JP6495323B2 - デュアルソースサイクロンプラズマ反応器を用いたガラスバッチ処理方法及び装置 - Google Patents

Description

関連技術の相互参照

本出願は、その内容に依拠し、参照により、全内容が本明細書に組み込まれたものとする、２０１４年３月３１日出願の、米国特許出願第１４／２３０８４６号の米国特許法第１２０条に基づく優先権を主張するものである。

本開示は、デュアルソースサイクロン熱プラズマ反応器を用いた、ガラスバッチ処理方法及び装置に関するものである。

ガラス基体は、窓、高性能表示装置、及び多数のその他の用途を含む、様々な用途に使用することができる。解像度、透明度、及び性能の向上要求が高まるにつれて、ガラス基体に対する品質要件がより厳しくなってきている。しかし、ガラスの品質は、ガラス融液の形成からガラス製品の最終梱包に至る、様々な処理ステップによって悪影響を受ける可能性がある。

ガラスの品質が低下する可能性がある１つの処理ステップは、融解装置内において、ガラスバッチ材料の成分が混合加熱される融解処理である。この処理において、ガラスバッチ材料の成分が、融解し反応することによって反応ガスが発生し、それによって、溶融ガラス中に気泡が生じる。加えて、融解処理によって、異なる化学組成領域を有する、不均一なガラス融液が生成される可能性がある。最初に形成される融液は、多くの場合、耐熱材料との反応性が高く、装置の過剰摩耗及び／又はガラス融液の欠陥につながる可能性がある。また、融液濃度が高い領域が融解装置の底に沈殿して、スラッジ層が形成される可能性があり、このスラッジ層は融液の残りの部分とは異なる光学特性を有し、混合して元の全体的な融液に完全に戻すことは困難である。そのため、スラッジ層は、当技術分野及び本明細書においてコードと呼ばれる、融液の不均一な部分となる。最後に、概して処理量が大きいため、様々なガラスバッチ材料が、完全に融解しない可能性がある。どのような未融解又は部分融解した材料も、融解処理を通して存続し、後にガラス製品の欠陥となり得る。

高品質のガラスを製造するための現行の融解処理においては、ガラス融液から気泡を除去するために、高い温度及び撹拌が利用されている。しかし、かかる処理は、処理装置に高価な金属及び特別に設計された高耐熱材料が必要であるため、法外なコストがかかり得る。更に、このようなコストがかかる融解システムは、反応ガスがガラス融液から抜け出すために長い距離移動する必要があると共に、スラッジ層をメルタータンクの底からタンク内の残りのガラス融液に混合する必要があり、高粘性流体を通して距離の長い混合運動を必要とするため、処理時間が長く、エネルギー消費量が多い。

ガラス気泡及びガラス融液中の不均一部分を防止する別の方法には、小さなバッチで融液を処理する方法がある。この方法では、気泡がガラス融液から抜け出すための移動距離が短くなると共に、スラッジ層をより容易に融液の残りの部分に併合することできる。しかし、多くの小規模処理と同様に、このような方法は、処理時間及び費用の増加等の様々な欠点を有している。

従って、当技術分野において、高品質光学ガラスを製造するために、ガラスバッチ材料の融解処理を向上させる技術の必要性が存在している。

本開示は、処理される材料（例えば、ガラスバッチ材料）が、材料粒子の流れとして、概して円筒形状を成すプラズマプルームに供給される材料処理に関するものである。

プラズマプルームを生成するために、プラズマガスに対し、プラズマプルームが少なくとも９，０００Ｋ、例えば、１１，６０３Ｋ（即ち、１．６０２×１０^−１９Ｊ又は１ｅＶ）の電子温度を達成するように、少なくとも第１及び第２の電磁場の発生源が用意される。イオンを生成し、プラズマガス中のイオンと電子に勢い及び運動エネルギーを与えるために、プラズマガスの荷電粒子が電磁場によって加速される。イオンと電子が材料（例えば、粉末状のガラスバッチ材料）に衝突すると、材料に運動エネルギーが移転する。運動エネルギーの移転によって、材料の内部温度が、熱反応（例えば、部分的融解、全面的な融解、及び／又は何らかの他の又は更なる反応）が生じる点まで上昇する。

商業目的上、大気圧熱プラズマ処理は、高いスループット及び所望の熱反応を達成するのに十分な熱エネルギーを示すことが重要である。

誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）システムが、基体の低圧スパッタリング及びエッチングシステムに使用されている。誘導結合大気圧プラズマ材料処理システムは、一般に、プラズマを小体積の円柱（通常、直径約５ｍｍ）に制限する、小径コイル又はマイクロ波導波路で構成されている。かかるシステムが、非常に高い装置コストをかけて、比較的高出力のＲＦ電源（例えば、約４００ｋＷ）を使用しても、プラズマを通した粒子材料の処理は、低速（例えば、毎時２０〜４０ｋｇ）でしか行うことができない。ガラスバッチ処理の関連において、実用的な生産速度は、少なくとも１日当たり１メートルトンであり、これは従来のＩＣＰシステムで、１日２４時間ピーク生産して辛うじて満足される量である。処理速度の欠点に対処するためには、多数の装置を設定すると共に、多くのエネルギー及び保守コストが必要であろう。

従来のＩＣＰシステムのもう１つの問題は、通常約９０μｍ以下である、許容入力粒径の制限である。ＩＣＰプラズマシステムにおいて、かかる小粒子は、その自由落下特性により、約３００ｍｓ以内で十分に加熱することができる。仮に、粒子が大きく、融解するための十分な熱を吸収しない場合には、一度通し処理した粒子を、システムに再循環させる必要があり、それによって、更にスループットが低下する。

粒子がプラズマプルーム中に存在している時間は、滞留時間して業界で知られている。滞留時間が長ければ長いほど、粒子が熱を吸収する時間がより多くある。より多くの滞留時間によって、より大きな粒子を処理することができる。仮に、１０００μｍまで（又はそれ以上）の粒子が、十分な滞留時間（例えば、１秒以上等、３００ｍｓを超える時間）プラズマプルーム中に留まることができるとすれば、単位時間当たりの材料の処理量は、前述のＩＣＰシステムが達成可能であるよりも遥かに大きなものとなり、実用的な生産要求を満足するものとなるであろう。

容量結合プラズマ（ＣＣＰ）システムが、固体基板を処理する低圧反応処理、スパッタリング、ＰＥＣＶＤ処理、薄膜ＰＶＤ等に使用されている。また、容量結合プラズマシテムは、個別のコンデンサー板として機能する同心管と共に使用され、それによって、小さな円柱状のプラズマ体積（ここでも、直径約５ｍｍ）が生成され、その結果、低速の粒子材料処理速度が得られる。平行に配置された容量板が、処理の一環として、本質的に加熱を伴わない大気圧プラズマを生成する、大気圧均一グロー放電プラズマが使用されている。

当技術分野において、プラズマプルームで処理される粒子の滞留時間を長くする努力が払われている。例えば、接線方向に対向配向された２つのＤＣ中空陰極プラズマトーチを用いて、渦中にプラズマガスを回転させる試みがなされている。渦は、粒子をプルズマプルーム中に制御可能な時間維持するのに役立つ。かかるシステムにおいて、粒子が（真直ぐな自由落下経路と異なり）より長いらせん状の経路を通してプラズマプルーム中を横断するため、滞留時間を予測することができる。中空陰極プラズマトーチの使用における重大な問題は、それぞれのコイルを陰極の周囲に巻設する必要があること、及び陰極を白熱するまで加熱して、熱電子を放出させる必要があることである。電子は陰極から離れ、陽極に向けた流れを生じさせる。プラズマガス（例えば、アルゴン）が、陰極を通して、陽極全体に吹き付けられると、アルゴンのイオン化及びプラズマ化が生じ、それによって、陰極及び陽極が分解して、プラズマプルームが汚染され、それによって、今度は融液が汚染される。前述のサイクロンプラズマシステムの更なる問題には、プラズマの温度及び反応器全体のプラズマプルームの熱プロファイルの熱制御の欠如が含まれ、不均一な乱流特性が生じる。プラズマプルーム中において、粒子が勢いを失うにつれ、粒子は容易に回転してホットゾーンに出入りすることができるため、不均一に加熱される。

本明細書に開示の１つ以上の実施の形態は、制御可能なプラズマ温度を、プルーム中に実質的に均一に実現することによって、熱的に均一且つ低乱流のプラズマを提供するものである。従って、粒子が自由落下誘導結合プラズマシステムと比較して、より長い滞留時間で出口に向かってサイクロン移動するとき、粒子は反応器全体にわたって均一なプラズマ密度を体験する。

例として、１つ以上の実施の形態は、プラズマ環境中に電極及びその他の誘導性構成要素が配置されておらず、それによって、かかる要素の分解及びその結果生じるプラズマプルームの汚染を回避する、プラズマ反応器を用いることができる。かかる実施の形態は、垂直に向いた中心軸を有する、概して円筒形状の内部容積を画成する、概して円筒形のプラズマ格納容器を用いることができる。プラズマ格納容器の周囲に無線周波（ＲＦ）容量性二重リング構成が配置され、第１のリング電極が接地電位であり、第２のリング電極がＲＦ電位である。ＲＦ供給源が、第１及び第２のリング電極に対し、少なくとも１ＭＨｚ、好ましくは約１〜５０ＭＨｚの比較的高い周波数の電力を供給する。２つのリング電極は、概してプラズマ格納容器の中心軸の方向に、内部容積内を横断する力線を有する電磁場を生成する。接線プラズマガス入口がプラズマ格納容器の上端部に位置し、接線プラズマガス出口が、ラズマ格納容器の反対側の下端部に位置している。プラズマ格納容器の内部容積に、縦軸を中心に回転するガスのサイクロンを発生させるために、プラズマガスが入口を通して比較的高速で導入される。プラズマガスが回転すると、プラズマガスは、第１及び第２のリング電極によって生成された電磁場線に遭遇し、それによって、イオン化及びプラズマ化が生じる。

加えて、プラズマ格納容器は、中央に配置された内部チャンバーを備えることができ、これによって誘導コイルが配置される密閉空間が画成される。誘導コイルは、約１０ｋＨｚ〜約２５０ｋＨｚ等の比較的低い周波数の電源によって駆動される。誘導コイルは、密閉空間内に位置しているため、プラズマ環境に晒されることはない。誘導コイルは、サイクロンプラズマガス中に大きな循環電流を誘導することによって、プラズマ格納容器内のプラズマガスの熱エネルギーを増大させる。この電流が、オーム（抵抗）加熱又はジュール加熱によってプラズマガスを過熱する。プラズマプルームの温度は、誘導コイルを流れる電流を調整することによって制御することができる。

特に、リング電極及び誘導コイルからのそれぞれの電磁場が組み合わせて使用される。ＲＦ電磁場からのＲＦエネルギーは、プラズマプルームの発生及び維持に用いられ、誘導コイルからの低周波エネルギーは、プラズマプルームの温度を制御可能に増減するのに用いられる。材料（例えば、ガラスバッチ材料）がプラズマ格納容器の上端に導入されると、材料はプラズマガスのサイクロンに影響されて、中心軸の周囲を回転する。材料は徐々に勢いを失い、反応済み材料が出口を通して放出される、プラズマ格納容器の下端部に向けて旋回する。反応済み材料は冷却（即ち、急冷）して回収することができる。

本明細書に開示した実施の形態は、工業規模の用途を実現するために、既存システムの粒子材料の低処理速度を克服するものである。これ等の実施の形態は、大量の大気圧プラズマを供給し、材料を加熱して、融解及び／又はその他の熱に基づく処理を含む、所望の反応を得るのに適切な運動エネルギーをプラズマプルーム中に生成する。

その他の態様、特徴、及び効果は、当業者にとって、添付図面と併せ本明細書の記述から明らかになるであろう。

例示を目的として、現時点において好ましい形態が図面に示してあるが、本明細書に開示及び記載の実施の形態は、図示の正確な配置及び手段に限定されるものではないことを理解されたい。

本開示の１つ以上の実施の形態による、ガラスバッチ材料を融解するためのシステムの概略図。 図１のシステム及び／又は他の実施の形態に使用可能な、プラズマ格納容器の１つ以上の実施の形態の概略側面図。 図２及び／又は他の実施の形態のプラズマ格納容器の概略上面図。 図２及び／又は他の実施の形態のプラズマ格納容器内に生成された、プラズマプルームの概略図。 別の実施の形態のプラズマ格納容器の概略上面図。 熱処理を受けている図５のプラズマ格納容器内の幾つかの化合物の概略図。

同様の要素には同様の参照番号を付した図面を参照する。図１はプラズマ熱源を用いた材料を処理するためのシステム１００を示す図である。材料は、概して粒子の形態を成していてもよく、任意の適切な材料、例えば、ガラスバッチ材料であってよい。

本明細書において、ガラスバッチ材料という語句及びその変形は、融解、反応、及び／又は他の作用をすると、結合してガラス材料を形成する、ガラス前駆体粒子の混合物を意味する。ガラスバッチ材料は、ガラス前駆体粒子を結合するための任意の公知の方法で調製及び／又は混合することができる。例えば、特定の非限定的な実施の形態において、ガラスバッチ材料は、例えば、溶媒又は液体を全く含まない、乾燥又は実質的に乾燥したガラス前駆体粒子を含んでいる。別の実施の形態において、ガラスバッチ材料は、例えば、液体又は溶媒が存在する、ガラス前駆体粒子の混合物等のスラリーの形態を成していてもよい。様々な実施の形態によれば、ガラスバッチ材料は、シリカ、アルミナ、及び様々な付加的酸化物、例えば、ホウ素、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、ストロンチウム、錫、チタン酸化物等のガラス前駆体材料を含むことができる。例えば、ガラスバッチ材料は、シリカ及び／又はアルミナと１つ以上の付加的酸化物との混合物であってよい。当業者は、ガラスバッチ材料が、化合物及び物質の多様な具体的組み合わせを取り得ることを理解できるであろう。

以下、図１〜４を参照して、システム１００について詳細に説明する。図２及び３は、それぞれプラズマ格納容器２００の１つ以上の実施の形態の概略側面図及び上面図であり、図４はプラズマ格納容器２００の内部に生成された、プラズマプルームの概略斜視図である。

図１において、ガラス前駆体粒子は、バッチ投入装置及び／又は混合装置１０２に導入することができ、そこで粒子が混合され、続いて混合粒子は、バッチ篩装置１０４に供給され、そこで凝集体がすべて粉砕される。ガラスバッチ材料１０は、（ｉ）少なくとも約１０μｍ、（ｉｉ）少なくとも約５０μｍ、（ｉｉｉ）少なくとも約７５μｍ、（ｉｖ）少なくとも約１００μｍ、（ｖ）少なくとも約１５０μｍ、（ｖｉ）少なくとも約２００μｍ、（ｖｉｉ）少なくとも約５００μｍ、（ｖｉｉｉ）少なくとも約７５０μｍ、（ｉｘ）少なくとも約１０００μｍ、及び（ｘ）約５〜約１０００μｍのうちの少なくとも１つの平均粒径を有することができる。ガラスバッチ材料１０（その流れを矢印１０及び１２で示す）は、バッチ篩装置１０４を離れてプラズマ格納容器２００に入る。ガラスバッチ材料１０は、プラズマ格納容器２００内において、プラズマプルーム２２０に晒されるが、プラズマプルーム２２０は、少なくともガラスバッチ材料１０を熱反応させ、熱反応済みガラスバッチ材料１２を生成するのに十分な熱エネルギーを有している。

本明細書において意図する熱反応の種類の例には、（ｉ）ガラスバッチ材料１０を少なくとも部分的に融解して、熱反応済みガラスバッチ材料１２を生成する、（ｉｉ）ガラスバッチ材料のうちの少なくとも１つ、及び１つ以上の別の材料を少なくとも部分的に融解することによって、被覆ガラスバッチ材料粒子１２を形成する、（ｉｉｉ）ガラスバッチ材料を少なくとも部分的に融解して、実質的に均一な回転楕円体状の中間粒子を形成することのうちの少なくとも１つが含まれる。最新の技術から明らかであると思われるように、プラズマ格納容器２００内における熱反応（及び／又は別の反応）には、多数の付加的反応が含まれることが当業者には理解できるであろう。例として、個々の金属又は金属酸化物を含む、銀、銅、スズ、シリコン又は他の半導体材料等の別の材料と共に、原材料を少なくとも部分的に融解して、被覆ガラスバッチ材料粒子を形成することができる。銀又は銅で被覆したガラス粒子は、例えば、抗菌性を有することができ、酸化スズで被覆したガラス粒子は、光反応性を有することができる。

プラズマ格納容器２００内のプラズマプルーム２２０を促進するために、１つ以上のプラズマガス供給源１１０が容器２００に接続されている。プラズマプルーム２２０の存在下において、構造体の温度を制御するために、１つ以上の冷却流体供給源１２０（空気、水等）もプラズマ格納容器２００に接続することができる。

本明細書において詳細に説明するように、プラズマガスは第１及び第２の電磁場に晒される。第１の電磁場は、ＲＦ電源１３０（インピーダンス整合ネットワークを含むことができる）によって生成されるもので、ＲＦ電源１３０が、第１及び第２のリング電極２０２、２０４を駆動して、その間に電場を確立する。第２の電磁場はＡＣ電源１４０によって生成されるもので、ＡＣ電源１４０が、誘導コイル２０６を駆動する。制御装置１５０（ソフトウェアプログラムの影響下で動作するマイクロプロセッサ等）が、ＲＦ電源１３０、ＡＣ電源１４０、及び／又は１つ以上のプラズマガス供給源１１０に信号を送って、プラズマプルーム２２０の特定の特性及びプラズマプルーム２２０中の粒子動力学の特定の特性に影響を与えることができる。前述の構成要素を適切に設定することによって、プラズマプルーム２２０が、ガラスバッチ材料１０に対し、所望レベルの熱反応を起こさせるのに十分なエネルギーを得ることができる。

熱反応済みのガラスバッチ材料１２は、回収容器１７０に蓄積される。回収後、熱反応済みのガラスバッチ材料１２に対し、付加的及び／又は随意的な処理ステップを施すことができる。

図２〜４において、プラズマ格納容器２００は、中心軸２１２を有する内部容積２１８を画成する少なくとも１つの壁部材２１０、入口端部２１４、及び対向する出口端部２１６を備えている。好ましい実施の形態において、少なくとも１つの壁部材２１０は円筒形を成し、それによって、円筒形の内部容積２１８を画成している。プラズマ格納容器２００の内部容積２１８に配置された、少なくとも１つの別の壁部材２０８によって、好ましくは中央に位置する、密閉チャンバーが形成されている。本明細書において、更に詳細に後述するように、密閉チャンバー内に誘導コイル２０６が配置されている。

壁部材２０８、２１０は、好ましくは、例えば、１０×１０^−７／℃未満の熱膨張率、例えば２０℃〜３２０℃にわたり５．５×１０^−７／℃の熱膨張率を有する溶融石英等、超低熱膨張率を有する、高温セラミック材料等、適切な非導電性、非腐食性、及び高温の誘電体材料で形成することができる。プラズマ格納容器２００の１つ以上の構成要素の冷却を可能にするために、壁部材２０８、２１０の１つ以上（好ましくは両方）が内部を通して冷却流体を運ぶように動作する、１つ以上の内部チャンネルを備えることができる。この点において、１つ以上の冷却流体源１２０と流体連通する、それぞれの入口／出口（図示せず）を介して、内部チャンネルにアクセスすることができる。

プラズマ格納容器２００は、その入口端部に配置された、入口構造体２３０も備えることができる。入口構造体２３０の基本的な目的は、バッチ篩装置１０４等の供給装置からガラスバッチ材料１０を受け取り、プラズマプルーム２２０に包囲されることができるように、材料１０をプラズマ格納容器２００の内部容積２１８に誘導することである。入口構造体２３０は、例えば、真鍮、銅、ステンレス鋼等の非磁性合金等、任意の適切な材料で形成することができる。

入口構造体２３０は、１つ以上のプラズマガス供給源１１０から、プラズマガスを受け取るための、少なくとも１つのガス入口２２６を備えることができる。更に詳細に後述するように、プラズマガスは、アルゴン、空気、ヘリウム、窒素、酸素、及びこれらの混合物のうちの少なくとも１つを含むことができる。１つ以上の実施の形態において、少なくとも１つのガス入口２２６を用いて、１つ以上の第１の供給源１１０−１から、１つ以上の種類のプラズマガスを受け取り、１つ以上の第２の供給源１１０−２から、１つ以上の種類のプラズマガスを受け取ることができる。少なくとも１つのガス入口２２６は、プラズマガスが、中心軸２１２の接線方向に誘導されるように、内部容積２１８の入口端部２１４に供給されるような寸法、形状、及び配向に形成されている。入口構造体２３０は、出口端部２１６の近傍に配置された、プラズマガスを退出させるための少なくとも１つのガス出口２２８も有することができる。

少なくとも１つのガス入口２２６及び少なくとも１つのガス出口２２８は、プラズマガスが、内部容積２１８を通して、サイクロン渦状に旋回するような寸法、形状、及び配向に形成されている。図２及び３に示すように、ガス入口２２６はプラズマ格納容器２００の上端部に配置され、内部容積２１８の円弧状の断面の接線方向に配向されている。同様に、出口２２８はプラズマ格納容器２００の下端部に配置され、同様に内部容積２１８の円弧状の断面の接線方向に配向されている。壁部材２１０の形状、並びに入口２２６及び出口２２８の構成により、プラズマガスが実質的に円形のサイクロン運動に強制され、次いで出口２２８から排出される。

入口構造体２３０は、ガラスバッチ材料１０を、プラズマ格納容器２００に受け入れるための材料入口２３２も備えることができる。材料入口２３２は、プラズマ格納容器２００の入口端部２１４近傍に配置され、ガラスバッチ材料１０が内部容積２１８の入口端部２１４近傍に供給されるような寸法、形状、及び配向に形成されている。材料入口２３２は、バッチ篩１０４（又は別の供給装置）からの、補完的な寸法及び形状を有する導管に嵌合するフランジ、環、管等の形態を成していてよい。材料入口２３２は、ガラスバッチ材料が、プラズマ格納容器２００の中心軸２１２に対し略平行に、及び／又は中心軸の接線方向に向けて内部容積２１８に入ってくるプラズマガスを横断して供給されるように配向されていることが好ましい。これによって、ガラスバッチ材料１０が、プラズマプルーム２２０の周囲を確実に旋回する。

入口構造体２３０は、プラズマプルーム２３０の存在下において、入口構造体２３０を冷却するために、内部を通して冷却流体を運ぶように動作する、１つ以上の内部チャンネルも備えることができる。この点において、冷却流体供給源１２０−１、１２０−２の１つ以上と流体連通する、それぞれの入口／出口（図示せず）を介して、内部チャンネルにアクセスすることができる。出口は暖められた流体を放出して、冷却流体源１２０に再循環させて戻すか、又は廃棄することを可能にする。

プラズマ格納容器２００は、プラズマ格納容器２００の少なくとも１つの壁部材２１０の外面周囲に、環状に配置された第１及び第２のリング電極２０２、２０４も備えることができる。第１及び第２のリング電極２０２、２０４は、銅等の導電性材料であって、銀、金等の別の導電性材料でメッキすることができる材料で形成されている。第１のリング電極２０２は、入口端部２１４の周囲に環状に配置され、第２のリング電極２０４は、出口端部２１６の周囲に環状に配置されている。ラベル２０２、２０２−１、２０４、及び２０４−１が付された要素が示すように、リング電極を配置できる向きが幾つかある。前述のように、第１及び第２のリング電極２０２、２０４は、第１の電磁場を生成するのに十分な特性を有するＲＦ電力を受け取るように動作可能である。特に、第１の電磁場は、第１及び第２のリング電極間に延び、プラズマ格納容器２００の中心軸２１２に対し、概して平行な力線を有している。少なくとも１つの壁部材２１０は誘電体材料から成り、内部容積２１８が大気状態である（誘電性でもある）ため、この組み合わせによって容量性構造がもたらされる。

第１及び第２のリング電極２０２、２０４は、ＲＦ電源１３０（及びインピーダンス整合ネットワーク）から、特定の周波数及び電力特性を有するＲＦ電力を受け取る。例えば、ＲＦ電力は、第１の電磁場が（ｉ）少なくとも１ＭＨｚ、（ｉｉ）少なくとも３ＭＨｚ、（ｉｉｉ）少なくとも４ＭＨｚ、（ｉｖ）少なくとも５ＭＨｚ、（ｖ）少なくとも１０ＭＨｚ、（ｖｉ）少なくとも１５ＭＨｚ、（ｖｉｉ）少なくとも２０ＭＨｚ、（ｖｉｉｉ）少なくとも３０ＭＨｚ、（ｉｘ）少なくとも４０ＭＨｚ、及び（ｘ）約１〜５０ＭＨｚのうちの、少なくとも１つの周波数を示すような周波数であってよい。ＲＦ電力は、約５ｋＷ〜１ＭＷの電力レベル（又は他の適切な電力レベル）であってよい。

簡単に前述したように、誘導コイル２０６は、プラズマ格納容器の中心軸２１２に沿って配置され、ＡＣ電源１４０からＡＣ電力を受け取るように動作可能である。ＡＣ電力の特性は、誘導コイル２０６のコア及び内部容積２１８を通して、プラズマ格納容器２００の中心軸２１２に対し、概して平行に延びる力線を有する、第２の電磁場を生成するのに十分である。ＡＣ電力は、第２の電磁場が、（ｉ）少なくとも１０ｋＨｚ、（ｉｉ）少なくとも１５ｋＨｚ、（ｉｉｉ）少なくとも２０ｋＨｚ、（ｉｖ）少なくとも３０ｋＨｚ、（ｖ）少なくとも４０ｋＨｚ、（ｖｉ）少なくとも５０ｋＨｚ、（ｖｉｉ）少なくとも１００ｋＨｚ、（ｖｉｉｉ）少なくとも１５０ｋＨｚ、（ｉｘ）少なくとも２００ｋＨｚ、及び（ｘ）約１０〜２５０ｋＨｚのうちの、少なくとも１つの周波数を示すような特性であってよい。ＡＣ電力は、約５ｋＷ〜１ＭＷの電力レベル（又は他の適切な電力レベル）であってよい。

図４に示すように、プラズマプルーム２２０は、（完全に円筒ではないが）実質的に円筒形状を成すことができ、ガラスバッチ材料を熱反応させるのに十分な熱エネルギーを有することができる。例えば、第１及び第２の電磁場が十分に確立されると、プラズマプルーム２２０は、（ｉ）約９，０００Ｋ〜約１８，０００Ｋ、（ｉｉ）約１１，０００Ｋ〜約１５，０００Ｋ、及び（ｉｉｉ）少なくとも約１１，０００Ｋのうちの少なくとも１つの範囲の比較的均一な温度を示すことができる。特に、プラズマプルーム２２０は、大気圧であるため有利であり、プラズマプルーム２２０を大気圧熱プラズマジェットとして特徴付けることができる。

大気圧においてプラズマガスに点火するために、少なくとも１つのプラズマガス（例えば、アルゴン）を約１０トル（約１．３３３ｋＰａ）で内部容積２１８に導入し、次いでＲＦ電力を第１及び第２のリング電極２０２、２０４に加えることができる。アルゴンは、ＲＦ電磁場の下で自己発火する必要があり、又アルゴンを用いることによって、プラズマが適正な電子温度を有することができる。

点火後、ＡＣ電力が誘導コイル２０６に供給され、プラズマガス中に渦電流が誘導されることによって、プラズマプルーム２２０のエネルギー及び温度が大幅に上昇する。より具体的には、誘導コイル２０６外部における、プラズマガスが旋回する領域に磁束が集中するように、誘導コイル２０６が配置されている。点火したプラズマガスが、高度にイオン化した導電性ガスになるにつれ、誘導コイル２０６からの磁束が点火したプラズマガスを横断し、プラズマガスを通して実質的に円形の経路に短絡電流が流れ、それによって、高エネルギー電子の集中環状リングが形成される。プラズマプルーム中における誘導コイル２０６からの磁束（及びプラズマ電流）は、ＡＣ電源から誘導コイル２０６に流れる電流に正比例する。従って、プラズマプルームの温度はＡＣ電力レベルに正比例する。

プラズマプルーム２２０が十分高い温度に達した後、窒素を導入することができ、プラズマプルーム２２０は、２つの窒素原子間の分子結合を解離する。窒素原子をプラズマガスに付加する目的は、プラズマガスの熱伝導を増加することであり、それによって、今度はより速い速度で、より多くの処理粒子を加熱することができる。余分な炭素を燃焼させたいという希望がある場合（バッチ材料に高分子素子が含まれている場合がこれに該当すると思われる）には、追加又は代替として、酸素を比較的少量導入することができる。実施の形態において、Ｎ_２（又はＯ_２）の流量は、約０．５〜２ｓｌｐｍ（約０．５〜２Ｌ／ｍｉｎ）であり、Ａｒに対するＮ_２（又はＯ_２）の体積比が、１．２５％〜５％になる。

前述のように、システム１００は、プラズマプルーム２２０の様々な特性及びプラズマを通したガラスバッチ材料１０の運動を制御する。例えば、制御装置１５０は、プラズマガスの１つ以上の供給源１１０の圧力及び／又は流量を調整するように動作して、内部容積２１８を通した、プラズマガスのサイクロン渦の１つ以上の特性を制御し、それによって、プラズマプルーム２２０中における、ガラスバッチ材料１０の滞留時間を制御することができる。追加又は代替として、制御装置１５０は、電源１４０からのＡＣ電力の電力レベルを制御するように動作して、第２の電磁場の強度を制御し、それによって、プラズマプルーム２２０の温度を制御することができる。追加叉は代替として、制御装置１５０は、電源１３０からのＲＦ電力の電力レベルを制御して、プラズマプルーム２２０の温度に影響を与えることができる。

プラズマプルームが所定の温度に達すると、ガラスバッチ材料１０が、渦を巻いているプラズマプルーム中に接線方向（本例では垂直）に挿入される。プラズマガスの速度及び引き込みによって、ガラスバッチ材料１０が捕捉され、遠心力によって回転する。ガラスバッチ材料１０が内部容積２１８の周囲を回転する度に、容積内部の粒子の勢いが減少し、粒子は、出口に到達するまで、容積２１８内の下部位置において、徐々に大きくなる軌道経路で回転する。ガラスバッチ材料１０が、プラズマプルーム中を旋回するとき、材料の粒子が、荷電プラズマ粒子（イオン及び電子）によって影響を受け、それによって、ガラスバッチ材料１０の粒子が荷電粒子から高い運動エネルギーを受け取る。ガラスバッチ材料１０は、運動エネルギーを吸収し、ある時点で熱反応を開始する。

プラズマプルーム中における時間が長過ぎる（即ち運動エネルギーを吸収し過ぎる）と、ガラスバッチ材料が、融解、蒸発、及び元素解離等によって、過剰反応する可能性がある。前述のように、プラズマガスの速度を調整して滞留時間を変更することができ、それによって、ガラスバッチ材料１０に対する熱放射の深さを制御することができる。材料１０の表面のみの改質が所望の場合には、熱エネルギーが材料１０の粒子に完全に浸透しないようにするため、滞留時間を短縮する必要があろう。反応化学又は粒子の完全融解が所望の場合には、プラズマガスの速度を増すことによって、及び／又は入口２２６と出口２２８のノズル間の距離を長くすることによって、滞留時間を長くすることができる。プラズマ格納容器２００の長さ（即ち、中心軸の方向の長さ）を長くし、大量のプラズマで満たすことによって、滞留時間を長くすることができる。

ガラスバッチ材料１０が出口２２８に到達すると、バッチ材料を冷却ガス噴射（図示せず）によって急冷し、次いで回収装置１７０で受け取ることができる。

次に図５及び６を参照する。前者は別の実施の形態のプラズマ格納容器２００−１の上面概略図であり、後者は熱処理を受けているプラズマ格納容器２００−１内の幾つかの化合物の概略図である。図５のプラズマ格納容器２００−１は、多くの点で、図１〜４のプラズマ格納容器２００と同様の方法で実施することができる。しかし、リング電極２０２、２０４を用いる必要がないこと、及びプラズマ格納容器２００−１は、容器２００−１の内部容積２１８に導入される、１つ以上のマイクロ波信号２６２、２６４を生成するための、１つ以上のマイクロ波源（図示せず）を用いることを含む顕著な相違がある。マイクロ波信号２６２、２６４の周波数は、約２ＧＨｚ〜約１０ＧＨｚあってよく、電力レベルは約２〜１０ｋＷであってよい。

１つ以上のマイクロ波信号２６２、２６４が協働して、内部容積２１８内において、プラズマプルーム２２０を維持する。プラズマガスが高速（且つ、高質量含有率）で移動しているため、マイクロ波信号２６２、２６４、及び誘導コイル２０６が生成した低周波電磁場が、プラズマガスを加熱してプルーム２２０を生成する。かかる構成において、個々の化合物２７２をプラズマ格納容器２００−１に導入し、内部で処理して、融解、凝集、融合、及び反応性ガスの沸騰除去を行うことができる。この処理によって、個々の化合物（及び／又はこれ等の混合物）を、プラズマ格納容器２００−１に導入する前に、噴霧乾燥する必要性を低減又は排除することができ、これによって処理コストを大幅に減らすことができる。事実、プラズマ反応装置に導入する前の、化合物の前処理に多大なコストがかかる場合がある。例えば、製粉、溶剤系スラリーの生成、凝集、凝集体を維持するための炭素系バインダーの添加、及びその後の噴霧乾燥が挙げられる。

図６に示すように、個々の化合物２７２がプラズマ格納容器２００−１の渦流に導入されるにつれ、化合部２７２は熱くなり始め、衝突、凝集２７４、融合２７６、及び反応的に融解する。この過程によって、所望するすべての化合物２７２を内部に代表する、多くの液滴２７８を生成することができる。他の液滴は、所望するすべての化合物２７２ではなく、所望する化合物の一部を代表している可能性がある。液滴、化合物２７２、凝集体２７４、及び融合した化合物２７６を、継続して旋回、加熱、衝突等をさせると、化合物２７２の所望の組み合わせの液滴２７８が引き続き形成されることになる。次いで、本明細書の別の実施の形態に関連して説明したように、液滴を処理及び後処理することができる。

特定の実施の形態を参照して、本明細書の開示について説明してきたが、これ等の実施の形態は、本明細書の実施の形態の原理及び応用の単なる例示に過ぎないことを理解されたい。従って、例示した実施の形態に対し多くの改良が可能であり、本出願の精神及び範囲を逸脱せずに、他の構成が考案され得ることを理解されたい。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
中心軸を有する内部容積を画成する少なくとも１つの壁部材、入口端部、及び対向する出口端部を有するプラズマ格納容器と、
前記プラズマ格納容器の前記入口端部に配置された入口構造体であって、（ｉ）ガラスバッチ材料を受け取り、該ガラスバッチ材料を、前記プラズマ格納容器の、前記内部容積の前記入口端部の近傍に供給するための材料入口、（ｉｉ）プラズマガスの１つ以上の供給源を受け取り、該プラズマガスが、前記中心軸の接線方向に誘導されるように、該プラズマガスを前記内部容積の前記入口端部に供給するための、少なくとも１つのガス入口、及び前記内部容積の前記出口端部におけるプラズマガスを放出するための、少なくとも１つのガス出口であって、前記プラズマガスが、前記内部容積を通して、サイクロン渦を巻くように配置された、ガス入口及びガス出口を含む入口構造体と、
前記プラズマ格納容器の、前記少なくとも１つの壁部材の外面の周囲に、環状に配置された第１及び第２のリング電極であって、（ｉ）前記第１のリング電極が、前記入口端部の周囲に環状に配置され、前記第２のリング電極が、前記出力端部の周囲に環状に配置され、（ｉｉ）前記第１及び第２のリング電極が、該第１及び第２のリング電極間に延び、前記プラズマ格納容器の前記中心軸に対し、概して平行な力線を有する、第１の電磁場を形成するのに十分な特性を有する、ＲＦ電力の供給源を受け取るように動作可能である第１及び第２のリング電極と、
前記プラズマ格納容器の前記中心軸に沿って配置された誘導コイルであって、該誘導コイルのコア及び前記内部容積を通して、前記プラズマ格納容器の前記中心軸に対し、概して平行に延びる力線を有する、第２の電磁場を形成するのに十分な特性を有する、ＡＣ電力の供給源を受け取るように動作可能である誘導コイルと、
を備え、前記第１の電磁場及び前記第２の電磁場が協働して、前記プラズマ格納容器の内部に、プラズマプルームを生成することを特徴とする装置。

実施形態２
前記プラズマプルームが、実質的に円筒形状を成し、前記ガラスバッチ材料を熱反応させるのに十分な熱エネルギーを有している、実施形態１記載の装置。

実施形態３
前記熱反応が、
前記ガラスバッチ材料を、少なくとも部分的に融解することを含む、
少なくとも１つの前記ガラスバッチ材料、及び１つ以上の別の材料を少なくとも部分的に融解して、被覆ガラスバッチ材料粒子を形成することを含む、及び
前記ガラスバッチ材料を、少なくとも部分的に融解して、実質的に均一な回転楕円体状のガラス中間粒子を形成することを含む、
のうちの少なくとも１つである、実施形態２記載の装置。

実施形態４
前記ＲＦ電力が、前記第１の電磁場が、（ｉ）少なくとも１ＭＨｚ、（ｉｉ）少なくとも３ＭＨｚ、（ｉｉｉ）少なくとも４ＭＨｚ、（ｉｖ）少なくとも５ＭＨｚ、（ｖ）少なくとも１０ＭＨｚ、（ｖｉ）少なくとも１５ＭＨｚ、（ｖｉｉ）少なくとも２０ＭＨｚ、（ｖｉｉｉ）少なくとも３０ＭＨｚ、（ｉｘ）少なくとも４０ＭＨｚ、及び（ｘ）約１〜５０ＭＨｚのうちの少なくとも１つの周波数を示すような特性を有する、実施形態１記載の装置。

実施形態５
前記ＡＣ電力が、前記第２の電磁場が、（ｉ）少なくとも１０ｋＨｚ、（ｉｉ）少なくとも１５ｋＨｚ、（ｉｉｉ）少なくとも２０ｋＨｚ、（ｉｖ）少なくとも３０ｋＨｚ、（ｖ）少なくとも４０ｋＨｚ、（ｖｉ）少なくとも５０ｋＨｚ、（ｖｉｉ）少なくとも１００ｋＨｚ、（ｖｉｉｉ）少なくとも１５０ｋＨｚ、（ｉｘ）少なくとも２００ｋＨｚ、及び（ｘ）約１０〜２５０ｋＨｚのうちの少なくとも１つの周波数を示すような特性を有する、実施形態１記載の装置。

実施形態６
前記誘導コイルが、前記プラズマ格納容器の前記内部容積の内部に位置する、密閉チャンバー内に配置されている、実施形態１記載の装置。

実施形態７
前記ＡＣ電力の電力レベルを制御するように動作して、前記第２の電磁場の強度を制御し、それによって、前記プラズマプルームの温度を制御するコントローラを更に備えた、実施形態１記載の装置。

実施形態８
前記プラズマプルームが、（ｉ）約９，０００Ｋ〜約１８，０００Ｋ、（ｉｉ）約１１，０００Ｋ〜約１５，０００Ｋ、及び（ｉｉｉ）少なくとも約１１，０００Ｋのうちの、少なくとも１つの範囲の温度を有する、実施形態１記載の装置。

実施形態９
プラズマガスの前記１つ以上の供給源の圧力及び流量を調整するように動作して、前記内部容積を通した、前記プラズマガスのサイクロン渦の１つ以上の特性を制御し、それによって、前記プラズマプルーム中における、前記ガラスバッチ材料の滞留時間を制御するコントローラを更に備えた、実施形態１記載の装置。

実施形態１０
前記材料入口が、前記ガラスバッチ材料が、前記クラズマ格納容器の前記中心軸に対し概して平行、且つ該中心軸の接線方向に向けて前記内部容積に入ってくる、前記プラズマガスを横断して供給されるように配向されている、実施形態１記載の装置。

実施形態１１
前記ガラスバッチ材料の平均粒径が、（ｉ）少なくとも約１０μｍ、（ｉｉ）少なくとも約５０μｍ、（ｉｉｉ）少なくとも約７５μｍ、（ｉｖ）少なくとも約１００μｍ、（ｖ）少なくとも約１５０μｍ、（ｖｉ）少なくとも約２００μｍ、（ｖｉｉ）少なくとも約５００μｍ、（ｖｉｉｉ）少なくとも約７５０μｍ、（ｉｘ）少なくとも約１０００μｍ、及び（ｘ）約５〜約１０００μｍのうちの少なくとも１つである、実施形態１記載の装置。

実施形態１２
前記入口構造体が、前記プラズマプルームの存在下において、前記入口構造体を冷却するために、内部を通して流体を運ぶように動作する１つ以上の内部チャンネルを備え、
前記少なくとも１つの壁部材が、前記プラズマプルームの存在下において、前記プラズマ格納容器を冷却するために、内部を通して流体を運ぶように動作する、それぞれの内部チャンネルを備え、
前記誘導コイルが、少なくとも１つの内部壁部材で形成された密閉チャンバー内に配置され、前記内部壁部材が、前記プラズマプルームの存在下において、前記密閉チャンバーを冷却するために、内部を通して流体を運ぶように動作する、それぞれの内部チャンネルを備えた、実施形態１記載の装置。

実施形態１３
前記プラズマガスが、アルゴン、空気、ヘリウム、窒素、酸素、及びこれらの混合物のうちの少なくとも１つを含む、実施形態１記載の装置。

実施形態１４
前記熱反応したガラスバッチ材料が、前記出口端部を通して、前記プラズマ格納容器を出る、実施形態１記載の装置。

実施形態１５
中心軸を有する内部容積を画成する少なくとも１つの壁部材、入口端部、及び対向する出口端部を有するプラズマ格納容器を用意するステップと、
前記プラズマ格納容器の前記入口端部に配置された入口構造体であって、（ｉ）ガラスバッチ材料を受け取り、該ガラスバッチ材料を、前記プラズマ格納容器の、前記内部容積の前記入口端部の近傍に供給するための材料入口、（ｉｉ）プラズマガスの１つ以上の供給源を受け取り、該プラズマガスが、前記中心軸の接線方向に誘導されるように、該プラズマガスを前記内部容積の前記入口端部に供給するための、少なくとも１つのガス入口、及び前記内部容積の前記出口端部におけるプラズマガスを放出するための、少なくとも１つのガス出口であって、前記プラズマガスが、前記内部容積を通して、サイクロン渦を巻くように配置された、ガス入口及びガス出口を含む入口構造体を用意するステップと、
前記プラズマ格納容器の、前記少なくとも１つの壁部材の外面の周囲に、環状に配置された第１及び第２のリング電極であって、（ｉ）前記第１のリング電極が、前記入口端部の周囲に環状に配置され、前記第２のリング電極が、前記出力端部の周囲に環状に配置され、（ｉｉ）前記第１及び第２のリング電極が、該第１及び第２のリング電極間に延び、前記プラズマ格納容器の前記中心軸に対し、概して平行な力線を有する、第１の電磁場を形成するのに十分な特性を有する、ＲＦ電力の供給源を受け取るように動作可能である第１及び第２のリング電極を用意するステップと、
前記プラズマ格納容器の前記中心軸に沿って配置された誘導コイルであって、該誘導コイルのコア及び前記内部容積を通して、前記プラズマ格納容器の前記中心軸に対し、概して平行に延びる力線を有する、第２の電磁場を形成するのに十分な特性を有する、ＡＣ電力の供給源を受け取るように動作可能である誘導コイルを用意するステップと、
を備えた方法。

実施形態１６
実質的に円筒形状を成し、前記ガラスバッチ材料を熱反応させるのに十分な熱エネルギーを有する、プラズマプルームを生成するステップを更に備えた、実施形態１５記載の方法。

実施形態１７
前記熱反応が、
前記ガラスバッチ材料を、少なくとも部分的に融解することを含む、
少なくとも１つの前記ガラスバッチ材料、及び１つ以上の別の材料を、少なくとも部分的に融解することによって、被覆ガラスバッチ材料粒子を形成することを含む、及び
前記ガラスバッチ材料を、少なくとも部分的に融解して、実質的に均一な回転楕円体状のガラス中間粒子を形成することを含む、
のうちの少なくとも１つである、実施形態１６記載の方法。

実施形態１８
前記ＲＦ電力が、前記第１の電磁場が、（ｉ）少なくとも１ＭＨｚ、（ｉｉ）少なくとも３ＭＨｚ、（ｉｉｉ）少なくとも４ＭＨｚ、（ｉｖ）少なくとも５ＭＨｚ、（ｖ）少なくとも１０ＭＨｚ、（ｖｉ）少なくとも１５ＭＨｚ、（ｖｉｉ）少なくとも２０ＭＨｚ、（ｖｉｉｉ）少なくとも３０ＭＨｚ、（ｉｘ）少なくとも４０ＭＨｚ、及び（ｘ）約１〜５０ＭＨｚのうちの少なくとも１つの周波数を示すような特性を有する、実施形態１５記載の方法。

実施形態１９
前記ＡＣ電力が、前記第２の電磁場が、（ｉ）少なくとも１０ｋＨｚ、（ｉｉ）少なくとも１５ｋＨｚ、（ｉｉｉ）少なくとも２０ｋＨｚ、（ｉｖ）少なくとも３０ｋＨｚ、（ｖ）少なくとも４０ｋＨｚ、（ｖｉ）少なくとも５０ｋＨｚ、（ｖｉｉ）少なくとも１００ｋＨｚ、（ｖｉｉｉ）少なくとも１５０ｋＨｚ、（ｉｘ）少なくとも２００ｋＨｚ、及び（ｘ）約１０〜２５０ｋＨｚのうちの少なくとも１つの周波数を示すような特性を有する、実施形態１５記載の方法。

実施形態２０
前記ＡＣ電力の電力レベルを制御して、前記第２の電磁場の強度を制御し、それによって、前記プラズマプルームの温度を制御するステップであって、該プラズマプルームが、（ｉ）約９，０００Ｋ〜約１８，０００Ｋ、（ｉｉ）約１１，０００Ｋ〜約１５，０００Ｋ、及び（ｉｉｉ）少なくとも約１１，０００Ｋのうちの少なくとも１つの温度を有する、ステップを更に備えた、実施形態１５記載の方法。

実施形態２１
プラズマガスの前記１つ以上の供給源の圧力及び流量を調整して、前記内部容積を通した、前記プラズマガスのサイクロン渦の１つ以上の特性を制御し、それによって、前記プラズマプルーム中における、前記ガラスバッチ材料の滞留時間を制御するステップを更に備えた、実施形態１５記載の方法。

実施形態２２
前記カラスバッチ材料を、前記クラズマ格納容器の前記中心軸に対し概して平行、且つ該中心軸の接線方向に向けて前記内部容積に入ってくる、前記プラズマガスを横断して供給するステップを更に備えた、実施形態１５記載の方法。

実施形態２３
前記ガラスバッチ材料の平均粒径が、（ｉ）少なくとも約１０μｍ、（ｉｉ）少なくとも約５０μｍ、（ｉｉｉ）少なくとも約７５μｍ、（ｉｖ）少なくとも約１００μｍ、（ｖ）少なくとも約１５０μｍ、（ｖｉ）少なくとも約２００μｍ、（ｖｉｉ）少なくとも約５００μｍ、（ｖｉｉｉ）少なくとも約７５０μｍ、（ｉｘ）少なくとも約１０００μｍ、及び（ｘ）約５〜約１０００μｍのうちの少なくとも１つである、実施形態１５記載の方法。

実施形態２４
前記プラズマガスが、アルゴン、空気、ヘリウム、窒素、酸素、及びこれらの混合物のうちの少なくとも１つを含む、実施形態１５記載の方法。

１００ システム
１０２ バッチ投入装置（混合装置）
１０４ バッチ篩装置
１１０ プラズマガスの供給源
１２０ 冷却流体供給源
１３０ ＲＦ電源
１４０ ＡＣ電源
１５０ 制御装置
１７０ 回収容器
２００ プラズマ格納容器
２０２ 第１のリング電極
２０４ 第２のリング電極
２０６ 誘導コイル
２０８、２１０ 壁部材
２１４ 入口端部
２１６ 出口端部
２２０ プラズマプルーム
２２６ ガス入口
２２８ ガス出口
２３０ 入口構造体
２３２ 材料入口

Claims (15)

1. 中心軸を有する内部容積を画成する少なくとも１つの壁部材、入口端部、及び対向する出口端部を有するプラズマ格納容器と、
   前記プラズマ格納容器の前記入口端部に配置された入口構造体であって、（ｉ）ガラスバッチ材料を受け取り、該ガラスバッチ材料を、前記プラズマ格納容器の、前記内部容積の前記入口端部の近傍に供給するための材料入口、（ｉｉ）プラズマガスの１つ以上の供給源を受け取り、該プラズマガスが、前記中心軸の接線方向に誘導されるように、該プラズマガスを前記内部容積の前記入口端部に供給するための、少なくとも１つのガス入口、及び前記内部容積の前記出口端部におけるプラズマガスを放出するための、少なくとも１つのガス出口であって、前記プラズマガスが、前記内部容積を通して、サイクロン渦を巻くように配置された、ガス入口及びガス出口を含む入口構造体と、
   前記プラズマ格納容器の、前記少なくとも１つの壁部材の外面の周囲に、環状に配置された第１及び第２のリング電極であって、（ｉ）前記第１のリング電極が、前記入口端部の周囲に環状に配置され、前記第２のリング電極が、前記出力端部の周囲に環状に配置され、（ｉｉ）前記第１及び第２のリング電極が、該第１及び第２のリング電極間に延び、前記プラズマ格納容器の前記中心軸に対し、概して平行な力線を有する、第１の電磁場を形成するのに十分な特性を有する、ＲＦ電力の供給源を受け取るように動作可能である第１及び第２のリング電極と、
   前記プラズマ格納容器の前記中心軸に沿って配置された誘導コイルであって、該誘導コイルのコア及び前記内部容積を通して、前記プラズマ格納容器の前記中心軸に対し、概して平行に延びる力線を有する、第２の電磁場を形成するのに十分な特性を有する、ＡＣ電力の供給源を受け取るように動作可能である誘導コイルと、を備え、
   前記第１の電磁場及び前記第２の電磁場が協働して、前記プラズマ格納容器の内部に、プラズマプルームを生成することを特徴とする装置。
2. 前記プラズマプルームが、実質的に円筒形状を成し、前記ガラスバッチ材料を熱反応させるのに十分な熱エネルギーを有していることを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 前記熱反応が、
   前記ガラスバッチ材料を、少なくとも部分的に融解することを含む、
   少なくとも１つの前記ガラスバッチ材料、及び１つ以上の別の材料を少なくとも部分的に融解して、被覆ガラスバッチ材料粒子を形成することを含む、及び
   前記ガラスバッチ材料を、少なくとも部分的に融解して、実質的に均一な回転楕円体状のガラス中間粒子を形成することを含む、
   のうちの少なくとも１つであることを特徴とする、請求項２記載の装置。
4. 前記ＲＦ電力が、前記第１の電磁場が、（ｉ）少なくとも１ＭＨｚ、（ｉｉ）少なくとも３ＭＨｚ、（ｉｉｉ）少なくとも４ＭＨｚ、（ｉｖ）少なくとも５ＭＨｚ、（ｖ）少なくとも１０ＭＨｚ、（ｖｉ）少なくとも１５ＭＨｚ、（ｖｉｉ）少なくとも２０ＭＨｚ、（ｖｉｉｉ）少なくとも３０ＭＨｚ、（ｉｘ）少なくとも４０ＭＨｚ、及び（ｘ）約１〜５０ＭＨｚのうちの少なくとも１つの周波数を示すような特性を有することを特徴とする、請求項１〜３いずれか１項記載の装置。
5. 前記ＡＣ電力が、前記第２の電磁場が、（ｉ）少なくとも１０ｋＨｚ、（ｉｉ）少なくとも１５ｋＨｚ、（ｉｉｉ）少なくとも２０ｋＨｚ、（ｉｖ）少なくとも３０ｋＨｚ、（ｖ）少なくとも４０ｋＨｚ、（ｖｉ）少なくとも５０ｋＨｚ、（ｖｉｉ）少なくとも１００ｋＨｚ、（ｖｉｉｉ）少なくとも１５０ｋＨｚ、（ｉｘ）少なくとも２００ｋＨｚ、及び（ｘ）約１０〜２５０ｋＨｚのうちの少なくとも１つの周波数を示すような特性を有することを特徴とする、請求項１〜４いずれか１項記載の装置。
6. 前記誘導コイルが、前記プラズマ格納容器の前記内部容積の内部に位置する、密閉チャンバー内に配置されていることを特徴とする、請求項１〜５いずれか１項記載の装置。
7. 前記ＡＣ電力の電力レベルを制御するように動作して、前記第２の電磁場の強度を制御し、それによって、前記プラズマプルームの温度を制御するコントローラを更に備えたことを特徴とする、請求項１〜６いずれか１項記載の装置。
8. 前記プラズマプルームが、（ｉ）約９，０００Ｋ〜約１８，０００Ｋ、（ｉｉ）約１１，０００Ｋ〜約１５，０００Ｋ、及び（ｉｉｉ）少なくとも約１１，０００Ｋのうちの、少なくとも１つの範囲の温度を有することを特徴とする、請求項１〜７いずれか１項記載の装置。
9. プラズマガスの前記１つ以上の供給源の圧力及び流量を調整するように動作して、前記内部容積を通した、前記プラズマガスのサイクロン渦の１つ以上の特性を制御し、それによって、前記プラズマプルーム中における、前記ガラスバッチ材料の滞留時間を制御するコントローラを更に備えたことを特徴とする、請求項１〜８いずれか１項記載の装置。
10. 前記材料入口が、前記ガラスバッチ材料が、前記クラズマ格納容器の前記中心軸に対し概して平行、且つ該中心軸の接線方向に向けて前記内部容積に入ってくる、前記プラズマガスを横断して供給されるように配向されていることを特徴とする、請求項１〜９いずれか１項記載の装置。
11. 前記ガラスバッチ材料の平均粒径が、（ｉ）少なくとも約１０μｍ、（ｉｉ）少なくとも約５０μｍ、（ｉｉｉ）少なくとも約７５μｍ、（ｉｖ）少なくとも約１００μｍ、（ｖ）少なくとも約１５０μｍ、（ｖｉ）少なくとも約２００μｍ、（ｖｉｉ）少なくとも約５００μｍ、（ｖｉｉｉ）少なくとも約７５０μｍ、（ｉｘ）少なくとも約１０００μｍ、及び（ｘ）約５〜約１０００μｍのうちの少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１〜１０いずれか１項記載の装置。
12. 前記入口構造体が、前記プラズマプルームの存在下において、前記入口構造体を冷却するために、内部を通して流体を運ぶように動作する１つ以上の内部チャンネルを備え、
    前記少なくとも１つの壁部材が、前記プラズマプルームの存在下において、前記プラズマ格納容器を冷却するために、内部を通して流体を運ぶように動作する、それぞれの内部チャンネルを備え、
    前記誘導コイルが、少なくとも１つの内部壁部材で形成された密閉チャンバー内に配置され、前記内部壁部材が、前記プラズマプルームの存在下において、前記密閉チャンバーを冷却するために、内部を通して流体を運ぶように動作する、それぞれの内部チャンネルを備えたことを特徴とする、請求項１〜１１いずれか１項記載の装置。
13. 前記プラズマガスが、アルゴン、空気、ヘリウム、窒素、酸素、及びこれらの混合物のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１〜１２いずれか１項記載の装置。
14. 前記熱反応したガラスバッチ材料が、前記出口端部を通して、前記プラズマ格納容器を出ることを特徴とする、請求項１〜１３いずれか１項記載の装置。
15. 中心軸を有する内部容積を画成する少なくとも１つの壁部材、入口端部、及び対向する出口端部を有するプラズマ格納容器を用意するステップと、
    前記プラズマ格納容器の前記入口端部に配置された入口構造体であって、（ｉ）ガラスバッチ材料を受け取り、該ガラスバッチ材料を、前記プラズマ格納容器の、前記内部容積の前記入口端部の近傍に供給するための材料入口、（ｉｉ）プラズマガスの１つ以上の供給源を受け取り、該プラズマガスが、前記中心軸の接線方向に誘導されるように、該プラズマガスを前記内部容積の前記入口端部に供給するための、少なくとも１つのガス入口、及び前記内部容積の前記出口端部におけるプラズマガスを放出するための、少なくとも１つのガス出口であって、前記プラズマガスが、前記内部容積を通して、サイクロン渦を巻くように配置された、ガス入口及びガス出口を含む入口構造体を用意するステップと、
    前記プラズマ格納容器の、前記少なくとも１つの壁部材の外面の周囲に、環状に配置された第１及び第２のリング電極であって、（ｉ）前記第１のリング電極が、前記入口端部の周囲に環状に配置され、前記第２のリング電極が、前記出力端部の周囲に環状に配置され、（ｉｉ）前記第１及び第２のリング電極が、該第１及び第２のリング電極間に延び、前記プラズマ格納容器の前記中心軸に対し、概して平行な力線を有する、第１の電磁場を形成するのに十分な特性を有する、ＲＦ電力の供給源を受け取るように動作可能である第１及び第２のリング電極を用意するステップと、
    前記プラズマ格納容器の前記中心軸に沿って配置された誘導コイルであって、該誘導コイルのコア及び前記内部容積を通して、前記プラズマ格納容器の前記中心軸に対し、概して平行に延びる力線を有する、第２の電磁場を形成するのに十分な特性を有する、ＡＣ電力の供給源を受け取るように動作可能である誘導コイルを用意するステップと、
    を備えたことを特徴とする方法。

Images