(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質を形成する方法であって、
第１の基台を反応器内に配置するステップであって、前記第１の基台は第１の露出面を有するステップと、
第２の基台を前記反応器内に配置するステップであって、前記第２の基台は、前記第１の面の方に向く第２の露出面を有するステップと、
前記第１の面以外の、前記第１の基台の他の露出した表面を断熱するステップであって、それにより、前記第１の面を除き、前記第１の基台からの放射を少なくとも制限するステップと、
前記第２の面以外の、前記第２の基台の他の露出した表面を断熱するステップであって、それにより、前記第２の面を除き、前記第２の基台からの放射を少なくとも制限するステップと、
前駆ガスを前記反応器内に導くステップと、
前記第１の面および前記第２の面に隣接する誘導コイルを起動するステップであって、それにより前記前駆ガスを解離するステップと、
前記前駆ガスの成分を前記第１の面上および前記第２の面上の両方に付着するステップと、
（ａ）前記第１の面および前記第１の面上に付着した前記成分の少なくとも１つから放射された熱を（ｂ）前記第２の面および前記第２の面上に付着した前記成分の少なくとも１つにおいて受け取るステップと、
（ａ）前記第２の面および前記第２の面上に付着した前記成分の少なくとも１つから放射された熱を（ｂ）前記第１の面および前記第１の面上に付着した前記成分の少なくとも１つにおいて受け取るステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前駆ガスを導くステップは、メタンを導くステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
成分を付着するステップは、炭素を付着するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記前駆ガスは水素化合物を含み、
前記方法は、前記化合物から水素を解離するステップをさらに含み、
前記成分を付着するステップは、前記水素の解離後に残る前記化合物の成分を付着するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記水素を前記反応器から取り除くステップと、
前記水素を燃料として供給するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記水素を、第１のレベルの純度を有する第１の部分と、前記第１のレベルの純度より低い第２のレベルの純度を有する第２の部分とに分離するステップをさらに含み、
前記第１の部分を用いて燃料電池で電気エネルギーを生成するステップと、
前記第２の部分をエンジンで燃焼するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記成分が前記第１および第２の基台上に付着している間、前記第１の基台および前記第２の基台を前記反応器から連続方式で引き抜くステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
引き抜くステップは、前記第１の基台および前記第２の基台を反対方向に引き抜くステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
引き抜くステップは、
前記第１の基台を前記反応器の第１のシールを通して引き抜くステップと、
前記第２の基台を前記反応器の第２のシールを通して引き抜くステップと、
を含み、それにより、前記反応器からガスが漏れるのを少なくとも制限することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記前駆ガスの成分を前記第１の面上および前記第２の面上の両方に付着するステップを停止するステップと、
前記前駆ガスの成分を前記第１の面上および前記第２の面上の両方に付着するステップが停止されている間に、前記反応器から前記第１の基台および前記第２の基台を取り外すステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
炭素を形成する方法であって、
第１のグラファイト基台を反応器の誘導領域に配置するステップであって、前記第１のグラファイト基台は第１の露出面を有するステップと、
第２のグラファイト基台を前記反応器の前記誘導領域に配置するステップであって、前記第２のグラファイト基台は、前記第１の面の方に向く第２の面を有するステップと、
前記誘導領域内にメタンを導くステップと、
前記誘導領域の周りの誘導コイルを起動するステップであって、それにより、前記メタンを炭素および水素に解離するステップと、
炭素を前記第１の面および前記第２の面上でエピタキシャル的に（ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ）成長させるステップと、
（ａ）前記第１の面および前記第１の面上に成長した前記炭素の少なくとも１つから放射された熱を（ｂ）前記第２の面および前記第２の面上に成長した前記炭素の少なくとも１つにおいて受け取るサブステップと、
（ａ）前記第２の面および前記第２の面上に成長した前記炭素の少なくとも１つから放射された熱を（ｂ）前記第１の面および前記第１の面上に成長した前記炭素の少なくとも１つにおいて受け取るサブステップと、
前記第１の面以外の前記第１のグラファイト基台のあらゆる表面からの放射を少なくとも制限するサブステップと、
前記第２の面以外の前記第２のグラファイト基台のあらゆる表面からの放射を少なくとも制限するサブステップと、
によって前記誘導領域内で熱を再生するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記第１の基台および前記第２の基台ならびにエピタキシャル的に成長した炭素を、対応する第１のシールおよび第２のシールを通して反対方向に前記反応器から引き抜くステップであって、
それにより、ガスが前記反応器から漏れるのを少なくとも制限するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の基台および前記第１の基台上に成長した炭素の少なくとも１つから第１の熱を受け取るステップと、
前記第２の基台および前記第２の基台上に成長した炭素の少なくとも１つから第２の熱を受け取るステップと、
解離した水素を前記誘導領域から取り除くステップと、
前記誘導領域から取り除かれた前記水素から第３の熱を受け取るステップと、
前記第１の熱、前記第２の熱、および前記第３の熱の少なくとも一部分をある量のメタンに伝達するステップと、
解離するために前記量のメタンを前記誘導領域内に導くステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
物質を形成する方法であって、
第１の基台を反応器内に配置するステップであって、前記第１の基台は第１の露出面を有するステップと、
第２の基台を前記反応器内に配置するステップであって、前記第２の基台は、前記第１の面の方に向く第２の露出面を有するステップと、
前駆ガスを前記反応器内に導くステップと、
前記第１の面および前記第２の面に隣接する誘導コイルを起動するステップであって、それにより前記前駆ガスを解離するステップと、
前記前駆ガスの成分を前記第１の面上および前記第２の面上の両方に付着するステップと、
（ａ）前記第１の面および前記第１の面上に付着した前記成分の少なくとも１つから放射された熱を（ｂ）前記第２の面および前記第２の面上に付着した前記成分の少なくとも１つにおいて受け取るステップと、
（ａ）前記第２の面および前記第２の面上に付着した前記成分の少なくとも１つから放射された熱を（ｂ）前記第１の面および前記第１の面上に付着した前記成分の少なくとも１つにおいて受け取るステップと、
前記成分が前記第１および第２の基台上に付着している間、前記第１の基台および前記第２の基台を前記反応器から連続方式で引き抜くステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記第１の面以外の、前記第１の基台の他の露出した表面を断熱するステップであって、それにより、前記第１の面を除き、前記第１の基台からの放射を少なくとも制限するステップと、
前記第２の面以外の、前記第２の基台の他の露出した表面を断熱するステップであって、それにより、前記第２の面を除き、前記第２の基台からの放射を少なくとも制限するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前駆ガスを導くステップは、メタンを導くステップを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記前駆ガスは水素化合物を含み、
前記方法は、前記化合物から水素を解離するステップをさらに含み、
前記化合物の成分を付着するステップは、前記水素の解離後に残る前記化合物の成分を付着するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記水素を前記反応器から取り除くステップと、
前記水素を燃料として供給するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記水素を、第１のレベルの純度を有する第１の部分と、前記第１のレベルの純度より低い第２のレベルの純度を有する第２の部分とに分離するステップをさらに含み、
前記第１の部分を用いて燃料電池で電気エネルギーを生成するステップと、
前記第２の部分をエンジンで燃焼するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
引き抜くステップは、前記第１の基台および前記第２の基台を反対方向に引き抜くステップを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、一般に、熱化学プロセス用の誘導機構、ならびにそれに関するシステムおよび方法を対象とする。特定の実施形態では、誘導技法は、炭化水素を水素と炭素に解離するために使用することができ、炭素は基台上に付着して有用な耐久材の形成に使用され、水素は取り出されて燃料として使用される。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年２月１３日出願の係属中の米国特許仮出願第６１／３０４，４０３号明細書の優先権を主張する。本出願はまた、２０１０年８月１６日出願の米国特許出願第１２／８５７，２２８号明細書[名称「GAS HYDRATE CONVERSION SYSTEM FOR HARVESTING HYDROCARBON HYDRATE DEPOSITS」]の一部継続出願であり、同出願は、２０１０年２月１３日出願の米国特許仮出願第６１／３０４，４０３号明細書[名称「FULL SPECTRUM ENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCE」]の優先権および特典を主張する。米国特許出願第１２／８５７，２２８号明細書はまた、以下の出願のそれぞれの一部継続出願である。すなわち、それらは、２０１０年２月１７日出願の米国特許出願第１２／７０７，６５１号明細書[名称「ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OF USE THEREOF」]、２０１０年２月１７日出願のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ１０／２４４９７明細書[名称「ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OF USE THEREOF」]、２０１０年２月１７日出願の米国特許出願第１２／７０７，６５３号明細書[名称「APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING NUCLEATION DURING ELECTROLYSIS」]、２０１０年２月１７日出願のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ１０／２４４９８明細書[名称「APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING NUCLEATION DURING ELECTROLYSIS」]、２０１０年２月１７日出願の米国特許出願第１２／７０７，６５６号明細書[名称「APPARATUS AND METHOD FOR GAS CAPTURE DURING ELECTROLYSIS」]、および、２０１０年２月１７日出願のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ１０／２４４９９明細書[名称「APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING NUCLEATION DURING ELECTROLYSIS」]であり、それらのそれぞれが以下の出願の優先権および特典を主張する。すなわち、それらは、２００９年２月１７日出願の米国特許仮出願第６１／１５３，２５３号明細書[名称「FULL SPECTRUM ENERGY」]、２００９年８月２７日出願の米国特許仮出願第６１／２３７，４７６号明細書[名称「ELECTROLYZER AND ENERGY INDEPENDENCE TECHNOLOGIES」、２０１０年２月１３日出願の米国特許仮出願第６１／３０４，４０３号明細書名称「FULL SPECTRUM ENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCE」]である。これら出願のそれぞれは、その全体が参照により援用される。参照により本明細書に援用される上記の出願および／または他のいずれかの資料が本明細書に示される開示と矛盾する限りにおいて、本明細書の開示が優先する。
【０００３】
太陽、風、波、落下水、バイオマスをベースとした供給源のような再生可能エネルギー供給源は、重要なエネルギー供給源として極めて大きな可能性を有するが、現時点では、広く採用されるのを妨げる様々な問題を抱えている。たとえば、発電への再生可能エネルギー供給源の使用は、そのエネルギー供給源の利用可能性に依存しており、それは間欠的であり得る。中でも、太陽エネルギーは陽光の利用可能性によって制約され（すなわち日中のみ）、風エネルギーは風の変動性によって制約され、落下水エネルギーは渇水によって制約され、バイオマスエネルギーは季節的変化によって制約される。これらおよび他の要因の結果として、再生可能供給源からの、捕捉されたまたは補足されなかった多量のエネルギーが、無駄になりやすい。
【０００４】
エネルギーの捕捉および保存に関する前述の非効率性が、それら非効率性がしばしばエネルギー生成の高コスト化をもたらすので、世界の多くの地域向けに発展し得るエネルギー供給体へ再生可能エネルギー供給源が拡張することを制約している。したがって、少なくとも部分的には、化石燃料に関連する技術開発を支援する政府の助成金および他のプログラムが、その種燃料を使用することを一見好都合で見かけ上費用が掛からないとするので、世界は、主要なエネルギー供給源として石油および他の化石燃料に頼り続ける。同時に、使い果たされた資源に対する代替コスト、ならびに環境劣化、健康への影響、および化石燃料使用による他の副産物についてのコストは、これら燃料から生じるエネルギーの購入価格に含まれていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
再生可能エネルギーを継続的に生じさせることに現時点で関連する前述および他の欠点を考慮すると、そのような資源により製品および燃料を製造することに関する効率および商業的成立性を改善する必要性が残る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１．概要
化学反応器内で誘導機構により諸成分を処理する装置、システム、および方法のいくつかの例が以下に説明される。そのようなプロセスおよび関連する反応器は、水素燃料および／または他の有用な最終製品を製造するために使用することができる。したがって、それら反応器は清浄燃焼性燃料を生成することができ、ポリマーおよび炭素複合材を含む耐久財に使用するために、炭素および／または他の成分を再利用することができる。以下の説明は、当業者がそれらを実施し、製作し、使用することを可能にするのに十分なように、下記の例の多くの特定の細部を示すが、以下に説明されるいくつかの細部および利点は、本技術の一部の例を実施するために必要ないこともある。さらに、本技術は、特許請求の範囲には包含されるが、ここでは詳細には説明されていない他の例も含み得る。
【０００７】
この明細書を通して「一例」、「例」、「一実施形態」、または「実施形態」という言及は、その例に関連して説明されている特定の特徴、構造、プロセス、または特性が、本技術の少なくとも１つの例に含まれていることを意味する。したがって、この明細書を通して様々な箇所で語句「一例では」、「例では」、「一実施形態」、または「実施形態」が現れたとき、必ずしもすべてが同じ例を指す訳ではない。さらに、特定の特徴、構造、ルーチン、ステップ、または特性は、本技術の１つまたは複数の例において任意の適切な態様で組み合わせることができる。本明細書で示される見出しは、単に便宜的なものであり、特許請求の範囲に記載された技術の範囲または趣旨を限定または説明するものではない。
【０００８】
以下で説明される本技術のいくつかの実施形態は、プログラマブルコンピュータまたはコントローラによって実行されるルーチンを含めて、コンピュータで実行可能な命令の形態を取ることができる。当業者は、本技術が、以下に示され説明されるもの以外のコンピュータまたはコントローラシステム上でも実施することができることを理解するであろう。本技術は、以下に説明される１つまたは複数のコンピュータで実行可能な命令を実行するように固有にプログラムされ、構成され、または構築された専用コンピュータ、コントローラ、またはデータプロセッサで具体化することができる。したがって、本明細書に全般的に使用されている用語「コンピュータ」および「コントローラ」は、あらゆるデータプロセッサを指し、インターネット機器、ハンドヘルドデバイス、多重プロセッサシステム、プログラマブルコンシューマエレクトロニクス（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｃｏｎｓｕｍｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）、ネットワークコンピュータ、ミニコンピュータなどを含み得る。本技術はまた、タスクまたはモジュールが、通信ネットワークを介してリンクされているリモートプロセッシングデバイス（ｒｅｍｏｔｅ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）によって実行される分散環境で実施することもできる。以下に説明される本技術の態様は、磁気もしくは光学的に読み取り可能なコンピュータディスクまたはリムーバブルコンピュータディスク、ならびにネットワーク上で電子的に分散された媒体を含めて、コンピュータ可読媒体上に記憶されまたは分散処理することができる。特定の実施形態では、本技術の態様に特有なデータ構造およびデータ伝送もまた、本技術の範囲に包含される。本技術は、特定のステップを実施するためにコンピュータ可読媒体をプログラムする方法、ならびにそれらステップを実行する方法を共に包含する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示技術の実施形態による、バッチモードで作動する、対面する基台を伴う反応器を有するシステムの部分的に概略化された図である。
【図２】本開示技術の別の実施形態による、連続方式で作動するように構成された、対面する基台を伴う反応器を有するシステムの部分的に概略化された図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
特定の実施形態により物質を形成する方法は、第１の基台を反応器内に配置するステップであって、第１の基台が第１の露出面を有するステップを含む。方法は、第２の基台を反応器内に配置するステップであって、第２の基台が、第１の面の方に向く第２の露出面を有するステップをさらに含み得る。前駆ガスが、反応器内に導かれ、誘導コイルを起動することによって解離される。方法は、前駆ガスの成分を第１の面上および第２の面上の両方に付着するステップをさらに含み得る。方法は、第１の面および／または第１の面上に付着した成分から放射された熱を、第２の面および／または第２の面上に付着した成分において受け取るステップをさらに含み得る。第２の面および／または第２の面上に付着した成分から放射された熱は、第１の面および／または第１の面上に付着した成分において受け取られる。この配置は、第１の生成物を形成している間に第１の生成物から放射されるエネルギーを、第２の生成物を形成しながら第２の生成物において受け取ることによって、プロセスを実行するために必要なエネルギーを節約することができる。
【００１１】
本技術の特定の実施形態による反応器は、反応領域を有する反応容器と、反応領域の周りに配置された誘導コイルと、反応領域と流体連通に結合された反応体供給源とを備える。反応器は、反応領域に隣接して配置され、第１の基台を支持する第１の基台支持体と、反応領域に隣接して配置され、第１の基台支持体の方に対向する向きに第２の基台を支持する第２の基台支持体とをさらに備える。したがって、反応器は、一方の支持体によって担持される生成物によって射出される放射が他方の支持体によって担持される生成物によって受け取られる付着プロセスを促進することができる。
【００１２】
２．代表的反応器および関連する方法
図１は、本開示技術の実施形態によって構成された反応器１１０を有するシステム１００の、部分的に概略化した部分断面図である。この実施形態の一態様では、反応器１１０は、誘導コイル１２０によって加熱される反応または誘導領域１２３を有する反応容器１１１を備える。誘導コイル１２０は、適切な電力供給源１２１に接続された液体冷却式の高周波交流コイルであり得る。反応容器１１１は、前駆ガス供給源１０１に接続されて適切な前駆ガスを受け入れる入口ポート１１２、および使用済みガスおよび／または他の成分を容器１１１から取り除くために配置された出口ポート１１３をさらに備え得る。特定の実施形態では、前駆ガス供給源１０１には、炭化水素ガス（たとえばメタン）が入っており、そのガスは、誘導領域１２３で炭素と水素に解離される。次いで、炭素は、以下にさらに説明されるように、基台上に付着して生成物を形成し、水素および／または他の成分は、やはり以下にさらに説明されるように、さらに処理するために移送される。
【００１３】
反応容器１１１は、第１の支持面１１５ａを有する第１の支持体１１４ａと、第１の支持面１１５ａの方に向いた第２の支持面１１５ｂを有する第２の支持体１１４ｂとを収容する。各支持体１１４ａ、１１４ｂは、前駆ガスの１つまたは複数の成分がその上に付着する基台を担持することができる。たとえば、第１の支持体１１４ａは第１の基台１３０ａを担持し、第２の支持体１１４ｂは第２の基台１３０ｂを担持することができる。前駆ガスが炭素を付着するように選択された代表的実施形態では、第１および第２の基台１３０ａ、１３０ｂが、炭素を、たとえばグラファイトまたは鋼の成分の形態で含むこともある。前駆ガスが、異なる付着元素（たとえば窒素および／またはホウ素）を含むとき、第１の基台１３０ａと第２の基台１３０ｂとの組成は異なり得る。基台１３０ａ、１３０ｂのそれぞれは、互いに向かい合い最初は露出している面を有し得る。したがって、第１の基台１３０ａは、第２の基台１３０ｂの第２の露出面１３１ｂの方に向いた第１の露出面１３１ａを有し得る。各基台１３０ａ、１３０ｂの残りの表面は、これら表面からの放射損失を防止しまたは大きく制約するために断熱することができる。支持体１１４ａ、１１４ｂは、基台１３０ａ、１３０ｂのそれぞれの少なくとも１つの表面を断熱することができる。その他の表面（露出された第１および第２の表面１３１ａ、１３１ｂを除いて）は、対応する断熱部１３２によって保護することができる。断熱部１３２は、適切な高温セラミックまたは他の材料から形成することができる。
【００１４】
システム１００は、システム１００の様々なセンサ、変換器、および他の要素のいずれかから入力信号１９１を受け取り、これら要素から受け取った情報に応答して、システム１００の作動パラメータを調節する信号１９２を送出するコントローラ１９０をさらに備え得る。これらパラメータは、とりわけ、ガス状成分が反応容器１１１に供給され、かつ／またはそこから取り除かれる圧力および流速、誘導コイル１２０および関連電力供給源１２１の作動状態、ならびに分離器１０３（下記で説明される）の作動状態を含み得る。
【００１５】
作動に際し、前駆ガス供給源１０１が誘導領域１２３にガスを供給し、誘導コイル１２０が起動され、前駆ガスが、第１および第２の基台１３０ａ、１３０ｂ上に付着する少なくとも１つの成分（たとえば炭素）に解離する。成分は、対応する基台１３０ａ、１３０ｂの結晶粒の方向を維持するエピタキシャル（ｅｐｉｔａｘｉａｌ）プロセスで付着することができる。したがって、付着した成分は、結晶および／または自己組織化構造をやはり有し得る。成分が付着するにつれて、成分は、第１の基台１３０ａに第１の形成構造体または生成物１４０ａを形成し、第２の基台１３０ｂに第２の形成構造体または生成物１４０ｂを形成する。第１および第２の形成構造体１４０ａ、１４０ｂは、互いに対面する対応する露出面１４１ａ、１４１ｂをそれぞれ有する。構造体１４０ａ、１４０ｂは、選択された実施形態に応じて、同じもしくは異なる断面形状および／または面積を有し得、かつ／または非結晶、単結晶または多結晶組織を有し得る。第１の基台１３０ａの第１の露出面１３１ａ、および／または第１の形成構造体１４０ａの第１の露出面１４１ａによって射出された放射（併せて矢印Ｒ１によって識別されている）が、第２の形成構造体１４０ｂの第２の露出面１４１ｂ、および／または第２の基台１３０ｂの第２の露出面１３１ｂで受け取られる。同様に、第２の形成構造体１４０ｂの第２の露出面１４１ｂ、および／または第２の基台１３０ｂの第２の露出面１３１ｂによって射出される放射（併せて矢印Ｒ２によって識別されている）が、第１の形成構造体１４０ａ、および／または第１の基台１３０ａで受け取られる。
【００１６】
形成構造体１４０ａ、１４０ｂが成長するにつれて、出口ポート１１３が開口し、それを通して解離前駆ガスからの残りの成分および／または前駆ガスの非解離量を送り出すことができる。これら成分は、収集システム１０２に導かれ、そのシステムは、諸成分を２つ以上の流動流に分離するように構成された分離器１０３を備え得る。たとえば、分離器１０３は、成分の１つの流れを第１の生成物収集器１０４ａに導き、成分の第２の流れを第２の生成物収集器１０４ｂに導くことができる。特定の実施形態では、第１の生成物収集器１０４ａは、純粋または実質的に純粋な水素を収集することができ、その水素は、水素ベースの燃料電池１０５、または比較的高レベルの純度の水素を必要とする他の装置に送出され得る。第２の生成物収集器１０４ｂに導かれた成分の第２の流れは、他の元素または化合物が混合した水素を含み得る。そのような元素または化合物は、メタンもしくは別の未解離前駆ガス、および／または第１の基台１３０ａもしくは第２の基台１３０ｂ上に付着しなかった炭素（もしくは付着を狙った別の元素または化合物）を含み得る。これら成分は、エンジン１０６、たとえば水素と他の成分との混合物を燃焼することができるタービンエンジンまたは別のタイプの内燃機関へ導くことができる。エンジン１０６および／または燃料電池１０５は、誘導コイル１２０への電力供給源１２１を含めて、いくつもの装置へ電力を供給することができる。この実施形態の別の態様では、第２の収集器１０４ｂに受け入れられた少なくとも一部の成分（たとえば未解離前駆ガス）を、入口ポート１１２を経由して反応器１１０内に導き戻すことができる。
【００１７】
前述の配置の利点は、ある表面から射出される放射が、やはり付着を目的とする別の表面によって受け取られることを可能にするように複数の基台を配置することによって、化学的気相成長装置において通常生じる放射損失を回避することができることである。図１に示された特定の実施形態では、２つの基台が示されており、それぞれが、互いに向き合った単一の露出面を有する。他の実施形態では、追加の基台を配置（たとえば図１の面に対して内側および／または外側に横向きに延在する面内に）することができて、追加の形成生成物の露出面が、対応する他方の形成生成物の表面へ熱を放射することが可能になる。
【００１８】
前述の配置の別の利点は、その配置が、構造構築ブロックおよび／または建築用構造体、あるいは水素供与体から清浄燃焼性水素燃料を生成するために使用することができることである。前駆ガスが炭化水素を含むとき、建築用構造体は、グラフェンおよび／または別の炭素含有物質、たとえばさらに加工して炭素ベースの複合材もしくは炭素ベースのポリマーを形成することができる物質を含み得る。他の実施形態では、前駆ガスは、その元素を含む構造構築ブロック、および／またはそれら構築ブロックから形成される建築用構造体を形成するためにやはり用いることができるもの以外の他の元素（たとえばホウ素、窒素、硫黄、珪素、および／または遷移金属）を含み得る。適切なプロセスおよび代表的建築用構造体が、それらのすべてが本明細書と同時に出願され、参照により本明細書に援用される共願の以下の米国特許出願にさらに説明されている。すなわち、それらは、米国特許出願[整理番号６９５４５．８６０１ＵＳ]明細書[名称「CHEMICAL PROCESSES AND REACTORS FOR EFFICIENTLY PRODUCING HYDROGEN FUELS AND STRUCTURAL MATERIALS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS」]、米国特許出願[整理番号６９５４５．８７０１ＵＳ]明細書[名称「ARCHITECTURAL CONSTRUCT HAVING FOR EXAMPLE A PLURALITY OF ARCHITECTURAL CRYSTALS」]、米国特許出願[整理番号６９５４５．９００２ＵＳ]明細書[名称「CARBON-BASED DURABLE GOODS AND RENEWABLE FUEL FROM BIOMASS WASTE DISSOCIATION」]である。
【００１９】
図１を参照して上記で説明された実施形態の１つの特徴は、その実施形態をバッチプロセスで実施することができることである。たとえば、第１および第２の形成構造体１４０ａ、１４０ｂのそれぞれは、特定の量だけ成長させ、次いで、反応容器１１１から取り除くことができる。図２を参照して下記に説明される別の実施形態では、生成物を取り除くために反応を停止する必要なしに、生成物を連続方式で形成することができる。
【００２０】
図２は、本開示技術の別の実施形態により連続流れ方式で作動するように構成された反応容器２１１を有する反応器２１０を備えるシステム２００を示す。この実施形態の一態様では、反応器２１０は、第１の基台２３０ａ（たとえば円筒状基台）を担持する第１の基台支持体２１４ａと、第２の基台２３０ｂを担持する第２の基台支持体２１４ｂとを備える。各基台２３０ａ、２３０ｂは、互いに向かい合う、対応する（最初は）露出した表面２３１ａ、２３１ｂを有する。露出面２３１ａ、２３１ｂは、図２にその断面が示されている対応する誘導コイル２２０によって加熱される誘導領域２２３に配置されている。誘導コイル２００によって供給される熱は、場合によっては、追加の熱供給源２２２、たとえば燃焼器によって補足することができる。解離成分（たとえば炭素）が、基台２３０ａ、２３０ｂの露出面２３１ａ、２３１ｂ上に付着するにつれて、その成分が、対応する生成物２４０ａ、２４０ｂを形成し、そのそれぞれが、対応する基台２３０ａ、２３０ｂの外周まで延在し得る対応する露出面２４１ａ、２４１ｂを有する。基台２３０ａ、２３０ｂは、矢印Ａ１およびＡ２によって示されるように、誘導領域２２３から互いに反対方向に引き抜かれる。これにより、誘導領域２２３において、基台２３０ａ、２３０ｂによって担持された生成物２４０ａ、２４０ｂの新しく形成された露出面２４１ａ、２４１ｂ上に追加の生成物を形成することが可能になる。この作動を容易にするために、反応器２１０は、基台２３０ａ、２３０ｂの対応する１つの周りにそれぞれ配置された対応するシール２８０ａ、２８０ｂを備え得る。シール２８０ａ、２８０ｂは、基台２３０ａ、２３０ｂ、および基台によって担持された対応する生成物２４０ａ、２４０ｂを、反応容器２１１内に存在するガスに顕著な損失なしに、反応容器２１１から引き抜くことを可能にする。代表的実施形態では、シール２８０ａ、２８０ｂは、高温ラビリンスシールを備え得、他の実施形態では、他の構成を備え得る。
【００２１】
システム２００はまた、反応器２１０内で発生した熱を再利用する特徴を有し得る。たとえば、システム２００は、生成物、および反応容器２１１から取り除かれる成分から熱を捕捉し、その熱を反応容器２１１に入る前駆ガスに戻す１つまたは複数の熱交換器２５０（図２には、第１の熱交換器２５０ａ、第２の熱交換器２５０ｂ、および第３の熱交換器２５０ｃとして、３つが示されている）を備え得る。この配置は、誘導領域２２３を加熱するために誘導コイル２２０によって必要とされる電力の量を削減する。特定の実施形態では、第１のおよび第２の熱交換器２５０ａ、２５０ｂはそれぞれ、基台２３０ａ、２３０ｂの対応する１つ、およびこれら基台の端部に形成される生成物２４０ａ、２４０ｂと緊密な熱伝達関係に配置されている。第１および第２の熱交換器２５０ａ、２５０ｂのそれぞれは、熱交換器流体を流す対応する熱交換器コイル２５１（それらの断面が図２に示されている）を備え得る。熱交換器流体は、１つまたは複数のポンプ２５５によって流路２５２を巡って送られる。特定の実施形態では、熱交換器流体は、水／蒸気を含み得、他の実施形態では、他の適切な熱移送媒体を含み得る。熱交換器流体は、第１および第２の熱交換器２５０ａ、２５０ｂのそれぞれにおいてコイル２５１の中を通り、そこでその流体は、基台２３０ａ、２３０ｂおよび付随する生成物２４０ａ、２４０ｂによって加熱され、この熱を第３の熱交換器２５０ｃに供給する。第３の熱交換器２５０ｃで、流路２５２を巡って進む熱交換器流体によって供給された熱は、前駆ガスが前駆ガス供給源２０１から容器２１１の入口ポート２１２への前駆ガス流路２５３に沿って流れる間に前駆ガスに伝達される。そのような配置は、前駆ガスを解離温度に近い温度まで再生的に加熱する。解離のための追加の熱が、次いで、容器２１１内の誘導加熱によって供給される。
【００２２】
上記で論じたように、解離および付着プロセスは、ガス状生成物、残余および未利用反応体、ならびに他の生成物を生じ得る。これら加熱された成分は、出口ポート２１３を経由して反応容器２１１から出て、第３の熱交換器２５０ｃを通る生成物流路２５４に沿って送られる。第３の熱交換器２５０ｃにおいて、生成物流路２５４は、前駆体流路２５３と緊密な伝達関係に配置され、それにより、反応容器２１１に入る前駆ガスへ熱を伝達する。
【００２３】
反応容器２１１から取り除かれた生成物は、第３の熱交換器２５０ｃから出た後、分離器２０３を備え得る収集システム２０２に入る。分離器２０３は、生成ガスを、たとえば、第１の生成物収集器２０４ａへ送出される第１の生成物と、第２の生成物収集器２０４ｂへ送出される第２の生成物とに分離することができる。特定の例では、前駆ガスがメタンを含むとき、第１の生成物収集器２０４ａは純粋な水素を収集することができ、第２の生成物収集器２０４ｂは、水素、未解離メタン、および／または未付着炭素の混合物を収集することができる。純粋な水素は、上記で論じたように、たとえば燃料電池のような特定のレベルの水素純度を必要とする発電装置に使用することができる。第２の生成物（たとえば水素およびメタンの混合物）は、同様なレベルの純度を必要としない他の発電装置へ送出することができる。そのような発電装置には、やはり上記で論じたような、タービンエンジンおよび／または内燃機関が含まれ得る。特定の実施形態では、メタンを含有する生成物の少なくとも一部分が、バルブ２０７を経由して前駆ガス供給源２０１へ送り戻されて、反応器２１０で解離される。
【００２４】
いくつかの前述の実施形態の一特徴は、それらが、エネルギーおよび／または再生成分を保全する配置を備えることである。たとえば、上記に論じたように、支持体および支持体によって担持される付着生成物の対面する表面同士は、システム内の全体放射熱損失を減少させる。熱交換器は、前述の特徴に加えまたはその代わりに、生成物形成プロセスによって生成された熱を、入って来る反応体へ戻し、システムによって消費されるエネルギーの全体量をやはり減少させることができる。反応器での、耐久財を形成するのに使用される耐久財又は元素以外の生成物は、他の目的、たとえば発電目的に使用することができる。
【００２５】
上記により、本技術の特定の実施形態が例示のために本明細書に説明されてきたが、本技術から逸脱することなく、様々な変更を加えることができることが理解されるであろう。たとえば、他の実施形態では、反応器へ送出される前駆ガスは、メタン以外の炭化水素化合物を含み得る。そのような化合物には、様々な炭化水素燃料および／またはアルコールが含まれ得る。さらに別の実施形態では、前駆体は、水素を含んでいない炭素含有供与体を含み得、さらに別の実施形態では、前駆ガスは、炭素以外の供与体を含み得る。そのような場合、前駆ガスは、窒素または他の化合物を含み、それにより、炭素以外の元素に基づく耐久財または耐久財成分を形成することができる。
【００２６】
特定の実施形態に関連して説明された本技術のいくつかの態様は、他の実施形態において組み合わされ、または省略され得る。たとえば、図２に示された連続式流れの実施形態に上記では関連させて説明した熱交換器は、図１を参照して上記で説明したバッチ式流れプロセスにも適用することができる。さらに、本技術のいくつかの実施形態に伴う利点が、それら実施形態に関連して説明されているが、他の実施形態もそのような利点を示し得、また、本開示の範囲に包含されるために、すべての実施形態がそのような利点を必ずしも示す必要はない。したがって、本開示および関連する技術は、本明細書に明らかに示しまたは説明されていない他の実施形態を包含することができる。
【００２７】
これまで本明細書に参照によって援用されなかった範囲に至るまで、本出願は、下記の資料のそれぞれの内容を、それら全体として参照により援用する。すなわち、それらは、２０１０年８月１６日出願の米国特許出願第１２／８５７，５５３号明細書[名称「SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED PRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY, MATERIALS RESOURCES, AND NUTRIENT REGIMES」]、２０１０年８月１６日出願の米国特許出願第１２／８５７，５５３号明細書[名称「SYSTEMS AND METHODS FOR SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY」]、２０１０年８月１６日出願の米国特許出願第１２／８５７，５５４号明細書[名称「SYSTEMS AND METHODS FOR SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY」]、２０１０年８月１６日出願の米国特許出願第１２／８５７，５０２号明細書[名称「ENERGY SYSTEM FOR DWELLING SUPPORT」]、２０１１年２月１４日出願の米国特許出願整理番号６９５４５−８５０５．ＵＳ００明細書[名称「DELIVERY SYSTEMS WITH IN-LINE SELECTIVE EXTRACTION DEVICES AND ASSOCIATED METHODS OF OPERATION」]、２０１０年８月１６日出願の米国特許出願第６１／４０１，６９９号明細書[名称「COMPREHENSIVE COST MODELING OF AUTOGENOUS SYSTEMS AND PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF ENERGY, MATERIAL RESOURCES AND NUTRIENT REGIMES」]、２０１１年２月１４日出願の米国特許出願[整理番号６９５４５−８６０１．ＵＳ００]明細書[名称「CHEMICAL PROCESSES AND REACTORS FOR EFFICIENTLY PRODUCING HYDROGEN FUELS AND STRUCTURAL MATERIALS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS」]、２０１１年２月１４日出願の米国特許出願[整理番号６９５４５−８６０２．ＵＳ００]明細書[名称「REACTOR VESSELS WITH TRANSMISSIVE SURFACES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASED FUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS」]、２０１１年２月１４日出願の米国特許出願[整理番号６９５４５−８６０３．ＵＳ００]明細書[名称「CHEMICAL REACTORS WITH RE-RADIATING SURFACES AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS」]、２０１１年２月１４日出願の米国特許出願[整理番号６９５４５−８６０４．ＵＳ００]明細書[名称「THERMAL TRANSFER DEVICE AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS」]、２０１１年２月１４に出願の米国特許出願[整理番号６９５４５−８６０５．ＵＳ００]明細書[名称「CHEMICAL REACTORS WITH ANNULARLY POSITIONED DELIVERY AND REMOVAL DEVICES, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS」]、２０１１年２月１４日出願の米国特許出願[整理番号６９５４５−８６０６．ＵＳ００]明細書[名称「REACTORS FOR CONDUCTING THERMOCHEMICAL PROCESSES WITH SOLAR HEAT INPUT, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS」]、２０１１年２月１４日出願の米国特許出願[整理番号６９５４５−８６１１．ＵＳ００]明細書[名称「COUPLED THERMOCHEMICAL REACTORS AND ENGINES, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS」]、２０１０年９月２２日出願の米国特許出願第６１／３８５，５０８号明細書[名称「REDUCING AND HARVESTING DRAG ENERGY ON MOBILE ENGINES USING THERMAL CHEMICAL REGENERATION」]、２０１１年２月１４日出願の米国特許出願[整理番号６９５４５−８６１６．ＵＳ００]明細書[名称「REACTOR VESSELS WITH PRESSURE AND HEAT TRANSFER FEATURES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASED FUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS」]、２０１１年２月１４日出願の米国特許出願[整理番号６９５４５−８７０１．ＵＳ００]明細書[名称「ARCHITECTURAL CONSTRUCT HAVING FOR EXAMPLE A PLURALITY OF ARCHITECTURAL CRYSTALS」]、２０１０年８月１６日出願の米国特許出願第１２／８０６��６３４号明細書[名称「METHODS AND APPARATUSES FOR DETECTION OF PROPERTIES OF FLUID CONVEYANCE SYSTEMS」]、２０１１年２月１４日出願の米国特許出願[整理番号６９５４５−８８０１．ＵＳ０１]明細書[名称「METHODS, DEVICES, AND SYSTEMS FOR DETECTING PROPERTIES OF TARGET SAMPLES」]、２０１１年２月１４日出願の米国特許出願[整理番号６９５４５−９００２．ＵＳ００]明細書[名称「SYSTEM FOR PROCESSING BIOMASS INTO HYDROCARBONS, ALCOHOL VAPORS, HYDROGEN, CARBON, ETC.」]、２０１１年２月１４日出願の米国特許出願[整理番号６９５４５−９００４．ＵＳ００]明細書[名称「CARBON RECYCLING AND REINVESTMENT USING THERMOCHEMICAL REGENERATION」]、２０１１年２月１４日出願の米国特許出願[整理番号６９５４５−９００６．ＵＳ００]明細書[名称「OXYGENATED FUEL」]、２００９年８月２７日出願の米国特許出願第６１／２３７，４１９号明細書[名称「CARBON SEQUESTRATION」]、２００９年８月２７日出願の米国特許出願第６１／２３７，４２５号明細書[名称「OXYGENATED FUEL PRODUCTION」]、２０１１年２月１４日出願の米国特許出願[整理番号６９５４５−９１０２．ＵＳ００]明細書[名称「MULTIPURPOSE RENEWABLE FUEL FOR ISOLATING CONTAMINANTS AND STORING ENERGY」]、２０１０年１２月８日出願の米国特許出願第６１／４２１，１８９号]明細書[名称「LIQUID FUELS FROM HYDROGEN, OXIDES OF CARBON, AND/OR NITROGEN; AND PRODUCTION OF CARBON FOR MANUFACTURING DURABLE GOODS」]、および２０１１年２月１４日出願の米国特許出願[整理番号６９５４５−９１０５．ＵＳ００]明細書[名称「ENGINEERED FUEL STORAGE, RESPECIATION AND TRANSPORT」]である。
【図１】
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【図２】
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