CN112219454B

CN112219454B - 水下等离子体产生装置

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Publication number: CN112219454B
Application number: CN201880093484.5A
Authority: CN
Inventors: 郭宪吉
Original assignee: Keverson Technologies
Current assignee: Keverson Technologies
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2023-10-24
Anticipated expiration: 2038-05-16
Also published as: EP3796759A4; WO2019221313A1; EP3796759A1; CN112219454A; EP3796759B1; KR20210011055A; JP2021523541A; US11849531B2; US20210315088A1

Abstract

根据本发明的一实施方式的水下等离子体产生装置包括：反应器，在所述反应器的内部沿长度方向形成有供工作流体通过的流动路径；和设置在该流动路径上的电介质插入件，该电介质插入件将所述流动路径划分为多个空间，该电介质插入件中具有一个或多个用于连接所述多个空间的通孔，该通孔的横截面宽度小于所述流动路径，并且该电介质插入件的一侧具有金属催化剂，该金属催化剂与通过通孔流入的所述工作流体接触。

Description

水下等离子体产生装置

技术领域

本发明涉及一种水下等离子体产生装置，尤其涉及一种在沿一个方向移动的流体(液体)中产生大量的微纳米气泡并利用该微纳米气泡连续产生等离子体的水下等离子体产生装置。

背景技术

等离子体是指一种气体状态，其在超高温下被分成带负电荷的电子(e-)和带正电荷的离子(A+：氢原子核)。此外，等离子体还指其中聚集有带电粒子的气体。等离子体具有很高的电荷分离度，但是由于负电荷的数量和正电荷的数量完全相同，因此是电中性的。当以分子状态向气体施加高能时，该气体在数万摄氏度下被分离为电子和原子核，成为等离子体状态。

换句话说，当能量施加到固体时，固体变成液体和气体，然后当高能量再次施加到气态时，气体变成电离状态，其中围绕原子核运动的最外层电子(e-)在数万摄氏度下偏离轨道(电离能)。此时，气体成为失去了分子状态的气体特性的其他维度的物质。等离子体也称为第四物质。在电离状态下，原子A具有以下结构式。

[结构式]

等离子体在围绕原子核运动的最外层电子解离的状态下是电中性的，因此正离子和负离子共存。等离子体是良好的电导体。

此外，在该物质的电离状态下，随着时间的流逝返回其原始稳定状态会释放能量。自然现象中观察到的典型等离子体是闪电，北极地区的极光和大气中的离子层处于等离子体状态。

等离子体是原子核和电子分离的状态，是通过对气态原子施加大量热量而产生的，从而1500万摄氏度以上的高温太阳中的所有原子都处于等离子体状态。

等离子体可能是宇宙中最常见的状态。但是，为了在日常生活中使用等离子体，需要人工产生等离子体。长期稳定地促进了人工产生等离子体并使之商业化的努力。

可以通过施加热量或通过施加高电场或磁场以引起电子碰撞来产生等离子体。通常，使用诸如直流电，超高频和电子束之类的电学方法来产生等离子体，然后需要利用磁场等来维持等离子体。

然而，通过气体产生高密度等离子体的技术(其在相关领域中已被用来将等离子体用作能量)难以发展，因为尚未开发出具有高于输出能量的输入能量的或可以承受使用超高温限制等离子体的超高温状态的材料。

此外，即使等离子体是直接用于工业目的的能源，根据相关领域的等离子体产生方法，使用大量电力来产生等离子体并且将由此获得的电力用作能源的矛盾重复，因此存在严重的问题，即能量使用效率降低。

[相关的在先专利文献]

(专利文献1)韩国未审查专利申请公开第10-2010-0011246号

发明内容

【技术问题】

本发明致力于解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种水下等离子体产生装置，该装置通过空化现象(cavitation phenomenon)在向一个方向移动的流体中产生大量的微纳米气泡，形成的微纳米气泡具有5μm或更小的尺寸并具有带负电荷的表面电势，并将同类型的电荷施加到与流体一起移动通过金属催化剂的微纳米气泡，以通过排斥力连续使微纳米气泡塌陷(collapse)，从而产生高密度的等离子体。

本发明的目的不限于上述目的，本领域技术人员根据以下描述可以清楚地理解上面未提及的其他目的。

【技术方案】

为了解决上述问题，根据本发明的一实施方式的水下等离子体产生装置包括：反应器，在反应器的内部沿长度方向形成有供工作流体通过的流动路径(flow path)；和电介质插入件，其布置在所述流动路径上以将所述流动路径分隔成多个空间，并且在所述电介质插入件中具有一个或多个用于连接所述多个空间并且具有比所述流动路径小的横截面宽度的通孔，以及在所述电介质插入件的一侧具有金属催化剂，该金属催化剂与通过通孔流入的工作流体接触。

在流入反应器的一个空间中的工作流体中，通过空化产生具有负电荷的表面电势且具有预定尺寸或更小的微纳米气泡，该微纳米气泡与工作流体一起流入通孔以穿过金属催化剂，并因从金属催化剂发射出的相同种类的电荷而塌陷从而产生等离子体，并且穿过所述电介质插入件而移动到反应器的另一空间的工作流体暴露于等离子体中而被电离。

水下等离子体产生装置还可以包括离子分离单元，该离子分离单元安装在与反应器的另一空间相对应的反应器的外表面上，并且向被等离子体电离的工作流体的流施加磁场以根据电极性分离在工作流体中包括的离子。

工作流体是具有的比电阻为10⁴Ω·cm或更高的硬水(H₂O)，或者是该硬水和重水(D₂O)的混合物，并且离子分离单元可以从工作流体中分离H⁺离子和OH^-离子。

离子分离单元可以包括第一磁性物质和第二磁性物质，该第一磁性物质沿着与反应器的轴向垂直的方向安装在反应器的一个外表面上并且具有S极；第二磁性物质被安装在反应器的另一个外表面上，与第一磁性物质相对并且具有N极。

离子分离单元可以进一步包括磁性物质固定单元，该磁性物质固定单元容纳待固定的第一磁性物质和第二磁性物质，并且作为模块耦接到(coupled to)反应器的外表面。

磁性物质固定单元可以包括：壳体、隔膜和支架，壳体中具有用于容纳反应器、第一磁性物质和第二磁性物质的容纳空间；隔膜耦接到壳体的内部以将容纳空间分隔成多个空间，并支撑第一磁性物质和第二磁性物质以将第一磁性物质和第二磁性物质的运动限制在与所述反应器的轴向垂直的方向上；支架沿着壳体的轴向与壳体的一个端部固定在一起，以将第一磁性物质和第二磁性物质的运动限制在所述反应器的所述轴向上，并且在支架中具有反应器通孔，反应器穿过反应器通孔。

所述流动路径包括：第一流动路径、第二流动路径和第三流动路径，在所述第一流动路径中容纳有从外部引入的工作流体，在第二流动路径中容纳穿过电介质插入件的工作流体；第三流动路径与第一流动路径和第二流动路径连接，并且具有比第一流动路径和第二流动路径的内径小的内径；在第一流动路径与第三流动路径之间形成有锁定突起，所述电介质插入件被卡在所述锁定突起上以沿所述工作流体的所述移动方向被支撑，并且在第二流动路径与第三流动路径之间可以形成引导表面，以引导从电介质插入件中喷射出的工作流体的运动并流回到第三流动路径。

引导表面可以形成为具有弯曲表面或倾斜表面的结构。

在反应器的外部，形成有落座支撑槽(seating support groove)，落座支撑槽沿着反应器的长度方向从反应器的端部凹入预定深度，以使离子分离单元落座并且限制离子分离单元的移动以将离子分离单元布置在与第二流动路径相对应的位置。

第二流动路径的长度可以长于通过将第一流动路径的长度和第三流动路径的长度连接而获得的长度。

第一流动路径的直径与通孔的直径之比为10：0.5和10：4中的至少一个。

所述电介质插入件可以包括：电介质物质和金属插入件，电介质物质由具有预定介电常数的介电材料形成并且被容纳在第一流动路径、第二流动路径和第三流动路径上方，以及金属插入件被容纳在所述第一流动路径中并被布置在电介质物质的前方以通过一个表面与电介质物质接触。

电介质物质可以包括：第一部分、第二部分和第三部分，第一部分形成为具有与第一流动路径相对应的尺寸，以容纳在第一流动路径中，并且具有通过被锁定突起捕获而被支撑的一个表面；以及第二部分从第一部分沿轴向延伸预定长度以容纳在第三流动路径中，并形成为具有与第三流动路径相对应的尺寸；第三部分从第二部分沿轴向延伸预定长度以容纳在第二流动路径中，并且第三部分的直径朝着工作流体的移动方向逐渐减小。

水下等离子体产生装置还可以包括金属探针，该金属探针与所述第一磁性物质和所述第二磁性物质被布置为相对的的方向垂直的方向相反并穿过所述反应器，从而其一部分容纳在流动路径的另一空间中。

在流动路径的另一空间中，电介质插入件的端部与探针之间的距离可以比探针与反应器的端部之间的距离更长。

【有益效果】

根据本发明的一实施方式，在反应器中形成有工作流体可移动通过的流动路径，并且在该流动路径中容纳有金属催化剂，该金属催化剂在该流动路径的一个空间中引起空化并在提供流体流时产生摩擦电。因此，在流入反应器并沿一个方向移动的流体中，会生成大量的尺寸为5μm以下的微纳米气泡，该微纳米气泡具有负电荷的表面电势，并且相同类型的电荷被施加到与流体一起移动的该微纳米气泡，以通过排斥力连续地使微纳米气泡塌陷，从而连续地产生高密度的等离子体。

此外，与相关领域的气体等离子体产生装置不同，在不使用数千至数万伏特的高电压的情况下，可以仅通过烃油，硬水(H₂O)的循环或其中混合有硬水和重水(D₂O)的工作流体来产生等离子体。通过这样做，可以产生具有比气体等离子体的密度更高的密度的等离子体，并且简化了装置的结构以降低成本。

此外，可以在使工作流体沿一个方向循环的同时连续生成等离子体，并且在将其捕获在液体流体中的同时生成等离子体，从而排除了通过声致发光或化学发光产生的等离子体，从而简化了工艺并最大程度地降低了等离子体损耗率。

此外，在快速循环的工作流体中产生具有高密度的等离子体以使工作流体电离，并且在电离的工作流体移动的路径中形成磁场以根据电极性有效地分离工作流体中包含的离子。

此外，当将硬水(H₂O)或硬水与重水的混合物(D₂O)用作工作流体时，H⁺离子和OH^-离子会从电离的工作流体中分离出来，而不会引起振荡弛豫，并且分离出的H⁺离子被聚集以产生大量高纯度的氢(hydrogen)。

此外，提供了多个可从反应器拆卸以部分暴露于其中产生等离子体的内部空间的探针，使得当将电容器连接至探针时，可以获得高压电能。

附图说明

图1是示意性地示出根据本发明的一实施方式的水下等离子体产生装置的图。

图2是示出根据本发明的一实施方式的水下等离子体产生装置的反应器的横截面视图。

图3是示出根据本发明的一实施方式的水下等离子体产生装置的反应器中布置电介质插入件的状态的横截面视图。

图4是示出电介质插入件的其他实施方式的横截面视图。

图5至图8是示出电介质物质的其他实施方式的图。

图9是示出根据本发明的一实施方式的水下等离子体产生装置的纵向截面图。

图10和图11是示出根据本发明的一实施方式的磁性物质固定单元的图。

图12是示出根据本发明的一实施方式的水下等离子体产生装置中安装有金属探针的状态的图。

图13是示出根据本发明的一实施方式的从水下等离子体产生装置产生等离子体的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图更详细地描述各种实施方式。本说明书中公开的实施方式可以以各种形式修改。特定实施方式在附图中示出并且在详细说明中详细描述。然而，在附图中公开的特定实施方式仅是为了容易理解各种实施方式而提供的。因此，应当理解，技术精神不限于附图中公开的特定实施方式，而是包括本发明的精神和技术范围中涵盖的所有等同物或替代物。

包括序数(例如第一和第二)的术语用于描述各种构成要素，但是构成要素不受这些术语的限制。以上术语仅用于区分一个组件与另一组件。

在本说明书中，应当理解，术语“包括”或“具有”表示存在说明书中所描述的特征，数量，步骤，操作，组件，部件或它们的组合，但不排除事先可能存在或添加一个或多个其他特征，数量，步骤，操作，组件，部件或组合。应当理解，当描述元件“耦接”或“连接”至另一元件时，该元件可以直接耦接或直接连接至该另一元件，或通过第三元件耦接或连接至该另一元件。相反，当描述元件“直接耦接”或“直接连接”至另一元件时，应理解为在它们之间不存在任何元件。

同时，用于本说明书中使用的组件的“模块”或“单元”执行至少一种功能或操作。此外，“模块”或“单元”可以通过软件或硬件和软件的组合来执行功能或操作。此外，可以将必须在特定硬件中执行或在至少一个处理器中执行的除了“模块”或“单元”之外的多个“模块”或多个“单元”集成为至少一个模块。如果在上下文中没有明显相反的含义，则单数形式可以包括复数形式。

另外，在示例性实施方式的描述中，当确定详细描述可能使本公开的主题不清楚时，将缩短或省略本文中并入的已知配置或功能的详细描述。

图1是示意性地示出根据本发明的一实施方式的水下等离子体产生装置的图。图2是示出根据本发明的一实施方式的水下等离子体产生装置的反应器的横截面图。图3是示出根据本发明的一实施方式的水下等离子体产生装置的反应器中布置有电介质插入件的状态的横截面图。图4是示出电介质插入件的其他实施方式的横截面图。图5至图8是示出电介质物质的其他实施方式的图。图9是示出根据本发明的一实施方式的水下等离子体产生装置的纵向截面图。图10和图11是示出根据本发明的一实施方式的磁性物质固定单元的图。图12是示出根据本发明的一实施方式的在水下等离子体产生装置中安装有金属探针的状态的图。

参照图1和图2，根据本公开的一实施方式的水下等离子体产生装置1(以下称为“水下等离子体产生装置1”)是等离子体产生装置，其可以在沿一个方向运动的工作流体产生大量微纳米气泡并使用该微纳米气泡连续产生等离子体，并且该水下等离子体产生装置1包括反应器10。

反应器10由具有介电常数的介电材料制成，并且具有工作流体可以通过的管状结构。例如，半透明的多晶陶瓷，工程塑料，亚克力(acryl)，钽，石英，派热克斯玻璃(pyrex)，玻璃纤维，晶体(crystal)等可以用作介电材料。

更具体地，反应器10被形成为具有管状结构，其中在一侧形成有用于引入工作流体的入口，在另一侧形成有用于释放工作流体的出口，以及形成有流动路径以沿反应器内部的长度方向连接入口和出口，以允许工作流体通过。

在此，流动路径可以被分成具有不同长度或不同内径的多个节段。

参照图2和图3，流动路径可以包括：第一流动路径11、第二流动路径12和第三流动路径13；第一流动路径11连接到入口并且当供应工作流体时容纳从外部流入的工作流体；第二流动路径12连接到出口，并且沿反应器10的轴向与第一流动路径11相对地形成，并容纳穿过在下文描述的电介质插入件20的工作流体，以及第三流动路径13在第一流动路径11和第二流动路径12之间形成，以将第一流动路径11和第二流动路径12彼此连接，并且形成为具有比第一流动路径11和第二流动路径12的内径相对小的内径。在此，第二流动路径12的长度L2可以形成为长于第一流动路径11的长度L1和第三流动路径13的长度L3，并且长于通过连接第一流动路径11的长度和第三流动路径13的长度而获得的长度。通过这样做，通过以下将描述的离子分离单元30将形成在第二流动路径12中的磁场部分形成为更长，以最大化离子分离效率。例如，流动路径形成为具有与电介质插入件20的外部形状相对应的形状，并且流动路径的一节段和电介质插入件20的一部分可以形成为具有多面体形状。通过这样做，防止了电介质物质21的插入在流动路径中旋转，并且防止了在下面将描述的金属插入件22和保持插入件23中形成的通孔20a的位置以及在电介质插入件20中形成的通孔20a的位置彼此偏离。此外，第一流动路径11的内径和第二流动路径12的内径可以形成为具有不同的尺寸。通过这样做，当操作员将电介质插入件20插入流动路径中时，可以防止第一流动路径11和第二流动路径12的混淆。

此外，可以在形成流动路径的反应器10中形成锁定突起14和引导表面15。

更具体地，锁定突起14可以形成在第一流动路径11和第三流动路径13之间以沿着工作流体的移动方向锁定和支撑电介质插入件20，并且引导表面15可以形成在第二流动路径12和第三流动路径13之间以与从电介质插入件20喷射的工作流体接触，以回流到第三流动路径13以引导工作流体的运动。

这里，引导表面15可以形成为具有如下的结构，该结构具有朝着工作流体回流的方向弯曲成弧形的弯曲表面或者成直线形状倾斜的倾斜表面，以使由于与工作流体接触引起的阻力最小化。因此，从电介质插入件20喷出并回流的工作流体被顺利地引导至电介质插入件20，并且使倒流的工作流体与反应器10的内表面之间的摩擦最小化，以防止反应器10的损坏。

此外，可以在反应器10的外部形成落座支撑槽16。

落座支撑槽16可以形成在与第二流动路径12相对应的位置，并且可以形成为沿反应器10的长度方向从反应器10的端部凹陷预定深度。可以沿着与反应器10的轴向垂直的方向在反应器10的一侧和另一侧形成落座支撑槽16，使得将在下文描述的离子分离单元30的第一磁性物质31和第二磁性物质32提供为彼此相对。因此，落座在落座支撑槽16中的离子分离单元30沿反应器10的轴向方向限制性地移动，并且可以设置在与第二流动路径12相对应的位置。此外，其中安装有离子分离单元30的落座支撑槽16中可以形成为具有与第二流动路径12相同的长度。因此，沿着反应器10的长度方向形成的落座支撑槽16的长度长于其中形成第一流动路径11和第二流动路径12的节段的长度。通过这样做，增加了离子分离单元30的磁场部分(section)，从而可以提高离子分离效果。

此外，在反应器10的形成有入口和出口的一端部和另一端部，可以设置多个在外周表面上形成有螺纹的紧固单元，用于与其他组件连接。例如，紧固单元靠近入口的长度可以比紧固单元靠近出口的长度更长，以承受流入反应器10的高压工作流体。此外，入口的内径可以是大于出口的内径。然而，紧固单元的长度和内径的尺寸不限于此，并且可以以各种形式和结构变化。

此外，可以在反应器10的每个紧固单元中设置保持其他组件与紧固单元之间的气密性的密封构件(packing member)(未图示)，以防止在与其他组件的连接期间工作流体的泄漏。例如，密封构件可以形成为O形环(O形橡胶环)或垫圈。然而，密封构件不必限于这种形状，而是可以以各种形式进行修改。

可以在反应器10中进一步形成插入有下文将描述的金属探针40的探针插入孔(未示出)。探针插入孔形成为具有与探针40的外表面相对应的尺寸，并且可以形成在反应器10的表面上以穿过反应器10从而连接到第二流动路径12。

此外，可以在反应器10中进一步设置有选择性地打开/关闭探针插入孔的开/关构件(未示出)。

开/关构件可以包括：插入单元，其插入到探针插入孔中；以及支撑单元，其设置在插入单元的外部，以在插入单元插入到探头插入孔中时被支撑在反应器10的外表面上。例如，开/关构件件可以由与反应器10相同的电介质材料形成，或者可以由具有预定弹力的气密构件形成。

因此，当在反应器10中未设置金属探针40时，操作者将开/关构件插入探针插入孔中以封闭探针插入孔，从而可以防止工作流体泄漏到探针插入孔中。

此外，水下等离子体产生装置1包括电介质插入件20。

参照图3和图4，电介质插入件20被配置为插入反应器10中，以提供通过空化从工作流体中发射电子而产生等离子体所需的环境。

更具体地，电介质插入件20设置在流动路径中以将流动路径分隔成多个空间。此外，在电介质插入件20中，形成有通孔20a，其将多个分隔的空间(第一流动路径11和第二流动路径12)彼此连接，并且具有小于流动路径(第一流动路径11)的横截面宽度。这里，第一流动路径11的直径与通孔20a的直径的比例可以应用为10：1。然而，第一流动路径11的直径与通孔20a的直径的比例不必限于此，而可以是10：0.5和10：4中的至少任何一种。此外，在电介质插入件20的一侧设置有金属催化剂(金属插入件22)，金属催化剂在工作流体流入时引起与流入通孔20a的工作流体的摩擦，以将电子发射到与工作流体一起穿过通孔20a的微纳米气泡。

因此，如图4所示，通过在第一流动路径11和通孔20a之间产生的空化作用，可以在流入反应器10的一个空间(第一流动路径11)的工作流体中产生大量的50μm或更小的带负电荷的表面电势的微纳米气泡。更具体地，在流入第一流动路径11的高压工作流体中，由于空化作用而产生大量的缩微至5μm或更小的微纳米气泡，并且根据Zeta电位特性，缩小到5μm或更小的大量微纳米气泡的表面上负电势迅速增大。由于表面电势的电荷(负(-)电荷)之间的排斥力以及从金属催化剂发射出的相同类型的电荷(负(-)电荷)，与工作流体一起流入通孔20a并通过金属催化剂(金属插入件22)的大量微纳米气泡连续塌陷，以产生高密度的等离子体。此外，被喷射穿过电介质插入件20而移动到反应器10的另一空间(第二流动路径12)的工作流体暴露于高密度等离子体而被电离。

将更详细地描述电介质插入件20。

参照图4和图5，电介质插入件20由具有预定介电常数的电介质材料形成，并且具有与第一流动路径11和第三流动路径13相对应的尺寸，以容纳在第一流动路径11、第二流动路径12以及第三流动路径13上方，并且可以包括其中形成有通孔20a的电介质物质21。例如，可以将具有预定介电常数的各种介电材料(诸如工程塑料，亚克力，石英，派热克斯玻璃，陶瓷，玻璃纤维和晶体)应用于电介质物质21。

容纳在反应器10中的电介质物质21可以根据流动路径中的位置而分为第一部分211，第二部分212和第三部分213。

第一部分211形成为具有与第一流动路径11相对应的尺寸，以容纳在第一流动路径11中。当工作流体流入时，第一部分211被工作流体加压，从而被锁定突起14捕获一个表面，以被支撑。例如，第一部分211可以形成为具有比下面将描述的第二部分212和第三部分213大的横截面尺寸。即，第一部分211形成为具有与第一流动路径11相对应的尺寸，以被支撑在形成第一流动路径11的反应器10的内周表面上，并且第一部分211沿着工作流体的运动方向被形成在第一反应器10中的锁定突起14卡住以被支撑，使得即使工作流体在其中流动，第一部分211也可以稳定地保持固定状态，而不会由于工作流体的压力而流动。

第二部分212从第一部分211沿轴向延伸预定长度，并且具有与第三流动路径13相对应的尺寸以容纳在第三流动路径13中。例如，第二部分212可以形成为比第一部分211长。

另外，在第二部分212中，可以形成收集槽214，在收集槽214中容纳有向后流动的工作流体。

收集槽214可以形成为从第二部分212的外周表面朝向第二部分212的内部凹入预定深度，使得从将在下面描述的第三部分213喷射的、沿着第三部分213的表面向后流到第二部分212的工作流体可在其中流动。

收集槽214可以如图7所示以单数形式形成在第二部分212的外表面上，或者如图5、图6和图8所示，多个收集槽可以沿第二部分212的长度方向形成。在此，沿着第二部分212的长度方向形成的多个收集槽214可以形成在沿着第二部分212的长度方向的至少两个位置中，并且可以被布置为以恒定的间距彼此间隔开。

同时，参照图5至图8，收集槽214可形成在与第三部分213间隔开预定距离的位置。即，在与第三部分213相邻地形成的收集槽214和第三部分213之间设置有阻挡部分212a，以将收集槽214和第三部分213分开，从而使得流入收集槽214中的工作流体沿着第三部分213的表面的流动被最小化。

此外，收集槽214可以形成为被蚀刻成具有诸如V形或U形的各种形状，如图8所示。

这样，收集槽214提供用于容纳工作流体的预定空间，以减少工作流体向第一部分211的倒流。此外，收集槽214形成为使得工作流体易于流入和流出，从而使容纳在收集槽214中的工作流体与被喷射通过第三部分213的工作流体相结合。结果，可以加速等离子体的产生。

然而，收集槽214不一定形成在第二部分212中，但是如果需要，收集槽214可以选择性地形成在电介质物质21中。

再次参照图4和图5，第三部分213从第二部分212沿轴向延伸预定长度，并且形成为具有与第二部分212相同的外形尺寸，以容纳在第二流动路径12中。第三部分213可以形成为具有这样的结构，其中，直径的尺寸朝向工作流体的移动方向逐渐减小。

即，第三部分213从第二部分212延伸以暴露于第二流动路径12，并且具有其中直径的大小朝着工作流体的移动方向逐渐减小的表面结构，以顺畅地引导从端部喷射出的工作流体向后流动到第二部分212，从而加速等离子体反应。

此外，第三部分213的暴露于第二流动路径12的表面可以形成为具有向外弯曲的弯曲形状。因此，被喷射通过第三部分213而向后流动的工作流体可以沿着第三部分213的形成为弯曲形状的表面移动到第二部分212。

然而，第三部分213的表面形状不限于此，并且可以变化以具有各种结构和形状。

参照图6，第三部分213的表面可以形成为具有朝向内部的弯曲形状的凹面。因此，被喷射通过第三部分213以向后流动的工作流体可以沿着被形成为具有朝向内部的弯曲形状的凹面的第三部分213的表面移动到第二部分212。此外，从第三部分213喷射以向后流动的工作流体可以通过上述第三部分213的表面形状结构以及从第三部分213连续喷射的工作流体的流动而被加速。

此外，参照图7，第三部分213的表面可以形成为倾斜表面。因此，被喷射通过第三部分213以向后流动的工作流体可以沿着第三部分213的形成为倾斜形状的表面移动到第二部分212。

同时，可以在其中形成有通孔的电介质物质21的内部进一步形成涡旋突起215。

参考图5，涡旋突起215可以沿电介质物质21的长度方向在电介质物质21的整个内表面上成螺旋地突出，从而在穿过通孔20a的工作流体中产生涡旋。通过这样做，可以进一步激活电介质物质21中的微纳米气泡的产生，并且可以进一步加速微纳米气泡的塌陷。

此外，参照图3和图4，电介质插入件20还可包括金属插入件22和保持插入件23。

金属插入件22被容纳在第一流动路径11中，并且布置在电介质物质21的前面，同时通过一个表面与电介质物质21接触，并且当工作流体在其中流动时，金属插入件22与工作流体接触以发射出电子。例如，金属插入件22可以由各种金属形成，例如金(Au)，银(Ag)，镍，铜，铝，铂，钯和钛。此外，金属插入件22可以形成为具有预定的厚度，并且形成为具有与第一流动路径11相对应的外形尺寸。此外，金属插入件22的内部可以形成为具有通孔20a，工作流体可以通过该通孔20a。例如，在通孔20a的内部形成有螺旋槽，从而当工作流体通过时，可在工作流体中引起涡旋现象(螺丝现象)。

保持插入件23容纳在第一流动路径11中，以布置在金属插入件22的前方并保持与金属插入件22接触。当工作流体流入时，保持插入件23可以由具有预定介电常数的介电材料制成，以便保持从金属插入件22释放的电子。也就是说，保持插入件23可用于累积从金属插入件22产生的电子。例如，保持插入件23可以由具有预定介电常数的介电材料形成，例如工程塑料(PC)，亚克力，石英，派热克斯玻璃，陶瓷，玻璃纤维和晶体。此外，保持插入件23可以形成为具有预定的厚度并且形成为具有与第一流动路径11相对应的外形尺寸。此外，在保持插入件23的内部，可以形成有通孔20a，工作流体穿过通孔20a。例如，在通孔20a的内部形成有螺旋槽，从而当工作流体通过时，可在工作流体中引起涡旋现象(螺丝现象)。

水下等离子体产生装置1还可包括离子分离单元30。

参照图3和图9，离子分离单元30设置在与反应器10的另一个空间(第二流动路径12)相对应的反应器10的外表面上，通过电介质插入件20的工作流体被容纳在反应器10的另一个空间(第二流动路径12)中，并且离子分离单元30施加磁场到被等离子体电离的工作流体的流，以根据电极性分离工作流体中包含的离子。

即，离子分离单元30可以将磁场施加到通过等离子体电离的工作流体的流，以从工作流体中分离出H⁺离子和OH^-离子。在这种情况下，施加到反应器10的工作流体可以是具有10⁴Ω·cm或更高的比电阻的硬水(H₂O)，或者是混合有硬水和重水(D₂O)的混合流体。

将更详细地描述离子分离单元30。

离子分离单元30可以包括多种磁性物质，所述多种磁性物质彼此相对地设置在反应器10的外表面上。

多种磁性物质可以包括：第一磁性物质31和第二磁性物质32，第一磁性物质31沿垂直于反应器10的轴向的方向设置在反应器10的一个外表面上，并且具有S极；第二磁性物质32设置反应器10的另一个外表面上，与第一磁性物质31相对并且具有N极。通过这样做，离子分离单元30可以向工作流体的流施加磁场，并根据电极性从工作流体的流中分离出包括在工作流体中的离子以使其垂直于磁场方向。同时，与附图中所示的不同，第一磁性物质31和第二磁性物质32可沿垂直于反应器10的轴向的方向设置在相对的位置，从而将S极和N极设置在相对的位置。通过这样做，可以改变被离子分离单元30分离以与工作流体一起移动的离子的方向。

此外，离子分离单元30还可包括磁性物质固定单元33。

参照图10和图11，磁性物质固定单元33可以容纳第一磁性物质31，第二磁性物质32被固定在第一磁性物质31中。更具体地，磁性物质固定单元33可以将第一磁性物质31和第二磁性物质32的移动限制在反应器10的轴向和垂直于反应器10的轴向的方向上。磁性物质固定单元33可以作为模块耦接至反应器10的外表面。

磁性物质固定单元33可以包括壳体331，隔膜(diaphragm)332和支架333。

壳体331具有在其中形成的用于容纳反应器10、第一磁性物质31和第二磁性物质32的容纳空间，并沿着反应器10的轴向耦接到反应器10的外部以固定到反应器10的外表面上。例如，壳体331可以形成为具有与反应器10的另一空间(第二流动路径12)相对应的长度。然而，壳体331的长度不必限于此，而是如果需要，其长度可以短于反应器10的外表面的长度。

隔膜332连接到壳体331的内部，以将容纳空间分隔成多个空间，并支撑第一磁性物质31和第二磁性物质32以限制第一磁性物质31和第二磁性物质的运动在与反应器10的轴向垂直的方向上。例如，隔膜332形成为具有预定厚度的板状结构，并由SUS材料形成。壳体331的容纳空间可以被隔膜332分隔成容纳反应器10的第一容纳空间，连接到第一容纳空间以分别容纳第一磁性物质31和第二磁性物质32的第二容纳空间，和第三容纳空间，将在下面描述的支架333被插入第三容纳空间中以被固定。

支架333通过多个紧固单元沿着壳体331的轴向与壳体331的一个端部固定在一起，以将第一磁性物质31和第二磁性物质32的运动限制在反应器10的轴向上，并且支架333可包括通孔，反应器10可通过该通孔。此外，可以在支架中进一步形成多个紧固单元穿过的多个通孔。此外，支架333可以由阻挡磁性物质的磁力的材料(诸如铅)形成。

水下等离子体产生装置1还可包括金属探针40。

参考图12a所示，多个金属探针40设置成在与第一磁性物质31和第二磁性物质32被设置成相对的方向垂直的方向上相对并穿过反应器10，从而使金属探针的一部分可以容纳在流动路径的另一空间(第二流动路径12)中。因此，当将电容器连接到多个金属探针40时，可以获得高压电能。例如，金属探针40可以由诸如银，铜，铝，金或镍的各种金属材料形成。

同时，参考图12b，在流动路径的另一空间(第二流动路径12)中，电介质插入件20的端部与金属探针40之间的距离D1可以比金属探针40与反应器10的端部之间的距离D2长。

水下等离子体产生装置1还可包括净化单元(未示出)和动力单元(未示出)。

净化单元可以净化工作流体。作为工作流体，可以使用硬水，硬水和重水的混合流体或烃油，并且如果使用硬水，则可以将工作流体纯化在比电阻为10⁴Ω·cm或更高的范围内。此外，当使用混合有硬水和重水的混合流体作为工作流体时，可以将重水与0.01％至100％的硬水混合。此外，使用烃油或矿物油时，期望粘度为40以下。

动力单元可供应动力以将在净化单元中纯化的工作流体供应到反应器10中。即，动力单元使泵(将在下文中描述)旋转，该泵布置在动力单元的一侧，以预定压力将工作流体输送至反应器10。

水下等离子体产生装置1还可以包括泵(未示出)，储罐(未示出)以及流量控制单元(未示出)。

泵设置在动力单元的一侧，并从动力单元接收动力，以预定压力将工作流体输送至反应器10。例如，随着泵的驱动，存储在下面将要描述的储罐中的工作流体从储罐输送到泵，并且输送到泵的工作流体可以被供应到反应器10。

储罐可以存储穿过反应器10和下文将描述的温度控制单元的工作流体，并将工作流体供应至泵。例如，在储罐中，可以设置使循环和流入状态的工作流体稳定的隔板。此外，在储罐中，可以进一步设置热交换器(未示出)以控制温度。

流量控制单元设置在从储罐引入到反应器10的中间，以控制流入反应器10的工作流体的流量。例如，流量控制单元可以设置在泵和反应器10之间。

水下等离子体产生装置1还可以包括蓄能器(accumulator)(未示出)，流体移动单元(未示出)，测量单元(未示出)和控制面板(未示出)。

蓄能器安装在流量控制单元和反应器10之间，并且可以防止脉冲(pulsation)现象，在该现象中由于工作流体不能恒定地流动，因此等离子体被暂时切断，然后再次产生。例如，可以设置两个或更多个蓄能器以减小脉冲现象。

流体移动单元形成为连接上述设备(例如纯化单元，反应器10和储罐)的管道，并且可以包括工作流体在其中循环的流动路径。例如，流体移动单元可以由介电材料形成。

测量单元布置在反应器10的入口和出口以及流体移动单元中的任何一个中，并且可以测量工作流体的压力和温度。通过这样做，可以将测得的工作流体的压力和温度用于控制工作流体的压力和温度。例如，当在反应器10的入口处测量的工作流体的温度和压力未达到足以产生等离子体的压力和温度时，控制泵(未示出)以增加压力。此外，测量单元可以通过将在下面描述的温度控制单元(未示出)停止降低工作流体的温度。此外，设置在引入到温度控制单元中的流体移动单元中的测量单元测量工作流体的温度，以测量根据在反应器10中产生的摩擦热和等离子体而上升的工作流体的温度。测得的温度可以用作用于控制温度控制单元中的工作流体的温度的数据。

控制面板可包括打开或关闭水下等离子体产生装置1的动力设备和调节工作流体的压力和温度的操纵设备。控制面板还可包括显示面板，其显示由上述测量单元测量的压力和温度。

水下等离子体产生装置1可以进一步包括分支管(未示出)。

分支管连接到反应器10的另一侧，以将由离子分离单元30分离的离子与工作流体一起引导至不同方向。例如，分支管可以由介电材料形成。

在下文中，将参照图3和图4描述工作流体的流动，与工作流体的流动相关的插入件的操作，微纳米气泡的形成过程以及塌陷过程。

作为参考，将描述用于描述工作流体的流动，与工作流体的流动相关的插入件的操作，微纳米气泡的形成过程以及塌陷过程的各个组件，并为了便于描述，使用与对水下等离子体产生装置1的描述相同的附图标记来描述，并且将省略相同或重复的描述。

首先，将描述根据一实施方式的工作流体的流动，与工作流体的流动相关的插入件的操作，微纳米气泡的形成过程以及通过电介质插入件20的塌陷过程。

参照图3和图4a所示，电介质插入件20，金属插入件22和保持插入件23可以顺序地插入穿过反应器10的第一流动路径11。当插入电介质插入件20时，第三部分213可以首先插入第一流动路径11中。

当水下等离子体产生装置1工作时，高压工作流体流入反应器10的入口。在这种情况下，由于工作流体在高压下流入，因此电介质插入件20、金属插入件22和保持插入件23顺序地彼此接触。

工作流体可以形成第一流f1和第二流f2，第一流f1被引入反应器10并线性地流向通孔，第二流f2在第一流f1之间形成涡流。由于形成在电介质插入件20、金属插入件22和保持插入件23中的通孔20a的直径比工作流体流过的反应器10的第一流动路径11的直径相对小得多，因此，靠近保持插入件23的通孔20a但不流入通孔20a的工作流体可具有形成涡流的第三流f3。第三流f3可以再次被结合到第一流f1中以被引入通孔20a中。

引入通孔20a中的工作流体可以形成第四流f4，该第四流f4通过形成在金属插入件22、保持插入件23和电介质插入件20的通孔20a中的螺旋槽来形成涡流。引入通孔20a中的工作流体可以流动，同时与金属插入件22产生摩擦。通过该摩擦从金属插入件22释放大量电子。从金属插入件22发射的一些电子与工作流体一起流动，而其它发射的电子积聚在保持插入件23中。

由于非常窄的直径，被引入到通孔20a中的工作流体可能由于空化作用而形成微纳米气泡。穿过通孔20a时可以形成更多的微纳米气泡。此外，所形成的微纳米气泡保留在工作流体中，并且当工作流体通过电介质插入件20的通孔20a时可能会塌陷。等离子体主要是通过微纳气泡的塌陷和带到工作流体中的电子而在电介质插入件20的第二部分212的通孔20a和第二流动路径12中产生。

在此，微纳米气泡通常是指直径为50μm或更小的气泡。微纳米气泡被气液界面包围而形成，水的表面张力作用于该界面。表面张力充当压缩气泡内部的力。理论上，气泡中的压力随环境压力的增加可以通过以下方程式1来计算。

<方程式1>

ΔP＝4σ/D

在此，ΔP是压力升高的程度，σ是表面张力，D是气泡的直径。

<表1>

参考表1，直径为约10μm的微纳米气泡的内部压力为约0.3atm，直径为约1μm的微纳米气泡的压力为约3atm。此外，在界面处离子浓度增加。当微纳米气泡塌陷时，会产生约40KHz的超声波，约140db的高声压以及4000℃至6000℃的瞬时高热量。微纳米气泡由于超声波、高声压、瞬时高热量以及工作流体中的悬浮电子而塌陷，从而产生等离子体。

在诸如油或水之类的工作流体的情况下，当工作流体的行进速度增加并且局部压力低于蒸气压力时，工作流体被汽化并且产生空腔。

正常的气泡会上升到水表面，在表面破裂，但是当气泡具有接近原子或分子的大小的微(μm)纳米尺寸时，气泡在相同的材料中会具有不同的行为或特性。气泡中也会发生同样的现象。等于或小于50μm(0.05毫米)的微纳米气泡在水中收缩并最终消失，在此过程中，至少执行了三个连续步骤：在适当条件下成核，气泡生长和内爆塌陷(implosioncollapse)。

在此过程中，微纳米气泡过分地生长，从而使微纳米气泡无法吸收能量来维持微纳米气泡本身，并因“迅速塌陷”而剧烈内爆。在塌陷步骤中释放出的温度和压力极大地增加，从而使捕获的气体分子分裂，这也是“均匀超声化学”的基础。

此外，微纳米气泡具有电荷，并且随着微纳米气泡根据其周围的电场而升高，因此呈锯齿状移动。在这种情况下，微纳米气泡会引起轻微的振动，并通过“自加压效应”在大约1μsec(1/1,000,000秒)的短时间内重复压缩和塌陷的连锁反应。

此外，通过具有球形界面的微纳米气泡中的表面张力通过压缩气体的力来产生自加压效应，并且当气泡膨胀或塌陷时，塌陷的气泡中的强压力和温度可能变得足够高以触发核反应。这时，微纳米气泡的内部温度瞬间升高到与太阳表面温度相当的5500℃，微纳米气泡壁的塌陷(内爆)速度加快到7,000m/sec，冲击波达到11000m/sec，并发出达到20000K至30000K(开尔文温度)的强光，这就是等离子体的产生。

在与水或其他流体有关的日常生活中，微纳米气泡的破坏力得到了充分证明。例如，随着螺旋桨在水中的旋转而增加了在螺旋桨或船体表面上流动的流体的行进速度，并且局部压力低于蒸汽压力，就会发生空化作用(cavitation)。在此过程中，会生成大量的微纳米气泡，并且不断重复生成和塌陷。这些微纳米气泡塌陷时产生的巨大能量会破坏金属螺旋桨、船体和泵的表面，从而给船舶的运行造成巨大障碍。该结果证明了微纳米气泡的破坏力。

穿过电介质插入件20的通孔20a的工作流体被排放到第三部分213的前方，即朝向反应器10的出口。所排放的工作流体的一部分形成第五流f5，该第五流f5沿第三部分213的表面朝向第二部分212向后流动，而所排放的工作流体的另一部分形成第六流f6，该第六流f6流到第三部分213的前方。

根据第五流f5的工作流体可流入第三流动路径13与电介质插入件20的第二部分212之间的微小间隙中。如上所述，电介质插入件20的第二部分212的直径形成为对应于第三流动路径13。因此，电介质插入件20需要被插入到反应器10中，使得电介质插入件20的第二部分212和反应器10的第二流动路径12彼此紧密地接触。否则，大量的工作流体向后流过第三流动路径13，从而使等离子体的产生效率降低。

在第三流动路径13和电介质插入件20之间向后流动的工作流体被引入形成在电介质插入件20的第二部分212中的收集槽214中。引入的工作流体保留在收集槽214中，并且当第六流f6变强时，逸出到第三流动路径13和电介质插入件20之间的第二流动路径12以增强第六流f6。在这种情况下，保留在收集槽214中的工作流体中所包含的微纳米气泡可能会塌陷而产生更多的等离子体。

如上所述，收集槽214可以执行以下功能：提供用于保留向后流动的工作流体的空间以及增强在第二流动路径12中产生的等离子体。

接下来，将描述根据另一实施方式的工作流体的流动，与工作流体的流动相关的插入件的操作，微纳米气泡的形成过程以及通过电介质插入件20的塌陷过程。

在图4b所示的反应器10中的电介质插入件20、金属插入件22a、22b、22c和22d以及保持插入件23a、23b和23c的情况下，与图4a所示的反应器10的内部相比，仅电介质插入件20的长度和金属插入件22a、22b、22c和22d的数量以及保持插入件23a、23b和23c的数量不同，但是其他组件基本相同。因此，将省略多余的描述。

参考图4b，插入反应器10的电介质插入件20的数量为一个，金属插入件22a、22b、22c和22d的总数为四个，并且保持插入件23a、23b和23c的总数为三个。然而，金属插入件22a、22b、22c和22d的数量以及保持插入件23a、23b和23c的数量可以根据需要而变化。

电介质插入件20的第二部分212形成为比图4a所示的电介质插入件20长。这是因为第四金属插入件22d进一步靠近电介质插入件20的第二部分212插入。具体地，第四金属插入件22d首先穿过电介质插入件20的第二部分212插入到电介质插入件20的前表面。将电介质插入件20插入到反应器10中，并且将第四金属插入件22d装配在前表面上。因此，第二部分212可以形成为与第四金属插入件22d的厚度一样长，使得第三部分213的起始部分从第二流动路径12开始。然而，与附图所示不同，电介质插入件20的第二部分212可以不形成为更长。

第四金属插入件22d的内径对应于电介质插入件20的第二部分212的外径，并且第四金属插入件22d的外径对应于反应器10的内径。第四金属插入件22d在装配到第一流动路径11中的同时在前表面上与锁定突起14接触，并且在后表面上与电介质物质21的插入的第一部分211接触。

在将装配有第四金属插入件22d的电介质插入件20插入反应器10之后，将第一至第三金属插入件22a、22b和22c(不包括第四金属插入件22d)和第一至第三保持插入件23a、23b和23c依次交替地插入反应器10中。具体地，电介质插入件20，第三金属插入件22c，第三保持插入件23c，第二金属插入件22b，第二保持插入件23b，第一金属插入件22a和第一保持插入件23a被顺序地插入反应器10中。

在下文中，将描述工作流体的流动以及与工作流体的流动相关联的每个插入件的操作。

如上所述，高压工作流体流入反应器10中，在反应器10中电介质插入件20，金属插入件22a、22b、22c和22d以及保持插入件23a、23b和23c插入穿过反应器10的第一流动路径11。

如上所述，工作流体可以形成第一流f1和第三流f3，该第一流f1流过形成在电介质插入件20，金属插入件22a、22b、22c和22d以及保持插入件23a、23b和23c中的通孔20a，第三流f3撞击第一保持插入件23a的外表面以形成涡流。

流入通孔20a中的工作流体可以形成第四流f4，该第四流f4通过形成在保持插入件23a、23b和23c，第一至第三金属插入件22a、22b和22c和电介质插入件20的通孔20a上的螺旋槽而成为涡流。

第四流程f4按此顺序与第一保持插入件23a，第一金属插入件22a，第二保持插入件23b，第二金属插入件22b，第三保持插入件23c和第三金属插入件22c接触。通过这样做，大量的电子从各个金属插入件22a、22b和22c被引入到工作流体中，并且一些发射的电子累积在保持插入件23a、23b和23c中，而其它发射的电子与第四流f4一起被排放通过第三部分213。

朝第三部分213的前侧排放的一部分工作流体形成第五流f5，该第五流f5沿着第三部分213的表面朝向第二部分212向后流动。排放到第三部分213的前侧的其它部分工作流体形成第六流f6，该第六流f6流到第三部分213的前侧。

在这种情况下，第五流f5可流入第三流动路径13与电介质插入件20的第二部分212之间的微小间隙。在第三流动路径13与电介质插入件20之间向后流动的工作流体流入电介质插入件20的收集槽214中。

如上所述，当第六流f6变强时，流入在收集槽214中的工作流体可逸出至第三流动路径13与电介质插入件20之间的第二流动路径12。

同时，引入到收集槽214中的工作流体和向后流到第三流动路径13与电介质插入件20之间的间隙的工作流体与设置在第一流动路径11的内端的第四金属插入件22d接触，然后可以再次形成等离子体。具体地，流入在收集槽214中的工作流体与向后流动到第三流动路径13和电介质插入件20的间隙中的工作流体汇合以流入第一流动路径11。在这种情况下，工作流体与设置在第一流动路径11的内端的第四金属插入件22d接触并且可以被供给电子。

如上所述的第四金属插入件22d可以减少当通过第五流f5流入第一流动路径11的工作流体与电介质插入件20接触时可能引起的碳烟(soot)和电介质插入件20的损坏。此外，第四金属插入件22d将电子提供给向后流动的第五流f5，以进一步加速等离子体的产生。

图13是示出根据本发明一实施方式的从水下等离子体产生装置1产生等离子体的图。作为参考，在暗室条件下拍摄图13，以更清楚地表示在反应器10中产生的等离子体。

参考图4和图13，沿着工作流体的流动在反应器10中反复产生并熄灭等离子体。此外，可以在多个位置同时产生等离子体。

第一等离子体P1是在容纳电介质插入件20的收集槽214中的工作流体中产生的等离子体。如上所述，从电介质插入件20的端部喷射的一部分工作流体向后流到收集槽214，以被容纳在收集槽214中。容纳在收集槽214中的工作流体沿着收集槽214中的电介质插入件20的圆周表面旋转。在该旋转过程中，可以产生第一等离子体P1。

当收集槽214中的工作流体泄漏到第三部分213的端部时，可以产生第二等离子体P2。收集槽214中的工作流体与从第三部分213的端部喷射的工作流体的流汇合，以增强喷射到第三部分213的端部的工作流体的流。在该过程中，可产生第二等离子体P2。同时，第二等离子体P2是示出了收集槽214中的工作流体增强了喷射到电介质插入件20的第三部分213的外部的工作流体的流的示例。

可以由从电介质插入件20的通孔喷射到第三部分213的端部的工作流体产生第三等离子体P3。可以从通孔的内部产生第三等离子体P3。第三等离子体P3可以在逸出电介质插入件20之后立即产生。第三等离子体P3可以被认为是在反应器10中产生的等离子体之中的主要等离子体。例如，当连接至电容器等的金属探针40与第三等离子P3连接时，可以获取电能。

如上所述，根据本公开的实施方式，在反应器10形成有工作流体可移动通过的流动路径，并且在该流动路径中容纳有金属催化剂以在流动路径的一个空间中引起空化并在其中提供流体流时产生摩擦电。因此，在流入反应器10中并沿一个方向移动的流体中，会生成大量的尺寸为5μm或更小的微纳米气泡，该微纳米气泡具有带有负电荷的表面电势，并且相同类型的电荷被施加到与流体一起移动的微纳米气泡，以通过排斥力连续地使微纳米气泡塌陷，从而连续地产生高密度的等离子体。

此外，当将硬水(H₂O)或硬水与重水(D₂O)的混合物用作工作流体时，H⁺离子和OH^-离子可能会从电离的工作流体中分离出来而不会引起振荡弛豫，并且进一步地，分离的H⁺离子被聚集以产生大量高纯度的氢。

此外，提供了多个可从反应器10拆卸以部分暴露于其中产生等离子体的内部空间的探针，使得当将电容器等连接到探针时，可以获得高压电能。

上面已经示出并描述了本发明的示例性实施方式，但是本发明不限于上述特定实施方式，显然，本发明所属技术领域的技术人员在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对权利要求书所要求保护的本发明进行各种修改，并且不应从本发明的技术精神或前景来单独理解这样的修改实施方式。

【工业实用性】

根据本实施方式的水下等离子体产生装置可以用于产生电能的发电系统中。

Claims

1.一种水下等离子体产生装置，包括：

反应器，在所述反应器的内部沿长度方向形成有供工作流体通过的流动路径；

电介质插入件，其布置在所述流动路径上以将所述流动路径分隔成多个空间，并且在所述电介质插入件中具有一个或多个用于连接所述多个空间的并且具有比所述流动路径小的横截面宽度的通孔，并且所述电介质插入件的一侧具有金属催化剂，所述金属催化剂与通过所述通孔流入的所述工作流体接触；和

离子分离单元，其安装在所述反应器的外表面上，并且将磁场施加到所述工作流体的流中，以根据电极性将所述工作流体中包含的离子分离，其中所述流动路径包括：

第一流动路径，在所述第一流动路径中容纳有从外部引入的工作流体；

第二流动路径，在所述第二流动路径中容纳穿过所述电介质插入件的所述工作流体；和

第三流动路径，其连接所述第一流动路径和所述第二流动路径，并且所述第三流动路径的内径小于所述第一流动路径和所述第二流动路径的内径，其中，在所述反应器的所述外部，形成有落座支撑槽，所述落座支撑槽沿着所述反应器的所述长度方向从所述反应器的端部凹入预定深度，以使所述离子分离单元落座并且限制所述离子分离单元的移动以将所述离子分离单元布置在与所述第二流动路径相对应的位置；

其中，所述离子分离单元包括：

第一磁性物质，其沿着与所述反应器的轴向垂直的方向安装在所述反应器的一个外表面上并且具有S极；

第二磁性物质，其被安装在所述反应器的另一个外表面上，与所述第一磁性物质相对并且具有N极；和

磁性物质固定单元，其容纳待固定的所述第一磁性物质和所述第二磁性物质，并作为模块耦接到所述反应器的外表面；

其中，所述磁性物质固定单元包括：

壳体，其具有用于容纳所述反应器，所述第一磁性物质和所述第二磁性物质的容纳空间；

隔膜，其耦接到所述壳体的内部以将所述容纳空间分隔成多个空间，并支撑所述第一磁性物质和所述第二磁性物质以将所述第一磁性物质和所述第二磁性物质的运动限制在与所述反应器的轴向垂直的方向上；和

支架，其沿着所述壳体的轴向与所述壳体的一个端部固定在一起，以将所述第一磁性物质和所述第二磁性物质的运动限制在所述反应器的所述轴向上，并且所述支架具有所述反应器通孔，所述反应器穿过所述反应器通孔。

2.根据权利要求1所述的水下等离子体产生装置，其中，在流入所述反应器的一个空间中的所述工作流体中，通过空化产生具有负电荷的表面电势且具有预定尺寸以下的微纳米气泡，所述微纳米气泡与所述工作流体一起流过所述通孔以穿过所述金属催化剂，并因从所述金属催化剂发射出的同种电荷而塌陷从而产生等离子体，穿过所述电介质插入件而移动到所述反应器的另一空间的所述工作流体暴露于所述等离子体中而被电离。

3.根据权利要求1所述的水下等离子体产生装置，其中，所述工作流体是具有的比电阻为10⁴Ω·cm以上的硬水(H₂O)或所述硬水与重水(D₂O)的混合物，并且所述离子分离单元从所述工作流体中分离出H⁺离子和OH^-离子。

4.根据权利要求1所述的水下等离子体产生装置，其中

在所述第一流动路径和所述第三流动路径之间形成有锁定突起，所述电介质插入件被卡在所述锁定突起上以沿所述工作流体的所述移动方向被支撑，并且

在所述第二流动路径和所述第三流动路径之间形成有引导表面，以引导从所述电介质插入件喷射出的所述工作流体的运动并流回到所述第三流动路径。

5.根据权利要求4所述的水下等离子体产生装置，其中，所述引导表面形成为具有弯曲表面或倾斜表面的结构。

6.根据权利要求1所述的水下等离子体产生装置，其中，所述第二流动路径的长度比通过将所述第一流动路径的长度和所述第三流动路径的长度进行连接而得到的长度长。

7.根据权利要求1所述的水下等离子体产生装置，其中，所述第一流动路径的直径与所述通孔的直径之比为10：0.5和10：4中的至少一个。

8.根据权利要求4所述的水下等离子体产生装置，其中，所述电介质插入件包括：

电介质物质，其由具有预定介电常数的介电材料形成并容纳在所述第一流动路径、所述第二流动路径和所述第三流动路径上方，以及

金属插入件，所述金属插入件容纳在所述第一流动路径中并且布置在所述电介质物质的前方以通过一个表面与所述电介质物质接触。

9.根据权利要求8所述的水下等离子体产生装置，其中，所述电介质物质包括：

第一部分，其形成为具有与所述第一流动路径相对应的尺寸，以容纳在所述第一流动路径中，并且具有被所述锁定突起卡住而被支撑的一个表面；

第二部分，其从所述第一部分沿轴向延伸预定长度以容纳在所述第三流动路径中，并形成为具有与所述第三流动路径相对应的尺寸；和

第三部分，其从所述第二部分沿着轴向延伸预定长度以容纳在所述第二流动路径中，并且所述第三部分的直径朝着所述工作流体的移动方向逐渐减小。

10.根据权利要求1所述的水下等离子体产生装置，还包括：

金属探针，其与所述第一磁性物质和所述第二磁性物质被布置为相对的的方向垂直的方向相反并穿过所述反应器，从而其一部分容纳在所述流动路径的另一个空间中。

11.根据权利要求10所述的水下等离子体产生装置，其中，在所述流动路径的所述另一个空间中，所述电介质插入件的端部与所述探针之间的距离长于所述探针与所述反应器的端部之间的距离。