(57)【要約】  本発明の目的は、従来の高周波プラズマトーチの問題点を解決し、高周波プラズマの迅速なクエンチングとこれによる不安定性を克服できるプラズマトーチを開発することにある。  上記のような目的を達成するための本発明の一実施例によれば、本発明は、電磁波−高周波混成プラズマトーチを開示できる。前記電磁波−高周波混成プラズマトーチは、電磁波を発振させる電磁波発振器、前記電磁波発振器に電源を供給する電源供給部、前記電磁波発振器から発生した電磁波が伝送される電磁波伝送ライン、プラズマ形成ガスを注入するための第１プラズマ形成ガス供給部、前記電磁波伝送ラインから流入された電磁波と前記第１プラズマ形成ガス供給部から注入されたプラズマ形成ガスによりプラズマが発生される電磁波放電管、前記電磁波放電管から電磁波プラズマフローが流入される高周波放電管、前記高周波放電管と同軸であり、内部に誘導コイルが挿入されている誘導コイル構造体、前記高周波放電管を中心として冷却水が流入されて排出される冷却水路、及び前記高周波放電管にプラズマ形成ガスが流入される第２プラズマ形成ガス供給部を含むことができる。【選択図】図２
2016509337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を発振させる電磁波発振器、
前記電磁波発振器に電源を供給する電源供給部、
前記電磁波発振器から発生した電磁波が伝送される電磁波伝送ライン、
プラズマ形成ガスを注入するための第一プラズマ形成ガス供給部、
前記電磁波伝送ラインから流入された電磁波と前記第一プラズマ形成ガス供給部から注入されたプラズマ形成ガスによりプラズマが発生される電磁波放電管、
前記電磁波放電管から電磁波プラズマフローが流入される高周波放電管、
前記高周波放電管と同軸であり、内部に誘導コイルが挿入されている円筒形の誘導コイル構造体、
前記誘導コイル構造体を取り囲む外壁、
前記高周波放電管を中心に冷却水が流入されて排出される冷却水路、及び
前記高周波放電管にプラズマ形成ガスが流入される第２プラズマ形成ガス供給部
を含む、電磁波−高周波混成プラズマトーチ。
【請求項２】
前記高周波放電管に反応ガスを注入するための反応ガス供給部をさらに含む、請求項１に記載の電磁波−高周波混成プラズマトーチ。
【請求項３】
前記誘導コイル構造体に高周波を入出力するための高周波入出力用の銅管をさらに含む、請求項２に記載の電磁波−高周波混成プラズマトーチ。
【請求項４】
前記プラズマ形成ガスはＣＯ２であり、前記反応ガスはＣＨ４、Ｈ２ＯまたはＯ２のうち、一つである、請求項２に記載の電磁波−高周波混成プラズマトーチ。
【請求項５】
前記冷却水路は、前記外壁と前記誘導コイル構造体との間に存在する環状の第１冷却水路、及び前記誘導コイル構造体と前記高周波放電管との間に存在する環状の第２冷却水路を含み、前記第１冷却水路及び前記第２冷却水路は、連結されて外部から隔離されて前記冷却水路の一側部に注入された冷却水が前記冷却水路に沿って循環して他側部に排出が可能な、請求項２に記載の電磁波−高周波混成プラズマトーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波−高周波混成プラズマトーチに関するもので、より詳しくは、電磁波により発生したプラズマを高周波プラズマトーチに流入させる混成プラズマトーチに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁波を利用したプラズマトーチ及び高周波を利用したプラズマトーチを利用した合成方法及び装置は開発されて紹介されている。
【０００３】
従来の特許文献１登録特許第１０−０６３１８２８号を参照すれば、円筒形の誘導コイル構造体を有する一体型の誘導結合プラズマトーチが開示されている。
【０００４】
従来の特許文献１によれば、高周波プラズマトーチの誘導コイル部分を円筒形の誘導コイル構造体に形成し、トーチの外壁とプラズマ閉じ込め管との間に同軸に配置することによって、外壁と誘導コイル構造体との間、誘導コイル構造体と閉じ込め管との間に、二重の環状流路（２３、２４）を得て、高周波入力端を介して誘導コイル構造体とトーチの外壁とを一体化させることによって、トーチの主要構成品がトーチの外壁、誘導コイル構造体、プラズマ閉じ込め管に分離されるようにし、必要に応じてトーチの各構成品に対する最適の材料と加工法を選定、使用することによって、トーチの性能及び経済性を向上させる構成が開示されている。
【０００５】
このような従来の高周波プラズマトーチによれば、高周波プラズマトーチは、トーチの内部で、広くかつ大きな体積に形成される超高温（８、０００−１０、０００Ｋ）の熱プラズマを利用して固相粉末または噴霧液相の注入物を加熱して溶融または蒸發させたり、気体を加熱して熱分解またはエンタルピーを増加させることに使用することができる。このような作業は、通常２、０００Ｋ以上に耐えられる耐火物質からなる閉じ込め管の内部で行われるか、またはジェットの形態でプラズマの花火を噴出させて閉じ込め管の出口の外部で行うことができるため、高融点物質の溶射コーティング、超微細粉末の合成、化学蒸着、廃棄物焼却及び熱分解処理などの幅広い分野で用いられており、新技術開発のための多様な分野においてその活用性が増大されている。
【０００６】
無電極、大きな体積、適当なガス速度などの特徴を有する高周波プラズマトーチは、多様な科学と産業分野の適用に好ましいと思われる。しかし、電極の不在は、高周波プラズマトーチを、プラズマ内への反応物の流入のような外部の妨害要因に非常に敏感にさせる。実際、反応物の量が任意の小さな量を超過する時、反応物のプラズマ内への流入は、プラズマの揺動を発生させてプラズマの迅速なクエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎ）を誘導する。このような高周波プラズマの敏感な特徴は多様な分野への進出に妨害要因として作用する。
【０００７】
したがって、多様な分野において、高周波プラズマトーチの作動の成否は、特に、反応物がプラズマ内に注入される時、プラズマの安定的な維持の成否にかかっているといっても過言ではない。このためには、高周波プラズマ発生領域内に高温（〜５、０００Ｋ）、高密度のプラズマフローを流入することによって、高周波プラズマの迅速なクエンチングとこれによる不安定性を克服できる。
【０００８】
本発明者は、このような問題点を認識し、研究を重ねた結果、次のような構成を導入することによって、従来の高周波プラズマトーチの問題点を解決し、高周波プラズマの迅速なクエンチングとこれによる不安定性を克服できる電磁波−高周波混成プラズマトーチを開発するに至った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＫＲ１０−０６３１８２８Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、従来の高周波プラズマトーチの問題点を解決して、高周波プラズマの迅速なクエンチングとこれによる不安定性を克服できるプラズマトーチを開発することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記のような目的を達成するための本発明の一実施例によれば、本発明は、電磁波−高周波混成プラズマトーチを開示できる。前記電磁波−高周波混成プラズマトーチは、電磁波を発振させる電磁波発振器、前記電磁波発振器に電源を供給する電源供給部、前記電磁波発振器から発生した電磁波が伝送される電磁波伝送ライン、プラズマ形成ガスを注入するための第１プラズマ形成ガス供給部、前記電磁波伝送ラインから流入された電磁波と前記第１プラズマ形成ガス供給部から注入されたプラズマ形成ガスによりプラズマが発生される電磁波放電管、前記電磁波放電管から電磁波プラズマフローが流入される高周波放電管、前記高周波放電管と同軸で内部に誘導コイルが挿入されている誘導コイル構造体、前記誘導コイル構造体を取り囲む外壁、前記高周波放電管を中心に冷却水が流入されて排出される冷却水路、及び前記高周波放電管にプラズマ形成ガスが流入される第２プラズマ形成ガス供給部を含むことができる。
【００１２】
また、前記電磁波−高周波混成プラズマトーチは、前記高周波放電管に反応ガスを注入するための反応ガス供給部をさらに含むことができる。
【００１３】
また、前記電磁波−高周波混成プラズマトーチは、前記誘導コイル構造体に高周波を入出力するための高周波入出力用の銅管をさらに含むことができる。
【００１４】
また、前記プラズマ形成ガスは、ＣＯ2であり、前記反応ガスはＣＨ４、Ｈ２ＯまたはＯ２のうち、一つで有り得る。
【００１５】
また、前記冷却水路は、前記外壁と前記誘導コイル構造体との間に存在する環状の第１冷却水路、及び前記誘導コイル構造体と前記高周波放電管との間に存在する環状の第２冷却水路を含み、前記第１冷却水路及び前記第２冷却水路は連結され外部から隔離されて前記冷却水路の一側部に注入された冷却水が前記冷却水路に沿って循環して他側部に排出することができる。
【発明の効果】
【００１６】
上記のような本発明の構成によれば、高周波プラズマの発生領域内に高温〜５、０００Ｋ、高密度のプラズマフローを流入することによって、高周波プラズマの迅速なクエンチングとこれによる不安定性を克服できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施例に係る電磁波−高周波混成プラズマトーチの機能ブロック図である。
【図２】図２は、本発明の好ましい実施例に係る電磁波−高周波混成プラズマトーチの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付した図を参照して本発明の実施例に係る電磁波−高周波混成プラズマトーチに対して詳細に説明する。本発明は、多様な変更を加えることができ、多様な形態を有することができる。また、特定の各実施例を図示して本文に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。各図の説明において、類似の参照符号を類似の構成要素に対して付した。添付された図における構造物等の寸法は、本発明を明確にするために実際よりも拡大して示したものである。
【００１９】
第１、第２などの用語は、多様な構成要素を説明するために使用され得るが、前記各構成要素は、前記の各用語により限定されるべきではない。前記の各用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲に属しながら第１構成要素は第２構成要素と命名することができ、同様に第２構成要素も第１構成要素と命名することができる。
【００２０】
本発明において使用された用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明確に異なる意味をしない限り、複数の表現を含む。本発明において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたもの等の存在または付加可能性を排除しないことと理解されるべきである。
【００２１】
特に定義されない限り、技術的または科学的な用語を含めてここで使用されるすべての用語は、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者によって一般に理解されるものと同一の意味を有している。一般的に使用される辞書に定義されているものと同一の用語は、関連技術の文脈上に有する意味と一致する意味を有するものと解析されるべきであり、本発明で明確に定義しない限り、理想的な、または過度に形式的な意味に解析されない。
【００２２】
電磁波プラズマトーチ発生装置に対しては、本特許の発明者の先願登録特許である、大韓民国特許公報１０−０３９４９９４号が参照され、この特許は本願にそのまま参照として統合される。
【００２３】
図1は、本発明の好ましい実施例に係る電磁波−高周波混成プラズマトーチの機能ブロック図である。
【００２４】
電磁波−高周波混成プラズマトーチ１００は、電磁波を発振させる電磁波発振器１２０、前記電磁波発振器に電源を供給する電源供給部１１０、前記電磁波発振器から発生した電磁波が伝送される電磁波伝送ライン１３０、プラズマ形成ガスを注入するための第１プラズマ形成ガス供給部１７０、前記電磁波伝送ライン１３０から流入された電磁波と前記第１プラズマ形成ガス供給部から注入されたプラズマ形成ガスによりプラズマが発生される電磁波放電管１５０、前記電磁波放電管から電磁波プラズマフローが流入される高周波放電管１６０、前記高周波放電管と同軸で内部に誘導コイルが挿入されている誘導コイル構造体１１１、前記誘導コイル構造体を取り囲む外壁、前記高周波放電管を中心として冷却水が流入されて排出される冷却水路１９０、及び前記高周波放電管にプラズマ形成ガスが流入される第２プラズマ形成ガス供給部１８０を含むことができる。
【００２５】
また、前記電磁波−高周波混成プラズマトーチ１００は、前記高周波放電管に反応ガスを注入するための反応ガス供給部１４０をさらに含むことができる。
【００２６】
また、前記電磁波−高周波混成プラズマトーチ１００は、前記誘導コイル構造体に高周波を入出力するための高周波入出力用の銅管１１２をさらに含むことができる。
【００２７】
また、前記プラズマ形成ガスはＣＯ２であり、前記反応ガスはＣＨ４、Ｈ２ＯまたはＯ２ のうち、一つで有り得る。
【００２８】
また、前記冷却水路１９０は、前記外壁と前記誘導コイル構造体との間に存在する環状の第１冷却水路、及び前記誘導コイル構造体と前記高周波放電管との間に存在する環状の第２冷却水路を含み、前記第１冷却水路及び前記第２冷却水路は連結され外部から隔離されて前記冷却水路の一側部に注入された冷却水が前記冷却水路に沿って循環して他側部に排出することができる。
【００２９】
前記電源供給部１１０は、例えば電波電圧倍率器とパルス及び直流（ＤＣ）装置から構成されて前記電磁波発振器１２０に電力を供給するように構成することができる。
【００３０】
前記電磁波発振器１２０は、例えば１０Ｍｈｚ乃至１０ＧＨｚ帯域の電磁波を発振させるマグネトロンを使用することができる。
【００３１】
前記電磁波伝送ライン１３０は、導波管の一種であり、前記電磁波を電磁波放電管１５０に伝送するように構成される。
【００３２】
前記電磁波放電管１５０は、前記電磁波伝送ライン１３０を貫通するように設けられて前記電磁波伝送ライン１３０を通して入力される電磁波によりプラズマが生成される空間を提供するように構成される。
【００３３】
前記第１プラズマ形成ガス供給部１７０は、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）のようなプラズマを形成するためのガスを電磁波放電管１５０に供給する。
【００３４】
前記電磁波放電管１５０においては、電磁波によるプラズマが生成され、生成されたプラズマは、電磁波放電管と連結されている高周波放電管１６０に流入される。
【００３５】
前記冷却水路１９０を通して流入された冷却水は、外壁、前記誘導コイル構造体１１１、及び前記高周波放電管１６０の間を循環することによって、外壁、前記誘導コイル構造体１１１、及び前記高周波放電管１６０を冷却させる。
【００３６】
前記反応ガス供給部１４０を通して、例えばＣＨ４、Ｈ２ＯまたはＯ２のような反応ガスが前記高周波放電管１６０に流入することができる。
【００３７】
前記誘導コイル構造体１１１は、環状に前記高周波放電管１６０を取り囲んでいる誘導コイルを含むことができる。
【００３８】
前記高周波入出力用の銅管１１２を通して高周波を誘導コイルに入力すると、高周波の電流がファラデーの法則及びアンペアの法則によって渦電流による誘導加熱を利用して高周波放電管内にプラズマを形成させることができる。
【００３９】
図２は、本発明の好ましい実施例に係る電磁波−高周波混成プラズマトーチ２００の概略図である。
【００４０】
電源供給部で電磁波発振器に電源を供給すると、電磁波発振器によって電磁波が発振でき、電磁波発振器から発生した電磁波は、電磁波伝送ライン２３０を通して伝送することができる。
【００４１】
前記電磁波伝送ライン２３０は、図２に示された通り、電磁波が引き込まれる入口が０°〜９０°の間の、曲がった形態の導波管で有り得る。
【００４２】
第１プラズマ形成ガス供給部２７０を通して、例えば、ＣＯ２のようなプラズマ形成ガスを電磁波放電管２５０に注入できる。
【００４３】
図２に示された通り、前記電磁波伝送ライン２３０を貫通して環状の前記電磁波放電管２５０が形成されており、前記電磁波放電管２５０で前期電磁波伝送ライン２３０から流入された電磁波と前記第１プラズマ形成ガス供給部から注入されたプラズマ形成ガスとによりプラズマが発生できる。
【００４４】
前記電磁波伝送ライン２３０は、終端が塞がれているため、伝送された電磁波は反射され、例えば、電磁波伝送ライン２３０の終端部の１/４波長となるところに前記電磁波放電管２５０が貫通されるようにして、最も強い電気場が前記電磁波放電管２５０内に現れるようにすることができる。
【００４５】
前記電磁波放電管２５０と高周波放電管２６０とが連結されているため、前記電磁波放電管２５０から発生したプラズマは高周波放電管２６０に流入される。
【００４６】
高周波放電管２６０と同軸に環状の誘導コイル構造体２１１が形成されている。誘導コイル構造体２１１の内部には誘導コイル２１３が前記高周波放電管２３０と垂直軸に挿入されている。
【００４７】
外壁２１０が前記誘導コイル構造体２１１を取り囲んでいる。
【００４８】
冷却水路２９０ａ、２９０ｂ、２９０ｃ、２９０ｄを通して冷却水が前記高周波放電管を中心として冷却水が流入され排出されて前記外壁２１０、前記誘導コイル構造体２１１、及び前記高周波放電管２６０の間を循環することによって、前記外壁２１０、前記誘導コイル構造体２１１、及び前記高周波放電管２６０を冷却させる。
【００４９】
前記冷却水路２９０ａ、２９０ｂ、２９０ｃ、２９０ｄは、前記外壁２１０と前記誘導コイル構造体２１１との間に存在する環状の第１冷却水路２９０ｃ、及び前記誘導コイル構造体２１１と前記高周波放電管２６０との間に存在する環状の前記第２冷却水路２９０ｄを含み、前記第１冷却水路２９０ｃ及び前記第２冷却水路２９０ｄは連結され外部から隔離されて前記冷却水路の一側部２９０ａに注入された冷却水が前記冷却水路に沿って循環して他側部２９０ｂに排出することができる。
【００５０】
高周波入出力用の銅管２１２を通して前記誘導コイル構造体２１１に高周波が入力され、高周波電流がファラデーの法則及びアンペアの法則によって渦電流による誘導加熱を利用して前記高周波放電管２６０内にプラズマを形成させることができる。
【００５１】
前記第２プラズマ形成ガス供給部２８０は、例えば二酸化炭素ＣＯ２のようなプラズマを形成するためのガスを前記高周波放電管２６０に供給する。
【００５２】
反応ガス供給部２４０を通して、例えばＣＨ４、Ｈ２ＯまたはＯ２のような反応ガスが前記高周波放電管２６０に流入されることができる。
【００５３】
提示された各実施例に対する説明は、任意の本発明の技術分野において通常の知識を有する者が本発明を利用しまたは実施できるように提供される。このような各実施例に対する多様な変形は、本発明の技術分野において通常の知識を有する者に明白なものであり、ここに定義された一般的な原理は、本発明の範囲を逸脱することなく他の実施例に適用され得る。したがって、本発明は、ここに提示された各実施例に限定されるものではなく、ここに提示された原理及び新規の特徴と一貫する最も広義の範囲において解析されるべきである。
【図１】
2016509337.tif 000003
【図２】
2016509337.tif 000004
【国際調査報告】
2016509337.tif 000005
2016509337.tif 000006
2016509337.tif 000007
2016509337.tif 000008