(57)【要約】本発明は、水燃焼技術つまりＷＣＴの改良された燃焼方法及びシステムに関する。ＷＣＴは、燃料としてのＨ2Ｏだけでなく、化学反応によって水素(Ｈ2)と酸素(Ｏ2)が結合した水(Ｈ2Ｏ)をベースとしている。本発明の中で記載するＷＣＴは、燃料源として炭化水素を使用せず、Ｈ2を、好ましくはＯ2と共に、二次的には空気と共に使用する。Ｈ2とＯ2の燃焼による一次生成物は、Ｈ2Ｏである。さらに、ＷＣＴは、Ｈ2Ｏを、Ｈ2とＯ2に分離し、これによって、Ｈ2Ｏは燃料を貯蔵する有効な方法となる。本発明のＷＣＴは、燃焼の熱力学を改良し、燃焼の効率を著しく向上させる。さらに、本発明のＷＣＴは、燃焼温度を制御するために、Ｈ2Ｏが燃料混合物に加えられ、燃焼が行われる間、Ｈ2Ｏをヒートシンクとして利用する。生成した蒸気は、１)燃焼の出力を維持し、２)エネルギーの再利用の方法を提供し、３)エネルギー貯蔵の有効な手段を提供し、４)燃焼温度を制御することにより、エンジンを冷却する。蒸気は、Ｈ2及び／又はＯ2の変換の場合と同様、排気物の中の利用可能な動力学及び利用可能な熱エネルギーから再利用可能なエネルギー源を提供する。
2005522629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素と水素の燃料混合物を用いる燃焼システムであって、燃焼温度は、燃焼チャンバーへの水の添加によって、少なくとも部分的に制御される燃焼システム。
【請求項２】
燃焼によって発生した蒸気により少なくとも１つの蒸気タービンを回転させ、該蒸気タービンによって発電機を回転させ、電気エネルギーを生成する請求項１のシステム。
【請求項３】
酸素と水素の燃料混合物を用いる燃焼システムであって、燃焼の排気によって少なくとも１つの蒸気タービンを回転させ、該蒸気タービンによって発電機を回転させ、電気エネルギーが生成される燃焼システム。
【請求項４】
前記燃焼システムによって機械的回転エネルギーを発生させ、該機械的回転エネルギーにより発電機を回転させ、電気エネルギーを生成する請求項１又は３のシステム。
【請求項５】
燃焼温度は、燃焼チャンバーへの水の添加によって、少なくとも部分的に制御される請求項４のシステム。
【請求項６】
窒素又はアルゴンが燃料の中に存在する請求項１又は４のシステム。
【請求項７】
空気は、酸素に代えて、少なくとも部分的に用いられる請求項１又は４のシステム。
【請求項８】
燃焼によって発生した蒸気の少なくとも一部は、少なくとも一種の金属の腐食によって水素へ転換される請求項１又は４のシステム。
【請求項９】
水素は、燃焼エンジンの燃料として少なくとも部分的に用いられる請求項８のシステム。
【請求項１０】
水素の生成は、金属中の電流によって増加する請求項８のシステム。
【請求項１１】
水素は、燃焼エンジンの燃料として少なくとも部分的に用いられる請求項１０のシステム。
【請求項１２】
発電機は、空気又は水の移動によって回転し、発電機は電気エネルギーを生成し、該電気エネルギーは、水を水素と酸素に電気分解するために少なくとも部分的に用いられ、水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼システムの燃料として少なくとも部分的に用いられる請求項１又は４のシステム。
【請求項１３】
電気エネルギーは、水素と酸素を生成するための水の電気分解に少なくとも部分的に用いられる請求項２のシステム。
【請求項１４】
水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼システムの燃料として用いられる請求項１３のシステム。
【請求項１５】
電気エネルギーは、水素と酸素を生成するための水の電気分解に少なくとも部分的に用いられる請求項３のシステム。
【請求項１６】
水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼システムの燃料として用いられる請求項１５のシステム。
【請求項１７】
電気エネルギーは、水素と酸素を生成するための水の電気分解に少なくとも部分的に用いられる請求項４のシステム。
【請求項１８】
水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼システムの燃料として用いられる請求項１７のシステム。
【請求項１９】
光電池は電気エネルギーを生成し、電気エネルギーは、水素と酸素を生成するための水の電気分解に少なくとも部分的に用いられ、水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼システムの燃料として用いられる請求項１又は４のシステム。
【請求項２０】
燃焼エネルギーの少なくとも一部は、極低温の空気分離システムの少なくとも一部に動力を供給する請求項１又は４のシステム。
【請求項２１】
空気は、濃縮酸素、純酸素及び超純粋酸素のうちの少なくとも１種の酸素に分離される請求項２０のシステム。
【請求項２２】
酸素の少なくとも一部は、燃焼システムの燃料として用いられる請求項２０のシステム。
【請求項２３】
アルゴンは酸素から実質的に除去される請求項２０のシステム。
【請求項２４】
空気から分離された窒素は、深冷蒸留システム、酸素の貯蔵、水素の貯蔵、電気分解、燃焼システム用クーラント、燃焼システム及びこれらの任意の組合せの中の任意の部分を冷却するのに用いられる請求項２０のシステム。
【請求項２５】
空気から分離された窒素は、空気又は水を冷却するのに少なくとも部分的に用いられる請求項２０のシステム。
【請求項２６】
燃焼エネルギーの少なくとも一部は、空気膜分離システムの少なくとも一部に動力を供給する請求項１又は４のシステム。
【請求項２７】
酸素の少なくとも一部は、燃焼システムの燃料として用いられる請求項２６のシステム。
【請求項２８】
空気は、濃縮酸素、純酸素及び超純粋酸素のうちの少なくとも１種の酸素に分離される請求項２６のシステム。
【請求項２９】
アルゴンは酸素から実質的に除去される請求項２６のシステム。
【請求項３０】
燃焼エネルギーの少なくとも一部は、空気ＰＳＡ分離システムの少なくとも一部に動力を供給する請求項１又は４のシステム。
【請求項３１】
空気は、濃縮酸素、純酸素及び超純粋酸素のうちの少なくとも１種の酸素に分離される請求項３０のシステム。
【請求項３２】
アルゴンは酸素から実質的に除去される請求項３０のシステム。
【請求項３３】
酸素の少なくとも一部は、燃焼システムの燃料として用いられる請求項３０のシステム。
【請求項３４】
腐食防止剤、キレート剤、分散剤及びこれらの任意の組合せのうちの少なくとも１種が加えられる請求項１又は４のシステム。
【請求項３５】
システムは、燃焼の内部システム及び燃焼のタービンシステムのうちの少なくとも１種のシステムである請求項１又は４のシステム。
【請求項３６】
酸素及び水素の少なくとも１種は、液化により、液体状態で貯蔵される請求項１又は４のシステム。
【請求項３７】
液化用圧縮機は、燃料電池及び前記燃焼システムのどちらか一方又は両方により、動力が供給される請求項３６のシステム。
【請求項３８】
燃料電池は、酸素及び水素の少なくとも１種により、動力が供給される請求項３７のシステム。
【請求項３９】
水素、酸素及び水のうちの少なくとも１種は、周囲温度、前記燃焼システム、前記燃焼システムの排気物、電気的放射熱源及び／又はそれらの任意の組合せのうちの少なくとも１種からのエネルギーで燃焼が行われる前に予熱される請求項１又は４のシステム。
【請求項４０】
燃焼による機械回転エネルギーはトランスミッションに入り、トランスミッションは、燃焼システムのトルク及び／又は仕事の出力と反比例するように係合し、前記トランスミッション出力の機械回転エネルギーは、発電機を回転させて、電気エネルギーが作られる請求項３のシステム。
【請求項４１】
トランスミッションは、回転運動エネルギーを貯蔵することができるフライホィールと係合し、フライホィールは発電機を回転させる請求項４０のシステム。
【請求項４２】
燃焼による機械回転エネルギーはトランスミッションに入り、トランスミッションは、燃焼システムのトルク及び／又は仕事の出力と反比例するように係合し、前記トランスミッション出力の機械回転エネルギーは、発電機を回転させて、電気エネルギーが作られる請求項４のシステム。
【請求項４３】
トランスミッションは、回転運動エネルギーを貯蔵することができるフライホィールと係合し、前記フライホィールは発電機を回転させる請求項４０のシステム。
【請求項４４】
圧力制御装置は、システムの排気部に配備される請求項１又は４のシステム。
【請求項４５】
燃焼の排気は、気体及び液体の少なくとも一方を加熱するのに用いられる請求項１又は４のシステム。
【請求項４６】
気体は空気であり、液体は水である請求項４５のシステム。
【請求項４７】
排気は、空気又は水へ直接排出される請求項４６のシステム。
【請求項４８】
システムは絶縁されている請求項１又は４のシステム。
【請求項４９】
システムは絶縁されている請求項２０のシステム。
【請求項５０】
システムは絶縁されている請求項３６のシステム。
【請求項５１】
燃料は酸素と水素であり、燃焼温度は、燃焼チャンバーへの水の添加によって、少なくとも部分的に制御される燃焼エンジン。
【請求項５２】
燃焼によって発生する蒸気は、少なくとも１つの蒸気タービンを回転させ、該蒸気タービンは発電機を回転させて、電気エネルギーが作られる請求項５１の燃焼エンジン。
【請求項５３】
酸素と水素の燃焼混合物を用いる燃焼エンジンであって、燃焼の排気によって少なくとも１つの蒸気タービンを回転させ、電気エネルギーが作られる燃焼エンジン。
【請求項５４】
機械的回転エネルギーは、燃焼システムによって作られ、機械回転エネルギーは発電機を回転させて、電気エネルギーが作られる請求項５１又は５３の燃焼エンジン。
【請求項５５】
燃焼温度は、燃焼チャンバーへの水の添加によって、少なくとも部分的に制御される請求項５４の燃焼エンジン。
【請求項５６】
窒素又はアルゴンは燃料の中に存在する請求項５１又は５４の燃焼エンジン。
【請求項５７】
空気は、酸素に代えて、少なくとも部分的に用いられる請求項５１又は５４の燃焼エンジン。
【請求項５８】
燃焼によって発生した蒸気の少なくとも一部分は、少なくとも１種の金属によって水素に変換される請求項５１又は５４の燃焼エンジン。
【請求項５９】
水素は、燃焼エンジンの中の燃料として、少なくとも部分的に用いられる請求項５８の燃焼エンジン。
【請求項６０】
水素の発生は、金属中の電流によって増加する請求項５８の燃焼エンジン。
【請求項６１】
水素は、燃焼エンジンの中の燃料として、少なくとも部分的に用いられる請求項６０の燃焼エンジン。
【請求項６２】
発電機は、空気又は水の移動によって回転し、発電機は電気エネルギーを発生させ、電気エネルギーは、水素及び酸素を生成するための水の電気分解に、少なくとも部分的に用いられ、水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼エンジンの燃料として、少なくとも部分的に用いられる請求項５１又は５４の燃焼エンジン。
【請求項６３】
電気エネルギーは、水素と酸素を生成するための水の電気分解に、少なくとも部分的に用いられる請求項５２の燃焼エンジン。
【請求項６４】
水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼エンジンの燃料として用いられる請求項６３の燃焼エンジン。
【請求項６５】
電気エネルギーは、水素と酸素を生成するための水の電気分解に、少なくとも部分的に用いられる請求項５３の燃焼エンジン。
【請求項６６】
水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼エンジンの燃料として用いられる請求項６５の燃焼エンジン。
【請求項６７】
電気エネルギーは、水素と酸素を生成するための水の電気分解に、少なくとも部分的に用いられる請求項５４の燃焼エンジン。
【請求項６８】
水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼エンジンの燃料として用いられる請求項６５の燃焼エンジン。
【請求項６９】
光電池が電気エネルギーを発生させ、前記電気エネルギーは、水素と酸素を生成するための水の電気分解に、少なくとも部分的に用いられ、水素及び／又は酸素の少なくとも一部は燃焼エンジンの燃料として用いられる請求項１又は４の燃焼エンジン。
【請求項７０】
燃焼のエネルギーの少なくとも一部は、極低温による空気分離の少なくとも一部に動力を供給する請求項５１又は５４の燃焼エンジン。
【請求項７１】
空気は、濃縮酸素、純酸素及び超純粋酸素のうちの少なくとも１種の酸素に分離される請求項７０の燃焼エンジン。
【請求項７２】
アルゴンは酸素から実質的に除去される請求項７０の燃焼エンジン。
【請求項７３】
酸素の少なくとも一部は、燃焼エンジンの燃料として用いられる請求項７０の燃焼エンジン。
【請求項７４】
空気から分離された窒素は、深冷蒸留システム、酸素の貯蔵、水素の貯蔵、電気分解、燃焼システム用クーラント、燃焼システム及びこれらの任意の組合せの中の任意の部分を冷却するのに用いられる請求項７０の燃焼エンジン。
【請求項７５】
分離された窒素は、空気又は水を冷却するのに用いられる請求項７０の燃焼エンジン。
【請求項７６】
燃焼のエネルギーの少なくとも一部は、空気膜分離の少なくとも一部に動力を供給する請求項５１又は５４の燃焼エンジン。
【請求項７７】
空気は、濃縮酸素、純酸素及び超純粋酸素のうちの少なくとも１種の酸素に分離される請求項７６の燃焼エンジン。
【請求項７８】
アルゴンは酸素から実質的に除去される請求項７６の燃焼エンジン。
【請求項７９】
酸素の少なくとも一部は、燃焼システムの燃料として用いられる請求項７６の燃焼エンジン。
【請求項８０】
燃焼のエネルギーの少なくとも一部は、空気ＰＳＡ分離の少なくとも一部に動力を供給する請求項５１又は５４の燃焼エンジン。
【請求項８１】
空気は、濃縮酸素、純酸素及び超純粋酸素のうちの少なくとも１種の酸素に分離される請求項８０の燃焼エンジン。
【請求項８２】
アルゴンは酸素から実質的に除去される請求項８０の燃焼エンジン。
【請求項８３】
酸素の少なくとも一部は、燃焼システムの燃料として用いられる請求項８０の燃焼エンジン。
【請求項８４】
腐食防止剤、キレート剤及び分散剤のうちの少なくとも１種が加えられる請求項５１又は５４の燃焼エンジン。
【請求項８５】
燃焼エンジンは、内燃機関及びタービン燃焼機関のうちの少なくとも１種である請求項５１又は５４の燃焼エンジン。
【請求項８６】
酸素及び水素の少なくとも１種は、液化により、液体状態で貯蔵される請求項５１又は５４の燃焼エンジン。
【請求項８７】
液化用圧縮機は、燃料電池及び前記燃焼システムのどちらか一方又は両方により、動力が供給される請求項８６の燃焼エンジン。
【請求項８８】
燃料電池は、酸素及び水素の少なくとも１種により、動力が供給される請求項８７の燃焼エンジン。
【請求項８９】
水素、酸素、水及び／又はこれらの任意の組合せの少なくとも１種は、周囲温度、前記燃焼エンジン、前記燃焼エンジンの排気物、電気的放射熱源及び／又はそれらの任意の組合せのうちの少なくとも１種からのエネルギーで燃焼が行われる前に予熱される請求項５１又は５４の燃焼エンジン。
【請求項９０】
燃焼による機械回転エネルギーはトランスミッションに入り、トランスミッションは、燃焼エンジンのトルク及び／又は仕事の出力と反比例するように係合し、前記トランスミッション出力の機械回転エネルギーは、発電機を回転させて、電気エネルギーが作られる請求項５３の燃焼エンジン。
【請求項９１】
トランスミッションは、回転運動エネルギーを貯蔵することができるフライホィールと係合し、フライホィールは発電機を回転させる請求項９０の燃焼エンジン。
【請求項９２】
燃焼による機械回転エネルギーはトランスミッションに入り、トランスミッションは、燃焼システムのトルク及び／又は仕事の出力と反比例するように係合し、前記トランスミッション出力の機械回転エネルギーは、発電機を回転させて、電気エネルギーが作られる請求項５４の燃焼エンジン。
【請求項９３】
トランスミッションは、回転運動エネルギーを貯蔵することができるフライホィールと係合し、前記フライホィールは発電機を回転させる請求項９２の燃焼エンジン。
【請求項９４】
圧力制御装置は、燃焼エンジンの排気部に配備される請求項５１又は５４の燃焼エンジン。
【請求項９５】
燃焼の排気は、気体及び液体の少なくとも一方を加熱するのに用いられる請求項５１又は５４の燃焼エンジン。
【請求項９６】
気体は空気であり、液体は水である請求項９５の燃焼エンジン。
【請求項９７】
排気は、空気又は水へ直接排出される請求項９６の燃焼エンジン。
【請求項９８】
前記エンジンは絶縁されている請求項５１又は５４の燃焼エンジン。
【請求項９９】
前記エンジンは絶縁されている請求項７０の燃焼エンジン。
【請求項１００】
前記エンジンは絶縁されている請求項８６の燃焼エンジン。
【請求項１０１】
酸素と水素の燃料混合物を用いる燃焼方法であって、燃焼温度は、燃焼チャンバーへの水の添加によって、少なくとも部分的に制御される燃焼方法。
【請求項１０２】
燃焼によって発生した蒸気により少なくとも１つの蒸気タービンを回転させ、該蒸気タービンによって発電機を回転させ、電気エネルギーを生成する請求項１０１の方法。
【請求項１０３】
酸素と水素の燃料混合物を用いる燃焼システムであって、燃焼の排気によって少なくとも１つの蒸気タービンを回転させ、該蒸気タービンによって発電機を回転させ、電気エネルギーが生成される燃焼方法。
【請求項１０４】
燃焼システムによって機械的回転エネルギーを発生させ、該機械的回転エネルギーにより発電機を回転させ、電気エネルギーを生成する請求項１０１又は１０３の方法。
【請求項１０５】
燃焼温度は、燃焼チャンバーへの水の添加によって、少なくとも部分的に制御される請求項１０４の方法。
【請求項１０６】
窒素又はアルゴンが燃料の中に存在する請求項１０１又は１０４の方法。
【請求項１０７】
空気は、酸素に代えて、少なくとも部分的に用いられる請求項１０１又は１０４の方法。
【請求項１０８】
燃焼によって発生した蒸気の少なくとも一部は、少なくとも一種の金属の腐食によって水素へ転換される請求項１０１又は１０４の方法。
【請求項１０９】
水素は、燃焼の燃料として少なくとも部分的に用いられる請求項１０８の方法。
【請求項１１０】
水素の生成は、金属中の電流によって増加する請求項１０８の方法。
【請求項１１１】
水素は、燃焼の燃料として少なくとも部分的に用いられる請求項１１０の方法。
【請求項１１２】
発電機は、空気又は水の移動によって回転し、発電機は電気エネルギーを生成し、該電気エネルギーは、水を水素と酸素に電気分解するために少なくとも部分的に用いられ、水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼の燃料として少なくとも部分的に用いられる請求項１０１又は１０４の方法。
【請求項１１３】
電気エネルギーは、水素と酸素を生成するための水の電気分解に少なくとも部分的に用いられる請求項１０２の方法。
【請求項１１４】
水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼の燃料として用いられる請求項１３１の方法。
【請求項１１５】
電気エネルギーは、水素と酸素を生成するための水の電気分解に少なくとも部分的に用いられる請求項１０３の方法。
【請求項１１６】
水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼の燃料として用いられる請求項１１５の方法。
【請求項１１７】
電気エネルギーは、水素と酸素を生成するための水の電気分解に少なくとも部分的に用いられる請求項１０４の方法。
【請求項１１８】
水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼の燃料として用いられる請求項１１７の方法。
【請求項１１９】
光電池は電気エネルギーを生成し、電気エネルギーは、水素と酸素を生成するための水の電気分解に少なくとも部分的に用いられ、水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼の燃料として用いられる請求項１０１又は１０４の方法。
【請求項１２０】
燃焼のエネルギーの少なくとも一部は、極低温の空気分離の少なくとも一部に動力を供給する請求項１０１又は１０４の方法。
【請求項１２１】
空気は、濃縮酸素、純酸素及び超純粋酸素のうちの少なくとも１種の酸素に分離される請求項１２０の方法。
【請求項１２２】
アルゴンは酸素から実質的に除去される請求項１２０の方法。
【請求項１２３】
酸素の少なくとも一部は、燃焼の燃料として用いられる請求項１２０の方法。
【請求項１２４】
空気から分離された窒素は、深冷蒸留システム、酸素の貯蔵、水素の貯蔵、電気分解、燃焼システム用クーラント、燃焼システム及びこれらの任意の組合せの中の任意の部分を冷却するのに用いられる請求項１２０の方法。
【請求項１２５】
空気から分離された窒素は、空気又は水を冷却するのに用いられる請求項１２０の方法。
【請求項１２６】
燃焼のエネルギーの少なくとも一部は、空気膜分離方法の少なくとも一部に動力を供給する請求項１０１又は１０４の方法。
【請求項１２７】
空気は、濃縮酸素、純酸素及び超純粋酸素のうちの少なくとも１種の酸素に分離される請求項１２６の方法。
【請求項１２８】
アルゴンは酸素から実質的に除去される請求項１２６の方法。
【請求項１２９】
酸素の少なくとも一部は、燃焼システムの燃料として用いられる請求項１２６の方法。
【請求項１３０】
燃焼エネルギーの少なくとも一部は、空気ＰＳＡ分離システムの少なくとも一部に動力を供給する請求項１０１又は１０４の方法。
【請求項１３１】
空気は、濃縮酸素、純酸素及び超純粋酸素のうちの少なくとも１種の酸素に分離される請求項１３０の方法。
【請求項１３２】
アルゴンは酸素から実質的に除去される請求項１３０の方法。
【請求項１３３】
酸素の少なくとも一部は、燃焼システムの燃料として用いられる請求項１３０の方法。
【請求項１３４】
腐食防止剤、キレート剤、分散剤及びこれらの任意の組合せのうちの少なくとも１種が加えられる請求項１０１又は１０４の方法。
【請求項１３５】
燃焼は、内部燃焼及びタービン燃焼のうちの少なくとも１種の燃焼である請求項１０１又は１０４の方法。
【請求項１３６】
酸素及び水素の少なくとも１種は、液化により、液体状態で貯蔵される請求項１０１又は１０４の方法。
【請求項１３７】
液化用圧縮機は、燃料電池及び前記燃焼システムのどちらか一方又は両方により、動力が供給される請求項１３６の方法。
【請求項１３８】
燃料電池は、酸素及び水素の少なくとも１種により、動力が供給される請求項１３７の方法。
【請求項１３９】
水素、酸素及び水のうちの少なくとも１種は、周囲温度、前記燃焼システム、前記燃焼システムの排気物、電気的放射熱源及び／又はそれらの任意の組合せのうちの少なくとも１種からのエネルギーで燃焼が行われる前に予熱される請求項１０１又は１０４の方法。
【請求項１４０】
燃焼による機械回転エネルギーはトランスミッションに入り、トランスミッションは、燃焼システムのトルク及び／又は仕事の出力と反比例するように係合し、前記トランスミッション出力の機械回転エネルギーは、発電機を回転させて、電気エネルギーが作られる請求項１０３の方法。
【請求項１４１】
トランスミッションは、回転運動エネルギーを貯蔵することができるフライホィールと係合し、フライホィールは発電機を回転させる請求項１４０の方法。
【請求項１４２】
燃焼による機械回転エネルギーはトランスミッションに入り、トランスミッションは、燃焼のトルク及び／又は仕事の出力と反比例するように係合し、前記トランスミッション出力の機械回転エネルギーは、発電機を回転させて、電気エネルギーが作られる請求項１０４の方法。
【請求項１４３】
トランスミッションは、回転運動エネルギーを貯蔵することができるフライホィールと係合し、前記フライホィールは発電機を回転させる請求項１４２の方法。
【請求項１４４】
圧力制御装置は、システムの排気部に配備される請求項１０１又は１０４の方法。
【請求項１４５】
燃焼の排気は、気体及び液体の少なくとも一方を加熱するのに用いられる請求項１０１又は１０４の方法。
【請求項１４６】
気体は空気であり、液体は水である請求項１４５の方法。
【請求項１４７】
排気は、空気又は水へ直接排出される請求項１４６の方法。
【請求項１４８】
絶縁することを含んでいる請求項１０１又は１０４の方法。
【請求項１４９】
絶縁することを含んでいる請求項２０の方法。
【請求項１５０】
絶縁することを含んでいる請求項３６の方法。
【請求項１５１】
酸素と水素をエンジンの中で燃焼させる装置であって、
ａ．ｉ．酸素流の制御弁、及び前記酸素流に比例した酸素流信号をコントローラに送る酸素流を検知する酸素流検知装置とを具える、エンジンへの酸素流供給源と、
ｉｉ．水素流の制御弁、及び前記水素流に比例した水素流信号をコントローラに送る水素流を検知する水素流検知装置とを具える、エンジンへの水素流供給源と、
ｉｉｉ．空気流の制御弁、及び前記空気流に比例した空気流信号をコントローラに送る空気流を検知する空気流検知装置とを具える、エンジンへの空気流供給源と、
ｉｖ．少なくとも１つの燃焼温度又はエンジン燃焼室の近傍の燃焼エンジン温度を測定し、前記燃焼温度又は前記燃焼エンジン温度に比例した温度信号を、コントローラへ送る温度測定装置と、を具える燃料システムと、
ｂ．ｉ．クーラント源とクーラント流の制御弁を具える、エンジンへのクーラント流供給源と、
ｉｉ．水流を検知し、水源、燃焼水流の制御弁、及び水流に比例した燃焼水流信号をコントローラへ送る水流検知装置と、を具えるクーラントシステムと、
ｃ．ｉ．酸素、水素、空気及び燃焼水に対する前記比例した流れ信号を受信し、
ｉｉ．前記比例した温度信号を受信し、
ｉｉｉ．外部燃焼信号の設定値を受信し、
ｉｖ．酸素に対する水素の比の設定値を有し、
ｖ．水素対酸素比の設定値を有し、
ｖｉ．温かい(ウォーム)燃焼温度設定値を有し、
ｖｉｉ．クーラントの燃焼温度設定値を有し、
ｖｉｉｉ．高温燃焼温度設定値及びコントローラを有する、少なくとも１つのコントローラを具える制御システムと、
ｄ．燃焼信号設定値と水素の流れを比較し、燃焼信号設定値に対する水素の流れ信号の差に比例して、信号を水素流制御弁に送信し、これによって水素流の制御弁の比率を設定し、
ｅ．水素流信号及び酸素流信号を、水素と酸素の比設定値と比較し、信号を酸素流制御弁に送信し、これによって酸素流の制御弁の比率を設定し、
ｉ．酸素流制御弁信号が１００％近くでない場合、信号を、空気流制御装置を閉じる空気流制御装置に送信し、
ｉｉ．酸素流制御信号が１００％に近い場合、酸素流信号及び空気流信号を、水素対酸素比の設定値と比較し、空気流の差を求めて、比例信号を、前記差に比例した比例信号を空気流量制御装置に送信し、これによって空気制御装置の比率を設定し、
ｆ．前記温度信号とウォーム温度設定値を比較し、クーラント温度設定値と高温設定値は、ｉ．前記温度信号が、ウォーム温度設定値よりも小さく、クーラント温度設定値よりも小さく、高温設定値よりも小さい場合、信号を燃焼水流制御弁に送信し、これによって燃焼水流の制御弁を閉じて、信号をクーラント水流制御弁に送信し、これによってクーラント水流の制御弁を閉じ、
ｉｉ．前記温度信号が、ウォーム温度設定値以上で、クーラント温度設定値よりも小さく、高温設定値よりも小さい場合、前記温度信号と前記低温設定値との差に比例し、水素対水比の設定値よりも大きい水素対水比の信号を燃焼水流弁に送信し、これによって、燃焼水流制御弁の比率を設定し、信号をクーラント流制御弁に送信し、これによってクーラント流制御弁を閉じ、
ｉｉｉ．前記温度信号が、ウォーム温度設定値よりも大きく、クーラント設定値以上で、高温設定値よりも小さいとき、水素対水比設定値に等しい水素対水比の信号を燃焼水制御弁に送信し、これによって、燃焼水制御弁の比率を設定し、温度信号とクーラント温度設定値との差に比例した信号を、クーラント流制御弁に送信し、これによってクーラント流制御弁の比率を設定し、
ｉｖ．前記温度信号が、ウォーム温度設定値より大きく、クーラント温度設定値よりも大きく、高温設定値以上の場合、信号を燃焼水流制御弁に送信し、これによって、燃焼流制御弁を１００％開放し、前記温度信号と前記クーラント設定値との差に比例した信号を、クーラント流制御弁に送信し、これによって、クーラント流制御弁の比率を設定し、信号を水素流制御弁に送信し、これによって、水素流制御弁を閉じ、信号を酸素流制御弁に送信し、これによって、酸素流制御弁を閉じ、信号を空気流制御弁へ送信し、これによって、空気流制御装置を閉じる装置。
【請求項１５２】
燃焼によって発生する蒸気は、少なくとも１つの蒸気タービンを回転させ、該蒸気タービンは発電機を回転させて、電気エネルギーが作られる請求項１５１の装置。
【請求項１５３】
機械回転エネルギーは、燃焼によって作られ、機械回転エネルギーは発電機を回転させて、電気エネルギーが作られる請求項１５１の装置。
【請求項１５４】
窒素又はアルゴンは燃料の中に存在する請求項１５１の装置。
【請求項１５５】
酸素燃料が存在しない請求項１５１の装置。
【請求項１５６】
燃焼によって発生した蒸気の少なくとも一部分は、少なくとも１種の金属によって水素に変換される請求項１５１の装置。
【請求項１５７】
水素の少なくとも一部は、燃焼エンジンの中の燃料として用いられる請求項１５１の装置。
【請求項１５８】
水素の発生は、金属中の電流によって増加する請求項１５６の装置。
【請求項１５９】
水素の少なくとも一部は、燃焼の中の燃料の一部として用いられる請求項１５８の装置。
【請求項１６０】
発電機は、空気又は水の移動によって回転し、発電機は電気エネルギーを発生させ、電気エネルギーは、水素及び酸素を生成するための水の電気分解に、少なくとも部分的に用いられ、水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼の燃料として、少なくとも部分的に用いられる請求項１５１の装置。
【請求項１６１】
電気エネルギーは、水素と酸素を生成するための水の電気分解に、少なくとも部分的に用いられる請求項１５２の装置。
【請求項１６２】
水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼の燃料として用いられる請求項１６１の装置。
【請求項１６３】
電気エネルギーは、水素と酸素を生成するための水の電気分解に、少なくとも部分的に用いられる請求項１５３の燃焼エンジン。
【請求項１６４】
水素及び／又は酸素の少なくとも一部は、燃焼の燃料として用いられる請求項１６３の装置。
【請求項１６５】
電気エネルギーは、水素と酸素を生成するための水の電気分解に、少なくとも部分的に用いられる請求項５４の燃焼エンジン。
【請求項１６６】
燃焼のエネルギーの少なくとも一部は、極低温による空気分離の少なくとも一部に動力を供給する請求項１５１の装置。
【請求項１６７】
空気は、濃縮酸素、純酸素及び超純粋酸素のうちの少なくとも１種の酸素に分離される請求項１６６の装置。
【請求項１６８】
アルゴンは酸素から実質的に除去される請求項１６６の装置。
【請求項１６９】
酸素の少なくとも一部は、燃焼の燃料として用いられる請求項１６６の装置。
【請求項１７０】
空気から分離された窒素は、深冷蒸留システム、酸素の貯蔵、水素の貯蔵、電気分解、燃焼システム用クーラント、燃焼システム及びこれらの任意の組合せの中の任意の部分を冷却するのに用いられる請求項１６６の装置。
【請求項１７１】
分離された窒素は、空気又は水を冷却するのに用いられる請求項１６６の装置。
【請求項１７２】
燃焼のエネルギーの少なくとも一部は、空気膜分離の少なくとも一部に動力を供給する請求項１５１の装置。
【請求項１７３】
空気は、濃縮酸素、純酸素及び超純粋酸素のうちの少なくとも１種の酸素に分離される請求項１７２の装置。
【請求項１７４】
アルゴンは酸素から実質的に除去される請求項１７２の装置。
【請求項１７５】
酸素の少なくとも一部は、燃焼の燃料として用いられる請求項１７２の装置。
【請求項１７６】
燃焼のエネルギーの少なくとも一部は、空気ＰＳＡ分離の少なくとも一部に動力を供給する請求項１５１の装置。
【請求項１７７】
空気は、濃縮酸素、純酸素及び超純粋酸素のうちの少なくとも１種の酸素に分離される請求項１７６の装置。
【請求項１７８】
アルゴンは酸素から実質的に除去される請求項１７６の装置。
【請求項１７９】
酸素の少なくとも一部は、燃焼の燃料として用いられる請求項１７６の装置。
【請求項１８０】
腐食防止剤、キレート剤及び分散剤のうちの少なくとも１種が加えられる請求項１５２の装置。
【請求項１８１】
酸素及び水素の少なくとも１種は、液化により、液体状態で貯蔵される請求項１５１の装置。
【請求項１８２】
液化用圧縮機は、燃料電池及び前記燃焼装置のどちらか一方又は両方により、動力が供給される請求項１８１の装置。
【請求項１８３】
燃料電池は、酸素及び水素の少なくとも１種により、動力が供給される請求項１８１の装置。
【請求項１８４】
水素、酸素、水及び／又はこれらの任意の組合せの少なくとも１種は、周囲温度、前記燃焼エンジン、前記燃焼エンジンの排気物、電気的放射熱源及び／又はそれらの任意の組合せのうちの少なくとも１種からのエネルギーで燃焼が行われる前に予熱される請求項１５１の装置。
【請求項１８５】
燃焼による機械回転エネルギーはトランスミッションに入り、トランスミッションは、燃焼エンジンのトルク及び／又は仕事の出力と反比例するように係合し、前記トランスミッション出力の機械回転エネルギーは、発電機を回転させて、電気エネルギーが作られる請求項１５１の装置。
【請求項１８６】
トランスミッションは、回転運動エネルギーを貯蔵することができるフライホィールと係合し、フライホィールは発電機を回転させる請求項１８５の装置。
【請求項１８７】
圧力制御装置は、燃焼エンジンの排気部に配備される請求項１５１の装置。
【請求項１８８】
燃焼の排気は、気体及び液体の少なくとも一方を加熱するのに用いられる請求項１５１の装置。
【請求項１８９】
気体は空気であり、液体は水である請求項１８８の装置。
【請求項１９０】
排気は、空気又は水へ直接排出される請求項１８９の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願情報＞
この出願は、２００２年４月１１日に出願された米国仮特許出願番号第６０／３７１,７６８号、２００２年５月１０日に出願された米国仮特許出願番号第６０／３７９,５８７号、２００２年８月１９日に出願された米国仮特許出願番号第６０／４０４,６４４号及び２００３年２月１４日に出願された米国仮特許出願番号第６０／４４７,８８０号の優先権を主張する。
【０００２】
＜発明の分野＞
この発明は、環境に優しい燃焼生成物を提供する改良された燃焼方法、プロセス、システム及び装置に関すると共に、前記の改良された燃焼方法、プロセス、システム及び装置の燃料及びエネルギーを管理する方法、プロセス、システム及び装置に関するものである。本発明における燃焼及び／又は燃料及び／又はエネルギー管理の方法、プロセス、システム又は装置(水燃焼技術：Water Combustion Technology，ＷＣＴ)は、燃料としてのＨ2Ｏだけでなく、化学反応によって水素(Ｈ2)と酸素(Ｏ2)が結合した水(Ｈ2Ｏ)をベースとしている。本発明の中で記載するＷＣＴは、燃料源として炭化水素を使用せず、Ｈ2を、好ましくはＯ2と共に、二次的には空気と共に使用する。Ｈ2とＯ2の燃焼による一次生成物は、Ｈ2Ｏである。さらに、ＷＣＴは、Ｈ2Ｏを、Ｈ2とＯ2に分離し、これによって、Ｈ2Ｏは燃料を貯蔵する有効な方法となる。
【０００３】
本明細書で使用される燃焼という用語は、任意の燃焼方法、システム、プロセス又は装置を含み、例えば、炉、燃焼エンジン、内燃エンジン、タービン又は機械的、電気的若しくは熱的エネルギーが作られる任意の燃焼システムなどを含むものである。見出されたＷＣＴは、燃焼システムの改良に関するもので、燃焼のエネルギー出力の向上及び／又は燃焼の汚染生成物の減少を図るために、燃料混合物から窒素(Ｎ2)とアルゴン(Ａｒ)の一部又は全部が取り除かれるようにしたものである。
【０００４】
見出されたＷＣＴは、燃焼の方法、プロセス、システム及び装置の改良に関するもので、燃焼の熱力学の著しい向上によって、燃焼効率を著しく向上させることができる。さらにまた、見出された発明のＷＣＴは、燃焼の方法、プロセス、システム及び装置の改良に関するもので、燃焼温度を制御するために、Ｈ2Ｏが燃料混合物に加えられ、燃焼が行われる間、Ｈ2Ｏをヒートシンクとして利用するものである。燃焼及び／又は燃焼の冷却によって生成した蒸気は、１)燃焼の出力を維持し、２)エネルギーの再利用の方法を提供し、３)エネルギー貯蔵の有効な手段を提供し、４)燃焼温度を制御することにより、エンジンを冷却する。蒸気は、Ｈ2及び／又はＯ2の変換の場合と同様、排気物の中の利用可能な動力学及び利用可能な熱エネルギーから再利用可能なエネルギー源を提供する。
【０００５】
燃料混合物からＮ2又は、Ｎ2及びＡｒをできるだけ少なくするか排除することを目的として、燃料混合物の中に水を含めると、その燃料混合物の組合せは、Ｏ2，Ｈ2及びＨ2Ｏ；Ｏ2，Ｈ2，Ｈ2Ｏ及びＮ2；Ｏ2，Ｈ2，Ｈ2Ｏ，Ｎ2及びＡｒ；Ｏ2，Ｈ2，Ｈ2Ｏ及び空気；Ｈ2，Ｈ2Ｏ及び空気、の中の少なくとも１つの組合せとなる。この明細書で用いられるＷＣＴの燃料混合物は、次のどれかの組合せとして規定され、その組合せは、Ｏ2及びＨ2；Ｏ2，Ｈ2及びＮ2；Ｏ2，Ｈ2及びＡｒ；Ｏ2，Ｈ2及び空気；Ｏ2，Ｈ2及びＨ2Ｏ；Ｏ2，Ｈ2，Ｈ2Ｏ及びＮ2；Ｈ2，Ｈ2Ｏ，Ｎ2及びＡｒ；Ｏ2，Ｈ2，Ｈ2Ｏ及び空気；Ｈ2，Ｈ2Ｏ及び空気、である。
【０００６】
見出されたＷＣＴは、発電の方法、プロセス、システム及び装置に関するものである。４種類の発電の方法、プロセス、システム及び装置を見出した。第１は、燃焼機関の排気部に蒸気タービンを配置するもので、該蒸気タービンは、燃焼で生じる蒸気によって駆動され、前記蒸気タービンは発電機(この明細書の中で発電機という語は、オルタネータ又はダイナモのどちらかを規定するのに用いられる)となり、蒸気エネルギーの少なくとも一部は、電気エネルギーに変換される。第２は、燃焼機関の機械的出力部に発電機を配置するもので、そこで機械エネルギーが作り出されるか、又は機械エネルギーの一部が発電機によって電気エネルギーに変換される。第３は、タービンに空気及び／又は水の流れを集中させる物理的システムを組み入れるもので、タービンは、空気又は水を移動させることによって駆動され、該タービンは発電機を駆動して、電気エネルギーが作られる。第４は、光電池を利用するもので、電気エネルギーが作られる。
【０００７】
Ｈ2Ｏの電気分解によってＯ2とＨ2を生成するために、前記電気エネルギーの少なくとも一部を用いることを見出した。ダイナモが使用される場合、ダイナモのＤ／Ｃ電流の少なくとも一部が電気分解に用いられる。オルタネータが使用される場合、Ａ／ＣからＤ／Ｃへのコンバータが、交流の少なくとも一部を直流に変換して、電気分解に用いられる。さらにまた、前記電気分解で生成されたＯ2及び／又はＨ2の少なくとも一方を、ＷＣＴの燃料として利用することを見出した。
【０００８】
見出されたＷＣＴは、空気からＯ2を分離する方法、プロセス、システム及び装置に関するものである。３種類の方法、プロセス、システム及び装置を見出した。第１は、ＷＣＴから利用可能なエネルギーを利用してＯ2を分離し、深冷蒸留(cryogenic distillation)システムへ動力を供給するもので、空気は冷却され、Ｏ2とＮ2に蒸留される。第２は、メンブレン(膜)を利用し、空気を分離してＯ2を生成するもので、メンブレンは、有機(ポリマー)構造又は無機(セラミック)構造のどちらでもよい。第３は、圧力スイング吸着(Pressure Swing Adsorption：ＰＳＡ)を利用し、空気を分離してＯ2を生成するものである。空気のＯ2とＮ2への分離には、分離効率に多くの度合いがあり、この明細書で用いられるＯ2という用語は、Ｏ2濃度が４０％以上の高濃度Ｏ2、好ましくはＯ2濃度が８０％以上の純Ｏ2、最も好ましくはＯ2濃度が９０％以上の非常に純粋なＯ2を意味することは理解されるべきである。
【０００９】
見出されたＷＣＴは、さらにまた、金属触媒に関する方法、プロセス、システム及び装置に関するものであり、ＷＣＴで生成した蒸気は、触媒システムの一部として、Ｈ2と金属酸化物に変換される。前記Ｈ2の少なくとも一部が、ＷＣＴの燃料として使用されることをさらに見出した。この明細書で使用される金属触媒という用語は、周期表にある全ての金属又は金属の組合せを意味し、金属又は金属の組合せによって、蒸気又は水蒸気の中のＨ2Ｏは、対応する金属酸化物及びＨ2に変換される。
【背景技術】
【００１０】
人類は、何世紀にも亘って、多くの形態のエネルギー及び多くの輸送形態を提供してきた。現代の資本主義経済において、エネルギーの利用可能性は、家の暖房、電気の供給、照明、輸送動力、生産設備の動力など、経済機構にとって、文字どおりの「燃料」として重要である。エネルギーの利用可能性は、商品や人の輸送に特に重要である。１９世紀から２０世紀にかけて、人類は、化石燃料を、信頼性のある安価な燃料を開発して、輸送、工場稼働、発電、発熱などの多くの用途に使用してきた。２０世紀には、化石燃料の使用は著しく増加し、化石燃料の燃焼生成物が、空気や水質汚染の主な原因となるまでに至っている。
【００１１】
多くの化石燃料の燃焼システムの効率は４０％よりも低く、内燃機関の効率は２０％よりも低いことは理解され認識されなければならない。これらの効率の悪さは、燃焼の熱力学の直接の結果である。現在の燃焼システムは、エントロピーが著しく増加し、環境に対して、エントロピーとエンタルピーを放出する。これは、化石燃料の燃焼システムでは、環境に対して相当量のエントロピーとエンタルピーを放出することなく、温度を管理することが極めて困難だからである。これらの損失は、環境に対して排気ガス及び熱損失として表れる。要するに、熱力学の第１及び第２法則は、化石燃料の燃焼システムに対して責任がある。
【００１２】
炭化水素は、燃焼の燃料として、空気と共に使用されてきた。炭化水素は、ガソリン、ディーセル、重油、ジェット燃料及び灯油などの石油蒸留物、メタノール及びエタノールなどの発酵蒸留物、メタン、エタン、プロパン、ブタン、石炭及び木材などの天然物質が利用されてきた。化石燃料の燃焼は、自然と協同することはできない。化石燃料の生成は、自然の酸素−炭素サイクルに合わせて行われると考えられていた。
ＣnＨ2n+2＋(1.5ｎ＋1/2)Ｏ2→ｎＣＯ2＋(ｎ＋１)Ｈ2Ｏ＋エネルギー
より具体的には：
ガソリン(ｎ-オクタン) Ｃ8Ｈ18＋12-1/2Ｏ2→８ＣＯ2＋９Ｈ2Ｏ＋1,300 kcal
天然ガス(メタン) ＣＨ4＋２Ｏ2→ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ＋213 kcal
【００１３】
炭素(ＣＯｘ、ＣＯ及び／又はＣＯ2)は、化石燃料の燃焼によって生成される。森林伐採が進むにつれて、植物は、人間が作ったＣＯ2をＯ2に十分転換することができなくなっている。ＣＯは不完全燃焼の副産物であり、人間、動物、植物の全てに対して有毒である。さらに、地球温暖化は、地球の大気のＣＯｘの蓄積の結果によるものである。さらにまた、空気の燃焼は、窒素酸化物を生成し、Ｎ2の一部をＮＯｘ(ＮＯ、ＮＯ2及び／又はＮＯ3)へ変換する。ＮＯｘは、人類、動物、植物の全てに対して有毒である。ＮＯｘは、ＣＯ2をＯ2に変える自然の生化学的なプロセスである光合成を阻害することで知られている。ＮＯｘの生成は、吸熱反応であるので、燃焼効率を低下させる。さらに、ＮＯｘは、大気中のＯ2と反応して、オゾン(Ｏ3)を発生する。Ｏ3は、人類、動物、植物の全てに対して有害である。Ｏ3は、大気の上層部でのみ存在すべきであり、そこでは、Ｏ3は、Ｏ2から自然発生する。大気の上層部では、Ｏ3は、人類、動物、植物の全てに対して、太陽の有害な光線から保護する。液体や固体化石燃料は、もともと硫黄を汚染物質として含んでいる。燃焼すると、Ｓは、ＳＯｘ(ＳＯ2、ＳＯ3及び／又はＳＯ4)に酸化される。ＳＯｘは、人類、動物、植物の全てに対して有毒である。最後に、ＣＯｘ、ＮＯｘ及びＳＯｘは、空気中の水分と反応して、ＣＯｘ、ＮＯｘ及び／又はＳＯｘの酸を生成し、文字通り、地球に酸性雨を降らす。要するに、大気中のＣＯｘ、ＮＯｘ、ＳＯｘ又はＯ3は、人類、動物、植物の全てに悪影響を及ぼす。環境面で受け入れられる化石燃料の代替物は、自然と協調できる燃料システムであろう。そのような燃料システムは、ＣＯｘ、ＮＯｘ又はＳＯｘを生成しないシステムである。
【００１４】
炭化水素の燃焼に関係する環境問題と戦うために、機械的及び化学的に多くのことが行われてきた。例えば、政治的な要請及び／又は企業の支持により、産業設備には、高価な気体洗浄装置システムが装備される。その他にも、内燃機関は、エンジンの熱効率をもっと燃費よくしたり、環境に優しくなるように著しい改善がなされている。しかしながら、この改善でさえも、内燃機関の効率は約２０％程度、ガスタービンや蒸気タービンシステムの効率は約３０〜４０％程度にすぎない。
図２に示されるように、内燃機関の損失は、利用可能なエネルギー燃料値の割合として示され、１)排気部で約３５％、２)冷却時に約３５％、３)摩擦損失で約９％、４)燃焼性能不足では約１％にすぎず、エンジンに残される効率は約２０％である。
【００１５】
炭化水素燃料は、ＣＯｘ又はＮＯｘのどちらかの生成を最少に抑えるための添加剤を用いて改質されてきた。しかし、スクラバー、エンジン及び燃料の全てを改善したとしても、地球は、炭化水素燃焼システムから発生する人工の汚染物質の処理に苦しんでいる。環境問題に加えて、大量の石油炭化水素の入手可能性や依存性が、地政学的な問題となってきている。
【００１６】
空気とＨ2で作動する燃焼エンジンを作る試みは、これまでにも数多く行われてきた。それらの試みは、例えば、燃焼の高温性、高い燃焼温度でのＮＯｘ生成の増加、大量のＨ2の貯蔵容、運転コストなどの問題があった。Ｏ2とＨ2の燃焼は、２０００OＦよりも高温で行われるので、燃焼エンジンのこれまでの構造材料では使用不可能になる。また、Ｈ2は大気圧では気体である。Ｈ2は、温度が−４３０OＦ近くまで下がらないと液体にならない。それゆえ、Ｈ2の貯蔵設備は、高圧又は極低温又はその両方に耐えることができねばならない。そのような大量のＨ2の貯蔵設備は、経済的には非実用的である。
【００１７】
歴史的にも現在も、電気モータは、環境に優しいエネルギー源の解決手段であると考えられてきた。しかし、この考え方は、電気モータを駆動するのに必要な電気エネルギーを作り出し、貯蔵せねばならないという欠点がある。電気エネルギーは、１)炭化水素燃焼／蒸気発電プロセス、２)太陽光発電プロセス、３)水力発電プロセス、４)風力発電プロセス、５)原子力発電／蒸気発電プロセス、の何れかで作られる。太陽光発電は、環境に優しいが、多くの用途で、燃焼機関の代替となり得るほど信頼性がなく効率的でもない。水力(水車)発電プロセスは、環境に優しいが、地理的に限られたエネルギー源である。風力発電プロセスは、環境に優しいが、風力は、限られており、供給源として信頼性に欠ける。原子力発電／蒸気発電プロセスは、環境に優しいが、設備の安全性に関する問題があり、その適用は限られている。
【００１８】
電気自動車の場合、電気エネルギーコストや電気エネルギーの貯蔵が莫大であるため、その商業化は限られており、最適な条件下でも、短距離に制限されるか、又は内燃機関の補助が必要である。
【００１９】
以前から、Ｈ2と空気で作動する燃料電池を製造する試みは行われており、炭化水素と空気の場合と同様、有望な結果を示している。しかし、燃料電池の場合、出力比に対する資本投資は、従来の燃焼システムの場合の４００〜５００％である。さらにまた、輸送の点で、燃料電池は、内燃機関と同じ「感覚(feel)」という訳にはいかず、それが、燃料電池普及の問題となっている。内燃機関の動力の代替又は動力の低減に対するこれまでの試みは、市場の支持を得ることができず、失敗に終わっていた。自動車愛好家は、内燃機関の「感覚」やパワーを楽しみ、期待するようになってきている。
【００２０】
炭化水素以外の燃料で作動する燃焼機関の開発例として、米国特許第３,８８４,２６２号、第３,９８２,８７８号、第４,１６７,９１９号、第４,３０８,８４４号、第４,５９９,８６５号、第５,７７５,０９１号、第５,２９３,８５７号、第５,７８２,０８１号、第５,７７５,０９１号及び第６２９０１８４号を挙げることができる。これらの特許は、燃焼技術の改良に関するものであるが、そのような燃焼機関を商業化する上で問題がある。
【００２１】
Ｏ2を調製するのに多くの方法があるが、工業的に、空気をその構成成分に分離する方法は、深冷蒸留、膜分離及びＰＳＡの３種類である。
【００２２】
深冷蒸留システムの一部を構成する深冷処理(cryogenic refrigeration)を行なうのに多くの方法及びプロセスがある。当該分野で知られている深冷処理の方法及びプロセスとして、トーマス・エム．フリン著、デッカー出版による「深冷工学(クライオジェニックエンジニアリング)」がある。フリンによれば、深冷と液化は同じプロセスであるが、液化は、冷却された液体の一部を取り除くが、深冷では液体が全て再循環される点が異なる。
【００２３】
深冷と液化の方法及びプロセスは、図１に示されるように、同じ基本冷却原理に基づいている。
【００２４】
フリンが記載しているように、仕事(圧縮)、熱の放出、膨張及び熱の吸収からなる数少ない構成要素を組み合わせるのに多くの方法がある。当該分野には深冷処理について多くの方法及びプロセスがあり、その全ては低温液化(cryogenic liquefaction)にも適用できる。それらの冷却サイクルとして、例えば、ジュール・トンプソン、スターリング、ブレイトン、クロード、リンデ、ハンプソン、ポストル(Postle)、エリクソン、ジフォード−マクマホンやVuilleumierによるものを挙げることができる。フリンは、「これら少数の要素の組合せ方法の種類は、それらを行なう技術者と同じくらいある」と述べている(なお、当該分野で知られているように、およそ３５０Ｒの温度が得られるまで、Ｈ2は負のジュール・トンプソン係数であったことに留意することは重要である)。
【００２５】
空気をＯ2、ＡｒとＮ2に分離する従来の深冷空気蒸留プロセスは、一般的には、複圧力サイクル(dual pressure cycle)に基づいている。空気は、最初に圧縮され、次に冷却される。冷却方法として、１−液体の気化、２−ジュール・トンプソン効果(方法３で膨脹したときに最も優れた性能を示す)、３−先に冷却された高温生成物の流れ又は外部から冷却された高温生成物の流れとの対向流熱交換、４−外的仕事を行なうエンジンの中での気体の膨張の４種類の方法があり、冷却は前記４つの方法のうちのどれかの方法によって行われる。冷却され、圧縮された空気は、通常、２つの分留ゾーンへ導入される。第１の分留ゾーンは、低圧の第２分留ゾーンと熱的にリンクされる。２つのゾーンが熱的にリンクされているので、第１ゾーンのコンデンサーが第２ゾーンを再沸騰させる。空気は、第１ゾーンで部分的な蒸留が行われ、略純粋なＮ2留分と、Ｏ2が多い液体留分が生成される。Ｏ2が多い留分は、第２分留ゾーンへ送られる中間供給物である。略純粋な液体Ｎ2は、第１分留ゾーンから第２分留ゾーンの頂部へ還流される。第２分留ゾーンでの分離が完了すると、略純粋なＯ2はゾーンの底部から生成され、略純粋なＮ2は頂部から生成される。従来のプロセスでＡｒが生成されるとき、第３の分留ゾーンが用いられる。このゾーンへの供給物は、第２分留ゾーンの中間位置から取り出されたＡｒ量の多い蒸気留分である。この第３ゾーンの圧力の大きさは、第２ゾーンの圧力と同じオーダである。第３分留ゾーンにおいて、供給物は、頂部から取り出されたＡｒリッチの流れと、第３分留ゾーンの底部から取り出されて第２分留ゾーンの中間位置に導入された液体の流れの中に合流して精留される。第３分留ゾーンへの還流は、頂部に配置されたコンデンサーによって行われる。このコンデンサーの中で、Ａｒリッチの蒸気は、他方の流れ(一般的には、第１分留ゾーンからのＯ2リッチ留分)との熱交換によって凝縮される。Ｏ2リッチの流れは、次に、部分的に気化された状態で、第２分留ゾーンの中間位置に入る。この中間位置は、第３分留ゾーンへの供給物が取り出される位置よりも上方にある。
【００２６】
３元混合物である空気のＮ2、Ｏ2及びＡｒへの蒸留は、２種類の２成分系蒸留と考えることができる。第１の２成分系蒸留は、高沸点のＯ2と、中間沸点のＡｒとの分離である。他方の２成分系蒸留は、中間沸点のＡｒと、低沸点のＮ2との分離である。これらの２つの２成分系蒸留のうち、前者は、後者よりも多くの還流及び／又は理論トレーを必要とするので、より困難である。ＡｒとＯ2の分離の主たる作用は、第３分留ゾーンと、第３ゾーンへの供給物が取り出される位置より下方の第２分留ゾーンの底部で行われる。Ｎ2とＡｒの分離の主たる作用は、第３分留ゾーンへの供給物が取り出される位置より上方の第２分留ゾーンの上部で行われる。
【００２７】
蒸留の容易性はまた、圧力に依存する。両方の２成分系分離は、高圧ではより困難になる。この事実は、従来の配置の場合、第２及び第３の分留ゾーンの最適運転圧力が、１気圧という最小圧力又はその近傍にある近くであるということで裏付けられる。従来の配置では、主にＡｒ−Ｏ2の分離困難性が増すために、運転圧力が１気圧より高くなるので、生成物の回収は、実質的に減少する。しかしながら、他の点で、高圧処理は魅力的である。蒸留カラムの直径及び熱交換器の断面積は、蒸気密度の増加によって減少させることができる。高圧生成物は、圧縮装置の設備コストの実質的な低減をもたらすことができる。空気分離プロセスを動力発生用ガスタービンと一体化させることが所望される場合がある。これらの場合には、空気分離プロセスを高圧で運転することが要求される。第１分留ゾーンへの空気の供給は、約１０〜２０絶対気圧の高圧で行われる。これにより、第２及び第３の分留ゾーンの運転圧力は約３〜６絶対気圧になる。従来の配置の場合、これらの圧力で運転を行なうと、前述のとおり、圧力が分離の容易性に影響を及ぼすため、生成物の回収量は極めて少なくなる。
【００２８】
この明細書で用いられる用語について説明すると、「間接熱交換」という語は、２種類の流体の流れが、互いに物理的接触することなく、又は流体が混合することなく、熱交換が行われることを意味する。「空気」という語は、主として、Ｎ2、Ｏ2及びＡｒから成る混合物を意味する。「上部」という語はカラムの中間位置よりも上方のカラムの部分を意味し、「下部」という語はカラムの中間位置よりも下方のカラムの部分を意味する。「トレー」という語は、接触ステージ(必ずしも平衡ステージではない)を意味し、一つのトレーと同等の分離能力を有するパッキング(packing)の様な他の接触装置をも意味する。「平衡ステージ」という語は、蒸気−液体の接触ステージを意味し、ステージを離れる蒸気と液体が大量移動平衡状態にあり、例えば、トレーの効率は１００％であるか又はパッキング要素は１理論段相当高さ(ＨＥＴＰ)である。「頂部コンデンサー」という語は、カラム頂部の蒸気から下向きに流れる液体を発生させる熱交換器を意味する。「底部リボイラー」という語は、カラムの底部液体から上向きに流れる蒸気を発生させる熱交換器を意味する(なお、底部リボイラーは、物理的には、カラムの内部又は外部のどちらでもよい。底部リボイラーがカラムの内部にあるとき、底部リボイラーは、最下位置のトレーよりも下方のカラムの部分、つまりカラムの平衡ステージを含む)。
【００２９】
空気のＯ2とＮ2への深冷蒸留はこれら基本的な２原子気体を生成するのに最も経済的な移行経路であることは化学産業では広く知られているが、この産業プロセスを、Ｏ2とＮ2と共にＨ2を蒸留し、Ｈ2を用いてＯ2の燃焼燃料に利用することや、Ｈ2とＯ2の燃焼エネルギーを利用して、空気の深冷蒸留の動力に利用することは提案されたことはなかった。これまで、空気をその構成要素に分離するために行われていた技術については、米国特許第４,１１２,８７５号、第５,２４５,８３２号、第５,９７６,２７３号、第６,０４８,５０９号、第６,０８２,１３６号、第６,２９８,６６８号、第６,３３３,４４５号を参照することができる。
【００３０】
また、メンブレン(膜)を用いて空気を分離することも多くの産業で広く知られている。当該分野において、メンブレンは一般的に、有機質高分子と無機材料の２つのタイプが知られている。これらの膜分離プロセスは、電気的に導電性を有するように作られた膜に電位を印加することによって改善される。これらのプロセスの多くは、広く知られ確立されたものであるが、Ｏ2の燃焼燃料にＨ2を利用したり、空気分離のための動力用としてＨ2とＯ2の燃焼エネルギーを利用することは提案されたことがなかった。これまで、メンブレンを用いて空気をその構成要素に分離するために行われていた技術については、米国特許第５,５９９,３８３号、第５,８２０,６５４号、第６,２７７,４８３号、第６,２８９,８８４号、第６,２９８,６６４号、第６,３１５,８１４号、第６,３２１,９１５号、第６,３２５,２１８号、第６,３４０,３８１号、第６,３５７,６０１号、第６,３６０,５２４号、第６,３６１,５８２号、第６,３６１,５８３号及び第６,３７２,０２０号を参照することができる。
【００３１】
ＰＳＡを用いて空気をＯ2とＮ2に分離することも知られている。しかしながら、Ｏ2の燃焼燃料にＨ2を利用したり、空気のＰＳＡ分離のための動力用としてＨ2とＯ2の燃焼エネルギーを利用することは提案されたことがなかった。これまで、ＰＳＡを用いて空気をその構成要素に分離するために行われていた技術については、米国特許第３,１４０,９３１号、第３,１４０,９３２号、第３,１４０,９３３号、第３,３１３,０９１号、第４,４８１,０１８号、第４,５５７,７３６号、第４,８５９,２１７号、第５,４６４,４６７号、第６,１８３,７０９号及び第６,２８４,２０１号を参照することができる。
【００３２】
本発明は、Ｈ2Ｏを、燃料として、また燃焼生成物として提供するものである。本発明は、新規なエネルギーを再利用する方法、プロセス、システム及び装置を提供するもので、水を燃焼生成物、エネルギー導管及びエネルギー貯蔵媒体として利用することによって燃焼効率が向上する。炭化水素燃焼に固有のエネルギー損失は、回収することができない。炭化水素の燃焼については、失われた排気エネルギー、熱エネルギー又は機械エネルギーを回収する実際的な方法はない。
【００３３】
ＷＣＴによる水生成物の物理的状態が蒸気であるから、見出されたＷＣＴは、蒸気からＨ2を生成する化学的な方法、プロセス、システム及び装置に関するものである。これまで、この分野では、精油所や発電所の排ガスに焦点が当てられていた。それゆえ、Ｈ2ＯをＨ2に戻して分離することを取り扱ったものはなかった。これまで、内燃機関による炭化水素燃焼の生成物を利用するために行われていた技術については、米国特許第４,００３,３４３号を参照することができる。腐食については、腐食の促進ではなく腐食を防止する方向にあり、米国特許第６,３１５,８７６号、第６,３２０,３９５号、第６,３３１,２４３号、第６,３４６,１８８号、第６,３４８,１４３号及び第６,３５８,３９７号を参照することができる。
【００３４】
見出されたＷＣＴは、Ｈ2ＯをＯ2とＨ2に化学的に変化させる電気分解方法、プロセス、システム及び装置に関するものである。電気分解技術の改良が行われ、電気分解を燃焼機関に一体化し、炭化水素燃料を電気分解によって生成されるＨ2で補充する試みも数多くなされているが、燃焼機関の燃料として、Ｏ2とＨ2の実質的な供給源として電気分解を利用することを取り扱ったものはなかった。これまでの電気分解において、燃焼システムに関する電気分解については、米国特許第６,３３６,４３０号、第６,３３８,７８６号、第６,３６１,８９３号、第６,３６５,０２６号、第６,６３５,０３２号及び第４,００３,０３５号を参照することができる。
【００３５】
見出されたＷＣＴは、電気の生成に関するものである。例えば、発電機のように、機械駆動による電気発生装置の電気エネルギーは、ＷＣＴの燃料によって生成される。さらにまた、蒸気で駆動される発電機の蒸気エネルギーは、ＷＣＴの燃料によって生成される。さらに、ＷＣＴエンジンの排気蒸気エネルギーによって、蒸気タービンが駆動すると、発電機が駆動して電流が発生する。さらに、前述の排ガス、Ｈ2Ｏは、環境設備を最小限に抑える。見出されたＷＣＴは、燃焼タービンを提供するもので、排ガスは、全部でないにしても少なくとも主にＨ2Ｏである。蒸気タービンの設計に関する技術も数多く行われているが、どの場合も、蒸気タービンの蒸気は、熱伝達によって発生し、その熱伝達の熱は、核分裂又は炭化水素の燃焼によって作られる。蒸気タービンを燃焼機関の直接の排気に利用するという概念又は燃焼機関内でエネルギーを再利用すること、特にＨ2ＯをＯ2とＨ2に電気分解で変換するための電気を作ることは、新しくかつ新規である。これまでの蒸気タービンの発電技術やエンジン排気タービン技術については、米国特許第６,１００,６００号、第６,３０５,９０１号、第６,３３２,７５４号、第６,３４１,９４１号、第６,３４５,９５２号、第４,００３,０３５号、第６,２９８,６５１号、第６,３５４,７９８号、第６,３５７,２３５号、第６,３５８,００４号及び第６,３６３,７１０号を参照することができる。
【００３６】
見出されたＷＣＴは、空気や水で駆動されるタービンで電気を作る技術に関するものである。空気又は水で駆動されるタービンによる発電技術は、見出されたＷＣＴを利用した燃焼システムに適用することができ、そこには、空気及び／又は水を移動させる信頼性の高い源がある。空気の移動源又は水の移動源は、Ｈ2Ｏの電気分解に燃料を供給するための優れた発電の供給源となることができ、見出されたＷＣＴに燃料を供給するために前記電気分解を使用するという概念と、見出されたＷＣＴに燃料を供給するための前記電気分解に動力にする風車や水車を使用するという概念は、どちらも新規である。これまでの風力発電に関する技術として、米国特許第３,９９５,９７２号、第４,０２４,４０９号、第５,７０９,４１９号、第６,１３２,１７２号、第６,１５３,９４４号、第６,２２４,３３８号、第６,２３２,６７３号、第６,２３９,５０６号、第６,２４７,８９７号、第６,２７０,３０８号、第６,２７３,６８０号、第２９３,８３５号、第２９４,８４４号、第６,３０２,６５２号、第６,３２３,５７２号及び第６,６３５,９８１号を参照することができる。
【００３７】
見出されたＷＣＴは、光起電力で電気を作る方法、プロセス、システム及び装置に関するものであり、前記電気は、Ｈ2とＯ2のうち一方又は両方を作るのに用いられ、Ｈ2及び／又はＯ2は前記ＷＣＴにおいて燃料として用いられる。光起電力による電気の生成には、当該分野で知られている数多くの方法、プロセス、システム及び装置がある。Ｈ2Ｏを電気分解でＨ2とＯ2へ分離するための電気を作るのに、光電池を使用した数多くの方法、システム及びプロセスがあり、そこでは、Ｈ2は燃料電池に使われている。Ｈ2の生成に関するこれまでの光電池の技術として、米国特許第５,７９７,９９７号、第５,９００,３３０号、第５,９８６,２０６号、第６,０７５,２０３号、第６,１２８,９０３号、第６,１６６,３９７号、第６,１７２,２９６号、第６,２１１,６４３号、第６,２１４,６３６号、第６,２７９,３２１号、第６,３７２,９７８号、第６,４５９,２３１号、第６,４７１,８３４号、第６,４８９,５５３号、第６,５０３,６４８号、第６,５０８,９２９号、第６,５１５,２１９号及び第６,５１５,２８３号を参照することができる。しかしながら、これまで、前記ＷＣＴと共に光電池を用いることを記載又は示唆したものはない。
【００３８】
見出されたＷＣＴは、水に適用した場合の腐食、スケール及び堆積を制御する方法に関するものである。１９８０年６月２４日にイイらに発行された米国特許第４,２０９,３９８号は、スケールの生成を抑え、水との接触面での堆積を抑えると共に、表面の腐食を最小限にするために水処理プロセスを開示している。そのプロセスは、有効量の水溶性ポリマーを水の中で混合することを含んでおり、エチレン不飽和結合及び少なくとも一部が改質された１又は複数のカルボキシルラジカルを有するモノマーに由来する構造単位と、１又は複数の腐食阻害化合物とを含んでおり、前記化合物は、無機リン酸とその水溶性塩、すなわちリン酸とその水溶性塩、有機リン酸とその水溶性塩、有機リン酸エステルとその水溶性塩及び水中の多価金属イオンに溶解可能な多価金属塩、から成る群から選択される。イイ特許には、電気分解又は燃焼のシステムについての記載又は提案はない。
【００３９】
１９８４年４月１０日にオリアリーらに発行された米国特許第４,４４２,００９号は、ボイラー水の中に含まれる水溶性カルシウム、マグネシウム及び鉄不純物から形成されるスケールを制御する方法を開示している。その方法は、水に、キレート及びその水溶性塩、水溶性リン酸塩及び水溶性ポリメタクリル酸若しくはその水溶性塩を添加することを含んでいる。しかしながら、オリアリー特許には、電気分解又は燃焼のシステムについての記載又は提案はない。
【００４０】
１９８６年１２月２３日にクイシア(Cuisia)らに発行された米国特許第４,６３１,１３１号には、水蒸気発生ボイラーシステムのスケールの形成を抑制する方法が開示されている。前記方法は、ボイラーシステムの水の中に、スケール発生を抑えることのできる量の組成物を加えることを本質的に含む化学処理であり、前記組成物は、マレイン酸及びアルキルスルホン酸又はその水溶性塩、ヒドロキシルエチリデネル、１−ジホスフィック酸又はその水溶性塩及び水溶性リン酸ナトリウム硬度析出剤の共重合体から成る。しかしながら、クイシア特許には、電気分解又は燃焼のシステムについての記載又は提案はない。
【００４１】
１９８７年２月３日にペルシンスキー(Persinsuki)らに発行された米国特許第４,６４０,７９３号は、水システムにおけるスケールや腐食を抑制する混合物、及びその使用を提供するもので、(a)平均分子量が25,000よりも少なく、不飽和カルボン酸と不飽和スルホン酸又はそれらの塩の比が１：20乃至20：１の水溶性ポリマー、及び(b)水溶性のポリカルボン酸塩、ホスホン酸塩、リン酸塩、ポリリン酸塩、金属塩及びスルホン酸塩から成る群から選択される少なくとも１種の化合物から成る。ペルシンスキー特許は、スケールや腐食を防ぐ化学的化合物を開示しているが、ペルシンスキー特許は、電気分解又は燃焼を扱っていない。
【発明の開示】
【００４２】
＜発明の要旨＞
本発明の第１の目的は、環境に優しく、効果的、効率的で経済的に実現可能な燃焼方法、プロセス、システム及び装置を工夫することである。
本発明の他の目的は、環境に優しく、効果的、効率的で経済的に実現可能な、内燃機関の燃焼方法、プロセス、システム及び装置を工夫することである。
本発明の他の目的は、環境に優しく、効果的、効率的で経済的に実現可能な、電気エネルギー生成の燃焼方法、プロセス、システム及び装置を工夫することである。
本発明の他の目的は、効果的、効率的で経済的に実現可能な、炭素酸化物を生成しない燃焼方法、プロセス、システム及び装置を工夫することである。
【００４３】
本発明の他の目的は、効果的、効率的で経済的に実現可能な、窒素酸化物の生成を最小限に抑えることのできる燃焼方法、プロセス、システム及び装置を工夫することである。
本発明の他の目的は、環境に優しく、効果的で効率的な燃焼方法、プロセス、システム及び装置について、効果的、効率的で経済的に実現可能な燃料システムを工夫することである。
【００４４】
本発明の他の目的は、環境に優しく、効果的で効率的な内燃機関について、効果的、効率的で経済的に実現可能な燃料供給方法、プロセス、システム及び装置を工夫することである。
本発明の他の目的は、環境に優しく、効果的で効率的な電力生産を行なうことについて、効果的、効率的で経済的に実現可能な燃料供給方法、プロセス、システム及び装置を工夫することである。
本発明の他の目的は、環境に優しく、効果的で効率的な熱発生を行なうことについて、効果的、効率的で経済的に実現可能な燃料供給方法、プロセス、システム及び装置を工夫することである。
本発明の他の目的は、効果的、効率的で経済的に実現可能な燃焼方法、プロセス、システム及び装置を工夫することであり、水素及び酸素、又は水素及び空気、又は水素及び酸素及び空気を含み、燃焼温度は、燃焼中に水を加えることによって制御されるので、燃焼エンジンに経済的な構造材料を用いることができる。
【００４５】
本発明の他の目的は、燃焼効率を向上させるために、効果的、効率的で経済的に実現可能な方法、プロセス、システム及び装置を工夫することである。
本発明の他の目的は、燃焼から利用可能なエネルギーを利用して、水を酸素及び／又は水素に転換するために、効果的、効率的で経済的に実現可能な電気分解の方法、プロセス、システム及び装置を工夫することである。
本発明の他の目的は、流れを水素に転換するために、効果的、効率的で経済的に実現可能な触媒方法、プロセス、システム及び装置を工夫することであり、前記流れは、酸素、水素及び水；酸素、水素、水及び窒素；酸素、水素、水及び空気；水素、水及び空気、のうち、少なくとも１つの組合せによって燃料供給される燃焼エンジンによって生成される。
本発明のさらなる目的と利点は、その一部は下記に説明されるが、それ以外にも、その説明から自明なものもあり、また発明の実施によって明らかになるものもあるであろう。
【００４６】
化石燃料の燃焼エネルギーを越えるエネルギーを作るために改良された環境に優しいプロセスは、地球の自然が取り除いたり、転換せねばならないような生成物を生成しないプロセスである。本発明のＷＣＴは、そのような課題を実行できる生成物、すなわちＨ2Ｏを提案するものである。水は、Ｏ2とＨ2の燃焼によって作られる。Ｏ2を生成する公知の方法として、空気の液化(深冷蒸留)；空気の膜分離、空気の圧力スイング吸着(ＰＳＡ)及びＨ2Ｏの電気分解がある。これらのどのプロセスも環境に優しい。さらにまた、Ｈ2は、ほぼ全ての化合物及び組成物の中に存在し、この世で最も豊富な成分である。アルコール、石油、石炭及びガソリン精製所でＨ2を生成するように改造することは、景気拡大を促し、さらには、大気汚染の責任を精製環境に集中して管理することが可能になる。
【００４７】
これまでの燃焼エンジンは、輸送、発電、熱発生などの用途に関するものであり、本発明のＷＣＴは、従来の燃焼エンジンよりも遙かに効率的にエネルギーを管理することができる。これは、特に、内燃機関に関する場合である。内燃機関は、燃焼エンジンと同様、一般的には、燃焼エネルギーのおよそ６０〜８５％は、エンジンの熱損失、エンジン排ガス及び未使用の機械エネルギーである。本発明は、損失エネルギーを電気エネルギーに変換し、該電気エネルギーを化学ポテンシャルエネルギーに変換することにより、エネルギー損失の相当部分を回収することができる。
【００４８】
本発明のＷＣＴは、エネルギーを作るための燃焼方法、プロセス、システム及び装置のエネルギー源として、Ｈ2とＯ2の燃焼のエネルギーを利用する。Ｏ2とＨ2の燃焼生成物は、Ｈ2Ｏである。この燃焼反応は、炭化水素の燃焼と幾分似ているが、炭素はその反応から取り除かれ、Ｎ2の一部又は全部がその反応から取り除かれる。要するに、ＷＣＴは、Ｃ、Ｎ及び／又はＳの燃焼と関連する環境問題を解消するものである。
２Ｈ2＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏ＋１３７ Kcal
６８.５kcal/moleでは、Ｈ2は１ポンド当たり３４kcalのエネルギー価をもつ。これは、１３００kcal/moleで１ポンド当たり１１kcalのｎ−オクタン及び２１３kcal/moleで１ポンド当たり１３kcalのメタンと比べてすぐれている。
【００４９】
Ｈ2Ｏは環境に優しい燃焼生成物であるが、Ｈ2とＯ2の燃焼温度は高いので、多くの燃焼システム材料に不都合がある。また、特に内燃機関の場合、エンジンの構造費用を最小限に抑えるために、従来の構造材料を使うことができれば、新しい燃焼システムの実現は、非常に容易になるであろう。本発明は、Ｈ2とＯ2の燃焼温度を制御するための好ましい実施例としてＨ2Ｏを利用するものである。Ｈ2Ｏは、固体(氷の粒子)、液体(水蒸気)及び気体(蒸気)の３形態がある。もし、Ｈ2Ｏが固体の形態であるなら、燃焼温度は、固体Ｈ2Ｏの熱容量、Ｈ2Ｏの昇華エネルギー、Ｈ2Ｏ蒸気の熱容量、Ｈ2Ｏの蒸気潜熱及び蒸気の熱容量によって制御されるだろう。もし、Ｈ2Ｏが液体の形態であるなら、燃焼温度は、液体Ｈ2Ｏの熱容量、Ｈ2Ｏの気化潜熱及び蒸気の熱容量によって制御されるだろう。もし、Ｈ2Ｏが気体であるなら、温度は、蒸気の熱容量によって制御されるだろう。
【００５０】
これまで、空気は燃焼酸化剤(空気中のＯ2)として使用されてきたが、空気中にＮ2及び／又はＡｒを含有しない場合、又はＮ2及び／又はＡｒの含有量が微量の場合は、Ｈ2とＯ2の燃焼の燃焼エネルギー出力は、３００％以上改善される。本発明のこの特徴は、Ｏ2約２０％、Ｎ2約７８％の空気を酸化剤に利用する燃焼システムと、純度の極めて高いＯ2を酸化剤として利用する燃焼システムを比較すると容易に理解される。窒素は、吸熱反応で燃焼温度を低下させるが、ＮＯｘを生成するので、汚染をもたらし、エンジン効率も低下させる。空気は約７８％がＮ2なので、これまでの燃焼機関では、燃焼混合物の約７８％近くが、燃焼中、エネルギーを全く提供せず、実際には、燃焼のエネルギー出力を低下させる。空気中のＮ2は燃焼温度を低い温度に維持するから、排ガス温度は約１０００OＦ以下となるので、燃焼温度は、従来のエンジン構造材料に有害とならない。Ｈ2ＯをＯ2／Ｈ2燃料混合物へ加えると、等温燃焼に近くなり、燃焼温度の冷却過程で蒸気を生成するので、燃焼熱エネルギーは、簡単にリサイクルされるエネルギー形態に転換される。Ｎ2を含有すると、エネルギーをリサイクルすることはできない。同じことは、Ａｒにもあてはまる。
【００５１】
燃焼科学では容易に理解されていることであるが、燃焼の開始には、燃料、熱及び発火の３つの要素が必要である。燃料源(Ｈ2とＯ2)と発火が一定であると仮定すると、燃焼混合物へ水が添加された方法及びプロセスは、燃焼温度を制限し、燃焼エンジンの構造材料のコストを最少限に抑え、燃焼が開始できるように十分な高い燃焼温度を維持することができる。燃焼室へＨ2を添加すると、燃焼が維持され、また燃焼温度が制御される。エンジン形態、燃焼室構造及び構成材料が変わると、Ｈ2Ｏの燃焼室への添加は、燃焼温度の制限範囲内に制限される。
【００５２】
本発明のＷＣＴは、Ｈ2Ｏを、エネルギー貯蔵媒体、燃焼生成物、冷却剤及びエネルギー伝達管及び／またはその任意の組合せの中の少なくとも１つに利用するものである。本発明のこの特徴の重要性は、熱力学法則によって理解され得る。熱力学の第１法則により、システム及び該システム上でなされた仕事に加えられた熱は、位置及び運動エネルギーの変化並びに内部エネルギーの変化に等しい。本発明によるそれ以外の損失エネルギーを再利用すると、内部エネルギーと位置エネルギーの両方が増加し、これにより、燃焼システムの効率が上昇する。熱力学の第２法則により、内部エネルギーの変化は、そのシステムで行われた仕事を引いたエントロピー(特定の温度で)の変化に等しい。本発明は、他の損失エントロピーを再利用することによってエントロピーの変化を著しく減少させると共に、他の損失エンタルピーを再利用された排エンタルピー／エントロピーに集中させるので、本発明は、内部エネルギーを著しく増加させることにより、効率は著しく向上する。ＷＣＴは、熱力学の第１及び第２法則を長所として利用する。これに対し、炭化水素の燃焼技術では、熱力学の第１及び第２法則は短所である。さらに、燃焼室の中でＨ2Ｏを使用すると、理論上、等温燃焼に近づく。
【００５３】
本発明は、Ｈ2ＯをＯ2とＨ2に転換させるために、電気的移行経路と化学的移行経路を利用するもので、これら経路の電気エネルギーは、エンジン冷却、排ガスエネルギー、燃焼出力の機械エネルギー、光エネルギー、及び空気又は水の運動エネルギーのうちの少なくとも１つから得られる。多くの燃焼機関(特に内燃機関)の効率は、約２０％程度にすぎないのに対し、本発明のＷＣＴは、燃焼効率を著しく向上させる。利用可能なＨ2燃料の変換効率は炭化水素の変換効率に近いと仮定し、新たなＨ2に対するソース値が１００％であり、空気のＯ2、Ｎ2及びＡｒへの分離効率は、約２０％であると仮定すると、本発明の方法、プロセス、システム及び装置は、燃焼エンジンの効率を約４０〜７０％向上させ、内燃機関の効率を約５０％向上させることができる。理論的には、空気のＯ2、Ｎ2及びＡｒへの分離効率に応じて、燃焼効率をさらに向上させることができる。本発明のＷＣＴの効率の理論上の限界は、蒸気、機械、光、風、水車のエネルギーから電気への変換の効率限界と、Ｈ2Ｏの電気分解でＨ2とＯ2への変換で摩擦損失を引いた効率限界を組み合わせた限界に略近くなる。この理論上の限界は、本発明の燃焼の方法、プロセス、システム及び装置の場合では、約７０−８０％である。(なお、興味深い状況として、エンジンが駆動していないとき、水から燃料を作ることにより、光電池は、内部エネルギーを増加させる。このシナリオでは、エンジンは、燃料を一切使用することなく、燃料を増加させ、効率は無限である。)
【００５４】
本発明のＷＣＴは、Ｏ2とＨ2の燃焼と、空気からＯ2とＮ2を分離する方法、プロセス、システム及び装置を提供するものである。分離には３種類の方法がある。第１の方法は、深冷蒸留プロセスを利用して空気を分離するもので、空気を圧縮し、冷却し、蒸留して、空気をＯ2とＮ2に分離する。第２の方法は、空気をメンブレン(膜)を利用して分離するもので、膜は、有機ポリマー構造又は無機構造のどちらでもよい。第３の方法は、空気を圧力スイング吸着(ＰＳＡ)を利用して分離する。ＰＳＡを利用する場合、Ｏ2を吸着することが好ましいが、実際には、Ｎ2が吸着される。分離されたＯ２は、これらの中の少なくとも１つの方法によって生成され、燃焼システムにおいて燃料として使用されるのが好ましい。
【００５５】
深冷蒸留
化学産業において、空気をＯ2とＮ2へ分離する深冷蒸留は、これらの基本２原子気体を生成するための通常の移行経路である。しかしながら、このプロセスを、Ｈ2蒸留と共に利用して、Ｏ2とＨ2の燃焼用に燃料供給し、及び／又は、Ｏ2とＨ2の燃焼エネルギーを利用することは、これまで提案されておらず、新規である。さらに、空気をＯ2とＮ2に分離するための産業上のプロセスは殆ど全てが、Ｎ2、又はＮ2及びＡｒを産業生成物として利用する。本発明のＷＣＴの場合、蒸留されたＮ2及び／又はＡｒは、主にヒートシンクとして利用される。このヒートシンクは、好適には、Ｏ2又はＨ2の貯蔵室(storage)を冷却すること、深冷蒸留を促進すること、冷却(refrigeration)を行なうこと、環境クーリングを行なうことの少なくとも１つを実行するのに用いられるのが好ましい。内燃機関の場合、ヒートシンクは、好適には、エンジンの冷却水冷却システム(代表的にはファンで冷却されるラジエータ）及び／又は乗客冷却用(エアコンディショナー)システムのコンプレッサーに代えて使用される。本発明はまた、Ａｒの蒸留は、燃焼効率の改善以外は重要でないことを提案するものである。Ａｒを分離するための分留カラムの追加は、設備投資−回収効率の分析に基づいて検討されるべきである。
【００５６】
膜分離
膜分離は、深冷蒸留より遙かに簡単である。しかし、窒素を、ヒートシンクとして利用できない。膜分離プロセスをを利用する場合、エンジン及びあらゆる乗客又は環境冷却用として利用できる別個の冷却システムが必要となるであろう。
ＰＳＡ
ＰＳＡ分離は、深冷蒸留よりも簡単であるが、膜分離よりは複雑である。ＰＳＡは、膜分離と同じ欠点がある。Ｎ2はヒートシンクとして利用することができない。ＰＳＡ分離プロセスを利用する場合、エンジン及びあらゆる乗客又は環境冷却用として利用できる別個の冷却システムが必要となるであろう。
【００５７】
蒸気は、燃焼から生成される水の物理的状態であり、本発明のＷＣＴは、蒸気からＨ2を生成する化学的方法、プロセス、システム及び装置に関するものである。本発明は、通常は有害と考えられるプロセスを利用して蒸気をＨ2に転換させるものである。本発明は、化学的に蒸気をＨ2に転換するために腐食を利用する。腐食は、Ｏ2を利用して、金属をその金属酸化物に転換するものであり、一方ではＨ2を放出する。金属酸化物は、その金属部分よりも強度、耐久性及び光沢(luster)において劣るので、これまでは有害と考えられてきた。酸化剤としての水との腐食の場合、一般的な化学反応は次の式で示される。
【数１】
2005522629.tif 000003
上記式中、Ｍは、周期表の任意の金属又は金属の組合せであり、ｅＶは、起電力電位(electromotive potential)である。金属を腐食から保護する方法の多くは、腐食の起電力電位の管理を行なうことをベースにしている。そのような方法の１つに、カソードの保護がある。カソード保護の場合、その金属の腐食の起電力電位と反対の起電力電位を発生させることによって金属を腐食から保護する。これまでのカソード保護の方法は、腐食を防ぐために使用されているが、本発明では、アノード電位を作ることによって腐食を促進することを提案するものである。本発明では、ＷＣＴの排ガス(蒸気)の中に、触媒の犠牲金属を入れることを提案するもので、単体金属又は複数金属組成物の腐食を促進し、蒸気の少なくとも一部を水素ね変換するのに、アノード電位が好適に用いられる(起電力電位に関しては、CRC PressによるHandbook of Chemistry and Physicsを参照することができる)。
【００５８】
本発明のＷＣＴは、Ｈ2ＯをＯ2及びＨ2に電気化学的に転換するための電気分解方法、プロセス、システム及び装置に関するものである。工学的環境が最も良好な場合、Ｈ2ＯをＯ2とＨ2に転換する電気分解に必要な電気エネルギーは、Ｏ2とＨ2の燃焼によって得られるエネルギーより大きいだろう。しかしながら、電気分解の場合、電気分解以外の方法では失われるエネルギーを回収することができるので、解燃焼効率の著しい向上が可能となる。回収される電気エネルギーが、燃焼の蒸気の場合でも、機械エネルギーの転換、蒸気エネルギーの転換、光エネルギーの転換、風エネルギーの転換又は水車エネルギーの転換の中の何れかの転換の場合でも、転換設備の資本コストが一旦整うと、エネルギー転換のコストは、設備維持費用に限定される。本発明は、機械エネルギー、蒸気エネルギー、空気(風)又は水力エネルギー及び光(太陽)エネルギーの４種類の電気エネルギー転換を利用できることを見出した。
【００５９】
電気分解は、非常に僅かなエネルギー転換コストで、Ｈ2Ｏから燃料を作ることができるので、燃焼システム全体の燃料効率が向上する。電気分解によってＨ2Ｏを燃料源に変換する最もすぐれた適用例として、内燃機関がある。内燃機関は、一旦作動すると、通常は約５００〜６０００ｒｐｍで回転するが、特別な工学的状況では、約１０,０００〜２０,０００ｒｐｍで回転することもある。燃焼機関が作動する状況の多くは、発電機が、ドライブシャフト上に配置されるか、又はトランスミッション装置によって起動しドライブシャフトによって駆動され、燃焼エンジンの機械的エネルギーによって回転して、電気分解によってＨ2ＯをＯ2とＨ2に転換するための電流が生成される。また、燃焼システムの燃焼温度を制御するためにＨ2Ｏが利用されることは、蒸気駆動タービン発電機が、電気を作るために、ＷＣＴの排気流の中でさら利用されることと同じことである。電気は、Ｈ2ＯをＯ2とＨ2に電気分解するのに使用される。特に発電のためにＷＣＴを使用する場合、余分の電気は多くないだろう。機械駆動発電機又は蒸気駆動発電機の資本コストが一旦整えられると、機械又は蒸気エネルギーの電気への転換コストは設備維持費用に限定される。コストで有利なこのシナリオは、光起動性システムだけでなく、空気(風)又は水力発電にもあてはまるだろう。
【００６０】
本発明は、燃焼の騒音を少なくするために使用される技術として既知のマフラー(消音器)技術の適用に関するものである。内燃機関の場合、マフラーは燃焼によって発生する騒音を制限するために取り付けられる。マフラーは、燃焼機関の騒音や空気振動を制御できるように設計されるが、現在のマフラーの場合、利用可能な燃焼排気エネルギーを無駄にしている。電流を作るために、燃焼機関の排気流に蒸気タービンを設置することが好ましい。蒸気タービンは、燃焼の空気振動を吸収することが好ましい。燃焼システムの中で生成された蒸気からＨ2を作るために、接触式マフラー室の中に酸化金属を簡単に導入できることが好ましい。組合せとしては、蒸気駆動タービンの発電機と排気物の中の触媒変換金属を組み合わせることが最も好ましく、排気ガス中の空気振動の騒音を少なくし、排気ガスの空気振動を低減しながら、燃焼システムの排気ガスの蒸気エネルギーは電気エネルギーに変換される。
【００６１】
＜望ましい実施例の詳細な説明＞
望ましい実施例について、添付の図面を参照して説明することにより、本発明の更なる理解を得られるであろう。
地球的温暖化が、世界的な政治問題となっているので、本発明のタイミングは意義がある。また、炭化水素の主要源である油の利用可能性は世界的規模の政治問題となっているので、本発明のタイミングは、意義がある。大気汚染が多数の人間に関して健康問題となっているので、本発明のタイミングは意義がある。天然ガス(メタン、エタン、プロパン及び／又はブタン)の市場は、電気の生成及び／又は市場価格に影響を及ぼしているので、本発明のタイミングは意義がある。この発明は、環境に優しい燃焼方法、プロセス、システム及び装置を提供するもので、効率的であり、実施するために合理的な数のツーリング手段を必要とする。又、内燃機関の場合、この発明は、ドライバーに対して炭化水素燃焼機関と同様な「感覚」を与えることのできる燃焼プロセスを提供する。この「感覚」は、発明の実施を促進することになるであろう。
【００６２】
ＷＣＴエンジンの方法、プロセス、システム及び装置は、これまで水素燃焼技術の商業化を妨げてきた数多くの課題を解決することができる。これらの課題として、限定するものではないが、１)燃料燃焼温度及びそれに関連した燃焼機関のコスト、２)燃料使用量及びそれに関連する燃料貯蔵要件、３)エンジン効率及びそれに関連する必要燃料、４)ＮＯXの生成、５)エンジン効率及びそれに関連する運転コスト、６)燃焼エンジンのサイズ及びそれに関連する燃焼エンジンのコスト、７)一般的な必要燃料及び燃料の保存、８)一般的な運転コスト、９)一般的な燃焼エンジンと内燃機関の場合の燃焼エンジンのコスト、１０)感覚、効率性、コスト及び環境への影響について顧客の期待に適合するエンジン、を挙げることができる。
【００６３】
ＷＣＴの方法、プロセス、システム及び装置は、Ｏ2とＨ2の燃焼熱を、燃焼システムの主要エネルギー源として利用して、エネルギーが作られる。この発明の望ましい実施例は、Ｏ2をＨ2と燃焼させることである。この発明の最も望ましい実施例は、Ｈ2Ｏを燃焼室に加えて、燃焼温度を制御することである。実施例では、燃焼室内のＨ2Ｏによってエンジンが冷却される。なお、燃焼ガスは、水蒸気と蒸気のどちらか又は両方である。ＷＣＴの望ましい実施例は、燃焼混合物がガス状又は流体状(fluid state)のどちらか又は両方の状態となるように、点火前に、燃焼混合物の最終温度を管理することである。
【００６４】
Ｏ2とＨ2の保存は、極低温(cryogenic temperatures)で最も良好であるため、極低温のＯ2及び／又はＨ2は燃焼を妨げるかもしれない。この発明の望ましい実施例は、極低温のＯ2及び／又はＨ2により、燃焼温度及び／又はエンジン温度を少なくとも部分的に制御することである。Ｏ2、Ｈ2及びＨ2Ｏのうち少なくとも１種を、効率的燃焼を行なえる温度及び圧力まで予熱することが最も望ましい。このエネルギーを管理する望ましい実施例は、エンジン燃焼エネルギー、エンジン排出蒸気エネルギー及び電気抵抗加熱装置からの放射エネルギー及び／又はそれらの任意の組合せの中の少なくとも１種のエネルギーと熱交換することにより、Ｏ2、Ｈ2又はＨ2Ｏ及び／又はそれらの任意の組合せの中の少なくとも１種を加熱することである。エンジン燃焼エネルギー及びエンジン排出蒸気エネルギーのうち少なくとも１つのエンジンと熱交換することにより、Ｏ2、Ｈ2又はＨ2Ｏの何れかを加熱する前に、環境のエネルギーからＯ2及びＨ2の一方又は両方を予熱することが最も望ましい。水の加熱容量は、水蒸気(蒸気)のそれよりも遙かに大きく、水蒸気の潜熱は有効なヒートシンクであるため、Ｈ2Ｏをガス状又は流体状(蒸気)ではなく、液体状になるまで加熱することが最も望ましい。図１９は、燃焼混合物を加熱する燃焼の望ましい実施例を示している。
【００６５】
望ましくはないが、本発明の燃焼の実施例は、燃焼温度を制御するために、Ｈ2Ｏを、Ｎ2及び／又はＡｒと共にヒートシンクとして利用するもので、Ｈ2Ｏを、Ｎ2及び／又はＡｒと共に燃焼室へ加えることである。望ましくはないが、本発明の燃焼の実施例は、Ｏ2を十分得ることができない場合には、Ｏ2の代わりに空気をＯ2源として利用し、Ｈ2と燃焼させて、ＮＯXが二次的な燃焼生成物であることを知りながら、Ｈ2Ｏを主要な燃焼生成物として生成することである。空気とＨ2の燃焼の実施例は、望ましくは、Ｈ2Ｏを燃焼室に加えられることにより、Ｈ2Ｏをヒートシンクとして利用して燃焼温度を下げ、蒸気を生成することである。説明の簡素化のために、燃焼の最も望ましい実施例、望ましい実施例及び実施例の方法、プロセス、システム及び装置は、以後、ＷＣＴとして記載する。ＷＣＴの方法、プロセス、システム及び装置は、図２乃至図２３Ａに概要が示されている。
【００６６】
極低温蒸留
極低温蒸留を組み入れたＷＣＴの方法、プロセス、システム及び装置は、図５、図７、図８、図１２、図１５及び図１７の中に概要を示している。ＷＣＴに組み入れられた極低温蒸留の原理は、極低温蒸留の技術分野で現在知られている原理である。蒸留の各段階での蒸気−液体−平衡について、蒸留温度は、蒸留圧力に依存し、分離圧力が高くなるほど、分離温度も高くなることは理解されるべきである。Ｎ2／Ｏ2分離部は、純粋Ｏ2の生成のために２つのカラムを含んでいるが、第２カラムは、Ｏ2の純度が純粋Ｏ2の純度よりも低くなるため、除去してもよいことは理解されるべきである。最も望ましい実施例は、ジュール・トムプソン効果及び対向流熱交換の一方又は両方を利用して、蒸留のために空気を冷却することである。望ましい実施例は、ジュール・トムプソン効果及び液体の蒸気化の一方又は両方を利用して、蒸留のために空気を冷却することである。実施例は、ジュール・トムプソン効果及びエンジン内でガスが行なう仕事の膨張の一方又は両方を利用して、蒸留のために空気を冷却することである。最も望ましい実施例は、第１段階の蒸留カラムを１００〜４００psiaで運転することである。望ましい実施例は、第１段階の蒸留カラムを大気圧〜５００psiaで運転することである。本発明の望ましい実施例は、リサイクルされたＮ2をヒートシンクとして利用することであり、リサイクルされたＮ2及びリサイクルされたＡｒの一方又は両方を利用して、Ｏ2貯蔵部、Ｈ2貯蔵部、燃焼エンジンの冷却システム、電気分解の冷却システム、燃焼エンジン、空調システム内の空気、空気の極低温蒸留の段階でのガス／液体、及び／又はそれらの任意の組合せの中の少なくとも１つを冷却することができる。本発明の最も望ましい実施例は、空気をその構成成分のＯ2、Ａｒ及びＮ2に極低温蒸留することであり、極低温分離に利用されるエネルギーは、ＷＣＴから得られ、分離されたＯ2は、ＷＣＴの燃料として利用される。
【００６７】
図５、図７、図８、図１２、図１５及び図１７は、ＷＣＴの方法、プロセス、システム及び装置の概要を示しており、ここでは、空気を分離するのに極低温蒸留が利用され、分離によって得られたＯ2は、ＷＣＴにて燃料として利用されている。
メンブレン(膜)
有機構造又は無機構造のどちらの膜も、空気をＯ2に分離するために効果的に用いることができる。ＷＣＴに組み入れられた膜分離原理は、膜分離の技術分野で現在知られている原理である。段階式膜分離は、最も純粋なＯ2を生成するのに適している。有機又は無機の高分子膜を用いる場合、分離を促進するために、電位が保持されるように設計された膜を横切る(across)ように電位を与えることが望ましい。空気の分離は、有機膜及び無機膜のうち少なくとも１つの膜を用いることが最も望ましく、分離されたＯ2は、ＷＣＴで利用される。機械的エネルギーを生成するには、ＷＣＴからの燃焼エネルギーを利用することが最も望ましく、機械エネルギーは、膜を通る空気の流れの動力を供給し、前記薄膜は、空気を分離し、分離されたＯ2は、ＷＣＴにおいて燃料として利用される。
【００６８】
ＰＳＡ
ＰＳＡ吸着は、正圧又は真空のどちらの場合も、空気を分離するために有効である。ＷＣＴに組み入れられたＰＳＡの原理は、ＰＳＡの技術分野で現在知られている原理である。Ｏ2の他にＮ2の吸着のための材料設計があるが、ＰＳＡのサイズを最小化するにはＯ2の吸収を行なうことが望ましい。空気の分離は、ＰＳＡを利用することが最も望ましく、分離されたＯ2は、ＷＣＴにおいて利用される。機械的エネルギーを生成するには、ＷＣＴからの燃焼エネルギーを利用することが最も望ましく、機械エネルギーは、ＰＳＡの動力を供給し、前記ＰＳＡは、空気を分離し、分離されたＯ2は、ＷＣＴにおいて燃料として利用される。
【００６９】
図９、図１０、図１１、図１３、図１６及び図１８は、ＷＣＴの方法、プロセス、システム及び装置の概要を示しており、ここでは、空気を分離するのに、有機膜、無機膜、ＰＳＡ及び／又はそれらの任意の組合せの中の少なくとも１つが利用され、分離されたＯ2は、ＷＣＴにおいて燃料として利用される。これらの図の中で、Ｈ2又はＯ2のどちらかを液化することは、選択肢として描かれている。液化Ｏ2又はＨ2に対する第１の選択として、加熱して生成されたＯ2及びＨ2を燃焼で利用することが望ましい。そのため、図２０に示されているように、どの液化も貯蔵中に行なうことが最も望ましい。
【００７０】
蒸気は、ＷＣＴでの水生成物の物理的状態であるから、この発明は、蒸気からＨ2を生成する化学的方法に関するものである。図４、図６、図８、図１１、図１２、図１３、図１４、図１７及び図１８は、発明のこの特徴に関する方法、プロセス、システム及び装置の概要を示している。この発明は、腐食プロセスを利用して蒸気をＨ2に変換するものである。この発明の望ましい実施例は、少なくとも１種の金属の腐食を利用して、ＷＣＴによって生成された蒸気をＨ2に化学的に変換することである。この発明の最も望ましい実施例は、ＷＣＴによって生成された蒸気をＨ2に化学的に変換することであり、Ｈ2は、少なくとも１つの金属の腐食によって生成され、その腐食は、金属中の電流によって促進される。この発明の望ましい実施例は、ＷＣＴによって生成された蒸気をＨ2に化学的に変換することであり、Ｈ2は、少なくとも１種の金属の腐食によって生成され、Ｈ2は、前記ＷＣＴにおいて燃料として利用される。この発明の最も望ましい実施例は、ＷＣＴによって生成された蒸気をＨ2に化学的に変換することであり、Ｈ2は、少なくとも１種の金属の腐食によって生成され、その腐食は、金属中の電流によって促進され、Ｈ2は、前記ＷＣＴにおいて燃料として利用される。これらの多くの図の中で、Ｈ2の液化は、１つの選択肢として描かれている。液化Ｈ2に対する第１の選択として、加熱して生成されたＨ2を燃焼で利用することが望ましい。そのため、図２０に示されているように、どの液化も貯蔵中に行なうことが最も望ましい。
【００７１】
この発明は、電気分解によってＨ2ＯをＯ2とＨ2に変換するための電気分解方法、プロセス、システム及び装置に関するものであり、Ｏ2とＨ2は、ＷＣＴにおいて燃料として利用される。ＷＣＴに組み入れられた電気分解の原理は、電気分解の技術分野において現在知られている原理である。図３、図６、図７、図８、図１０及び図１１は、この発明における電気分解の方法、プロセス、システム及び装置の概要を示している。液化されたＨ2又はＯ2に対する第１の選択として、加熱して生成されたＨ2とＯ2を燃焼で利用することが望ましい。そのため、図２０に示されているように、どの液化も貯蔵中に行なうことが最も望ましい。最も望ましい実施例として、この発明は、電気分解によって分離する前に、Ｏ2とＨ2の場合と同様、Ｈ2Ｏの中で利用可能なポテンシャル化学エネルギーによって、エネルギーを貯蔵する。Ｏ2とＨ2は、電気エネルギーを作るために、ＷＣＴに、及び／又は燃料電池に利用することができる。この発明の最も望ましい実施例は、Ｈ2Ｏで利用可能な潜在的化学エネルギーによってエネルギーを貯蔵し、Ｈ2Ｏを電気分解によってＯ2及びＨ2に変換し、変換されたＯ2及びＨ2は、電気エネルギーを作るために、ＷＣＴに、及び／又は燃料電池に利用することができる。この発明の望ましい実施例として、バッテリーの場合と同様、Ｈ2Ｏ、Ｏ2及びＨ2の中の少なくとも１種の中で利用可能なポテンシャル化学エネルギーによって、エネルギーを貯蔵する。
【００７２】
燃焼機関は多くのタイプが機械的出力又は機械エネルギー回転シャフトを有するため、この発明に係る装置の殆ど全ては、利用可能な機械回転エネルギーを電気エネルギーに変換する能力を有する。利用可能な機械回転エネルギーの変換は、発電装置、最も望ましくは発電機を用いて行なわれ、前記電気エネルギーが生成されることが望ましい。交流発電機が使用される場合、実施例は、電気エネルギーを交流から直流に変換することである。ＷＣＴが電気、熱又は蒸気の生成以外の仕事を行なう場合、前記発電機を駆動させる力は、ＷＣＴが行なう仕事又はトルクに反比例することが望ましい。ＷＣＴによって生成された機械回転エネルギーは、好適には、トランスミッションに送られ、トランスミッションでは前記燃焼システムのトルク及び／又は仕事出力に反比例するように係合し、前記トランスミッションの出力機械回転エネルギーが前記発電機を回転させて、電気エネルギーが生成される。前記トランスミッションは、回転運動エネルギーを保存することができるフライホイールと係合し、該フライホイールが前記発電機を回転させることが最も望ましい。図３、図６、図７、図８、図１０及び図１１は、この発明で見い出された機械エネルギーを再利用するための方法、プロセス、システム及び装置の概要を示している。この発明の望ましい実施例は、ＷＣＴによって生成された機械エネルギーを、発電装置を用いて、電気エネルギーに変換することである。最も望ましい実施例では、Ｈ2ＯをＨ2とＯ2に電気分解する際に、前記電気エネルギーが利用されることである。この発明の最も望ましい実施例は、ＷＣＴによって生成された機械エネルギーを、発電装置を用いて、電気エネルギーに変換することであり、前記電気エネルギーは、Ｈ2ＯをＨ2とＯ2に電気分解する際に利用され、前記Ｈ2とＯ2は、前記ＷＣＴにおいて燃料として利用される。
【００７３】
燃料の貯蔵
気体法則(ＰＶ＝ｎＲＴ)により、Ｏ2及び／又はＨ2の圧縮効率と貯蔵効率は、Ｏ2及び／又はＨ2が極低温で貯蔵された場合、著しく増大することが推察される。Ｈ2及び／又はＯ2のうち少なくとも一方は液状で貯蔵することが望ましい。Ｈ2とＯ2は爆発性及び可燃性の性質を有するため、Ｈ2及びＯ2の中の少なくとも１種を貯蔵するために、Ｎ2を冷媒として利用することが望ましい。Ｏ2はかなり激しい爆発性の性質を有するため、Ｏ2生成技術のどれにも優先してＯ2の貯蔵を制限することが望ましい。燃料の貯蔵温度を維持するために、Ｏ2の液化、Ｏ2のチリング、Ｈ2の液化、Ｈ2のチリング及び／又はそれらの任意の組合せの中の少なくとも１つの作業のために、コンプレッサーを作動させることが望ましい。前記コンプレッサーの動力は、ＷＣＴによって生成される機械エネルギーによって供給されることが最も望ましい。図２０は、Ｏ2及び／又はＨ2のチリング及び／又は液化をブロック図で示している。
【００７４】
ＷＣＴを適用するものは殆ど全てが、エンジン排気部を有しているため、この発明に係る殆ど全ての適用例では、燃焼排気エネルギーを変換する能力を具えている。蒸気発生のためのエネルギーをできるだけ多く保持するために、燃焼エンジン及び／又は蒸気タービンを絶縁して、エンジン効率を向上させることが望ましい。前記エネルギーの変換は、蒸気タービンを用いて実施することが望ましい。図３、図６、図７、図８、図１０、図１１、図１４、図１５、図１６、図１７及び図１８は、蒸気エネルギーを電気エネルギーに変換する方法、プロセス、システム及び装置の概要を示している。ＷＣＴに組み入れられる蒸気タービンの原理は、蒸気タービン技術において現在知られている原理である。この発明の望ましい実施例は、蒸気エネルギーの変換であり、前記蒸気エネルギーは、ＷＣＴによって生成され、前記蒸気エネルギーは、蒸気タービンを用いて電気エネルギーに変換され、前記蒸気タービンは、前記電気エネルギーを生成する発電機を回転させる。前記電気エネルギーは、調節されることが望ましい。オルタネートが使用される場合、電気エネルギーは、交流から直流に交換されることが望ましい。この発明の最も望ましい実施例は、電気エネルギーの少なくとも一部が、Ｈ2ＯをＨ2とＯ2に電気分解する際に利用されることである。この発明の最も望ましい実施例は、ＷＣＴによって生成された蒸気エネルギーを、蒸気タービンを用いて、電気エネルギーに変換することであり、前記蒸気タービンは、発電装置を回転させ、前記発電装置は、電流を生成し、前記電流の少なくとも一部は、Ｈ2ＯをＨ2とＯ2に電気分解する際に利用され、前記Ｈ2及び／又はＯ2の少なくとも一部は、前記ＷＣＴにおいて燃料の少なくとも一部として利用される。
【００７５】
燃焼機関は、移動流体及び／又は適用に幾つかの種類があり、移動する空気又は移動する水の利用可能な供給源を有するため、本発明の多くの適用例では、移動空気又は移動水のエネルギーを変換する能力を有している。図３、図６、図７、図８、図１０、図１１及び図２２は、移動空気エネルギーを電気エネルギーに変換する方法、プロセス、システム及び装置の概要を示している。この発明の望ましい実施例は、移動空気又は移動水のエネルギーを電気エネルギーに変換することであり、電気エネルギーは、移動空気又は移動水による作用を直接受けて回転するタービンを用いて、移動空気又は移動水から発電機によって生成され、電気エネルギーの少なくとも一部は、Ｈ2ＯをＨ2とＯ2に電気分解する際に利用される。電気エネルギーは、調節されることが望ましい。発電機が用いられる場合、電気エネルギーは、交流から直流に変換されることが望ましい。この発明の最も望ましい実施例は、Ｈ2及び／又はＯ2をＷＣＴの燃料として用いることである。
【００７６】
蒸気タービン方法、プロセス及びシステム
蒸気のエネルギーは温度と圧力で測定される。飽和蒸気と仮定すると、蒸気エネルギーは圧力だけで測定される。蒸気は、例えば、１５０、３００又は４００psig蒸気などと称される。過熱蒸気の場合のみ、蒸気エネルギーは圧力と温度の両方で測定される。エネルギーの使用と共に、蒸気は温度と圧力を失う。エネルギーが失われると、蒸気の温度と圧力(通常は圧力だけを測定)は低下し、蒸気から水への液化が始まる。蒸気エネルギーを全て使い果たすと、圧力又は水蒸気はなくなり、温水だけになる。この知識を利用して、全ての電気発電設備は、蒸気のＢＴＵ又はｐｓｉｇを残らず使用できることを期待するかもしれない。しかし、必要な投資のことを考えると経済的ではなく、そのようなことは実際には行なわれない。しかし、ＷＣＴの場合、公害制御設備は最小限に抑えられ、熱伝達装置は不要なので、投資費用が少なく、熱伝達は向上する。熱伝達装置を最少に抑えられるか又は無くすことができるのは、ＷＣＴエンジンの排気物である蒸気が直接蒸気タービンへ伝達されるからである。炭化水素の燃焼の場合、燃焼の高温ガスのエネルギーは、熱交換器を通じて水へ伝達され、それによって蒸気が生成される。その後、高温ガスは環境保護設備へ伝達される。この熱交換器は通常ボイラーと呼ばれる。本発明のＷＣＴでは、蒸気を発生させるボイラーが不要であるので、熱伝導が向上し、蒸気発生の効率が向上する。
【００７７】
本発明の蒸気タービンが好適に設置される機器は、ＷＣＴの排気によって蒸気タービンが駆動し、凝縮が除かれた機器である。凝縮は電気分解へ移されることが最も望ましい。蒸気エネルギーの排除が最も好適に行われるのは段階的システムであり、各段階で、蒸気エネルギーの一部が蒸気タービンで除去され、生成した凝縮物が、次の蒸気タービンの前つまりエネルギー除去前に除去される。最も望ましいのは、全ての蒸気エネルギー(圧力)が、蒸気タービン／水除去システムによって除去されることである。蒸気(圧力)エネルギーの少なくとも一部が、蒸気タービン／水除去システムによって除去されることが望ましい。図２１及び図２１Ａは、本発明で見出されたもので、蒸気エネルギーを電気エネルギーへ変換する方法、プロセス、システム及び装置の概要を示している。
【００７８】
空気及び水駆動式タービンの方法及びシステム
移動する空気又は水のエネルギーは、質量と速度で測定される。空気又は水タービンに入る空気又は水の質量は、そのタービンから出る質量と同じであるから、速度の変化がエネルギー除去の尺度である。エネルギーの違いは、物理学の法則、具体的には運動エネルギーを用いて直接計算することができる。しかしながら、速度の変化、つまり除去エネルギーは、タービンによって電気エネルギーに変換されるが、これは反対の流体抵抗であることに留意されるべきである。本発明のＷＣＴの固定型燃焼エンジンの場合、前記流体抵抗は、タービンの支持構造によって平衡させられる。しかしながら、流体抵抗が運動方向に存在する輸送用途では、流体抵抗は輸送効率を低下させる。このように、輸送用途の場合、車両は輸送効率を低下させる流体抵抗を本来的に含んでいる。含有流体抵抗を利用して移動空気又は水のエネルギーを電気エネルギーへ変換する場合、それに要するコストが流体抵抗のエネルギー損失よりも少ないときには、その範囲内で、風タービン及び／又は水タービンは実用性がある。そのような用途として帆船があり、流体抵抗は運動方向と同じ方向にある。図２２は、本発明で見出されたもので、空気の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する方法、プロセス、システム及び装置の概要を示している。
【００７９】
水駆動式の場合、波エネルギー(垂直エネルギー)は、水の動き(水平エネルギー)よりも遙かに大きい。水駆動式では、発電機は波の上下移動のエネルギーによって駆動されることが望ましい。図２３及び２３Ａは、本発明で見出されたもので、水の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する方法、プロセス、システム及び装置の概要を示している。水力エネルギーからの電気エネルギーを用いて、Ｈ2Ｏを電気分解によってＨ2とＯ2に変換することが望ましい。Ｈ2及び／又はＯ2を、前記ＷＣＴ用燃料に用いることが最も望ましい。
【００８０】
光電池
本発明のＷＣＴは、光を利用可能な全ての用途において、光電池を利用して電気を作る実施例がある。光電池からの電力を使用して、Ｈ2Ｏを電気分解し、Ｈ2とＯ2に変換することが望ましい。Ｈ2及び／又はＯ2を前記ＷＣＴの燃料として使用するのが最も望ましい。
【００８１】
燃料電池
本発明のＷＣＴは、電力が作り出される全ての用途において、燃料電池を利用して電気を作る実施例がある。そのような用途では、燃料電池は電気エネルギーの貯蔵用バッテリーに取って代わるであろう。ＷＣＴエンジンが作動していないとき、電気を燃料電池で作るのが望ましい。本発明のＷＣＴを電気を作るのに利用することが最も望ましい。
【００８２】
加熱
本発明のＷＣＴは、熱発電用として特に適している。本発明を適用した熱発電は、産業用及び家庭用の両方に実施される。ガス又は液体を加熱する場合、本発明のＷＣＴの熱エネルギーは、熱伝達の技術分野で既知の熱交換装置を用いて効果的に伝達を行なうことができる。
【００８３】
ＷＣＴの中で得られる燃焼成分である空気を加熱する場合、燃焼の排気は、加熱される空気へ直接放出されることが最も望ましい。人間、植物及び／又は動物用に用いられる空気を加熱する場合、燃焼要素は、Ｏ2及びＨ2、又はＯ2、Ｈ2及びＨ2Ｏの少なくとも１つの組合せであり、最も好適には、燃焼の排気が、加熱される空気へ直接放出されることであり、これによって、水分を含む加熱空気が与えられる。
【００８４】
ＷＣＴの中で得られる燃焼成分である水を加熱する場合、燃焼の排気は、加熱される水へ直接放出されることが最も望ましい。水ヒータ又は熱水貯蔵部は、生成されたＮＯXを放出する排出口を有する。水を加熱する場合、燃焼成分は、Ｏ2及びＨ2、又はＯ2、Ｈ2及びＨ2Ｏの少なくとも１つの組合せであり、最も好適には、燃焼の排気が、加熱される水へ直接放出されることであり、水ヒータ又は熱水貯蔵部は、当該分野で知られているように、圧力解放装置を有している。
【００８５】
加熱用途において最も望ましいのは、対象のガス及び／又は液体を加熱するのと同様に、燃焼エンジンが電力を作ることである。ガス又は液体を加熱するためのシステム構成は、設計者の創造性に制限されるが、構成は、図２〜図１８に示されるように、本発明のＷＣＴシステムのガス又は液体の加熱に近いものであり、熱伝達は燃焼の排気の中又はＣＥ(Combustion Engine)のブロックの中で行なわれる(この場合、排除された熱には目的があるから、ＣＥを冷却することは効率の損失ではない)。
【００８６】
冷却
本発明のＷＣＴは、熱を除去する用途に特に適している。熱除去は本発明のＷＣＴを使用し、深冷蒸留を行なうか、及び／又は、ＷＣＴが機械エネルギー提供し、その機械エネルギーを冷却システムの動力源として供給することによって行われる。ガス又は液体を冷却する場合、前記深冷蒸留で冷却されたＮ2のヒートシンク性能は、好適には、熱伝達の技術分野で既知のように、熱交換装置を経由して伝導される。ガス又は液体を冷却する場合、好適には、冷却ユニットが使用され、前記冷却ユニットは機械エネルギーによってり電力供給され、その機械エネルギーはＷＣＴによって作られる。
【００８７】
空気又は水を冷却する場合、前記深冷蒸留で冷却されたＮ2のヒートシンク性能は、空気へ直接伝達されるか、及び／又は、熱伝達分野で既知のように、任意の熱交換技術を経て伝達伝導されることが最も望ましい。
冷却用途で最も望ましいのは、対象のガス及び／又は液体を冷却するのと同様、燃焼エンジンが電力を作ることである。ガス又は液体を冷却するためのシステム構成は、設計者の創造性を制限される。
【００８８】
水化学
水は、Ｏ2及び／又はＨ2を貯蔵するのに最も効果的で経済的な方法である。水の電気分解は、Ｈ2Ｏとして貯蔵されたＨ2及び／又はＯ2を、燃焼可能な形態に変換する望ましい方法である。電気分解は、水の中で溶解電解質と共に行なうの最も良い。溶解電解質又は塩は、水中で導電性を向上させるので、電気分解を行なうのに必要な電気エネルギーは低減される。本発明では、電解質を含む水を用いて電気分解を行なう実施例がある。本発明では、塩を含む水を用いて電気分解を行なうことが望ましい。しかしながら、溶解したカチオンとアニオンが多く結合しており、これが時間の経過によって析出するため、電気分解の効率が低下する。固有溶解度により、本発明の望ましい実施例では、IA族／VII族の塩(酸を含む)を含む水で、電気分解を行なう。また、温度が上昇すると、硬水の汚染物質が析出する。従って、電気電解の水は、IA族／VIIA族の塩を加える前に、蒸留するか、イオン除去することが望ましい。
【００８９】
スケールを防止するために、分散剤(dispersant)を水に加えることが望ましい。分散剤は低分子量ポリマーであり、通常、有機酸の分子量は２５,０００より小さく、好適には１０,０００よりも小さい。分散剤の化学は、カルボン酸化学の他に、アルキル硫酸塩、アルキル亜硫酸塩及びアルキル硫化物の化学に基づいている。分散剤を作るのは酸素原子であり、酸素はカルボキシル基及び／又はスルホキシ基のような分子形態をとる。本発明で使用する分散剤はカルボキシル基を含んでおり、限定されるものではないが、アクリルポリマー、アクリル酸、アクリル酸ポリマー、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、クロトン酸、桂皮酸、ビニール安息香酸並びにこれら酸の任意のポリマー及び／又はその組合せを挙げることができる。本発明で使用される分散剤は、アルキルスルホキシル基又はアリルスルホキシ基を含んでおり、その例として、アルキル化合物又はアリル化合物を挙げることができる。これら化合物は、水溶性で、ＳＯ、ＳＯ2、ＳＯ3、及び／又はその任意の組合せを含んでいる。有機分子を、カルボキシル基及び／又はスルホキシ基が含まれるように設計する方法は数多くあるが、本発明の実施例は、少なくともカルボキシル基及び／又はスルホキシ基の少なくとも１種を含む全ての水溶性有機化合物である。これは、全ての分散剤が必ずしも同等の分散特性を有するわけではないという認識に基づいている。アクリルポリマーは良好な分散特性を示し、水溶性塩の析出が制限されるので本発明の分散剤として最も望ましい実施例である。分散剤は、カルボシキル基及び／又はスルホキシ基に対する分散剤の水溶性の点で、その使用が制約されることがある。
【００９０】
水は、金属に対しては本質的に腐食性である。水は金属を酸化し、金属の種類によって酸化速度が異なる。腐食を最小限に抑えるには、水のｐＨは、水酸化物陰イオンの多いアルカリ性であるｐＨ７.５以上が好ましい。更に、腐食又は蒸気タービン上への水沈殿物の沈殿を防止するために、凝縮腐食防止剤を水に加えることが望ましい。
【００９１】
腐食を防止するには、腐食防止剤が水に加えられる。腐食を防止し、錯体を形成し、カチオン(高硬度重金属など)の析出を防止するために、キレート剤(chelant or chelating agent)を用いることができる。キレート剤は、少なくとも２種類の原子が環状に結合された複素環を有する化合物である。キレート作用により、キレート剤が金属イオンに結合され、複素環化合物が形成される。キレート剤は、配位結合(すなわち、１つの原子が電子対を共有し、１つの電子が電子対を欠くときに、共有化学結合が作られる)によって、同じ複素環の中の２種以上の非金属イオンへ結合された金属イオンを含んでいる。本発明において、無機物沈殿用に用いられるキレート剤の例は数多くあり、リン酸塩、リン酸塩ポリマー、リン酸塩モノマー、及び／又はそれらの任意の組合せからなる水溶性リン酸塩である。リン酸塩ポリマーは、リン酸エステル、メタリン酸塩、ヘキサメタリン酸塩、ピロリン酸塩及び／又はそれらの任意の組合せから成るが、これらに限定されるものではない。リン酸塩ポリマーは、ケイ酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、リン酸カルシウムを分散させるのに特に有効である。リン酸塩ポリマーは、腐食の制御に特に効果的である。ポリマーの適切な選択により、適切なポリマーの濃度レベルが維持され、粒子上の表面電荷は有利に変化する。表面電荷の変化に加えて、ポリマーはまた、結晶成長のゆがみによって機能する。キレート剤は、水中の金属を、該キレート剤の可溶性有機環構造にロックする。キレート剤は、カチオンの配位部位(つまり、化学結合を受け入れることのできるイオンの領域)を取り込む反応部位を提供する。イオンは、例えば、６つの配位部位(coordination sites)を有する。鉄イオンの全ての配位部位は、安定な金属キレート剤を形成するために用いられる。キレート剤は、カルシウム、マグネシウム、鉄及び銅などのカチオンと結合する。これれは、キレート剤と結合しないと、沈殿物を生成する。キレート剤と結合した粒子は水溶性である。キレート剤の有効性は、競合するアニオン、アルカリ度及び温度によって制限される。
【００９２】
本発明による数多くのキレート剤は、十分な量を加えることにより、水中の利用可能な遊離金属イオンを減少させることができるので、リン酸塩の要求は減じられる。リン酸及び／又はピロリン酸などのリン酸塩は、不溶性の錯体又は金属リン酸塩を生成するのに使用される。望ましい実施例では、メタリン酸塩及び／又はヘキサメタリン酸塩などのリン酸塩ポリマーは、腐食の制御を行なうと共に、カルシウム及び／又はマグネシウムの析出を防止するために、腐食防止剤及びキレート剤として用いられる。メタリン酸塩及び／又はヘキサメタリン酸、並びにこの化学反応に基づくポリマーは、遊離カルシウムイオン及び／又は遊離マグネシウムイオンを除去することにより、また、金属イオンを可溶性の弱イオン化された化合物又はラジカルに結び付けることによって、水を軟化させる。また、過剰のメタリン酸塩及び／又はヘキサメタリン酸を含む水は、リン酸塩又は炭酸塩を実際に溶解して、これらの沈殿を防止する。メタリン酸塩及び／又はヘキサメタリン酸は、通常の水軟化化合物の場合と同様、溶液から金属イオンを放出せず、メタリン酸塩及び／又はヘキサメタリン酸錯体分子の中の金属イオンを固定する。これらの分子は、金属表面に１又は２分子厚さのコーティング形成して、金属の腐食を制限する。これは、重金属物質に対して特に重要である。
【００９３】
圧力解放装置の作動
ＷＣＴエンジンを用いることにより、高い作動圧力が、燃焼の排気ガスのリサイクル又は再利用によって作り出される。作動圧力が、使用設備の設計圧力よりも大きくなり、安全上の問題が起こることがある点からみて、実用性が非常に高い。内燃機関の場合、燃焼エンジンの排気ガスのトラッピングとリサイクルを考慮するために、産業では、著しいパラダイムシフトが必要である。本発明のＷＣＴは、発明の多くの特徴の中の様々な圧力で、Ｈ2、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、及び／又はこれらの任意の組合せの少なくとも１種を含んでいる。ＷＣＴの安全な作動を確実に行なうことができるように、装置が故障した場合又は所定圧力を超えた場合、圧力を解放することが望ましい。圧力の解放は、突発故障の潜在的事象を制限することができる。圧力解放装置はＷＣＴの全体に設けることが望ましく、これらは当技術分野では既知であり、通常は、故障モード及び効果分析、及び／又は、故障樹木分析(fault tree analysis)を介して配置される。実施例の装置は、圧力解放弁、破断ディスク及び圧力解法制御ループを含んでいる。圧力解法装置は、ＷＣＴの任意の圧縮発電部の下流に配備される。それゆえ、圧力解法装置は全てのコンプレッサーの直ぐ下流で燃焼エンジンの排気部に設置されるのが最も望ましい。図２乃至図１８は、燃焼エンジン排気部における圧力制御／解放の配置の概要を示している。図２４は圧力解放構造の概要を示している。
【００９４】
ＷＣＴエンジン及び装置
図３乃至図１８を参照すると、燃料としてのＨ2と、Ｏ2及び空気の少なくとも一方を用いることができる燃焼エンジン(ＣＥ)を示している。該燃焼エンジンは、燃焼が、機械トルク、熱、電力、及び／又はそれらの任意の組合せの少なくとも１つを生成するために行われるものであれば、どんなタイプでも構わない。Ｈ2Ｏは前記燃料と共に燃焼室に入れられことが望ましく、前記Ｈ2Ｏは燃焼Ｈ2Ｏと称される。
【００９５】
ＣＥへ流れるＨ2の流れがある。ＣＥへ流れるＯ2の流れがある。ＣＥへ流れる空気の流れがある。Ｈ2の流れを測定するＨ2流測定手段、Ｏ2の流れを測定するＯ2流測定手段、空気の流れを測定する空気流測定手段が配備される。Ｈ2流測定装置、Ｏ2流測定装置及び空気流測定装置の各装置から、Ｈ2の流れ、Ｏ2の流れ及び空気の流れがＣＥコントローラ(ＣＯＮＴ)へ送られる。ＣＥへのＨ2の流れを制御するＨ2流制御弁があり、ＣＥへのＯ2の流れを制御するＯ2流制御弁がある。ＣＯＮＴには、Ｈ2流信号、Ｏ2流信号及び空気流信号が入力される。前記コントローラは、燃焼設定値を表す外部源から入力信号を受信する。コントローラは、燃焼設定値とＨ2流信号を比較し、燃焼設定値とＨ2流信号の差に比例した比例信号を、前記Ｈ2流制御弁へ送信し、Ｈ2流制御弁の開度が決定される。ＣＯＮＴは、Ｏ2流信号と空気流信号を、Ｈ2／Ｏ2比設定値と比較し、比例信号を、前記Ｏ2流制御弁と空気流制御弁へ送信する。なお、Ｈ2の流れと、Ｏ2及び空気の流れの設定値は、Ｈ2/Ｏ2のモル比で約２：１である。Ｏ2流制御弁信号が約１００％ではない場合、ＣＯＮＴは、空気流制御弁を閉じる信号を送る。Ｏ2流制御弁信号が約１００％の場合、ＣＯＮＴは、Ｏ2流信号及び空気流信号を、前記Ｈ2/Ｏ2比の設定値と比較し、空気の流れの差を求めて、その差に比例した比例信号を空気流制御弁へ送信し、これによって、空気流制御弁の開度が決定される。
【００９６】
エネルギーの貯蔵について説明すると、図２０に示されるように、Ｈ2流制御弁は、２段階式の流れ制御弁から構成されることが望ましい。第１のＨ2流制御弁は、生成されたＨ2の下流及びＨ2貯蔵部の下流に設けられ、ＣＥへのＨ2の流れを制御する。第２のＨ2流制御弁(生成されたＨ2を有する装置のため)は、生成されたＨ2ラインから下流に配置され、Ｈ2貯蔵部からのＨ2ラインの流れの中に配置される。第２Ｈ2流制御弁は、第１Ｈ2流制御弁が約１００％開口するまで閉じたままである。これによって、貯蔵されたＨ2の使用が開始される前に、生成されたＨ2は完全に使用される。第１Ｈ2流制御弁が約１００％開口すると、第２Ｈ2流制御弁は開き始め、貯蔵室のＨ2が供給される。
【００９７】
また、図２０に示されるように、Ｏ2流制御弁は、２段階式の流れ制御弁から構成されることが望ましい。第１のＯ2流制御弁は、生成されたＯ2の下流及びＯ2貯蔵部の下流に設けられ、ＣＥへのＯ2の流れを制御する。第２のＯ2流制御弁は、生成されたＯ2ラインから下流に配置され、Ｏ2貯蔵部からのＯ2ラインの流れの中に配置される。第２Ｏ2流制御弁は、第１Ｏ2流制御弁が約１００％開口するまで閉じたままである。これによって、貯蔵されたＯ2の使用が開始される前に、生成されたＯ2は完全に使用される。第１Ｏ2流制御弁が約１００％開口すると、第２Ｏ2流制御弁は開き始め、貯蔵室のＯ2が供給される。
【００９８】
前記燃焼Ｈ2Ｏは、ＣＥの中に燃焼室への流れを有することが望ましい。クーラント源からのクーラントは、ＣＥのブロックへ流れるか、及び／又は、ＣＥのブロックの中を通ることが望ましい。温度測定装置は、ＣＥの燃焼室の近傍で、燃焼温度及び／又はＣＥのブロック温度を測定する手段を有することが望ましい。燃焼Ｈ2Ｏの流れ及び燃焼温度を測定する手段が配備され、燃焼Ｈ2Ｏの流れ測定装置及び燃焼温度測定装置の各々から、比例信号がコントローラ(ＣＯＮＴ)へ送られる。ＣＯＮＴには、前記燃焼Ｈ2Ｏ流れ信号、前記Ｈ2流れ信号及び前記温度信号が入力される。ＣＯＮＴは、高温度設定値、クーラント温度設定値、ウォーム(warm)温度設定値、及びＨ2/Ｈ2Ｏ比設定値を有することが望ましい。ＣＯＮＴは、Ｈ2流れ信号及び燃焼Ｈ2Ｏ流れ信号と、前記Ｈ2/Ｈ2Ｏ比設定値とを比較し、また、前記温度信号と、前記ウォーム温度設定値、前記クーラント温度設定値及び前記高温度設定値とを比較し、比例信号を、前記燃焼Ｈ2Ｏ流れ制御弁及び前記クーラント流制御弁へ供給することが望ましい。
【００９９】
前記温度信号がウォーム温度設定値よりも小さく、前記クーラント温度設定値よりも小さく、及び前記高温度設定値よりも小さい場合、ＣＯＮＴは、前記クーラント流制御弁を閉じる信号を、クーラント流制御弁へ送り、前記燃焼Ｈ2Ｏ流制御弁を閉じる信号を、前記燃焼Ｈ2Ｏ流制御弁へ送ることが好ましい。
【０１００】
前記温度信号が、前記ウォーム温度設定値以上で、冷却温度設定値よりも小さく、高温度設定値よりも小さい場合、ＣＯＮＴは、クーラント流制御弁を閉じる信号を、前記クーラント流制御弁へ送り、測定された温度信号とウォーム温度設定値との差に比例した信号を、燃焼Ｈ2Ｏ流制御弁へ送り、これによって、燃焼Ｈ2Ｏ流制御弁の開度が決定される。なお、Ｈ2/Ｈ2Ｏ比は前記Ｈ2/Ｈ2Ｏ比の設定値よりも大きい。
【０１０１】
前記温度信号が、前記ウォーム温度設定値よりも大きく、前記クーラント設定値以上で、高温度設定値よりも小さい場合、ＣＯＮＴは、Ｈ2/Ｈ2Ｏ比がＨ2/Ｈ2Ｏ比の設定値と同じである信号を燃焼Ｈ2Ｏ流制御弁へ送ることが望ましく、これにより、前記燃焼水流制御弁の開度が決定される。また、測定された温度信号と前記クーラント設定値との差に比例した信号を、前記クーラント流制御弁へ送り、これによって、前記クーラント流制御弁の開度が決定される。
【０１０２】
前記温度信号が、前記ウォーム温度設定値よりも大きく、前記クーラント設定値よりも大きく、前記高温度設定値以上の場合、ＣＯＮＴは、Ｈ2/Ｈ2Ｏ比設定値よりも小さいＨ2/Ｈ2Ｏ比の信号を燃焼Ｈ2Ｏ流制御弁に送り、該制御弁は１００％を開口する。次に、温度信号と前記クーラント設定値との差に比例した信号をクーラント流制御弁へ送り、これによって、前記クーラント流制御弁の開度が決定される。次に、前記Ｈ2流制御弁へ信号を送り、Ｈ2流制御弁が閉じられ、前記Ｏ2流制御弁へ信号を送り、Ｏ2流制御弁が閉じられ、前記空気流制御弁へ信号を送り、空気流制御弁が閉じられる。
【０１０３】
ＷＣＴエンジンは、前記ウォーム温度設定値と前記クーラント温度設定値の間の温度で作動することが最も望ましい。エネルギーは、クーラントを経てＷＣＴエンジンを出ていかないことが望ましい。エンジンに必要な冷却は、燃焼室へ燃焼Ｈ2Ｏを加えることによって行なわれることが最も望ましい。
【０１０４】
前記ＷＣＴエンジンは、Ｏ2を、Ｏ2貯蔵部、深冷蒸留、膜分離、ＰＳＡ、Ｈ2Ｏの電気分解、及びそれらの任意の組合せの中の少なくとも１つから得ることが望ましい。前記深冷蒸留は、Ｏ2を、空気及び／又はＨ2Ｏの電気分解から得ることが望ましい。前記膜分離及び／又は前記ＰＳＡは、Ｏ2を、空気から得ることが望ましい。前記深冷蒸留及び／又は膜分離及び／又は前記ＰＳＡは、前記ＷＣＴエンジンによって動力供給されることが望ましい。前記Ｏ2の貯蔵は、極低温で行なわれることが望ましい。前記極低温貯蔵のための機械エネルギーは、前記ＷＣＴエンジンによって作り出されることが望ましい。
【０１０５】
前記ＷＣＴエンジンは、Ｈ2を、Ｈ2貯蔵部、金属の蒸気腐食、Ｈ2Ｏの電気分解、及びそれらの任意の組合せの中の少なくとも１つから得ることが望ましい。前記腐食からＨ2を生成するための蒸気は、前記ＷＣＴエンジンの排気物であることが望ましい。前記Ｈ2の貯蔵は、極低温で行なわれることが望ましい。前記極低温貯蔵のための機械エネルギーは、前記ＷＣＴエンジンにより作り出されることが望ましい。
【０１０６】
前述のＨ2Ｏの電気分解は、電気分解のための電気エネルギーを、蒸気タービン、機械回転エネルギー、移動空気のエネルギーによって作動する空気タービン、移動水のエネルギーによって作動する水タービン、及びそれらの任意の組合せ、並びに光電池の中の少なくとも１つによって駆動する発電機から得ることが望ましい。前記電気エネルギーは調節されることが望ましい。オルタネータが使用される場合、電気エネルギーは交流から直流へ変換されるのが望ましい。蒸気タービンは、前記ＷＣＴエンジンによって生成された蒸気動力供給されることが最も望ましい。前記機械回転エネルギーは、前記ＷＣＴエンジンによって動力供給されることが望ましい。
【０１０７】
ＷＣＴエンジンは、機械エネルギーをトルクの形態で発生させることが望ましい。前記機械エネルギーは発電機を回転させ、該発電機は電気エネルギーを作りだすことが望ましい。前記ＷＣＴエンジンからの排気によって、蒸気タービンを回転させるのが望ましく、蒸気タービンは発電機を回転させ、該発電機は電気エネルギーを作り出す。電気エネルギーの少なくとも一部は、Ｈ2Ｏの電気分解によってＨ2とＯ2へ変換するのに使用することが望ましい。前記Ｈ2及び／又は前記Ｏ2の一部を前記ＷＣＴエンジンの燃料として使用することが最も望ましい。
【０１０８】
ＷＣＴエンジンの構成材料、燃料及びエネルギー管理システム並びに装置は、当該分野で知られている。例えば、極低温で使用する材料として、様々な複合物及び金属合金が知られている。様々な複合物及び金属合金は、５００OＦを超える運転温度で用いられる材料として知られている。様々なセラミック物質は導電性であり、２０００OＦを超える運転温度で使用し、絶縁体として作用し、半導体として作用し、及び／又はその他の機能を果たす。様々な鉄複合物及び合金は、約２００〜１５００OＦの温度で作動する燃焼エンジン用として知られている。チタン及びチタン合金は、２０００乃至３０００OＦを超える温度で用いられることが知られている。タンタル及びタングステンは３０００OＦを超える温度で用いられることが知られている。ＷＣＴエンジンの構造の一部は、合金組成として、第４周期、第５周期、及び第６周期の重金属の中の少なくとも一種を含むことが望ましい。これら金属は、合金の中に単独又は組み合わせて用いることにより、腐食が制限され、及び／又は、極低温での使用が可能となり、及び／又は、１０００OＦを超える温度での使用が可能となる。アルミニウムは軽量で構造用として制限されているが、適用温度についても制約がある。ＷＣＴエンジンの運転温度を考慮すると、熱可塑性材料は、ガラス遷移温度及び軟化温度を考慮しない場合には好ましい材料ではない。
【実施例１】
【０１０９】
従来のガソリン内燃機関の場合、燃焼効率は、１ガロンにつき約２０マイルである。図２を参照すると、エンジンのエネルギーバランスは次のとおりである：
ＥF＝ＥW＋ＥEX＋ＥC＋Ｅfric＋ＥC
ＥF＝約２０％ＥF＋約３５％ＥF＋約３５％ＥF＋約９％ＥF＋約１％ＥF＋
ＥF＝ＥW＋約８０％ＥF(内燃機関ＣＥ(ｓ)のエネルギー損失)
ＥF＝２０mpg＋８０％ＥF
再び、ＥF＝ＥW＋ＥEX＋ＥC＋Ｅfric＋ＥC において、１)エンジンの絶縁は完全、２)蒸気タービンの効率は８０％、２)発電機の効率は９０％、３)電気分解ユニットの効率は８０％で、ＥX及びＥC、ＥWCTを約３０％ＥFへ変換する、と仮定すると、ＷＣＴを用いた場合、
ＥF＝ＥW＋０.３０ＥF＋約９％ＥF＋約１％ＥF
ＥW(ＷＣＴ)＝５０％ＥF
【実施例２】
【０１１０】
CRC Handbook of Chemistry and Physicsを参照すると、ｎ-オクタンの総有効燃焼エネルギーは、約１３００kcal/moleである。１１４lb/lb moleで、ＥF＝１１.４kcal/lbである。これはＮＯXの生成における吸熱損失を除外する。更に、ｎ-オクタンの密度は、約６.７lb/gallonであり、これは、平均的自動車におけるｎ-オクタンに対するエネルギー数値である。
ＥF≒１００mpg＝１５mile/lb.＝１１.４kcal/lb.；
ＥW≒２０mpg＝３mile/lb.＝２.３kcal/lb.
水素の燃焼の総有効エネルギーは、約６８kcal/moleである。２lb/lb moleで、ＥF＝３４kcal/lbである。それゆえ、質量ベースでは、Ｈ2＝３４／１１.４で、エネルギーは、１ポンド当たり約３倍多い。
【０１１１】
それゆえ、ＷＣＴを用いると、Ｈ2とＯ2は、５０％／２０％であり、２.５倍効率が良い。次に、平均的自動車の場合で、ＷＣＴ用エネルギー数値との相関関係を求める。
まず、燃料の有効性を計算しなければならない。Ｈ2は１００％のものが供給される。極低温(cryogenics)での効率は約１６％以上であるので、Ｏ2の生成効率は１６％であると推定される。
２/３Ｘ１＋１/３Ｘ０.１６≒７０％である。
従って、Ｈ2とＯ2のエネルギーの約３０％は、Ｏ2を生成するために使用される。
【数２】
2005522629.tif 000004
なお、Ｈ2は１ポンド毎に、発生酸素Ｏ2の１/２lb.を必要とする。
【実施例３】
【０１１２】
化学市場の報告によると、Ｈ2の現在の市場価格は約０.５＄/lb.であり、ガソリンの価格は１ガロンあたり約１.６０＄、又は１ポンドあたり約０.２４＄である。輸送において、従来の炭化水素燃焼技術を利用した場合、１マイルあたりの燃料のコストを計算すると、１ポンドあたりの価格が０.２４＄で、１ポンドあたり３マイルのとき、ガソリンの燃費は１マイルあたり０.０８＄である。
ＷＣＴを利用すると、Ｈ2の現在の価格は、１ポンドあたり０.５０＄であり、１ポンドあたり１５マイルのとき、Ｈ2の燃料コストは、１マイルあたり０.０３＄である。
【実施例４】
【０１１３】
発電所は、現在、天然ガスタービンの跡に蒸気ガスタービンを使用して電気を発生させる。蒸気発電用エネルギーは、天然ガスタービンの排気ガスからボイラーを経て転送される。産業上の効率としで代表的なものは次の通りである：
・燃焼の効率は、約９９％である。
・天然ガスタービンの効率は、約２０％である。
・ボイラーの効率は、約８５％である。
・蒸気発電機の効率は、約９０％である。
上記の効率を利用して、電力発電のおよその効率を求めると次の通りである：
０.９９Ｘ０.２０＋０.９９Ｘ０.２０Ｘ０.８５Ｘ０.９０＝３５パーセント
【０１１４】
図２３Ａの構成を利用したＷＣＴの場合、およその効率を適当に仮定すると次のとおりである：
・燃焼の効率は９９パーセントに近い
・Ｏ2生成の効率(極低温は１６％)は１６パーセントに近い。
・水素は供給されるので、供給効率は１００％である。
・排気時の水の熱損失(１２００OＦ−２１２OＦは約８０％)は８０％に近い。
・摩擦損失は１２パーセントに近い。
上記の効率を利用して、電力発電のおよその効率を求めると次の通りである：
０.９９Ｘ(２/３Ｘ１＋１/３Ｘ０.１６)Ｘ０.８０Ｘ０.８８＝５０パーセント
上記において、次の条件を組み入れる：
・Ｈ2のコストは１ポンドあたり約＄０.５０である
・天然ガスのコストは、１０００立方フィートあたり約＄６.００である。
・天然ガスのエネルギー価は約２１２kcal/moleである。
【０１１５】
それゆえ、ＷＣＴ用のkcal当たりの電力生成コストは次の通りである：
＄０.５０/lb.Ｘ０.５０/３４kacl/lb.＝＄０.００７/kcal
なお、従来の天然ガスプラントのkcal当たりの電力生成コストは次の通りである：
最初に、立方フィートをＳＴＰでのポンドへ変換し、kcal/lb.へ変換すると次の通りである：
１０００立方フィート(tcf)/１lb.moleあたり３６０立方フィート＝２.８lb.mole
２.８lb.moleＸ１６lb.／lb.mole＝４５lb.
２１２kcal/mole／１６lb./lb.mole＝１３.２５kcal/lb.
次に、経済性を推定すると次の通りである：
(＄６.００per tcf/45lb.per tcf)Ｘ０.３６／１３.２５kcal/lb.＝＄０.０１０/kcal
【実施例５】
【０１１６】
住宅の暖房に、天然ガスがしばしば利用される。上記を参照して、熱伝達効率を８０％と仮定して、天然ガス暖房のコストを求めると次の通りである：
(＄８.００ per tcf/４５lb. per tcf)Ｘ０.８０/１３.２５kcal/lb.＝＄０.０１１/kcal
膜を用いたＷＣＴの場合は、同様に、次の通り求められる：
＄０.５０/lb.Ｘ(２/３Ｘ１＋１/３Ｘ０.４０)Ｘ０.８０/３４kcal/lb.＝＄０.００９/kcal
【０１１７】
前述した幾つかの目的については、前記説明によって明らかにした。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、幾つかの変形をなし得るであろう。従って、前記説明に含まれるものは全て、発明の原理を例示したものと解されるべきであり、限定する意味に解されるべきではない。上記説明に関しては、どの説明、図面及び実施例についても、当該分野の専門家によって実現されるものであり、それらと等価物についても本発明に包含されるものである。
更に、多くの改良及び変更は、当該分野の専門家によって容易になし得るものであるから、本発明は、図示した通りの構造及び作用に限定されるものではなく、それゆえ、全ての変形及び等価物は本発明の範囲に含まれるものであり、特許請求の範囲の記載は、ここに説明された本発明の包括的及び具体的特徴を包含するものであることは理解されるべきである。
【０１１８】
【表１】
2005522629.tif 000005
【０１１９】
【表１Ａ】
2005522629.tif 000006
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】深冷と液化の方法及びプロセスを説明する図である。
【図２】従来の炭化水素の燃焼機関に関する一般的な熱力学的説明を表したブロック図である。
【図２Ａ】見出されたＷＣＴ燃焼機関において、Ｈ2Ｏ、Ｏ2、Ｈ2及び空気を管理するために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的な説明を表したブロック図である。
【図３】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室及び燃焼温度を冷却するために選択的に使用され、燃料システムは、Ｈ2ＯをＨ2とＯ2に変換する電気分解のための電気生成の代替となる方法、プロセス、システム及び装置を含んでいる。
【図４】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用され、燃料システムは、蒸気をＨ2に変換する触媒変換を含んでいる。
【図５】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用され、燃料システムは、空気を窒素とＯ2に分離する極低温蒸留を含んでいる。
【図６】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用され、燃料システムは、蒸気をＨ2に変換する触媒変換と、Ｈ2ＯをＨ2とＯ2に変換する電気分解のための電気を生成する他の方法、工程、システム及び装置を含んでいる。
【図７】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用され、燃焼温度と燃料システムは、空気を窒素とＯ2に分離する極低温蒸留と、Ｈ2ＯをＨ2とＯ2に変換する電気分解のための電気を生成する他の方法、工程、システム及び装置を含んでいる。
【図８】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用され、燃料システムは、蒸気をＨ2に変換する触媒変換と、空気を窒素とＯ2に分離する極低温蒸留と、Ｈ2ＯをＨ2とＯ2に変換する電気分解のための電気を生成する他の方法、工程、システム及び装置を含んでいる。
【図９】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用され、燃料システムは、メンブレン(膜)及びＰＳＡの少なくとも１つを用いて空気を窒素とＯ2に分離することを含んでいる。
【図１０】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用され、燃料システムは、メンブレン(膜)及びＰＳＡの少なくとも１つを用いて空気を窒素とＯ2に分離することと、Ｈ2ＯをＨ2とＯ2に変換する電気分解のための電気を生成する他の方法、工程、システム及び装置を含んでいる。
【図１１】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用され、燃料システムは、蒸気をＨ2に変換する触媒変換と、メンブレン(膜)及びＰＳＡの少なくとも１つを用いて空気を窒素とＯ2に分離することと、Ｈ2ＯをＨ2とＯ2に変換する電気分解のための電気を生成する他の方法、工程、システム及び装置を含んでいる。
【図１２】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用され、燃料システムは、蒸気をＨ2に変換する触媒変換と、空気を窒素とＯ2に分離する極低温蒸留を含んでいる。
【図１３】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用され、燃料システムは、蒸気をＨ2に変換する触媒変換と、メンブレン(膜)及びＰＳＡの少なくとも１つを用いて空気を窒素とＯ2に分離することを含んでいる。
【図１４】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用される。
【図１５】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用され、燃料システムは、空気を窒素とＯ2に分離する極低温蒸留を含んでいる。
【図１６】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用され、燃料システムは、メンブレン(膜)及びＰＳＡの少なくとも１つを用いて空気を窒素とＯ2に分離することを含んでいる。
【図１７】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用され、燃料システムは、蒸気をＨ2に変換する触媒変換と、空気を窒素とＯ2に分離する極低温蒸留を含んでいる。
【図１８】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用され、燃料システムは、蒸気をＨ2に変換する触媒変換と、メンブレン(膜)及びＰＳＡの少なくとも１つを用いて空気を窒素とＯ2に分離することを含んでいる。
【図１９】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関の燃焼混合物を加熱するために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用される。
【図２０】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関の液化及びＯ2及び／又はＨ2の貯蔵の冷却のために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用される。
【図２１】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関の排気部に配置され、該排気部から動力が提供される蒸気タービンに対して提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用される。
【図２１Ａ】Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とする燃焼機関の排気部に配置され、該排気部から動力が提供される蒸気タービンに対して提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用される。
【図２２】空気タービンに対して提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、空気タービンは、Ｈ2ＯをＯ2とＨ2に分離するための電気を燃焼機関へ供給し、該燃焼機関は、Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とし、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用される。
【図２３】Ｈ2Ｏタービンに対して提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏタービンは、Ｈ2ＯをＯ2とＨ2に分離するための電気を燃焼機関へ供給し、該燃焼機関は、Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とし、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用される
【図２３Ａ】Ｈ2Ｏタービンに対して提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、Ｈ2Ｏタービンは、Ｈ2ＯをＯ2とＨ2に分離するための電気を燃焼機関へ供給し、該燃焼機関は、Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とし、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用される。
【図２４】燃焼機関の圧力を制御するために提案された方法、工程、システム及び装置の一般的説明をするためのブロック図であって、燃焼機関は、Ｏ2及びＨ2、空気及びＨ2のうちの少なくとも１つの組合せを燃料とし、Ｈ2Ｏは、燃焼室を冷却し、燃焼温度を冷却するために選択的に使用される。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２１Ａ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２３Ａ】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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