a sealing provided to be in contact with the inner pipe to seal the cooling water. With materials,
At a portion of the lower end portion of the inner tube where the sealing material contacts, a reinforcing portion having a thickness greater than other portions of the inner tube is provided,
A high frequency induction thermal plasma device, further comprising a water flow rotating mechanism provided outside a part of the inner pipe to rotate a flow of the cooling water in a direction along an outer periphery of the inner pipe. 前記内管が窒化ケイ素から成る請求項１に記載の高周波誘導熱プラズマ装置。   The high-frequency induction thermal plasma device according to claim 1, wherein the inner tube is made of silicon nitride. 前記水流回転機構は、前記冷却水の流入口と前記内管の外周の水路の間、並びに、前記冷却水の流出口と前記内管の外周の水路の間に、それぞれ設けられている、請求項１に記載の高周波誘導熱プラズマ装置。   The water flow rotating mechanism is provided between an inlet of the cooling water and a water channel on an outer circumference of the inner pipe, and between an outlet of the cooling water and a water path on an outer circumference of the inner pipe, respectively. Item 2. The high-frequency induction thermal plasma device according to Item 1. 前記水流回転機構は、前記冷却水を通過させる流路を有し、前記流路の方向は前記内管の半径方向に対して斜めの方向である、請求項１に記載の高周波誘導熱プラズマ装置。   2. The high-frequency induction thermal plasma device according to claim 1, wherein the water flow rotation mechanism has a flow path through which the cooling water passes, and a direction of the flow path is a direction oblique to a radial direction of the inner pipe. .
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