(57)【要約】本発明は、固体状態の粉末を出発原料に使用して、ナノ粉末を連続大量に製造することができ、原料粉末を完全に気化させ、高純度のナノ粉末を製造することのできる、ナノ粉末量産用高周波誘導プラズマ反応炉に関するもので、内側に垂直の反応炉を有する反応管と、この反応管の外側を包む高周波コイル，及び前記反応炉の内側壁の内側に具備され、外部からアルゴンガスが供給されて内部に投入され得るように、多数のガス通過ホールが穿孔され、側壁の間にガス移動通路１３１の具備されたセラミック内壁とを含む胴体と；前記反応炉の上部に密閉装着され、反応炉と貫通する粉末注入管の具備された上部カバーとから構成されることを特徴とするものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に垂直の反応炉１１１を有する反応管１１と、この反応管１１の外側を包む高周波コイル１２，及び前記反応炉１１１の内側壁の内側に具備され、外部からアルゴンガスが供給されて内部に投入され得るように、多数のガス通過ホール１３２が穿孔され、側壁の間にガス移動通路１３１の具備されたセラミック内壁１３とを含む胴体１と；
前記反応炉１１１の上部に密閉装着され、反応炉１１１と貫通する粉末注入管２１の具備された上部カバー２とから構成されることを特徴とするナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項２】
前記反応管１１は、外部から水が満たされて循環され、セラミック内、外側壁１１２，１１３を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項３】
前記セラミック内壁１３に形成されたガス通過ホール１３２は、投入されるガスが反応炉の内部で螺旋形の渦流を起こせるように、入口に対して噴出口が下方及び一側方に傾斜づいて貫通形成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項４】
前記高周波コイル１２の外側の周りには、反応炉内のプラズマを圧縮して、プラズマが反応炉１１１の側壁に吸着されないように、内側端の極性が同一な多数の永久磁石１４１が固定手段を介して一定間隔に組み合わされた永久磁石体１４が追加で具備されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項５】
前記胴体１の外側の周りには、高周波コイル１２と反応管１１とを保護することができるように、多数の絶縁棒５が装着されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項６】
前記上部カバー２に具備された粉末注入管２１の噴出口の周りには、外部からアルゴンガスが流入されるガス流入口２１１が具備されており、上部カバー２の下面のすぐ内側には、外部から冷却水が流入され、下面を冷却する冷却管２１２が追加で具備されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項７】
前記胴体１の下部には、前記反応炉１１１と連通され、反応炉１１１の直径より相対的に大きい直径の反応炉３１１の具備された反応管３１と、この反応管３１の外側を包み、前記高周波コイル１２より相対的に容量の大きい高周波コイル３２，及び前記反応炉３１１の内側壁の内側に具備され、外部からアルゴンガスが供給されて内部に投入され得るように、多数のガス通過ホール３３２が穿孔され、側壁の間にガス移動通路３３１の具備されたセラミック内壁３３とを含む下部胴体３が追加で装着されることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載のナノ粉末量産用高周波誘導プラズマ反応炉。
【請求項８】
前記反応炉３１は、外部から水が満たされて循環され、セラミック内、外側壁３１２，３１３を含むことを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項９】
前記セラミック内壁３３に形成されたガス通過ホール３３２は、投入されるガスが反応炉の内部で螺旋形の渦流を起こせるように、入口に対して噴出口が下方及び一側方に傾斜づいて貫通形成されることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項１０】
前記高周波コイル３２の外側の周りには、反応炉内のプラズマを圧縮してプラズマが反応炉３１１の側壁に吸着されないように、内側端の極性が同一な多数の永久磁石３４１が固定手段を介して一定間隔で組み合わされた永久磁石体３４が追加で具備されることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項１１】
前記胴体１と下部胴体３の外側の周りには、高周波コイル１２と反応管１１とを保護することができるように、多数の絶縁棒５が装着されることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項１２】
前記胴体１と下部胴体３との連結部の間には、各胴体の熱が伝導されるのを遮断する絶縁体４が追加で具備されることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波コイルを利用する大気圧ナノ粉末量産用プラズマ反応炉に関するもので、より具体的には、固体状態の粉末を出発原料に使用して、ナノ粉末を連続大量に製造することができ、原料粉末を完全に気化させ、高純度のナノ粉末を製造することのできる、ナノ粉末量産用高周波誘導プラズマ反応炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ナノ粉末を量産するための反応炉は、気体または液体などの製造原料を気化させ、ナノ粉末を製造する装置をいい、前記反応炉で製造されたナノ粉末は、捕集装置に投入されて捕集されるものである。
【０００３】
そこで、通常的な反応炉は、直流、高周波、直流−高周波などのプラズマトーチを介して反応物をイオン化及び解離させるもので、前記プラズマトーチの電極間にプラズマアークコラム（plasma arc column）が発生及び維持されるようにすることによって、上述したようにナノ粉末を得ることができるのである。
【０００４】
しかし、従来の反応炉では、製造に伴う出発原料がガスまたは液体原料にだけ限定されることによって、固体原料を出発原料に使用することができないことによって、ナノ粉末の連続及び大量生産が不可能であるという問題点を有していた。
【０００５】
また、従来の反応炉は、反応炉内の水蒸気による爆発的反応及び粉末吸着問題のため、反応性のない酸化物系統の物質（アルミナなど）にだけ適用が限定されるという問題点を有していた。
【０００６】
また、プラズマを制御する別途の手段がなくて、プラズマの制御が大変難しいという問題点を有していた。
【０００７】
また、反応炉内部の空間全体を利用せずに、プラズマトーチの電極間の空間だけを利用することによって、含水率が大変低くなるという問題点も有していた。
【発明の詳細な説明】
【０００８】
そこで、本発明は、前記のような問題点を解消しようと発明されたもので、大気圧で高周波誘導熱を利用して固体状態の原料粉末を気化させ、高純度のナノ粉末を製造しようという、ナノ粉末量産用高周波誘導プラズマ反応炉を提供することを目的とする。
【０００９】
また、反応炉を２段に構成し、上部反応炉より下部反応炉の容量と温度を相対的に高くすることによって、原料粉末の完全気化を可能にしようという目的もある。
【００１０】
また、反応炉の内部に極低温冷媒（アルゴンガス）を流入することによって、気化されたナノ粉末の成長及び吸着を防止しようという目的もある。
【００１１】
また、冷媒ガスを反応炉に投入するにおいて、螺旋方向に投入することによって、溶融または気化されたナノ粉末が、凝縮無しに螺旋運動をしながら捕集手段まで安全に移動されるようにする目的も有するものである。
【００１２】
また、反応炉の外側の周りに装着された永久磁石体を介して、プラズマが反応炉の内側壁に吸着されるのを防止しようという目的もある。
【００１３】
前記のような目的を達成するための本発明は、内側に垂直の反応炉を有する反応管と、この反応管の外側を包む高周波コイル，及び前記反応炉の内側壁の内側に具備され、外部からアルゴンガスが供給されて内部に投入され得るように、多数のガス通過ホールが穿孔され、側壁の間にガス移動通路の具備されたセラミック内壁とを含む胴体と；前記反応炉の上部に密閉装着され、反応炉と貫通する粉末注入管の具備された上部カバーとから構成されることを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記胴体の下部には、前記反応炉と連通され、反応炉の直径より相対的に大きい直径の反応炉の具備された反応管と、この反応管の外側を包み、前記高周波コイルより相対的に容量の大きい高周波コイル，及び前記反応炉の内側壁の内側に具備され、外部からアルゴンガスが供給されて内部に投入され得るように、多数のガス通過ホールが穿孔され、側壁の間にガス移動通路の具備されたセラミック内壁とを含む下部胴体が追加で装着されることを特徴とするものである。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明の構成及び作用を、添付の図面を参照に詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明のプラズマ反応炉を示した断面図で、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図で、まずその構成を説明すると次のとおりである。
【００１７】
内側に垂直の反応炉１１１を有する反応管１１と、この反応管１１の外側を包む高周波コイル１２とが装着された胴体１と、前記反応炉１１１の上部に密閉装着され、反応炉１１１と貫通して原料粉末が注入される粉末注入管２１の具備された上部カバー２とで構成される。
【００１８】
そして、前記胴体１の下部には、原料粉末を完全に気化させることができるように、前記反応炉１１１の直径より相対的に大きな直径の反応炉３１１が具備された反応管３１、及びこの反応管３１の外側を包み、前記高周波コイル１２より相対的に容量の大きな高周波コイル３２とが含まれる下部胴体３が装着される。
【００１９】
そして、前記反応炉１１１，３１１の内側壁の内側には、多数のガス通過ホール１３２，３３２が穿孔され、側壁間にガス移動通路１３１，３３１が具備されているセラミック内壁１３，３３が具備されているものである。
【００２０】
また、前記胴体１と下部胴体３を構成する反応管１１，３１は、セラミックの内、外側壁１１２，３１２，１１３，３１３で構成され、外部から水が循環され、反応管１１，３１の内側壁１１２，３１２を冷却させることができるのである。
【００２１】
また、前記上部カバー２に具備された粉末注入管２１の噴出口の周りには、外部からアルゴンガスが流入されるガス流入口２１１が具備されており、上部カバー２の下面のすぐ内側には、外部から冷却水が流入され、下面を冷却する冷却管２１２が具備されているものである。
【００２２】
また、前記胴体１と下部胴体３との連結部の間には、各導体に熱が伝導されるのを遮断する絶縁体４が装着されるものである。
【００２３】
また、前記胴体１と下部胴体３の外側の周りには、高周波コイル１２と反応管１１を保護することができるように、多数の絶縁棒５が装着されている。
【００２４】
以下、図１及び図２を参照して、前記のプラズマ反応炉の作動状態を説明すると、次のとおりである。
【００２５】
まず、胴体１と下部胴体３を構成する高周波コイル１２，３２に電源を供給することになると、高周波コイル１２，３２から発散される高周波を介して胴体１と下部胴体３を構成する反応炉１１１，３１２の温度が上昇されるのだが、前記胴体１を構成する高周波コイル１２より、相対的に下部胴体３を構成する高周波コイル３２の容量を大きくすることによって、胴体１反応炉１１１の温度より、相対的に下部胴体３反応炉３１１の温度が高い状態を維持するものである。
【００２６】
次に、上部カバー２の中央を貫通するガス流入口２１１を介して、前記胴体１の反応管１１の内部に形成された反応炉１１１に粒子の大きい原料粉末を投入する。
【００２７】
次に、前記胴体１の反応炉１１１に流入される原料粉末は、反応炉１１１の高温の温度によって溶融された後、気化される。つまり、原料粉末が気化されることによって、ナノ粉末の含まれた気体を得ることができるのである。
【００２８】
一方、前記胴体１の反応炉１１１で完全に気化されなかった一部の溶融状態の原料ガスは継続的に下降されるのだが、下降された溶融状態の原料ガスは前記下部胴体３の反応炉３１２に投入され、再加熱されて気化されるのである。
【００２９】
そして、下部胴体３反応炉３１２の内部温度は、前記胴体１反応炉１１２の温度より相対的に高いことによって、胴体１反応炉１１２から流入される未気化粉末を完全に気化させることができるのである。
【００３０】
以下、本発明を更に具体的に説明すると、次のとおりである。
【００３１】
図１乃至図３に図示されているように、前記反応炉１１１，３１１の内側壁の内側には、多数のガス通過ホール１３２，３３２が穿孔され、側壁間にガス移動通路１３１，３３１の具備されるセラミック内壁１３，３３が具備されている。
【００３２】
そして、前記ガス通過ホール１３２，３３２は、投入されるガスが反応炉内部で螺旋形の渦流を起こすことができるように、入口に対して噴出口が下方及び一側方に傾斜づいて貫通形成されるものである。
【００３３】
従って、前記ガス移動通路１３１，３３１を介してアルゴンガスが外部から供給され、供給されたアルゴンガスは、前記ガス通過ホール１３２，３３２を介してセラミック内壁１３，３３の内部中央に螺旋形の渦流を起こしながら投入されるのである。
【００３４】
従って、溶融及び気化された粉末が、螺旋運動をしながら胴体１の反応炉１１１と下部胴体３の反応炉３１１を通過して、捕集装置に下降されることができるのである。
【００３５】
言い換えると、前記螺旋運動をしながら粉末が下降されることによって、粉末間の凝集及び吸着を防止することができるのである。
【００３６】
図２及び図４に図示されているように、前記高周波コイル１２，３２の外側の周りには、反応炉内のプラズマを圧縮して、プラズマが反応炉１１１，３１１の側壁に吸着されないように、内側端の極性が同一な多数の永久磁石１４１，３４１が固定手段を介して一定間隔に組み合わされた永久磁石体１３，３４が具備されているものである。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
上述したように、本発明は、固体状態の粉末を出発原料に使用してナノ粉末を連続大量に製造できる効果を有するものである。
【００３８】
また、反応炉に投入される原料粉末の完全気化を可能にすることによって、高純度のナノ粉末を製造することができる効果がある。
【００３９】
また、反応炉の内部に極低温冷媒（アルゴンガス）を流入して、気化されたナノ粉末の成長及び吸着を防止することによって、反応性の強い物質の適用も可能な効果がある。
【００４０】
また、冷媒ガスを投入するにおいて、螺旋方向に投入することによって、溶融または気化されたナノ粉末が凝縮せずに螺旋運動をしながら捕集手段まで移動することによって、生産で最も重要な安定性を確保することができる効果がある。
【００４１】
また、プラズマが反応炉の内側壁に吸着されるのを防止することによって、プラズマの製造効率を極大化することのできる効果もある。
【００４２】
本発明は、図面に図示された実施例を参考に説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野で通常の知識を有した者なら、これより多様な変形及び均等な他実施例が可能であるという点が理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のプラズマ反応炉を示した断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明によるセラミック内壁を示した斜視図である。
【図４】本発明による永久磁石体を示した斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年12月16日(2003.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に垂直の反応炉１１１を有する反応管１１と、この反応管１１の外側を包む高周波コイル１２，及び前記反応炉１１１の内側壁の内側に具備され、外部からアルゴンガスが供給されて内部に投入され得るように、多数のガス通過ホール１３２が穿孔され、側壁の間にガス移動通路１３１の具備されたセラミック内壁１３とを含む胴体１と；
前記反応炉１１１の上部に密閉装着され、反応炉１１１と貫通する粉末注入管２１の具備された上部カバー２とから成るのだが、
前記高周波コイル１２の外側の周りには、反応炉内のプラズマを圧縮して、プラズマが反応炉１１１の側壁に吸着されないように、内側端の極性が同一な多数の永久磁石１４１が固定手段を介して一定間隔に組み合わされた永久磁石体１４が追加で具備されることを特徴とするナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項２】
前記反応管１１は、外部から水が満たされて循環され、セラミック内、外側壁１１２，１１３を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項３】
前記セラミック内壁１３に形成されたガス通過ホール１３２は、投入されるガスが反応炉の内部で螺旋形の渦流を起こせるように、入口に対して噴出口が下方及び一側方に傾斜づいて貫通形成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項４】
前記胴体１の外側の周りには、高周波コイル１２と反応管１１とを保護することができるように、多数の絶縁棒５が装着されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項５】
前記上部カバー２に具備された粉末注入管２１の噴出口の周りには、外部からアルゴンガスが流入されるガス流入口２１１が具備されており、上部カバー２の下面のすぐ内側には、外部から冷却水が流入され、下面を冷却する冷却管２１２が追加で具備されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項６】
前記胴体１の下部には、前記反応炉１１１と連通され、反応炉１１１の直径より相対的に大きい直径の反応炉３１１の具備された反応管３１と、この反応管３１の外側を包み、前記高周波コイル１２より相対的に容量の大きい高周波コイル３２，及び前記反応炉３１１の内側壁の内側に具備され、外部からアルゴンガスが供給されて内部に投入され得るように、多数のガス通過ホール３３２が穿孔され、側壁の間にガス移動通路３３１の具備されたセラミック内壁３３とを含む下部胴体３が追加で装着されることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載のナノ粉末量産用高周波誘導プラズマ反応炉。
【請求項７】
前記反応炉３１は、外部から水が満たされて循環され、セラミック内、外側壁３１２，３１３を含むことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項８】
前記セラミック内壁３３に形成されたガス通過ホール３３２は、投入されるガスが反応炉の内部で螺旋形の渦流を起こせるように、入口に対して噴出口が下方及び一側方に傾斜づいて貫通形成されることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項９】
前記高周波コイル３２の外側の周りには、反応炉内のプラズマを圧縮してプラズマが反応炉３１１の側壁に吸着されないように、内側端の極性が同一な多数の永久磁石３４１が固定手段を介して一定間隔で組み合わされた永久磁石体３４が追加で具備されることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項１０】
前記胴体１と下部胴体３の外側の周りには、高周波コイル１２と反応管１１とを保護することができるように、多数の絶縁棒５が装着されることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【請求項１１】
前記胴体１と下部胴体３との連結部の間には、各胴体の熱が伝導されるのを遮断する絶縁体４が追加で具備されることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のナノ粉末量産用プラズマ反応炉。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
前記のような目的を達成するための本発明は、内側に垂直の反応炉１１１を有する反応管１１と、この反応管１１の外側を包む高周波コイル１２，及び前記反応炉１１１の内側壁の内側に具備され、外部からアルゴンガスが供給されて内部に投入され得るように、多数のガス通過ホール１３２が穿孔され、側壁の間にガス移動通路１３１の具備されたセラミック内壁１３とを含む胴体１と；前記反応炉１１１の上部に密閉装着され、反応炉１１１と貫通する粉末注入管２１の具備された上部カバー２とから成るのだが、前記高周波コイル１２の外側の周りには、反応炉内のプラズマを圧縮して、プラズマが反応炉１１１の側壁に吸着されないように、内側端の極性が同一な多数の永久磁石１４１が固定手段を介して一定間隔に組み合わされた永久磁石体１４が追加で具備されることを特徴とするものである。


【国際調査報告】
2005529727.tif 000007
2005529727.tif 000008