CN102869873B - 连接的热化学反应器和发动机以及相关的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了连接的热化学反应器和发动机以及相关的系统和方法。根据特定实施方案的一个系统包括具有反应区的反应器容器、与所述反应区流体连通地相连的氢供体源、和具有燃烧区的发动机。所述系统可以另外包括输送通道，所述输送通道连接在所述燃烧区和所述反应区之间，以将反应物和/或辐射能输送至所述反应区。所述系统可以另外包括产物通道，所述产物通道连接在所述反应区和发动机的燃烧区之间，以向所述燃烧区递送从所述反应区取出的成分的至少一部分。

Description

连接的热化学反应器和发动机以及相关的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年2月13日提交的标题为FULL SPECTRUMENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCE的美国专利申请号61/304,403的优先权和权益。本申请是2010年7月21日提交的标题为METHOD AND SYSTEM OF THERMOCHEMICAL REGENERATION TOPROVIDE OXYGENATED FUEL，FOR EXAMPLE，WITH FUEL-COOLEDFUEL INJECTORS的美国专利申请号12/804,509的部分继续申请，该美国专利申请号12/804,509要求下述申请的优先权和权益：2009年8月27日提交的标题为OXYGENATED FUEL PRODUCTION的美国临时申请号61/237,425、2009年8月27日提交的标题为MULTIFUEL MULTIBURST的美国临时申请号61/237,466、2009年8月27日提交的标题为FULLSPECTRUM ENERGY的美国临时申请号61/237,479、2009年12月7日提交的标题为INTEGRATED FUEL INJECTORS AND IGNITERS ANDASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTURE的PCT申请号PCT/US09/67044、2010年2月13日提交的标题为FULL SPECTRUMENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCE的美国临时申请号61/304,403和2010年3月9日提交的标题为SYSTEM AND METHOD FORPROVIDING HIGH VOLTAGE RF SHIELDING，FOR EXAMPLE，FOR USEWITH A FUEL INJECTOR的美国临时申请号61/312,100。美国专利申请号12/804,509也是2009年12月7日提交的标题为INTEGRATED FUELINJECTORS AND IGNITERS AND AS SOCIATED METHODS OF USEAND MANUFACTURE的美国专利申请号12/653,085的部分继续申请，该美国专利申请号12/653,085是2008年1月7日提交的标题为MULTIFUELSTORAGE，METERING，AND IGNITION SYSTEM的美国专利申请号12/006,774(现在的美国专利号7,628,137)的部分继续申请，且其要求2009年8月27日提交的标题为MULTIFUEL MULTIBURST的美国临时申请号61/237,466的优先权和权益。美国专利申请号12/804,509也是2009年10月19日提交的标题为MULTIFUEL STORAGE，METERING，ANDIGNITION SYSTEM的美国专利申请号12/581,825的部分继续申请，该美国专利申请号12/581,825是2008年1月7日提交的标题为MULTIFUELSTORAGE，METERING，AND IGNITION SYSTEM的美国专利申请号12/006,774(现在的美国专利号7,628,137)的分案申请。这些申请中的每一篇通过引用整体并入本文。如果前述申请和/或通过引用并入本文中的任何其它材料与本文呈现的公开内容冲突，则以本文的公开内容为准。
技术领域
本申请整体上涉及连接的热化学反应器和发动机以及相关的系统和方法。在具体实施方案中，这样的系统可以用于从多种原料生产清洁燃烧的、基于氢的燃料，且可以从当形成基于氢的燃料时释放出的碳和/或其它元素生产结构构建块(structural building block)(例如，架构构造体(architecturalconstruct))。
背景技术
可再生能源诸如太阳能、风能、波能、落水能和基于生物质的能源具有用作重要能源的巨大潜力，但是目前遇到多种阻止普遍采用的问题。例如，在发电中使用可再生能源依赖于可能是间断性的能源的可用性。太阳能受限于太阳的可用性(即，仅白天)，风能受限于风的变化性，落水能受限于干旱，而生物质能受限于季节变化，以及其它。作为这些和其它因素的结果，许多来自可再生能源的能量(捕获的或未捕获的)倾向于被浪费掉。
前述与捕获和储存能量有关的无效率会限制可再生能源成长为世界上许多区域的可行能量提供者，因为它们经常导致高能量生产成本。因而，世界继续依赖于石油和其它化石燃料作为主要能源，这至少部分地因为，支持与化石燃料相关的技术开发的政府补助金和其它项目，使得使用这种燃料误解为方便的且表面上是廉价的。同时，在由这些燃料产生的能量的购买价格中没有包括消耗的资源的重置成本、环境退化代价、健康影响和化石燃料使用的其它副产物。
鉴于目前与持续生产可再生资源相关的前述和其它缺点，仍然需要提高使用这样的资源生产产品和燃料的有效性和商业可行性。
附图说明
图1是根据本发明公开的技术的一个实施方案，接收来自内燃机的能量的反应器系统的部分示意的、部分横截面图解。
图2是根据本发明公开的技术的一个实施方案，接收来自内燃机的能量并将反应产物返回发动机的反应器系统的部分示意的、部分横截面图解。
具体实施方式
概述
下面描述了用于有效地生产氢燃料和结构材料的装置、系统和方法的几个实施例。所述效率可以源自：使用由内燃机产生的废热来加热反应器，和通过使至少一些反应产物返回发动机以用于燃烧或其它目的。所述总过程可以产生清洁燃烧的燃料和重新计划的用于耐用品(包括聚合物和碳复合材料)中的碳和/或其它成分。尽管下面的描述以足以使得相关领域的技术人员能够实现、制备和使用它们的方式提供了下述实施例的许多具体细节，下述的几个细节和优点可能不是实践所述技术的某些实施例所必需的。另外，所述技术可以包括在权利要求范围内、但是在这里没有详细描述的其它实施例。
在本说明书中提及的“一个实施例”、“实施例”、“一个实施方案”或“实施方案”是指，结合所述实施例描述的特定部件、结构、过程或特征被包括在本发明技术的至少一个实施例中。因而，短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个实施方案”或“实施方案”在本说明书的不同地方的出现，不一定都是指同一个实施例。此外，特定部件、结构、例程、步骤或特征可以以任意合适的方式组合进所述技术的一个或多个实施例中。本文提供的标题仅仅是为了方便，无意限制或解释要求保护的技术的范围或含义。
下述技术的某些实施方案可以采取计算机可执行指令(包括由可编程的计算机或控制器执行的例程)的形式。相关领域的技术人员会明白，所述技术可以在下面示出和描述的那些以外的计算机或控制器系统上实现。所述技术可以体现在特殊用途计算机、控制器或数据处理器中，所述特殊用途计算机、控制器或数据处理器被专门地编程、构造或构建成执行一个或多个下述的计算机可执行指令。因此，在本文中一般地使用的术语“计算机”和“控制器”是指任意数据处理器，且可以包括因特网装置、手提式装置、多处理器系统、可编程的用户电子器件、网络计算机、微型计算机等等。所述技术也可以在分布式环境中实现，在该分布式环境中由通过通信网络连接的远程处理装置来执行任务或模块。下述技术的方面可以被储存或分布在计算机可读介质上，所述计算机可读介质包括磁盘或光学可读盘或可移动的计算机盘以及电子地分布在网络上的介质。在具体实施方案中，所述技术的某些方面特有的数据结构和数据传输也被包括在本发明的技术范围内。本发明的技术包括将计算机可读介质程序化成执行特定步骤、以及执行所述步骤的方法。
根据所述技术的特定实施方案的一个系统包括：具有反应区的反应器容器、与所述反应区流体连通地相连的氢供体源、和具有燃烧区的发动机。所述系统可以另外包括输送通道，所述输送通道连接在所述燃烧区和所述反应区之间，以将反应物和/或辐射能输送至所述反应区。所述系统可以另外包括产物通道，所述产物通道连接在所述反应区和发动机的燃烧区之间，以将从所述反应区取出的成分的至少一部分递送至所述燃烧区。例如，在具体实施方案中，所述反应器可以离解烃，诸如甲烷，其中使用来自燃烧过程的废热来促进所述离解过程。至少一些得到的氢燃料(单独地或与碳或碳化合物组合地)可以返回发动机，以用于燃烧和/或其它目的。
根据所述技术的另一个实施方案的方法包括：将氢供体引导进入反应器容器的反应区，并在发动机中燃烧燃料，以产生功率(power)和排出产物。所述方法可以另外包括：将排出产物引导通过连接在所述发动机和所述反应区之间的输送通道，以将反应物和/或辐射能输送至所述反应区。所述方法可以另外包括：在反应区处将氢供体离解成离解产物，且从离解产物提供非基于氢的结构构建块和/或基于氢的燃料。所述方法可以另外包括：将从所述反应区移除的成分的一部分引导至所述发动机。例如，在具体实施方案中，所述方法包括：将甲烷离解成氢和一氧化碳，并使任一种或二者的一部分(例如，与燃料成分一起)返回所述发动机，以用于燃烧。
代表性的反应器系统
图1和2图解了根据所述技术的几个实施方案，用于生产基于氢的燃料和结构构建块或架构构造体的代表性的反应器系统。图1图解了使用来自燃烧过程的废热的反应器的一般设置。图2图解了所述反应器系统的其它细节，并图解了可以以闭环方式连接内燃机和反应器的机制和设置。
图1是包括反应器110的代表性系统100的部分示意图。所述反应器110另外包括反应器容器111，该反应器容器111封闭或部分地封闭反应区112。在至少一些情况下，反应器容器111具有一个或多个可透射的表面(transmissive surface)，所述可透射的表面设置成促进在反应区112内发生的化学反应。合适的可透射的表面公开在标题为“REACTOR VESSELSWITH TRANSMISSIVE SURFACES FOR PRODUCINGHYDROGEN-BASED FUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS，ANDASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS”的共同未决的美国申请号____(代理人案卷号69545.8602US)中，该申请随同本申请同时提交，并通过引用并入本文。在一个代表性的实施例中，反应器容器111接收氢供体，所述氢供体由供体源130提供至供体入口113。例如，所述氢供体可以包括甲烷或另一种烃。在反应器容器111内的供体分配器或歧管115将氢供体分散或分配进反应区112中。所述反应器容器111也经由蒸汽入口114接收来自蒸汽/水源140的蒸汽。在反应器容器111中的蒸汽分配器116将蒸汽分配进反应区112中。所述反应器容器111可以另外包括加热器123，所述加热器123为反应区112提供热量，以促进吸热反应。加热器的功率(例如，电功率)可以由可再生的能源165提供。可再生的能源165可以包括太阳能、风能、水能和/或其它合适的可持续的能源。在反应区112处进行的反应可以包括：将甲烷或另一种烃离解成氢或氢化合物和碳或碳化合物。在其它实施方案中，所述反应器110可以离解其它氢供体，例如含氮的氢供体。代表性的反应进一步描述在标题为“CHEMICALPROCES SES AND REACTORS FOR EFFICIENTLY PRODUCINGHYDROGEN FUELS AND STRUCTURAL MATERIALS，ANDASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS”的共同未决的美国申请号______(代理人案卷号69545.8601US)中，该申请随同本申请同时提交，并通过引用并入本文。反应产物经由出口117离开反应器容器111，并被收集在反应产物收集器171a处。
系统100可以另外包括辐射能(例如，废热)和/或另外的反应物的源150，所述源150向反应器容器111内的通道118提供成分。例如，热/反应物源150可以包括燃烧室151，所述燃烧室151向通道118提供热的燃烧/排出产物152，如箭头A所示。燃烧产物152和相关的废热由与离解过程分离的过程(例如，发电过程)产生。燃烧产物收集器171b收集离开反应器容器111的燃烧产物，以用于进一步再利用和/或其它用途。在一个具体实施方案中，燃烧产物152可以包括热的一氧化碳、水蒸气和/或其它成分。一个或多个可透射的表面119设置在反应区112(其可以环状地设置在通道118周围)和通道118的内部区域120之间。可透射的表面119因此可以允许辐射能和/或化学成分从通道118沿径向向外进入反应区112，如箭头B所示。通过递送由燃烧产物152的流提供的辐射能(例如，热)和/或化学成分，系统100可以增强发生在反应区112中的反应，例如，通过增加反应区温度和/或压力，并因此增加反应速率和/或反应的热力学效率。除了促进在反应区112处的反应以外，前述过程因此可以再循环或再利用否则会被浪费的能量和/或成分。
可以选择可透射的表面119的组成和结构，以允许辐射能从通道118的内部区域120容易地传递至反应区112。因此，可透射的表面119可以包括玻璃、石墨烯或再辐射组分。合适的再辐射组分进一步描述在标题为“CHEMICAL REACTORS WITH RE-RADIATING SURFACES ANDASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS”的共同未决的美国申请号_______(代理人案卷号69545.8603US)中，该申请随同本申请同时提交，并通过引用并入本文。
如上面所指出的，燃烧产物152可以包括蒸汽和/或可能在反应区112中充当反应物的其它成分。因此，可以生产可透射的表面119，除了允许辐射能进入反应区112中以外或作为替代，选择性地允许这样的成分进入反应区112。在一个具体实施方案中，可透射的表面119可以从碳晶体结构(例如，分层的石墨烯结构)形成。基于碳的晶体结构可以包括间距(例如，在取向为与流动方向A横切的平行层之间)，仔细地选择所述间距，以允许水分子穿过。同时，可以选择所述间距，以防止在反应区112中生产的有用的反应产物离开反应区。在具体实施方案中，通过使用相同类型的架构构造体(由反应器110生产或促进)，可以形成可透射的表面119。
系统100可以另外包括控制器190，所述控制器190接收输入信号191(例如，来自传感器)，并至少部分地基于输入信号191来提供输出信号192(例如，控制指令)。因此，控制器190可以包括合适的处理器、存储器和I/O能力。控制器190可以接收与测量的或感知的压力、温度、流量、化学浓度和/或其它合适的参数相对应的信号，且可以发出控制反应物递送速率、压力和温度、加热器激活、阀门设置和/或其它合适的主动可控参数的指令。操作人员可以提供额外的输入，以修改、调节和/或废除由控制器190自动执行的指令。
图2是根据所述技术的另一个实施方案，包括与辐射能/反应物源150组合的反应器110的系统100的部分示意图。在该实施方案中，所述辐射能/反应物源150包括发动机180，例如，具有在气缸181内往复运动的活塞182的内燃机。在其它实施方案中，所述发动机180可以具有其它构型，例如，外部燃烧构型。在图2所示的一个实施方案中，所述发动机180包括进气口184a，所述进气口184a由进气阀183a打开和关闭，以控制穿过空气过滤器178进入气缸181中的空气。在图2所示的实施方案中，通气量可以未节流，且在其它实施方案中可以节流。燃料喷射器185将燃料引导进入燃烧区179中，所述燃料在这里与空气混合并点燃，以产生燃烧产物152。通过注射阀189a，可以导入其它燃料。燃烧产物152经由排气口184b离开气缸181，所述排气口184b由排气阀183b控制。代表性的发动机和点燃系统的其它细节公开在2010年12月7日提交的共同未决的美国申请号12/653,085(代理人案卷号69545.8304US)中，并通过引用并入本文。
所述发动机180可以包括特别设计的部件，以集成发动机的运行与反应器110的运行。例如，发动机180和反应器110可以共享来自共同燃料源130的燃料，所述共同燃料源130在下面更详细地进行描述。所述燃料经由调节器186提供给燃料喷射器185。所述发动机180也可以经由第一导管或通道177a接收来自反应器110的终产物，并经由第二导管或通道177b接收来自反应器110的水(例如，液体或蒸汽)。在描述了总系统100的其它部件以后，下面更详细地描述了这些部件的其它方面。
根据公开的技术，示出在图2中的系统100也包括热交换器和分离器，它们构造成转移热量和分离反应产物。在该实施方案的一个具体方面，系统100包括蒸汽/水源140，所述蒸汽/水源140向反应器容器111提供蒸汽，以促进产物形成。经由至少2个通道，可以将来自蒸汽/水源140的蒸汽提供给反应器110。第一通道包括第一水路141a，所述第一水路141a穿过第一热交换器170a，并经由第一蒸汽分配器116a进入反应器容器111中。从反应器容器111移除的产物穿过反应器产物出口117，并沿着产物通路161。产物通路161以逆流或对向流方式穿过第一热交换器170a，以冷却产物并加热进入反应器容器111的蒸汽。所述产物继续到达反应产物分离器171a，所述反应产物分离器171a分离有用的终产物(例如，氢和碳或碳化合物)。至少一些产物然后被引导回发动机180，其它产物则被收集在产物收集器160a处。第一阀176a调节产物流。在产物通路161中剩余的水可以在反应产物分离器171a处分离，并返回蒸汽/水源140。
第二通道(蒸汽/水源140经由该第二通道向反应器110提供蒸汽)包括第二水路141b，所述第二水路141b穿过第二热交换器170b。沿着第二水路141b前进的水以蒸汽形式经由第二蒸汽分配器116b进入反应器110中。该水被已经离开燃烧区179的燃烧产物加热，并沿着燃烧产物通路154穿过输送通道118(其包括可透射的表面119)。用完的燃烧产物152被收集在燃烧产物收集器160b处，且可以包括可以再循环或用于其它目的(例如，农业目的)的氮化合物、磷酸盐、重复使用的发光添加剂(例如，钠、镁和/或钾源)和/或其它组合物。可以将发光的添加剂加入在反应器110上游的燃烧产物152(和/或发动机180使用的燃料)中，以增加可用于输送进反应区112中的辐射能的量。
除了沿着第二水路141b加热水和沿着燃烧产物通路154冷却燃烧产物以外，第二热交换器170b可以加热沿着供体通路131通向位于反应器容器111内的供体分配器115的氢供体。供体容器130容纳氢供体，例如，烃(诸如甲烷)或含氮的供体(诸如氨)。供体容器130可以包括一个或多个加热器132(示出为第一加热器132a和第二加热器132b)，以汽化和/或加压其中的氢供体。三通阀133和调节器134控制流体和/或蒸气的量，所述流体和/或蒸气离开供体容器130，并沿着供体通路131穿过第二热交换器170b进入反应器容器111中。如以上所讨论的，在至少一些实施方案中，所述氢供体也可以充当发动机180的燃料，且可以经由第三导管或通道177c递送至发动机180。
在反应器容器111中，燃烧产物152穿过燃烧产物通道118，同时通过可透射的表面119将辐射能和/或反应物递送进反应区112中。在穿过第二热交换器170b以后，燃烧产物152可以进入燃烧产物分离器171b，该燃烧产物分离器171b将水与燃烧产物分离。所述水返回蒸汽/水源140，剩余的燃烧产物被收集在燃烧产物收集器160b处。在一个具体实施方案中，所述分离器171b可以包括离心分离器，所述离心分离器由燃烧产物流的动能驱动。如果燃烧产物流的动能不足以通过离心力分离水，则马达/发电机172可以向分离器171b添加能量，以提供必要的离心力。如果燃烧产物流的动能大于分离水所需的动能，则马达/发电机172可以产生能量，例如，供系统100的其它部件使用。控制器190接收来自系统100的不同元件的输入，并控制流量、压力、温度和/或其它参数。
控制器190也可以控制反应器产物向发动机180的返回。例如，所述控制器可以引导反应产物和/或重新捕获的水经由一系列阀门回到发动机180。在一个具体实施方案中，所述控制器190可以指导第一阀176a的运行，所述第一阀176a引导从第一分离器171a得到的氢和一氧化碳经由第一导管177a到达发动机180。这些成分可以在燃烧区179中燃烧，以提供来自发动机180的额外功率。在某些情况下，可能希望冷却燃烧区179和/或所示的发动机180的其它元件。在这样的情况下，控制器190可控制经由第二阀176b和第三阀176c和对应的第二导管177b流向发动机180的水或蒸汽流。
在某些情况下，可能希望平衡提供给反应器110的能量和取自发动机180的用于其它目的的能量。因此，系统100可以在燃烧产物流中包括比例阀187，所述比例阀187可以将一些燃烧产物152引导至功率提取装置188，例如，涡轮交流发电机、涡轮增压器或增压器。当功率提取装置188包括增压器时，它运转以压缩经由进气口184a进入发动机气缸181中的空气。当提取装置188包括涡轮增压器时，它可以包括额外的燃料注射阀189b，所述燃料注射阀189b引导燃料进入燃烧产物的混合物中，以用于进一步燃烧，以产生额外的功率。该功率可以补充由发动机180提供的功率，或它可以单独提供，例如，经由单独的发电机。
从前面的讨论显而易见，系统100的一个特征是，特殊地构造它，以保存和再利用来自燃烧产物152的能量。因此，系统100可以包括额外部件，它们被设计成减少来自燃烧产物152的能量损失。这样的部件可以包括绝缘件，所述绝缘件设置在气缸181周围、在活塞182的头部处和/或在阀183a、183b的末端处。因此，所述绝缘件会阻止或至少限制热经由除了通道118以外的任何热通道运输离开发动机180。
至少一些前述实施方案的一个特征是，所述反应器系统可以包括以相互独立的方式相连的反应器和发动机。具体地，所述发动机可以提供废热，所述废热会促进在反应器处进行的离解过程，以生产基于氢的燃料和非基于氢的结构构建块。所述构建块可以包括含有碳、硼、氮、硅和/或硫的分子，且可以用于形成架构构造体。除了上述的聚合物和复合材料以外，架构构造体的代表性实施例更详细地描述在标题为“ARCHITECTURALCONSTRUCT HAVING FOR EXAMPLE A PLURALITY OFARCHITECTURAL CRYSTALS”的共同未决的美国申请号________(代理人案卷号69545.8701)中，该申请随同本申请同时提交，并通过引用并入本文。该设置的一个优点是，它可以提供所述发动机和所述反应器之间的协同。例如，由于燃烧产物提供的额外能量，可以减少反应器进行上述离解过程通常需要的能量输入。通过向燃烧室中添加清洁燃烧的氢，和/或通过提供水(例如，以蒸汽或液体形式)来冷却发动机，可以提高发动机的效率。尽管蒸汽和基于氢的燃料都由反应器生产，它们可以以不同的速率递送至发动机，和/或可以根据不同的计划和/或另外以不同的方式进行变化。
从前述内容应当理解，为了例证目的，在本文中已经描述了所述技术的具体实施方案，但是可以做出不同修改，而不偏离所述技术。例如，在甲烷的背景下描述了上述过程的某些实施方案。在其它实施方案中，其它烃燃料或不含碳的氢供体可以经历类似的过程，以形成基于氢的燃料和架构构造体。可以用其它废热源补充由发动机提供的废热，所述其它废热源例如来自再生制动的废热，其可以给加热器123提供动力，或可以以其它反式与反应器110可操作地连接。
在其它实施方案中，可以组合或消除在特定实施方案的背景下描述的技术的某些方面。例如，在有些实施方案中，所述发动机可以接收基于氢的燃料，但是不冷却来自反应器110的水，或反之亦然。此外，尽管在那些实施方案的背景下已经描述了与所述技术的某些实施方案相关的优点，其它实施方案也可能表现出这样的优点，而且并非所有实施方案都一定需要表现出这样的优点才能落入本公开内容的范围内。因此，本公开内容和相关的技术可以包括在本文中没有明确示出或描述的其它实施方案。
就以前没有通过引用并入本文而言，本申请通过引用整体并入下述文献中的每一篇的主题：2010年8月16日提交的标题为SUSTAINABLEECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED PRODUCTIONOF RENEWABLE ENERGY，MATERIALS RESOURCES，ANDNUTRIENT REGIMES的美国专利申请号12/857,553；2010年8月16日提交的标题为SYSTEMS AND METHODS FOR SUSTAINABLE ECONOMICDEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUMPRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY的美国专利申请号12/857,553；2010年8月16日提交的标题为SYSTEMS AND METHODS FORSUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATEDFULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLE MATERIALRESOURCES USING SOLAR THERMAL的美国专利申请号12/857,554；2010年8月16日提交的标题为ENERGY SYSTEM FOR DWELLINGSUPPORT的美国专利申请号12/857,502；2011年2月14日提交的标题为DELIVERY SYSTEMS WITH IN-LINE SELECTIVE EXTRACTIONDEVICES AND ASSOCIATED METHODS OF OPERATION的代理人案卷号69545-8505.US00；2010年8月16日提交的标题为COMPREHENSIVECOST MODELING OF AUTOGENOUS SYSTEMS AND PROCESSES FORTHE PRODUCTION OF ENERGY，MATERIAL RESOURCES ANDNUTRIENT REGIMES的美国专利申请号61/401,699；2011年2月14日提交的标题为CHEMICAL PROCESSES AND REACTORS FOREFFICIENTLY PRODUCING HYDROGEN FUELS AND STRUCTURALMATERIALS，AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS的代理人案卷号69545-8601.US00；2011年2月14日提交的标题为REACTORVESSELS WITH TRANSMISSIVE SURFACES FOR PRODUCINGHYDROGEN-BASED FUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS，ANDASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS的代理人案卷号69545-8602.US00；2011年2月14日提交的标题为CHEMICAL REACTORSWITH RE-RADIATING SURFACES AND ASSOCIATED SYSTEMS ANDMETHODS的代理人案卷号69545-8603.US00；2011年2月14日提交的标题为THERMAL TRANSFER DEVICE AND AS SOCIATED SYSTEMSAND METHODS的代理人案卷号69545-8604.US00；2011年2月14日提交的标题为CHEMICAL REACTORS WITH ANNULARLY POSITIONEDDELIVERY AND REMOVAL DEVICES，AND ASSOCIATED SYSTEMSAND METHODS的代理人案卷号69545-8605.US00；2011年2月14日提交的标题为REACTORS FOR CONDUCTING THERMOCHEMICALPROCESSES WITH SOLAR HEAT INPUT，AND ASSOCIATED SYSTEMSAND METHODS的代理人案卷号69545-8606.US00；2011年2月14日提交的标题为INDUCTION FOR THERMOCHEMICAL PROCESS，ANDASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS的代理人案卷号69545-8608.US00；2010年9月22日提交的标题为REDUCING ANDHARVESTING DRAG ENERGY ON MOBILE ENGINES USINGTHERMAL CHEMICAL REGENERATION的美国专利申请号61/385,508；2011年2月14日提交的标题为REACTOR VESSELS WITH PRESSUREAND HEAT TRANSFER FEATURES FOR PRODUCINGHYDROGEN-BASED FUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS，ANDASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS的代理人案卷号69545-8616.US00；2011年2月14日提交的标题为ARCHITECTURALCONSTRUCT HAVING FOR EXAMPLE A PLURALITY OFARCHITECTURAL CRYSTALS的代理人案卷号69545-8701.US00；2010年8月16日提交的标题为METHODS AND APPARATUSES FORDETECTION OF PROPERTIES OF FLUID CONVEYANCE SYSTEMS的美国专利申请号12/806,634；2011年2月14日提交的标题为METHODS，DEVICES，AND SYSTEMS FOR DETECTING PROPERTIES OF TARGETSAMPLES的代理人案卷号69545-8801.US01；2011年2月14日提交的标题为SYSTEM FOR PROCESSING BIOMASS INTO HYDROCARBONS，ALCOHOL VAPORS，HYDROGEN，CARBON，ETC.的代理人案卷号69545-9002.US00；2011年2月14日提交的标题为CARBON RECYCLINGAND REINVESTMENT USING THERMOCHEMICAL REGENERATION的代理人案卷号69545-9004.US00；2011年2月14日提交的标题为OXYGENATED FUEL的代理人案卷号69545-9006.US00；2009年8月27日提交的标题为CARBON SEQUESTRATION的美国专利申请号61/237,419；2009年8月27日提交的标题为OXYGENATED FUELPRODUCTION的美国专利申请号61/237,425；2011年2月14日提交的标题为MULTI-PURPOSE RENEWABLE FUEL FOR ISOLATINGCONTAMINANTS AND STORING ENERGY的代理人案卷号69545-9102.US00；2010年12月8日提交的标题为LIQUID FUELS FROMHYDROGEN，OXIDES OF CARBON，AND/OR NITROGEN；ANDPRODUCTION OF CARBON FOR MANUFACTURING DURABLEGOODS的美国专利申请号61/421,189；和2011年2月14日提交的标题为ENGINEERED FUEL STORAGE，RESPECIATION AND TRANSPORT的代理人案卷号69545-9105.US00。

Claims (21)

1.一种化学反应器系统，其包括：
反应器容器，所述反应器容器具有反应区；
氢供体源，所述氢供体源与所述反应器容器的所述反应区流体连通地相连；
发动机，所述发动机具有燃烧区；
输送通道，所述输送通道连接在所述燃烧区和所述反应区之间，以将(a)反应物和(b)辐射能中的至少一种输送至所述反应区，其中所述输送通道被可透射的表面包围，并且所述可透射的表面定位在所述反应区中并且延伸穿过所述反应区；和
产物通道，所述产物通道连接在所述反应区和所述发动机的所述燃烧区之间，以将从所述反应区取出的成分的至少一部分递送至所述燃烧区。
2.根据权利要求1所述的系统，其另外包括：与所述反应区流体连通地相连的蒸汽源。
3.根据权利要求1所述的系统，其另外包括：设置在所述反应区和所述输送通道的内部区域之间的可透射的表面，所述可透射的表面可透射所述反应物和所述辐射能中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的系统，其另外包括分离器，所述分离器可操作地连接在所述反应区和所述发动机的所述燃烧区之间，以分离从所述反应区取出的成分。
5.根据权利要求1所述的系统，其另外包括加热器，所述加热器设置成与所述反应器容器热连通，以加热所述容器中的反应物。
6.根据权利要求1所述的系统，其另外包括绝缘件，所述绝缘件设置成至少限制除了经由所述输送通道以外从发动机向外的热传递。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述绝缘件设置在所述发动机的气缸周围。
8.一种用于运转发动机和化学反应器的方法，所述方法包括：
将氢供体引导进入反应器容器的反应区中；
燃烧发动机的燃料，以产生功率和燃烧产物；
将所述燃烧产物引导通过连接在所述发动机和所述反应区之间的输送通道，以将(a)反应物和(b)辐射能中的至少一种输送至所述反应区；其中所述输送通道被可透射的表面包围，并且所述可透射的表面定位在所述反应区中并且延伸穿过所述反应区；
在所述反应区中将所述氢供体离解成离解产物；
从所述离解产物，提供：
(a)非基于氢的结构构建块；和
(b)基于氢的燃料；以及
将从所述反应区取出的成分引导至所述发动机。
9.根据权利要求8所述的方法，其中引导氢供体包括：引导甲烷。
10.根据权利要求8所述的方法，其中引导从所述反应区取出的成分包括：将所述非基于氢的结构构建块和所述基于氢的燃料中的至少一种的一部分引导至所述发动机。
11.根据权利要求8所述的方法，其中燃烧所述燃料包括：在发动机中燃烧燃料。
12.根据权利要求8所述的方法，其中燃烧所述燃料包括：燃烧其化学组成与所述氢供体的化学组成相同的燃料。
13.根据权利要求8所述的方法，其中引导所述燃烧产物包括：将蒸汽和辐射能引导进入所述反应区中，且其中所述方法另外包括：将额外一部分蒸汽引导进入所述反应区中。
14.根据权利要求8所述的方法，其中引导所述成分包括：将所述基于氢的燃料引导至所述发动机以进行燃烧，且其中所述方法另外包括：
将从所述反应区取出的水引导至所述发动机以进行冷却；和
自动地控制所述基于氢的燃料和所述水进入所述发动机的速率，以差别地变化。
15.根据权利要求8所述的方法，其另外包括：从可再生的能源向所述反应区提供热。
16.根据权利要求15所述的方法，其中提供热包括：提供从再生制动得到的热。
17.根据权利要求8所述的方法，其中提供热包括：提供从太阳能得到的热。
18.根据权利要求8所述的方法，其另外包括：通过在所述发动机处提供的绝缘件，至少限制通过除了燃烧产物以外的热途径从所述发动机向外的热传递。
19.一种用于运转发动机和化学反应器的方法，所述方法包括：
将甲烷引导进入反应器容器的反应区中；
在发动机中燃烧烃燃料，以产生功率和燃烧产物，所述燃烧产物包括水和辐射能；
将所述燃烧产物引导通过连接在所述发动机和所述反应区之间的输送通道，以向所述反应区输送(a)蒸汽形式的水的第一部分和(b)辐射能；其中所述输送通道被可透射的表面包围，并且所述可透射的表面定位在所述反应区中并且延伸穿过所述反应区；
在所述反应区中离解所述甲烷，以产生氢和一氧化碳；
从所述反应区取出所述氢、一氧化碳和水；
从所述氢和一氧化碳分离出所述水的至少一部分；
将所述氢和一氧化碳的一部分引导至所述发动机进行燃烧；和
将至少一些从所述氢和一氧化碳中分离出的所述水引导至所述发动机，以冷却所述发动机。
20.根据权利要求19所述的方法，其另外包括：
在所述反应区的上游，取出所述燃烧产物的一部分；
将所述燃烧产物的一部分和氢的一部分提供给涡轮增压器；和
在所述涡轮增压器处产生额外的功率。
21.一种化学反应器系统，其包括：
反应器容器，所述反应器容器具有反应区；
氢供体源，所述氢供体源与所述反应器容器的所述反应区流体连通地相连；
发动机，所述发动机具有燃烧区；
输送通道，所述输送通道连接在所述燃烧区和所述反应区之间，以将(a)反应物和(b)辐射能中的至少一种输送至所述反应区；
产物通道，所述产物通道连接在所述反应区和所述发动机的所述燃烧区之间，以将从所述反应区取出的成分的至少一部分递送至所述燃烧区；和
设置在所述反应区和所述输送通道的内部区域之间的可透射的表面，所述可透射的表面可透射所述反应物和所述辐射能中的至少一种。
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