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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-05-31
(54)【発明の名称】マイクロ波を用いたプラズマ発生のシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
H05H 1/30 20060101AFI20240524BHJP
【ＦＩ】
H05H1/30
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023573575
(86)(22)【出願日】2022-06-02
(85)【翻訳文提出日】2024-01-10
(86)【国際出願番号】 US2022031962
(87)【国際公開番号】W WO2022256528
(87)【国際公開日】2022-12-08
(31)【優先権主張番号】63/195,946
(32)【優先日】2021-06-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523448978
【氏名又は名称】リメレ，エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110000659
【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ヒル，ガレット
【テーマコード（参考）】
2G084
【Ｆターム（参考）】
2G084AA18
2G084CC13
2G084CC14
2G084CC19
2G084CC23
2G084DD03
2G084DD05
2G084DD15
2G084DD44
2G084HH12
2G084HH52
(57)【要約】
プラズマ発生器及びプラズマを発生させる方法が、開示されている。反応ゾーン内の電極は、電極から電気的に絶縁された高電圧電源によって通電される。第１の導体アレイ、好ましくはコイルは、電源に電気的に結合され、電極から電気的に絶縁されている。第２の導体アレイ、好ましくは、第１の導体アレイ内に入れ子にされた同軸コイルは、電極に電気的に結合されている。第１の導体アレイと第２の導体アレイとの間の電磁誘導は、電極に通電し、反応ゾーン内でプラズマを発生させるために使用される。１つ以上のマイクロ波が、プラズマに更に方向付けされて、並列又は直列のいずれかでマイクロ波プラズマを形成する。そのようなプラズマは、炭化水素原料を低Ｃ炭化水素、炭素、又は水素に改質するために使用される。誘導プラズマを、連続マイクロ波プラズマと組み合わせるプラズマ発生器が、更に企図される。
【選択図】図９
【選択図】図９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
原料を生成物に改質するためのプラズマ発生器であって、前記原料を受け取り、第１の電極を備える第１の反応ゾーンであって、前記第１の電極が、磁気誘導によって前記第１の反応ゾーン内でプラズマを発生させるように構成されている、第１の反応ゾーンと、
前記第１の反応ゾーンの下流の第２の反応ゾーンに方向付けされた第１のマイクロ波導波管と、を備える、プラズマ発生器。
【請求項2】
前記第１のマイクロ波導波管が、前記プラズマにエネルギー供給し、それを前記第２の反応ゾーンに伝播する、請求項１に記載の発生器。
【請求項3】
前記第２の反応ゾーンの下流の第３の反応ゾーンの周りの誘導コイルを更に備える、請求項１又は２に記載の発生器。
【請求項4】
前記誘導コイルが、前記プラズマにエネルギー供給し、それを前記第２の反応ゾーンから前記第３の反応ゾーンに伝播する、請求項３に記載の発生器。
【請求項5】
前記誘導コイルが、前記第３の反応ゾーンから絶縁されている、請求項３又は４に記載の発生器。
【請求項6】
前記第２の反応ゾーンの下流の第３の反応ゾーンに方向付けされた第２のマイクロ波導波管を更に備え、前記第２のマイクロ波導波管が、前記プラズマにエネルギー供給し、それを前記第３の反応ゾーンに伝播する、請求項２～５のいずれか一項に記載の発生器。
【請求項7】
前記第３の反応ゾーンの下流の第４の反応ゾーンの周りの誘導コイルを更に備える、請求項６に記載の発生器。
【請求項8】
前記誘導コイルが、前記プラズマにエネルギー供給し、それを前記第３の反応ゾーンから前記第４の反応ゾーンに伝播する、請求項６又は７に記載の発生器。
【請求項9】
前記誘導コイルが、前記第４の反応ゾーンから絶縁されている、請求項６～８のいずれか一項に記載の発生器。
【請求項10】
前記第１の反応ゾーンを半径方向に囲み、内部に前記磁気誘導を引き起こすように構成された一対のコイルを更に備える、請求項１～９のいずれか一項に記載のプラズマ発生器。
【請求項11】
前記一対のコイルが、前記第１の反応ゾーンの半径方向外側にあるローターンコイルと、
前記ローターンコイルによって半径方向に囲まれており、前記第１の電極に電気的に結合されたハイターンコイルであって、前記ハイターンコイルが、前記ローターンコイルよりも高いターン数を有する、ハイターンコイルと、を備える、請求項１０に記載のプラズマ発生器。
【請求項12】
前記ローターンコイルが、前記第１の電極から電気的に絶縁されている、請求項１１に記載の発生器。
【請求項13】
前記ローターンコイルが、高電圧電源に電気的に結合されている、請求項１１又は１２に記載の発生器。
【請求項14】
前記ハイターンコイルが、前記反応ゾーンの外側に配設されている、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の発生器。
【請求項15】
前記ローターンコイル及び前記ハイターンコイルが、同軸であり、共通軸に沿って延在する、請求項１１～１４のいずれか一項に記載の発生器。
【請求項16】
前記第１の反応ゾーン内に配設され、かつ前記ハイターンコイルによって通電される第２の電極を更に備え、前記第１及び第２の電極が、前記プラズマを発生させる、請求項１１～１５のいずれか一項に記載の発生器。
【請求項17】
前記第１の電極及び第２の電極が、入れ子にされており、共通軸に沿って延在する、請求項１６に記載の発生器。
【請求項18】
前記原料が、５Ｃ未満の炭化水素であり、前記生成物が、水素である、請求項１～１７のいずれか一項に記載の発生器。
【請求項19】
原料を生成物に改質するためのプラズマ発生器であって、前記原料を受け取る第１の反応ゾーン内のプラズマに方向付けされた第１のマイクロ波導波管と、
前記第１の反応ゾーンの下流の第２の反応ゾーンの周りの誘導コイルと、を備え、
前記マイクロ波導波管が、前記第１の反応ゾーン内の前記プラズマにエネルギー供給し、前記誘導コイルが、前記プラズマにエネルギー供給し、それを前記第２の反応ゾーンに伝播する、プラズマ発生器。
【請求項20】
前記誘導コイルが、前記第２の反応ゾーンから絶縁されている、請求項１９に記載の発生器。
【請求項21】
前記第１の反応ゾーンの上流の反応ゾーン内の前記プラズマに方向付けされた第２のマイクロ波導波管を更に備える、請求項１９又は２０に記載の発生器。
【請求項22】
前記第２のマイクロ波導波管が、前記プラズマにエネルギー供給し、それを上流の前記反応ゾーンから前記第１の反応ゾーンに伝播する、請求項２１に記載の発生器。
【請求項23】
前記第１の反応ゾーンと前記第２の反応ゾーンとの間の反応ゾーン内の前記プラズマに方向付けされた第２のマイクロ波導波管を更に備える、請求項１９～２２のいずれか一項に記載の発生器。
【請求項24】
前記第２のマイクロ波導波管が、前記プラズマにエネルギー供給し、それを前記第１の反応ゾーンから前記第２の反応ゾーンに伝播する、請求項２３に記載の発生器。
【請求項25】
前記第２の反応ゾーンの下流の反応ゾーン内の前記プラズマに方向付けされた第２のマイクロ波導波管を更に備える、請求項１９～２４のいずれか一項に記載の発生器。
【請求項26】
前記原料と連通する電極を更に備える、請求項１９～２５のいずれか一項に記載の発生器。
【請求項27】
前記電極が、前記第１の反応ゾーンの上流に配設されている、請求項２６に記載の発生器。
【請求項28】
磁気誘導を引き起こすように構成された、前記第１の反応ゾーンの上流にある一対のコイルを更に備える、請求項２６又は２７に記載の発生器。
【請求項29】
前記一対のコイルが、ローターンコイルと、
前記ローターンコイルによって半径方向に囲まれており、前記電極に電気的に結合されたハイターンコイルであって、前記ハイターンコイルが、前記ローターンコイルよりも高いターン数を有する、ハイターンコイルと、を備える、請求項２８に記載の発生器。
【請求項30】
前記ローターンコイルが、前記電極から電気的に絶縁されている、請求項２９に記載の発生器。
【請求項31】
前記ローターンコイルが、高電圧電源に電気的に結合されている、請求項２９又は３０に記載の発生器。
【請求項32】
前記電極が、第１の電極であり、前記第１の反応ゾーンの上流の前記原料と連通しており、前記ハイターンコイルによって通電される第２の電極を更に備え、前記第１及び第２の電極が、前記プラズマを発生させる、請求項２９～３１のいずれか一項に記載の発生器。
【請求項33】
前記第１の電極及び第２の電極が、入れ子にされており、共通軸に沿って延在する、請求項３２に記載の発生器。
【請求項34】
プラズマ発生器であって、炭化水素ガスを含む原料流の供給源と結合するように構成された入口と、
前記入口の下流に配設された反応ゾーンであって、前記反応ゾーンが、前記原料の通過のための容積を取り囲み、前記反応ゾーンが、第１の電極を備える、反応ゾーンと、
前記第１の電極に電力を供給する電源と、
更なる処理のために、水素又は炭素を含む反応種を出力するための、前記反応ゾーンの下流に配設された出口と、
前記第１の電極に対応する前記反応ゾーンの場所と前記出口との間の前記反応ゾーンに方向付けされたマイクロ波エミッタと、を備える、プラズマ発生器。
【請求項35】
前記反応ゾーンが、前記入口から前記原料流を受け取る第１のセグメントと、
前記原料流と反応して前記反応種を生成する、前記第１のセグメント内のプラズマと、を備え、
前記第１のセグメントが、前記反応種を前記反応ゾーンの第２のセグメントに搬送するように構成されており、
前記マイクロ波エミッタによって放出されたエネルギーが、前記第２のセグメントに方向付けされる、請求項３４に記載の発生器。
【請求項36】
前記反応ゾーンが、前記第２のセグメントと前記出口との間に配設された追加のセグメントを備える、請求項３５に記載の発生器。
【請求項37】
前記反応ゾーンの前記セグメントのうちの１つに沿って配設されたローターンコイルと、前記ローターンコイル内のハイターンコイルとを更に備え、前記ハイターンコイルが、前記ローターンコイルよりも高いターン数を有する、請求項３５又は３６に記載の発生器。
【請求項38】
前記ハイターンコイルが、前記第２のセグメントの上流の前記第１のセグメントに沿って配設されている、請求項３７に記載の発生器。
【請求項39】
前記ハイターンコイルが、前記反応ゾーンの前記容積内に配設されている、請求項３７又は３８に記載の発生器。
【請求項40】
電源を更に備え、前記電源、前記ローターンコイル、及び前記ハイターンコイルが、１，０００ガウス～１００，０００ガウスの強度を有する磁場を発生させるように構成されている、請求項３７～３９のいずれかに記載の発生器。
【請求項41】
前記マイクロ波エミッタが、第１のマイクロ波エミッタであり、第２のマイクロ波エミッタを更に備える、請求項３４～４０のいずれかに記載の発生器。
【請求項42】
前記第２のマイクロ波エミッタが、前記第１のマイクロ波エミッタと直列に配置されている、請求項３４～４１に記載の発生器。
【請求項43】
前記第２のマイクロ波エミッタが、前記第１のマイクロ波エミッタと並列に配置されている、請求項４１に記載の発生器。
【請求項44】
前記第２のマイクロ波エミッタが、前記第１のマイクロ波エミッタの下流に配設されている、請求項４１又は４２に記載の発生器。
【請求項45】
前記反応種と相互作用するように配設された濾過構造を更に備える、請求項３４～４４のいずれかに記載の発生器。
【請求項46】
前記濾過構造が、多孔質基材、透過性層、半透過性層、選択的透過性層、又は勾配を含む、請求項４５に記載の発生器。
【請求項47】
前記反応種と相互作用するように配設された方向付け構造を更に備える、請求項３４～４６のいずれかに記載の発生器。
【請求項48】
前記方向付け構造が、回転子、毛細管、又は空洞を備える、請求項４７に記載の発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０２１年６月２日に出願された米国特許仮出願第６３／１９５９４６号の優先権の利益を主張する。本明細書で参照される、本明細書及び他の全ての外部参照は、それらの全体が参照により組み込まれる。
【0002】
本発明の分野は、プラズマシステムである。
【背景技術】
【0003】
背景説明は、本発明を理解するのに有用であり得る情報を含む。本明細書に提供される情報のいずれかが先行技術であること、若しくは現在特許請求されている発明に関連するものであること、又は具体的に若しくは暗黙的に参照される任意の刊行物が先行技術であることを認めるものではない。
【0004】
本明細書における全ての刊行物は、個々の刊行物又は特許出願がそれぞれ参照により組み込まれることが具体的かつ個別に示されている場合と同じ程度に、参照により組み込まれる。組み込まれた参照における用語の定義又は使用が、本明細書に提供されるその用語の定義と一貫性がない、又は齟齬が生じる場合、本明細書に提供されるその用語の定義を適用し、参照におけるその用語の定義は適用しない。
【0005】
プラズマを使用して流体、気体、それらの内容物を処理又は改質することがますます望ましくなっている。例えば、プラズマを炭化水素原料に適用して、より軽い炭化水素、炭素、又は水素を有利に発生させることができる。そのようなシステムは、１つ以上のプラズマ、又は複数のタイプのプラズマを使用することができる。これらの高エネルギーシステムは、システムの一部又は１つ以上の電源を損傷する可能性のある電気フィードバック又は干渉の不利な影響を受けやすい。そのような有害なフィードバック若しくは干渉を防ぐための経済的、堅牢、又は商業的に実用的なソリューションが存在するようには見えない。
【0006】
したがって、流体又は気体を改質するためのプラズマデバイスの耐久性又は性能を改善するシステム及び方法に対するニーズが依然としてある。
【発明の概要】
【0007】
プラズマ発生器が、開示される。反応ゾーンは、第１の電極と、反応ゾーンの外側のローターンコイルとを有する。ハイターンコイルが、ローターンコイル内に配設されており、第１の電極に電気的に結合される。ハイターンコイルは、典型的には、ローターンコイルよりも高いターン数を有する。マイクロ波エミッタが、反応ゾーンに更に方向付けされている。
【0008】
本発明の主題の誘導システム又は構成要素は、米国仮特許出願第６２／９４２，９８６号及び国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０２０／０６３０８８号に記載されており、その両方は、参照によりそれらの全体が組み込まれる。
【0009】
いくつかの実施形態では、ローターンコイルは、例えば、誘電体材料によって、第１の電極から電気的に絶縁されている。好ましくは、ローターンコイルは、高電圧電源に電気的に結合される。
【0010】
ハイターンコイルは、反応ゾーンの外側に配設されており、いくつかの実施形態では、壁によって反応ゾーンから分離されるが、ハイターンコイルは、反応ゾーン内に配設することもできる。例えば、ハイターンコイルは、高絶縁耐力絶縁材料を含む閉じた容器にカプセル封入することができる。そのような高絶縁耐力絶縁物質には、ガラス、石英、変圧器油、絶縁磁性粒子、強誘電体粒子、又はタールが含まれる。いくつかの実施形態では、ハイターンコイルは、内側チャンバ内に突出する導電フィードスルーによって第１の電極に電気的に結合される。
【0011】
好ましい実施形態では、ローターンコイル及びハイターンコイルは、同軸であり、共通軸に沿って延在する。第２の電極を、第１及び第２の電極が反応ゾーン内でプラズマを発生させるように、反応ゾーン内に更に配設することができる。第１及び第２の電極は、好ましくは、ローターンコイルから電気的に絶縁される。電源が、ローターンコイルに更に電気的に結合され、いくつかの実施形態では、第１の電極から電気的に絶縁される。マイクロ波エミッタが、典型的には、反応ゾーン内のプラズマに方向付けされる。
【0012】
更なるプラズマ発生器が、企図される。反応ゾーンは、第１の電極を含み、一次導体アレイが、反応ゾーンの外側に配設されている。一次導体アレイは、好ましくは、第１の電極から電気的に絶縁される。二次導体アレイは、第１の電極に電気的に結合され、マイクロ波エミッタは、反応ゾーンに、又は反応ゾーンに向かって方向付けされている。第１の電極は、典型的には、二次導体アレイと電気的に結合され、いくつかの実施形態では、二次導体アレイ、又は少なくともその一部である。
【0013】
一次導体アレイは、典型的には、パターン、例えば、螺旋、コイル、同心円、楕円形、三角形、四角形、高次多角形、不規則な形状、又はそれらの組み合わせで配置され、半径方向又は同軸方向に延在又は伝播することができる。二次導体アレイは、好ましくは、一次導体アレイのパターンを反映する又は近似するパターンで配置される。いくつかの実施形態では、二次導体アレイは、一次導体アレイのパターンよりも密度の高いパターンで配置され、例えば、一次導体アレイと比較して、アレイの各部分の間のスペースが少ない。一次導体アレイを通過する電流は、二次導体アレイ内の電流を誘導することが企図されている。
【0014】
いくつかの実施形態では、一次導体アレイは、第１のコイルを含み、二次導体アレイは、第２のコイルを含み、好ましくは、その結果、第２のコイルは、第１のコイルよりも大きいターン数を有する。有利には、第１のコイル及び第２のコイルは、同軸であり、共通軸に沿って延在する。第２の電極は、第１及び第２の電極が、個々に又は組み合わせのいずれかでプラズマを発生させるように、反応ゾーンに更に配設することができる。第１及び第２の電極は、好ましくは、一次導体アレイから電気的に絶縁される。電源は、一次導体アレイに更に電気的に結合され、第１の電極から電気的に絶縁される。
【0015】
更なるプラズマ発生器が、企図される。反応ゾーンは、第１の電極を有し、波エミッタは、反応ゾーンに方向付けされている。電源は、第１の電極に通電するが、第１の電極から電気的に絶縁されている。第１の電極は、典型的には接地される。
【0016】
いくつかの実施形態では、電源は、第１の導体アレイと第２の導体アレイとの間の電磁誘導を介して第１の電極に通電することが企図され、第１の導体アレイは、電源に電気的に結合され、第２の導体アレイは、第１の電極に電気的に結合される。好ましい実施形態では、第２の導体アレイ、若しくは少なくとも第１の電極、又はその両方は、電源から電気的に絶縁されている。第１の導体アレイは、電源に電気的に結合され、第１の電極から電気的に絶縁されることが更に企図されている。第２の電極は、第１及び第２の電極がプラズマを発生させるように、反応ゾーンに更に配設することができる。いくつかの実施形態では、第１及び第２の電極は、電源から電気的に絶縁されている。
【0017】
波エミッタは、好ましくは反応ゾーン又はプラズマに方向付けされた音波、ガンマ波、Ｘ線、ＵＶ波、赤外線波、マイクロ波、又は電波のうちの１つを発生させる。
【0018】
電気的過負荷、流入、又は干渉を防止するために、電磁誘導を使用して電極をその電源からデカップリングすることが好ましいが、そのようなデカップリングを実施する、又はそうでなければ電源を損傷から保護するために代替又は追加の方法が使用され得ることも企図される。例えば、チョークコイルを電極に取り付けて、電源に戻って伝播する無線周波数（ＲＦ）を減衰させることができる。そのような方法は、依然として、直流（ＤＣ）及び低周波数波が通過することを可能にする。フェライトロッドを、チョークコイルの中央に設置することができ、別の同心コイルが、チョークがＲＦを減衰させているかどうかをリアルタイムで感知する方法として、フェライトロッドの相互インダクタンスを使用することができる。
【0019】
プラズマを発生させる方法が、更に企図される。電源は、第１の電極に通電するために使用されるが、第１の電極は、好ましくは、電源から電気的に絶縁される。通電された第１の電極は、次いで、プラズマを発生させるために使用される。次いで、波が、プラズマに方向付けされる。波は、音波、ガンマ線、Ｘ線、ＵＶ波、赤外線波、マイクロ波、若しくは電波のうちの１つ、又はそれらの組み合わせであり得る。波は、波エミッタを向けることによって、又は反応ゾーン又はプラズマに波を方向付けするために導波管を使用することによって、方向付けされ得る。
【0020】
第２の電極は、プラズマを発生させるために更に使用され得る。好ましくは、第２の電極は、電源から電気的に絶縁されているが、電源は、第２の電極に通電する。例えば、第１の電極に通電することは、第１の導体アレイと第２の導体アレイとの間の電磁誘導を用い、第１の導体アレイは、電源に電気的に結合され、第２の導体アレイは、第１の電極に電気的に結合され、好ましくは互いに絶縁される。
【0021】
本発明の主題の様々な目的、特徴、態様、及び利点は、同様の数字が同様の構成要素を表す添付の図面とともに、好ましい実施形態の以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1A】いくつかの実施形態の例示的な誘導フィードスルーシステムを図示する。
【0023】
【図1B】いくつかの実施形態の誘導フィードスルーシステムの上面斜視図を示す。
【0024】
【図1C】いくつかの実施形態の誘導フィードスルーシステムの別の上面斜視断面図を示す。
【0025】
【図1D】いくつかの実施形態の誘導フィードスルーシステムの側面断面図を示す。
【0026】
【図2A】いくつかの実施形態の代替的な誘導フィードスルーシステムを図示する。
【0027】
【図2B】いくつかの実施形態の代替的な誘導フィードスルーシステムの側面断面図を示す。
【0028】
【図2C】いくつかの実施形態の代替的な誘導フィードスルーシステムの上面斜視図を示す。
【0029】
【図3A】別の誘導フィードスルーシステムを図示する。
【0030】
【0031】
【図4】本発明の主題の誘導システムを図示する。
【0032】
【図5】本発明の主題の別の誘導システムを図示する。
【0033】
【図6】本発明の主題のプラズマ発生器を図示する。
【0034】
【図7】本発明の主題の導波管を図示する。
【0035】
【図8】本発明の主題の更なる導波管を図示する。
【0036】
【図9】本発明の主題の別のプラズマ発生器を図示する。
【0037】
【発明を実施するための形態】
【0038】
以下の説明は、本発明を理解するのに有用であり得る情報を含む。本明細書に提供される情報のいずれかが先行技術であること、若しくは現在特許請求されている発明に関連するものであること、又は具体的に若しくは暗黙的に参照される任意の刊行物が先行技術であることを認めるものではない。
【0039】
本発明の主題は、誘導フィードスルーを介してプラズマ発生デバイスに高電圧電力を送達するための装置、システム、及び方法を提供する。例えば、昇圧変圧器、高絶縁耐力材料、静電又は電磁ピックアップ、流体流動形態、及び電気負荷は、本発明の主題によって使用される。いくつかの実施形態では、ローターン一次コイルは、絶縁材料の周りに巻かれ、高電圧電源に接続される。二次ハイターンコイルは、励起されている媒体（固体、液体、気体、プラズマ、及び／又は混合物）内に配設されており、電極アセンブリに直接接続され、又は高絶縁耐力絶縁物質（ガラス、石英、変圧器油、絶縁磁性粒子、強誘電体粒子、及び／又はタールなど）を包含する閉じた容器にカプセル封入され、短い導電フィードスルーによって電極アセンブリに接続され得、例えば、絶縁容器から励起されている媒体内に突出する。電極アセンブリ（非熱的又は熱的）によって作成されたプラズマは、好ましくは、プラズマから発生した電磁場及び静電場が、一次及び二次コイル上に広いスペクトルの周波数を誘導するように、一次及び二次コイルによって囲まれており、これは次いで、電気フィルタリング及び／又は追加の回路にかかわらず、プラズマ電極アセンブリへの直接フィードバックを形成する。
【0040】
このような誘導フィードスルーシステムは、多くの方法で適用することができる。例えば、それは、複雑さの低い機器を使用して、複雑な材料（例えば、液体、固体、気体、若しくはプラズマ相、又はそれらの組み合わせの燃料流、空気流、排気流、混合流、炭化水素流、等）を処理することに適用することができ、例えば、炭化水素、天然ガス、又はメタンの流れを、炭素及び水素に改質し、そのような水素は、好ましくは燃料電池において貯蔵又は使用される。特定の高速化学プロセスは、複雑なフィードバックプロセスを必要とする。有利なことに、本発明の主題の誘導フィードスルーシステムは、当技術分野で既知の複雑なフィードバックプロセスで達成されるよりも、直接フィードバックを使用してより速くその影響場を変化させる。本発明の主題はまた、変圧器、送電線、又はフィードスルーのコロナ損失又は電圧破壊を抑制するために、エネルギー伝送システムに適用することができる。別の観点から見ると、変圧器、送電線、及びフィードスルーは、本発明の主題によって単一のデバイスに統合され、複雑さの低減、電力効率の向上、及びフィードバック応答の改善をもたらす。
【0041】
いくつかの実施形態では、誘導システムを使用して、反応ゾーン内の電極を電源からデカップリング又は絶縁することができる。これは、電極での電気的フィードバック又は干渉が、電源又はシステムの他の部分を損傷するのを防ぐのに特に有用であり、効果的である。例えば、そのようなデカップリングは、電極又は電極の近くに方向付けされたマイクロ波エネルギー又は他の無線周波数エネルギーが、電源又はシステムの他の部分を損傷することを防ぐのに有効である。
【0042】
本発明の主題はまた、エネルギー生産にも適用することができる。誘導フィードスルーシステムの直接フィードバック機能は、プラズマの運動及びポテンシャルエネルギーを自己調整し、電源、デバイス、及び負荷間の力率を最適化する。性能係数は、閉じた電場、磁場、及び光子場を、近場及び遠場の開いた電場、磁場、及び光子場と結合することを介して増加する。
【0043】
それはまた、推進、例えば宇宙船推進にも適用することができる。誘導フィードスルーシステムは、直接電気流体力学（ＥＨＤ）及び磁気流体力学（ＭＨＤ）フィードバックを介して媒体の増加した流体力学的制御を可能にする。粒子－粒子相互作用間の微小圧力差は、より大きなイオン音響変位に凝集され、プラズマ内に圧縮され、複雑化された波を発生させ、誘導フィードスルーシステムによる高エネルギー及び中性粒子の影響を加速するために使用される。
【0044】
いくつかの実施形態では、電極アセンブリは、反応チャンバの内側チャンバ内に配設されている。電極アセンブリは、ローターンコイルに接続され、ハイターンコイル上の第１の電極は、接地に更に接続される。ハイターンコイル上の第２の電極は、接地から絶縁されている。いくつかの実施形態では、第１の電極及び第２の電極は同じではない。アセンブリは、典型的には、第１又は第２の電極の上流に位置付けられた、ローターンコイルに接続された第３の電極を含むことができる。好ましい実施形態では、ローターンコイルは、反応チャンバの外壁の周りに配設されており、ハイターンコイルは、内側チャンバの外壁の周りに配設されている。いくつかの実施形態では、ハイターンコイルは、内側チャンバの内壁の周りに配設されている。
【0045】
本発明の主題は、原料（例えば、炭化水素、低Ｃ（＜５）炭化水素、天然ガス、メタン、等）を生成物（例えば、水素、炭素、原料よりもＣが低い炭化水素、等）に改質するプラズマ発生器のための方法、システム、及びデバイスを更に企図する。第１の反応ゾーンが、原料を受け取り、第１の電極を備え、第１の電極は、磁気誘導（例えば、電極は、対の誘導コイルを介して通電される）によって、第１の反応ゾーン内でプラズマ（例えば、ＤＢＤプラズマ、アークプラズマ、グライドアークプラズマ、等）を発生させるように構成されている。第１のマイクロ波導波管（又はエミッタ）が、第１の反応ゾーンの下流の第２の反応ゾーンに方向付けされている。好ましくは、第１のマイクロ波導波管は、プラズマにエネルギー供給し、それを第２の反応ゾーンに伝播する（それが、伝播する、拡散する、延在する、等を可能にする）。
【0046】
いくつかの実施形態は、第２の反応ゾーンの下流の第３の反応ゾーンの周りの誘導コイルを含む。誘導コイルは、プラズマにエネルギー供給し、それを第２の反応ゾーンから第３の反応ゾーンに伝播し、誘導コイルは、第３の反応ゾーンから絶縁されている。
【0047】
第２のマイクロ波導波管は、任意選択で、第２の反応ゾーンの下流の第３の反応ゾーンに方向付けされ、それにより、第２のマイクロ波導波管が、プラズマにエネルギー供給し、それを第３の反応ゾーンに伝播する。そのような場合、誘導コイルは、第３の反応ゾーンの下流の第４の反応ゾーンの周りに更に配設されている。誘導コイルは、プラズマにエネルギー供給し、それを第３の反応ゾーンから第４の反応ゾーンに伝播する。好ましくは、誘導コイルは、第４の反応ゾーンから絶縁されている。
【0048】
実施形態は、第１の反応ゾーンを半径方向に囲み、内部に磁気誘導を引き起こし、例えば、第１の電極に通電するように構成された、一対のコイルを更に含む。一対のコイルは、典型的には、第１の反応ゾーンの半径方向外側のローターンコイルと、ローターンコイルによって半径方向に囲まれたハイターンコイルとを含み、ハイターンコイルは、第１の電極に電気的に結合されている。概して、ハイターンコイルは、ローターンコイルよりも高いターン数を有する。ローターンコイルは、第１の電極から電気的に絶縁され、高電圧電源に電気的に結合されている。ハイターンコイルは、反応ゾーンの外側に配設されている。ローターンコイル及びハイターンコイルは、概して同軸であり、部分的に共通軸に沿って延在しており、一部重なり合っている。
【0049】
第２の電極が、第１の反応ゾーン内に更に配設され、ハイターンコイルによって通電され得、それにより、第１及び第２の電極が、プラズマを発生させる。第１の電極及び第２の電極は、典型的には入れ子にされており、共通軸に沿って延在しており、一部重なり合っている。
【0050】
原料を生成物に改質するプラズマ発生器のための更なるシステム、方法、及びデバイスが企図される。第１のマイクロ波導波管が、原料を受け取る第１の反応ゾーン内のプラズマに方向付けされる。誘導コイルが、第１の反応ゾーンの下流の第２の反応ゾーンの周りに配設されている。マイクロ波導波管は、第１の反応ゾーン内のプラズマにエネルギー供給し、誘導コイルは、プラズマに少なくとも部分的にエネルギー供給し、それを第２の反応ゾーンに伝播する（例えば、延在、拡散、有効化、等）。誘導コイルは、第２の反応ゾーンから絶縁されている。好ましくは、電極は、第２の反応ゾーン内の原料又はプラズマと直接連通していない。
【0051】
いくつかの実施形態では、第２のマイクロ波導波管は、第１の反応ゾーンの上流の反応ゾーン内のプラズマに方向付けされている。第２のマイクロ波導波管は、プラズマにエネルギー供給し、それを上流の反応ゾーンから第１の反応ゾーンに伝播する。代替的に、又は組み合わせて、第２の（又は追加の）マイクロ波導波管が、第１の反応ゾーンと第２の反応ゾーンとの間の反応ゾーン内のプラズマに方向付けされ、それにより、第２のマイクロ波導波管がプラズマにエネルギー供給し、それを第１の反応ゾーンから第２の反応ゾーンに伝播する。更に、第２の（又は追加の）マイクロ波導波管が、追加的に、又は代替として、第２の反応ゾーンの下流の反応ゾーン内のプラズマに方向付けされ得る。
【0052】
電極は、更に、例えば、第１の反応ゾーンの上流で、原料と連通して配設され得る。一対のコイルがまた、第１の反応ゾーンの上流に配設され得、磁気誘導を引き起こす（例えば、電極に通電する、誘導プラズマを発生させる、等）ように構成される。一対のコイルは、典型的には、ローターンコイル及びハイターンコイルを含み、ハイターンコイルは、ローターンコイルによって半径方向に囲まれており、電極に電気的に結合され、ハイターンコイルは、ローターンコイルよりも高いターン数を有する。好ましくは、ローターンコイルは、電極から電気的に絶縁され、高電圧電源に結合される。
【0053】
いくつかの実施形態では、電極は、２つ以上の電極のうちの第１の電極であり、例えば、第２の電極が、第１の反応ゾーンの上流の原料と連通し、ハイターンコイルによって通電されると、それにより、第１及び第２の電極がプラズマを発生させる。そのような場合、第１の電極及び第２の電極は、入れ子にされており、共通軸に沿って延在し、少なくとも部分的に重なっている。
【0054】
プラズマ発生器のための更なるシステム、方法、及びデバイスが、企図される。入口が、炭化水素ガスを含む原料流の供給源と結合するように構成されている。第１の電極を有する反応ゾーンが、入口の下流に配設されており、原料の通過のための容積を取り囲む。電源は、第１の電極に電力を供給する。出口が、更なる処理のために、水素若しくは炭素、又はその両方を含む反応種を出力するために、反応ゾーンの下流に配設されている。マイクロ波エミッタが、第１の電極と出口との間の反応ゾーンに方向付けされている。
【0055】
いくつかの実施形態では、反応ゾーンは、入口から原料流を受け取る第１のセグメントを含む。第１のセグメント内のプラズマが、原料流と反応して、反応種を生成する。第１のセグメントは、典型的には、反応種を反応ゾーンの第２のセグメントに搬送するように構成されており、一方、マイクロ波エミッタによって放出されたエネルギーは、第２のセグメントに方向付けされる。反応ゾーンは、第２のセグメントと出口との間に配設された追加のセグメントを含むことができる。同様に、ローターンコイルは、ローターンコイル内のハイターンコイルとともに（少なくとも部分的に）、反応ゾーンのセグメントのうちの１つに沿って配設することができる。ハイターンコイルは、典型的には、ローターンコイルよりも高いターン数を有する。いくつかの実施形態では、ハイターンコイルは、第２のセグメントの上流の第１のセグメントに沿って配設されており、代替的に又は組み合わせて、反応ゾーンの容積内に配設され得る。
【0056】
電源が、更に含まれ得、それにより、電源、ローターンコイル、及びハイターンコイルが、１，０００ガウス～１００，０００ガウスの強度を有する磁場を発生させるように構成されている。
【0057】
マイクロ波エミッタは、第２の又はそれ以上のマイクロ波エミッタが含まれる場合、第１のマイクロ波エミッタなどのいくつかのエミッタのうちの１つであり得る。第２のマイクロ波エミッタは、第１のマイクロ波エミッタと直列又は並列に配置することができ、第１のマイクロ波エミッタの下流（又は上流）に配設することができる。
【0058】
例えば、多孔質基材、透過性層、半透過性層、選択的透過性層、若しくは勾配、又はそれらの組み合わせのうちの１つである、濾過構造が、反応種と相互作用するように更に配設され得る。同様に、例えば、回転子、毛細管、若しくは空洞、又はそれらの組み合わせである、方向付け構造が、反応種と相互作用するように配設され得る。
【0059】
図１Ａは、誘導フィードスルーシステム１００の例を図示する。誘導フィードスルーシステム１００は、外側チャンバ１０５及び内側チャンバ１１０を含む。示されるように、内側チャンバ１１０は、外側チャンバ１０５内に少なくとも部分的に配設されている。好ましくは、全内側チャンバ１１０は、外側チャンバ１０５内に配設されている。いくつかの実施形態では、外側チャンバ１０５は、ガラス、石英、等などの絶縁材料で大部分作られている。いくつかの実施形態では、内側チャンバ１１０はまた、大部分がガラス、石英、等などの絶縁材料で作られている。
【0060】
誘導フィードスルーシステム１００はまた、一次コイル１１５及び二次コイル１２０を含む。一次コイル１１５及び二次コイル１２０の両方は、大多数の高導電性材料を含む。一次コイル１１５及び二次コイル１２０として使用することができるコイルの例としては、銅線、リソグラフィによって堆積された導体、導電性媒体を有する管、等が挙げられる。いくつかの実施形態では、一次コイル１１５は、外側チャンバ１０５の外壁の周りに巻かれている。一次コイル１１５はまた、高電圧電源１２５に接続されている。いくつかの実施形態では、二次コイル１２０は、内側チャンバ１１０の外壁の周りに巻かれている。示されるように、二次コイル１２０は、一次コイル１１５よりも高いターン数を有し、それにより、互いに近接して設置された場合、一次コイル１１５及び二次コイル１２０は、一緒に働いて、昇圧変圧器を形成する。
【0061】
好ましくは、二次コイル１２０は、一次コイル１１５よりも実質的により多くのターン数（例えば、２倍、３倍、４倍、等）を有する。一次コイル１１５及び二次コイル１２０は、互いに物理的に接続されていない。いくつかの実施形態では、二次コイル１２０は、高絶縁耐力絶縁物質（ガラス、石英、変圧器油、絶縁磁性粒子、強誘電体粒子、及び／又はタールなど）を含む閉じた容器内にカプセル封入されており、閉じた容器は、内側チャンバ１１０の外壁の周りに配設されている。
【0062】
好ましくは、電源１２５は、５００ボルト（Ｖ）～５０，０００Ｖの範囲内の電圧を一次コイル１１５に供給する。一次コイル１１５及び二次コイル１２０の昇圧変圧態様を通じて、二次コイル１２０は、５００Ｖ～１メガボルトの範囲内のより高い電圧を伝えるように誘導される。この電力の入出力を用いて、コイル構成は、１，０００ガウス～１００，０００ガウスの強度を有する磁場を発生させることができる。利点の１つは、このシステムが、電力漏洩を回避するために電力線を通してそのような高電圧を伝送することなく、電極に非常に高い電圧を供給することができることである。
【0063】
いくつかの実施形態では、誘導フィードスルーシステム１００はまた、電極アセンブリ１３０を含む。電極アセンブリ１３０は、好ましくは、内側チャンバ１１０内に配設されている。電極アセンブリ１３０は、二次コイル１２０が電極アセンブリ１３０に電力供給するために使用され得るように、二次コイル１２０に接続されている。これらの実施形態のいくつかでは、誘導フィードスルーシステム１００は、閉じたカプセル封入を通過して、二次コイル１２０を電極アセンブリ１３０に直接接続する短い導電フィードスルーを含む。電極アセンブリ１３０は、内側チャンバ１１０内で電磁エネルギーを放出するように構成された少なくとも１つの電極を含む。
【0064】
図１Ａの実施形態は、内側チャンバ１１０内に配設された電極アセンブリ１３０を描写するが、チャンバ１１０内に配設され得る電極はないことが理解されるべきである。そのような用途では、一次及び二次コイル１１５及び１２０は、励起ゾーン１３５内のプラズマ、例えば、励起ゾーンの上流からのプラズマ（例えば、グライドアークプラズマ、マイクロ波プラズマ、等）にエネルギー供給し、又はそれを伝播させるために使用される。そのような実施形態では、一次コイル１１５と二次コイル１２０との間の誘導は、励起ゾーン内の流れからの汚染物質又は副産物の蓄積又は堆積を好ましく回避しながら、そのようなプラズマにフィードバックを延在若しくは修正するか、又はそうでなければ提供することができる。
【0065】
内側チャンバ１１０はまた、電極アセンブリ１３０によって生成された電磁エネルギーによって励起される物質が内側チャンバ１１０の励起ゾーン１４５を通過できるように、入口１３５及び出口１４０を含む。励起ゾーン１４５を通過することができる物質は、固体、液体、気体、プラズマ、又はこれらの物質（例えば、空気、水／水蒸気、工業用流体、及び内燃機関排気ガス）のいずれかの混合物を含むことができる。いくつかの実施形態では、励起ゾーン１４５は空である（励起される物質を除く）が、励起ゾーンは、物質又はその一部（例えば、多孔質基材、透過性層、半透過性層、選択的透過性層、回転子、毛細管、空洞、等）を保持、チャネリング、濾過、又は方向付けるための充填材料を更に含むことができる。
【0066】
物質は、矢印によって示された方向に従って、誘導フィードスルーシステム１００の内側チャンバ１１０を通過し得る。外側チャンバ１０５及び内側チャンバ１１０のハウジングは、一次コイル１１５を二次コイル１２０から絶縁し、また両方のコイルを励起ゾーン１４５から絶縁する。この構成の下で、誘導フィードスルーシステム１００は、励起ゾーン１４５内のプラズマ（熱又は非熱のいずれか）を放出して、励起ゾーン１４５を通過する物質を励起する。プラズマ及び励起された物質から発生した電磁場及び静電場は、フィードバックとして一次コイル１１５及び二次コイル１２０に戻る広いスペクトルの周波数（振動）を誘導し得る。
【0067】
一次コイル１１５及び二次コイル１２０上のフィードバックは、電気駆動波形として検出することができ、これは、（１）励起ゾーン１４５内部で励起されている物質のタイプを確認すること、（２）電極アセンブリ１３０によって発生したプラズマのエネルギー密度を確認すること、（３）プラズマ発生性能の係数を増加させること、（４）プラズマプロセスの化学選択性を増加させること、及び（５）プラズマアンテナを介して情報を送受信する電力を変調することに使用することができる。本発明の主題は、任意の追加の回路又は複雑なフィードバックシステムを使用することなく、この検出を可能にする。
【0068】
いくつかの実施形態では、誘導フィードスルーシステム１００はまた、励起ゾーン１４５内を流れる荷電粒子の移動からエネルギーを収穫するように構成された磁気流体力学セル（図示せず）を含むことができる。いくつかの実施形態では、磁気流体力学セルは、励起ゾーン１４５の内部又は励起ゾーン１４５の下流に配設されている。いくつかの実施形態の磁気流体力学セルは、荷電媒体内に配設されている２つの電極で構成することができる。電極は、電動電極アセンブリ並びに同じ励起ゾーン１４５内に配設された別の電極アセンブリであり得る。励起ゾーン１４５を通って移動する荷電粒子は、二次コイル１２０及び一次コイル１１５上に電圧を誘導し得る。いくつかの実施形態の磁気流体力学セルは、プラズマ内の荷電粒子の移動を直接電力に変換し、同時にプラズマ内の不安定性を確立及び／又は調節するような方法で、プラズマの電磁、静電、音響、熱イオン、及び光子放出を集中する、相補的な磁気、電気、音響、熱イオン、及び／又は光子部材を有する。
【0069】
場合によっては、励起ゾーン１４５内の励起物質から放出される電磁放射は、励起物質へと方向転換して戻されるか、又はアセンブリによって吸収される。電極アセンブリ１３０、外側チャンバ１１０で使用される絶縁材料、及び電磁コイル１１５及び１２０は、プラズマから放射された電磁スペクトルの一部をプラズマに本質的に反射する。プラズマ上に発出され、反射されるこの電磁放射線は、電極アセンブリ上に反射する紫外線を通して電極の仕事関数を低下させることによって、媒体のイオン化を支援し、プラズマ上に反射される光子は、プラズマの選択的領域で発生する他の光イオン化プロセス、並びにプラズマ前後の非イオン化ガスについてプラズマに通知する。
【0070】
いくつかの実施形態では、誘導フィードスルーシステム１００はまた、容量性／静電誘導結合を含む。導電性プレートが、外側チャンバ１０５及び内側チャンバ１１０の絶縁ハウジングの内側及び外側に収容されて、高電圧ＤＣを電極に送達し、同時にプラズマに対する直接容量性フィードバックとなる。いくつかの実施形態では、誘導フィードスルーシステム１００は、２つの内部導電性プレートを含み、各々が電極端子に接続されている。
【0071】
いくつかの実施形態では、誘導フィードスルーシステム１００はまた、誘導結合を含む。誘導結合は、測定を行い、影響を与え、又は二次コイル１２０及び／又は一次コイル１１５に対して直接フィードバックを提供するために、イオン化媒体の近く又はその内部（励起ゾーン１４５内）に配設されたフィードバック電磁コイルとして実装することができる。
【0072】
いくつかの実施形態では、誘導フィードスルーシステム１００はまた、負の抵抗結合を含む。イオン化可能な媒体（例えば、気体、液体、固体、プラズマ、又はそれらの混合物）を包含する誘電体容器であって、それは、測定を行い、影響を与え、又は二次コイル１２０及び／又は一次コイル１１５に直接フィードバックを提供するために使用され得る。
【0073】
いくつかの実施形態では、誘導フィードスルーシステム１００はまた、磁気流体力学的／電気流体力学的結合を含む。プラズマストリーム内に配設された電極は、一次コイル１１５及び二次コイル１２０、ＤＣ永久磁場又は他の外部磁場源から発生した磁場によって囲まれている。磁気流体力学的／電気流体力学的結合は、一次コイル１１５及び／又は二次コイル１２０のためのフィードバック機構として使用することができ、又は荷電粒子の移動の電荷分離から直接電力を生成するために使用することができる。
【0074】
いくつかの実施形態では、誘導フィードスルーシステム１００はまた、電極アセンブリ、絶縁チャンバ、及び電磁コイルに、プラズマから放射された放射電磁スペクトルの一部をプラズマ上に再帰反射させることによって、フォトニックフィードバックを提供する。誘導フィードスルーシステム１００はまた、化学反応、電気的フィードバック、及び熱シグネチャを決定するためのプラズマからの化学光学放射を測定することができる半導電センサを含むことができる。
【0075】
図１Ｂは、誘導フィードスルーシステム１００の上面斜視図を示す。一次コイル１１５は、外側チャンバの外壁の周りに巻き付けられてはっきりと見える。誘電体媒体ポート１５０及び１５５もまた、より明確に視覚化されている。様々な誘電体媒体（及び相）は、本発明の主題における使用に適合するが、好ましい実施形態では、誘電体媒体は、液体誘電体である。誘電体媒体ポート１５０及び１５５は、誘電体媒体が外側チャンバ１０５を液体誘電体で満たすことを可能にする。
【0076】
図１Ｃは、誘導フィードスルーシステム１００の別の上面斜視断面図を示す。この図では、絶縁層１６０、１６５、１７０、及び１７５がより明確に描写されている。この実施形態では、一次コイル１１５は、絶縁層１６０の周りを巻き付け、一方、絶縁層１６５は、外側チャンバ１０５を画定する壁の一部を構成する。絶縁層１７０は、外側チャンバ１０５の別の壁を構成し、その周りに二次コイル１２０が巻き付けられている。絶縁層１７５は、励起ゾーン１４５を画定する壁の一部を構成する。
【0077】
図１Ｄは、誘導フィードスルーシステム１００の側面断面図を示す。
【0078】
図１Ａ～図１Ｄは、二次コイルが誘導フィードスルーシステムの内側チャンバの外壁の周りを巻き付ける、本発明の主題の一実施形態を図示する。しかしながら、いくつかの実施形態では、二次コイルは、物質が励起ゾーンを通過するとき、物質が二次コイルを囲むように、内側チャンバ内に配設することができる。
【0079】
図２Ａは、そのような誘導フィードスルーシステム２００の例を図示する。誘導フィードスルーシステム２００は、物質がチャンバ２０５に入ることを可能にするように構成された入口２１０と、物質がチャンバ２０５を出ることを可能にするように構成された出口２１５とを有するチャンバ２０５を含む。誘導フィードスルーシステム２００はまた、一次コイル２２０及び二次コイル２２５を含む。一次コイル２２０は、チャンバ２０５の外壁上に配設されており、一方、二次コイル２２５は、チャンバ２０５内に配設されている。
【0080】
誘導フィードスルーシステム１００と同様に、二次コイル２２５は、好ましくは、一次コイル２２０よりも実質的により多くのターン数（例えば、２倍、３倍、４倍、等）を有する。一次コイル２２０及び二次コイル２２５は、互いに物理的に接続されていない。いくつかの実施形態では、二次コイル２２５は、高絶縁耐力絶縁物質（ガラス、石英、変圧器油、絶縁磁性粒子、強誘電体粒子、及び／又はタールなど）を含む閉じた容器内にカプセル封入されており、閉じた容器は、チャンバ２０５内に配設されている。
【0081】
いくつかの実施形態では、誘導フィードスルーシステム２００は、任意選択で、電極アセンブリを含む。電極アセンブリは、チャンバ２０５の励起ゾーン２３５内で電磁エネルギーを放出するように構成された少なくとも１つの電極を含む。電極アセンブリは、好ましくは、チャンバ２０５内に配設されている。誘導フィードスルーシステム１００とは異なり、誘導フィードスルーシステム２００の二次コイル２２５は、電極アセンブリ２３０内に配設されており、任意選択で電極アセンブリと直接接続されている。
【0082】
図２Ｂは、誘導フィードスルーシステム２００の側面断面図を示す。
【0083】
図２Ｃは、誘導フィードスルーシステム２００の上面斜視図を示す。
【0084】
図３Ａは、宇宙船スラスタ３００の側面プロファイル図を描写する。宇宙船スラスタ３００は、本発明の主題の誘導フィードスルーシステムを使用して宇宙船を推進する。スラスタ３００は、外壁３０５及び内壁３１０を含み、各々は、好ましくは絶縁体である。一次コイル３１５は、外壁３０５の一部の周りに巻かれており、二次コイル３２０は、内壁３１０の一部の周りに巻かれている。前述したように、一次コイル３１５は、ローターンコイルであり、二次コイル３２０は、ハイターンコイルである。高電圧コネクタ３２５は、高電圧源を用いて一次コイル３１５に通電するために使用される。電極アセンブリ３３０は、内壁３１０の内面上に配設されている。
【0085】
図３Ｂは、スラスタ３００の側面断面図を描写する。この透視図では、一次コイル３１５に通電する高電圧コネクタ３６も見ることができる。電極アセンブリ３３０は、一次コイル３１５に接続されたローターンコイル電極３３２、及び二次コイル３２０に接続されたハイターンコイル電極３３４を含む。いくつかの実施形態では、電極３３４のうちの１つは、接地されている。反応ゾーン３５０がまた、内壁３１０内に描写されている。入口３４０及び出口３４５は、推進剤（例えば、気体、流体、質量、等）が反応ゾーン３５０を通過し、推力を発生させることを可能にする。
【0086】
図４は、本発明の主題の誘導システム４００を描写する。重要なことに、電源４１０は、電極４２０に物理的に結合されていない。むしろ、電源は、一次コイル４３０のセットを通じて電流を送り、これは次いで、最終的にプラズマを発生させるために電極４２０に通電する二次コイル４４０のセット内の電流を駆動する。コイル４４０の二次セットは、好ましくは、一次コイル４３０よりも高いターン数を有し、コイル４４０の二次セットが電極４２０への増加した電圧を駆動することを可能にする。また、二次コイル及び／又は電極は、接地４５０によって接地され、それは、任意の電気的フィードバック又は干渉を、一次コイル４３０又は電源４１０に渡すのではなく、接地に駆動し、システム４００への損傷を防ぐことに留意されたい。
【0087】
図５は、図４と同様の誘導システム５００を描写する。ここで、電源５１０は、一次電流５３０に電流を駆動し、それは同様に、二次コイル５４０内の電流を誘導する。誘導電流は、容量的に結合された電極５２０電極に通電して、プラズマを発生させる。
【0088】
図６は、本発明の主題のプラズマ発生器６００を描写する。ローターンコイル６２０のセットは、電源（図示せず）によって通電される。次いで、ローターンコイル６２０は、電磁誘導を介して、入れ子にされたハイターンコイル６３０のセットに電流を付与する。ハイターンコイル６３０は、外側電極６５０及び外側電極６５０内に入れ子にされた内側電極６４０に電気的に結合される。通電されると、２つの電極は、ゾーン６６０内にプラズマ、例えば、誘電体バリア放電プラズマ、グライドアークプラズマ、又は回転グライドアークプラズマ、等を発生させる。原料（例えば、１２Ｃ未満の炭化水素、６Ｃ未満の炭素、４、３、又は２Ｃ未満の炭素、天然ガス、メタン、等）は、入口６１０でシステムに供給され、外側電極６５０又は内側電極６４０に向かって、又はゾーン６６０内でそこから発生したプラズマに向かって駆動される。
【0089】
導波管、例えばマイクロ波ガイド６７０は、プラズマがゾーン６８０に延在するようにプラズマに方向付けされ、ゾーン６８０内にマイクロ波プラズマを発生させるために、マイクロ波をプラズマに向かって駆動するために使用される。プラズマ及びマイクロ波プラズマは、原料にエネルギー供給し、原料をその構成部分、例えば、炭素及び水素、又は低Ｃ（例えば、６、５、４、３、又は２未満）の炭化水素に改質する。次いで、反応種（例えば、原料、炭素、水素、等の成分）は、出口６９０を通過し、それらは、更に処理され、分離され、精製され、収集され、又は使用される（例えば、電気を発生させるために燃料電池によって使用される水素）。描写されるように、コイル６２０又は６３０、又は電極６４０及び６５０に接触するシステムの部分に誘電体材料を使用することが好ましい。
【0090】
図７は、本発明の主題のシステム７００を描写する。入口７１０は、原料（例えば、低Ｃ炭化水素、天然ガス、等）に結合されて、原料をシステムに送達する。原料は、最初に処理及び点火システム７２０において処理される。処理及び点火システム７２０は、１つ以上のプラズマ（例えば、ＤＢＤプラズマ、グライドアーク、等）を発生させるために、本明細書に開示される１つ以上の電極を含むことができる。原料及びプラズマは、反応ゾーン７５０及び７７０と交差する反応器管７３０に沿って下流に方向付けされる。導波管スプリッタ７４０は、プラズマを反応ゾーン７５０内にかつそれを通ってエネルギー供給及び伝播する（例えば、拡散する、延在する、拡大する、等）ように、マイクロ波作用反応ゾーン７５０を方向付けする。導波管スプリッタ７４０は更に、プラズマを反応ゾーン７６０内にかつそれを通ってエネルギー供給及び伝播する（例えば、拡散する、延在する、拡大する、等）ように、反応ゾーン７６０にマイクロ波を方向付けする。
【0091】
原料が、反応管７３０（及び反応ゾーン７５０及び７６０）を通過すると、それは、反応管７３０に沿ったプラズマ（例えば、連続プラズマ、各ゾーン内の別個のプラズマ、それらの組み合わせ、等）によって、水素、炭素、又は原料よりも低Ｃの炭化水素に改質される。次いで、処理された原料及び改質された生成物は、出口７７０へと通過し、それらは、（ｉ）原料又は生成物を改質するために全体に延在するプラズマ（例えば、更なるマイクロ波プラズマ、誘導プラズマ、それらの組み合わせ、等）を有する追加の反応チャンバに、又は（ｉｉ）構成生成物の分離、選別、又は精製（例えば、炭素選別、水素圧縮／貯蔵、低Ｃ炭化水素の更なる改質、等）のために、更に方向付けされる。
【0092】
図８は、本発明の主題のシステム８００を描写し、これは、システム７００と類似しており、反応管内のプラズマ及び原料に方向付けされた第３のマイクロ波導波管の追加を有する。入口８１０は、原料（例えば、低Ｃ炭化水素、天然ガス、等）に結合されて、原料をシステムに送達する。反応管８３０は、入口８１０から出口８２０まで延在しており、反応ゾーン８５０、８６０、及び８７０と交差する。
【0093】
原料は、最初に処理及び点火システム８４０において処理される。処理及び点火システム８４０は、１つ以上のプラズマ（例えば、ＤＢＤプラズマ、グライドアーク、等）を発生させるために、本明細書に開示される１つ以上の電極を含むことができる。原料及びプラズマは、反応器管８３０に沿って下流に方向付けされる。導波管エミッタ８５２は、８４０からのプラズマを反応ゾーン８５０内にかつそれを通ってエネルギー供給及び伝播する（例えば、拡散する、延在する、拡大する、等）ように、マイクロ波作用反応ゾーン８５０を方向付けする。導波管エミッタ８６２は更に、プラズマを反応ゾーン８６０内にかつそれを通ってエネルギー供給及び伝播する（例えば、拡散する、延在する、拡大する、等）ように、反応ゾーン８６０にマイクロ波を方向付けする。導波管エミッタ８７２は更に、プラズマを反応ゾーン８７０内にかつそれを通ってエネルギー供給及び伝播する（例えば、拡散する、延在する、拡大する、等）ように、反応ゾーン８７０にマイクロ波を方向付けする。
【0094】
原料が、反応管８３０（及び反応ゾーン８５０、８６０、及び８７０）を通過すると、それは、反応管８３０に沿ったプラズマ（例えば、連続プラズマ、各ゾーン内の別個のプラズマ、それらの組み合わせなど）によって、水素、炭素、又は原料よりも低Ｃの炭化水素に改質される。次いで、処理された原料及び改質された生成物は、出口８２０へと通過し、それらは、（ｉ）原料又は生成物を改質するために全体に延在する（又は、各ゾーンに個別に存在する）プラズマ（例えば、更なるマイクロ波プラズマ、誘導プラズマ、それらの組み合わせ、等）を有する追加の反応チャンバに、又は（ｉｉ）構成生成物の分離、選別、又は精製（例えば、炭素選別、水素圧縮／貯蔵、低Ｃ炭化水素の更なる改質、等）のために、更に方向付けされる。
【0095】
図９は、本発明の主題のシステム９００を描写する。原料入口９１０は、原料を原料源から反応管９２０に供給し、反応管９２０は、出口９３０まで延在し、反応ゾーン９４０及び９５０と交差する。いくつかの実施形態では、原料入口は、上流で処理された（例えば、炭素、水素、低Ｃ炭化水素、等に部分的に改質された）原料、又はプラズマ（例えば、ＤＢＤプラズマ、グライドアークプラズマ、誘導プラズマ、マイクロ波プラズマ、等）、又はその両方を受け取る。導波管９４２は、マイクロ波を反応ゾーン９４０に方向付けして、マイクロ波プラズマを形成するか（例えば、点火器を用いて、又は上流からゾーン９４０内に延在するプラズマにエネルギー供給する／プラズマを伝播させることによって）、さもなければプラズマにエネルギー供給する。
【0096】
原料は、ゾーン９４０から反応ゾーン９５０に流れる。いくつかの実施形態では、ゾーン９４０内のプラズマは、そこに存在するが、好ましくは、ゾーン９４０からのプラズマは、反応ゾーン９５０に延在するか、そうでなければ伝播する。誘導コイル９５２は、反応ゾーン９５０の周りに配設されており、原料及びプラズマから絶縁されている（すなわち、電極は、ゾーン９５０内の原料又はプラズマに曝露されない）。誘導コイル９５２は、ゾーン９４０からのプラズマにエネルギー供給し、プラズマと誘導結合して、プラズマシステムからのフィードバックを提供し、さもなければゾーン９５０内のプラズマを制御又は操作する。
【0097】
原料は、反応管９２０を通過すると改質され、主に反応ゾーン９４０及び９５０のプラズマ（好ましい場合には連続プラズマ）によって改質される。好ましくは、水素及び炭素を含む反応種又は生成物が、更なる処理、選別、若しくは分離、又はそれらの組み合わせのために出口９３０を出る。いくつかの実施形態では、更なるマイクロ波又は誘導コイルが、出口９３０の下流に配設されて、任意の残りの原料又は低Ｃ炭化水素を、所望の生成物の水素又は炭素に更に処理及び改質する。
【0098】
図１０Ａは、本発明の主題のシステムのダイヤグラム１０００Ａを描写する。
原料入口１０１０Ａは、原料（例えば、天然ガス）を点火器１０２０Ａに供給する。点火器１０２０Ａは、本明細書に開示されるように、点火器１０２０Ａ内のプラズマ（例えば、ＤＢＤプラズマ、グライドアークプラズマ、それらの組み合わせ、等）を発生させるための１つ以上の電極を含む。次いで、点火器１０２０Ａ及び原料からのプラズマは、反応ゾーン１０３０Ａへと通過し、ここで、誘導コイルが、プラズマにエネルギー供給し、ゾーン１０３０Ａ内で誘導プラズマを形成するために使用される。
原料入口１０１０Ａは、原料（例えば、天然ガス）を点火器１０２０Ａに供給する。点火器１０２０Ａは、本明細書に開示されるように、点火器１０２０Ａ内のプラズマ（例えば、ＤＢＤプラズマ、グライドアークプラズマ、それらの組み合わせ、等）を発生させるための１つ以上の電極を含む。次いで、点火器１０２０Ａ及び原料からのプラズマは、反応ゾーン１０３０Ａへと通過し、ここで、誘導コイルが、プラズマにエネルギー供給し、ゾーン１０３０Ａ内で誘導プラズマを形成するために使用される。
【0099】
原料並びに生成物（例えば、水素、炭素、低Ｃ炭化水素）、及びプラズマが、好ましくは、反応ゾーン１０４０Ａに入り、マイクロ波がゾーンに方向付けされてプラズマにエネルギー供給し、ゾーン内にマイクロ波プラズマを形成する。原料並びに生成物（例えば、水素、炭素、低Ｃ炭化水素）、及びプラズマが、好ましくは、反応ゾーン１０５０Ａに入り、マイクロ波がゾーンに更に方向付けされてプラズマにエネルギー供給し、ゾーン内にマイクロ波プラズマを形成する。次いで、原料並びに生成物は、ゾーン１０６０Ａに入り、フィルタが、生成物を互いに及び任意の残りの原料から濾過するか、又は方向付け構造が、更なる処理のために原料又は生成物を別個のチャネルに更に迂回させる。次いで、所望の生成物は、収集、精製、又は保管のために出口１０７０Ａを出るが、残りの原料は、入口１０１０Ａに循環して戻るか、又は更なる反応ゾーンへと下流に循環することによって、更なる処理のために方向転換される。
【0100】
図１０Ｂは、本発明の主題によって企図されるマイクロ波及び誘導プラズマの多様な配置を実証するダイヤグラム１０００Ｂを描写する。１０１０Ｂは、原料をシステムに提供する。ゾーン１０２０Ｂ、１０３０Ｂ、１０４０Ｂ、１０５０Ｂ、又は１０６０Ｂのいずれか１つ、若しくは大部分、又は全ては、誘導プラズマ（例えば、誘導コイルを介する）又はマイクロ波プラズマ（例えば、マイクロ波を介する）を有するゾーンであり得、これらは、各ゾーン内に別々に存在し得、又はゾーン間に連続的に延在し得る。好ましくは、ゾーン１０２０Ｂは、プラズマ（例えば、ＤＢＤ、グライドアーク、等）を生成するための１つ以上の電極を含み、一方、ゾーン１０６０Ｂは、所望の生成物（水素、炭素）を残りの原料から分離するためのフィルタを含む。
【0101】
本明細書の説明及び以下の特許請求の範囲全体で使用される場合、「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」の意味は、文脈が明示的に別段に指示しない限り、複数参照を含む。また、本明細書の説明で使用される場合、「ｉｎ」の意味は、文脈が明示的に別段に指示しない限り、「ｉｎ」及び「ｏｎ」を含む。
【0102】
本明細書で使用される場合、及び文脈が別段に指示しない限り、「に結合される」という用語は、直接結合（互いに結合される２つの要素が互いに接触する）及び間接結合（少なくとも１つの追加の要素が２つの要素の間に位置する）の両方を含むことが意図される。したがって、「に結合される」及び「と結合される」という用語は、同義的に使用される。
【0103】
文脈が反対を指示しない限り、本明細書に記載される全ての範囲は、それらのエンドポイントを含むと解釈されるべきであり、無制限の範囲は、商業的に実用的な値を含むと解釈されるべきである。同様に、文脈が反対を指示しない限り、値の全てのリストは、中間値を含むとみなされるべきである。
【0104】
本明細書における値の範囲の列挙は、単に、範囲内にある各個別の値を個別に参照する簡略化された方法として機能することを意図している。本明細書において別段に指示されない限り、各個々の値は、本明細書に個別に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載される全ての方法は、本明細書に別段に指示がない限り、又は別段に文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行され得る。本明細書の特定の実施形態に関して提供される任意の及び全ての例、又は例示的な言語（例えば、「など」）の使用は、単に本発明をより良く明らかにすることを意図しており、他の方法で特許請求される本発明の範囲に限定を課すものではない。本明細書のいかなる文言も、本発明の実施に不可欠な特許請求の範囲に記載されていない要素を示すものとして解釈されるべきではない。
【0105】
本明細書に開示される本発明の代替的な要素又は実施形態のグループ化は、限定として解釈されるべきではない。各グループメンバーは、個別に、又はグループの他のメンバー若しくは本明細書に見出される他の要素との任意の組み合わせで参照され、請求され得る。グループの１つ以上のメンバーは、利便性及び／又は特許性の理由から、グループに含まれるか、又はグループから削除され得る。任意のそのような包含又は削除が生じるとき、本明細書は、本明細書において、添付の特許請求の範囲で使用される全てのマーカッシュ群の書面による説明を満たすように修正された群を含むとみなされる。
【0106】
以下の説明は、本発明の主題の多くの例示的な実施形態を提供する。各実施形態は、本発明の要素の単一の組み合わせを表すが、本発明の主題は、開示された要素の全ての可能な組み合わせを含むとみなされる。したがって、一実施形態が要素Ａ、Ｂ、及びＣを含み、第２の実施形態が要素Ｂ及びＤを含む場合、明示的に開示されていなくても、本発明の主題はまた、Ａ、Ｂ、Ｃ、又はＤの他の残りの組み合わせを含むとみなされる。
【0107】
本明細書の発明の概念から逸脱することなく、既に記載されているもの以外に、より多くの修正が可能であることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明の主題は、添付の特許請求の範囲内であることを除いて限定されるべきではない。更に、明細書及び特許請求の範囲の両方を解釈する際に、全ての用語は、文脈と一致する可能な限り広範な様態で解釈されるべきである。特に、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、参照される要素、構成要素、又はステップが、明示的に参照されない他の要素、構成要素、又はステップに存在し得るか、利用され得るか、又は組み合わせられ得ることを示す、非排他的な様態で要素、構成要素、又はステップを指すものとして解釈されるべきである。本明細書の特許請求の範囲が、Ａ、Ｂ、Ｃ…及びＮからなる群から選択されるもののうちの少なくとも１つを指す場合、テキストは、Ａ＋Ｎ、又はＢ＋Ｎ、等ではなく、群から１つの要素のみを必要とするものとして解釈されるべきである。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【国際調査報告】