JP2023505325A - プラズマ発生器 - Google Patents

Abstract

カソード（１０８）と、アノード（１１０）と、安定化電極（４１６）と、を備える、プラズマ発生器であって、安定化電極が、流体（１０２）内のプラズマ（４２４）の領域を安定化させる、プラズマ発生器、プラズマ発生方法、およびそれらの使用。【選択図】図４

Description

本発明は、プラズマ発生器であって、プラズマが、安定化電極によって安定化される、プラズマ発生器に関する。本発明は、電気プラズマ放電を使用して、液体、例えば、水および水混合物を含む流体を処理するための方法の改善を提供する。

プラズマ放電を形成する能力を利用することを含む、放電を使用して水を処理する多くの異なる方法がある。流体中にプラズマ放電を生成するために、主にカソードおよびアノード、またはいくつかのカソードおよびアノードの様々な構成からなる様々な電極設計が使用され得る。電気放電および様々な電極システムによる水処理のための方法が、Ｐ．Ｖａｎｒａｅｓ、Ａ．Ｙ．ＮｉｋｉｆｏｒｏｖおよびＣ．Ｌｅｙｓによる論文「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｉｎ Ｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｐｏｌｌｕｔａｎｔ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ」，ｉｎ Ｐｌａｓｍａ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （２０１６）：ｐｐ．４２９－７８に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

より具体的には、プラズマ放電は、多くの場合、液体中で形成される。しかし、液体中にプラズマ放電を形成する既存の方法は、電極間の液体を通る電流フローの不安定化効果に起因して、２つの電極、すなわちカソードおよびアノードの間のプラズマ放電の不安定性をもたらす。直流電圧を供給されると、プラズマ放電が、負電位を有するカソードの周りに形成される。カソードは、耐熱材料からロッドまたは針の形態に作製され得（しかしながら、他の形状および幾何形状が使用され得る）、その端部に、高電位勾配および高強度電界が生成される。

カソードの端部における電界の集中が、コロナ電極の先端における空気中の電気コロナの燃焼と同様に、カソード周りのプラズマ放電の開始を引き起こす。しかし、空気（ガス）中の電気コロナは、単相媒体を有する一方、液体中のプラズマ放電は、ガス蒸気および液体の２相システムによって特徴付けられる。特に、ガス蒸気領域（相）は、カソードが位置する液体の中のカソードの周りに形成される。

カソード上の電圧が増加するにつれて、液体が沸騰を上回る温度に加熱されるので、カソードの周りの液体中にガス蒸気気泡が発生する。液体の加熱は、液体中の導電電流の存在およびカソードにおけるプラズマの電流の両方によって引き起こされる。気泡のガス蒸気領域と、周囲の液体との間に明確な相境界はない。代わりに、相境界は、曖昧であり、強く複雑な熱および電気変動を有する。これが、液体中のカソード周りのプラズマの不安定性をもたらし、プラズマ放電の周期的な破壊をもたらす。プラズマの絶縁破壊が、劇的に弱まり、次いで増幅され、この増幅は、液体中の電極の電源回路内の電流の急激な跳ね上がりによって特徴付けられる。

液体中のプラズマ放電の不安定性は、カソード周りのガス蒸気気泡が、低い導電率（高い電気抵抗率）を有する一方で、液体媒体は、電流を通すのに十分な導電率を有するという事実に起因する。２相媒体（ガス蒸気および液体）の電気回路は、２つの活性電気抵抗として表され得、その１つが、ガス蒸気領域を、そして第２のものが、液体媒体を特徴付ける。ガス蒸気相の電気抵抗の急激な増加は、プラズマ放電電流およびプラズマ放電の破壊の減少をもたらす。その結果、プラズマ放電が、衰退するか、または完全に消滅する。

プラズマ放電を再開始するか、またはその強度を高めるために、カソードと、アノードとの間の電圧を増加させる必要がある。しかしながら、電圧の増加は、カソードと、アノードとの間の絶縁破壊、電流の急激な増加、そして最終的にアノードと、カソードとの間のアークを引き起こす。これは、カソードをほぼ即座に焼損させ、カソードを修復不能に破損させる可能性があり、それにより、デバイスの修理が必要となる。

したがって、上記の問題の１つ以上に対処する新しい技術を開発することが望ましい。

ＵＳ２０１０／０２１９１３６Ａ１、ＷＯ２０１６／０４４２３９Ａ１、およびＵＳ２０１５／０３０７３７０Ａ１は、液体のプラズマ処理の効率を向上させる方法を記載している。しかしながら、これらの方法はすべて、プラズマ放電の不安定な開始および維持を生じる。ＵＳ２０１０／０２１９１３６Ａ１は、液体中のプラズマ開始が、エアスパークギャップを介して実施される、プラズマ技術を使用した流体処理に関する。しかし、スパークギャップは、動作モードが、エアギャップおよび液体の同時電気スパーク破壊のために設計されているので、安定したプラズマ放電を提供しない。この場合、主なエネルギー放出は、空気中のスパークギャップ内で（すなわち、液体中のプラズマ放電の前に）起こり、液体処理の効率を低下させる可能性がある。

ＪＰ２０１７／２０５７５５は、第１の電極と、第２の電極との間のプラズマ放電の安定性を改善する方法を記載している。具体的には、第２の電極上に形成され、プラズマ放電の安定性および効率に影響を及ぼす析出物が、第２および第３の電極にわたって印加された電圧の作用下で、第３の電極の表面に移動される。次いで、第３の電極が、廃棄および交換され得る。

本発明が、液体中の電気プラズマ放電のプラズマの開始および維持の安定性を高めることが望ましい。

既知の方法と比較して、提案される発明は、液体媒体中のプラズマ放電の開始および維持の両方の高い安定性を可能にし、液体の絶縁破壊、ならびに関連するコストおよび遅延を伴ってカソードが修復または交換されることを必要とする、アークによるカソードの損傷を排除する。

添付した特許請求の範囲による、流体内のプラズマ発生のためのプラズマ発生器および方法が提供される。理論に束縛されるものではないが、プラズマ発生器が使用されると、経時的に変化する電界が、流体で満たされたギャップ全体に適用され得る。この電界が、プラズマの最大体積を生成すると考えられる。有害な電流が電極に生じるのを防止するために、高い電気的ストレスの任意の持続時間が、管理され得る。

本発明は、様々な技術プロセス、すなわち水および廃水処理、消毒、電気化学、触媒、電気めっき、加熱、蒸気発生、脱塩、分解、破壊、合成、混合、および多くの他の技術において、電気プラズマ放電によって、水および水混合物、例えば、塩基および酸、ならびに他の液体を処理するための方法の改善に関する。

具体的には、本発明のプラズマ発生器は、カソードと、アノードと、安定化電極と、を備え、安定化電極が、流体内のプラズマの領域を安定化させる。

流体中のプラズマ放電の開始および安定化、特に、流体中にプラズマ放電を生成して、２つの電位電極（すなわち、カソードおよびアノード）の間の界面によって分離された２相のガス蒸気相および液相の領域を形成することは、安定化電極を使用してガス蒸気領域と、液相領域との間の界面を安定化させることによって実行され得る。このように、安定化電極は、流体内のプラズマ放電の領域を安定化させる。具体的には、安定化電極は、プラズマ放電の領域と、流体との間の界面を安定化させ得る。本明細書で使用される場合、「安定化させる」という用語、および類似の用語は、プラズマの領域と、流体との間の界面が、界面における熱および電気変動を最小限に抑えるために維持されることを意味することを意図する。

安定化電極は、プラズマ放電を開始し、その後、放電の崩壊を阻止することによって、安定化させる／維持する機能を実行し得る。安定化電極は、多くの場合、カソードと、アノードとの間に位置付けられるであろう。任意選択的に、安定化電極は、アノードまたはカソードのいずれか上に位置付けられ得、この場合、安定化電極は、カソードおよび／またはアノードから絶縁される。本明細書で使用される場合、「間」という用語は、当技術分野におけるその通常の意味が与えられることを意図しており、具体的には、安定化電極が、プラズマ放電を途中で捕らえて、プラズマ放電と相互作用し得、それにより、この電極がその安定化機能を実行することを可能にする位置を指す。プラズマ放電は、カソードと、安定化電極との間で生成される。さらに、そのような構成は、プラズマ放電が、安定化電極と、カソードとの間に閉じ込められることを可能にする。

安定化電極は、種電子などの荷電粒子を流体中に放出し、それによって、プラズマ放電の開始および維持の両方を強化し得る。

任意選択的に、１つ以上の電源構成は、電極（すなわち、カソード、アノード、および安定化電極）にわたって結合されて、回路を形成し得る。例えば、高電圧直流（ＤＣ）電源は、カソードおよびアノードに結合され得る。追加的に、高周波交流（ＡＣ）電源は、カソードおよび安定化電極に結合され得る。しかしながら、いくつかのプラズマ条件では、安定化電極は、無給電であってもよく、したがって、高周波ＡＣ電源に結合されなくてもよい。代替的に、いくつかのプラズマ条件では、高周波ＡＣ電源と、安定化電極との間の結合は、非アクティブであるか、または安定化の必要性が検出されたときにのみ電力が供給されるように、周期的に非アクティブであり得る。プラズマ放電の開始および安定化プロセスは、（ＤＣ電源によって供給される）プラズマ放電電流よりも低いスパーク放電の電流を用いて、カソードと、安定化電極との間の高周波高電圧スパーク放電を使用することによって強化される。関連した方法で、高周波高電圧スパーク放電の電位は、カソードにおけるプラズマ放電の電位よりも高く設定される。追加的または任意選択的に、カソードへのおよびアノードへの電源は、ＡＣ、ＤＣ、またはインパルス性質のいずれかであり得る。追加的または任意選択的に、安定化電極への電源は、ＤＣまたはインパルス性質のいずれかであり得る。

安定化電極は、特定の所与の用途に最も好適な構成に応じて、多くの形状のうちの１つを採用し得る。例えば、安定化電極は、プレート、球、ロッド、またはそれらの組み合わせの形状に形成され得る。任意選択的に、安定化電極は、カソードに対して見たときに凸状または凹状であり得る湾曲した半楕円形などの湾曲した形状（例えば、湾曲したプレート、または「ボウル」形状）を有し得る。同様に、安定化電極は、実質的に平坦、正方形、楕円形、または放物線状であるように構成され得る。２つの軸において概して大きな断面の形状は、プラズマとの相互作用およびプラズマの安定化を効率的に促進するため、多くの場合、それらが選択されることになるであろう。そのため、ロッドまたはプレートが、選択されることが多い。

安定化電極は、多くの場合、多孔質である。例えば、安定化電極は、その表面に沿って穿孔を有し得る。これらの穿孔は、安定化電極の表面を完全に通って延在し得るか、または安定化電極の表面内に部分的にのみ延在する表面くぼみの形態を採り得る。穿孔は、安定化電極の表面を通って、システムから収集点への流体内の荷電粒子および分子の移動を可能にする。代替的に、安定化電極は、非多孔質および不透過性であり得る。

上記で概説された電源構成に戻ると、デカップリングインダクタは、任意選択的に、高電圧ＤＣ電源と、カソードとの間に介在され得る。デカップリングインダクタは、ＡＣ電源に関連付けられた交流電流および高周波信号が高電圧ＤＣ電源に到達し、高電圧ＤＣ電源を潜在的に損傷することを阻止することによって、ＤＣ電源を保護するように機能する。代替的に、デカップリングインダクタは、高電圧ＤＣ電源と、アノードとの間に介在され得る。原則として、デカップリングインダクタは、デカップリングインダクタが、カソードおよびアノードと直列配置にあることを条件に、回路内の任意の好適な位置に介在され得る。

追加的に、および任意選択的に、デカップリングキャパシタが、高周波ＡＣ電源と、カソードとの間に介在され得る。デカップリングキャパシタは、ＤＣ電源に関連付けられた直流電流がＡＣ電源に到達して、ＡＣ電源を潜在的に損傷することを阻止することによって、ＡＣ電源を保護するように機能する。代替的に、デカップリングキャパシタは、高電圧ＤＣ電源と、アノードとの間に介在され得る。原則として、デカップリングキャパシタは、デカップリングインダクタが、カソードおよびアノードと直列配置にあることを条件に、回路内の任意の好適な位置に介在され得る。

カソード、アノード、および安定化電極の間を流れる電流を調節するために、様々なスイッチング素子が実装され得る。これらのスイッチング素子としては、以下に限定されないが、ソリッドステート、電気真空、および電子的スイッチング素子が挙げられ得る。

プラズマ発生器は、任意選択的に、触媒をプラズマ放電の領域に送達するための入口を備え得る。触媒は、流体中に送達され、その後、流体の流れを介して、プラズマ放電の領域に送達され得る。触媒は、プラズマ発生器内の化学反応を促進および強化し得、それにより、プラズマ放電による流体の処理の効率を高める。

一例では、プラズマ発生器内の流体は、水であり得るか、または水溶液であり得る。水に対するプラズマ放電の作用が、水の加熱を引き起こし得るか、または溶質の反応を（触媒の支援を伴うか、または伴わないで）促進し得る。任意選択的に、プラズマ発生器は、熱交換器に結合され得る。プラズマ放電による流体の前述の処理の結果として流体内に生成される任意の余分な熱エネルギーは、熱交換器を使用して、プラズマ発生器から離れて伝達され得る。そのため、余分な熱エネルギーは、他の目的に使用され得、無駄にされない。

別の例では、水溶液は、食塩溶液であり得る。プラズマ放電による食塩溶液の処理は、食塩溶液を脱塩して水を生成し得る。さらに、プラズマ放電による食塩溶液の脱塩は、飲料水を生成し得る。

特に断らない限り、記載される整数の各々は、当業者によって理解されるように、任意の他の整数と組み合わせて使用され得る。さらに、本発明のすべての態様は、好ましくは、その態様に関して記載される特徴を「ｃｏｍｐｒｉｓｅ（含む、備える）」が、すべての態様は、特許請求の範囲に概説されるそれらの特徴「ｃｏｎｓｉｓｔ（からなり）」得るか、またはそれらの特徴「ｃｏｎｓｉｓｔ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ（から本質的になり）」得ることが具体的に想定される。加えて、本明細書で具体的に定義されない限り、すべての用語は、当技術分野で一般的に理解される意味を与えられることが意図される。

さらに、本発明の考察では、別途記載がない限り、あるパラメータの許容範囲の上限または下限についての代替値の開示は、代替値のうちのより小さいものと、より大きいものとの間にある当該パラメータの各中間値がまた、それ自体、そのパラメータの可能な値として開示されるという、示唆された記述として、解釈されるべきである。

加えて、別途記載のない限り、本出願に現れるすべての数値は、「約」という用語によって修飾されるものと理解されるべきである。

本発明がより容易に理解され得るように、本発明は、図面および具体的な実施例を参照して、以下にさらに説明される。

液体中のプラズマ放電の形成のための電極（カソードおよびアノード）の先行技術のシステムを示す。 図１のシステムにおける、液相を通して伝播する蒸気相からなる、液体中のプラズマ放電の２相スキームを示す。 図１のシステムにおける、カソードと、アノードとの間の流体内の電気アーク破壊の概要を示す。 カソードと、アノードとの間の安定化電極の設置のスキームを示す。 共通の安定化電極に結合された複数のカソードと、共通のアノードとからなる多放電システムを示す。 カソード、アノード、および安定化電極に結合された電源構成要素および回路を示す図である。 流体のプラズマ処理のための例示的な第１のデバイスを示す。 流体のプラズマ処理のための例示的な第２のデバイスを示す。 流体のプラズマ処理のための複数の処理デバイスを備えるモジュールを示す。

ここで、本発明の実施形態を、添付された図面を参照して説明する。

以下の説明は、当業者が本発明を理解することを可能にするためにのみ使用され、読者によって容易に理解および／または想定され得る他の実施形態への本発明の適用性を限定することを意図するものでないことに留意されたい。

図１は、流体中にプラズマ放電を形成するための発生器１００を示す。図１は、容器１０４内の流体１０２を示す。容器１０４は、流体１０２を収容することができる任意の好適な構造であり得る。カソード１０８およびアノード１１０が、容器１０４内に設置され、液体であり得る流体１０２と接触している。任意選択的に、流体１０２は、水であり得る。図１はまた、矢印１０３によって示される、アノード１１０からカソード１０８に向かう、カチオンの放出および移動を示す。水の電気分解の具体例では、カチオンは、Ｈ^＋イオンである。

負極性の電位が、カソード１０８に供給され、正極性の電位が、アノード１１０に印加される。電気的安全のために、アノード１１０は、接地されている。プラズマ放電は、高い加熱温度を有し得るため、カソード１０８は、耐熱材料で作製され得る。アノード１１０は、様々な材料、特に、例えば、ニッケルまたはチタンなどの、液体媒体中の電解反応における損傷および破壊に対する耐性を示す材料から製造され得る。

図２は、カソード１０８に形成されたガス気泡２０５の形成、および流体１０２中のガス気泡２０５の伝播を示す。カソード１０８の端部に不均一な高電圧電界が生成されて、流体１０２内のプラズマ放電を開始する。カソード１０８は、ロッドまたは針の形態であり得る。カソード１０８およびアノード１１０にわたる電圧が増加すると、カソード１０８から導電電流が流れ（電子およびイオン）、流体１０２が加熱されると、カソードの周りの液体中にガス蒸気気泡２０５が発生する。流体の加熱は、沸騰を上回る温度までであり得る。流体１０２の加熱は、流体１０２内の導電電流の存在およびカソード１０８に形成されたプラズマ放電の電流の両方によって引き起こされる。水の電解分解の結果、アノード１１０において原子状水素が放出され、カソード１０８においてヒドロキシルアニオンが放出され、次いで、それらが反応して、水素（Ｈ_２）および酸素（Ｏ_２）を形成する。アノードからカソードへの電界線および電気イオン電流の（例えば、Ｈ＋イオンの）伝播が、図１の矢印によって示されている。

プラズマ放電中、ガス蒸気気泡２０５の形態のガス蒸気相と、液相とからなる２相物質が、流体中に形成される。特に、ガス蒸気領域（相）は、カソード１０８が位置する流体１０２の中のカソード１０８の周りに形成される。ガス蒸気気泡２０５の表面は、図２に示されるように、相間の境界である。ガス蒸気気泡２０５および液相１０２の内部の伝導性の電気的特性は、非常に異なる。ガス蒸気気泡２０５の導電率は、気泡２０５内のガス蒸気混合物内のイオン化およびイオンの移動度によって決定される一方、液相１０２の導電率は、液相の分子のイオン化、化学組成、および物理的性質によって決定される。プラズマ放電が、ガス蒸気気泡２０５の内部で発生する。プラズマ放電は、強力な可視および赤外放射線を放出し、流体１０２の発光を含む発光を引き起こす。言及されるように、液相の内部で電流が流れ、これらの電流が、液相の熱加熱を引き起こす。

気泡２０５のガス蒸気領域と、周囲の液相１０２との間に明確な相境界はない。代わりに、相境界は、ぼやけており、強い熱および電気変動を有し、それにより、液相中のカソード１０８の周りのプラズマ放電の不安定性をもたらし、プラズマ放電の周期的破壊を引き起こす。プラズマ放電が、劇的に弱められ、次いで増幅され、この増幅は、カソード１０８およびアノード１１０にわたる電流の急激な跳ね上がりによって特徴付けられる。

ガス中のコロナ放電で観察されるものと同様に、プラズマ放電は、高い導電電流でのみ、ガス蒸気気泡２０５内で発生する。ガス蒸気気泡２０５は、プラズマ放電の作用の下で、図２の拡大する同心楕円によって示されるように、急速に加熱され、その後、体積が増加する。ガス蒸気気泡内部の電気抵抗が増加し、プラズマ放電内の電流を、その消滅まで減少させ、ガス蒸気気泡２０５が、その後冷却および破裂する。このプロセスが繰り返されて、プラズマ放電の不安定性をもたらし、プラズマ放電が、定期的かつ迅速に開始および消滅する。同時に、プラズマ放電内の電流も、脈動特性を有し、脈動プラズマの放電の不安定性をもたらす。プラズマ放電の不安定性は、流体１０２の処理の効率に悪影響を及ぼす。

プラズマ放電の安定性は、ガス蒸気気泡２０５内の電荷担体の数を増加させ、それにより気泡２０５の電気抵抗を減少させるために、電極１０８、１１０にわたる電圧を増加させることによって高められ得る。しかしながら、図３は、カソード１０８およびアノード１１０にわたる電圧を増加させると、流体１０２の絶縁破壊、およびアーク放電３０９の形成によるアノード１０８と、カソード１１０との間の短絡が引き起こされることを示す。アーク３０９は、カソード１０８の修理または交換を必要とする、カソード１０８の焼損および修復不能な損傷を引き起こす可能性がある。

一対の電極１０８、１１０の間の液体中のプラズマ放電を点火する既存の方法における上で概説される欠陥を克服するために、特許請求された本発明は、追加の安定化電極４１６を設置することによって、ガス蒸気領域と、液体との間の界面を閉じ込めることを提案する。図４は、カソード１０８と、アノード１１０との間に追加の安定化電極４１６を設置することを示す電極構成４００を示す。図４に示される例では、安定化電極４１６は、容器１０４の全幅にわたって介在され、かつアノード１１０よりもカソード１０８に近い位置に位置付けられて示されている。しかしながら、図４に示される安定化電極４１６の位置は、純粋に例示的であり、安定化電極は、カソード１０８と、アノード１１０との間の任意の好適な位置に介在され得る。同様に、安定化電極４１６は、必要に応じて、容器１０４の幅に部分的にのみわたって延在し得る。本明細書で使用される場合、「間」という用語は、当技術分野におけるその通常の意味が与えられることを意図しており、具体的には、安定化電極４１６が、プラズマ放電４２４を途中で捕らえて、プラズマ放電４２４と相互作用し得、それにより、安定化電極４１６がその安定化機能を実行することを可能にする位置を指す。

プラズマ放電４２４は、ガス気泡４２２内、かつカソード１０８と、追加の安定化電極４１６との間で生成される。この場合、追加の安定化電極４１６は、プラズマ放電４２４を閉じ込めることによって、すなわち、プラズマ放電４２４およびガス気泡４２２の体積を局所的に固定することによって、プラズマ放電４２４を安定化させる。安定化電極４１６を使用して、プラズマ放電４２４およびガス気泡４２２の体積を閉じ込めることは、ガス蒸気気泡の破裂およびプラズマ放電の消滅につながる、先に考察されたガス気泡体積の不安定性を克服する。

図２に関連して上で言及されるように、液体の加熱は、部分的には、カソード１０８に形成されたプラズマ放電４２４内の電流によって引き起こされる。図４に示されるような単一カソードの配置では、ガス気泡４２２内のプラズマ放電４２４を通して流れることができる電流の量は、カソード１０８に対する熱損傷を防止するために、ある程度制限される。これが、単一カソード構成を使用して達成可能な最大流体処理効率を定義する。

図５は、共通の安定化電極４１６に結合されたカソード１０８（図４に示されるカソード１０８など）のアレイを含むシステム５００を示す。プラズマ放電４２４は、共通の安定化電極４１６と、各それぞれのカソード１０８との間のガス気泡４２２内で開始される。図５に示されるスキームは、単一カソードの配置で経験され得る前述の問題を克服することによって、流体処理効率のレベルを向上させるように設計される。図５では、カソード１０８は、共通の安定化電極４１６と、各それぞれのカソード１０８との間に形成されたガス気泡４２２の境界が融合して、準連続ガス気泡およびシート状プラズマ放電を形成するように、安定化電極４１６の表面上にプラズマ放電４２４の連続領域を形成するように設置される。これにより、単一の適用で処理され得る流体１０２の体積が、増加する。図５は、５つの個々のカソード１０８を含む例を示すが、実際には、任意の数のカソード１０８が、共通の安定化電極４１６と一緒に実装され得る。

図６は、図４または図５に示される、電極１０８、１１０、４１６に結合され得る電気構成要素を示す例示的なブロック図６００である。図６は、カソード１０８およびアノード１１０に結合された定高電圧ＨＶ直流（ＤＣ）電源６１４を示す。電源６１４は、例えば、１ｋＶ超（多くの場合、１～２０ｋＶまたは５～１０ｋＶの範囲）程度の電圧、および例えば、１Ａ超（多くの場合、１Ａ～５Ａの範囲）の電流で、動作される。さらに、高周波高電圧交流（ＡＣ）電源６２０が、カソード１０８および安定化電極４１６に結合されている。ＡＣ電源６２０は、例えば、５～１０ｋＶ程度の電圧、０．０２～０．１０Ａ程度の電流、および５～３０ｋＨｚ程度の周波数で動作され得る。任意選択的に、プラズマ条件に応じて、安定化電極４１６は、無給電であり得、そのような場合、高周波高電圧ＡＣ電源６２０は、非アクティブまたは不在であり得る。代替的に、いくつかのプラズマ条件では、高周波ＡＣ電源６２０と、安定化電極４１６との間の結合は、電源が、必要に応じてスイッチオンおよびオフされ得るように、非アクティブであり得る。高周波高電圧ＡＣ電源６２０が非アクティブまたは不在である場合、安定化電極は、回路の残りの部分から絶縁され、回路に容量的にのみ接続される。そのため、安定化電極は、受動的に浮遊し得る。

食塩溶液または他の電解質（例えば、アルカリまたは酸）中でプラズマ放電４２４を点火する場合、ＤＣ電源６１４は、例えば、０．１～０．５ｋＶ程度の電圧、および、例えば、１５～２５Ａ程度の電流で動作され得る。ＤＣ電源６１４によって提供される電圧は、パルス供給電圧を伴うパルス幅変調によって調整され得る。

安定化電極４１６は、プレート、ロッド、球、またはそれらの組み合わせであり得る。図６の例では、安定化電極４１６は、カソード１０８に対して凸状である湾曲した半楕円形状を有して示されている。同様に、安定化電極４１６は、実質的に平坦、正方形、楕円形、または放物線状であるように構成され得る。安定化電極４１６は、例えば、カソード１０８に対して凹状または凸状に湾曲し得る。

安定化電極４１６は、多孔質であり得る。図６に示される例では、安定化電極４１６は、その表面に沿って穿孔を有する。好ましい例では、これらの穿孔は、安定化電極４１６の表面を完全に通って延在し得るが、穿孔は、安定化電極４１６の表面内に部分的にのみ延在する表面くぼみの形態を採る。安定化電極は、導電性材料、例えば、導電性金属から作製され得るか、またはセラミック材料から作製され得る。例えば、安定化電極は、焼結セラミック材料であり得る。好適な安定化電極材料としては、例えば、タングステン、タングステン－セラミック複合材、炭化ケイ素、およびそれらの組み合わせが挙げられる。

デカップリングインダクタ６２４は、任意選択的に、カソード１０８と、ＤＣ電源６１４との間に介在される。デカップリングインダクタ６２４は、ＡＣ電源６２０と関連付けられた交流電流および高周波信号がＤＣ電源６１４に到達するのを遮断することによって、ＤＣ電源６１４を保護する。代替的に、デカップリングインダクタ６２４は、ＤＣ電源６１４と、アノード１１０との間に介在され得る。原則として、デカップリングインダクタ６２４は、デカップリングインダクタ６２４が、カソード１０８およびアノード１１０と直列配置にあることを条件に、回路内の任意の好適な位置に介在され得る。

デカップリングキャパシタ６２６は、任意選択的に、カソード１０８と、ＡＣ電源６２０との間に介在される。デカップリングキャパシタ６２６は、ＤＣ電源６１４に関連付けられた直流電流がＡＣ電源６２０に到達するのを遮断することによって、ＡＣ電源６２０を保護する。代替的に、デカップリングキャパシタ６２６は、ＤＣ電源６１４と、アノード１１０との間に介在され得る。原則として、デカップリングキャパシタ６２６は、デカップリングキャパシタ６２６が、カソード１０８およびアノード１１０と直列配置にあることを条件に、回路内の任意の好適な位置に介在され得る。

図６を参照すると、液体中のプラズマ放電の開始および安定化のための提案される方法は、以下のように与えられる。電力が、ＤＣ電源６１４およびＡＣ電源６２０によって、カソード１０８に供給されると、カソード１０８にガス蒸気気泡が発生する。高周波ＡＣ電源６２０が、カソード１０８と、安定化電極４１６との間の電気スパーク破壊を開始し、ガス気泡４２２を通るプラズマストリーマの伝播をもたらし、ガス気泡４２２内に狭チャネル導電性スパークまたはストリーマが形成される。プラズマ放電４２４自体が発生するのは、このストリーマを通じてである。狭チャネル導電性スパークは、例えば、０．１～０．３ｍｍの直径を有し得、プラズマ放電は、例えば、１０～３０ｍｍ以上の直径を有し得る。プラズマ放電４２４が消滅する場合、別の高周波スパークが、カソード４０８と、安定化電極４１６との間で自動的に放電し、流体１０２内でプラズマ放電を復元することを可能にする。カソード１０８と、安定化電極４１６との間のプラズマ放電４２４は、プラズマ放電電流（ＤＣ電源によって提供される）の前駆体として機能するスパーク放電電流によって開始される。スパーク放電電流は、プラズマ放電電流よりも低い。その結果、高周波高電圧スパーク放電の電位は、カソード１０８におけるプラズマ放電の電位よりも高く設定される。したがって、液体中のプラズマ放電４２４の絶縁破壊の開始および安定化のプロセスが、自動的に維持され、提案された方法の操作性を確実にする。

図６に示されるデバイスの動作は、ガス放電ランプの一種であるサイラトロンの働きを想起させる。サイラトロンは、安定化電極４１６を使用する、提案された方法およびデバイスで達成されるプラズマ制御と同様に、制御電極を介して制御される。違いは、特許請求された本発明のプラズマ放電４２４が、追加の安定化電極４１６によって、高周波ＡＣ電源６２０からの高電圧および低電流により制御されることである。ここで、小さな高周波放電電流が、高いプラズマ開始電流を制御し、その安定した絶縁破壊を維持する。

液体中のプラズマ放電の絶縁破壊の開始および安定化のための提案された方法のより具体的な実装例が、その後の液体のプラズマ処理のためのデバイス設計の２つの非限定的な例によって、提供される。

例示的なデバイス１
図７は、流体のプラズマ処理のための例示的な第１のデバイス７００の図である。第１のデバイス７００は、流体７０２に浸漬されたカソード７０８およびアノード７１０を備える。流体７０２は、容器７０４内に閉じ込められており、容器７０４は、絶縁材料７０６の層を備える。容器７０４は、鋼などの高強度材料で作製される。絶縁材料７０６は、セラミック、ガラス、または高温プラスチックから作製され得る。

図７の例では、カソード７０８は、ブッシング絶縁体７１２で覆われており、ロッド状の形状を採用しているが、他の形状が使用され得る。カソード７０８は、アノード７１０に対して直角に配向されて示されている。安定化電極７１６は、カソード７０８と、アノード７１０との間に介在されており、ブッシング絶縁体７１８で覆われている。図７の例では、安定化電極４１６は、直線的なロッド状の形状を有して示されている。

高電圧（ＨＶ）直流（ＤＣ）電源７１４は、カソード７０８およびアノード７１０に結合されている。ＤＣ電源７１４は、例えば、１ｋＶ超（多くの場合、１～２０ｋＶの範囲）程度の電圧、および、例えば、１Ａ超（多くの場合、１～５Ａの範囲）の電流で動作される。さらに、高周波高電圧交流（ＡＣ）電源７２０は、カソード７０８および安定化電極７１６に結合されている。ＡＣ電源７１６は、例えば、５～１０ｋＶ程度の電圧、０．０２～０．１０Ａ程度の電流、および５～３０ｋＨｚ程度の周波数で動作され得る。任意選択的に、上で概説されるように、およびプラズマ条件に応じて、安定化電極７１６は、高周波高電圧ＡＣ電源７２０によって給電されなくてもよく、したがって、高周波高電圧ＡＣ電源７２０は、不在であり得る。代替的に、いくつかのプラズマ条件では、高周波ＡＣ電源７２０と、安定化電極７１６との間の結合は、非アクティブであり得る。

デカップリングインダクタ６２４と同様に、デカップリングインダクタ７２４が、カソード７０８と、ＤＣ電源７１４との間に介在される。図６に関連して考察されたように、デカップリングインダクタ７２４は、ＡＣ電源７２０と関連付けられた交流電流および高周波信号がＤＣ電源７１４に到達するのを遮断することによって、ＤＣ電源７１４を保護する。代替的に、デカップリングインダクタ７２４は、ＤＣ電源７１４と、アノード７１０との間に介在され得る。原則として、デカップリングインダクタ７２４は、デカップリングインダクタ７２４が、カソード７０８およびアノード７１０と直列配置にあることを条件に、回路内の任意の好適な位置に介在され得る。

デカップリングキャパシタ６２６と同様に、デカップリングキャパシタ７２６は、カソード７０８と、ＡＣ電源７２０との間に介在される。デカップリングキャパシタ７２６は、ＤＣ電源７１４に関連付けられた直流電流がＡＣ電源７２０に到達するのを遮断することによって、ＡＣ電源７２０を保護する。代替的に、デカップリングキャパシタ７２６は、ＤＣ電源と、アノード７１０との間に介在され得る。原則として、デカップリングキャパシタ７２６は、デカップリングキャパシタ７２６が、カソード７０８およびアノード７１０と直列配置にあることを条件に、回路内の任意の好適な位置に介在され得る。

図７に示される第１のデバイス７００の動作は、図６に示されるデバイスの動作と同様である。ＤＣ電源７１４およびＡＣ電源７２０がスイッチオンされると、カソード７０８にガス蒸気気泡７２２が形成され、カソード７０８と、追加の制御電極７１６との間のガス蒸気気泡７２２のスパーク破壊が、高周波ＡＣ電源７２０によって生成される。

ガス蒸気気泡７２２の内部で、プラズマ放電７２３が開始される種電子を提供する狭チャネル導電性スパーク放電が、形成される。スパーク放電は、プラズマ放電の内部で発生する。プラズマ放電７２３が消滅する場合、（カソード７０８および安定化電極７１６に結合された）高周波ＡＣ電源７２０によって生成される、カソード７０８と、安定化電極７１６との間の高強度電界の作用の下で、後続のスパーク放電が、即座かつ自動的にトリガされ、流体７０２内のプラズマ放電７２３を復元する。

食塩溶液または他の電解質（例えば、アルカリまたは酸）中でプラズマ放電７２３を点火する場合、ＤＣ電源７１４は、例えば、０．１～０．５ｋＶ程度の電圧、および、例えば、１５～２５Ａ程度の電流で動作され得る。ＤＣ電源７１４によって提供される電圧は、パルス供給電圧を伴うパルス幅変調によって調整され得る。

図７は、容器７０４に接続された任意選択的な触媒タンク７２８を示す。触媒タンク７２８は、液体またはガス状形態であり得る触媒７２９を保持する。触媒７２９は、流体７０２が容器７０４の周りを循環するときに、入口７３０を通して流体７０２内に送達され得る。容器７０４の周りの流体７０２の循環は、時計回りの矢印によって示されている。入口７３０は、容器７０４内への触媒７２９の流れを制御するためのバルブ７３１を備える。触媒７２９は、流体７０２の処理の効率を改善するために、プラズマ放電７２３との化学反応を促進し得る。任意選択的に、液体またはガス状触媒は、チューブ７３２を通して流体７０２内に送達され得る。図７の例では、チューブ７３２は、安定化電極７１６のすぐ下に介在されて示されているが、チューブ７３２は、容器７０４の側壁を通る任意の好適な地点に配置され得る。

任意選択的な流体増量タンク（ｆｌｕｉｄ ｅｘｔｅｎｄｅｒ ｔａｎｋ）７３４が、容器７０４および触媒タンク７２８に接続され得る。流体増量タンク７３４は、流体７０２が容器７０４の周りを循環するときに、流体７０２のためのオーバースピルタンクを提供することによって、流体７０２の任意の熱膨張中に容器７０４の破裂を防止する役割を果たす。

デバイス７００は、サンプ７３８をさらに備え得る。サンプ７３８は、フィルタを備え、流体７０２が容器７０４の周りを循環するときに、流体７０２から汚れを回収する役割を果たす。サンプ７３８は、出口７４０の開閉を可能にするバルブ７４１を介して、出口７４０に接続されている。サンプ７３８の内容物は、出口７４０を通してデバイス７００から離れて排出され得る。

例示的なデバイス２
図８は、流体のプラズマ処理のための例示的な第２のデバイス８００の図である。第２のデバイス８００は、流体７０２に浸漬されたカソード８０８およびアノード８１０を備える。流体８０２は、図７に関連して示される流体７０２と同じ流体であり得るか、または異なる流体であり得る。流体８０２は、容器８０４内に閉じ込められており、容器８０４は、絶縁材料８０６の層を備える。容器８０４は、鋼などの高強度材料で作製される。絶縁材料８０６は、セラミック、ガラス、または高温プラスチックから作製され得る。

図８の例では、カソード８０８は、ブッシング絶縁体８１２を介して容器８０４内に設置され、ロッド状の形状を採用しているが、他の形状が使用され得る。図８は、容器８０４の側壁を通って取り付けられたカソード８０８を示しており、図７とは対照的に、カソード８０８は、アノード８１０に平行に配向されている。アノード８１０は、ブッシング絶縁体８１１を通して容器８０４に取り付けられている。安定化電極８１６は、容器８０４の反対側の側壁を通って、カソード８０８に対して取り付けられ、カソード８０８と、アノード８１０との間に介在されている。安定化電極８１６は、例えば耐熱セラミックから作製され得るブッシング絶縁体８１８を介して、容器８０４内に設置されている。

高電圧（ＨＶ）直流（ＤＣ）電源８１４が、カソード８０８およびアノード８１０に結合されている。図７に関連して示された電気回路配置と同じように、ＤＣ電源８１４は、例えば、１ｋＶ超（多くの場合、１～２０ｋＶの範囲）程度の電圧、および、例えば、１Ａ超（多くの場合、１～５Ａの範囲）の電流で動作される。さらに、高周波高電圧交流（ＡＣ）電源８２０が、カソード８０８および安定化電極８１６に結合されている。ＡＣ電源８１６は、例えば、５～１０ｋＶ程度の電圧、０．０２～０．１０Ａ程度の電流、および５～３０ｋＨｚ程度の周波数で動作され得る。図８の例では、安定化電極８１６は、直線的なロッド状の形状を有して示されている。任意選択的に、上で概説されるように、およびプラズマ条件に応じて、安定化電極８１６は、高周波高電圧ＡＣ電源８２０によって給電されなくてもよく、したがって、高周波高電圧ＡＣ電源８２０は、不在であり得る。代替的に、いくつかのプラズマ条件では、高周波ＡＣ電源８２０と、安定化電極８１６との間の結合は、非アクティブであり得る。

図７と同様に、図８は、カソード８０８と、ＤＣ電源８１４との間に任意選択的に介在されるデカップリングインダクタ８２４を示す。図６および図７に関連して考察されたように、デカップリングインダクタ８２４は、ＡＣ電源８２０と関連付けられた交流電流および高周波信号がＤＣ電源８１４に到達するのを遮断することによって、ＤＣ電源８１４を保護する。代替的に、デカップリングインダクタ８２４は、ＤＣ電源８１４と、アノード８１０との間に介在され得る。原則として、デカップリングインダクタ８２４は、デカップリングインダクタ８２４が、カソード８０８およびアノード８１０と直列配置にあることを条件に、回路内の任意の好適な位置に介在され得る。

図７と同様に、図８は、カソード８０８と、ＡＣ電源８２０との間に任意選択的に介在されるデカップリングキャパシタ８２６を示す。デカップリングキャパシタ８２６は、ＤＣ電源８１４に関連付けられた直流電流がＡＣ電源８２０に到達するのを遮断することによって、ＡＣ電源８２０を保護する。代替的に、デカップリングキャパシタ８２６は、ＤＣ電源８１４と、アノード８１０との間に介在され得る。原則として、デカップリングキャパシタ８２６は、デカップリングキャパシタ８２６が、カソード８０８およびアノード８１０と直列配置にあることを条件に、回路内の任意の好適な位置に介在され得る。

ＤＣ電源８１４およびＡＣ電源８２０をスイッチオンすると、カソード７０８にガス蒸気気泡８２２が形成され、カソード８０８と、追加の制御電極８１６との間のガス蒸気気泡８２２のスパーク破壊が、ＡＣ電源８２０によって生成される。安定化電極８１６は、カソード８０８と水平に整列されて示されており、ガス気泡８２２は、カソード８０８から安定化電極８１６に向かって伝播する。ガス気泡８２２の伝播距離および動態は、カソード８０８と、安定化電極８１６との間の分離量を修正することによって、制御され得る。

ガス蒸気気泡８２２の内部で、プラズマ放電８２３が開始される種電子を提供する狭チャネル導電性スパーク放電が、形成される。スパーク放電は、プラズマ放電の内部で発生する。プラズマ放電８２３が消滅する場合、（カソード８０８および安定化電極８１６に結合された）高周波ＡＣ電源８２０によって生成される、カソード８０８と、安定化電極８１６との間の高強度電界の作用の下で、後続のスパーク放電が、即座かつ自動的にトリガされ、流体８０２内のプラズマ放電８２３を復元する。

食塩溶液または他の電解質（例えば、アルカリまたは酸）中でプラズマ放電８２３を点火する場合、ＤＣ電源８１４は、例えば、０．１～０．５ｋＶ程度の電圧、および、例えば、１５～２５Ａ程度の電流で動作され得る。ＤＣ電源８１４によって提供される電圧は、パルス供給電圧を伴うパルス幅変調によって調整され得る。

図８の第２のデバイス８００の動作は、図７に示される第１のデバイス７００の動作に類似している。

図８は、容器８０４に接続された任意選択的な触媒タンク７２８を示す。触媒タンク７２８は、液体またはガス状形態であり得る触媒７２９を保持する。触媒７２９は、流体８０２が容器８０４の周りを循環するときに、入口７３０を通して流体８０２内に送達され得る。容器７０４の周りの流体７０２の循環は、時計回りの矢印によって示されている。入口７３０は、容器８０４内への触媒７２９の流れを制御するためのバルブ７３１を備える。触媒７２９は、流体８０２の処理の効率を改善するために、プラズマ放電８２３との化学反応を促進し得る。任意選択的に、液体またはガス状触媒は、安定化電極８１６を通過するチャネル８３２を介して、流体８０２内に送達され得る。チャネル８３２は、液体またはガス状触媒が、カソード８０８と、安定化電極８１６との間のプラズマ放電８２３内に直接供給されることを可能にする。

任意選択的な流体増量タンク７３４が、容器８０４および触媒タンク７２８に接続され得る。流体増量タンク７３４は、流体８０２が容器８０４の周りを循環するときに、流体８０２のためのオーバースピルタンクを提供することによって、流体８０２の任意の熱膨張中に容器８０４の破裂を防止する役割を果たす。

デバイス８００は、サンプ７３８をさらに備え得る。サンプ７３８は、フィルタを備え、流体７０２が容器８０４の周りを循環するときに、流体７０２から汚れを回収する役割を果たす。サンプ７３８は、出口７４０の開閉を可能にするバルブ７４１を介して、出口７４０に接続されている。サンプ７３８の内容物は、出口７４０を通してデバイス８００から離れて排出され得る。

図７および図８の例の間の差異は、図８では、流体８０２の流れは、必ずしもプラズマ放電８２３を通過するとは限らない（時計回りの矢印によって示されるように）ことである。これは、図８の例では、流体８０２は超臨界温度にあり、流体８０２がプラズマ放電８２３を通って循環することを可能にすることは、乱流効果をもたらす可能性があり、プラズマ放電８２３の不安定性を引き起こし、プラズマ放電８２３を完全に消滅させる可能性があるためである。代わりに、主にプラズマ放電８２３の上の領域において、流体８０２を容器８０４の周りに循環させることが最適であることが見出された。

図９は、流体のプラズマ処理のための複数のデバイス９０２を備えるモジュール９００を示す。各デバイス９０２は、図７および図８に示されるアノード７１０、８１０、カソード７０８、８０８、および安定化電極７１６の配置などの多電極システムを収容し得る。デバイス９０２は、流体７０２、８０２の流量および圧力の分布を制御するマニホールド９０４に、対向する端部に取り付けられる。液体、任意選択的に水溶液、または水であり得る流体７０２、８０２は、入口９０６を介してモジュール９００に入り、出口９０８を介してモジュール９００から出る。図９の例は、１０個の個々のデバイス９０２を備えるモジュール９００を示すが、当業者は、特定の用途に応じて、任意の数の個々のデバイス９０２が、モジュール９００を形成し得ることを理解するであろう。

使用の一例では、図７および図８に示されるように、処理される流体７０２、８０２は、液体であり得、任意選択的に食塩溶液であり得る。プラズマ放電による流体７０２、８０２の処理は、流体７０２、８０２を脱塩して水を生成し得る。より具体的には、流体７０２の脱塩は、飲料水をもたらし得る。

別の例では、流体７０２、８０２は、プラズマ放電による処理の結果として、加熱され得る。流体７０２、８０２は、流体７０２、８０２の沸点を超えて加熱され得、流体７０２、８０２内の任意の余分な熱が、熱交換器７３７を通じて熱交換器タンク７３６に伝達され得る。

上記の開示は、プラズマ放電を使用して流体を加熱または脱塩する文脈であるが、本明細書に記載される技術およびデバイス構成は、代替目的のための流体の処理に等しく適用可能であることを当業者は理解するであろう。

本発明は、その好ましい実施形態を参照して具体的に示され、記載されてきたが、添付の特許請求の範囲によって定義される本出願の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更がその中で行われ得ることを当業者は理解するであろう。そのような変形例は、本出願の範囲によって包含されることが意図される。したがって、本出願の実施形態の前述の説明は、限定することを意図しない。むしろ、本発明に対する任意の限定は、以下の特許請求の範囲に提示される。

米国特許出願公開第２０１０／０２１９１３６号明細書 国際公開第２０１６／０４４２３９号 米国特許出願公開第２０１５／０３０７３７０号明細書 特開２０１７－２０５７５５号公報

Ｐ．Ｖａｎｒａｅｓ、Ａ．Ｙ．ＮｉｋｉｆｏｒｏｖおよびＣ．Ｌｅｙｓ"Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｉｎ Ｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｐｏｌｌｕｔａｎｔ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ"，ｉｎ Ｐｌａｓｍａ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （２０１６）：ｐｐ．４２９－７８

Claims (24)

1. カソードと、アノードと、安定化電極と、を備える、プラズマ発生器であって、前記安定化電極が、流体内のプラズマの領域を安定化させる、プラズマ発生器。
2. 前記安定化電極が、前記プラズマの領域と、前記流体との間の界面を安定化させる、請求項１に記載のプラズマ発生器。
3. 前記安定化電極が、前記プラズマを開始する、請求項１または２に記載のプラズマ発生器。
4. 前記安定化電極が、前記カソードと、前記アノードとの間に位置付けられている、先行請求項のいずれか一項に記載のプラズマ発生器。
5. 前記安定化電極が、荷電粒子を前記流体中に放出する、先行請求項のいずれか一項に記載のプラズマ発生器。
6. 高電圧直流電源が、前記カソードおよび前記アノードに結合されている、先行請求項のいずれか一項に記載のプラズマ発生器。
7. 高周波交流電源が、前記カソードおよび前記安定化電極に結合されている、先行請求項のいずれか一項に記載のプラズマ発生器。
8. 前記プラズマの領域が、前記安定化電極と、前記カソードとの間に閉じ込められる、先行請求項のいずれか一項に記載のプラズマ発生器。
9. 前記カソードと、前記安定化電極との間に発生する電流が、前記カソードから前記アノードへの電流フローよりも低い、先行請求項のいずれか一項に記載のプラズマ発生器。
10. 前記カソードと、前記安定化電極との間の電位差が、前記カソードと、前記アノードとの間の電位差よりも高い、先行請求項のいずれか一項に記載のプラズマ発生器。
11. 前記安定化電極が、プレート、球、ロッド、およびこれらの組み合わせから選択される構成を有する、先行請求項のいずれか一項に記載のプラズマ発生器。
12. 前記安定化電極が、多孔質である、先行請求項のいずれか一項に記載のプラズマ発生器。
13. デカップリングインダクタが、前記高電圧直流電源と、前記カソードとの間に介在されている、請求項６に記載のプラズマ発生器。
14. デカップリングインダクタが、前記高電圧直流電源と、前記アノードとの間に介在されている、請求項６に記載のプラズマ発生器。
15. デカップリングキャパシタが、前記高周波交流電源と、前記カソードとの間に介在されている、請求項７に記載のプラズマ発生器。
16. デカップリングキャパシタが、前記高周波交流電源と、前記アノードとの間に介在されている、請求項７に記載のプラズマ発生器。
17. 触媒を前記プラズマの領域に送達して、前記プラズマ発生器内の化学反応を促進するための入口を追加的に備える、先行請求項のいずれか一項に記載のプラズマ発生器。
18. 前記流体が、触媒を含む、先行請求項のいずれか一項に記載のプラズマ発生器。
19. 熱交換器に結合されている、先行請求項のいずれか一項に記載のプラズマ発生器。
20. 流体内のプラズマ発生のための方法であって、前記方法が、
    ａ）プラズマの領域を形成するステップと、
    ｂ）安定化電極を使用して、前記プラズマの領域を安定化させるステップと、を含む、方法。
21. 前記流体が、水であり、前記プラズマが、前記水を加熱する、請求項２０に記載の方法。
22. 前記流体が、食塩溶液であり、前記プラズマが、前記食塩溶液を脱塩して水を生成する、請求項２０に記載の方法。
23. 加熱システムにおける、請求項１～１９のいずれか一項に記載の方法の使用。
24. 水の脱塩における、請求項１～１９のいずれか一項に記載の方法の使用。

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