JPH0724238B2 - Electrodeless high frequency plasma reactor - Google Patents
Electrodeless high frequency plasma reactorInfo
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- JPH0724238B2 JPH0724238B2 JP60207404A JP20740485A JPH0724238B2 JP H0724238 B2 JPH0724238 B2 JP H0724238B2 JP 60207404 A JP60207404 A JP 60207404A JP 20740485 A JP20740485 A JP 20740485A JP H0724238 B2 JPH0724238 B2 JP H0724238B2
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Description
【発明の詳細な説明】 イ、発明の目的 〔産業上の利用分野〕 本発明は、純度の高い反応生成物を生成するための高周
波プラズマ反応装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Purpose of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a high-frequency plasma reactor for producing a reaction product having high purity.
一般に、高周波プラズマは、熱ピンチ効果及び磁気ピン
チ効果がそれ程大きくないため容積が大きく、流束が比
較的小さいプラズマ炎が得られる。Generally, the high frequency plasma has a large volume and a relatively small flux because a thermal pinch effect and a magnetic pinch effect are not so large.
これは、高周波プラズマ炎の中で反応を行わせることが
できれば、反応の場所が大きく、反応性物質のプラズマ
内の滞留時間が長くとれ、効果的なプラズマ反応が行え
ることを意味している。また、無電極であるため電極物
質による汚染もなく、純度の高い物質の生成に最適であ
る。This means that if the reaction can be carried out in the high frequency plasma flame, the location of the reaction is large, the residence time of the reactive substance in the plasma is long, and the effective plasma reaction can be performed. Further, since it has no electrodes, there is no contamination with electrode substances, and it is optimal for producing substances with high purity.
しかし、磁気圧による逆流現象のため、反応性物質をプ
ラズマ炎の中心部を通過させることが容易でなく、ま
た、反応性物質をプラズマ炎に注入すると、プラズマ炎
が不安定になったり、プラズマ炎が消え易くなる欠点が
ある。However, due to the backflow phenomenon due to magnetic pressure, it is not easy to pass the reactive substance through the central part of the plasma flame, and when the reactive substance is injected into the plasma flame, the plasma flame becomes unstable or the plasma flame becomes unstable. There is a drawback that the flame is easily extinguished.
これらの欠点を解決するために、タングステン陰極と銅
陽極を放電用電極とした直流アークプラズマトーチを具
えた高周波磁場結合アークプラズマ反応装置が発明され
た（特願昭53−104630号→特開昭55−32317号公報参
照）。In order to solve these drawbacks, a high frequency magnetic field coupled arc plasma reactor having a direct current arc plasma torch using a tungsten cathode and a copper anode as a discharge electrode was invented (Japanese Patent Application No. 53-104630). 55-32317 publication).
すなわちアークプラズマを言わば高周波プラズマ炎のタ
ネ火役とし、高周波プラズマ炎が反応性物質の導入によ
り不安定性を増しても、アークプラズマからのイオンや
エレクトロンの供給により高周波プラズマは安定に作動
・維持することが可能になり、またアークプラズマジェ
ットの持つ高い運動エネルギにより、反応性物質を高周
波プラズマ炎の中央部を通過させることが可能になっ
た。In other words, arc plasma is a seed of high-frequency plasma flame, and even if the high-frequency plasma flame increases instability due to the introduction of reactive substances, the high-frequency plasma is stably operated and maintained by the supply of ions and electrons from arc plasma. The high kinetic energy of the arc plasma jet has made it possible for reactive substances to pass through the central part of the high-frequency plasma flame.
しかし、直流アークプラズマを発生させるための放電用
電極の腐蝕により、電極物質が不純物として、高周波プ
ラズマ中に混入する重大な欠点を持っている。また、電
極の腐蝕により、長時間の運転に耐えることができな
い。However, there is a serious drawback that the electrode material is mixed as impurities in the high frequency plasma due to the corrosion of the discharge electrode for generating the DC arc plasma. In addition, due to the corrosion of the electrodes, it cannot withstand long-term operation.
一方、近年新物質、新素材の開発において超高度純度の
反応生成物が求められている。On the other hand, in recent years, ultra-high purity reaction products have been demanded in the development of new substances and new materials.
本発明は、以上の点に鑑み電極物質による汚染がなく、
長時間の運転に耐えうる高周波プラズマ反応装置を提供
することを目的とする。In view of the above points, the present invention has no contamination by electrode substances,
An object of the present invention is to provide a high frequency plasma reactor which can endure long-term operation.
ロ、発明の構成 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、高周波磁場を利用して、誘導的に高周波プラ
ズマを発生させる主プラズマ反応器の上部に、主プラズ
マ発生と同原理で補助高周波プラズマ炎を発生させ、こ
れをプラズマジェットとして主プラズマ炎に重畳させる
補助プラズマトーチを設け、かつ該プラズマトーチから
生ずるプラズマジァット周辺に開孔する反応物質投入手
段を有することを特徴とする無電極高周波プラズマ反応
装置である。B. Configuration of the Invention [Means for Solving the Problems] The present invention assists on the same principle as main plasma generation in the upper part of the main plasma reactor for inductively generating high frequency plasma by utilizing a high frequency magnetic field. An electrodeless high-frequency wave, characterized in that an auxiliary plasma torch for generating a high-frequency plasma flame and superimposing the high-frequency plasma flame on a main plasma flame is provided It is a plasma reactor.
補助プラズマトーチからのプラズマジェットは、主高周
波プラズマ中にタネ火として噴出し、高周波プラズマを
重畳した一種のハイブリット形式の無電極高周波プラズ
マ反応装置であるから、主プラズマ炎を安定に作動・維
持させる。不純物を発生して高周波プラズマ中に混入す
る素因がない。従って相まって長時間の運転に耐える。The plasma jet from the auxiliary plasma torch is a kind of hybrid type electrodeless high frequency plasma reactor in which a high frequency plasma is superposed and ejected as a seed flame into the main high frequency plasma, so that the main plasma flame is stably operated and maintained. . There is no predisposition to generate impurities and mix in high-frequency plasma. Therefore, it can endure long-term operation in combination.
図は本発明無電極高周波プラズマ反応装置を例示する縦
断面図である。Ａは主プラズマ反応器、ＢはＡの上部に
設けた補助高周波プラズマトーチである。FIG. 1 is a vertical sectional view illustrating an electrodeless high frequency plasma reactor of the present invention. A is a main plasma reactor, and B is an auxiliary high frequency plasma torch provided on top of A.
補助プラズマ誘導用コイル１に高周波電流を流し、高周
波磁場を発生させる。注入口２より、補助プラズマガス
を石英管３内に注入すると、そのガスは、高周波磁場に
より誘導的に加熱され補助プラズマ４が発生する。この
ときプラズマが発生しやすいように管外のテスラコイル
５に電圧をかけて発生する高電圧をトリガーとする。A high frequency current is passed through the auxiliary plasma induction coil 1 to generate a high frequency magnetic field. When the auxiliary plasma gas is injected into the quartz tube 3 through the inlet 2, the gas is inductively heated by the high frequency magnetic field to generate the auxiliary plasma 4. At this time, a high voltage generated by applying a voltage to the Tesla coil 5 outside the tube is used as a trigger so that plasma is easily generated.
石英管３は、冷却空間3aをもつ構造となっていて、冷却
媒体６を流すことによって石英管３、その下部のノズル
７を冷却・保護するとともに、プラズマに熱ピンチ効果
及びこれに伴なう磁気ピンチ効果を生じさせエネルギ密
度の高いプラズマとしている。The quartz tube 3 has a structure having a cooling space 3a. By flowing a cooling medium 6, the quartz tube 3 and the nozzle 7 below it are cooled and protected, and at the same time, a thermal pinch effect on plasma and the accompanying A plasma with a high energy density is generated by the magnetic pinch effect.
さらに補助プラズマ４は、補助プラズマガスの注入圧
と、ノズル７とによって流束を早められ、主プラズマ用
石英管10内にプラズマジェットとなって噴出する。Further, the auxiliary plasma 4 has its flux accelerated by the injection pressure of the auxiliary plasma gas and the nozzle 7, and jets out as a plasma jet into the quartz tube 10 for main plasma.
注入口11より注入され、主プラズマ誘導用コイル12によ
って生じた高周波磁場により加熱された主プラズマガス
は、タネ火役である補助プラズマ４によって点火され、
主高周波プラズマ炎（主プラズマ）13となる。The main plasma gas injected from the inlet 11 and heated by the high-frequency magnetic field generated by the main plasma induction coil 12 is ignited by the auxiliary plasma 4 that is a seed fire,
It becomes the main high-frequency plasma flame (main plasma) 13.
石英管10は冷却空間10aをもつ構造になっていて、冷却
媒体14を流すことによって管面を冷却・保護するととも
に、プラズマ13の外周部を冷却するように流された冷却
ガス15とによって、熱ピンチ効果及びこれに伴なう磁気
ピンチ効果により高エネルギ密度の主プラズマとしてい
る。The quartz tube 10 has a structure having a cooling space 10a, and while cooling and protecting the tube surface by flowing a cooling medium 14, by the cooling gas 15 that is flown so as to cool the outer peripheral portion of the plasma 13, Due to the heat pinch effect and the accompanying magnetic pinch effect, the main plasma has a high energy density.
一方、注入口11より注入された反応性物質は、補助プラ
ズマ４のもつ運動エネルギにより主プラズマ13の中央部
に突入し通過する。On the other hand, the reactive substance injected from the injection port 11 plunges into the central portion of the main plasma 13 by the kinetic energy of the auxiliary plasma 4 and passes through.
実験例 内径20mmφの石英管３を用いて、アルゴンガスをプラズ
マガスとし、補助プラズマ誘導用コイル１に27MHz・2.5
kWの高周波電力を印加し補助プラズマ４を発生させ、こ
れをタネ火役として、内径60mmφの石英管10を用いて、
主プラズマ誘導用コイル12に4MHz・35kWの高周波電力を
印加し、主プラズマ13を点火し、かつ注入口11からの反
応性物質の注入に対して安定した主プラズマ13を維持
し、安定したプラズマ反応装置として十分に使用可能な
ことを確認した。Experimental example Using a quartz tube 3 with an inner diameter of 20 mmφ, argon gas was used as the plasma gas, and the auxiliary plasma induction coil 1 was 27 MHz · 2.5.
High-frequency power of kW is applied to generate auxiliary plasma 4, and this is used as a seed fire, using a quartz tube 10 with an inner diameter of 60 mmφ,
High-frequency power of 4MHz / 35kW is applied to the main plasma induction coil 12, the main plasma 13 is ignited, and the stable main plasma 13 is maintained against the injection of the reactive substance from the injection port 11 and a stable plasma It was confirmed that the reactor could be sufficiently used.
ハ、発明の効果 本発明は、主プラズマ13に補助プラズマ４を重畳する、
いわゆる高周波プラズマ−高周波プラズマのハイブリッ
ド方式であり、 （１）補助プラズマ４をタネ火役とするため、安定に点
火し、かつ反応性物質を注入しても主プラズマ13を安定
に作動・維持することができる。C. Effect of the Invention In the present invention, the auxiliary plasma 4 is superimposed on the main plasma 13,
This is a so-called high-frequency plasma-high-frequency plasma hybrid system. (1) Since the auxiliary plasma 4 serves as a seed fire, the main plasma 13 is stably operated and maintained even if stable ignition is performed and a reactive substance is injected. be able to.
（２）補助プラズマ４をプラズマジェットとすることに
より、これがもつ運動エネルギにより反応性物質を主プ
ラズマ13の中央部を通過させることができる。(2) By using the auxiliary plasma 4 as a plasma jet, the kinetic energy of the plasma jet allows the reactive substance to pass through the central portion of the main plasma 13.
長所を保有し、かつ高周波プラズマの固有の（１）反応
の場所が大きくとれる。It has advantages and can take a large place for (1) reaction peculiar to high-frequency plasma.
（２）反応性物質のプラズマ内の滞留時間が長くとれ
る。(2) The residence time of the reactive substance in the plasma can be long.
長所を保有している。It has advantages.
さらに無電極高周波プラズマ反応装置であるため、電極
の腐蝕に起因する前記の欠点を解決し次の効果を合せも
っている。Further, since it is an electrodeless high frequency plasma reactor, it solves the above-mentioned drawbacks caused by the corrosion of the electrodes and has the following effects.
（１）電極物質による汚染がない超高度純度の反応生成
物を得ることができる。これは上記の保有する効果と相
乗して化合物合成、微粉体製造、非晶質体製造等の新物
質、新素材の開発・改良に非常に有効である。(1) It is possible to obtain an ultra-high purity reaction product that is free from contamination by electrode substances. This is very effective for the development and improvement of new materials and new materials for compound synthesis, fine powder production, amorphous body production, etc. in synergy with the above-mentioned effects.
（２）長時間の運転に耐えることができる。(2) It can withstand long-term operation.
図は本発明の実施例を示す断面図である。 Ａ……主プラズマ反応器、Ｂ……補助プラズマトーチ、
１・12……プラズマ誘導用コイル、２……補助プラズマ
ガス注入口、11……主プラズマガス及び反応性物質注入
口、３・10……石英管、４……補助プラズマ、５……テ
スラコイル、６・14……冷却媒体、７……ノズル、13…
…主プラズマ、15……冷却ガス。The drawing is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention. A: main plasma reactor, B: auxiliary plasma torch,
1 · 12 …… Plasma induction coil, 2 …… Auxiliary plasma gas inlet, 11 …… Main plasma gas and reactive material inlet, 3 · 10 …… Quartz tube, 4 …… Auxiliary plasma, 5 …… Tesla coil , 6 ・ 14 …… Cooling medium, 7 …… Nozzle, 13 ・ ・ ・
… Main plasma, 15… cooling gas.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀山 哲也 茨城県筑波郡谷田部町松代５―726―１ 審判の合議体 審判長 安田 啓之 審判官 志村 博 審判官 溝渕 良一 (56)参考文献 特開 昭55−32317（ＪＰ，Ａ) 特公 昭38−9419（ＪＰ，Ｂ１) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tetsuya Kameyama 5-726-1, Matsudai, Yatabe-cho, Tsukuba-gun, Ibaraki Prefecture Judge's collegial body Hiroyuki Yasuda Judge Hiroshi Shimura Ryoichi Mizobuchi (56) References 55-32317 (JP, A) Japanese Patent Sho 38-9419 (JP, B1)
Claims (1)
ラズマを発生させる主プラズマ反応器の上部に、主プラ
ズマ発生と同原理で、かつ主プラズマ反応器の誘導周波
数以上の誘導周波数で補助プラズマ炎を発生させ、これ
をプラズマジェットとして主プラズマ炎に重畳させて主
プラズマ炎を安定に動作・維持させる補助プラズマトー
チを設け、該トーチから生ずるプラズマジェット周辺に
開孔する反応物質投入手段を有する事を特徴とする無電
極高周波プラズマ反応装置。1. A main plasma reactor for inductively generating high-frequency plasma by using a high-frequency magnetic field, which has the same principle as the main plasma generation and is assisted with an induction frequency higher than that of the main plasma reactor. An auxiliary plasma torch is provided which generates a plasma flame and superimposes it on the main plasma flame as a plasma jet to stably operate and maintain the main plasma flame, and a reactant introduction means for opening holes around the plasma jet generated from the torch. An electrodeless high-frequency plasma reactor characterized by having.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60207404A JPH0724238B2 (en) | 1985-09-19 | 1985-09-19 | Electrodeless high frequency plasma reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60207404A JPH0724238B2 (en) | 1985-09-19 | 1985-09-19 | Electrodeless high frequency plasma reactor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6286700A JPS6286700A (en) | 1987-04-21 |
| JPH0724238B2 true JPH0724238B2 (en) | 1995-03-15 |
Family
ID=16539176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60207404A Expired - Lifetime JPH0724238B2 (en) | 1985-09-19 | 1985-09-19 | Electrodeless high frequency plasma reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0724238B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2530356B2 (en) * | 1988-05-20 | 1996-09-04 | 日本電子株式会社 | Induction plasma generator |
| US20110298376A1 (en) * | 2009-01-13 | 2011-12-08 | River Bell Co. | Apparatus And Method For Producing Plasma |
| JP6255590B2 (en) * | 2011-12-28 | 2018-01-10 | イマジニアリング株式会社 | Plasma gas generator |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5532317A (en) * | 1978-08-28 | 1980-03-07 | Asahi Chemical Ind | High frequency magnetic field coupling arc plasma reactor |
-
1985
- 1985-09-19 JP JP60207404A patent/JPH0724238B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6286700A (en) | 1987-04-21 |
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