利用磁场的等离子体的控制方法和使用它的排气处理装置
阅读：627发布：2023-01-23
专利汇可以提供利用磁场的等离子体的控制方法和使用它的排气处理装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种排气处理装置中的利用 磁场 的 等离子体 的控制方法和使用它的排气处理装置，不会显著地增大 能量 的消耗量或降低处理的绝对量，而能够通过简单的方法和构造，提高通过等离子体进行的排气的处理效率。在通过在反应管(1)内产生的等离子体来对导入到反应管(1)内的排气进行分解而处理的排气处理装置中，通过在反应管(1)内产生磁场，来控制在反应管(1)内产生的等离子体的状态。，下面是利用磁场的等离子体的控制方法和使用它的排气处理装置专利的具体信息内容。
1.一种排气处理装置中的利用磁场的等离子体的控制方法，通过使排气处理装置的导入排气的等离子体放电部件产生磁场来控制在等离子体放电部件中产生的等离子体的状态，其特征在于，
通过在反应管(1)的上部侧的空气中配设上部电极(2)并在反应管(1)的下部侧配设下部电极(3)来构成等离子体放电部件，在反应管(1)的外周部分上，卷绕地配设线圈(71)，通过在该线圈(71)中流过电流来产生磁场，使所述磁场的磁力线以及等离子体放电部件的电子的流动方向在反应管(1)的中央区域成为反应管(1)的轴方向，通过所发生的磁场来防止电子和带电粒子的散乱，从而减少等离子体的损耗。
2.一种排气处理装置，通过在反应管(1)内产生的等离子体来对导入到导入排气的反应管(1)内的排气进行分解而处理，其特征在于：
在反应管(1)的上部侧的空气中配设上部电极(2)，在反应管(1)的下部侧配设下部电极(3)，并且在反应管(1)的外周部分上，卷绕地配设线圈(71)，通过在该线圈(71)中流过电流来使反应管(1)内产生磁场，由此使所述磁场的磁力线以及等离子体放电部件的电子的流动方向在反应管(1)的中央区域成为反应管(1)的轴方向，控制在反应管(1)内产生的等离子体的状态，通过所发生的磁场来防止电子和带电粒子的散乱，从而减少等离子体的损耗。
3.根据权利要求2所述的排气处理装置，其特征在于：
在反应管(1)的外周侧配设水冷套管(11)，在反应管(1)的外周以及水冷套管(11)的外周，卷绕地配设线圈(71)。
利用磁场的等离子体的控制方法和使用它的排气处理装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种排气处理装置中的利用磁场的等离子体的控制方法和使用它的排气处理装置，特别涉及通过产生磁场而控制等离子体的状态，从而能够提高利用等离子体进行的排气的处理效率的排气处理装置中的利用磁场的等离子体的控制方法和使用它的排气处理装置。
背景技术
[0003] 在该排气处理装置中，作为提高所处理的排气的分解效率的方法，有以下的方法等：(1)增加等离子体长度(放电距离)的方法，(2)减小导入排气的反应管的直径的方法，(3)通过从切线方向向反应管导入排气来引起回旋流的方法。
[0005] 另外，(2)的减小反应管的直径的方法由于提高等离子体和排气的接触效率而提高处理效率，但相反，处理的绝对量减少，另外由于反应管的管壁和等离子体接近而反应管容易受到损伤，在装置的耐久性这一点上有问题。
[0006] 另外，(3)的从切线方向向反应管导入排气的方法由于等离子体和排气的接触效率提高，所以处理效率提高，但有反应管的排气的导入部分的构造变得复杂的问题。
[0007] 专利文献1：日本特开2008-194551号公报
发明内容
[0008] 本发明就是鉴于上述现有的利用了等离子体的排气处理装置所具有的问题点，其目的在于：提供一种排气处理装置中的利用磁场的等离子体的控制方法和使用它的排气处理装置，能够不显著地增大能量的消耗量或者降低处理的绝对量地，通过简易的方法和构造，提高通过等离子体进行的排气的处理效率。
[0009] 为了达到上述目的，本发明的排气处理装置中的利用磁场的等离子体的控制方法的特征在于：通过在排气处理装置的等离子体放电部件中产生磁场，而控制在等离子体放电部件中产生的等离子体的状态。
[0011] 另外，为了达到同样目的，本发明的排气处理装置是通过在反应管内产生的等离子体来对导入到反应管内的排气进行分解和处理的排气处理装置，其特征在于：通过使得在反应管内产生磁场，来控制在反应管内产生的等离子体的状态。
[0012] 在该情况下，可以通过在反应管的外周部分配置线圈，在该线圈中流过电流，而产生磁场，或者在反应管的外周部分配置磁铁，而产生磁场。
[0013] 根据本发明的排气处理装置中的利用磁场的等离子体的控制方法和使用它的排气处理装置，通过在等离子体放电部件中(作为等离子体放电部件的反应管内)产生磁场，来控制在等离子体放电部件中(作为等离子体放电部件的反应管内)产生的等离子体的状态，更具体地说，通过磁场的作用由洛伦茨力对形成等离子体的电子和带电粒子发挥作用，另外能够防止电子和带电粒子的散乱，控制等离子体的状态，由此，能够减少没有有效使用而消耗的等离子体的损耗，不显著增大能量的消耗量或者降低处理的绝对量地，通过简易的方法和构造，提高通过等离子体进行的排气的处理效率。
[0014] 另外，通过在等离子体放电部件(作为等离子体放电部件的反应管)的外周部分配置线圈，在该线圈中流过电流，或者在等离子体放电部件(作为等离子体放电部件的反应管)的外周部分配置磁铁这样的简易的方法和构造，能够实现磁场的产生。附图说明
[0015] 图1是表示本发明的使用了排气处理装置中的利用磁场的等离子体的控制方法的排气处理装置的一个实施例的截面图。
[0017] 图3是表示下部电极的变形实施例的截面图。
[0019] 图5是本发明的排气处理装置中的利用磁场的等离子体的控制方法的原理图，(a)是表示从电源装置向配置在反应管(和/或水冷套管)的外周部分的线圈流过电流的方式的图，(b)是表示在反应管(和/或水冷套管)的外周部分配置了环状的磁铁的方式的图，(c)是表示在反应管(和/或水冷套管)的外周部分配置了棒状或片状的磁铁的方式的图。
[0020] 图6是本发明的排气处理装置中的利用磁场的等离子体的控制方法的原理的说明图。
具体实施方式
[0021] 以下，根据附图，说明本发明的排气处理装置中的利用磁场的等离子体的控制方法和使用它的排气处理装置的实施例。
[0022] 图1表示使用了排气处理装置中的利用磁场的等离子体的控制方法的排气处理装置的一个实施例。
[0023] 该排气处理装置利用在大气压下在电极之间产生的等离子体，例如对包含在CF4、SF6等PFC气体那样的排气中的有害物质进行分解和处理。
[0024] 另外，该排气处理装置具备构成导入排气G的等离子体放电部件的反应管1、在反应管1的上部侧被配置在空气中的上部电极2、被配置在反应管1的下部侧的下部电极3，在电极2、3之间形成电流的路径，使得在反应管1内产生等离子体P。
[0025] 在该情况下，可以配置向上部电极2和下部电极3之间喷雾电解质溶液D的喷雾喷嘴4(在本实施例中，上部电极2兼作喷雾电解质溶液的喷雾喷嘴4)，通过向上部电极2和下部电极3之间喷雾电解质溶液D，能够稳定地使得在反应管1内产生等离子体。
[0027] 反应管1也可以是空气冷却，但在本实施例中，在反应管1的周围设置有水冷套管11，该水冷套管11在产生等离子体时对反应管1进行冷却，在等离子体停止时使水H在反应管1的内部溢流而洗净。
[0029] 另外，在等离子体停止时，通过关闭溢出管12的阀13，而使水H在反应管1的内部溢流而洗净。
[0030] 另外，排气G被从反应管1的上部开口部分导入，在通过等离子体P分解了有害物质后，从反应管1的下部开口部分排出。
[0031] 上部电极2由不锈钢、耐盐酸镍基合金、钨、SiC等导电性材料构成，在反应管1的上部开口部分配置在空气中，从电源装置5被施加高压电流。另外，上部电极2和下部电极3的任意一方可以是正极，也可以是负极。
[0032] 在该情况下，上部电极2可以采用以下的结构。
[0033] (1)上部电极2兼作喷雾电解质溶液的喷雾喷嘴4(本实施例)。
[0034] (1’)分别地配置上部电极2和喷雾电解质溶液的喷雾喷嘴4(图2(a))。
[0035] (2)使得在上部电极2的内部流过用于冷却的水H(图2(b))。
[0036] (3)在上部电极2的外部配置喷雾用于冷却和防腐蚀的水的喷雾喷嘴4A(图2(c))。
[0037] (4)使得在上部电极2的外部流过用于冷却和防腐蚀的防护气体(惰性气体)Ga(图2(d))。
[0038] 由此，能够在有效地冷却暴露在高温中的上部电极2的同时防止腐蚀，防止上部电极2消耗，并且也可以以排气G的冷却和溶解、除去粉尘等的目的而将喷雾了的用于冷却和防腐蚀的水H用作洗涤物。
[0040] 由下部电极3喷雾的用于冷却和防腐蚀的水H从水槽6经由溢出管62排出。另外，作为用于冷却和防腐蚀的水H，可以使用新水，也可以使排水循环，还可以使用氨水等药液。
[0041] 在该情况下，下部电极3可以采用以下的结构。
[0042] (5)将下部电极3形成为喷雾用于冷却和防腐蚀的水的喷嘴状(本实施例)。
[0043] (6)将下部电极3形成为用于冷却和防腐蚀的水H溢流的形状(图3(a))。
[0044] (7)使用于冷却的水H在下部电极3的内部流动(图3(b))。
[0045] (8)在下部电极3的外部配置喷雾用于冷却和防腐蚀的水的洗涤物喷嘴64(图3(c))。
[0046] (9)使下部电极3淹没在水槽6内(图3(d))。
[0047] 由此，能够在有效地冷却暴露在高温中的下部电极3的同时防止腐蚀，防止下部电极3消耗，并且也可以以排气G的冷却和溶解、除去粉尘等的目的而将喷雾了的用于冷却和防腐蚀的水H用作洗涤物。
[0048] 另外，在本实施例中，兼作上部电极2的喷雾喷嘴4被配置在反应管1的上部开口部分，向上部电极2和下部电极3之间喷雾电解质溶液D。
[0049] 该利用喷雾喷嘴4的电解质溶液D的喷雾可以在等离子体P的点火后停止，也可以持续进行喷雾。
[0050] 电解质溶液D的喷雾可以在上部电极2和下部电极3之间形成电流的路径，由此能够容易地产生等离子体P。
[0051] 另外，作为电解质溶液D，可以使用溶解了NaCl、CaCl2、MgCl2、NH4Cl、NaOH等电解质的溶液，特别通过使用碱性的电解质溶液，能够中和酸性的排气。
[0052] 另外，在本实施例的排气处理装置中，如图1、图4和图5(a)所示，在构成导入排气G的等离子体放电部件的反应管1和(/或)水冷套管11的外周部分(在本说明书中，有时总括地称为等离子体放电部件的外周部分或反应管1的外周部分)，通过配置线圈71作为磁场产生单元7，并从电源装置72向该线圈71流过电流(并没有特别的限定，但在本实施例中，是直流电流)，使得在等离子体放电部件中(作为等离子体放电部件的反应管1内)产生磁场(并没有特别的限定，在本实施例中，是磁力线从上部电极2朝向下部电极3的磁场)。
[0053] 在此，作为磁场产生单元7的线圈71也可以配置在构成等离子体放电部件的反应管1和水冷套管11的任意一方的外周部分。
[0054] 由此，通过控制在构成等离子体放电部件的反应管1内产生的等离子体P的状态，更具体地说，通过磁场的作用而对形成等离子体P的带电粒子实施洛伦茨力，另外，能够防止电子和带电粒子的散乱，能够控制等离子体P的状态，使得减少没有有效使用而消耗的等离子体P的损耗，不显著增大能量的消耗量或者降低处理的绝对量地，能够提高通过等离子体P进行的排气的处理效率。
[0055] 使用图6说明上述作用。
[0056] 如果设磁力线与电子的流动方向的角度为θ，则对电子和反应管1内的粒子(中性粒子以外)实施洛伦茨力，其力F用下式(1)表示。
[0057] F＝q(E+v×Bsinθ) ……(1)
[0059] 在θ＝0°的区域(反应管1的中央区域)中，F＝0，不实施洛伦茨力，但如果电子和其他的带电粒子从图6的垂直方向(反应管1内的中心)偏离而散乱，则F产生作用，因此抑制散乱。
[0060] 由此，在该区域中，能够使向反应管1冲撞而消失的等离子体的损耗成为最小限。
[0061] 另一方面，在θ≠0°的区域(反应管1的端部区域)中，洛伦茨力在与v和B这双方垂直的力方向(如果表示为向量，则是v与B的外积)产生作用的结果，垂直方向的运动能量原样保持它而向带电粒子的回旋加速器运动(自旋运动)变化。
[0062] 由此，在该区域中，等离子体密度高，通过该区域的排气G与没有磁场的状态相比，向热电子和被激励的带电粒子的冲撞概率变高，因此处理效率(分解效率)提高。
[0063] 另外，磁场产生单元7在本实施例所示的从电源装置72向配置在构成导入排气G的等离子体放电部件的反应管1(和/或水冷套管11)的外周部分的线圈71流过电流的方式以外，还可以如图5(b)和(c)所示那样，采用以下的方式：在反应管1(和/或水冷套管11)的外周部分配置环状的磁铁73、棒状或片状的磁铁74。
[0064] 实施例
[0065] 如图1所示，在构成导入排气G的等离子体放电部件的反应管1和水冷套管11的外周部分，配置线圈71作为磁场产生单元7，通过从电源装置72向该线圈71流过电流(直流电流)，使得产生磁场(磁力线从上部电极2朝向下部电极3的磁场)，作为排气G而分解CF4。
[0066] 表1表示其结果。
[0067] 表1
[0068]电流值(A) CF4的分解率(％)
0 92.5
1.5 96.8
2.2 98.5
0 92.5
1.5 96.8
2.2 98.5
[0069] 如表1所示，确认了越增大流过线圈71的电流值，CF4的分解率越是提高。
[0070] 以上，对于本发明的排气处理装置中的利用磁场的等离子体的控制方法和使用它的排气处理装置，根据该实施例进行了说明，但本发明并不只限于上述实施例记载的结构，在不脱离其宗旨的范围内，可以适当地变更其结构。
[0071] 本发明的排气处理装置中的利用磁场的等离子体的控制方法和使用它的排气处理装置具有以下的特性，即不会显著地增大能量的消耗量或降低处理的绝对量，而能够通过简单的方法和构造，提高通过等离子体进行的排气的处理效率，因此，如上述实施例所记载的那样，能够适合地用于排气处理的用途。
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