(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波発振器と、このマイクロ波発振器からのマイクロ波を伝搬する第１の導波管と、この第１の導波管に連結され、マイクロ波によりプラズマを発生させる外導体及び内導体を有する第２の導波管と、この第２の導波管に連通され、プラズマによりガスの分解反応を行う反応器と、前記内導体に接続され、前記外導体に対して前記内導体を移動させる駆動手段と、前記反応器側から前記第１の導波管側に反射される反射波電力を検出する検出手段と、この検出手段による検出出力に基いて前記外導体に対する前記内導体の移動量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするガス分解装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記検出手段の検出出力が最小となるように、前記駆動手段により前記内導体の位置を設置することを特徴とする請求項１に記載のガス分解装置。
【請求項３】
前記内導体が前記外導体に接触したことを感知する感知手段を設け、前記制御手段は前記感知手段の出力に基いて前記駆動手段を停止するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のガス分解装置。
【請求項４】
前記駆動手段の回転軸と前記内導体の導体棒とを同軸上に配置したことを特徴とする請求項１に記載のガス分解装置。
【請求項５】
マイクロ波発振器と、このマイクロ波発振器からのマイクロ波を伝搬する第１の導波管と、この第１の導波管に連結され、マイクロ波によりプラズマを発生させる外導体及び内導体を有する第２の導波管と、この第２の導波管に連通され、プラズマによりガスの分解反応を行う反応器と、前記内導体に接続され、前記外導体に対して前記内導体を移動させる駆動手段と、前記反応器側から前記第１の導波管側に反射される反射波電力に応じて前記外導体に対する前記内導体の移動量を制御する制御手段と、前記駆動手段を支持する貫通孔を設けた支持部材と、この支持部材を冷却する冷却手段とを備えたことを特徴とするガス分解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波プラズマを利用してＰＦＣ（Ｐｅｒ  Ｆｌｕｏｒｏ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）等のガスを分解するガス分解装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のガス分解装置としては、例えば図５に示す構成のものがあった。図５は、従来のマイクロ波プラズマジェット型トーチと呼ばれるプラズマ発生装置がある。このプラズマ発生装置は、マイクロ波発振器２から出力されたマイクロ波を矩形導波管１により伝搬し、同軸導波管変換器２２により同軸導波管２３に導き、その同軸導波管２３の摺動可能な内導体２４とその同軸導波管２３の外導体２５との電極間にプラズマ放電を起こさせる。このとき、同軸導波管２３側から反応器２６に供給された被処理ガスは、高温粒子の衝突により原子間の結合が切れて分解される。
【０００３】
また、キャビテイを利用したプラズマ発生装置としては、例えば特開２０００−１２２８３号公報に記載されたような構成のものがあった。このようなキャビテイ型プラズマ発生装置では、マイクロ波発振器で発生したマイクロ波は矩形導波管により伝送され、このマイクロ波は金属導体及びプローブアンテナを介して円筒形空洞共振器に伝送される。このとき、円筒形空洞共振器内の電界は、電界強度の大きいＴＭ０１０モードが形成される。放電管内にガスを供給し、これにマイクロ波を照射すると、放電管内は電子エネルギが高く、温度が２０００Ｋ〜６０００Ｋの熱プラズマが発生するため、ガスは容易に原子レベルに解離し易い状態となって分解する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のマイクロ波プラズマジェット型プラズマ発生装置では、運転開始時にプラズマを点火させるために、一旦同軸導波管の内導体を移動させてその内導体と外導体の間隔を小さくして放電させることによりプラズマを点火させ、その後にその内導体を元の位置まで戻す必要があり、これを人手により行う必要があるという課題があった。一方、上記のような従来のキャビテイ型プラズマ発生装置では、運転開始時にコイルを利用する等の方法により放電管内で放電を起こさせ、これをトリガとしてプラズマを点火させる必要があるため装置自体の構成が複雑になるほか、電界強度を調整するためにプローブアンテナをスライドするような構成ではやはり人手に依らざるをえないという課題があった。さらに、プラズマ状態はガスの種類や流量等の影響を受けてマイクロ波の反射波が刻々と変化するが、従来のプラズマ発生装置において、反射波の電力を最小にするためには、スタブチューナ等を用いて反射波を相殺する必要があり、更に自動化のためにはオートチューナ等の高価なコンポーネントを必要とするという課題もあった。
【０００５】
この発明はかかる課題を解決するためになされたもので、プラズマの点火を開始するための特別な装置を必要とせず、自動的に電極間距離を調整し、その電極の長期間の使用を可能としうる新規なガス分解装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るガス分解装置は、マイクロ波発振器と、このマイクロ波発振器からのマイクロ波を伝搬する第１の導波管と、この第１の導波管に連結され、マイクロ波によりプラズマを発生させる外導体及び内導体を有する第２の導波管と、この第２の導波管に連通され、プラズマによりガスの分解反応を行う反応器と、前記内導体に接続され、前記外導体に対して前記内導体を移動させる駆動手段と、前記反応器側から前記第１の導波管側に反射される反射波電力を検出する検出手段と、この検出手段による検出出力に基いて前記外導体に対する前記内導体の移動量を制御する制御手段とを備えたものである。
【０００７】
この発明の請求項２に係るガス分解装置は、前記制御手段は、前記検出手段の検出出力が最小となるように、前記駆動手段により前記内導体の位置を設置することを特徴とする請求項１に記載のものである。
【０００８】
この発明の請求項３に係るガス分解装置は、前記内導体が前記外導体に接触したことを感知する感知手段を設け、前記制御手段は前記感知手段の出力に基いて前記駆動手段を停止するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のものである。
【０００９】
この発明の請求項４に係るガス分解装置は、前記駆動手段の回転軸と前記内導体の導体棒とを同軸上に配置したことを特徴とする請求項１に記載のものである。
【００１０】
この発明の請求項５に係るガス分解装置は、マイクロ波発振器と、このマイクロ波発振器からのマイクロ波を伝搬する第１の導波管と、この第１の導波管に連結され、マイクロ波によりプラズマを発生させる外導体及び内導体を有する第２の導波管と、この第２の導波管に連通され、プラズマによりガスの分解反応を行う反応器と、前記内導体に接続され、前記外導体に対して前記内導体を移動させる駆動手段と、前記反応器側から前記第１の導波管側に反射される反射波電力に応じて前記外導体に対する前記内導体の移動量を制御する制御手段と、前記駆動手段を支持する貫通孔を設けた支持部材と、この支持部材を冷却する冷却手段とを備えたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について、図１を用いて説明する。図１は、この実施の形態１に係るガス分解装置の主要な概略構成図である。図１において、１はマグネトロン等のマイクロ波発振器２から発せられたマイクロ波を導く矩形導波管で、その中央部にはガス供給口２１を配設している。２２はマイクロ波の伝送路を矩形導波管１から同軸導波管２３に変換する同軸導波管変換器、２３は同軸導波管で、先端が尖った棒状の構造であって摺動可能な内導体２４と円筒状の構造であって結合口２６を形成した外導体２５とにより構成されている。マイクロ波発振器２から発せられたマイクロ波は矩形導波管１により導かれ、同軸導波管変換器２２に到達する。同軸導波管２３の先端では、内導体２４と外導体２５を電極として放電が生じてマイクロ波のプラズマ２９が発生し、そのプラズマ２９は供給されるマイクロ波電力により維持される。このときのプラズマ２９は熱プラズマであり、全ての粒子が一定の温度になっている。
【００１３】
５は同軸導波管２３の外導体２５と結合する結合口２６により連通した反応器で、外導体２５と内導体２４との電極間において発生したマイクロ波プラズマ２９によりガス供給口２１から供給したガスを分解するための空間を形成するとともに、分解後の高温ガスを冷却してガス排出口２７からガスを排出する。２８は窓で、ガス供給口２１のマイクロ波発振器２側の矩形導波管１内に配置している。このため、ガス供給口２１から供給される被処理ガスはマイクロ波発振器２側には流れず、矩形導波管１から同軸導波管２３を通過して反応器５内でマイクロ波プラズマ２９中を通過する。
【００１４】
２０は矩形導波管１の略中間部に設置した方向性結合器で、それぞれマイクロ波発振器２から反応器５の方向に進むマイクロ波電力及び反応器５からマイクロ波発振器２の方向に進むマイクロ波電力（以下、反射波電力という。）を検出し、それぞれの電力に対応した電圧を出力するものである。３３はモータで、支え３５により矩形導波管１の管壁に固定するとともに、その回転軸にはねじ棒３１を固定している。３０は内部に雌ねじを切ったブロック、３２はねじ棒３１とモータ３３の回転軸とを接続するためのジョイントである。なお、ブロック３０と内導体２４とは接続バー４０により接続している。したがって、モータ３３を駆動させるとその回転軸の正逆方向の回転により、ねじ棒３１、ブロック３０及び接続バー４０を介して内導体２４を上下方向に移動させることが可能となる。
【００１５】
３４は制御装置で、方向性結合器２０により検出される反射波電力を一意的に決まる電圧に変換し、その電圧値に応じてモータ３３の駆動を制御するものである。次に、制御装置３４の制御方法について説明する。まず、プラズマの点火をする前の状態では、内導体２４は初期位置（元の位置）に設定する。プラズマを点火させるときには、制御装置３４により、モータ３３を駆動して内導体２４を移動させて外導体２５に接近させる。内導体２４が外導体２５に接近すると、内導体２４と外導体２５との電極間は電界が大きくなって絶縁破壊が生じ、放電が発生する。その放電を契機としてプラズマが点火することになる。このとき、内導体２４の位置を所定位置として設定する。内導体２４が所定位置に移動したときにプラズマが点火すれば、プラズマはマイクロ波の電力をよく吸収するためにマイクロ波の電力はプラズマを維持するために消費され、反射波電力は急激に小さくなる。したがって、方向性結合器２０によりその反射波電力を検出すれば、その反射波電力が急激に小さくなったときの内導体２４の位置が所定位置に対応することになる。一旦、プラズマが点火すれば、制御装置３４はモータ３３を駆動させて内導体２４を元の位置に戻す。内導体２４を元の位置に戻しても、マイクロ波の電力が供給されている間、プラズマは消えることなく維持される。
【００１６】
そのプラズマ２９は、熱プラズマであって全ての粒子が一定の温度になっている。このとき、被処理ガスは、高温粒子の衝突により原子間の結合が切れて分解される。分解されたガスは、反応器５内で冷却され、ガス排出口２７を通して排出される。
【００１７】
プラズマが点火している個所におけるマイクロ波の反射率は、プラズマ密度や内導体２４と外導体２５との位置関係により決定されるが、その反射率が小さい方がプラズマ発生装置として効率よくプラズマを点火し、更には効率よくガス分解を行えることになる。そのため、方向性結合器２０から得られる反射波の電力を最小にするように、制御装置３４はモータ３３の駆動を制御して内導体２４の外導体２５に対する位置を最適な所定位置に移動させる。一方、プラズマが維持されている間において、内導体２４の先端部を高温に曝した状態にしておくと僅かづづではあるが損耗するため、制御装置３４のモータ３３の駆動制御により内導体２４をわずかに外導体２５に近づけることができ、内導体２４の先端部の損耗による電極形状の変化を補償するようにして、結果的に、内導体２４の電極の使用期間を長くすることができる。
【００１８】
実施の形態２．
次に、実施の形態２について、図２を用いて説明する。図２は、この実施の形態２に係るガス分解装置の主要な概略構成図である。図２における図１と同一符号は同一又は相当部分を示すため説明を省略する。図２において、４１は内導体２４の先端部の軸が外導体２５に接触したときに、その接触を感知する機能、例えば感知手段を有する駆動手段である。この駆動手段４１は内導体２４の先端部の軸と外導体２５との接触を感知したときに、モータ３３に流す電流を小さくし、モータ３３による駆動力を小さくする。また、この駆動手段４１が内導体２４の先端部が外導体２５に接触したことを制御装置４２に伝達し、制御装置４２がモータ３３の駆動力を停止又は小さくするように構成してもよい。このように構成することにより、内導体２４が外導体２５に接触したときにも無理な力がかからず、内導体２４の電極構造が破損することが少なくなり、装置自体の信頼性が向上するほか、電極構造の寿命を長くすることができる。
【００１９】
実施の形態３．
次に、この実施の形態３について、図３を用いて説明する。図３は、この実施の形態３に係るガス分解装置の主要な概略構成図である。通常、実施の形態１又は２によるガス分解装置は、内導体２４を冷却するために内導体２４の上端部には冷却水の出入り口を設けている。このため、駆動手段４１と内導体２４とは接続バー４０により接続していた。しかし、冷却水の出入り口を他の場所に配置すれば、図３に示すように、駆動手段４１の駆動軸と内導体２４の棒状の軸とを同軸上に配設することが可能となる。このように構成すれば、内導体２４の上下方向の移動がよりスムーズに行えるという効果を奏する。
【００２０】
実施の形態４．
次に、この実施の形態４について、図４を用いて説明する。図４は、この実施の形態４に係るガス分解装置の主要な概略構成図である。前述のように、実施の形態１乃至３では、内導体２４を移動させるための駆動手段４１、モータ３３は、モータ支え３５駆動手段支え４３により支えているが、これらは同軸導波管変換器２２上に設置しているため、同軸導波管変換器２２は内部をマイクロ波が通過するので、温度上昇することがある。その熱が駆動手段４１、モータ３３に伝わってこれらを損傷するおそれがある。このため、実施の形態４では、支え３５に通風用穴４５を設け、ファン４４を取り付けることにより、支え３５を空冷し、熱の伝達を阻止するように構成したものである。したがって、装置自体の信頼性が更に向上するという効果を奏する。なお、冷却方法は、空冷に限らず、水冷でもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係るガス分解装置は、プラズマの点火を開始するための特別な装置を必要とせず、自動的に電極間距離を調整し、その電極の長期間の使用を可能とすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１に係るガス分解装置の主要な構成図である。
【図２】  実施の形態２に係るガス分解装置の主要な構成図である。
【図３】  実施の形態３に係るガス分解装置の主要な構成図である。
【図４】  実施の形態４に係るガス分解装置の主要な構成図である。
【図５】  従来のガス分解装置を示す主要構成図である。
【符号の説明】
１…矩形導波管、２…マイクロ波発振器、３…円筒形空胴共振器、５…反応器、２０…方向性結合器、２１…ガス供給口、２２…同軸導波管変換器、２３…同軸導波管、２４…内導体、２５…外導体、２６…結合口、２７…ガス排出口、２９…プラズマ、３４、４２…制御装置、３３…モータ、４０…接続バー、４４…ファン、４５…通風用穴。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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