(57)【要約】【課題】処理された材料の質量損失が減少され、反応器の動力技術特性値が反応器に当達する粒子の寸法に依存する材料の選択的プラズマ処理によって改良され得る方法と装置を提案させること。【解決手段】プラズマ内で分散材を処理する方法において、プラズマ形成ガスが反応室へ導入されてイオン化され、分散材が反応室へ導入され、プラズマの領域においてプラズマの作用の下で処理され、続いてプラズマの領域から取り出され、プラズマ形成ガスの導入と分散材の導入が互いに独立して且つ異なる方向から実行されることを提案される。  プラズマ内で分散材を処理する装置において、プラズマ発生器を有する反応室から成り、反応室がプラズマ形成ガス用の第一入口と分散材用の第二入口とを有し、第二入口が第一入口に関して空間的に分離されて位置されるので、分散材が外側からプラズマへ案内されることを提案される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ内で分散材を処理する方法において、プラズマ形成ガスが反応室へ導入されてイオン化され、分散材が反応室へ導入され、プラズマの領域においてプラズマの作用の下で処理され、続いてプラズマの領域から取り出され、プラズマ形成ガスの導入と分散材の導入が互いに独立して且つ異なる方向から実行されることを特徴とする方法。
【請求項２】
分散材の導入がプラズマ形成ガスの導入方向と反対方向において実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
分散材の導入がプラズマ形成ガスの導入方向を横切って実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
分散材の導入がプラズマに正接に実行されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
プラズマ形成ガスが反応室の底端から縦方向に上昇して導入されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
分散材が作用ガスに浮動しながらサイクロンに移動されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
サイクロンはその軸線がプラズマ形成ガスの導入方向と一致しているような形式で発生されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
分散材がプラズマ内の処理後にサイクロンの作用ガスによって冷却されることを特徴とする請求項６或いは７に記載の方法。
【請求項９】
プラズマ内で分散材を処理する装置において、プラズマ発生器を有する反応室から成り、反応室がプラズマ形成ガス用の第一入口と分散材用の第二入口とを有し、第二入口が第一入口に関して空間的に分離されて位置されるので、分散材が外側からプラズマへ案内されることを特徴とする装置。
【請求項１０】
第二入口が第一入口と正反対に位置されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
第二入口が第一入口に横方向に位置されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
第二入口は分散材がプラズマに正接に導入されるように位置されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
第一入口が反応室の底端に位置されることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
サイクロンを発生させる手段は反応室に位置されることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
サイクロンを発生させる手段は作用ガス用の第三入口と、吸引パイプと、吸引パイプに位置されたファンとから成り、第三入口が第一入口と正反対に位置され、吸引パイプが第一入口に横切って位置され、反応室へ中心をずれて開放することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
収集容器が処理された分散材を収容するように設けられていることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下には、プラズマ内の分散材を製造、浄化或いは変換する方法と装置が提案されている。この方法と装置はプラズマ条件下で分散材を変換する改良方法を可能とする。分散材が精巧に粉砕される材料として理解されて、分散材の個々の粒子がかなり変わる形状と寸法を有し得る。例えば、粒子が球状、細長い、針形状などである。多くの場合には、これらはシリコンのような鉱物材であり、高純度状態にもたらされるか、或いはプラズマの作用によって装置内で石英からの変換によって得られる。提案された方法と装置を使用すると、このタイプの材料が例えば化学的反応で製造され、望ましからぬ混入物を浄化され、他の材料との接着によって変換される。
【背景技術】
【０００２】
公知の方法と装置では、プラズマ形成ガスが上から反応室へ導入されてイオン化される。分散材が同時に反応室へ同じ方向に、即ち天から底へ導入されるので、分散材がプラズマの作用によって浄化されるか、或いは変換される。従って、すべてのこれら公知の方法と装置では、分散材の処理が平行な流れ原理によって実行される。この原理により作用する方法と装置が例えば米国特許第４３７９７７７号明細書（特許文献１）、米国特許第４６４２２０７号明細書（特許文献２）、米国特許第４８５３２５０号明細書（特許文献３）、米国特許第６３７９４１９号明細書（特許文献４）、米国特許出願公開第２００３／０１４３１５３号明細書（特許文献５）、米国特許出願公開第２００５／０２１７４２１号明細書（特許文献６）、米国特許出願公開第２００７／００２９２９１号明細書（特許文献７）と米国特許出願公開第２００７／０１３０６５６号明細書（特許文献８）に記載されている。一般に、公知の方法と装置では分散材を導入するために、プラズマの領域には高温となるので、冷却された入口が使用されることはどうしても必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４３７９７７７号明細書
【特許文献２】米国特許第４６４２２０７号明細書
【特許文献３】米国特許第４８５３２５０号明細書
【特許文献４】米国特許第６３７９４１９号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００３／０１４３１５３号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００５／０２１７４２１号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００７／００２９２９１号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００７／０１３０６５６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
適切な設計により、材料蒸発の結果として処理された材料の質量損失が減少され、反応器の動力技術特性値がこの後に記載された方法とその方法を実施する提案された装置によって反応器に当達する粒子の寸法に依存する材料の選択的プラズマ処理によって改良され得る。さらに、記載された方法と装置の実施例は、投資経費に関して経費効果の良く、処理された材料を取り除く有効な設計とプラズマ反応器の連続的目標作動時間の増加とを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
プラズマ内で分散材を処理する方法では、プラズマ形成ガスが反応室へ導入されてイオン化され、分散材が反応室へやプラズマの領域へ導入され、プラズマの作用の下で処理され、続いてプラズマの領域から取り除かれ、プラズマ形成ガスの導入と分散材の導入とが互いに独立して且つ異なった方向から実行されることが提案されている。プラズマ形成ガスと分散材の導入の空間的分離により、分散材が外見上、反応器の内側のプラズマへ導入される。それ故に、公知の解法に関して、分散材を反応室へ導入するのに使用された装置が極めて低い温度を受ける、というのは、分散材を導入するのに使用された入口がプラズマの直接作用を受けないからである。さらに、分散材の粒子のプラズマの作用が強制されていて、プラズマ形成ガスと分散材が反応室内の異なった方向に流れる。
【０００６】
この方法の一実施例では、分散材の導入がプラズマ形成ガスの導入方向の反対に実行されることが企図され得る。特にプラズマ形成ガスと分散材が反応室の対向端に導入される細長い反応室には、この実施例によると、プラズマ形成ガスと分散材の間の速度差が最高値に達して、それにより分散材の処理中のプラズマ効果が最高とされる。
【０００７】
この方法の他の実施例では、分散材の導入がプラズマ形成ガスの導入方向を横断して実現されるが企図され得る。これに関連して「プラズマ形成ガスの導入方向を横断して」という用語は、分散材がプラズマ形成ガスの導入方向に正確に垂直に反応室へ導入されること及び分散材がプラズマ形成ガスの方向と９０°から異なる角度を形成する方向に導入される、例えば、分散材がプラズマ形成ガスと正反対に導入されることを包含する。
【０００８】
分散材の導入が同時にプラズマに正接に実行される。「プラズマに正接に」という用語は、分散材がプラズマの中心へ正確に導入されなく、むしろプラズマの境界領域へ導入される事を指示する。方法のこの実施例は例えばこの後に詳細に説明されるように、反応室内のサイクロンの形状を支持するために使用され得る。
【０００９】
その外の実施例では、プラズマ形成ガスが反応室の下端から縦方向に上方に上昇して導入されることが設けられている。公知の方法と装置と対照に、それで、プラズマが反応室の底端に発生される。これは条件を与えるので、分散材が上からプラズマ形成ガスの導入方向へ導入されるので、分散材が重力によりプラズマの作用領域に到達する。
【００１０】
反応室内には、分散材の粒子が作用ガスに浮動しながらサイクロンに移動され、粒子にプラズマの作用を強制し且つプラズマ内の粒子の滞留時間を増加することが企図され得る。サイクロンは軸線がプラズマ形成ガスの導入方向と一致している方法で発生される。
【００１１】
さらに、プラズマとサイクロンが互いに関して配向されるので、分散材がプラズマ内の処理後にサイクロンの作用ガスにより冷却されることが企図され得る。分散材の完全に処理された粒子はサイクロンから且つ任意に反応室から連続的に取り除かれる。
【００１２】
この後に記載された装置は方法を実行させるために提案されている。公知のプラズマ反応器から開始して、プラズマ発生器を有する反応室から成り、プラズマ形成ガスの第一入口を有し、分散材の第二入口を備えているプラズマ内で分散材を処理する装置では、第二入口が第一入口に関して空間的に分離されて適応されるので、分散材が外側からプラズマへ案内されることが提案されている。
【００１３】
第二入口は第一入口と正反対に或いは第一入口と横方向に位置される、例えば「横方向に位置される」とは、第二入口の出口開口が形成プラズマに向けられていることを意味する。このタイプの第二入口の構成は、例えば分散材がプラズマに正接に導入されて、「プラズマに正接に」とは、分散材がプラズマの中心へ正確に導入されず、むしろ、プラズマの境界領域へ導入されることを意味するように、構成され得る。
【００１４】
例示的実施例では、第一入口が反応室の底端に位置され得る。プラズマ形成ガスがこの第一入口を通して反応室内で縦方向に上昇して導入されるならば、分散材が反応室の天端から下方へ縦方向に導入されて、例えばしかし（選択的に或いは付加的に）プラズマ形成ガスの方向を横断して、即ちプラズマ形成ガスの方向と水平に或いは９０°から異なる角度に、横方向から反応室へ導入され得る。
【００１５】
さらに、サイクロンを発生させる手段が反応室に位置されている。このタイプのサイクロンを発生させる手段が作用ガス用の第三入口と、吸引パイプと、吸引パイプに位置されたファンとから成る。第三入口は一実施例の装置において第一入口と反対に適応されている。吸引パイプは第一入口を横断して位置されて、中心を外れて反応室へ開放する。第一入口がプラズマ形成ガスの縦方向に上昇する入口方向を有する反応室の底端に位置されるならば、例えば、作用ガス用縦方向に下降する入口方向を有する第一入口と反対の第三入口は、反応室の底端に位置され得る。吸引パイプは第三入口と近似に、しかし第三入口と垂直に開放し、反応室内のガス流を発生させるファンと放出開口とを有する吸引パイプは反応室の縦方向に配向した長手方向軸線に関して中心を外れて配向されているので、反応室により発生されたガス流が反応室内にサイクロンを発生させる。
【００１６】
さらに、収集容器は処理された分散材を収容するように設けられている。この収集容器は現実の反応室の外側に位置され得て、取り外し連結部片により反応室に連結され得る。例えば、取り外し連結部片は反応室の下端に位置され得るので、分散材の処理された粒子がその重力のためにこの取り外し連結部片へ落下し、この方法で収集容器に到達する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】例示的実施例による装置の概略的表示を示す。
【図２】ガス流の軸方向と正接成分を例示するフローチャートを示す。
【図３】プラズマへの材料の軸方向導入により異なる寸法の粒子の軌道を示す。
【図４】プラズマへの材料の横方向供給により異なる寸法の粒子の軌道を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
工夫と装置は、以下に例示的実施例と関連した図面に基づいて詳細に説明される。
【実施例】
【００１９】
図１のプラズマ反応器は反応室５から成り、反応室の底端にプラズマ反応器２が位置されて、エネルギーがＲＦ発生器１から反応室へ供給される。反応室５は細長い形状を有し、その長手方向軸線が縦方向に配向されている。プラズマ形成ガス用の第一入口３が反応室５の底端に位置されて且つプラズマ反応器２に関して中央配向を有する。それで、プラズマ形成ガスが底から縦方向に上昇して反応室５へ導入されて、連続的にプラズマ反応器２の作用によってイオン化されるので、プラズマ４が反応室５の底領域に装備されている。
【００２０】
フィルタ１２を有する作用ガス用の第三入口６は反応室５の天端に位置される。第三入口６は作用ガスが縦方向に下降して反応室５へ導入されるように配向されている。分散材９の第二入口８は第三入口６に関して中央配向を有して位置されるので、分散材９がその周りに流れる作用ガスにより縦方向に下降して反応室５へ導入される。分散材９の付加的第二入口８は反応室５の側壁に位置されるので、選択的に或いは付加的に分散材９が９０°から異なる角度に中心からずれてプラズマ４へ導入され得る。
【００２１】
反応室５の内側に、分散材９の粒子が作用ガスに浮動しながらサイクロンに移動されて、粒子にプラズマ４の作用を強制してプラズマ４内の粒子の停滞時間を増加する。サイクロンが発生されるので、その軸線がプラズマ形成ガスの導入方向と一致していて、即ち、サイクロンの軸線とプラズマ形成ガスの導入が縦方向に生じるが、しかし対向方向に生じる。
【００２２】
反応室の内側のサイクロンは適切な手段によって発生される。例示的実施例では、これら手段はファン１０から成り、吸引パイプを介して中心をずれて反応室５の天領域に連結されていて、サイクロンの逆流作用を保証させる。
【００２３】
取り外し連結部片を介して反応室５の底部に連結されるプラズマ処理された分散材の収集容器７は反応室５の側に設けられている。
【００２４】
図２が反応室５の内側のガス流の軸方向と正接成分を例示する。プラズマ発生器２が旋回された後に、旋回プラズマ形成ガスが第一入口３を介して導入されて、反応室５の内側でサイクロンの加熱後に、ファン１０がスイッチを入れられ、その機能によりサイクロンの作用ガスが反応室５の天領域に位置した第三入口６の天部を介して引き込まれ、作用ガスがフィルタ１２を通過する。周囲空気と任意の独立的他のガスとの両方がサイクロンの作用ガスとして使用され得て、それにより材料のプラズマ処理のある或いは他の目的を実行するのに必要である。反応器は、サイクロンのガス流の正接成分の方向がプラズマ流の正接成分の方向に一致するような方法で構成されている。次に、分散材がプラズマ流と反対に供給されて、プラズマ流が、第二入口が頂点でサイクロンの軸線に配置される天第二入口８を介して及び／又は反応室５の横方向面に位置された第二入口８を通してプラズマ発生器２から出る。
【００２５】
図３と４を参照して、プラズマへの分散材の軸方向導入或いは横方向導入により異なる寸法の粒子の軌道が例示される。分散材に収容された粒子の特殊寸法分布を有する分散材は、個々の粒子寸法と形状の異なる抵抗要因の結果として反対に向いたプラズマ流による寸法によって分離される。より大きい粒子１４が大きな距離にわたりプラズマ流へ貫通し、反応器の高温ゾーンの内側により長い軌道と、それでより小さい粒子１３より長いプラズマ処理時間とを有する。
【００２６】
反応器の高温ゾーンで処理された粒子が遠心力の結果として反応室５の壁に旋回される。サイクロンの作用ガスによる冷却後に、作用ガスが反応室５の壁に沿って円形移動を実行し、取り外し連結部片１１を介して収集容器７に到達し、その収集容器が反応室５の底部に位置される。
【００２７】
材料のプラズマ処理の処理制御は座標を変更させることにより実行されて、座標を使用して、材料がプラズマ発生器の動力を変更させることにより且つファン１０の機能パラメータを変えることにより高温ゾーンに導入される。
【００２８】
記述から、装置が分散材の選択的プラズマ処理の能力を提供し、それは蒸気損失を減少させることにより材料の質量損失を減少させ、プラズマ処理の品質を改良させることがわかる。同じ理由のために、処理される材料の単位当たりのエネルギー経費が減少して、反応器の連続的目標作用時間が反応器の機能部分の表面にて減少した濃縮蓄積の結果として増加する。
【００２９】
例示的実施例では、プラズマ発生器２が共通の反応室５内のサイクロンに位置されていた。プラズマジェット４が縦方向上方に向けらているプラズマ発生器２の軸線は、サイクロンの軸線と一致するので、そのガスはこのタイプの装置の特殊なモードの作用と比較して互いに反対に流れる。分散材が一個以上の第二入口８を介してプラズマ流４と反対に供給されて、これら第二入口が反応室５の天部におけるプラズマ発生器２の軸線に位置されて且つ／又は反応室５の横方向面に配置されていて、プラズマ発生器２のプラズマ流４と正反対に配向される。前記方法の実行中の提案されたプラズマ反応器の実際の作用は、提案された設計が反応器の限定されない連続的作用時間を可能とし、材料のプラズ処理の高効率並びに１２０−２００μｍの平均粒子寸法で完全に処理された材料（９８−９９％）の取除きの高効率を備えるプラズマ反応器のより高い生産性を生じることを我々自体の実験で示された。
【符号の説明】
【００３０】
１．．．．．ＲＦ発生器
２．．．．．プラズマ発生器
３．．．．．第一入口
４．．．．．プラズマ
５．．．．．反応室
６．．．．．第三入口
７．．．．．収集容器
８．．．．．第二入口
９．．．．．分散材
１０．．．．ファン
１１．．．．取り外し連結部片
１２．．．．フィルタ
１３．．．．小さい粒子
１４．．．．大きい粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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