JP7054663B2 - High frequency induced thermal plasma device - Google Patents

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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 induced thermal plasma apparatus.

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 heat plasma device is for plasma based on the principle of induction heating by supplying plasma gas into the insulating tube inside the plasma torch and supplying high-frequency power to the induction coil provided around the insulating tube. The gas is excited to generate thermal plasma.
It is known that this thermal plasma has an ultra-high temperature of several thousand degrees to 15,000 degrees in gas temperature, and when powder, liquid or gas is introduced into the center of the thermal plasma, it instantly occurs. Evaporates or melts. Then, by installing a water-cooled chamber in the lower stage of the plasma torch, the evaporated or melted powder, liquid or gas 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 induced thermal plasma device, fine particles such as metals are evaporated in plasma to produce nanoparticles, and fine powder with complicated shapes is melted in plasma to form spheroids. It is possible to produce particles having a core-shell structure, decompose gas, and the like (see, for example, 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, the conventional configuration of the high frequency induced thermal plasma apparatus will be described.
FIG. 6 shows an enlarged view of a plasma torch having a conventional configuration of a high-frequency induced thermal plasma apparatus.
The high-frequency induced thermal plasma apparatus 100 shown in FIG. 6 includes an RF (Radio Frequency) plasma torch 10 as a plasma torch that is a plasma generating 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 high-frequency power is supplied from a high-frequency oscillator (not shown). A plasma gas such as argon is supplied to the RF plasma torch 10 into the insulating tube 12 as shown by an arrow G in FIG. 6, and high-frequency power is supplied from the high-frequency oscillator to the induction coil 14. Thereby, the plasma gas can be excited by induction heating to generate the thermal plasma P in the insulating tube 12. It is known that this thermal plasma P has an ultra-high temperature of about several thousand degrees to 15,000 degrees at the temperature of the gas, and when powder, liquid, or gas is introduced into the center of the thermal plasma P, Instantly evaporates or melts.
The powder, liquid, or gas evaporated or melted by the thermal plasma P collides with the gas in, for example, a water-cooled chamber installed in the lower stage of the RF plasma torch 10, is rapidly cooled, and is solidified by supersaturation. As a result, a target sample such as nanoparticles, spherical particles, or particles having a core-shell structure can be 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, in the RF plasma torch 10, the inner tube 16 uses a ceramic material such as silicon nitride and the outer tube 17 is transparent so as not to block the strong magnetic field obtained by the high frequency current flowing through the induction coil 14. Insulating materials such as quartz tubes are used. Then, 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 the radiant heat and the synchrotron radiation 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 ends and the lower ends, respectively, to seal the cooling water W so as not to leak to the outside.

特開２００１－２１７０９７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-217097

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 follows: a radial that supplies the plasma gas to the inner circumference of the insulating tube 12 along the axial direction as shown in FIG. 8 and a rotation of the inner circumference of the insulating tube 12 shown in FIG. There is a tangential to be supplied to do so.
In the case of Radial shown in FIG. 8, there is an advantage that the plasma frame is extended toward the outlet side of the plasma torch 10.
In the case of Tential shown in FIG. 9, there is an advantage that the residence time of the material put in the plasma is lengthened, 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, the ultra-high temperature thermal plasma RP (Radial Plasma) approaches the inner tube 16. As a result, as shown in FIG. 10, a strong heat load is applied from the thermal plasma RP to the O-ring 18S that seals the cooling water under the inner pipe 16.
Further, in the case of Tangential, since the diameter of the plasma becomes large, as shown in FIG. 10, the ultra-high temperature thermal plasma TP (Tangential Plasma) approaches the inner tube 16. 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 under the inner pipe.

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 heat conduction of the thermal plasma P (RP, TP) is increased, and the heat load on the O-ring 18S is increased.
Further, even when the high frequency output exceeds 30 kW, the heat load on the O-ring 18S becomes strong.

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 becomes strong as described above, the heat resistance limit of the O-ring 18S is exceeded and the O-ring is O. The ring 18S may be melted. If the O-ring 18S is melted, 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。 Further, the flow direction of the cooling water in the water-cooled double pipe of the plasma torch 10 is usually supplied from the bottom and discharged from the top.
A cross-sectional view of the inlet portion of the cooling water W in FIG. 7 is shown in FIG.
As shown in FIGS. 7 and 11, the cooling water W is passed through the inflow port 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 changes 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 amount of water is the largest in the vicinity of the inflow port, and the amount of water is the lowest in the location farthest from the inflow port at an angle of about 90 degrees from the inflow port. If the amount of water is low in some places like this, the cooling capacity of the inner pipe 16 is hindered, and the heat load on the O-ring 18 becomes strong in the places.

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-mentioned problems, in the present invention, the inner tube of the plasma generating portion can be sufficiently cooled, and the heat load on the encapsulant is reduced to reduce the cooling water due to the melting of the encapsulant. It is an object of the present invention to provide a high frequency induced thermal plasma apparatus 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、水流回転機構は、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、それぞれ設けられ、それぞれの水流回転機構は、冷却水を通過させる流路を有し、それぞれの水流回転機構の流路の方向は、内管の半径方向に対して、同じ斜めの方向である。 The present invention is a high-frequency induced thermal plasma apparatus provided with a plasma generating unit that generates thermal plasma by high-frequency induction and a chamber through which a gas generated by the thermal plasma is passed and cooled.
In the high frequency induced thermal plasma apparatus of the present invention, the plasma generating unit has a double tube structure consisting of an inner tube and an outer tube provided with an internal space for flowing cooling water, and an inner one for sealing the cooling water. It is provided with a sealing material provided so as to be in contact with the pipe. Further, a reinforcing portion having a wall thickness thicker than that of the other portion of the inner pipe is provided at a portion of the lower end of the inner pipe in contact with the sealing material. Furthermore, a water flow rotation mechanism is provided on the outside of a part of the inner pipe to rotate the water flow of the cooling water in a direction along the outer periphery of the inner pipe. Each of the water flow rotation mechanisms is provided between the outer water channels and between the cooling water outlet and the outer water channel of the inner pipe, and each water flow rotation mechanism has a flow path for passing the cooling water, and each water flow rotation. The direction of the flow path of the mechanism is the same diagonal direction with respect to the radial direction 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 above-mentioned invention, since the inner pipe is uniformly cooled and the heat load applied to the encapsulant is reduced, it is possible to prevent problems such as leakage of cooling water due to melting damage of the encapsulant.

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 block diagram of the high frequency induction thermal plasma apparatus of embodiment of this invention. 図１のＲＦプラズマトーチの詳細な拡大図である。It is a detailed enlarged view of the RF plasma torch of FIG. 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 portion 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。A and B are horizontal cross-sectional views near the water flow rotation 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 the structure of the water flow rotation mechanism A to C. 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。It is a detailed enlarged view of the RF plasma torch of FIG. Ｒａｄｉａｌの場合を示す図である。It is a figure which shows the case of Radial. Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌの場合を示す図である。It is a figure which shows 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 portion 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。In the configuration of FIG. 11, it is a figure which compared the amount of water 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, the high frequency induced thermal plasma apparatus according to the present invention will be described in the following order with reference to the drawings.
1. 1. Outline of the present invention 2. Embodiment 3. Modification 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. Outline of the present invention>
The high-frequency induced thermal plasma apparatus of the present invention includes a plasma generating unit that generates thermal plasma by high-frequency induction, and a chamber that allows gas generated by the thermal plasma to pass through and cools the device.
In the high frequency induced thermal plasma apparatus of the present invention, the plasma generating unit has a double tube structure consisting of an inner tube and an outer tube provided with an internal space for flowing cooling water, and an inner one for sealing the cooling water. It is provided with a sealing material provided so as to be in contact with the pipe.
Further, a reinforcing portion having a wall thickness thicker than that of the other portion of the inner pipe is provided at a portion of the lower end of the inner pipe in contact with the sealing material.
Furthermore, a water flow rotation mechanism for rotating the water flow of the cooling water in the direction along the outer periphery of the inner pipe is provided on the outside of 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 generation unit of the high-frequency induced thermal plasma apparatus of the present invention can be configured by a plasma torch (for example, an RF plasma torch) or the like.
In the high-frequency induced thermal plasma apparatus of the present invention, the cooling water is flowed between the inner tube and the outer tube of the insulating tube, but the device is preferably configured so that the cooling water flows from the lower side to the upper side of the inner tube. 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 generates various types of thermal plasma (including high-frequency type or composites and hybrids thereof) that require plasma gas of several liters / minute to several thousand liters / minute under atmospheric pressure or 1 kPa or more. It can be applied to high frequency induced thermal plasma equipment.

（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。 (Reinforcing part at the lower end of the inner pipe)
As described above, in the high-frequency induced thermal plasma apparatus of the present invention, the portion of the insulating tube of the plasma generating portion (plasma torch, etc.) in contact with the sealing material at the lower end of the inner tube is thicker than the other parts of the inner tube. It has a thick reinforcing part. As a result, the sealing material in contact with the lower end of the inner pipe is arranged on the outside of 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。 By making the lower end of the inner tube of the insulating tube of the plasma generation part a reinforcing part thicker than the other parts, the lower end of the inner tube has a trumpet structure.
As the sealing material for sealing the cooling water, for example, an O-ring or a sealing material having another configuration can be used.
Since the encapsulant is in contact with the thick reinforcing portion, the distance from the thermal plasma to the encapsulant can be increased, so that the heat load applied to the encapsulant can be reduced and the encapsulant can be used. It can be prevented from reaching the melting point.
In particular, regardless of whether the plasma gas is supplied by either Radial or Tangential, the thermal plasma spreads outward at the lower end of the inner pipe and approaches the inner pipe. Therefore, a reinforcing portion is provided at the lower end of the inner pipe. This has the effect of reducing the heat load on the encapsulant.

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 increased by 6 to 40 mm with respect to the outer diameter of the other portion 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 heat load on the encapsulant and preventing the encapsulant from melting is diminished.
On the contrary, if the difference between the outer diameter of the reinforcing portion and the outer diameter of the other portion exceeds 40 mm, the inner pipe becomes expensive when the inner pipe 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。 The inner tube is preferably made of silicon nitride.
Since the inner tube is made of silicon nitride and the silicon nitride is opaque, the light generated from the plasma is blocked and is not irradiated to the outside. As a result, it is possible to avoid burning of the structural parts of the device due to the light generated from the plasma. Therefore, it is possible to avoid burning of the sealing material such as the O-ring due to the light generated from the plasma.

（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 induced thermal plasma apparatus of the present invention, a water flow rotation mechanism for rotating the water flow of the cooling water on the outer periphery of the inner tube in the circumferential direction of the inner tube is provided on a part of the outer periphery of the inner tube.
By rotating the water flow of the cooling water on the outer circumference of the inner pipe in the circumferential direction by the water flow rotation mechanism, the unevenness of the amount of cooling water depending on the site, that is, the non-uniformity of the amount of water is eliminated, and the entire outer circumference of the inner pipe is completely eliminated. 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 rotation mechanism is provided on a part of the outer circumference of the inner pipe. That is, a water flow rotation mechanism is provided at any position from the upper end to the lower end of the outer circumference 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, a water flow rotation mechanism is provided between the inlet of the cooling water and the water channel on the outer periphery of the inner pipe, and between the outlet of the cooling water and the water channel on the outer periphery of the inner pipe.
Thereby, each water flow rotation mechanism can more effectively rotate the cooling water along the outer circumference of the inner pipe.

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 circle) member having an inner diameter larger than the outer diameter of the inner pipe is formed so as to be directed diagonally with respect to the radial direction of the inner pipe. It is conceivable to provide a plurality of the formed flow paths and allow the cooling water to pass through the flow paths.
The flow path may be formed in a groove shape in the upper part or the lower part of the member, or may be formed in a through hole in the central portion of the member.
Since the flow path is provided in a direction oblique to the radial direction of the inner pipe, a rotary flow is generated in the cooling water that has passed through the flow path. Then, by this rotating flow, the unevenness (non-uniformity) of the amount of water depending on the portion is eliminated, and the entire circumference of the outer circumference of the inner pipe including the thick reinforcing portion can be uniformly cooled.

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 portion (trumpet structure) and the water flow rotation mechanism of the inner tube of the high-frequency induced thermal plasma apparatus of the present invention can be applied regardless of whether the above-mentioned plasma gas supply method is Radial or Tangential. ..
In particular, in the case of Tangential, since the thermal plasma easily spreads to the vicinity of the inner wall of the chamber, the effect of providing the reinforcing portion (trumpet structure) of the inner pipe and the water flow rotation 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 pipe and the 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 easily processed as compared with a configuration without a 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 induced thermal plasma apparatus of the present invention can be applied to various high frequency induced thermal plasma apparatus.
As the high frequency inductively coupled thermal plasma device, for example, a type having one generation part of the high frequency inductively coupled thermal plasma, or a hybrid type in which a DC (Direct Current) jet is superimposed on the high frequency inductively coupled thermal plasma, two or three high frequencies. Examples include a tandem type in which inductively coupled plasmas are arranged in series.

＜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 shows a schematic configuration diagram of the high-frequency induced thermal plasma apparatus according to the embodiment of the present invention.
In this embodiment, particles are generated by a high-frequency induced thermal plasma device, and the generated particles are recovered.

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 induced thermal plasma apparatus 1 of the present embodiment shown in FIG. 1 includes an RF plasma torch 10 as a plasma torch which is a plasma generating unit, and further comprises a chamber, a cooling unit 30, and a recovery unit 40. I 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 high-frequency power is supplied from the high-frequency oscillator 13. A powder feeder 11 is connected to the RF plasma torch 10, and the raw material powder and a gas such as Ar (argon), which is a carrier gas, are transferred from the powder feeder 11 to the plasma center in the insulating tube 12 through the probe 15. Is 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 which is transparent, the plasma state can be observed and monitored from the outside of the high frequency induced 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 by using four cooling plates 31, 32, 31, 32 which are a set of cooling plates 31, 32 having through holes 33 formed at different positions. Each of the cooling plates 31 and 32 is made of a water-cooled metal having good heat conduction 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 collection unit 40 is provided with, for example, a cloth filter 41 in the pipe. A vacuum pump 51 is connected to the rear stage of the recovery unit 40, and the vacuum pump 51 can exhaust the gas after collecting the particles.

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 induced thermal plasma apparatus 1 of the present embodiment is particularly characterized by the configuration of the RF plasma torch 10.
A detailed enlarged view of the RF plasma torch 10 of the high frequency induced thermal plasma apparatus 1 of FIG. 1 is shown in 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, in the RF plasma torch 10, the inner tube 16 uses a ceramic material such as silicon nitride and the outer tube 17 is transparent so as not to block the strong magnetic field obtained by the high frequency current flowing through the induction coil 14. Insulating materials such as quartz tubes are used. Then, 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 the radiant heat and the synchrotron radiation 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 ends and the upper ends, respectively, to seal the cooling water so as not to leak to the 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 portions of the inner pipe 16 and the outer pipe 17, and a first portion is provided at the upper end portions of the inner pipe 16 and the outer pipe 17. An upper flange composed of the member 19B of 1 and the member 20B of the second is provided.
The second member 20A of the lower flange is provided with an inlet for the cooling water W, and the second member 20B of the upper flange is provided with an outlet for the cooling water W. Then, the cooling water W flows between the inner pipe 16 and the outer pipe 17 from the lower side to the upper side.
Further, between the lower end of the inner pipe 16 and the second member 20A of the lower flange, between the upper end of the inner pipe 16 and the second member 20B of the upper flange, the lower end of the outer pipe 17 and the lower flange. An O-ring 18 is provided as a sealing material between the first member 19A, between the upper end portion of the outer pipe 17 and the first member 19B of the upper flange, respectively.

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 16A formed at the lower end portion of the inner pipe 16 to be thicker than the other portions of the inner pipe 16. Since the reinforcing portion 16A is provided at the lower end portion of the inner pipe 16, the lower end portion of the inner pipe 16 has a trumpet structure.
An O-ring 18 is provided on the outside of the reinforcing portion 16A of the inner pipe 16. Hereinafter, among the four O-rings 18, the O-ring 18 outside the reinforcing portion 16A of the inner pipe 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, between the inlet of the cooling water W at the lower part of the RF plasma torch 10 and the water channel on the outer periphery of the inner pipe 16, and the outlet and the inner pipe 16 of the cooling water W at the upper part of the RF plasma torch. Water flow rotation mechanisms 61A and 61B are provided between the water channels on the outer periphery of the torch, respectively. These water flow rotation mechanisms 61A and 61B have a flow path 62 in the central portion 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 of the vicinity of the lower end portion of the inner pipe 16 of FIG. 2 is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, since the reinforcing portion 16A is provided at the lower end of the inner pipe 16 and the O-ring 18S is provided on the outside of the reinforcing portion 16A, the thermal plasma P to the O-ring 18S are provided by the reinforcing portion 16A. The distance becomes far. Further, as shown by the arrow in FIG. 3, the reinforcing portion 16A is cooled by the cooling water W.
By these actions, the heat load received by the O-ring 18S can be significantly reduced, so that it is possible to prevent the O-ring 18S from being melted by the heat load and the cooling water W from leaking.
Therefore, for example, as in the case where the thermal plasma P is a 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. By cooling the inner pipe 16 with water, it is possible to prevent the O-ring 18S from being melted.

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。 Further, horizontal cross-sectional views of the vicinity of the water flow rotation mechanisms 61A and 61B of FIG. 2 are shown in FIGS. 4A and 4B. FIG. 4A shows a horizontal cross-sectional view of the vicinity of the water flow rotation mechanism 61A at the lower end of the inner pipe 16, and FIG. 4B shows a horizontal cross-sectional view of the vicinity of the water flow rotation mechanism 61B at the upper end of the inner pipe 16.
As shown in FIGS. 4A and 4B, each of the water flow rotation mechanisms 61A and 61B has several flow paths 62 through holes in the direction diagonally to the right with respect to the radial direction of the concentric water flow rotation mechanisms 61A and 61B. It is provided. As a result, the cooling water W in front of and behind the flow path 62 can be imparted with a clockwise rotational flow by the action of the cooling water W passing through the flow path 62 in the diagonally right direction.
The cooling water W flowing in from the lower end of the inner pipe 16 is provided with 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 remaining in a clockwise rotation flow, passes through the water flow rotation mechanism 61B at the upper end portion shown in FIG. 4B, and heads toward the outflow port.
That is, the cooling water W becomes a clockwise rotating flow not only in the vicinity of the respective water flow rotation mechanisms 61A and 61B but also in the middle section along the outer circumference of the inner pipe 16, and spirally and evenly covers the entire outer circumference of the inner pipe 16. Cooling water W flows. This makes it possible to cool the periphery of the inner tube 16 almost uniformly without spots.
In this way, it is possible to prevent the O-ring 18S in contact with the lower end portion of the inner pipe 16 from being melted and damaged due to the heating of the inner pipe 16 of the insulating pipe 12, so that water leakage can be eliminated.

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 so that the flow paths 62 of the water flow rotation mechanisms 61A and 61B are diagonally to the right with respect to the radial direction of the water flow rotation mechanisms 61A and 61B. Was given a clockwise rotating flow.
Contrary to the configurations shown in FIGS. 4A and 4B, the flow path of the water flow rotation mechanism is set diagonally to the left with respect to the radial direction of the water flow rotation mechanism, and is counterclockwise to the cooling water before and after the flow path. It may be configured to give 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。 Further, examples of the configuration of the water flow rotation mechanism 61 (61A, 61B) are shown in FIGS. 5A to 5C, respectively.
FIG. 5A shows a configuration in which the flow path 62 is formed in a groove shape on the upper side of the water flow rotation mechanism 61 (61A, 61B).
FIG. 5B has a configuration in which a flow path 62 is formed by a through hole in the central portion 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 the flow path 62 is formed in a groove shape on the lower side of the water flow rotation mechanism 61 (61A, 61B).
A rotating flow can be applied to the cooling water W in any of the shapes of FIGS. 5A to 5C.
In each configuration shown in FIGS. 5A to 5C, the cross-sectional shape of the flow path 62 is substantially rectangular, but the cross-sectional shape of the flow path is another cross-sectional shape, for example, a U-shape, a semicircular shape, a circular shape, an elliptical shape, or the like. It is also possible. Even if the flow path has these cross-sectional shapes, a rotating flow can be applied to the cooling water as in 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 induced thermal plasma device)
Subsequently, the operation of producing particles such as nanoparticles in the high-frequency induced thermal plasma apparatus 1 of the present embodiment will be described.
First, the vacuum pump 51 is used to evacuate the inside of each part 10, 21, 22, 30, 40 of the high frequency induced thermal plasma apparatus 1.
Next, a plasma gas (argon or the like) is supplied from the upper part of 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 part 10, 21, 22, 30, 40 is made to have 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, when the raw material powder (metal powder or the like) is housed in the powder feeder 11, the carrier gas (argon or the like) is supplied, and the raw material powder is quantitatively supplied together with the carrier gas to the center of the thermal plasma. The raw material powder melts or evaporates due to 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 rapidly cooled by gas molecules in the transparent quartz double tube water cooling chamber 21 to generate particles.
Further, the gas and the generated particles are cooled by the stainless double tube water cooling chamber 22.
Then, the generated particles are further sufficiently cooled by passing through the through holes 33 of the cooling plates 31 and 32 of the cooling unit 30, and then 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 example>
Hereinafter, a modified example 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 induced thermal plasma devices)
In the above-described embodiment, the high-frequency induced thermal plasma apparatus 1 is configured to have only one plasma generating unit (RF plasma torch 10) that generates high-frequency induced thermal plasma.
The present invention is not limited to the high frequency induced thermal plasma apparatus having only one plasma generating portion for generating the high frequency induced thermal plasma, and can be applied to the high frequency induced thermal plasma apparatus having other configurations. For example, it is also applied to the above-mentioned hybrid type high frequency inductively coupled plasma device in which a DC jet is superposed on the high frequency inductively coupled plasma and a tandem type high frequency inductively coupled plasma in which two or 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 induced thermal plasma apparatus 1 is applied to a configuration in which particles are generated by the high-frequency induced thermal plasma apparatus 1 and the generated particles are recovered.
The present invention is not limited to a configuration in which particles are generated by a high-frequency induced thermal plasma apparatus and the generated particles are recovered, and the present invention can be applied to a high-frequency induced thermal plasma apparatus having other configurations. For example, it is also applied to a high-frequency induced thermal plasma device having a structure in which a gas of an organic halogen compound such as chlorofluorocarbon or halon is supplied to a plasma generating part to decompose the supplied gas, or a structure in which a film is formed 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 1 High frequency induction thermal plasma device, 10 RF plasma torch, 11 powder feeder, 12 insulation tube, 13 high frequency oscillator, 14 induction coil, 15 probe, 16 inner tube, 16A reinforcement, 17 outer tube, 18,18SO ring , 19A 1st member of lower flange, 19B 1st member of upper flange, 20A 2nd member of lower flange, 20B 2nd member of lower flange, 21 transparent quartz double tube water cooling chamber, 22 Stainless steel double tube water cooling chamber, 30 cooling part, 31, 32 cooling plate, 33 through hole, 40 recovery part, 41 filter, 51 vacuum pump, 61, 61A, 61B water flow rotation mechanism, 62 flow path, P, RP ， TP thermal plasma ， W cooling water

Claims (2)

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、
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、
それぞれの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、それぞれの前記水流回転機構の前記流路の方向は、前記内管の半径方向に対して、同じ斜めの方向である
高周波誘導熱プラズマ装置。 A high-frequency induced thermal plasma apparatus provided with a plasma generating unit that generates thermal plasma by high-frequency induction and a chamber that allows gas generated by the thermal plasma to pass through and cools the plasma.
The plasma generating portion has a double pipe structure consisting of an inner pipe and an outer pipe having an internal space for flowing cooling water, and a sealing provided so as to be in contact with the inner pipe for sealing the cooling water. With wood,
A reinforcing portion having a wall thickness thicker than that of the other portion of the inner pipe is provided at a portion of the lower end of the inner pipe in contact with the sealing material.
A water flow rotation mechanism for rotating the water flow of the cooling water in a direction along the outer circumference of the inner pipe is provided on the outside of a part of the inner pipe.
The water flow rotation mechanism is provided between the inlet of the cooling water and the water channel on the outer periphery of the inner pipe, and between the outlet of the cooling water and the water channel on the outer periphery of the inner pipe.
Each of the water flow rotation mechanisms has a flow path through which the cooling water passes, and the direction of the flow path of each of the water flow rotation mechanisms is the same oblique direction with respect to the radial direction of the inner pipe.
High frequency induced thermal plasma device. 前記内管の下端部及び前記外管の下端部に、下側フランジが接続され、A lower flange is connected to the lower end of the inner pipe and the lower end of the outer pipe.
前記内管の上端部及び前記外管の上端部に、上側フランジが接続され、An upper flange is connected to the upper end of the inner pipe and the upper end of the outer pipe.
前記下側フランジは、前記内管の下端部に接続された第１の部材と、前記外管の下端部に接続された第２の部材とを有し、前記下側フランジの前記第１の部材と前記下側フランジの前記第２の部材との間に前記冷却水の流入口が形成され、The lower flange has a first member connected to the lower end of the inner pipe and a second member connected to the lower end of the outer pipe, and the first member of the lower flange. The cooling water inlet is formed between the member and the second member of the lower flange.
前記上側フランジは、前記内管の上端部に接続された第１の部材と、前記外管の上端部に接続された第２の部材とを有し、前記上側フランジの前記第１の部材と前記上側フランジの前記第２の部材との間に前記冷却水の流出口が形成され、The upper flange has a first member connected to the upper end portion of the inner pipe and a second member connected to the upper end portion of the outer pipe, and has the first member of the upper flange. The cooling water outlet is formed between the upper flange and the second member.
前記冷却水の流入口に、前記下側フランジの前記第１の部材及び前記下側フランジの前記第２の部材とは別の部材で構成された、前記水流回転機構が設けられ、The water flow rotation mechanism is provided at the inlet of the cooling water, which is composed of a member different from the first member of the lower flange and the second member of the lower flange.
前記冷却水の流出口に、前記上側フランジの前記第１の部材及び前記上側フランジの前記第２の部材とは別の部材で構成された、前記水流回転機構が設けられているThe water flow rotation mechanism is provided at the outlet of the cooling water, which is composed of a member different from the first member of the upper flange and the second member of the upper flange.
請求項１に記載の高周波誘導熱プラズマ装置。The high frequency induced thermal plasma apparatus according to claim 1.
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