(57)【要約】本発明は、空気の存在下及び場合によっては水の存在下における周期的パルスストリーマ疑似コロナマイクロ波放電（又は半連続的マイクロ波放電）を使った、例えば、エンジン燃料などの液体炭化水素の合成ガスへのプラズマ触媒変換に使われる方法及び装置に関する。このエンジン燃料の合成ガスへのプラズマ触媒変換においては、蒸気−空気−燃料変換処理及び空気−燃料変換処理を合成ガスの中で行うことができる。本発明の装置は、加熱器（１４）と、燃焼室（１）と、マイクロ波共振器−プラズマ触媒反応炉３（図１）と、超高周波発生器（１２）と、を備え、これらはすべて直列に接続されている。超高周波の周期的パルスストリーマ疑似コロナ放電は、低い温度でのエンジン燃料のプラズマ触媒変換のために、反応炉の中で使われる。熱力学的に必要なエネルギに主な部分は、反応物を予め加熱することにより供給される。熱エネルギの一部は、反応炉出口において、合成ガスから回収される。
2004536007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン燃料（ＥＦ）として使うことのできる炭化水素との蒸気−空気又は空気変換反応が起こり、前記空気が予め加熱され、ＥＦの一部が燃焼室で燃焼され、残りが燃焼生成物及び蒸気と混合される又は燃焼生成物のみと混合される、エンジン燃料（ＥＦ）を合成ガスへ変換する方法であって、
反応物がプラズマ触媒反応炉に送られ、そこにはパルス（又は半連続的）マイクロ波放電も送られ、このプラズマ触媒反応炉はパルス周期的疑似コロナストリーママイクロ波パラメータを有し、プラズマ形成が反応炉内で触媒として作用して大気圧での変換処理を加速することを特徴とするエンジン燃料の合成ガスへの変換方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記プラズマ触媒変換処理が、大気圧でのパルス周期的疑似コロナストリーママイクロ波放電（又は半連続的放電）によって達成されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記プラズマ触媒反応炉の中において、パルスマイクロ波の電場として破壊以下の強度が保たれ、前記ストリーマ疑似コロナマイクロ波放電がコロナ素子の先端において開始され、このため、これらの先端及びマイクロ波ストリーマのヘッド部において、１００ｋＶ／ｃｍより大きなマイクロ波の電場強度が前記マイクロ波ストリーマによって確立され、これが、１マイクロ秒よりも短い時間で、反応炉の壁へと伝搬し、同時に、空間において分岐して前記プラズマ触媒化学反応炉の断面を満たすことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の方法であって、
マイクロ波放射のパルスシーケンスが、超高周波のセンチメートル又はデシメートル帯（Ｘ，Ｓ帯）にあり、以下のパラメータ、すなわち、０．１−１マイクロ秒のパルス持続期間、１００−１０００の放電の通路効率、前記プラズマ触媒反応炉及び前記マイクロ波ストリーマのヘッド部におけるマイクロ波の電場の強度が１００ｋＶ／ｃｍを超えるような条件で決定されたパルスパワーレベル、反応物Ｑとマイクロ波パワーの平均値Ｗとの和の消費量が０．０５−０．２ｋＶｔ＊時間／ｎｍ3の特定のプラズマエネルギ寄与分Ｑ／Ｗの値の範囲に対応するように確立された、前記反応物Ｑとマイクロ波パワーの平均値Ｗとの和の消費量と、処理の稼働温度における反応物のエネルギ内容の５−１０％を超えない値であるプラズマエネルギ寄与分と、を有することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の方法であって、
蒸気−空気−ＥＦプラズマ触媒変換を実行するために、プラズマ触媒反応炉入口における前記反応物の温度が８００−１５００Ｋ以内であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の方法であって、
前記燃焼室で燃焼したＥＦと燃焼していないＥＦとの比が０．５から２の範囲であることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の方法であって、
前記プラズマ触媒反応炉の入口における、Ｈ2Ｏ／空気のモル比及びＨ2Ｏ／ＥＦのモル比が、それぞれ、０．０６−２．５の範囲内及び１−６の範囲内であることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１−４のいずれか１つに記載の方法であって、空気ＥＦプラズマ触媒変換処理を実行するために、プラズマ反応炉の入口における反応物の温度が、６００Ｋ−１１００Ｋである必要があることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１から４及び８のいずれか１つに記載の方法であって、
燃焼したＥＦと燃焼していないＥＦとの比が、０．５から２の範囲にあることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１−４，８及び９のいずれか１つに記載の方法であって、
前記プラズマ触媒反応炉の入口における空気とＥＦとのモル比が、１６−２０の範囲内にあることを特徴とする方法。
【請求項１１】
空気加熱器と、燃焼室と、マイクロ波放射源に接続されたプラズマトロンと、を有するＥＦの合成ガスへのプラズマ触媒変換装置であって、
前記プラズマトロンが、Ｈ11のための円筒形のマイクロ波共振器を含むプラズマ触媒化学反応炉の形を有し、パルス周期的な疑似コロナストリーママイクロ波放電が大気圧でセンチメートル又はデシメートル波長（Ｘ，Ｓ帯）であり、パルス持続期間が０．１マイクロ秒−１マイクロ秒であり、放電通路効率が１００−１０であり、燃焼室が空気加熱器とプラズマ触媒反応炉−共振器との間に、ガス流ラインに沿って設置され、
前記プラズマトロンには、蒸気との混合物内のＥＦの燃焼した部分と燃焼していない部分とを独立して入れる２つの別個のノズルが、前記燃焼室の異なる領域に設けられていることを特徴とするプラズマ触媒変換装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプラズマ触媒変換装置であって、発生器からマイクロ波共振器へマイクロ波放射を導入するシステムが、共振器の側壁を通る長方形の導波管の形であることを特徴とするプラズマ触媒変換装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載のプラズマ触媒変換装置であって、発生器からマイクロ波共振器へマイクロ波放射を導入するシステムが、共振器の軸に沿った長方形の導波管の形であることを特徴とするプラズマ触媒変換装置。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか１つに記載のプラズマ触媒変換装置であって、前記長方形の導波管と、前記円筒形の共振器との間に、前記共振器と前記導波管との接続素子を有する、共振器内のＨ11波タイプの励起システムが設けられていることを特徴とするプラズマ触媒変換装置。
【請求項１５】
請求項１１又は１２に記載のプラズマ触媒変換装置であって、反応物入口ノズルが、マイクロ波共振器の端部反射器の１つでもあり、処理生成物の出口システムが、第２の端部反射器であることを特徴とするプラズマ触媒変換装置。
【請求項１６】
請求項１１又は１３に記載のプラズマ触媒変換装置であって、反応物入口ノズル又は処理生成物の出口システムがまた、前期マイクロ波共振器の端部反射器の１つであり、第２の端部反射器が、円筒形共振器内のＨ11波タイプの励起システムであることを特徴とするプラズマ触媒変換装置。
【請求項１７】
請求項１１又は１２に記載のプラズマ触媒変換装置であって、前記長方形の導波管の長手方向の軸が、前記円筒形共振器内の放射の半波長の数倍である距離Ｌ1にあり、Ｈ11波タイプが励起されるような条件で選択され、共振器長Ｌが、波タイプＨ11の前記円筒形導波管内の放射半波長の整数倍であることを特徴とするプラズマ触媒変換装置。
【請求項１８】
請求項１１又は１４に記載のプラズマ触媒変換装置であって、前記接続素子による前記共振器と前記導波管との接続の係数が、与えられたプラズマ触媒反応炉−共振器の直径に対して、マイクロ波の電場強度が破壊以下のレベルであるという条件で決定されることを特徴とするプラズマ触媒変換装置。
【請求項１９】
請求項１１又は１８に記載のプラズマ触媒変換装置であって、放電を開始するコロナ素子を形成する一連の鋭い金属棒が、マイクロ波共振器内の電場強度が最大の領域Ｌ２に設置されることを特徴とするプラズマ触媒変換装置。
【請求項２０】
請求項１１又は１９に記載のプラズマ変換装置であって、前記円筒形の共振器の半径における各棒の先端の位置（１４）が、前記各棒の先端及びマイクロ波ストリーマのヘッド部において、１００ｋＶ／ｃｍより高い電場の強度が得られるという条件で選択されることを特徴とするプラズマ触媒変換装置。
【請求項２１】
請求項１１に記載のプラズマ触媒変換装置であって、前記燃焼室が、ガス流ラインにそって連続的に設置され、反応物入口ノズルに独立して接続された、２つの同軸の超音波ノズルシステムの形式で作られることを特徴とするプラズマ触媒変換装置。
【請求項２２】
請求項１１に記載のプラズマ触媒変換装置であって、前記加熱器が回復性熱スイッチの形であることを特徴とするプラズマ触媒変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関又はガスタービンで使用できる、例えば、液体炭化水素又は他の燃料を、空気又は酸素の存在下、及び、場合によっては水の存在下で、超高周波（ＳＨＦ）プラズマを使い、主に水素及びＣＯを含む合成ガスに変換する装置に関する。
【０００２】
本発明は、石油化学産業、化学産業、移動式装置（内燃機関、燃料電池、又はガスタービンを装備した輸送手段）、静止システム（発電機、燃料電池、又はガスタービンによる電力の発生）において、上述の装備のための燃料として使うことのできる合成ガスの大規模な製造に使用できる。輸送手段に搭載されたプラズマ変換装置を、合成ガスの混合物を使うよう適合された内燃機関と組合わせて使うことにより、このエンジンによる、石油に由来する燃料を使った場合の汚染物質の放出を低減させ、同時に、エンジンの効率を増大させ（１０％から１５％）、構成などにおいて根本的な変更を行うことなく、エンジンの性能を相当に向上させることができる。
【背景技術】
【０００３】
１．炭化水素を変換する装置として、この中でマイクロ波放電が起き変換処理が開始される反応炉と、反応物の供給ライン上にこの反応炉の下流に配置され、処理の反応を加速させる触媒ブロックと、を有する装置が、１９８９年１２月２１日に発行された、米国特許第５，０１５，３４９号明細書、Ｃ１０９  １５／００から知られている。
【０００４】
この構成において、放電の役割は、プラズマ成分の特性エネルギの形で、特定の追加のエネルギを提供し、化学反応炉内の化学処理を刺激する又は従来の触媒にこのエネルギを直接供給することのみに限定されている。
【０００５】
２．マイクロ波パルス放電によって、予め加熱された反応物（炭化水素を含む）のための化学プラズマを処理する方法及び装置が知られている。この装置は、反応物の一部がその入口に到着する反応物のための前段の燃焼室と、反応物混合室と、特定の放射時間特性を有するパルスマイクロ波生成装置と、特定の長さの短絡した回路の導波管を表し、この内部でパルスマイクロ波放電が反応物に作用する放電室と、を有する。１９９８年７月２日に発行された国際特許ＷＯ９８２８２２３、Ｃ０１Ｂ  ３／３４。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
既知の装置は、プラズマ処理に対するエネルギ効率が不十分である。装置は、化学プラズマ反応炉であり、この構成においては、与えられた時間パラメータ（２マイクロ秒から４マイクロ秒のパルス長及び放電通路の効率が１０程度）を有するマイクロ波放射が、かなり高温で放出スパークを形成する。放出電力と予熱電力との比が非常に高い。放電室は、短絡回路システムを有する導波管であり、この導波管においては、大きなパラメータでの電場の調整が難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の技術的な特質は、空気又は酸素の存在下及び場合によっては水の存在下での、エンジン燃料などの液体炭化水素を、合成ガスに変換する処理（蒸気−空気又は空気変換）の迅速化と、本発明による装置を使うことによる処理のエネルギ効率の増大と、であり、この装置においては、プラズマ形成が、パルス周期的及び半連続的な疑似コロナ（ストリーマー）マイクロ波放電により、エンジン燃料のためのプラズマ触媒変換処理の触媒として作用する。
【０００８】
エンジン燃料（ＥＦ）のプラズマ触媒変換処理においては、ＥＦ成分の一部である蒸気−炭化水素−空気において、変換反応が発生するため、本発明の技術的な結果が発生する。空気は、予め加熱され、ＥＦの一部が燃焼室で燃焼され、残りの部分が、燃焼生成物及び蒸気と混合又は燃焼生成物のみと混合され、これらの反応物がプラズマ触媒反応炉に送られ、ここで、反応物は、パルスマイクロ波放電を受け、特定の時間及びエネルギパラメータを有する疑似コロナストリーマパルス放電マイクロ波が開始され、この結果、プラズマの形成が触媒として作用してＥＦ変換処理を加速させる。疑似コロナストリーマパルス放電マイクロ波を使ったプラズマ触媒変換処理は、大気圧で行われる。プラズマ触媒反応炉には、破裂限界以下のパルスマイクロ波の電場が設置され、コロナ素子の先端からストリーマタイプの疑似コロナマイクロ波放電が開始する。上述の先端及びストリーマのヘッド部において、マイクロ波ストリーマを形成するマイクロ波電場の強度は、１０ｋＶ／ｃｍよりも高く、１マイクロ秒よりも短い時間で、反応炉の壁にまで伝搬する。この伝搬する間に、空間に分岐し、プラズマ触媒反応炉部を満たす。マイクロ波放射のインパルスシーケンスは、超高周波放射（ＳＨＦ）の１センチメートル又はデシメートル帯（Ｘ，Ｓ帯）にあり、以下のパラメータを有する。０．１マイクロ秒から１マイクロ秒の持続時間、１００−１０００の放電通路効率、プラズマ触媒反応炉内及びマイクロ波ストリーマのヘッド部のマイクロ波電場の強度に対応するように決定され１００ｋＶ／ｃｍより高いパルスパワーレベル、特定のプラズマエネルギ寄与分Ｗ／Ｑの値の帯を含むような条件下で選択され、０．０５−０．２ｋＷ時間／ｎｍ3の反応部Ｑ及びマイクロ波電力Ｗの平均値の和の消費量、処理の稼働温度での反応物のエネルギ内容の５％から１０％を超えない、プラズマエネルギ寄与分の値。ＥＦの蒸気−空気プラズマ触媒変換の場合、プラズマ触媒反応炉の入口における反応物の温度は、８００Ｋから１５００Ｋの範囲である。
【０００９】
燃焼室で燃焼したＥＦと燃焼しなかった燃料との比は０．５から２の範囲である。
【００１０】
Ｈ2Ｏ（空気及びＨ2Ｏ）のモル比（分子／グラム）とプラズマ触媒反応炉の入口におけるＥＦとは、それぞれ、０．０６−２．５及び１−６の範囲である。空気中におけるＥＦのプラズマ触媒変換では、プラズマ触媒反応炉の入口における反応物の温度は、６００Ｋから１１００Ｋの範囲である。燃焼したＥＦと燃焼していないＥＦとの比は、０．４と２との間である。プラズマ触媒反応炉の入口における、空気／ＥＦのモル比は、１６−２０である。ＥＦの合成ガスへのプラズマ触媒変換装置は、空気加熱器と、燃焼室と、パルス（又は半連続的）マイクロ波放射源に接続されたプラズマトロンと、を有する。
【００１１】
プラズマトロンは、プラズマ触媒化学反応炉として設計され、Ｈ11の波タイプ及び大気圧下で作用し、インパルス持続期間が０．１マイクロ秒から１マイクロ秒であり放電通路効率が１００から１０である、センチメートル又はデシメートル波長帯（帯Ｘ、Ｓ）内のマイクロ波のパルス周期的（又は半連続的）な疑似コロナストリーマ放電を有する円筒形のマイクロ波発生器を含む。
【００１２】
燃焼室は、空気加熱器とプラズマ触媒反応炉−共振器の間に、ガス流ラインに沿って配置され、燃焼したＥＦ及び残りのＥＦを独立して挿入するための２つの別個のノズルによって供給され、燃焼室の様々な領域において、蒸気との混合物を形成する。
【００１３】
マイクロ波放射を発生装置からマイクロ波共振器に導入するシステムは、共振器の側壁を通って通過する長方形の導波管である。発生装置からマイクロ波共振器へのマイクロ波放射の入口システムは、共振器の軸に沿った長方形の導波管である。導波管と円筒形の共振器との間には、共振器と導波管との接続素子を有する、共振器内のＨ11の波タイプ（de la onda de tipo Ｈ11）の励起システムが配置される。
【００１４】
更に、反応物を導入するノズルがマイクロ波共振器の端部反射器の１つであり、また、処理生成物の出口システムが、第２の端部反射器である。更に、反応物入口ノズル又は処理生成物の出口システムが、マイクロ波共振器の端部反射器の１つであり、円筒形共振器のＨ11波タイプの励起ノードが第２の端部反射器である。
【００１５】
導波管の長手軸は、Ｈ11波タイプを有する円筒形導波管において、端部反射器の１つから半波長の数個分にあたる距離に配置される。共振器の直径は、この共振器内のＨ11波タイプの励起を考慮して計算され、共振器の長さは、Ｈ11波タイプを有する円筒形導波管内の半波長の整数倍である。共振器と導波管との接続素子を通じた接続の係数は、与えられたプラズマ触媒反応炉−共振器の直径に対して、破壊強度以下のマイクロ波電場の強度を確実にする条件下で決定される。プラズマ触媒放電を開始させる鋭い一連の金属棒が、マイクロ波共振器内の電場の強度が最大になる領域に設置される。円筒形共振器の半径内における各棒の先端の位置は、各棒の先端及びマイクロ波ストリーマのヘッド部において、１００ｋＶ／ｃｍより高いマイクロ波電場強度が得られるという条件の下で選ばれる。燃焼室は、ガス流ラインに沿って配置され回復熱スイッチを有する入口ノズルに独立して接続された２つの同軸超音波ノズルの形を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は添付する図面を参照して説明される。
【００１７】
プラズマ変換装置（図１を参照）は、反応炉への反応物の入口用のノズル（２）を通じてプラズマ触媒反応炉と接続された燃焼室（１）を有し、プラズマ触媒反応炉は、超高周波の円筒形共振器（３）の形で形成され、反応物入口側はノズル（２）によって制限され、反対側は処理生成物の出口システム（４）によって、すなわち、オリフィスを有する端部キャップ（図１を参照）の形、又はガスの動きに沿って狭くなるノズルの形で制限される。プラズマ触媒反応炉はまた、超高周波パワー入力システム（５）と、接続要素（６）を有する円筒形共振器（３）の励起システムと、を有する。
【００１８】
放電は、高融点の金属から成る鋭い棒（７）を有する、導波管に挿入されたコロナ素子システムによって開始され、この棒の周りにはストリーマ疑似コロナマイクロ波放電が形成され、プラズマ触媒反応炉の活性領域（８）を形成する。
【００１９】
燃焼室には、端部ノズル（９）と、反応物の流れに沿って配列された２つの横方向ノズル（１０）及び（１１）と、が設けられる。燃焼室（１）は、ガス流ラインに沿って配列され、反応物を入れるために別個にノズル（１０）及び（１１）に接続された、２つの同軸の超音波ノズルシステムの形に形成される。
【００２０】
接続オリフィス（６）を有する超高周波入口ノード（５）は、超高周波発生器（１２）に接続され（図２及び図３を参照）、燃焼室（１）の端部ノズル（９）は、加熱器（１４）の出口ノズル（１３）に接続される。
【００２１】
本発明の本質は、電気的な放電の領域と化学触媒処理の領域との融和または融合であり、この結果、上述の特定の時間及び電気力学的な特徴を有する特定の種類のマイクロ波放電を形成することを可能にしつつ、触媒として作用するプラズマが形成される。
【００２２】
ＥＦを合成ガスに変換するプラズマ触媒処理は、大気圧下でのマイクロ波の疑似コロナストリーマパルス周期的（又は半連続的）な放電内で行われる。
【００２３】
放電を得るために必要な条件は、放電を励起する短い超高周波パルス持続期間（０．１マイクロ秒から１マイクロ秒）と、放電通路の高効率（１００から１０００）と、マイクロ波共振器内で破壊以下に調整された電場と、コロナ素子の先端及び分岐するマイクロ波ストリーマ間の空間に伝搬するヘッド部において１００ｋｖ／ｃｍより高い電場と、である。このようなパラメータの組合わせにより、上述の放電処理を可能にし、これは、液体燃料を合成ガスに変換する処理を実行するためのプラズマ触媒特性のこのような構成において行われた実験によって示された。
【００２４】
大気圧下のパルス周期的な疑似コロナストリーママイクロ波は、低い反応物の温度と、ストリーマヘッド部における高い電場とその結果であるプラズマ電子の高い平均エネルギと、高いバランスの取れていない重さと、プラズマ内の高濃度の能動粒子、マイナスイオン、及びクラスタラジカルとこの結果のプラズマ内の化学的に活性な粒子の生成における高いエネルギ効率と、電気エネルギの高効率な使用と、によって特徴付けられる。このような放電及び選択された域（パルス長、放電重さの効率、接続オリフィスを通じた共振器と導波管との接続係数、共振器内の破壊以下の電場の大きさ、コロナ素子の先端及びストリーマヘッド部における十分な値の電場、特定のエネルギ寄与分、反応炉入口の温度）において、処理のプラズマ触媒メカニズムは、非常に低い温度で行われる。
【００２５】
ＥＦを合成ガスに変換する処理は、プラズマ触媒反応炉（３）（図１）において行われ、このプラズマ触媒反応炉は、接続素子を有するマイクロ波共振器を備え、この中で、加熱器（１４）（図２及び図３）において予め加熱された反応物が、パルス周期的な疑似コロナストリーママイクロ波放電によってプラズマ触媒反応炉の能動領域（８）において処理される。
【００２６】
接続オリフィス（６）を通じた共振器と導波管との接続の係数は、共振器内で破裂限界以下の場（与えられた共振器の直径Ｄに対して）と放射インパルスのパワーを提供するよう選択される。
【００２７】
疑似コロナストリーママイクロ波放電は、コロナ素子（図１）、すなわち、鋭い金属棒によって開始される。棒の先端が、その周囲のマイクロ波電場の大きさを増大させ、これにより、疑似コロナ放電段階を引き起こす。棒は、導波管内で場の力線と整列される（図４）。
【００２８】
各棒（４）の先端の位置（図４）は、以下の条件下で選択される。ａ）棒の先端において十分に高い電場を得る（分岐するマイクロ波ストリーマがインパルス時間内に共振器壁に達するくらい十分に速く伝搬することを可能にするように十分に高い）、及びｂ）プラズマ触媒反応炉の軸に沿った一連のコロナ素子に沿って、放電を開始させる等方性条件を生成する。
【００２９】
疑似コロナ放電段階のストリーマは、マイクロ波の場をプラズマチャネルのシステムに変換し、マイクロ波ストリーマの形（図５）で伝搬し、分岐して反応炉の断面を満たし、パルスマイクロ波放電（８）（図１）を形成する。疑似コロナ放電段階の機能は、高い平均エネルギの電子を有するプラズマを大気圧下で発生させることである。マイクロ波ストリーマ段階の機能は、反応物のプラズマ触媒処理のために、空間いっぱいに広がったプラズマ形成を作ることである。
【００３０】
図５に、ここで液体ＥＦの合成ガスへのプラズマ触媒変換処理が行われる、ストリーママイクロ波放電の外部特徴を示す。このように、マイクロ波ストリーマ伝搬ヘッド部において、十分に高いマイクロ波の場の強度（１００ｋＶ／ｃｍより高い）によって、分岐した放電構造が得られた。この構造は、マイクロ波ストリーマヘッド部の高い伝搬速度とあいまって、マイクロ波放射のインパルス時間内における、液体炭化水素のプラズマ触媒変換処理において、当初の反応物の均一的な変換を確実にする。
【００３１】
例えば、合成ガスを輸送装置において内燃機関の燃料として使うための、ＥＦの合成ガスへのプラズマ変換モード及びこれを実行するための装置は、以下のように得られる。
【００３２】
予め加熱された空気が、加熱器（１４）から燃焼室（１）に送られる。蒸気−空気変換処理を実行する（図３）ために、ＥＦの燃焼した部分はノズル（１０）に送られ、残りのＥＦはノズル（１１）（図３）に送られる。上述の残りのＥＦは蒸気と混合される。
【００３３】
燃焼室（１１）の構成において、ノズル（１０）及び（１１）は、２つの同軸の超音波ノズルシステムに接続される。装置内でこれらのノズルを使うことにより、反応物の混合物を、１０-3秒から１０-5秒くらいの桁で、分子レベルにまで持っていく。２つのノズルシステムの間の空間において、燃料の一部が空気中の酸素によって酸化され、この酸化処理によって解放されたエネルギが、反応物を更に加熱する。加熱され混合された反応物は、プラズマ触媒反応炉（３）の入口ノズル（２）に入る。
【００３４】
発生器（１２から入口システム（５）及び接続素子（６）まで）のマイクロ波エネルギは、プラズマ触媒反応炉の一部である共振器に超高周波で導入され、この中で、Ｈ11波タイプが励起され共振器の軸に沿って伝搬する。反応炉の反応物入口のためのノズル（２）は、燃焼室に向かって狭まる、共振器内の励起波（Ｈ11波タイプ）の外側の限界であるよう選択される、すなわち、マイクロ波放射が反射されるよう選択される直径ｄを有するチューブを有する。処理の生成物は、オリフィスを有する端部キャップの形又はガスの動きに沿って狭まるノズルの形の出口システム（４）を通じて反応炉から外に出る。処理生成物の出口に加え、キャップ又はノズルは、マイクロ波放射を共振器に向かって反射して戻す機能を有する。両方の場合において、反応炉はマイクロ波放射の共振器である。反応炉の長さ（図１のＬ）は、導波管内の半波長の整数ｎ倍となるように選択される。長手方向（図１のＬ2）において、棒は、放電なしの共振器内の定常波の最大に配置される。
【００３５】
マイクロ波放射源は、パルス周期的（又は半連続的）な域で動作する。放射パルス持続期間ｔ1は、放電段階（疑似コロナ及びストリーマ）の双方を特定の条件下で確立するために必要な時間から決定される。放射パルス繰り返し期間ｔ2は、以下の値の最適な組合わせから選択される。ａ）超高周波放射パルスが止まった後の受動放電段階においてプラズマによって発生した能動粒子の寿命、ｂ）反応物が放電領域を通過する時の線速度、ｃ）放電に供給されるパワー、
Ｊplasma  ＝  Ｗ／ｌ
ここで、Ｊplasmaは、プラズマのパワー寄与分であり、Ｗ＝Ｗpulse＊ｔ1／ｔ2＝マイクロ波放射の平均パワー、Ｗpulse＝パルスパワー、ｌ＝反応物の容積量の消費分である。
【００３６】
マイクロ波放射パルスパワーＷpulseが、供給されるプラズマエネルギＪplasmaを決定する。供給されるプラズマエネルギと供給される熱エネルギとの比は小さい。Ｊplasma：Ｊheatは、５％−１０％程度である。これに加え、パルスパワーは、プラズマのない丸い導波管内の電場の大きさに依存し、この電場は所定の値を有する必要があり、同時に、コロナ素子において、疑似コロナ放電段階を開始するために十分に高い必要がある。
【００３７】
ＥＦの合成ガスへのプラズマ触媒変換は、ＥＦの合成ガスへの変換のために、蒸気−空気変換処理又は空気処理で動作できる。
与えられた燃料量（ｘ）及び酸素量（ｙ）におけるＥＦの合成ガスへの蒸気−空気変換の域（図２）
ＸＣｍＨｎ＋ｙＯ2＋３．７３ｙｎ2＋（ｍｘ−２ｙ）Ｈ2Ｏ
＝ｍｘＣＯ＋０．５（ｎｘ＋２ｍ−４ｙ）Ｈ2＋３．７３ｙＮ2
【００３８】
空気が加熱器（１４）に送られ、エンジン燃料が、燃焼室の横方向ノズル（１０）及び（１１）の入口に、０．５から２の比で送られる。ＥＦの残りの部分と混合された蒸気は、ノズル（１１）の入口に送られる。ＥＦと水は、気体として又は液体として燃焼室に送ることができる。加熱器出口の温度は、５００Ｋ−６００Ｋであり、蒸気−空気混合物と燃料とを混合した後の反応炉入口の温度は、８００Ｋ−１５００Ｋである。反応の終了時の温度は、５００Ｋ−８００Ｋである。蒸気／空気と蒸気／燃料のモル比は、それぞれ、０．０６−２．５及び１−６の間で変化する。
【００３９】
反応物の合成ガスへの変換スケール＜＜ａ＞＞は、システムのエネルギ寄与分Ｊsumと、燃料量との関係での空気のモル部「ｇ」と、に依存する。処理の主な量的特性を以下の表に示す。
【表１】
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ＥＦの合成ガスへの空気変換の域（図２）
ＣｍＨ＋ｍ／２（Ｏ2＋７９／２１Ｎ2）
＝ｍＣＯ＋ｎ／２Ｈ2＋ｍ／２＊７９／２１Ｎ2
空気が加熱器に送られ、ＥＦが、０．５から２の比で燃焼室の入口（１０）及び（１１）に送られる。ＥＦは、気体として又は液体として燃焼室に送ることができる。反応炉入口における空気／エンジン燃料のモル比は１６−２０である。加熱器出口における、ＥＦ変換処理を実行するために必要な空気の温度は、７００Ｋ−１２００Ｋであり、空気と燃料とを混合した後の反応炉入口での温度は、６００Ｋ−１１００Ｋである。処理の稼働温度を確実にするために、エネルギ寄与分は５００ｋＪ／ｋｇ−１０００ｋＪ／ｋｇ（熱回復を含まず）である必要がある。反応物変換スケールは、１００％に近づく。反応炉出口における合成ガスの温度は１３００Ｋ−１９００Ｋである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ＥＦを合成ガスに変換するプラズマ触媒変換装置の構成図を示す図である。
【図２】蒸気−空気変換域で動作するプラズマ触媒変換装置の実行の概略を示す図である。
【図３】空気変換域で動作するプラズマ触媒変換装置の実行の概略を示す図である。
【図４】マイクロ波共振器内の、鋭い金属棒の位置を示す図である。
【図５】プラズマ触媒疑似コロナストリーマパルス放電マイクロ波の特徴的な構造を示す図である。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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