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(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】2024-07-02
(45)【発行日】2024-07-10
(54)【発明の名称】ガスを処理するためのプラズマ反応器
(51)【国際特許分類】
H05H 1/24 20060101AFI20240703BHJP
B01J 19/08 20060101ALI20240703BHJP
【ＦＩ】
H05H1/24
B01J19/08 E
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2021556395
(86)(22)【出願日】2020-02-29
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-05-18
(86)【国際出願番号】 US2020020556
(87)【国際公開番号】W WO2020197701
(87)【国際公開日】2020-10-01
【審査請求日】2023-02-28
(31)【優先権主張番号】62/823,436
(32)【優先日】2019-03-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/823,492
(32)【優先日】2019-03-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/823,505
(32)【優先日】2019-03-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/823,508
(32)【優先日】2019-03-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/823,514
(32)【優先日】2019-03-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/823,517
(32)【優先日】2019-03-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/823,484
(32)【優先日】2019-03-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/752,689
(32)【優先日】2020-01-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】514014827
【氏名又は名称】リカーボン，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】マクレランド， ステファン アンドリュー
(72)【発明者】
【氏名】レオナルド， ザ サード， ジョージ スティーブン
(72)【発明者】
【氏名】クー， ジェ モ
【審査官】後藤 慎平
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１４－５１２９５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５２３１２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／００７４７２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｈ １／００－１／５４
Ｂ０１Ｊ １９／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマ発生システムであって、そこを通してマイクロ波エネルギーを伝送するための導波管と、
プラズマ空洞を画定するために前記導波管内に配置される内壁であって、前記マイクロ波エネルギーを使用して前記プラズマ空洞内でプラズマが発生する、内壁と、
第１のガスを前記プラズマ空洞の中に導入して前記第１のガスを使用して前記プラズマ空洞内に、中空円筒形状を有する第１の渦流れを発生させるように構成される、前記導波管の第１の側に設置される第１のガス入口であって、前記第１のガス入口が、前記プラズマによって処理されたガスが前記プラズマ空洞から外に出るときに通る孔を有する、第１のガス入口と、
前記導波管の第２の側に装着されて前記プラズマ空洞の中へ突出する、円形の中空円筒の形状を有するプラズマスタビライザであって、前記プラズマスタビライザの長手方向が前記第１の渦流れの前記中空円筒形状の長手方向に延在する回転軸に平行である、プラズマスタビライザと
を備えるプラズマ発生システム。
【請求項2】
前記内壁が前記マイクロ波エネルギーに対して透過性である材料で形成される、請求項１に記載のプラズマ発生システム。
【請求項3】
前記第１の渦流れが、螺旋運動で前記導波管の前記第２の側の方に前進する前記中空円筒形状の外側領域、および螺旋運動で前記導波管の前記第１の側の方に前進する前記中空円筒形状の内側領域を有し、前記プラズマが前記第１の渦流れの前記内側領域内に発生する、請求項１に記載のプラズマ発生システム。
【請求項4】
前記第１のガス入口が１つまたは複数の通路を有し、前記第１のガスが前記１つまたは複数の通路を通って前記プラズマ空洞の中に導入され、前記１つまたは複数の通路の各々が、そこを通過する前記第１のガスに渦運動を加えるように配置構成される、請求項１に記載のプラズマ発生システム。
【請求項5】
第２のガスを前記プラズマスタビライザの方に導入するように構成される、前記導波管の前記第２の側に設置される第２のガス入口をさらに備え、
前記第２のガス入口が、前記第２のガスを使用して前記プラズマ空洞内に第２の渦流れを発生させるように構成される
請求項１に記載のプラズマ発生システム。
【請求項6】
前記第２の渦流れが前記第１の渦流れの前記中空円筒形状の中心の中空部分内部に位置し、前記プラズマが前記第２の渦流れ内で発生する、請求項５に記載のプラズマ発生システム。
【請求項7】
前記第２のガス入口が１つまたは複数の通路を有し、前記第２のガスが前記１つまたは複数の通路を通って流れ、前記１つまたは複数の通路の各々が、そこを通過する前記第２のガスに渦運動を加えるように配置構成される、請求項５に記載のプラズマ発生システム。
【請求項8】
前記第２のガスの流量が、前記プラズマ空洞の中へ流れるガスの全流量の質量の５％～９５％の範囲である、請求項５に記載のプラズマ発生システム。
【請求項9】
前記内壁および前記プラズマスタビライザのうちの少なくとも一方が、表面に接触するガスに螺旋運動を加えるために螺旋溝を有する表面を有する、請求項１に記載のプラズマ発生システム。
【請求項10】
プラズマ発生システムであって、そこを通してマイクロ波エネルギーを伝送するための導波管と、
プラズマ空洞を画定するために前記導波管内に配置される内壁であって、前記マイクロ波エネルギーを使用して前記プラズマ空洞内でプラズマが発生する、内壁と、
第１のガスを前記プラズマ空洞の中に導入して前記第１のガスを使用して前記プラズマ空洞内に、中空円筒形状を有する第１の渦流れを発生させるように構成される、前記導波管の第１の側に設置される第１のガス入口であって、前記第１のガス入口が、前記プラズマによって処理されたガスが前記プラズマ空洞から外に出るときに通る孔を有する、第１のガス入口と、
前記第１のガス入口に装着される、円形の中空円筒の形状を有するプラズマスタビライザであって、前記プラズマスタビライザの長手方向が前記第１の渦流れの前記中空円筒形状の長手方向に延在する回転軸に平行である、プラズマスタビライザと
を備えるプラズマ発生システム。
【請求項11】
前記内壁が前記マイクロ波エネルギーに対して透過性である材料で形成される、請求項１０に記載のプラズマ発生システム。
【請求項12】
前記第１の渦流れが、螺旋運動で前記導波管の第２の側の方に前進する前記中空円筒形状の外側領域、および螺旋運動で前記導波管の前記第１の側の方に前進する前記中空円筒形状の内側領域を有し、前記プラズマが前記第１の渦流れの前記内側領域内に発生する、請求項１０に記載のプラズマ発生システム。
【請求項13】
前記第１の渦流れが、螺旋運動で前記導波管の第２の側の方に前進する外側領域、および螺旋運動で前記導波管の前記第１の側の方に前進する内側領域を有し、前記プラズマスタビライザが前記第１の渦流れの内側領域と外側領域との間の境界に位置する、請求項１０に記載のプラズマ発生システム。
【請求項14】
前記第１のガス入口が１つまたは複数の通路を有し、前記第１のガスが前記１つまたは複数の通路を通って前記プラズマ空洞の中に導入され、前記１つまたは複数の通路の各々が、そこを通過する前記第１のガスに渦運動を加えるように配置構成される、請求項１０に記載のプラズマ発生システム。
【請求項15】
第２のガスを前記プラズマスタビライザの方に導入するように構成される、前記導波管の第２の側に設置される第２のガス入口をさらに備え、
前記第２のガス入口が、前記第２のガスを使用して前記プラズマ空洞内に第２の渦流れを発生させるように構成される
請求項１０に記載のプラズマ発生システム。
【請求項16】
前記第２の渦流れが前記第１の渦流れの前記中空円筒形状の中心の中空部分内部に位置し、前記プラズマが前記第２の渦流れ内で発生する、請求項１５に記載のプラズマ発生システム。
【請求項17】
前記第２の渦流れが前記第１の渦流れの中に配置される、請求項１５に記載のプラズマ発生システム。
【請求項18】
前記第２のガス入口が１つまたは複数の通路を有し、前記第２のガスが前記１つまたは複数の通路を通って流れ、前記１つまたは複数の通路の各々が、そこを通過する前記第２のガスに渦運動を加えるように配置構成される、請求項１５に記載のプラズマ発生システム。
【請求項19】
前記第２のガスの流量が、前記プラズマ空洞の中へのガスの全流量の質量の５％～９５％の範囲である、請求項１５に記載のプラズマ発生システム。
【請求項20】
前記内壁および前記プラズマスタビライザのうちの少なくとも一方が、表面に接触するガスに螺旋運動を加えるために螺旋溝を有する表面を有する、請求項１０に記載のプラズマ発生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はプラズマ発生器に関し、より詳細には、マイクロ波プラズマを使用してガスを処理するためのデバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、マイクロ波テクノロジが種々の種類のプラズマを発生させるのに適用されている。通常、プラズマ源として利用されるマイクロ波放電が、マイクロ波エネルギーを、処理されるべきガスを収容する放電チャンバに結び付けることにより達成される。従来のマイクロ波プラズマシステムを動作させることにおける問題の１つには、プラズマを安定して維持することが含まれる。反応器の幾何形状、ガス入口のマニホルド、チャンバのデザイン、またはガス流量などが準最適であることの結果としてプラズマが不安定であることにより、ガスの処理または改質のための状態が最適ではなくなる可能性があり、さらにはプラズマ自体が消滅したりまたは反応器がダメージを受けたりする可能性がある。
【0003】
したがって、経済性を向上させることを目的としてより高い効率性の反応器およびスループットを生み出すためにプラズマの安定性の向上したマイクロ波プラズマシステムが必要である。
【発明の概要】
【0004】
本発明の一態様によると、プラズマ発生システムが、そこを通してマイクロ波エネルギーを伝送するための導波管と、プラズマ空洞を画定するために導波管内に配置される内壁であって、マイクロ波エネルギーを使用してプラズマ空洞内でプラズマが発生する、内壁と、第１のガスをプラズマ空洞の中に導入して第１のガスを使用してプラズマ空洞内に第１の渦流れを発生させるように構成される、導波管の第１の側に設置される第１のガス入口であって、第１のガス入口が、プラズマによって処理されたガスがプラズマ空洞から外に出るときに通る孔を有する、第１のガス入口と、導波管の第２の側に装着される、円形の中空円筒の形状を有するプラズマスタビライザであって、プラズマスタビライザの軸方向が第１の渦流れの回転軸に平行である、プラズマスタビライザと、を有する。
【0005】
本発明の別の態様によると、プラズマ発生システムが、そこを通してマイクロ波エネルギーを伝送するための導波管と、プラズマ空洞を画定するために導波管内に配置される内壁であって、マイクロ波エネルギーを使用してプラズマ空洞内でプラズマが発生する、内壁と、第１のガスをプラズマ空洞の中に導入して第１のガスを使用してプラズマ空洞内に第１の渦流れを発生させるように構成される、導波管の第１の側に設置される第１のガス入口であって、第１のガス入口が、プラズマによって処理されたガスがプラズマ空洞から外に出るときに通る孔を有する、第１のガス入口と、第１のガス入口に装着される、円形の中空円筒の形状を有するプラズマスタビライザであって、プラズマスタビライザの軸方向が第１の渦流れの回転軸に平行である、プラズマスタビライザと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】本開示の実施形態によるプラズマ発生システムを示す概略図である。
【図3】本開示の実施形態による前進流入口を示す斜視図である。
【図5】本開示の実施形態による、逆流入口を示す斜視図である。
【図7】本開示の実施形態による内側渦流れを示す斜視図である。
【図8】本開示の実施形態による外側渦流れを示す斜視図である。
【図9】本開示の実施形態によるプラズマチャンバを示す断面図である。
【図10】本開示の実施形態による内側渦流れを示す斜視図である。
【図11】本開示の実施形態によるプラズマチャンバを示す断面図である。
【図12】本開示の実施形態による外側渦流れを示す斜視図である。
【図13】本開示の実施形態によるプラズマチャンバを示す断面図である。
【図14A】本開示の実施形態による中空円筒を示す斜視図である。
【図14B】本開示の実施形態による中空円筒を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下の記述では、説明のために、本開示を理解するのを可能にする具体的な細部が記載される。しかし、本開示がこれらの細部なしでも実施され得ることが当業者には明らかであろう。さらに、以下で説明される本開示の実施形態が多様な手法で実装され得ることを当業者であれば認識するであろう。
【0008】
図に示される構成要素またはモジュールは本開示の例示の実施形態を説明するためのものであり、本開示を不明瞭するのを回避することを意図される。さらに、本考察の全体を通して構成要素がサブユニットを含んでよい別個の機能ユニットとして説明され得ることが理解されるであろうが、種々の構成要素またはその部分が別個の構成要素として分割されてもよいか、あるいは単一のシステムまたは構成要素内で一体化されることを含めて一体に統合されてもよいことを当業者であれば認識するであろう。本明細書で考察される機能または動作が構成要素として実装され得ることに留意されたい。
【0009】
本明細書において、「１つの実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「好適な実施形態（ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｔ）」または「実施形態（ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」を参照することは、この実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、特性、または機能が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれ、さらに２つ以上の実施形態に存在してもよい、ことを意味する。さらに、上で述べたフレーズが本明細書の多様な場所で現れることは、必ずしもすべてが同じ実施形態を意味するわけではない。
【0010】
本明細書の多様な場所で特定の用語を使用することは例示のためであり、限定するものとして解釈すべきではない。「含む、有する（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む、有する（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は非限定の用語であると理解されるものであり、後述のいかなるリストも例であり、列記されるアイテムのみに限定されることを意図されない。
【0011】
図１は、本開示の実施形態によるプラズマ発生システム１０の概略図を示す。描かれるように、プラズマ発生システム１０が、中空チューブの形状を有するマイクロ波空洞／導波管２０と、導波管２０に接続されるプラズマチャンバ２２と、マイクロ波導波管２０を介してプラズマチャンバ２２にマイクロ波エネルギーを提供するように動作可能である、導波管２０に接続されるマイクロ波供給ユニット１２と、を有する。実施形態では、プラズマチャンバ２２がマイクロ波エネルギーを受け取り、受け取ったマイクロ波エネルギーを使用することによりガスを処理する。実施形態では、ガスタンク２６がガスライン２４を介してプラズマチャンバ２２にガスを提供し、ガスタンク３０がガスライン２８を介してプラズマチャンバ２２にガスを提供する。
【0012】
マイクロ波供給ユニット１２がプラズマチャンバ２２にマイクロ波エネルギーを提供し、マイクロ波供給ユニット１２が、マイクロ波を発生させるためのマイクロ波発生器１４と、マイクロ波発生器１４に電力を供給するための電源１６と、プラズマチャンバ２２から反射してマイクロ波発生器１４の方に移動するマイクロ波エネルギーを低減するためのチューナー１８と、を有する。実施形態では、マイクロ波供給ユニット１２が、マイクロ波発生器１４の方に伝播する反射マイクロ波エネルギーを消散させるための擬似負荷を有するアイソレータ、反射マイクロ波エネルギーを擬似負荷まで誘導するためのサーキュレータ、および導波管２０の端部のところに配置されるスライド式の短絡回路（ｓｌｉｄｉｎｇ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）などの、他の構成要素を有することができる。
【0013】
図２は、本開示の実施形態による、線２－２に沿う（つまり、紙に平行な平面に沿って切断される）、図１のプラズマチャンバ２２の断面図を示す。描かれるように、プラズマチャンバ２２が、内壁４０と、プラズマスタビライザ３８と、プラズマチャンバの中に前進流を導入するように構成される、ガスライン２４に接続される前進流入口４２と、プラズマチャンバの中に逆流を導入するように構成される、ガスライン２８に接続される逆流入口４４と、を有する。ここでは、プラズマ空洞という用語は、内壁４０と、導波管２０と、前進流入口４２と、逆流入口４４とによって囲まれる閉鎖空間を意味し、逆流および前進流が、導波管２０を介して伝送されるマイクロ波エネルギーによりプラズマ空洞内で処理／改質される。
【0014】
実施形態では、内壁４０が、石英またはセラミックなどの、マイクロ波エネルギーに対して透過性である材料で形成される。実施形態では、内壁４０が、一様な流れ、熱抵抗、化学的耐久性、および電磁透過性のために所望される任意適切な他の誘電材料で形成される。実施形態では、内壁４０が、限定しないが、好適には中空円形の円筒の形状を有する。
【0015】
図３は、本開示の実施形態による前進流入口４２の斜視図を示す。図４は、本開示の実施形態による、線４－４に沿う、前進流入口４２の断面図を示す。描かれるように、前進流入口４２が、ガスライン２４と、その壁の中に形成される１つまたは複数のガス通路４８とを結び付けるための孔／アダプタ４７を有する。実施形態では、ガス通路４８の出口がプラズマスタビライザ３８の内部に位置し、その結果、プラズマスタビライザ３８が、ガス通路４８から外に出る流れを使用して内側渦流れ４３を形成する。実施形態では、プラズマスタビライザ３８の内径が内側渦流れ４３の外径を調整するために変更され得る。実施形態では、上で考察したように、プラズマスタビライザ３８が、中空円形の円筒の形状を有することができ、前進流入口４２と同心円状に配置され得る。
【0016】
実施形態では、各ガス通路４８が、ガス通路４８を介して前進流がプラズマ空洞に入るときに前進流にスパイラル運動を加えるように配置構成される。実施形態では、各ガス通路４８が前進流の渦度を向上させるように湾曲していてよい。実施形態では、前進流入口４２がセラミックなどの任意適切な材料で形成され、その結果、入口が導波管２０から電気的に隔離され、プラズマ４６からの熱エネルギーに耐える。
【0017】
実施形態では、プラズマスタビライザ３８が、マイクロ波エネルギーに対して透過性である材料で形成され、好適には内壁４０と同じ材料で形成される。実施形態では、プラズマスタビライザ３８が導波管２０に取り付けられ、プラズマ空洞の中へ突出しており、ここでは、プラズマスタビライザ３８の軸方向がｙ軸に平行である。実施形態では、上で考察したように、内壁４０が中空円形の円筒の形状を有することができ、プラズマスタビライザ３８が内壁４０に同心円状に装着され得る。実施形態では、プラズマスタビライザ３８の内部の前進流が内側渦流れ４３を形成し、導波管２０のもう一方の端部の方に、またより具体的には、ガス出口３２の方に、前進する。図７は、本開示の実施形態による内側渦流れ４３の斜視図を示す。描かれるように、前進流（または等価の意味で、内側渦流れ）が螺旋運動で内壁４０の長さ方向に移動し、最終的に内側渦流れがガス出口３２から外に出る。
【0018】
実施形態では、プラズマ点火器（図２には示されない）によるプラズマプルーム（または簡単に言うと、プラズマ）４６の点火時、プラズマ４６がマイクロ波発生器１４によって伝送されるマイクロ波エネルギーによって維持される。実施形態では、プラズマ４６が内側渦流れ４３内に位置し、その結果、内側渦流れ４３のガス粒子がプラズマ４６を通過する。実施形態では、プラズマスタビライザ３８が内側渦流れ４３の外径を決定し、それによりガス出口３２を通ってプラズマ空洞から外に出る前に前進流がプラズマ４６を迂回することが防止される。実施形態では、プラズマスタビライザ３８が、内側渦流れ４３を外側渦流れ４５から分離することによりプラズマ４６を安定状態で維持するのを補助する。
【0019】
図５は、本開示の実施形態による逆流入口４４の斜視図を示す。図６は、本開示の実施形態による、線６－６に沿う、逆流入口４４の断面図を示す。描かれるように、逆流入口４４が、ガスライン２８に結び付けるための孔／アダプタ５２と、ガス出口３２を形成するための孔と、逆流入口４４の壁内に形成される１つまたは複数のガス通路５１と、を有する。実施形態では、実施形態では、各ガス通路５１が、ガス通路５１を介して逆流がプラズマ空洞に入るときに逆流にスパイラル運動を加えるように配置構成される。実施形態では、各ガス通路５１が逆流の渦度を向上させるように湾曲していてよい。実施形態では、逆流入口４４が、限定しないが、好適には、インコネルまたはハステロイなどのＮｉ合金で形成される。
【0020】
実施形態では、逆流入口４４から外に出る逆流が内壁４０の方に移動し、さらに、螺旋運動で、内壁４０に沿って導波管２０のもう一方の端部の方へと上方に前進する（ｙ軸方向）。次いで、逆流が、下方に前進して外側渦流れ４５を形成するように、流れ方向を反対にする。実施形態では、外側渦流れ４５の回転軸がｙ軸に実質的に平行である。図８は、本開示の実施形態による外側渦流れ４５の斜視図を示す。描かれるように、外側渦流れ４５が中空円筒形状を有し、２つの流れ領域、内側下向きの流れ領域４５－１および外側上向きの流れ領域４５－２、を有する。実施形態では、内側渦流れ４３が外側渦流れ４５の中心の中空部分内に配置され、内側下向きの流れ領域４５－１によって囲まれる。前進流入口４２からのガスが逆流入口４４からの流れに混合され、それにより内側渦流れ４３を形成することに留意されたい。
【0021】
実施形態では、外側渦流れ４５が内側渦流れ４３を囲み、それにより内壁４０をプラズマ４６から遮蔽する。実施形態では、逆流入口４４から外に出る逆流が周囲温度を有することができ、螺旋運動で内壁４０に沿わせて外側渦流れ４５を上方に移動させるときに内壁４０から熱エネルギーを獲得することができる。
【0022】
実施形態では、上で考察したように、プラズマスタビライザ３８の内径が内側渦流れ４３の半径方向寸法を決定する。したがって、実施形態では、プラズマスタビライザ３８の内径が、外側渦流れ４５により内側渦流れ４３を囲んで内側渦流れ４３の流れ形態を安定して維持するように、調整され得、それによりプラズマを安定させ、スループットおよび効率を向上させる。
【0023】
実施形態では、プラズマ４６が流入ガスを所望の製品ガスへと改質するのに使用され、ここでは、流入ガスが前進流入口４２および逆流入口４４によりプラズマ空洞に導入される。実施形態では、前進流入口４２から外に出る内側渦流れのガス組成が、ＣＯ２、ＣＨ４、およびＯ２を含み、ガス出口３２から外に出るガスがＣＯおよびＨ２さらには前進流ガスの未反応部分を含む。実施形態では、前進流の好適な配分が、プラズマチャンバ２２に入る全体の流れの質量の５％～９５％である。実施形態では、逆流が前進流と同じガス組成を有することができる。代替的実施形態では、前進流が逆流とは異なるガス組成を有することができる。さらに、動作中、前進流（および／または、逆流）のガス組成が変えられ得る。例えば、前進流がプラズマ４６の点火を補助するためにアルゴンの塊を含むことができる。実施形態では、プラズマの安定性およびプラズマチャンバ２２内の化学反応の効率を向上させるために前進流および逆流のガス組成および流量が調整され得る。
【0024】
図９は、本開示の実施形態によるプラズマチャンバ１２２の断面図を示す。描かれるように、プラズマチャンバ１２２は図２のプラズマチャンバ２２と同様であるが、プラズマスタビライザ１３８が逆流入口１４４上に配置されてプラズマ空洞へ突出することが異なる。実施形態では、プラズマスタビライザ１３８が外側渦流れ１４５の内部に位置し、好適には、外側渦流れ１４３の内側上向きの流れ領域（４５－１に類似する）を外側渦流れ１４３の外側下向きの流れ領域（４５－２に類似する）から分離し、つまり、プラズマスタビライザ１３８が外側渦流れ１４３の内側流れ領域と外側流れ領域との間の境界のところに位置する。
【0025】
描かれるように、プラズマチャンバ１２２の構成要素が、内壁１４０と、導波管１２０と、前進入口１４２および逆流入口１４４と、を含み、これらの構成要素が、それぞれ、それらの対応する部分と同様の構造および機能を有する。プラズマチャンバ２２とは異なり、前進流の半径方向寸法がプラズマスタビライザ１３８の内径によって制御されず、代わりに、内側渦流れ１４３の半径方向寸法が、前進流入口１４２から外に出る前進流の流量によって決定される。したがって、図１０に示されるように、内側渦流れ１４３が長手方向（ｙ軸）に沿って実質的に一様な半径方向寸法を有することができる。実施形態では、外側渦流れ１４５が図８の外側渦流れ４５と同様の幾何形状を有する。
【0026】
実施形態では、プラズマスタビライザ１３８が外側渦流れ１４５の内部に位置し、動作中、外側渦流れ１４５の内側上向きの流れ領域（４５－１に類似する）の半径方向寸法の変動に打ち勝ち、それにより、内側渦流れ１４３の全体の流れ形態を安定させ、さらにはプラズマ１４６を安定させる。
【0027】
図１１は、本開示の実施形態によるプラズマチャンバ２２２の断面図を示す。図１２は、本開示の実施形態による外側渦流れ２４５の斜視図を示す。描かれるように、プラズマチャンバ２２２は図２のプラズマチャンバ２２と同様であるが、プラズマチャンバ２２２が前進流入口を一切有さないことが異なる。したがって、プラズマチャンバ２２２がプラズマ空洞内部で外側渦流れ２４５のみを発生させ、外側渦流れ２４５が内側下向きの流れ領域２４５－１および外側上向きの流れ領域２４５－２を有する。
【0028】
描かれるように、プラズマ２４６が外側渦流れ２４５の内部で維持され、より具体的には、外側渦流れ２４５の内側下向きの流れ部分２４５－１の内部で維持される。実施形態では、プラズマ２４６が、外側渦流れ２４５の内側下向きの流れ部分２４５－１中のガス粒子を処理／改質し、改質されたガスが逆流入口２４４内に形成されるガス出口から外に出る。
【0029】
実施形態では、プラズマスタビライザ２３８の高さ（つまり、ｙ軸に沿う長さ）が外側渦流れ２４５の高さに影響する。理論によって縛られるわけではないが、プラズマスタビライザ２３８がプラズマ空洞内の流れ形態の変動に打ち勝つとみなされ、それにより、外側渦流れ２４５を、および外側渦流れ２４５内部に形成されるプラズマ２４６を、安定させる。
【0030】
図１３は、本開示の実施形態によるプラズマチャンバ３２２の断面図を示す。描かれるように、プラズマチャンバ３２２は図９のプラズマチャンバ１２２と同様であるが、プラズマチャンバ３２２が前進流入口を一切有さないことが異なる。実施形態では、プラズマスタビライザ３３８が、外側渦流れ２４５と同様の外側渦流れ３４５内部に位置し、好適には、外側渦流れ３４５の内側上向きの流れ領域（２４５－１に類似する）を外側渦流れ３４５の外側下向きの流れ領域（２４５－２に類似する）から分離し、つまり、プラズマスタビライザ３３８が外側渦流れ３４５の内側流れ領域と外側流れ領域との間の境界のところに位置する。
【0031】
実施形態では、プラズマスタビライザ３３８が外側渦流れ３４５の内部に位置し、動作中、外側渦流れ３４５の内側上向きの流れ領域の半径方向寸法の変動に打ち勝ち、それにより、外側渦流れ３４５の全体の流れ形態を安定させ、さらにはプラズマ３４６を安定させる。
【0032】
実施形態では、図１～１３の内側渦流れおよび外側渦流れの渦運動がプラズマ空洞内の流れ形態の安定性を向上させる。実施形態では、図１～１３のプラズマチャンバ内の構成要素のうちの１つまたは複数の構成要素が、渦流れにさらに渦運動を加えるために螺旋溝またはフィンを有することができる。例えば、外側渦流れ４５が内壁４０の内側表面に直接に接触し、したがって、内壁４０の内側表面が、外側渦流れに螺旋運動を加えるために螺旋溝またはフィンを有することができる。別の実施例では、プラズマスタビライザ３８が内側渦流れ４３に直接に接触し、したがって、プラズマスタビライザ３８の内側表面が、内側渦流れに螺旋運動を加えるために螺旋溝またはフィンを有することができる。図１４Ａは、本開示の実施形態による中空円筒４００の斜視図を示す。描かれるように、中空円筒４００の内側表面が、円筒の内側表面に沿ってガスが流れるときにガスに螺旋運動を加えるための１つまたは複数の溝（または、フィン）４０２を有する。実施形態では、円筒４００が、図１～１３のプラズマスタビライザおよび／または内壁として使用され得る。
【0033】
実施形態では、プラズマスタビライザ（例えば、３３８）が外側渦流れ（例えば、３４５）の内部に位置し、したがって、プラズマスタビライザ３３８の内側表面および外側表面が、外側渦流れ３４５にさらに螺旋運動を加えるために螺旋溝またはフィンを有することができる。図１４Ｂは、本開示の実施形態による中空円筒４２０の斜視図を示す。描かれるように、中空円筒４２０の内側表面および外側表面が、円筒の内側表面および／または外側表面に沿ってガスが流れるときにガスに螺旋運動を加えるための１つまたは複数の溝（または、フィン）４２２を有する。実施形態では、円筒４２０が、図１～１３のプラズマスタビライザおよび／または内壁として使用され得る。
【0034】
本開示を実施するのに計算システムまたはプログラミング言語が重要ではないことを当業者であれば認識するであろう。さらに、上述の多数の要素が、物理的におよび／または機能的にサブモジュールに分離されるか、または一緒に組み合わされ得ることを当業者であれば認識するであろう。
【0035】
上記の実施例および実施形態が例示であり、本開示の範囲を限定するものではないことを当業者であれば認識するであろう。本明細書および図面の考察を読むことにより当業者には明らかとなる、上記の実施例および実施形態に対しての、あらゆる置換形態、拡張形態、均等物、組み合わせ、および改善形態は、本開示の真の精神および範囲内に含まれることを意図される。さらに、任意の請求項の要素が、複数の従属関係、構成、および組み合わせを有することを含めて多様な形で、配置構成され得ることに留意されたい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】