JP2001149771A - Microwave plasma device - Google Patents
Microwave plasma deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波プラズ
マ装置に関する。The present invention relates to a microwave plasma device.
【0002】[0002]
【従来の技術】マイクロ波で発生させたプラズマは、新
素材の合成や材料表面工学に用いられるだけでなく、機
械工業、電子工業、クリーニング業など各種の産業にお
いて、脱脂や洗浄を目的として使用されるトリクロロエ
チレン、1,1,1−トリクロロエタン、テトラクロロ
エチレン、四塩化炭素、1,1,2−トリクロロエタ
ン、1,2−ジクロロエタン等の有機ハロゲン化物質の
無害化処理、および製品塗装工場、溶剤取り扱い施設、
印刷工場、自動車塗装工場、ガソリンスタンド等から排
出される排ガス中の揮発性有機物質の無害化処理にも用
いられている。2. Description of the Related Art Microwave-generated plasma is used not only for synthesizing new materials and surface engineering, but also for degreasing and cleaning in various industries such as machinery, electronics, and cleaning. Treatment of organic halogenated substances such as trichlorethylene, 1,1,1-trichloroethane, tetrachloroethylene, carbon tetrachloride, 1,1,2-trichloroethane and 1,2-dichloroethane, and product coating plants and solvent handling facilities ,
It is also used for detoxifying volatile organic substances in exhaust gas discharged from printing plants, automobile painting plants, gas stations, and the like.
【0003】従来、このような用途に用いるものとし
て、マイクロ波によってプラズマを発生させるマイクロ
波プラズマ装置が知られている。例えば、特表平10−
503049号には、プラズマをある体積内に閉じこめ
てひとたび生起されたプラズマが散逸しないような形状
をしたプラズマを入れる容器と、マイクロ波エネルギー
を前記容器に放射してその中にプラズマを発生させる手
段と、前記プラズマを生起するための手段と、ひとたび
生起されたプラズマを持続するためにマイクロ波エネル
ギーの出力レベルを調節するための出力調節手段を有す
ること特徴とするマイクロ波プラズマ装置が開示されて
いる。Conventionally, a microwave plasma apparatus for generating plasma by microwaves has been known as one used for such an application. For example, Table 10-
No. 5,030,049 discloses a container for storing a plasma in which the plasma is confined within a certain volume so that once generated plasma does not dissipate, and means for radiating microwave energy to the container to generate plasma therein. A microwave plasma apparatus, comprising: means for generating the plasma; and output adjusting means for adjusting an output level of microwave energy to maintain the once generated plasma. I have.
【0004】上述のようなマイクロ波プラズマ装置で
は、一旦発生したプラズマを維持するためには、プラズ
マにエネルギーを与える必要があり、このプラズマ維持
のためのエネルギーはマイクロ波によって与えられる。
すなわち、マイクロ波の出力を増加させるとプラズマの
大きさが大きくなり、マイクロ波の出力を減少させると
プラズマが小さくなり、さらに出力が減少するとマイク
ロ波から与えられるエネルギーが小さくなりすぎてプラ
ズマが消失してしまう。このため、プラズマを維持する
ためには、一定以上の出力のマイクロ波を照射し続けな
ければならない。このプラズマの維持という観点から、
マイクロ波の照射は連続的であることが望ましいが、オ
フの部分が長すぎない限りパルス状のサイクルで照射す
ることもできる。In the microwave plasma apparatus as described above, it is necessary to apply energy to the plasma in order to maintain the plasma once generated, and the energy for maintaining the plasma is provided by the microwave.
In other words, increasing the microwave output increases the size of the plasma, decreasing the microwave output decreases the plasma, and decreasing the output further reduces the energy given by the microwave, causing the plasma to disappear. Resulting in. For this reason, in order to maintain the plasma, it is necessary to continuously irradiate a microwave having a certain output or more. From the viewpoint of maintaining this plasma,
The microwave irradiation is desirably continuous, but the irradiation can be performed in a pulse-like cycle as long as the off portion is not too long.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ここで、マイクロ波発
生のために投入されるエネルギーを低減させつつプラズ
マを維持するようにマイクロ波プラズマ装置を運転する
ためには、マイクロ波の出力をなるべく低減させるのが
好ましく、また、マイクロ波エネルギーをパルス状にす
ることも好ましいものであるが、このような運転を行う
場合には、必要以上のマイクロ波を照射して運転する場
合に比べプラズマが消失しやすい。排ガス中の揮発性有
機物質の分解処理を行っているような場合にプラズマが
消失すれば、排ガスがそのまま放出され環境汚染を引き
起こすという問題が生ずる。よって、プラズマが消失し
た場合には、直ちに再点火してプラズマを発生させるよ
うにしなければならない。しかし、上述のような従来の
マイクロ波プラズマ装置では、前記装置の容器内でプラ
ズマが発生するという構成を有するため、外部からプラ
ズマが消失したことを検出できないという問題が生じて
いた。また、例えば、マイクロ波プラズマ装置の後段に
揮発性有機物質検出装置を設置し、当該検出装置によっ
てプラズマの消失を間接的に知る方法もあるが、この場
合は検出までにタイムラグが生じるという問題もあっ
た。Here, in order to operate the microwave plasma apparatus so as to maintain the plasma while reducing the energy input for generating the microwave, the output of the microwave is reduced as much as possible. It is preferable that the pulsed microwave energy is used.However, in such an operation, the plasma disappears compared to the case where the operation is performed by irradiating more microwaves than necessary. It's easy to do. If the plasma disappears in a case where volatile organic substances in the exhaust gas are being decomposed, a problem arises that the exhaust gas is released as it is and causes environmental pollution. Therefore, when the plasma disappears, it must be immediately reignited to generate the plasma. However, the above-described conventional microwave plasma apparatus has a configuration in which plasma is generated in the container of the apparatus, and thus has a problem in that the disappearance of plasma from outside cannot be detected. In addition, for example, there is a method of installing a volatile organic substance detection device after the microwave plasma device and indirectly knowing the disappearance of plasma by the detection device, but in this case, there is a problem that a time lag occurs until detection. there were.
【0006】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、請求項1に係る発明は、経済的かつ効
率よくプラズマを維持できるマイクロ波プラズマ装置を
提供することを目的とし、請求項2に係る発明は、より
経済的かつ効率良くプラズマを維持できるマイクロ波プ
ラズマ装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a microwave plasma apparatus capable of maintaining plasma economically and efficiently. It is an object of the invention according to claim 2 to provide a microwave plasma device capable of maintaining plasma more economically and efficiently.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は請求項1とし
て、プラズマを容れる反応容器を有するマイクロ波プラ
ズマ装置であって、前記反応容器内にプラズマが存在し
ていることを確認する手段を有することを特徴とするマ
イクロ波プラズマ装置を提供する。また、本発明は請求
項2として、請求項1に記載のマイクロ波プラズマ装置
であって、反応容器内にプラズマが存在していることを
確認する手段が、光センサ、UVセンサまたは温度セン
サであるマイクロ波プラズマ装置を提供する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a microwave plasma apparatus having a reaction vessel containing a plasma, and having a means for confirming that plasma is present in the reaction vessel. A microwave plasma device is provided. According to a second aspect of the present invention, there is provided the microwave plasma apparatus according to the first aspect, wherein the means for confirming that plasma is present in the reaction vessel is an optical sensor, a UV sensor, or a temperature sensor. A microwave plasma device is provided.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態である、マイ
クロ波プラズマ装置の一態様を図1に示し、以下これを
説明する。図1のマイクロ波プラズマ装置10は、マイ
クロ波源11を有し、これは導波管12によってマイク
ロ波空洞13に接続されており、マイクロ波空洞13の
中には容器14が設置されている。マイクロ波源11の
スイッチが入るとマイクロ波空洞13内にマイクロ波の
場が発生し、その中に設置される容器14内にもマイク
ロ波の場が発生する。容器14にはガス入口17が設け
られており、揮発性有機物質を含むガスが前記ガス入口
17を通じて容器14内に導入され、プラズマ16の燃
料となる。プラズマ16を発生させるのに通常必要とさ
れるマイクロ波の出力は0.3〜5kWである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment of a microwave plasma apparatus according to an embodiment of the present invention, which will be described below. The microwave plasma device 10 of FIG. 1 has a microwave source 11, which is connected to a microwave cavity 13 by a waveguide 12, and a container 14 is provided in the microwave cavity 13. When the microwave source 11 is switched on, a microwave field is generated in the microwave cavity 13, and a microwave field is also generated in the container 14 installed therein. The container 14 is provided with a gas inlet 17, and a gas containing a volatile organic substance is introduced into the container 14 through the gas inlet 17 and becomes a fuel of the plasma 16. The microwave power normally required to generate the plasma 16 is between 0.3 and 5 kW.
【0009】図1に示すように、容器14は実質的に球
状であることが好ましいが、プラズマを発生、維持でき
るものであれば任意の形状とすることができる。また、
図1においては、容器14はマイクロ波空洞13内に配
置されているが、マイクロ波空洞13の壁自体が容器1
4となるような態様で構成されることもできる。容器1
4内のプラズマ16が高温になることに鑑みて、容器壁
は石英などの耐熱材で造られる。As shown in FIG. 1, the container 14 is preferably substantially spherical, but may have any shape as long as it can generate and maintain plasma. Also,
In FIG. 1, the container 14 is disposed in the microwave cavity 13, but the wall itself of the microwave cavity 13 is
4 can be configured. Container 1
In view of the high temperature of the plasma 16 in the container 4, the container wall is made of a heat-resistant material such as quartz.
【0010】容器14には点火口18も設けられてお
り、プラズマを生起させる際に、点火口18を通じて電
極19が挿入される。電極19が容器14内に存在する
ことによって、電極19の先端に隣接した部位のマイク
ロ波の場の強さが増大し、この領域のマイクロ波の場の
強さが充分大きくなると放電が始まる。その結果、電極
19の周辺の気体がイオン化し、プラズマ16が形成さ
れて容器14内の上部に浮遊する。容器14内にプラズ
マ16が生起した後、電極19は容器14から引き抜か
れる。これにより、電極19はマイクロ波の場から取り
除かれ、マイクロ波のディストーションが避けられるの
で、安定したプラズマ16が生成されることとなる。電
極19は尖った先端を有する細長い部材であり、導電材
料で造られていればよいが、金属電極の場合にはプラズ
マによって気化された金属が容器内にコーティングされ
ることとなりマイクロ波の場を妨害することとなり望ま
しくない。よって、マイクロ波の場に影響を与えないと
いう観点から、電極材料としては炭素繊維が好ましい。
容器14内のプラズマ16の大きさは、マイクロ波源1
1の出力レベルを変化させることによって調節される。
容器14の下部には排気口15が設けられており、揮発
性有機物質がプラズマと反応した後のガスが排気口15
から排気される。[0010] The container 14 is also provided with an ignition port 18, and an electrode 19 is inserted through the ignition port 18 when generating plasma. The presence of the electrode 19 in the container 14 increases the intensity of the microwave field at a portion adjacent to the tip of the electrode 19, and discharge starts when the intensity of the microwave field in this region becomes sufficiently large. As a result, the gas around the electrode 19 is ionized, and the plasma 16 is formed and floats on the upper part in the container 14. After the plasma 16 is generated in the container 14, the electrode 19 is withdrawn from the container 14. As a result, the electrode 19 is removed from the field of the microwave, and distortion of the microwave is avoided, so that stable plasma 16 is generated. The electrode 19 is an elongated member having a sharp tip, and may be made of a conductive material. In the case of a metal electrode, the metal vaporized by plasma is coated in the container, so that the microwave field is reduced. It is undesired because it interferes. Therefore, from the viewpoint of not affecting the microwave field, carbon fibers are preferable as the electrode material.
The size of the plasma 16 in the container 14 depends on the microwave source 1
1 by changing the output level.
An exhaust port 15 is provided at the lower part of the container 14, and the gas after the volatile organic substance has reacted with the plasma is supplied to the exhaust port 15.
It is exhausted from.
【0011】本発明の別の態様によると、プラズマの生
起は真空手段を用いて容器内の圧力を下げることによっ
て達成される。容器内の圧力は、容器へのマイクロ波エ
ネルギーの照射によりプラズマが自然に生起するような
圧力に達成するまで下げられ、次いで、プラズマが生起
したら、加圧手段によって容器内の圧力を実質的に大気
圧またはそれ以上の圧力になるまで少しずつ上げてい
く。容器内の圧力を次第に上昇させている間、プラズマ
は容器の上部領域に押し込められ、プラズマはマイクロ
波エネルギーの出力レベルの調整によって維持される。According to another aspect of the invention, the generation of the plasma is achieved by reducing the pressure in the vessel using vacuum means. The pressure in the vessel is reduced until the pressure of the microwave energy is applied to the vessel to achieve a pressure such that the plasma spontaneously occurs. Gradually increase until atmospheric pressure or higher. While gradually increasing the pressure in the vessel, the plasma is forced into the upper region of the vessel and the plasma is maintained by adjusting the power level of the microwave energy.
【0012】本発明にかかるマイクロ波プラズマ装置は
プラズマが存在していることを確認する手段を備えてお
り、図1の態様においてはプラズマが存在していること
を確認する手段として、容器14内にセンサ20が設け
られている。センサ20は容器14内でのプラズマ16
の存否を検出できるものであればよく、プラズマ16が
可視光、UV、熱などを発することから、例えば、これ
らを検出することができる光センサ、UVセンサ、温度
センサなどであることができる。The microwave plasma apparatus according to the present invention is provided with a means for confirming the presence of plasma. In the embodiment shown in FIG. Is provided with a sensor 20. The sensor 20 detects the plasma 16 in the container 14.
Since the plasma 16 emits visible light, UV, heat, and the like, it may be an optical sensor, a UV sensor, a temperature sensor, or the like that can detect such light.
【0013】図1の態様においては、センサ20は容器
14の内に配置されているが、容器が石英など、光透過
性を有する材質で形成されている場合には、光センサ、
UVセンサ等は容器14の外に配置され、容器を通過し
た光、UVを検出して容器内のプラズマの存否を確認す
ることができる。また、別の態様では、容器14の一部
が石英のような光透過性の材質で形成された窓を設け、
容器14の窓の部分の外側に光センサ、UVセンサ等を
配置して、窓を通過する光、UVを検出することにより
プラズマの存否を確認することもできる。さらに、他の
態様では、図1のように容器14がマイクロ波空洞13
内に配置されている場合で、容器14およびマイクロ波
空洞13の壁が石英のような光透過性の材質で形成され
ているか、またはそれぞれが光透過性の窓を有すること
により、マイクロ波空洞13の壁の外側に光センサ、U
Vセンサが配置され、容器14およびマイクロ波空洞1
3の壁を通過してくる光、UV等を検出することにより
プラズマの存否を確認することもできる。In the embodiment shown in FIG. 1, the sensor 20 is disposed inside the container 14, but when the container is formed of a material having a light transmitting property such as quartz, an optical sensor,
The UV sensor and the like are arranged outside the container 14, and can detect light passing through the container and UV to confirm the presence or absence of plasma in the container. In another embodiment, a part of the container 14 is provided with a window formed of a light-transmitting material such as quartz,
An optical sensor, a UV sensor, or the like may be arranged outside the window portion of the container 14, and the presence or absence of plasma can be confirmed by detecting light and UV passing through the window. Further, in another embodiment, as shown in FIG.
The container 14 and the wall of the microwave cavity 13 are formed of a light-transmitting material such as quartz, or each has a light-transmitting window, so that the microwave cavity is 13 light sensor outside the wall, U
V sensor is arranged, the container 14 and the microwave cavity 1
The presence or absence of plasma can also be confirmed by detecting light, UV, etc. passing through the wall of No. 3.
【0014】上述のように、容器14の外側、マイクロ
波空洞13の壁の外側に温度センサを配置するような態
様も可能であり、これらの場合には容器14、マイクロ
波空洞13の壁は光透過性の材質である必要はない。プ
ラズマの消失をタイムラグなく検出できるので光センサ
およびUVセンサが好ましい。As described above, it is also possible to arrange a temperature sensor outside the container 14 and outside the wall of the microwave cavity 13. In these cases, the wall of the container 14 and the wall of the microwave cavity 13 are formed. It does not need to be a light transmissive material. An optical sensor and a UV sensor are preferable because the disappearance of plasma can be detected without a time lag.
【0015】センサ20はライン21によって制御手段
22に接続される。この構成により、センサ20によっ
て検出されたプラズマの存否の信号がライン21を通じ
て制御手段22に送られることとなる。制御手段22と
しては、例えば、プラズマ存否の信号を受けて、プラズ
マが消滅した際にプラズマを再度生起させる手段を採用
することができ、これによりプラズマ消滅後、直ちにか
つ自動的にプラズマを生起させることが可能となる。ま
た、制御手段22はプラズマを再度生起させる手段に加
え、プラズマが生起しなかった場合には警告を発する手
段を備えたものであってもよく、これにより、プラズマ
が再生起しなかった場合であっても、これに対して迅速
な対応が可能となる。もちろん、制御手段22はこれに
限定されるものではなく、プラズマが消失した場合に単
に警告を発するだけの手段や、マイクロ波プラズマ装置
10に排ガスの供給を停止させるような手段など、種々
の手段を採用することができる。The sensor 20 is connected by a line 21 to control means 22. With this configuration, a signal indicating the presence or absence of plasma detected by the sensor 20 is sent to the control unit 22 through the line 21. As the control means 22, for example, a means for generating a plasma again when the plasma is extinguished upon receiving a signal indicating the presence or absence of the plasma can be employed. It becomes possible. Further, the control means 22 may be provided with a means for issuing a warning when no plasma is generated, in addition to the means for generating plasma again. Even so, a quick response to this is possible. Of course, the control means 22 is not limited to this, and various means such as a means for simply issuing a warning when the plasma has disappeared, a means for stopping the supply of the exhaust gas to the microwave plasma device 10, and the like. Can be adopted.
【0016】[0016]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のマイクロ
波プラズマ装置によれば、反応容器内にプラズマが存在
していることを確認する手段を有するので、従来のマイ
クロ波プラズマ装置に比べ、プラズマが消滅した場合に
直ちに再点火するなど迅速に対応できることとなる。ま
た、マイクロ波プラズマ装置への導入電力を低減しつつ
装置の安定的な運転が可能となるので、プラズマ処理効
率の向上および低コストを達成できる。As described above, according to the microwave plasma apparatus of the present invention, since the means for confirming that the plasma exists in the reaction vessel is provided, the microwave plasma apparatus can be compared with the conventional microwave plasma apparatus. When plasma is extinguished, re-ignition can be performed immediately, for example, so that quick response can be taken. In addition, since stable operation of the microwave plasma apparatus can be performed while reducing the power to be introduced into the apparatus, the plasma processing efficiency can be improved and the cost can be reduced.
【図1】 図1は本発明に係るマイクロ波プラズマ装置
の一態様である。FIG. 1 is an embodiment of a microwave plasma device according to the present invention.
10 マイクロ波プラズマ装置 20 センサ 22 制御手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Microwave plasma apparatus 20 Sensor 22 Control means
Claims (2)
クロ波プラズマ装置であって、前記反応容器内にプラズ
マが存在していることを確認する手段を有することを特
徴とするマイクロ波プラズマ装置。1. A microwave plasma apparatus having a reaction vessel containing plasma, comprising: means for confirming that plasma is present in said reaction vessel.
置であって、反応容器内にプラズマが存在していること
を確認する手段が、光センサ、UVセンサまたは温度セ
ンサであるマイクロ波プラズマ装置。2. The microwave plasma apparatus according to claim 1, wherein the means for confirming that plasma exists in the reaction vessel is an optical sensor, a UV sensor, or a temperature sensor. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34010999A JP2001149771A (en) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | Microwave plasma device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34010999A JP2001149771A (en) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | Microwave plasma device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001149771A true JP2001149771A (en) | 2001-06-05 |
Family
ID=18333816
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34010999A Pending JP2001149771A (en) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | Microwave plasma device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001149771A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005524962A (en) * | 2002-05-08 | 2005-08-18 | ダナ・コーポレーション | Plasma generating apparatus having a plurality of radiation sources and method therefor |
-
1999
- 1999-11-30 JP JP34010999A patent/JP2001149771A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005524962A (en) * | 2002-05-08 | 2005-08-18 | ダナ・コーポレーション | Plasma generating apparatus having a plurality of radiation sources and method therefor |
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