技術分野
本発明は、マイクロ波プラズマ発生装置に関する。
背景技術
従来、マイクロ波プラズマ発生装置でのプラズマの発生は導波管の内部で行われており、このためにプラズマを利用する目的に応じて、導波管のインピーダンスを整合する整合装置が必要になり、また負荷として使用する箇所の導波管の内部は真空状態なので、大電力を必要とする場合は、使用する導波管部分の体積を大型にして導波管内の放電破壊を防止するが、負荷に対するインピーダンスの整合が難しくなるので、希望電力より少ない電力で実施せざるを得ない欠点がある。特に、マイクロ波プラズマでダイヤモンド材を生成する電力は、周波数が２，４５ＧＨｚでは、マイクロ波出力電力は７００Ｗが限度の状態である。
これは、ダイヤモンド生成用の導波管内部を真空状態にし、必要な素材とガスを封入するが、使用ガスは生成用ガスなので、放電防止用にはならない。
したがって、ダイヤモンドの生成は困難で、２ｃｍ２以上の製作は無理である。
発明の開示
プラズマを発生するマイクロ波の出力電力を負荷の状態に関係なく大きく放射して、目的の負荷に照射することである。
不活性ガスを充填した任意形状の金属材からなるキャビテイの側面Ａの内壁側に高周波誘電体損失の少ない誘電材を石英ケースに充填したマイクロ波整合体を設け、キャビテイの側面Ｂの内壁側にマイクロ波反射板を設け、キャビテイの側面Ｃ、Ｄに接続した金属管の間に石英管をキャビテイの内部に接続、キャビテイの側面Ａに導波管のホーンを接続したことである。
発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１、図２及び図３は、マイクロ波プラズマ発生装置の平面図を示す。
一例として窒素不活発性ガスを充填したキャビテイ１の側面Ａの内壁側近くに高周波誘電体損失の少ない誘電材である二酸化チタン材又は、電気石材からなる粉体、粒子材を封入した石英ケース３を設け、同じキャビテイ１の側面Ｂの内面にマイクロ波反射板４を設け、キャビテイ１の側面Ｃ、Ｄにキャビテイ１の内部に設けてある石英管５に接続する金属材管６，７を接続してある。
また、キャビテイ１の側面Ａの外壁には、導波管２のホーン２Ａを接続してある。
導波管２のホーン２Ａからマイクロ波が放射されると、キャビテイ１の側面Ａの内壁近くに設けてある前記の高周波誘電体損失の少ない誘電体を石英ケースに充填したマイクロ波整合体３により、マイクロ波は図４に示す様にホーン２Ａから放射されたマイクロ波はレンズ特性を示しマイクロ波がビーム特性を持ち、キャビテイ１の側面Ｂの内壁に設けたマイクロ波反射板４に補放射されて、図５に示すビーム特性になり、このマイクロ波ビームはキャビテイ１の内部に設けてある石英管５の中心部に放射される。したがって、マイクロ波整合体３で得られたマイクロ波ビーム電力はマイクロ波反射板の焦点に設けた石英管５に放射されることになる。
図４に示すマイクロ波放射特性は、ホーン２Ａからのマイクロ波整合体３によりマイクロ波をビーム状にした電力図であり、マイクロ波整合体３からの中心部０のマイクロ波電力は約５ｄＢｉを示し、中心部０点の左右２、４、６ｃｍの間隔でマイクロ波の出力電力は順次減衰していく。
図５に示すマイクロ波放射特性は、マイクロ波反射板４によりマイクロ波をビーム状にした電力図であり、マイクロ波の中心部０のマイクロ波の電力は約１６ｄＢｉであり、中心部０点の左右３、６、８ｃｍの間隔で順次減衰していく。
したがって、マイクロ波整合体３とマイクロ波反射板４とにより、ホーン２Ａより放射されたマイクロ波電力は一点に集中されるので、必要により小電力のマイクロ波発振器で十分な出力が得られる。
また、キャビテイ１の内部に充填した不活発性ガスのために、ホーン２Ａから放射された大電力マイクロ波によるキャビテイ１の内部が放電破壊状態になることはない。
石英管５に接続してある金属管６、７を使用して、石英管５の内部を真空状態にしたり、各種のガスを石英管５の内部に充填することが出来る。
また、他の応用例として、廃棄物の処理後に発生する有害廃棄ガスを石英管５の内部に送入してマイクロ波で有害廃棄ガスを分解、熱エネルギー化にして有害廃棄ガスを無害化にすることが出来る。
産業上の利用可能性
マイクロ波電力とマイクロ波の照射環境に関係無く、希望のマイクロ波処理を石英管内で実施することが出来る。
また、マイクロ波をビーム状にすることにより、小電力のマイクロ波発振器で大電力のマイクロ波電力を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の平面図である。
図２は、本発明の側面図である。
図３は、本発明の斜視図である。
図４は、マイクロ波整合体のマイクロ波放射特性を示す図である。
図５は、マイクロ波反射板のマイクロ波放射特性を示す図である。
符号の説明 １・・・キャビテイ ２・・・導波管 ２Ａ・・・ホーン ３・・・マイクロ波整合体 ４・・・マイクロ波反射板 ５・・・石英管 ６、７・・・金属管 Ａ、Ｂ・・・側面 Ｃ、Ｄ・・・側面TECHNICAL FIELD The present invention relates to a microwave plasma generator.
2. Description of the Related Art Conventionally, generation of plasma in a microwave plasma generator is performed inside a waveguide, and for this purpose, a matching device that matches the impedance of the waveguide is required according to the purpose of using the plasma. Since the inside of the waveguide where it is used as a load is in a vacuum state, if a large amount of power is required, the volume of the waveguide portion to be used is increased to prevent discharge breakdown in the waveguide. However, since it is difficult to match the impedance to the load, there is a disadvantage that it must be performed with less power than desired power. In particular, the electric power for generating the diamond material by the microwave plasma has a limit of 700 W for the microwave output power at a frequency of 2,45 GHz.
This is because the inside of the waveguide for generating diamond is evacuated and necessary materials and gas are enclosed, but since the used gas is a generating gas, it does not serve to prevent discharge.
Therefore, it is difficult to produce diamond, and it is impossible to produce 2 cm 2 or more.
DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to irradiate a target load by radiating a large output power of a microwave that generates plasma irrespective of a load state.
A microwave matching body in which a quartz case is filled with a dielectric material having a small high-frequency dielectric loss is provided on the inner wall side of the side surface A of the cavity made of an arbitrarily-shaped metal material filled with an inert gas, This is that a microwave reflector is provided, a quartz tube is connected to the inside of the cavity between the metal tubes connected to the side surfaces C and D of the cavity, and a waveguide horn is connected to the side surface A of the cavity.
Embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
1, 2 and 3 show plan views of the microwave plasma generator.
As an example, a quartz case 3 in which a titanium dioxide material, which is a dielectric material with low high-frequency dielectric loss, or a powder or particle material made of tourmaline material is enclosed near the inner wall side of the side surface A of the cavity 1 filled with a nitrogen inert gas. The microwave reflector 4 is provided on the inner surface of the side surface B of the same cavity 1, and the metal material pipes 6 and 7 connected to the quartz tube 5 provided inside the cavity 1 are connected to the side surfaces C and D of the cavity 1. It is.
A horn 2 </ b> A of the waveguide 2 is connected to the outer wall of the side surface A of the cavity 1.
When microwaves are radiated from the horn 2A of the waveguide 2, the microwave matching body 3 in which a quartz body is filled with the above-mentioned dielectric having a low high-frequency dielectric loss provided near the inner wall of the side surface A of the cavity 1 is used. As shown in FIG. 4, the microwave emitted from the horn 2A exhibits lens characteristics, and the microwave has beam characteristics, and is supplemented to the microwave reflector 4 provided on the inner wall of the side surface B of the cavity 1. Thus, the beam characteristics shown in FIG. 5 are obtained, and this microwave beam is radiated to the center of the quartz tube 5 provided inside the cavity 1. Therefore, the microwave beam power obtained by the microwave matching body 3 is radiated to the quartz tube 5 provided at the focal point of the microwave reflector.
The microwave radiation characteristic shown in FIG. 4 is a power diagram in which a microwave is made into a beam shape by the microwave matching body 3 from the horn 2A, and the microwave power of the central portion 0 from the microwave matching body 3 is about 5 dBi. As shown, the output power of the microwave is attenuated sequentially at intervals of 2, 4, and 6 cm on the left and right of the center 0 point.
The microwave radiation characteristic shown in FIG. 5 is a power diagram in which a microwave is made into a beam by the microwave reflector 4, and the microwave power at the center 0 of the microwave is about 16 dBi. It attenuates sequentially at intervals of 3, 6, and 8 cm on the left and right.
Therefore, the microwave power radiated from the horn 2A is concentrated at one point by the microwave matching body 3 and the microwave reflector 4, so that a sufficient output can be obtained with a low-power microwave oscillator if necessary.
Further, due to the inert gas filled in the interior of the cavity 1, the interior of the cavity 1 due to the high-power microwave radiated from the horn 2A will not be in a discharge destruction state.
Using the metal tubes 6 and 7 connected to the quartz tube 5, the inside of the quartz tube 5 can be evacuated or various gases can be filled into the quartz tube 5.
As another application example, hazardous waste gas generated after waste treatment is sent into the quartz tube 5 to decompose the hazardous waste gas with microwaves and convert it into heat energy to make the hazardous waste gas harmless. I can do it.
Industrial Applicability Regardless of the microwave power and microwave irradiation environment, the desired microwave treatment can be performed in the quartz tube.
Further, by making the microwave into a beam shape, a high-power microwave power can be obtained with a low-power microwave oscillator.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the microwave radiation characteristics of the microwave matching body.
FIG. 5 is a diagram showing the microwave radiation characteristics of the microwave reflector.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cavity 2 ... Waveguide 2A ... Horn 3 ... Microwave matching body 4 ... Microwave reflector 5 ... Quartz tube 6, 7 ... Metal tube A, B ... Side C, D ... Side
