JP2000012283A - Plasma generating device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波領域の
電磁波を利用したプラズマ生成装置に関するものであ
る。更に詳述すると、本発明は、大気圧雰囲気で用いら
れるプラズマトーチとして微量分析等に使用される原子
化源、半導体装置の生成のためのＣＶＤ（Chemical Vap
or Deposition)装置、エッチング装置、スパッタリング
装置、新規材料合成装置、有害ガス等の分解処理装置
（有機ハロゲン化合物分解装置）等に用いられる、マイ
クロ波領域の電磁波を利用したプラズマ生成装置に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma generator using electromagnetic waves in a microwave range. More specifically, the present invention relates to an atomization source used for microanalysis and the like as a plasma torch used in an atmospheric pressure atmosphere, and a CVD (Chemical Vap) for producing a semiconductor device.
The present invention relates to a plasma generation device using electromagnetic waves in the microwave range, which is used in an apparatus, an etching apparatus, a sputtering apparatus, a new material synthesizing apparatus, an apparatus for decomposing harmful gas and the like (organic halogen compound decomposition apparatus), and the like. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】マイクロ波領域の電磁波を利用した大気
圧雰囲気で用いられるプラズマトーチは、周波数１3.５
６ＭＨz 付近の高周波放電とともに、これまで、主とし
て微量分析等に使用される原子化源、半導体装置の生成
のためのＣＶＤ（ ChemicalVapor Deposition) 装置、
エッチング装置、スパッタリング装置に多く使われてい
る。2. Description of the Related Art A plasma torch used in an atmospheric pressure atmosphere using electromagnetic waves in a microwave region has a frequency of 13.5.
Along with the high-frequency discharge around 6 MHz, an atomization source mainly used for trace analysis, a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus for producing semiconductor devices,
It is widely used for etching equipment and sputtering equipment.
【０００３】これら高周波のなかでも電源が安価で操作
性が優れていることから工業周波数2.４５ＧＨz のマイ
クロ波の利用が装置化されつつあるが、新規材料合成装
置、有害ガス等の分解処理装置等についてはキャビティ
ー（空胴共振器）の設計が困難なためあまり用いられて
いない。[0003] Among these high frequencies, the use of microwaves having an industrial frequency of 2.45 GHz is being commercialized because of the low power supply and excellent operability among these high frequencies. These are not often used because the design of the cavity (cavity resonator) is difficult.
【０００４】従来のマイクロ波を利用した大気圧雰囲気
で用いられるプラズマ生成装置では、プラズマ等の生成
に関して、Spect. Chem. Acta, Vol.37B, p583 (1982)
等で、主に元素分析に使用されるキャビティーが論じら
れている。A conventional plasma generating apparatus used in an atmospheric pressure atmosphere using microwaves relates to generation of plasma and the like, Spect. Chem. Acta, Vol. 37B, p583 (1982).
For example, cavities mainly used for elemental analysis are discussed.
【０００５】ここで、マイクロ波放電プラズマ生成を用
いた従来のプラズマトーチを図６及び図７を参照して説
明する。Here, a conventional plasma torch using microwave discharge plasma generation will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG.
【０００６】図６に示すプラズマトーチにおいては、キ
ャビティー（空胴共振器）０１は約１０ｍｍの円筒形で
側面には同軸コネクター０２が取り付けられ、この同軸
コネクター０２の内導体の先端にはワイヤがループアン
テナ０３となるようキャビティー０１の端板に固定され
ている。マイクロ波０４は、同軸ケーブル（図示省略）
により伝送されてきて、同軸コネクター０２を介してキ
ャビティー０１に入力される。キャビティー０１の中心
軸上には放電管０５が設置され、この放電管０５には、
放電用ガス０６及び冷却ガス０７が供給される。また、
キャビティー０１にはチューナ０８が備えられている。
この従来のプラズマトーチでは、マイクロ波入力パワー
を約２００Ｗにしたときに、トーチ状の大気圧プラズマ
０９が得られる。In the plasma torch shown in FIG. 6, a cavity (cavity resonator) 01 has a cylindrical shape of about 10 mm, and a coaxial connector 02 is attached to a side surface thereof. Are fixed to the end plate of the cavity 01 so as to become the loop antenna 03. Microwave 04 is a coaxial cable (not shown)
And input to the cavity 01 via the coaxial connector 02. A discharge tube 05 is provided on the central axis of the cavity 01, and the discharge tube 05
Discharge gas 06 and cooling gas 07 are supplied. Also,
The cavity 01 is provided with a tuner 08.
In this conventional plasma torch, when the microwave input power is set to about 200 W, a torch-like atmospheric plasma 09 is obtained.
【０００７】図７に示すプラズマトーチにおいては、キ
ャビティー（空胴共振器）０１０に、矩形導波管０１１
を介してマイクロ波０１２が導入される。キャビティー
０１０には、矩形導波管０１１に接続された、円形リッ
ジ０１３が備えられている。この円形リッジ０１３は、
ドアノブ型の同軸導波管変換器の同軸部分を極端に短く
したものであり、結果的にはリッジ導波管のように導波
管高さが小さくされており、矩形導波管０１１内で形成
される定在波に対して電界を強化する効果を奏する。そ
して、円形リッジ０１３の中心部に放電管０１４が設け
られている。この放電管０１４には、放電用ガス０１５
及び冷却ガス０１６が供給される。なお、０１７は電界
ベクトルである。このプラズマトーチでは、マイクロ波
入力パワーを約１ｋＷにしたときに、トーチ状の大気圧
プラズマ０１８が得られる。In the plasma torch shown in FIG. 7, a rectangular waveguide 011 is provided in a cavity (cavity resonator) 010.
The microwave 012 is introduced via. Cavity 010 has a circular ridge 013 connected to rectangular waveguide 011. This circular ridge 013
This is an extremely short coaxial portion of a doorknob type coaxial waveguide converter. As a result, the height of the waveguide is reduced as in a ridge waveguide. This has the effect of enhancing the electric field with respect to the standing wave that is formed. A discharge tube 014 is provided at the center of the circular ridge 013. The discharge tube 014 contains a discharge gas 015
And a cooling gas 016 are supplied. Note that 017 is an electric field vector. In this plasma torch, when the microwave input power is set to about 1 kW, a torch-shaped atmospheric pressure plasma 018 is obtained.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、図６に示す
従来技術では、キャビティー０１は、ＴＭ010 モードを
形成するものであるが、本来このモードは円筒内で軸対
象の電界を発生させるはずであるが、内部に設置された
ループアンテナ０３のためアンテナ部がひずんだ電界分
布となる。従って、放電管０５の内部のプラズマがうま
く中心軸上に維持できないという問題がある。なお、Ｔ
Ｍ010 モードとは、Transverse MagneticModeであり、
キャビティー内部に電界の定在波の節や腹が無いモード
であり、電界の方向は、円筒形キャビティーの軸と同一
である。By the way, in the prior art shown in FIG. 6, the cavity 01 forms the TM010 mode. However, this mode should originally generate an axially symmetric electric field in the cylinder. However, due to the loop antenna 03 installed inside, the electric field distribution is distorted in the antenna unit. Therefore, there is a problem that the plasma inside the discharge tube 05 cannot be well maintained on the central axis. Note that T
The M010 mode is a Transverse Magnetic Mode,
This mode has no nodes or antinodes of the standing wave of the electric field inside the cavity, and the direction of the electric field is the same as the axis of the cylindrical cavity.
【０００９】また、図６に示す従来技術では、分解反応
等に富んだ反応性プラズマが内部に発生するとプラズマ
としての負荷が大きく変動する。このとき、キャビティ
ー軸方向及び径方向に取り付けたチューナ０８でインピ
ーダンスを調整するが、これらチューナ０８の挿入によ
って電界分布をさらに大きくひずませるため、チューナ
０８自体でのエネルギー損失（発熱）が大きくなり、長
時間の連続した放電を安定に維持できない等の問題があ
る。In the prior art shown in FIG. 6, when reactive plasma rich in a decomposition reaction or the like is generated inside, the load as plasma greatly varies. At this time, the impedance is adjusted by the tuners 08 mounted in the axial direction and the radial direction of the cavity. However, the insertion of these tuners 08 further distorts the electric field distribution, so that the energy loss (heat generation) in the tuners 08 themselves increases. In addition, there is a problem that a long continuous discharge cannot be stably maintained.
【００１０】更に、同軸ケーブルを用いるループアンテ
ナ０３によるエネルギー入力では、大電力を投入できな
いため、分解や材料合成等の処理速度を上げられないと
いう設備上の問題がある。[0010] Further, in the case of energy input by the loop antenna 03 using a coaxial cable, a large power cannot be supplied, so that there is a facility problem that the processing speed of decomposition, material synthesis, etc. cannot be increased.
【００１１】図７に示す従来技術では、同軸ケーブルを
使用せず矩形導波管０１１を使用しているため、比較的
大きな電力を放電管０１４内のプラズマ０１８に投入で
きるが、矩形導波管０１１の基本モードであるＴＥ10モ
ードの定在波を、マグネトロン（マイクロ波発生源）側
とキャビティー側の両終端板間で形成させるため、放電
管０１４側に電界を集中するように導波管高さ（電界方
向）を極端に狭くする必要がある。このため、マイクロ
波投入電力が高い場合や負荷の急激な変動が生じた場合
には、電界ベクトル０１７にひずみが生じ、導波管０１
１内で放電が起こる可能性がある。In the prior art shown in FIG. 7, since a rectangular waveguide 011 is used without using a coaxial cable, relatively large power can be applied to the plasma 018 in the discharge tube 014. In order to form a standing wave of TE 10 mode, which is the fundamental mode of 011, between the magnetron (microwave generation source) side and both end plates on the cavity side, the electric field is concentrated so as to concentrate on the discharge tube 014 side. It is necessary to make the tube height (electric field direction) extremely narrow. For this reason, when the microwave input power is high or the load fluctuates rapidly, the electric field vector 017 is distorted, and the waveguide 01
Discharge may occur within 1.
【００１２】更に、このようなかなり通常から外れた条
件での整合状態では、高調波等の発生により、マグネト
ロン（マイクロ波発生源）が影響を受け、電源が誤動作
し、マグネトロンの暴走に直結しやすいという欠点があ
る。また、マイクロ波電力約５００Ｗ以下では、上記理
由により、電界強度が安定せず、放電が着火しにくいと
いう欠点がある。Further, in a matching state under such a condition that is far from normal, a magnetron (microwave generation source) is affected by generation of harmonics and the like, and a power supply malfunctions, which directly leads to a runaway of the magnetron. There is a disadvantage that it is easy. Further, when the microwave power is about 500 W or less, there is a disadvantage that the electric field intensity is not stable and the discharge is hard to ignite for the above-described reason.
【００１３】本発明に関する大気圧でのプラズマ生成に
関しては、特開平２−１３１１１６号公報に示されてい
るように、アルゴンガスを用いて周波数１〜４０ＭＨz
の高周波放電及び周波数１〜３ＧＨz のマイクロ波放電
が誘導加熱方式として使われているが、有機ハロゲン化
合物のような分解性に富んだ分子性ガスを添加した系
で、かつ、大気圧条件で長時間安定に、かつ均一なプラ
ズマを生成することは現状では困難である。Regarding the plasma generation at atmospheric pressure according to the present invention, as shown in JP-A-2-131116, a frequency of 1 to 40 MHz using argon gas.
High-frequency discharge and microwave discharge at a frequency of 1 to 3 GHz are used as an induction heating method. However, this is a system to which a highly decomposable molecular gas such as an organic halogen compound is added. It is difficult at present to generate plasma that is stable over time and uniform.
【００１４】本発明は、上記実状に鑑みなされたもの
で、フロン、トリクロロメタン等の揮発性有機ハロゲン
化合物を高効率で分解することができるプラズマ生成装
置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a plasma generator capable of decomposing volatile organic halogen compounds such as chlorofluorocarbon and trichloromethane with high efficiency.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、マイクロ波を伝送すると共に開口が形成さ
れている矩形導波管と、前記開口を介して連通状態で前
記矩形導波管に結合しており、しかも中心軸が前記矩形
導波管内の電界方向に一致するように配置されている円
筒形空胴共振器と、前記円筒形空胴共振器の中心軸に対
して同軸となると共に前記開口を通る状態で配置され
て、前記矩形導波管及び前記円筒形空胴共振器を貫通し
ている誘電体製の放電管と、前記矩形導波管の底部に連
結されており、前記放電管を囲繞しつつ前記開口を通っ
て前記円筒形空胴共振器の内部にまで延在している金属
導体と、を有することを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a rectangular waveguide having an opening formed therein for transmitting microwaves and communicating with the rectangular waveguide through the opening. A cylindrical cavity resonator coupled to the tube and arranged so that the central axis coincides with the direction of the electric field in the rectangular waveguide, and coaxial with the central axis of the cylindrical cavity resonator And a discharge tube made of a dielectric, which is disposed so as to pass through the opening, penetrates the rectangular waveguide and the cylindrical cavity resonator, and is connected to a bottom of the rectangular waveguide. A metal conductor extending to the inside of the cylindrical cavity resonator through the opening while surrounding the discharge tube.
【００１６】また本発明の構成は、マイクロ波を伝送す
ると共に開口が形成されている矩形導波管と、前記開口
を介して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、し
かも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するよ
うに配置されている円筒形空胴共振器と、前記円筒形空
胴共振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を
通る状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形
空胴共振器を貫通している誘電体製の放電管と、前記矩
形導波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞し
つつ前記矩形導波管の内部に存在する金属導体と、前記
金属導体と放電管との間に介在されると共に前記金属導
体に摺接した状態で軸方向にスライド自在に備えられて
おり、前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部に
まで延在しているスライド式プローブアンテナと、を有
することを特徴とする。Further, according to the structure of the present invention, a rectangular waveguide transmitting microwaves and having an opening is coupled to the rectangular waveguide in a communicating state through the opening, and the center axis is Are arranged so as to coincide with the direction of the electric field in the rectangular waveguide, and are arranged so as to be coaxial with the central axis of the cylindrical cavity resonator and pass through the opening. And a discharge tube made of a dielectric material penetrating the rectangular waveguide and the cylindrical cavity resonator, and connected to a bottom portion of the rectangular waveguide, so as to surround the discharge tube. A metal conductor existing inside the rectangular waveguide, and is provided between the metal conductor and the discharge tube so as to be slidable in the axial direction while being in sliding contact with the metal conductor. Extending through the interior of the cylindrical cavity resonator And having a ride probe antenna.
【００１７】また本発明の構成は、マイクロ波を伝送す
ると共に開口が形成されている矩形導波管と、前記開口
を介して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、し
かも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するよ
うに配置されている円筒形空胴共振器と、前記円筒形空
胴共振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を
通る状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形
空胴共振器を貫通している誘電体製の放電管と、前記矩
形導波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞し
つつ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にま
で延在している金属導体と、前記円筒形空胴共振器の端
板に備えられて前記放電管を囲繞する環状金属導体と、
を有することを特徴とする。Further, according to the structure of the present invention, a rectangular waveguide transmitting microwaves and having an opening is coupled to the rectangular waveguide in communication with the opening through the opening, and the central axis Are arranged so as to coincide with the direction of the electric field in the rectangular waveguide, and are arranged so as to be coaxial with the central axis of the cylindrical cavity resonator and pass through the opening. And a discharge tube made of a dielectric material penetrating the rectangular waveguide and the cylindrical cavity resonator, and connected to a bottom portion of the rectangular waveguide, so as to surround the discharge tube. A metal conductor extending through the opening to the inside of the cylindrical cavity resonator, an annular metal conductor provided on an end plate of the cylindrical cavity resonator and surrounding the discharge tube,
It is characterized by having.
【００１８】また本発明の構成は、マイクロ波を伝送す
ると共に開口が形成されている矩形導波管と、前記開口
を介して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、し
かも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するよ
うに配置されている円筒形空胴共振器と、前記円筒形空
胴共振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を
通る状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形
空胴共振器を貫通している誘電体製の放電管と、前記矩
形導波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞し
つつ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にま
で延在している金属導体と、前記円筒形空胴共振器の端
板のうち前記放電管が貫通している部分に備えられて前
記放電管を囲繞するテーパ管と、を有することを特徴と
する。Further, according to the structure of the present invention, a rectangular waveguide transmitting microwaves and having an opening is coupled to the rectangular waveguide in a communicating state through the opening, and the center axis is Are arranged so as to coincide with the direction of the electric field in the rectangular waveguide, and are arranged so as to be coaxial with the central axis of the cylindrical cavity resonator and pass through the opening. And a discharge tube made of a dielectric material penetrating the rectangular waveguide and the cylindrical cavity resonator, and connected to a bottom portion of the rectangular waveguide, so as to surround the discharge tube. A metal conductor extending through the opening to the inside of the cylindrical cavity resonator; and a metal conductor provided in a portion of the end plate of the cylindrical cavity resonator through which the discharge tube passes. And a taper tube surrounding the discharge tube.
【００１９】また本発明の構成は、前記円筒形空胴共振
器の内部の電界としてＴＭ010 モードを形成させること
を特徴とする。Further, the structure of the present invention is characterized in that a TM010 mode is formed as an electric field inside the cylindrical cavity resonator.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態にかか
るプラズマ生成装置を説明する。なお、以下に説明する
プラズマ生成装置は、有機ハロゲン化合物を含んだガス
にマイクロ波を照射することによって熱プラズマを生成
し、この熱プラズマを利用して有機ハロゲン化合物を分
解させる有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ生成装置
である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. The plasma generation apparatus described below generates thermal plasma by irradiating a gas containing an organic halogen compound with microwaves, and decomposes the organic halogen compound using the thermal plasma. Is a plasma generating apparatus.
【００２１】〔第１の実施の形態〕先ず初めに本発明の
第１の実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプ
ラズマ生成装置を、図１及び図２を参照しつつ説明す
る。両図に示すように、矩形導波管１の始端部（左端
部）には周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振する
マイクロ波発振器２が備えられており、矩形導波管１の
終端部（右端部）近傍には開口１ａが形成されている。
この矩形導波管１は、始端部側から終端部側に向けて、
マイクロ波を伝送する。[First Embodiment] First, a plasma generating apparatus for decomposing an organic halogen compound according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. As shown in both figures, a microwave oscillator 2 that oscillates a microwave having a frequency of 2.45 GHz is provided at a start end (left end) of the rectangular waveguide 1, and a terminal end ( An opening 1a is formed near the right end.
This rectangular waveguide 1 moves from the start end side to the end end side,
Transmit microwaves.
【００２２】円筒形空胴共振器３は、前記開口１ａを介
して矩形導波管１に連通する状態で結合している。しか
も、円筒形空胴共振器３の中心軸が矩形導波管１内の電
界方向に一致するように配置している。そして、円筒形
空胴共振器３の上面が、開口１ａ（つまり、矩形導波管
１と円筒形空胴共振器３との結合部）の絞り３ａとなっ
ている。The cylindrical cavity resonator 3 is connected to the rectangular waveguide 1 through the opening 1a so as to communicate therewith. In addition, they are arranged so that the central axis of the cylindrical cavity resonator 3 coincides with the direction of the electric field in the rectangular waveguide 1. The upper surface of the cylindrical cavity resonator 3 serves as an aperture 3a of the opening 1a (that is, the coupling portion between the rectangular waveguide 1 and the cylindrical cavity resonator 3).
【００２３】誘電体製の放電管４は、円筒形空胴共振器
３の中心軸に対して同軸となると共に開口１ａを通る状
態で配置されて、矩形導波管１及び円筒形空胴共振器３
を貫通している。この放電管４の先端部（下端部）は、
円筒形空胴共振器３の端板３ｂを貫通して反応器５に連
通している。この放電管４の基端部（上端部）には、ガ
ス供給管６を介して、フロンガス７や空気８や水蒸気発
生器９からの水蒸気が供給される。The dielectric discharge tube 4 is arranged coaxially with the central axis of the cylindrical cavity resonator 3 and is disposed so as to pass through the opening 1a. Vessel 3
Penetrates. The tip (lower end) of the discharge tube 4 is
The end plate 3 b of the cylindrical cavity resonator 3 penetrates through and communicates with the reactor 5. The base end (upper end) of the discharge tube 4 is supplied with a CFC gas 7, air 8, and steam from a steam generator 9 via a gas supply tube 6.
【００２４】金属導体１０は、矩形導波管１の底部１ｂ
に連結されており、放電管４を囲繞しつつ開口１ａを通
って円筒形空胴共振器３の内部にまで延在されている。
この金属導体１０のうち、円筒形空胴共振器３内にまで
延在されている円筒部分が、プローブアンテナ１０ａと
なっている。The metal conductor 10 is provided at the bottom 1 b of the rectangular waveguide 1.
And extends to the inside of the cylindrical cavity resonator 3 through the opening 1 a while surrounding the discharge tube 4.
A cylindrical portion of the metal conductor 10 extending into the cylindrical cavity resonator 3 is a probe antenna 10a.
【００２５】一方、反応器５の下端は、容器１１内のア
ルカリ水溶液１２中に浸漬しており、容器１１の上部に
は排気ダクト１３が連結されている。On the other hand, the lower end of the reactor 5 is immersed in an alkaline aqueous solution 12 in a container 11, and an upper part of the container 11 is connected to an exhaust duct 13.
【００２６】かかる構成となっている有機ハロゲン化合
物分解用のプラズマ生成装置では、マイクロ波発振器２
で発生したマイクロ波は、矩形導波管１により伝送さ
れ、このマイクロ波は、金属導体１０及びプローブアン
テナ１０ａを介して、円筒形空胴共振器３に伝送され
る。このとき、円筒形空胴共振器３内の電界としては、
電界強度の大きなＴＭ010 モードが形成される。しか
も、金属導体１０及びプローブアンテナ１０ａにより、
矩形導波管１内の電界モードと、円筒形空胴共振器３内
の電界モードとがカップリングされているため、円筒形
空胴共振器３内の電界は安定する。なお、図２におい
て、１４は、ＴＭ010 モードの電界が形成されていると
きの電界ベクトルを示す。In the plasma generator for decomposing an organic halogen compound having such a configuration, the microwave oscillator 2
Is transmitted by the rectangular waveguide 1, and the microwave is transmitted to the cylindrical cavity resonator 3 via the metal conductor 10 and the probe antenna 10a. At this time, the electric field in the cylindrical cavity resonator 3 is:
A TM010 mode having a large electric field intensity is formed. Moreover, with the metal conductor 10 and the probe antenna 10a,
Since the electric field mode in the rectangular waveguide 1 and the electric field mode in the cylindrical cavity resonator 3 are coupled, the electric field in the cylindrical cavity resonator 3 is stabilized. In FIG. 2, reference numeral 14 denotes an electric field vector when a TM010 mode electric field is formed.
【００２７】このとき、放電管４内に、有機ハロゲン化
合物を含んだガスを供給し、このガスにマイクロ波を照
射すると、放電管４内には、電子エネルギーが高く、温
度が２０００〜６０００Ｋの熱プラズマ１５が発生す
る。このため、有機ハロゲン化合物を含んだガスは、容
易に、塩素原子，フッ素原子，水素原子に解離し易い状
態になり分解する。At this time, when a gas containing an organic halogen compound is supplied into the discharge tube 4 and the gas is irradiated with microwaves, the discharge tube 4 has a high electron energy and a temperature of 2000 to 6000K. Thermal plasma 15 is generated. For this reason, the gas containing the organic halogen compound is easily dissociated into chlorine, fluorine and hydrogen atoms and decomposes.
【００２８】この場合、有機ハロゲン化合物の解離に大
量のエネルギー吸収等が発生し、負荷変動が大きい状態
になるが、電界強度が大きいＴＭ010 モードの電界を形
成すると共に、矩形導波管１内の電界モードと、円筒形
空胴共振器３内の電界モードとをカップリングさせてい
るため、負荷変動に耐えて安定して、有機ハロゲン化合
物の分解ができる。[0028] In this case, a large amount of energy absorption or the like occurs in the dissociation of the organic halogen compound, the load fluctuation becomes large state, with an electric field of electric field strength is greater TM 010 mode, the rectangular waveguide 1 Is coupled to the electric field mode in the cylindrical cavity resonator 3, so that the organic halogen compound can be decomposed stably withstanding load fluctuation.
【００２９】〔第１実施例〕ここで、図１及び図２に示
すプラズマ生成装置により有機ハロゲン化合物を分解し
たときの、第１実施例を説明する。[First Embodiment] Here, a first embodiment in which an organic halogen compound is decomposed by the plasma generating apparatus shown in FIGS. 1 and 2 will be described.
【００３０】この第１実施例はフロンＲ１２を分解する
例であり、熱プラズマ１５を生成する円筒形空胴共振器
３を内径９０ｍｍ，長さ３５ｍｍとし、プローブアンテ
ナ１０ａと円筒形空胴共振器３の端板３ｂとのギャップ
長さを１５ｍｍとし、外径１２ｍｍ，内径１１ｍｍの石
英製の放電管４を、金属導体１０及びプローブアンテナ
１０ａの内部に貫通させて円筒形空胴共振器３内に取り
付けた。The first embodiment is an example in which CFCs R12 are decomposed. The cylindrical cavity resonator 3 for generating the thermal plasma 15 has an inner diameter of 90 mm and a length of 35 mm, and the probe antenna 10a and the cylindrical cavity resonator are formed. The gap length between the end plate 3b and the end plate 3b is 15 mm, and a quartz discharge tube 4 having an outer diameter of 12 mm and an inner diameter of 11 mm penetrates through the metal conductor 10 and the probe antenna 10a. Attached to.
【００３１】円筒形空胴共振器３の内部の放電管４には
フロンガス（Ｒ１２）７を大気圧、流量１０リットル／
ｍｉｎで供給した。そして2.４５ＧＨz のマイクロ波
が、マイクロ波発振器２から矩型導波管１に取り付けた
金属導体１０及びプローブアンテナ１０ａを経て、円筒
形空胴共振器３内に導かれ、円筒形空胴共振器３内に形
成されたＴＭ010 モードの軸方向電界により放電を発生
させた。The discharge tube 4 inside the cylindrical cavity resonator 3 is filled with Freon gas (R12) 7 at atmospheric pressure and a flow rate of 10 liter / liter.
min. Then, a microwave of 2.45 GHz is guided from the microwave oscillator 2 through the metal conductor 10 attached to the rectangular waveguide 1 and the probe antenna 10a into the cylindrical cavity resonator 3, and the cylindrical cavity resonance is generated. Discharge was generated by an axial electric field of TM010 mode formed in the vessel 3.
【００３２】放電は大気圧でも従来の方法と比較して、
十分安定しており、解析的に求められた電界ベクトル１
４は円筒形空胴共振器３の中心で高電界を維持している
ことがわかった。フロンガス７は放電した熱プラズマ１
５により反応器５内で分解された後、アルカリ水溶液１
２（水酸化カルシウム）中を通過し、除害処理され、炭
酸ガス等を含む残りのガスは排気ダクト１３から排出し
た。The discharge is performed at atmospheric pressure as compared with the conventional method.
Electric field vector 1 that is sufficiently stable and analytically determined
It was found that No. 4 maintained a high electric field at the center of the cylindrical cavity resonator 3. Freon gas 7 is discharged thermal plasma 1
5, after being decomposed in the reactor 5 by an alkaline aqueous solution 1
2 (calcium hydroxide), and the remaining gas including carbon dioxide gas was discharged from the exhaust duct 13.
【００３３】フロンの分解率は反応器５内のガスを一部
採取し、プラズマ有無のフロン濃度のガスクロ分析から
算出した。フロン供給量１kg／ｈでマイクロ波パワーを
パラメータとした場合の分解率測定の実験結果を表１に
示す。The decomposition rate of chlorofluorocarbon was calculated by gas chromatography analysis of the chlorofluorocarbon concentration with or without plasma by partially collecting the gas in the reactor 5. Table 1 shows the experimental results of the decomposition rate measurement when the microwave power was used as a parameter at a supply rate of 1 kg / h of chlorofluorocarbon.
【００３４】また、この試験において、空気８を混入し
たフロン１３４ａについても同様の試験を行った。結果
を表１に示す。この表から、フロン１３４ａについても
同様の分解が可能であることが確認された。In this test, a similar test was conducted for Freon 134a mixed with air 8. Table 1 shows the results. From this table, it was confirmed that the same decomposition was possible for Freon 134a.
【００３５】一方、添加ガスとしてアルゴンや空気等が
混入しても、マイクロ波パワーを調節すれば、ほぼ同程
度の分解率が得られることも実験的に確認した。On the other hand, it was experimentally confirmed that even if argon, air, or the like was added as an additive gas, almost the same decomposition rate could be obtained by adjusting the microwave power.
【００３６】[0036]
【表１】 [Table 1]
【００３７】上記第１実施例において、対象となる有機
ハロゲン化合物の分解反応機構は、次のようになってい
る。代表的な例としてエアコン等の冷媒に使用されてい
るフロンＲ１２（ＣＣｌ2Ｆ2 ）については、 ＣＣｌ2 Ｆ2 ＋２Ｈ2 Ｏ → ２ＨＣｌ＋２ＨＦ＋ＣＯ
2 と考えられ、生成物の除害には次の反応を用いることが
できる。 ２ＨＣｌ＋２ＨＦ＋２Ｃａ（ＯＨ）2 → ＣａＣｌ2
＋ＣａＦ2＋４Ｈ2 Ｏ また、塩素を含まない代替フロンとして知られ、分解が
比較的困難とされていたフロン１３４ａ（ＣＦ3 ＣＨ2
Ｆ）についても本発明は有効である。反応例を次に示
す。 ＣＦ3 ＣＨ2 Ｆ＋２Ｈ2 Ｏ → ４ＨＦ＋ＣＯ2 ＋Ｃ Ｃは酸素等の存在下ではＣＯ2 に転化する。In the first embodiment, the decomposition reaction mechanism of the target organic halogen compound is as follows. As a typical example, Freon R12 (CCl 2 F 2 ) used for a refrigerant of an air conditioner or the like is represented by CCl 2 F 2 + 2H 2 O → 2HCl + 2HF + CO
The following reaction can be used to remove the product. 2HCl + 2HF + 2Ca (OH) 2 → CaCl 2
+ CaF 2 + 4H 2 O Further, Freon 134a (CF 3 CH 2
The present invention is also effective for F). An example of the reaction is shown below. CF 3 CH 2 F + 2H 2 O → 4HF + CO 2 + CC C is converted to CO 2 in the presence of oxygen or the like.
【００３８】〔第２の実施の形態〕次に本発明の第２の
実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ
生成装置を、要部断面図である図３を参照して説明す
る。[Second Embodiment] Next, a plasma generating apparatus for decomposing an organic halogen compound according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００３９】第２の実施の形態に係る有機ハロゲン化合
物分解用のプラズマ生成装置では、有機ハロゲン化合物
に水蒸気を添加したガスの添加量を変化させても放電を
安定化できるよう、電界強度調整用のチューナとなるス
ライド式プローブアンテナ２０を設けたものである。In the plasma generating apparatus for decomposing an organic halogen compound according to the second embodiment, the electric field intensity is adjusted so that the discharge can be stabilized even when the amount of the gas obtained by adding water vapor to the organic halogen compound is changed. Is provided with a slide-type probe antenna 20 serving as a tuner.
【００４０】更に説明すると、図３に示すように、金属
導体１０は、矩形導波管１の底部１ｂに連結されてお
り、放電管４の上部を囲繞して矩形導波管１の内部に存
在しているが、円筒形空胴共振器３の内部にまでは延在
されていない。この金属導体１０と放電管４との間に
は、円筒状のスライド式プローブアンテナ２０が介在さ
れて軸方向にスライド自在に備えられている。このスラ
イド式プローブアンテナ２０は、金属導体１０に摺接し
て金属導体１０からのマイクロ波を伝送するものであ
り、開口１ａを通って円筒形空胴共振器３の内部にまで
延在している。このスライド式プローブアンテナ２０を
スライドさせることにより、円筒形空胴共振器３内での
スライド式プローブアンテナ２０の長さを調整すること
により、放電管４の内部で発生する熱プラズマ１５等の
負荷変動に対して電界強度を調整することができる。To further explain, as shown in FIG. 3, the metal conductor 10 is connected to the bottom 1b of the rectangular waveguide 1, and surrounds the upper part of the discharge tube 4 and is inside the rectangular waveguide 1. Although present, it does not extend into the interior of the cylindrical cavity resonator 3. A cylindrical sliding probe antenna 20 is interposed between the metal conductor 10 and the discharge tube 4 so as to be slidable in the axial direction. The slide type probe antenna 20 transmits the microwave from the metal conductor 10 in sliding contact with the metal conductor 10, and extends to the inside of the cylindrical cavity resonator 3 through the opening 1a. . By adjusting the length of the slide-type probe antenna 20 in the cylindrical cavity resonator 3 by sliding the slide-type probe antenna 20, the load such as the thermal plasma 15 generated inside the discharge tube 4 is adjusted. The electric field strength can be adjusted with respect to the fluctuation.
【００４１】このため、従来のマイクロ波トーチのよう
に、プラズマ条件の変化に伴う負荷変動に対して使用電
力範囲が大きくとれるため、これまで、分解が十分でき
なかった有機ハロゲン化合物についても分解が十分にで
きる。For this reason, as in the case of the conventional microwave torch, the range of electric power used can be widened with respect to load fluctuations due to changes in plasma conditions, and organic halogen compounds that could not be sufficiently decomposed before can be decomposed. Can do enough.
【００４２】〔第２実施例〕ここで、図３に示すプラズ
マ生成装置により有機ハロゲン化合物を分解したとき
の、第２実施例を説明する。[Second Embodiment] Here, a second embodiment in which an organic halogen compound is decomposed by the plasma generating apparatus shown in FIG. 3 will be described.
【００４３】図３に示すプラズマ生成装置では、有機ハ
ロゲン化合物と水蒸気の混合ガスにマイクロ波を照射す
ることによって生成する熱プラズマ１５中で、フロン
（Ｒ１２）を分解させる。図３に示すプラズマ生成装置
では、矩型導波管１の底面１ｂから円筒形空胴共振器３
内に引き込んだ金属導体の長さすなわちスライド式プロ
ーブアンテナ２０の長さを調節することによって、放電
管４内部で発生するプラズマ等の負荷変動に対して電界
強度を調整した。In the plasma generating apparatus shown in FIG. 3, chlorofluorocarbon (R12) is decomposed in a thermal plasma 15 generated by irradiating a mixed gas of an organic halogen compound and water vapor with microwaves. In the plasma generator shown in FIG. 3, a cylindrical cavity resonator 3 is formed from the bottom surface 1b of the rectangular waveguide 1.
By adjusting the length of the metal conductor drawn into the inside, that is, the length of the sliding probe antenna 20, the electric field intensity was adjusted with respect to a load variation such as plasma generated inside the discharge tube 4.
【００４４】プローブアンテナ長に対するフロン分解率
は第１実施例と同様にして求めた。フロン供給量１kg／
ｈ及び水蒸気供給量１kg／ｈでマイクロ波パワーをパラ
メータとした場合の分解率測定の実験結果を表２に示
す。この試験において、添加ガスとしてアルゴンや空気
等が混入しても、マイクロ波パワーを調節すれば、ほぼ
同程度の分解率が得られることがわかった。The CFC decomposition ratio with respect to the probe antenna length was determined in the same manner as in the first embodiment. Freon supply 1kg /
Table 2 shows the experimental results of the measurement of the decomposition rate when the microwave power was used as a parameter at a feed rate of 1 kg / h for 1 h / water vapor. In this test, it was found that almost the same decomposition rate could be obtained by adjusting the microwave power even when argon, air, or the like was mixed in as an additive gas.
【００４５】[0045]
【表２】 [Table 2]
【００４６】〔第３の実施の形態〕次に本発明の第３の
実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ
生成装置を、要部断面図である図４を参照して説明す
る。[Third Embodiment] Next, a plasma generating apparatus for decomposing an organic halogen compound according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００４７】第３の実施の形態に係る有機ハロゲン化合
物分解用のプラズマ生成装置では、円筒形空胴共振器３
の中心軸上での電界強度を強化するように工夫したもの
である。つまり、図４に示すように、円筒形空胴共振器
３の端板３ｂには、放電管４を囲繞する状態で環状金属
導体２１を備えている。この環状金属導体２１を軸方向
に沿いスライド移動することができるようにしている。
このスライド移動により、電界強度の強化量を調整する
ことができる。In the plasma generating apparatus for decomposing an organic halogen compound according to the third embodiment, the cylindrical cavity resonator 3
Are devised so as to enhance the electric field strength on the central axis. That is, as shown in FIG. 4, the annular metal conductor 21 is provided on the end plate 3 b of the cylindrical cavity resonator 3 so as to surround the discharge tube 4. The annular metal conductor 21 can be slid along the axial direction.
By this slide movement, the amount of enhancement of the electric field strength can be adjusted.
【００４８】〔第３実施例〕ここで、図４に示すプラズ
マ生成装置により有機ハロゲン化合物を分解したとき
の、第３実施例を説明する。Third Embodiment Now, a third embodiment in which an organic halogen compound is decomposed by the plasma generating apparatus shown in FIG. 4 will be described.
【００４９】図４に示すプラズマ生成装置では、有機ハ
ロゲン化合物を含んだガスにマイクロ波を照射すること
によって生成する熱プラズマ１５中でフロン（Ｒ１２）
を分解する。このプラズマ生成装置では、円筒型空胴共
振器３の端板３ｂに放電管４を取り囲むように取り付け
た環状金属導体２１により、円筒形空胴共振器３の中心
軸上の電界強度を強化することができる。In the plasma generating apparatus shown in FIG. 4, fluorocarbon (R12) is generated in a thermal plasma 15 generated by irradiating a gas containing an organic halogen compound with microwaves.
Decompose. In this plasma generation device, the electric field strength on the central axis of the cylindrical cavity resonator 3 is enhanced by the annular metal conductor 21 attached to the end plate 3 b of the cylindrical cavity resonator 3 so as to surround the discharge tube 4. be able to.
【００５０】フロン分解率は第１実施例と同様にして求
めた。フロン供給量１kg／ｈ及び噴霧する水供給量１kg
／ｈで金属環の挿入長をパラメータとした場合の分解率
測定の実験結果を表３に示す。この試験において、添加
ガスとしてアルゴンや空気等が混入しても、マイクロ波
パワーを調節すれば、ほぼ同程度の分解率が得られるこ
とがわかった。The CFC decomposition rate was determined in the same manner as in the first embodiment. 1 kg / h of CFC supply and 1 kg of water spray
Table 3 shows the experimental results of the decomposition rate measurement when the insertion length of the metal ring was used as a parameter in / h. In this test, it was found that almost the same decomposition rate could be obtained by adjusting the microwave power even when argon, air, or the like was mixed in as an additive gas.
【００５１】[0051]
【表３】 [Table 3]
【００５２】〔第４の実施の形態〕次に本発明の第４の
実施の形態に係る有機ハロゲン化合物分解用のプラズマ
生成装置を、要部断面図である図５を参照して説明す
る。[Fourth Embodiment] Next, a plasma generating apparatus for decomposing an organic halogen compound according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００５３】第４の実施の形態に係る有機ハロゲン化合
物分解用のプラズマ生成装置では、円筒形空胴共振器３
内部での電界強度を強化すると共に、熱プラズマ１５が
放電管４に接触するのを防止するように工夫したもので
ある。つまり、図５に示すように、円筒形空胴共振器３
の端板３ｂのうち、放電管４が貫通している部分には、
端板３ｂ側から円筒形空胴共振器３の内部に向かって絞
りこまれつつ、放電管４を囲繞しているテーパ管２２が
取り付けられている。In the plasma generating apparatus for decomposing an organic halogen compound according to the fourth embodiment, a cylindrical cavity resonator 3 is provided.
It is designed to enhance the electric field strength inside and prevent the thermal plasma 15 from contacting the discharge tube 4. That is, as shown in FIG.
Of the end plate 3b through which the discharge tube 4 penetrates,
A tapered tube 22 surrounding the discharge tube 4 is attached while being narrowed down from the end plate 3 b side toward the inside of the cylindrical cavity resonator 3.
【００５４】〔第４実施例〕ここで、図５に示すプラズ
マ生成装置により有機ハロゲン化合物を分解したとき
の、第４実施例を説明する。[Fourth Embodiment] Here, a fourth embodiment in which an organic halogen compound is decomposed by the plasma generating apparatus shown in FIG. 5 will be described.
【００５５】第４実施例において、フロン分解率は第１
実施例と同様にして求めた。フロン供給量0.１kg／ｈ及
び噴霧する水酸化カルシウムを溶解させたアルカリ水供
給量１kg／ｈでテーパ管有無での分解率測定の実験結果
を表４に示す。この試験において、添加ガスとしてアル
ゴンや空気等が混入しても、マイクロ波パワーを調節す
れば、ほぼ同程度の分解率が得られることがわかった。In the fourth embodiment, the decomposition rate of chlorofluorocarbon is 1
It was determined in the same manner as in the example. Table 4 shows the experimental results of the decomposition rate measurement with and without the taper tube when the supply amount of Freon was 0.1 kg / h and the supply amount of the alkaline water in which the calcium hydroxide to be sprayed was dissolved was 1 kg / h. In this test, it was found that almost the same decomposition rate could be obtained by adjusting the microwave power even when argon, air, or the like was mixed in as an additive gas.
【００５６】本実施例ではアルカリ水の供給方法として
壁面を流す方法を記載したが、反応器５内のプラズマを
取り囲むように直接アルカリ水噴霧してもよい。In this embodiment, the method of supplying the alkaline water through the wall surface is described, but the alkaline water may be directly sprayed so as to surround the plasma in the reactor 5.
【００５７】[0057]
【表４】 [Table 4]
【００５８】[0058]
【発明の効果】以上実施の形態及び実施例と共に具体的
に説明したように、本発明では、マイクロ波を伝送する
と共に開口が形成されている矩形導波管と、前記開口を
介して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、しか
も中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するよう
に配置されている円筒形空胴共振器と、前記円筒形空胴
共振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を通
る状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形空
胴共振器を貫通している誘電体製の放電管と、前記矩形
導波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞しつ
つ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にまで
延在している金属導体と、を有する構成とした。As described above in detail with the embodiments and examples, according to the present invention, a rectangular waveguide having an aperture formed therein for transmitting microwaves is communicated with the rectangular waveguide through the aperture. A cylindrical cavity resonator coupled to the rectangular waveguide at a central axis and arranged so that a central axis thereof coincides with an electric field direction in the rectangular waveguide; and a center of the cylindrical cavity resonator. A discharge tube made of a dielectric that is coaxial with the axis and is disposed so as to pass through the opening, and penetrates the rectangular waveguide and the cylindrical cavity resonator; and A metal conductor connected to a bottom portion and extending through the opening to the inside of the cylindrical cavity resonator while surrounding the discharge tube.
【００５９】かかる構成としたため、長時間の連続した
放電を安定に維持できる。また、同軸ケーブルを用いな
いため、大電力を投入でき、分解や材料合成等の処理速
度を上げられる。更に、導波管高さ等を特殊な構造にし
ないため、マイクロ波投入電力が高い場合や負荷の急激
な変動に容易に対応できる。また更に、負荷に応じたキ
ャビティー（円筒形空洞共振器）の調整ができるので試
料に応じて放電が容易に着火できる。With this configuration, continuous discharge for a long time can be stably maintained. In addition, since no coaxial cable is used, a large amount of power can be supplied, and the processing speed for disassembly and material synthesis can be increased. Further, since the waveguide height or the like is not made to have a special structure, it is possible to easily cope with a case where the microwave input power is high or a sudden change in the load. Further, since the cavity (cylindrical cavity resonator) can be adjusted according to the load, discharge can be easily ignited according to the sample.
【００６０】さらに、本発明によれば、これまで分解し
にくかった廃棄物中あるいは排気ガス中のフロンやトリ
クロロメタン等の有機ハロゲン化合物を高い分解率（９
9.９９％以上）で無害化処理できる。本発明で用いるキ
ャビティー（円筒形空洞共振器）は、大きなマイクロ波
電力を効率よく有機ハロゲン化合物を含んだガスを集中
的に供給し、効率良く安定にプラズマ化できる。さら
に、電磁波として整合等の制御性に優れることや量産化
電源が使用可能の点から、装置の小型化や低コスト化が
図れる。Furthermore, according to the present invention, organic halogen compounds such as chlorofluorocarbons and trichloromethane in waste or exhaust gas, which have been difficult to decompose so far, have a high decomposition rate (9%).
(9.99% or more). The cavity (cylindrical cavity resonator) used in the present invention can efficiently supply a large microwave power efficiently with a gas containing an organic halogen compound, and efficiently and stably generate plasma. Further, the size and cost of the apparatus can be reduced because of its excellent controllability such as matching as an electromagnetic wave and the ability to use a mass-produced power supply.
【００６１】また本発明では、マイクロ波を伝送すると
共に開口が形成されている矩形導波管と、前記開口を介
して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、しかも
中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するように
配置されている円筒形空胴共振器と、前記円筒形空胴共
振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を通る
状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形空胴
共振器を貫通している誘電体製の放電管と、前記矩形導
波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞しつつ
前記矩形導波管の内部に存在する金属導体と、前記金属
導体と放電管との間に介在されると共に前記金属導体に
摺接した状態で軸方向にスライド自在に備えられてお
り、前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にま
で延在しているスライド式プローブアンテナと、を有す
る構成とした。According to the present invention, a rectangular waveguide transmitting microwaves and having an opening formed therein is coupled to the rectangular waveguide in a communicating state via the opening, and the center axis of the rectangular waveguide is A cylindrical cavity resonator arranged so as to coincide with the direction of the electric field in the rectangular waveguide, and coaxial with the central axis of the cylindrical cavity resonator and arranged so as to pass through the opening; A dielectric discharge tube penetrating the rectangular waveguide and the cylindrical cavity resonator; and a dielectric discharge tube connected to the bottom of the rectangular waveguide and surrounding the discharge tube. A metal conductor present inside the wave tube, and provided slidably in the axial direction in a state of being interposed between the metal conductor and the discharge tube and in sliding contact with the metal conductor, passing through the opening. A slurry extending into the interior of the cylindrical cavity resonator And de probe antenna was configured to have.
【００６２】かかる構成としたため、放電管内部で発生
するプラズマ等の負荷変動に対して電界強度を補正する
ことができる。With this configuration, the electric field intensity can be corrected for a load variation such as plasma generated inside the discharge tube.
【００６３】また本発明では、マイクロ波を伝送すると
共に開口が形成されている矩形導波管と、前記開口を介
して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、しかも
中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するように
配置されている円筒形空胴共振器と、前記円筒形空胴共
振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を通る
状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形空胴
共振器を貫通している誘電体製の放電管と、前記矩形導
波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞しつつ
前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にまで延
在している金属導体と、前記円筒形空胴共振器の端板に
備えられて前記放電管を囲繞する環状金属導体と、を有
する構成とした。According to the present invention, a rectangular waveguide transmitting microwaves and having an opening formed therein is coupled to the rectangular waveguide in a communicating state through the opening, and the center axis is set to A cylindrical cavity resonator arranged so as to coincide with the direction of the electric field in the rectangular waveguide, and coaxial with the central axis of the cylindrical cavity resonator and arranged so as to pass through the opening; A discharge tube made of a dielectric material penetrating the rectangular waveguide and the cylindrical cavity resonator, and being connected to a bottom of the rectangular waveguide, and opening the opening while surrounding the discharge tube. A metal conductor extending through the inside of the cylindrical cavity resonator; and an annular metal conductor provided on an end plate of the cylindrical cavity resonator and surrounding the discharge tube. And
【００６４】かかる構成としたため、円筒形空胴共振器
の中心軸上の電界強度を強化することができる。With this configuration, the electric field strength on the central axis of the cylindrical cavity resonator can be enhanced.
【００６５】また本発明では、マイクロ波を伝送すると
共に開口が形成されている矩形導波管と、前記開口を介
して連通状態で前記矩形導波管に結合しており、しかも
中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一致するように
配置されている円筒形空胴共振器と、前記円筒形空胴共
振器の中心軸に対して同軸となると共に前記開口を通る
状態で配置されて、前記矩形導波管及び前記円筒形空胴
共振器を貫通している誘電体製の放電管と、前記矩形導
波管の底部に連結されており、前記放電管を囲繞しつつ
前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内部にまで延
在している金属導体と、前記円筒形空胴共振器の端板の
うち前記放電管が貫通している部分に備えられて前記放
電管を囲繞するテーパ管と、を有する構成とした。Further, in the present invention, a rectangular waveguide transmitting microwaves and having an opening formed therein is coupled to the rectangular waveguide in a communicating state through the opening, and the center axis is set at the center axis. A cylindrical cavity resonator arranged so as to coincide with the direction of the electric field in the rectangular waveguide, and coaxial with the central axis of the cylindrical cavity resonator and arranged so as to pass through the opening; A discharge tube made of a dielectric material penetrating the rectangular waveguide and the cylindrical cavity resonator, and being connected to a bottom of the rectangular waveguide, and opening the opening while surrounding the discharge tube. A metal conductor extending through the inside of the cylindrical cavity resonator; and a discharge tube provided at a portion of the end plate of the cylindrical cavity resonator through which the discharge tube penetrates. And a taper pipe surrounding the tapered pipe.
【００６６】かかる構成としたため、円筒形空胴共振器
内部の電界を強化することができると共に、円筒形空胴
共振器から放出されるプラズマが放電管に接触すること
を防止することができる。With this configuration, the electric field inside the cylindrical cavity can be strengthened, and the plasma emitted from the cylindrical cavity can be prevented from contacting the discharge tube.
【００６７】また本発明では、前記円筒形空胴共振器の
内部の電界としてＴＭ010 モードを形成させる構成とし
た。In the present invention, the TM010 mode is formed as an electric field inside the cylindrical cavity resonator.
【００６８】かかる構成としたため、電界強度を大きく
することができ、負荷変動が大きくても、安定してプラ
ズマを形成することができる。With this configuration, the electric field strength can be increased, and plasma can be stably formed even when the load varies greatly.
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る有機ハロゲン
化合物分解用のプラズマ生成装置を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing a plasma generation apparatus for decomposing an organic halogen compound according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る有機ハロゲン
化合物分解用のプラズマ生成装置の要部を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main part of a plasma generation apparatus for decomposing an organic halogen compound according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る有機ハロゲン
化合物分解用のプラズマ生成装置の要部を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a main part of a plasma generation apparatus for decomposing an organic halogen compound according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る有機ハロゲン
化合物分解用のプラズマ生成装置の要部を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a main part of a plasma generation apparatus for decomposing an organic halogen compound according to a third embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る有機ハロゲン
化合物分解用のプラズマ生成装置の要部を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing a main part of a plasma generation apparatus for decomposing an organic halogen compound according to a fourth embodiment of the present invention.
【図６】従来のプラズマトーチを示す構成図。FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional plasma torch.
【図７】従来のプラズマトーチを示す構成図。FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional plasma torch.
１ 矩形導波管 １ａ 開口 １ｂ 底部 ２ マイクロ波発振器 ３ 円筒形空胴共振器 ３ａ 絞り ３ｂ 端板 ４ 放電管 ５ 反応器 ６ ガス供給管 ７ フロンガス ８ 空気 ９ 水蒸気発生器 １０ 金属導体 １０ａ プローブアンテナ １１ 容器 １２ アルカリ水溶液 １３ 排気ダクト １４ 電界ベクトル １５ 熱プラズマ ２０ スライド式プローブアンテナ ２１ 環状金属導体 ２２ テーパ管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rectangular waveguide 1a Opening 1b Bottom 2 Microwave oscillator 3 Cylindrical cavity resonator 3a Aperture 3b End plate 4 Discharge tube 5 Reactor 6 Gas supply tube 7 Freon gas 8 Air 9 Steam generator 10 Metal conductor 10a Probe antenna 11 Vessel 12 Alkaline aqueous solution 13 Exhaust duct 14 Electric field vector 15 Thermal plasma 20 Sliding probe antenna 21 Ring metal conductor 22 Tapered tube
Claims (5)
されている矩形導波管と、 前記開口を介して連通状態で前記矩形導波管に結合して
おり、しかも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一
致するように配置されている円筒形空胴共振器と、 前記円筒形空胴共振器の中心軸に対して同軸となると共
に前記開口を通る状態で配置されて、前記矩形導波管及
び前記円筒形空胴共振器を貫通している誘電体製の放電
管と、 前記矩形導波管の底部に連結されており、前記放電管を
囲繞しつつ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内
部にまで延在している金属導体と、を有することを特徴
とするプラズマ生成装置。1. A rectangular waveguide that transmits microwaves and has an opening formed therein, and is coupled to the rectangular waveguide in a communicating state through the opening, and the central axis is the rectangular waveguide. A cylindrical cavity resonator arranged so as to coincide with a direction of an electric field in the tube; and the rectangular cavity arranged coaxially with a central axis of the cylindrical cavity resonator and passing through the opening. A dielectric discharge tube penetrating the waveguide and the cylindrical cavity resonator; being connected to the bottom of the rectangular waveguide, surrounding the discharge tube and passing through the opening; A metal conductor extending to the inside of the cylindrical cavity resonator.
されている矩形導波管と、 前記開口を介して連通状態で前記矩形導波管に結合して
おり、しかも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一
致するように配置されている円筒形空胴共振器と、 前記円筒形空胴共振器の中心軸に対して同軸となると共
に前記開口を通る状態で配置されて、前記矩形導波管及
び前記円筒形空胴共振器を貫通している誘電体製の放電
管と、 前記矩形導波管の底部に連結されており、前記放電管を
囲繞しつつ前記矩形導波管の内部に存在する金属導体
と、 前記金属導体と放電管との間に介在されると共に前記金
属導体に摺接した状態で軸方向にスライド自在に備えら
れており、前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内
部にまで延在しているスライド式プローブアンテナと、
を有することを特徴とするプラズマ生成装置。2. A rectangular waveguide that transmits microwaves and has an opening formed therein, and is coupled to the rectangular waveguide in a communicating state through the opening, and the central axis is the rectangular waveguide. A cylindrical cavity resonator arranged so as to coincide with a direction of an electric field in the tube; and the rectangular cavity arranged coaxially with a central axis of the cylindrical cavity resonator and passing through the opening. A dielectric discharge tube penetrating the waveguide and the cylindrical cavity resonator; and a dielectric discharge tube connected to the bottom of the rectangular waveguide and surrounding the discharge tube. A metal conductor existing inside, and provided slidably in the axial direction while being interposed between the metal conductor and the discharge tube and slidably contacting the metal conductor; Sliding probe that extends into the cavity And antenna,
A plasma generation device comprising:
されている矩形導波管と、 前記開口を介して連通状態で前記矩形導波管に結合して
おり、しかも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一
致するように配置されている円筒形空胴共振器と、 前記円筒形空胴共振器の中心軸に対して同軸となると共
に前記開口を通る状態で配置されて、前記矩形導波管及
び前記円筒形空胴共振器を貫通している誘電体製の放電
管と、 前記矩形導波管の底部に連結されており、前記放電管を
囲繞しつつ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内
部にまで延在している金属導体と、 前記円筒形空胴共振器の端板に備えられて前記放電管を
囲繞する環状金属導体と、を有することを特徴とするプ
ラズマ生成装置。3. A rectangular waveguide that transmits microwaves and has an opening formed therein, and is coupled to the rectangular waveguide in a communicating state through the opening, and the central axis is the rectangular waveguide. A cylindrical cavity resonator arranged so as to coincide with a direction of an electric field in the tube; and the rectangular cavity arranged coaxially with a central axis of the cylindrical cavity resonator and passing through the opening. A dielectric discharge tube penetrating the waveguide and the cylindrical cavity resonator; being connected to the bottom of the rectangular waveguide, surrounding the discharge tube and passing through the opening; A metal conductor extending to the inside of the cylindrical cavity resonator; and an annular metal conductor provided on an end plate of the cylindrical cavity resonator and surrounding the discharge tube. Plasma generator.
されている矩形導波管と、 前記開口を介して連通状態で前記矩形導波管に結合して
おり、しかも中心軸が前記矩形導波管内の電界方向に一
致するように配置されている円筒形空胴共振器と、 前記円筒形空胴共振器の中心軸に対して同軸となると共
に前記開口を通る状態で配置されて、前記矩形導波管及
び前記円筒形空胴共振器を貫通している誘電体製の放電
管と、 前記矩形導波管の底部に連結されており、前記放電管を
囲繞しつつ前記開口を通って前記円筒形空胴共振器の内
部にまで延在している金属導体と、 前記円筒形空胴共振器の端板のうち前記放電管が貫通し
ている部分に備えられて前記放電管を囲繞するテーパ管
と、を有することを特徴とするプラズマ生成装置。4. A rectangular waveguide transmitting microwaves and having an opening formed therein, and coupled to said rectangular waveguide in a communicating state through said opening, and a central axis of said rectangular waveguide is formed. A cylindrical cavity resonator arranged so as to coincide with a direction of an electric field in the tube; and the rectangular cavity arranged coaxially with a central axis of the cylindrical cavity resonator and passing through the opening. A dielectric discharge tube penetrating the waveguide and the cylindrical cavity resonator; being connected to the bottom of the rectangular waveguide, surrounding the discharge tube and passing through the opening; A metal conductor extending to the inside of the cylindrical cavity resonator; and an end plate of the cylindrical cavity resonator provided in a portion where the discharge tube penetrates and surrounds the discharge tube. And a taper tube.
または請求項４において、前記円筒形空胴共振器の内部
の電界としてＴＭ010 モードを形成させることを特徴と
するプラズマ生成装置。5. The method according to claim 1, 2 or 3.
5. The plasma generation apparatus according to claim 4, wherein a TM010 mode is formed as an electric field inside the cylindrical cavity resonator.
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| JP17435698A JP3615938B2 (en) | 1998-06-22 | 1998-06-22 | Plasma generator |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
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| CN109104808B (en) * | 2018-08-16 | 2024-02-06 | 清华大学 | Novel microwave plasma excitation device with long service life |
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