特許 7505683 水中プラズマ発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-17

(45)【発行日】2024-06-25

(54)【発明の名称】水中プラズマ発生装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/24 20060101AFI20240618BHJP

   B01J 19/08 20060101ALI20240618BHJP

【ＦＩ】

H05H1/24

B01J19/08 D

B01J19/08 E

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020564182

(86)(22)【出願日】2018-05-16

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-09-02

(86)【国際出願番号】 KR2018005632

(87)【国際公開番号】W WO2019221313

(87)【国際公開日】2019-11-21

【審査請求日】2020-11-13

【審判番号】

【審判請求日】2023-04-19

(73)【特許権者】

【識別番号】520440032

【氏名又は名称】ケー フュージョン テクノロジー インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】クワク、ホン キル

【合議体】

【審判長】波多江 進

【審判官】秋田 将行

【審判官】松川 直樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１１９３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１７７８４３８（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開２００７－１１７８５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H05H 1/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内側に長手方向に沿って作動流体が通過可能な流路が形成されるリアクター；及び
前記流路に配置されて前記流路を複数個の空間に区画し、内側に前記複数個の空間を互いに連通させ、前記流路に比して断面の幅が相対的に小さな少なくとも一つ以上の貫通孔が形成され、一側に前記貫通孔に流入した前記作動流体と摩擦される金属性触媒を備える誘電性挿入物、を含み、
前記リアクターの一側空間に流入した前記作動流体には、空洞現象により負電荷の表面電位を帯びる予め設定された大きさ以下の微細気泡が発生し、
前記作動流体と共に前記貫通孔に流入して前記金属性触媒を通過する前記微細気泡は、前記金属性触媒から前記作動流体に対して放出される同種電荷により崩壊されてプラズマを発生させ、
前記誘電性挿入物を通して前記リアクターの他側空間に移動された前記作動流体は、前記プラズマに露出されてイオン化され、
前記リアクターの他側空間に対応する前記リアクターの外面に設けられ、前記プラズマを通してイオン化された前記作動流体の流れに磁場を印加して前記作動流体に含まれたイオンを電気的極性によって分離させるイオン分離部、
を含む、水中プラズマ発生装置。

【請求項2】

前記作動流体は、比抵抗１０４Ω・ｃｍ以上の軽水（Ｈ２Ｏ）または前記軽水と重水（Ｄ２Ｏ）が混合されたものであり、
前記イオン分離部は、前記作動流体からＨ＋イオン及びＯＨ－イオンを分離する、請求項１に記載の水中プラズマ発生装置。

【請求項3】

前記イオン分離部は、
前記リアクターの軸方向に対する垂直方向に沿って前記リアクターの一側外面に設けられ、Ｓ極性を有する第１磁性体；及び
前記リアクターの他側外面に設けられて前記第１磁性体に対向配置され、Ｎ極性を有する第２磁性体；
を含む、請求項１に記載の水中プラズマ発生装置。

【請求項4】

前記イオン分離部は、
内側に前記第１磁性体及び前記第２磁性体を収容して固定させ、前記リアクターの外面にモジュール形態に結合可能な磁性体固定部；をさらに含む、請求項３に記載の水中プラズマ発生装置。

【請求項5】

前記磁性体固定部は、
内側に前記リアクター、前記第１磁性体及び前記第２磁性体を収容可能な収容空間が形成されるハウジング部；
前記ハウジング部の内側に結合されて前記収容空間を複数個に区画し、前記第１磁性体及び前記第２磁性体を支持して前記リアクターの軸方向に対する垂直方向に前記第１磁性体及び前記第２磁性体の移動を制限する隔膜部；及び
前記ハウジング部の軸方向に沿って前記ハウジング部の一側端部に締結され、前記リアクターの軸方向に前記第１磁性体及び前記第２磁性体の移動を制限し、内側に前記リアクターが貫通可能なリアクター貫通孔が形成されるブラケット部；
を含む、請求項４に記載の水中プラズマ発生装置。

【請求項6】

前記流路は、
外部から流入した前記作動流体が収容される第１流路；
前記誘電性挿入物を通過した前記作動流体が収容される第２流路；及び
前記第１流路及び前記第２流路を互いに連通させ、前記第１流路及び前記第２流路に比して相対的に小さな内径の大きさに形成される第３流路；
を含み、
前記第１流路及び前記第３流路の間には、前記作動流体の移動方向に沿って前記誘電性挿入物が係って支持される係止ジョーが形成され、
前記第２流路及び前記第３流路の間には、前記誘電性挿入物から吐出されて前記第３流路側に逆流する前記作動流体の移動を案内する案内面が形成される、請求項１に記載の水中プラズマ発生装置。

【請求項7】

前記案内面は、曲面または傾斜面の構造に形成される、請求項６に記載の水中プラズマ発生装置。

【請求項8】

前記リアクターの外側には、前記リアクターの長手方向に沿って前記リアクターの端部から予め設定された深さに陥没して前記イオン分離部が安着し、前記イオン分離部の移動を制限して前記イオン分離部を前記第２流路に対応する位置に配置させる安着支持溝が形成される、請求項６に記載の水中プラズマ発生装置。

【請求項9】

前記第２流路の長さは、前記第１流路の長さと前記第３流路の長さが連結された長さよりさらに長く形成される、請求項８に記載の水中プラズマ発生装置。

【請求項10】

前記第１流路の直径と前記貫通孔の直径の比率は、１０：０．５～１０：４の少なくともいずれか一つの大きさに形成される、請求項６に記載の水中プラズマ発生装置。

【請求項11】

前記誘電性挿入物は、
予め設定された誘電率を有する誘電性素材で形成され、前記第１流路、前記第２流路及び前記第３流路にわたって収容される誘電体；及び
前記第１流路に収容され、一面が前記誘電体に接触した状態で前記誘電体の前方に配置される金属性挿入物；
を含む、請求項１０に記載の水中プラズマ発生装置。

【請求項12】

前記誘電体は、
前記第１流路に対応する大きさに形成されて前記第１流路に収容され、一面が前記係止ジョーに係って支持される第１部分；
前記第１部分から軸方向に沿って予め設定された長さに延びて前記第３流路に収容され、前記第３流路に対応する大きさに形成される第２部分；及び
前記第２部分から軸方向に沿って予め設定された長さに延びて前記第２流路に収容され、前記作動流体の移動方向に向かって直径の大きさが次第に減少する第３部分；
を含む、請求項１１に記載の水中プラズマ発生装置。

【請求項13】

前記第１磁性体及び前記第２磁性体が対向配置された方向に対して垂直な方向に対向配置され、前記リアクターを貫通して一部が前記流路の他側空間に収容される金属性プローブ；をさらに含む、請求項３に記載の水中プラズマ発生装置。

【請求項14】

前記流路の他側空間で、前記誘電性挿入物の端部と前記金属性プローブとの間の距離は、前記金属性プローブと前記リアクターの端部との間の距離よりさらに長く形成される、請求項１３に記載の水中プラズマ発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水中プラズマ発生装置に関し、より詳細には、一方向に移動中である流体（液体）の中に多量の微細気泡（Ｍｉｃｒｏ－Ｎａｎｏ Ｂｕｂｂｌｅ）を発生させ、これを利用して連続的にプラズマを発生させることができる水中プラズマ発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマとは、超高温で負電荷を持つ電子（ｅ－）と正電荷を帯びたイオン（Ａ＋、水素原子核）とに分離された気体状態を意味する。また、プラズマは、電気を帯びた粒子が集まっている気体を意味することもある。プラズマは、電荷分離度が非常に高いが、全体的に負と正の電荷数が同一で電気的に中性を帯びるようになる。分子状態の気体に高いエネルギーが加えられると数万℃で気体は電子と原子核とに分離されてプラズマ状態となる。

【0003】

言い換えれば、固体にエネルギーを加えると液体、気体となり、さらにこの気体状態に高いエネルギーを加えると数万℃で気体は原子核周囲を回っている最外殻電子（ｅ－）が軌道を離脱（イオン化エネルギー）したイオン化状態となるが、このとき、分子状態の気体特性を失った異なる次元の物質となる。プラズマを第４の物質状態という。このようなイオン化状態で、Ａ原子は、下記のような構造式となる。

【0004】

［構造式］Ａ原子⇔Ａ＋＋ｅ－
プラズマは、原子の核周囲を回っている最外殻電子が解離してカチオンとアニオンが共存した状態で、電気的には中性を帯びる。プラズマは、電気をよく通るようになる。

【0005】

また、物質がイオン化された状態で時間が経つにつれ、また安定した本来の状態に戻りながらエネルギーを放出するが、自然現象で見られる代表的なプラズマがすなわち稲妻であり、北極地方のオーロラ、大気の中のイオン層等がプラズマ状態である。

【0006】

プラズマは、原子核と電子が分離された状態であって、気体状態の原子に多くの熱を加えた時に分離されて現れる現象であるため、摂氏１，５００万℃を超える熱い太陽の中で全ての原子はプラズマ状態であるようになる。

【0007】

宇宙全体を見ると、プラズマが最もよくある状態であるといえる。しかし、日常生活でプラズマを利用するためには、このように人工的に作らなければならない。プラズマを人工的に生成実用化しようとする努力は、年ごろ着実に推進されてきた。

【0008】

プラズマを作るためには、熱を加える方法で作り出すことができ、高い電場や磁場を加えて電子の衝突を誘導して作り出すことができる。多くは直流、超高周波、電子ビーム等の電気的方法を加えてプラズマを生成した後、磁場等を使用してこのような状態を維持するようにしなければならない。

【0009】

しかし、エネルギーに使用するために既存に使用されてきた技術、即ち、気体を通した高い密度を有するプラズマ生成技術は、入力エネルギーが出力エネルギーより大きいか、超高温を利用したプラズマを閉じ込めることができる超高温状態に耐える物質を開発できず、進行が難しい状態である。

【0010】

また、プラズマは、直接産業的に使用され得るエネルギー源であるが、既存のプラズマ生成方式では、多くの電気を使用してプラズマを作り、ここで得られた電気をエネルギー源に使用する矛盾が繰り返され、結局、エネルギー使用の効率を低下させる深刻な問題を抱えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】大韓民国公開特許公報第１０－２０１０－００１１２４６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、空洞現象を通して一方向に移動する流体内に５μｍの大きさ以下に形成され、負電荷の表面電位を帯びる微細気泡（Ｍｉｃｒｏ－Ｎａｎｏ Ｂｕｂｂｌｅ）を大量に発生させ、金属性触媒を通して流体と共に移動される微細気泡に同種電荷を印加して斥力により微細気泡を連続で崩壊させることで高密度のプラズマを生成できる水中プラズマ発生装置を提供することである。

【0013】

本発明の課題は、以上において言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は、下記の記載から当業者に明確に理解され得るだろう。

【課題を解決するための手段】

【0014】

前記課題を解決するための本発明の実施例に係る水中プラズマ発生装置は、内側に長手方向に沿って作動流体が通過可能な流路が形成されるリアクター；及び、前記流路に配置されて前記流路を複数個の空間に区画し、内側に前記複数個の空間を互いに連通させ、前記流路に比して断面の幅が相対的に小さな少なくとも一つ以上の貫通孔が形成され、一側に前記貫通孔に流入した前記作動流体と摩擦される金属性触媒を備える誘電性挿入物；を含む。

【0015】

前記リアクターの一側空間に流入した前記作動流体には、空洞現象により負電荷の表面電位を帯びる予め設定された大きさ以下の微細気泡が発生し、前記作動流体と共に前記貫通孔に流入して前記金属性触媒を通過する前記微細気泡は、前記金属性触媒から放出される同種電荷により崩壊されてプラズマを発生させ、前記誘電性挿入物を通して前記リアクターの他側空間に移動された前記作動流体は、前記プラズマに露出されてイオン化され得る。

【0016】

前記リアクターの他側空間に対応する前記リアクターの外面に設けられ、前記プラズマを通してイオン化された前記作動流体の流れに磁場を印加して前記作動流体に含まれたイオンを電気的極性によって分離させるイオン分離部；をさらに含むことができる。

【0017】

前記作動流体は、比抵抗１０^４Ω・ｃｍ以上の軽水（Ｈ_２Ｏ）または前記軽水と重水（Ｄ_２Ｏ）が混合されたものであり、前記イオン分離部は、前記作動流体からＨ^＋イオン及びＯＨ^－イオンを分離することができる。

【0018】

前記イオン分離部は、前記リアクターの軸方向に対する垂直方向に沿って前記リアクターの一側外面に設けられ、Ｓ極性を有する第１磁性体；及び、前記リアクターの他側外面に設けられて前記第１磁性体に対向配置され、Ｎ極性を有する第２磁性体；を含むことができる。

【0019】

前記イオン分離部は、内側に前記第１磁性体及び前記第２磁性体を収容して固定させ、前記リアクターの外面にモジュール形態に結合可能な磁性体固定部；をさらに含むことができる。

【0020】

前記磁性体固定部は、内側に前記リアクター、前記第１磁性体及び前記第２磁性体を収容可能な収容空間が形成されるハウジング部；前記ハウジング部の内側に結合されて前記収容空間を複数個に区画し、前記第１磁性体及び前記第２磁性体を支持して前記リアクターの軸方向に対する垂直方向に前記第１磁性体及び前記第２磁性体の移動を制限する隔膜部；及び、前記ハウジング部の軸方向に沿って前記ハウジング部の一側端部に締結され、前記リアクターの軸方向に前記第１磁性体及び前記第２磁性体の移動を制限し、内側に前記リアクターが貫通可能なリアクター貫通孔が形成されるブラケット部；を含むことができる。

【0021】

前記流路は、外部から流入した前記作動流体が収容される第１流路；前記誘電性挿入物を通過した前記作動流体が収容される第２流路；及び、前記第１流路及び前記第２流路を互いに連通させ、前記第１流路及び前記第２流路に比して相対的に小さな内径の大きさに形成される第３流路；を含み、前記第１流路及び前記第３流路の間には、前記作動流体の移動方向に沿って前記誘電性挿入物が係って支持される係止ジョーが形成され、前記第２流路及び前記第３流路の間には、前記誘電性挿入物から吐出されて前記第３流路側に逆流する前記作動流体の移動を案内する案内面が形成され得る。

【0022】

前記案内面は、曲面または傾斜面の構造に形成され得る。

【0023】

前記リアクターの外側には、前記リアクターの長手方向に沿って前記リアクターの端部から予め設定された深さに陥没して前記イオン分離部が安着し、前記イオン分離部の移動を制限して前記イオン分離部を前記第２流路に対応する位置に配置させる安着支持溝が形成され得る。

【0024】

前記第２流路の長さは、前記第１流路の長さと前記第３流路の長さが連結された長さよりさらに長く形成され得る。

【0025】

前記第１流路の直径と前記貫通孔の直径の比率は、１０：０．５～１０：４の少なくともいずれか一つの大きさに形成され得る。

【0026】

前記誘電性挿入物は、予め設定された誘電率を有する誘電性素材で形成され、前記第１流路、前記第２流路及び前記第３流路にわたって収容される誘電体；及び、前記第１流路に収容され、一面が前記誘電体に接触した状態で前記誘電体の前方に配置される金属性挿入物；を含むことができる。

【0027】

前記誘電体は、前記第１流路に対応する大きさに形成されて前記第１流路に収容され、一面が前記係止ジョーに係って支持される第１部分；前記第１部分から軸方向に沿って予め設定された長さに延びて前記第３流路に収容され、前記第３流路に対応する大きさに形成される第２部分；及び、前記第２部分から軸方向に沿って予め設定された長さに延びて前記第２流路に収容され、前記作動流体の移動方向に向かって直径の大きさが次第に減少する第３部分；を含むことができる。

【0028】

前記第１磁性体及び前記第２磁性体が対向配置された方向に対して垂直な方向に対向配置され、前記リアクターを貫通して一部が前記流路の他側空間に収容される金属性プローブ；をさらに含むことができる。

【0029】

前記流路の他側空間で、前記誘電性挿入物の端部と前記プローブとの間の距離は、前記プローブと前記リアクターの端部との間の距離よりさらに長く形成され得る。

【発明の効果】

【0030】

本発明の実施例によれば、内側に作動流体が移動可能な流路が形成されるリアクター、及び流路に収容されて流路の一側空間に空洞現象を誘発し、一側に流体の流れ時に摩擦電気を発生させる金属性触媒を備えることで、リアクターに流入して一方向に移動する流体内に５μｍの大きさ以下に形成され、負電荷の表面電位を帯びる微細気泡を大量に発生させ、流体と共に移動される微細気泡に同種電荷を印加して斥力により微細気泡を連続で崩壊させて高密度のプラズマを連続的に生成することができる。

【0031】

また、従来の気体プラズマ発生装置のように数千～数万ボルト以上の高電圧を利用することなく、室温で炭化水素系オイルや、軽水（Ｈ_２Ｏ）または軽水と重水（Ｄ_２Ｏ）が混合された作動流体の循環だけでプラズマを生成できることで、気体プラズマに比して高密度のプラズマを生成できることはもちろん、装置の構造を単純化してコストを節減することができる。

【0032】

また、作動流体を一方向に循環させて連続的にプラズマを生成でき、プラズマが液状の流体の中に閉じ込められた状態で発生することで、音波発光（Ｓｏｎｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）または化学発光（Ｃｈｅｍｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を通したプラズマの生成を排除して工程を簡素化でき、プラズマの損失率を最小化することができる。

【0033】

また、速い速度で循環する作動流体内で高密度のプラズマを発生させて作動流体をイオン化し、イオン化された作動流体が移動される経路に磁場を形成して作動流体に含まれたイオンを電気的極性によって効率的に分離させることができる。

【0034】

また、軽水（Ｈ_２Ｏ）または軽水と重水（Ｄ_２Ｏ）の混合物を作動流体に適用する場合、振動弛緩（Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）現象の発生なしにイオン化された作動流体からＨ^＋イオン及びＯＨ^－イオンを分離でき、さらに分離されたＨ^＋イオンを収集して高純度の水素を大量生産することができる。

【0035】

また、プラズマが発生する内部空間に一部が露出されるようにリアクターに脱着可能な複数個のプローブを備えることで、プローブにキャパシタ等を連結する場合、高電圧の電気エネルギーを獲得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】本発明の実施例に係る水中プラズマ発生装置を概略的に示した構成図である。

【図2】本発明の実施例に係る水中プラズマ発生装置のリアクターを示した横断面図である。

【図3】本発明の実施例に係る水中プラズマ発生装置のリアクターに誘電性挿入物が配置された状態を示した横断面図である。

【図4】誘電性挿入物のそれぞれ異なる実施例を示した横断面図である。

【図5】誘電体のそれぞれ異なる実施例を示した図である。

【図6】誘電体のそれぞれ異なる実施例を示した図である。

【図7】誘電体のそれぞれ異なる実施例を示した図である。

【図8】誘電体のそれぞれ異なる実施例を示した図である。

【図9】本発明の実施例に係る水中プラズマ発生装置を示した縦断面図である。

【図10】本発明の実施例に係る磁性体固定部を示した図である。

【図11】本発明の実施例に係る磁性体固定部を示した図である。

【図12】本発明の実施例に係る水中プラズマ発生装置に金属性プローブが設けられた状態を示す図である。

【図13】本発明の実施例に係る水中プラズマ発生装置からプラズマが発生する様子を示したイメージである。

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下においては、添付の図面を参照して多様な実施例をより詳細に説明する。本明細書に記載の実施例は、多様に変形され得る。特定の実施例が図面で描写され、詳細な説明で詳しく説明され得る。しかし、添付の図面に開示された特定の実施例は、多様な実施例を容易に理解するようにするためのものであるだけである。従って、添付の図面に開示された特定実施例により技術的思想が制限されるものではなく、発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての均等物または代替物を含むものと理解されるべきである。

【0038】

第１、第２等のように序数を含む用語は、多様な構成要素を説明するのに使用され得るが、このような構成要素は、上述した用語により限定されることはない。上述した用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使用される。

【0039】

本明細書において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するためのものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるとか、「接続されて」いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されているか、または接続されていてもよいが、中間に他の構成要素が存在してもよいと理解されるべきである。これに対して、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるとか、「直接接続されて」いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないものと理解されるべきである。

【0040】

一方、本明細書において使用される構成要素に対する「モジュール」または「部」は、少なくとも一つの機能または動作を遂行する。そして、「モジュール」または「部」は、ハードウェア、ソフトウェアまたはハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより機能または動作を遂行することができる。また、特定ハードウェアで遂行されなければならないか、少なくとも一つのプロセッサで遂行される「モジュール」または「部」を除く複数の「モジュールら」または複数の「部ら」は、少なくとも一つのモジュールに統合されてもよい。単数の表現は、文脈上、明らかに異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。

【0041】

その他にも、本発明を説明するにあたって、関連した公知機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不要に濁す恐れがあると判断される場合、それについての詳細な説明は、縮約または省略する。

【0042】

図１は、本発明の実施例に係る水中プラズマ発生装置を概略的に示した構成図であり、図２は、本発明の実施例に係る水中プラズマ発生装置のリアクターを示した横断面図であり、図３は、本発明の実施例に係る水中プラズマ発生装置のリアクターに誘電性挿入物が配置された状態を示した横断面図である。また、図４は、誘電性挿入物のそれぞれ異なる実施例を示した横断面図であり、図５から図８は、誘電体のそれぞれ異なる実施例を示した図であり、図９は、本発明の実施例に係る水中プラズマ発生装置を示した縦断面図である。また、図１０から図１１は、本発明の実施例に係る磁性体固定部を示した図であり、図１２は、本発明の実施例に係る水中プラズマ発生装置に金属性プローブが設けられた状態を示す図である。

【0043】

図１及び図２を参照すると、本発明の実施例に係る水中プラズマ発生装置１（以下、「水中プラズマ発生装置１」という）は、一方向に移動中である作動流体に多量の微細気泡（Ｍｉｃｒｏ－Ｎａｎｏ Ｂｕｂｂｌｅ）を発生させ、これを利用して連続的にプラズマを発生させることができるプラズマ発生装置であって、リアクター１０を含む。

【0044】

リアクター１０は、誘電率を有する誘電性素材で作製され、内側に作動流体が通過され得る管形の構造に形成される。例えば、誘電性素材は、透光性多結晶質セラミック、エンジニアリングプラスチック、アクリル、タンタル（Ｔａｎｔａｌｕｍ）、クォーツ、パイレックス（登録商標）、ファイバーグラス、クリスタル等に適用され得る。

【0045】

さらに詳細には、リアクター１０は、一側に作動流体が流入する流入口が形成され、他側に作動流体が流出する流出口が形成され、内側に長手方向に沿って流入口と流出口を連結して作動流体が通過可能な流路が形成される管形構造に形成される。

【0046】

ここで、流路は、長さまたは内径の大きさが異なる複数個の区間に区分され得る。

【0047】

図２及び図３を参照すると、流路は、流入口と連結され、作動流体が供給される場合、外部から流入した作動流体が収容される第１流路１１と、流出口と連結され、リアクター１０の軸方向に沿って第１流路１１に対向する位置に形成され、後述する誘電性挿入物２０を通過した作動流体が収容される第２流路１２、及び、第１流路１１及び第２流路１２の間に形成されて第１流路１１及び第２流路１２を互いに連通させ、第１流路１１及び第２流路１２に比して相対的に小さな内径の大きさに形成される第３流路１３を含むことができる。ここで、第２流路１２の長さＬ２は、第１流路１１の長さＬ１及び第３流路１３の長さＬ３よりさらに長く形成され、第１流路１１の長さと第３流路１３の長さが連結された長さよりさらに長く形成され得る。これを通して、後述するイオン分離部３０を通して第２流路１２に形成される磁界区間をより長く形成し、イオン分離効率を極大化することができる。例えば、流路は、後述する誘電性挿入物２０の外形に対応する形状に形成され、流路の一区間と誘電性挿入物２０の一区間は、多面体形状に形成され得る。これを通して、誘電体２１挿入物が流路内で回転することを予防して、後述する金属性挿入物２２及びホールディング挿入物２３に形成された貫通孔２０ａと誘電性挿入物２０に形成された貫通孔２０ａの位置が外れることを予防できる。また、第１流路１１の内径及び第２流路１２の内径は、互いに異なる大きさに形成され得る。これを通して、作業者が誘電性挿入物２０を流路に挿入する場合、第１流路１１と第２流路１２の混同を予防できる。

【0048】

また、流路を形成するリアクター１０の内側には、係止ジョー１４及び案内面１５が形成され得る。

【0049】

さらに詳細には、第１流路１１及び第３流路１３の間には、作動流体の移動方向に沿って誘電性挿入物２０が係って支持される係止ジョー１４が形成され、第２流路１２及び第３流路１３の間には、誘電性挿入物２０から吐出されて第３流路１３側に逆流する作動流体と接触して、作動流体の移動を案内する案内面１５が形成され得る。

【0050】

ここで、案内面１５は、作動流体との接触時、抵抗力を最小化できるように、作動流体が逆流する方向に向かって弧形状に曲げられた曲面または直線形状に傾斜した傾斜面の構造に形成され得る。これによって、誘電性挿入物２０から吐出されて逆流する作動流体を円滑に誘電性挿入物２０側に案内することはもちろん、逆流する作動流体とリアクター１０の内面間の摩擦を最小化してリアクター１０の損傷を予防できる。

【0051】

また、リアクター１０の外側には、安着支持溝１６が形成され得る。

【0052】

安着支持溝１６は、第２流路１２に対応する位置に形成され、リアクター１０の長手方向に沿ってリアクター１０の端部から予め設定された深さに陥没して形成され得る。そして、安着支持溝１６は、後述するイオン分離部３０の第１磁性体３１及び第２磁性体３２が互いに対向した状態で設けられ得るようにリアクター１０の軸方向に対して垂直な方向に沿ってリアクター１０の一側及び他側にそれぞれ形成され得る。これによって、安着支持溝１６に安着したイオン分離部３０は、リアクター１０の軸方向に沿って移動が制限され、第２流路１２に対応する位置に配置され得る。また、イオン分離部３０が設けられる安着支持溝１６は、第２流路１２と同じ長さに形成され得る。従って、リアクター１０の長手方向に沿って安着支持溝１６が形成された区間の長さは、第１流路１１及び第２流路１２が形成された区間の長さよりさらに長く形成され、これを通してイオン分離部３０の磁界区間を増大してイオン分離効果を向上させることができる。

【0053】

また、流入口及び流出口が形成されるリアクター１０の一側及び他側端部には、それぞれ他の部品との連結のために外周面にねじ山が形成された複数個の締結部が備えられ得る。例えば、リアクター１０の内部に流入する高圧の作動流体に耐えるために、流入口側の締結部の長さは、流出口側の締結部の長さよりさらに長く形成され得る。そして、流入口の内径は、流出口の内径よりさらに大きく形成され得る。しかし、締結部の長さ及び内径の大きさは、これに限定されるものではなく、多様な形態及び構造に変更されて適用され得る。

【0054】

また、リアクター１０の各締結部には、他の部品との連結時、作動流体の漏水を予防できるように他の部品と締結部との間の気密を維持するパッキング部材（図示しない）が設けられ得る。例えば、パッキング部材は、Ｏリング（Ｏ－ｒｉｎｇ、Ｏ字形ゴムリング）またはガスケット形態に形成され得る。しかし、パッキング部材は、必ずしもこの形状に限定されるものではなく、多様な形態に変更されて適用され得る。

【0055】

また、リアクター１０には、後述する金属性プローブ４０を挿入可能なプローブ挿入孔（図示しない）がさらに形成され得る。プローブ挿入孔は、プローブ４０の外面に対応する大きさに形成され、リアクター１０の表面から第２流路１２まで連通されるようにリアクター１０を貫通して形成され得る。

【0056】

また、リアクター１０には、プローブ挿入孔を選択的に開閉させることのできる開閉部材（図示しない）がさらに備えられ得る。

【0057】

開閉部材は、プローブ挿入孔に挿入される挿入部、及び挿入部の外側に備えられて挿入部がプローブ挿入孔に挿入される場合、リアクター１０の外面に支持される支持部を含むことができる。例えば、開閉部材は、リアクター１０と同一の誘電性素材で形成されるか、所定の弾性力を有する気密性素材で形成され得る。

【0058】

従って、リアクター１０に金属性プローブ４０が設けられない場合、作業者は、開閉部材をプローブ挿入孔に挿入してプローブ挿入孔を閉鎖させ、これを通してプローブ挿入孔に作動流体が流出することを予防できる。

【0059】

また、本水中プラズマ発生装置１は、誘電性挿入物２０を含む。

【0060】

図３及び図４を参照すると、誘電性挿入物２０は、リアクター１０に挿入され、作動流体から電子が放出される空洞現象によるプラズマ生成に必要な環境を提供するように構成される。

【0061】

さらに詳細には、誘電性挿入物２０は、流路に配置されて流路を複数個の空間に区画する。そして、誘電性挿入物２０の内側には、区画された複数個の空間（第１流路１１及び第２流路１２）を互いに連通させ、流路（第１流路１１）に比して断面の幅が相対的に小さな貫通孔２０ａが形成される。ここで、第１流路１１の直径と貫通孔２０ａの直径の比率は、１０：１の比率に適用されることが好ましくあり得る。しかし、第１流路１１の直径と貫通孔２０ａの直径の比率は、必ずしもこれに限定されるものではなく、１０：０．５～１０：４の少なくともいずれか一つの大きさに適用され得る。また、誘電性挿入物２０の一側には、作動流体の流入時、貫通孔２０ａに流入した作動流体と摩擦されて作動流体と共に貫通孔２０ａを通過する微細気泡に電子を放出する金属性触媒（金属性挿入物２２）を備える。

【0062】

従って、図４に示されたように、リアクター１０の一側空間（第１流路１１）に流入した作動流体には、第１流路１１及び貫通孔２０ａの間で発生する空洞現象（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）により負電荷の表面電位を帯びる５０μｍ以下の多量の微細気泡が発生し得る。さらに詳細には、第１流路１１に流入する高圧の作動流体には、空洞現象によって５μｍ以下の大きさに収縮する多量の微細気泡が発生し、５μｍ以下の大きさに収縮した多量の微細気泡は、ゼータ電位（ｚｅｔａ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）特性によって表面に負電位が急増するようになる。そして、作動流体と共に貫通孔２０ａに流入して金属性触媒（金属性挿入物２２）を通過する多量の微細気泡は、表面電位の電荷（－電荷）と金属性触媒から放出される同種電荷（－電荷）との間の斥力により連続的に崩壊されて高密度のプラズマを発生させることができる。併せて、誘電性挿入物２０を通して吐出されてリアクター１０の他側空間（第２流路１２）に移動された作動流体は、高密度のプラズマに露出されてイオン化され得る。

【0063】

誘電性挿入物２０についてさらに詳細に説明する。

【0064】

図４及び図５を参照すると、誘電性挿入物２０は、予め設定された誘電率を有する誘電性素材で形成され、第１流路１１及び第３流路１３に対応する大きさに形成されて第１流路１１、第２流路１２及び第３流路１３にわたって収容され、内側に貫通孔２０ａが形成される誘電体２１を含むことができる。例えば、誘電体２１は、エンジニアリングプラスチック、アクリル、クォーツ、パイレックス（登録商標）、セラミック、ファイバーグラス及びクリスタル等のように所定の誘電率を有する多様な誘電性素材に適用され得る。

【0065】

リアクター１０に収容される誘電体２１は、流路に配置される位置によって第１部分２１１、第２部分２１２及び第３部分２１３に区分され得る。

【0066】

第１部分２１１は、第１流路１１に対応する大きさに形成されて第１流路１１に収容され、作動流体が流入する場合、作動流体に加圧されて一面が係止ジョー１４に係って支持され得る。例えば、第１部分２１１は、後述する第２部分２１２及び第３部分２１３に比して断面の大きさがさらに広く形成され得る。即ち、第１部分２１１は、第１流路１１に対応する大きさに形成されて第１流路１１を形成するリアクター１０の内周面に支持されることはもちろん、作動流体の移動方向に沿ってリアクター１０の内側に形成された係止ジョー１４に係って支持されることで、作動流体の流入時にも作動流体の圧力により流動されず、安定して固定された状態を維持することができる。

【0067】

第２部分２１２は、第１部分２１１から軸方向に沿って予め設定された長さに延びて、第３流路１３に対応する大きさに形成されて第３流路１３に収容され得る。例えば、第２部分２１２は、第１部分２１１よりさらに長く形成されることが好ましくあり得る。

【0068】

また、第２部分２１２には、逆流した作動流体が収容可能な捕集溝２１４が形成され得る。

【0069】

捕集溝２１４は、後述する第３部分２１３から吐出されて第３部分２１３の表面に沿って第２部分２１２に向かって逆流する作動流体が流入し得るように、第２部分２１２の外周面から内側に向かって予め設定された深さに陥没して形成され得る。

【0070】

そして、捕集溝２１４は、図７に示されたように、第２部分２１２の外面に単一形態に形成されるか、図５、図６及び図８に示されたように、第２部分２１２の長手方向に沿って複数個に形成され得る。ここで、第２部分２１２の長手方向に沿って複数個に形成された捕集溝２１４は、第２部分２１２の長手方向に沿って少なくとも２つ以上の位置に形成され得、等間隔に離隔されて配置され得る。

【0071】

一方、図５から図８を参照すると、捕集溝２１４は、第３部分２１３から予め設定された距離だけ離隔された位置に形成され得る。即ち、第３部分２１３と隣接した位置に形成される捕集溝２１４と第３部分２１３との間には、捕集溝２１４と第３部分２１３を離隔させるブロック部２１２ａが備えられ、これを通して第３部分２１３の表面に沿って捕集溝２１４側に流入する作動流体の流入を最小化することができる。

【0072】

また、捕集溝２１４は、図８に示されたように、Ｖ字またはＵ字等、多様な形態に食刻された形状に形成され得る。

【0073】

これを通して、捕集溝２１４は、作動流体が収容可能な所定の空間を提供して作動流体が第１部分２１１に逆流することを低減させることはもちろん、作動流体が円滑に流出入可能な形態に形成されることで、捕集溝２１４に収容された作動流体が第３部分２１３を通して吐出される作動流体と共に合流されるようにしてプラズマ発生を加速化させることができる。

【0074】

しかし、第２部分２１２には、必ずしも捕集溝２１４が形成されなければならないものではなく、捕集溝２１４は、必要に応じて選択的に誘電体２１に形成され得る。

【0075】

再び、図４及び図５を参照すると、第３部分２１３は、第２部分２１２から軸方向に沿って予め設定された長さに延びて、第２部分２１２と同じ外形の大きさに形成されて第２流路１２に収容され得る。そして、第３部分２１３は、作動流体の移動方向に向かって直径の大きさが次第に減少する構造に形成され得る。

【0076】

即ち、第３部分２１３は、第２部分２１２から延びて第２流路１２に露出された状態で配置され、作動流体の移動方向に向かって直径の大きさが次第に減少する表面構造を通して、端部から吐出されて逆流する作動流体を第２部分２１２側に円滑に案内でき、これを通してプラズマ反応を加速させることができる。

【0077】

また、第２流路１２に露出された第３部分２１３の表面は、外側に向かって曲げられた曲面形状に形成され得る。従って、第３部分２１３を通して吐出されて逆流する作動流体は、曲面形状に形成された第３部分２１３の表面に沿って第２部分２１２側に移動され得る。

【0078】

しかし、第３部分２１３の表面形状は、これに限定されるものではなく、多様な構造及び形状に変更されて適用され得る。

【0079】

図６を参照すると、第３部分２１３の表面は、内側に向かって凹に曲げられた曲面形状に形成され得る。従って、第３部分２１３を通して吐出されて逆流する作動流体は、内側に向かって凹に曲げられた曲面形状の第３部分２１３の表面に沿って第２部分２１２側に移動され得る。また、第３部分２１３から吐出されて逆流する作動流体は、上述の第３部分２１３の表面形状構造及び第３部分２１３から連続的に吐出される作動流体の流れを通して加速化され得る。

【0080】

また、図７を参照すると、第３部分２１３の表面は、傾斜面の形態に形成され得る。従って、第３部分２１３を通して吐出されて逆流する作動流体は、傾斜面形状の第３部分２１３の表面に沿って第２部分２１２側に移動され得る。

【0081】

一方、貫通ホールが形成された誘電体２１の内部には、渦流突起２１５がさらに形成され得る。

【0082】

図５を参照すると、渦流突起２１５は、貫通孔２０ａを通過する作動流体に渦流が発生し得るように、誘電体２１の長手方向に沿って誘電体２１の内面全体に螺旋形状に突設され得る。これによって、誘電体２１の内部で微細気泡の発生がさらに活性化され得ることはもちろん、微細気泡の崩壊をさらに加速化させることができる。

【0083】

また、図３及び図４を参照すると、誘電性挿入物２０は、金属性挿入物２２と、ホールディング挿入物２３をさらに含むことができる。

【0084】

金属性挿入物２２は、第１流路１１に収容され、一面が誘電体２１に接触した状態で誘電体２１の前方に配置され、作動流体の流入時、作動流体と摩擦されて電子を放出し得る。例えば、金属性挿入物２２は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル、銅、アルミニウム、白金、パラジウム、チタン等の多様な金属からなり得る。また、金属性挿入物２２は、予め設定された厚さに形成され、第１流路１１に対応する外形の大きさに形成され得る。また、金属性挿入物２２の内側には、作動流体が通過可能な貫通孔２０ａが形成され得る。例えば、貫通孔２０ａの内部には、螺旋形の溝が形成され、作動流体が通過する場合、作動流体に渦流現象（スクリュー現象）を誘導し得る。

【0085】

ホールディング挿入物２３は、第１流路１１に収容されて金属性挿入物２２の前方に配置され、金属性挿入物２２に接触した状態を維持することができる。そして、ホールディング挿入物２３は、作動流体の流入時、金属性挿入物２２から放出される電子をホールディング（ｈｏｌｄｉｎｇ）できるように所定の誘電率を有する誘電性素材で形成され得る。即ち、ホールディング挿入物２３は、金属性挿入物２２から発生する電子を蓄積する役割を果たすことができる。例えば、ホールディング挿入物２３は、エンジニアリングプラスチック（ＰＣ）、アクリル、クォーツ、パイレックス（登録商標）、セラミック、ファイバーグラス及びクリスタル等のように所定の誘電率を有する誘電性素材で形成され得る。また、ホールディング挿入物２３は、予め設定された厚さに形成され、第１流路１１に対応する外形の大きさに形成され得る。また、ホールディング挿入物２３の内側には、作動流体が通過可能な貫通孔２０ａが形成され得る。例えば、貫通孔２０ａの内部には、螺旋形の溝が形成され、作動流体が通過する場合、作動流体に渦流現象（スクリュー現象）を誘導し得る。

【0086】

また、本水中プラズマ発生装置１は、イオン分離部３０をさらに含むことができる。

【0087】

図３及び図９を参照すると、イオン分離部３０は、誘電性挿入物２０を通過した作動流体が収容されるリアクター１０の他側空間（第２流路１２）に対応するリアクター１０の外面に設けられ、プラズマを通してイオン化された作動流体の流れに磁場を印加して作動流体に含まれたイオンを電気的極性によって分離させることができる。

【0088】

即ち、イオン分離部３０は、プラズマを通してイオン化された作動流体の流れに磁場を印加して作動流体からＨ^＋イオン及びＯＨ^－イオンを分離することができる。このとき、リアクター１０に供給される作動流体は、比抵抗１０^４Ω・ｃｍ以上の軽水（Ｈ_２Ｏ）または軽水と重水（Ｄ_２Ｏ）が混合された混合流体であってよい。

【0089】

イオン分離部３０についてさらに詳細に説明する。

【0090】

イオン分離部３０は、リアクター１０の外面に互いに対向配置される複数個の磁性体を含むことができる。

【0091】

複数個の磁性体は、リアクター１０の軸方向に対する垂直方向に沿ってリアクター１０の一側外面に設けられ、Ｓ極性を有する第１磁性体３１と、リアクター１０の他側外面に設けられて第１磁性体３１に対向配置され、Ｎ極性を有する第２磁性体３２を含むことができる。これを通して、イオン分離部３０は、作動流体の流れに磁場を印加し、作動流体に含まれたイオンを作動流体の流れから電気的極性によって磁場の方向に垂直に分離させることができる。一方、図面に示されたものとは異なり、Ｓ極性とＮ極性が互いに相反した位置に配置され得るように、第１磁性体３１と第２磁性体３２は、リアクター１０の軸方向に対する垂直方向に沿って互いに相反した位置に配置され得る。これを通して、イオン分離部３０で分離されて作動流体と共に移動されるイオンの方向を変更することができる。

【0092】

また、イオン分離部３０は、磁性体固定部３３をさらに含むことができる。

【0093】

図１０及び図１１を参照すると、磁性体固定部３３は、内側に第１磁性体３１及び第２磁性体３２を収容して固定させることができる。さらに詳細には、磁性体固定部３３は、リアクター１０の軸方向及びリアクター１０の軸方向に対する垂直方向への第１磁性体３１及び第２磁性体３２の移動を制限できる。そして、磁性体固定部３３は、リアクター１０の外面にモジュール形態に結合され得る。

【0094】

また、磁性体固定部３３は、ハウジング部３３１、隔膜部３３２、及びブラケット部３３３を含むことができる。

【0095】

ハウジング部３３１は、内側にリアクター１０、第１磁性体３１及び第２磁性体３２を収容可能な収容空間が形成され、リアクター１０の軸方向に沿ってリアクター１０の外側に結合されてリアクター１０の外面に固定され得る。例えば、ハウジング部３３１は、リアクター１０の他側空間（第２流路１２）に対応する長さに形成され得る。しかし、ハウジング部３３１の長さは、必ずしもこれに限定されるものではなく、必要に応じてリアクター１０の外面の長さより短い長さに形成され得る。

【0096】

隔膜部３３２は、ハウジング部３３１の内側に結合されて収容空間を複数個に区画し、第１磁性体３１及び第２磁性体３２を支持してリアクター１０の軸方向に対する垂直方向に第１磁性体３１及び第２磁性体３２の移動を制限できる。例えば、隔膜部３３２は、予め設定された厚さを有する板形構造に形成され、ＳＵＳ素材で形成され得る。そして、ハウジング部３３１の収容空間は、隔膜部３３２によりリアクター１０が収容される第１収容空間、第１収容空間と連通されて第１磁性体３１及び第２磁性体３２がそれぞれ収容される第２収容空間、及び後述するブラケット部３３３が挿入されて固定される第３収容空間に区画され得る。

【0097】

ブラケット部３３３は、ハウジング部３３１の軸方向に沿ってハウジング部３３１の一側端部に複数個の締結手段を通して締結され、リアクター１０の軸方向に第１磁性体３１及び第２磁性体３２の移動を制限し、内側にリアクター１０が貫通可能な通孔が形成され得る。また、ブラケット部には、複数個の締結手段が貫通可能な複数個の通孔がさらに形成され得る。また、ブラケット部３３３は、鉛等のように磁性体の磁力を遮断できる素材で形成され得る。

【0098】

また、本水中プラズマ発生装置１は、金属性プローブ４０をさらに含むことができる。

【0099】

図１２の（ａ）を参照すると、金属性プローブ４０は、複数個で備えられ、第１磁性体３１及び第２磁性体３２が対向配置された方向に対して垂直な方向に対向配置され、リアクター１０を貫通して一部が流路の他側空間（第２流路１２）に収容され得る。従って、複数個の金属性プローブ４０にキャパシタ等を連結する場合、高電圧の電気エネルギーを獲得することができる。例えば、金属性プローブ４０は、銀、銅、アルミニウム、金、ニッケル及び銅等の多様な金属素材で形成され得る。

【0100】

一方、図１２の（ｂ）を参照すると、流路の他側空間（第２流路１２）で、誘電性挿入物２０の端部と金属性プローブ４０との間の距離Ｄ１は、金属性プローブ４０とリアクター１０の端部との間の距離Ｄ２よりさらに長く形成され得る。

【0101】

また、本水中プラズマ発生装置１は、浄水部（図示しない）及び動力部（図示しない）をさらに含むことができる。

【0102】

浄水部は、作動流体を浄水することができる。ここで、作動流体は、軽水、軽水と重水の混合流体、炭化水素系オイル等を使用することができ、仮に、軽水を使用する場合、比抵抗１０^４Ω・ｃｍ以上の範囲で浄水されることが好ましくあり得る。また、軽水と重水が混合された混合流体を作動流体に使用する場合、重水を軽水に対比して０．０１％から１００％程度に配合して使用することが好ましくあり得る。また、炭化水素系オイル、またはミネラルオイル（Ｍｉｎｅｒａｌ Ｏｉｌ）を使用する場合、粘度が４０以下のものを使用することが好ましくあり得る。

【0103】

動力部は、浄水部で浄水された作動流体をリアクター１０の内部に供給するための動力を提供することができる。即ち、動力部は、動力部の一側に配置される後述するポンプを回転させ、作動流体をリアクター１０に予め設定された圧力で伝達することができる。

【0104】

また、本水中プラズマ発生装置１は、ポンプ（図示しない）、貯蔵タンク（図示しない）及び流量調節部（図示しない）をさらに含むことができる。

【0105】

ポンプは、動力部の一側に配置され、動力部から動力の伝達を受けて、リアクター１０に作動流体を既設定された圧力で伝達することができる。例えば、ポンプの駆動によって、後述する貯蔵タンクに貯蔵された作動流体は、貯蔵タンクからポンプに伝達され、ポンプに伝達された作動流体は、リアクター１０に供給され得る。

【0106】

貯蔵タンクは、リアクター１０及び後述する温度調節部を通過した作動流体を貯蔵し、ポンプに作動流体を供給することができる。例えば、貯蔵タンクの内部には、循環して流入した作動流体の状態を安定化させるための隔壁が設けられ得る。また、貯蔵タンクには、温度調節のために熱交換器（図示しない）がさらに設けられ得る。

【0107】

流量調節部は、貯蔵タンクからリアクター１０に流入する中間に配置され、リアクター１０に流入する作動流体の流量を調節するように構成され得る。例えば、流量調節部は、ポンプとリアクター１０との間に配置され得る。

【0108】

また、本水中プラズマ発生装置１は、蓄圧器（図示しない）、流体移動部（図示しない）、計測部（図示しない）及びコントロールパネル（図示しない）をさらに含むことができる。

【0109】

蓄圧器は、流量調節部とリアクター１０との間に設けられ、作動流体が一定に流れずプラズマが瞬間的に切れてまた発生する脈動現象を防止できる。例えば、蓄圧器は、脈動現象を低減するために２台以上設けられることが好ましくあり得る。

【0110】

流体移動部は、浄水部、リアクター１０及び貯蔵タンク等、上述したそれぞれの装置を互いに連結する配管形態に形成され、内部に作動流体が循環され得る流路が形成され得る。例えば、流体移動部は、誘電性素材で形成され得る。

【0111】

計測部は、リアクター１０の入口、出口及び流体移動部の少なくともいずれか一箇所に配置され、作動流体の圧力及び温度を計測することができる。これを通して、計測された作動流体の圧力及び温度は、作動流体の圧力及び温度を制御する用途に使用され得る。例えば、リアクター１０の入口で測定された作動流体の温度及び圧力がプラズマ発生に十分な圧力及び温度に達していない場合、ポンプ（図示しない）を制御して圧力を高めることができる。そして、後述する温度調節部（図示しない）で作動流体の温度を低減させることを中止させることができる。また、温度調節部に流入する流体移動部に配置された計測部は、作動流体の温度を測定して、リアクター１０の内部で摩擦熱及びプラズマ発生によって上昇した作動流体の温度を測定することができる。そして、測定された温度は、温度調節部で作動流体の温度を調節するデータとして使用され得る。

【0112】

コントロールパネルは、本水中プラズマ発生装置１をつけたり消したりすることができる電源装置、及び作動流体の圧力及び温度を調節できる操作装置を含むことができる。そして、コントロールパネルは、上述した計測部により計測される圧力及び温度を表示できるディスプレイパネルをさらに含むことができる。

【0113】

また、本水中プラズマ発生装置１は、分岐管（図示しない）をさらに含むことができる。

【0114】

分岐管は、リアクター１０の他側に連結されて作動流体と共にイオン分離部３０を通して分離されたイオンを互いに異なる方向に案内できる。例えば、分岐管は、誘電性素材で形成され得る。

【0115】

以下においては、図３及び図４を参照して、作動流体の流れ、作動流体の流れと連係される各挿入物の作用、微細気泡の形成過程及び崩壊過程を説明する。

【0116】

参考までに、作動流体の流れ、作動流体の流れと連係される各挿入物の作用、微細気泡の形成過程及び崩壊過程を説明するための各構成については、説明の便宜上、本水中プラズマ発生装置１を説明しながら使用した図面符号を同一に使用し、同一または重複した説明は省略する。

【0117】

まず、一実施例に係る誘電性挿入物２０を通した作動流体の流れ、作動流体の流れと連係される各挿入物の作用、微細気泡の形成過程及び崩壊過程を説明する。

【0118】

図３及び図４の（ａ）を参照すると、リアクター１０の第１流路１１を通して誘電性挿入物２０、金属性挿入物２２及びホールディング挿入物２３を順に挿入する。誘電性挿入物２０を挿入する時には、第３部分２１３が先に第１流路１１に挿入され得るように挿入する。

【0119】

本水中プラズマ発生装置１を作動させると、高圧の作動流体がリアクター１０の流入口側に流入する。このとき、作動流体が高圧で流入するので、誘電性挿入物２０、金属性挿入物２２及びホールディング挿入物２３を順に密着させる。

【0120】

作動流体は、リアクター１０の内部に流入して直線で貫通ホールに向かって流れる第１流れｆ１と、第１流れｆ１の間で渦流が形成される第２流れｆ２を形成することができる。作動流体が流れるリアクター１０の第１流路１１の直径より誘電性挿入物２０、金属性挿入物２２及びホールディング挿入物２３に形成された貫通孔２０ａの直径が相対的に非常に狭いため、ホールディング挿入物２３の貫通孔２０ａの近くで貫通孔２０ａに流入しなかった作動流体は渦流を形成する第３流れｆ３を有し得る。そして、第３流れｆ３は、また第１流れｆ１に組み込まれて貫通孔２０ａの内部に流入し得る。

【0121】

貫通孔２０ａの内部に流入した作動流体は、金属性挿入物２２、ホールディング挿入物２３及び誘電性挿入物２０の貫通孔２０ａの内部に形成された螺旋形の溝等により渦流を形成する第４流れｆ４を形成することができる。そして、貫通孔２０ａの内部に流入した作動流体は、金属性挿入物２２と摩擦して流れるようになる。このような摩擦により金属性挿入物２２から大量の電子が放出される。金属性挿入物２２から放出された電子の一部は作動流体と共に流れていき、放出された電子の他の一部はホールディング挿入物２３に蓄積されるようになる。

【0122】

貫通孔２０ａの内部に流入した作動流体は、非常に狭くなった直径のため空洞現象により微細気泡を形成することができる。このような微細気泡は、貫通孔２０ａの内部を通りながらさらに多く形成される。また、形成された微細気泡は作動流体内に留まり、作動流体が誘電性挿入物２０の貫通孔２０ａを通過する場合、崩壊され得る。微細気泡の崩壊と作動流体に帯電した電子により誘電性挿入物２０の第２部分２１２の貫通孔２０ａ及び第２流路１２でプラズマが主に発生する。

【0123】

ここで、微細気泡は、多くは直径５０μｍ以下の大きさを持つ気泡を意味する。微細気泡は、気液界面により囲まれて形成され、その界面に水の表面張力が作用する。表面張力は、気泡内部を圧縮する力で作用し得る。環境圧力による気泡内部の圧力上昇は、理論的に下記の式１により求めることができる。
＜式１＞ ΔＰ＝４σ／Ｄ
ここで、ΔＰは圧力上昇の程度であり、σは表面張力、Ｄは気泡直径である。

【0124】

【表1】

【0125】

前記表１を参照すると、直径が約１０μｍである微細気泡は、約０．３気圧の内部圧力を有し、直径が１μｍである微細気泡は、約３気圧の圧力を有する。また、界面には、イオン濃度が増加するようになる。このような微細気泡が崩壊（Ｃｏｌｌａｐｓｅ）するとき、約４０ＫＨｚの超音波と約１４０ｄｂの高い音圧、そして４０００℃から６０００℃に達する瞬間的な高熱が発生する。このような超音波、高い音圧及び瞬間的な高熱と作動流体内の浮遊電子により微細気泡が崩壊しながらプラズマが発生する。

【0126】

オイルまたは水等の流体の場合、作動流体の走行速度が速くなり、局部圧力が蒸気圧より低くなると、作動流体が水蒸気化されて空洞（ｃａｖｉｔｙ）が発生する。

【0127】

通常の気泡は、水面に上昇して表面で破裂するが、原子や分子の大きさに近いマイクロ（μｍ）ナノサイズになると、同じ物質でも異なる行動や性質を有するようになるが、気泡でも同じ現象がある。５０μｍ（０．０５ｍｍ）以下の微細気泡は、水中で縮小されてついに消滅するが、この過程で核生成（ｎuｃｌｅａｔｉｏｎ）、気泡成長、そして適切な条件での内破崩壊等、最小限３つの連続的なステップを経る。

【0128】

この過程で、微細気泡は、それ以上自身を維持するためにエネルギーを吸収できない程度に過大成長し、「急激な崩壊」を通して猛烈に内破され、この崩壊ステップの間に放出される温度と圧力は、閉じ込められていた気体の分子が割れる程度におびただしく上昇するが、これは「均一超音波化学」の基礎となる現象でもある。

【0129】

また、微細気泡は、電荷を帯びており、周辺に電場によって上昇しながらジグザグに運動をする。このとき、微細気泡そのものが微細な振動を起こすが、「自己加圧効果」により１μｓｅｃ（１／１，０００，０００秒）程度の短い時間での圧縮と崩壊の連鎖反応を繰り返す。

【0130】

また、自己加圧効果は、球形の界面を有する微細気泡内部で表面張力が気体を圧縮する力により発生するが、膨張または崩壊するとき、崩壊する気泡内部の強力な圧力と温度は、核反応を触発させる程度に高くなる。このとき、微細気泡の内部温度は、太陽の表面温度に匹敵する５，５００℃まで瞬間的に上昇し、微細気泡の壁の崩壊（内破）速度は７，０００ｍ／ｓｅｃまで加速され、その衝撃波は１１，０００ｍ／ｓｅｃに達し、２０，０００Ｋ～３０，０００Ｋ（ケルビン温度）まで達する強烈な光を発するが、これがすなわちプラズマの発生である。

【0131】

このような微細気泡の破壊力は、水または他の流体と関連した日常生活でもよく現れている。例えば、水中でプロペラの回転によりプロペラまたは船体表面に流れる流体の走行速度が速くなり、局部圧力が蒸気圧より低くなることで空洞現象が生じ、この過程で数多くの微細気泡が発生し、生成と崩壊が連続で繰り返されるが、この微細気泡が崩壊する度に発生するおびただしいエネルギーは、金属プロペラと船体、ポンプ等の表面を毀損させるため、船舶の運航に莫大な支障をきたしている。このような結果を通して微細気泡の破壊力は証明されている。

【0132】

誘電性挿入物２０の貫通孔２０ａを通過した作動流体は、第３部分２１３の前方側、即ち、リアクター１０の流出口側に向かって放出されるようになる。放出される作動流体の一部は、第３部分２１３の表面に沿って第２部分２１２に向かって逆流する第５流れｆ５を形成し、放出される作動流体の他の一部は、第３部分２１３の前方側に流れる第６流れｆ６を形成する。

【0133】

第５流れｆ５による作動流体は、第３流路１３と誘電性挿入物２０の第２部分２１２の微細な隙間の間に流れ込み得る。先に言及したように、誘電性挿入物２０の第２部分２１２の直径は第３流路１３と対応するように形成され、誘電性挿入物２０の第２部分２１２とリアクター１０の第２流路１２が互いに密着するように誘電性挿入物２０がリアクター１０の内部に挿入されなければならない。そうでない場合、多くの量の作動流体が第３流路１３を通して逆流し、プラズマ発生の効率が低下し得る。

【0134】

第３流路１３と誘電性挿入物２０との間に逆流した作動流体は、誘電性挿入物２０の第２部分２１２に形成された捕集溝２１４に流入するようになる。流入した作動流体は、捕集溝２１４に留まっていて、第６流れｆ６が強くなると、また第３流路１３と誘電性挿入物２０との間を通して第２流路１２側に抜け出ながら第６流れｆ６をさらに強化させることができる。この時には、捕集溝２１４に留まっていた作動流体に含まれた微細気泡が崩壊してプラズマをさらに多く発生させることができる。

【0135】

このように、捕集溝２１４は、逆流する作動流体が留まることのできる空間を提供すると同時に第２流路１２で発生するプラズマを強化させる２つの役割を全て果たすことができる。

【0136】

次に、他の実施例に係る誘電性挿入物２０を通した作動流体の流れ、作動流体の流れと連係される各挿入物の作用、微細気泡の形成過程及び崩壊過程を説明する。

【0137】

図４の（ｂ）に示されたリアクター１０の内部の誘電性挿入物２０、金属性挿入物２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ及びホールディング挿入物２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、図４の（ａ）に示されたリアクター１０の内部と比較して誘電性挿入物２０の長さ、金属性挿入物２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ及びホールディング挿入物２３ａ、２３ｂ、２３ｃの個数のみが異なるだけで、他の構成要素は実質的に同一であるので、重複した説明を省略する。

【0138】

図４の（ｂ）を参照すると、リアクター１０の内部に挿入された誘電性挿入物２０は１個であり、金属性挿入物２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは計４個であり、ホールディング挿入物２３ａ、２３ｂ、２３ｃは計３個である。しかし、金属性挿入物２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ及びホールディング挿入物２３ａ、２３ｂ、２３ｃの個数は、必要に応じて変更されて適用され得る。

【0139】

誘電性挿入物２０の第２部分２１２は、図４の（ａ）に示された誘電性挿入物２０と比較したとき、もう少し長く形成される。これは、誘電性挿入物２０の第２部分２１２側に第４金属性挿入物２２ｄがもう一つ挿入されるからである。具体的に、誘電性挿入物２０の第２部分２１２を貫通して第４金属性挿入物２２ｄが誘電性挿入物２０の前面側で先に挿入される。誘電性挿入物２０は、前面側に第４金属性挿入物２２ｄが差し込まれたままリアクター１０の内部に挿入される。従って、第３部分２１３の始まりの部分が第２流路１２から始まることができるように、第２部分２１２は、第４金属性挿入物２２ｄの厚さだけさらに長く形成され得る。ただし、図面に示されたものとは異なり、誘電性挿入物２０の第２部分２１２がもう少し長く形成されないこともあり得る。

【0140】

第４金属性挿入物２２ｄの内径は、誘電性挿入物２０の第２部分２１２の外径と対応し、第４金属性挿入物２２ｄの外径は、リアクター１０の内径に対応する。第４金属性挿入物２２ｄは、第１流路１１に差し込まれながら、前面側には係止ジョー１４と接触し、後面側には誘電体２１挿入物の第１部分２１１と接触する。

【0141】

第４金属性挿入物２２ｄが差し込まれた誘電性挿入物２０がリアクター１０の内部に挿入された後、第４金属性挿入物２２ｄを除く第１から第３金属性挿入物２２ａ、２２ｂ、２２ｃと第１から第３ホールディング挿入物２３ａ、２３ｂ、２３ｃが順に交互にリアクター１０の内部に挿入される。具体的に、誘電性挿入物２０、第３金属性挿入物２２ｃ、第３ホールディング挿入物２３ｃ、第２金属性挿入物２２ｂ、第２ホールディング挿入物２３ｂ、第１金属性挿入物２２ａ、第１ホールディング挿入物２３ａが順にリアクター１０の内部に挿入される。

【0142】

以下、作動流体の流れ及び作動流体の流れと連係される各挿入物の作用を説明する。

【0143】

リアクター１０の第１流路１１を通して、上述したように、誘電性挿入物２０、金属性挿入物２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ及びホールディング挿入物２３ａ、２３ｂ、２３ｃが挿入されたリアクター１０の内部に高圧の作動流体が流入する。

【0144】

作動流体は、上述したように、誘電性挿入物２０、金属性挿入物２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ及びホールディング挿入物２３ａ、２３ｂ、２３ｃに形成された貫通孔２０ａを通して流れる第１流れｆ１と、第１ホールディング挿入物２３ａの外面とぶつかって渦流が形成される第３流れｆ３を形成することができる。

【0145】

貫通孔２０ａの内部に流入した作動流体は、ホールディング挿入物２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、第１から第３金属性挿入物２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び誘電性挿入物２０の貫通孔２０ａに形成された螺旋形の溝等により渦流となる第４流れｆ４を形成することができる。

【0146】

第４流れｆ４は、第１ホールディング挿入物２３ａ、第１金属性挿入物２２ａ、第２ホールディング挿入物２３ｂ、第２金属性挿入物２２ｂ、第３ホールディング挿入物２３ｃ及び第３金属性挿入物２２ｃに順に接触する。これによって、各金属性挿入物２２ａ、２２ｂ、２２ｃから大量の電子が作動流体に流入し、放出された電子の一部はホールディング挿入物２３ａ、２３ｂ、２３ｃに蓄積され、放出された電子の他の一部は第４流れｆ４と共に第３部分２１３を通して放出される。

【0147】

第３部分２１３の前方側に向かって放出された作動流体の一部は、第３部分２１３の表面に沿って第２部分２１２に向かって逆流する第５流れｆ５を形成する。そして、第３部分２１３の前方側に向かって放出された作動流体の他の一部は、第３部分２１３の前方側に流れる第６流れｆ６を形成する。

【0148】

このとき、第５流れｆ５は、第３流路１３と誘電性挿入物２０の第２部分２１２の微細な隙間の間に流れ込み得る。第３流路１３と誘電性挿入物２０との間に逆流した作動流体は、誘電性挿入物２０の捕集溝２１４に流入する。

【0149】

そして、捕集溝２１４に流入した作動流体は、上述したように、第６流れｆ６が強くなると、また第３流路１３と誘電性挿入物２０との間を通して第２流路１２側に抜け出ることができる。

【0150】

一方、捕集溝２１４に流入した作動流体及び第３流路１３と誘電性挿入物２０の隙間に逆流した作動流体は、第１流路１１の内側端部に配置された第４金属性挿入物２２ｄと接触し、もう一度プラズマを形成することができる。具体的に、捕集溝２１４に流入した作動流体は、第３流路１３と誘電性挿入物２０の隙間に逆流した作動流体と会って第１流路１１側まで流入し得る。このとき、作動流体は、第１流路１１側の内側端部に配置された第４金属性挿入物２２ｄと接触して電子の供給を受けることができる。

【0151】

このような第４金属性挿入物２２ｄは、第５流れｆ５を通して第１流路１１側に流入した作動流体が誘電性挿入物２０と接触して発生し得る誘電性挿入物２０のすす及び損傷を減少させることができる。また、第４金属性挿入物２２ｄは、逆流した第５流れｆ５に電子を供給することでプラズマ発生をさらに加速させることができる。

【0152】

図１３は、本発明の実施例に係る水中プラズマ発生装置１からプラズマが発生する様子を示したイメージである。参考までに、図１３は、リアクター１０の内部で発生するプラズマがより鮮明に表現されるようにするために暗室状態で撮影された。

【0153】

図４及び図１３を参照すると、リアクター１０の内部で作動流体の流れによってプラズマは発生と消滅を繰り返す。また、複数の位置でプラズマが同時に発生することもあり得る。

【0154】

第１プラズマＰ１は、誘電性挿入物２０の捕集溝２１４に入っている作動流体で発生したプラズマである。先に言及したように、誘電性挿入物２０の端部から吐出された作動流体の一部は、捕集溝２１４側に逆流して捕集溝２１４に入っている。捕集溝２１４に入った作動流体は、捕集溝２１４の内部で誘電性挿入物２０の円周表面に沿って回転するようになる。このような回転過程で第１プラズマＰ１が発生し得る。

【0155】

第２プラズマＰ２は、捕集溝２１４の内部にあった作動流体が第３部分２１３の端部側に漏れ出ながら発生し得る。捕集溝２１４の内部にあった作動流体は、第３部分２１３の端部側から吐出される作動流体の流れに合流して、第３部分２１３の端部側に吐出される作動流体の流れを強化させることができるが、このような過程で第２プラズマＰ２が発生し得る。一方、第２プラズマＰ２は、捕集溝２１４の内部にあった作動流体が誘電性挿入物２０の第３部分２１３の外側に吐出される作動流体の流れを強化させるということを示す一例であるといえる。

【0156】

第３プラズマＰ３は、誘電性挿入物２０の貫通ホールから第３部分２１３の端部に吐出される作動流体で発生し得る。第３プラズマＰ３は、貫通ホールの内部から発生することもあり得る。そして、第３プラズマＰ３は、誘電性挿入物２０を抜け出した直後にも発生し得る。このような第３プラズマＰ３は、リアクター１０の内部で発生するプラズマの中で主なプラズマであるといえる。例えば、第３プラズマＰ３にキャパシタ等と連結された金属性プローブ４０を連結する場合、電気エネルギーを獲得することができる。

【0157】

このように、本発明の実施例によれば、内側に作動流体が移動可能な流路が形成されるリアクター１０、及び流路に収容されて流路の一側空間に空洞現象を誘発し、一側に流体の流れ時に摩擦電気を発生させる金属性触媒を備えることで、リアクター１０に流入して一方向に移動する流体内に５μｍの大きさ以下に形成され、負電荷の表面電位を帯びる微細気泡を大量に発生させ、流体と共に移動される微細気泡に同種電荷を印加して斥力により微細気泡を連続で崩壊させて高密度のプラズマを連続的に生成することができる。

【0158】

また、従来の気体プラズマ発生装置のように数千～数万ボルト以上の高電圧を利用することなく、室温で炭化水素系オイルや、軽水（Ｈ_２Ｏ）または軽水と重水（Ｄ_２Ｏ）が混合された作動流体の循環だけでプラズマを生成できることで、気体プラズマに比して高密度のプラズマを生成できることはもちろん、装置の構造を単純化してコストを節減することができる。

【0159】

また、作動流体を一方向に循環させて連続的にプラズマを生成でき、プラズマが液状の流体の中に閉じ込められた状態で発生することで、音波発光（Ｓｏｎｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）または化学発光（Ｃｈｅｍｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を通したプラズマの生成を排除して工程を簡素化でき、プラズマの損失率を最小化することができる。

【0160】

また、速い速度で循環する作動流体内で高密度のプラズマを発生させて作動流体をイオン化し、イオン化された作動流体が移動される経路に磁場を形成して作動流体に含まれたイオンを電気的極性によって効率的に分離させることができる。

【0161】

また、軽水（Ｈ_２Ｏ）または軽水と重水（Ｄ_２Ｏ）の混合物を作動流体に適用する場合、振動弛緩（Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）現象の発生なしにイオン化された作動流体からＨ^＋イオン及びＯＨ^－イオンを分離でき、さらに分離されたＨ^＋イオンを収集して高純度の水素を大量生産することができる。

【0162】

また、プラズマが発生する内部空間に一部が露出されるようにリアクター１０に脱着可能な複数個のプローブを備えることで、プローブにキャパシタ等を連結する場合、高電圧の電気エネルギーを獲得することができる。

【0163】

以上においては、本発明の好ましい実施例について図示して説明したが、本発明は、上述した特定の実施例に限定されず、特許請求の範囲において請求する本発明の要旨を外れることなく当該発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者により多様な変形実施が可能であることはもちろん、このような変形実施は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならないだろう。

【産業上の利用可能性】

【0164】

本実施例に係る水中プラズマ発生装置は、電気エネルギーを発生させる発電システムに使用され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4(a)】

【図4(b)】

【図5(a)】

【図5(b)】

【図6(a)】

【図6(b)】

【図7(a)】

【図7(b)】

【図8(a)】

【図8(b)】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12(a)】

【図12(b)】

【図13】